JP2016104690A - Aei type zeolite, manufacturing method therefor and manufacturing method of lower olefin using the same - Google Patents

Aei type zeolite, manufacturing method therefor and manufacturing method of lower olefin using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine particle crystal AEI type zeolite capable of becoming a catalyst exhibiting high activity and high selectivity, and catalyst performance excellent in catalyst life when used as a catalyst for manufacturing lower olefin from an organic compound raw material and a manufacturing method therefor.SOLUTION: There is provided AEI zeolite containing silicon and at least one kind of hetero metal element selected from aluminum, gallium, boron and iron and having a structure of AEI by cord defined by International Zeolite Association (IZA) and average particle diameter of less than 400 nm. There is provided AEI zeolite containing at least aluminum as the hetero metal element.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、平均粒子径が400nm未満の微結晶AEI型ゼオライト、及びその製造方法、並びに、それを用いた低級オレフィンの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a microcrystalline AEI zeolite having an average particle diameter of less than 400 nm, a method for producing the same, and a method for producing a lower olefin using the same.

AEI型ゼオライトは、酸素8員環の細孔を有する合成ゼオライトの一つであり、International Zeolite Association(以下これを、「IZA」と略称することがある。)が定める構造コードでAEIに分類されるトポロジーを有する。AEI型の構造を有するゼオライトとして、アルミノシリケートであるSSZ−39が報告されている(特許文献1)。   The AEI zeolite is one of synthetic zeolites having oxygen 8-membered ring pores, and is classified as AEI according to the structure code defined by International Zeolite Association (hereinafter sometimes abbreviated as “IZA”). Topology. SSZ-39, which is an aluminosilicate, has been reported as a zeolite having an AEI type structure (Patent Document 1).

ゼオライトは、触媒、吸着材、分離材等の諸種の用途に用いられている。なかでも、AEI型ゼオライト(特許文献1)は、細孔径が小さく、酸強度が大きく、オレフィン製造用触媒や自動車排ガス処理用触媒として期待されている。
特許文献1では、構造規定剤としてN,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムカチオン(以下、これを「DMDMP」ということがある)等の、N,N−ジアルキルピペリジンから誘導される四級アンモニウムカチオン(以下、これを「DAP」ということがある)等を用いて、アルカリ性条件下(アルカリ金属/Siモル比約0.48-0.
58)で水熱合成する方法が開示されている。その実施例の中で、粒子径に関する記載はないが、実施例を追試したところ粒子径は0.8‐1.5μm程度であった。特許文献2では、構造規定剤としてN,N−ジエチル−2,6‐ジメチルピペリジニウムカチオン(以下、これを「DEDMP」ということがある)を用いて、高いDEDMP/Siモル比(実施例は0.5)で、フッ化水素を添加して製造される高シリカ組成のAEI型ゼオライトが開示されている。その実施例の中で、粒子径2.5×2.5×1.5μmの厚い板状粒子として報告されている。
Zeolites are used in various applications such as catalysts, adsorbents, and separators. Among these, AEI zeolite (Patent Document 1) has a small pore size and a high acid strength, and is expected as a catalyst for olefin production and a catalyst for automobile exhaust gas treatment.
In Patent Document 1, it is derived from N, N-dialkylpiperidine such as N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation (hereinafter sometimes referred to as “DMDMP”) as a structure directing agent. A quaternary ammonium cation (hereinafter sometimes referred to as “DAP”) or the like is used under alkaline conditions (alkali metal / Si molar ratio of about 0.48-0.
58) discloses a method for hydrothermal synthesis. In the examples, there is no description regarding the particle size, but when the examples were further tested, the particle size was about 0.8-1.5 μm. In Patent Document 2, an N, N-diethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation (hereinafter sometimes referred to as “DEDMP”) is used as a structure directing agent, and a high DEDMP / Si molar ratio (Examples) 0.5), and an AEI zeolite having a high silica composition produced by adding hydrogen fluoride is disclosed. In the examples, it is reported as thick plate-like particles having a particle size of 2.5 × 2.5 × 1.5 μm.

また、非特許文献1には、構造規定剤としてテトラエチルホスフォニウムカチオンを用いて水熱合成する方法が提案されている。その中で、粒子径400‐600nmの立方晶に近い形状のAEI型ゼオライトが報告されている。   Non-Patent Document 1 proposes a hydrothermal synthesis method using a tetraethylphosphonium cation as a structure-directing agent. Among them, AEI zeolite having a shape close to a cubic crystal having a particle diameter of 400 to 600 nm has been reported.

米国特許第5958370号明細書US Pat. No. 5,958,370 米国特許第7008610号明細書US Patent No. 70008610

Chem. Lett. 43,(2014) 302Chem. Lett. 43, (2014) 302

しかしながら、従来のAEI型ゼオライトは、結晶粒子径が大きいため、種々の触媒反応において、結晶内の拡散性や触媒有効係数の面で不利となる。例えば、有機化合物の転換反応により低級オレフィンを製造する反応においては、粒子径が大きいゼオライトでは、結晶内の拡散性が低いため、コーキングが進行し易く、十分な低級オレフィン収率が得られにくいという課題があった。   However, since the conventional AEI zeolite has a large crystal particle size, it is disadvantageous in terms of diffusibility in the crystal and catalyst effectiveness factor in various catalytic reactions. For example, in a reaction for producing a lower olefin by a conversion reaction of an organic compound, a zeolite having a large particle size has low diffusibility in the crystal, so that coking is likely to proceed, and a sufficient lower olefin yield is difficult to obtain. There was a problem.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、有機化合物原料からの低級オレフィンの製造用触媒として用いる際に、高活性かつ高選択率、及び触媒寿命に優れた性能を示す触媒となりうる微結晶のAEI型ゼオライト、及びその製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can be a catalyst exhibiting high activity, high selectivity, and excellent performance in catalyst life when used as a catalyst for the production of lower olefins from organic compound raw materials. It is an object of the present invention to provide a microcrystalline AEI zeolite and a method for producing the same.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物の水熱合成反応によりAEI型ゼオライトを製造する方法において、次の(1)〜(4)のいずれかの方法により、平均粒子径400nm未満のAEI型ゼオライトを製造できることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, and an alkali metal In the method for producing AEI zeolite by hydrothermal synthesis reaction of a mixture containing an element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt and water, any one of the following (1) to (4) The inventors have found that an AEI zeolite having an average particle diameter of less than 400 nm can be produced by the method, and have reached the present invention.

(1)四級アンモニウム塩を添加する前に加熱前処理する方法
(2)前記混合物を水熱合成温度より10℃以上低い温度で加熱前処理する方法
(3)前記混合物中に有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径が500nm未満のゼオライトからなる種結晶を添加する方法
(4)ヘテロ金属元素源として水酸化アルミニウムを用い、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径が500nm未満のゼオライトからなる種結晶を添加する方法すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
(1) A method of pre-heating before adding a quaternary ammonium salt (2) A method of pre-heating the mixture at a temperature 10 ° C. or more lower than the hydrothermal synthesis temperature (3) An organic structure-directing agent in the mixture And / or a method of adding a seed crystal composed of zeolite having an average particle size of less than 500 nm (4) Aluminum hydroxide is used as a heterometallic element source, and no organic structure directing agent is included or / and the average particle size is A method for adding seed crystals composed of zeolite of less than 500 nm, ie, the gist of the present invention is as follows.

[1]ケイ素と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種のヘテロ金属元素を含むゼオライトであって、その構造がInternational Zeolite Association(IZA)で規定されるコードでAEIであり、かつ平均粒子径が400nm未満であることを特徴とするAEI型ゼオライト。
[2]前記ヘテロ金属元素として少なくともアルミニウムを含むことを特徴とする[1]に記載のAEI型ゼオライト。
[3]前記平均粒子径が300nm未満であることを特徴とする[1]又は[2]に記載のAEI型ゼオライト。
[4]シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物に四級アンモニウム塩を添加して水熱合成反応をさせる水熱合成工程を有することを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかに記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[5]シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物を水熱合成反応させる水熱合成工程を含み、前記前処理工程の温度が前記水熱合成工程の温度より10℃以上低いことを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかに記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[6]シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物に、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径500nm未満のゼオライトからなる種結晶を当該混合物中のシリカの重量に対して0.1質量%以上添加して水熱合成反応をさせる工程を有することを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかに記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[7]前記ヘテロ金属元素源が、アルミニウムを含むFAU型ゼオライトを含むことを特徴とする[4]〜[6]のいずれかに記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[8]シリカ源、水酸化アルミニウム、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源、四級アンモニウム塩、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径が50
0nm未満のゼオライトからなる種結晶、及び水を含む混合物を水熱合成反応させる工程を有することを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかに記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[9]前記種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及び/または8員環を有する
ゼオライトであることを特徴とする[6]又は[8]に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[10]前記ヘテロ金属元素源が、アルミニウムを含むFAU型ゼオライトを含み、且つ前記種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及び/または8員環を有するゼオラ
イトであることを特徴とする[6]に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
[11]有機化合物原料を、[1]〜[3]のいずれかに記載のAEI型ゼオライトに接触させて、低級オレフィンを製造する方法。
[12]前記有機化合物原料がエチレンであり、前記低級オレフィンがプロピレン及び直鎖ブテンであることを特徴とする[11]に記載の低級オレフィンを製造する方法。
[1] A zeolite containing silicon and at least one heterometallic element selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, the structure of which is defined by the International Zeolite Association (IZA) as a code defined by AEI An AEI zeolite having an average particle diameter of less than 400 nm.
[2] The AEI zeolite according to [1], wherein the heterometallic element contains at least aluminum.
[3] The AEI zeolite according to [1] or [2], wherein the average particle size is less than 300 nm.
[4] A mixture containing a silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, and water [1] to [3], characterized by having a pretreatment step of heating the mixture, and a hydrothermal synthesis step of adding a quaternary ammonium salt to the mixture obtained by the pretreatment step to cause a hydrothermal synthesis reaction. ] The manufacturing method of the AEI zeolite in any one of.
[5] A silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, and quaternary ammonium A pretreatment step of heating a mixture containing salt and water, and a hydrothermal synthesis step of hydrothermal synthesis reaction of the mixture obtained by the pretreatment step, wherein the temperature of the pretreatment step is the temperature of the hydrothermal synthesis step The method for producing an AEI zeolite according to any one of [1] to [3], which is lower by 10 ° C. or more.
[6] A silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, and quaternary ammonium To the mixture containing salt and water, 0.1% by mass or more of seed crystals made of zeolite not containing an organic structure-directing agent or / and having an average particle diameter of less than 500 nm are added relative to the weight of silica in the mixture. The method for producing an AEI zeolite according to any one of [1] to [3], comprising a step of performing a thermal synthesis reaction.
[7] The method for producing an AEI zeolite according to any one of [4] to [6], wherein the heterometallic element source includes FAU-type zeolite containing aluminum.
[8] Does not contain silica source, aluminum hydroxide, alkali metal element source and / or alkaline earth metal element source, quaternary ammonium salt, organic structure directing agent or / and average particle size is 50
The method for producing an AEI zeolite according to any one of [1] to [3], comprising a step of hydrothermal synthesis reaction of a mixture containing seed crystals of zeolite less than 0 nm and water.
[9] The method for producing an AEI zeolite according to [6] or [8], wherein the seed crystal is a zeolite having a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as a secondary building unit.
[10] The hetero metal element source includes a FAU-type zeolite containing aluminum, and the seed crystal is a zeolite having a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as a secondary building unit. A method for producing the AEI zeolite according to 1.
[11] A method for producing a lower olefin by bringing an organic compound raw material into contact with the AEI zeolite according to any one of [1] to [3].
[12] The method for producing a lower olefin according to [11], wherein the organic compound raw material is ethylene, and the lower olefin is propylene and linear butene.

本発明の平均粒子径が400nm未満の微結晶AEI型ゼオライトは、有機化合物原料からの低級オレフィン製造反応等の触媒反応に利用することができ、コーキング劣化の少ない、高活性かつ高選択率、及び触媒寿命に優れた触媒性能が実現可能となる。   The microcrystalline AEI zeolite having an average particle diameter of less than 400 nm according to the present invention can be used for catalytic reactions such as a lower olefin production reaction from an organic compound raw material, has low coking deterioration, high activity and high selectivity, and Catalyst performance with excellent catalyst life can be realized.

本発明の実施例1で製造されたAEI型ゼオライトのXRDチャートである。It is an XRD chart of the AEI zeolite manufactured in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1で製造されたAEI型ゼオライトのSEM写真である。It is a SEM photograph of AEI type zeolite manufactured in Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2で製造されたAEI型ゼオライトのXRDチャートである。It is an XRD chart of the AEI zeolite manufactured in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2で製造されたAEI型ゼオライトのSEM写真である。It is a SEM photograph of AEI type zeolite manufactured in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3で製造されたAEI型ゼオライトのXRDチャートである。It is an XRD chart of the AEI zeolite manufactured in Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3で製造されたAEI型ゼオライトのSEM写真である。It is a SEM photograph of the AEI zeolite manufactured in Example 3 of the present invention. 本発明の比較例1の生成物のXRDチャートである。It is an XRD chart of the product of the comparative example 1 of this invention. 本発明の比較例2の生成物のXRDチャートである。It is an XRD chart of the product of the comparative example 2 of this invention. 本発明の比較例3の生成物のXRDチャートである。It is an XRD chart of the product of the comparative example 3 of this invention. 本発明の実施例4の生成物のXRDチャートである。It is an XRD chart of the product of Example 4 of this invention. 本発明の実施例4の生成物の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the product of Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5の生成物のXRDチャートである。It is an XRD chart of the product of Example 5 of this invention. 本発明の実施例5の生成物の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the product of Example 5 of this invention.

以下に本発明を実施するための代表的な態様を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の態様に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。   Hereinafter, typical embodiments for carrying out the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiments as long as the gist of the present invention is not exceeded, and various modifications may be made. Can do.

1.AEI型ゼオライト
本発明におけるAEI型ゼオライトは、ケイ素と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種のヘテロ金属元素を含むゼオライトであって、その構造がInternational Zeolite Association(IZA)で規定されるコードでA
EIであり、かつ平均粒子径が400nm未満である。
1. AEI-type zeolite The AEI-type zeolite in the present invention is a zeolite containing silicon and at least one heterometallic element selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, and has a structure of International Zeolite Association (IZA). ) In the code specified by
EI and the average particle size is less than 400 nm.

本発明におけるゼオライトは、通常、結晶性を有する。また前記ゼオライトは、ケイ素と酸素以外のヘテロ金属原子Mをその構造中に少なくとも1種類含むものである。ゼオラ
イトは、通常、開かれた規則的なミクロ細孔(以下、単に「細孔」ということがある)を形成している多孔質結晶性化合物であり、四面体構造をもつTO単位(Tは、ゼオライトを構成する酸素以外の原子をいい、以下、T原子という)が酸素原子を共有して三次元的に連結した構造を有している。
The zeolite in the present invention usually has crystallinity. The zeolite contains at least one heterometallic atom M other than silicon and oxygen in its structure. Zeolite is a porous crystalline compound that usually forms open regular micropores (hereinafter sometimes simply referred to as “pores”), and has a tetrahedral structure of TO 4 units (T Means an atom other than oxygen constituting the zeolite, hereinafter referred to as T atom), and has a structure in which the oxygen atom is shared and three-dimensionally connected.

本発名におけるAEI型とは、International Zeolite Association(IZA)が定め
るコードでAEIである構造のものをいう。
AEI型ゼオライトは、3種類の3.8×3.8Åの8員環細孔から構成される3次元細孔を有する。8員環細孔が交差することで、その構造内に広い空洞(ケージ)が存在する。また、AEI型構造のユニットセル(単位胞)は空間座標の定まっている原子で表した場合、その組成はT4896であり、単斜晶系である。
The AEI type in the present name refers to a structure having an AEI code defined by the International Zeolite Association (IZA).
The AEI zeolite has three-dimensional pores composed of three types of 3.8 × 3.8Å 8-membered ring pores. When the eight-membered ring pores intersect, a wide cavity (cage) exists in the structure. In addition, when the unit cell (unit cell) of the AEI type structure is expressed by an atom having a fixed spatial coordinate, its composition is T 48 O 96 and it is a monoclinic system.

AEI型ゼオライトのフレームワーク密度は、通常14.8T/nmである。
なおフレームワーク密度(単位:T/nm)とは、ゼオライトの単位体積(1nm)当たりに存在する骨格を形成する酸素以外の原子(T原子)の個数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まるものである。なお、フレームワーク密度とゼオライトの構造との関係は、IZAの構造委員会(Structure Commission)により編纂されたゼオライトに関するデータ集(Atlas of Zeolite Framework Types,Sixth Revised Edition 2007, ELSEVIER)に示されている。
The framework density of AEI zeolite is usually 14.8 T / nm 3 .
The framework density (unit: T / nm 3 ) means the number of atoms (T atoms) other than oxygen that form a skeleton existing per unit volume (1 nm 3 ) of the zeolite. It depends on the structure. The relationship between the framework density and the structure of the zeolite is shown in the data collection on zeolite (Atlas of Zeolite Framework Types, Sixth Revised Edition 2007, ELSEVIER) compiled by the IZA Structure Commission. .

本発明のAEI型ゼオライトの平均粒子径は、400nm未満であり、好ましくは300nm未満であり、より好ましくは200nm未満であり、通常10nm以上であり、好ましくは20nm以上であり、より好ましくは30nm以上である。上記上限値未満であることで、触媒反応におけるゼオライト結晶内の拡散性及び触媒有効係数が十分高く、上記下限以上であることで、ゼオライト結晶性が十分なものとなり、耐水熱安定性が高い点で好ましい。   The average particle size of the AEI zeolite of the present invention is less than 400 nm, preferably less than 300 nm, more preferably less than 200 nm, usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 30 nm or more. It is. By being less than the above upper limit, the diffusivity in the zeolite crystals and the catalyst effectiveness coefficient in the catalytic reaction are sufficiently high, and by being above the above lower limit, the zeolite crystallinity becomes sufficient and the hydrothermal stability is high. Is preferable.

なお、本発明における平均粒子径とは、一次粒子の粒子径に相当する。したがって、光散乱法などで測定される凝集体の粒子径とは異なる。平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(以降、「SEM」と略記する。)又は透過型電子顕微鏡(以降、「TEM」と略記する。)による粒子の観察において、粒子を任意に10個以上測定し、その一次粒子の粒子径を平均して求められる。粒子が長方形の場合、粒子の長辺・短辺を計測して(奥行は計測せ
ず)、その和の平均(つまり(長辺+短辺)÷2)を算出して、その粒子の粒子径とする。
In addition, the average particle diameter in this invention is corresponded to the particle diameter of a primary particle. Therefore, it is different from the particle diameter of the aggregate measured by the light scattering method or the like. The average particle diameter is measured by arbitrarily measuring 10 or more particles in the observation of particles with a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM”) or a transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as “TEM”). The average particle diameter of the primary particles is obtained. If the particle is a rectangle, measure the long and short sides of the particle (not measuring the depth) and calculate the average of the sum (ie (long side + short side) ÷ 2) The diameter.

2.AEI型ゼオライトの製造方法
本発明のAEI型ゼオライトの製造方法としては、具体的に下記の4つの製造方法に存する。
本発明の第一の態様(以下、「第一発明」と称する。)は、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物に四級アンモニウム塩を添加して水熱合成反応をさせる水熱合成工程を有することを特徴とするAEI型ゼオライトの製造方法である。
2. Production Method of AEI Type Zeolite The production method of the AEI type zeolite of the present invention specifically includes the following four production methods.
A first aspect of the present invention (hereinafter referred to as “first invention”) includes a silica source and a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, A pretreatment step of heating a mixture containing an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source and water, and a quaternary ammonium salt is added to the mixture obtained by the pretreatment step to cause a hydrothermal synthesis reaction. A method for producing an AEI zeolite, comprising a hydrothermal synthesis step.

本発明の第二の態様(以下、「第二発明」と称する。)は、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物を水熱合成反応させる水熱合成工程を含み、前記前処理工程の温度が前記水熱合成工程の温度より10℃以上低いことを特徴とするAEI型ゼオライトの製造方法である。   A second aspect of the present invention (hereinafter referred to as “second invention”) includes a silica source and a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, A pretreatment step of heating a mixture containing an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt and water, and hydrothermal synthesis in which the mixture obtained by the pretreatment step is subjected to a hydrothermal synthesis reaction A method for producing an AEI zeolite comprising a step, wherein the temperature of the pretreatment step is 10 ° C. or more lower than the temperature of the hydrothermal synthesis step.

本発明の第三の態様(以下、「第三発明」と称する。)は、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物に、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径が500nm未満のゼオライトからなる種結晶を当該混合物中のシリカの重量に対して0.1質量%以上添加して水熱合成反応をさせる工程を有することを特徴とするAEI型ゼオライトの製造方法である。   A third aspect of the present invention (hereinafter referred to as “third invention”) includes a silica source and a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, In a mixture containing an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt and water, a seed crystal composed of a zeolite not containing an organic structure directing agent or / and having an average particle diameter of less than 500 nm A method for producing an AEI zeolite comprising a step of adding 0.1% by mass or more to a weight of silica in a mixture to cause a hydrothermal synthesis reaction.

本発明の第四の態様(以下、「第四発明」と称する。)は、シリカ源、水酸化アルミニウム、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源、四級アンモニウム塩、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径が500nm未満のゼオライトからなる種結晶及び水を含む混合物を水熱合成反応させる工程を有することを特徴とするAEI型ゼオライトの製造方法である。   A fourth aspect of the present invention (hereinafter referred to as “fourth invention”) includes a silica source, aluminum hydroxide, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt, and an organic structure definition. A method for producing an AEI zeolite, comprising a step of hydrothermal synthesis reaction of a mixture containing seed crystals not containing an agent and / or zeolite having an average particle diameter of less than 500 nm and water.

以下、上記第一発明〜第四発明(以下、これらの発明をまとめて「本発明」と称する場合がある。)について詳細に説明する。
本発明のAEI型ゼオライトの製造方法では、上記の特徴を除いてはゼオライトの水熱合成の常法に従って、AEI型ゼオライトを製造することができる。すなわち、シリカ源、ヘテロ金属元素源、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源、および四級アンモニウム塩、必要に応じて種結晶、を含む結晶前駆体の混合物を調製し、これを水熱合成する方法で合成することができる。
以下に、第一発明〜第四発明に共通する水熱合成について、説明する。
Hereinafter, the first to fourth inventions (hereinafter, these inventions may be collectively referred to as “the present invention”) will be described in detail.
In the method for producing an AEI zeolite of the present invention, an AEI zeolite can be produced according to a conventional method for hydrothermal synthesis of zeolite, except for the above characteristics. That is, a mixture of a crystal precursor containing a silica source, a hetero metal element source, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, and a quaternary ammonium salt, if necessary, a seed crystal is prepared. It can be synthesized by hydrothermal synthesis.
The hydrothermal synthesis common to the first to fourth inventions will be described below.

[水熱合成]
(シリカ源)
本発明で用いるシリカ源は特に限定されず、微粉シリカ、シリカゾル、シリカゲル、二酸化珪素、水ガラスなどのシリケート、テトラメトキシシランやテトラエトキシシラン等の珪素のアルコキシド、珪素のハロゲン化物などが挙げられる。また、FAU型ゼオライトやCHA型ゼオライトなどのシリカ含有ゼオライトをシリカ源として用いてもよい。
[Hydrothermal synthesis]
(Silica source)
The silica source used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include finely divided silica, silica sol, silica gel, silicon dioxide, water glass and other silicates, silicon alkoxides such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, and silicon halides. Further, silica-containing zeolite such as FAU type zeolite or CHA type zeolite may be used as the silica source.

これらシリカ源は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらのシリカ原料のうち、コスト面の有利さ、取り扱いの容易さの面で、好ましくは、微粉シリカ、シリカゾル、水ガラス、シリカ含有ゼオライトなどが用いられ、より好ましくは反応性の面で、シリカゾル、水ガラス、シリカ含有ゼオライトが用いられる。
(アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源)
These silica sources may be used alone or in combination of two or more.
Of these silica raw materials, fine silica, silica sol, water glass, silica-containing zeolite and the like are preferably used in terms of cost advantage and ease of handling, and more preferably in terms of reactivity. Water glass and silica-containing zeolite are used.
(Heterometallic element source including at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron)

本発明におけるAEI型ゼオライトは、ゼオライトの構成元素としてケイ素、酸素、およびアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素以外に、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄から選ばれる少なくとも1種のヘテロ金属元素(以下、単に「ヘテロ金属元素」という。)を含む。また、前記のヘテロ金属元素以外にその他の元素を含んでいてもよく、その他の元素は特に限定されないが、亜鉛、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、錫、クロム、コバルトなどが挙げられる。これらは混合物中に1種のみが含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。   The AEI zeolite in the present invention includes at least one heterometallic element selected from aluminum, gallium, boron, and iron in addition to silicon, oxygen, an alkali metal element, and an alkaline earth metal element as constituent elements of the zeolite (hereinafter referred to as “the zeolite element”). , Simply referred to as “heterometallic element”). In addition to the hetero metal element, other elements may be contained, and the other elements are not particularly limited, and examples thereof include zinc, germanium, titanium, zirconium, tin, chromium, and cobalt. These may contain only 1 type in the mixture, and may contain 2 or more types.

本発明に好ましいヘテロ金属元素は、アルミニウム、ガリウム、ホウ素であり、より好ましくはアルミニウムである。水熱合成時の混合物にアルミニウムが存在すると、AEI型を指向し易くなるためである。
ヘテロ金属元素源としては特に限定されず、例えば、これらのヘテロ金属元素の硫酸塩
、硝酸塩、水酸化物、酸化物、アルコキシドなどから選ばれる。
Preferred heterometallic elements for the present invention are aluminum, gallium and boron, more preferably aluminum. This is because if aluminum is present in the mixture during hydrothermal synthesis, the AEI type is easily oriented.
The hetero metal element source is not particularly limited, and is selected from, for example, sulfates, nitrates, hydroxides, oxides, and alkoxides of these hetero metal elements.

これらのヘテロ金属元素源のうち、反応性の面で硫酸塩、硝酸塩、水酸化物、アルコキシドが好ましく、コスト面、作業面で硫酸塩、硝酸塩、水酸化物がより好ましい。
アルミニウム源としては、通常、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、擬ベーマイト、アルミナゾル、アルミニウムイソプロポキシド等のアルミニウムアルコキシドなどが用いられる。また、FAU型ゼオライトやCHA型ゼオライトなどのアルミニウム含有ゼオライトをアルミニウム源として用いてもよい。
Of these heterometallic element sources, sulfates, nitrates, hydroxides, and alkoxides are preferable in terms of reactivity, and sulfates, nitrates, and hydroxides are more preferable in terms of costs and work.
As the aluminum source, aluminum alkoxide such as aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum hydroxide, sodium aluminate, pseudoboehmite, alumina sol, aluminum isopropoxide and the like are usually used. Moreover, you may use aluminum containing zeolites, such as a FAU type zeolite and a CHA type zeolite, as an aluminum source.

これらのアルミニウム源のうち、反応性の面で、好ましくは硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミニウム含有ゼオライトであり、より好ましくは水酸化アルミニウム、アルミニウム含有ゼオライトである。
また、ガリウム源としては、通常、硫酸ガリウム、硝酸ガリウム、酸化ガリウム、塩化ガリウム、リン酸ガリウム、水酸化ガリウム、ガリウム含有ゼオライトなどが用いられ、好ましくは硫酸ガリウム、硝酸ガリウムであり、より好ましくは硝酸ガリウムである。
Of these aluminum sources, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum hydroxide, and aluminum-containing zeolite are preferable in terms of reactivity, and aluminum hydroxide and aluminum-containing zeolite are more preferable.
Further, as the gallium source, usually gallium sulfate, gallium nitrate, gallium oxide, gallium chloride, gallium phosphate, gallium hydroxide, gallium-containing zeolite, etc. are used, preferably gallium sulfate, gallium nitrate, more preferably Gallium nitrate.

ホウ素源としては、通常、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、酸化ホウ素、ホウ素含有ゼオライトなどが用いられ、好ましくはホウ酸、ホウ酸ナトリウムであり、より好ましくはホウ酸である。
鉄源としては、通常、硝酸鉄、硫酸鉄、酸化鉄、塩化鉄、水酸化鉄、鉄含有ゼオライトなどが用いられ、好ましくは硫酸鉄、硝酸鉄であり、より好ましくは硝酸鉄である。
これらのヘテロ金属元素源は、1種を単独で用いてもよく、同一のヘテロ金属元素のものの2種以上を組み合わせて用いてよく、また、異なるヘテロ金属元素のものの1種または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As the boron source, boric acid, sodium borate, boron oxide, boron-containing zeolite and the like are usually used, preferably boric acid and sodium borate, and more preferably boric acid.
As the iron source, iron nitrate, iron sulfate, iron oxide, iron chloride, iron hydroxide, iron-containing zeolite and the like are usually used, preferably iron sulfate and iron nitrate, and more preferably iron nitrate.
These heterometallic element sources may be used alone or in combination of two or more of the same heterometallic elements, or one or more of the different heterometallic elements may be used. You may use it in combination.

(アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源)
本発明の水熱合成に供する混合物中に含まれるアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素としては特に限定されず、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウムなどが挙げられ、これらは1種が単独に含まれていても、2種以上が含まれていてもよいが、アルカリ性が高く、特に固体のシリカ原料を使用した際にゼオライトの結晶化が起こりやすい面でアルカリ金属元素を含むことが好ましい。
(Alkali metal element source and / or alkaline earth metal element source)
The alkali metal element and alkaline earth metal element contained in the mixture to be subjected to the hydrothermal synthesis of the present invention are not particularly limited, and include lithium, sodium, potassium, calcium, etc., and these are included alone. 2 or more types may be contained, but it is preferable that the alkali metal element is included in terms of high alkalinity and in particular, when a solid silica raw material is used, crystallization of zeolite is likely to occur.

アルカリ金属元素源、アルカリ土類金属元素源としては、その水酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸水素塩、炭酸塩などが挙げられる。これらの化合物のうち、水酸化物、炭酸水素塩、炭酸塩は、水溶液状態で塩基性を示すものである。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる、これらのうち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属元素の水酸化物が、アルカリ性が高く、特に固体のシリカ原料を使用する際に、シリカ原料の溶解、続くゼオライトの結晶化を促進させる効果がある点で好ましい。
これらのアルカリ金属元素源、アルカリ土類金属元素源は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of the alkali metal element source and alkaline earth metal element source include hydroxides, chlorides, bromides, iodides, hydrogen carbonates, carbonates, and the like. Of these compounds, hydroxides, bicarbonates and carbonates are basic in an aqueous solution state. Specific examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, etc. Among these, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. These alkali metal hydroxides are preferred because they have a high alkalinity, and particularly have the effect of promoting dissolution of the silica raw material and subsequent crystallization of the zeolite when a solid silica raw material is used.
These alkali metal element sources and alkaline earth metal element sources may be used alone or in combination of two or more.

(四級アンモニウム塩)
構造規定剤として用いられる四級アンモニウム塩としては、N,N−ジアルキルピペリジンから誘導されるカチオン、N,N‐ジアルキル‐9‐アゾニアビシクロ[3.3.1]ノナンから誘導されるカチオン、2‐アゾニアビシクロ[3.2.1]オクタンから誘導されるカチオン、N,N‐ジアルキル‐2,5‐ジヒドロピロールから誘導されるカチオンなどが挙げられる。中でも、N,N−ジアルキルピペリジンから誘導されるカチオン
が好ましい。
(Quaternary ammonium salt)
Quaternary ammonium salts used as structure directing agents include cations derived from N, N-dialkylpiperidine, cations derived from N, N-dialkyl-9-azoniabicyclo [3.3.1] nonane, And cations derived from azoniabicyclo [3.2.1] octane, cations derived from N, N-dialkyl-2,5-dihydropyrrole, and the like. Among them, a cation derived from N, N-dialkylpiperidine is preferable.

N,N−ジアルキルピペリジン、N,N‐ジアルキル‐9‐アゾニアビシクロ[3.3.1]ノナン及びN,N−ジアルキル−2,5−ジヒドロピロールの2つの独立したアルキル基は、AEI型構造の形成に寄与する構造規定剤となるものであれば特に限定はされず、通常低級アルキル基であり、好ましくは炭素数4以下のアルキル基であり、より好ましくはメチル基又はエチル基である。また前記アルキル基は直鎖状であっても、2つのアルキル基が環を形成していてもよい。   The two independent alkyl groups of N, N-dialkylpiperidine, N, N-dialkyl-9-azoniabicyclo [3.3.1] nonane and N, N-dialkyl-2,5-dihydropyrrole are of the AEI type structure. There are no particular limitations as long as it is a structure-directing agent that contributes to formation, and it is usually a lower alkyl group, preferably an alkyl group having 4 or less carbon atoms, more preferably a methyl group or an ethyl group. The alkyl group may be linear or two alkyl groups may form a ring.

また前記N,N−ジアルキルピペリジンのピペリジン環は、置換基を有していてもよく、具体的には低級アルキル基を有していてもよい。なお、置換基の配置によるシス-トラ
ンス異性体が存在する場合、これらの異性体のいずれを用いてもよく、異性体混合物として用いてもよい。
上記のうち好ましくは、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N‐ジエチル‐2,6‐ジメチルピペリジニウムカチオン、N,N‐ジメチル‐9‐アゾニアビシクロ[3.3.1]ノナンカチオンであり、より好ましくはN,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムカチオンである。
The piperidine ring of the N, N-dialkylpiperidine may have a substituent, specifically, a lower alkyl group. When cis-trans isomers are present depending on the arrangement of substituents, any of these isomers may be used, or a mixture of isomers may be used.
Of the above, N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation, N, N-diethyl-2,6-dimethylpiperidinium cation, N, N-dimethyl-9-azoniabicyclo [3. 3.1] Nonane cation, more preferably N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium cation.

前記構造規定剤として用いられる四級アンモニウムカチオンは、本発明のAEI型ゼオライトの形成を阻害しないアニオンをともなうものである。前記アニオンは、特に限定はされないが、具体的には、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオンや水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩が含まれる。中でも、水酸化物イオンは特に好適に用いられる。
四級アンモニウム塩は、1種のみを使用しても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
The quaternary ammonium cation used as the structure directing agent is accompanied by an anion that does not inhibit the formation of the AEI zeolite of the present invention. The anion is not particularly limited, and specific examples include halogen ions such as Cl , Br and I , hydroxide ions, acetates, sulfates and carboxylates. Among these, hydroxide ions are particularly preferably used.
Quaternary ammonium salts may be used alone or in combination of two or more.

(種結晶)
本発明において、水熱合成に供する混合物中に種結晶を添加してもよい。この種結晶としては、Secondary Building Unitとして6員環及び/または8員環を有するゼオライト
が好ましく、AEI型、AFX型、CHA型、ERI型、FAU型、LEV型がより好ましく、AEI型、CHA型、FAU型がさらに好ましい。
種結晶は、1種のみを用いてもよく、構造や組成の異なるものを組み合わせて用いてもよい。種結晶として用いるゼオライトの組成は、混合物の組成に大きく影響を与えるものでなければ、特に限定されるものではない。
(Seed crystal)
In the present invention, seed crystals may be added to the mixture used for hydrothermal synthesis. This seed crystal is preferably a zeolite having a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as a secondary building unit, more preferably AEI type, AFX type, CHA type, ERI type, FAU type, LEV type, AEI type, CHA. More preferred are molds and FAU types.
Only one type of seed crystal may be used, or a combination of different structures and compositions may be used. The composition of the zeolite used as the seed crystal is not particularly limited as long as it does not greatly affect the composition of the mixture.

種結晶として用いるゼオライトの粒子径は、効率よく結晶化させるために、小さい方が望ましく、一次粒子径として、通常10nm以上、好ましくは30nm以上であり、また上限は、通常5μm以下、好ましくは3μm以下である。
また、種結晶は、構造規定剤を含むゼオライト、含まないゼオライトのいずれを用いてもよい。
種結晶は、適当な溶媒、例えば水に分散させて混合物に添加してもよいし、分散させずに直接添加してもよい。
The particle size of the zeolite used as a seed crystal is desirably smaller for efficient crystallization, and the primary particle size is usually 10 nm or more, preferably 30 nm or more, and the upper limit is usually 5 μm or less, preferably 3 μm. It is as follows.
The seed crystal may be either zeolite containing a structure directing agent or zeolite not containing it.
The seed crystal may be added to the mixture after being dispersed in an appropriate solvent such as water, or may be added directly without being dispersed.

(混合物の組成)
本発明において、水熱合成に供される混合物(スラリーないしゲル)の好適な組成は次の通りである。
混合物中のヘテロ金属元素の割合は特に限定されるものではないが、ケイ素、酸素以外のヘテロ金属元素をMで表したとき、SiO/Mモル比で表した場合、通常5以上、好ましくは8以上、より好ましくは10以上であり、通常500以下、好ましくは300以下、より好ましくは100以下である。なお前記の比率は、ゼオライト中のSi原
子が全てSiOとして含まれ、ゼオライト中に含まれる前記MがすべてMとして含まれると仮定して求める値である。SiO/Mモル比が上記範囲にあることで十分な酸量が得られ、高い触媒活性が得られる。またコーク付着による触媒の失活、ケイ素以外のT原子の骨格からの脱離、酸点当たりの酸強度の低下といった現象を防ぐことができる。
(Composition of the mixture)
In the present invention, the preferred composition of the mixture (slurry or gel) subjected to hydrothermal synthesis is as follows.
The ratio of the heterometallic element in the mixture is not particularly limited, but when the heterometallic element other than silicon and oxygen is represented by M, it is usually 5 or more when represented by the SiO 2 / M 2 O 3 molar ratio. , Preferably 8 or more, more preferably 10 or more, usually 500 or less, preferably 300 or less, more preferably 100 or less. Note the ratios, all Si atoms in the zeolite contains as SiO 2, is a value determined on the assumption that the M contained in the zeolite is included as all M 2 O 3. When the SiO 2 / M 2 O 3 molar ratio is in the above range, a sufficient amount of acid can be obtained and high catalytic activity can be obtained. In addition, it is possible to prevent phenomena such as deactivation of the catalyst due to adhesion of coke, elimination of T atoms other than silicon from the skeleton, and a decrease in acid strength per acid point.

混合物中のシリカに対するアルカリ金属とアルカリ土類金属の合計のモル比[(アルカリ金属元素+アルカリ土類金属元素)/SiO(モル比) ]は、特に限定されるものではないが、通常0.6以下、好ましくは0.45以下、より好ましくは0.35以下、特に好ましくは0.30以下であり、通常0.01以上、好ましくは0.03以上、さらに好ましくは0.04以上である。アルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素は、ヘテロ金属元素のカウンターカチオンとして、AEI型ゼオライトに取り込まれて結晶化が進行する。上記モル比が大きすぎると、ヘテロ金属元素のゼオライト骨格への取り込み速度が上昇し、原料として消費されずに残るシリカ成分が増加することで、生成物のSiO/Mモル比が低下し、AEI型ゼオライトの合成収率が低下する。また、上記モル比が小さすぎると、AEI型ゼオライトの結晶化速度が十分ではなくなり、合成に長時間を要したり、AEI型とは異なる構造のゼオライトが生成する場合がある。尚、上記モル比の計算には、種結晶中のシリカ、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属は含めない。 The total molar ratio [(alkali metal element + alkaline earth metal element) / SiO 2 (molar ratio)] of alkali metal and alkaline earth metal to silica in the mixture is not particularly limited, but is usually 0. .6 or less, preferably 0.45 or less, more preferably 0.35 or less, particularly preferably 0.30 or less, usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.04 or more. is there. Alkali metal elements and alkaline earth metal elements are incorporated into AEI zeolite as counter cations of hetero metal elements, and crystallization proceeds. If the molar ratio is too large, the incorporation rate of the heterometallic element into the zeolite skeleton increases, and the silica component that remains without being consumed as a raw material increases, so that the SiO 2 / M 2 O 3 molar ratio of the product is increased. The synthesis yield of AEI zeolite is lowered. On the other hand, if the molar ratio is too small, the crystallization rate of the AEI zeolite is not sufficient, and synthesis may take a long time, or a zeolite having a structure different from that of the AEI type may be generated. Note that the calculation of the molar ratio does not include silica, alkali metal, and alkaline earth metal in the seed crystal.

混合物中の構造規定剤として用いる四級アンモニウム塩の割合は、特に限定されるものではないが、Si元素に対する四級アンモニウム塩のモル比(四級アンモニウム塩/Si)として、通常0.005以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上であり、また上限は、通常0.7以下、好ましくは0.6以下、より好ましくは0.5以下である。   The ratio of the quaternary ammonium salt used as the structure directing agent in the mixture is not particularly limited, but the molar ratio of the quaternary ammonium salt to the Si element (quaternary ammonium salt / Si) is usually 0.005 or more. The upper limit is usually 0.7 or less, preferably 0.6 or less, more preferably 0.5 or less.

この値が小さ過ぎると、AEI型ゼオライトの結晶化が進行し難くなり、大き過ぎると、ゼオライト製造のコストが高くなる。
混合物中の水の割合は、特に限定されるものではないが、Si元素に対するHOのモル比(HO/Siモル比)として、通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは10以上であり、また上限は、通常100以下、好ましくは50以下、より好ましくは30以下である。
If this value is too small, crystallization of AEI zeolite will not proceed easily, and if it is too large, the cost for producing the zeolite will increase.
The ratio of water in the mixture is not particularly limited, but the molar ratio of H 2 O to Si element (H 2 O / Si molar ratio) is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 10 The upper limit is usually 100 or less, preferably 50 or less, more preferably 30 or less.

水の割合が少な過ぎると、混合物の粘性が高くなり、混合物の製造中、あるいは水熱合成による結晶化中の撹拌混合が困難となる傾向がある。一方、水の割合が高すぎると、結晶化速度が低下し、さらに混合物当たりのゼオライト製造量が減少し、生産性が低くなる。
混合物中に添加する種結晶の量は特に限定されず、通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また上限は、通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。
When the proportion of water is too small, the viscosity of the mixture increases, and stirring and mixing during the production of the mixture or during crystallization by hydrothermal synthesis tends to be difficult. On the other hand, if the ratio of water is too high, the crystallization rate is lowered, the amount of zeolite produced per mixture is further reduced, and the productivity is lowered.
The amount of seed crystals added to the mixture is not particularly limited, and is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and the upper limit is usually 30% by mass. Hereinafter, it is preferably 20% by mass or less.

種結晶の量が少なすぎると、AEI型構造を指向する前駆体が減ることになるので、AEI型ゼオライトが得られ難くなる。種結晶が多すぎると、生成物中に含まれる種結晶の割合が増加するため、混合物中から新たに製造されるAEI型ゼオライトが減る傾向となるため、生産性が低くなる。   If the amount of the seed crystal is too small, the number of precursors directed to the AEI type structure is reduced, so that it becomes difficult to obtain an AEI type zeolite. When there are too many seed crystals, the ratio of the seed crystals contained in the product increases, so that newly produced AEI zeolite tends to decrease from the mixture, resulting in low productivity.

(水熱合成工程)
上記混合物を、反応容器中で加熱することにより(水熱合成)、AEI型ゼオライトを製造することができる。
加熱温度(反応温度)は特に限定されず、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは140℃以上であり、また上限は、通常220℃以下、好ましくは20
0℃以下、より好ましくは190℃以下である。
(Hydrothermal synthesis process)
By heating the above mixture in a reaction vessel (hydrothermal synthesis), AEI zeolite can be produced.
The heating temperature (reaction temperature) is not particularly limited, and is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 140 ° C. or higher, and the upper limit is usually 220 ° C. or lower, preferably 20
0 ° C or lower, more preferably 190 ° C or lower.

反応温度が低すぎると、AEI型ゼオライトの結晶化時間が長くなる傾向があり、また、反応温度が高すぎると、AEI型とは異なる構造のゼオライトが生成することがある。
加熱温度(反応温度)まで昇温するのに要する時間は、特に限定されるものではなく、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上であり、昇温に要する時間の上限は特にない。
If the reaction temperature is too low, the crystallization time of the AEI zeolite tends to be long, and if the reaction temperature is too high, a zeolite having a structure different from that of the AEI type may be generated.
The time required to raise the temperature to the heating temperature (reaction temperature) is not particularly limited, and is usually 0.1 hour or longer, preferably 0.5 hour or longer, more preferably 1 hour or longer. There is no particular upper limit for the time required for.

加熱時間(反応時間)は、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、より好ましくは10時間以上であり、また上限は、通常14日間以下、好ましくは7日間以下、より好ましくは3日以下である。
反応時間が短すぎると、AEI型ゼオライトの結晶化が不十分となることがあり、反応時間が長すぎると、AEI型とは異なる構造のゼオライトが生成することがある。
反応時の圧力は特に限定されず、密閉容器中に入れた混合物を上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分であるが、必要に応じて、窒素などの不活性ガスを加えてもよい。
以下に、本発明の製造方法の特徴を記載する。
The heating time (reaction time) is usually 1 hour or longer, preferably 5 hours or longer, more preferably 10 hours or longer, and the upper limit is usually 14 days or shorter, preferably 7 days or shorter, more preferably 3 days or shorter. is there.
If the reaction time is too short, crystallization of the AEI zeolite may be insufficient, and if the reaction time is too long, a zeolite having a structure different from that of the AEI type may be generated.
The pressure during the reaction is not particularly limited, and the self-generated pressure generated when the mixture placed in the sealed container is heated to the above temperature range is sufficient, but if necessary, an inert gas such as nitrogen may be added. Good.
The characteristics of the production method of the present invention are described below.

[第一発明]
第一発明では、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物に四級アンモニウム塩を添加して水熱合成反応させる水熱合成工程を有する。
[First invention]
In the first invention, a silica source, a hetero metal element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, and water And a hydrothermal synthesis step of adding a quaternary ammonium salt to the mixture obtained by the pretreatment step to cause a hydrothermal synthesis reaction.

構造規定剤として作用する四級アンモニウム塩を添加する前に、混合物を加熱前処理することで、ゼオライトの単位ユニットの成形を促進し、四級アンモニウム塩添加後の水熱合成反応において、結晶核の発生が有利となり、微粒子結晶のAEI型ゼオライトを製造することができる。
前記前処理工程の温度は、特に限定されるものではないが、通常60℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上であり、また上限は、通常200℃以下、好ましくは190℃以下、より好ましくは180℃以下である。
Before adding the quaternary ammonium salt that acts as a structure-directing agent, the mixture is preheated to promote the formation of unit units of the zeolite, and in the hydrothermal synthesis reaction after addition of the quaternary ammonium salt, Generation of AEI zeolite with fine crystal can be produced.
The temperature of the pretreatment step is not particularly limited, but is usually 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and the upper limit is usually 200 ° C. or lower, preferably 190 ° C. Below, more preferably 180 ° C. or less.

前記前処理工程の処理時間は、特に限定されるものではないが、通常7日間以下、好ましくは3日間以下、より好ましくは1日間以下であり、下限は特にない。前処理工程の処理時間は、生産性の面から前記水熱合成工程の合成時間よりも短いことが望ましく、前処理工程の温度見合いで、処理時間を変えることができる。
なお、上記前処理工程により得られた混合物に四級アンモニウム塩を添加する際に、シリカ源、アルカリ金属元素源/アルカリ土類金属元素源、ヘテロ金属元素源、水を任意の割合で追添加してもよい。
The treatment time of the pretreatment step is not particularly limited, but is usually 7 days or less, preferably 3 days or less, more preferably 1 day or less, and there is no particular lower limit. The treatment time of the pretreatment step is preferably shorter than the synthesis time of the hydrothermal synthesis step from the viewpoint of productivity, and the treatment time can be changed according to the temperature of the pretreatment step.
In addition, when adding a quaternary ammonium salt to the mixture obtained by the pretreatment step, a silica source, an alkali metal element source / alkaline earth metal element source, a hetero metal element source, and water are additionally added at an arbitrary ratio. May be.

[第二発明]
第二発明では、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物を水熱合成反応させる水熱合成工程を含み、前記前処理工程の温度が前記水熱合成工程の温度より10℃以上低い温度で処理する前処理工程を有する。
[Second invention]
In the second invention, a silica source, a hetero metal element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, A pretreatment step of heating a mixture containing a quaternary ammonium salt and water, and a hydrothermal synthesis step of hydrothermal synthesis reaction of the mixture obtained by the pretreatment step, wherein the temperature of the pretreatment step is the hydrothermal synthesis step A pretreatment step of treating at a temperature lower by 10 ° C. or more than the above temperature.

混合物を水熱合成工程の温度より10℃以上低い温度で前処理することで、結晶成長を
抑制しつつ、結晶核の発生を促進することができるため、微粒子結晶のAEI型ゼオライトを製造することができる。
前記前処理工程の温度は、水熱合成工程の温度より10℃以上低く、好ましくは20℃以上低く、より好ましくは30℃以上低く、通常、40℃以上、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上である。前記前処理工程の温度を上記の範囲とすることで、前処理工程における結晶成長を抑制することができ、かつ結晶核の発生を十分なものとすることができる。
By pretreating the mixture at a temperature lower by 10 ° C. or more than the temperature of the hydrothermal synthesis step, it is possible to promote the generation of crystal nuclei while suppressing crystal growth, and therefore to produce AEI zeolite with fine crystal crystals Can do.
The temperature of the pretreatment step is 10 ° C. or more lower than the temperature of the hydrothermal synthesis step, preferably 20 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or lower, usually 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably It is 80 ° C or higher. By setting the temperature of the pretreatment step within the above range, crystal growth in the pretreatment step can be suppressed, and generation of crystal nuclei can be made sufficient.

前記前処理工程の処理時間は、特に限定されるものではないが、通常7日間以下、好ましくは4日間以下、より好ましくは2日間以下であり、下限は特にない。前処理工程の処理時間は、生産性の面から前記水熱合成工程の合成時間よりも短いことが望ましく、前記前処理工程の温度見合いで、処理時間を変えることができる。
なお、上記前処理工程により得られた混合物に、シリカ源、ヘテロ金属元素源、アルカリ金属元素源/アルカリ土類金属元素源、四級アンモニウム塩、水を任意の割合で追添加してもよい。
The treatment time of the pretreatment step is not particularly limited, but is usually 7 days or less, preferably 4 days or less, more preferably 2 days or less, and there is no particular lower limit. The treatment time of the pretreatment step is preferably shorter than the synthesis time of the hydrothermal synthesis step from the viewpoint of productivity, and the treatment time can be changed depending on the temperature of the pretreatment step.
In addition, a silica source, a hetero metal element source, an alkali metal element source / alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt, and water may be additionally added to the mixture obtained by the pretreatment step in an arbitrary ratio. .

[第三発明]
第三発明では、シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物に、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径500nm未満のゼオライトからなる種結晶を当該混合物中のシリカの重量に対して0.1質量%以上添加して水熱合成反応をさせる工程を有する。
[Third invention]
In the third invention, a silica source, a hetero metal element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, To a mixture containing a quaternary ammonium salt and water, 0.1% by mass or more of a seed crystal not containing an organic structure-directing agent or / and comprising zeolite having an average particle diameter of less than 500 nm is added based on the weight of silica in the mixture. And a hydrothermal synthesis reaction step.

有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径500nm未満のゼオライトからなる種結晶を用いることで、混合物中の種結晶の溶解及び結晶核の発生を促進することができるため、微粒子結晶のAEI型ゼオライトを製造することができる。
有機構造規定剤を含まないゼオライトとは、構造規定剤として用いられた有機化合物を除去する処理(例えば、焼成処理や溶媒抽出など)を施されたもの、あるいは、構造規定剤として有機化合物を使用せずに合成されたもののいずれかである。ここで、「有機構造規定剤を含まない」とは、含有する構造規定剤由来の有機物含有量が1質量%未満であることを意味する。
By using a seed crystal that does not contain an organic structure directing agent or / and that has a mean particle diameter of less than 500 nm, it is possible to promote the dissolution of seed crystals and the generation of crystal nuclei in the mixture. Type zeolite can be produced.
Zeolite that does not contain an organic structure-directing agent is one that has been subjected to a treatment that removes the organic compound used as the structure-directing agent (for example, baking treatment or solvent extraction), or uses an organic compound as a structure-directing agent Any of those synthesized without. Here, “not containing an organic structure-directing agent” means that the content of organic substances derived from the structure-directing agent contained is less than 1% by mass.

有機構造規定剤由来の有機物含有量の測定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、酸素を含む雰囲気下での熱重量分析(TG)を行い、その重量減少より有機物含有量を求めることができる。
また、有機構造規定剤を含んでいなければ各種状態のゼオライトを使用することができる。例えば、ヘテロ金属原子のカウンターカチオンとして、ナトリウム等のアルカリ金属カチオンを含むアルカリ金属型ゼオライト、アンモニウムカチオンを含むNH型ゼオライト、プロトンを含むH型ゼオライトなどのいずれを用いてもよい。
The method for measuring the organic substance content derived from the organic structure directing agent is not particularly limited. For example, thermogravimetric analysis (TG) is performed in an atmosphere containing oxygen, and the organic substance content is obtained from the weight reduction. be able to.
Moreover, if it does not contain an organic structure directing agent, zeolites in various states can be used. For example, as the counter cation of the hetero metal atom, any of alkali metal type zeolite containing an alkali metal cation such as sodium, NH 4 type zeolite containing an ammonium cation, and H type zeolite containing a proton may be used.

有機構造規定剤を含まないゼオライトを種結晶として用いる場合、当該ゼオライトの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、通常2μm未満、好ましくは1μm未満、より好ましくは500nm未満であり、また下限は、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、より好ましくは30nm以上である。
平均粒子径500nm未満のゼオライトを種結晶として用いる場合、有機構造規定剤を含んでいるもの、含んでいないもののいずれを用いてもよい。当該ゼオライトの平均粒子径は500nm未満であり、好ましくは300nm未満であり、より好ましくは200nm未満であり、また下限は、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、より好ましくは30nm以上である。粒子径が小さい方が、溶解速度が大きく、混合物中の結晶核の濃
度が高くなる。
When a zeolite containing no organic structure directing agent is used as a seed crystal, the average particle size of the zeolite is not particularly limited, but is usually less than 2 μm, preferably less than 1 μm, more preferably less than 500 nm, The lower limit is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 30 nm or more.
When a zeolite having an average particle diameter of less than 500 nm is used as a seed crystal, any of those containing or not containing an organic structure directing agent may be used. The average particle diameter of the zeolite is less than 500 nm, preferably less than 300 nm, more preferably less than 200 nm, and the lower limit is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 30 nm or more. The smaller the particle size, the higher the dissolution rate and the higher the concentration of crystal nuclei in the mixture.

種結晶の添加量は、シリカの重量に対して0.1質量%以上であり、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また上限は、通常30質量%以下、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。
上記第一発明〜第三発明においては、ヘテロ金属元素源は、アルミニウムを含むFAU型ゼオライトを含むことが好ましい。
The addition amount of the seed crystal is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and the upper limit is usually 30% by mass or less based on the weight of silica. , Preferably 25% by mass or less, more preferably 20% by mass or less.
In said 1st invention-3rd invention, it is preferable that a heterometallic element source contains the FAU type zeolite containing aluminum.

FAU型ゼオライトは、AEI型ゼオライトと共通のSecondary Building Unitとして
の6員環を有し、かつComposite Building Unitとしてのd6rを有するため、AEI型の結晶成長が進行し易く、また安価な原料であるため、好ましい。FAU型ゼオライトは、FAU型であれば、特に限定されるものではないが、通常、SiO/Alモル比3以上のY型ゼオライトが用いられ、水熱合成反応に供する混合物のSiO/Alモル比に応じて、用いるY型ゼオライトのSiO/Alモル比や添加量を適宜調整することができる。
FAU type zeolite has a 6-membered ring as a secondary building unit in common with AEI type zeolite and d6r as a composite building unit, so that AEI type crystal growth is easy to proceed and is an inexpensive raw material. Therefore, it is preferable. The FAU-type zeolite is not particularly limited as long as it is FAU-type, but usually a Y-type zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 3 or more is used, and SiO in the mixture used for the hydrothermal synthesis reaction is used. Depending on the 2 / Al 2 O 3 molar ratio, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio and the amount added of the Y-type zeolite to be used can be appropriately adjusted.

[第四発明]
上記第四発明では、シリカ源、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源、四級アンモニウム塩、水酸化アルミニウム、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径500nm未満のゼオライトからなる種結晶、及び水を含む混合物を水熱合成反応させる工程を有する。
[Fourth Invention]
In the fourth invention, the silica source, the alkali metal element source and / or the alkaline earth metal element source, the quaternary ammonium salt, the aluminum hydroxide, the organic structure directing agent is not included, and / or the zeolite has an average particle diameter of less than 500 nm. And a hydrothermal synthesis reaction of the seed crystal and the mixture containing water.

Al源として比較的溶解性の低い水酸化アルミニウムを用いて、かつ結晶核を生じ易い有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径500nm未満のゼオライトを種結晶として用いることで、反応開始初期において結晶成長よりも結晶核の発生が有利となるため、微粒子結晶のAEI型ゼオライトを製造することができる。
有機構造規定剤を含まないゼオライトからなる種結晶、平均粒子径500nm未満のゼオライトからなる種結晶は、第三発明と同義である。
By using aluminum hydroxide having relatively low solubility as the Al source and not containing an organic structure-directing agent that easily generates crystal nuclei and / or using zeolite having an average particle diameter of less than 500 nm as seed crystals, Since the generation of crystal nuclei is more advantageous than the crystal growth in A, the fine crystal AEI zeolite can be produced.
Seed crystals made of zeolite containing no organic structure directing agent and seed crystals made of zeolite having an average particle size of less than 500 nm are synonymous with the third invention.

第三発明及び第四発明においては、種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及
び/または8員環を有するゼオライトであることが好ましい。
種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及び/または8員環を有することで、
AEI型の核発生が起こり易く、結晶化が進行し易くなる。
第一発明〜第四発明の中で、第三発明において、ヘテロ金属元素源がアルミニウムを含むFAU型ゼオライトを含み、且つ種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及び
/または8員環を有するゼオライトである場合が、最も好ましい。
In 3rd invention and 4th invention, it is preferable that a seed crystal is a zeolite which has a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as Secondary Building Unit.
By having a 6-membered ring and / or 8-membered ring as a secondary building unit,
AEI type nucleation is likely to occur and crystallization is likely to proceed.
Among the first to fourth inventions, in the third invention, the heterometallic element source includes a FAU-type zeolite containing aluminum, and the seed crystal has a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as a secondary building unit. Is most preferred.

(分離・精製工程)
水熱合成により得られたAEI型ゼオライトは、水洗した後、該ゼオライト中に含まれる構造規定剤を除去することが望ましい。
構造規定剤の除去方法は特に限定されず、焼成や溶媒抽出等のそれ自体既知の通常用いられる方法で行えばよいが、焼成が望ましい。
(Separation and purification process)
After the AEI zeolite obtained by hydrothermal synthesis is washed with water, it is desirable to remove the structure-directing agent contained in the zeolite.
The method for removing the structure-directing agent is not particularly limited, and may be carried out by a conventionally known method such as baking or solvent extraction, but baking is desirable.

焼成温度は、通常350℃以上、好ましくは400℃以上、より好ましくは450℃であり、また上限は、通常900℃以下、好ましくは850℃以下、より好ましくは800℃以下である。
焼成温度が低すぎると、構造規定剤の残存割合が高くなる傾向があり、ゼオライトの細孔容積が小さくなる。また、焼成温度が高すぎると、ゼオライト骨格が崩壊し、結晶性が低下する、または結晶構造が保てなくなることがある。
The firing temperature is usually 350 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, more preferably 450 ° C., and the upper limit is usually 900 ° C. or lower, preferably 850 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower.
If the calcination temperature is too low, the residual ratio of the structure-directing agent tends to increase, and the pore volume of the zeolite decreases. On the other hand, if the calcination temperature is too high, the zeolite skeleton may be collapsed, the crystallinity may be lowered, or the crystal structure may not be maintained.

焼成時間は、構造規定剤が十分に取り除かれれば特に限定されないが、好ましくは1時間以上、より好ましくは3時間以上であり、また上限は、通常24時間以内である。
焼成は、酸素が含まれている雰囲気で行うのが好ましく、通常、空気雰囲気で行われる。
このようにして調製されたAEI型ゼオライトに、必要に応じて、酸量の低下処理、金属元素の含侵や担持等の修飾により組成を変える等の処理を施してもよい。酸量の低下処理は、例えば、シリル化、水蒸気処理、ジカルボン酸処理等により行うことができる。これら酸量の低下処理、組成の変更は、それ自体既知の通常用いられる方法により行うことができる。
The firing time is not particularly limited as long as the structure-directing agent is sufficiently removed, but is preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer, and the upper limit is usually 24 hours or shorter.
Firing is preferably performed in an atmosphere containing oxygen, and is usually performed in an air atmosphere.
The AEI zeolite prepared in this way may be subjected to a treatment such as reducing the amount of acid or modifying the composition by modifying the impregnation or loading of a metal element, if necessary. The acid amount reduction treatment can be performed, for example, by silylation, steam treatment, dicarboxylic acid treatment, or the like. These acid amount reduction treatment and composition change can be carried out by a commonly used method known per se.

3.低級オレフィンの製造方法
本発明の低級オレフィンの製造方法は、有機化合物原料を、上記方法で製造されたAEI型ゼオライトに接触させて、低級オレフィンを製造することを特徴とするものである。
ここで、AEI型ゼオライトは、有機化合物原料から低級オレフィンへの変換反応における触媒活性成分となるものである。
3. Lower olefin production method The lower olefin production method of the present invention is characterized in that an organic compound raw material is brought into contact with the AEI zeolite produced by the above method to produce a lower olefin.
Here, the AEI zeolite is a catalytically active component in the conversion reaction from the organic compound raw material to the lower olefin.

(AEI型ゼオライトの処理方法)
触媒活性成分として用いるAEI型ゼオライトは、適宜、シリル化処理、水蒸気処理、熱処理、酸処理、又は金属イオン交換等の処理を施して用いてもよい。このうち、シリル化処理を行なうことが好ましく、シリル化処理に加え、更に水蒸気処理、熱処理、酸処理、及び金属イオン交換から選ばれる少なくとも1つ以上の処理を施してもよい。以下、これらの処理方法について述べる。
(Treatment method of AEI zeolite)
The AEI zeolite used as the catalytically active component may be used after appropriately performing a treatment such as silylation treatment, steam treatment, heat treatment, acid treatment, or metal ion exchange. Among these, silylation treatment is preferably performed, and in addition to silylation treatment, at least one treatment selected from steam treatment, heat treatment, acid treatment, and metal ion exchange may be further performed. Hereinafter, these processing methods will be described.

(シリル化処理)
AEI型ゼオライトシリル化処理する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適宜用いることができ、具体的には液相シリル化や気相シリル化等を行うことができる。
AEI型ゼオライトは、シリル化処理により、通常、外表面の酸点が被覆され、不活性化されることにより、外表面酸量が低下するものと考えられる。外表面酸量が低下すると、前記ゼオライトの外表面で起こる副反応が抑制される。具体的には、有機化合物原料や、ゼオライトの細孔内で生成した低級オレフィンがゼオライトの外表面の酸点と接触することで、目的物以外の成分が生成する反応を抑制する効果があると考えられる。また、外表面酸点のシリル化では、前記ゼオライトが有する細孔を構成する酸点にもシリル基が結合するため、外表面開口部の細孔径が僅かに縮小し、結晶外への分子拡散を抑制する効果もあると考えられる。これにより、より大きい分子である炭素数5以上の炭化水素の生成を抑制することができ、低級オレフィンの選択率が向上するものと考える。
(Silylation treatment)
A method of performing the AEI zeolite silylation treatment is not particularly limited, and a known method can be appropriately used. Specifically, liquid phase silylation, gas phase silylation, or the like can be performed.
It is considered that the AEI type zeolite is usually coated with the acid sites on the outer surface and inactivated by the silylation treatment, so that the acid amount on the outer surface decreases. When the outer surface acid amount is reduced, side reactions occurring on the outer surface of the zeolite are suppressed. Specifically, when the organic compound raw material or the lower olefin produced in the pores of the zeolite is in contact with the acid sites on the outer surface of the zeolite, there is an effect of suppressing the reaction that produces components other than the target product. Conceivable. In addition, in the silylation of the outer surface acid point, the silyl group is also bonded to the acid point that constitutes the pore of the zeolite, so the pore diameter of the outer surface opening is slightly reduced, and molecular diffusion to the outside of the crystal It is thought that there is also an effect of suppressing the above. This can suppress the generation of hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, which are larger molecules, and improve the selectivity of lower olefins.

以下、シリル化処理を、液相シリル化を例に取り、具体的に説明する。
シリル化剤としては、特に限定されるものではなく、通常はゼオライトの外表面をシリル化することができ、かつゼオライトの細孔内をシリル化することができないものを使用する。具体的には、シリコーン類、クロロシラン類、アルコキシシラン類、シロキサン類、シラザン類などが使用できる。これらのうち、気相シリル化には通常クロロシラン類、液相シリル化には通常アルコキシシラン類が用いられ、より好ましいシリル化剤は、反応性が高く、取り扱いが比較的容易であるという点で、アルコキシシラン類である。
Hereinafter, the silylation treatment will be specifically described by taking liquid phase silylation as an example.
The silylating agent is not particularly limited, and a silylating agent is usually used that can silylate the outer surface of the zeolite and cannot silylate the pores of the zeolite. Specifically, silicones, chlorosilanes, alkoxysilanes, siloxanes, silazanes and the like can be used. Of these, chlorosilanes are usually used for gas phase silylation, and alkoxysilanes are usually used for liquid phase silylation, and more preferred silylating agents are highly reactive and relatively easy to handle. , Alkoxysilanes.

シリコーン類としては、具体的にはジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、メチルハイドロジェンシリコーン、エチルハイドロジェンシリコーン、フェニルハイドロジェンシリコーン、メチルエチルシリコーン、フェニルエチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、メチルトリフルオロプロピルシリコーン、エチルトリフルオロプロピルシリコーン、テトラクロロフェニルメチルシリコーン、テトラクロロフェ
ニルエチルシリコーン、テトラクロロフェニルハイドロジェンシリコーン、テトラクロロフェニルシリコーン、メチルビニルシリコーン及びエチルビニルシリコーン等が用いられる。
Specific silicones include dimethyl silicone, diethyl silicone, phenylmethyl silicone, methyl hydrogen silicone, ethyl hydrogen silicone, phenyl hydrogen silicone, methyl ethyl silicone, phenyl ethyl silicone, diphenyl silicone, methyl trifluoropropyl silicone. Ethyl trifluoropropyl silicone, tetrachlorophenyl methyl silicone, tetrachlorophenyl ethyl silicone, tetrachlorophenyl hydrogen silicone, tetrachlorophenyl silicone, methyl vinyl silicone, ethyl vinyl silicone, and the like are used.

クロロシラン類としては、具体的には、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、トリクロロメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、クロロトリメチルシラン、トリクロロエチルシラン、ジクロロジエチルシラン、クロロトリエチルシラン等が用いられる。
アルコキシシラン類としては、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等;の4級アルコキシシラン、トリメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリエトキシエチルシラン等;の3級アルコキシシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン等;の2級アルコキシシラン、メトキシトリメチルシラン、メトキシトリエチルシラン、エトキシトリメチルシラン、エトキシトリエチルシラン等;の1級アルコキシシランが用いられる。好ましくは2級以上のアルコキシシランであり、より好ましくは3級以上のアルコキシシランであり、さらに好ましくは4級アルコキシシランである。
Specific examples of chlorosilanes include tetrachlorosilane, trichlorosilane, trichloromethylsilane, dichlorodimethylsilane, chlorotrimethylsilane, trichloroethylsilane, dichlorodiethylsilane, and chlorotriethylsilane.
Specific examples of alkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, etc .; quaternary alkoxysilanes, trimethoxymethylsilane, trimethoxyethylsilane, triethoxymethylsilane, triethoxyethylsilane, etc .; tertiary Secondary alkoxysilanes such as alkoxysilane, dimethoxydimethylsilane, dimethoxydiethylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxydiethylsilane, etc .; primary alkoxysilanes such as methoxytrimethylsilane, methoxytriethylsilane, ethoxytrimethylsilane, ethoxytriethylsilane, etc. Is used. A secondary or higher alkoxysilane is preferable, a tertiary or higher alkoxysilane is more preferable, and a quaternary alkoxysilane is more preferable.

シロキサン類としては、具体的には、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ペンタメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサン等が挙げられ、ヘキサメチルジシロキサンが好ましい。
シラザン類としては、具体的には、ヘキサメチルジシラザン、ジプロピルテトラメチルジシラザン、ジフェニルテトラメチルジシラザン、テトラフェニルジメチルジシラザン等が挙げられ、ヘキサメチルジシラザンが好ましい。
Specific examples of siloxanes include hexamethyldisiloxane, hexaethyldisiloxane, pentamethyldisiloxane, tetramethyldisiloxane, and the like, with hexamethyldisiloxane being preferred.
Specific examples of the silazanes include hexamethyldisilazane, dipropyltetramethyldisilazane, diphenyltetramethyldisilazane, tetraphenyldimethyldisilazane and the like, and hexamethyldisilazane is preferable.

前記ゼオライトに対するシリル化剤の量は、特に限定されるものではないが、前記ゼオライト1モルに対して、通常0.001モル以上、好ましくは0.01モル以上、より好ましくは0.1モル以上である。また、通常5モル以下であり、好ましくは3モル以下、より好ましくは1モル以下である。シリル化剤の量を上記の範囲とすることで、外表面酸点のシリル化被覆が効率的に進行し、かつ過度なシリル化被覆による触媒活性低下を抑制できる点で好ましい。なお、上記シリル化剤の量は、シリル化剤に含まれるSi原子のモル数で表すこととし、分子内に複数のSi原子を有するシリル化剤では、そのSi原子の合計のモル数をシリル化剤のモル数として扱うことにする。   The amount of the silylating agent relative to the zeolite is not particularly limited, but is usually 0.001 mol or more, preferably 0.01 mol or more, more preferably 0.1 mol or more with respect to 1 mol of the zeolite. It is. Moreover, it is 5 mol or less normally, Preferably it is 3 mol or less, More preferably, it is 1 mol or less. By making the amount of the silylating agent within the above range, it is preferable in that silylation coating on the outer surface acid sites can proceed efficiently and reduction in catalyst activity due to excessive silylation coating can be suppressed. The amount of the silylating agent is expressed in terms of the number of moles of Si atoms contained in the silylating agent. In the case of a silylating agent having a plurality of Si atoms in the molecule, the total number of moles of Si atoms is converted to silylation. It will be treated as the number of moles of agent.

液相シリル化を行う場合、溶媒を使用することができ、溶媒としては、特に限定されないが、へキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素や水を使用することができる。また、水溶媒で液相シリル化を行なう場合は、シリル化反応を促進するために、硫酸や硝酸等の酸を添加した酸性水溶液を使用することができる。   When performing liquid phase silylation, a solvent can be used, and the solvent is not particularly limited, but is a hydrocarbon such as hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, etc. Or water can be used. When liquid phase silylation is performed with an aqueous solvent, an acidic aqueous solution to which an acid such as sulfuric acid or nitric acid is added can be used to promote the silylation reaction.

液相シリル化を行う場合、前記液相シリル化反応を行なう溶液中のシリル化剤の濃度は、特に限定されるものではないが、通常0.01質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上である。また、通常80質量%以下であり、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下である。シリル化剤の濃度を上記の範囲とすることで、シリル化剤同士の縮合を抑制し、かつシリル化速度を維持できる点で好ましい。   When liquid phase silylation is performed, the concentration of the silylating agent in the solution for performing the liquid phase silylation reaction is not particularly limited, but is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.5% by mass. As mentioned above, More preferably, it is 1 mass% or more. Moreover, it is 80 mass% or less normally, Preferably it is 60 mass% or less, More preferably, it is 40 mass% or less. By setting the concentration of the silylating agent within the above range, it is preferable in that condensation between the silylating agents can be suppressed and the silylation rate can be maintained.

液相シリル化を行なう場合の前記ゼオライトに対する溶媒の量は、特に制限されるものではないが、前記ゼオライト1gに対して、通常1g以上、好ましくは3g以上、より好ましくは5g以上である。また、通常100g以下、好ましくは80g以下、より好ましくは50g以下である。溶媒の量を上記の範囲とすることで、スラリーの十分な撹拌効率
を得るとともに、一定の生産性を確保することができる点で好ましい。
The amount of the solvent relative to the zeolite in the liquid phase silylation is not particularly limited, but is usually 1 g or more, preferably 3 g or more, more preferably 5 g or more with respect to 1 g of the zeolite. Moreover, it is 100 g or less normally, Preferably it is 80 g or less, More preferably, it is 50 g or less. Setting the amount of the solvent in the above range is preferable in that sufficient stirring efficiency of the slurry can be obtained and a certain productivity can be ensured.

液相シリル化を行う場合、シリル化処理に供するゼオライトに特定の範囲の水分を付与しておいても良い。前記のゼオライトが含有する水分は、ゼオライトが元々含有しているものであっても、人為的に水分を供給して、特定の範囲に調整してもよい。通常、本発明のゼオライトは水熱合成により得られたものを焼成し、さらに必要に応じてアンモニウム型へ変換してから焼成することによりプロトン型に変換したものを使用する。したがって、通常シリル化処理前のゼオライトの水分含有量は、通常非常に少ないと想定され、そのままシリル化処理に供してもよいし、ゼオライトに特定の水分含有量となるように水分を供給し、水分含有量を調整して使用してもよい(以下、調湿処理ということがある)。   When performing liquid phase silylation, a specific range of moisture may be imparted to the zeolite to be subjected to the silylation treatment. The moisture contained in the zeolite may be adjusted to a specific range by artificially supplying moisture even if the zeolite originally contains. Usually, the zeolite of the present invention is obtained by calcining the one obtained by hydrothermal synthesis, and further converting to the ammonium type and then calcining if necessary, and then converting to the proton type. Therefore, it is usually assumed that the water content of the zeolite before the silylation treatment is usually very low, and may be subjected to the silylation treatment as it is, or water is supplied so that the zeolite has a specific water content, You may use it, adjusting water content (henceforth a humidity control process).

前記水分含有量は、特に制限されるものではないが、ゼオライト中に含まれる水分重量を乾燥ゼオライトの重量に対する質量%で表し、通常30質量%以下、好ましくは25質量%以下であり、下限としては完全乾燥状態の0質量%である。水分含有量を上記の範囲とすることで、外表面酸点のシリル化被覆が効率的に進行し、かつ過度なシリル化による細孔閉塞を防ぐことができる点で好ましい。   The water content is not particularly limited, but represents the weight of water contained in the zeolite in terms of mass% based on the weight of the dry zeolite, and is usually 30 mass% or less, preferably 25 mass% or less. Is 0% by mass in a completely dry state. By setting the water content within the above range, it is preferable in that silylation coating on the outer surface acid sites can proceed efficiently and pore blockage due to excessive silylation can be prevented.

前記調湿処理方法は、所定の水分量に調整することができれば、特に限定されるものではない。例えば、ゼオライトを適当な相対湿度を有する大気中に放置する方法、ゼオライトを、密閉容器(デシケーター等)中に、水または無機塩の飽和水溶液とともに共存させ、飽和水蒸気雰囲気下で放置する方法、ゼオライトに、適当な水蒸気圧のガスを流通させる方法等が挙げられる。なお、前記の方法においては、より均一な調湿を行うために、ゼオライトを混合または攪拌しながら調湿処理を行ってもよい。   The humidity control method is not particularly limited as long as it can be adjusted to a predetermined moisture content. For example, a method in which the zeolite is left in an atmosphere having an appropriate relative humidity, a method in which the zeolite is allowed to coexist with a saturated aqueous solution of water or an inorganic salt in a sealed container (such as a desiccator), and left in a saturated water vapor atmosphere, zeolite In addition, a method of circulating a gas having an appropriate water vapor pressure may be used. In the above method, in order to perform more uniform humidity control, the humidity control process may be performed while mixing or stirring the zeolite.

シリル化処理をする温度は、使用するシリル化剤や溶媒の種類により適宜調整され、特に限定されるものではないが、通常20℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上である。また、通常140℃以下、好ましくは120℃以下であり、より好ましくは100℃以下である。シリル化処理温度を上記の範囲とすることで、前記ゼオライト細孔内の水分の吐出が抑制されるため、外表面酸点のシリル化被覆が効率的に進行し、かつシリル化速度を維持できる点で好ましい。   The temperature for the silylation treatment is appropriately adjusted according to the type of silylating agent and solvent to be used, and is not particularly limited, but is usually 20 ° C or higher, preferably 40 ° C or higher, more preferably 60 ° C or higher. . Moreover, it is 140 degrees C or less normally, Preferably it is 120 degrees C or less, More preferably, it is 100 degrees C or less. By setting the silylation treatment temperature within the above range, water discharge in the zeolite pores is suppressed, so that the silylation coating of the outer surface acid sites can proceed efficiently and the silylation rate can be maintained. This is preferable.

シリル化剤を添加してからシリル化温度まで昇温するのに要する時間は、特に限定されるものではなく、シリル化温度にてシリル化剤を添加してもよいが、通常0.01時間以上、好ましくは0.05時間以上、より好ましくは0.1時間以上であり、昇温に要する時間の上限は特にない。シリル化温度が高い場合、昇温に要する時間を上記の範囲とすることで、前記ゼオライトの細孔内からの水分の吐出が抑制されるため、溶液中のシリル化剤の加水分解及び重合反応が抑制され、前記ゼオライトのシリル化が効率的に進行する点で好ましい。   The time required to raise the temperature to the silylation temperature after adding the silylating agent is not particularly limited, and the silylating agent may be added at the silylation temperature, but is usually 0.01 hours. As described above, preferably 0.05 hours or more, more preferably 0.1 hours or more, and there is no particular upper limit for the time required for temperature increase. When the silylation temperature is high, by setting the time required for the temperature rise to the above range, the water discharge from the pores of the zeolite is suppressed, so the hydrolysis and polymerization reaction of the silylating agent in the solution Is preferable in that the silylation of the zeolite proceeds efficiently.

シリル化の処理時間は、反応温度にもよるが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上であり、より好ましくは1時間以上であり、触媒の性能を阻害しない限りにおいて処理時間の上限は特にない。処理時間を上記の範囲とすることで、前記ゼオライトの外表面酸点のシリル化被覆が進行し、外表面酸量が十分に減少する点で好ましい。   The treatment time for silylation depends on the reaction temperature, but is usually 0.1 hour or longer, preferably 0.5 hour or longer, more preferably 1 hour or longer, as long as the performance of the catalyst is not impaired. There is no upper limit. By setting the treatment time within the above-mentioned range, it is preferable in that silylation coating of the outer surface acid sites of the zeolite proceeds and the outer surface acid amount is sufficiently reduced.

(水蒸気処理)
本発明のAEI型ゼオライトの水蒸気処理方法は、特に限定されるものではないが、本発明の効果を損なわない範囲において水蒸気を含む気体に接触させることができる。具体的には水蒸気、空気又は不活性ガスで希釈した水蒸気、エチレン及びエタノールから選ばれる少なくとも1つとともに水蒸気を含む反応雰囲気、または水蒸気を生成する反応雰囲気等に接触させる方法などが挙げられる。水蒸気を生成する反応とは、エタノールの脱水
反応のように脱水が起こって水蒸気を生成する反応のことである。なお、条件によって水蒸気が部分的に液体の水として存在しても構わないが、前記ゼオライトに一様な水蒸気処理効果を与えるために、全体が水蒸気の状態で存在していることが好ましい。
(Steam treatment)
The steam treatment method for the AEI zeolite of the present invention is not particularly limited, but can be brought into contact with a gas containing steam within a range not impairing the effects of the present invention. Specific examples include a reaction atmosphere containing water vapor with at least one selected from water vapor, water diluted with air or an inert gas, ethylene and ethanol, or a reaction atmosphere for producing water vapor. The reaction that generates water vapor is a reaction that generates water vapor by dehydration, such as the dehydration reaction of ethanol. Although the water vapor may partially exist as liquid water depending on the conditions, it is preferable that the whole be present in the state of water vapor in order to give the zeolite a uniform water vapor treatment effect.

前記ゼオライトは水蒸気処理により、その骨格を形成するヘテロ金属原子の脱離が結晶全体で起こるため、前記の外表面酸量だけでなく、前記全酸量も減少すると考えられる。この全酸量の減少により、ゼオライトの細孔内部におけるコーク生成が抑制され、分子の結晶内拡散性が向上する。このため、プロピレンよりも大きい分子の直鎖ブテンの生成が相対的に促進されるものと推測される。   The zeolite is thought to decrease not only the amount of acid on the outer surface but also the total amount of acid because the elimination of heterometallic atoms forming the skeleton occurs throughout the crystal by steam treatment. This reduction in the total acid amount suppresses the formation of coke inside the pores of the zeolite and improves the intracrystalline diffusivity. For this reason, it is presumed that the production of linear butene having a molecule larger than that of propylene is relatively accelerated.

なお、過度な水蒸気処理を行うと、分子の結晶内拡散性が必要以上に上昇し、ペンテンやヘキセン等の炭素数5以上の炭化水素分子の生成量が増加する傾向がある。
前記ゼオライトの水蒸気処理温度は、特に限定されるものではないが、通常400℃以上であり、好ましくは500℃以上、より好ましくは550℃以上である。また通常1200℃以下であり、好ましくは1000℃以下、より好ましくは900℃以下である。水蒸気処理温度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を起こさずに、短い処理時間で効率的にヘテロ金属原子を骨格から除去することができる点で好ましい。
If excessive steam treatment is performed, the intracrystalline diffusivity increases more than necessary, and the amount of hydrocarbon molecules having 5 or more carbon atoms such as pentene and hexene tends to increase.
Although the water vapor treatment temperature of the zeolite is not particularly limited, it is usually 400 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, more preferably 550 ° C. or higher. Moreover, it is 1200 degrees C or less normally, Preferably it is 1000 degrees C or less, More preferably, it is 900 degrees C or less. By setting the steam treatment temperature within the above range, it is preferable in that the heterometal atoms can be efficiently removed from the skeleton in a short treatment time without causing the skeleton structure to collapse.

水蒸気処理に用いる水蒸気(スチーム)は、空気や、ヘリウム、窒素等の不活性ガスで希釈して使用することができる。その際の水蒸気濃度は、特に限定されるものではないが、前記ゼオライトを水蒸気処理する際に用いる気体全体に対して通常3体積%以上、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上であり、上限は特に制限されず、100体積%の水蒸気を用いることができる。水蒸気濃度を上記範囲にすることで、短い処理時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。   The water vapor (steam) used for the water vapor treatment can be diluted with an inert gas such as air, helium or nitrogen. The water vapor concentration at that time is not particularly limited, but is usually 3% by volume or more, preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more based on the total gas used when the zeolite is steam-treated. The upper limit is not particularly limited, and 100% by volume of water vapor can be used. By setting the water vapor concentration in the above range, it is preferable in that the T atoms can be efficiently removed from the skeleton in a short processing time.

前記ゼオライトの水蒸気処理時間は、特に限定されるものではないが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上であり、より好ましくは1時間以上である。また触媒活性を著しく阻害しない限りにおいては処理時間の上限はない。水蒸気処理温度及び水蒸気濃度により、処理時間は適宜調整することができる。
前記ゼオライトの水蒸気処理は、その細孔内部に有機物が存在している状態で行ってもよい。有機物が細孔内部に存在することで、特に強い水蒸気処理を行なった場合に、細孔内部の酸点の極端な減少を防ぎつつ、外表面酸点の大幅な減少をはかることができる。
The water vapor treatment time of the zeolite is not particularly limited, but is usually 0.1 hour or longer, preferably 0.5 hour or longer, more preferably 1 hour or longer. Further, there is no upper limit of the treatment time as long as the catalyst activity is not significantly inhibited. The treatment time can be appropriately adjusted depending on the steam treatment temperature and the water vapor concentration.
The water vapor treatment of the zeolite may be performed in a state where organic substances are present inside the pores. The presence of organic substances inside the pores makes it possible to greatly reduce the acid points on the outer surface while preventing an extreme decrease in the acid points inside the pores, particularly when a strong steam treatment is performed.

前記有機物としては、特に限定されないが、ゼオライトの水熱合成時に使用する構造規定剤、及び反応によって生成するコーク等が挙げられる。これら有機物は、水熱合成後のゼオライト(以下、焼成前ゼオライトということがある)に水蒸気処理を行った後、空気焼成等の燃焼工程を経て除去することもでき、または空気等の酸素含有ガスで希釈した水蒸気で処理することにより、有機物を除去しながら水蒸気処理することもできる。   Although it does not specifically limit as said organic substance, The structure directing agent used at the time of the hydrothermal synthesis of a zeolite, the coke produced | generated by reaction, etc. are mentioned. These organic substances can be removed by performing a steam treatment on the hydrothermally synthesized zeolite (hereinafter sometimes referred to as “zeolite before calcination”) and then through a combustion process such as air calcination, or an oxygen-containing gas such as air. By treating with water vapor diluted with, water vapor treatment can be performed while removing organic substances.

前記ゼオライトを水蒸気処理に供する前に、アルカリ土類金属を含む化合物と物理混合することも可能である。アルカリ土類金属を添加することにより、ゼオライトの強酸点を中和し、強酸点で生成するコークの生成を抑制できることがある。アルカリ土類金属を含む化合物としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウムが挙げられ、中でも炭酸カルシウムが好ましい。   It is also possible to physically mix the zeolite with a compound containing an alkaline earth metal before subjecting the zeolite to steam treatment. By adding an alkaline earth metal, the strong acid point of the zeolite may be neutralized and the production of coke generated at the strong acid point may be suppressed. Examples of the compound containing an alkaline earth metal include calcium carbonate, calcium hydroxide, and magnesium carbonate, among which calcium carbonate is preferable.

アルカリ土類金属を含む化合物の量は、特に限定されないが、前記ゼオライトに対して通常、0.5質量%以上、好ましくは3質量%以上、通常45質量%以下、好ましくは40質量%以下である。   The amount of the compound containing an alkaline earth metal is not particularly limited, but is usually 0.5% by mass or more, preferably 3% by mass or more, and usually 45% by mass or less, preferably 40% by mass or less with respect to the zeolite. is there.

(熱処理)
本発明のAEI型ゼオライトを熱処理する方法は、特に限定されるものではないが、具体的には、前記ゼオライトを、空気及び不活性ガスから選ばれる少なくとも1つの雰囲気下で高温処理する方法や、エチレン及びエタノールから選ばれる少なくとも1つを含む混合ガス雰囲気下で高温処理する方法などが挙げられる。
(Heat treatment)
The method for heat-treating the AEI zeolite of the present invention is not particularly limited. Specifically, the zeolite is subjected to a high-temperature treatment in at least one atmosphere selected from air and an inert gas, Examples thereof include a method of performing high-temperature treatment in a mixed gas atmosphere containing at least one selected from ethylene and ethanol.

前記ゼオライトの熱処理では、水蒸気処理と同様、その骨格内のヘテロ金属原子の脱離による全酸量を減少させることができる。
熱処理温度は特に限定されるものではないが、通常600℃以上であり、好ましくは700℃以上であり、通常1200℃以下であり、好ましくは1000℃以下である。熱処理温度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を起こさずに、短い処理時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。
In the heat treatment of the zeolite, as in the case of the steam treatment, the total acid amount due to the elimination of the hetero metal atoms in the skeleton can be reduced.
The heat treatment temperature is not particularly limited, but is usually 600 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, usually 1200 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or lower. By setting the heat treatment temperature within the above range, it is preferable in that the T atoms can be efficiently removed from the skeleton in a short treatment time without causing the skeleton structure to collapse.

熱処理の際に使用するガス種としては、ヘリウム、窒素、空気等を使用することができる。
熱処理も水蒸気処理同様に、細孔内部に有機物が存在している状態で行っても良い。ヘリウムや窒素等の不活性ガスを用いた場合、熱処理により有機物が炭化する場合があるが、空気での焼成により、除去することができる。
As the gas species used in the heat treatment, helium, nitrogen, air, or the like can be used.
The heat treatment may be performed in a state where organic substances are present in the pores, similarly to the steam treatment. When an inert gas such as helium or nitrogen is used, the organic substance may be carbonized by heat treatment, but can be removed by firing with air.

なお、前記熱処理は上記のゼオライトを製造する際に行われる焼成と同時に行っても別個に分けて行ってもよい。前記熱処理は骨格内の前記T原子の脱離等を目的とするため比較的高温で行われ、特に限定はされないが、具体的には、上記の焼成と熱処理を別個に行なう場合であれば、前記熱処理は、通常、前記焼成よりも高い温度で行なわれる。
熱処理の時間は、特に限定されるものではないが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1.0時間以上である。また触媒活性を著しく阻害しない限りにおいては処理時間の上限はなく、熱処理温度により、処理時間は適宜調整することができる。
The heat treatment may be performed simultaneously with the calcination performed when the above zeolite is produced or separately. The heat treatment is performed at a relatively high temperature for the purpose of desorption of the T atom in the skeleton, and is not particularly limited. Specifically, if the above baking and heat treatment are performed separately, The heat treatment is usually performed at a higher temperature than the firing.
The heat treatment time is not particularly limited, but is usually 0.1 hour or longer, preferably 0.5 hour or longer, and more preferably 1.0 hour or longer. Further, there is no upper limit of the treatment time as long as the catalyst activity is not significantly inhibited, and the treatment time can be appropriately adjusted depending on the heat treatment temperature.

(酸処理)
本発明のAEI型ゼオライトの酸処理の方法は、特に限定されるものではないが、具体的には、酸性水溶液を用いる方法が挙げられる。
前記酸性水溶液に用いる酸の種類としては、特に限定されるものではないが、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸などの無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸、シュウ酸、マロン酸などのジカルボン酸などを使用することができる。これらのうち好ましいのは、硫酸、硝酸、塩酸である。
(Acid treatment)
The method for acid treatment of the AEI zeolite of the present invention is not particularly limited, and specific examples include a method using an acidic aqueous solution.
The type of acid used in the acidic aqueous solution is not particularly limited, but includes inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid, carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, and propionic acid, oxalic acid, and malonic acid. The dicarboxylic acid can be used. Of these, sulfuric acid, nitric acid, and hydrochloric acid are preferable.

前記酸性水溶液の酸の濃度としては、特に限定されるものではないが、通常0.01M以上、好ましくは0.1M以上、より好ましくは1M以上であり、通常10M以下であり、好ましくは8M以下であり、より好ましくは6M以下である。酸の濃度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を起こさずに、短い処理時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。   The acid concentration of the acidic aqueous solution is not particularly limited, but is usually 0.01M or more, preferably 0.1M or more, more preferably 1M or more, and usually 10M or less, preferably 8M or less. More preferably, it is 6M or less. By setting the acid concentration within the above range, it is preferable in that the T atom can be efficiently removed from the skeleton in a short processing time without causing the skeleton structure to collapse.

ゼオライトに対する酸性水溶液の量としては、特に制限されるものではないが、ゼオライト1gに対して、酸性水溶液の総量で通常3g以上、好ましくは5g以上、より好ましくは10g以上であり、通常100g以下、好ましくは80g以下、より好ましくは50g以下である。酸性水溶液の量を上記の範囲とすることで、スラリーの十分な撹拌効率を得るとともに、一定の生産性を確保することができる点で好ましい。   The amount of the acidic aqueous solution with respect to the zeolite is not particularly limited, but is generally 3 g or more, preferably 5 g or more, more preferably 10 g or more, and usually 100 g or less, based on the total amount of the acidic aqueous solution with respect to 1 g of zeolite. Preferably it is 80 g or less, More preferably, it is 50 g or less. Setting the amount of the acidic aqueous solution in the above range is preferable in that sufficient stirring efficiency of the slurry can be obtained and a certain productivity can be ensured.

酸処理の温度としては、特に限定されるものではないが、常圧においては通常室温から100℃、耐圧容器内では100℃以上で行うことも可能であり、通常40℃以上、好ましく60℃以上、より好ましくは80℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは18
0℃以下、より好ましくは160℃以下である。酸処理の温度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を抑制しながら、短時間で効率的にヘテロ金属原子を骨格から除去することができる。
The temperature of the acid treatment is not particularly limited, but it can be usually from room temperature to 100 ° C. at normal pressure and 100 ° C. or higher in a pressure vessel, and is usually 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher. , More preferably 80 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 18
0 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower. By setting the acid treatment temperature within the above range, it is possible to efficiently remove heterometal atoms from the skeleton in a short time while suppressing the collapse of the skeleton structure.

酸処理の処理時間は、特に限定されるものではなく、酸の濃度や反応温度にもよるが、通常0.01時間以上、好ましくは0.1時間以上であり、触媒の性能を阻害しない限りにおいて処理時間の上限は特にない。酸の濃度や反応温度により、処理時間は適宜調整することができる。
酸性水溶液中に、シリル化剤を添加することにより、酸処理とシリル化処理を同時に行うこともできる。その際に用いるシリル化剤は、前記シリル化剤と同じである。
The treatment time of the acid treatment is not particularly limited and depends on the acid concentration and the reaction temperature, but is usually 0.01 hours or more, preferably 0.1 hours or more, as long as the performance of the catalyst is not impaired. There is no particular upper limit on the processing time. The treatment time can be appropriately adjusted depending on the acid concentration and the reaction temperature.
By adding a silylating agent to the acidic aqueous solution, the acid treatment and the silylation treatment can be performed simultaneously. The silylating agent used in that case is the same as the silylating agent.

(金属イオン交換)
ゼオライトのヘテロ金属原子のカウンターカチオンは、通常、ナトリウム等のアルカリ金属、アンモニウム(NH)あるいはプロトン(H)である。これらのカウンターカチオンはイオン交換可能であり、適宜、金属イオン交換して使用することができる。
交換する金属としては、特に限定されるものではないが、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属が挙げられ、好ましくはナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムである。
(Metal ion exchange)
The counter cation of the hetero metal atom of the zeolite is usually an alkali metal such as sodium, ammonium (NH 4 ) or proton (H). These counter cations can be ion-exchanged, and can be used after appropriately exchanging metal ions.
The metal to be exchanged is not particularly limited, but includes alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, and alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium, preferably sodium, Potassium, magnesium and calcium.

金属イオン交換の方法は、特に限定されるものではないが、既知のイオン交換法によって行うことができる。イオン交換法に用いるゼオライトのカチオンは特に限定されず、通常、ナトリウム型、アンモニウム型、あるいはプロトン型が用いられる。
金属源としては、通常、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、炭酸塩、塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩等が用いられ、好ましくは硝酸塩、硫酸塩、塩化物塩であり、より好ましくは硝酸塩である。
The method of metal ion exchange is not particularly limited, but can be performed by a known ion exchange method. The cation of the zeolite used in the ion exchange method is not particularly limited, and a sodium type, an ammonium type, or a proton type is usually used.
As the metal source, nitrates, sulfates, acetates, carbonates, chloride salts, bromide salts, iodide salts and the like are usually used, preferably nitrates, sulfates, chloride salts, more preferably nitrates. It is.

用いる溶媒としては、金属源が溶解するものであれば、特に限定されるものではないが、通常、水が用いられる。
金属源溶液の濃度は、特に限定されるものではないが、通常0.1M以上、好ましくは0.5M以上、より好ましくは1M以上であり、また上限は、通常10M以下、好ましくは8M以下、より好ましくは6M以下である。金属源の溶解度見合いで濃度を調整することが望ましい。
The solvent to be used is not particularly limited as long as the metal source dissolves, but water is usually used.
The concentration of the metal source solution is not particularly limited, but is usually 0.1M or more, preferably 0.5M or more, more preferably 1M or more, and the upper limit is usually 10M or less, preferably 8M or less, More preferably, it is 6M or less. It is desirable to adjust the concentration according to the solubility of the metal source.

イオン交換を行う温度は、室温から溶媒の沸点程度である。処理時間は、イオン交換が十分平衡に達する時間であればよく、通常1〜6時間程度である。金属の交換率を高めるため、イオン交換を複数回繰り返すことも可能である。
所定の時間処理した懸濁液からのゼオライトの分離は、通常の固液分離操作、例えば濾過や遠心分離によって行う。
The temperature at which ion exchange is performed is from room temperature to the boiling point of the solvent. The treatment time may be a time for the ion exchange to sufficiently reach equilibrium, and is usually about 1 to 6 hours. In order to increase the metal exchange rate, it is also possible to repeat ion exchange a plurality of times.
Separation of the zeolite from the suspension treated for a predetermined time is performed by a normal solid-liquid separation operation such as filtration or centrifugation.

イオン交換後のゼオライト乾燥する際の雰囲気は特に限定されず、例えば空気中、不活性ガス中、真空中などで行われる。乾燥温度は、通常、室温から溶媒の沸点程度である。
イオン交換後のゼオライトは、適宜焼成を行って使用する。焼成温度は金属源の分解温度よりも高温であればよく、通常200℃〜600℃、好ましくは300℃〜500℃である。焼成温度が低すぎると金属源が残留しやすく、焼成温度が高すぎるとゼオライトの構造崩壊や、金属のシンタリングが進行し易くなる。
The atmosphere at the time of drying the zeolite after ion exchange is not particularly limited. The drying temperature is usually from room temperature to the boiling point of the solvent.
The zeolite after ion exchange is used after being appropriately calcined. The firing temperature should just be higher than the decomposition temperature of a metal source, and is 200 degreeC-600 degreeC normally, Preferably it is 300 degreeC-500 degreeC. If the calcination temperature is too low, the metal source tends to remain, and if the calcination temperature is too high, the zeolite structure collapse and metal sintering tend to proceed.

上記触媒活性成分は、そのまま触媒として反応に用いてよいし、反応に不活性な物質やバインダーを用いて、造粒・成型して、あるいはこれらを混合して反応に用いてもよい。該反応に不活性な物質やバインダーとしては、アルミナまたはアルミナゾル、シリカ、シ
リカゾル、石英、およびそれらの混合物などが挙げられる。
なお、上記した触媒活性成分の組成は、これらの反応に不活性な物質やバインダー等を含まない触媒活性成分のみの組成である。それゆえ、本発明において、これらの反応に不活性な物質やバインダー等を含む場合は、上記 触媒活性成分とこれらの反応に不活性な物質やバインダー等とを合わせて触媒と称し、これらの反応に不活性な物質やバインダー等を含まない場合は、触媒活性成分のみで触媒と称す。
The catalytically active component may be used as it is in the reaction as a catalyst, or may be used in the reaction by granulating / molding using a substance or binder inactive to the reaction, or by mixing them. Examples of the substance or binder inert to the reaction include alumina or alumina sol, silica, silica sol, quartz, and a mixture thereof.
In addition, the composition of the above-described catalytically active component is a composition of only the catalytically active component that does not contain a substance or a binder inactive to these reactions. Therefore, in the present invention, when a substance or binder that is inert to these reactions is included, the catalytically active component and the substance or binder that is inert to these reactions are collectively referred to as a catalyst. In the case where no inactive substance or binder is contained, only the catalytically active component is referred to as a catalyst.

触媒の粒子径は、ゼオライトの合成条件により異なるが、通常、平均粒子径として、0.01μm〜10μmである。粒子径が大きくなり過ぎると、触媒の有効係数が低下する傾向があり、小さすぎると取り扱い性が劣るものとなる。この平均粒子径は、SEM観察等により求めることができる。   The particle size of the catalyst varies depending on the zeolite synthesis conditions, but is usually 0.01 μm to 10 μm as the average particle size. If the particle size is too large, the effectiveness factor of the catalyst tends to decrease, and if it is too small, the handleability is inferior. This average particle diameter can be determined by SEM observation or the like.

(有機化合物原料)
本発明の有機化合物原料としては、特に限定されず、メタノール、ジメチルエーテル、エタノール、アセトンなどのオキシジェネート、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類等が挙げられるが、好ましくはメタノール、ジメチルエーテル、エタノール、エチレンであり、より好ましくはエタノール、エチレンであり、さらに好ましくはエチレンである。
(Organic compound raw material)
The organic compound raw material of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include oxygenates such as methanol, dimethyl ether, ethanol and acetone, and olefins such as ethylene, propylene, butene, pentene and hexene, preferably methanol, Dimethyl ether, ethanol, and ethylene are preferable, ethanol and ethylene are more preferable, and ethylene is more preferable.

本発明の原料であるメタノール、ジメチルエーテルの製造由来は特に限定されない。例えば、石炭および天然ガス、ならびに製鉄業における副生物由来のCO/水素の混合ガスの水素化反応により得られるもの、植物由来のアルコール類の改質反応により得られるもの、発酵法により得られるもの、再循環プラスチックや都市廃棄物等の有機物質から得られるもの等が挙げられる。このとき各製造方法に起因するメタノールおよびジメチルエーテル以外の化合物が任意に混合した状態のものをそのまま用いても良いし、精製したものを用いても良い。   The origin of production of methanol and dimethyl ether which are raw materials of the present invention is not particularly limited. For example, those obtained by hydrogenation reaction of coal and natural gas, and CO / hydrogen mixed gas derived from by-products in the steel industry, those obtained by reforming reaction of plant-derived alcohols, those obtained by fermentation method And those obtained from organic materials such as recycled plastic and municipal waste. At this time, a state in which compounds other than methanol and dimethyl ether resulting from each production method are arbitrarily mixed may be used as it is, or a purified one may be used.

本発明の原料であるエチレンは特に限定されるものではない。例えば、石油供給源から接触分解法または蒸気分解法により製造されるエチレン、石炭のガス化により得られる水素/CO混合ガスを原料としてフィッシャートロプシュ合成を行うことにより得られるエチレン、エタンの脱水素または酸化脱水素で得られるエチレン、メタセシス反応およびホモロゲーション反応により得られるエチレン、MTO(Methanol to Olefin)反応によって得られるエチレン、エタノールの脱水反応から得られるエチレン、メタンの酸化カップリングで得られるエチレン、その他の公知の各種方法により得られるエチレンを任意に用いることができる。このとき各種製造方法に起因するエチレン以外の化合物を任意に混合した状態のものをそのまま用いてもよいし、精製したエチレンを用いてもよいが、好ましくは精製したエチレンである。   Ethylene which is a raw material of the present invention is not particularly limited. For example, ethylene produced by catalytic cracking or steam cracking from petroleum sources, ethylene obtained by performing Fischer-Tropsch synthesis using hydrogen / CO mixed gas obtained by gasification of coal as raw material, or ethane dehydrogenation or Ethylene obtained by oxidative dehydrogenation, ethylene obtained by metathesis reaction and homologation reaction, ethylene obtained by MTO (Methanol to Olefin) reaction, ethylene obtained by dehydration reaction of ethanol, ethylene obtained by oxidative coupling of methane, Ethylene obtained by other various known methods can be arbitrarily used. At this time, a state in which a compound other than ethylene resulting from various production methods is arbitrarily mixed may be used as it is, or purified ethylene may be used, but purified ethylene is preferable.

本発明の原料であるエタノールは、特に限定されるものではない。例えば、エチレンの水和反応により製造されるもの、合成ガスから製造されるもの、植物由来の多糖類を原料として発酵により製造されるもの等の、公知の各種方法により得られるものを任意に用いることができ、このとき各製造方法に起因する化合物(特に水)が任意に混合した状態のものをそのまま用いても良いし、精製したエタノールを用いても良い。   Ethanol which is a raw material of the present invention is not particularly limited. For example, those obtained by various known methods such as those produced by hydration reaction of ethylene, those produced from synthesis gas, and those produced by fermentation using plant-derived polysaccharides as raw materials are arbitrarily used. In this case, a compound in which a compound (particularly water) resulting from each production method is arbitrarily mixed may be used as it is, or purified ethanol may be used.

エタノールは、本発明のゼオライトに存在する酸点により、容易に脱水されてエチレンに変換される。そのため、反応器に原料としてエタノールを直接導入してもよい。以下、エタノールを原料とする製造方法については、脱水により変換されたエチレンを基準とし、エチレンを原料とする製造方法と同様に扱うこととする。
本発明の原料として、エチレン及びエタノールの混合物を用いても良い。例えば、エタノールの一部脱水反応により得られるエチレン及びエタノールの混合物、エチレンとエタ
ノールをそれぞれを任意の割合で混合した混合物を用いることができる。
Ethanol is easily dehydrated and converted to ethylene by the acid sites present in the zeolite of the present invention. Therefore, ethanol may be directly introduced into the reactor as a raw material. Hereinafter, the production method using ethanol as a raw material will be handled in the same manner as the production method using ethylene as a raw material on the basis of ethylene converted by dehydration.
As a raw material of the present invention, a mixture of ethylene and ethanol may be used. For example, a mixture of ethylene and ethanol obtained by a partial dehydration reaction of ethanol, or a mixture obtained by mixing ethylene and ethanol in an arbitrary ratio can be used.

本発明の原料は、エタノールや、エチレン及びエタノールの混合物より、エチレンであることが好ましい。原料としてエタノールを用いると、反応時に生じる水により触媒が劣化したり、コーキングを促進したりする場合がある。また、コスト面でも、エタノールよりエチレンの方が安価であり好ましい。
エチレン及び/又はエタノールの他に、メタノール、ジメチルエーテル、アセトンなどのオキシジェネート、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類を原料中として含んでいてもよい。
The raw material of the present invention is preferably ethylene rather than ethanol or a mixture of ethylene and ethanol. When ethanol is used as a raw material, the catalyst may be deteriorated or coking may be promoted by water generated during the reaction. In terms of cost, ethylene is preferable because it is cheaper than ethanol.
In addition to ethylene and / or ethanol, oxygenates such as methanol, dimethyl ether and acetone, and olefins such as propylene, butene, pentene and hexene may be contained in the raw material.

(低級オレフィン)
本発明で製造される低級オレフィンは、炭素数2〜4のオレフィンであり、具体的にはエチレン、プロピレン、ブテン類であり、好ましくはプロピレン及びブテン類であり、より好ましくはプロピレン及び直鎖ブテンである。本発明の製造方法で得られるAEIゼオライトを用いると、プロピレン及び直鎖ブテンが高収率で得られる。
(Lower olefin)
The lower olefin produced in the present invention is an olefin having 2 to 4 carbon atoms, specifically ethylene, propylene and butenes, preferably propylene and butenes, more preferably propylene and linear butenes. It is. When AEI zeolite obtained by the production method of the present invention is used, propylene and linear butene can be obtained in high yield.

(反応条件)
エチレンを原料としてプロピレン及び直鎖ブテンを製造する際、反応器出口ガスに含まれるオレフィンを反応器入口にリサイクルして使用しても良い。リサイクルするオレフィンとしては、通常エチレンだが、その他オレフィンをリサイクルしても良い。原料となるオレフィンとしては、低級オレフィンが好ましく、分岐鎖オレフィンはその分子の大きさから本発明のゼオライトの細孔内への進入が困難であるため好ましくない。低級オレフィンとしては、好ましくはエチレンであるが、所望のプロピレンと直鎖ブテンの製造割合に応じて、プロピレンや直鎖ブテンをリサイクルしても良い。
(Reaction conditions)
When producing propylene and linear butene using ethylene as a raw material, the olefin contained in the reactor outlet gas may be recycled to the reactor inlet. The olefin to be recycled is usually ethylene, but other olefins may be recycled. The olefin used as a raw material is preferably a lower olefin, and a branched olefin is not preferred because it is difficult to enter the pores of the zeolite of the present invention because of its molecular size. The lower olefin is preferably ethylene, but propylene or linear butene may be recycled depending on the desired production ratio of propylene and linear butene.

本発明において、エチレン及びエタノールから選ばれる少なくとも1種の原料を反応器中で触媒と接触させ、低級オレフィンを製造する際に用いる反応器の形態は特に限定されないが、通常連続式の固定床反応器や流動床反応器が選ばれる。低級オレフィンとしてプロピレンと直鎖ブテンを併産する場合は、転化率の変動に伴い、プロピレン及び直鎖ブテンの選択率が変動する傾向にあるため、プロピレンと直鎖ブテンを一定の割合で製造するためには、流動床反応器が好ましい。   In the present invention, at least one raw material selected from ethylene and ethanol is brought into contact with the catalyst in the reactor, and the form of the reactor used for producing the lower olefin is not particularly limited, but is usually a continuous fixed bed reaction. Or a fluidized bed reactor is selected. Propylene and straight-chain butene are produced at a certain ratio because the propylene and straight-chain butene selectivity tend to fluctuate with the change in conversion when propylene and straight-chain butene are produced as lower olefins. For this, a fluidized bed reactor is preferred.

なお、流動床反応器に前述の触媒を充填する際、触媒層の温度分布を小さく抑えるために、石英砂、アルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ等の反応に不活性な粒状物を、触媒と
混合して充填しても良い。この場合、石英砂等の反応に不活性な粒状物の使用量には特に限定されない。なお、粒状物は、触媒との均一混合性の面から、触媒と同程度の粒径であることが好ましい。
When packing the above-mentioned catalyst into the fluidized bed reactor, in order to suppress the temperature distribution of the catalyst layer to a small level, particles that are inert to the reaction such as quartz sand, alumina, silica, and silica-alumina are mixed with the catalyst. And may be filled. In this case, there is no particular limitation on the amount of granular material inert to the reaction such as quartz sand. In addition, it is preferable that a granular material is a particle size comparable as a catalyst from the surface of uniform mixing property with a catalyst.

前記反応器内には、エチレンの他に、希釈剤としてヘリウム、アルゴン、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水(水蒸気)、パラフィン類、メタン等の炭化水素類、芳香族化合物類、および、それらの混合物など、反応に不活性な気体を存在させることができるが、この中でも水素が共存していることが好ましい。
前記反応器に供給する全供給成分中のエチレンの濃度(即ち、基質濃度)に関して特に制限はないが、通常5モル%以上であり、通常90モル%以下、好ましくは70モル%以下である。基質濃度を上記範囲にすることで、芳香族化合物やパラフィン類の生成を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また反応速度を維持できるため、触媒量を抑制することができ、反応器の大きさも抑制可能となる。
In the reactor, in addition to ethylene, helium, argon, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, water (water vapor), paraffins, hydrocarbons such as methane, aromatic compounds, In addition, a gas inert to the reaction, such as a mixture thereof, can be present. Among them, it is preferable that hydrogen coexists.
There is no particular restriction on the concentration of ethylene (that is, the substrate concentration) in all the feed components fed to the reactor, but it is usually 5 mol% or more, usually 90 mol% or less, preferably 70 mol% or less. By setting the substrate concentration within the above range, the production of aromatic compounds and paraffins can be suppressed, and the yield of lower olefins can be improved. Further, since the reaction rate can be maintained, the amount of catalyst can be suppressed, and the size of the reactor can also be suppressed.

上記の基質濃度となるように、必要に応じて上記の希釈剤でエチレンを希釈することが好ましい。
なおエタノールを原料として用いる場合は、上記の通り、エタノールは脱水により直ちにエチレン変換されるため、供給したエタノールは、同モルのエチレンを用いたときと同様の取扱うことができる。
It is preferable to dilute ethylene with the above diluent as necessary so that the above substrate concentration is obtained.
When ethanol is used as a raw material, since ethanol is immediately converted to ethylene by dehydration as described above, the supplied ethanol can be handled in the same manner as when using the same mole of ethylene.

前記反応器における空間速度は、特に制限されるものではないが、通常0.01Hr−1以上、好ましくは0.1Hr−1以上であり、通常500Hr−1以下、好ましくは100Hr−1以下である。空間速度を前記範囲に設定することで、反応器出口ガス中の未反応エチレンの割合を減らすことができ、また芳香族化合物やパラフィン類等の副生成物を減らすことができるため、低級オレフィンの収率を向上させることができる点で好ましい。 The space velocity in the reactor is not particularly limited, but is usually 0.01 Hr −1 or more, preferably 0.1 Hr −1 or more, usually 500 Hr −1 or less, preferably 100 Hr −1 or less. . By setting the space velocity within the above range, the proportion of unreacted ethylene in the reactor outlet gas can be reduced, and by-products such as aromatic compounds and paraffins can be reduced. It is preferable at the point which can improve a yield.

ここで言う空間速度(WHSV)とは、触媒(触媒活性成分)の重量当たりの反応原料であるエチレンの流量(重量/時間)である。ここでの触媒重量とは、触媒の造粒・成形に使用する不活性成分やバインダーを含まない触媒活性成分の重量である。
反応温度は、エチレンが触媒と接触して低級オレフィンを生成する温度であれば、特に制限されるものではないが、通常200℃以上、好ましくは300℃以上であり、通常700℃以下、好ましくは600℃以下である。反応温度を上記範囲にすることで、芳香族化合物やパラフィン類の生成を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また、ゼオライト骨格からの脱アルミニウムが抑制されるため、触媒寿命を維持できる点で好ましい。
The space velocity (WHSV) mentioned here is a flow rate (weight / hour) of ethylene as a reaction raw material per weight of the catalyst (catalytic active component). Here, the catalyst weight is the weight of an inactive component used for granulation / molding of the catalyst and a catalytically active component that does not contain a binder.
The reaction temperature is not particularly limited as long as ethylene is in contact with the catalyst to produce a lower olefin, but is usually 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher, and usually 700 ° C. or lower, preferably It is 600 degrees C or less. By making reaction temperature into the said range, the production | generation of an aromatic compound and paraffin can be suppressed, and the yield of a lower olefin can be improved. Further, since dealumination from the zeolite skeleton is suppressed, it is preferable in that the catalyst life can be maintained.

反応圧力は特に制限されるものではないが、通常1kPa(絶対圧、以下同様)以上、好ましくは50kPa以上であり、より好ましくは100kPa以上である。また、通常3MPa以下、好ましくは1MPa以下であり、より好ましくは0.7MPa以下である。反応圧力を上記範囲にすることでパラフィン類等の副生成物の生成を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また反応速度も維持できる。   The reaction pressure is not particularly limited, but is usually 1 kPa (absolute pressure, the same applies hereinafter) or more, preferably 50 kPa or more, more preferably 100 kPa or more. Moreover, it is 3 MPa or less normally, Preferably it is 1 MPa or less, More preferably, it is 0.7 MPa or less. By making reaction pressure into the said range, the production | generation of by-products, such as paraffins, can be suppressed and the yield of a lower olefin can be improved. The reaction rate can also be maintained.

本発明において、エチレンの転化率は特に制限されるものではないが、通常転化率は50%以上であり、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上であり、通常100%未満、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下である。本発明は、エチレンの転化率が上記範囲になるように調整することで、芳香族化合物やパラフィン類の副生、および細孔内へのコークの蓄積を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができ、また高い直鎖ブテン/プロピレン比で製造することができる。   In the present invention, the ethylene conversion rate is not particularly limited, but the normal conversion rate is usually 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, usually less than 100%, Preferably it is 95% or less, More preferably, it is 90% or less. In the present invention, by adjusting the ethylene conversion rate to be in the above range, by-products of aromatic compounds and paraffins, and the accumulation of coke in the pores can be suppressed, and lower olefins can be collected. The rate can be improved and can be produced at a high linear butene / propylene ratio.

通常、エチレンの転化率は、反応時間の経過とともに低下する傾向にあるため、一定時間反応させた触媒は、再生処理に供する必要がある。上記のエチレン転化率の範囲で運転する方法としては、特に制限されない。
例えば、固定床反応器で反応を行う場合には、複数個の反応器を並列に備え、エチレンの転化率が上記の好ましい範囲から低下した際には、触媒と反応原料との接触を停止し、該触媒を再生工程に供する。固定床反応器においては、反応時間及び再生時間を適宜調整する、すなわち、運転における反応工程と再生工程とを切り替える時間を適宜調整することにより、上記の好ましい範囲のエチレン転化率で連続的に運転することができる。
Usually, since the conversion rate of ethylene tends to decrease as the reaction time elapses, the catalyst that has been reacted for a certain period of time needs to be subjected to regeneration treatment. The method for operating in the above ethylene conversion range is not particularly limited.
For example, when the reaction is carried out in a fixed bed reactor, a plurality of reactors are provided in parallel, and when the ethylene conversion rate falls from the above preferred range, the contact between the catalyst and the reaction raw material is stopped. The catalyst is subjected to a regeneration step. In a fixed bed reactor, the reaction time and the regeneration time are appropriately adjusted, that is, the time for switching between the reaction step and the regeneration step in the operation is appropriately adjusted, thereby continuously operating at the ethylene conversion rate in the above preferred range. can do.

また、流動床反応器で反応を行う場合には、反応器に対して触媒の再生器を付設し、反応器から抜き出した触媒を連続的に再生器に送り、再生器において再生された触媒を連続的に反応器に戻しながら、反応を行うことが好ましい。触媒の反応器内での滞留時間と再生器内での滞留時間を適宜調整することにより、上記の好ましい範囲のエチレン転化率で連続的に運転することができる。   When the reaction is carried out in a fluidized bed reactor, a catalyst regenerator is attached to the reactor, the catalyst extracted from the reactor is continuously sent to the regenerator, and the catalyst regenerated in the regenerator is removed. The reaction is preferably carried out while continuously returning to the reactor. By appropriately adjusting the residence time of the catalyst in the reactor and the residence time in the regenerator, the catalyst can be continuously operated at an ethylene conversion rate in the above preferred range.

反応に供した触媒は再生して使用することができる。具体的には、エチレン転化率が低
下した触媒は、各種公知の触媒の再生方法を使用して再生することができる。
再生方法は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、空気、窒素、水蒸気、水素等を用いて再生することができ、水素を用いて再生することが好ましい(例えば、特開2011−78962号公報に記載の方法に準じて再生することができる)。
The catalyst subjected to the reaction can be regenerated and used. Specifically, a catalyst having a reduced ethylene conversion can be regenerated using various known catalyst regeneration methods.
The regeneration method is not particularly limited. Specifically, for example, the regeneration can be performed using air, nitrogen, water vapor, hydrogen, or the like, and the regeneration is preferably performed using hydrogen (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-2011). Can be reproduced in accordance with the method described in Japanese Patent No. -78962.

また、高いエチレン転化率を長時間維持するための方法としては、特開2011‐79818号公報記載の水素雰囲気下でエチレンを反応させることにより、触媒へのコーク蓄積を抑制する方法も挙げられる。
反応器出口ガス(反応器流出物)としては、反応生成物である、低級オレフィン、未反応のエチレン、副生成物及び希釈剤を含む混合ガスが得られる。前記混合ガス中の低級オレフィンの濃度は、特に限定されないが、通常1質量%以上、好ましくは2質量%以上であり、通常95質量%以下、好ましくは80質量%以下である。
Moreover, as a method for maintaining a high ethylene conversion rate for a long time, there is a method for suppressing coke accumulation in the catalyst by reacting ethylene in a hydrogen atmosphere described in JP-A-2011-79818.
As the reactor outlet gas (reactor effluent), a mixed gas containing a reaction product, a lower olefin, unreacted ethylene, a by-product, and a diluent is obtained. The concentration of the lower olefin in the mixed gas is not particularly limited, but is usually 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and usually 95% by mass or less, preferably 80% by mass or less.

この混合ガス中には通常エチレンが含まれるが、この混合ガス中のエチレンはその少なくとも一部を反応器にリサイクルして反応原料として再利用することが好ましい。
尚、副生成物としては炭素数が5以上のオレフィン類、パラフィン類、芳香族化合物が挙げられる。
The mixed gas usually contains ethylene, but it is preferable that at least a part of the ethylene in the mixed gas is recycled to the reactor and reused as a reaction raw material.
Examples of by-products include olefins having 5 or more carbon atoms, paraffins, and aromatic compounds.

(プロピレンの用途)
本発明の製造方法によって得られたプロピレンは、これを重合することによりポリプロピレンを製造することができる。プロピレンの重合の方法は特に限定されないが、本発明により得られたプロピレンを直接、原料モノマーとして重合反応器に導入して使用することができる。また、本発明により得られたプロピレンは、ポリプロピレン以外にも、後述する各種反応を経てプロピレン誘導品の原料としても利用できる。例えば、アンモニア酸化によりアクリロニトリル、選択酸化によりアクロレイン、アクリル酸及びアクリル酸エステル、オキソ反応によりノルマルブチルアルコール、選択酸化によりプロピレンオキサイド及びプロピレングリコール等が製造できる。またプロピレンは、ワッカー反応によりアセトンが製造でき、更に得られたアセトンよりメチルイソブチルケトンが製造できる。またアセトンからは、アセトンシアンヒドリンを経てメチルメタクリレートを製造することができる。またプロピレンは、水和反応によりイソプロピルアルコールを製造することができる。またプロピレンは、ベンゼンと反応させて得られる、キュメンを原料にフェノール、ビスフェノールA、またはポリカーボネート樹脂を製造することができる。
(Use of propylene)
Propylene obtained by the production method of the present invention can produce polypropylene by polymerizing it. The method for polymerizing propylene is not particularly limited, but the propylene obtained by the present invention can be directly used as a raw material monomer by introducing it into a polymerization reactor. Moreover, the propylene obtained by this invention can be utilized also as a raw material of propylene derivative products through the various reaction mentioned later besides a polypropylene. For example, acrylonitrile can be produced by ammonia oxidation, acrolein, acrylic acid and acrylate esters by selective oxidation, normal butyl alcohol by oxo reaction, propylene oxide, propylene glycol, etc. by selective oxidation. Propylene can produce acetone by the Wacker reaction, and methyl isobutyl ketone can be produced from the obtained acetone. Further, methyl methacrylate can be produced from acetone via acetone cyanohydrin. Propylene can produce isopropyl alcohol by a hydration reaction. Propylene can be produced by reacting with benzene, and can be used to produce phenol, bisphenol A, or polycarbonate resin using cumene as a raw material.

(直鎖ブテンの用途)
本発明の製造方法によって得られた直鎖ブテンは、脱水素化することによりブタジエンを製造することができる。さらに、ブタジエンは、単独重合によりポリブタジエン(BR)、スチレンとの重合によりスチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルとスチレンとの重合によりアクリロニトリル‐スチレン‐ブタジエン樹脂(ABS樹脂)等を製造することができる。また直鎖ブテンは、その他のブテン誘導品の原料としても利用できる。例えば、直鎖ブテンは、間接水和法によりsec−ブチルアルコールを経て、続く脱水素化反応によりメチルエチルケトンを製造することができる。1−ブテンは、重合によりポリブテン−1や、オキソ反応によりアミルアルコール等が製造できる。
(Application of linear butene)
The linear butene obtained by the production method of the present invention can produce butadiene by dehydrogenation. Furthermore, butadiene can produce polybutadiene (BR) by homopolymerization, styrene butadiene rubber (SBR) by polymerization with styrene, acrylonitrile-styrene-butadiene resin (ABS resin) by polymerization of acrylonitrile and styrene, and the like. Linear butene can also be used as a raw material for other butene derivatives. For example, linear butene can produce methyl ethyl ketone through sec-butyl alcohol by the indirect hydration method and subsequent dehydrogenation reaction. 1-butene can produce polybutene-1 by polymerization, amyl alcohol or the like by oxo reaction.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.

なお、以下の調製例において、合成で得られたゼオライトの結晶のX線回折(XRD)パターンは、PANalytical社製のX’Pert Pro MPDを用いて得た。X線源はCuKαであり(X線出力:40kV、30mA)、読込幅は0.016°で
ある。また、合成したゼオライトの組成は、蛍光X線分析により測定した。測定には、島津製作所社製Rayny EDX‐700を用いた。粒子の形状は、日立ハイテク社製の走査型電子顕微鏡(S‐4100)を用いて、導電処理を行った試料を、加速電圧15kVで観察を行った。
In the following preparation examples, the X-ray diffraction (XRD) pattern of the zeolite crystal obtained by synthesis was obtained using X'Pert Pro MPD manufactured by PANalytical. The X-ray source is CuKα (X-ray output: 40 kV, 30 mA), and the reading width is 0.016 °. The composition of the synthesized zeolite was measured by fluorescent X-ray analysis. For the measurement, Rayny EDX-700 manufactured by Shimadzu Corporation was used. The shape of the particles was observed at an accelerating voltage of 15 kV on the sample subjected to the conductive treatment using a scanning electron microscope (S-4100) manufactured by Hitachi High-Tech.

<実施例1>
水酸化ナトリウム0.040gを水3.21gに溶解し、Y型ゼオライトCBV720(SiO/Al比 30、ZEOLYST社製)1.28gを加えて2時間撹拌することにより混合物を得た。前記混合物を100mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、15rpmで回転させながら、160℃で20時間、加熱前処理に供した。得られた前処理混合物に、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムハイドロキサイド水溶液(21.8重量%)5.12g、水酸化ナトリウム0.120g、さらにシリカの重量に対して10質量%に相当するAEI型ゼオライト(SiO/Al比20、平均粒子径1.5μm、有機構造規定剤含む)0.120gを種結晶として加えて、撹拌することにより混合物を得た。前記混合物を100mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、15rpmで回転させながら、160℃で7日間の水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.65gを得た。
生成物のXRDパターン(図1)から、得られた生成物はAEI型ゼオライトであることを確認した。また、蛍光X線分析より、SiO/Al比は18であった。また、走査型電子顕微鏡(図2)より、平均粒子径は125nmであった。
<Example 1>
0.040 g of sodium hydroxide was dissolved in 3.21 g of water, and 1.28 g of Y-type zeolite CBV720 (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 30, manufactured by ZEOLYST) was added and stirred for 2 hours to obtain a mixture. . The mixture was charged into a 100 ml autoclave and subjected to a pretreatment for heating at 160 ° C. for 20 hours while rotating at 15 rpm under self-pressure. The obtained pretreatment mixture was mixed with 5.12 g of an aqueous N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide solution (21.8 wt%), 0.120 g of sodium hydroxide, AEI type zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 20, average particle size 1.5 μm, including organic structure directing agent) 0.120 g corresponding to 10% by mass is added as a seed crystal, and the mixture is stirred. Obtained. The mixture was charged into a 100 ml autoclave and subjected to a hydrothermal synthesis reaction at 160 ° C. for 7 days while rotating at 15 rpm under autogenous pressure. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.65 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 1), it was confirmed that the obtained product was an AEI zeolite. Further, the ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 was 18 from the fluorescent X-ray analysis. Moreover, the average particle diameter was 125 nm from the scanning electron microscope (FIG. 2).

<実施例2>
水酸化ナトリウム0.040g、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムハイドロキサイド水溶液(21.8重量%)5.12gを順に、水1.40gに溶解し、Y型ゼオライトCBV720(SiO/Al比 30、ZEOLYST社製)1.28gを加えて2時間撹拌した。さらにシリカの重量に対して5質量%に相当するCHA型ゼオライト(SiO/Al比25、平均粒子径200nm、有機構造規定剤含まない)0.060gを種結晶として加えて、撹拌することにより混合物を得た。前記混合物を100mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、15rpmで回転させながら、160℃で7日間、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.96gを得た。
生成物のXRDパターン(図3)から、得られた生成物はAEI型ゼオライトであることを確認した。蛍光X線分析より、SiO/Al比は22であった。また、走査型電子顕微鏡(図4)より、平均粒子径は110nmであった。
<Example 2>
0.040 g of sodium hydroxide and 5.12 g of an aqueous solution of N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide (21.8 wt%) were dissolved in 1.40 g of water in this order, and Y-type zeolite CBV720 1.28 g (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 30, ZEOLYST) was added and stirred for 2 hours. Further, 0.060 g of CHA-type zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 25, average particle diameter 200 nm, not including an organic structure directing agent) corresponding to 5% by mass with respect to the weight of silica was added as a seed crystal and stirred. To obtain a mixture. The mixture was charged into a 100 ml autoclave and subjected to a hydrothermal synthesis reaction at 160 ° C. for 7 days while rotating at 15 rpm under self-pressure. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.96 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 3), it was confirmed that the obtained product was an AEI zeolite. From the X-ray fluorescence analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 22. Moreover, the average particle diameter was 110 nm from the scanning electron microscope (FIG. 4).

<実施例3>
水酸化ナトリウム0.097g、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムハイドロキサイド水溶液(21.8重量%)3.58gを順に、水0.28gに溶解し、水酸化アルミニウム(酸化アルミニウム換算で50〜57重量%、Aldrich社製)0.178gを加え混合した後に、シリカ源としてシリカゾルSI‐30(SiO 30.5重量%,NaO 0.4重量%,日揮触媒化成株式会社製)2.76gを加えて
十分攪拌した。さらに加えたSiOに対して20重量%のAEI型ゼオライト(SiO/Al比22、平均粒子径110nm、有機構造規定剤含む)0.168gを種結晶として加えてさらに撹拌することにより混合物を得た。前記混合物を100mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、15rpmで回転させながら、160℃で7日間、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.99gを得た。
生成物のXRDパターン(図5)から、得られた生成物はAEI型ゼオライトであることを確認した。蛍光X線分析より、SiO/Al比は14であった。また、走査型電子顕微鏡(図6)より、平均粒子径は90nmであった。
<Example 3>
0.097 g of sodium hydroxide and 3.58 g of N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide aqueous solution (21.8 wt%) were dissolved in 0.28 g of water in this order, and aluminum hydroxide ( Silica sol SI-30 (SiO 2 30.5 wt%, Na 2 O 0.4 wt%, JGC catalyst) as a silica source after adding 0.178 g of aluminum oxide 50 to 57 wt%, manufactured by Aldrich) and mixing. 2.76 g (made by Kasei Co., Ltd.) was added and stirred sufficiently. Furthermore, 0.168 g of AEI zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 22, average particle diameter 110 nm, including organic structure directing agent) of 20 wt% with respect to the added SiO 2 is added as a seed crystal and further stirred. Gave a mixture. The mixture was charged into a 100 ml autoclave and subjected to a hydrothermal synthesis reaction at 160 ° C. for 7 days while rotating at 15 rpm under self-pressure. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.99 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 5), it was confirmed that the obtained product was an AEI zeolite. From the X-ray fluorescence analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 14. Moreover, the average particle diameter was 90 nm from the scanning electron microscope (FIG. 6).

<比較例1>
水酸化ナトリウム0.160g、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムハイドロキサイド水溶液(21.8質量%)5.12gを順に、水1.40gに溶解し、Y型ゼオライトCBV720(SiO/Al比 30、ZEOLYST社製)1.28gを加えて2時間撹拌した。さらにシリカの重量に対して10質量%に相当するAEI型ゼオライト(SiO/Al比20、平均粒子径1.5μm、有機構造規定剤含む)0.120gを種結晶として加えて、撹拌することにより混合物を得た。前記混合物を100mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、15rpmで回転させながら、160℃で7日間の水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.72gを得た。
生成物のXRDパターン(図7)から、得られた生成物はAEI相、ANA相の混相であった。また、走査型電子顕微鏡より、平均粒子径は1.5μmであった。
<Comparative Example 1>
0.160 g of sodium hydroxide and 5.12 g of an aqueous solution of N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide (21.8% by mass) are sequentially dissolved in 1.40 g of water, and Y-type zeolite CBV720 1.28 g (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 30, ZEOLYST) was added and stirred for 2 hours. Furthermore, 0.120 g of AEI zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 20, average particle diameter 1.5 μm, including organic structure directing agent) corresponding to 10% by mass with respect to the weight of silica was added as a seed crystal, The mixture was obtained by stirring. The mixture was charged into a 100 ml autoclave and subjected to a hydrothermal synthesis reaction at 160 ° C. for 7 days while rotating at 15 rpm under autogenous pressure. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.72 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 7), the obtained product was a mixed phase of AEI phase and ANA phase. Moreover, the average particle diameter was 1.5 micrometers from the scanning electron microscope.

<比較例2>
種結晶として有機構造規定剤を含むCHA型ゼオライト(SiO/Al比25、平均粒子径200nm)、水酸化ナトリウム0.080gを用いた以外は、実施例2と同様の方法と条件で、混合物を調製し、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.81gを得た。
生成物のXRDパターン(図8)から、得られた生成物はAEI相、FAU相及びCHA相の混相であった。
<Comparative Example 2>
The same method and conditions as in Example 2 except that CHA-type zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 25, average particle size 200 nm) containing 0.08 g of sodium hydroxide containing an organic structure directing agent as seed crystals was used. A mixture was prepared and subjected to a hydrothermal synthesis reaction. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.81 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 8), the obtained product was a mixed phase of AEI phase, FAU phase and CHA phase.

<比較例3>
種結晶として平均粒子径1.5μmのAEI型ゼオライト(SiO/Al比20、有機構造規定剤含む)を用いた以外は、実施例3と同様の方法と条件で、混合物を調製し、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.86gを得た。
生成物のXRDパターン(図9)から、得られた生成物は非晶質相とAEI相の混相であった。
<Comparative Example 3>
A mixture was prepared in the same manner and under the same conditions as in Example 3, except that AEI zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 20 including an organic structure directing agent) having an average particle size of 1.5 μm was used as a seed crystal. And subjected to a hydrothermal synthesis reaction. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.86 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 9), the obtained product was a mixed phase of an amorphous phase and an AEI phase.

<実施例4>
水酸化ナトリウム0.080gを用いた以外は、実施例2と同様の方法と条件で、混合物を調製し、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末0.96gを得た。
生成物のXRDパターン(図10)から、得られた生成物はAEI型ゼオライトであることを確認した。蛍光X線分析より、SiO/Al比は20であった。また、走査型電子顕微鏡(図11)より、平均粒子径は270nmであった。
<Example 4>
A mixture was prepared and subjected to a hydrothermal synthesis reaction in the same manner and under the same conditions as in Example 2 except that 0.080 g of sodium hydroxide was used. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 0.96 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 10), it was confirmed that the obtained product was an AEI zeolite. From the X-ray fluorescence analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 20. Moreover, the average particle diameter was 270 nm from the scanning electron microscope (FIG. 11).

<実施例5>
水酸化ナトリウム0.080g、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムハイドロキサイド水溶液(21.8重量%)3.65gを用いた以外は、実施例2と同様の方法と条件で、混合物を調製し、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末1.04gを得た。
生成物のXRDパターン(図12)から、得られた生成物はAEI型ゼオライトであることを確認した。蛍光X線分析より、SiO/Al比は21であった。また、走査型電子顕微鏡(図13)より、平均粒子径は180nmであった。
<Example 5>
The same method and conditions as in Example 2 except that 0.080 g of sodium hydroxide and 3.65 g of an aqueous solution of N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide (21.8% by weight) were used. A mixture was prepared and subjected to a hydrothermal synthesis reaction. The obtained product was filtered and washed with water, and then dried at 100 ° C. to obtain 1.04 g of a white powder.
From the XRD pattern of the product (FIG. 12), it was confirmed that the obtained product was an AEI zeolite. From the X-ray fluorescence analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 21. Moreover, the average particle diameter was 180 nm from the scanning electron microscope (FIG. 13).

実施例1において、四級アンモニウム塩を添加する前に加熱前処理を行った場合、平均粒子径125nmのAEI型ゼオライトが単相で得られた。これに対し、比較例1において、四級アンモニウム塩を添加する前の加熱前処理を行わずに、そのまま水熱合成反応に
供した場合、AEI相とANA相の混相となり、さらにその平均粒子径は1.5μmであった。このことから、四級アンモニウム塩を添加する前に、混合物を加熱前処理することにより、シリカ源とヘテロ金属元素源からのゼオライトの単位ユニットの形成、四級アンモニウム塩添加後の結晶核の発生が有利となり、微粒子結晶のAEI型ゼオライトが生成したものと推測される。
実施例2、4、5において、有機構造規定剤を含まないCHA型ゼオライトを種結晶として添加した場合、Na添加量や有機構造規定剤添加量を変えても、平均粒子径110nm〜270nmのAEI型ゼオライトが得られた。これに対し、比較例2において、同一の平均粒子径及び組成を有する、有機構造規定剤を含むCHA型ゼオライトを種結晶として添加した場合、AEI相、FAU相及びCHA相の混相であった。このことから、有機構造規定剤を含まないゼオライトを種結晶として用いることで、混合物中の種結晶の溶解及び結晶核の発生が促進され、微粒子結晶のAEI型ゼオライトが生成したものと推測される。
実施例3において、ヘテロ金属元素源として水酸化アルミニウムを用い、種結晶として平均粒子径が110nmのAEI型ゼオライトを用いた場合、平均粒子径90nmのAEI型ゼオライトが得られた。これに対し、比較例3において、種結晶として平均粒子径1.5μmのAEI型ゼオライトを用いた場合、非晶質相が主成分であった。このことから、アルミニウム源として比較的溶解性の低い水酸化アルミニウムを用いて、かつ結晶核を生じ易い微粒子のゼオライトを種結晶として用いることで、反応開始初期において結晶成長よりも結晶核の発生が有利となるため、微粒子結晶のAEI型ゼオライトが生成したものと推測される。
In Example 1, when heating pretreatment was performed before adding the quaternary ammonium salt, AEI zeolite having an average particle diameter of 125 nm was obtained in a single phase. On the other hand, in Comparative Example 1, when subjected to the hydrothermal synthesis reaction as it is without performing the pre-heating treatment before adding the quaternary ammonium salt, it becomes a mixed phase of AEI phase and ANA phase, and further its average particle size Was 1.5 μm. Therefore, before adding the quaternary ammonium salt, the mixture is pre-heated to form zeolite unit units from the silica source and the heterometallic element source, and the generation of crystal nuclei after the addition of the quaternary ammonium salt. It is presumed that AEI zeolite with fine crystal was produced.
In Examples 2, 4, and 5, when CHA-type zeolite not containing an organic structure-directing agent was added as a seed crystal, AEI having an average particle diameter of 110 nm to 270 nm even if the amount of Na addition or the amount of organic structure-directing agent added was changed. Type zeolite was obtained. On the other hand, in Comparative Example 2, when CHA-type zeolite having the same average particle size and composition and containing an organic structure-directing agent was added as a seed crystal, it was a mixed phase of AEI phase, FAU phase and CHA phase. From this, it is presumed that the use of zeolite containing no organic structure directing agent as seed crystals promoted the dissolution of seed crystals and the generation of crystal nuclei in the mixture, resulting in the formation of fine crystal AEI zeolite. .
In Example 3, when aluminum hydroxide was used as the heterometallic element source and AEI zeolite having an average particle size of 110 nm was used as the seed crystal, an AEI zeolite having an average particle size of 90 nm was obtained. On the other hand, in Comparative Example 3, when AEI zeolite having an average particle size of 1.5 μm was used as a seed crystal, the amorphous phase was the main component. Therefore, by using aluminum hydroxide, which has relatively low solubility as the aluminum source, and using fine zeolite as a seed crystal, which is likely to generate crystal nuclei, the generation of crystal nuclei rather than crystal growth occurs at the beginning of the reaction. Since it is advantageous, it is presumed that fine crystal AEI zeolite was produced.

<実施例6>
実施例2で得られたAEI型ゼオライトを、空気流通下580℃で6時間焼成を行い、Na型のアルミノケイ酸塩を得た。次いで、上記ゼオライト1gを800℃で、常圧、50%水蒸気(水蒸気/空気=50/50(体積/体積))流通下、5時間処理することにより、水蒸気処理されたAEI型ゼオライトを得た。これを触媒として、エチレンを原料として、プロピレン及び直鎖ブテン(低級オレフィン)の合成反応を行った。前記の反応には、常圧固定床流通反応装置を用い、内径6mmの石英反応管に、上記触媒100mgと石英砂400mgの混合物を充填した。エチレン及び窒素を、エチレンの空間速度が0.36Hr-1で、エチレン30体積%と窒素70体積%となるように反応器に供給し、350℃、0.1MPaでプロピレン及び直鎖ブテンの合成反応を実施し、反応器出口ガスをガスクロマトグラフィーにより分析を行った。分析の結果、プロピレン及び直鎖ブテンの合計の選択率が70%以上であり、かつ直鎖ブテン/プロピレンが最大となった0.83時間後の反応成績を表1に示した。
<Example 6>
The AEI zeolite obtained in Example 2 was calcined at 580 ° C. for 6 hours under air flow to obtain Na-type aluminosilicate. Next, 1 g of the above zeolite was treated at 800 ° C. for 5 hours under normal pressure and 50% steam (steam / air = 50/50 (volume / volume)) circulation to obtain a steam-treated AEI zeolite. . Using this as a catalyst, a synthesis reaction of propylene and linear butene (lower olefin) was carried out using ethylene as a raw material. For the reaction, a normal pressure fixed bed flow reactor was used, and a quartz reaction tube having an inner diameter of 6 mm was filled with a mixture of the catalyst 100 mg and quartz sand 400 mg. Ethylene and nitrogen were supplied to the reactor so that the space velocity of ethylene was 0.36Hr −1 , 30% by volume of ethylene and 70% by volume of nitrogen, and synthesis of propylene and linear butene was performed at 350 ° C. and 0.1 MPa. The reaction was carried out and the reactor outlet gas was analyzed by gas chromatography. As a result of analysis, Table 1 shows the reaction results 0.83 hours after the total selectivity of propylene and linear butene was 70% or more and linear butene / propylene reached the maximum.

<比較例4>
1M水酸化ナトリウム水溶液123g、N,N‐ジメチル‐3,5‐ジメチルピペリジニウムハイドロキサイド水溶液(21.8質量%)32.9gを順に、水8.2gに溶解しY型ゼオライトCBV720(SiO2/Al23比 30、ZEOLYST社製)1
4.4gを加えて、30分間撹拌した。さらに、コロイダルシリカSI−30(SiO2
30質量%、Na 0.3質量%、日揮触媒化成社製)14.8gを加え、ゲル状反応液とし、2時間撹拌した。前記混合物を1000mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、150rpmで撹拌しながら、135℃で7日間、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させた。
生成物のXRDパターンから、得られた生成物はAEI型ゼオライトであることを確認した。蛍光X線分析より、SiO/Al比は18であった。また、走査型電子顕微鏡より、平均粒子径は800nmであった。
得られたAEI型ゼオライトを、実施例6と同様の方法と条件で、焼成及び水蒸気処理を行った。これを触媒として、実施例6と同様の方法と条件で、エチレンを原料として、
プロピレン及び直鎖ブテン(低級オレフィン)の合成反応を行った。分析の結果、プロピレン及び直鎖ブテンの合計の選択率が70%以上であり、かつ直鎖ブテン/プロピレンが最大となった0.83時間後の反応成績を表1に示した。
<Comparative example 4>
123 g of 1M aqueous sodium hydroxide solution and 32.9 g of N, N-dimethyl-3,5-dimethylpiperidinium hydroxide aqueous solution (21.8% by mass) were sequentially dissolved in 8.2 g of water to obtain Y-type zeolite CBV720 ( (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio 30, manufactured by ZEOLYST) 1
4.4 g was added and stirred for 30 minutes. Furthermore, colloidal silica SI-30 (SiO 2
14.8 g (30% by mass, 0.3% by mass of Na, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) was added to obtain a gel reaction solution, and the mixture was stirred for 2 hours. The mixture was charged in a 1000 ml autoclave and subjected to a hydrothermal synthesis reaction at 135 ° C. for 7 days while stirring at 150 rpm under an autogenous pressure. The obtained product was filtered, washed with water, and dried at 100 ° C.
From the XRD pattern of the product, it was confirmed that the obtained product was an AEI zeolite. From the X-ray fluorescence analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 18. Moreover, the average particle diameter was 800 nm from the scanning electron microscope.
The obtained AEI zeolite was calcined and steamed under the same method and conditions as in Example 6. Using this as a catalyst, with the same method and conditions as in Example 6, using ethylene as a raw material,
A synthesis reaction of propylene and linear butene (lower olefin) was performed. As a result of analysis, Table 1 shows the reaction results 0.83 hours after the total selectivity of propylene and linear butene was 70% or more and linear butene / propylene reached the maximum.

実施例6では、平均粒子径110nmのAEI型ゼオライトを用いた場合、プロピレン選択率は49.4%、直鎖ブテン選択率は32.1%、パラフィン選択率(C1〜C4)は6.1%であった。一方、比較例4では、平均粒子径800nmのAEI型ゼオライトを用いた場合、プロピレン選択率49.5%、直鎖ブテン選択率29.6%、パラフィン選択率(C1〜C4)は10.2%であった。
これより、プロピレン及び直鎖ブテンの製造において、微結晶AEI型ゼオライトを触媒として用いることで、パラフィン生成及び、それに伴うコーク蓄積が抑制され、直鎖ブテン選択率が向上することが分かった。これは、平均粒子径が小さいAEI型ゼオライト触媒では、結晶内における炭化水素成分の拡散性が向上したことで、分子径の大きい直鎖ブテンが生成し易くなり、同時にコーキングが抑制されたためと考えられる。
In Example 6, when an AEI zeolite having an average particle diameter of 110 nm was used, the propylene selectivity was 49.4%, the linear butene selectivity was 32.1%, and the paraffin selectivity (C1 to C4) was 6.1. %Met. On the other hand, in Comparative Example 4, when AEI zeolite having an average particle diameter of 800 nm was used, the propylene selectivity was 49.5%, the linear butene selectivity was 29.6%, and the paraffin selectivity (C1 to C4) was 10.2. %Met.
From this, it was found that, in the production of propylene and linear butene, by using microcrystalline AEI zeolite as a catalyst, paraffin formation and accompanying coke accumulation are suppressed, and linear butene selectivity is improved. This is thought to be because, in the AEI zeolite catalyst with a small average particle size, diffusibility of the hydrocarbon component in the crystal was improved, so that linear butene with a large molecular size was easily generated and coking was suppressed at the same time. It is done.

本発明の平均粒子径が400nm未満の微結晶AEI型ゼオライトは、有機化合物からの低級オレフィン製造反応等の触媒反応に利用することができ、コーキング劣化の少ない、高活性かつ高選択率、及び触媒寿命に優れた触媒として利用することができる。   The microcrystalline AEI zeolite having an average particle size of less than 400 nm of the present invention can be used for catalytic reactions such as lower olefin production reactions from organic compounds, and has high activity and high selectivity with little coking deterioration, and catalyst It can be used as a catalyst with excellent life.

Claims (12)

ケイ素と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種のヘテロ金属元素を含むゼオライトであって、その構造がInternational Zeolite
Association(IZA)で規定されるコードでAEIであり、かつ平均粒子径が400
nm未満であることを特徴とするAEI型ゼオライト。
A zeolite containing silicon and at least one heterometallic element selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, the structure of which is International Zeolite
The code defined by Association (IZA) is AEI, and the average particle size is 400
An AEI zeolite characterized by being less than nm.
前記ヘテロ金属元素として少なくともアルミニウムを含むことを特徴とする請求項1に記載のAEI型ゼオライト。   The AEI zeolite according to claim 1, wherein the heterometallic element contains at least aluminum. 前記平均粒子径が300nm未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載のAEI型ゼオライト。   The AEI zeolite according to claim 1 or 2, wherein the average particle diameter is less than 300 nm. シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物に四級アンモニウム塩を添加して水熱合成反応をさせる水熱合成工程を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。   A mixture containing a silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, and water is heated. It has a hydrothermal synthesis process which adds a quaternary ammonium salt to the pretreatment process and the mixture obtained by the said pretreatment process, and makes a hydrothermal synthesis reaction, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. A method for producing the AEI zeolite according to Item. シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物を加熱する前処理工程、及び前記前処理工程により得られた混合物を水熱合成反応させる水熱合成工程を含み、前記前処理工程の温度が前記水熱合成工程の温度より10℃以上低いことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。   A silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt, and water And a hydrothermal synthesis step in which the mixture obtained by the pretreatment step is subjected to a hydrothermal synthesis reaction, and the temperature of the pretreatment step is 10 ° C. than the temperature of the hydrothermal synthesis step. The method for producing an AEI zeolite according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is low. シリカ源と、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むヘテロ金属元素源と、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源と、四級アンモニウム塩及び水を含む混合物に、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径500nm未満のゼオライトからなる種結晶を当該混合物中のシリカの重量に対して0.1質量%以上添加して水熱合成反応をさせる工程を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。   A silica source, a heterometallic element source containing at least one selected from the group consisting of aluminum, gallium, boron, and iron, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt, and water Hydrothermal synthesis reaction by adding 0.1% by mass or more of seed crystals composed of zeolite containing no organic structure-directing agent or / and having an average particle diameter of less than 500 nm to the mixture containing The method for producing an AEI zeolite according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of: 前記ヘテロ金属元素源が、アルミニウムを含むFAU型ゼオライトを含むことを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。   The method for producing an AEI zeolite according to any one of claims 4 to 6, wherein the heterometallic element source contains FAU-type zeolite containing aluminum. シリカ源、水酸化アルミニウム、アルカリ金属元素源及び/またはアルカリ土類金属元素源、四級アンモニウム塩、有機構造規定剤を含まない又は/及び平均粒子径が500nm未満のゼオライトからなる種結晶、及び水を含む混合物を水熱合成反応させる工程を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。   A silica source, an aluminum hydroxide, an alkali metal element source and / or an alkaline earth metal element source, a quaternary ammonium salt, a seed crystal not containing an organic structure directing agent or / and having an average particle size of less than 500 nm, and The method for producing an AEI zeolite according to any one of claims 1 to 3, further comprising a hydrothermal synthesis reaction of a mixture containing water. 前記種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及び/または8員環を有するゼオ
ライトであることを特徴とする請求項6又は8に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
The method for producing an AEI zeolite according to claim 6 or 8, wherein the seed crystal is a zeolite having a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as a secondary building unit.
前記ヘテロ金属元素源が、アルミニウムを含むFAU型ゼオライトを含み、且つ前記種結晶がSecondary Building Unitとして6員環及び/または8員環を有するゼオライトで
あることを特徴とする請求項6に記載のAEI型ゼオライトの製造方法。
The hetero metal element source includes a FAU type zeolite containing aluminum, and the seed crystal is a zeolite having a 6-membered ring and / or an 8-membered ring as a secondary building unit. A method for producing AEI zeolite.
有機化合物原料を、請求項1〜3のいずれか1項に記載のAEI型ゼオライトに接触さ
せて、低級オレフィンを製造する方法。
A method for producing a lower olefin by bringing an organic compound raw material into contact with the AEI zeolite according to any one of claims 1 to 3.
前記有機化合物原料がエチレンであり、前記低級オレフィンがプロピレン及び直鎖ブテンであることを特徴とする請求項11に記載の低級オレフィンを製造する方法。   The method for producing a lower olefin according to claim 11, wherein the organic compound raw material is ethylene, and the lower olefin is propylene and linear butene.
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