JP2019001703A - 少なくとも２種のマラカイト粉体の混合物から固体を調製する方法 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本発明は、固体を調製する方法であって、異なる粒子サイズの少なくとも２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体および少なくとも１種のバインダを含む一式の化合物を混合する工程を含む、方法およびこの方法によって調製された固体の使用に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、銅化合物をベースとする固体の調製方法、並びに、前記固体の使用、とりわけ、気体または液体の供給原料、例えば、天然ガス、バイオガス、合成ガス、二酸化炭素ＣＯ２を含有するガス、または液体炭化水素からの硫黄化合物の除去のための固体の使用に関する。
本発明により調製された固体は、気体または液体の供給原料中の一酸化炭素ＣＯ、水銀を含有する化合物、またはヒ素を含有する化合物の除去のため、並びに、デュサン（Dussan）反応（水性ガスシフト反応）の触媒作用のために用いられてもよい。
銅化合物は、硫黄化合物と反応するそれらの能力のために従来技術から知られている。活性相としてのヒドロキシ炭酸銅の使用が特に興味深いものであるのは、Ｈ２Ｓとの反応が特に速いようであるからである。
多くの文献が、酸化銅の存在下の脱硫に取り組んでいる。
特許文献１には、９９．８重量％までの酸化銅を含み得る脱硫材料が記載されている。この材料は、沈殿によって調製される。
特許文献２には、ヒドロキシ炭酸銅およびアルミナから調製された固体を用いて液体炭化水素を脱硫する方法が記載されている。前駆体は解膠されない。この固体は２６０℃超の温度で熱処理され、これにより、ヒドロキシ炭酸銅は部分的に品質劣化し、ＣｕＯが得られる。
特許文献３には、合成ガスの工業的実施の間のＣｕＯの低減を防止するかまたは軽減することを可能にする方法に従って開発された、ＣｕＯベースの固体を用いて合成ガス（Ｈ２、ＣＯ）を精製する方法が記載されている。この目的のために、この固体は、ヒドロキシ炭酸銅およびハロゲン化添加物、例えば、ＮａＣｌ、および炭酸銅をＣｕＯに完全に分解するための２８０〜５００℃の温度での焼成工程から調製される。
特許文献４および５には、最低７０重量％の銅化合物（炭酸塩または酸化物その他）を含む固体を用いることによる硫黄化合物の除去が記載されている。
しかしながら、前記文献のいずれも、調製された材料の機械的強度の課題に取り組むものではない。
特許文献６には、ＺｎＯベースの固体の調製および液体または気体の供給原料の脱硫のためのその使用が記載され、前記固体は、優れた機械的強度および増大した貯蔵容量を有する。この調製方法は、ＺｎＯ粉体の混合、解膠および焼成の工程を含む。前記文献によると、ＺｎＯの塩基性解膠は、塩基性媒体中のＺｎＯの部分的溶解を許容し、これにより、粒子のサイズの低減、より良好な分散を通した密集した固体、したがって、機械的強度における増大がもたらされる。
しかしながら、マラカイトは、組成Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３を有するものであり、このものは、塩基性媒体中に溶けないが、酸性媒体中には可溶である塩基性化合物である。したがって、塩基性解膠は、粒子サイズの減少につながり得るだろう、究極的には、特許文献６に記載されたような機械的強度における改善につながり得るだろう可溶化効果を有しない。
特許文献７には、最低７５重量％の銅の炭酸塩、ヒドロキシ炭酸塩または水酸化物を含有する捕捉塊が記載されている。当該文献は、固体の容積捕捉容量（すなわち、固体の質量ではなくその容積に対して捕捉された硫黄の量）を改善するために、少なくとも０．９ｋｇ／Ｌ、さらには少なくとも１．２ｋｇ／Ｌの装填密度を有する固体を得ることにも関する。前記文献には、用いられた銅化合物を分解しないように、乾燥／焼成の温度は、１５０℃、さらには１１５℃を超えるべきではないことが指し示されている。これにより、密度における向上に結果として貢献する炭酸塩および水酸化物の形態にある固体中に含有されるＣＯ２および／または水をカウントすることが可能となる。１５０℃超で、銅の炭酸塩、ヒドロキシ炭酸塩または水酸化物の分解は、固体の装填密度における低減をもたらす。さらに、前記文献には、解膠工程が記載されていない。
しかしながら、従来技術に記載されたヒドロキシ炭酸銅のみから調製された固体は、熱処理された後でさえ、特に低い機械的強度特性を有し、このことは、それらを使用し難くするものであり、特に、摩耗および微細粒子の発生による問題を有する。
本出願人は、ヒドロキシ炭酸銅から固体を調製する方法であって、従来技術の固体のものより大きい向上した機械的強度特性と効果的な硫黄捕捉容量を有する、方法を発見した。
米国特許第７８３７９６４号明細書 米国特許第４５８２８１９号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０４７８５０号明細書 米国特許第６００７７０６号明細書 欧州特許出願公開第２４３０５２号明細書（特開昭６２−２８２６３７号公報） 仏国特許出願公開第２９４０９６７号明細書 国際公開第９５／２４９６２号
（発明の簡単な説明）
本発明は、固体の調製方法であって、以下の工程：
ａ） 異なる粒子サイズを有する少なくとも２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体および少なくとも１種のバインダを含む一式の化合物を混合する工程；
ｂ） 工程ａ）の混合物を水溶液と接触させ、これにより得られたペースト状物を混錬する工程；
ｃ） 工程ｂ）において混錬されたペースト状物を、３〜２５ＭＰａの圧力で押し出す工程；
ｄ） 酸素を含むガス流下に１０分〜６時間の継続期間にわたって１４０℃〜５００℃の温度で押出物を焼成する工程
を含む、方法に関する。
非常に良好な機械的強度と並んで、得られた吸着剤は、最適化された密度と細孔性を有し、これにより、硫黄の捕捉の間に分散フロント（dispersion front）を低減させながらその有用な質量容量を最大にすることが可能となる。
（発明の詳細な説明）
以降の説明において、用語「本発明により調製された固体」は、限定なしで、前記固体の用途に応じて吸着剤並びに触媒または捕捉塊を意味する。
以降の説明において、マラカイト、ヒドロキシ炭酸銅およびＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３の用語は、区別なく用いられる。
固体の強熱減量（loss on ignition：ＬＯＩ）は、２時間にわたる５５０℃での焼成に付された固体のサンプルの重量％での重量の喪失であるとして理解される。
粉体は、一式の粒子であるとして理解される。
以降の説明において、粉体または粒子のサイズ分布は、ミー散乱理論（G. B. J. de Boer, C. de Weerd, D. Thoenes, H.W.J. Goossens, Part. Charact. 4 (1987) 14-19）に基づくレーザ回折による粒度分析によって測定される。前記粉体または前記粒子の粒子サイズの分布は、中位径（Ｄ５０）によって示される。中位径は、前記粒子または前記粉体の構成粒子の５０容積％がその径より小さくなるような等価な球の径であるとして定義される。
以下において、比表面積は、“The Journal of American Society”, 60, 309, (1938)に記載されたBRUNAUER-EMMETT-TELLER法から確立されたASTM D 3663-78規格に従う窒素の吸着によって決定されるＢＥＴ比表面積として理解され得る。
（工程ａ）混合）
本発明によると、本調製方法は、異なる粒子サイズを有する少なくとも２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体および少なくとも１種のバインダを含む一式の化合物を混合する工程ａ）を含む。
前記一式の化合物は、異なる粒子サイズを有する少なくとも２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体および少なくとも１種のバインダを含む。
有利には、前記一式の化合物は、０．１〜９９．９重量％、有利には２〜９９．９重量％、好ましくは５〜９９．９重量％、非常に好ましくは５〜９９重量％、好ましくは５〜９０重量％、非常に好ましくは５〜８５重量％の、そのＤ５０が１〜１５μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、非常に好ましくは４〜９μｍである第１のマラカイト粉体と、９９．９〜０．１重量％、有利には９８〜０．１重量％、好ましくは９５〜０．１重量％、非常に好ましくは９５〜１重量％、好ましくは９５〜１０重量％、非常に好ましくは９５〜１５重量％の、そのＤ５０が２５〜１００μｍ、好ましくは２５〜８０μｍ、好ましくは３０〜５０μｍである第２のマラカイト粉体とを含み、重量百分率は、マラカイト粉体の全重量に対して表される。二峰性分布により、得られた最終固体の機械的強度が改善される。
有利には、前記一式の化合物の荷重された中位径（Ｄｍと呼ばれる）は、１０〜４５μｍ、好ましくは１５〜４５μｍであり、限界値は含まれる。前記一式の化合物の荷重された中位径（Ｄｍと呼ばれる）は、式：
Figure 2019001703
により計算され、式中、
ｘｎ（Ｐｎ）は、前記一式の化合物中のマラカイト粉体Ｐｎの質量割合であり、
Ｄ５０（Ｐｎ）は、前記一式の化合物のマラカイト粉体ＰｎのＤ５０である。
有利には、前記一式の化合物は、酸化銅ＣｕＯ粉体を含まない。
一式の化合物は、有利には、工程ａ）において乾式で、すなわち、液体の添加なしで混合される。前記工程ａ）は、例えば、撹拌機または任意の他のタイプの混合機中で実施されてよい。この工程により、粉体成分の均一な混合物を得ることが可能となる。
（Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３の供給源）
Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体は、当業者に知られているあらゆる供給源に由来する。
（バインダ）
工程ａ）において混合される一式の化合物は、少なくとも１種のバインダを含む。前記バインダにより、良好な機械的強度を提供しながら前記吸着剤を形成することが可能となる。前記バインダは、有利には、粉体の形態である。
当業者に周知であるあらゆるバインダが用いられてよい。特に、前記バインダは、有利には、例えば、粘土、例えば、カオリナイトタイプの鉱物、パリゴルスカイトタイプの鉱物、およびスメクタイト粘土鉱物、例えば、モンモリロナイトまたはベントナイトから選択されてよい。前記バインダは、アルミナ、アルミナの前駆体（好ましくはベーマイト）、シリカおよびそれらの混合物からなる群からも選択され得る。異なるタイプのバインダの使用を組み合わせることが完全に可能であり、例えば、「アルミナ」バインダと「粘土」バインダ、さらには異なるタイプの２種の粘土である。本発明による固体を調製する好ましい実施形態によると、バインダは、ベントナイトタイプの粘土である。
本発明による調製方法において用いられるバインダの量は、前記バインダが調製された固体の５０重量％未満（全乾燥物を基礎に、すなわち、強熱減量の後に表される）を示すようにされ、目的とする適用に依存する。
銅化合物またはバインダ（１種または複数種）にかかわらず、各化合物の複数種の供給源を混合することは全く可能である。
本発明により調製された固体が液体または気体の供給原料の脱硫のために用いられる場合、前記固体のバインダ含有率は、好ましくは１５重量％〜２５重量％である（全乾燥物として、すなわち、強熱減量の後に表される）。
（工程ｂ）解膠および混錬）
本発明によると、吸着剤の調製方法は、工程ａ）の混合物を水溶液と接触させ、得られたベースト状物を混錬する工程ｂ）を含む。
ペースト状物を得ることに至るこの工程により、構成成分を分散させること、すなわち、ヒドロキシ炭酸銅粉体並びにバインダ（１種または複数種）、および構成成分を部分的に溶解させることができる。
水溶液の作用の下で、異なる成分を接触させることによって、ヒドロキシ炭酸銅粒子およびバインダ粒子が分散および溶解する現象が混錬の間に発生することが好ましい。しかしながら、あらゆる理論に制限的であることを望むことなく、ヒドロキシ炭酸銅およびバインダ粒子の両方のより良好な分散が、前記調製方法によって究極的に得られる機械的強度を改善する方に向かうだろうことを仮定することが可能である。
前記水溶液は、有利には、酸性または塩基性の解膠剤を含有する。
前記酸性解膠剤は、硝酸、塩化水素酸、または当業者に知られている任意の他の酸、例えば、無機酸、例えば、フッ化水素酸、臭化水素酸、塩化水素酸、硝酸、亜硝酸、スルホン酸、硫酸、過塩素酸、さらには、有機性のモノ−またはジ−カルボン酸、例えば、酢酸、プロピオン酸またはブタン酸であり得る。
本発明による方法の特定の配置において、解膠は、硝酸を含有する酸性水溶液を用いて引き起こされる。ＨＮＯ３の質量／金属酸化物の質量の比は、０．５〜１０重量％、好ましくは０．５〜６重量％、有利には０．５〜３重量％である。
金属酸化物の質量は、以下の通りに計算される：
Figure 2019001703
式中、ｍＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、工程ａ）において導入されたＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトの質量であり、ＭＣｕＯは、ＣｕＯのモル質量（＝８０ｇ／ｍｏｌ）であり、ＭＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトのモル質量（＝２２２ｇ／ｍｏｌ）である。
前記塩基性解膠剤は、無機塩基、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、さらには、有機塩基、例えば、アミンまたは四級アンモニウム化合物、例えば、アルキル−エタノールアミンまたはアルキル−エトキシ化アミンから選択されるものであり得る。
本発明による方法の特定の配置において、解膠は、塩基性解膠剤、例えば、好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド（tetraethylammonium hydroxide：ＴＥＡＯＨ）、炭酸アンモニウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される塩基性解膠剤を含有する水溶液によって行われる。塩基性解膠剤の質量／金属酸化物の質量の比は、１〜１０重量％、好ましくは２〜８重量％、有利には２〜５重量％である。酸化物の質量は、前述の式と同様に計算される。
本発明による方法の別の特定の配置において、解膠は、工程ｂ）において酸または塩基が加えられていない水溶液を用いて引き起こされる。驚くべきことに、酸または塩基が加えられていない水による解膠により、改善された吸着性能を、特に、硫黄化合物に示す固体を得ることが可能になることが観察された。この特定の配置において、前記工程ｂ）における水溶液は、有利には、脱イオン水であり、例えば、イオン交換樹脂の助けを伴う。
用いられる水溶液の量は、解膠から、実施される変形例に拘わらず、流れないが、工程ｃ）において、当業者によって周知であり、かつ、用いられる押出設備に応じた適切な圧力条件で押し出すことができるようにもはや乾燥もしていない、ペースト状物を得るように調節される。
試薬（Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３、バインダ（１種または複数種）、水溶液）の接触は、バッチ式でまたは連続的に混錬することによって行われる。
バッチ式混錬のために、設備、例えば、Ｚアーム、ローラまたはカムを有する撹拌機が当業者に知られているが、任意の他の混錬設備も用いられ得る。
工程ｂ）における混錬の間に、１種以上の押出添加物を組み入れることが考えられ、これにより、押出の間のチャネル中のペースト状物の流動性を改善することが可能になる。これらの添加物は、当業者に周知であり、このものは、例えば、モノカルボン酸性脂肪族酸、アルキル化芳香族化合物、スルホン酸塩、脂肪酸、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体から選択されてよい。
これらの添加物は、一般的に、撹拌機に導入された成分の全質量の０．１重量％〜１０重量％、好ましくは０．２重量％〜８重量％の含有率で加えられる。
混錬の継続期間は、一般的に５〜６０分、好ましくは２０〜５０分である。撹拌器アームの回転スピードは、１０〜７５回転／分、好ましくは２５〜５０回転／分である。
（工程ｃ）押出）
本発明によると、吸着剤の調製方法は、工程ｂ）において混錬されたペースト状物を、３〜２５ＭＰａの圧力で押し出す工程ｃ）を含む。
押出の前記工程ｃ）は、あらゆるタイプの押出機、例えば、ピストン式、一軸式または二軸式の押出機において実施されてよい。ダイの幾何学的形状により、押出物にそれの形状が与えられ、ダイは、当業者に知られているダイから選択されてよい。これらのダイは、例えば、円筒状、三葉状、四葉状、縦溝彫り、またはスリット付きであってよい。
ダイの径は、焼成工程からの所望の固体の径により規定される。
接触および混錬の工程ｂ）および押出の工程ｃ）は、有利には、同一の設備において組み合わされてよい。この実施の一つの例において、混錬済みペースト状物は、連続的な二軸式撹拌器の終端において直接的に押し出されてよい。この実施の別の例において、１基または複数基のバッチ式撹拌器が、押出機に接続される。
工程ｃ）から得られた押出物は、有利には、工程ｄ）において焼成される前に、７０〜１６０℃の温度で１〜２４時間にわたって乾燥させられる。この乾燥処理は、有利には、空気下にまたはより好ましくは湿潤空気下に行われてよい。乾燥処理の利点は、存在する揮発性化合物の部分を徐々に除くことにある。固体の直接的な焼成は、微視的破壊の出現をもたらすかもしれないからである。湿潤空気下の乾燥処理により、前記揮発性化合物を空気下の乾燥処理よりゆっくりと蒸発させることが可能となる。
（工程ｄ）焼成）
本発明によると、吸着剤の調製方法は、１４０℃〜５００℃の温度で、１０分〜６時間の継続期間にわたって、酸素を含むガス流下に押出物を焼成する工程ｄ）を含む。
焼成の前記工程ｄ）は、酸素を含むガス流下に行われる。前記ガス流は、有利には、空気、または、不活性ガス（例えば窒素）および酸素を含むガス混合物であってよい。前記ガス流は、好ましくは、最低５容積％、好ましくは最低１０容積％の酸素を含む。前記ガス流は、有利には、水、好ましくは３容積％までの水も含む。
焼成の前記工程ｄ）が行われる際の温度は、１４０℃〜５００℃、好ましくは２００℃〜５００℃、好ましくは２００℃〜３５０℃であり、継続期間は、１０分〜６時間、好ましくは１０分〜４時間、好ましくは１０分〜３時間、非常に好ましくは１０分〜２時間、非常に好ましくは１５分〜１時間にわたる。
焼成工程により、マラカイトの部分を酸化銅に転化させることが特に可能になる。
焼成の工程ｄ）から、押出物の径は、１〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、非常に好ましくは１．５〜３．５ｍｍである。
押出により得られた、本発明による固体は、円筒形棒に類似した形状を有する。必要ならば、これらの棒は、それらの表面を回転させることを可能にする設備、例えば斜面溝、またはその球形化のための用いられ得る任意の他の設備に導入されてよい。
強熱減量後の固体中に含有される酸化物の質量割合（％）（ＣｕＯの含有率はマラカイトの分解からのものである）は、以下のように決定されてよい。
Figure 2019001703
式中、ｍｂｉｎｄｅｒは、工程ａ）において導入されたバインダの質量であり、ｍＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、工程ａ）において導入されたＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトの質量であり、ＭＣｕＯは、ＣｕＯのモル質量（＝８０ｇ／ｍｏｌ）であり、ＭＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトのモル質量（＝２２２ｇ／ｍｏｌ）である。
本発明により調製された固体は、少なくとも以下を含む：
・ ５０〜９９重量％、好ましくは６０〜９５重量％、より好ましくは７５〜８５重量％の質量相当のＣｕＯ；５５０℃での２時間にわたる強熱減量の後に測定され、含有率は、前述の式により決定される；
・ １〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％、より好ましくは１５〜２５重量％のバインダ；質量百分率は、強熱減量の後に測定される。
これらの含有率（重量％）は、本発明による方法により調製された固体の全質量に対して表され、５５０℃での２時間にわたる前駆体の分解の後に測定される。
（本発明による方法によって得られた固体の特性）
機械的特性は、ASTM D 6175-3法によって記載されている粒子ごとの破砕試験（ＥＧＧ）によって決定される。これは、少なくとも５０個の粒子を含む代表的サンプルの各粒子の破壊強度を測定することからなる。結果は、押出物の長さによって荷重される。ＥＧＧ値は、サンプル粒子の全てについての測定されかつ押出物の単位長さに縮小された破壊強度（ｄａＮ・ｍｍ−１で表される）の平均である。
本発明により調製された固体の場合、ＥＧＧ値は、用いられたヒドロキシ炭酸銅の含有率に拘わらず０．７ｄａＮ・ｍｍ−１（押出物の長さのミリメートル当たりのデカニュートン）超、好ましくは０．９ｄａＮ・ｍｍ−１超である。
さらに、吸着剤として用いられる得られた固体は、硫黄化合物、特にＨ２Ｓ、メルカプタン、ＣＯＳおよびＣＳ２を含有する気体および液体の処理に対して改善された脱硫性能を有する。
驚くべきことに、本発明による方法を用いて調製された固体は、マラカイト粉体の具体的なブレンドから、満足な機械的強度を呈し、製造コスト、特に、出発マラカイト粉体のために制限された供給コストが、制限され、それ故に、工業的に受け入れられる。
（本発明による方法によって得られた固体の使用）
本発明は、本発明による方法によって調製された固体の使用にも関する。
本発明により調製された固体は、気体供給原料、例えば、気体炭化水素、例えば、天然ガス、バイオガス、二酸化炭素ＣＯ２を含有するガス、または合成ガス、例えば、熱併給発電プラントにおいて用いられるもの、化学合成装置、例えば、メタノール合成またはフィッシャー・トロプシュ合成装置において用いられるもの、または、液体、例えば、接触改質、異性化、または水素化の装置における供給原料として用いられる炭化水素を精製するために用いられてよい。
本発明により調製された固体は、有利には、あらゆる気体または液体の供給原料であって、とりわけ、硫黄化合物、例えば、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳおよび／またはＣＳ２、および／またはメルカプタンを含有するものを精製するために用いられ、その際の圧力は０．１〜２５ＭＰａ、好ましくは０．１〜１５ＭＰａであり、その際の温度は、０〜４５０℃、好ましくは１５〜３００℃、好ましくは１５〜２５０℃である。
特に、本発明により調製された固体は、有利には、フィッシャー・トロプシュ合成装置の供給原料を精製するために、０．１〜１５ＭＰａ、好ましくは１．５〜５．０ＭＰａの圧力、０〜４００℃、好ましくは０〜２２０℃、好ましくは１５〜１８０℃の温度で操作する反応器において用いられることによって、用いられてよい。
本発明により調製された前記固体は、液体または気体の流出物中に存在する所定のヘテロ元素、例えば、リンまたはその化合物、例えば、ホスフィンＰＨ３、および／または塩素、特に、ＨＣｌの形態のものを除去するために用いられてもよく、その際の圧力は、好ましくは０．１〜２５ＭＰａ、好ましくは１〜１５ＭＰａであり、その際の温度は、好ましくは０〜２００℃である。
本発明により調製された前記固体は、液体または気体の流出物中に存在する重質金属、例えば、水銀、および／またはヒ素またはその化合物、例えば、アルシンＡｓＨ３を除去するために用いられてもよく、その際の圧力は、好ましくは０．１〜２５ＭＰａ、好ましくは１〜１５ＭＰａであり、その際の温度は、０〜２００℃である。
実際に、精製されるべき供給原料が硫黄化合物に加えて水銀を含有するならば、本発明による方法によって調製された前記固体により、処理されるべき供給原料中に存在する水銀を除去することも可能となる。
本発明により調製された固体は、有利には、処理されるべき供給原料が硫黄化合物を含有していないならば、水銀を捕捉する方法におけるそれの工業的な使用の前に硫化の工程を経てよい。
本発明により調製された固体は、液体または気体の流出物中に存在する一酸化炭素ＣＯを除去するために用いられてもよく、その際の温度は、０〜２００℃であり、その際の圧力は、０．１〜２５ＭＰａである。
本発明により調製された固体は、処理されるべき気体または液体の供給原料を前記固体と反応器において接触させることによって用いられ、この反応器は、固定床反応器、放射流反応器（radial flow reactor）、さらには流動床反応器であってよい。
本発明により調製された固体は、還元雰囲気下に、例えば、合成ガスを伴う水素流下に還元されてもよく、その後に、デュサンまたは水性ガスシフト反応のための触媒として、または合成ガスからのメタノールの合成のための触媒として用いられる。
メタノール合成反応のための触媒としての固体の典型的な利用条件は、温度：１００〜５００℃、好ましくは１５０〜３００℃、一層好ましくは２２０〜２８０℃、圧力：０．１〜２５ＭＰａ、好ましくは１〜１５ＭＰａ、一層より好ましくは５〜１０ＭＰａである。
デュサン反応のための触媒としての固体の典型的な利用条件は、温度：１００〜５００℃、好ましくは１５０〜３００℃、一層好ましくは１８０〜２５０℃、圧力：０．１〜２５ＭＰａ、好ましくは１〜１５ＭＰａ、一層より好ましくは１．５〜１０ＭＰａである。
（図面の説明）
図１は、下記の固体による不純物捕捉容量を測定する手順により得られ得る破過曲線の略図である。図１において、ｔｐは、破過時間であり、ｔｆは、破過時間の終わりである。
（実施例）
（調製された固体による不純物捕捉容量を測定する手順）
本発明による方法によって調製された固体の不純物捕捉容量は、破過試験を用いて測定される。
Ｈ２Ｓ捕捉容量を決定する試験のために、試験が行われる際の温度は５０℃であり、その際の圧力は０．３ＭＰａであり、毎時容積速度（hourly volume velocity：ＨＶＶ）は、１５３０ｈ−１である。毎時容積速度は、０℃および１気圧で測定されるガスの容積流量対試験される固体の容積の比として理解され得る。試験のために用いられるガスは、窒素中に０．９容積％のＨ２Ｓを含有する。固体を含有する反応器を離れるガス中に存在するＨ２Ｓ含有率は、ガスクロマトグラフィーによって決定される。
本発明による方法により調製された固体による種ｉの捕捉容量は、物質収支を行うことによって決定される。種ｉの捕捉容量は、本発明内で定義されるように、破過の前に（すなわち、破過曲線を概略的に表す図１において指し示される時点ｔｐにおける）固体によって蓄積される種ｉの量に相当し、これは、以下の式によって計算される：
Figure 2019001703
式中：
ｑｉ：固体によって捕捉された種ｉの質量（ｇ）である；
Ｄｉ Ｅ：種ｉの流入量（ｍｏｌ・紛−１）である；
Ｍｉ：種ｉのモル質量（ｇ・ｍｏｌ−１）である；
Ｃｉ Ｅ：流入ガスの種ｉの含有率である；
Ｃｉ Ｓ：反応器出口における種ｉの含有率である；
ｔｐ：図１に示されるような種ｉの破過に必要とされる時間（分）である。
図１において、ｔｐは、破過時間であり、ｔｆは、破過時間の終点である。
試験される固体の種ｉの捕捉容量は、以下の式によって提供される。
Figure 2019001703
式中、ｍは、試験の間に用いられた吸着剤の質量である。
（実施例１：従来技術に合致する）
実施例１において、参照固体Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４およびＡ５は、以下の手順：
ａ） Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体およびバインダを含む一式の化合物を混合する工程；
ｂ） 工程ａ）の混合物を水溶液と接触させ（解膠）、それにより得られたペースト状物を、Ｚ−アーム混合器において３０分にわたり２５回転・分−１のアーム回転スピードで混錬する工程；
ｃ） 工程ｂ）において混錬されたペースト状物を、３ｍｍの径および５〜１０ｍｍの長さに、ピストン押出機によって、固体に応じた可変圧力で押し出す工程；
ｄ） 押出物を固体に応じた可変温度で焼成する工程であって、１時間にわたって、空気流下に行われる、工程
により調製される。
工程ａ）において、マラカイト粉体Ｐ１が用いられ、そのＤ５０は４８μｍである。
ベントナイト粘土がバインダとして用いられた。
強熱減量（５５０℃で２時間にわたる）の後のＣｕＯ含有率または酸化物の質量割合（％）（ＣｕＯはマラカイトの分解からのものである）は、固体Ａ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４について８０重量％であり、固体Ａ５について６０重量％である（補足物としてのベンドナイトバインダを伴う）。これらの含有率は、以下の式により決定される。
Figure 2019001703
式中、ｍｂｉｎｄｅｒは、工程ａ）において導入されたバインダの質量であり、ｍＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、工程ａ）において導入されたＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトの質量であり、ＭＣｕＯは、ＣｕＯのモル質量（＝８０ｇ／ｍｏｌ）であり、ＭＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトのモル質量（＝２２２ｇ／ｍｏｌ）である。
固体Ａ１、Ａ２およびＡ３について、ＮａＯＨ塩基の量は、導入されたＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３の全量に対して４重量％である。
固体Ａ４およびＡ５について、混錬する工程ｂ）のための水溶液として脱イオン水が用いられる。
押し出しの間に、圧力は、用いられる配合に応じて５０〜１５０ｂａｒの間で変動する。
固体Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４およびＡ５の配合は、表１に与えられる。
Figure 2019001703
押出物の機械的強度は、前述のような粒子毎の破砕試験（ＥＧＧ）によって決定される。
固体Ａ１〜Ａ５の機械的強度は、工業的用途に関連する制約を考慮するとあまりに低い。測定されたＥＧＧ値は、実際に、単一の粒子サイズ分布を有する単一の粉体が用いられるときに、焼成温度および解膠の間の水酸化ナトリウムの存否がどうであれ、０．７ｄａＮ・ｍｍ−１より低い。
固体Ａ５中のバインダ含有量の増量およびマラカイト含有量の減少は、機械的強度におけるわずかな増強をもたらすが、それにもかかわらず、不十分であり、その硫黄捕捉容量に損害が与えられる。この後者の場合、硫黄容量は、本発明に合致する固体の硫黄容量と比較して弱くなる。
（実施例２：本発明に合致する）
実施例２において、本発明に合致するＢ１〜Ｂ４として参照される固体は、以下の手順：
ａ） ２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体およびバインダを含む一式の化合物を混合する工程；
ｂ） 工程ａ）の混合物を水溶液と接触させ（解膠）、こうして得られたペースト状物を、Ｚ−アーム混合器において３０分にわたり、２５回転・分−１のアーム回転スピードで混錬する工程；
ｃ） 工程ｂ）において混錬されたペースト状物を、ピストン押出機により、３ｍｍの径および５〜１０ｍｍの長さに、固体に応じた可変圧力で押し出す工程；
ｄ） 実施例に応じた可変温度で押出物を焼成する工程であって、１時間にわたって空気流下に行われる、工程
による混錬および押出によって調製される。
工程ａ）において、異なる粒子サイズを有する２種のマラカイト粉体Ｐ１およびＰ２が用いられる。粉体Ｐ１のＤ５０は４８μｍであり、粉体Ｐ２のＤ５０は５μｍである。
導入されたマラカイトＰ１およびＰ２の相対量は、以下によって定義される比％Ｐ１および％Ｐ２を用いて表される：
Figure 2019001703
式中、ｍＰ１は、工程ａ）において導入されたマラカイトＰ１の質量であり、ｍＰ２は、工程ａ）において導入されたマラカイトＰ２の質量である。
バインダとしてベントナイト粘土が用いられた。
強熱減量（２時間にわたって５５０℃）の後のマラカイトの分解からのＣｕＯの含有率は、固体Ｂ１〜Ｂ４について８０重量％である。この含有率は、以下の式により決定される。
Figure 2019001703
式中、ｍｂｉｎｄｅｒは、工程ａ）において導入されたバインダの質量であり、ｍＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、工程ａ）において導入されたＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイト粉体の質量（ｍＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３＝ｍＰ１＋ｍＰ２）であり、ＭＣｕＯは、ＣｕＯのモル質量（＝８０ｇ／ｍｏｌ）であり、ＭＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３は、Ｃｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３マラカイトのモル質量（＝２２２ｇ／ｍｏｌ）である。
固体Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６について、混錬の工程ｂ）のための水溶液として脱イオン水が用いられる。
固体Ｂ７について、ＮａＯＨ塩基の量は、導入されたＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３の全量に対して４重量％である。
固体Ｂ２、Ｂ３およびＢ４について、混錬する工程ｂ）のための水溶液として脱イオン水が用いられる。
押出の間に、圧力は、用いられた配合に応じて５０〜２００ｂａｒの間で変動する。
固体の配合は、表２に与えられる。
Figure 2019001703
本発明による調製方法における異なる粒子サイズの２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体を、混ぜ合わされた出発粉体についてのＤｍ：１５〜４５μｍで使用することにより、満足な機械的特性（ＥＧＧは、０．７ｄａＮ・ｍｍ−１より大きい）を有する固体を得ることが可能となる。
さらに、固体は、文献に記載された試験条件において硫黄０．１５グラム／固体のグラムより大きい満足な硫化容量を有する。
（実施例３：比較例）
実施例３では、固体Ｃ１およびＣ２が、実施例２の操作方法に従って混錬しかつ押し出すことによって調製される。
固体Ｃを調製するために用いられる２種のマラカイト粉体Ｐ１およびＰ２は、以下の粒子サイズを有する：Ｐ１についてのＤ５０は５０μｍであり、粉体Ｐ１についてのＤ５０は５０μｍである。
固体Ｃ１は、実施例２の試験に用いられた条件と同一の条件で試験される。
表３には、固体Ｃの配合と得られた結果が示される。
Figure 2019001703
固体Ｃ１およびＣ２について測定されたＥＧＧ値は、０．７ｄａＮ・ｍｍ−１より低い。固体Ｃ１およびＣ２の機械的強度は、工業的用途に関連する制約を考慮するとあまりにも低い。
実施例により調製された固体による不純物捕捉容量を測定する手順により得られ得る破過曲線の略図であり、ｔｐは、破過時間であり、ｔｆは、破過時間の終わりである。

Claims (14)

  1. 固体の調製方法であって、以下の工程：
    ａ） 異なる粒子サイズを有する少なくとも２種のＣｕ２（ＯＨ）２ＣＯ３粉体および少なくとも１種のバインダを含む一式の化合物を混合する工程；
    ｂ） 工程ａ）の混合物を水溶液と接触させ、これにより得られたペースト状物を混錬する工程；
    ｃ） 工程ｂ）において混錬されたペースト状物を、３〜２５ＭＰａの圧力で押し出す工程；
    ｄ） 酸素を含むガス流下に１０分〜６時間の継続期間にわたって１４０℃〜５００℃の温度で押出物を焼成する工程
    を含む、方法。
  2. 前記一式の化合物は、０．１〜９９．９重量％の、そのＤ５０が１〜１５μｍである第１のマラカイト粉体と、９９．９〜０．１重量％の、そのＤ５０が２５〜１００μｍである第２のマラカイト粉体とを含み、重量百分率は、マラカイト粉体の全重量に対して表される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記一式の化合物は、工程ａ）において乾式混合される、すなわち、液体を加えずに混合される、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記バインダは、粘土から選択されるか、または、アルミナ、アルミナの前駆体、シリカおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
  5. 調製方法において用いられるバインダの量は、前記バインダが、調製される固体の５０重量％未満を示すようにされる、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
  6. 前記工程ｂ）の前記水溶液は、酸性または塩基性の解膠剤を含有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
  7. 前記工程ｂ）の前記水溶液は、硝酸を含有し、ＨＮＯ３の質量／金属酸化物の質量の比は、０．５〜１０重量％である、請求項６に記載の方法。
  8. 前記塩基性解膠剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＯＨ）、炭酸アンモニウムおよびそれらの混合物からなる群から選択され、塩基性解膠剤の質量／金属酸化物の質量の比は、１〜１０重量％である、請求項６に記載の方法。
  9. 前記工程ｂ）の水溶液は、酸も塩基も加えられていない水溶液である、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
  10. 工程ｃ）から得られた押出物を、工程ｄ）において焼成する前に、７０〜１６０℃の温度で１〜２４時間の継続期間にわたって乾燥させる、請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
  11. 焼成の工程ｄ）を、２００℃〜５００℃の温度で行う、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
  12. 気体または液体の供給原料を精製するための、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法によって調製された固体の使用。
  13. デュサン反応のための触媒としての、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法によって調製された固体の使用。
  14. メタノール合成反応のための触媒としての、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法によって調製された固体の使用。
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