JP2012120977A - Method of manufacturing siliceous solid catalyst, and method of manufacturing lower hydrocarbon - Google Patents

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貢悦 伊藤
Manabu Tanaka
学 田中
Mana Kajigaya
真奈 梶ヶ谷
Sundip Toruwookaa
サンディップ トルウォーカー
Kazunori Honda
一規 本田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a siliceous solid catalyst having high mechanical strength and superior catalytic performance.SOLUTION: The method of manufacturing the siliceous solid catalyst includes a kneading step for kneading a mixture of a siliceous solid and a compound containing an alkali earth metal and aluminum, and water. The siliceous solid catalyst is obtained by molding and firing the obtained kneaded body. In the kneading step, the mixture and water are kneaded under the existence of anions forming a water soluble salt with the alkali earth metal and forming a water soluble salt also with the aluminum.

Description

本発明は、ジメチルエーテル及び/又はメタノールから低級炭化水素を合成する工程等で用いられる珪質固体触媒の調製方法、並びに、この触媒を用いた低級炭化水素の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for preparing a siliceous solid catalyst used in a step of synthesizing a lower hydrocarbon from dimethyl ether and / or methanol, and a method for producing a lower hydrocarbon using the catalyst.

ゼオライト触媒は、ジメチルエーテル(以下、「DME」と略すこともある。)又はメタノールのいずれか一方、あるいは、ジメチルエーテル及びメタノールから低級炭化水素を合成する反応(DTO(Dimethylether to Olefin)反応)、あるいはMTO(Methanol to Olefin)反応、メタノールを原料とするガソリン合成反応MTG(Methanol to Gasoline)反応、流動接触分解(FCC(Fluid Catalytic Cracking))、及び、線状オレフィンをその対応するメチル分岐イソオレフィンへ構造的に異性化する反応、等の多くのプロセスに用いられている。   The zeolite catalyst is either dimethyl ether (hereinafter sometimes abbreviated as “DME”) or methanol, or a reaction for synthesizing lower hydrocarbons from dimethyl ether and methanol (DTO (Dimethylether to Olefin) reaction), or MTO. (Methanol to Olefin) reaction, gasoline synthesis reaction using methanol as a raw material MTG (Methanol to Gasoline) reaction, fluid catalytic cracking (FCC), and structure of linear olefin to its corresponding methyl branched isoolefin It is used in many processes such as isomerization reaction.

特に、炭素数4以上のオレフィンとメタノール及び/又はジメチルエーテルとを含む原料混合物からプロピレンを製造するプロセスでゼオライト触媒を使用すると、高い収率でプロピレンを得ることができる。   In particular, when a zeolite catalyst is used in a process for producing propylene from a raw material mixture containing an olefin having 4 or more carbon atoms and methanol and / or dimethyl ether, propylene can be obtained in a high yield.

ゼオライト触媒の製造方法としては、例えば、ゼオライト粉末、アルミナ含有結合剤、水及び酸とを混合し、ゼオライト/アルミナ混合物を得て、この混合物を更に混錬した後にペレット化して、このペレットを200〜700℃で焼成する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このゼオライト触媒は、前述した直鎖オレフィンからメチル分岐イソオレフィンへの構造異性化の触媒として用いることができる。   As a method for producing a zeolite catalyst, for example, a zeolite powder, an alumina-containing binder, water and an acid are mixed to obtain a zeolite / alumina mixture. The mixture is further kneaded and then pelletized. A method of baking at ˜700 ° C. is known (for example, see Patent Document 1). This zeolite catalyst can be used as a catalyst for the structural isomerization of linear olefins to methyl branched isoolefins as described above.

またゼオライト触媒の製造方法としては、例えば、Si/Alモル比10以上、300以下のゼオライトをアルカリ土類金属化合物と混合して製造する方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)。このゼオライト触媒は、前述したDTO反応やMTO反応の触媒として用いることができ、この製造方法によれば、反応中における触媒表面への炭素質の析出が抑制され、またこれらの反応中の触媒の水蒸気耐性や触媒寿命が向上したゼオライト触媒を得ることができる、とされている。   As a method for producing a zeolite catalyst, for example, a method is known in which a zeolite having a Si / Al molar ratio of 10 or more and 300 or less is mixed with an alkaline earth metal compound (see, for example, Patent Document 2). . This zeolite catalyst can be used as a catalyst for the above-mentioned DTO reaction and MTO reaction. According to this production method, the precipitation of carbonaceous matter on the catalyst surface during the reaction is suppressed, and the catalyst in these reactions It is said that a zeolite catalyst with improved water vapor resistance and catalyst life can be obtained.

工業的大規模な低級炭化水素製造の連続プロセスで触媒を使用する際、大量の触媒を反応器に充填して使用するため、効率よく大量の触媒を製造することが望まれる。更に、ゼオライト触媒のような固体触媒の充填は、一般に、反応器の上方から反応器内に充填される。また、工業的大規模な低級炭化水素製造の連続プロセスでは、連続的に長時間反応を行うと、触媒に炭素成分が付着することがある。その際、反応器内に酸素を含むガスを供給して、反応器内に充填された触媒表面の炭素成分を燃焼除去する作業(触媒再生作業)が一般に行われる。このため、ゼオライト触媒等の固体触媒は、充填時の破壊や、プロピレンを製造する反応又は触媒再生作業での触媒の熱振動での破壊を生じさせない、十分な機械的強度を有することが望まれる。   When a catalyst is used in a continuous process for industrial large-scale production of lower hydrocarbons, a large amount of catalyst is charged into a reactor, and therefore it is desired to produce a large amount of catalyst efficiently. Furthermore, the filling of a solid catalyst such as a zeolite catalyst is generally filled into the reactor from above the reactor. Further, in a continuous process of industrial large-scale production of lower hydrocarbons, if a reaction is continuously performed for a long time, a carbon component may adhere to the catalyst. At that time, an operation (catalyst regeneration operation) is generally performed in which a gas containing oxygen is supplied into the reactor to burn and remove the carbon component on the catalyst surface filled in the reactor. For this reason, it is desired that the solid catalyst such as a zeolite catalyst has sufficient mechanical strength that does not cause destruction at the time of filling or thermal vibration of the catalyst in a reaction for producing propylene or a catalyst regeneration operation. .

しかしながら、上記のような方法で製造したゼオライト触媒は、触媒粒子が脆いため、触媒充填時の衝撃で触媒が破壊もしくは紛化することがあり、その結果、所望の触媒活性や収率が得られないことがある。また、プロピレンを製造する反応又は触媒再生作業において、反応器内の触媒の熱振動によって破壊される懸念がある。   However, the zeolite catalyst produced by the method as described above is brittle with catalyst particles, so the catalyst may be destroyed or powdered by impact at the time of catalyst filling. As a result, desired catalyst activity and yield can be obtained. There may not be. Further, in the reaction for producing propylene or the catalyst regeneration operation, there is a concern that the catalyst is destroyed by thermal vibration of the catalyst in the reactor.

特開2006−225399号公報JP 2006-225399 A 特開2008−080301号公報JP 2008-080301 A

本発明は、より高い機械的強度を有し、かつ触媒性能に優れた珪質固体触媒を提供する。   The present invention provides a siliceous solid catalyst having higher mechanical strength and excellent catalytic performance.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ゼオライト触媒を製造する工程において、ゼオライト粉末、アルカリ土類金属含有化合物、アルミナ含有結合剤、及び水の混錬時に酸水溶液を更に添加することで、驚くべきことに、得られる触媒の強度、特に圧壊強度、が飛躍的に向上すること見出した。
本発明はこのような知見に基づいて達成されたものであり、以下の[1]〜[13]を要旨とする。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors further added an acid aqueous solution during the kneading of zeolite powder, alkaline earth metal-containing compound, alumina-containing binder, and water in the step of producing a zeolite catalyst. Surprisingly, it has been found that the strength of the resulting catalyst, particularly the crushing strength, is dramatically improved.
The present invention has been achieved on the basis of such findings, and the following [1] to [13] are summarized.

[1] 珪質固体、アルカリ土類金属、及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物と水とを混錬する混錬工程を含み、得られた混錬物を成型し焼成して珪質固体触媒を得る珪質固体触媒の製造方法において、混錬工程において、アルカリ土類金属と水溶性の塩を形成し、かつアルミニウムとも水溶性の塩を形成する陰イオンの存在下で前記混合物と水とを混錬することを特徴とする、珪質固体触媒の製造方法。 [1] A kneading step of kneading a mixture containing a siliceous solid, an alkaline earth metal, and an aluminum-containing compound and water, molding the obtained kneaded material, and calcining the siliceous solid catalyst. In the method for producing a siliceous solid catalyst to be obtained, in the kneading step, the mixture and water are formed in the presence of an anion that forms a water-soluble salt with an alkaline earth metal and also forms a water-soluble salt with aluminum. A method for producing a siliceous solid catalyst, characterized by kneading.

[2] 前記珪質固体がシリカを含むことを特徴とする[1]に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [2] The method for producing a siliceous solid catalyst according to [1], wherein the siliceous solid contains silica.

[3] 前記珪質固体がゼオライトであることを特徴とする[1]又は[2]に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [3] The method for producing a siliceous solid catalyst according to [1] or [2], wherein the siliceous solid is zeolite.

[4] アルカリ土類金属が珪質固体の骨格内に含まれていることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [4] The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of [1] to [3], wherein an alkaline earth metal is contained in the skeleton of the siliceous solid.

[5] 前記混合物が、珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物、及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [5] The siliceous material according to any one of [1] to [4], wherein the mixture is a mixture containing a siliceous solid, an alkaline earth metal-containing compound, and an aluminum-containing compound. A method for producing a solid catalyst.

[6] 前記アルカリ土類金属含有化合物がカルシウム含有化合物であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [6] The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of [1] to [5], wherein the alkaline earth metal-containing compound is a calcium-containing compound.

[7] 前記混錬工程が、前記混合物と水と酸とを混錬する工程であり、前記酸は、前記陰イオンと水素イオンとからなることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [7] The kneading step is a step of kneading the mixture, water, and an acid, and the acid is composed of the anion and a hydrogen ion. The manufacturing method of the siliceous solid catalyst as described in any one of Claims.

[8] 前記酸が硝酸及び塩酸の一方又は両方であることを特徴とする[7]に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [8] The method for producing a siliceous solid catalyst according to [7], wherein the acid is one or both of nitric acid and hydrochloric acid.

[9] 前記混合物に、金属イオンと前記陰イオンとからなる水溶性の塩を配合することを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [9] The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of [1] to [6], wherein a water-soluble salt composed of a metal ion and the anion is blended with the mixture. .

[10] 前記金属イオンがアルカリ土類金属イオン又はアルミニウムイオンであることを特徴とする[9]に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [10] The method for producing a siliceous solid catalyst according to [9], wherein the metal ions are alkaline earth metal ions or aluminum ions.

[11] 混錬工程において、前記混錬物の含水率が25〜30%とであることを特徴とする[1]〜[10]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [11] The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of [1] to [10], wherein in the kneading step, the water content of the kneaded product is 25 to 30%. .

[12] 混錬工程において、前記混錬物の温度が10〜50℃であることを特徴とする[1]〜[11]のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。 [12] The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of [1] to [11], wherein in the kneading step, the temperature of the kneaded product is 10 to 50 ° C.

[13] [1]〜[12]のいずれか一項に記載の方法により得られる珪質固体触媒を用いて、ジメチルエーテル及びメタノールの一方又は両方を原料に用いて低級炭化水素を合成する低級炭化水素の製造方法。 [13] Lower carbonization for synthesizing a lower hydrocarbon using one or both of dimethyl ether and methanol as a raw material using the siliceous solid catalyst obtained by the method according to any one of [1] to [12] A method for producing hydrogen.

本発明によれば、より高い機械的強度を有し、かつ触媒性能に優れた珪質固体触媒を提供することができる。   According to the present invention, a siliceous solid catalyst having higher mechanical strength and excellent catalytic performance can be provided.

本発明の珪質固体触媒の製造方法は、珪質固体、アルカリ土類金属及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物と水とを混錬する混錬工程を含む。このような混合物としては、珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物、及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物と、アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物とが挙げられる。   The method for producing a siliceous solid catalyst of the present invention includes a kneading step of kneading a mixture containing siliceous solid, alkaline earth metal and aluminum-containing compound with water. Examples of such a mixture include a mixture containing a siliceous solid, an alkaline earth metal-containing compound, and an aluminum-containing compound, and a mixture containing a siliceous solid containing an alkaline-earth metal in the skeleton and an aluminum-containing compound. Can be mentioned.

珪質固体とは、他の金属や他の元素を含んでいてもよいケイ素化合物による粉体である。珪質固体は一種でも二種以上でもよい。このような珪質固体としては、例えばシリカが挙げられ、このようなシリカとしては、例えば、ケイ酸塩酸化物、ケイ酸塩複合酸化物、ケイ酸ゲル、ケイ酸ガラス等のケイ酸塩を含む粉体や粘土鉱物が挙げられる。ケイ酸塩複合酸化物としては、例えば、ゼオライト及び長石が挙げられる。   The siliceous solid is a powder of a silicon compound that may contain other metals or other elements. One or more siliceous solids may be used. Examples of such a siliceous solid include silica, and examples of such silica include silicates such as silicate oxide, silicate composite oxide, silicate gel, and silicate glass. Examples include powder and clay minerals. Examples of the silicate complex oxide include zeolite and feldspar.

アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体は、珪質固体の一種であり、他の金属としてアルカリ土類金属を含む珪質固体である。アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体も、一種でも二種以上でもよい。アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体としては、例えばアルカリ土類金属を骨格内に含むゼオライトが挙げられ、アルカリ土類金属を骨格内に含むゼオライトとしては、例えばアルカリ土類金属含有MFI構造ゼオライトが挙げられる。   A siliceous solid containing an alkaline earth metal in the skeleton is a kind of siliceous solid, and is a siliceous solid containing an alkaline earth metal as another metal. The siliceous solid containing the alkaline earth metal in the skeleton may be one kind or two or more kinds. Examples of the siliceous solid containing an alkaline earth metal in the skeleton include zeolite containing an alkaline earth metal in the skeleton. Examples of the zeolite containing an alkaline earth metal in the skeleton include an alkaline earth metal-containing MFI. Structural zeolites are mentioned.

珪質固体の平均一次粒径は、混錬時の分散性や触媒として使用した時の反応性を高める観点、及び触媒の製造時におけるろ過等の取り扱いにおける問題の発生を防止する観点から、0.01〜100μmであることが好ましく、0.05〜10μmであることがより好ましく、0.1〜3μmであることがさらに好ましい。   The average primary particle size of the siliceous solid is 0 from the viewpoint of increasing the dispersibility at the time of kneading and the reactivity when used as a catalyst, and from the viewpoint of preventing problems in handling such as filtration during the production of the catalyst. The thickness is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.05 to 10 μm, and still more preferably 0.1 to 3 μm.

ゼオライトの組成は、触媒の用途に応じて決めることができる。例えば、炭素数4以上のオレフィンとメタノール及び/又はジメチルエーテルとを含む原料混合物からプロピレンを製造するプロセス用の触媒である場合では、ゼオライトのシリカ/アルミナ比(SiO2/Al23モル比)は通常10以上であり、150以上であることが好ましく、300以上であることがより好ましく、700以上であることがさらに好ましい。 The composition of the zeolite can be determined according to the application of the catalyst. For example, in the case of a catalyst for a process for producing propylene from a raw material mixture containing an olefin having 4 or more carbon atoms and methanol and / or dimethyl ether, the zeolite silica / alumina ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) Is usually 10 or more, preferably 150 or more, more preferably 300 or more, and still more preferably 700 or more.

アルカリ土類金属含有化合物には、他の金属を含んでもよいアルカリ土類金属の塩が挙げられる。アルカリ土類金属含有化合物は一種でも二種以上でもよい。   Alkaline earth metal-containing compounds include salts of alkaline earth metals that may contain other metals. The alkaline earth metal-containing compound may be one kind or two or more kinds.

アルカリ土類金属含有化合物の粒径は、より小さい方が成型時に混合物内で分散しやすい観点から、混錬物中において、10μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることがさらに好ましい。   The particle size of the alkaline earth metal-containing compound is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less in the kneaded material, from the viewpoint that the smaller one is more easily dispersed in the mixture during molding. More preferably, it is 1 μm or less.

前記アルカリ土類金属含有化合物としては、例えば、炭酸マグネシウム(MgCO3)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、酸化マグネシウム(MgO)、酢酸マグネシウム((CH3COO)2Mg)、硝酸マグネシウム(Mg(NO32)、アルミン酸マグネシウム(MgAl24)、オルト珪酸マグネシウム(Mg2SiO4)、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、酸化カルシウム(CaO)、酢酸カルシウム((CH3COO)2Ca)、硝酸カルシウム(Ca(NO32)、アルミン酸カルシウム(CaAl24)、オルト珪酸カルシウム(Ca2SiO4)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、水酸化ストロンチウム(Sr(OH)2)、酸化ストロンチウム(SrO)、酢酸ストロンチウム((CH3COO)2Sr)、硝酸ストロンチウム(Sr(NO32)、アルミン酸ストロンチウム(SrAl24)、珪酸ストロンチウム、炭酸バリウム(BaCO3)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)、酸化バリウム(BaO)、酢酸バリウム((CH3COO)2Ba)、硝酸バリウム(Ba(NO32)、アルミン酸バリウム(BaAl24)、及び珪酸バリウムが挙げられる。 Examples of the alkaline earth metal-containing compound include magnesium carbonate (MgCO 3 ), magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), magnesium oxide (MgO), magnesium acetate ((CH 3 COO) 2 Mg), and magnesium nitrate. (Mg (NO 3 ) 2 ), magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ), magnesium orthosilicate (Mg 2 SiO 4 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), calcium oxide ( CaO), calcium acetate ((CH 3 COO) 2 Ca), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ), calcium aluminate (CaAl 2 O 4 ), calcium orthosilicate (Ca 2 SiO 4 ), strontium carbonate (SrCO) 3), strontium hydroxide (Sr (OH) 2), strontium oxide (SrO), Strontium ((CH 3 COO) 2 Sr ), strontium nitrate (Sr (NO 3) 2) , strontium aluminate (SrAl 2 O 4), strontium silicate, barium carbonate (BaCO 3), barium hydroxide (Ba (OH 2 ), barium oxide (BaO), barium acetate ((CH 3 COO) 2 Ba), barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), barium aluminate (BaAl 2 O 4 ), and barium silicate.

前記アルカリ土類金属含有化合物はカルシウム含有化合物であることが、プロピレンを製造する反応中もしくは触媒再生作業中に起きる活性点の脱離を抑制し、触媒の寿命を長くする観点から好ましい。このようなカルシウム含有化合物としては、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、酢酸カルシウム、硝酸カルシウム、アルミン酸カルシウム、及びオルト珪酸カルシウムが挙げられる。   The alkaline earth metal-containing compound is preferably a calcium-containing compound from the viewpoint of suppressing the elimination of active sites during the reaction for producing propylene or the catalyst regeneration operation and extending the life of the catalyst. Examples of such calcium-containing compounds include calcium carbonate, calcium hydroxide, calcium oxide, calcium acetate, calcium nitrate, calcium aluminate, and calcium orthosilicate.

アルミニウム含有化合物には、焼成によって珪質固体に結着する化合物を用いることができる。アルミニウム含有化合物は一種でも二種以上でもよい。   As the aluminum-containing compound, a compound that binds to a siliceous solid by firing can be used. The aluminum-containing compound may be one type or two or more types.

アルミニウム含有化合物の粒径は、混錬時における分散性の観点から、混錬物中において20μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることがさらに好ましい。   The particle diameter of the aluminum-containing compound is preferably 20 μm or less, more preferably 1 μm or less, and further preferably 0.1 μm or less in the kneaded product from the viewpoint of dispersibility during kneading. .

前記アルミニウム含有化合物としては、例えば、アルミニウムの酸化物やアルミニウムの水酸化物が挙げられ、例えば、γ−アルミナ(Al23)、ベーマイト(AlO(OH))、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、及びアルミナゾルが挙げられる。 Examples of the aluminum-containing compound include aluminum oxide and aluminum hydroxide. For example, γ-alumina (Al 2 O 3 ), boehmite (AlO (OH)), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and alumina sol.

なお、珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物、及びアルミニウム含有化合物の粒径は、それぞれの粒子の大きさを代表する値であればよく、珪質固体は平均一次粒径、アルミニウム含有化合物及びアルカリ土類金属含有化合物は混錬物中の粒径とする。これらの粒径は、例えばSEM像によって測定することができる。またこれらの粒径は、分級品の混合、或いはボールミル等の粉砕装置による粉砕によって調整することができる。   The particle size of the siliceous solid, the alkaline earth metal-containing compound, and the aluminum-containing compound may be any value that represents the size of each particle, and the siliceous solid has an average primary particle size, an aluminum-containing compound, and The alkaline earth metal-containing compound has a particle size in the kneaded product. These particle sizes can be measured by, for example, SEM images. These particle sizes can be adjusted by mixing classified products or by pulverization with a pulverizer such as a ball mill.

前記混合物の組成は、触媒の所望の性能に応じて決めることができる。例えば前記混合物におけるアルカリ土類金属含有化合物の含有量は、触媒劣化の要因となる炭素の析出を抑制する観点、及び、過剰な添加による触媒活性の低下を防止する観点から、珪質固体100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜8質量部であることがより好ましく、1〜5質量部であることがさらに好ましい。   The composition of the mixture can be determined according to the desired performance of the catalyst. For example, the content of the alkaline earth metal-containing compound in the mixture is 100 masses of siliceous solid from the viewpoint of suppressing the precipitation of carbon, which is a factor of catalyst deterioration, and preventing the decrease in the catalytic activity due to excessive addition. The amount is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 8 parts by mass, and still more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to parts.

前記アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体を含有する前記混合物では、珪質固体中のアルカリ土類金属の含有量は、アルカリ土類金属を炭酸塩として換算したときに前記の
範囲であることが前記の観点から好ましい。アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体を含有する混合物は、例えば前記の観点から、アルカリ土類金属化合物をさらに含有していてもよい。アルカリ土類金属を骨格内に含む珪質固体中のアルカリ土類金属の含有量は、カタログ値から求めてもよいし、蛍光X線分析もしくはICP発光分析等の元素分析装置による測定から求めてもよい。
In the mixture containing a siliceous solid containing the alkaline earth metal in the skeleton, the content of the alkaline earth metal in the siliceous solid is within the above range when the alkaline earth metal is converted as a carbonate. It is preferable from the above viewpoint. The mixture containing the siliceous solid containing the alkaline earth metal in the skeleton may further contain an alkaline earth metal compound from the above viewpoint, for example. The content of alkaline earth metal in siliceous solids containing alkaline earth metal in the skeleton may be obtained from catalog values, or obtained from measurements using elemental analyzers such as fluorescent X-ray analysis or ICP emission analysis. Also good.

また、前記混合物におけるアルミニウム含有化合物の含有量は、触媒の強度の向上の観点、活性成分であるゼオライトの濃度の低下による触媒性能の低下を防止する観点、及び、析出した炭素を除去する触媒再生操作の間隔の短期化を抑制する観点から、珪質固体100質量部に対して、1〜30質量部であることが好ましく、5〜20質量部であることがより好ましく、8〜15質量部であることがさらに好ましい。   In addition, the content of the aluminum-containing compound in the mixture is determined from the viewpoint of improving the strength of the catalyst, the viewpoint of preventing a decrease in the catalyst performance due to the decrease in the concentration of the active ingredient zeolite, and the catalyst regeneration for removing the deposited carbon. From the viewpoint of suppressing the shortening of the operation interval, it is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 20 parts by mass, and 8 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the siliceous solid. More preferably.

前記混合物は、前述した珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物、及びアルミニウム含有化合物以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分としては、例えばタングステン、リン、ホウ素、及びそれを含有する組成物が挙げられる。タングステンは炭素数2や3の低級炭化水素の選択性を高めるのに有用とされており(例えば、米国特許出願公開第2008/0228020号明細書、を参照。)、リン、及びホウ素は触媒の寿命を長くする効果があるとされている(例えば、Ind.Eng.Chem.Res. 2009,48,6256-6261、を参照)。これらの他の成分は、本発明の効果が得られる範囲で前記混合物に配合することができる。   The mixture may further contain components other than the siliceous solid, the alkaline earth metal-containing compound, and the aluminum-containing compound described above. Examples of such other components include tungsten, phosphorus, boron, and compositions containing the same. Tungsten is considered useful for increasing the selectivity of lower hydrocarbons having 2 or 3 carbon atoms (see, for example, US Patent Application Publication No. 2008/0228020), and phosphorus and boron are catalyst catalysts. It is said that it has the effect of extending the life (see, for example, Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 6256-6261). These other components can be mix | blended with the said mixture in the range with which the effect of this invention is acquired.

前記混合物は、例えば珪質固体、必要に応じてアルカリ土類金属含有化合物、アルミニウム含有化合物、及び必要に応じて他の成分を、粉体の混合に用いる通常の装置を用いて混合することによって得ることができる。   For example, the mixture is obtained by mixing a siliceous solid, if necessary, an alkaline earth metal-containing compound, an aluminum-containing compound, and, if necessary, other components using a normal apparatus used for mixing powders. Obtainable.

前記混錬工程は、前記混合物中のアルカリ土類金属と水溶性の塩を形成し、かつアルミニウムとも水溶性の塩を形成する陰イオンの存在下で前記混合物と水とを混錬する工程である。ここで水溶性とは、20℃で100gの水に30g以上溶解し、水溶液から経時的な析出が生じない状態を言う。このような陰イオンとしては、例えば硝酸イオンや塩素イオンが挙げられる。混錬工程の終点は、混錬物中の成分の粒径や分散状態に応じて決めることができ、例えば、混錬物中の珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物やアルミニウム含有化合物の粒径、及び、珪質固体やアルカリ土類金属含有化合物とアルミニウム含有化合物との分散性の両方について、混錬に伴う変化が見られなくなる時点、と決めることができる。前記化合物の混練物中の粒径や分散状態は、例えば、採取した混練物の乾燥・焼成品をSEMで観察することによって確認することができる。   The kneading step is a step of kneading the mixture and water in the presence of an anion that forms a water-soluble salt with the alkaline earth metal in the mixture and also forms a water-soluble salt with aluminum. is there. Here, water-soluble means a state in which 30 g or more is dissolved in 100 g of water at 20 ° C., and precipitation with time does not occur from the aqueous solution. Examples of such anions include nitrate ions and chlorine ions. The end point of the kneading process can be determined according to the particle size and dispersion state of the components in the kneaded product, such as siliceous solids, alkaline earth metal-containing compounds and aluminum-containing compounds in the kneaded product. Both the diameter and the dispersibility of the siliceous solid or alkaline earth metal-containing compound and the aluminum-containing compound can be determined as the point at which no change associated with kneading is observed. The particle size and dispersion state of the compound in the kneaded product can be confirmed by, for example, observing the dried and fired product of the collected kneaded product with an SEM.

前記混錬工程は、混錬工程に際して前記陰イオンを混合物に添加して行うことができる。このような混錬工程は、前記混合物と水と酸とを混錬することによって行うことができる。前記酸は、前記陰イオンと水素イオンとからなる。このような酸としては、例えば硝酸や塩酸が挙げられる。酸は一種でも二種以上でもよいが、安全性の観点から一種であることが好ましい。酸は、混合物に添加してもよいし、混合物との混合前の水に添加してもよいし、混合物と水の混錬物に添加してもよい。   The kneading step can be performed by adding the anion to the mixture during the kneading step. Such a kneading step can be performed by kneading the mixture, water, and acid. The acid consists of the anion and hydrogen ion. Examples of such an acid include nitric acid and hydrochloric acid. The acid may be one kind or two or more kinds, but is preferably one kind from the viewpoint of safety. The acid may be added to the mixture, may be added to water before mixing with the mixture, or may be added to a mixture of the mixture and water.

或いは、前記混錬工程は、混錬によって混合物から前記陰イオンを生じさせることによって行うこともできる。このような混錬工程は、前記混合物に、金属イオンと前記陰イオンとからなる水溶性の塩を配合することによって行うことができる。この水溶性の塩は一種でも二種以上でもよい。前記金属イオンがアルカリ土類金属イオン又はアルミニウムイオンであることは、混合物中の陽イオンの組成の多様化による触媒機能の変化を抑制する観点から好ましい。前記水溶性の塩としては、例えば、硝酸カルシウム、硝酸アルミニウム、塩化カルシウム、及び塩化アルミニウムが挙げられる。   Or the kneading | mixing process can also be performed by producing the said anion from a mixture by kneading | mixing. Such a kneading step can be performed by blending a water-soluble salt composed of metal ions and the anions into the mixture. This water-soluble salt may be one kind or two or more kinds. The metal ions are preferably alkaline earth metal ions or aluminum ions from the viewpoint of suppressing changes in catalyst function due to diversification of the composition of cations in the mixture. Examples of the water-soluble salt include calcium nitrate, aluminum nitrate, calcium chloride, and aluminum chloride.

前記混錬工程において、混錬物中における前記陰イオンの含有量は、触媒の機械的強度の向上の観点から、水素イオンとによる酸に換算して、珪質固体100質量部に対して10質量部以上であることが好ましく、15質量部以上であることがより好ましく、20質量部以上であることがさらに好ましい。また、前記陰イオンの含有量は、混錬時における装置や他の材料への影響や触媒機能の確保の観点から、水素イオンとによる酸に換算して、珪質固体100質量部に対して25質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることがさらに好ましい。   In the kneading step, the content of the anion in the kneaded product is 10 per 100 parts by mass of siliceous solid in terms of acid with hydrogen ions from the viewpoint of improving the mechanical strength of the catalyst. It is preferably at least part by mass, more preferably at least 15 parts by mass, and even more preferably at least 20 parts by mass. In addition, the content of the anion is converted to an acid with hydrogen ions from the viewpoint of ensuring the effect on the apparatus and other materials during kneading and the catalytic function, and with respect to 100 parts by mass of siliceous solid. It is preferably 25 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass or less.

前記混錬工程では、前記混合物、水、及び酸以外の他の成分をさらに添加してもよい。このような他の成分としては、混錬物の成型後の乾燥や焼成によって除去されるスペーサ成分が挙げられる。このようなスペーサ成分としては、例えば、成型後の乾燥によって除去される酢酸等の有機酸やアンモニア水、及び焼成によって除去されるグラファイトやセルロース類、キサンタンガムが挙げられる。キサンタンガムはゼオライトの分散性の観点から好ましい。スペーサ成分の混錬物における含有量は、触媒における適度な多孔構造の形成と十分な触媒強度の達成との観点から、珪質固体100質量部に対して0.5〜10質量部であることが好ましく、1〜5質量部であることがより好ましく、1.5〜2.5質量部であることがさらに好ましい。   In the kneading step, other components other than the mixture, water, and acid may be further added. Examples of such other components include spacer components that are removed by drying or baking after molding the kneaded product. Examples of such a spacer component include organic acids such as acetic acid and ammonia water removed by drying after molding, and graphite and celluloses and xanthan gum removed by baking. Xanthan gum is preferred from the viewpoint of the dispersibility of the zeolite. The content of the spacer component in the kneaded material is 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the siliceous solid from the viewpoint of forming an appropriate porous structure in the catalyst and achieving sufficient catalyst strength. Is preferable, it is more preferable that it is 1-5 mass parts, and it is further more preferable that it is 1.5-2.5 mass parts.

前記混錬工程において、混錬時又は成型時の作業性(混錬物の硬さ)の観点から、混錬物の含水率は、10〜50%であることが好ましく、20〜40%であることがより好ましく、25〜30%であることがさらに好ましい。   In the kneading step, from the viewpoint of workability at the time of kneading or molding (the hardness of the kneaded material), the water content of the kneaded material is preferably 10 to 50%, and preferably 20 to 40%. More preferably, it is more preferably 25-30%.

また前記混錬工程において、水の蒸発を抑える観点から、混錬物の温度は10〜50℃であることが好ましく、15〜30℃であることがより好ましく、20〜25℃であることがさらに好ましい。   Moreover, in the said kneading | mixing process, it is preferable that the temperature of a kneaded material is 10-50 degreeC from a viewpoint of suppressing evaporation of water, It is more preferable that it is 15-30 degreeC, It is 20-25 degreeC. Further preferred.

前記酸を添加する混錬工程は、このような酸の添加以外は、混錬物を成型及び焼成する珪質固体触媒の製造における混錬と同様に製造することができる。また前記陰イオンを混錬時に混合物から発生させる混錬工程は、前記水溶性の塩を前記混合物に予め混合しておく以外は、混錬物を成型及び焼成する珪質固体触媒の製造における混錬と同様に製造することができる。   The kneading step of adding the acid can be produced in the same manner as kneading in the production of a siliceous solid catalyst in which a kneaded product is molded and calcined except for the addition of such an acid. The kneading step of generating the anion from the mixture during kneading is performed in the production of a siliceous solid catalyst for forming and firing the kneaded material, except that the water-soluble salt is mixed with the mixture in advance. Can be produced in the same way as smelting.

混錬工程で得られた混錬物は、成型され、焼成されて所望の形状の珪質固体触媒になる。混錬物の成型は、ゼオライト触媒の製造における混錬物の通常の成型と同様に行うことができる。このような成型技術としては、例えば特許文献2に記載されているような、押出機を用いた押出成形、及びマルメライザによる球状体成型、が挙げられる。   The kneaded product obtained in the kneading process is molded and fired to form a siliceous solid catalyst having a desired shape. The kneaded product can be molded in the same manner as a normal kneaded product in the production of a zeolite catalyst. Examples of such a molding technique include extrusion molding using an extruder and spherical body molding using a malmerizer, as described in Patent Document 2, for example.

このような成型によって得られた成型物は、そのまま、又は乾燥させて、又は必要に応じて粉砕して焼成される。成型物の焼成や乾燥も、ゼオライト触媒の製造における通常の焼成や乾燥と同様に行うことができる。焼成は、例えば特許文献2に記載されているように、350〜750℃で1〜50時間の条件で行うことができ、乾燥は、80〜150℃で0.5〜30時間の条件で行うことができる。   The molded product obtained by such molding is fired as it is, after drying, or pulverized as necessary. Calcination and drying of the molded product can be performed in the same manner as normal calcination and drying in the production of a zeolite catalyst. Firing can be performed at 350 to 750 ° C. for 1 to 50 hours, for example, as described in Patent Document 2, and drying is performed at 80 to 150 ° C. for 0.5 to 30 hours. be able to.

本発明の珪質固体触媒の製造方法は、前述した各工程以外の他の工程をさらに含んでいてもよい。このような他の工程としては、例えば、珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物、アルミニウム含有化合物、及び水溶性の塩、の一部又は全部をボールミル等の通常の粉体用の粉砕装置を用いて粉砕する粉体粉砕工程、珪質固体、必要に応じてアルカリ土類金属含有化合物、及びアルミニウム含有化合物、さらには必要に応じて水溶性の塩、をミキサー等の通常の粉体用の混合装置を用いて混合して混合物を得る混合工程、及び、成型
物又はその乾燥品を粉砕して所望の大きさの粒子にする粉砕工程、が挙げられる。これらの他の工程も、ゼオライト触媒の通常の製造に準じて行うことができる。
The method for producing a siliceous solid catalyst of the present invention may further include other steps than the above-described steps. As such other processes, for example, a part or all of siliceous solids, alkaline earth metal-containing compounds, aluminum-containing compounds, and water-soluble salts are pulverized with a normal powder pulverizer such as a ball mill. Powder grinding process to be used, siliceous solid, if necessary alkaline earth metal-containing compound, aluminum-containing compound, further water-soluble salt if necessary, for ordinary powder such as mixer The mixing process which mixes using a mixing apparatus and obtains a mixture, and the grinding | pulverization process which grind | pulverizes a molding or its dried product to the particle | grains of a desired magnitude | size are mentioned. These other steps can also be carried out according to the usual production of zeolite catalysts.

珪質固体触媒の粒径は、触媒の用途に応じて決めることができる。例えば前述した低級炭化水素を製造する反応の触媒であれば、反応器内における空隙率の増加による反応器の大型化を抑制する観点、触媒活性を高める観点、熱振動に対する触媒の十分な強度を得る観点、及び、反応器内の高圧化の抑制の観点から、珪質固体触媒の粒径は、0.1〜4mmであることが好ましく、0.5〜3mmであることがより好ましく、1〜2.5mmであることがさらに好ましい。なお、粒径とは、断面形状に円形を含む場合はその円の最大直径を言い、断面形状に円形を含まない場合は最大長さを言う。   The particle size of the siliceous solid catalyst can be determined according to the application of the catalyst. For example, in the case of the above-mentioned reaction catalyst for producing lower hydrocarbons, it is possible to suppress the enlargement of the reactor due to the increase in porosity in the reactor, to increase the catalytic activity, and to have sufficient strength of the catalyst against thermal vibration. From the viewpoint of obtaining high pressure in the reactor, the siliceous solid catalyst preferably has a particle size of 0.1 to 4 mm, more preferably 0.5 to 3 mm. More preferably, it is -2.5 mm. The particle size means the maximum diameter of a circle when the cross-sectional shape includes a circle, and the maximum length when the cross-sectional shape does not include a circle.

珪質固体触媒が円柱形状の場合では、珪質固体触媒の長さ(円柱体の軸の長さ)は、前記の触媒の粒径に係る観点と同じ観点から、0.5〜10mmであることが好ましく、1〜8mmであることがより好ましく、3〜5mmであることがさらに好ましい。   In the case where the siliceous solid catalyst is cylindrical, the length of the siliceous solid catalyst (the length of the axis of the cylinder) is 0.5 to 10 mm from the same viewpoint as the particle diameter of the catalyst. Is preferably 1 to 8 mm, and more preferably 3 to 5 mm.

珪質固体触媒は、主に、触媒粒子全体に分布し互いに連通するマクロ孔と、マクロ孔の壁面に開口するメソ孔とを有する。例えば珪質固体触媒のマクロ孔は、反応ガスの拡散を促進し有効な活性点を増やす効果があり、生産性を向上させる。またメソ孔は、反応によって析出するコークをトラップし活性点を被覆させない効果があり、メソ孔の容積が大きい方が触媒寿命にとってよい。一方でマクロ孔及びメソ孔は、容積が大きくなりすぎると、触媒の空隙率が高くなり、触媒の強度が低くなることがある。マクロ孔及びメソ孔の孔径は、触媒粒子に連続する空隙を形成することから、前記の観点に基づいて、本発明の効果が得られる範囲から適宜決めることができる。   The siliceous solid catalyst mainly has macropores distributed over the entire catalyst particles and communicating with each other, and mesopores opened on the wall surfaces of the macropores. For example, the macropores of the siliceous solid catalyst have the effect of promoting the diffusion of the reaction gas and increasing the effective active sites, thereby improving the productivity. Further, the mesopores have an effect of trapping coke deposited by the reaction and not covering the active sites, and the larger mesopore volume is better for the catalyst life. On the other hand, when the volume of the macropores and mesopores is too large, the porosity of the catalyst is increased and the strength of the catalyst may be decreased. The pore diameters of the macropores and mesopores can be appropriately determined from the range in which the effects of the present invention can be obtained based on the above viewpoint, since voids continuous with the catalyst particles are formed.

珪質固体触媒のマクロ孔径及びメソ孔径は、アルゴン吸着、窒素吸着や水銀圧入を用いた細孔分布測定法によって測定することができる。また珪質固体触媒のマクロ孔径は、スペーサ成分の種類によって調整することができる。また珪質固定触媒のメソ孔径は、スペーサ成分の種類、ゼオライトの粒径、アルミニウム含有化合物の種類や粒径、酸の添加によって調整することができる。   The macropore diameter and mesopore diameter of the siliceous solid catalyst can be measured by a pore distribution measurement method using argon adsorption, nitrogen adsorption or mercury intrusion. Moreover, the macropore diameter of the siliceous solid catalyst can be adjusted by the type of the spacer component. The mesopore diameter of the siliceous fixed catalyst can be adjusted by the type of spacer component, the particle size of the zeolite, the type and particle size of the aluminum-containing compound, and the addition of acid.

また珪質固体触媒の強度は、充填時の触媒粒子の粉化や破壊を抑制する観点及び熱振動による触媒粒子の破壊の抑制の観点から、一粒当たりの圧壊強度が3kgf(2.94×105Pa)以上であることが好ましく、4kgf以上であることがより好ましく、7kgf以上であることがさらに好ましい。珪質固体触媒の強度は、前記酸や前記水溶性の塩の添加量を増やすことによって、また珪質固体触媒の粒径を大きくすることによって、高くすることができる。 The strength of the siliceous solid catalyst is such that the crushing strength per particle is 3 kgf (2.94 ×) from the viewpoint of suppressing pulverization and destruction of the catalyst particles at the time of filling and from the viewpoint of suppressing destruction of the catalyst particles due to thermal vibration. 10 5 Pa) or more, preferably 4 kgf or more, and more preferably 7 kgf or more. The strength of the siliceous solid catalyst can be increased by increasing the amount of the acid or the water-soluble salt added, or by increasing the particle size of the siliceous solid catalyst.

本発明で得られる珪質固体触媒は、ジメチルエーテル及びメタノールの一方又は両方を原料に用いて低級炭化水素を合成する低級炭化水素の製造方法に用いることができる。このような製造方法としては、例えば、前述したDTO反応、MTO反応、MTG反応、流動接触分解、線状オレフィンをその対応するメチル分岐イソオレフィンへ構造的に異性化する反応、及び、炭素数4以上のオレフィンとメタノール及び/又はジメチルエーテルとを含む原料混合物からプロピレンを製造するプロセスが挙げられる。なお低級炭化水素とは、炭素数2〜6までのオレフィンを言う。例えば本発明で得られる珪質固体触媒は、ブテンとジメチルエーテル及び/又はメタノールとを原料とするエチレン及びプロピレンの製造に用いることができ、このような反応においてプロピレンを主に製造することができる。このような低級炭化水素の製造は、本発明で得られた珪質固体触媒を用いる以外は、例えば特許文献2に記載されている低級炭化水素の製造方法と同様に行うことができる。   The siliceous solid catalyst obtained in the present invention can be used in a method for producing lower hydrocarbons by synthesizing lower hydrocarbons using one or both of dimethyl ether and methanol as raw materials. Such production methods include, for example, the aforementioned DTO reaction, MTO reaction, MTG reaction, fluid catalytic cracking, reaction to structurally isomerize a linear olefin into its corresponding methyl branched isoolefin, and 4 carbon atoms. Examples include a process for producing propylene from a raw material mixture containing the above olefin and methanol and / or dimethyl ether. The lower hydrocarbon refers to an olefin having 2 to 6 carbon atoms. For example, the siliceous solid catalyst obtained by the present invention can be used for producing ethylene and propylene using butene and dimethyl ether and / or methanol as raw materials, and propylene can be mainly produced in such a reaction. Such a lower hydrocarbon can be produced in the same manner as the method for producing a lower hydrocarbon described in Patent Document 2, for example, except that the siliceous solid catalyst obtained in the present invention is used.

本発明では、低級炭化水素を製造する際に使用する触媒の強度を向上させ、また効率よ
く触媒を製造することができ、また得られた触媒を使用して低級炭化水素を製造することができる。
In the present invention, the strength of the catalyst used for producing the lower hydrocarbon can be improved, the catalyst can be produced efficiently, and the obtained hydrocarbon can be used to produce the lower hydrocarbon. .

本発明は、バインダーとして機能するアルミニウム含有化合物を増量させることなく、従来よりも強度の高い珪質固体触媒を提供することができる。したがって、所望の強度を有するより粒径の小さな珪質固体触媒や、所望の強度を有し、アルミニウム含有化合物の含有量が低い珪質固体触媒を提供することができ、低級炭化水素の製造における単位体積当たりの触媒活性の向上が期待され、低級炭化水素の製造における生産性のさらなる向上が期待される。   The present invention can provide a siliceous solid catalyst having higher strength than before without increasing the amount of an aluminum-containing compound that functions as a binder. Therefore, it is possible to provide a siliceous solid catalyst having a desired strength and a smaller particle diameter, and a siliceous solid catalyst having a desired strength and a low content of an aluminum-containing compound. Improvement in catalytic activity per unit volume is expected, and further improvement in productivity in the production of lower hydrocarbons is expected.

また、本発明において、前記水溶性の塩を用いる場合では、混錬工程で前記酸を用いる場合に比べて、珪質固体等の混合物中の他の材料の損傷や混錬装置の腐食を抑制することができる。   Further, in the present invention, when the water-soluble salt is used, damage to other materials in the mixture such as siliceous solids and corrosion of the kneading apparatus are suppressed as compared with the case where the acid is used in the kneading process. can do.

[珪質固体触媒の調製]
本発明の珪質固体触媒の調製方法をより具体的に説明する。
[Preparation of siliceous solid catalyst]
The method for preparing the siliceous solid catalyst of the present invention will be described more specifically.

[実施例1]
6.6質量部の炭酸カルシウム(CaCO3、和光純薬工業株式会社製、JIS特級)、及びAl23相当の含有量で26質量部のバインダー(ベーマイト(AlO(OH)、日揮触媒化成株式会社製)をボールミルにより1日間粉砕した(粉体粉砕工程)。次にこの粉体に、100質量部のNH4−ZSM−5(ゼオリスト・インターナショナル社製、SiO2/Al23モル比=716)を加え、ミキサーで5分混合した(混合工程)。この混合物、54質量部のイオン交換水、及び2.4質量部の硝酸(HNO3)水溶液(濃度:60〜61質量部)をニーダーに入れ1時間混錬を行った後、1.9質量部のメチルセルロースをさらに加え1時間混錬し、温度が10〜50℃、含水率27重量%の混錬物を調製した(混錬工程)。
[Example 1]
6.6 parts by mass of calcium carbonate (CaCO 3 , Wako Pure Chemical Industries, JIS special grade) and 26 parts by mass of binder equivalent to Al 2 O 3 (boehmite (AlO (OH), JGC Catalysts and Chemicals) (Made by Co., Ltd.) was pulverized with a ball mill for 1 day (powder pulverization step) Next, 100 parts by mass of NH 4 —ZSM-5 (Zeolist International, SiO 2 / Al 2 O 3 mol) was added to this powder. Ratio = 716) and mixed for 5 minutes with a mixer (mixing step) This mixture, 54 parts by mass of ion-exchange water, and 2.4 parts by mass of nitric acid (HNO 3 ) aqueous solution (concentration: 60 to 61 parts by mass) ) Was kneaded for 1 hour, 1.9 parts by mass of methylcellulose was further added and kneaded for 1 hour to prepare a kneaded product having a temperature of 10 to 50 ° C. and a moisture content of 27% by weight ( Kneading process).

次いで、得られた混錬物を、押出機を用いた押出成型によって触媒径を1.5、2.0、3.0mmφに成型し、成型体を得た(成型工程)。次いで、成型工程にて得られた成型体を、乾燥機によって120℃にて、12時間乾燥した(乾燥工程)。乾燥された成形体を、長さが3〜8mmになるように粉砕した(粉砕工程)。粉砕されてなる円柱状の成形体を、マッフル炉によって600℃にて8時間焼成した(焼成工程)。これにより、触媒Aを得た。   Next, the obtained kneaded product was molded into a catalyst diameter of 1.5, 2.0, and 3.0 mmφ by extrusion molding using an extruder to obtain a molded body (molding step). Next, the molded body obtained in the molding process was dried at 120 ° C. for 12 hours by a dryer (drying process). The dried molded body was pulverized so as to have a length of 3 to 8 mm (pulverization step). The pulverized cylindrical shaped body was fired at 600 ° C. for 8 hours in a muffle furnace (firing step). As a result, catalyst A was obtained.

[実施例2]
混錬工程において、硝酸水溶液の添加量を4.7質量部とした以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Bを得た。
[Example 2]
In the kneading step, powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination were performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of nitric acid aqueous solution added was 4.7 parts by mass. B was obtained.

[実施例3]
混錬工程において、硝酸水溶液の添加量を9.3質量部とした以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Cを得た。
[Example 3]
In the kneading step, powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination were performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of nitric acid aqueous solution added was 9.3 parts by mass. C was obtained.

[実施例4]
混錬工程において、硝酸水溶液の添加量を17.6質量部とした以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Dを得た。
[Example 4]
In the kneading step, powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination were performed in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of the nitric acid aqueous solution was 17.6 parts by mass. D was obtained.

[実施例5]
粉体粉砕工程において、炭酸カルシウムに代えて14.8質量部の硝酸カルシウム(C
a(NO32・4H2O)を用い、混錬工程において硝酸水溶液を添加しない以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Eを得た。
[Example 5]
In the powder grinding step, 14.8 parts by mass of calcium nitrate (C
Each of powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and firing is the same as in Example 1 except that a (NO 3 ) 2 · 4H 2 O) is used and no nitric acid aqueous solution is added in the kneading step. The process was performed and the catalyst E was obtained.

[実施例6]
粉体粉砕工程において、ベーマイトの含有量をAl23相当での含有量で21.6質量部とし、混錬工程において、硝酸水溶液に代えて37.6質量部の硝酸アルミニウム(Al(HNO33)・9H2Oを添加した以外は、実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Fを得た。
[Example 6]
In the powder pulverization step, the boehmite content is 21.6 parts by mass in terms of Al 2 O 3. In the kneading step, 37.6 parts by mass of aluminum nitrate (Al (HNO 3 ) Except for the addition of 3 ) · 9H 2 O, powder F, mixing, kneading, molding, drying, crushing, and firing were performed in the same manner as in Example 1 to obtain Catalyst F.

[実施例7]
混錬工程において、硝酸水溶液に代えて4.7質量部の塩酸(HCl)水溶液(濃度:35〜37重量%)を添加した以外は、実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Gを得た。
[Example 7]
In the kneading step, powder pulverization, mixing, and kneading were performed in the same manner as in Example 1 except that 4.7 parts by mass of hydrochloric acid (HCl) aqueous solution (concentration: 35 to 37% by weight) was added instead of nitric acid aqueous solution. Then, the respective steps of molding, drying, pulverization, and calcination were performed to obtain catalyst G.

[実施例8]
粉体粉砕工程において、ベーマイトの含有量をAl23相当での含有量で11質量部とし、混錬工程において、硝酸水溶液の添加量を7.9質量部とした以外は、実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Hを得た。
[Example 8]
Example 1 except that the boehmite content was 11 parts by mass in terms of Al 2 O 3 in the powder pulverization step and the nitric acid aqueous solution was added at 7.9 parts by mass in the kneading step. In the same manner as above, powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination were performed to obtain catalyst H.

[実施例9]
混合工程において、SiO2/Al23のモル比が716であるNH4−ZSM−5に代えて、SiO2/Al23のモル比が900であるNH4−ZSM−5(三菱化学社製)用い、混錬工程において硝酸水溶液の添加量を9.3質量部とした以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Iを得た。
[Example 9]
In the mixing step, the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is in place NH 4 -ZSM-5 is 716, NH 4 -ZSM-5 (Mitsubishi molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is 900 (Made by Chemical Co., Ltd.) and powder grinding, mixing, kneading, molding, drying, grinding, and firing in the same manner as in Example 1 except that the amount of nitric acid aqueous solution added was 9.3 parts by mass in the kneading process. The process was performed and the catalyst I was obtained.

[実施例10]
粉体粉砕工程において、炭酸カルシウムは加えず、また混合工程において、NH4−ZSM−5(三菱化学社製)に代えて、Ca−ZSM−5(日揮株式会社製、SiO2/Al23モル比=195、CaO含有量=1.22wt%)用い、混錬工程において硝酸水溶液の添加量を6.7質量部とした以外は実施例1と同様に、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Jを得た。
[Example 10]
In the powder pulverization step, calcium carbonate is not added, and in the mixing step, instead of NH 4 -ZSM-5 (Mitsubishi Chemical Corporation), Ca-ZSM-5 (manufactured by JGC Corporation, SiO 2 / Al 2 O) is used. 3 molar ratio = 195, CaO content = 1.22 wt%), and mixing, kneading, molding, as in Example 1, except that the amount of nitric acid aqueous solution added was 6.7 parts by mass in the kneading step. Each step of drying, pulverization, and calcination was performed to obtain catalyst J.

[比較例1]
混錬工程において、硝酸水溶液を添加しなかった以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Kを得た。
[Comparative Example 1]
In the kneading step, except for not adding the aqueous nitric acid solution, the steps of powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination were performed in the same manner as in Example 1 to obtain catalyst K.

[比較例2]
粉体粉砕工程において、ベーマイトの含有量をAl23相当での含有量で11質量部とし、混錬工程において、硝酸水溶液を添加しなかった以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Lを得た。
[Comparative Example 2]
In the powder pulverization step, the content of boehmite was 11 parts by mass in terms of Al 2 O 3 , and in the kneading step, powder pulverization was performed in the same manner as in Example 1 except that no nitric acid aqueous solution was added. Each step of mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination was performed to obtain catalyst L.

[比較例3]
粉体粉砕工程において、SiO2/Al23のモル比が716であるNH4−ZSM−5に代えて、SiO2/Al23のモル比が900であるNH4−ZSM−5を用い、混錬工程において、硝酸水溶液を添加しなかった以外は実施例1と同様に粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Mを得た。
[Comparative Example 3]
In the powder grinding step, the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is in place NH 4 -ZSM-5 is 716, NH 4 -ZSM-5 molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is 900 In the kneading step, except that the aqueous nitric acid solution was not added, the powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and firing steps were performed in the same manner as in Example 1 to obtain the catalyst M. It was.

[比較例4]
混錬工程において、硝酸水溶液を添加しなかった以外は実施例10と同様に、粉体粉砕、混合、混錬、成型、乾燥、粉砕、及び焼成の各工程を行い、触媒Nを得た。
[Comparative Example 4]
In the kneading step, catalyst N was obtained in the same manner as in Example 10 except that the nitric acid aqueous solution was not added, and powder pulverization, mixing, kneading, molding, drying, pulverization, and calcination were performed.

[圧壊強度測定]
触媒Aの圧壊強度を木屋式測定法にて測定した。すなわち、触媒Aから粒径7〜10mmの間の粒子を無作為に20個採取し、昇降速度1mm/s、加圧面の直径が5mmの加圧チップでそれぞれの触媒粒子の円柱形の周面を加圧し、触媒が破砕した時の数値を測定し、その測定値の平均値を圧壊強度とした。単位はkgf/粒である。
[Measurement of crushing strength]
The crushing strength of the catalyst A was measured by a Kiyama measurement method. That is, 20 particles having a particle diameter of 7 to 10 mm were randomly sampled from the catalyst A, and the cylindrical peripheral surface of each catalyst particle was measured with a pressure tip having a lifting speed of 1 mm / s and a pressure surface diameter of 5 mm. Was measured, and the value when the catalyst was crushed was measured, and the average value of the measured values was taken as the crushing strength. The unit is kgf / grain.

触媒Aと同様に、触媒B〜Nの圧壊強度を測定した。触媒A〜G及びKについて、各触媒の組成と圧壊強度の測定結果とを表1に示す。なお、表1中、「※」は触媒径1.8mmφの測定結果を示している。   The crushing strength of the catalysts B to N was measured in the same manner as the catalyst A. Table 1 shows the compositions of the catalysts and the measurement results of the crushing strength for the catalysts A to G and K. In Table 1, “*” indicates the measurement result when the catalyst diameter is 1.8 mmφ.

Figure 2012120977
Figure 2012120977

表1から明らかなように、触媒A〜Gは触媒Kに対して高い圧壊強度を有しており、また、触媒A〜Gは、触媒Kに比べて、粒径が大きい程、圧壊強度が増加する割合が大きい。   As is clear from Table 1, the catalysts A to G have a high crushing strength with respect to the catalyst K, and the crushing strength of the catalysts A to G is larger as the particle size is larger than that of the catalyst K. The rate of increase is large.

触媒H及び触媒Lの組成と圧壊強度の測定結果とを表2に示す。   Table 2 shows the compositions of Catalyst H and Catalyst L and the measurement results of the crushing strength.

Figure 2012120977
Figure 2012120977

表2より、触媒Kより少ないバインダー量で調製した触媒でも硝酸添加による圧壊強度の向上が確認された。また、表2から明らかなように、混錬時における硝酸水溶液の添加により、触媒Kより少ないバインダー量で、触媒Kと同等の圧壊強度を有する触媒を調製することができる。   From Table 2, the improvement of the crushing strength by addition of nitric acid was confirmed even with the catalyst prepared with a smaller binder amount than the catalyst K. Further, as is apparent from Table 2, a catalyst having a crushing strength equivalent to that of the catalyst K can be prepared with a binder amount smaller than that of the catalyst K by adding an aqueous nitric acid solution during kneading.

触媒I及び触媒Mの組成と圧壊強度の測定結果とを表3に示す。   Table 3 shows the compositions of Catalyst I and Catalyst M and the measurement results of the crushing strength.

Figure 2012120977
Figure 2012120977

表3より、SiO2/Al23モル比が異なるゼオライトを使用した場合も硝酸添加による圧壊強度の向上が確認された。また、表3から明らかなように、混錬時における硝酸水溶液の添加により、SiO2/Al23モル比がより高いゼオライトを使用しても、SiO2/Al23モル比がより低いゼオライトを用いた触媒と同等かそれ以上の圧壊強度を得ることができる。 From Table 3, it was confirmed that the crushing strength was improved by adding nitric acid even when zeolites having different SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratios were used. Further, as is apparent from Table 3, even when zeolite having a higher SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is used due to the addition of an aqueous nitric acid solution during kneading, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is higher. A crushing strength equal to or higher than that of a catalyst using a low zeolite can be obtained.

触媒J及び触媒Nの組成と圧壊強度の測定結果とを表4に示す。   Table 4 shows the compositions of the catalyst J and the catalyst N and the measurement results of the crushing strength.

Figure 2012120977
Figure 2012120977

表4より、Caを骨格内に含むゼオライトであるCa−ZSM−5を使用した場合も硝酸添加による圧壊強度の向上が確認された。   From Table 4, the improvement of the crushing strength by adding nitric acid was also confirmed when Ca-ZSM-5, which is a zeolite containing Ca in the framework, was used.

[実施例11]
[プロピレンの製造]
以下に実施例として触媒として触媒D、Kを用いてプロピレンの製造を行った結果を示す。反応には固定床流通反応装置を用い、内径6mmのアルミナ反応管に、上記触媒0.94gを充填した。この反応器に1−ブテン13.7モル%、ジメチルエーテル19.6モル%、窒素47.0モル%、水19.7モル%を、蒸発器を通して混合し供給した。反応条件を以下に示す。反応開始後、3時間後にガスクロマトグラフィーで生成物の分析を行った。表5に反応結果を示す。なおWHSV(重量基準空間速度)とは、触媒の造粒後における触媒(触媒活性成分(本実施例ではNH4−ZSM−5))の重量当たりの反応原料の流量である。
(反応条件)
反応温度:525℃
反応圧力:0.21MPa
触媒の粒径:0.6〜1.0mm
WHSV(重量基準空間速度):4.5〜18h-1
[Example 11]
[Propylene production]
The results of the production of propylene using the catalysts D and K as catalysts as examples are shown below. For the reaction, a fixed bed flow reactor was used, and 0.94 g of the catalyst was packed in an alumina reaction tube having an inner diameter of 6 mm. The reactor was fed with 13.7 mole% 1-butene, 19.6 mole% dimethyl ether, 47.0 mole% nitrogen, and 19.7 mole% water through an evaporator. The reaction conditions are shown below. Three hours after the start of the reaction, the product was analyzed by gas chromatography. Table 5 shows the reaction results. The WHSV (weight based space velocity) is the flow rate of the reaction raw material per weight of the catalyst (catalytic active component (NH 4 —ZSM-5 in this embodiment)) after the granulation of the catalyst.
(Reaction conditions)
Reaction temperature: 525 ° C
Reaction pressure: 0.21 MPa
Catalyst particle size: 0.6 to 1.0 mm
WHSV (weight based space velocity): 4.5 to 18 h −1

Figure 2012120977
Figure 2012120977

触媒D、Kともに高い選択性でプロピレンが得られた。
以上より、本発明で得られる触媒は、従来の触媒に比べて、同等の優れた触媒機能を有し、かつ、同一触媒径において、特に触媒径がより大きいほど、触媒の強度の増加率が高いことが明らかになった。
Propylene was obtained with high selectivity for both catalysts D and K.
From the above, the catalyst obtained in the present invention has an equivalent excellent catalytic function as compared with the conventional catalyst, and the rate of increase in the strength of the catalyst is larger as the catalyst diameter is larger especially in the same catalyst diameter. It became clear that it was expensive.

プロピレンを始めとする低級オレフィンは、化成品の原料として重要であり、その需要は今後も伸びることが予想される。本発明は、低級オレフィンの製造に有用な珪質固体触媒の機械的強度を触媒中の金属イオンの組成を実質的に変えずに高めることができることから、低級オレフィンの生産性の向上に大きく寄与することが期待される。   Lower olefins such as propylene are important as raw materials for chemical products, and the demand is expected to grow in the future. The present invention makes it possible to increase the mechanical strength of siliceous solid catalysts useful for the production of lower olefins without substantially changing the composition of metal ions in the catalyst. Is expected to do.

Claims (13)

珪質固体、アルカリ土類金属、及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物と水とを混錬する混錬工程を含み、得られた混錬物を成型し焼成して珪質固体触媒を得る珪質固体触媒の製造方法において、
混錬工程において、アルカリ土類金属と水溶性の塩を形成し、かつアルミニウムとも水溶性の塩を形成する陰イオンの存在下で前記混合物と水とを混錬することを特徴とする、珪質固体触媒の製造方法。
A siliceous material comprising a kneading step of kneading a mixture containing siliceous solid, alkaline earth metal, and aluminum-containing compound with water, and molding the resulting kneaded material and calcining it to obtain a siliceous solid catalyst In the method for producing a solid catalyst,
In the kneading step, the mixture and water are kneaded in the presence of an anion that forms a water-soluble salt with an alkaline earth metal and also forms a water-soluble salt with aluminum. Of manufacturing a solid catalyst.
前記珪質固体がシリカを含むことを特徴とする請求項1に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The said siliceous solid contains a silica, The manufacturing method of the siliceous solid catalyst of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記珪質固体がゼオライトであることを特徴とする請求項1又は2に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to claim 1 or 2, wherein the siliceous solid is zeolite. アルカリ土類金属が珪質固体の骨格内に含まれていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein an alkaline earth metal is contained in the skeleton of the siliceous solid. 前記混合物が、珪質固体、アルカリ土類金属含有化合物、及びアルミニウム含有化合物を含有する混合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The said mixture is a mixture containing siliceous solid, an alkaline-earth metal containing compound, and an aluminum containing compound, The manufacturing method of the siliceous solid catalyst as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. . 前記アルカリ土類金属含有化合物がカルシウム含有化合物であることを特徴とする請求項5に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to claim 5, wherein the alkaline earth metal-containing compound is a calcium-containing compound. 前記混錬工程が、前記混合物と水と酸とを混錬する工程であり、
前記酸は、前記陰イオンと水素イオンとからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。
The kneading step is a step of kneading the mixture, water and acid,
The said acid consists of the said anion and hydrogen ion, The manufacturing method of the siliceous solid catalyst as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
前記酸が硝酸及び塩酸の一方又は両方であることを特徴とする請求項7に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to claim 7, wherein the acid is one or both of nitric acid and hydrochloric acid. 前記混合物に、金属イオンと前記陰イオンとからなる水溶性の塩を配合することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein a water-soluble salt composed of a metal ion and the anion is blended with the mixture. 前記金属イオンがアルカリ土類金属イオン又はアルミニウムイオンであることを特徴とする請求項9に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to claim 9, wherein the metal ions are alkaline earth metal ions or aluminum ions. 混錬工程において、前記混錬物の含水率が25〜30%とであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of claims 1 to 10, wherein in the kneading step, the water content of the kneaded product is 25 to 30%. 混錬工程において、前記混錬物の温度が10〜50℃であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の珪質固体触媒の製造方法。   The method for producing a siliceous solid catalyst according to any one of claims 1 to 11, wherein in the kneading step, the temperature of the kneaded product is 10 to 50 ° C. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法により得られる珪質固体触媒を用いて、ジメチルエーテル及びメタノールの一方又は両方を原料に用いて低級炭化水素を合成する低級炭化水素の製造方法。   The manufacturing method of the lower hydrocarbon which synthesize | combines a lower hydrocarbon using one or both of dimethyl ether and methanol as a raw material using the siliceous solid catalyst obtained by the method as described in any one of Claims 1-12.
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