JP2009195815A - Catalyst for liquefied petroleum gas production and method for manufacturing liquefied petroleum gas using the same - Google Patents
Catalyst for liquefied petroleum gas production and method for manufacturing liquefied petroleum gas using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009195815A JP2009195815A JP2008039295A JP2008039295A JP2009195815A JP 2009195815 A JP2009195815 A JP 2009195815A JP 2008039295 A JP2008039295 A JP 2008039295A JP 2008039295 A JP2008039295 A JP 2008039295A JP 2009195815 A JP2009195815 A JP 2009195815A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- liquefied petroleum
- petroleum gas
- zeolite
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、一酸化炭素と水素とを反応させて主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造するための触媒に関する。 The present invention relates to a catalyst for producing liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane by reacting carbon monoxide with hydrogen.
また、本発明は、この触媒を用い、合成ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造する方法に関する。さらに、本発明は、この触媒を用い、天然ガス等の含炭素原料から、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造する方法に関する。 The present invention also relates to a method for producing liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane from synthesis gas using this catalyst. Furthermore, the present invention relates to a method for producing liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane from a carbon-containing raw material such as natural gas using this catalyst.
液化石油ガス(LPG)は、常温常圧下ではガス状を呈する石油系もしくは天然ガス系炭化水素を圧縮し、あるいは同時に冷却して液状にしたものをいい、その主成分はプロパンまたはブタンである。液体の状態で貯蔵および輸送が可能なLPGは可搬性に優れ、供給にパイプラインを必要とする天然ガスとは違い、ボンベに充填した状態でどのような場所にでも供給することができるという特徴がある。そのため、プロパンを主成分とするLPG、すなわちプロパンガスが、家庭用・業務用の燃料として広く用いられている。現在、日本国内においても、プロパンガスは約2,500万世帯(全世帯の50%以上)に供給されている。また、LPGは、家庭用・業務用燃料以外にも、カセットコンロ、使い捨てライター等の移動体用の燃料(主に、ブタンガス)、工業用燃料、自動車用燃料としても使用されている。 The liquefied petroleum gas (LPG) is obtained by compressing a petroleum-based or natural gas-based hydrocarbon that is in a gaseous state at normal temperature and pressure, or by simultaneously cooling it into a liquid state, and its main component is propane or butane. LPG that can be stored and transported in a liquid state has excellent portability, and unlike natural gas that requires a pipeline for supply, it can be supplied to any place in a filled state in a cylinder. There is. For this reason, LPG mainly composed of propane, that is, propane gas, is widely used as a fuel for home use and business use. Currently, propane gas is supplied to approximately 25 million households (more than 50% of all households) in Japan. In addition to household and commercial fuels, LPG is also used as fuel for moving bodies (mainly butane gas) such as cassette stoves and disposable lighters, industrial fuel, and automobile fuel.
従来、LPGは、1)湿性天然ガスから回収する方法、2)原油のスタビライズ(蒸気圧調整)工程から回収する方法、3)石油精製工程などで生成されるものを分離・抽出する方法などにより生産されている。 Conventionally, LPG is obtained by 1) a method of recovering from wet natural gas, 2) a method of recovering from crude oil stabilization (vapor pressure adjustment), 3) a method of separating / extracting what is produced in an oil refining process, etc. Has been produced.
LPG、特に家庭用・業務用の燃料として用いられるプロパンガスは将来的にも需要が見込め、工業的に実施可能な、新規な製造方法を確立できれば非常に有用である。 Propane gas, which is used as a fuel for LPG, particularly for home and business use, is very useful if a new production method that can be industrially implemented can be established in the future.
LPGの製造方法として、特許文献1には、Cu−Zn系、Cr−Zn系、Pd系等のメタノール合成触媒、具体的には、CuO−ZnO−Al2O3触媒、Pd/SiO2触媒、Cr−Zn系触媒と、平均孔径が略10Å(1nm)以上のゼオライト、具体的にはY型ゼオライトよりなるメタノール転化触媒とを物理的に混合した混合触媒の存在下で、水素および一酸化炭素よりなる合成ガスを反応させて、液化石油ガス、あるいは、これに近い組成の炭化水素混合物を製造する方法が開示されている。しかしながら、特許文献1に記載の触媒は、必ずしも十分な性能を有しているとは言えない。
As a method for producing LPG,
LPGの製造方法として、非特許文献1には、メタノール合成用触媒である4wt%Pd/SiO2、Cu−Zn−Al混合酸化物[Cu:Zn:Al=40:23:37(原子比)]またはCu系低圧メタノール合成用触媒(商品名:BASF S3−85)と、450℃で1時間水蒸気処理した、SiO2/Al2O3=7.6の高シリカY型ゼオライトとから成るハイブリッド触媒を用い、合成ガスからメタノール、ジメチルエーテルを経由してC2〜C4のパラフィンを選択率69〜85%で製造する方法が開示されている。しかしながら、非特許文献1に記載の触媒も、上記特許文献1に記載の触媒と同様、十分に優れた性能を有しているとは言い難い。
As a method for producing LPG,
特許文献2には、比較的低温、低圧の条件下において、一酸化炭素と水素とから液化石油ガスを製造することが可能な、経時劣化が少ない触媒として、Cu−Zn系メタノール合成触媒成分と、好ましくは0.1〜1重量%のPdを担持してなるβ−ゼオライト触媒成分とを含有することを特徴とする液化石油ガス製造用触媒が開示されている。この触媒は、優れた触媒性能を有し、高い安定性・耐久性を有しているが、合成ガスからLPGを製造するプロセス、さらには、天然ガス等の含炭素原料からLPGを製造するプロセスの実用化のためには、触媒のさらなる改良が望まれている。特に、触媒の安定性向上、長寿命化は、このプロセスの実用化において、非常に重要である。
また、LPG合成反応の反応形式としては、従来、固定床反応方式が多く採用されているが、スラリー床反応方式も非常に有望なものである。 In addition, as a reaction format of the LPG synthesis reaction, a fixed bed reaction method has been conventionally adopted, but a slurry bed reaction method is also very promising.
一酸化炭素と水素とからLPGを合成する反応は、激しい発熱反応であり、反応熱の除去が最重要の技術課題となる。また、この発熱のために、触媒が劣化・失活してしまうこともある。特に、メタノール合成触媒成分としてCu−Zn系メタノール合成触媒を使用した場合、通常、その耐熱性は他のメタノール合成触媒と比べて低いので、高温になると触媒の劣化が起こりやすい傾向がある。 The reaction for synthesizing LPG from carbon monoxide and hydrogen is a vigorous exothermic reaction, and the removal of reaction heat is the most important technical issue. In addition, this heat generation may cause deterioration and deactivation of the catalyst. In particular, when a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is used as the methanol synthesis catalyst component, the heat resistance is usually lower than that of other methanol synthesis catalysts, and therefore the catalyst tends to be deteriorated at high temperatures.
固定床反応器および流動床反応器と比較して、スラリー床反応器は、除熱方法の設計が容易であり、LPG製造プロセスの課題となる大量の反応熱の除去が容易にでき、温度制御も容易である。LPG合成反応においては、LPG選択性が比較的狭い温度範囲で高くなることから、反応温度を厳密に制御することが求められる。この点からも、固定床反応器および流動床反応器よりも均一な温度条件を実現しやすいスラリー床反応器の使用は望ましい。スラリー床反応方式では、触媒の劣化・失活につながる、触媒上の局所的な温度上昇を防ぐこともできる。 Compared with fixed bed and fluidized bed reactors, slurry bed reactors are easier to design heat removal methods, and can easily remove a large amount of reaction heat, which is a problem in the LPG production process. Is also easy. In the LPG synthesis reaction, since the LPG selectivity increases in a relatively narrow temperature range, it is required to strictly control the reaction temperature. Also in this respect, it is desirable to use a slurry bed reactor that can easily achieve uniform temperature conditions as compared with a fixed bed reactor and a fluidized bed reactor. In the slurry bed reaction method, it is possible to prevent a local temperature rise on the catalyst, which leads to deterioration and deactivation of the catalyst.
このように、スラリー床方式はプロセス的に有利である。そのため、スラリー床反応方式で使用するのに適した液化石油ガス製造用触媒の開発が望まれている。しかしながら、上記特許文献2に記載の触媒も含め、従来の触媒は、スラリー床反応方式の場合、活性劣化が比較的速いという問題がある。
本発明の目的は、一酸化炭素と水素とを反応させて主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を高活性、高選択性、高収率で製造することができ、しかも、触媒寿命が長く、劣化が少ない液化石油ガス製造用触媒を提供すること、特に、スラリー床反応方式で使用するのに適した液化石油ガス製造用触媒を提供することである。 The object of the present invention is to produce hydrocarbons whose main component is propane or butane, that is, liquefied petroleum gas (LPG), by reacting carbon monoxide and hydrogen with high activity, high selectivity, and high yield. It is also possible to provide a liquefied petroleum gas production catalyst having a long catalyst life and little deterioration, and particularly to provide a liquefied petroleum gas production catalyst suitable for use in a slurry bed reaction system.
本発明の他の目的は、この触媒を用い、合成ガスから、プロパンおよび/またはブタンの濃度が高いLPGを高収率で、長期間にわたって安定に製造することができる方法を提供することである。さらには、天然ガスなどの含炭素原料から、プロパンおよび/またはブタンの濃度が高いLPGを高収率で、長期間にわたって安定に製造することができる方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method capable of stably producing LPG having a high concentration of propane and / or butane in a high yield from a synthesis gas over a long period of time using this catalyst. . Furthermore, it is to provide a method capable of stably producing LPG having a high propane and / or butane concentration in a high yield from a carbon-containing raw material such as natural gas over a long period of time.
本発明は以下の事項に関する。 The present invention relates to the following matters.
1. 一酸化炭素と水素とを反応させてプロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガスを製造する際に用いられる触媒であって、
Cu−Zn系メタノール合成触媒と、PdとCu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上とを担持したβ−ゼオライト(以下、「Pd担持β−ゼオライト」と言う。)とを含有することを特徴とする液化石油ガス製造用触媒。
1. A catalyst used in producing liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane by reacting carbon monoxide with hydrogen,
It contains a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and β-zeolite (hereinafter referred to as “Pd-supported β-zeolite”) supporting Pd and one or more of Cu, Cr, Mn, or Fe. A catalyst for the production of liquefied petroleum gas.
2. 前記Pd担持β−ゼオライトが、PdとCuをβ−ゼオライトに担持したものである上記1に記載の液化石油ガス製造用触媒。 2. 2. The catalyst for producing a liquefied petroleum gas according to the above 1, wherein the Pd-supported β-zeolite is obtained by supporting Pd and Cu on β-zeolite.
3. 前記Pd担持β−ゼオライトのPdの担持量が0.05質量%〜5質量%である上記1または2に記載の液化石油ガス製造用触媒。 3. 3. The catalyst for producing a liquefied petroleum gas according to 1 or 2 above, wherein the amount of Pd supported on the Pd-supported β-zeolite is 0.05 mass% to 5 mass%.
4. 前記Pd担持β−ゼオライトのCuの担持量が0.1質量%〜10質量%である上記2または3に記載の液化石油ガス製造用触媒。 4). 4. The catalyst for producing a liquefied petroleum gas according to 2 or 3 above, wherein the supported amount of Cu in the Pd-supported β-zeolite is 0.1 mass% to 10 mass%.
5. 前記Pd担持β−ゼオライトの担体であるβ−ゼオライトのSiO2/Al2O3比が10〜500である上記1〜4のいずれかに記載の液化石油ガス製造用触媒。 5. The catalyst for liquefied petroleum gas production according to any one of 1 to 4 above, wherein the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of β-zeolite as a carrier of the Pd-supported β-zeolite is 10 to 500.
6. 前記Cu−Zn系メタノール合成触媒が、酸化銅および酸化亜鉛を主成分とする複合酸化物、または、酸化銅および酸化亜鉛を主成分とする複合酸化物に一種以上の金属を担持したものである上記1〜5のいずれかに記載の液化石油ガス製造用触媒。 6). The Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is a composite oxide containing copper oxide and zinc oxide as main components or a composite oxide containing copper oxide and zinc oxide as main components and supporting one or more metals. 6. The liquefied petroleum gas production catalyst according to any one of 1 to 5 above.
7. 前記複合酸化物が、酸化銅および酸化亜鉛を主成分とし、さらに添加成分として酸化アルミニウムおよび/または酸化クロムを含んでいてもよい複合酸化物であり、
その含有比率が、質量基準で、酸化銅:酸化亜鉛:酸化アルミニウム:酸化クロム=1:0.05〜20:0〜2:0〜2である上記6に記載の液化石油ガス製造用触媒。
7. The composite oxide is a composite oxide which contains copper oxide and zinc oxide as main components, and may further contain aluminum oxide and / or chromium oxide as an additional component,
7. The liquefied petroleum gas production catalyst according to 6 above, wherein the content ratio is copper oxide: zinc oxide: aluminum oxide: chromium oxide = 1: 0.05 to 20: 0 to 2: 0 to 2, on a mass basis.
8. 前記Cu−Zn系メタノール合成触媒と前記Pd担持β−ゼオライトの含有比率が、質量比で、4:1〜1:6である上記1〜7のいずれかに記載の液化石油ガス製造用触媒。 8). 8. The liquefied petroleum gas production catalyst according to any one of 1 to 7 above, wherein a content ratio of the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and the Pd-supported β-zeolite is 4: 1 to 1: 6.
9. 上記1〜8のいずれかに記載の触媒の存在下で一酸化炭素と水素とを反応させ、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。 9. A method for producing a liquefied petroleum gas comprising reacting carbon monoxide and hydrogen in the presence of the catalyst according to any one of 1 to 8 above to produce a liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane. .
10. 上記1〜8のいずれかに記載の触媒を溶媒に懸濁させたスラリーに、一酸化炭素と水素とを含む原料ガスを流通させて、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。 10. A raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen is circulated through a slurry obtained by suspending the catalyst according to any one of 1 to 8 in a solvent to produce a liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane. A method for producing liquefied petroleum gas.
11. 前記溶媒が、炭素数10〜20の炭化水素である上記10に記載の液化石油ガスの製造方法。 11. The method for producing a liquefied petroleum gas as described in 10 above, wherein the solvent is a hydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms.
12. 反応温度が200℃以上325℃以下であり、
反応圧力が1MPa以上8MPa以下であり、
空間速度(触媒1g当たりの標準状態における原料ガスの供給速度)が100ml/g・h以上50000ml/g・h以下である上記10または11に記載の液化石油ガスの製造方法。
12 The reaction temperature is 200 ° C. or more and 325 ° C. or less,
The reaction pressure is 1 MPa or more and 8 MPa or less,
12. The method for producing a liquefied petroleum gas according to the above 10 or 11, wherein the space velocity (feeding rate of the raw material gas per gram of catalyst in a standard state) is 100 ml / g · h or more and 50000 ml / g · h or less.
13. 前記原料ガスが、合成ガスである上記10〜12のいずれかに記載の液化石油ガスの製造方法。 13. The method for producing a liquefied petroleum gas according to any one of the above 10 to 12, wherein the source gas is a synthesis gas.
14. (1)含炭素原料と、H2O、O2およびCO2からなる群より選択される少なくとも一種とから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(2)上記1〜8のいずれかに記載の触媒を溶媒に懸濁させたスラリーに合成ガスを流通させて、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造する液化石油ガス製造工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。
14 (1) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a carbon-containing raw material and at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 ;
(2) a liquefied petroleum gas production process for producing a liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane by circulating a synthesis gas in a slurry in which the catalyst according to any one of 1 to 8 above is suspended in a solvent; A method for producing liquefied petroleum gas, comprising:
ここで、合成ガスとは、水素と一酸化炭素とを含む混合ガスを指し、水素および一酸化炭素からなる混合ガスに限られない。合成ガスは、例えば、二酸化炭素、水、メタン、エタン、エチレンなどを含む混合ガスであってもよい。天然ガスを改質して得られる合成ガスは、通常、水素と一酸化炭素とに加えて二酸化炭素や水蒸気を含む。また、合成ガスは、石炭ガス化により得られる石炭ガスや、石炭コークスから製造される水性ガスであってもよい。 Here, the synthesis gas refers to a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and is not limited to a mixed gas composed of hydrogen and carbon monoxide. The synthesis gas may be a mixed gas containing, for example, carbon dioxide, water, methane, ethane, ethylene, and the like. Syngas obtained by reforming natural gas usually contains carbon dioxide and water vapor in addition to hydrogen and carbon monoxide. The synthesis gas may be a coal gas obtained by coal gasification or a water gas produced from coal coke.
メタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とを含有する触媒の存在下で一酸化炭素と水素とを反応させると、下記式(1)で示されるような反応が起こり、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を製造することができる。 When carbon monoxide and hydrogen are reacted in the presence of a catalyst containing a methanol synthesis catalyst component and a zeolite catalyst component, a reaction represented by the following formula (1) occurs, and the main component is propane or butane. Hydrocarbons, ie liquefied petroleum gas (LPG) can be produced.
まず、メタノール合成触媒成分上で一酸化炭素と水素とからメタノールが合成される。この時、メタノールの脱水2量化により、ジメチルエーテルも生成する。次いで、合成されたメタノールはゼオライト触媒成分の細孔内の活性点にて主成分がプロピレンまたはブテンである低級オレフィン炭化水素に転換される。この反応では、メタノールの脱水によってカルベン(H2C:)が生成し、このカルベンの重合によって低級オレフィンが生成すると考えられる。そして、生成した低級オレフィンはゼオライト触媒成分の細孔内から抜け出し、メタノール合成触媒成分上で速やかに水素化されて主成分がプロパンまたはブタンであるパラフィン、すなわちLPGとなる。
First, methanol is synthesized from carbon monoxide and hydrogen on a methanol synthesis catalyst component. At this time, dimethyl ether is also produced by dehydration and dimerization of methanol. Next, the synthesized methanol is converted into a lower olefin hydrocarbon whose main component is propylene or butene at active sites in the pores of the zeolite catalyst component. In this reaction, carbene (H 2 C :) is generated by dehydration of methanol, and it is considered that a lower olefin is generated by polymerization of this carbene. The produced lower olefin escapes from the pores of the zeolite catalyst component and is quickly hydrogenated on the methanol synthesis catalyst component to become paraffin, ie, LPG, whose main component is propane or butane.
ここで、メタノール合成触媒成分とは、CO+2H2→CH3OHの反応において触媒作用を示すものを指し、ゼオライト触媒成分とは、メタノールの炭化水素への縮合反応および/またはジメチルエーテルの炭化水素への縮合反応において触媒作用を示すゼオライトを指す。ただし、メタノール合成触媒成分には、オレフィンのパラフィンへの水素化反応において触媒作用を示すことも求められる。 Here, the methanol synthesis catalyst component refers to one that exhibits a catalytic action in the reaction of CO + 2H 2 → CH 3 OH, and the zeolite catalyst component refers to a condensation reaction of methanol to hydrocarbon and / or dimethyl ether to hydrocarbon. It refers to a zeolite that exhibits catalytic action in a condensation reaction. However, the methanol synthesis catalyst component is also required to exhibit a catalytic action in the hydrogenation reaction of olefin to paraffin.
本発明では、メタノール合成触媒成分としてCu−Zn系メタノール合成触媒を使用し、且つゼオライト触媒成分としてPdと、Cu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上とを担持したβ−ゼオライト(Pd担持β−ゼオライトとも言う。)を使用する。 In the present invention, a Cu-Zn-based methanol synthesis catalyst is used as the methanol synthesis catalyst component, and β-zeolite (Pd) supporting Pd and any one or more of Cu, Cr, Mn, or Fe as the zeolite catalyst component. Also referred to as supported β-zeolite).
Cu−Zn系メタノール合成触媒とPdを担持したβ−ゼオライトとを含有する触媒は、前述の通り、優れた触媒性能を有する。それに対し、本発明では、Pdと共に、Cu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上、好ましくはCuをβ−ゼオライトに担持する。これにより、高い活性、高いプロパンおよびブタンの選択性を維持しながら、触媒の安定性・耐久性がさらに向上する。特に、触媒を溶媒(媒体油)に懸濁してスラリーの状態で使用する場合、つまり反応をスラリー床方式で行う場合、本発明の触媒は、従来の触媒と比べて、経時劣化が非常に少なく、高い安定性・耐久性を示す。 A catalyst containing a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and β-zeolite supporting Pd has excellent catalytic performance as described above. On the other hand, in the present invention, at least one of Cu, Cr, Mn, and Fe, preferably Cu is supported on β-zeolite together with Pd. This further improves the stability and durability of the catalyst while maintaining high activity and high selectivity for propane and butane. In particular, when the catalyst is suspended in a solvent (medium oil) and used in a slurry state, that is, when the reaction is performed in a slurry bed system, the catalyst of the present invention has very little deterioration with time compared to the conventional catalyst. High stability and durability.
スラリー床方式は、前述の通り、媒体油が触媒上で発生する反応熱を速やかに移動させるので、一般的な固定床反応方式と比べて、反応熱の除去、温度制御が容易である。その一方で、スラリー床方式では、物質移動が比較的遅い。そのために、LPG合成反応において副生する水がゼオライト触媒成分上に滞留して、触媒を劣化させる可能性があることに本発明者らは想到し、CO+H2O→H2+CO2の反応において触媒作用を示すシフト触媒成分をゼオライトに直接担持することにより、触媒の劣化を抑制し、安定性・耐久性をさらに向上させることができることを見出した。固体酸ゼオライト触媒は水に被毒されやすいが、シフト触媒成分を直接担持することで、ゼオライト上の水を速やかに反応させて除去することができ、それによって触媒の活性を維持することができると考えられる。 As described above, in the slurry bed system, the reaction heat generated on the catalyst is quickly transferred by the medium oil, so that the reaction heat can be easily removed and the temperature can be controlled as compared with the general fixed bed reaction system. On the other hand, mass transfer is relatively slow in the slurry bed system. For this reason, the present inventors have conceived that water produced as a by-product in the LPG synthesis reaction may stay on the zeolite catalyst component and degrade the catalyst, and in the reaction of CO + H 2 O → H 2 + CO 2 It has been found that by directly supporting a shift catalyst component exhibiting a catalytic action on zeolite, deterioration of the catalyst can be suppressed, and stability and durability can be further improved. Solid acid zeolite catalysts are easily poisoned by water, but by directly supporting the shift catalyst component, the water on the zeolite can be reacted and removed quickly, thereby maintaining the activity of the catalyst. it is conceivable that.
シフト触媒成分としては、CO+H2O→H2+CO2の反応において触媒作用を示す金属種であれば特に限定されず、使用することができる。シフト触媒成分として、具体的には、Cu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上が挙げられ、好ましくはCuである。 The shift catalyst component is not particularly limited as long as it is a metal species that exhibits a catalytic action in the reaction of CO + H 2 O → H 2 + CO 2 , and can be used. Specific examples of the shift catalyst component include one or more of Cu, Cr, Mn, and Fe, and Cu is preferable.
このように、Cu−Zn系メタノール合成触媒と組み合わせるゼオライトを、Pdと共に、Cu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上、好ましくはCuを担持したβ−ゼオライトにすることにより、特にスラリー床方式でLPG合成反応を行う場合の触媒の劣化を抑制することができる。本発明の触媒は、Pdのみを担持したβ−ゼオライトを使用した従来の触媒と比べて、同等の高活性、高LPG選択性を維持しながら、経時劣化が非常に少なく、触媒寿命が長いものであり、スラリー床反応方式で使用するのに適している。なお、本発明の触媒は、固定床反応方式で使用する場合でも、Pdのみを担持したβ−ゼオライトを使用した従来の触媒と同等以上の優れた触媒性能を有している。 Thus, the zeolite combined with the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is made into β-zeolite supporting Pd and any one or more of Cu, Cr, Mn, or Fe, preferably Cu, in particular, in the slurry bed. It is possible to suppress the deterioration of the catalyst when the LPG synthesis reaction is performed in a manner. Compared with the conventional catalyst using β-zeolite supporting only Pd, the catalyst of the present invention has the same high activity and high LPG selectivity, but has very little deterioration with time and long catalyst life. Yes, suitable for use in slurry bed reaction mode. The catalyst of the present invention has an excellent catalytic performance equal to or better than that of a conventional catalyst using β-zeolite supporting only Pd even when used in a fixed bed reaction system.
従って、本発明の液化石油ガス製造用触媒を用いることにより、特にスラリー床方式でLPG合成反応を行う場合、長期間にわたって高活性、高収率でプロパンおよび/またはブタン、すなわちLPGを製造することができる。 Therefore, by using the catalyst for producing liquefied petroleum gas of the present invention, particularly when performing the LPG synthesis reaction in a slurry bed system, propane and / or butane, that is, LPG is produced with high activity and high yield over a long period of time. Can do.
1.本発明の液化石油ガス製造用触媒
本発明の液化石油ガス製造用触媒は、Cu−Zn系メタノール合成触媒一種以上と、PdとCu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上とを担持したβ−ゼオライト(Pd担持β−ゼオライト)一種以上とを含有する。
1. Catalyst for producing liquefied petroleum gas of the present invention The catalyst for producing liquefied petroleum gas of the present invention carries one or more Cu-Zn-based methanol synthesis catalysts and one or more of Pd and Cu, Cr, Mn or Fe. 1 type or more of (beta) -zeolite (Pd carrying | support beta-zeolite).
なお、本発明の液化石油ガス製造用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で、他の添加成分を含有していてもよい。 In addition, the catalyst for liquefied petroleum gas manufacture of this invention may contain the other additional component in the range which does not impair the desired effect.
Cu−Zn系メタノール合成触媒とPd担持β−ゼオライトの含有比率は、質量比で、4:1〜1:6であることが好ましく、2:1〜1:5であることがより好ましく、1:1〜1:4であることが特に好ましい。 The content ratio of the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and the Pd-supported β-zeolite is preferably 4: 1 to 1: 6, more preferably 2: 1 to 1: 5 in terms of mass ratio. : It is especially preferable that it is 1-1: 4.
メタノール合成触媒成分であるCu−Zn系メタノール合成触媒は、メタノール合成触媒としての機能と、オレフィンの水素添加触媒としての機能とを有する。また、ゼオライト触媒成分であるPd担持β−ゼオライトは、メタノールおよび/またはジメチルエーテルの炭化水素への縮合反応に対して酸性が調整された固体酸ゼオライト触媒としての機能を有する。そのため、ゼオライト触媒成分に対するメタノール合成触媒成分の含有比率は、本発明の触媒の持つメタノール合成機能およびオレフィンの水素添加機能とメタノールからの炭化水素生成機能との相対比に反映される。本発明において一酸化炭素と水素とを反応させて主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造するにあたり、一酸化炭素と水素とをメタノール合成触媒成分によって十分にメタノールに転化しなければならず、かつ、生成したメタノールをゼオライト触媒成分によって十分に主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィンに転化し、それをメタノール合成触媒成分によって主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスに転化しなければならない。Cu−Zn系メタノール合成触媒とPd担持β−ゼオライトの含有比率を上記の範囲にすることにより、より高選択率、高収率でプロパンおよび/またはブタンを製造することができる。 The Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst, which is a methanol synthesis catalyst component, has a function as a methanol synthesis catalyst and a function as an olefin hydrogenation catalyst. The zeolite catalyst component Pd-supported β-zeolite has a function as a solid acid zeolite catalyst whose acidity is adjusted with respect to the condensation reaction of methanol and / or dimethyl ether with hydrocarbons. Therefore, the content ratio of the methanol synthesis catalyst component to the zeolite catalyst component is reflected in the relative ratio between the methanol synthesis function and the olefin hydrogenation function and the hydrocarbon production function from methanol of the catalyst of the present invention. In the present invention, when producing liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane by reacting carbon monoxide and hydrogen, carbon monoxide and hydrogen must be sufficiently converted to methanol by a methanol synthesis catalyst component. In addition, the methanol produced must be sufficiently converted by the zeolite catalyst component into an olefin whose main component is propylene or butene, and it must be converted into a liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane by the methanol synthesis catalyst component. Don't be. By setting the content ratio of the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and the Pd-supported β-zeolite within the above range, propane and / or butane can be produced with higher selectivity and higher yield.
なお、Cu−Zn系メタノール合成触媒とPd担持β−ゼオライトの含有比率は、上記の範囲に限定されるものではなく、メタノール合成触媒成分、ゼオライト触媒成分の種類などに応じて適宜決めることができる。 The content ratio of the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and the Pd-supported β-zeolite is not limited to the above range, and can be determined as appropriate according to the type of methanol synthesis catalyst component, zeolite catalyst component, and the like. .
(メタノール合成触媒成分:Cu−Zn系メタノール合成触媒)
本発明において使用するメタノール合成触媒成分は、Cu−Zn系メタノール合成触媒である。
(Methanol synthesis catalyst component: Cu-Zn-based methanol synthesis catalyst)
The methanol synthesis catalyst component used in the present invention is a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst.
Cu−Zn系メタノール合成触媒としては、CuおよびZnを含み、CO+2H2→CH3OHの反応において触媒作用を示すものであれば特に限定されず、公知のCu−Zn系メタノール合成触媒を使用することができる。また、Cu−Zn系メタノール合成触媒として市販品を使用することもできる。 The Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is not particularly limited as long as it contains Cu and Zn and exhibits a catalytic action in the reaction of CO + 2H 2 → CH 3 OH, and a known Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is used. be able to. Moreover, a commercial item can also be used as a Cu-Zn type | system | group methanol synthesis catalyst.
一般的なCu−Zn系メタノール合成触媒は、酸化銅および酸化亜鉛を主成分とする複合酸化物(Cu−Zn複合酸化物)、あるいは酸化銅および酸化亜鉛を主成分とし、さらに添加成分として酸化アルミニウム、酸化クロムなどを含む複合酸化物(Cu−Zn−Al複合酸化物、Cu−Zn−Cr複合酸化物など)である。 A general Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is a complex oxide (Cu—Zn complex oxide) containing copper oxide and zinc oxide as main components, or a copper oxide and zinc oxide as main components, and further oxidized as an additional component. A composite oxide containing aluminum, chromium oxide, or the like (a Cu-Zn-Al composite oxide, a Cu-Zn-Cr composite oxide, or the like).
本発明において使用するCu−Zn系メタノール合成触媒は、例えば、酸化銅:酸化亜鉛:酸化アルミニウム:酸化クロム=1:0.05〜20:0〜2:0〜2(質量基準)であるものが好ましい。 The Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst used in the present invention is, for example, copper oxide: zinc oxide: aluminum oxide: chromium oxide = 1: 0.05 to 20: 0 to 2: 0 to 2 (mass basis). Is preferred.
本発明においては、このような一般的なCu−Zn系メタノール合成触媒(酸化銅および酸化亜鉛を主成分とする複合酸化物、あるいは酸化銅および酸化亜鉛を主成分とし、さらに添加成分として酸化アルミニウム、酸化クロムなどを含む複合酸化物)だけではなく、例えば、これに一種以上の金属を担持したものも使用することができる。担持金属はCu−Zn系メタノール合成触媒に高分散担持されていることが好ましい。 In the present invention, such a general Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst (a composite oxide containing copper oxide and zinc oxide as main components, or copper oxide and zinc oxide as main components, and aluminum oxide as an additional component) In addition, for example, a composite oxide containing one or more metals can be used. The supported metal is preferably supported in a highly dispersed manner on the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst.
担持する金属としては、例えば、Zr、Vなどが挙げられる。Cu−Zn系メタノール合成触媒のZr等の担持金属の担持量は適宜決めることができるが、通常、8質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。 Examples of the supported metal include Zr and V. The amount of the supported metal such as Zr of the Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst can be determined as appropriate, but is usually preferably 8% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
Cu−Zn系メタノール合成触媒(金属担持Cu−Zn系メタノール合成触媒も含む)は、一種を用いても、二種以上を併用してもよい。 A Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst (including a metal-supported Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst) may be used singly or in combination of two or more.
Cu−Zn複合酸化物や、Cu−Zn−Al複合酸化物、Cu−Zn−Cr複合酸化物などのCu−Zn系メタノール合成触媒は、沈殿法などの公知の方法で調製することができる。また、Zr等の金属担持Cu−Zn系メタノール合成触媒は、沈殿法などで調製した、または市販のCu−Zn系メタノール合成触媒に、含浸法などの公知の方法によりZr等の金属を担持させて調製することができる。 Cu—Zn-based methanol synthesis catalysts such as Cu—Zn composite oxide, Cu—Zn—Al composite oxide, and Cu—Zn—Cr composite oxide can be prepared by a known method such as a precipitation method. In addition, a metal-supported Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst such as Zr is prepared by a precipitation method or the like, or a commercially available Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst is loaded with a metal such as Zr by a known method such as an impregnation method. Can be prepared.
(ゼオライト触媒成分:Pd担持β−ゼオライト)
本発明において使用するゼオライト触媒成分は、Pdと、Cu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上とを担持したβ−ゼオライト(Pd担持β−ゼオライトと言う。)である。ゼオライト触媒成分としては、PdとCuを担持したβ−ゼオライトが特に好ましい。
(Zeolite catalyst component: Pd-supported β-zeolite)
The zeolite catalyst component used in the present invention is β-zeolite (referred to as Pd-supported β-zeolite) supporting Pd and one or more of Cu, Cr, Mn or Fe. As the zeolite catalyst component, β-zeolite supporting Pd and Cu is particularly preferable.
PdおよびCuは金属の形で含まれていなくてもよく、例えば、酸化物、硝酸塩、塩化物などの形で含まれていてもよい。その場合、より高い触媒活性を得る目的で、反応前に、例えば、水素還元処理などをすることによって、PdおよびCuを金属パラジウムおよび金属銅に転化させることが好ましい。PdおよびCuを活性化するための還元処理の処理条件は適宜決めることができる。 Pd and Cu may not be included in the form of metal, and may be included in the form of oxides, nitrates, chlorides, and the like. In that case, for the purpose of obtaining higher catalytic activity, it is preferable to convert Pd and Cu into metallic palladium and metallic copper by, for example, hydrogen reduction treatment before the reaction. The treatment conditions for the reduction treatment for activating Pd and Cu can be determined as appropriate.
また、PdおよびCuはβ−ゼオライトに高分散担持されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that Pd and Cu are highly dispersed and supported on β-zeolite.
Pd担持β−ゼオライトのPdの担持量は、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.3質量%以上が特に好ましい。また、Pd担持β−ゼオライトのPdの担持量は、分散性と経済性との点から、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下が特に好ましい。 The amount of Pd supported on the Pd-supported β-zeolite is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and particularly preferably 0.3% by mass or more. Further, the amount of Pd supported on the Pd-supported β-zeolite is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less from the viewpoint of dispersibility and economy.
Pd担持β−ゼオライトのCuの担持量は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が特に好ましい。また、Pd担持β−ゼオライトのCuの担持量は、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が特に好ましい。本発明の優れた効果を得るためには、ある程度の量のCuを担持させることが必要であるが、一方で、Cuの担持量が多くなりすぎると、活性劣化が速くなってくることがある。 The amount of Cu supported in the Pd-supported β-zeolite is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and particularly preferably 1% by mass or more. Further, the amount of Cu supported in the Pd-supported β-zeolite is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less. In order to obtain the excellent effect of the present invention, it is necessary to support a certain amount of Cu. On the other hand, if the amount of Cu supported is too large, the activity deterioration may be accelerated. .
Pd担持β−ゼオライトのPdの担持量およびCuの担持量を上記の範囲にすることにより、より高転化率、高選択率、高収率で、しかも長期間にわたって安定にプロパンおよび/またはブタンを製造することができる。 By setting the Pd loading and Cu loading of the Pd-supported β-zeolite within the above ranges, propane and / or butane can be stably converted over a long period of time with higher conversion, higher selectivity and higher yield. Can be manufactured.
Cu以外の金属種、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上を担持する場合、その担持量は、通常、上記のCuの担持量と同様の範囲が好ましい。 When any one or more of metal species other than Cu, such as Cr, Mn, or Fe, is supported, the supported amount is preferably in the same range as the above supported amount of Cu.
Pd担持β−ゼオライトの担体であるβ−ゼオライトとしては、特に限定されないが、SiO2/Al2O3比が10〜500のβ−ゼオライトが好ましい。SiO2/Al2O3比が10〜500のβ−ゼオライトを用いることにより、より高い触媒活性、より高いプロパンおよびブタンの選択性が得られる。β−ゼオライトのSiO2/Al2O3比は、450以下がより好ましく、400以下が特に好ましい。また、β−ゼオライトのSiO2/Al2O3比は、20以上がより好ましく、30以上が特に好ましい。本発明の触媒をスラリー床反応方式で使用する場合、β−ゼオライトのSiO2/Al2O3比が低すぎると、溶媒が分解しやすい傾向がある。そのため、β−ゼオライトのSiO2/Al2O3比は、200以上がさらに好ましく、300以上が特に好ましい。 The β-zeolite that is a carrier of the Pd-supported β-zeolite is not particularly limited, but β-zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 10 to 500 is preferable. By using β-zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 10 to 500, higher catalytic activity and higher propane and butane selectivity are obtained. The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of β-zeolite is more preferably 450 or less, and particularly preferably 400 or less. Further, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of β-zeolite is more preferably 20 or more, and particularly preferably 30 or more. When the catalyst of the present invention is used in a slurry bed reaction system, if the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of β-zeolite is too low, the solvent tends to decompose. Therefore, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of β-zeolite is more preferably 200 or more, and particularly preferably 300 or more.
なお、本発明において使用するPd担持β−ゼオライトは、その所望の効果を損なわない範囲内で、上記のPdおよびCu等以外の金属をβ−ゼオライトに担持したものであってもよい。 The Pd-supported β-zeolite used in the present invention may be one in which a metal other than the above-mentioned Pd and Cu is supported on β-zeolite as long as the desired effect is not impaired.
Pd担持β−ゼオライトは、一種を用いても、二種以上を併用してもよい。 Pd carrying | support beta-zeolite may use 1 type, or may use 2 or more types together.
PdおよびCu等をβ−ゼオライトに担持したPd担持β−ゼオライトは、含浸法、イオン交換法などの公知の方法によりPdおよびCu等の金属をβ−ゼオライトに担持させて調製することができる。また、β−ゼオライトは公知の方法で調製することができ、市販品を使用することもできる。 Pd-supported β-zeolite in which Pd and Cu are supported on β-zeolite can be prepared by supporting a metal such as Pd and Cu on β-zeolite by a known method such as an impregnation method or an ion exchange method. Moreover, beta-zeolite can be prepared by a well-known method, and a commercial item can also be used for it.
2.本発明の液化石油ガス製造用触媒の製造方法
本発明の液化石油ガス製造用触媒の製造方法としては、メタノール合成触媒成分であるCu−Zn系メタノール合成触媒と、ゼオライト触媒成分であるPd担持β−ゼオライトとを別途に調製し、これらを混合することが好ましい。メタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とを別途に調製することにより、各々の機能に対して、それぞれの組成、構造、物性を最適に設計することが容易にできる。
2. Production method of catalyst for production of liquefied petroleum gas of the present invention Production method of catalyst for production of liquefied petroleum gas of the present invention includes a Cu-Zn-based methanol synthesis catalyst that is a methanol synthesis catalyst component and a Pd-supported β that is a zeolite catalyst component. -It is preferable to prepare zeolite separately and mix them. By separately preparing the methanol synthesis catalyst component and the zeolite catalyst component, it is possible to easily design each composition, structure, and physical property optimally for each function.
Cu−Zn系メタノール合成触媒は、前述の通り、公知の方法で調製することができる。また、市販品を使用することもできる。 The Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst can be prepared by a known method as described above. Moreover, a commercial item can also be used.
メタノール合成触媒成分には、使用前に還元処理をして活性化することが必要なものもある。本発明においては、メタノール合成触媒成分を予め還元処理して活性化する必要は必ずしもなく、メタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とを混合・成形して本発明の液化石油ガス製造用触媒を製造した後、反応を開始するに先立ち還元処理をしてメタノール合成触媒成分を活性化することができる。なお、この還元処理の処理条件は、メタノール合成触媒成分の種類などに応じて適宜決めることができる。 Some methanol synthesis catalyst components need to be activated by reduction before use. In the present invention, it is not always necessary to reduce and activate the methanol synthesis catalyst component in advance, and the methanol synthesis catalyst component and the zeolite catalyst component are mixed and molded to produce the liquefied petroleum gas production catalyst of the present invention. Thereafter, prior to the start of the reaction, a reduction treatment can be performed to activate the methanol synthesis catalyst component. The treatment conditions for the reduction treatment can be appropriately determined according to the type of methanol synthesis catalyst component.
ゼオライト触媒成分であるPd担持β−ゼオライトも、前述の通り、公知の方法で調製することができる。 As described above, Pd-supported β-zeolite as a zeolite catalyst component can also be prepared by a known method.
本発明の液化石油ガス製造用触媒は、メタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とを均一に混合した後、必要に応じて成形して製造される。両触媒成分の混合・成形の方法としては特に限定されないが、乾式の方法が好ましい。湿式で両触媒成分の混合・成形を行った場合、両触媒成分間での化合物の移動、例えばメタノール合成触媒成分中の塩基性成分のゼオライト触媒成分中の酸点への移動・中和が生じることによって、両触媒成分の各々の機能に対して最適化された物性等が変化することがある。触媒の成形方法としては、押出成形法、打錠成形法などが挙げられる。 The liquefied petroleum gas production catalyst of the present invention is produced by uniformly mixing a methanol synthesis catalyst component and a zeolite catalyst component, and then molding the catalyst as necessary. The method for mixing and molding the two catalyst components is not particularly limited, but a dry method is preferred. When both catalyst components are mixed and molded in a wet process, the compound moves between the two catalyst components, for example, the basic component in the methanol synthesis catalyst component moves to the acid point in the zeolite catalyst component and is neutralized. As a result, the physical properties optimized for the respective functions of both catalyst components may change. Examples of the catalyst molding method include an extrusion molding method and a tableting molding method.
本発明において、混合するメタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とは、固定床反応方式で使用する場合、粒径がある程度大きい方が好ましく、具体的には粒径が100μm以上であることが好ましい。粒径が100μm以上のメタノール合成触媒成分と、同じく粒径が100μm以上のゼオライト触媒成分とを混合し、必要に応じて成形して得られた本発明の液化石油ガス製造用触媒は、粒径が小さいメタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とを混合して得られた触媒と比較して、触媒活性およびLPGの収率が高くなることがある。 In the present invention, when the methanol synthesis catalyst component and the zeolite catalyst component to be mixed are used in a fixed bed reaction method, it is preferable that the particle size is somewhat large, and specifically, the particle size is preferably 100 μm or more. The catalyst for liquefied petroleum gas production of the present invention obtained by mixing a methanol synthesis catalyst component having a particle size of 100 μm or more and a zeolite catalyst component having a particle size of 100 μm or more and molding as necessary, has a particle size of Compared with a catalyst obtained by mixing a methanol synthesis catalyst component and a zeolite catalyst component with a small amount, the catalyst activity and the yield of LPG may be increased.
この場合、混合するメタノール合成触媒成分の粒径およびゼオライト触媒成分の粒径は、200μm以上がより好ましく、500μm以上が特に好ましい。一方、本発明の混合触媒の優れた性能を保つ点から、混合するメタノール合成触媒成分の粒径およびゼオライト触媒成分の粒径は、5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましい。 In this case, the particle size of the methanol synthesis catalyst component to be mixed and the particle size of the zeolite catalyst component are more preferably 200 μm or more, and particularly preferably 500 μm or more. On the other hand, from the viewpoint of maintaining the excellent performance of the mixed catalyst of the present invention, the particle size of the methanol synthesis catalyst component to be mixed and the particle size of the zeolite catalyst component are preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less.
一方、本発明の混合触媒は、スラリー床反応方式で使用する場合、メタノール合成触媒成分の粒径およびゼオライト触媒成分の粒径は比較的小さい方が好ましく、具体的には粒径が400μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがさらに好ましく、1〜100μmがより好ましく、1〜50μmが特に好ましい。 On the other hand, when the mixed catalyst of the present invention is used in a slurry bed reaction system, the particle size of the methanol synthesis catalyst component and the particle size of the zeolite catalyst component are preferably relatively small, specifically, the particle size is 400 μm or less. Preferably, it is 200 μm or less, more preferably 1 to 100 μm, and particularly preferably 1 to 50 μm.
固定床反応方式で使用する場合でも、スラリー床反応方式で使用する場合でも、混合するメタノール合成触媒成分の粒径とゼオライト触媒成分の粒径とは、同じである方が好ましい。 Whether used in a fixed bed reaction system or a slurry bed reaction system, it is preferable that the methanol synthesis catalyst component and the zeolite catalyst component to be mixed have the same particle size.
混合触媒を製造する場合、通常、それぞれの触媒成分を必要に応じて機械的に粉砕し、粒径を例えば0.5〜2μm程度に揃えた後、均一に混合し、必要に応じて成形する。あるいは、所望の触媒成分すべてを加え、機械的に粉砕しながら均一になるまで混合し、粒径を例えば0.5〜2μm程度に揃え、必要に応じて成形する。 When producing a mixed catalyst, usually, each catalyst component is mechanically pulverized as necessary, and after the particle size is adjusted to, for example, about 0.5 to 2 μm, it is uniformly mixed and shaped as necessary. . Alternatively, all the desired catalyst components are added, mixed while being mechanically pulverized until uniform, and the particle size is adjusted to about 0.5 to 2 μm, for example, and molded as necessary.
それに対して、粒径が100μm以上のメタノール合成触媒成分と粒径が100μm以上のゼオライト触媒成分とを混合して本発明の液化石油ガス製造用触媒を製造する場合、通常、それぞれの触媒成分を予め打錠成形法、押出成形法などの公知の成形方法により成形し、それを必要に応じて機械的に粉砕し、粒径を好ましくは100μm〜5mm程度に揃えた後、両者を均一に混合する。そして、この混合物を必要に応じて再度成形し、本発明の液化石油ガス製造用触媒を製造する。 On the other hand, when the methanol synthesis catalyst component having a particle size of 100 μm or more and the zeolite catalyst component having a particle size of 100 μm or more are mixed to produce the liquefied petroleum gas production catalyst of the present invention, each catalyst component is usually added. Molded in advance by a known molding method such as tableting or extrusion, mechanically pulverized as necessary, and after the particle size is preferably adjusted to about 100 μm to 5 mm, both are mixed uniformly. To do. And this mixture is shape | molded again as needed, and the catalyst for liquefied petroleum gas manufacture of this invention is manufactured.
3.液化石油ガスの製造方法
次に、上記のような本発明の液化石油ガス製造用触媒を用いて一酸化炭素と水素とを反応させ、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガス、好ましくは主成分がプロパンである液化石油ガスを製造する方法について説明する。
3. Next, carbon monoxide and hydrogen are reacted using the catalyst for producing a liquefied petroleum gas of the present invention as described above, and a liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane, preferably main A method for producing liquefied petroleum gas whose component is propane will be described.
LPGの合成反応は、固定床方式、流動床方式、スラリー床方式など、各種の反応形式で実施することができるが、前述の通り、本発明においてはスラリー床方式で実施することが好ましい。 The synthesis reaction of LPG can be carried out in various reaction formats such as a fixed bed method, a fluidized bed method, and a slurry bed method. As described above, in the present invention, the LPG synthesis reaction is preferably carried out.
反応をスラリー床方式で行う場合、本発明の触媒を溶媒である媒体油に分散させて、スラリーの状態で使用する。そして、この触媒スラリー中に、一酸化炭素と水素とを含む原料ガスを流通させて、LPGを合成する。 When the reaction is carried out in a slurry bed system, the catalyst of the present invention is dispersed in a medium oil as a solvent and used in a slurry state. Then, a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen is circulated in the catalyst slurry to synthesize LPG.
本発明において用いられる媒体油は、(1)反応条件下において安定で、不活性であり、(2)反応条件下において液体状態を安定に維持でき、(3)反応原料である一酸化炭素と水素の溶解性が高いものであれば、そのいずれもが使用可能である。媒体油としては、例えば、脂肪族、芳香族または脂環族の炭化水素、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、および、これらのハロゲン化物などが挙げられるが、炭化水素を主成分とするものが好ましく、炭素数10〜20の炭化水素であることが特に好ましい。媒体油は、一種を用いても、二種以上を混合して用いてもよい。また、媒体油として、硫黄分を除去した軽油、減圧軽油、水素化処理したコールタールの高沸点留分、フィッシャー・トロプシュ合成油、高沸点食用油なども用いることができる。 The medium oil used in the present invention is (1) stable and inert under reaction conditions, (2) can stably maintain a liquid state under reaction conditions, and (3) carbon monoxide as a reaction raw material and Any of those having high hydrogen solubility can be used. Examples of the medium oil include aliphatic, aromatic or alicyclic hydrocarbons, alcohols, ethers, esters, ketones, and halides thereof, and those containing hydrocarbons as a main component are preferable. Particularly preferred is a hydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms. One medium oil may be used, or two or more medium oils may be mixed and used. As the medium oil, light oil from which sulfur content has been removed, vacuum gas oil, hydrotreated coal tar high boiling fraction, Fischer-Tropsch synthetic oil, high boiling food oil, and the like can also be used.
本発明の触媒の使用量は、用いる溶媒(媒体油)の種類、反応条件などに応じて適宜決めることができるが、通常、溶媒に対して1〜50重量%程度が好ましく、5〜40重量%程度がより好ましい。 The amount of the catalyst of the present invention can be appropriately determined according to the type of solvent (medium oil) to be used, reaction conditions, etc., but is usually preferably about 1 to 50% by weight, preferably 5 to 40% by weight with respect to the solvent. % Is more preferable.
原料ガス組成、反応温度、反応圧力、触媒との接触時間などの反応条件は適宜決めることができるが、例えば、以下のような条件で反応を行うことができる。 Reaction conditions such as the raw material gas composition, reaction temperature, reaction pressure, and contact time with the catalyst can be appropriately determined. For example, the reaction can be performed under the following conditions.
反応器に送入されるガス中の一酸化炭素の濃度は、特に限定されないが、20モル%〜45モル%が好ましく、25モル%〜40モル%がより好ましい。 The concentration of carbon monoxide in the gas fed to the reactor is not particularly limited, but is preferably 20 mol% to 45 mol%, more preferably 25 mol% to 40 mol%.
反応器に送入されるガス中の水素の濃度は、特に限定されないが、一酸化炭素がより十分に反応する点から、一酸化炭素1モルに対して1.2モル以上が好ましく、1.5モル以上がより好ましい。また、反応器に送入されるガス中の水素の濃度は、経済性の点から、一酸化炭素1モルに対して3モル以下が好ましく、2.5モル以下がより好ましい。 The concentration of hydrogen in the gas fed to the reactor is not particularly limited, but is preferably 1.2 mol or more with respect to 1 mol of carbon monoxide because carbon monoxide reacts more sufficiently. 5 mol or more is more preferable. Further, the concentration of hydrogen in the gas fed into the reactor is preferably 3 mol or less, more preferably 2.5 mol or less with respect to 1 mol of carbon monoxide, from the viewpoint of economy.
反応器に送入されるガスは、二酸化炭素や、Ar等の不活性ガスなど、一酸化炭素および水素以外の成分を含有していてもよい。 The gas fed into the reactor may contain components other than carbon monoxide and hydrogen, such as carbon dioxide and an inert gas such as Ar.
反応温度は、200℃以上が好ましく、260℃以上がより好ましく、270℃以上が特に好ましい。反応温度を上記の範囲にすることにより、より高い触媒活性およびLPG選択性が得られ、高収率でプロパンおよび/またはブタンを製造することができる。一方、反応温度は、触媒の安定性・耐久性の点から、325℃以下が好ましく、315℃以下がより好ましく、310℃以下が特に好ましい。 The reaction temperature is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 260 ° C. or higher, and particularly preferably 270 ° C. or higher. By setting the reaction temperature within the above range, higher catalyst activity and LPG selectivity can be obtained, and propane and / or butane can be produced in a high yield. On the other hand, the reaction temperature is preferably 325 ° C. or lower, more preferably 315 ° C. or lower, particularly preferably 310 ° C. or lower, from the viewpoint of the stability and durability of the catalyst.
反応圧力は、より高い触媒活性が得られる点から、1MPa以上が好ましく、2MPa以上がより好ましく、2.5MPa以上が特に好ましい。一方、反応圧力は、経済性の点から、10MPa以下が好ましく、8MPa以下がより好ましい。 The reaction pressure is preferably 1 MPa or more, more preferably 2 MPa or more, and particularly preferably 2.5 MPa or more from the viewpoint of obtaining higher catalytic activity. On the other hand, the reaction pressure is preferably 10 MPa or less, more preferably 8 MPa or less, from the viewpoint of economy.
空間速度(触媒1g当たりの標準状態における原料ガスの供給速度)は、100〜50000ml/g・hが好ましく、500〜30000ml/g・hがより好ましい。空間速度を50000ml/g・h以下にすることにより、一酸化炭素の転化率がより高くなる。一方、経済性の点から、空間速度を100ml/g・h以上にすることが好ましい。 The space velocity (the feed rate of the raw material gas per gram of catalyst in a standard state) is preferably 100 to 50000 ml / g · h, and more preferably 500 to 30000 ml / g · h. By setting the space velocity to 50000 ml / g · h or less, the conversion rate of carbon monoxide becomes higher. On the other hand, it is preferable that the space velocity is 100 ml / g · h or more from the viewpoint of economy.
このようにして、本発明の液化石油ガス製造用触媒を用い、スラリー床方式で一酸化炭素と水素とを反応させることにより、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を得ることができる。 In this way, by using the catalyst for producing liquefied petroleum gas according to the present invention, carbon monoxide and hydrogen are reacted in a slurry bed system, whereby a hydrocarbon whose main component is propane or butane, that is, liquefied petroleum gas (LPG). ) Can be obtained.
また、本発明の液化石油ガス製造用触媒を用い、固定床方式、流動床方式などで一酸化炭素と水素とを反応させることによっても、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を得ることができる。この場合、国際公開第2007/094457号パンフレットに記載の方法などに準じてLPG合成反応を行うことができる。 Further, by using the catalyst for producing liquefied petroleum gas according to the present invention and reacting carbon monoxide and hydrogen in a fixed bed system, a fluidized bed system or the like, a hydrocarbon whose main component is propane or butane, that is, liquefied petroleum Gas (LPG) can be obtained. In this case, the LPG synthesis reaction can be performed according to the method described in International Publication No. 2007/094457.
4.含炭素原料からの液化石油ガスの製造方法
本発明においては、液化石油ガス(LPG)合成の原料ガスとして合成ガスを用いることができる。
4). Method for producing liquefied petroleum gas from carbon-containing raw material In the present invention, a synthetic gas can be used as a raw material gas for liquefied petroleum gas (LPG) synthesis.
次に、含炭素原料から合成ガスを製造し(合成ガス製造工程)、得られた合成ガスから、本発明の触媒を用いて、LPGを製造する(液化石油ガス製造工程)、本発明のLPGの製造方法の一実施形態について説明する。 Next, synthesis gas is produced from the carbon-containing raw material (synthesis gas production process), and LPG is produced from the obtained synthesis gas using the catalyst of the invention (liquefied petroleum gas production process). An embodiment of the manufacturing method will be described.
〔合成ガス製造工程〕
合成ガス製造工程では、含炭素原料と、H2O、O2およびCO2からなる群より選択される少なくとも一種とから、合成ガスを製造する。
[Syngas production process]
In the synthesis gas production process, synthesis gas is produced from a carbon-containing raw material and at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 .
含炭素原料としては、炭素を含む物質であって、H2O、O2およびCO2からなる群より選択される少なくとも一種と反応してH2およびCOを生成可能なものを用いることができる。含炭素原料としては、合成ガスの原料として公知のものを用いることができ、例えば、メタンやエタン等の低級炭化水素など、また、天然ガス、ナフサ、石炭などを用いることができる。 As the carbon-containing raw material, a substance containing carbon and capable of generating H 2 and CO by reacting with at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 can be used. . As the carbon-containing raw material, those known as raw materials for synthesis gas can be used. For example, lower hydrocarbons such as methane and ethane, natural gas, naphtha, coal, and the like can be used.
本発明では、通常、合成ガス製造工程および液化石油ガス製造工程において触媒を用いるため、含炭素原料(天然ガス、ナフサ、石炭など)としては、硫黄や硫黄化合物などの触媒被毒物質の含有量が少ないものが好ましい。また、含炭素原料に触媒被毒物質が含まれる場合には、必要に応じて、合成ガス製造工程に先立ち脱硫など、触媒被毒物質を除去する工程を行うことができる。 In the present invention, since a catalyst is usually used in the synthesis gas production process and the liquefied petroleum gas production process, the carbon-containing raw material (natural gas, naphtha, coal, etc.) contains catalyst poisoning substances such as sulfur and sulfur compounds. Those with less are preferred. Moreover, when a catalyst poisoning substance is contained in the carbon-containing raw material, a step of removing the catalyst poisoning substance such as desulfurization can be performed prior to the synthesis gas production process, if necessary.
合成ガスは、合成ガス製造用触媒(改質触媒)の存在下で、上記のような含炭素原料と、H2O、O2およびCO2からなる群より選択される少なくとも一種とを反応させることにより製造される。 The synthesis gas reacts the carbon-containing raw material as described above with at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 in the presence of a synthesis gas production catalyst (reforming catalyst). It is manufactured by.
合成ガスは、公知の方法により製造することができる。例えば、天然ガス(メタン)を原料とする場合には、水蒸気改質法や、自己熱改質法などによって合成ガスを製造することができる。なお、この場合、水蒸気改質に必要な水蒸気や、自己熱改質に必要な酸素などは必要に応じて供給することができる。また、石炭を原料とする場合には、空気吹きガス化炉などを用いて合成ガスを製造することができる。 Syngas can be produced by a known method. For example, when natural gas (methane) is used as a raw material, synthesis gas can be produced by a steam reforming method, an autothermal reforming method, or the like. In this case, steam necessary for steam reforming, oxygen necessary for autothermal reforming, and the like can be supplied as necessary. In addition, when coal is used as a raw material, synthesis gas can be produced using an air-blown gasification furnace or the like.
また、例えば、上記のような原料から合成ガスを製造する反応器である改質器の下流にシフト反応器を設け、シフト反応(CO+H2O→CO2+H2)によって合成ガスの組成を調整することもできる。 In addition, for example, a shift reactor is provided downstream of a reformer that is a reactor for producing synthesis gas from the above raw materials, and the composition of the synthesis gas is adjusted by a shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ). You can also
本発明において、合成ガス製造工程から製造される好ましい合成ガスの組成は、低級パラフィン製造のための化学量論から言えばH2/COのモル比は7/3≒2.3であるが、製造される合成ガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H2/CO;モル基準)は1.2〜3であることが好ましい。合成ガスからLPGへの転換反応で生成する水によるシフト反応によって水素が生成するため、一酸化炭素を好適に反応させる点から、合成ガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H2/CO;モル基準)は、1.2以上が好ましく、1.5以上がより好ましい。また、水素は、一酸化炭素が好適に反応し、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを得ることのできる量があればよく、余剰の水素は原料ガスの全圧を不必要に上げることになって技術の経済性を低下させる。この点から、合成ガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H2/CO;モル基準)は、3以下が好ましく、2.5以下がより好ましい。 In the present invention, the composition of a preferred synthesis gas produced from the synthesis gas production process is such that the molar ratio of H 2 / CO is 7 / 3≈2.3 in terms of the stoichiometry for producing lower paraffin. The content ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO; molar basis) in the produced synthesis gas is preferably 1.2 to 3. Since hydrogen is generated by the shift reaction with water generated in the conversion reaction from synthesis gas to LPG, the content ratio of hydrogen to carbon monoxide in the synthesis gas (H 2 / CO ; On a molar basis) is preferably 1.2 or more, more preferably 1.5 or more. In addition, hydrogen is sufficient if carbon monoxide reacts favorably and liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane can be obtained, and surplus hydrogen unnecessarily raises the total pressure of the raw material gas. This will reduce the economics of the technology. In this respect, the content ratio of hydrogen to carbon monoxide in the synthesis gas (H 2 / CO; on a molar basis) is preferably 3 or less, and more preferably 2.5 or less.
また、製造される合成ガス中の一酸化炭素の濃度は、合成ガスからLPGへの転換反応に好適な一酸化炭素の圧力(分圧)の確保と、原料原単位向上との点から、20モル%以上が好ましく、25モル%以上がより好ましい。また、製造される合成ガス中の一酸化炭素の濃度は、合成ガスからLPGへの転換反応において一酸化炭素の転化率がより十分に高くなる点から、45モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。 Further, the concentration of carbon monoxide in the produced synthesis gas is 20 from the viewpoint of securing the pressure (partial pressure) of carbon monoxide suitable for the conversion reaction from synthesis gas to LPG and improving the raw material basic unit. The mol% or more is preferable, and 25 mol% or more is more preferable. The concentration of carbon monoxide in the produced synthesis gas is preferably 45 mol% or less, preferably 40 mol% or less from the viewpoint that the conversion rate of carbon monoxide is sufficiently higher in the conversion reaction from synthesis gas to LPG. The following is more preferable.
上記の組成の合成ガスを製造するためには、含炭素原料とスチーム(水)、酸素および二酸化炭素からなる群より選択される少なくとも一種との供給量比、用いる合成ガス製造用触媒の種類や、その他の反応条件を適宜選択すればよい。 In order to produce the synthesis gas having the above composition, the supply ratio between the carbon-containing raw material and steam (water), at least one selected from the group consisting of oxygen and carbon dioxide, the type of synthesis gas production catalyst used, Other reaction conditions may be selected as appropriate.
例えば、原料ガスとしてスチーム/メタン(モル比)が1、二酸化炭素/メタン(モル比)が0.4となるような組成のガスを用い、RuあるいはRh/焼結低表面積化マグネシア触媒が充填された外熱式多管反応管型の装置にて、反応温度(触媒層出口温度)800〜900℃、反応圧力1〜4MPa、ガス空間速度(GHSV)2000hr−1等の操作条件にて合成ガスを製造することができる。 For example, a gas having a composition such that steam / methane (molar ratio) is 1 and carbon dioxide / methane (molar ratio) is 0.4 as a raw material gas is filled with Ru or Rh / sintered low surface area magnesia catalyst. In an externally heated multi-tube reaction tube type apparatus, the reaction temperature (catalyst layer outlet temperature) is 800 to 900 ° C., the reaction pressure is 1 to 4 MPa, the gas space velocity (GHSV) is 2000 hr −1 and the like. Gas can be produced.
合成ガス製造においてスチームを用いて改質する場合、エネルギー効率の点から、スチームと原料カーボンとの比(S/C)は1.5以下とすることが好ましく、0.8〜1.2とすることがより好ましい。その一方で、S/Cをこのような低い値にすると、炭素析出発生の可能性が無視できなくなる。 When reforming using steam in the synthesis gas production, the ratio of steam to raw carbon (S / C) is preferably 1.5 or less from the viewpoint of energy efficiency, More preferably. On the other hand, if S / C is set to such a low value, the possibility of carbon deposition cannot be ignored.
低S/Cで合成ガス製造を行う場合には、例えば、WO98/46524号公報、特開2000−288394号公報あるいは特開2000−469号公報に記載されているような、良好な合成ガス化反応の活性を有しつつも炭素析出活性が抑えられた触媒を用いることが好ましい。以下、これらの触媒について述べる。 When syngas production is performed at low S / C, for example, good synthesis gasification as described in WO98 / 46524, JP2000-288394A or JP2000-469A It is preferable to use a catalyst having a reaction activity but having a suppressed carbon deposition activity. Hereinafter, these catalysts will be described.
WO98/46524号公報に記載されている触媒は、金属酸化物からなる担体にロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウムおよび白金の中から選ばれる少なくとも1種の触媒金属を担持させた触媒であって、該触媒の比表面積が25m2/g以下で、かつ該担体金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度が13.0以下であり、該触媒金属の担持量が金属換算量で担体金属酸化物に対して0.0005〜0.1モル%である触媒である。炭素析出防止の点からは、上記電気陰性度は4〜12が好ましく、上記触媒の比表面積は0.01〜10m2/gが好ましい。 The catalyst described in WO98 / 46524 is a catalyst in which at least one catalyst metal selected from rhodium, ruthenium, iridium, palladium and platinum is supported on a support made of a metal oxide, The specific surface area of the catalyst is 25 m 2 / g or less, the electronegativity of the metal ions in the support metal oxide is 13.0 or less, and the supported amount of the catalyst metal is a metal equivalent amount in the support metal oxide. It is a catalyst which is 0.0005 to 0.1 mol% with respect to. From the viewpoint of preventing carbon deposition, the electronegativity is preferably 4 to 12, and the specific surface area of the catalyst is preferably 0.01 to 10 m 2 / g.
なお、前記金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度は、次式により定義されるものである。 The electronegativity of the metal ions in the metal oxide is defined by the following formula.
Xi=(1+2i)Xo
ここで、Xi:金属イオンの電気陰性度、Xo:金属の電気陰性度、i:金属イオンの荷電子数である。
Xi = (1 + 2i) Xo
Here, Xi: electronegativity of metal ion, Xo: electronegativity of metal, i: number of valence electrons of metal ion.
金属酸化物が複合金属酸化物の場合は、平均の金属イオン電気陰性度を用い、その値は、その複合金属酸化物中に含まれる各金属イオンの電気陰性度に複合酸化物中の各酸化物のモル分率を掛けた値の合計値とする。 When the metal oxide is a composite metal oxide, the average metal ion electronegativity is used, and the value is determined based on the electronegativity of each metal ion contained in the composite metal oxide. The sum of the product multiplied by the mole fraction of the product.
金属の電気陰性度(Xo)はPaulingの電気陰性度を用いる。Paulingの電気陰性度は、「藤代亮一訳、ムーア物理化学(下)(第4版)、東京化学同人,p.707(1974)」の表15.4に記載の値を用いる。なお、金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度(Xi)については、例えば、「触媒学会編、触媒講座、第2巻、p.145(1985)」に詳述されている。 Pauling's electronegativity is used for the metal electronegativity (Xo). For Pauling's electronegativity, the values listed in Table 15.4 of “Ryoichi Fujishiro, Moore Physical Chemistry (lower) (4th edition), Tokyo Kagaku Dojin, p.707 (1974)” are used. The electronegativity (Xi) of metal ions in the metal oxide is described in detail, for example, in “Catalyst Society, Catalyst Course, Vol. 2, p. 145 (1985)”.
この触媒において、前記金属酸化物としては、Mg、Ca、Ba、Zn、Al、Zr、La等の金属を1種または2種以上含む金属酸化物が挙げられる。このような金属酸化物としては、例えば、マグネシア(MgO)が挙げられる。 In this catalyst, examples of the metal oxide include metal oxides containing one or more metals such as Mg, Ca, Ba, Zn, Al, Zr, and La. An example of such a metal oxide is magnesia (MgO).
メタンとスチームとを反応させる方法(スチームリフォーミング)の場合、その反応は下記式(i)で示される。 In the case of a method of reacting methane and steam (steam reforming), the reaction is represented by the following formula (i).
メタンと二酸化炭素とを反応させる方法(CO2リフォーミング)の場合、その反応は下記式(ii)で示される。
In the case of a method of reacting methane and carbon dioxide (CO 2 reforming), the reaction is represented by the following formula (ii).
メタンとスチームと二酸化炭素とを反応させる方法(スチーム/CO2混合リフォーミング)の場合、その反応は下記式(iii)で示される。
In the case of a method of reacting methane, steam and carbon dioxide (steam / CO 2 mixed reforming), the reaction is represented by the following formula (iii).
上記の触媒を用いてスチームリフォーミングを行う場合、その反応温度は、好ましくは600〜1200℃、より好ましくは600〜1000℃であり、その反応圧力は、好ましくは0.098MPaG〜3.9MPaG、より好ましくは0.49MPaG〜2.9MPaG(Gはゲージ圧であることを示す)である。また、このスチームリフォーミングを固定床方式で行う場合、そのガス空間速度(GHSV)は、好ましくは1,000〜10,000hr−1、より好ましくは2,000〜8,000hr−1である。含炭素原料に対するスチームの使用割合を示すと、含炭素原料(CO2を除く)中の炭素1モル当り、好ましくはスチーム(H2O)0.5〜2モル、より好ましくは0.5〜1.5モル、さらに好ましくは0.8〜1.2モルの割合である。
When steam reforming is performed using the above catalyst, the reaction temperature is preferably 600 to 1200 ° C., more preferably 600 to 1000 ° C., and the reaction pressure is preferably 0.098 MPaG to 3.9 MPaG, More preferably, it is 0.49 MPaG to 2.9 MPaG (G indicates a gauge pressure). Also, when performing the steam reforming with a fixed bed, a gas space velocity (GHSV) is preferably 1,000~10,000Hr -1, more preferably 2,000~8,000hr -1. When the proportion of steam used relative to the carbon-containing raw material is shown, preferably 0.5 to 2 mol of steam (H 2 O), more preferably 0.5 to 1 mol per carbon in the carbon-containing raw material (excluding CO 2 ). The ratio is 1.5 mol, more preferably 0.8 to 1.2 mol.
上記の触媒を用いてCO2リフォーミングを行う場合、その反応温度は、好ましくは500〜1200℃、より好ましくは600〜1000℃であり、その反応圧力は、好ましくは0.49MPaG〜3.9MPaG、より好ましくは0.49MPaG〜2.9MPaGである。また、このCO2リフォーミングを固定床方式で行う場合、そのガス空間速度(GHSV)は、好ましくは1,000〜10,000hr−1、より好ましくは2,000〜8,000hr−1である。含炭素原料に対するCO2の使用割合を示すと、含炭素原料(CO2を除く)中の炭素1モル当り、好ましくはCO220〜0.5モル、より好ましくは10〜1モルの割合である。 When CO 2 reforming is performed using the above catalyst, the reaction temperature is preferably 500 to 1200 ° C., more preferably 600 to 1000 ° C., and the reaction pressure is preferably 0.49 MPaG to 3.9 MPaG. More preferably, it is 0.49 MPaG-2.9 MPaG. When performing the CO 2 reforming a fixed bed, a gas space velocity (GHSV) is preferably 1,000~10,000Hr -1, more preferably 2,000~8,000Hr -1 . When the use ratio of CO 2 with respect to the carbon-containing raw material is shown, it is preferably 20 to 0.5 mol of CO 2 , more preferably 10 to 1 mol per mol of carbon in the carbon-containing raw material (excluding CO 2 ). is there.
上記の触媒を用いて、含炭素原料にスチームとCO2との混合物を反応させて合成ガスを製造する(スチーム/CO2混合リフォーミングを行う)場合、スチームとCO2との混合割合は特に制約されないが、一般的には、H2O/CO2(モル比)は、0.1〜10であり、その反応温度は、好ましくは550〜1200℃、より好ましくは600〜1000℃であり、その反応圧力は、好ましくは0.29MPaG〜3.9MPaG、より好ましくは0.49MPaG〜2.9MPaGである。また、この反応を固定床方式で行う場合、そのガス空間速度(GHSV)は、好ましくは1,000〜10,000hr−1、より好ましくは2,000〜8,000hr−1である。含炭素原料に対するスチームの使用割合を示すと、含炭素原料(CO2を除く)中の炭素1モル当り、好ましくはスチーム(H2O)0.5〜2モル、より好ましくは0.5〜1.5モル、さらに好ましくは0.5〜1.2モルの割合である。 When the above catalyst is used to produce a synthesis gas by reacting a carbon-containing raw material with a mixture of steam and CO 2 (performing steam / CO 2 reforming), the mixing ratio of steam and CO 2 is particularly Although not limited, in general, H 2 O / CO 2 (molar ratio) is 0.1 to 10, and the reaction temperature is preferably 550 to 1200 ° C., more preferably 600 to 1000 ° C. The reaction pressure is preferably 0.29 MPaG to 3.9 MPaG, more preferably 0.49 MPaG to 2.9 MPaG. When performing the reaction in a fixed bed, a gas space velocity (GHSV) is preferably 1,000~10,000Hr -1, more preferably 2,000~8,000hr -1. When the proportion of steam used relative to the carbon-containing raw material is shown, preferably 0.5 to 2 mol of steam (H 2 O), more preferably 0.5 to 1 mol per carbon in the carbon-containing raw material (excluding CO 2 ). The ratio is 1.5 mol, more preferably 0.5 to 1.2 mol.
特開2000−288394号公報に記載されている触媒は、下記式(I)で表される組成を有する複合酸化物からなり、M1およびCoが該複合酸化物中で高分散化されていることを特徴とする触媒である。 The catalyst described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-288394 is composed of a complex oxide having a composition represented by the following formula (I), and M 1 and Co are highly dispersed in the complex oxide. It is a catalyst characterized by this.
a1M1・b1Co・c1Mg・d1Ca・e1O (I)
(式中、a1,b1,c1,d1,e1はモル分率であり、a1+b1+c1+d1=1、0.0001≦a1≦0.10、0.0001≦b1≦0.20、0.70≦(c1+d1)≦0.9998、0<c1≦0.9998、0≦d1<0.9998であり、e1は元素が酸素と電荷均衡を保つのに必要な数である。
a 1 M 1 · b 1 Co · c 1 Mg · d 1 Ca · e 1 O (I)
(Wherein a 1 , b 1 , c 1 , d 1 and e 1 are molar fractions, a 1 + b 1 + c 1 + d 1 = 1, 0.0001 ≦ a 1 ≦ 0.10, 0.0001 ≦ b 1 ≦ 0.20, 0.70 ≦ (c 1 + d 1 ) ≦ 0.9998, 0 <c 1 ≦ 0.9998, 0 ≦ d 1 <0.9998, and e 1 is an element of oxygen This is the number necessary to maintain charge balance.
また、M1は周期律表第6A族元素、第7A族元素、Coを除く第8族遷移元素、第1B族元素、第2B族元素、第4B族元素およびランタノイド元素の少なくとも1種類の元素である。)
特開2000−469号公報に記載されている触媒は、下記式(II)で表される組成を有する複合酸化物からなり、M2およびNiが該複合酸化物中で高分散化されていることを特徴とする触媒である。
M 1 is at least one element selected from Group 6A elements, Group 7A elements,
The catalyst described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-469 is composed of a complex oxide having a composition represented by the following formula (II), and M 2 and Ni are highly dispersed in the complex oxide. It is a catalyst characterized by this.
a2M2・b2Ni・c2Mg・d2Ca・e2O (II)
(式中、a2,b2,c2,d2,e2はモル分率であり、a2+b2+c2+d2=1、0.0001≦a2≦0.10、0.0001≦b2≦0.10、0.80≦(c2+d2)≦0.9998、0<c2≦0.9998、0≦d2<0.9998であり、e2は元素が酸素と電荷均衡を保つのに必要な数である。
a 2 M 2 · b 2 Ni · c 2 Mg · d 2 Ca · e 2 O (II)
(Wherein a 2 , b 2 , c 2 , d 2 , and e 2 are molar fractions, and a 2 + b 2 + c 2 + d 2 = 1, 0.0001 ≦ a 2 ≦ 0.10, 0.0001 ≦ b 2 ≦ 0.10, 0.80 ≦ (c 2 + d 2 ) ≦ 0.9998, 0 <c 2 ≦ 0.9998, 0 ≦ d 2 <0.9998, and e 2 is an element of oxygen This is the number necessary to maintain charge balance.
また、M2は周期律表第3B族元素、第4A族元素、第6B族元素、第7B族元素、第1A族元素およびランタノイド元素の少なくとも1種類の元素である。)
これらの触媒も、WO98/46524号公報に記載の触媒と同様にして用いることができる。
M 2 is at least one element of Group 3B element, Group 4A element, Group 6B element, Group 7B element, Group 1A element, and lanthanoid element of the periodic table. )
These catalysts can also be used in the same manner as the catalyst described in WO98 / 46524.
含炭素原料のリフォーミング反応、すなわち合成ガスの合成反応は、上記の方法に限らず、その他、公知の方法に準じて行えばよい。また、含炭素原料のリフォーミング反応は、各種の反応器形式で実施することができるが、通常、固定床方式、流動床方式で実施することが好ましい。 The reforming reaction of the carbon-containing raw material, that is, the synthesis reaction of the synthesis gas is not limited to the above method, and may be performed according to other known methods. The reforming reaction of the carbon-containing raw material can be carried out in various types of reactors, but usually it is preferably carried out in a fixed bed system or a fluidized bed system.
〔液化石油ガス製造工程〕
液化石油ガス製造工程では、本発明の液化石油ガス製造用触媒を用いて、上記の合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、含まれる炭化水素の主成分がプロパンまたはブタンである低級パラフィン含有ガスを製造する。そして、得られた低級パラフィン含有ガスから、必要に応じて水分などを分離した後、プロパンの沸点より低い沸点または昇華点を持つ物質である低沸点成分(未反応の原料である水素および一酸化炭素、副生物である二酸化炭素、エタン、エチレンおよびメタンなど)や、ブタンの沸点より高い沸点を持つ物質である高沸点成分(副生物である高沸点パラフィンガスなど)を必要に応じて分離し、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガス(LPG)を得る。また、液化石油ガスを得るために、必要に応じて加圧および/または冷却を行ってもよい。
[Liquefied petroleum gas production process]
In the liquefied petroleum gas production process, using the liquefied petroleum gas production catalyst of the present invention, from the synthesis gas obtained in the above synthesis gas production process, the main component of the hydrocarbon contained is propane or butane containing lower paraffin Produce gas. Then, after separating moisture or the like from the obtained lower paraffin-containing gas, if necessary, low boiling point components (substances having a boiling point or sublimation point lower than that of propane or hydrogen and monoxide which are unreacted raw materials) Carbon, by-products such as carbon dioxide, ethane, ethylene and methane) and high-boiling components (both by-product high-boiling paraffin gas) that have a boiling point higher than that of butane are separated as necessary. To obtain liquefied petroleum gas (LPG) mainly composed of propane or butane. Moreover, in order to obtain liquefied petroleum gas, you may pressurize and / or cool as needed.
液化石油ガス製造工程では、上記のような本発明の液化石油ガス製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させ、主成分がプロパンまたはブタンであるパラフィン類、好ましくは主成分がプロパンであるパラフィン類を製造する。 In the liquefied petroleum gas production process, carbon monoxide and hydrogen are reacted in the presence of the liquefied petroleum gas production catalyst of the present invention as described above, and paraffins whose main component is propane or butane, preferably the main component is present. Propane, which is propane, is produced.
ここで、反応器に送入されるガスは、上記の合成ガス製造工程において得られた合成ガスである。反応器に送入されるガスは、上記の合成ガス製造工程において得られた合成ガスに、必要に応じて、一酸化炭素や水素、その他の成分を加えたものであってもよい。また、反応器に送入されるガスは、上記の合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、必要に応じて、所定の成分を分離したものであってもよい。 Here, the gas fed into the reactor is the synthesis gas obtained in the above synthesis gas production process. The gas fed into the reactor may be a gas obtained by adding carbon monoxide, hydrogen, or other components to the synthesis gas obtained in the above synthesis gas production process, if necessary. Further, the gas fed into the reactor may be a gas obtained by separating a predetermined component from the synthesis gas obtained in the above synthesis gas production process, if necessary.
本発明の触媒を用いた低級パラフィン含有ガス合成反応(LPG合成反応)は、好ましくはスラリー床方式で、前述のような反応条件で行えばよい。 The lower paraffin-containing gas synthesis reaction (LPG synthesis reaction) using the catalyst of the present invention is preferably performed in a slurry bed system under the reaction conditions as described above.
この液化石油ガス製造工程において得られる低級パラフィン含有ガスは、含まれる炭化水素の主成分がプロパンまたはブタンである。液化特性の点から、低級パラフィン含有ガス中のプロパンおよびブタンの合計含有量は多いほど好ましい。本発明では、プロパンおよびブタンの合計含有量が、含まれる炭化水素の炭素量基準で60%以上、さらには70%以上、さらには75%以上(100%も含む)である低級パラフィン含有ガスを得ることができる。 In the lower paraffin-containing gas obtained in this liquefied petroleum gas production process, the main component of the contained hydrocarbon is propane or butane. From the viewpoint of liquefaction characteristics, the higher the total content of propane and butane in the lower paraffin-containing gas, the better. In the present invention, a lower paraffin-containing gas having a total content of propane and butane of 60% or more, further 70% or more, more preferably 75% or more (including 100%) based on the carbon content of the hydrocarbons contained. Obtainable.
さらに、液化石油ガス製造工程において得られる低級パラフィン含有ガスは、燃焼性および蒸気圧特性の点から、ブタンよりプロパンが多いことが好ましい。 Furthermore, the lower paraffin-containing gas obtained in the liquefied petroleum gas production process preferably has more propane than butane from the viewpoint of combustibility and vapor pressure characteristics.
液化石油ガス製造工程において得られる低級パラフィン含有ガスには、通常、水分や、プロパンの沸点より低い沸点または昇華点を有する低沸点成分、ブタンの沸点より高い沸点を持つ物質である高沸点成分が含まれる。低沸点成分としては、例えば、副生物であるエタン、メタン、エチレンや、シフト反応により生成する二酸化炭素、未反応の原料である水素および一酸化炭素が挙げられる。高沸点成分としては、例えば、副生物である高沸点パラフィン(ペンタン、ヘキサン等)などが挙げられる。 The lower paraffin-containing gas obtained in the liquefied petroleum gas production process usually contains moisture, a low-boiling component having a boiling point or sublimation point lower than that of propane, and a high-boiling component that is a substance having a boiling point higher than that of butane. included. Examples of the low boiling point component include ethane, methane, and ethylene as by-products, carbon dioxide generated by a shift reaction, hydrogen and carbon monoxide as unreacted raw materials. Examples of the high-boiling component include high-boiling paraffins (pentane, hexane, etc.) that are by-products.
そのため、得られた低級パラフィン含有ガスから、必要に応じて水分、低沸点成分および高沸点成分などを分離し、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガス(LPG)を得る。 Therefore, moisture, a low boiling point component, a high boiling point component, etc. are isolate | separated from the obtained lower paraffin containing gas as needed, and liquefied petroleum gas (LPG) which has propane or butane as a main component is obtained.
水分の分離、低沸点成分の分離、高沸点成分の分離は、公知の方法によって行うことができる。 Separation of moisture, low-boiling components, and high-boiling components can be performed by known methods.
水分の分離は、例えば、液液分離などによって行うことができる。 Separation of moisture can be performed, for example, by liquid-liquid separation.
低沸点成分の分離は、例えば、気液分離、吸収分離、蒸留などによって行うことができる。より具体的には、加圧常温での気液分離や吸収分離、冷却しての気液分離や吸収分離、あるいは、その組み合わせによって行うことができる。また、膜分離や吸着分離によって行うこともでき、これらと気液分離、吸収分離、蒸留との組み合わせによって行うこともできる。低沸点成分の分離には、製油所で通常用いられているガス回収プロセス(「石油精製プロセス」石油学会/編、講談社サイエンティフィク、1998年、p.28〜p.32記載)を適用することができる。 Separation of low-boiling components can be performed, for example, by gas-liquid separation, absorption separation, distillation or the like. More specifically, it can be carried out by gas-liquid separation or absorption separation at pressurized normal temperature, gas-liquid separation or absorption separation after cooling, or a combination thereof. Moreover, it can also carry out by membrane separation or adsorption separation, and can also carry out by the combination of these, gas-liquid separation, absorption separation, and distillation. For the separation of low-boiling components, a gas recovery process commonly used in refineries (“Petroleum Refining Process”, Petroleum Society / Ed., Kodansha Scientific, 1998, p.28-p.32) is applied. be able to.
低沸点成分の分離方法としては、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガスを、ブタンより沸点の高い高沸点パラフィンガス、あるいは、ガソリンなどの吸収液に吸収させる吸収プロセスが好ましい。 As a method for separating the low-boiling components, an absorption process in which liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane is absorbed in an absorbing solution such as high-boiling paraffin gas having a boiling point higher than butane or gasoline is preferable.
高沸点成分の分離は、例えば、気液分離、吸収分離、蒸留などによって行うことができる。 Separation of high-boiling components can be performed, for example, by gas-liquid separation, absorption separation, distillation, or the like.
民生用としては、使用時の安全性の点から、例えば、分離によってLPG中の低沸点成分の含有量を5モル%以下(0モル%も含む)とすることが好ましい。 For consumer use, from the viewpoint of safety at the time of use, for example, the content of low-boiling components in LPG is preferably 5 mol% or less (including 0 mol%) by separation.
このようにして製造されるLPG中のプロパンおよびブタンの合計含有量は、90モル%以上、さらには95モル%以上(100モル%も含む)とすることができる。 The total content of propane and butane in the LPG thus produced can be 90 mol% or more, and further 95 mol% or more (including 100 mol%).
本発明においては、低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分を、合成ガス製造工程の原料としてリサイクルすることができる。 In the present invention, the low-boiling component separated from the lower paraffin-containing gas can be recycled as a raw material for the synthesis gas production process.
低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分は、合成ガス製造工程の原料として再利用することができる物質、具体的にはメタン、エタン、エチレンなどを含む。また、この低沸点成分中に含まれる二酸化炭素は、CO2リフォーミング反応によって合成ガスに戻すことができる。さらに、低沸点成分は、未反応の原料である水素、一酸化炭素を含む。そのため、この低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分を合成ガス製造工程の原料としてリサイクルすることにより、原料原単位を低減させることができる。 The low-boiling components separated from the lower paraffin-containing gas include substances that can be reused as raw materials for the synthesis gas production process, specifically methane, ethane, ethylene, and the like. Further, carbon dioxide contained in the low boiling point component can be returned to the synthesis gas by the CO 2 reforming reaction. Furthermore, the low boiling point component contains hydrogen and carbon monoxide which are unreacted raw materials. Therefore, the raw material intensity can be reduced by recycling the low boiling point component separated from the lower paraffin-containing gas as a raw material for the synthesis gas production process.
低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分は、すべて合成ガス製造工程にリサイクルしてもよいし、また、一部を系外に抜き出し、残りを合成ガス製造工程にリサイクルしてもよい。低沸点成分は、所望の成分のみを分離して合成ガス製造工程にリサイクルすることもできる。 All the low-boiling components separated from the lower paraffin-containing gas may be recycled to the synthesis gas production process, or a part may be extracted out of the system and the rest may be recycled to the synthesis gas production process. As for the low boiling point component, only a desired component can be separated and recycled to the synthesis gas production process.
合成ガス製造工程において、反応器である改質器に送入されるガス中の低沸点成分の含有量、すなわちリサイクル原料の含有量は適宜決めることができ、例えば、40〜75モル%とすることができる。 In the synthesis gas production process, the content of low-boiling components in the gas sent to the reformer, which is a reactor, that is, the content of recycled raw materials can be determined as appropriate, for example, 40 to 75 mol%. be able to.
低沸点成分をリサイクルするためには、適宜リサイクルラインに昇圧手段を設ける等、公知の技術を採用することができる。 In order to recycle the low boiling point component, a known technique such as appropriately providing a pressure raising means in the recycle line can be employed.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.
〔実施例1〕
(触媒の製造)
メタノール合成触媒成分としては、市販のCu−Zn系メタノール合成触媒(Cu−Zn−Al複合酸化物)を用いた。
[Example 1]
(Manufacture of catalyst)
As the methanol synthesis catalyst component, a commercially available Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst (Cu—Zn—Al composite oxide) was used.
ゼオライト触媒成分としては、以下のようにして、市販のSiO2/Al2O3比が350のプロトン型β−ゼオライト(Zeolyst International社製)に含浸法により0.5重量%のPdと1.35重量%のCuを担持したCu−Pd/β−ゼオライトを用いた。 As a zeolite catalyst component, a commercially available proton type β-zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 350 (manufactured by Zeolst International) was impregnated with 0.5% by weight of Pd and 1. A Cu—Pd / β-zeolite carrying 35% by weight of Cu was used.
まず、所定量のPd(NH3)2(NO3)2溶液に所定量のCu(NO3)2・3H2O、およびイオン交換水を加え、溶解させて、Cu−Pd含有溶液7ml(Cu濃度:7.56重量%、Pd濃度:0.75重量%)を調製した。そして、調製したCu−Pd含有溶液に、500℃で4時間焼成したβ−ゼオライト10gを加え、1時間撹拌して含浸させた。その後、65℃で減圧乾燥して溶媒を蒸発させ、得られたCu−Pd担持β−ゼオライトを120℃で8時間乾燥した後、さらに500℃で4時間焼成した。そして、これを機械的に粉砕して、Cu−Pd担持β−ゼオライト(以下、「Cu−Pd/β−ゼオライト」ともいう。)を得た。 First, a predetermined amount of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O and ion-exchanged water are added to a predetermined amount of Pd (NH 3 ) 2 (NO 3 ) 2 solution and dissolved, and 7 ml of a Cu—Pd-containing solution ( Cu concentration: 7.56% by weight, Pd concentration: 0.75% by weight). Then, 10 g of β-zeolite calcined at 500 ° C. for 4 hours was added to the prepared Cu—Pd-containing solution and stirred for 1 hour to be impregnated. Thereafter, the solvent was evaporated by drying under reduced pressure at 65 ° C., and the obtained Cu—Pd-supported β-zeolite was dried at 120 ° C. for 8 hours and then calcined at 500 ° C. for 4 hours. Then, this was mechanically pulverized to obtain Cu-Pd-supported β-zeolite (hereinafter also referred to as “Cu-Pd / β-zeolite”).
そして、Cu−Zn系メタノール合成触媒(以下、「Cu−Zn」ともいう。)と、調製したCu−Pd/β−ゼオライトとを、Cu−Zn:Cu−Pd/β−ゼオライト=1:4(重量比)で、均一に粉砕、混合して、約355μm以下に成形して、液化石油ガス製造用触媒を得た。 Then, a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst (hereinafter also referred to as “Cu—Zn”) and the prepared Cu—Pd / β-zeolite are combined as follows: Cu—Zn: Cu—Pd / β-zeolite = 1: 4. The mixture was uniformly pulverized and mixed at a weight ratio of about 355 μm or less to obtain a liquefied petroleum gas production catalyst.
(LPGの製造)
図1に示す撹拌型スラリー床高温高圧反応装置を用いてLPG合成反応を行った。反応器にはバンドヒーターを取り付け、その周りを保温カバーで覆った。バンドヒーターの温度は、反応器との間に挿入した熱電対で測定した。反応器内の温度は、反応器内に差し込まれた熱電対で測定し、PID制御を行った。
(Manufacturing LPG)
The LPG synthesis reaction was performed using the stirring type slurry bed high-temperature and high-pressure reactor shown in FIG. A band heater was attached to the reactor, and the surrounding area was covered with a heat insulating cover. The temperature of the band heater was measured with a thermocouple inserted between the reactors. The temperature in the reactor was measured with a thermocouple inserted into the reactor, and PID control was performed.
反応に先立ち、調製した触媒は、水素・窒素混合ガス気流中(H2/N2=5/95;流量:100ml/min.)、常圧、300℃で8時間還元処理した。 Prior to the reaction, the prepared catalyst was reduced at a normal pressure and 300 ° C. for 8 hours in a hydrogen / nitrogen mixed gas stream (H 2 / N 2 = 5/95; flow rate: 100 ml / min.).
まず、反応器中に、溶媒としてn−ヘキサデカン50ml(38.65g)を入れた。次いで、窒素雰囲気下で、還元処理した触媒5gを溶媒に入れ、反応器を装置に設置した。 First, 50 ml (38.65 g) of n-hexadecane was added as a solvent in the reactor. Next, 5 g of the reduced catalyst was placed in a solvent under a nitrogen atmosphere, and the reactor was installed in the apparatus.
最初にN2を100ml/min.の流量で流し、3.5MPaまで昇圧した後、N2を止め、組成がCO:H2:CO2:Ar=32:60:5:3(モル比)の原料ガスを80ml/min.の流量で流しながら、3.5MPaまで昇圧した。そして、撹拌を開始し、触媒を溶媒に懸濁させてスラリー状態にした後、撹拌しながら、280℃まで2時間で昇温し、反応を開始した。このとき、200℃までは200rpm、280℃までは1050rpmで撹拌した。LPG合成反応の反応条件は、反応温度280℃、反応圧力3.5MPa、空間速度(触媒1g当たりの標準状態における原料ガスの供給速度)960ml/g・hとした。 First, N 2 was added at 100 ml / min. The pressure was raised to 3.5 MPa, N 2 was stopped, and a raw material gas having a composition of CO: H 2 : CO 2 : Ar = 32: 60: 5: 3 (molar ratio) was 80 ml / min. The pressure was increased to 3.5 MPa while flowing at a flow rate of. Stirring was started and the catalyst was suspended in a solvent to form a slurry, and then the temperature was raised to 280 ° C. over 2 hours while stirring to initiate the reaction. At this time, the mixture was stirred at 200 rpm up to 200 ° C. and 1050 rpm up to 280 ° C. The reaction conditions for the LPG synthesis reaction were a reaction temperature of 280 ° C., a reaction pressure of 3.5 MPa, and a space velocity (feeding rate of the raw material gas per gram of catalyst in a standard state) of 960 ml / g · h.
反応中、所定の時点で、オンラインに接続したガスクロマトグラフィーを用いて、生成ガスを分析した。分析終了後、反応ガス流通下で降温し、次いで反応ガスを止め、降圧した。反応停止後、触媒および溶媒をサンプリングした。 At predetermined times during the reaction, the product gas was analyzed using gas chromatography connected online. After the analysis was completed, the temperature was lowered under the reaction gas flow, and then the reaction gas was stopped and the pressure was reduced. After stopping the reaction, the catalyst and the solvent were sampled.
なお、使用したガスクロマトグラフィーはGC−8A(島津製作所製)であり、炭化水素およびDMEの分析には検出器としてFIDを用いた。カラムは、充填剤にPropack−Qを用い、温度は60〜170℃とした。キャリアガスにはHeを用いた。CO、CO2、CH4およびArの分析にはTCDを用いた。カラムは、充填剤に活性炭を用い、温度は90℃とした。キャリアガスにはHeを用いた。 The gas chromatography used was GC-8A (manufactured by Shimadzu Corporation), and FID was used as a detector for analysis of hydrocarbons and DME. The column used Propack-Q as the packing material, and the temperature was 60 to 170 ° C. He was used as the carrier gas. TCD was used for the analysis of CO, CO 2 , CH 4 and Ar. The column used activated carbon as the packing material, and the temperature was 90 ° C. He was used as the carrier gas.
炭化水素(HC)の収率、ジメチルエーテル(DME)の収率、および、二酸化炭素(CO2)の収率の経時変化を図2に、生成した炭化水素の組成の経時変化を図3に示す。 Changes over time in the yield of hydrocarbon (HC), dimethyl ether (DME), and carbon dioxide (CO 2 ) are shown in FIG. 2, and changes over time in the composition of the generated hydrocarbon are shown in FIG. .
「CO転化率(%)」、「炭化水素の収率(%)」、「CO2の収率(%)」、「DMEの収率(%)」、「炭化水素の組成(%)」は次のように定義される。 “CO conversion rate (%)”, “Hydrocarbon yield (%)”, “CO 2 yield (%)”, “DME yield (%)”, “Hydrocarbon composition (%)” Is defined as:
CO転化率は、原料ガス中のCOが生成物に転化した割合を示したものである。
CO転化率(%)=[(入口のCO流量−出口のCO流量)/(入口のCO流量)]×100。
The CO conversion rate indicates the ratio of CO in the raw material gas converted into a product.
CO conversion (%) = [(CO flow rate at the inlet−CO flow rate at the outlet) / (CO flow rate at the inlet)] × 100.
炭化水素、CO2、DMEの収率は、全原料から得られたそれぞれの生成物の割合を炭素基準で示したものである。
炭化水素の収率(%)=CO転化率(%)×炭化水素の選択率(%)×100、
CO2の収率(%)=CO転化率(%)×CO2の選択率(%)×100、
DMEの収率(%)=CO転化率(%)×DMEの選択率(%)×100。
The yields of hydrocarbons, CO 2 , and DME are the percentages of each product obtained from all raw materials on a carbon basis.
Hydrocarbon yield (%) = CO conversion (%) × hydrocarbon selectivity (%) × 100,
CO 2 yield (%) = CO conversion (%) × CO 2 selectivity (%) × 100,
DME yield (%) = CO conversion (%) × DME selectivity (%) × 100.
炭化水素の組成は、生成した全炭化水素に占めるそれぞれの炭化水素の含有率を炭素基準で示したものである。例えば、C3の炭化水素の含有率は次のように算出する。
全炭化水素中のC3(%)=[(C3のFID面積)/(C1のFID面積+C2のFID面積+C3のFID面積+C4のFID面積+C5のFID面積+C6のFID面積+・・・)]×100 (FID面積:ガスクロマトグラフィーのピーク面積)。
The composition of the hydrocarbon indicates the content of each hydrocarbon in the total generated hydrocarbon on a carbon basis. For example, the C3 hydrocarbon content is calculated as follows.
C3 (%) in all hydrocarbons = [(FID area of C3) / (FID area of C1 + FID area of C2 + FID area of C3 + FID area of C4 + FID area of C5 + FID area of C6 + ...)] × 100 (FID area: peak area of gas chromatography).
〔比較例1〕
(触媒の製造)
メタノール合成触媒成分としては、実施例1で用いたものと同じ市販のCu−Zn系メタノール合成触媒を用いた。
[Comparative Example 1]
(Manufacture of catalyst)
As the methanol synthesis catalyst component, the same commercially available Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst as that used in Example 1 was used.
ゼオライト触媒成分としては、以下のようにして、実施例1で用いたものと同じ市販のSiO2/Al2O3比が350のプロトン型β−ゼオライトにイオン交換法により0.5重量%のPdを担持したPd/β−ゼオライトを用いた。 As the zeolite catalyst component, 0.5 wt% of the same commercially available SiO 2 / Al 2 O 3 ratio as used in Example 1 having a ratio of 350 to 350 β-zeolite by an ion exchange method was used. Pd / β-zeolite carrying Pd was used.
まず、所定量のPd(NH3)2(NO3)2溶液にイオン交換水を加え、これを60℃の湯浴中で30分間撹拌して、Pd含有溶液150ml(濃度:0.027重量%)を調製した。そして、調製したPd含有溶液に、500℃で4時間焼成したβ−ゼオライト8gをゆっくりと加え、60℃で8時間加熱・撹拌した。その後、試料のろ過、イオン交換水による水洗を3回繰り返した。 First, ion-exchanged water was added to a predetermined amount of Pd (NH 3 ) 2 (NO 3 ) 2 solution, which was stirred in a 60 ° C. hot water bath for 30 minutes, and 150 ml of Pd-containing solution (concentration: 0.027 weight). %) Was prepared. Then, 8 g of β-zeolite calcined at 500 ° C. for 4 hours was slowly added to the prepared Pd-containing solution, and heated and stirred at 60 ° C. for 8 hours. Thereafter, filtration of the sample and washing with ion-exchanged water were repeated three times.
このようにして得られたPd担持β−ゼオライトを120℃で8時間乾燥した後、さらに500℃で4時間焼成した。そして、これを機械的に粉砕して、Pd担持β−ゼオライト(以下、「Pd/β−ゼオライト」ともいう。)を得た。 The Pd-supported β-zeolite thus obtained was dried at 120 ° C. for 8 hours and then calcined at 500 ° C. for 4 hours. This was mechanically pulverized to obtain Pd-supported β-zeolite (hereinafter also referred to as “Pd / β-zeolite”).
そして、Cu−Zn系メタノール合成触媒(以下、「Cu−Zn」ともいう。)と、調製したPd/β−ゼオライトとを、Cu−Zn:Pd/β−ゼオライト=1:4(重量比)で、均一に粉砕、混合して、約355μm以下に成形して、液化石油ガス製造用触媒を得た。 Then, a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst (hereinafter also referred to as “Cu—Zn”) and the prepared Pd / β-zeolite are mixed with Cu—Zn: Pd / β-zeolite = 1: 4 (weight ratio). Then, the mixture was uniformly pulverized and mixed, and molded to about 355 μm or less to obtain a liquefied petroleum gas production catalyst.
(LPGの製造)
調製した触媒を用い、実施例1と同様にしてLPG合成反応を行い、生成物をガスクロマトグラフィーにより分析した。
(Manufacturing LPG)
Using the prepared catalyst, an LPG synthesis reaction was performed in the same manner as in Example 1, and the product was analyzed by gas chromatography.
炭化水素(HC)の収率、ジメチルエーテル(DME)の収率、および、二酸化炭素(CO2)の収率の経時変化を図4に、生成した炭化水素の組成の経時変化を図5に示す。 The time course of the yield of hydrocarbon (HC), the yield of dimethyl ether (DME), and the yield of carbon dioxide (CO 2 ) is shown in FIG. 4, and the time course of the composition of the generated hydrocarbon is shown in FIG. .
以上のように、本発明の液化石油ガス製造用触媒は、一酸化炭素と水素とを反応させて主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を高活性、高選択性、高収率で製造することができ、しかも、触媒寿命が長く、劣化が少ないものであり、特にスラリー床反応方式で使用するのに適している。本発明の触媒を用いることにより、天然ガスなどの含炭素原料あるいは合成ガスから、LPGを長期間にわたって安定に、高活性、高選択性、高収率で製造することができる。 As described above, the catalyst for producing liquefied petroleum gas according to the present invention reacts with carbon monoxide and hydrogen to produce hydrocarbons whose main component is propane or butane, that is, liquefied petroleum gas (LPG) with high activity and high selectivity. In addition, the catalyst has a long catalyst life and little deterioration, and is particularly suitable for use in a slurry bed reaction system. By using the catalyst of the present invention, LPG can be produced stably and with high activity, high selectivity and high yield from a carbon-containing raw material such as natural gas or synthesis gas over a long period of time.
Claims (14)
Cu−Zn系メタノール合成触媒と、PdとCu、Cr、MnまたはFeのいずれか1種以上とを担持したβ−ゼオライト(以下、「Pd担持β−ゼオライト」と言う。)とを含有することを特徴とする液化石油ガス製造用触媒。 A catalyst used in producing liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane by reacting carbon monoxide with hydrogen,
It contains a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and β-zeolite (hereinafter referred to as “Pd-supported β-zeolite”) supporting Pd and one or more of Cu, Cr, Mn, or Fe. A catalyst for the production of liquefied petroleum gas.
その含有比率が、質量基準で、酸化銅:酸化亜鉛:酸化アルミニウム:酸化クロム=1:0.05〜20:0〜2:0〜2である請求項6に記載の液化石油ガス製造用触媒。 The composite oxide is a composite oxide which contains copper oxide and zinc oxide as main components, and may further contain aluminum oxide and / or chromium oxide as an additional component,
The catalyst for liquefied petroleum gas production according to claim 6, wherein the content ratio is copper oxide: zinc oxide: aluminum oxide: chromium oxide = 1: 0.05 to 20: 0 to 2: 0 to 2 on a mass basis. .
反応圧力が1MPa以上8MPa以下であり、
空間速度(触媒1g当たりの標準状態における原料ガスの供給速度)が100ml/g・h以上50000ml/g・h以下である請求項10または11に記載の液化石油ガスの製造方法。 The reaction temperature is 200 ° C. or more and 325 ° C. or less,
The reaction pressure is 1 MPa or more and 8 MPa or less,
The method for producing a liquefied petroleum gas according to claim 10 or 11, wherein a space velocity (feeding rate of the raw material gas per 1 g of catalyst in a standard state) is 100 ml / g · h or more and 50000 ml / g · h or less.
(2)請求項1〜8のいずれかに記載の触媒を溶媒に懸濁させたスラリーに合成ガスを流通させて、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造する液化石油ガス製造工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。 (1) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a carbon-containing raw material and at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 ;
(2) A liquefied petroleum gas production process for producing a liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane by circulating a synthesis gas in a slurry in which the catalyst according to any one of claims 1 to 8 is suspended in a solvent. A method for producing liquefied petroleum gas, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008039295A JP2009195815A (en) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | Catalyst for liquefied petroleum gas production and method for manufacturing liquefied petroleum gas using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008039295A JP2009195815A (en) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | Catalyst for liquefied petroleum gas production and method for manufacturing liquefied petroleum gas using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009195815A true JP2009195815A (en) | 2009-09-03 |
Family
ID=41139954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008039295A Withdrawn JP2009195815A (en) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | Catalyst for liquefied petroleum gas production and method for manufacturing liquefied petroleum gas using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009195815A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011024651A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 | Slurry preparation method, slurry preparation apparatus, hydrocarbon synthesis reaction apparatus, and hydrocarbon synthesis reaction system |
JPWO2009104742A1 (en) * | 2008-02-20 | 2011-06-23 | 日本ガス合成株式会社 | Catalyst for producing liquefied petroleum gas, and method for producing liquefied petroleum gas using the catalyst |
WO2012142727A1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-26 | Dalian Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences | Catalyst for use in production of saturated hydrocarbons from synthesis gas |
WO2016007607A1 (en) | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Dow Global Technologies Llc | Conversion of carbon monoxide, carbon dioxide, or a combination thereof over hybrid catalyst |
WO2024010811A1 (en) * | 2022-07-05 | 2024-01-11 | Gti Energy | Catalysts and processes for the conversion of synthesis gas to liquefied petroleum gas (lpg) hydrocarbons |
-
2008
- 2008-02-20 JP JP2008039295A patent/JP2009195815A/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2009104742A1 (en) * | 2008-02-20 | 2011-06-23 | 日本ガス合成株式会社 | Catalyst for producing liquefied petroleum gas, and method for producing liquefied petroleum gas using the catalyst |
WO2011024651A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 | Slurry preparation method, slurry preparation apparatus, hydrocarbon synthesis reaction apparatus, and hydrocarbon synthesis reaction system |
JP5501365B2 (en) * | 2009-08-31 | 2014-05-21 | 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 | Slurry preparation method, slurry preparation apparatus, hydrocarbon synthesis reaction apparatus, and hydrocarbon synthesis reaction system |
WO2012142727A1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-26 | Dalian Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences | Catalyst for use in production of saturated hydrocarbons from synthesis gas |
EP2699349A1 (en) * | 2011-04-21 | 2014-02-26 | Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences | Catalyst for use in production of saturated hydrocarbons from synthesis gas |
EP2699349A4 (en) * | 2011-04-21 | 2014-12-03 | Dalian Chemical Physics Inst | Catalyst for use in production of saturated hydrocarbons from synthesis gas |
WO2016007607A1 (en) | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Dow Global Technologies Llc | Conversion of carbon monoxide, carbon dioxide, or a combination thereof over hybrid catalyst |
US9919981B2 (en) | 2014-07-11 | 2018-03-20 | Dow Global Technologies Llc | Conversion of carbon monoxide, carbon dioxide, or a combination thereof over hybrid catalyst |
WO2024010811A1 (en) * | 2022-07-05 | 2024-01-11 | Gti Energy | Catalysts and processes for the conversion of synthesis gas to liquefied petroleum gas (lpg) hydrocarbons |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4965258B2 (en) | Catalyst for producing liquefied petroleum gas, and method for producing liquefied petroleum gas using the catalyst | |
Lemonidou et al. | Acetic acid reforming over Rh supported on La2O3/CeO2–ZrO2: catalytic performance and reaction pathway analysis | |
Saeidi et al. | Hydrogenation of CO2 to value-added products—A review and potential future developments | |
Lin | Catalytic valorization of glycerol to hydrogen and syngas | |
Bobadilla et al. | Influence of the acid–base properties over NiSn/MgO–Al2O3 catalysts in the hydrogen production from glycerol steam reforming | |
JP2006021100A (en) | Catalyst for manufacture of liquefied petroleum gas and method of manufacturing liquefied petroleum gas using it | |
JP5405103B2 (en) | Catalyst for liquefied petroleum gas production | |
JP2007125515A (en) | Catalyst for liquefied petroleum-gas production and production method of liquefied petroleum-gas using it | |
JP4833070B2 (en) | Method for producing liquefied petroleum gas | |
CN102942975A (en) | Process for producing liquefied petroleum gas | |
JP4558751B2 (en) | Method for producing liquefied petroleum gas and / or gasoline from synthesis gas | |
JP4989650B2 (en) | Catalyst for producing liquefied petroleum gas, and method for producing liquefied petroleum gas using the catalyst | |
JP3930879B2 (en) | Method for producing liquefied petroleum gas | |
JP2007238608A (en) | Method for production of liquefied petroleum gas | |
EA022261B1 (en) | Process for the preparation of synthesis gas | |
Varkolu et al. | Role of CeO2/ZrO2 mole ratio and nickel loading for steam reforming of n-butanol using Ni–CeO2–ZrO2–SiO2 composite catalysts: a reaction mechanism | |
JP2009195815A (en) | Catalyst for liquefied petroleum gas production and method for manufacturing liquefied petroleum gas using the same | |
WO2009104742A1 (en) | Liquefied petroleum gas production catalyst, and method for production of liquefied petroleum gas using the catalyst | |
JPWO2005037962A1 (en) | Method for producing liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane | |
JP2007181755A (en) | Catalyst for producing liquefied petroleum gas and method for producing liquefied petroleum gas by using the same | |
JPWO2006016583A1 (en) | Method for producing liquefied petroleum gas | |
JP4459925B2 (en) | Catalyst for producing liquefied petroleum gas, and method for producing liquefied petroleum gas using the catalyst | |
JP2006143752A (en) | Manufacturing method of liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane | |
Cortese et al. | On the Support Effect and the Cr Promotion of Co Based Catalysts for the Acetic Acid Steam Reforming. Catalysts 2021, 11, 133 | |
Cortese et al. | An experimental study of the acetic acid steam reforming over Co-based catalysts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110510 |