JP2018039010A - Manufacturing method of hydrocarbon - Google Patents

Manufacturing method of hydrocarbon Download PDF

Info

Publication number
JP2018039010A
JP2018039010A JP2017196429A JP2017196429A JP2018039010A JP 2018039010 A JP2018039010 A JP 2018039010A JP 2017196429 A JP2017196429 A JP 2017196429A JP 2017196429 A JP2017196429 A JP 2017196429A JP 2018039010 A JP2018039010 A JP 2018039010A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrocarbon
reaction
catalyst
unsaturated hydrocarbon
preferable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017196429A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6496796B2 (en
Inventor
西村 直之
Naoyuki Nishimura
直之 西村
大西 一広
Kazuhiro Onishi
一広 大西
東條 正弘
Masahiro Tojo
正弘 東條
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Publication of JP2018039010A publication Critical patent/JP2018039010A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6496796B2 publication Critical patent/JP6496796B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of hydrocarbon using saturated hydrocarbon as a raw material without needs for high temperature for proceeding a reaction compared to a reaction accompanying hydrogen molecule generation in a condensation reaction of saturated hydrocarbon accompanying generation of a compound with high atom efficiency and/or high value as a chemical compared to generation of water, having reduced by-products such as oxide of ethylene, CO or COthan in unsaturated hydrocarbon manufacturing using saturated hydrocarbon and oxygen as raw materials and without needs for severe concentration control of introduction raw materials for safety.SOLUTION: There is provided a manufacturing method of hydrocarbon including a process X for reacting a mixed gas containing saturated hydrocarbon a having molar fraction of 0.05 to 0.999 and 1 to 6 carbon atoms and unsaturated hydrocarbon x having molar fraction of 0.001 to 0.95 and 2 to 12 carbon atoms in a presence of a catalyst to manufacture hydrocarbon b having a carbon skeleton equal to a carbon skeleton of the unsaturated hydrocarbon x.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭化水素の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing hydrocarbons.

近年、石油の価格高騰や枯渇が懸念されるために、石油に代わる炭素化合物を原料とした化学製品の製造方法の開発が求められている。特に、石油に代わる化学品製造のための原料の候補としては、天然ガスやシェールガスに多く含まれるメタンが注目されている。
従来、メタンを原料とし、エチレンや、芳香族化合物などの、より高付加価値な化学品である炭化水素の製造方法が検討されてきた。
In recent years, there is a concern about the price increase and depletion of petroleum, and therefore development of a method for producing chemical products using carbon compounds as a raw material instead of petroleum is required. In particular, methane, which is abundant in natural gas and shale gas, has attracted attention as a candidate for a raw material for producing chemicals that replaces petroleum.
Conventionally, methods for producing hydrocarbons, which are chemicals with higher added value, such as ethylene and aromatic compounds, using methane as a raw material have been studied.

メタンから不飽和炭化水素を製造する技術の一つとして、水素分子の生成を伴うメタンの縮合による、ベンゼンなどの芳香族化合物の合成反応が知られている(特許文献1参照)。   As one of the techniques for producing unsaturated hydrocarbons from methane, a synthesis reaction of aromatic compounds such as benzene by condensation of methane accompanied by generation of hydrogen molecules is known (see Patent Document 1).

また、メタンの酸化カップリング反応による、炭素数2以上の炭化水素の製造方法が知られている(特許文献2参照)。   In addition, a method for producing a hydrocarbon having 2 or more carbon atoms by an oxidative coupling reaction of methane is known (see Patent Document 2).

特開2001−334152号公報JP 2001-334152 A 特開2011−32257号公報JP 2011-32257 A

しかしながら、特許文献1に記載されている、メタンからの不飽和炭化水素の合成方法は、大きな吸熱反応であるため熱力学的制約が大きく、高収率を得るためには750℃程度の高温条件が望ましい。この高温条件では、過剰な脱水素による炭素化合物が副生物として生成される。   However, the method for synthesizing unsaturated hydrocarbons from methane described in Patent Document 1 is a large endothermic reaction, so there are large thermodynamic restrictions, and a high temperature condition of about 750 ° C. is required to obtain a high yield. Is desirable. Under this high temperature condition, carbon compounds due to excessive dehydrogenation are produced as by-products.

特許文献2には、メタンと酸素を反応させることによりエチレンと水を製造することが記載されている。メタンの縮合により生じる水素を酸素と反応させて水としているが、原子効率や、生成物の化学品としての価値の観点から、水素は、炭化水素などに付加させる、または水素分子として得ることが望ましい。また、生成物のエチレンは、原料として導入する酸素と反応して、エチレンの酸化物、COやCO等を副生する可能性がある。さらに、メタンは可燃性ガスであるため、酸素との反応による爆発を防ぐために、原料のメタンと酸素について厳しい濃度制御が必要となる。 Patent Document 2 describes that ethylene and water are produced by reacting methane and oxygen. Hydrogen produced by the condensation of methane is reacted with oxygen to form water. From the viewpoint of atomic efficiency and the value of the product as a chemical, hydrogen can be added to a hydrocarbon or obtained as a hydrogen molecule. desirable. Further, the product ethylene may react with oxygen introduced as a raw material to produce ethylene oxide, CO, CO 2 and the like as by-products. Furthermore, since methane is a flammable gas, strict concentration control is required for methane and oxygen as raw materials in order to prevent explosion due to reaction with oxygen.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、本発明の目的は、水の生成に比べ、原子効率が高い、および/または化学品としての価値の高い化合物の生成を伴う、飽和炭化水素の縮合反応において、水素分子生成を伴う反応に比べ、反応を進行させるための高温を必要とせず、かつ、飽和炭化水素と酸素とを原料とした不飽和炭化水素製造よりも、エチレンの酸化物、COやCO等の副生物が低減され、安全のための厳密な導入原料の濃度制御を必要としない、飽和炭化水素を原料とする炭化水素の製造方法を提供することである。 The present invention has been devised in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to produce a compound having higher atomic efficiency and / or higher chemical value than water production. Compared to the reaction involving the generation of hydrogen molecules in the condensation reaction of saturated hydrocarbons, which does not require a high temperature for the reaction to proceed, and from the production of unsaturated hydrocarbons using saturated hydrocarbons and oxygen as raw materials The present invention also provides a method for producing hydrocarbons using saturated hydrocarbons as raw materials in which ethylene oxide, by-products such as CO and CO 2 are reduced, and strict control of the concentration of the introduced raw materials is not required for safety. That is.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、生成物に対し、再利用性の高い原料を特定量含む混合気体を反応させることで、本発明を完成するに至ったものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention by reacting a product with a mixed gas containing a specific amount of a highly recyclable raw material. is there.

すなわち、本発明は下記の通りのものである。
[1]
モル分率が0.05以上、0.999以下である、炭素数が1〜6の飽和炭化水素aと、
モル分率が0.001以上、0.95以下である、炭素数が2〜12の不飽和炭化水素xと、を含む混合ガスを、触媒存在下で反応させ、
炭素骨格が前記不飽和炭化水素xの炭素骨格と等しい炭素骨格を有する炭化水素b、を少なくとも製造する工程Xを少なくとも含む、炭化水素の製造方法。
[2]
前記炭化水素bの炭素間の結合の不飽和度が不飽和炭化水素xよりも低い、[1]に記載の炭化水素の製造方法。
[3]
前記飽和炭化水素aがメタンまたはエタンである、[1]または[2]に記載の炭化水素の製造方法。
[4]
前記不飽和炭化水素xがアルケンである、[1]〜[3]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[5]
前記アルケンの炭素間の不飽和結合が一つである、[4]に記載の炭化水素の製造方法。
[6]
前記アルケンがエチレンであり、前記炭化水素bがエタンである、[5]に記載の炭化水素の製造方法。
[7]
前記アルケンがブテンであり、前記炭化水素bがブタンである、[5]に記載の炭化水素の製造方法。
[8]
前記アルケンの炭素間の不飽和結合が複数である、[4]に記載の炭化水素の製造方法。
[9]
前記アルケンがブタジエンであり、前記炭化水素bがブタンまたはブテンである、[8]に記載の炭化水素の製造方法。
[10]
前記不飽和炭化水素xがアルキンである、[1]〜[3]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[11]
前記アルキンがアセチレンであり、前記炭化水素bがエタンまたはエチレンである、[10]に記載の炭化水素の製造方法。
[12]
前記不飽和炭化水素xが芳香環を有する炭化水素である、[1]〜[3]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[13]
前記芳香環を有する炭化水素がベンゼンであり、前記炭化水素bがシクロヘキサンまたはシクロヘキセンまたはシクロヘキサジエンである、[12]に記載の炭化水素の製造方法。
[14]
前記芳香環を有する炭化水素がトルエンであり、前記炭化水素bがメチルシクロヘキサンまたはメチルシクロヘキセンまたはメチルシクロヘキサジエンである、[13]に記載の炭化水素の製造方法。
[15]
前記工程Xにおける反応温度が、30℃以上、440℃以下である、[1]〜[14]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[16]
前記工程Xにおける反応圧力が、大気圧以上、50MPa以下である、[1]〜[15]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[17]
前記触媒が不均一系触媒である、[1]〜[16]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[18]
前記工程Xにおいて、導入する飽和炭化水素aのモル分率が、0.1以上、0.95以下である、[1]〜[17]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[19]
前記工程Xにおいて、導入する不飽和炭化水素xのモル分率が、0.05以上、0.90以下である、[1]〜[18]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[20]
前記工程Xにおいて、導入する飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの比(不飽和炭化水素x/飽和炭化水素a)が、0.001以上、10以下である、[1]〜[19]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[21]
前記工程Xにおいて水素を導入する、[1]〜[20]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[22]
前記工程Xにおいて導入する水素が、前記飽和炭化水素aと前記不飽和炭化水素xの和に対しモル比で100以下である、[21]に記載の炭化水素の製造方法。
[23]
前記工程Xにおいて、導入する飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの混合ガスに、
モル分率が0.0001以上、0.5以下である水素を含み、
前記不飽和炭化水素xの炭素数をmとした場合、炭素数が2m以上、8m以下である不飽和炭化水素yを製造する、[1]〜[22]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[24]
前記工程Xは、前記飽和炭化水素aと、前記不飽和炭化水素xとを含む第1の気体を、3秒以上、10分以下の導入時間で、触媒が存在する反応系内に導入することにより炭化水素bを得る工程A、および、
モル分率が0.02以上、1以下の水素を含む第2の気体を、1秒以上、5分以下の導入時間で、前記反応系内に導入する工程B、を備える、[1]〜[23]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[25]
前記工程Aの後であり、かつ、前記工程Bの前に、不活性ガスを含む第3の気体を、1秒以上、90秒以下の導入時間で、前記反応系内に導入する工程αをさらに備え、
前記第3の気体は、不活性ガスのモル分率が0.01以上、1以下であり、かつ、不飽和炭化水素xのモル分率が、前記第1の気体中の不飽和炭化水素xのモル分率よりも0.01以上小さい、[24]に記載の炭化水素の製造方法。
[26]
前記工程αにおいて、前記第3の気体の導入時間が、5秒以上、70秒以下である、[25]に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
[27]
前記工程Bの後に、不活性ガスを含む第4の気体を、1秒以上、90秒以下の導入時間で、前記反応系内に導入する工程βをさらに備え、
前記第4の気体は、不活性ガスのモル分率が0.01以上、1以下であり、かつ、不飽和炭化水素xのモル分率が、前記第1の気体中の不飽和炭化水素xのモル分率よりも0.01以上小さい、[24]〜[26]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[28]
前記工程βにおいて、前記第4の気体の導入時間が、5秒以上、70秒以下である、[27]に記載の炭化水素の製造方法。
[29]
前記工程Aにおいて、前記第1の気体の導入時間が、3秒以上、60秒以下である、[24]〜[28]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[30]
前記工程Bにおいて、前記第2の気体の導入時間が、3秒以上、30秒以下である、[24]〜[29]のいずれかに記載の不飽和炭化水素の製造方法。
[31]
前記工程Aの後に工程Bを行い、かつ、工程Aおよび工程Bをそれぞれ2回以上繰り返す、[24]〜[30]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[32]
Al以外の第4族〜第13族元素の群からなる元素のうち少なくとも一つを含み、Si/Alモル比が1以上、1000以下であるゼオライトから構成される、飽和炭化水素生成触媒。
[33]
前記飽和炭化水素生成触媒を用いて生成される飽和炭化水素の炭素数が2以上、6以下である、[32]に記載の飽和炭化水素生成触媒。
[34]
前記飽和炭化水素生成触媒を用いて生成される飽和炭化水素の炭素数が2である、[32]または[33]に記載の飽和炭化水素生成触媒。
[35]
前記ゼオライトがMFI型である、[32]〜[34]のいずれかに記載の飽和炭化水素生成触媒。
[36]
前記ゼオライトに含まれる、Al以外の第4族〜第13族元素の群からなる元素が0.01wt%以上、50wt%以下である、[32]〜[35]のいずれかに記載の飽和炭化水素生成触媒。
[37]
前記ゼオライトが、第8族〜第10族元素の少なくともいずれかを含む、[32]〜[36]のいずれかに記載の飽和炭化水素生成触媒。
[38]
前記ゼオライトが、Pt、またはNiの少なくともいずれかを含む、[32]〜[37]のいずれかに記載の飽和炭化水素生成触媒。
[39]
前記工程Xにおいて用いる前記触媒が[32]〜[38]のいずれかに記載の触媒である、[1]〜[31]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[40]
さらに、前記炭化水素bから前記不飽和炭化水素xを製造する工程Yを少なくとも備える、[1]〜[31]、および[39]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[41]
前記工程Yの反応温度が、300℃以上、1300℃以下である、[40]に記載の炭化水素の製造方法。
[42]
前記工程Yにて、触媒を用いない、[40]または[41]に記載の炭化水素の製造方法。
[43]
前記工程Yで製造した混合気体の少なくとも一部を、前記工程Xにおける原料として用いる、[40]〜[42]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[44]
前記工程Yで製造した前記不飽和炭化水素xの少なくとも一部を、前記工程Xにおける不飽和炭化水素xとして用いる、[43]に記載の炭化水素の製造方法。
[45]
前記工程Yで製造した水素の少なくとも一部を、前記工程Xにおける前記水素として用いる、[43]または[44]に記載の炭化水素の製造方法。
[46]
前記工程Yで製造した混合気体に含まれる成分の組成を変更せずに、直接、前記工程Xにおける原料の混合気体として用いる、[43]〜[45]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[47]
前記工程Xの後に前記工程Yを行う工程を少なくとも備える、[40]〜[46]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[48]
前記工程Yの後に前記工程Xを行う工程を少なくとも備える、[40]〜[47]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[49]
前記工程Xの後に、前記工程Yを行い、この工程Yで生成した不飽和炭化水素x、および/または水素の少なくとも一部を、前記工程Xの前記不飽和炭化水素x、および/または前記水素として用いる工程を、2回以上繰り返す工程を含む、[40]〜[48]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
[50]
前記繰り返す工程において、最初に行う工程Xの原料気体に含まれる水素のモル分率が0.0001未満である、[49]に記載の炭化水素の製造方法。
[51]
前記繰り返す工程において、最初に行う工程Xの原料気体に含まれる水素のモル分率が0.0001以上である、[49]に記載の炭化水素の製造方法。
[52]
前記繰り返す工程において、1回目以降の工程Xの原料気体に含まれる水素のモル分率が0.0001以上である、[49]〜[51]のいずれかに記載の炭化水素の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A saturated hydrocarbon a having a mole fraction of 0.05 or more and 0.999 or less and having 1 to 6 carbon atoms;
A mixed gas containing an unsaturated hydrocarbon x having 2 to 12 carbon atoms and having a molar fraction of 0.001 or more and 0.95 or less, in the presence of a catalyst,
A method for producing a hydrocarbon, comprising at least a step X of producing at least a hydrocarbon b having a carbon skeleton having a carbon skeleton equal to that of the unsaturated hydrocarbon x.
[2]
The method for producing a hydrocarbon according to [1], wherein the degree of unsaturation of carbon-carbon bonds in the hydrocarbon b is lower than that of the unsaturated hydrocarbon x.
[3]
The method for producing a hydrocarbon according to [1] or [2], wherein the saturated hydrocarbon a is methane or ethane.
[4]
The method for producing a hydrocarbon according to any one of [1] to [3], wherein the unsaturated hydrocarbon x is an alkene.
[5]
The method for producing a hydrocarbon according to [4], wherein the alkene has one unsaturated bond between carbons.
[6]
The method for producing a hydrocarbon according to [5], wherein the alkene is ethylene and the hydrocarbon b is ethane.
[7]
The method for producing a hydrocarbon according to [5], wherein the alkene is butene and the hydrocarbon b is butane.
[8]
The method for producing a hydrocarbon according to [4], wherein the alkene has a plurality of unsaturated bonds between carbons.
[9]
The method for producing a hydrocarbon according to [8], wherein the alkene is butadiene and the hydrocarbon b is butane or butene.
[10]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [3], wherein the unsaturated hydrocarbon x is alkyne.
[11]
The method for producing a hydrocarbon according to [10], wherein the alkyne is acetylene and the hydrocarbon b is ethane or ethylene.
[12]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [3], wherein the unsaturated hydrocarbon x is a hydrocarbon having an aromatic ring.
[13]
The hydrocarbon production method according to [12], wherein the hydrocarbon having an aromatic ring is benzene, and the hydrocarbon b is cyclohexane, cyclohexene, or cyclohexadiene.
[14]
The method for producing hydrocarbons according to [13], wherein the hydrocarbon having an aromatic ring is toluene, and the hydrocarbon b is methylcyclohexane, methylcyclohexene, or methylcyclohexadiene.
[15]
The method for producing a hydrocarbon according to any one of [1] to [14], wherein the reaction temperature in the step X is 30 ° C. or higher and 440 ° C. or lower.
[16]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [15], wherein the reaction pressure in the step X is not less than atmospheric pressure and not more than 50 MPa.
[17]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [16], wherein the catalyst is a heterogeneous catalyst.
[18]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [17], wherein in step X, the molar fraction of the saturated hydrocarbon a to be introduced is 0.1 or more and 0.95 or less.
[19]
The process for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [18], wherein in step X, the molar fraction of unsaturated hydrocarbon x to be introduced is 0.05 or more and 0.90 or less.
[20]
In the step X, the ratio of the saturated hydrocarbon a to the unsaturated hydrocarbon x to be introduced (unsaturated hydrocarbon x / saturated hydrocarbon a) is 0.001 or more and 10 or less, [1] to [19] The method for producing a hydrocarbon according to any one of the above.
[21]
The method for producing a hydrocarbon according to any one of [1] to [20], wherein hydrogen is introduced in the step X.
[22]
The method for producing a hydrocarbon according to [21], wherein the hydrogen introduced in the step X is 100 or less in molar ratio with respect to the sum of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x.
[23]
In the step X, the mixed gas of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x to be introduced is
Including hydrogen having a molar fraction of 0.0001 or more and 0.5 or less,
When the number of carbon atoms of the unsaturated hydrocarbon x is m, the hydrocarbon of any one of [1] to [22], which produces an unsaturated hydrocarbon y having a carbon number of 2 m or more and 8 m or less. Production method.
[24]
In the step X, the first gas containing the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x is introduced into the reaction system in which the catalyst exists in an introduction time of 3 seconds or more and 10 minutes or less. Step A to obtain hydrocarbon b by
Step B, in which a second gas containing hydrogen having a molar fraction of 0.02 or more and 1 or less is introduced into the reaction system at an introduction time of 1 second or more and 5 minutes or less, [1] to [23] The process for producing a hydrocarbon according to any one of [23].
[25]
After step A and before step B, a step α for introducing a third gas containing an inert gas into the reaction system with an introduction time of 1 second or more and 90 seconds or less. In addition,
The third gas has an inert gas molar fraction of 0.01 or more and 1 or less, and an unsaturated hydrocarbon x molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x in the first gas. The method for producing hydrocarbons according to [24], which is smaller than the molar fraction of 0.01 by 0.01 or more.
[26]
The method for producing an unsaturated hydrocarbon according to [25], wherein in the step α, the introduction time of the third gas is 5 seconds or more and 70 seconds or less.
[27]
After the step B, further comprising a step β of introducing a fourth gas containing an inert gas into the reaction system with an introduction time of 1 second or more and 90 seconds or less,
The fourth gas has an inert gas molar fraction of 0.01 or more and 1 or less, and an unsaturated hydrocarbon x molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x in the first gas. The method for producing hydrocarbons according to any one of [24] to [26], which is 0.01 or more smaller than the molar fraction of.
[28]
The method for producing hydrocarbons according to [27], wherein in the step β, the introduction time of the fourth gas is 5 seconds or longer and 70 seconds or shorter.
[29]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [24] to [28], wherein in the step A, the introduction time of the first gas is 3 seconds or more and 60 seconds or less.
[30]
The method for producing an unsaturated hydrocarbon according to any one of [24] to [29], wherein in the step B, the introduction time of the second gas is 3 seconds or longer and 30 seconds or shorter.
[31]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [24] to [30], wherein Step B is performed after Step A, and Step A and Step B are each repeated twice or more.
[32]
A saturated hydrocarbon production catalyst comprising at least one element selected from Group 4 to Group 13 elements other than Al and comprising zeolite having a Si / Al molar ratio of 1 or more and 1000 or less.
[33]
The saturated hydrocarbon production catalyst according to [32], wherein the saturated hydrocarbon produced using the saturated hydrocarbon production catalyst has 2 to 6 carbon atoms.
[34]
The saturated hydrocarbon production catalyst according to [32] or [33], wherein the saturated hydrocarbon produced using the saturated hydrocarbon production catalyst has 2 carbon atoms.
[35]
The saturated hydrocarbon production catalyst according to any one of [32] to [34], wherein the zeolite is of MFI type.
[36]
The saturated carbonization according to any one of [32] to [35], wherein an element consisting of a group of Group 4 to Group 13 elements other than Al contained in the zeolite is 0.01 wt% or more and 50 wt% or less. Hydrogen production catalyst.
[37]
The saturated hydrocarbon production catalyst according to any one of [32] to [36], wherein the zeolite contains at least one of Group 8 to Group 10 elements.
[38]
The saturated hydrocarbon production catalyst according to any of [32] to [37], wherein the zeolite contains at least one of Pt and Ni.
[39]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [1] to [31], wherein the catalyst used in the step X is the catalyst according to any one of [32] to [38].
[40]
Furthermore, the manufacturing method of the hydrocarbon in any one of [1]-[31] and [39] provided with the process Y which manufactures the said unsaturated hydrocarbon x from the said hydrocarbon b at least.
[41]
The method for producing a hydrocarbon according to [40], wherein the reaction temperature in the step Y is 300 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.
[42]
The method for producing hydrocarbon according to [40] or [41], wherein no catalyst is used in the step Y.
[43]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [40] to [42], wherein at least a part of the mixed gas produced in the step Y is used as a raw material in the step X.
[44]
The method for producing hydrocarbons according to [43], wherein at least a part of the unsaturated hydrocarbon x produced in the step Y is used as the unsaturated hydrocarbon x in the step X.
[45]
The method for producing a hydrocarbon according to [43] or [44], wherein at least a part of the hydrogen produced in the step Y is used as the hydrogen in the step X.
[46]
The hydrocarbon production according to any of [43] to [45], which is directly used as a mixed gas of the raw material in the step X without changing the composition of the component contained in the mixed gas produced in the step Y. Method.
[47]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [40] to [46], comprising at least a step of performing the step Y after the step X.
[48]
The method for producing hydrocarbons according to any one of [40] to [47], comprising at least a step of performing the step X after the step Y.
[49]
After the step X, the step Y is performed, and at least a part of the unsaturated hydrocarbon x and / or hydrogen produced in the step Y is used as the unsaturated hydrocarbon x and / or the hydrogen of the step X. The method for producing hydrocarbons according to any one of [40] to [48], comprising a step of repeating the step used as 2 or more times.
[50]
In the repeating step, the hydrocarbon production method according to [49], wherein a molar fraction of hydrogen contained in the raw material gas of Step X that is performed first is less than 0.0001.
[51]
In the repeating step, the hydrocarbon production method according to [49], wherein a molar fraction of hydrogen contained in the raw material gas in the first step X is 0.0001 or more.
[52]
In the repeating step, the hydrocarbon production method according to any one of [49] to [51], wherein a molar fraction of hydrogen contained in the raw material gas in the first and subsequent steps X is 0.0001 or more.

本発明によれば、生成物に対し、再利用性の高い原料を特定量含む混合気体を反応させることで、飽和炭化水素の縮合反応において、水素分子生成を伴う反応に比べ、反応を進行させるための高温を必要とせず、かつ、飽和炭化水素と酸素とを原料とした炭化水素製造よりも、炭素酸化物や、COやCO等の副生物が低減され、安全のための厳密な導入原料の濃度制御を必要としない、炭化水素の製造方法、を提供できる。 According to the present invention, by reacting a mixed gas containing a specific amount of a highly recyclable raw material with a product, the reaction proceeds in a saturated hydrocarbon condensation reaction as compared with a reaction involving hydrogen molecule generation. In addition to the production of hydrocarbons using saturated hydrocarbons and oxygen as raw materials, carbon oxides, CO and CO 2 and other byproducts are reduced, and strict introduction for safety is required. It is possible to provide a hydrocarbon production method that does not require the concentration control of the raw material.

以下、本発明を実施するための形態を詳細に述べる。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本実施形態は、
モル分率が0.05以上、0.999以下である、炭素数が1〜6の飽和炭化水素aと、 モル分率が0.001以上、0.95以下である、炭素数が2〜12の不飽和炭化水素xと、を含む混合ガスを、触媒存在下で反応させ、炭素骨格が不飽和炭化水素xと等しい炭化水素b、を少なくとも製造する工程Xを少なくとも含む、炭化水素の製造方法、である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range of the summary, various deformation | transformation can be implemented.
This embodiment
A saturated hydrocarbon a having 1 to 6 carbon atoms having a mole fraction of 0.05 or more and 0.999 or less; and a carbon number of 2 to 2 having a mole fraction of 0.001 or more and 0.95 or less. Production of a hydrocarbon comprising at least a step X in which a mixed gas containing 12 unsaturated hydrocarbons x is reacted in the presence of a catalyst to produce at least a hydrocarbon b having a carbon skeleton equal to the unsaturated hydrocarbon x. Method.

本実施形態により、生成物である炭化水素bに対し、再利用性の高い原料である不飽和炭化水素xを特定量含む混合ガスを反応させることで、飽和炭化水素の縮合反応において、水素分子の生成を伴う反応に比べ、反応を進行させるための高温を必要とせず、かつ、飽和炭化水素と酸素とを原料とした炭化水素製造よりも、炭素酸化物や、COやCO等の副生物が低減され、安全のための厳密な導入原料の濃度制御を必要としない、炭化水素の製造方法、を提供することができる。 According to this embodiment, by reacting a mixed gas containing a specific amount of unsaturated hydrocarbon x, which is a highly recyclable raw material, with hydrocarbon b, which is a product, in the condensation reaction of saturated hydrocarbons, hydrogen molecules Compared to the reaction involving the production of carbon, it does not require a high temperature for the reaction to proceed, and carbon dioxide, CO, CO 2, and the like are produced in comparison with hydrocarbon production using saturated hydrocarbons and oxygen as raw materials. It is possible to provide a method for producing hydrocarbons in which living organisms are reduced and strict control of the concentration of introduced raw materials is not required for safety.

工程Xにより得られた生成物である炭化水素bは、それ自身が原料である飽和炭化水素aより工業的に有用であるだけでなく、例えば、後に詳述する工程Y(炭化水素bから不飽和炭化水素xを製造する工程)のように、別の工程において、炭化水素bよりもさらに工業的に有用な化合物を生成する原料となり得る。   The hydrocarbon b which is the product obtained by the process X is not only industrially useful than the saturated hydrocarbon a which is a raw material, but also, for example, the process Y (detailed below from the hydrocarbon b). As in the process of producing saturated hydrocarbon x, it can be a raw material for producing a more industrially useful compound than hydrocarbon b in another process.

例えば、工程Xにて、メタン(飽和炭化水素a)とエチレン(不飽和炭化水素x)からエタン(炭化水素b)を製造し、工程Yにて、このエタン(炭化水素b)からエチレン(不飽和炭化水素x)と水素分子を製造することができる。より具体的には、工程Xにて、飽和炭化水素aとしてメタン2分子と、不飽和炭化水素xとしてエチレン1分子とを反応させ、2分子のエタン(炭化水素b)を製造する(式1)。そして、工程Yにて、この2分子のエタン(炭化水素b)を2分子のエチレン(不飽和炭化水素x)と2分子の水素とする(式2を2当量としたとき)。このとき、この2分子のエチレンのうち、1分子のエチレンを工程Xの原料とすることができ、その際の総反応は、2分子のメタンから1分子のエチレンと2分子の水素を製造することになる(式3)。よって、工程Xで生成するエタン(炭化水素b)は、再利用性が高い観点からも有用である。
2CH + C → 2C (式1)
→ C + H (式2)
2CH → C + 2H (式3)
For example, in step X, ethane (hydrocarbon b) is produced from methane (saturated hydrocarbon a) and ethylene (unsaturated hydrocarbon x), and in step Y, ethane (hydrocarbon b) is ethylene (unsaturated). Saturated hydrocarbons x) and hydrogen molecules can be produced. More specifically, in Step X, two molecules of methane (hydrocarbon b) are produced by reacting two molecules of methane as the saturated hydrocarbon a and one molecule of ethylene as the unsaturated hydrocarbon x (formula 1). ). In Step Y, these two molecules of ethane (hydrocarbon b) are converted into two molecules of ethylene (unsaturated hydrocarbon x) and two molecules of hydrogen (when formula 2 is 2 equivalents). At this time, out of the two molecules of ethylene, one molecule of ethylene can be used as the raw material of the process X, and the total reaction at that time produces one molecule of ethylene and two molecules of hydrogen from two molecules of methane. (Equation 3) Therefore, the ethane (hydrocarbon b) produced in the step X is also useful from the viewpoint of high reusability.
2CH 4 + C 2 H 4 → 2C 2 H 6 (Formula 1)
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2 (Formula 2)
2CH 4 → C 2 H 4 + 2H 2 (Formula 3)

メタンの縮合により直接エチレンを製造する反応(式3)において、標準自由エネルギー変化ΔGは、ΔG=170kJ/molであり、標準エントロピー変化ΔS=108J K−1 mol−1である。式3の反応を複数の工程に分割する場合には、1工程での吸熱量がより小さいことが望ましく、かつ各工程の標準エントロピー変化がより大きいことが、高温反応で大きな収率が得易くなる観点から望ましい。本発明の工程Xにて、例えばメタンとエチレンからエタンを製造する反応(式1)と、工程Yにてエタンの脱水素によるエチレンを製造する反応(式2)とは、それぞれΔG=−32kJ/mol、ΔG=101kJ/molであり、それぞれの工程における吸熱量は上述の式3の反応における吸熱量より低い。また、特に、式2の反応においてはΔS=120J K−1 mol−1であるため、メタンの縮合により直接エチレンを製造する反応のものよりも大きい。このため、メタンからのエチレン製造(式3)を、各工程にて、より熱力学的制約の少ない2段階の反応に分割することができる。 In the reaction for directly producing ethylene by condensation of methane (Equation 3), the standard free energy change ΔG 0 is ΔG 0 = 170 kJ / mol and the standard entropy change ΔS 0 = 108 J K −1 mol −1 . When the reaction of Formula 3 is divided into a plurality of steps, it is desirable that the endothermic amount in one step is small, and that the standard entropy change in each step is large, it is easy to obtain a large yield in a high temperature reaction. It is desirable from the viewpoint. In step X of the present invention, for example, a reaction for producing ethane from methane and ethylene (formula 1) and a reaction for producing ethylene by dehydrogenation of ethane in step Y (formula 2) are respectively ΔG 0 = − 32 kJ / mol, ΔG 0 = 101 kJ / mol, and the endothermic amount in each step is lower than the endothermic amount in the reaction of Formula 3 described above. In particular, in the reaction of Formula 2, ΔS 0 = 120 J K −1 mol −1, which is larger than that of the reaction in which ethylene is directly produced by condensation of methane. For this reason, ethylene production from methane (Formula 3) can be divided into two-stage reactions with less thermodynamic restrictions in each step.

特に、メタンから直接エタンを製造する反応(式4、ΔG=69kJ/mol、ΔS=−12J K−1 mol−1)は、吸熱反応であり、かつ、標準エントロピー変化が負であるために、高温条件にしても平衡条件では高収率を得ることは難しく、熱力学的な制約が大きい。これに対し、式1のエチレンを水素受容体として用いた、メタンとエチレンからエタンを製造する反応は発熱反応となるため、熱力学的に有利にエタンを製造することができる観点からも有用な反応である。
2CH → C + H (式4)
In particular, the reaction for directly producing ethane from methane (formula 4, ΔG 0 = 69 kJ / mol, ΔS 0 = −12J K −1 mol −1 ) is an endothermic reaction and the standard entropy change is negative. Moreover, it is difficult to obtain a high yield under equilibrium conditions even under high temperature conditions, and there are significant thermodynamic restrictions. On the other hand, since the reaction of producing ethane from methane and ethylene using ethylene of formula 1 as a hydrogen acceptor is an exothermic reaction, it is useful from the viewpoint that ethane can be advantageously produced thermodynamically. It is a reaction.
2CH 4 → C 2 H 6 + H 2 (Formula 4)

工程Xでは、不飽和炭化水素xを縮合して、より炭素数の大きな不飽和炭化水素yなどを製造することもできる。より炭素数の大きな不飽和炭化水素yは、不飽和炭化水素xに比べ、より高付加価値な化学品となりうる観点から、この不飽和炭化水素y製造は有用である。さらに、飽和炭化水素aを原料とし、工程X、および工程Yを経て製造した、不飽和炭化水素xを縮合して、より炭素数の大きな不飽和炭化水素yなどを製造することができる。例えば、前記(式1)かつ(式2)、または(式3)など、より具体的には、工程Xおよび工程Yを経由して、メタンを原料として製造したエチレンについて、最初または2回目以降の工程Xにて、このエチレン縮合によって、ブテン(式5)や、それ以上の炭素数の高級不飽和炭化水素を製造することができる。この際、総反応として、メタンからのブテン製造(式6、2当量の式3と式5の和)などの、メタンを原料とした、高級不飽和炭化水素を製造することができる。なお、例えばエチレンの縮合による、1−ブテンの合成反応(式5)は、ΔG=−65kJ/molの発熱反応であるため、メタンとエチレンからのエタン製造(式1)およびエタンの脱水素によるエチレン製造(式2)と組み合わせることで、大きな吸熱反応であり熱力学的制約の大きな、メタンからの1−ブテン製造(式6、ΔG=275kJ/mol)を、より熱力学的制約の少ない、3段階の反応(式1、2当量の式2、式5)に分割することができる。
2C → C (式5)
4CH → C + 4H (式6)
In the step X, the unsaturated hydrocarbon x can be condensed to produce an unsaturated hydrocarbon y having a larger carbon number. The unsaturated hydrocarbon y production is useful from the viewpoint that the unsaturated hydrocarbon y having a larger number of carbon atoms can be a chemical with a higher added value than the unsaturated hydrocarbon x. Furthermore, the unsaturated hydrocarbon x produced using the saturated hydrocarbon a as a raw material through the steps X and Y can be condensed to produce an unsaturated hydrocarbon y having a larger carbon number. For example, for the ethylene produced using methane as a raw material through the step X and the step Y, such as the above (formula 1) and (formula 2), or (formula 3), etc. In step X, butene (formula 5) and higher unsaturated hydrocarbons having more carbon atoms can be produced by this ethylene condensation. In this case, as the total reaction, higher unsaturated hydrocarbons using methane as a raw material, such as butene production from methane (Formula 6, the sum of Formula 3 and Formula 5), can be produced. Note that, for example, the synthesis reaction of 1-butene by the condensation of ethylene (Formula 5) is an exothermic reaction of ΔG 0 = −65 kJ / mol. Therefore, ethane production from methane and ethylene (Formula 1) and ethane dehydrogenation are performed. In combination with ethylene production by (Formula 2), 1-butene production from methane (Formula 6, ΔG 0 = 275 kJ / mol), which has a large endothermic reaction and large thermodynamic constraints, is more thermodynamically constrained. The reaction can be divided into a few three-stage reactions (Formula 1, 2 equivalents of Formula 2, Formula 5).
2C 2 H 4 → C 4 H 8 (Formula 5)
4CH 4 → C 4 H 8 + 4H 2 (Formula 6)

本実施形態において、例えば、飽和炭化水素aをメタンよりも炭素数の大きい飽和炭化水素とし、かつ、不飽和炭化水素xをエチレンよりも炭素数の大きい不飽和炭化水素とすることができる。具体的には、飽和炭化水素aをエタン、不飽和炭化水素xをブテン、炭化水素bをブタンとしたとき、工程Xにて2分子のエタン(飽和炭化水素a)と、1分子のブテン(不飽和炭化水素x)から、2分子のブタン(炭化水素b)を製造し(式7)、工程Yにて、工程Xで製造したブタン(炭化水素b)を脱水素することによりブテン(不飽和炭化水素x)を製造する(式8)。そして、工程Yで製造した2分子のブテン(不飽和炭化水素x)のうち1分子のブテンを、工程Xの原料とすることで、総反応として、エタンからのブテンと水素分子の製造(式9)とすることができる。つまり、飽和炭化水素aをメタンよりも炭素数の大きい飽和炭化水素とし、かつ、不飽和炭化水素xをエチレンよりも炭素数の大きい不飽和炭化水素にした場合にも、エタンからの脱水素を伴うブテンの製造を、熱力学的により容易な2工程に分割することができる。
2C + C → 2C10 (式7)
10 → C + H (式8)
2C → C + 2H (式9)
In the present embodiment, for example, the saturated hydrocarbon a can be a saturated hydrocarbon having a larger carbon number than methane, and the unsaturated hydrocarbon x can be an unsaturated hydrocarbon having a larger carbon number than ethylene. Specifically, when saturated hydrocarbon a is ethane, unsaturated hydrocarbon x is butene, and hydrocarbon b is butane, two molecules of ethane (saturated hydrocarbon a) and one molecule of butene ( 2 molecules of butane (hydrocarbon b) is produced from unsaturated hydrocarbon x) (formula 7), and in step Y, butane (hydrocarbon b) produced in step X is dehydrogenated to produce butene (unsaturated). Saturated hydrocarbon x) is produced (Equation 8). Then, one molecule of butene (unsaturated hydrocarbon x) produced in the process Y is used as the raw material of the process X, and as a total reaction, the production of butene and hydrogen molecules from ethane (formula) 9). That is, even when the saturated hydrocarbon a is a saturated hydrocarbon having a carbon number larger than that of methane and the unsaturated hydrocarbon x is an unsaturated hydrocarbon having a carbon number larger than that of ethylene, dehydrogenation from ethane is also performed. The accompanying butene production can be divided into two more thermodynamically easier steps.
2C 2 H 6 + C 4 H 8 → 2C 4 H 10 (Formula 7)
C 4 H 10 → C 4 H 8 + H 2 (Formula 8)
2C 2 H 6 → C 4 H 8 + 2H 2 (Formula 9)

本実施形態において、例えば、不飽和炭化水素xをアルキンとし、かつ、炭化水素bをアルケンとすることができる。具体的には、飽和炭化水素aをメタン、不飽和炭化水素xをアセチレン、炭化水素bをエチレンとしたとき、工程Xにて2分子のメタン(飽和炭化水素a)と、1分子のアセチレン(不飽和炭化水素x)から、1分子のエチレン(炭化水素b)とエタンを製造し(式10)、工程Yにて、工程Xで製造したエチレン(炭化水素b)を脱水素することでアセチレン(不飽和炭化水素x)を製造する(式11)。そして、この工程Yで製造したアセチレン(不飽和炭化水素x)を、工程Xの原料とすることで、総反応として、メタンからのエタンと水素分子の製造(式4)とすることができる。また、炭化水素bをエタンとしたとき、工程Yにて、工程Xにて製造したエタンを脱水素し、アセチレンとする(式12)ことで、総反応として、メタンからのエチレンと水素分子の製造(式3)とすることができる。つまり、不飽和炭化水素xをアルキンにした場合にも、メタンからの脱水素を伴う、エタンまたはエチレン製造を、熱力学的により容易な2工程に分割することができる。
2CH + C → C + C(式10)
→ C + H(式11)
→ C + 2H(式12)
In the present embodiment, for example, the unsaturated hydrocarbon x can be an alkyne and the hydrocarbon b can be an alkene. Specifically, when the saturated hydrocarbon a is methane, the unsaturated hydrocarbon x is acetylene, and the hydrocarbon b is ethylene, two molecules of methane (saturated hydrocarbon a) and one molecule of acetylene ( A molecule of ethylene (hydrocarbon b) and ethane are produced from unsaturated hydrocarbon x) (Equation 10), and in step Y, ethylene (hydrocarbon b) produced in step X is dehydrogenated to produce acetylene. (Unsaturated hydrocarbon x) is produced (Formula 11). Then, by using the acetylene (unsaturated hydrocarbon x) produced in this step Y as the raw material of the step X, ethane and hydrogen molecules can be produced from methane (Formula 4) as a total reaction. Also, when hydrocarbon b is ethane, the ethane produced in step X is dehydrogenated in step Y to form acetylene (formula 12), so that the total reaction of ethylene and hydrogen molecules from methane Production (Formula 3) can be used. That is, even when the unsaturated hydrocarbon x is alkyne, ethane or ethylene production accompanied by dehydrogenation from methane can be divided into two steps that are thermodynamically easier.
2CH 4 + C 2 H 2 → C 2 H 6 + C 2 H 4 (Formula 10)
C 2 H 4 → C 2 H 2 + H 2 (Formula 11)
C 2 H 6 → C 2 H 2 + 2H 2 (Formula 12)

本実施形態において、例えば、不飽和炭化水素xを、炭素間に複数の不飽和結合を有する炭化水素とすることができる。具体的には、飽和炭化水素aをエタン、不飽和炭化水素xをブタジエン、炭化水素bをブテンとしたとき、工程Xにて2分子のエタン(飽和炭化水素a)と、1分子のブタジエン(不飽和炭化水素x)から、1分子のブテン(炭化水素b)と1分子のブタンを製造し(式13)、工程Yにて、工程Xで製造したブテン(炭化水素b)を脱水素することでブタジエン(不飽和炭化水素x)を製造する(式14)。そして、この工程Yで製造したブタジエン(不飽和炭化水素x)を、工程Xの原料とすることで、総反応として、エタンからのブタン製造(式15)とすることができる。炭化水素bをブタンとしたとき、工程Yにて、工程Xにて製造したブタンを脱水素し、ブタジエンとする(式16)ことで、総反応として、エタンからのブテンと水素分子の製造(式17)とすることができる。つまり、不飽和炭化水素xをアルキンにした場合にも、エタンからの脱水素を伴うブテンまたはブタジエンの製造を、熱力学的により容易な2工程に分割することができる。
2C + C → C10 + C(式13)
→ C + H(式14)
2C → C10 + H(式15)
10 → C + 2H(式16)
2C → C + 2H(式17)
In the present embodiment, for example, the unsaturated hydrocarbon x can be a hydrocarbon having a plurality of unsaturated bonds between carbons. Specifically, when the saturated hydrocarbon a is ethane, the unsaturated hydrocarbon x is butadiene, and the hydrocarbon b is butene, two molecules of ethane (saturated hydrocarbon a) and one molecule of butadiene ( One molecule of butene (hydrocarbon b) and one molecule of butane are produced from the unsaturated hydrocarbon x) (formula 13), and in step Y, the butene produced in step X (hydrocarbon b) is dehydrogenated. Thus, butadiene (unsaturated hydrocarbon x) is produced (Formula 14). Then, by using the butadiene (unsaturated hydrocarbon x) produced in Step Y as the raw material of Step X, butane production from ethane (Formula 15) can be performed as a total reaction. When the hydrocarbon b is butane, the butane produced in the process X is dehydrogenated in the process Y to form butadiene (Formula 16), thereby producing butene and hydrogen molecules from ethane as a total reaction ( Equation 17) can be obtained. That is, even when the unsaturated hydrocarbon x is alkyne, the production of butene or butadiene accompanied by dehydrogenation from ethane can be divided into two steps that are easier to thermodynamically.
2C 2 H 6 + C 4 H 6 → C 4 H 10 + C 4 H 8 (Formula 13)
C 4 H 8 → C 4 H 6 + H 2 (Formula 14)
2C 2 H 6 → C 4 H 10 + H 2 (Formula 15)
C 4 H 10 → C 4 H 6 + 2H 2 (Formula 16)
2C 2 H 6 → C 4 H 8 + 2H 2 (Formula 17)

本実施形態において、例えば、不飽和炭化水素xを、芳香環を有する炭化水素とすることができる。具体的には、不飽和炭化水素xをトルエンやベンゼン、炭化水素bをメチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキセン、メチルシクロヘキサジエンや、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエンとすることができる。特に、トルエン、ベンゼンなどは水素貯蔵材料として用いられるため、水素受容能に優れ、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサンなどはこれらの水素ハイドライドとして用いられるために、脱水素能に優れる。特に、トルエンやベンゼンからの水素受容、メチルシクロヘキサンとシクロヘキサンからの脱水素の反応エネルギー差が比較的小さいために、工程Yにおける脱水素反応が比較的小さなエネルギーで進行できる。この観点から、不飽和炭化水素xをトルエンまたはベンゼン、かつ炭化水素bをメチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキセン、メチルシクロヘキサジエン、またはシクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、とする製造方法が好ましく、人体への安全性に比較的優れる観点から、不飽和炭化水素xをトルエン、かつ炭化水素bをメチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキセン、メチルシクロヘキサジエンとする製造方法がより好ましい。   In the present embodiment, for example, the unsaturated hydrocarbon x can be a hydrocarbon having an aromatic ring. Specifically, the unsaturated hydrocarbon x can be toluene or benzene, and the hydrocarbon b can be methylcyclohexane, methylcyclohexene, methylcyclohexadiene, cyclohexane, cyclohexene, or cyclohexadiene. In particular, since toluene, benzene, and the like are used as hydrogen storage materials, they have excellent hydrogen accepting ability, and methylcyclohexane, cyclohexane, and the like are used as hydrogen hydrides thereof, and thus have excellent dehydrogenating ability. In particular, since the reaction energy difference between hydrogen acceptance from toluene and benzene and dehydrogenation from methylcyclohexane and cyclohexane is relatively small, the dehydrogenation reaction in step Y can proceed with relatively small energy. From this viewpoint, a production method in which the unsaturated hydrocarbon x is toluene or benzene and the hydrocarbon b is methylcyclohexane, methylcyclohexene, methylcyclohexadiene, or cyclohexane, cyclohexene, cyclohexadiene is preferable. From a comparatively excellent viewpoint, a production method in which the unsaturated hydrocarbon x is toluene and the hydrocarbon b is methylcyclohexane, methylcyclohexene, or methylcyclohexadiene is more preferable.

上記に本製造方法における原料の例を幾つか挙げたが、反応分割をすることで熱力学的制約を緩和する効果が大きいことや、原料が比較的多く地球上に存在する観点から、飽和炭化水素aをメタンおよび/またはエタンとし、かつ不飽和炭化水素xをエチレンおよび/またはブテンおよび/またはブタジエンとする製造方法が好ましく、原料として比較的豊富に存在する観点から、飽和炭化水素aをメタンとし、かつ不飽和炭化水素xをエチレンとする製造方法がより好ましい。また、炭素数が大きい飽和炭化水素ほど、触媒上で活性化するための活性化エネルギーが小さく、工程Xの進行が容易である観点から、飽和炭化水素aをエタンとし、かつ不飽和炭化水素xをブテンおよび/またはブタジエンとする製造方法がより好ましい。特に、工程Xにおいて、飽和結合のみを有する飽和炭化水素a同士の縮合反応は、飽和炭化水素aをメタンとする反応と同様の機構で反応が進行するために、炭素数が2以上、6以下の飽和炭化水素についても、同様に反応が進行する。   Some examples of the raw material in the present production method are given above. From the viewpoint that the effect of alleviating the thermodynamic restriction by reaction splitting is large, and from the viewpoint that relatively many raw materials exist on the earth, saturated carbonization is performed. A production method in which hydrogen a is methane and / or ethane, and unsaturated hydrocarbon x is ethylene and / or butene and / or butadiene is preferred. From the viewpoint of relatively abundant raw materials, saturated hydrocarbon a is methane. And a production method in which the unsaturated hydrocarbon x is ethylene is more preferable. Further, from the viewpoint that the saturated hydrocarbon having a larger number of carbon atoms has a smaller activation energy for activation on the catalyst and facilitates the progress of the step X, the saturated hydrocarbon a is ethane, and the unsaturated hydrocarbon x More preferred is a production method in which is a butene and / or butadiene. In particular, in the process X, the condensation reaction between saturated hydrocarbons a having only a saturated bond proceeds by the same mechanism as the reaction using saturated hydrocarbons a as methane, so that the carbon number is 2 or more and 6 or less. The reaction proceeds similarly for the saturated hydrocarbons.

(飽和炭化水素a)
飽和炭化水素aは、工程Xにて生成する炭化水素bの原料となる。飽和炭化水素aが縮合する反応機構の一つに、飽和炭化水素aが触媒に吸着することで、脱水素した炭化水素活性種と、解離水素および/または水素分子を生成する。そして、2つ以上の炭化水素活性種が縮合して、炭化水素bおよび/または不飽和炭化水素yを生成することが考えられる。
飽和炭化水素aの炭素数は、1以上、6以下である。飽和炭化水素aは、天然ガスなどの成分である観点や、触媒上で活性化の際、炭素数が少ないほど触媒上での炭化水素吸着のための立体障害が小さくなる観点から、飽和炭化水素aの炭素数は、好ましくは1以上、4以下であり、より好ましくは1以上、3以下であり、さらに好ましくは1以上、2以下であり、最も好ましくは1である。
(Saturated hydrocarbon a)
The saturated hydrocarbon a becomes a raw material for the hydrocarbon b produced in the step X. One of the reaction mechanisms in which the saturated hydrocarbon a condenses is that the saturated hydrocarbon a is adsorbed on the catalyst, thereby generating dehydrogenated active hydrocarbon species and dissociated hydrogen and / or hydrogen molecules. It is conceivable that two or more hydrocarbon active species are condensed to produce hydrocarbon b and / or unsaturated hydrocarbon y.
The carbon number of the saturated hydrocarbon a is 1 or more and 6 or less. The saturated hydrocarbon a is a saturated hydrocarbon from the viewpoint of being a component such as natural gas or from the viewpoint of reducing the steric hindrance for hydrocarbon adsorption on the catalyst as the number of carbons is reduced when activated on the catalyst. The carbon number of a is preferably 1 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less, still more preferably 1 or more and 2 or less, and most preferably 1.

このような飽和炭化水素aとして、具体的には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン及びこれらの異性体などが挙げられる。前述したように触媒への吸着時の立体障害を低減する観点から、飽和炭化水素aは、メタン、エタン、プロパン、ノルマルブタン、イソブタンであることが好ましく、メタン、エタン、プロパンがより好ましく、メタン、エタンがより好ましく、メタンが最も好ましい。
飽和炭化水素aは同一種類のものが単独で用いられてもよいし、または、異なる複数種類のものを混合して用いられてもよい。飽和炭化水素aが、異なる複数種類のものを混合して用いられる場合、例えば、天然ガスやシェールガスを原料ガスとして利用する際には、この主な成分を原料とすることが好ましい観点から、飽和炭化水素aをメタンおよびエタンとすることが好ましい。
Specific examples of such saturated hydrocarbons a include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, and isomers thereof. As described above, from the viewpoint of reducing steric hindrance during adsorption onto the catalyst, the saturated hydrocarbon a is preferably methane, ethane, propane, normal butane, and isobutane, more preferably methane, ethane, and propane, and methane. Ethane is more preferred and methane is most preferred.
As the saturated hydrocarbon a, the same type may be used alone, or a plurality of different types may be mixed and used. When the saturated hydrocarbon a is used by mixing a plurality of different types, for example, when using natural gas or shale gas as a raw material gas, it is preferable to use this main component as a raw material, The saturated hydrocarbon a is preferably methane and ethane.

(不飽和炭化水素x)
不飽和炭化水素xは、不飽和炭化水素yの原料となる。また、工程Xにて水素付加することなどで生成する飽和炭化水素bの原料とすることができる。工程Xで反応する不飽和炭化水素xは、分子状態で反応する、または、触媒上に吸着するなどして反応することができる。
本発明において、不飽和炭化水素xの炭素数は、2以上、12以下である。触媒上で活性化する際に、炭素数が少ないほど、触媒上での炭化水素吸着のための立体障害が小さくなる観点から、不飽和炭化水素xの炭素数は、好ましくは2以上、8以下であり、より好ましくは2以上、6以下であり、さらに好ましくは2以上、4以下であり、最も好ましくは2である。
(Unsaturated hydrocarbon x)
The unsaturated hydrocarbon x is a raw material for the unsaturated hydrocarbon y. Moreover, it can be used as the raw material of the saturated hydrocarbon b produced | generated by hydrogenating at the process X etc. The unsaturated hydrocarbon x that reacts in the step X can react in a molecular state or by being adsorbed on a catalyst.
In the present invention, the unsaturated hydrocarbon x has 2 or more and 12 or less carbon atoms. When activated on the catalyst, the carbon number of the unsaturated hydrocarbon x is preferably 2 or more and 8 or less from the viewpoint that the smaller the number of carbons, the smaller the steric hindrance for hydrocarbon adsorption on the catalyst. More preferably, it is 2 or more and 6 or less, More preferably, it is 2 or more and 4 or less, Most preferably, it is 2.

本実施形態の不飽和炭化水素xとしては、アルケン、アルキン、芳香環を有する炭化水素が挙げられる。触媒への吸着が容易である観点から、アルケン、アルキンが好ましく、工程Yでの脱水素が容易である観点から、アルケンが最も好ましい。
本実施形態の不飽和炭化水素xとして、より具体的には、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、アセチレン、プロピン、ブチン、ブタジエン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン及びこれらの異性体などが挙げられる。触媒への吸着時の立体障害を低減する観点から、不飽和炭化水素xは、エチレン、アセチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、ブタジエンであることが好ましく、より好ましくは、エチレン、アセチレン、プロピレン、プロピン、最も好ましくはエチレン、アセチレンである。
Examples of the unsaturated hydrocarbon x in the present embodiment include alkenes, alkynes, and hydrocarbons having an aromatic ring. Alkenes and alkynes are preferable from the viewpoint of easy adsorption to the catalyst, and alkenes are most preferable from the viewpoint of easy dehydrogenation in Step Y.
More specifically, the unsaturated hydrocarbon x of the present embodiment is ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, heptene, octene, acetylene, propyne, butyne, butadiene, benzene, toluene, xylene, naphthalene and isomers thereof. Examples include the body. From the viewpoint of reducing steric hindrance during adsorption to the catalyst, the unsaturated hydrocarbon x is preferably ethylene, acetylene, propylene, 1-butene, 2-butene, or butadiene, and more preferably ethylene, acetylene, Propylene, propyne, most preferably ethylene and acetylene.

(炭化水素b)
工程Xにて生成される、炭化水素bの炭素数は、原料に用いる不飽和炭化水素xと炭素骨格が等しい、飽和炭化水素、または不飽和炭化水素である。反応制御に有利である観点から、炭化水素bは飽和炭化水素であることが好ましい。
(Hydrocarbon b)
The number of carbon atoms of the hydrocarbon b produced in the step X is a saturated hydrocarbon or an unsaturated hydrocarbon having the same carbon skeleton as the unsaturated hydrocarbon x used as a raw material. From the viewpoint of advantageous reaction control, the hydrocarbon b is preferably a saturated hydrocarbon.

炭化水素bの生成について、飽和炭化水素aの縮合、および不飽和炭化水素xへの解離水素および/または水素分子による水素付加などが挙げられる。不飽和炭化水素xへの水素付加には、より具体的には、飽和炭化水素aから脱水素した解離水素、または水素分子が不飽和炭化水素xに付加することで、飽和炭化水素bが生成する機構が考えられる。   Examples of the production of the hydrocarbon b include condensation of the saturated hydrocarbon a and hydrogen addition by dissociated hydrogen and / or hydrogen molecules to the unsaturated hydrocarbon x. More specifically, the hydrogen addition to the unsaturated hydrocarbon x is a dissociated hydrogen dehydrogenated from the saturated hydrocarbon a, or a hydrogen molecule is added to the unsaturated hydrocarbon x to produce a saturated hydrocarbon b. A mechanism is considered.

本願における炭素骨格とは、炭素鎖の構造のことであり、炭素骨格が等しくとも、炭素間結合の不飽和度は異なってもよい。また、本願における炭素間結合の不飽和度とは、前記炭素骨格中の炭素間結合における不飽和結合の不飽和度の和であり、例えば、エタンなどの飽和炭化水素は0、エチレンやブテンなどは1、アセチレンやブタジエンなどは2である。不飽和炭化水素xを飽和炭化水素aの水素アクセプターとできる観点から、炭化水素b炭素間結合の不飽和度が不飽和炭化水素xよりも低いことが好ましい。   The carbon skeleton in the present application refers to a carbon chain structure, and even if the carbon skeleton is equal, the degree of unsaturation of the carbon-carbon bond may be different. Further, the unsaturation degree of the carbon bond in the present application is the sum of the unsaturation degree of the unsaturated bond in the carbon bond in the carbon skeleton. For example, the saturated hydrocarbon such as ethane is 0, ethylene, butene, etc. Is 1, and acetylene, butadiene and the like are 2. From the viewpoint that the unsaturated hydrocarbon x can be a hydrogen acceptor of the saturated hydrocarbon a, the degree of unsaturation of the hydrocarbon-b intercarbon bond is preferably lower than that of the unsaturated hydrocarbon x.

飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとを原料として生成し、二量化が触媒上での活性種の衝突確率から容易である観点や、不飽和炭化水素xへの水素付加により生成することが好ましい観点から、炭化水素bの炭素数は、好ましくは2以上、12以下であり、より好ましくは、2以上、8以下であり、さらに好ましくは2以上、4以下であり、最も好ましくは2である。   Saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x are generated as raw materials, and dimerization is easy from the collision probability of active species on the catalyst, or can be generated by hydrogen addition to unsaturated hydrocarbon x. From a preferable viewpoint, the carbon number of the hydrocarbon b is preferably 2 or more and 12 or less, more preferably 2 or more and 8 or less, still more preferably 2 or more and 4 or less, and most preferably 2. is there.

本実施形態の炭化水素bとして、具体的には、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、ブタジエン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、デカリン及びこれらの異性体などが挙げられる。飽和炭化水素aを原料とし縮合して生成し、二量化が触媒上での活性種の衝突確率から容易である観点、不飽和炭化水素xへの水素付加により生成する観点、および、触媒への吸着時の立体障害を低減する観点から、炭化水素bは、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、およびこれらの異性体であることが好ましく、エタン、プロパン、ノルマルブタン、イソブタンがより好ましく、エタンが最も好ましい。   Specific examples of the hydrocarbon b of the present embodiment include ethane, ethylene, propane, butane, butadiene, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, decalin, and isomers thereof. Etc. Saturated hydrocarbon a is used as a raw material, condensed and generated, and dimerization is easy from the collision probability of active species on the catalyst, from the viewpoint of generation by hydrogen addition to unsaturated hydrocarbon x, and to the catalyst From the viewpoint of reducing steric hindrance during adsorption, the hydrocarbon b is preferably ethane, propane, butane, pentane, hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, and isomers thereof, and ethane, propane, normal butane, isobutane. Is more preferred and ethane is most preferred.

(不飽和炭化水素y)
不飽和炭化水素yは、工程Xにて、不飽和炭化水素xの縮合などによって製造することができる。不飽和炭化水素yの炭素数は、不飽和炭化水素xの炭素数をmとしたとき、2m以上、8m以下である。縮合する不飽和炭化水素xの数が多いほど、発熱量が大きくなり、飽和炭化水素aの縮合反応などに反応熱を供給できる観点から、3m以上が好ましく、4m以上がより好ましい。また、不飽和炭化水素の衝突確率の観点から、6m以下が好ましく、4m以下がより好ましい。
(Unsaturated hydrocarbon y)
The unsaturated hydrocarbon y can be produced by condensation of the unsaturated hydrocarbon x in the step X. The carbon number of the unsaturated hydrocarbon y is 2 m or more and 8 m or less, where m is the carbon number of the unsaturated hydrocarbon x. The greater the number of unsaturated hydrocarbons x to be condensed, the greater the amount of heat generated, and from the viewpoint of supplying reaction heat to the condensation reaction of the saturated hydrocarbon a, it is preferably 3 m or more, and more preferably 4 m or more. Moreover, from a viewpoint of the collision probability of unsaturated hydrocarbon, 6 m or less is preferable and 4 m or less is more preferable.

不飽和炭化水素yは、アルケン、アルキン、または芳香族であることが好ましく、より好ましくは、アルケン、アルキン、さらに好ましくは、アルケンである。また、不飽和炭化水素yの炭素鎖は、直鎖、または分岐鎖を有する不飽和炭化水素が好ましく、直鎖を有する不飽和炭化水素であることがより好ましく、直鎖のみからなる不飽和炭化水素がさらに好ましい。
本実施形態の不飽和炭化水素yとして、より具体的には、ブテン、ヘキセン、オクテン、アセチレン、ブチン、ブタジエン、ベンゼン、ナフタレン及びこれらの異性体などが挙げられる。触媒への吸着時の立体障害を低減する観点から、不飽和炭化水素yは、1−ブテン、ヘキセン、オクテン、2−ブテン、ブタジエンであることが好ましく、より好ましくは、1−ブテン、オクテン、2−ブテン最も好ましくは1−ブテンである。
The unsaturated hydrocarbon y is preferably alkene, alkyne, or aromatic, more preferably alkene, alkyne, more preferably alkene. The carbon chain of the unsaturated hydrocarbon y is preferably a straight chain or branched chain unsaturated hydrocarbon, more preferably a straight chain unsaturated hydrocarbon, and only a straight chain unsaturated hydrocarbon. More preferred is hydrogen.
More specifically, the unsaturated hydrocarbon y of the present embodiment includes butene, hexene, octene, acetylene, butyne, butadiene, benzene, naphthalene, and isomers thereof. From the viewpoint of reducing steric hindrance during adsorption to the catalyst, the unsaturated hydrocarbon y is preferably 1-butene, hexene, octene, 2-butene, butadiene, more preferably 1-butene, octene, 2-butene is most preferably 1-butene.

(混合ガス)
本実施形態の混合ガスは、飽和炭化水素aと、不飽和炭化水素xを、少なくとも含む。混合ガスにおいて、前述のように、飽和炭化水素aのモル分率が0.05以上、0.999以下であり、不飽和炭化水素xのモル分率が0.001以上、0.95以下である。
(Mixed gas)
The mixed gas of the present embodiment includes at least a saturated hydrocarbon a and an unsaturated hydrocarbon x. In the mixed gas, as described above, the mole fraction of the saturated hydrocarbon a is 0.05 or more and 0.999 or less, and the mole fraction of the unsaturated hydrocarbon x is 0.001 or more and 0.95 or less. is there.

飽和炭化水素aを効率的に触媒によって活性化させる観点から、飽和炭化水素aのモル分率は、好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.3以上、最も好ましくは0.5以上である。また、導入する飽和炭化水素aの精製コストの観点から、0.940以下が好ましく、0.920以下がより好ましく、0.900以下がさらに好ましい。   From the viewpoint of efficiently activating the saturated hydrocarbon a with a catalyst, the molar fraction of the saturated hydrocarbon a is preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more, and most preferably 0.5 or more. . Further, from the viewpoint of purification cost of the saturated hydrocarbon a to be introduced, 0.940 or less is preferable, 0.920 or less is more preferable, and 0.900 or less is more preferable.

不飽和炭化水素xを効率的に触媒に吸着させる観点から、不飽和炭化水素xのモル分率は、好ましくは0.01以上、より好ましくは、0.07以上、最も好ましくは0.11以上である。また、不飽和炭化水素xによる触媒活性点の被覆を抑制する観点から、0.8以下が好ましく、0.7以下がより好ましく、0.6以下がさらに好ましく、0.5以下が最も好ましい。   From the viewpoint of efficiently adsorbing the unsaturated hydrocarbon x to the catalyst, the molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x is preferably 0.01 or more, more preferably 0.07 or more, and most preferably 0.11 or more. It is. Further, from the viewpoint of suppressing the covering of the catalyst active sites with the unsaturated hydrocarbon x, 0.8 or less is preferable, 0.7 or less is more preferable, 0.6 or less is further preferable, and 0.5 or less is most preferable.

混合ガスの飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの比(不飽和炭化水素x/飽和炭化水素a)は、0.01以上、10以下が好ましい。飽和炭化水素aを効率的に触媒によって活性化させる観点から、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの比(不飽和炭化水素x/飽和炭化水素a)は、0.005以上がより好ましく、0.01以上がさらに好ましく、0.05以上が最も好ましい。また、不飽和炭化水素xを効率的に触媒に吸着させる観点から、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの比(不飽和炭化水素x/飽和炭化水素a)は、5以下がより好ましく、1以下がさらに好ましく、0.5以下が最も好ましい。   The ratio of the saturated hydrocarbon a to the unsaturated hydrocarbon x (unsaturated hydrocarbon x / saturated hydrocarbon a) of the mixed gas is preferably 0.01 or more and 10 or less. From the viewpoint of efficiently activating the saturated hydrocarbon a with a catalyst, the ratio of the saturated hydrocarbon a to the unsaturated hydrocarbon x (unsaturated hydrocarbon x / saturated hydrocarbon a) is more preferably 0.005 or more, 0.01 or more is more preferable, and 0.05 or more is most preferable. From the viewpoint of efficiently adsorbing the unsaturated hydrocarbon x to the catalyst, the ratio of the saturated hydrocarbon a to the unsaturated hydrocarbon x (unsaturated hydrocarbon x / saturated hydrocarbon a) is more preferably 5 or less, 1 or less is more preferable, and 0.5 or less is most preferable.

本実施形態において、工程Xにおいて水素を導入、例えば原料の混合ガスとして飽和炭化水素aと不飽和炭化水素x(例えばメタンとエチレン)に加え、水素を含ませることが不飽和炭化水素yの生成活性を向上させる観点から、好ましい。工程Xにおいて水素を添加すると、生成する不飽和炭化水素yの不飽和結合が水素添加されて、飽和炭化水素となる反応が促進されることが推測されるにも関わらず、驚くべきことに、不飽和炭化水素y(例えばブテン)の生成活性が向上した。この、飽和炭化水素a由来の不飽和炭化水素yの製造は、より高付加価値な化学品を製造できる観点から有用である。発明者らは、この不飽和炭化水素yの生成向上について、特定の理論に拘束されることを欲さないが、以下の機構を推測する。   In this embodiment, hydrogen is introduced in step X, for example, in addition to saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x (for example, methane and ethylene) as a raw material mixed gas, hydrogen is included to produce unsaturated hydrocarbon y. From the viewpoint of improving the activity, it is preferable. Surprisingly, it is surmised that the addition of hydrogen in the process X is presumed that the unsaturated bond of the resulting unsaturated hydrocarbon y is hydrogenated to promote the reaction to become a saturated hydrocarbon. Production activity of unsaturated hydrocarbon y (for example, butene) was improved. The production of the unsaturated hydrocarbon y derived from the saturated hydrocarbon a is useful from the viewpoint of producing a higher value-added chemical product. The inventors do not want to be bound by a specific theory about the production improvement of the unsaturated hydrocarbon y, but presume the following mechanism.

飽和炭化水素aの縮合反応は、飽和炭化水素aと共に、不飽和炭化水素xを水素アクセプターとして導入するために、飽和炭化水素aのみを触媒に導入するときに比べ、定常状態での触媒上の水素濃度は低下してしまうことが考えられる。そのため、水素分子を含む気体を導入することによって、飽和炭化水素aのみを導入するときよりも不足すると考えられる水素を、定常的に触媒上に供給できる。これによって、炭化水素由来の炭素化合物の活性点上への析出を抑制することができたため、不飽和炭化水素xの縮合反応による不飽和炭化水素yの生成活性が向上したことが推測される。   The condensation reaction of the saturated hydrocarbon a is performed on the catalyst in a steady state as compared with the case where only the saturated hydrocarbon a is introduced into the catalyst in order to introduce the unsaturated hydrocarbon x together with the saturated hydrocarbon a as a hydrogen acceptor. It is conceivable that the hydrogen concentration decreases. For this reason, by introducing a gas containing hydrogen molecules, hydrogen that is considered to be deficient as compared with the case of introducing only saturated hydrocarbon a can be constantly supplied onto the catalyst. As a result, precipitation of hydrocarbon-derived carbon compounds on the active points could be suppressed, and it is assumed that the production activity of unsaturated hydrocarbon y by the condensation reaction of unsaturated hydrocarbon x was improved.

前記効果に加えて、不飽和炭化水素xへの水素添加反応は、大きな発熱反応である。例えば、不飽和炭化水素xがエチレンの場合(式18)、ΔG=−101kJ/molである。このため、反応時に触媒上の温度が上昇し、不飽和炭化水素xの縮合反応による不飽和炭化水素yの生成反応の反応速度が向上した効果などが推測される。同一の触媒上で、例えば、飽和炭化水素aがメタン、不飽和炭化水素xがエチレンのとき、吸熱反応である式3や式4の反応を生じる際は、それらの反応に熱量を供給し、反応を促進する効果も推測される。
+ H → C (式18)
In addition to the above effects, the hydrogenation reaction to the unsaturated hydrocarbon x is a large exothermic reaction. For example, when unsaturated hydrocarbon x is ethylene (formula 18), ΔG 0 = −101 kJ / mol. For this reason, the temperature on the catalyst rises during the reaction, and it is estimated that the reaction rate of the production reaction of the unsaturated hydrocarbon y by the condensation reaction of the unsaturated hydrocarbon x is improved. On the same catalyst, for example, when the saturated hydrocarbon a is methane and the unsaturated hydrocarbon x is ethylene, when the reaction of Formula 3 or Formula 4, which is an endothermic reaction, occurs, heat is supplied to these reactions, The effect of promoting the reaction is also speculated.
C 2 H 4 + H 2 → C 2 H 6 (Formula 18)

混合ガスに含まれる水素は、水素分子、原子状水素、水素プラズマなどが挙げられ、導入が容易な観点から、水素分子が好ましい。水素のモル分率は、不飽和炭化水素yの生成速度向上の効果を高める観点から、0.0001以上、0.5以下が好ましい。不飽和炭化水素yの生成速度向上の効果を高める観点、および、炭化水素生成活性の失活を抑制する観点から、水素のモル分率は、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005以上、さらに好ましくは0.01以上、最も好ましくは0.02以上である。また、飽和炭化水素aおよび不飽和炭化水素xの分圧を向上させる観点から、0.4以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.25以下がさらに好ましく、0.2以下が最も好ましい。   Examples of hydrogen contained in the mixed gas include hydrogen molecules, atomic hydrogen, hydrogen plasma, and the like, and hydrogen molecules are preferable from the viewpoint of easy introduction. The molar fraction of hydrogen is preferably 0.0001 or more and 0.5 or less from the viewpoint of enhancing the effect of improving the production rate of unsaturated hydrocarbon y. From the viewpoint of enhancing the effect of improving the production rate of unsaturated hydrocarbon y and suppressing the deactivation of the hydrocarbon production activity, the molar fraction of hydrogen is preferably 0.001 or more, more preferably 0.005. More preferably, it is 0.01 or more, and most preferably 0.02 or more. Further, from the viewpoint of improving the partial pressure of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x, 0.4 or less is preferable, 0.3 or less is more preferable, 0.25 or less is more preferable, and 0.2 or less is the most. preferable.

混合ガスを得る方法としては、各原料を所定量混合する方法や、比較的入手し易いメタン等を反応させることで得た気体を、直接、または分離や精製工程を経ることで得る方法等が挙げられる。例えば、後述する、工程Yにて、炭化水素bから、不飽和炭化水素x及び水素分子を生成し、この不飽和炭化水素および水素分子を、前記混合ガスの不飽和炭化水素xと水素として用いる方法が挙げられる。   As a method of obtaining a mixed gas, there are a method of mixing a predetermined amount of each raw material, a method of obtaining a gas obtained by reacting methane or the like that is relatively easily available, directly or through a separation or purification process, etc. Can be mentioned. For example, in step Y, which will be described later, unsaturated hydrocarbon x and hydrogen molecule are generated from hydrocarbon b, and this unsaturated hydrocarbon and hydrogen molecule are used as unsaturated hydrocarbon x and hydrogen of the mixed gas. A method is mentioned.

(触媒)
本発明において用いられる触媒とは、均一系触媒、不均一系触媒、均一系触媒を担体または不均一系触媒に固定したもの等を指す。触媒と生成物との分離が容易である観点から、好ましくは不均一系触媒である。不均一系触媒とは具体的には、金属触媒、金属酸化物などの金属化合物触媒、ゼオライト、金属または金属化合物を担体に担持またはイオン交換した触媒、金属錯体、活性炭などであり、好ましくは担体に金属化合物を担持した触媒が好ましい。本願におけるゼオライト触媒とは、少なくとも一部はゼオライト骨格を有する触媒のことを指す。
(catalyst)
The catalyst used in the present invention refers to a homogeneous catalyst, a heterogeneous catalyst, a catalyst in which a homogeneous catalyst is fixed to a support or a heterogeneous catalyst, and the like. From the viewpoint of easy separation of the catalyst and the product, a heterogeneous catalyst is preferable. Specifically, the heterogeneous catalyst is a metal catalyst, a metal compound catalyst such as a metal oxide, a zeolite, a catalyst in which a metal or a metal compound is supported or ion-exchanged on a support, a metal complex, activated carbon, etc., preferably a support. A catalyst having a metal compound supported thereon is preferred. The zeolite catalyst in the present application refers to a catalyst having at least a part of a zeolite skeleton.

触媒を構成する元素は、新IUPAC表記で3族から15族までの元素の少なくとも一つを含むことが好ましい。金属触媒のd軌道の電子を原料との反応に利用する際に、d電子数が多い方が反応に有利である観点から、6族から12族までが好ましく、7族から12族がより好ましく、8族から12族がさらに好ましい。d電子数の観点と金属および金属イオンの人体への毒性の観点から、8族から11族までが最も好ましい。触媒を構成する元素は、一種類または複数の元素で構成することが出来る。触媒を構成する元素は、例えば、La、Y、Sm、V、Si、Al、In、Sn、Ge、Mo、W、Cr、Ni、Pd、Pt、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Mn、Re、Cu、Ag、Auなどが挙げられる。金属触媒のd電子利用の観点から、触媒を構成する元素は、Ni、Pd、Pt、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Mn、Re、Cr、Mo、W、Cu、Ag、Auが好ましく、触媒活性の観点から、Pt、Ni、Co、Pd、Ru、Cuがより好ましく、Pt、Pd、Ni、Co、Ruがさらに好ましく、Pt、Niが最も好ましい。
金属種の化学状態としては、金属に限らず、化合物、錯体などでも構わない。吸着基質への電子供与に寄与する電荷密度が高い材料である程、不飽和炭化水素の活性化に有利である観点から、金属状態であることが好ましい。また、金属種と結合するアニオン種を活性点とできる観点、金属種の求電子性を強くできる観点から、化合物であることが好ましい。
The element constituting the catalyst preferably contains at least one element from Group 3 to Group 15 in the new IUPAC notation. When utilizing the d-orbital electrons of the metal catalyst for the reaction with the raw material, the group 6 to group 12 is preferred, and the group 7 to group 12 is more preferred from the viewpoint that the larger number of d electrons is advantageous for the reaction. 8 to 12 are more preferable. From the viewpoint of the number of d electrons and the viewpoint of toxicity of metals and metal ions to the human body, groups 8 to 11 are most preferable. The element constituting the catalyst can be composed of one or more elements. The elements constituting the catalyst are, for example, La, Y, Sm, V, Si, Al, In, Sn, Ge, Mo, W, Cr, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Fe, Ru, Os. , Mn, Re, Cu, Ag, Au and the like. From the viewpoint of the use of d electrons in the metal catalyst, the elements constituting the catalyst are Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Fe, Ru, Os, Mn, Re, Cr, Mo, W, Cu, Ag, Au From the viewpoint of catalytic activity, Pt, Ni, Co, Pd, Ru, and Cu are more preferable, Pt, Pd, Ni, Co, and Ru are more preferable, and Pt and Ni are most preferable.
The chemical state of the metal species is not limited to a metal, and may be a compound, a complex, or the like. A material having a higher charge density that contributes to donating electrons to the adsorption substrate is preferably in a metal state from the viewpoint of being advantageous for activation of the unsaturated hydrocarbon. In addition, the compound is preferably a compound from the viewpoint that an anion species bonded to the metal species can be an active point and the electrophilicity of the metal species can be enhanced.

担体に金属化合物を担持した触媒について説明する。担体としては、単一金属酸化物または単一金属酸化物に異種金属種をドープしたもの、スピネル型、ペロブスカイト型などの二種以上の金属元素からなる複合金属酸化物、ゼオライト、活性炭などを使用できる。化学的に安定である観点から、金属酸化物、ゼライトが好ましく、高比表面積化が比較的容易である観点から、ゼオライトがより好ましい。金属化合物としては、具体的には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化マグネシウムが挙げられる。   A catalyst having a metal compound supported on a carrier will be described. Uses single metal oxides or single metal oxides doped with different metal species, composite metal oxides composed of two or more metal elements such as spinel type and perovskite type, zeolite, activated carbon, etc. it can. From the viewpoint of being chemically stable, metal oxides and zelite are preferable, and from the viewpoint of relatively easily increasing the specific surface area, zeolite is more preferable. Specific examples of the metal compound include titanium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, and magnesium oxide.

触媒には助剤としてリン含有化合物、ホウ素含有化合物、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などを添加できる。   A phosphorus-containing compound, boron-containing compound, alkali metal compound, alkaline earth metal compound, or the like can be added to the catalyst as an auxiliary agent.

触媒の調製方法は、含浸法などの様な担体に金属種を担持させる方法、固相反応によるもの、フラックス法、水熱合成法、触媒の原料を含有する溶液のpHを変化させることや化合物を形成するイオンを添加することなどによって触媒またはその前駆体を析出させる共沈法や均一沈殿法、化学気相成長法、物理気相成長法などが挙げられる。   The catalyst preparation method includes a method of supporting a metal species on a support such as an impregnation method, a method using a solid phase reaction, a flux method, a hydrothermal synthesis method, changing the pH of a solution containing a catalyst raw material, or a compound Examples include a coprecipitation method, a uniform precipitation method, a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, and the like in which a catalyst or a precursor thereof is precipitated by adding ions that form a catalyst.

<ゼオライト触媒>
炭化水素bが飽和炭化水素、好ましくは、炭素数2〜6の飽和炭化水素、さらに好ましくはエタンであるとき、第4族〜第13族元素の群からなる元素のうち少なくとも一つを含み、Si/Alモル比が1以上、1000以下であるMFI型ゼオライトから構成される触媒を用いることが、飽和炭化水素生成にとりわけ高活性を示すことを見出した。発明者らは、このゼオライト触媒が優れた飽和炭化水素生成活性を示す理由について、特定の理論に拘束されることを欲しないが、以下の様な理論を考える。
<Zeolite catalyst>
When the hydrocarbon b is a saturated hydrocarbon, preferably a saturated hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms, more preferably ethane, it contains at least one element selected from the group consisting of Group 4 to Group 13 elements, It has been found that the use of a catalyst composed of MFI-type zeolite having a Si / Al molar ratio of 1 or more and 1000 or less shows particularly high activity in the production of saturated hydrocarbons. The inventors do not want to be bound by a specific theory as to why this zeolite catalyst exhibits an excellent saturated hydrocarbon production activity, but consider the following theory.

ゼオライトのSi/Alモル比が大きいほど、ゼオライト中のブレンステッド酸点の酸強度は強くなり、酸点数は減少する。今回特定のSi/Alモル比のゼオライトが優れた飽和炭化水素生成活性を示したのは、見出したSi/Alモル比のゼオライトは、偶然にも本反応に適切な酸点の酸強度と、酸点の数となったためであることが考えられる。加えて、ゼオライトに含まれる第4族〜第13族元素の一部は、ゼオライトのブレンステット酸点とイオン交換し、活性サイトを形成したことが考えられ、ゼオライトによる細孔空間での反応場と、イオン交換した金属種との相互作用などが本反応に適していたために、優れた活性を示したことが考えられる。   The larger the Si / Al molar ratio of the zeolite, the stronger the acid strength of the Bronsted acid point in the zeolite and the lower the acid point number. The zeolite with a specific Si / Al molar ratio showed excellent saturated hydrocarbon generation activity this time. The discovered Si / Al molar ratio zeolite accidentally had an acid strength at an acid point suitable for this reaction, This may be because the number of acid points has been reached. In addition, it is considered that some of the Group 4 to Group 13 elements contained in the zeolite were ion-exchanged with the Bronsted acid point of the zeolite to form an active site. The interaction with the ion-exchanged metal species was suitable for this reaction, so it is considered that the compound exhibited excellent activity.

前記ゼオライトに含まれる元素は、新IUPACの第4族〜第13族元素を含むことが好ましい。活性に優れる観点から、第8〜12族がより好ましく、第9〜11族がさらに好ましく、第10族が最も好ましい。具体的には、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、Cd、In、Snが好ましく、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、In、Snがより好ましく、Ni、Cu、Zn、Ptがさらに好ましく、Pt、Niが最も好ましい。   The elements contained in the zeolite preferably include Group 4 to Group 13 elements of the new IUPAC. From the viewpoint of excellent activity, Group 8-12 is more preferred, Group 9-11 is more preferred, and Group 10 is most preferred. Specifically, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Cd, In, Sn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, In, and Sn are more preferable, Ni, Cu, Zn, and Pt are more preferable, and Pt and Ni are the most preferable preferable.

本実施形態のゼオライト触媒に含有される、第4族〜第13族元素の含有量は、0.01wt%以上、50wt%以下が好ましい。ブレンステッド酸点を多くする観点から、30wt%以下が好ましく、15wt%以下がより好ましく、10wt%がさらに好ましい。また、第4族〜第13族元素の含有量が多いほど、単位重量当たりの活性点の増加に有利である観点、飽和炭化水素a、または不飽和炭化水素xの触媒への吸着に有利である観点から、0.05wt%以上が好ましく、0.5wt%以上がより好ましく、1wt%以上がさらに好ましい。なお、本願における触媒中の元素の含有量とは、該元素が金属状態であるとして算出される値である。   The content of Group 4 to Group 13 elements contained in the zeolite catalyst of this embodiment is preferably 0.01 wt% or more and 50 wt% or less. From the viewpoint of increasing the Bronsted acid point, 30 wt% or less is preferable, 15 wt% or less is more preferable, and 10 wt% is more preferable. In addition, the higher the content of the Group 4 to Group 13 elements, the more advantageous it is for the adsorption of the saturated hydrocarbon a or the unsaturated hydrocarbon x to the catalyst, from the viewpoint that it is advantageous for increasing the active sites per unit weight. From a certain viewpoint, 0.05 wt% or more is preferable, 0.5 wt% or more is more preferable, and 1 wt% or more is more preferable. In addition, content of the element in the catalyst in this application is a value calculated as the said element is a metal state.

前記ゼオライトは細孔構造を有することが好ましく、国際ゼオライト学会の構造コードにおいて、MFI型の構造が好ましく、ZSM−5の構造がより好ましい。Si/Al比は、通常、1以上、1000以下であることが好ましい。ブレンステッド酸点が多く活性点数増加に有利である観点から、200以下が好ましく、80以下がより好ましく、30以下がさらに好ましい。また、ブレンステッド酸点の酸強度が強い方が、イオン交換した金属種の帯電に有利である観点から、5以上が好ましく、10以上がより好ましく、15以上がさらに好ましい。   The zeolite preferably has a pore structure, and in the structure code of the International Zeolite Society, the MFI type structure is preferable, and the structure of ZSM-5 is more preferable. The Si / Al ratio is usually preferably 1 or more and 1000 or less. From the viewpoint of many Bronsted acid points and advantageous for increasing the number of active sites, 200 or less is preferable, 80 or less is more preferable, and 30 or less is more preferable. Further, from the viewpoint that the stronger acid strength at the Bronsted acid point is advantageous for charging the ion-exchanged metal species, 5 or more is preferable, 10 or more is more preferable, and 15 or more is more preferable.

本実施形態の前記ゼオライト触媒により製造する飽和炭化水素は、ゼオライトの細孔内を利用して製造できる観点から、炭素数が2以上、6以下であることが好ましい。生成した炭化水素がゼオライト細孔内での拡散に有利である観点から、前記ゼオライト触媒により製造する飽和炭化水素の炭素数が4以下であることがより好ましく、2であることがさらに好ましい。さらに、生成した炭化水素がゼオライト細孔内での拡散に有利である観点から、前記ゼオライト触媒により製造する飽和炭化水素の炭素鎖は、直鎖であることが好ましい。   The saturated hydrocarbon produced by the zeolite catalyst of the present embodiment preferably has 2 or more and 6 or less carbon atoms from the viewpoint that it can be produced using the inside of the pores of the zeolite. From the viewpoint that the generated hydrocarbon is advantageous for diffusion in the zeolite pores, the saturated hydrocarbon produced by the zeolite catalyst preferably has 4 or less carbon atoms, and more preferably 2 carbon atoms. Further, from the viewpoint that the generated hydrocarbon is advantageous for diffusion in the pores of the zeolite, the carbon chain of the saturated hydrocarbon produced by the zeolite catalyst is preferably a straight chain.

ゼオライトに4〜14族の元素を導入する調製方法としては、湿式法、固相法、化学気相法、物理気相法、などが挙げられる。簡易でゼオライトの内部まで金属種を導入し易い観点から、湿式法が好ましい。湿式法とは、例えば、4〜14族の元素を含む溶液とゼオライトとを反応させる方法であり、含浸法、イオン交換法、水熱合成法などが挙げられる。高分散に元素を導入できることや、ブレンステッド酸点のサイトに金属カチオンを導入できる観点から、イオン交換法が好ましい。   Examples of the preparation method for introducing a group 4-14 element into zeolite include a wet method, a solid phase method, a chemical vapor phase method, and a physical vapor phase method. From the viewpoint of simple and easy introduction of metal species into the zeolite, a wet method is preferable. The wet method is, for example, a method of reacting a solution containing a group 4-14 element with zeolite, and examples thereof include an impregnation method, an ion exchange method, and a hydrothermal synthesis method. The ion exchange method is preferable from the viewpoint that elements can be introduced in a highly dispersed manner and that metal cations can be introduced into the sites of Bronsted acid sites.

前記ゼオライトに4〜14族の元素を導入する調製方法について、導入する4〜14族の元素の前駆体は、金属カチオンを形成し易い観点から、金属化合物であることが好ましく、水系の湿式法に適する観点から水溶性であることが好ましい。具体的には、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物、リン酸塩が好ましく、ゼオライトへのアニオン種の残留が比較的少ない観点から、硝酸塩、硫酸塩、がより好ましい。   About the preparation method which introduce | transduces the 4-14 group element into the said zeolite, it is preferable that the precursor of the 4-14 group element to introduce | transduces from a viewpoint which is easy to form a metal cation, and is a water-system wet method. It is preferable that it is water-soluble from a viewpoint suitable for this. Specifically, nitrates, sulfates, carbonates, chlorides, and phosphates are preferable, and nitrates and sulfates are more preferable from the viewpoint of relatively little anion species remaining in the zeolite.

前記ゼオライトに第4〜14族の元素を導入の後処理として、焼成処理を施すことが好ましい。焼成雰囲気としては、金属カチオンとして第4〜14族元素を導入する観点から、酸素などの酸化性物質を含む雰囲気が好ましく、簡便さから大気中での焼成がより好ましい。焼成温度は、前駆体塩を分解させる観点から、150℃以上が好ましく、ゼオライトの分解を防ぐ観点や設備の簡便さの観点から、900℃以下が好ましい。ゼオライトの吸着水を除く観点から、250℃以上がより好ましく、350℃以上がさらに好ましい。ゼオライトの分解を防ぐ観点や設備の簡便さの観点から、750℃以下がより好ましく、650℃以下がさらに好ましい。   It is preferable to perform a calcination treatment as a post-treatment for introducing the elements of Groups 4 to 14 into the zeolite. The firing atmosphere is preferably an atmosphere containing an oxidizing substance such as oxygen from the viewpoint of introducing a Group 4-14 element as a metal cation, and is more preferably fired in the air for simplicity. The firing temperature is preferably 150 ° C. or higher from the viewpoint of decomposing the precursor salt, and 900 ° C. or lower is preferable from the viewpoint of preventing the decomposition of zeolite and the convenience of equipment. From the viewpoint of removing adsorbed water of zeolite, 250 ° C. or higher is more preferable, and 350 ° C. or higher is more preferable. From the viewpoint of preventing the decomposition of zeolite and the viewpoint of simplicity of equipment, 750 ° C. or lower is more preferable, and 650 ° C. or lower is further preferable.

前記ゼオライトの合成方法には、固相法、共沈法、水熱合成法、ゾル‐ゲル法、などが挙げられるが、比較的低温な条件で合成できる観点から、水熱合成法が好ましい。ゼオライト合成時の反応温度は、100℃以上、1150℃以下が好ましい。反応速度の観点から150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましい。装置の簡便さや、粒子の凝集を防ぐ観点から、800℃以下が好ましく、600℃以下がより好ましい。   Examples of the synthesis method of the zeolite include a solid phase method, a coprecipitation method, a hydrothermal synthesis method, a sol-gel method, and the like, but the hydrothermal synthesis method is preferable from the viewpoint of being able to synthesize at a relatively low temperature. The reaction temperature during zeolite synthesis is preferably 100 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower. 150 degreeC or more is preferable from a viewpoint of reaction rate, and 200 degreeC or more is more preferable. 800 degreeC or less is preferable and 600 degreeC or less is more preferable from a viewpoint which prevents the simplicity of an apparatus and aggregation of particle | grains.

前記ゼオライト触媒を用いて反応を行う際には、工程の簡便さ、前処理に用いる反応物のコストの観点から、還元前処理を行わないことが好ましい。   When performing the reaction using the zeolite catalyst, it is preferable not to perform the reduction pretreatment from the viewpoint of the simplicity of the process and the cost of the reactant used for the pretreatment.

後述する工程Yにて、ノルマルブタン(炭化水素b)から、1−ブテン(不飽和炭化水素x)を製造する際は、MgAlにPt種を担持した触媒を用いることが好ましい。この触媒は、MgOとAlなどを前駆体とした固相法などにより、調製することができ、担持するPt種の前駆体として塩化白金酸などを用いることができる。 When producing 1-butene (unsaturated hydrocarbon x) from normal butane (hydrocarbon b) in step Y described later, it is preferable to use a catalyst in which Pt species is supported on MgAl 2 O 4 . This catalyst can be prepared by a solid phase method using MgO, Al 2 O 3 or the like as a precursor, and chloroplatinic acid or the like can be used as a Pt-type precursor to be supported.

後述する工程Yにて、ブテンから(炭化水素b)から、ブタジエン(不飽和炭化水素x)を製造する際は、モル比Al/Cr=5程度のアルミナ―クロミアにカリウムを5wt%程度担持した触媒を用いることが好ましい。   In step Y described later, when producing butadiene (unsaturated hydrocarbon x) from butene (hydrocarbon b), about 5 wt% of potassium is supported on alumina-chromia having a molar ratio of Al / Cr = 5. It is preferable to use a catalyst.

本発明における触媒は、他の触媒と混合して利用することができる。その際、本発明にて規定する触媒に含まれる、第4族〜第14族元素の含有量とは、混合する他の触媒に含まれる、第4族〜第14族元素量を含まない。   The catalyst in the present invention can be used by mixing with other catalysts. At that time, the content of the Group 4 to Group 14 element contained in the catalyst defined in the present invention does not include the amount of the Group 4 to Group 14 element contained in the other catalyst to be mixed.

前記触媒には、助剤としてリン含有化合物、ホウ素含有化合物、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物などを添加できる。触媒を構成する元素として、一種類または複数の元素で構成することができる。   A phosphorus-containing compound, a boron-containing compound, an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, or the like can be added to the catalyst as an auxiliary agent. As an element constituting the catalyst, it can be composed of one or more elements.

前記触媒は、反応器に存在する。具体的には、触媒は、固定床、流動床、スラリー床、移動床、または疑似移動床として反応器に充填されている。反応器には一種類の触媒を充填してもよく、また、活性の異なる複数種類の触媒または不活性な無機物を混合した触媒混合物を触媒として用いてもよい。活性の異なる触媒および上記触媒混合物を反応器入口から出口に向けて段階的に設置してもよい。   The catalyst is present in the reactor. Specifically, the catalyst is packed into the reactor as a fixed bed, fluidized bed, slurry bed, moving bed, or simulated moving bed. The reactor may be filled with one type of catalyst, or a plurality of types of catalysts having different activities or a catalyst mixture in which an inert inorganic substance is mixed may be used as the catalyst. Catalysts having different activities and the catalyst mixture may be installed in stages from the reactor inlet to the outlet.

<工程X>
本実施形態の工程Xでは、飽和炭化水素aおよび不飽和炭化水素xを含む混合ガスを触媒存在下で反応させて、炭化水素bおよび/または不飽和炭化水素yを製造する。工程Xでの反応は、飽和炭化水素aの縮合や、飽和炭化水素a由来の水素、および導入水素由来の水素の、不飽和炭化水素xへの水素添加、不飽和炭化水素xの縮合などが考えられる。
<Process X>
In step X of the present embodiment, a mixed gas containing saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x is reacted in the presence of a catalyst to produce hydrocarbon b and / or unsaturated hydrocarbon y. The reaction in Step X includes condensation of saturated hydrocarbon a, hydrogenation of hydrogen derived from saturated hydrocarbon a and hydrogen derived from introduced hydrogen to unsaturated hydrocarbon x, condensation of unsaturated hydrocarbon x, and the like. Conceivable.

工程Xでは、触媒が存在する反応系に、飽和炭化水素aおよび不飽和炭化水素xを少なくとも含む混合ガスを導入し、炭化水素bおよび/または不飽和炭化水素yを製造する。
水素は、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xよりも高エネルギー物質である観点から、導入する水素量は、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの和に対し、100以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましく、1以下であることがさらに好ましい。ここで、工程Xにおける反応時に導入する水素とは、飽和炭化水素aまたは不飽和炭化水素xを反応器に最初に導入する過程以降の水素であり、それ以前に触媒前処理などのために導入する水素は含めない。
工程Xにおける反応時には、飽和炭化水素a、不飽和炭化水素x、以外の気体を導入してもよく、例えば、水蒸気、酸素、窒素やアルゴンなどの不活性ガス、等が挙げられる。中でも触媒の劣化を防ぐためや、反応系の気体の置換のために不活性ガスが好ましい。
In Step X, a mixed gas containing at least a saturated hydrocarbon a and an unsaturated hydrocarbon x is introduced into a reaction system in which a catalyst exists to produce a hydrocarbon b and / or an unsaturated hydrocarbon y.
From the viewpoint that hydrogen is a higher energy material than saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x, the amount of hydrogen to be introduced should be 100 or less with respect to the sum of saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x. Is preferably 10 or less, more preferably 1 or less. Here, the hydrogen introduced during the reaction in the step X is hydrogen after the process of first introducing the saturated hydrocarbon a or the unsaturated hydrocarbon x into the reactor, and is introduced before the catalyst pretreatment or the like before that. Do not include hydrogen.
During the reaction in the step X, a gas other than the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x may be introduced, and examples thereof include water vapor, oxygen, an inert gas such as nitrogen and argon, and the like. Among them, an inert gas is preferable in order to prevent the catalyst from deteriorating and to replace the gas in the reaction system.

工程Xにおいて、導入する気体(炭化水素原料ガス、水素及びその他の気体)は、その製造過程や産出過程は限定せず、石油を精製して生じたガス、天然ガス、工場からの排ガス、大気中から回収したガス、地層より回収したシェールガスなどの気体を使用できる。   In the process X, the gas to be introduced (hydrocarbon raw material gas, hydrogen and other gases) is not limited in its production process and production process, but is a gas produced by refining petroleum, natural gas, exhaust gas from a factory, air Gases such as gas recovered from the inside and shale gas recovered from the formation can be used.

工程Xにおいて、導入する気体(混合ガス)の総容積流量は、反応器に存在する触媒量1g当たり0.0001〜100000000L/hが好ましく、より好ましくは0.001〜10000000 L/h、さらに好ましくは0.01〜1000000 L/hである。   In the step X, the total volume flow rate of the gas to be introduced (mixed gas) is preferably 0.0001 to 100000000 L / h, more preferably 0.001 to 10000000 L / h, more preferably 1 g of the catalyst present in the reactor. Is 0.01 to 1000000 L / h.

工程Xにおいて、触媒を固定する反応器の場合、原料流路方向における触媒部長さ(L)に対する、原料流路方向に対し垂直方向における触媒部の平均径(D)の比、L/Dは、0.0000001以上1000000000以下が好ましく、0.0001以上1000000以下がより好ましい。   In the case of the reactor for fixing the catalyst in the process X, the ratio of the average diameter (D) of the catalyst part in the direction perpendicular to the raw material flow path direction to the catalyst part length (L) in the raw material flow path direction, L / D is 0.0000001 or more and 1,000,000 or less are preferable, and 0.0001 or more and 1000000 or less are more preferable.

工程Xにおいて、反応温度は、反応速度の観点から30℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、160℃以上がさらに好ましく、210℃以上が最も好ましい。また、触媒の焼結などによる収率低下を防ぐ観点、炭化水素bの平衡収率に有利である観点から、440℃以下が好ましく、390℃以下がより好ましく、340℃以下がさらに好ましく、310℃以下が最も好ましい。ここでいう反応温度とは、反応系内の温度を指す。   In Step X, the reaction temperature is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, further preferably 160 ° C. or higher, and most preferably 210 ° C. or higher from the viewpoint of the reaction rate. Further, from the viewpoint of preventing yield reduction due to catalyst sintering, etc., and from the viewpoint of being advantageous for the equilibrium yield of hydrocarbon b, it is preferably 440 ° C. or lower, more preferably 390 ° C. or lower, further preferably 340 ° C. or lower, Most preferably below ℃. The reaction temperature here refers to the temperature in the reaction system.

工程Xにおいて、反応圧力は、例えば、大気圧以上、50MPa以下である。低圧であるほど圧力条件を実施するためのエネルギーを要さないことから、30MPa以下が好ましく、より好ましくは20MPa以下、さらに好ましくは10MPa以下、最も好ましくは5MPa以下である。前記圧力範囲にて液化する炭化水素を用いる場合、その液化圧力未満であることが好ましい。本明細書に記載されている圧力は、大気圧との相対圧力(ゲージ圧)を示している。ここでいう反応圧力とは、反応器内の圧力を指す。   In the process X, the reaction pressure is, for example, not less than atmospheric pressure and not more than 50 MPa. The lower the pressure is, the less energy is required to carry out the pressure condition, so 30 MPa or less is preferable, more preferably 20 MPa or less, still more preferably 10 MPa or less, and most preferably 5 MPa or less. When using a hydrocarbon that liquefies in the pressure range, the pressure is preferably less than the liquefaction pressure. The pressure described in this specification indicates a relative pressure (gauge pressure) with respect to the atmospheric pressure. The reaction pressure here refers to the pressure in the reactor.

工程Xでの反応条件、例えば、原料の導入条件、温度、圧力などは、定常的または非定常とすることができる。導入する原料気体は、プロセスの簡便さから、定常的に導入することが好ましい。一方、活性低下の抑制や、反応促進などを比較的容易できる観点から、非定常とすることが好ましい。非定常とは、例えば、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの気体を交互に切り替えて導入する条件や、触媒再生工程を導入することなどを指す。また、原料の導入条件を非定常とするときは、例えば、第一の気体として、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xの混合ガスを導入し、第一の気体の導入停止に伴い、第二の気体として、水素を含む気体を導入することも挙げられる。   The reaction conditions in step X, for example, the conditions for introducing the raw material, temperature, pressure, etc. can be stationary or unsteady. It is preferable that the raw material gas to be introduced is introduced constantly from the viewpoint of simplicity of the process. On the other hand, it is preferable to make it unsteady from the viewpoint of suppressing the decrease in activity and promoting the reaction relatively easily. The term “unsteady” refers to, for example, a condition for alternately introducing saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x gas, or introducing a catalyst regeneration step. In addition, when the introduction condition of the raw material is unsteady, for example, as the first gas, a mixed gas of saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x is introduced. Introducing a gas containing hydrogen as the second gas.

工程Xを非定常とする際には、工程Aと工程Bとを含むことができる。工程Aと工程Bとの間に、後述する工程αを備えたり、工程Bの後に後述する工程βを備えたり、または前記それぞれの工程の間に、工程A、工程B、工程α、工程β以外のその他工程を行うこともできる。   When making the process X unsteady, the process A and the process B can be included. A process α described later is provided between the process A and the process B, a process β described later is provided after the process B, or a process A, a process B, a process α, and a process β are included between the processes. Other processes other than can also be performed.

(工程A)
工程Aは、飽和炭化水素aと、不飽和炭化水素xと、を含む第1の気体を、3秒以上、10分以下の導入時間で、触媒が存在する反応系内に導入し、炭化水素bを得る工程である。
飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの混合気体である第1の気体を導入することで、飽和炭化水素aのみの気体や不飽和炭化水素xのみの気体を導入する場合に比べ、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの衝突確率を向上できる。また、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとを含む気体について精製を必要とせず、または精製を厳密にする必要がなく、原料として利用できる観点から、有利である。
(Process A)
Step A introduces a first gas containing a saturated hydrocarbon a and an unsaturated hydrocarbon x into a reaction system in which a catalyst exists in an introduction time of 3 seconds or more and 10 minutes or less. This is a step of obtaining b.
By introducing the first gas that is a mixed gas of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x, the saturated gas is saturated as compared with the case where the gas containing only the saturated hydrocarbon a or the gas containing only the unsaturated hydrocarbon x is introduced. The collision probability between the hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x can be improved. Further, the gas containing the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x is advantageous from the viewpoint that it does not require purification or does not require strict purification and can be used as a raw material.

第1の気体において、飽和炭化水素aのモル分率は、モル分率が0.05以上、0.99以下である。飽和炭化水素aを効率的に触媒によって活性化させる観点から、飽和炭化水素aのモル分率は、好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.3以上、最も好ましくは0.5以上である。また、導入する飽和炭化水素aの精製コストの観点、および不飽和炭化水素xの濃度を高める観点から、0.9以下が好ましく、0.8以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましい。   In the first gas, the molar fraction of the saturated hydrocarbon a is 0.05 or more and 0.99 or less. From the viewpoint of efficiently activating the saturated hydrocarbon a with a catalyst, the molar fraction of the saturated hydrocarbon a is preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more, and most preferably 0.5 or more. . Moreover, 0.9 or less is preferable, 0.8 or less is more preferable, and 0.7 or less is more preferable from a viewpoint of the refinement | purification cost of the saturated hydrocarbon a to introduce | transducing, and a viewpoint of raising the density | concentration of unsaturated hydrocarbon x.

第1の気体において、不飽和炭化水素xのモル分率は、0.01以上、0.95以下である。不飽和炭化水素xを効率的に触媒に吸着させる観点から、不飽和炭化水素xのモル分率は、好ましくは0.02以上、より好ましくは、0.05以上、最も好ましくは0.1以上である。また、不飽和炭化水素xによる触媒活性点の被覆を抑制する観点や、飽和炭化水素aの濃度を高くする観点から、0.8以下が好ましく、0.7以下がより好ましく、0.6以下がさらに好ましく、0.5以下が最も好ましい。
第1の気体中の水素のモル比は、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの和に対し1以下であることが好ましい。水素は飽和炭化水素aや不飽和炭化水素xに対し、高エネルギー物質である観点から、水素のモル比は、0.6以下が好ましく、0.3以下がより好ましい。
In the first gas, the molar fraction of unsaturated hydrocarbon x is 0.01 or more and 0.95 or less. From the viewpoint of efficiently adsorbing the unsaturated hydrocarbon x to the catalyst, the molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x is preferably 0.02 or more, more preferably 0.05 or more, and most preferably 0.1 or more. It is. Further, from the viewpoint of suppressing the covering of the catalyst active sites with the unsaturated hydrocarbon x and from the viewpoint of increasing the concentration of the saturated hydrocarbon a, 0.8 or less is preferable, 0.7 or less is more preferable, and 0.6 or less Is more preferable, and 0.5 or less is most preferable.
The molar ratio of hydrogen in the first gas is preferably 1 or less with respect to the sum of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x. From the viewpoint that hydrogen is a high-energy substance with respect to the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x, the molar ratio of hydrogen is preferably 0.6 or less, and more preferably 0.3 or less.

工程Aにおける第1の気体の導入時間は、3秒以上、10分以下である。工程Bや、工程βおよびそれ以外の工程から工程Aへ、または工程Aから、工程B、工程α、およびそれ以外の工程への切り換えの簡便さの観点や、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの反応量を増加させるのに有利である観点から、3秒以上が好ましく、5秒以上がより好ましく、11秒以上がさらに好ましい。また、工程Bなどの、工程A以外の工程の効果を高める観点や、工程Aにおける飽和炭化水素aおよび/または不飽和炭化水素触媒上への堆積量を少なくする観点から、300秒以下がより好ましく、240秒以下がより好ましく、120秒以下がさらに好ましく、60秒以下が最も好ましい。   The introduction time of the first gas in step A is 3 seconds or more and 10 minutes or less. From the viewpoint of ease of switching from the process B, the process β and the other processes to the process A, or from the process A to the process B, the process α, and other processes, the saturated hydrocarbon a and the unsaturated carbonization From the viewpoint of increasing the amount of reaction with hydrogen x, it is preferably 3 seconds or longer, more preferably 5 seconds or longer, and even more preferably 11 seconds or longer. Also, from the viewpoint of enhancing the effects of processes other than process A, such as process B, and from the viewpoint of reducing the amount of deposition on the saturated hydrocarbon a and / or unsaturated hydrocarbon catalyst in process A, 300 seconds or less is more Preferably, it is 240 seconds or less, more preferably 120 seconds or less, and most preferably 60 seconds or less.

(工程B)
工程Bは、前記工程Aの反応系内に、モル分率が0.02以上、1以下の水素を含む第2の気体を、1秒以上、5分以下の導入時間で、導入する工程である。工程Bにて導入する水素により、触媒上に吸着した飽和炭化水素aや不飽和炭化水素xの脱着を促進したり、炭化水素脱水素種に水添したりすることで、触媒活性を再生する効果が推測される。また、触媒上に生成した飽和炭化水素a、および/または飽和炭化水素aの脱水素種の縮合による炭化水素b生成の効果も推測される。
(Process B)
Step B is a step of introducing a second gas containing hydrogen having a molar fraction of 0.02 or more and 1 or less into the reaction system of Step A with an introduction time of 1 second or more and 5 minutes or less. is there. The hydrogen introduced in Step B promotes the desorption of the saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x adsorbed on the catalyst, or hydrogenates the hydrocarbon dehydrogenated species to regenerate the catalyst activity. The effect is speculated. Moreover, the effect of the hydrocarbon b production | generation by condensation of the saturated hydrocarbon a produced | generated on the catalyst and / or the dehydrogenation seed | species of the saturated hydrocarbon a is also estimated.

第2の気体は水素以外の気体を含んでもよい。水素以外の気体とは、例えば、水蒸気、酸素、窒素やアルゴンなどの不活性ガス、等が挙げられる。中でも工程Aへの水素残留量を少なくするための水素希釈ガスが好ましい観点や、水素と触媒との反応による触媒の凝集を抑制する観点から、窒素やアルゴンなどの不活性ガスが好ましい。   The second gas may include a gas other than hydrogen. Examples of the gas other than hydrogen include water vapor, oxygen, inert gas such as nitrogen and argon, and the like. Among these, an inert gas such as nitrogen or argon is preferable from the viewpoint that a hydrogen dilution gas for reducing the residual amount of hydrogen in the step A is preferable and that the aggregation of the catalyst due to the reaction between hydrogen and the catalyst is suppressed.

触媒上に吸着した飽和炭化水素aや不飽和炭化水素xの脱着を促進、および/または炭化水素脱水素種に水添する効果を促進する観点から、水素のモル分率は、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.5以上である。また、導入する水素のコストの観点、および触媒上に析出した炭素化合物と水素との反応により生成する、不飽和炭化水素の不飽和結合を還元することを抑制する観点から、0.9以下が好ましく、0.8以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましい。   From the viewpoint of promoting the desorption of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x adsorbed on the catalyst and / or promoting the effect of hydrogenating the hydrocarbon dehydrogenated species, the molar fraction of hydrogen is preferably 0.00. 05 or more, more preferably 0.1 or more, still more preferably 0.5 or more. In addition, from the viewpoint of the cost of hydrogen to be introduced, and from the viewpoint of suppressing the reduction of unsaturated bonds of unsaturated hydrocarbons produced by the reaction between the carbon compound deposited on the catalyst and hydrogen, 0.9 or less is 0.9 or less. Preferably, 0.8 or less is more preferable, and 0.7 or less is more preferable.

工程Bにおける第2の気体の導入時間は、1秒以上、5分以下である。工程Aや、工程αおよびそれ以外の工程から工程Bへ、または工程Bから、工程β、工程A、およびそれ以外の工程への切り換えの簡便さの観点や、導入する水素と触媒上の炭化水素吸着種の脱着に有利である観点から、3秒以上が好ましく、5秒以上がより好ましく、11秒以上がさらに好ましい。また、工程Aなどの工程B以外の工程の効果を高める観点や、工程Bにて過剰な水素を導入すると反応せずに流通してしまうため、反応効率向上のためには第2の気体の導入は短い方が有利である観点から、3分以下がより好ましく、90秒以下がさらに好ましく、45秒以下がさらに好ましく、30秒以下が最も好ましい。   The introduction time of the second gas in the process B is 1 second or more and 5 minutes or less. From the viewpoint of ease of switching from step A, step α and other steps to step B, or from step B to step β, step A, and other steps, introduction of hydrogen and carbonization on the catalyst From the viewpoint of being advantageous for desorption of hydrogen adsorbing species, it is preferably 3 seconds or longer, more preferably 5 seconds or longer, and even more preferably 11 seconds or longer. Moreover, since it will distribute | circulate without reacting from the viewpoint which raises the effect of processes other than process B, such as process A, or excess hydrogen in process B, in order to improve reaction efficiency, From the viewpoint that the shorter introduction is advantageous, it is preferably 3 minutes or less, more preferably 90 seconds or less, further preferably 45 seconds or less, and most preferably 30 seconds or less.

(工程α)
工程αは、工程Aの後であり、かつ、工程Bの前に行う工程である。工程αは、第1の気体に含まれる不飽和炭化水素xのモル分率よりも0.01以上小さなモル分率である不飽和炭化水素xと、0.01以上1以下のモル分率である不活性ガスを含む、第3の気体を、1秒以上、90秒以下の導入時間で、反応系内に導入する工程である。
工程Aで導入する不飽和炭化水素xと、工程Bで導入する水素とが反応して、炭化水素bとなる反応(例えば、不飽和炭化水素xがエチレン、飽和炭化水素bがエタンのとき、式18)は、工程Yの逆反応(例えば、式2)であり、エネルギー効率の観点から、この反応量は少ないことが望ましい。
工程αにて、工程Aよりも不飽和炭化水素xのモル分率が低い気体を導入することによって、続く工程Bでの水素導入による、不飽和炭化水素xへの水添反応(例えば、式18)を低減できることから、工程αを行うことが好ましい。
(Process α)
The process α is a process performed after the process A and before the process B. Step α includes an unsaturated hydrocarbon x having a mole fraction smaller than or equal to 0.01 and smaller than a mole fraction of unsaturated hydrocarbon x contained in the first gas, and a mole fraction not smaller than 0.01 and not greater than 1. This is a step of introducing a third gas containing an inert gas into the reaction system with an introduction time of 1 second or more and 90 seconds or less.
Reaction in which unsaturated hydrocarbon x introduced in step A and hydrogen introduced in step B react to form hydrocarbon b (for example, when unsaturated hydrocarbon x is ethylene and saturated hydrocarbon b is ethane, Equation 18) is the reverse reaction of step Y (for example, Equation 2), and from the viewpoint of energy efficiency, it is desirable that this reaction amount be small.
In step α, by introducing a gas having a lower molar fraction of unsaturated hydrocarbon x than in step A, hydrogenation reaction to unsaturated hydrocarbon x by hydrogen introduction in subsequent step B (for example, the formula Since step 18) can be reduced, step α is preferably performed.

第3の気体における、不活性ガスとは、工程αで実施する反応条件にて飽和炭化水素aおよび不飽和炭化水素xと反応しない気体のことであり、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、水蒸気などが挙げられる。
第3の気体における不活性ガスのモル分率は、反応器中の不飽和炭化水素xのモル分率を効率的に低下させる観点から、0.1以上がより好ましく、0.5以上がさらに好ましい。一方、不活性ガスの精製コストの観点から、0.99以下がより好ましく、0.95以下がさらに好ましい。
The inert gas in the third gas is a gas that does not react with the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x under the reaction conditions carried out in the step α. For example, nitrogen, helium, argon, water vapor, etc. Is mentioned.
The molar fraction of the inert gas in the third gas is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, from the viewpoint of efficiently reducing the molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x in the reactor. preferable. On the other hand, from the viewpoint of the purification cost of the inert gas, 0.99 or less is more preferable, and 0.95 or less is more preferable.

不飽和炭化水素xと、工程Bで導入する水素との反応量を少なくする観点から、第3の気体における不飽和炭化水素xのモル分率は、第1の気体に含まれる不飽和炭化水素xよりもモル分率が0.03以上小さいことが好ましく、0.05以上小さいことが好ましく、0.1以上小さいことがさらに好ましく、0.2以上小さいことが最も好ましい。   From the viewpoint of reducing the amount of reaction between the unsaturated hydrocarbon x and the hydrogen introduced in Step B, the molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x in the third gas is the unsaturated hydrocarbon contained in the first gas. The molar fraction is preferably 0.03 or less smaller than x, preferably 0.05 or smaller, more preferably 0.1 or smaller, and most preferably 0.2 or smaller.

第3の気体に含まれる不飽和炭化水素xのモル分率は、0.0001以上、0.8以下が好ましい。第3の気体の精製コストの観点から、0.0005以上が好ましく、0.001以上がより好ましく、0.005以上がさらに好ましい。前記したような、不飽和炭化水素のモル分率を低下させる効果を大きくする観点から、0.6以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.1以下がさらに好ましい。   The molar fraction of unsaturated hydrocarbon x contained in the third gas is preferably 0.0001 or more and 0.8 or less. From the viewpoint of the purification cost of the third gas, 0.0005 or more is preferable, 0.001 or more is more preferable, and 0.005 or more is more preferable. From the viewpoint of increasing the effect of reducing the mole fraction of unsaturated hydrocarbon as described above, 0.6 or less is preferable, 0.3 or less is more preferable, and 0.1 or less is more preferable.

第3の気体に含まれる、不飽和炭化水素xと不活性ガスとのモル比(不飽和炭化水素x/不活性ガス)は、0.0001以上、0.8以下が好ましい。第3の気体の精製コストの観点から、0.0005以上が好ましく、0.001以上がより好ましく、0.005以上がさらに好ましい。前記したような、不飽和炭化水素xのモル分率を低下させる効果を大きくする観点から、0.5以下が好ましく、0.2以下がより好ましく、0.1以下がさらに好ましい。   The molar ratio of unsaturated hydrocarbon x to inert gas (unsaturated hydrocarbon x / inert gas) contained in the third gas is preferably 0.0001 or more and 0.8 or less. From the viewpoint of the purification cost of the third gas, 0.0005 or more is preferable, 0.001 or more is more preferable, and 0.005 or more is more preferable. From the viewpoint of increasing the effect of reducing the mole fraction of unsaturated hydrocarbon x as described above, 0.5 or less is preferable, 0.2 or less is more preferable, and 0.1 or less is more preferable.

工程αにおける第3の気体の導入時間は、反応系を、工程αや、それ以外の工程へ、または工程αから、工程B、およびそれ以外の工程への気体導入切り換えの簡便さの観点や、より不飽和炭化水素xのモル分率の低い気体で置換することが好ましい観点から、5秒以上が好ましく、8秒以上がより好ましく、10秒以上がさらに好ましく、20秒以上が最も好ましい。また、総反応時間を短くする観点から、70秒以下が好ましく、60秒以下がより好ましく、50秒以下がさらに好ましく、35秒以下が最も好ましい。   The introduction time of the third gas in the process α is such that the reaction system is changed to the process α and other processes, or from the viewpoint of simplicity of gas introduction switching from the process α to the process B and other processes. From the viewpoint of preferably replacing with a gas having a lower molar fraction of unsaturated hydrocarbon x, 5 seconds or more is preferable, 8 seconds or more is more preferable, 10 seconds or more is further preferable, and 20 seconds or more is most preferable. Further, from the viewpoint of shortening the total reaction time, it is preferably 70 seconds or shorter, more preferably 60 seconds or shorter, further preferably 50 seconds or shorter, and most preferably 35 seconds or shorter.

(工程β)
工程βは、工程Bの後に行う工程である。工程βは、第1の気体に含まれる不飽和炭化水素xのモル分率よりも0.01以上小さなモル分率である不飽和炭化水素xと、0.01以上、1以下のモル分率である不活性ガスとを含む、第4の気体を、1秒以上、90秒以下の導入時間で、前記反応系内に導入する工程である。工程βは、後述するように、工程Bの後に再度工程Aを行う場合には、工程Aの前に行うことが好ましい。
工程Aで導入する不飽和炭化水素xと、工程Bで導入する水素とが反応して、炭化水素bとなる反応(例えば、式18)は、工程Yの逆反応(例えば、式2)であり、エネルギー効率の観点から、この反応量は少ないことが望ましい。
工程βにて、工程Aよりも不飽和炭化水素xのモル分率が低い気体を導入することによって、続く工程Aでの水素導入による、不飽和炭化水素xへの水添反応(例えば、式18)を少なくことができることから、工程βを行うことが好ましい。
(Process β)
Step β is a step performed after step B. Step β is an unsaturated hydrocarbon x having a mole fraction smaller than or equal to 0.01 than the mole fraction of unsaturated hydrocarbon x contained in the first gas, and a mole fraction of 0.01 or more and 1 or less. A fourth gas containing an inert gas is introduced into the reaction system in an introduction time of 1 second or more and 90 seconds or less. As will be described later, the process β is preferably performed before the process A when the process A is performed again after the process B.
The reaction (eg, Formula 18) in which the unsaturated hydrocarbon x introduced in Step A and the hydrogen introduced in Step B react to form hydrocarbon b is the reverse reaction of Step Y (eg, Formula 2). In view of energy efficiency, it is desirable that this reaction amount be small.
In step β, by introducing a gas having a lower molar fraction of unsaturated hydrocarbon x than in step A, hydrogenation reaction to unsaturated hydrocarbon x by introduction of hydrogen in subsequent step A (for example, the formula Since step 18) can be reduced, step β is preferably performed.

第4の気体における、不活性ガスとは、工程βで実施する反応条件にて、飽和炭化水素aおよび不飽和炭化水素xと反応しない気体のことであり、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、水蒸気などが挙げられる。
第4の気体における不活性ガスのモル分率は、0.01以上、1以下であることが好ましく、0.1以上がより好ましく、0.5以上がさらに好ましい。一方、不活性ガスの精製コストの観点から、0.99以下がより好ましく、0.95以下がさらに好ましい。
The inert gas in the fourth gas is a gas that does not react with the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x under the reaction conditions performed in step β. For example, nitrogen, helium, argon, water vapor Etc.
The molar fraction of the inert gas in the fourth gas is preferably 0.01 or more and 1 or less, more preferably 0.1 or more, and further preferably 0.5 or more. On the other hand, from the viewpoint of the purification cost of the inert gas, 0.99 or less is more preferable, and 0.95 or less is more preferable.

第4の気体における、不飽和炭化水素xのモル分率は、第1の気体に含まれる不飽和炭化水素xよりもモル分率が0.01以上小さい。不飽和炭化水素xと工程Bで導入する水素との反応量を少なくする観点から、不飽和炭化水素xのモル分率は、第1の気体に含まれる不飽和炭化水素xよりもモル分率が0.03以上小さいことが好ましく、0.05以上小さいことが好ましく、0.1以上小さいことがさらに好ましく、0.2以上小さいことが最も好ましい。   The molar fraction of unsaturated hydrocarbon x in the fourth gas is 0.01 or more smaller than the unsaturated hydrocarbon x contained in the first gas. From the viewpoint of reducing the amount of reaction between the unsaturated hydrocarbon x and the hydrogen introduced in the step B, the molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x is higher than that of the unsaturated hydrocarbon x contained in the first gas. Is preferably 0.03 or less, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, and most preferably 0.2 or more.

第4の気体に含まれる不飽和炭化水素xのモル分率は、0.0001以上、0.8以下が好ましい。第4の気体の精製コストの観点から、0.0005以上が好ましく、0.001以上がより好ましく、0.005以上がさらに好ましい。前記したような、不飽和炭化水素のモル分率を低下させる効果を大きくする観点から、0.6以下が好ましく、0.3以下がより好ましく、0.1以下がさらに好ましい。   The molar fraction of unsaturated hydrocarbon x contained in the fourth gas is preferably 0.0001 or more and 0.8 or less. From the viewpoint of the purification cost of the fourth gas, 0.0005 or more is preferable, 0.001 or more is more preferable, and 0.005 or more is more preferable. From the viewpoint of increasing the effect of reducing the mole fraction of unsaturated hydrocarbon as described above, 0.6 or less is preferable, 0.3 or less is more preferable, and 0.1 or less is more preferable.

第4の気体に含まれる、不飽和炭化水素xと不活性ガスとのモル比(不飽和炭化水素x/不活性ガス)は、0.0001以上、0.8以下が好ましい。第3の気体の精製コストの観点から、0.0005以上が好ましく、0.001以上がより好ましく、0.005以上がさらに好ましい。前記したような、不飽和炭化水素のモル分率を低下させる効果を大きくする観点から、0.5以下が好ましく、0.2以下がより好ましく、0.1以下がさらに好ましい。   The molar ratio of unsaturated hydrocarbon x and inert gas (unsaturated hydrocarbon x / inert gas) contained in the fourth gas is preferably 0.0001 or more and 0.8 or less. From the viewpoint of the purification cost of the third gas, 0.0005 or more is preferable, 0.001 or more is more preferable, and 0.005 or more is more preferable. From the viewpoint of increasing the effect of reducing the mole fraction of unsaturated hydrocarbon as described above, 0.5 or less is preferable, 0.2 or less is more preferable, and 0.1 or less is more preferable.

工程βにおける第4の気体の導入時間は、1秒以上、90秒以下が好ましい。工程Bや、それ以外の工程から、工程βへ、または工程βから、工程A、およびそれ以外の工程への切り換えの簡便さの観点や、不飽和炭化水素xのモル分率のより低い気体で置換することが好ましい観点から、5秒以上が好ましく、8秒以上がより好ましく、10秒以上がさらに好ましく、20秒以上が最も好ましい。また、総反応時間を短くできる観点から、70秒以下が好ましく、60秒以下がより好ましく、50秒以下がさらに好ましく、35秒以下が最も好ましい。   The introduction time of the fourth gas in step β is preferably 1 second or longer and 90 seconds or shorter. From the viewpoint of ease of switching from the process B and other processes to the process β or from the process β to the process A and other processes, and a gas having a lower molar fraction of the unsaturated hydrocarbon x Is preferably 5 seconds or longer, more preferably 8 seconds or longer, further preferably 10 seconds or longer, and most preferably 20 seconds or longer. Further, from the viewpoint of shortening the total reaction time, it is preferably 70 seconds or shorter, more preferably 60 seconds or shorter, further preferably 50 seconds or shorter, and most preferably 35 seconds or shorter.

前記工程Aと前記工程Bを含む工程Xでの炭化水素bの生成は、前記の様に工程Aにて生成する機構と、工程Bにて生成する機構とが推測される。工程Aでは、例えば前記式1の反応の様に、飽和炭化水素aが縮合して生じる水素を、不飽和炭化水素xが水素アクセプターとして受容することで、2分子の炭化水素bを生成する反応が例として挙げられる。加えて、同時に生じる他の反応で生成する水素に対し、不飽和炭化水素xが水素アクセプターとして作用することで炭化水素bが生成する機構も推測される。例えば、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの間で炭素―炭素結合の形成を伴う、不飽和炭化水素xよりも炭素数の大きい不飽和炭化水素を生成する反応(例えば式19)は、原料の炭化水素の炭素数を増加させる観点から有用であるが、例えば式19は吸熱反応かつ標準生成エントロピー差は負であるため、熱力学的制約が大きい。しかし、式19にて生成する水素活性種および/または水素分子と、水素アクセプターとして不飽和炭化水素xとを反応させ、炭化水素bを共に生成させる(例えば式20)ことで、不飽和炭化水素xよりも炭素数の大きい不飽和炭化水素の生成反応を発熱反応とすることができる。例えば式20で生成したCは、工程Yによる標準生成エントロピー差が正である脱水素反応(式2)と組み合わせることによって、総反応を、メタンとエチレンからのプロピレン生成(式20)とすることができる。つまり、本実施形態により、式19の反応を、進行させることがより容易な式20と式2とに分割することで、熱力学的制約がより小さく生成物を得ることができるようになる。一方、工程Bにて、導入される水素により、触媒上に生成した脱水素した飽和炭化水素a種(例えばCH )の縮合種と水素との反応(例えば式21)や、触媒上に吸着した不飽和炭化水素x活性種への水添反応(例えば式22)によるエタン生成のメカニズムが推測される。
CH + C → C + H (式19)
CH + 2C → C + C (式20)
2CH + H → C (式21)
+ H → C (式22)
As for the production of the hydrocarbon b in the process X including the process A and the process B, the mechanism generated in the process A and the mechanism generated in the process B are estimated as described above. In the step A, for example, as in the reaction of the above formula 1, the hydrogen generated by the condensation of the saturated hydrocarbon a is received by the unsaturated hydrocarbon x as a hydrogen acceptor, thereby generating a bimolecular hydrocarbon b. Is given as an example. In addition, a mechanism in which hydrocarbon b is generated by unsaturated hydrocarbon x acting as a hydrogen acceptor with respect to hydrogen generated by other reactions that occur simultaneously is also speculated. For example, a reaction (for example, Equation 19) that generates an unsaturated hydrocarbon having a carbon number larger than that of the unsaturated hydrocarbon x, accompanied by formation of a carbon-carbon bond between the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x is Although it is useful from the viewpoint of increasing the number of carbon atoms in the raw material hydrocarbon, for example, since Equation 19 has an endothermic reaction and the standard production entropy difference is negative, thermodynamic restrictions are large. However, by reacting the hydrogen active species and / or hydrogen molecules generated in Formula 19 with unsaturated hydrocarbon x as a hydrogen acceptor to generate hydrocarbon b together (for example, Formula 20), unsaturated hydrocarbons are produced. The reaction for producing unsaturated hydrocarbons having a carbon number greater than x can be an exothermic reaction. For example, C 2 H 6 produced in Equation 20 is combined with a dehydrogenation reaction (Equation 2) in which the standard production entropy difference due to Step Y is positive, so that the total reaction is propylene production from methane and ethylene (Equation 20) It can be. That is, according to the present embodiment, the reaction of Equation 19 is divided into Equation 20 and Equation 2 that are easier to proceed, so that a product can be obtained with less thermodynamic constraints. On the other hand, in step B, the reaction between the condensed species of the dehydrogenated saturated hydrocarbon a species (for example, CH 2 * ) generated on the catalyst by hydrogen introduced in the catalyst (for example, Formula 21), or on the catalyst The mechanism of ethane generation by hydrogenation reaction (for example, Formula 22) to the adsorbed unsaturated hydrocarbon x active species is presumed.
CH 4 + C 2 H 4 → C 3 H 6 + H 2 (Formula 19)
CH 4 + 2C 2 H 4 → C 2 H 6 + C 3 H 6 (Formula 20)
2CH 2 * + H 2 → C 2 H 6 (Formula 21)
C 2 H 4 + H 2 → C 2 H 6 (Formula 22)

本実施形態の工程Aでは、飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの混合ガスを反応させることにより、飽和炭化水素aのみのガスと不飽和炭化水素xのみのガスとを切り替えて反応させるときに比べ、飽和炭化水素a由来の水素活性種と不飽和炭化水素xとの衝突確率が向上するため、例えば式1の反応などに有利であることが推測される。一方、不飽和炭化水素xは、飽和炭化水素aに比べ触媒への吸着力が強いことが推測されるため、工程Aの時間経過と共に不飽和炭化水素xがより多く触媒上に吸着することが考えられる。したがって、適切な条件で工程Aに伴い工程Bを行うことが重要であると推測される。   In the process A of the present embodiment, by reacting the mixed gas of the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x, the gas of only the saturated hydrocarbon a and the gas of the unsaturated hydrocarbon x are switched and reacted. Compared to the case, the collision probability between the hydrogen active species derived from the saturated hydrocarbon a and the unsaturated hydrocarbon x is improved, and it is presumed that this is advantageous for the reaction of Formula 1, for example. On the other hand, since it is estimated that the unsaturated hydrocarbon x has a stronger adsorption power to the catalyst than the saturated hydrocarbon a, more unsaturated hydrocarbon x may be adsorbed on the catalyst with the passage of time in step A. Conceivable. Therefore, it is presumed that it is important to perform the process B along with the process A under appropriate conditions.

前記工程Aと前記工程Bは、複数回繰り返すことができる。工程Aにて生成した、触媒上の飽和炭化水素aの縮合吸着種を脱着することで、炭化水素bを製造できる観点から、工程Aの後に工程Bを行うことが好ましい。炭化水素bの生産性に有利である観点から、工程Aおよび工程Bは、2回以上繰り返すことが好ましく、4回以上がより好ましく、8回以上がさらに好ましい。   The process A and the process B can be repeated a plurality of times. From the viewpoint that hydrocarbon b can be produced by desorbing the condensed adsorbing species of saturated hydrocarbon a on the catalyst produced in step A, step B is preferably performed after step A. From the viewpoint of being advantageous for the productivity of hydrocarbon b, Step A and Step B are preferably repeated twice or more, more preferably 4 times or more, and even more preferably 8 times or more.

前記工程Aの後に、前記工程Bを行い、この工程Bで生成した不飽和炭化水素x、および/または水素の少なくとも一部を、前記工程Xの前記不飽和炭化水素x、および/または前記水素として用いる工程を繰り返すことが、原料の飽和炭化水素aの炭素数を増加することに有利である観点から好ましい。   After the step A, the step B is performed, and at least a part of the unsaturated hydrocarbon x and / or hydrogen produced in the step B is used as the unsaturated hydrocarbon x and / or the hydrogen in the step X. It is preferable to repeat the process to be used from the viewpoint of increasing the carbon number of the saturated hydrocarbon a as a raw material.

工程Xにおける、工程A、工程B、工程α、工程β、およびそれ以外の工程間の切り換え操作は、流動床、移動床や、疑似移動床など、触媒が反応系内を移動する反応形態において、反応系内に定常的に第1の気体、第2の気体、第3の気体、第4の気体などの各気体の成分組成となる領域が存在し、触媒が所定の時間その領域に滞留することによって、前記各工程を実施することができる。その際、前記各工程の所要時間は、反応工程におけるその領域での触媒の平均滞留時間を意味する。   In the process X, the switching operation between the process A, the process B, the process α, the process β, and other processes is performed in a reaction mode in which the catalyst moves in the reaction system, such as a fluidized bed, a moving bed, and a simulated moving bed. There is a region in the reaction system that is a component composition of each gas such as the first gas, the second gas, the third gas, and the fourth gas, and the catalyst stays in that region for a predetermined time. Thus, each of the steps can be performed. In this case, the time required for each step means the average residence time of the catalyst in that region in the reaction step.

<工程Y>
本実施形態の工程Yは、炭化水素bから不飽和炭化水素xを製造する工程である。工程Yでの反応は、炭化水素bからの脱水素反応などが考えられる。
<Process Y>
Step Y of the present embodiment is a step of producing unsaturated hydrocarbon x from hydrocarbon b. The reaction in step Y can be a dehydrogenation reaction from hydrocarbon b.

工程Yで反応系に導入する気体は、炭化水素b、および炭化水素b以外の気体によって構成される。
ここで、炭化水素b以外の気体とは、例えば、飽和炭化水素aや不飽和炭化水素xなどの炭化水素、水素、水蒸気、酸素、窒素やアルゴンなどの不活性ガス、等が挙げられる。中でも不飽和炭化水素xの生成のための脱水素促進のために、酸素および水蒸気が好ましい。
工程Yでの反応条件、例えば、原料の導入条件、温度、圧力などは、定常的または非定常とすることができる。工程Yでの反応系に導入する気体の導入条件は、プロセスの簡便さから、定常的に導入することが好ましい。また、活性低下の抑制や、反応促進などを比較的容易にできる、平衡収率以上の不飽和炭化水素xを生成することが可能となる観点から、非定常とすることが好ましい。
The gas introduced into the reaction system in step Y is composed of hydrocarbon b and a gas other than hydrocarbon b.
Here, examples of the gas other than hydrocarbon b include hydrocarbons such as saturated hydrocarbon a and unsaturated hydrocarbon x, hydrogen, water vapor, oxygen, inert gases such as nitrogen and argon, and the like. Among them, oxygen and water vapor are preferable for promoting dehydrogenation for the production of unsaturated hydrocarbon x.
The reaction conditions in step Y, for example, the conditions for introducing the raw material, temperature, pressure, etc. can be stationary or unsteady. As for the introduction conditions of the gas to be introduced into the reaction system in the step Y, it is preferable to introduce it constantly from the viewpoint of simplicity of the process. Moreover, it is preferable to set it as unsteady from a viewpoint which can produce | generate unsaturated hydrocarbon x more than an equilibrium yield which can suppress activity fall, a reaction promotion, etc. comparatively easily.

工程Yにおいて、反応器に導入する炭化水素bのモル分率は、0.0001以上、0.999以下であることが好ましく、導入する原料の濃度が高い方が不飽和炭化水素xの製造に有利である観点から、0.001以上が好ましく、0.1以上がより好ましく、0.2以上がさらに好ましく、0.4以上が最も好ましい。また、炭化水素bの精製コストの観点から、0.9以下が好ましく、0.8以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましく、0.6以下が最も好ましい。   In step Y, the molar fraction of hydrocarbon b introduced into the reactor is preferably 0.0001 or more and 0.999 or less, and the higher the concentration of the raw material to be introduced, the more the unsaturated hydrocarbon x is produced. From an advantageous viewpoint, 0.001 or more is preferable, 0.1 or more is more preferable, 0.2 or more is further preferable, and 0.4 or more is most preferable. Moreover, from the viewpoint of the purification cost of hydrocarbon b, 0.9 or less is preferable, 0.8 or less is more preferable, 0.7 or less is more preferable, and 0.6 or less is most preferable.

工程Yにおいて、触媒を用いてもよく、または用いなくてもよい、例えば反応器には触媒を存在させてもよく、または存在させなくてもよい。目的反応の活性化エネルギーを低下させる観点から、触媒を用いること、反応器には触媒が存在することが好ましい。また、触媒の反応器への焼結の可能性がない観点、プロセスを簡易化する観点、副反応の活性化エネルギーを低下させない観点から、触媒を用いないことが好ましい。   In step Y, a catalyst may or may not be used, for example, the catalyst may or may not be present in the reactor. From the viewpoint of reducing the activation energy of the target reaction, it is preferable to use a catalyst and to have a catalyst in the reactor. Moreover, it is preferable not to use a catalyst from a viewpoint which does not have the possibility of sintering to a reactor of a catalyst, a viewpoint which simplifies a process, and a viewpoint which does not reduce the activation energy of a side reaction.

工程Yにて、導入する気体の総容積流量は、反応器の容積1L当り50〜10000000000L/hが好ましく、より好ましくは100〜5000000000L/h、さらに好ましくは500〜1000000000L/hである。   In the process Y, the total volume flow rate of the gas to be introduced is preferably 50 to 10000000000000 L / h, more preferably 100 to 5000000000000 L / h, and further preferably 500 to 1000000000000 L / h per 1 L of the reactor volume.

工程Yにおいて、触媒を固定する反応器の場合、原料流路方向における触媒部長さ(L)に対する、原料流路方向に対し垂直方向における触媒部の平均径(D)の比、L/Dは、0.0000001以上1000000000以下が好ましく、0.0001以上1000000以下がより好ましい。   In the case of the reactor in which the catalyst is fixed in the process Y, the ratio of the average diameter (D) of the catalyst part in the direction perpendicular to the raw material flow path direction to the catalyst part length (L) in the raw material flow path direction, L / D is 0.0000001 or more and 1,000,000 or less are preferable, and 0.0001 or more and 1000000 or less are more preferable.

工程Yにおいて、反応温度は、例えば300℃以上、1300℃以下である。反応速度の観点から400℃以上が好ましく、500℃以上がより好ましく、600℃以上がさらに好ましく、700℃以上が最も好ましい。また、反応器の簡便さ、副反応の抑制、触媒を用いる際は触媒の焼結を防ぐ観点から、1300℃以下が好ましく、1300℃以下がより好ましく、1200℃以下がさらに好ましく、1100℃以下が最も好ましい。ここでいう反応温度とは、反応器内の温度を指す。   In step Y, the reaction temperature is, for example, 300 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. 400 degreeC or more is preferable from a viewpoint of reaction rate, 500 degreeC or more is more preferable, 600 degreeC or more is further more preferable, and 700 degreeC or more is the most preferable. Further, from the viewpoint of simplicity of the reactor, suppression of side reactions, and prevention of sintering of the catalyst, 1300 ° C. or lower is preferable, 1300 ° C. or lower is more preferable, 1200 ° C. or lower is further preferable, and 1100 ° C. or lower is preferable. Is most preferred. The reaction temperature here refers to the temperature in the reactor.

工程Yにおいて、反応圧力は、例えば大気圧以上、50MPa以下である。低圧であるほど、圧力条件を実施するためのエネルギーを要さない観点から、30MPa以下が好ましく、より好ましくは20MPa、さらに好ましくは10MPa以下である。前記圧力範囲にて液化する炭化水素を用いる場合、その液化圧力未満であることが好ましい。ここでいう反応圧力とは、反応器内の圧力を指す。   In step Y, the reaction pressure is, for example, not less than atmospheric pressure and not more than 50 MPa. From the viewpoint of not requiring energy for implementing the pressure condition, the pressure is preferably 30 MPa or less, more preferably 20 MPa, and even more preferably 10 MPa or less, as the pressure is lower. When using a hydrocarbon that liquefies in the pressure range, the pressure is preferably less than the liquefaction pressure. The reaction pressure here refers to the pressure in the reactor.

工程Xと工程Yとの間には、工程Xおよび/または工程Yで得られた反応後の気体を、原料と生成物との分離などによる精製や貯蔵などの工程を含めることができる。気体精製コストの観点から、工程Xで製造した炭化水素bを含む気体を、精製せずに、全部または一部を工程Yの原料の一部または全部に用いることが好ましい。   Between the step X and the step Y, steps such as purification and storage of the gas after the reaction obtained in the step X and / or the step Y by separation of a raw material and a product can be included. From the viewpoint of gas purification cost, it is preferable to use all or part of the gas containing hydrocarbon b produced in Step X for part or all of the raw material of Step Y without purification.

前記工程Yで得られた、不飽和炭化水素xの一部または全部を、前記工程Xにおける不飽和炭化水素xとして用いることが好ましい。また、前記工程Yで得られた、水素の一部または全部を、前記工程Xにおける水素として用いることが好ましい。   Part or all of the unsaturated hydrocarbon x obtained in the step Y is preferably used as the unsaturated hydrocarbon x in the step X. Moreover, it is preferable to use part or all of the hydrogen obtained in the step Y as hydrogen in the step X.

前記工程Yで得られた、不飽和炭化水素xおよび/または水素を含む気体を、工程Yの後に、工程Xにおける原料として用いるまでに、貯蔵、分離、精製などの工程を含むことができる。気体精製コストの観点から、工程Yで製造した不飽和炭化水素xと水素分子とを含む気体を、精製せずに、全部または一部を工程Xの原料の一部または全部に用いることが好ましい。   Until the gas containing unsaturated hydrocarbon x and / or hydrogen obtained in the step Y is used as a raw material in the step X after the step Y, steps such as storage, separation, and purification can be included. From the viewpoint of gas purification cost, it is preferable to use all or part of the gas containing the unsaturated hydrocarbon x and hydrogen molecule produced in Step Y for part or all of the raw material of Step X without purification. .

前記工程Xの後に、前記工程Yを行うことができる。また、前記工程Yの後に、前記工程Xを行うことができる。前記工程Xにて生成した、炭化水素bから不飽和炭化水素xと水素分子を製造できる観点から、前記工程Xの後に、前記工程Yを行うことが好ましい。また、不飽和炭化水素xから炭化水素bを製造できる観点から、前記工程Yの後に、前記工程Xを行うことが好ましい。   After the step X, the step Y can be performed. Further, after the step Y, the step X can be performed. From the viewpoint that unsaturated hydrocarbon x and hydrogen molecules can be produced from the hydrocarbon b produced in the step X, the step Y is preferably performed after the step X. Moreover, it is preferable to perform the said process X after the said process Y from a viewpoint which can manufacture the hydrocarbon b from the unsaturated hydrocarbon x.

工程Xおよび工程Yは、バッチ型および/または流通型の反応器で実施することができる。工程Xから工程Yへの移行の際に、触媒の入れ替えなどを必要としない観点、工程Xと工程Yの反応条件が異なる場合に、反応器の条件変更のための時間やエネルギーを要しない観点、除熱などの温度制御が容易な観点から、工程Xおよび工程Yが流通式の反応器であることが好ましい。   Step X and Step Y can be performed in a batch-type and / or flow-type reactor. A viewpoint that does not require replacement of the catalyst during the transition from the process X to the process Y, and a viewpoint that does not require time and energy for changing the reactor conditions when the reaction conditions of the process X and the process Y are different. From the viewpoint of easy temperature control such as heat removal, the step X and the step Y are preferably flow reactors.

前記工程Xと前記工程Yは、複数回繰り返すことができる。特に、前記工程Xの後に、前記工程Yを行い、この工程Yで生成した不飽和炭化水素x、および/または水素の少なくとも一部を、前記工程Xの前記不飽和炭化水素x、および/または前記水素として用いる工程を繰り返すことが、原料の飽和炭化水素aの炭素数を増加することに有利である観点から好ましい。前記工程Xと前記工程Yの繰り返す回数は、原料の飽和炭化水素aの炭素数を増加することにより有利である観点から、2回以上が好ましい。   The process X and the process Y can be repeated a plurality of times. In particular, after the step X, the step Y is performed, and at least a part of the unsaturated hydrocarbon x and / or hydrogen produced in the step Y is used as the unsaturated hydrocarbon x in the step X, and / or It is preferable to repeat the step of using as hydrogen from the viewpoint of increasing the number of carbon atoms of the saturated hydrocarbon a as a raw material. The number of repetitions of the step X and the step Y is preferably 2 or more from the viewpoint that it is advantageous by increasing the number of carbon atoms of the raw material saturated hydrocarbon a.

シェールガスや天然ガスなどを直接原料に利用できる観点から、前記工程Xにおいて、最初に行う工程Xの原料気体に含まれる水素のモル分率が0.0001未満であることが好ましい。   From the viewpoint that shale gas, natural gas, or the like can be directly used as a raw material, in the step X, it is preferable that the molar fraction of hydrogen contained in the raw material gas of the step X performed first is less than 0.0001.

シェールガスや天然ガスなどから、エタンクラッカーなど、脱水素処理後の気体を直接原料に利用できる観点から、前記工程Xにおいて、最初に行う工程Xの原料気体に含まれる水素のモル分率が0.0001以上であることが好ましい。   From the viewpoint that the gas after dehydrogenation treatment, such as shale gas or natural gas, can be directly used as a raw material, the mole fraction of hydrogen contained in the raw material gas of the first step X in the step X is 0. It is preferable that it is 0.0001 or more.

工程Xの後に工程Yを行うことで製造した気体を直接原料に利用できる観点から、前記工程Xにおいて、2回目以降に行う工程Xの原料気体に含まれる水素のモル分率が0.0001以上であることが好ましい。   From the viewpoint that the gas produced by performing the process Y after the process X can be directly used as the raw material, the molar fraction of hydrogen contained in the raw material gas of the process X performed after the second time in the process X is 0.0001 or more. It is preferable that

本実施形態の方法によれば、水の生成に比べ、原子効率が高い、および/または化学品としての価値の高い化合物の生成を伴う、飽和炭化水素の縮合反応において、水素生成を伴う反応に比べ、反応を進行させるための高温を必要とせず、かつ、飽和炭化水素と酸素とを原料とした不飽和炭化水素製造よりも、エチレンの酸化物、COやCO等の副生物が低減され、安全のための厳密な導入原料の濃度制御を必要としない方法、を提供することができる。 According to the method of the present embodiment, in the condensation reaction of saturated hydrocarbons, which involves generation of a compound having higher atomic efficiency and / or higher chemical value than water generation, the reaction involving hydrogen generation. Compared to unsaturated hydrocarbon production using saturated hydrocarbons and oxygen as raw materials, ethylene oxide, CO and CO 2 and other by-products are reduced compared to the production of unsaturated hydrocarbons using saturated hydrocarbons and oxygen as raw materials. It is possible to provide a method that does not require strict control of the concentration of the introduced raw material for safety.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下に示すような条件で合成を行い、不飽和炭化水素及び水素の生成活性、生成速度について評価した。
なお、各成分のモル分率、生成速度及び生成活性は、つぎのようにして測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
The synthesis was performed under the following conditions, and the production activity and production rate of unsaturated hydrocarbons and hydrogen were evaluated.
In addition, the molar fraction, production | generation rate, and production | generation activity of each component were measured as follows.

1.モル分率
炭化水素、および水素のモル分率はガスクロマトグラフィー(GC)で評価した。条件は下記の通りである。
(オンラインGC)
[装置]
490GC(Agilent社製)
[カラム種類と条件]
・CP−Sil5(Agilent社製)
温度:40℃、キャリアガス:He(0.55MPa)
Molsieve 5A PLOT(Agilent社製)
温度:100℃、キャリアガス:Ar(0.55MPa)
上記温度は定常な条件の下、測定を行った。
1. Molar fraction The hydrocarbon and hydrogen mole fractions were evaluated by gas chromatography (GC). The conditions are as follows.
(Online GC)
[apparatus]
490GC (manufactured by Agilent)
[Column types and conditions]
・ CP-Sil5 (manufactured by Agilent)
Temperature: 40 ° C., carrier gas: He (0.55 MPa)
Molsive 5A PLOT (manufactured by Agilent)
Temperature: 100 ° C., carrier gas: Ar (0.55 MPa)
The temperature was measured under steady conditions.

2.生成活性
本実施例、および比較例の工程Xにおいて、炭化水素b、不飽和炭化水素yの生成活性は、以下の式より算出した。尚、反応時間は、20分とした。
なお、生成飽和炭化水素b量や不飽和炭化水素y量、および未反応水素量は上記オンラインGCにより求め、導入気体量はマスフローメータにより制御した。
・[生成活性(mol mol−1−1)]=([生成炭化水素量(mol)]/[反応時間(h)])/[触媒活性種量(mol)]
なお、上記触媒活性種量とは、担持金属種を触媒活性種として算出した。
2. Production Activity In the process X of this example and the comparative example, the production activity of the hydrocarbon b and the unsaturated hydrocarbon y was calculated from the following formula. The reaction time was 20 minutes.
The amount of the produced saturated hydrocarbon b, the amount of unsaturated hydrocarbon y, and the amount of unreacted hydrogen were determined by the online GC, and the amount of introduced gas was controlled by a mass flow meter.
[Production activity (mol mol −1 h −1 )] = ([Production hydrocarbon amount (mol)] / [Reaction time (h)]) / [Catalytic activity species amount (mol)]
The amount of catalytically active species was calculated using the supported metal species as the catalytically active species.

3.生成速度
各実施例および比較例の工程Yにおいて、不飽和炭化水素xの生成速度は以下の式より算出した。なお、生成量は上記オンラインGCにより求めた。尚、反応時間は、20分とした。
[生成速度(mol h−1)]=[生成量(mol)]/[反応時間(h)]
工程Yでの不飽和炭化水素xの気体生成速度は、導入する原料の不飽和炭化水素xの量から、反応後に含まれる不飽和炭化水素xの量を差し引いた値を生成量とした。
3. Production rate In step Y of each example and comparative example, the production rate of unsaturated hydrocarbon x was calculated from the following equation. The production amount was determined by the online GC. The reaction time was 20 minutes.
[Production rate (mol h −1 )] = [Production amount (mol)] / [Reaction time (h)]
The gas production rate of the unsaturated hydrocarbon x in the process Y was determined by subtracting the amount of the unsaturated hydrocarbon x contained after the reaction from the amount of the unsaturated hydrocarbon x of the raw material to be introduced.

4.失活比率
各実施例および比較例の工程Xにおいて、失活比率とは、以下の式より算出した。
[失活比率(%)]=([反応開始5分後の生成活性(mol mol−1−1)]−[反応開始20分後の活性(mol mol−1−1)])*100/[反応開始5分後の活性(mol mol−1−1)]
したがって、失活比率が小さいほうが、炭化水素生成活性の失活が少ないため望ましい。
4). Deactivation ratio In step X of each example and comparative example, the deactivation ratio was calculated from the following equation.
[Deactivation ratio (%)] = ([Production activity 5 minutes after reaction start (mol mol −1 h −1 )] − [Activity 20 minutes after reaction start (mol mol −1 h −1 )]) * 100 / [activity 5 minutes after starting the reaction (mol mol −1 h −1 )]
Therefore, a smaller deactivation ratio is desirable because there is less deactivation of the hydrocarbon production activity.

5.エタン収率
エタン(炭化水素b)の収率、消費水素量、導入炭化水素量は、以下の式より算出した。
工程Xで生成した飽和炭化水素bのうち、不飽和炭化水素xと水素との反応により生成した炭化水素bを除いた、生成炭化水素bの量が高いことが、本願では望ましいため、下記の式により求められる炭化水素bの収率を、実施例の指標とした。
なお、生成炭化水素bの量、および未反応水素量は上記オンラインGCにより求め、導入気体量(水素、飽和炭化水素a、不飽和炭化水素x)はマスフローメータにより制御し、算出した。
・[炭化水素b収率(%)]=([生成炭化水素b量(mol)]−[消費水素量(mol)])×100/(導入炭化水素量(mol))
・[消費水素量(mol)]=[導入水素量(mol)]−[未反応水素量(mol)]
・[導入炭化水素量(mol)]=[導入飽和炭化水素a量(mol)]+[導入不飽和炭化水素x量(mol)]
5. Ethane yield The yield of ethane (hydrocarbon b), the amount of hydrogen consumed, and the amount of introduced hydrocarbon were calculated from the following equations.
Since it is desirable in the present application that the amount of the produced hydrocarbon b excluding the hydrocarbon b produced by the reaction of the unsaturated hydrocarbon x and hydrogen among the saturated hydrocarbon b produced in the step X is desirable in the present application, the following The yield of hydrocarbon b determined by the equation was used as an index of the examples.
The amount of produced hydrocarbon b and the amount of unreacted hydrogen were determined by online GC, and the amount of introduced gas (hydrogen, saturated hydrocarbon a, unsaturated hydrocarbon x) was calculated by controlling with a mass flow meter.
[Hydrocarbon b yield (%)] = ([Amount of produced hydrocarbon b (mol)] − [Amount of consumed hydrogen (mol)]) × 100 / (Amount of introduced hydrocarbon (mol))
[Hydrogen consumption (mol)] = [Amount of introduced hydrogen (mol)] − [Amount of unreacted hydrogen (mol)]
[Introduced hydrocarbon amount (mol)] = [Introduced saturated hydrocarbon a amount (mol)] + [Introduced unsaturated hydrocarbon x amount (mol)]

(触媒中の金属元素量)
触媒を20mg採取し、超純水3mL、30vol%の塩酸2mL、98vol%の硫酸3mLの混合溶液をテフロン(登録商標)容器中で混合し、1000W、240℃の条件で30分保持することで、触媒を溶液に溶解させ、その溶液を下記ICPで評価することで算出した。なお、三点校正して作成した検量線を元に、洗浄液中の各元素の濃度を得た。
(ICP装置)
SP352UV−DD(セイコーインスツル株式会社製)
(条件)
高周波パワー:1.2kW、
キャリアガス:Ar
(Amount of metal element in catalyst)
20 mg of the catalyst was sampled, and a mixed solution of 3 mL of ultrapure water, 2 mL of 30 vol% hydrochloric acid, and 3 mL of 98 vol% sulfuric acid was mixed in a Teflon (registered trademark) container and kept at 1000 W and 240 ° C. for 30 minutes. The catalyst was dissolved in the solution, and the solution was evaluated by the following ICP. The concentration of each element in the cleaning solution was obtained based on a calibration curve prepared by three-point calibration.
(ICP device)
SP352UV-DD (manufactured by Seiko Instruments Inc.)
(conditions)
High frequency power: 1.2kW
Carrier gas: Ar

<実施例1>
酸化チタン担体に、金属塩を溶解させた水溶液を、以下の様に含浸させることにより、触媒を調製した。ルチル型の酸化チタン10.0gを100mLの25mmol/L塩化白金酸水溶液に懸濁後、蒸発乾固させることで、白金種を担持させた。その後、500℃、大気中で焼成した粉末を得た。この粉末に20MPaの圧力をかけることでペレットとし、これを粉砕後、0.25〜0.50mmに分級することで触媒を得た。この触媒の白金の担持量は5wt%であった。
<Example 1>
A catalyst was prepared by impregnating a titanium oxide carrier with an aqueous solution in which a metal salt was dissolved as follows. After suspending 10.0 g of rutile-type titanium oxide in 100 mL of 25 mmol / L chloroplatinic acid aqueous solution, the platinum species was supported by evaporating to dryness. Thereafter, a powder fired in the air at 500 ° C. was obtained. A pellet was obtained by applying a pressure of 20 MPa to this powder, and after pulverizing, the powder was classified to 0.25 to 0.50 mm to obtain a catalyst. The amount of platinum supported on this catalyst was 5 wt%.

(工程X)
SUS管(外径:1/4インチ、肉厚:0.5 mm)の中央部に0.5gの触媒を石英ウールに触媒をはさみ込むことで充填した流通系の反応器を用いた。
400℃にて、20mL/minの水素流通条件の下、1時間の還元処理を触媒の前処理として施し、Arにて反応管をパージ後、反応温度を200℃、CHとC とH との混合ガスを、30分間流通させた。このときの流通条件は、CH:50mL/min、C:5mL/min、Hのモル分率:0.001以下とした。
工程Xにおけるエタン生成活性は、2.1mol mol−1−1であった。また、CO、COなどの炭素酸化物の生成は確認されなかった。
(Process X)
A distribution system reactor in which 0.5 g of a catalyst was sandwiched between quartz wool in a central part of a SUS tube (outer diameter: 1/4 inch, wall thickness: 0.5 mm) was used.
At 400 ° C, under a hydrogen flow condition of 20 mL / min, a reduction treatment for 1 hour was performed as a pretreatment of the catalyst. After purging the reaction tube with Ar, the reaction temperature was 200 ° C, CH 4 and C 2 H 4 A mixed gas of H 2 and H 2 was circulated for 30 minutes. The distribution conditions at this time were CH 4 : 50 mL / min, C 2 H 4 : 5 mL / min, and the molar fraction of H 2 : 0.001 or less.
The ethane production activity in Step X was 2.1 mol mol −1 h −1 . Moreover, CO, formation of carbon oxides such as CO 2 was not confirmed.

<実施例2>
反応温度を300℃とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。CO、COなどの炭素酸化物の生成は確認されなかった。
<Example 2>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 300 ° C. Formation of carbon oxides such as CO and CO 2 was not confirmed.

<実施例3>
反応温度を400℃とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。CO、COなどの炭素酸化物の生成は確認されなかった。
<Example 3>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 400 ° C. Formation of carbon oxides such as CO and CO 2 was not confirmed.

実施例4〜6では、実施例1〜3で行った反応後(工程Xの後)の気体を、それぞれ下記工程Yにて反応を行った。   In Examples 4 to 6, the gas after the reaction (after Step X) performed in Examples 1 to 3 was reacted in the following Step Y, respectively.

<実施例4>
工程Yとして、実施例1において工程Xの反応器下流にて得られた混合気体を、反応温度850℃の下、触媒がない石英管(外径:6mm、肉厚:1mm)に流通させることで反応を行い、反応後の気体をアルミ製のガスバックに貯蔵し、その成分をガスクロマトグラフィーで評価することで、生成速度を求めた。その結果、工程Yにおける、エチレン生成速度は、1.9 mol h−1であった。CO、COなどの炭素酸化物の生成は確認されなかった。
<Example 4>
As step Y, the mixed gas obtained in the downstream of the reactor of step X in Example 1 is circulated through a quartz tube (outer diameter: 6 mm, wall thickness: 1 mm) having no catalyst at a reaction temperature of 850 ° C. The reaction rate was stored, the gas after the reaction was stored in an aluminum gas bag, and the components were evaluated by gas chromatography to determine the production rate. As a result, the ethylene production rate in Step Y was 1.9 mol h −1 . Formation of carbon oxides such as CO and CO 2 was not confirmed.

<実施例5>
実施例4の、工程Yで反応させる気体を、実施例2において工程Xの反応器下流にて得られた混合気体とした以外は、同様に反応を行った。その結果、エチレン生成速度は、2.6 mol h−1であった。CO、COなどの炭素酸化物の生成は確認されなかった。
<Example 5>
The reaction was performed in the same manner except that the gas reacted in Step Y of Example 4 was a mixed gas obtained in the downstream of the reactor of Step X in Example 2. As a result, the ethylene production rate was 2.6 mol h −1 . Formation of carbon oxides such as CO and CO 2 was not confirmed.

<実施例6>
実施例4の、工程Yで反応させる気体を実施例3において工程Xの反応器下流にて得られた混合気体とした以外は、同様に反応を行った。その結果、エチレン生成速度は、2.4 mol h−1であった。CO、COなどの炭素酸化物の生成は確認されなかった。
<Example 6>
The reaction was performed in the same manner except that the gas reacted in Step Y of Example 4 was a mixed gas obtained downstream of the reactor in Step X in Example 3. As a result, the ethylene production rate was 2.4 mol h −1 . Formation of carbon oxides such as CO and CO 2 was not confirmed.

<比較例1>
反応ガスをCHのみのガス(CH:10mL/min)とした以外は、実施例3と同様に反応を行った。エタン生成活性は、100mmol mol−1−1以下であった。
<Comparative Example 1>
The reaction was performed in the same manner as in Example 3 except that the reaction gas was a gas containing only CH 4 (CH 4 : 10 mL / min). The ethane production activity was 100 mmol mol −1 h −1 or less.

各実施例について、工程Xにおけるエタンの生成活性、工程Yにおけるエチレン生成活性の評価結果を、反応条件と併せて表1に示す。   About each Example, the evaluation result of the ethane production | generation activity in the process X and the ethylene production | generation activity in the process Y is shown in Table 1 with reaction conditions.

Figure 2018039010
Figure 2018039010

実施例1〜3について、本願の実施形態を満たすことで、飽和炭化水素a(CH)と、不飽和炭化水素x(C)を原料として、低温条件であるにも関わらず、CO、COなどの炭素酸化物を生成せずに、炭化水素b(C)を製造することができることが示された。 For Examples 1 to 3, by satisfying the embodiment of the present application, the saturated hydrocarbon a (CH 4 ) and the unsaturated hydrocarbon x (C 2 H 4 ) are used as raw materials, despite the low temperature conditions, It was shown that hydrocarbon b (C 2 H 6 ) can be produced without producing carbon oxides such as CO and CO 2 .

実施例1〜3の反応温度だけが異なる条件で行った反応結果を比較すると、200℃から300℃に反応温度を上げると、エタン(炭化水素b)の生成活性は向上したが、300℃から400℃にすることでエタン(炭化水素b)の生成活性は低下した。高温にするほど反応速度は向上するものの、平衡収率としては、より低温であるほど有利である。例えば、本反応(式1)における750℃、450℃、400℃、350℃、および300℃での平衡収率はそれぞれ、約0.06%、約2%、約5%、約13%、および約44%であることから、平衡収率の観点では、より低温条件での反応が望ましい。以上、実施例1〜3の結果と平衡収率の観点から、工程Xでは特に390℃以下程度の温度条件での反応がより好ましいことが示された。   Comparing the results of the reactions performed under different conditions except for the reaction temperatures of Examples 1 to 3, when the reaction temperature was increased from 200 ° C. to 300 ° C., the production activity of ethane (hydrocarbon b) was improved, but from 300 ° C. By setting the temperature to 400 ° C., the production activity of ethane (hydrocarbon b) decreased. Although the reaction rate increases as the temperature increases, the equilibrium yield is more advantageous as the temperature decreases. For example, the equilibrium yields at 750 ° C., 450 ° C., 400 ° C., 350 ° C., and 300 ° C. in this reaction (Formula 1) are about 0.06%, about 2%, about 5%, about 13%, respectively. From the viewpoint of the equilibrium yield, the reaction under a lower temperature condition is desirable. As described above, from the viewpoints of the results of Examples 1 to 3 and the equilibrium yield, it was shown that the reaction under the temperature condition of about 390 ° C. or less is more preferable in Step X.

比較例1にて、原料ガスにエチレンを導入せずにメタンのみを原料として、400℃でエタンを製造した際のエタン生成活性は、実施例1〜3に比べ大幅に小さく、実施例1〜3がエタン生成活性に優れることがわかる。そのため、本実施形態の工程Xを満たすことで、飽和炭化水素aを原料とする炭化水素bの製造に有利であることが示された。   In Comparative Example 1, the ethane production activity when ethane was produced at 400 ° C. using only methane as the raw material without introducing ethylene into the raw material gas was significantly smaller than Examples 1-3. It can be seen that 3 is excellent in ethane production activity. Therefore, it was shown that satisfying the step X of the present embodiment is advantageous for the production of the hydrocarbon b using the saturated hydrocarbon a as a raw material.

実施例4〜6で示されたように、実施例1〜3で生成された気体を工程Yで反応させることによって、エチレンを生成することができ、炭化水素bから、不飽和炭化水素xを生成できることが示された。つまり、工程Xに続き、工程Yを行うことで、飽和炭化水素a(例えば、メタン)を原料とする、不飽和炭化水素x(エチレン)の製造(式3)について、不飽和炭化水素xを直接合成する反応よりも、熱力学的制約の小さな、(式1)と(式2)の二つの反応に分割して、製造できることが示された。特に、実施例4〜6の工程Yでは触媒を用いず不飽和炭化水素xを製造できる観点から、高温での触媒の反応器への焼結を生じる必要がなく、簡易な工程とすることができることが示された。   As shown in Examples 4 to 6, ethylene can be produced by reacting the gas produced in Examples 1 to 3 in Step Y, and unsaturated hydrocarbon x is produced from hydrocarbon b. It was shown that it can be generated. That is, following the process X, the process Y is performed to produce the unsaturated hydrocarbon x (ethylene) from the saturated hydrocarbon a (for example, methane) (formula 3). It was shown that the reaction can be produced by dividing into two reactions of (Equation 1) and (Equation 2), which have smaller thermodynamic constraints than the direct synthesis reaction. In particular, in the step Y of Examples 4 to 6, from the viewpoint that the unsaturated hydrocarbon x can be produced without using a catalyst, it is not necessary to cause sintering of the catalyst to the reactor at a high temperature, and the process can be simplified. It was shown that it can be done.

また、工程Xでの炭化水素b(エタン)の生成活性や生成速度が速いほど、工程Yにおける不飽和炭化水素xの生成速度は速くなることが示され、炭化水素bの生成活性や生成速度が大きい工程Xであるほど、飽和炭化水素aを原料とする、不飽和炭化水素xの製造について、有用な製造方法であることが示された。   In addition, it is shown that the faster the production activity and production rate of hydrocarbon b (ethane) in Step X, the faster the production rate of unsaturated hydrocarbon x in Step Y, and the production activity and production rate of hydrocarbon b. It was shown that the more the step X is, the more useful the production method for the production of the unsaturated hydrocarbon x using the saturated hydrocarbon a as a raw material.

実施例7〜21では、様々な触媒を用いて飽和炭化水素a(CH)と、不飽和炭化水素x(C)とを反応させた。
<実施例7>
実施例1の触媒調製において、25mmol/L塩化白金酸水溶液を25mmol/Lの硝酸コバルト水溶液とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。担持したコバルト種は、金属状態と仮定したとき、担持量は2wt%であった。
In Examples 7 to 21, the saturated hydrocarbon a (CH 4 ) was reacted with the unsaturated hydrocarbon x (C 2 H 4 ) using various catalysts.
<Example 7>
In the catalyst preparation of Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the 25 mmol / L chloroplatinic acid aqueous solution was changed to a 25 mmol / L cobalt nitrate aqueous solution. When the supported cobalt species was assumed to be in a metal state, the supported amount was 2 wt%.

<実施例8>
反応温度を300℃とした以外は、実施例7と同様に反応を行った。
<Example 8>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 7 except that the reaction temperature was 300 ° C.

<実施例9>
実施例1の触媒調製において、25mmol/L塩化白金酸水溶液を25mmol/Lの塩化ルテニウム水溶液とした以外は同様に反応を行った。担持したルテニウム種は、金属状態と仮定したとき、担持量は3wt%であった。
<Example 9>
In the catalyst preparation of Example 1, the reaction was performed in the same manner except that the 25 mmol / L chloroplatinic acid aqueous solution was changed to a 25 mmol / L ruthenium chloride aqueous solution. Assuming that the supported ruthenium species was in a metallic state, the supported amount was 3 wt%.

<実施例10>
反応温度を300℃とした以外は、実施例9と同様に反応を行った。
<Example 10>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 9 except that the reaction temperature was 300 ° C.

<実施例11>
触媒調製において、25mmol/L塩化白金酸水溶液を25mmol/Lの塩化パラジウム水溶液とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。担持したパラジウム種は、金属状態として、担持量は3wt%であった。
<Example 11>
In the catalyst preparation, the reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the 25 mmol / L chloroplatinic acid aqueous solution was changed to a 25 mmol / L palladium chloride aqueous solution. The supported palladium species was in a metallic state, and the supported amount was 3 wt%.

<実施例12>
反応温度を300℃とした以外は、実施例11と同様に反応を行った。
<Example 12>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 11 except that the reaction temperature was 300 ° C.

<実施例13>
触媒調製において、25mmol/L塩化白金酸水溶液を25mmol/Lの硝酸ニッケル水溶液とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。担持したニッケル種は、金属状態として、担持量は2wt%であった。
<Example 13>
In the catalyst preparation, the reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the 25 mmol / L chloroplatinic acid aqueous solution was changed to a 25 mmol / L nickel nitrate aqueous solution. The supported nickel species was in a metallic state, and the supported amount was 2 wt%.

<実施例14>
触媒をゼオライト(H−ZSM−5、Si/Alモル比 = 24)とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。
<Example 14>
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was zeolite (H-ZSM-5, Si / Al molar ratio = 24).

<実施例15>
反応温度を300℃とした以外は、実施例14と同様に反応を行った。
<Example 15>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 14 except that the reaction temperature was 300 ° C.

<実施例16>
触媒を白金担持アルミナ(Pt金属担持量:5wt%)とした以外は、実施例1と同様に反応を行った。
<Example 16>
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was platinum-supported alumina (Pt metal support amount: 5 wt%).

各実施例について、工程Xにおけるエタンの生成活性の評価結果を、反応条件と併せて表2に示す。   About each Example, the evaluation result of the production | generation activity of the ethane in the process X is shown in Table 2 with reaction conditions.

Figure 2018039010
Figure 2018039010

実施例17〜実施例21では、ゼオライトにSiとAl以外の金属種を導入した触媒を用いて工程Xを行い、エタン生成活性を評価した。
<実施例17>
実施例2の触媒調製時に用いた酸化チタンを、ゼオライト(H−ZSM−5、Si/Alモル比 = 24)とし、反応前の触媒の還元処理を行わなかった以外は、実施例2と同様に反応を行った。触媒中のPt担持量は5wt%(Pt:金属状態として換算)であった。
In Examples 17 to 21, Step X was performed using a catalyst in which a metal species other than Si and Al was introduced into zeolite, and ethane production activity was evaluated.
<Example 17>
The titanium oxide used in the preparation of the catalyst of Example 2 was zeolite (H-ZSM-5, Si / Al molar ratio = 24), and was the same as Example 2 except that the catalyst was not subjected to reduction treatment before the reaction. The reaction was performed. The amount of Pt supported in the catalyst was 5 wt% (Pt: converted as a metal state).

<実施例18>
実施例17の触媒調製時に用いたゼオライトのSi/Alモル比を1500とした以外は、実施例17と同様に反応を行った。触媒中のPt担持量は5wt%(Pt:金属状態として換算)であった。
<Example 18>
The reaction was performed in the same manner as in Example 17 except that the Si / Al molar ratio of the zeolite used in preparing the catalyst of Example 17 was 1500. The amount of Pt supported in the catalyst was 5 wt% (Pt: converted as a metal state).

<実施例19>
実施例17の触媒調製時に、ゼオライト(H−ZSM−5、Si/Alモル比 = 24)を50g、49mmolの硝酸ニッケル水溶液に2時間撹拌させ、吸引濾過とイオン交換水で洗浄後、大気中、500℃で2時間焼成施して触媒を調製した以外は、実施例17と同様に反応を行った。触媒中のNi担持量は0.25wt%(Ni:金属状態として換算)であった。
<Example 19>
During the catalyst preparation of Example 17, zeolite (H-ZSM-5, Si / Al molar ratio = 24) was stirred in 50 g, 49 mmol nickel nitrate aqueous solution for 2 hours, washed with suction filtration and ion-exchanged water, and then in the atmosphere. The reaction was conducted in the same manner as in Example 17 except that the catalyst was prepared by baking at 500 ° C. for 2 hours. The amount of Ni supported in the catalyst was 0.25 wt% (Ni: converted as a metal state).

<実施例20>
実施例17の触媒調製時に、ゼオライト(H−ZSM−5、Si/Alモル比 = 24)を50g、49mmolの硝酸亜鉛水溶液に2時間撹拌させ、吸引濾過とイオン交換水で洗浄後、大気中、500℃で2時間焼成施して触媒を調製した以外は、実施例17と同様に反応を行った。触媒中のZn担持量は1.2wt%(Zn:金属状態として換算)であった。
<Example 20>
During the catalyst preparation of Example 17, zeolite (H-ZSM-5, Si / Al molar ratio = 24) was stirred in 50 g, 49 mmol zinc nitrate aqueous solution for 2 hours, washed with suction filtration and ion-exchanged water, and then in the atmosphere. The reaction was conducted in the same manner as in Example 17 except that the catalyst was prepared by baking at 500 ° C. for 2 hours. The amount of Zn supported in the catalyst was 1.2 wt% (Zn: converted as a metal state).

<実施例21>
実施例17の触媒調製時に、ゼオライト(H−ZSM−5、Si/Alモル比 = 24)を50g、49mmolの硝酸亜鉛水溶液に2時間撹拌させ、吸引濾過とイオン交換水で洗浄後、大気中、500℃で2時間焼成と、撹拌、洗浄、焼成操作を3回繰り返し触媒を調製した以外は、実施例17と同様に反応を行った。触媒中のCu担持量は2wt%(Cu:金属状態として換算)であった。
<Example 21>
During the catalyst preparation of Example 17, zeolite (H-ZSM-5, Si / Al molar ratio = 24) was stirred in 50 g, 49 mmol zinc nitrate aqueous solution for 2 hours, washed with suction filtration and ion-exchanged water, and then in the atmosphere. The reaction was carried out in the same manner as in Example 17 except that the catalyst was prepared by repeating the calcination for 2 hours at 500 ° C. and the stirring, washing and calcination operations three times. The amount of Cu supported in the catalyst was 2 wt% (Cu: converted as a metal state).

各実施例について、工程Xにおけるエタンの生成活性の評価結果を、反応条件と併せて表3に示す。

Figure 2018039010
About each Example, the evaluation result of the production | generation activity of the ethane in the process X is shown in Table 3 with reaction conditions.
Figure 2018039010

実施例17〜21の結果から、本反応に様々な触媒や担体が適用できることが示された。本実施形態のゼオライト触媒が、飽和炭化水素の生成活性に優れることが示され、特に実施例17と18の比較から、Si/Al比が1以上、1000以下であることが好ましいことが示された。金属活性種には、Pt種、Ru種、Ni種、Pd種、Co種が好ましく、Pt種やNi種が、より好ましく、Ptがとりわけ好ましいことが示された。   From the results of Examples 17 to 21, it was shown that various catalysts and carriers can be applied to this reaction. It is shown that the zeolite catalyst of this embodiment is excellent in the production activity of saturated hydrocarbons. Particularly, the comparison between Examples 17 and 18 shows that the Si / Al ratio is preferably 1 or more and 1000 or less. It was. As the metal active species, Pt species, Ru species, Ni species, Pd species, and Co species are preferable, Pt species and Ni species are more preferable, and Pt is particularly preferable.

また、ゼオライト触媒を用いた際には、還元前処理を必要とせずとも、本反応に優れた活性を有することが示された。前処理を必要としないことは、工業的適用の上で有用である。   In addition, when a zeolite catalyst was used, it was shown that this reaction has an excellent activity without requiring a reduction pretreatment. Not requiring pretreatment is useful for industrial applications.

実施例22〜26では、様々な原料気体の飽和炭化水素aと不飽和炭化水素xとの組成比、および反応圧力の下、反応を行った。   In Examples 22 to 26, reactions were carried out under various composition ratios of saturated hydrocarbons a and unsaturated hydrocarbons x of raw material gases and reaction pressures.

<実施例22>
反応ガスをCHとCの混合ガス(CH:50mL/min、C:25mL/min、水素のモル分率:0.001以下)とした以外は、実施例16と同様に反応を行った。
<Example 22>
Example 16 except that the reaction gas was a mixed gas of CH 4 and C 2 H 4 (CH 4 : 50 mL / min, C 2 H 4 : 25 mL / min, hydrogen molar fraction: 0.001 or less). The reaction was performed in the same manner.

<実施例23>
反応ガスをCHとCの混合ガス(CH:50mL/min、C:50mL/min、水素のモル分率:0.001以下)とした以外は、実施例16と同様に反応を行った。
<Example 23>
Example 16 except that the reaction gas was a mixed gas of CH 4 and C 2 H 4 (CH 4 : 50 mL / min, C 2 H 4 : 50 mL / min, molar fraction of hydrogen: 0.001 or less). The reaction was performed in the same manner.

<実施例24>
反応圧力を0.4MPaとした以外は、実施例16と同様に反応を行った。
<Example 24>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 16 except that the reaction pressure was 0.4 MPa.

<実施例25>
反応圧力を0.8MPaとした以外は、実施例16と同様に反応を行った。
<Example 25>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 16 except that the reaction pressure was 0.8 MPa.

各実施例について、工程Xにおけるエタンの生成活性の評価結果を、反応条件と併せて表4に示す。   About each Example, the evaluation result of the production | generation activity of the ethane in the process X is shown in Table 4 with reaction conditions.

Figure 2018039010
Figure 2018039010

工程Xにて、水素を含む混合ガスを導入する条件に付いて、実施例26〜29について検討を行った。   In Step X, Examples 26 to 29 were studied under conditions for introducing a mixed gas containing hydrogen.

<実施例26>
実施例の混合気体を、CH(飽和炭化水素a):36mL/min、C(不飽和炭化水素x):18mL/min、H:1mL/minの混合気体とした以外は、実施例と同様に、反応を行った。
<Example 26>
Except that the mixed gas of the example was a mixed gas of CH 4 (saturated hydrocarbon a): 36 mL / min, C 2 H 4 (unsaturated hydrocarbon x): 18 mL / min, H 2 : 1 mL / min, The reaction was carried out in the same manner as in the examples.

<実施例27>
原料のH導入量を、2.5mL/minとした以外は、実施例1と同様に反応を行った。
<Example 27>
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of H 2 introduced into the raw material was 2.5 mL / min.

<実施例28>
原料のH導入量を、5mL/minとした以外は、実施例1と同様に反応を行った。
<Example 28>
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of H 2 introduced into the raw material was 5 mL / min.

<実施例29>
原料のH導入量を、10mL/minとした以外は、実施例1と同様に反応を行った。
<Example 29>
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of H 2 introduced into the raw material was 10 mL / min.

各実施例について、工程Xにおけるエタン、1―ブテンおよび2−ブテンの生成活性の評価結果を、反応条件と併せて表5に示す。   About each Example, the evaluation result of the production | generation activity of the ethane in process X, 1-butene, and 2-butene is shown in Table 5 with reaction conditions.

Figure 2018039010
Figure 2018039010

表5に示されるように、実施例23と実施例26〜29とを比較すると、水素を導入しなかった実施例23のエタン、1−ブテン、2−ブテンの生成活性は、水素を導入した実施例26〜29に比べて小さく、それぞれの失活比率は、いずれも大きかった。そのため、原料ガスに水素を含有させることで、炭化水素b、および不飽和炭化水素yの生成に有利であることが示された。   As shown in Table 5, when Example 23 was compared with Examples 26 to 29, the production activity of ethane, 1-butene, and 2-butene in Example 23 in which hydrogen was not introduced was introduced with hydrogen. Compared to Examples 26 to 29, each of the deactivation ratios was large. Therefore, it was shown that inclusion of hydrogen in the raw material gas is advantageous for the generation of hydrocarbon b and unsaturated hydrocarbon y.

さらに、実施例26〜29より示されるように、工程Xにて、導入する水素量を変化させることで、エタン、1−ブテン、2−ブテンの生成活性、および、それぞれの失活比率は、変化した。実施例26〜29において、導入水素のモル分率を向上させることによって、エタン、1−ブテン、2−ブテンの生成活性は向上した。また、エタン生成活性の失活比率は、実施例26〜29のいずれも0であり、大きな失活は観測されなかった。1−ブテン、2−ブテン生成活性の失活比率は、水素のモル分率を0.04以上、水素/不飽和炭化水素のモル比率を0.16以上とすることで、特に大きく減少する傾向にあり、触媒上の水素濃度が失活の抑制に十分となった、および/または、エチレンの水素添加反応による、反応熱を利用した、反応速度向上の効果が顕著になったため、ブテン生成活性の向上、および失活抑制となったと推測される。水素導入量の増加によるエタン生成活性の向上は、ブテン生成活性の向上に伴う、エチレンからのブテン生成反応の反応熱のエタン生成への利用量が増加したためであったことも、推測される。工程Xでのエタン生成量増加に伴い、工程Yでのエチレン生成速度が向上する傾向にあった。   Furthermore, as shown in Examples 26 to 29, by changing the amount of hydrogen to be introduced in Step X, the production activity of ethane, 1-butene, and 2-butene, and the deactivation ratio of each, changed. In Examples 26 to 29, the production activity of ethane, 1-butene and 2-butene was improved by increasing the mole fraction of introduced hydrogen. Moreover, the deactivation ratio of ethane production | generation activity was all 0 of Examples 26-29, and big deactivation was not observed. The deactivation ratio of 1-butene and 2-butene formation activity tends to decrease particularly greatly when the molar fraction of hydrogen is 0.04 or more and the molar ratio of hydrogen / unsaturated hydrocarbon is 0.16 or more. However, the hydrogen concentration on the catalyst is sufficient to suppress deactivation and / or the reaction rate improvement effect using the heat of reaction due to the hydrogenation reaction of ethylene has become significant. It is presumed that this was improved and deactivation was suppressed. It is also speculated that the improvement in the ethane production activity due to the increase in the amount of hydrogen introduced was due to the increase in the amount of reaction heat used for the reaction of the butene production reaction from ethylene for the production of ethane accompanying the improvement in the butene production activity. As the amount of ethane generated in the process X increased, the ethylene production rate in the process Y tended to improve.

実施例30〜37では、工程Xの反応条件を非定常とし、特に実施例〜では、非定常に水素を導入する条件で反応を行った。   In Examples 30 to 37, the reaction conditions of Step X were set to be unsteady, and in Examples to in particular, the reaction was carried out under the condition that hydrogen was introduced unsteadyly.

<実施例30>
原料気体の導入条件を以下の様な反応工程とした以外は、実施例16と同様に反応を行った。
反応ガスの導入条件を、CHを50mL/min(第1の気体)で30秒間流通させ、その後Cを50mL/min(第2の気体)で3秒間流通させる条件を、36回繰り返した以外は、実施例16と同様に反応を行った。原料気相成分の水素のモル分率は、0.001以下であった。反応の結果、1.9mmol mol−1−1のエタン生成活性が観測された。
<Example 30>
The reaction was performed in the same manner as in Example 16 except that the introduction conditions of the raw material gas were changed to the following reaction steps.
The conditions for introducing the reaction gas were such that CH 4 was allowed to flow at 50 mL / min (first gas) for 30 seconds, and then C 2 H 4 was allowed to flow at 50 mL / min (second gas) for 3 seconds. The reaction was carried out in the same manner as in Example 16 except for repeating. The mole fraction of hydrogen as a raw material gas phase component was 0.001 or less. As a result of the reaction, ethane generating activity of 1.9 mmol mol −1 h −1 was observed.

<実施例31>
原料気体の導入条件を以下の様な反応工程とした以外は、実施例16と同様に反応を行った。
CH:50mL/min、C:5mL/minの混合ガス(第1の気体)を240秒間流通させ(工程A)、500mL/minのAr(第3の気体)を30秒間流通(工程α)、H:10mL/min、Ar:90mL/minの混合ガス(第2の気体)を120秒間流通(工程B)、500mL/minのAr(第4の気体)を30秒間流通(工程β)、という操作を3回繰り返した。
工程Xにおけるエタン収率は、1.3%であった。
<Example 31>
The reaction was performed in the same manner as in Example 16 except that the introduction conditions of the raw material gas were changed to the following reaction steps.
A mixed gas (first gas) of CH 4 : 50 mL / min and C 2 H 4 : 5 mL / min was circulated for 240 seconds (step A), and 500 mL / min of Ar (third gas) was circulated for 30 seconds ( Step α), a mixed gas (second gas) of H 2 : 10 mL / min, Ar: 90 mL / min is circulated for 120 seconds (Step B), and Ar (fourth gas) of 500 mL / min is circulated for 30 seconds ( The operation of step β) was repeated 3 times.
The ethane yield in Step X was 1.3%.

<実施例32>
実施例16に記載の各工程における気体導入時間を、以下の様にした以外は、実施例16と同様に反応を行った。工程A:120秒、工程α:30秒、工程B:120秒、工程β:30秒とし、4回繰り返した。
<Example 32>
The reaction was performed in the same manner as in Example 16 except that the gas introduction time in each step described in Example 16 was changed as follows. Step A: 120 seconds, step α: 30 seconds, step B: 120 seconds, and step β: 30 seconds were repeated four times.

<実施例33>
実施例16に記載の各工程における気体導入時間を以下の様にした以外は、実施例16と同様に反応を行った。工程A:30秒、工程α:30秒、工程B:15秒、工程β:30秒とし、11回繰り返した。
<Example 33>
The reaction was performed in the same manner as in Example 16 except that the gas introduction time in each step described in Example 16 was as follows. Step A: 30 seconds, step α: 30 seconds, step B: 15 seconds, step β: 30 seconds, and repeated 11 times.

<実施例34>
実施例16に記載の各工程における気体導入時間を以下の様にした以外は、実施例16と同様に反応を行った。工程A:6秒、工程α:30秒、工程B:3秒、工程β:30秒とし、17回繰り返した。
<Example 34>
The reaction was performed in the same manner as in Example 16 except that the gas introduction time in each step described in Example 16 was as follows. Step A: 6 seconds, step α: 30 seconds, step B: 3 seconds, step β: 30 seconds, and repeated 17 times.

<実施例35>
実施例16に記載の各工程における気体導入時間を以下の様にし、工程Bの気体をH:15mL/min、Ar:85mL/minの混合ガスとした以外は、実施例1と同様に反応を行った。工程A:30秒、工程α:10秒、工程B:10秒、工程β:10秒とし、20回繰り返した。
<Example 35>
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the gas introduction time in each step described in Example 16 was as follows, and the gas in Step B was a mixed gas of H 2 : 15 mL / min and Ar: 85 mL / min. Went. Step A: 30 seconds, step α: 10 seconds, step B: 10 seconds, step β: 10 seconds, and repeated 20 times.

<実施例36>
実施例35に記載の各工程における気体導入時間を以下の様にした以外は、実施例5と同様に反応を行った。工程A:12秒、工程α:6秒、工程B:6秒、工程β:6秒とし、40回繰り返した。
<Example 36>
The reaction was performed in the same manner as in Example 5 except that the gas introduction time in each step described in Example 35 was as follows. Step A: 12 seconds, step α: 6 seconds, step B: 6 seconds, and step β: 6 seconds were repeated 40 times.

<実施例37>
実施例33に記載の触媒を、実施例10に記載のRu担持TiOとした以外は、実施例33と同様に反応を行った。
<Example 37>
The reaction was performed in the same manner as in Example 33 except that the catalyst described in Example 33 was changed to Ru-supported TiO 2 described in Example 10.

各実施例について、エタン収率の評価結果を、反応条件と併せて表6に示す。   About each Example, the evaluation result of an ethane yield is shown in Table 6 with reaction conditions.

Figure 2018039010
Figure 2018039010

実施例16と実施例31〜36とを比較すると、工程Aのみを行った実施例16に対し、工程Aと工程Bとを共に行った実施例31〜36では、エタン収率、およびエチレン生成速度の向上に顕著に効果があることがわかる。
また、触媒としてRuを用いた実施例10と実施例37とを比較しても、工程Aと工程Bとを共に行うことで、エタン収率、およびエチレン生成速度の向上に顕著に効果があることがわかる。
Comparing Example 16 and Examples 31-36, in Example 31-36 in which Step A and Step B were performed together with Example 16 in which only Step A was performed, the ethane yield and ethylene production were It can be seen that the speed improvement is remarkably effective.
Further, even when Example 10 and Example 37 using Ru as a catalyst are compared, performing both Step A and Step B has a remarkable effect on improving the ethane yield and the rate of ethylene production. I understand that.

実施例において、工程A、工程B、工程α、工程βの条件によって、工程Xでのエタン収率、および工程Yでのエチレン生成速度は変化した。実施例31〜34を比較すると、工程Aが6秒〜240秒、工程Bが3秒〜120秒の条件では、工程Aおよび工程Bの時間を小さくすることでエタン収率、およびエチレン生成速度は向上した。これは、工程Aにおける飽和炭化水素aおよび/または不飽和炭化水素bの触媒上への堆積量を少なくすることができたためであったと推測される。
また、工程α、工程βにて、不飽和炭化水素xのモル分率が低い気体を導入することによって、続く工程での水素導入による、不飽和炭化水素xへの水添反応を低減でき、エタン収率、およびエチレン生成速度を向上できる。特に、実施例33〜36を比較すると、工程α、および工程βの時間を短縮することで、エタン収率、およびエチレン生成速度は減少する傾向にあった。これは、工程αおよび工程βをより長時間行うことで、不飽和炭化水素xまたは水素のモル分率がより低い気体で置換することができ、不飽和炭化水素xと水素との反応を抑制することができたためであると推測される。
In the examples, the ethane yield in step X and the ethylene production rate in step Y varied depending on the conditions of step A, step B, step α, and step β. Comparing Examples 31 to 34, under the conditions where Step A is 6 seconds to 240 seconds and Step B is 3 seconds to 120 seconds, the ethane yield and the ethylene production rate are reduced by reducing the time of Step A and Step B. Improved. This is presumably because the amount of the saturated hydrocarbon a and / or unsaturated hydrocarbon b deposited on the catalyst in Step A could be reduced.
Further, by introducing a gas having a low molar fraction of unsaturated hydrocarbon x in step α and step β, hydrogenation reaction to unsaturated hydrocarbon x due to hydrogen introduction in the subsequent step can be reduced, Ethane yield and ethylene production rate can be improved. In particular, when Examples 33 to 36 were compared, the ethane yield and the ethylene production rate tended to decrease by shortening the time of step α and step β. This is because the step α and the step β are carried out for a longer time, so that the unsaturated hydrocarbon x or a gas having a lower mole fraction of hydrogen can be substituted, and the reaction between the unsaturated hydrocarbon x and hydrogen is suppressed. It is presumed that it was possible to do.

<実施例38>
(工程X)
実施例33に記載のArを窒素とした以外は、実施例33と同様に反応を行った。
その結果、実施例33と同様に優れたエタン収率、およびエチレン生成速度が得られた。
<Example 38>
(Process X)
The reaction was performed in the same manner as in Example 33 except that Ar described in Example 33 was changed to nitrogen.
As a result, the same ethane yield and ethylene production rate as in Example 33 were obtained.

実施例38より、不活性ガスとして、Ar以外の気体も本願の実施形態に適用可能であることが示された。   From Example 38, it was shown that gases other than Ar can be applied to the embodiment of the present application as the inert gas.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.

本発明による炭化水素の製造方法を用いることで、水の生成に比べ、原子効率が高い、および/または化学品としての価値の高い化合物の生成を伴う、飽和炭化水素の縮合反応において、水素生成を伴う反応に比べ、反応を進行させるための高温を必要とせず、かつ、飽和炭化水素と酸素とを原料とした不飽和炭化水素製造よりも、エチレンの酸化物、COやCO等の副生物が低減され、安全のための厳密な導入原料の濃度制御を必要としない、飽和炭化水素を原料とする炭化水素の製造方法として広く利用することができる。 By using the method for producing hydrocarbons according to the present invention, hydrogen production in the condensation reaction of saturated hydrocarbons involving the production of compounds having higher atomic efficiency and / or higher chemical value than water production. Compared with the reaction involving NO, it does not require a high temperature for the reaction to proceed, and is more suitable than the production of unsaturated hydrocarbons using saturated hydrocarbons and oxygen as raw materials, such as ethylene oxide, CO and CO 2. It can be widely used as a method for producing hydrocarbons using saturated hydrocarbons as raw materials in which living organisms are reduced and strict control of the concentration of the introduced raw materials is not required for safety.

Claims (8)

Al以外の第4族〜第13族元素の群からなる元素のうち少なくとも一つを含み、Si/Alモル比が1以上、1000以下であるゼオライトから構成される、飽和炭化水素生成触媒。   A saturated hydrocarbon production catalyst comprising at least one element selected from Group 4 to Group 13 elements other than Al and comprising zeolite having a Si / Al molar ratio of 1 or more and 1000 or less. 前記飽和炭化水素生成触媒を用いて生成される飽和炭化水素の炭素数が2以上、6以下である、請求項1に記載の飽和炭化水素生成触媒。   The saturated hydrocarbon production catalyst according to claim 1, wherein the saturated hydrocarbon produced using the saturated hydrocarbon production catalyst has 2 or more and 6 or less carbon atoms. 前記飽和炭化水素生成触媒を用いて生成される飽和炭化水素の炭素数が2である、請求項1または2に記載の飽和炭化水素生成触媒。   The saturated hydrocarbon production catalyst according to claim 1 or 2, wherein the saturated hydrocarbon produced using the saturated hydrocarbon production catalyst has 2 carbon atoms. 前記ゼオライトがMFI型である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の飽和炭化水素生成触媒。   The saturated hydrocarbon production catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the zeolite is MFI type. 前記ゼオライトに含まれる、Al以外の第4族〜第13族元素の群からなる元素が0.01wt%以上、50wt%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の飽和炭化水素生成触媒。   The saturated carbonization according to any one of claims 1 to 4, wherein an element consisting of a group of Group 4 to Group 13 elements other than Al contained in the zeolite is 0.01 wt% or more and 50 wt% or less. Hydrogen production catalyst. 前記ゼオライトが、第8族〜第10族元素の少なくともいずれかを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の飽和炭化水素生成触媒。   The saturated hydrocarbon production catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the zeolite contains at least one of Group 8 to Group 10 elements. 前記ゼオライトが、Pt、またはNiの少なくともいずれかを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の飽和炭化水素生成触媒。   The saturated hydrocarbon production catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the zeolite contains at least one of Pt and Ni. モル分率が0.05以上、0.999以下である、炭素数が1〜6の飽和炭化水素aと、
モル分率が0.001以上、0.95以下である、炭素数が2〜12の不飽和炭化水素xと、を含む混合ガスを、触媒存在下で反応させ、
前記不飽和炭化水素xの炭素骨格と等しい炭素骨格を有する炭化水素b、を少なくとも製造する工程Xを少なくとも含み、
前記工程Xにおいて用いる前記触媒が請求項1〜7のいずれか一項に記載の触媒である、炭化水素の製造方法。
A saturated hydrocarbon a having a mole fraction of 0.05 or more and 0.999 or less and having 1 to 6 carbon atoms;
A mixed gas containing an unsaturated hydrocarbon x having 2 to 12 carbon atoms and having a molar fraction of 0.001 or more and 0.95 or less, in the presence of a catalyst,
At least a step X of producing a hydrocarbon b having a carbon skeleton equal to the carbon skeleton of the unsaturated hydrocarbon x,
A method for producing a hydrocarbon, wherein the catalyst used in the step X is the catalyst according to any one of claims 1 to 7.
JP2017196429A 2014-11-28 2017-10-06 Process for producing hydrocarbons Active JP6496796B2 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014241281 2014-11-28
JP2014241281 2014-11-28
JP2015066528 2015-03-27
JP2015066688 2015-03-27
JP2015066688 2015-03-27
JP2015066528 2015-03-27

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015232247A Division JP6298438B2 (en) 2014-11-28 2015-11-27 Process for producing hydrocarbons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018039010A true JP2018039010A (en) 2018-03-15
JP6496796B2 JP6496796B2 (en) 2019-04-10

Family

ID=57071085

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015232247A Active JP6298438B2 (en) 2014-11-28 2015-11-27 Process for producing hydrocarbons
JP2017196429A Active JP6496796B2 (en) 2014-11-28 2017-10-06 Process for producing hydrocarbons
JP2017196432A Active JP6437614B2 (en) 2014-11-28 2017-10-06 Hydrocarbon production method

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015232247A Active JP6298438B2 (en) 2014-11-28 2015-11-27 Process for producing hydrocarbons

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017196432A Active JP6437614B2 (en) 2014-11-28 2017-10-06 Hydrocarbon production method

Country Status (1)

Country Link
JP (3) JP6298438B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4472535A (en) * 1982-11-22 1984-09-18 Mobil Oil Corporation Conversion of synthesis gas to ethane
JP2000300987A (en) * 1999-01-15 2000-10-31 Uop Inc Process of converting small carbon number aliphatic hydrocarbon into greater carbon number hydrocarbon, and catalyst therefor
JP2007238608A (en) * 2006-02-10 2007-09-20 Nippon Gas Gosei Kk Method for production of liquefied petroleum gas
JP2011116707A (en) * 2009-12-04 2011-06-16 Meidensha Corp Method for producing lower hydrocarbon and aromatic compound and production catalyst

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4684755A (en) * 1985-09-27 1987-08-04 Ici Australia Limited Catalyzed process
US4670621A (en) * 1986-05-05 1987-06-02 Ethyl Corporation Catalytic synthesis of olefins from paraffins
JP3026451B2 (en) * 1990-08-06 2000-03-27 大阪瓦斯株式会社 Hydrocarbon production method
JPH0688917B2 (en) * 1990-08-13 1994-11-09 工業技術院長 Hydrocarbon conversion method using ethylene
GB9208154D0 (en) * 1991-05-03 1992-05-27 Ici Plc Transhydrogenation
KR960005497B1 (en) * 1993-05-22 1996-04-25 재단법인한국화학연구소 New catalyst for conversion methane or refined natural gas, its preparation and the process for producing ethylene by its use
KR0156272B1 (en) * 1993-12-31 1998-12-01 강박광 Catalyst for conversion of methane to ethylene preparation thereof and process for manufacturing ethylene using said catalyst
US6518476B1 (en) * 2000-09-18 2003-02-11 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Methods for manufacturing olefins from lower alkans by oxidative dehydrogenation
US6867338B2 (en) * 2002-03-15 2005-03-15 Catalytic Distillation Technologies Selective hydrogenation of acetylenes and dienes in a hydrocarbon stream
RU2007119938A (en) * 2004-12-09 2009-01-20 Хрд Корп. (Us) CATALYST AND METHOD FOR CONVERTING PARAFFIN HYDROCARBONS WITH A LOW MOLECULAR WEIGHT IN ALKENES
JP5493928B2 (en) * 2009-07-10 2014-05-14 三菱化学株式会社 Process for producing hydrocarbons

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4472535A (en) * 1982-11-22 1984-09-18 Mobil Oil Corporation Conversion of synthesis gas to ethane
JP2000300987A (en) * 1999-01-15 2000-10-31 Uop Inc Process of converting small carbon number aliphatic hydrocarbon into greater carbon number hydrocarbon, and catalyst therefor
JP2007238608A (en) * 2006-02-10 2007-09-20 Nippon Gas Gosei Kk Method for production of liquefied petroleum gas
JP2011116707A (en) * 2009-12-04 2011-06-16 Meidensha Corp Method for producing lower hydrocarbon and aromatic compound and production catalyst

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018009029A (en) 2018-01-18
JP6496796B2 (en) 2019-04-10
JP2016175889A (en) 2016-10-06
JP6298438B2 (en) 2018-03-20
JP6437614B2 (en) 2018-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dai et al. Recent progress in heterogeneous metal and metal oxide catalysts for direct dehydrogenation of ethane and propane
Chen et al. Study in support effect of In2O3/MOx (M= Al, Si, Zr) catalysts for dehydrogenation of propane in the presence of CO2
KR20220005089A (en) Organic hydrogen storage raw material dehydrogenation catalyst, catalyst carrier, hydrogen storage alloy, and method for producing high purity hydrogen gas
AU2020268228A1 (en) Catalyst for dehydrogenating organic hydrogen storage raw material, carrier for catalyst, hydrogen storage alloy, and method for providing high purity hydrogen
WO2014016811A1 (en) Alkane dehydrogenation catalyst and process for its preparation
Gu et al. First-principles study of single transition metal atoms on ZnO for the water gas shift reaction
JPWO2007083684A1 (en) Catalyst and method for producing olefin using the same
JP6496796B2 (en) Process for producing hydrocarbons
WO2014031029A1 (en) Method for producing a cobalt catalyst from the synthesis of liquid hydrocarbons by the fischer-tropsch method
TW201542512A (en) Process for producing an unsaturated hydrocarbon
JP6300281B2 (en) Method for producing conjugated diene and reaction apparatus
Martins et al. The effect of support on methane activation over Pt catalysts in the presence of MoO3
JP6300280B2 (en) Method for producing conjugated diene
JP6268110B2 (en) Process for producing hydrocarbons
JP2008029949A (en) Catalyst for selective carbon chain-extension reaction, method for manufacturing the catalyst and method for producing hydrocarbons by using the same
CN106518604B (en) The synthetic method of ethylbenzene
JP6247250B2 (en) Carboxylic acid production catalyst and method for producing carboxylic acid
JP7064896B2 (en) Method for producing unsaturated hydrocarbons
JP6272791B2 (en) Method for producing organic acid
JP7064897B2 (en) Method for producing unsaturated hydrocarbons
JP2014200705A (en) Catalyst and method for producing syngas
JP6253570B2 (en) Method for producing organic acid
WO2021132239A1 (en) Method for producing indene
JP6883286B2 (en) Method for producing unsaturated hydrocarbons
JP2017159198A (en) Dehydrogenation catalyst for lower hydrocarbon and aromatic compound production method

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180614

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180807

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190311

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6496796

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150