JP2013095672A - Method for producing propylene - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing propylene, by which selectivity of propylene increases in accordance with increase in reaction pressure.SOLUTION: When propylene is produced from at least one raw material selected from a group consisting of hydrocarbons and oxygenates by using a catalyst including an eight-membered ring zeolite, pressure of 0.2 MPa or more is used.

Description

本発明は、プロピレンの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing propylene.

プロピレンは、工業的には主にナフサのクラッキング反応によって、エチレンが製造される際の副産物として生産されている。   Propylene is industrially produced as a by-product when ethylene is produced mainly by naphtha cracking reaction.

こうした工業的な手法とは異なり、ある種のゼオライト触媒を用いると、低級炭化水素や低級オキシジェネートからプロピレン等の低級オレフィンを合成することができる。その反応機序については、原料であるエチレンのオリゴマー化に続き、高級オレフィンの分解が起こることによってプロピレンが生成される一方、副反応としてアルカンが生成されることにより、プロピレンが消失することが知られている(非特許文献1)。このプロピレンの生成反応は一般に、反応圧力を増加させると反応が促進される(エチレン転化率が向上する)が、同時に、アルカン等の副生成物が生成してプロピレンの選択率(収率)が低下する。   Unlike such industrial methods, when a certain type of zeolite catalyst is used, a lower olefin such as propylene can be synthesized from a lower hydrocarbon or a lower oxygenate. Regarding the reaction mechanism, it is known that propylene is generated by the decomposition of higher olefins following the oligomerization of ethylene, which is a raw material, while propylene is lost by the formation of alkanes as a side reaction. (Non-Patent Document 1). In general, the propylene production reaction is promoted by increasing the reaction pressure (the ethylene conversion rate is improved). At the same time, by-products such as alkanes are produced and the propylene selectivity (yield) is increased. descend.

特許文献1には、CHA型アルミノシリケートを用いたプロピレンの製造方法が開示されている。本文献では、加圧することによりパラフィン類等の副生成物が生成され、プロピレンの選択率が低下すること、また、反応圧力を減少させると、反応が遅くなることが記載されている。実施例で用いられている反応圧力は、常圧である0.1MPaである。   Patent Document 1 discloses a method for producing propylene using CHA type aluminosilicate. In this document, it is described that by-products such as paraffins are generated by pressurization, the selectivity of propylene is lowered, and that the reaction is slowed down when the reaction pressure is decreased. The reaction pressure used in the examples is 0.1 MPa, which is a normal pressure.

特許文献2には、エタノールを原料としたプロピレンの製造方法が開示されている。本文献では、10員環ゼオライト(MFI型アルミノシリケート、P−ZSM−5)を用いて、低温反応器(300〜450℃)でエタノールの脱水及びエチレンのオリゴマー化を行った後、高温反応器(450〜600℃)でクラッキングによりプロピレンを製造している。また、このエタノールの脱水及びエチレンのオリゴマー化における反応圧力は、0.2MPa以上にすると有利であることが記載されている。この圧力範囲は、加圧することにより反応器中のエチレン濃度を増加させ、エチレンの消失反応を促進させるために採用されているが、エチレン転化率は向上する(反応が促進される)ものの、副反応も生じ、プロピレンやブテン等のオレフィン選択率は低下している。   Patent Document 2 discloses a method for producing propylene using ethanol as a raw material. In this document, a 10-membered ring zeolite (MFI-type aluminosilicate, P-ZSM-5) is used, and after dehydration of ethanol and oligomerization of ethylene in a low-temperature reactor (300 to 450 ° C.), a high-temperature reactor Propylene is produced by cracking at (450 to 600 ° C.). Further, it is described that the reaction pressure in the dehydration of ethanol and the oligomerization of ethylene is advantageously 0.2 MPa or more. This pressure range is adopted to increase the ethylene concentration in the reactor by pressurization and promote the disappearance reaction of ethylene. However, although the ethylene conversion is improved (the reaction is promoted), A reaction also occurs, and the selectivity for olefins such as propylene and butene is reduced.

国際公開第2010/128644号パンフレットInternational Publication No. 2010/128644 Pamphlet 国際公開第2009/098267号パンフレットInternational Publication No. 2009/098267 Pamphlet

Baba T., et al, Phys. Chem. Chem. Phys. (2010) 12, 2541Baba T., et al, Phys. Chem. Chem. Phys. (2010) 12, 2541

このように、低級炭化水素(例えば、エチレン)や低級オキシジェネート(例えば、エタノール)から低級オレフィン(例えば、プロピレン)を製造する方法では一般に、反応圧力を増加させると反応が促進される(エチレン転化率が向上する)一方、副生成物が生成してプロピレン選択率が低下することが問題となる。   As described above, in a method for producing a lower olefin (for example, propylene) from a lower hydrocarbon (for example, ethylene) or a lower oxygenate (for example, ethanol), the reaction is generally promoted by increasing the reaction pressure (ethylene. On the other hand, a problem arises in that by-products are produced and propylene selectivity is lowered.

そこで、本発明は、反応圧力を増加させることにより、反応が促進されるだけでなく、プロピレンの選択率も向上する、プロピレンの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing propylene which not only promotes the reaction but also improves the selectivity of propylene by increasing the reaction pressure.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、プロピレンの製造方法において、8員環ゼオライトを用いて、圧力を0.2MPa以上にすることによって、原料の転化率が向上するだけでなく、プロピレン選択率も向上することを見い出し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明は、以下の発明を包含する。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor improves the conversion rate of raw materials by using 8-membered ring zeolite and setting the pressure to 0.2 MPa or more in the method for producing propylene. In addition, the inventors have found that propylene selectivity is improved, and have completed the present invention. That is, the present invention includes the following inventions.

[1]8員環ゼオライトを含む触媒を用いて、0.2MPa以上の圧力下で、炭化水素及びオキシジェネートからなる群より選択される少なくとも1種の原料からプロピレンを製造する方法。
[2]圧力が0.5MPa以上である、[1]に記載の方法。
[3]8員環ゼオライトがCHA構造を有する、[1]又は[2]に記載の方法。
[4]8員環ゼオライトがシリコアルミノフォスフェートである、[3]に記載の方法。
[5]8員環ゼオライトの平均粒子径が1.0μm以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]8員環ゼオライトの平均粒子径が0.7μm以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[7]原料が、C1−6炭化水素及びC1−6オキシジェネートからなる群より選択される少なくとも1種である、[1]〜[6]のいずれかに記載の方法。
[1] A method for producing propylene from at least one raw material selected from the group consisting of hydrocarbons and oxygenates under a pressure of 0.2 MPa or more using a catalyst containing 8-membered ring zeolite.
[2] The method according to [1], wherein the pressure is 0.5 MPa or more.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the 8-membered ring zeolite has a CHA structure.
[4] The method according to [3], wherein the 8-membered zeolite is silicoaluminophosphate.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the average particle size of the 8-membered ring zeolite is 1.0 μm or less.
[6] The method according to any one of [1] to [4], wherein the average particle diameter of the 8-membered ring zeolite is 0.7 μm or less.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the raw material is at least one selected from the group consisting of C 1-6 hydrocarbons and C 1-6 oxygenates.

本発明によると、反応圧力を増加させることにより、原料の転化率が向上するだけでなく、プロピレン選択率も向上させて、プロピレンを製造することができる。   According to the present invention, by increasing the reaction pressure, not only the conversion rate of the raw materials is improved, but also the propylene selectivity is improved, and propylene can be produced.

各生成物の圧力依存性を示した図である。It is the figure which showed the pressure dependence of each product.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる8員環ゼオライトは、細孔が酸素の8員環で構成されているゼオライトであり、その骨格構造としては、特に限定されず、例えば、AFX、CAS、CHA、 DDR、ERI、ESV、GIS、GOO、ITE、JBW、KFI、LEV、LTA、MER、MON、MTF、PAU、PHI、RHO、RTE、RTHが挙げられる。このうち、本発明のゼオライトの構造としては、AFX、CHA、DDR、ERI、LEV、RHO、RTHが好ましく、より好ましくはCHAである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The 8-membered zeolite used in the present invention is a zeolite whose pores are composed of 8-membered rings of oxygen, and the skeleton structure is not particularly limited. For example, AFX, CAS, CHA, DDR, ERI ESV, GIS, GOO, ITE, JBW, KFI, LEV, LTA, MER, MON, MTF, PAU, PHI, RHO, RTE, and RTH. Among these, as the structure of the zeolite of the present invention, AFX, CHA, DDR, ERI, LEV, RHO, and RTH are preferable, and CHA is more preferable.

本発明におけるCHA構造を有する8員環ゼオライトとしては、具体的には、構成元素がケイ素及びアルミニウムからなるアルミノシリケートや、ケイ素、アルミニウム及びリンからなるシリコアルミノホスフェート等が挙げられるが、シリコアルミノホスフェートが好ましく、より好ましくはSAPO−34、SAPO−44又はSAPO−47である。   Specific examples of the 8-membered ring zeolite having a CHA structure in the present invention include aluminosilicates whose constituent elements are silicon and aluminum, and silicoaluminophosphates which are composed of silicon, aluminum and phosphorus, and silicoaluminophosphates. Is more preferable, and SAPO-34, SAPO-44 or SAPO-47 is more preferable.

本発明で用いられる8員環ゼオライトは、プロピレンの選択率を向上させる点から、平均粒子径が1.0μm以下のものが好ましく、より好ましくは0.7μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下、特に好ましくは0.2μm以下の平均粒子径を有する。   The 8-membered ring zeolite used in the present invention preferably has an average particle size of 1.0 μm or less, more preferably 0.7 μm or less, and still more preferably 0.5 μm or less, from the viewpoint of improving the selectivity of propylene. Particularly preferably, it has an average particle diameter of 0.2 μm or less.

このような8員環ゼオライトの製造方法としては、特に限定されず、例えば米国特許第4544538号明細書に記載の製造方法のような公知の方法を用いることができる。通常、水熱合成法により製造することができ、水熱合成後にイオン交換、脱アルミニウム処理、含浸等で組成を変化させたものも使用できる。また、担体や結合剤等を混合して触媒とすることもできる。   A method for producing such an 8-membered ring zeolite is not particularly limited, and for example, a known method such as a production method described in US Pat. No. 4,544,538 can be used. Usually, it can be produced by a hydrothermal synthesis method, and the one whose composition is changed by ion exchange, dealumination treatment, impregnation or the like after hydrothermal synthesis can also be used. In addition, a carrier, a binder and the like can be mixed to form a catalyst.

本発明のプロピレンの製造方法では、上記の8員環ゼオライトを含む触媒を用いて、0.2MPa以上の圧力下で、炭化水素及びオキシジェネートからなる群より選択される少なくとも1種を原料として製造する。   In the method for producing propylene of the present invention, using the catalyst containing the above 8-membered ring zeolite, at least one selected from the group consisting of hydrocarbon and oxygenate is used as a raw material under a pressure of 0.2 MPa or more. To manufacture.

炭化水素としては、例えば、アルカン及びアルケンが挙げられ、好ましくはC1−12アルカン及びC2−12アルケン等のC1−12炭化水素、より好ましくはC1−8アルカン及びC2−8アルケン等のC1−8炭化水素、特に好ましくはC1−6アルカン及びC2−6アルケン等のC1−6炭化水素を使用する。前記炭化水素は、本発明の目的を損なわない範囲でプロピレンを含むことができる。 Examples of the hydrocarbon include, for example, alkanes and alkenes, preferably C 1-12 C 1-12 hydrocarbons such as alkanes and C 2-12 alkene, more preferably C 1-8 alkane and C 2-8 alkene C 1-8 hydrocarbons etc., particularly preferably using a C 1-6 hydrocarbon such as C 1-6 alkanes and C 2-6 alkene. The said hydrocarbon can contain a propylene in the range which does not impair the objective of this invention.

オキシジェネートとしては、例えば、アルコール、エーテル及びカルボニル化合物(アルデヒド、ケトン、カルボン酸、カーボネート等)が挙げられ、好ましくはC1−12アルコール、C2−12エーテル及びC1−12カルボニル化合物等のC1−12オキシジェネート、より好ましくはC1−8アルコール、C2−8エーテル及びC1−8カルボニル化合物等のC1−8オキシジェネート、特に好ましくはC1−6アルコール、C2−6エーテル及びC1−6カルボニル化合物等のC1−6オキシジェネートを使用する。 Examples of oxygenates include alcohols, ethers and carbonyl compounds (aldehydes, ketones, carboxylic acids, carbonates, etc.), preferably C 1-12 alcohols, C 2-12 ethers, C 1-12 carbonyl compounds, and the like. C 1-12 oxygenates, more preferably C 1-8 alcohols, C 1-8 oxygenates such as C 2-8 ether and C 1-8 carbonyl compounds, particularly preferably C 1-6 alcohol, C C 1-6 oxygenates such as 2-6 ether and C 1-6 carbonyl compounds are used.

炭化水素及びオキシジェネートのより具体的な例としては、例えば、ブタン、ヘキサン、エチレン、メタノール、エタノール、プロパノール、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、ホルムアルデヒド、ジメチルケトン、酢酸、ジメチルカーボネート等を挙げることができる。このうち、エチレン又はエタノールを使用することが特に好ましい。   More specific examples of hydrocarbons and oxygenates include butane, hexane, ethylene, methanol, ethanol, propanol, dimethyl ether, methyl ethyl ether, diethyl ether, formaldehyde, dimethyl ketone, acetic acid, dimethyl carbonate, and the like. be able to. Among these, it is particularly preferable to use ethylene or ethanol.

原料はそのまま供給してもよいし、希釈ガスとの混合ガスとして供給してもよい。希釈ガスとしては原料が気体で存在する条件下において気体で存在し、原料からプロピレンへの変換に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。例えば、不活性ガスの窒素やアルゴン等を使用することができる。工業的に利用するためには原料を高濃度で使用することが好ましい。例えば、原料濃度(モル比)が50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることが特に好ましい。また、水(水蒸気)を共存させてもよい。   The raw material may be supplied as it is or may be supplied as a mixed gas with a dilution gas. The diluent gas is not particularly limited as long as it exists in a gaseous state under conditions where the raw material is present in a gaseous state and does not adversely affect the conversion of the raw material into propylene. For example, an inert gas such as nitrogen or argon can be used. In order to use industrially, it is preferable to use a raw material in high concentration. For example, the raw material concentration (molar ratio) is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 90% or more. Further, water (water vapor) may coexist.

反応圧力は、プロピレンの選択率を向上させる点から、0.2MPa(絶対圧、以下同様)以上であることが必要であり、適宜0.5MPa以上、場合によっては0.6MPa以上の圧力を使用することができる。反応圧力の上限は、実用的な圧力範囲であればよく、特に限定されないが、通常1.0MPa以下、好ましくは0.8MPa以下である。   The reaction pressure needs to be 0.2 MPa (absolute pressure, the same shall apply hereinafter) or more from the viewpoint of improving the selectivity of propylene, and a pressure of 0.5 MPa or more, or 0.6 MPa or more is used as appropriate. can do. The upper limit of the reaction pressure is not particularly limited as long as it is within a practical pressure range, but is usually 1.0 MPa or less, preferably 0.8 MPa or less.

反応温度は、原料が効率的かつ選択的にプロピレンに変換されれば特に限定されないが、例えば、200〜700℃が好ましく、300〜600℃がより好ましい。   Although reaction temperature will not be specifically limited if a raw material is efficiently and selectively converted into propylene, For example, 200-700 degreeC is preferable and 300-600 degreeC is more preferable.

空間速度WHSV(h−1)は、エタノール等の反応原料の流量(g/h)を触媒重量(g)で除して求められる。ここで、触媒重量とは、触媒の造粒・成型に使用する不活性成分や結合剤を含まない触媒活性成分の重量である。本発明において、空間速度は特に限定されないが、通常0.01〜500h−1であり、0.1〜100h−1がより好ましい。 The space velocity WHSV (h −1 ) is obtained by dividing the flow rate (g / h) of a reaction raw material such as ethanol by the catalyst weight (g). Here, the catalyst weight is the weight of a catalyst active component that does not contain an inactive component or a binder used for granulation / molding of the catalyst. In the present invention, the space velocity is not particularly limited, but is usually 0.01 to 500 h −1 , more preferably 0.1 to 100 h −1 .

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

固体酸触媒の物性評価
結晶形態及び結晶径は、SEM(走査型電子顕微鏡)(JCM−5100、日本電子)で得られた画像により評価した。平均粒子径は、異なる3視野の画像中から、50〜100個のゼオライトを任意に選択して、相加平均をとることにより算出した。
Evaluation of Physical Properties of Solid Acid Catalyst The crystal form and the crystal diameter were evaluated based on images obtained with SEM (scanning electron microscope) (JCM-5100, JEOL). The average particle size was calculated by arbitrarily selecting 50 to 100 zeolites from images of three different fields of view and taking the arithmetic average.

SAPO−34の同定は、測定したX線回折(XRD)の構造パターンを、米国特許4440871号明細書に示されている構造パターンと比較することにより行った。   SAPO-34 was identified by comparing the measured X-ray diffraction (XRD) structural pattern with the structural pattern shown in US Pat. No. 4,440,871.

(A)平均粒子径0.2μmのSAPO−34(8員環ゼオライト)の調製
6.85gのLudox(登録商標)HS−30(水中30重量%、Aldrich、以下同様)及び193.86gの水酸化テトラエチルアンモニウム(TEAOH)水溶液(水中35重量%、Aldrich、以下同様)を含む溶液をテフロン(登録商標)ビーカーにて調製した。この溶液に、24.11gのアルミニウムイソプロポキシド(純度98%以上、Aldrich、以下同様)を添加し、さらに、53.27gのリン酸(水中85重量%、Aldrich、以下同様)を添加した。モル比で以下の組成:
0.6SiO/Al/4P/8TEAOH/133H
を有する均質な混合物を得た。この混合物を、90℃の恒温槽に移し、水分を除去して乾燥ゲルを得た。乾燥ゲルと脱イオン水とを互いに接触させないようにして、テフロン内筒を有するSUS316製オートクレーブに移し、180℃で72時間加熱処理した。オートクレーブから取り出した後、脱イオン水で洗浄し、100℃で12時間乾燥させて、粉末状の生成物を得た。XRD、SEMにより、この生成物が平均粒子径0.2μmのSAPO−34であることを確認した。
(A) Preparation of SAPO-34 (8-membered ring zeolite) with an average particle size of 0.2 μm 6.85 g Ludox® HS-30 (30 wt% in water, Aldrich, the same below) and 193.86 g water A solution containing an aqueous solution of tetraethylammonium oxide (TEAOH) (35% by weight in water, Aldrich, hereinafter the same) was prepared in a Teflon (registered trademark) beaker. To this solution, 24.11 g of aluminum isopropoxide (purity 98% or higher, Aldrich, the same applies below) was added, and 53.27 g of phosphoric acid (85 wt% in water, Aldrich, the same applies below) was added. The following composition in molar ratio:
0.6SiO 2 / Al 2 O 3 / 4P 2 O 5 / 8TEAOH / 133H 2 O
A homogeneous mixture with This mixture was transferred to a constant temperature bath at 90 ° C. to remove moisture and obtain a dry gel. The dried gel and deionized water were not brought into contact with each other, transferred to an SUS316 autoclave having a Teflon inner cylinder, and heat-treated at 180 ° C. for 72 hours. After taking out from the autoclave, it was washed with deionized water and dried at 100 ° C. for 12 hours to obtain a powdered product. It was confirmed by XRD and SEM that this product was SAPO-34 having an average particle size of 0.2 μm.

得られたSAPO−34を金属塩で処理するため、まず、2gのSAPO−34を空気中600℃で5時間焼成した後、0.14wt%の酢酸バリウム水溶液10mLに添加し、50℃、減圧下で水を留去した。その後、空気中550℃で10時間焼成した。   In order to treat the obtained SAPO-34 with a metal salt, first, 2 g of SAPO-34 was calcined in air at 600 ° C. for 5 hours, and then added to 10 mL of a 0.14 wt% barium acetate aqueous solution. Water was distilled off underneath. Then, it baked at 550 degreeC in the air for 10 hours.

[実施例1]
得られた上記SAPO−34の粉末を16〜32メッシュに成型して、SAPO−34触媒を得た。触媒性能評価は、原料タンク、原料供給ポンプ、不活性ガス導入装置、反応管、試料採取タンク、及び背圧弁等を備えた流通反応装置を用いて行った。反応管には、内管が石英製で外管がステンレス製からなる二重管式反応容器(石英管の内径は10mm)を使用した。1gのSAPO−34触媒を反応器に充填し、エタノール及び窒素を、エタノールの空間速度1.6h−1でエタノール80体積%と窒素20体積%となるように、蒸発器を通じて反応器に供給した。温度400℃、圧力0.2MPaにて反応を行い、ガスクロマトグラフィーで生成物の分析を行った。反応開始1時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Example 1]
The obtained SAPO-34 powder was molded into 16-32 mesh to obtain a SAPO-34 catalyst. The catalyst performance evaluation was performed using a flow reactor equipped with a raw material tank, a raw material supply pump, an inert gas introduction device, a reaction tube, a sampling tank, a back pressure valve, and the like. As the reaction tube, a double-tube reaction vessel (inner diameter of the quartz tube is 10 mm) in which the inner tube is made of quartz and the outer tube is made of stainless steel was used. 1 g of SAPO-34 catalyst was charged into the reactor, and ethanol and nitrogen were fed into the reactor through the evaporator so that the ethanol space velocity was 1.6 h −1 , 80% ethanol and 20% nitrogen. . The reaction was performed at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.2 MPa, and the product was analyzed by gas chromatography. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 -C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons 1 hour after the start of the reaction.

なお、一般に、エチレン転化率が低いとき(反応が比較的進行していないとき)の方が、副反応の影響が少なくプロピレン選択率は高くなる。従って、プロピレン選択率の優劣を比較するためには、各試験でのエチレン転化率を揃える必要がある。本発明では、各試験のエチレン転化率が70〜75%となるように行った。   In general, when the ethylene conversion rate is low (when the reaction is relatively not progressing), the side reaction is less affected and the propylene selectivity is high. Therefore, in order to compare the superiority and inferiority of the propylene selectivity, it is necessary to align the ethylene conversion rate in each test. In this invention, it carried out so that the ethylene conversion rate of each test might be set to 70 to 75%.

[実施例2]
実施例1と同様の方法で触媒性能評価を行った。温度400℃、圧力0.5MPaにおける反応開始1.25時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Example 2]
The catalyst performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 to C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons after 1.25 hours from the start of the reaction at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.5 MPa.

[比較例1]
実施例1と同様の方法で触媒性能評価を行った。温度400℃、圧力0.1MPaにおける反応開始0.75時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Comparative Example 1]
The catalyst performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 to C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons after 0.75 hours from the start of the reaction at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.1 MPa.

(B)平均粒子径0.5μmのSAPO−34(8員環ゼオライト)の調製
6.85gのLudox(登録商標)HS−30及び193.86gの水酸化テトラエチルアンモニウム(TEAOH)水溶液を含む溶液をテフロン(登録商標)ビーカーにて調製した。この溶液に、24.11gのアルミニウムイソプロポキシドを添加し、さらに、53.27gのリン酸を添加した。モル比で以下の組成:
0.6SiO/Al/4P/8TEAOH/133H
を有する均質な混合物を得た。この混合物をテフロン内筒を有するSUS316製オートクレーブに移し、180℃で64時間加熱処理した。オートクレーブから取り出した後、脱イオン水で洗浄を行い、100℃で12時間乾燥させて、粉末状の生成物を得た。XRD、SEMにより、この生成物が平均粒子径0.5μmのSAPO−34であることを確認した。
(B) Preparation of SAPO-34 (8-membered ring zeolite) having an average particle size of 0.5 μm A solution containing 6.85 g of Ludox® HS-30 and 193.86 g of tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) aqueous solution It was prepared in a Teflon (registered trademark) beaker. To this solution, 24.11 g of aluminum isopropoxide was added, and 53.27 g of phosphoric acid was added. The following composition in molar ratio:
0.6SiO 2 / Al 2 O 3 / 4P 2 O 5 / 8TEAOH / 133H 2 O
A homogeneous mixture with This mixture was transferred to a SUS316 autoclave having a Teflon inner cylinder and heat-treated at 180 ° C. for 64 hours. After removing from the autoclave, it was washed with deionized water and dried at 100 ° C. for 12 hours to obtain a powdered product. This product was confirmed to be SAPO-34 having an average particle size of 0.5 μm by XRD and SEM.

得られたSAPO−34をシラン化合物で処理するため、まず、2gのSAPO−34に26.8mLのトルエン、17.6mLのメトキシトリメチルシラン(MTMS)を添加し、温度80℃で6時間反応させた。その後、トルエン、エタノール、水で洗浄し、空気中600℃で5時間焼成した。上記の一連の作業を再度繰り返した。   In order to treat the obtained SAPO-34 with a silane compound, first, 26.8 mL of toluene and 17.6 mL of methoxytrimethylsilane (MTMS) were added to 2 g of SAPO-34 and reacted at a temperature of 80 ° C. for 6 hours. It was. Then, it wash | cleaned with toluene, ethanol, and water, and baked at 600 degreeC in the air for 5 hours. The above series of operations was repeated again.

[実施例3]
得られた上記SAPO−34の粉末を16〜32メッシュに成型して、SAPO−34触媒を得た。実施例1と同様の方法で触媒性能評価を行った。温度400℃、圧力0.2MPaにおける反応開始0.75時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Example 3]
The obtained SAPO-34 powder was molded into 16-32 mesh to obtain a SAPO-34 catalyst. The catalyst performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 to C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons after 0.75 hours from the start of the reaction at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.2 MPa.

[比較例2]
実施例3と同様の方法で触媒性能評価を行った。温度400℃、圧力0.1MPaにおける反応開始0.75時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The catalyst performance was evaluated in the same manner as in Example 3. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 to C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons after 0.75 hours from the start of the reaction at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.1 MPa.

(C)平均粒子径2.8μmのSAPO−34(8員環ゼオライト)の調製
3.18gのLudox(登録商標)AS−40(Aldrich)、39.61gの脱イオン水、及び35.58gの水酸化テトラエチルアンモニウム(TEAOH)水溶液を含む溶液をテフロン(登録商標)ビーカーに調製した。この溶液に、29.44gのアルミニウムイソプロポキシドを添加し、さらに、35.57gのリン酸を添加した。モル比で以下の組成:
0.3SiO/Al/P/1.2TEAOH/55H
を有する均質な混合物を得た。この混合物を、テフロン内筒を有するSUS316製オートクレーブに移し、220℃で24時間加熱処理した。オートクレーブから取り出した後、脱イオン水で洗浄を行い、100℃で12時間乾燥させて、粉末状の生成物を得た。XRD、SEMにより、この生成物が平均粒子径2.8μmのSAPO−34であることを確認した。
(C) Preparation of SAPO-34 (8-membered ring zeolite) with an average particle size of 2.8 μm 3.18 g Ludox® AS-40 (Aldrich), 39.61 g deionized water, and 35.58 g A solution containing an aqueous tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) solution was prepared in a Teflon (registered trademark) beaker. To this solution, 29.44 g of aluminum isopropoxide was added, followed by 35.57 g of phosphoric acid. The following composition in molar ratio:
0.3SiO 2 / Al 2 O 3 / P 2 O 5 /1.2TEAOH/55H 2 O
A homogeneous mixture with This mixture was transferred to an SUS316 autoclave having a Teflon inner cylinder and heat-treated at 220 ° C. for 24 hours. After removing from the autoclave, it was washed with deionized water and dried at 100 ° C. for 12 hours to obtain a powdered product. It was confirmed by XRD and SEM that this product was SAPO-34 having an average particle diameter of 2.8 μm.

[比較例3]
得られた上記SAPO−34の粉末を16〜32メッシュに成型して、SAPO−34触媒を得た。実施例1と同様の方法で触媒性能評価を行った。温度400℃、圧力0.4MPaにおける反応開始0.75時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Comparative Example 3]
The obtained SAPO-34 powder was molded into 16-32 mesh to obtain a SAPO-34 catalyst. The catalyst performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 to C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons after 0.75 hours from the start of the reaction at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.4 MPa.

[比較例4]
比較例3と同様の方法で触媒性能評価を行った。温度400℃、圧力0.1MPaにおける反応開始0.75時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Comparative Example 4]
The catalyst performance was evaluated in the same manner as in Comparative Example 3. Table 1 shows the yield (carbon mol%) of ethylene, propylene, butene, C 1 to C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons after 0.75 hours from the start of the reaction at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.1 MPa.

(D)平均粒子径0.2μmのZSM−5(10員環ゼオライト)の調製
文献(Fujitani T, et al. Applied Catalysis A: General 384 (2010) 201-205)に従い、10員環ゼオライトであるZSM−5触媒を調製した。その際に使用したZSM−5はZeolyst製のCBV8014(Si/Al=80)であり、P含有量は0.6wt%となるように調製した。
(D) Preparation of ZSM-5 (10-membered ring zeolite) with an average particle size of 0.2 μm (Fujitani T, et al. Applied Catalysis A: General 384 (2010) 201-205). A ZSM-5 catalyst was prepared. ZSM-5 used at that time was CBV8014 (Si / Al = 80) manufactured by Zeolist, and the P content was adjusted to 0.6 wt%.

[比較例5]
得られたZSM−5の粉末を16〜32メッシュに成型して、ZSM−5触媒を得た。1gのZSM−5触媒を反応器に充填し、エタノール及び窒素を、エタノールの空間速度12.3h−1でエタノール80体積%と窒素20体積%となるように、蒸発器を通じて反応器に供給した。温度550℃、圧力0.2MPaにおいて反応を行い、ガスクロマトグラフィーで生成物の分析を行った。反応開始2時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Comparative Example 5]
The obtained ZSM-5 powder was molded into 16-32 mesh to obtain a ZSM-5 catalyst. 1 g of ZSM-5 catalyst was charged into the reactor, and ethanol and nitrogen were fed to the reactor through the evaporator so that the ethanol space velocity was 12.3 h −1 , 80 vol% ethanol and 20 vol% nitrogen. . The reaction was performed at a temperature of 550 ° C. and a pressure of 0.2 MPa, and the product was analyzed by gas chromatography. Table 1 shows the yield (carbon mole%) of ethylene, propylene, butene, C 1 -C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons 2 hours after the start of the reaction.

[比較例6]
比較例5と同様の方法で、1gのZSM−5触媒を反応器に充填し、エタノール及び窒素を、エタノールの空間速度9.2h−1でエタノール80体積%と窒素20体積%となるように、蒸発器を通じて反応器に供給した。温度550℃、圧力0.1MPaにおいて反応を行い、ガスクロマトグラフィーで生成物の分析を行った。反応開始2時間後のエチレン、プロピレン、ブテン、C〜Cアルカン、C以上の炭化水素の収率(炭素モル%)を表1に示す。
[Comparative Example 6]
In the same manner as in Comparative Example 5, 1 g of ZSM-5 catalyst was charged into the reactor so that ethanol and nitrogen were 80% by volume ethanol and 20% by volume nitrogen at a space velocity of 9.2 h −1. And fed to the reactor through an evaporator. The reaction was conducted at a temperature of 550 ° C. and a pressure of 0.1 MPa, and the product was analyzed by gas chromatography. Table 1 shows the yield (carbon mole%) of ethylene, propylene, butene, C 1 -C 4 alkane, and C 5 or higher hydrocarbons 2 hours after the start of the reaction.

Figure 2013095672
Figure 2013095672

転化率及びC選択率を以下のように定義する:
(C転化率)=100−(C収率)
(C選択率)=(C収率)/(C転化率)×100
表1中、実施例1、実施例2及び比較例1では、平均粒子径0.2μmの8員環ゼオライトであるSAPO−34を用いた、プロピレン選択率の圧力依存性を比較している(以下、試験例Aと称す)。
C 2 H 4 conversion and C 3 H 6 selectivity are defined as follows:
(C 2 H 4 conversion) = 100− (C 2 H 4 yield)
(C 3 H 6 selectivity) = (C 3 H 6 yield) / (C 2 H 4 conversion) × 100
In Table 1, Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 compare the pressure dependency of propylene selectivity using SAPO-34, which is an 8-membered ring zeolite having an average particle diameter of 0.2 μm ( Hereinafter, this is referred to as Test Example A).

また、実施例3及び比較例2では、平均粒子径0.5μmの8員環ゼオライトであるSAPO−34を用いた、プロピレン選択率の圧力依存性を比較している(試験例B)。   In Example 3 and Comparative Example 2, the pressure dependency of propylene selectivity using SAPO-34, which is an 8-membered ring zeolite having an average particle size of 0.5 μm, is compared (Test Example B).

また、比較例3及び比較例4では、平均粒子径2.8μmの8員環ゼオライトであるSAPO−34を用いた、プロピレン選択率の圧力依存性を比較している(試験例C)。   In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the pressure dependency of propylene selectivity using SAPO-34, which is an 8-membered ring zeolite having an average particle diameter of 2.8 μm, is compared (Test Example C).

さらに、比較例5及び比較例6では、10員環ゼオライトであるZSM−5を用いた、プロピレン選択率の圧力依存性を比較している(試験例D)。   Furthermore, in Comparative Example 5 and Comparative Example 6, the pressure dependency of propylene selectivity using ZSM-5 which is a 10-membered ring zeolite is compared (Test Example D).

試験例Aでは、反応圧力が0.1MPaである場合、プロピレン選択率は48%であったが、反応圧力を0.2MPaにすると、プロピレン選択率は69%と増加し、この値は反応圧力を0.5MPaにしてもほとんど変化しなかった。   In Test Example A, when the reaction pressure was 0.1 MPa, the propylene selectivity was 48%. However, when the reaction pressure was 0.2 MPa, the propylene selectivity increased to 69%, which was the reaction pressure. Even when the pressure was 0.5 MPa, there was almost no change.

この傾向は、平均粒子径が0.5μmであるSAPO−34を用いた試験例Bでも同様であった。
一方、試験例Cでは、プロピレン選択率は大きく変化しなかった。
This tendency was the same in Test Example B using SAPO-34 having an average particle size of 0.5 μm.
On the other hand, in Test Example C, the propylene selectivity did not change significantly.

これらに対して、10員環ゼオライトであるZSM−5を用いた試験例Dでは、反応圧力を0.1MPaから0.2MPaに上げた場合でも、プロピレン選択率は39%のままで、試験例A及びBのようにプロピレンの選択率は増加しなかった。   On the other hand, in Test Example D using ZSM-5, which is a 10-membered ring zeolite, even when the reaction pressure is increased from 0.1 MPa to 0.2 MPa, the propylene selectivity remains 39%. Like A and B, propylene selectivity did not increase.

Claims (7)

8員環ゼオライトを含む触媒を用いて、0.2MPa以上の圧力下で、炭化水素及びオキシジェネートからなる群より選択される少なくとも1種の原料からプロピレンを製造する方法。   A method for producing propylene from at least one raw material selected from the group consisting of hydrocarbons and oxygenates under a pressure of 0.2 MPa or more using a catalyst containing 8-membered ring zeolite. 圧力が0.5MPa以上である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the pressure is 0.5 MPa or more. 8員環ゼオライトがCHA構造を有する、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the 8-membered ring zeolite has a CHA structure. 8員環ゼオライトがシリコアルミノフォスフェートである、請求項3に記載の方法。   The process according to claim 3, wherein the 8-membered zeolite is silicoaluminophosphate. 8員環ゼオライトの平均粒子径が1.0μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the average particle size of the 8-membered ring zeolite is 1.0 µm or less. 8員環ゼオライトの平均粒子径が0.7μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the average particle size of the 8-membered ring zeolite is 0.7 µm or less. 原料が、C1−6炭化水素及びC1−6オキシジェネートからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the raw material is at least one selected from the group consisting of C 1-6 hydrocarbons and C 1-6 oxygenates.
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