JP2020023488A - Manufacturing method of methanol - Google Patents

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Abstract

To provide a method for efficiently manufacturing methanol by installing a separation membrane in a methanol synthesis reactor by a conjugation method having good sealing property and durability under high temperature and high pressure in a presence of methanol steam.SOLUTION: There is provided a manufacturing method of methanol to obtain methanol by reacting a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and/or carbon dioxide in the presence of a catalyst in a reactor, in which the reactor has a methanol permselective membrane which is conjugated with a dense member by a conjugation material mainly containing inorganic oxide and having linear expansion coefficient of 30×10/K to 90×10/K installed, and methanol generated by the reaction penetrates through the permselective membrane and is taken out.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、メタノールの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing methanol.

水素と一酸化炭素を含むガス(以下、合成ガス)からメタノールを製造する方法は古くから知られており、例えば銅系触媒(銅−亜鉛系触媒、銅−クロム系触媒)を用いる方法が挙げられる。
合成ガスからメタノールを製造する反応は平衡反応であり、低温・高圧ほど有利である。低温にすると反応速度が低下するため、一般的なメタノール製造プロセスは200〜300℃、5〜10MPaG(もしくはそれ以上の圧力)という過酷な条件で実施されるため、メタノール製造時に多大なエネルギーを消費する上に、設備上の制約が多いプロセスである。
A method for producing methanol from a gas containing hydrogen and carbon monoxide (hereinafter referred to as synthesis gas) has been known for a long time, and examples thereof include a method using a copper catalyst (copper-zinc catalyst, copper-chromium catalyst). Can be
The reaction for producing methanol from synthesis gas is an equilibrium reaction, and the lower the temperature and the higher the pressure, the more advantageous. Since the reaction rate is reduced when the temperature is lowered, a general methanol production process is performed under the severe conditions of 200 to 300 ° C. and 5 to 10 MPaG (or higher pressure), so that a large amount of energy is consumed during methanol production. In addition, the process has many restrictions on equipment.

メタノールを効率的に製造する方法として、反応系内からメタノールを取り除くことにより、反応器内のガス組成を平衡組成からずらし、平衡転化率を超える転化率で反応を実施する方法が複数提案されている。   As a method for efficiently producing methanol, there have been proposed a plurality of methods for removing the methanol from the reaction system, shifting the gas composition in the reactor from the equilibrium composition, and performing the reaction at a conversion rate exceeding the equilibrium conversion rate. I have.

また、特許文献1、2、3、4にはメタノール合成反応器に分離膜を設置し、反応系内から分離膜を用いてメタノールや水を除去することで、平衡転化率以上に転化率を上げる方法が提案されている。   Further, in Patent Documents 1, 2, 3, and 4, a separation membrane is installed in a methanol synthesis reactor, and methanol and water are removed from the reaction system using the separation membrane, so that the conversion rate is higher than the equilibrium conversion rate. A method of raising has been proposed.

さらに、非特許文献1には、高温・高圧のメタノール反応器に、グラファイトパッキンでシールした分離膜を設置する方法が報告されている。   Further, Non-Patent Document 1 reports a method of installing a separation membrane sealed with graphite packing in a high-temperature and high-pressure methanol reactor.

特表平9−511509号公報Japanese Patent Publication No. Hei 9-511509 特開2016−117726号公報JP-A-2006-117726 特開2016−174996号公報JP-A-2006-174996 特開2007−55970号公報JP 2007-55970 A

Chem. Eng. Process. 43 (2004), 1029Chem. Eng. Process. 43 (2004), 1029

特許文献1、2、3、4で提案されているような、メタノール合成反応器に分離膜を設置する方法では、高温・高圧、かつメタノール蒸気の存在下において、ガス供給側(高圧)とガス透過側(低圧)とを長時間シールする必要があり、分離膜とその他の部材との接合法が課題である。しかし、特許文献1、2、3には具体的な接合法が記載されておらず、高温・高圧条件の実施例の記載もない。
特許文献4には、200℃, 3MPaGという高温・高圧条件において、メタノール合成反応器から分離膜を用いて水を除去する実施例が記載されているが、同じく具体的な接合法は記載されておらず、シール性や耐久性は不明である。
In a method of installing a separation membrane in a methanol synthesis reactor as proposed in Patent Literatures 1, 2, 3, and 4, a gas supply side (high pressure) is applied to a gas at a high temperature and a high pressure and in the presence of methanol vapor. It is necessary to seal the permeation side (low pressure) for a long time, and a method of joining the separation membrane to other members is an issue. However, Patent Literatures 1, 2, and 3 do not describe a specific joining method, and do not describe Examples under high-temperature and high-pressure conditions.
Patent Document 4 describes an example in which water is removed from a methanol synthesis reactor using a separation membrane under high-temperature and high-pressure conditions of 200 ° C. and 3 MPaG, but a specific bonding method is also described. No sealability and durability are unknown.

非特許文献1に記載のグラファイトパッキン等を用いた機械的なシール法は、膜を設置
する際に1つずつ締め込む手間がかかる点、グラファイトパッキンのケーシングが必要であり接合部の体積が大きくなる点から工業的に使用するには適していない。また、グラファイトをパッキンとして成型するのに用いている助剤が、メタノール蒸気への耐久性を有しておらず、長時間の使用には不可能である。
The mechanical sealing method using graphite packing or the like described in Non-Patent Document 1 requires time and effort to tighten one by one when installing a membrane, requires a graphite packing casing, and has a large joint volume. Therefore, it is not suitable for industrial use. Further, the auxiliary agent used for molding graphite as a packing does not have durability against methanol vapor, and cannot be used for a long time.

本発明は、このような状況下なされたものであり、高温・高圧、かつメタノール蒸気の存在下において、良好なシール性と耐久性を有する接合法により、メタノール合成反応器内に分離膜を設置することで、効率よくメタノールを製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, and a separation membrane is installed in a methanol synthesis reactor by a bonding method having good sealing properties and durability under high temperature, high pressure and in the presence of methanol vapor. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for efficiently producing methanol.

本発明者らは、水素と一酸化炭素及び/又は二酸化炭素と、を含む原料ガスからメタノールを製造する際に、特定の接合材を用いて緻密部材と接合したメタノール選択透過膜を反応器内に設置することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   When producing methanol from a raw material gas containing hydrogen and carbon monoxide and / or carbon dioxide, the present inventors use a specific bonding material to form a methanol permselective membrane bonded to a dense member in a reactor. The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by installing the present invention, and have completed the present invention.

すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]少なくとも水素と、一酸化炭素及び/または二酸化炭素と、を含む原料ガスを、反応器内において触媒の存在下、反応させてメタノールを得る、メタノールの製造方法であって、
前記反応を行う反応器には、無機酸化物を主成分とし、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下である接合材によって、緻密部材と接合されたメタノール選択透過膜が設置され、反応により生じたメタノールが選択透過膜を透過して取り出される、メタノールの製造方法。
[2]前記メタノール選択透過膜がゼオライト膜である、[1]に記載のメタノールの製造方法。
[3]前記緻密部材は金属である、[1]または[2]に記載のメタノールの製造方法。[4]前記反応器内において、前記メタノール選択透過膜のガス供給側のメタノール分圧が0.1MPa以上、6MPa以下である、[1]から[3]のいずれかに記載のメタノールの製造方法。
[5]前記反応器内部の温度が200℃以上、300℃以下である、[1]から[4]のいずれかに記載のメタノールの製造方法。
[6]前記反応器内において、前記メタノール選択透過膜のガス供給側の圧力が1MPaG以上、8MPaG以下である[1]から[5]のいずれかに記載のメタノールの製造方法。
[7]前記緻密部材の線膨張率が30×10−7/K以上200×10−7/K以下である、[1]から[6]のいずれかに記載のメタノールの製造方法。
[8]前記緻密部材がコバールである、[1]から[7]のいずれかに記載のメタノールの製造方法。
[9]前記無機酸化物が無機ガラス又は無機接着剤である、[1]から[8]のいずれかに記載のメタノールの製造方法。
[10]少なくとも水素と、一酸化炭素及び/または二酸化炭素と、を含む原料ガスを、反応器内において触媒の存在下、反応させてメタノールを得る製造方法に用いられる、メタノールの製造装置であって、
前記反応を行う反応器には、無機酸化物を主成分とし、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下である接合材によって、緻密部材と接合されたメタノール選択透過膜が設置され、反応により生じたメタノールが選択透過膜を透過して取り出される構造を有するメタノールの製造装置。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A method for producing methanol, comprising reacting a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide in the presence of a catalyst in a reactor to obtain methanol,
In the reactor for performing the above reaction, the dense member was joined with a joining material containing an inorganic oxide as a main component and having a coefficient of linear expansion of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less. A method for producing methanol, wherein a methanol permselective membrane is provided, and methanol produced by the reaction is extracted through the permselective membrane.
[2] The method for producing methanol according to [1], wherein the methanol permselective membrane is a zeolite membrane.
[3] The method for producing methanol according to [1] or [2], wherein the dense member is a metal. [4] The method for producing methanol according to any one of [1] to [3], wherein a partial pressure of methanol on a gas supply side of the methanol selective permeable membrane in the reactor is 0.1 MPa or more and 6 MPa or less. .
[5] The method for producing methanol according to any one of [1] to [4], wherein the temperature inside the reactor is 200 ° C or higher and 300 ° C or lower.
[6] The method for producing methanol according to any one of [1] to [5], wherein the pressure on the gas supply side of the methanol selective permeable membrane in the reactor is 1 MPaG or more and 8 MPaG or less.
[7] The method for producing methanol according to any one of [1] to [6], wherein the linear expansion coefficient of the dense member is 30 × 10 −7 / K or more and 200 × 10 −7 / K or less.
[8] The method for producing methanol according to any one of [1] to [7], wherein the dense member is Kovar.
[9] The method for producing methanol according to any one of [1] to [8], wherein the inorganic oxide is an inorganic glass or an inorganic adhesive.
[10] A methanol production apparatus used in a production method in which a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide is reacted in a reactor in the presence of a catalyst to obtain methanol. hand,
In the reactor for performing the above reaction, the dense member was bonded to the dense member by a bonding material containing an inorganic oxide as a main component and having a coefficient of linear expansion of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less. An apparatus for producing methanol, having a structure in which a methanol permselective membrane is installed and methanol generated by the reaction permeates through the permselective membrane.

本発明によれば、メタノールを製造するに際し、高温・高圧、かつメタノール蒸気の存在下において、良好なシール性と耐久性を有する接合法により、メタノール合成反応器内に分離膜を設置し、反応により生じたメタノールが選択透過膜を透過して取り出されることで、効率よくメタノールを製造する方法が提供される。   According to the present invention, when producing methanol, at a high temperature and high pressure, and in the presence of methanol vapor, by a bonding method having good sealing properties and durability, a separation membrane is installed in a methanol synthesis reactor, and the reaction is performed. A method for efficiently producing methanol is provided by allowing methanol generated by the above to permeate and be extracted through the permselective membrane.

反応器の一形態を示す断面模式図である。It is a cross section showing an embodiment of a reactor. ゼオライト膜と配管のフランジが接合材により接合された一形態を示す断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment in which a zeolite membrane and a flange of a pipe are joined by a joining material. ゼオライト膜と配管が接合材により接合された一形態を示す断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one mode in which a zeolite membrane and a pipe are joined by a joining material. ゼオライト膜と反応器が接合材により接合された一形態を示す断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment in which a zeolite membrane and a reactor are joined by a joining material.

以下に本発明を実施するための代表的な態様を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の態様に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。   Hereinafter, typical embodiments for carrying out the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Can be.

本発明の実施形態は、少なくとも水素と、一酸化炭素及び/又は二酸化炭素と、を含む原料ガスを、反応器内において触媒の存在下、反応させてメタノールを得る、メタノールの製造方法である。
原料ガスに含まれる水素(H)と、一酸化炭素及び/又は二酸化炭素(併せてCOとも称する。)との含有割合は特段限定されないが、通常H:COが体積比で4:6〜9:1であり、好ましくは5:5〜8:2である。
An embodiment of the present invention is a method for producing methanol, in which a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide is reacted in a reactor in the presence of a catalyst to obtain methanol.
The content ratio of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide and / or carbon dioxide (also collectively referred to as CO x ) contained in the raw material gas is not particularly limited, but usually H 2 : CO x is 4 by volume. : 6 to 9: 1, preferably 5: 5 to 8: 2.

原料ガスには、HとCO以外のガスを含んでいてもよい。HとCO以外のガスとしては、CH、C、C、C、C、C、C10、HOなどがあげられるが、HとCO以外のガスの含有量は通常50体積%以下である。 The source gas may include a gas other than H 2 and CO x . The gas other than H 2 and CO x, CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6, C 3 H 6, C 3 H 8, C 4 H 8, C 4 H 10, H 2 O and the like mentioned However, the content of gases other than H 2 and CO x is usually 50% by volume or less.

原料ガスからメタノールを製造する際に用いられる触媒は、既知の触媒を用いることができ、例えば銅系触媒(銅−亜鉛系触媒、銅−クロム系触媒)、亜鉛系触媒、クロム系触媒、アルミニウム系触媒、などが挙げられる。   Known catalysts can be used as the catalyst used when producing methanol from the raw material gas. For example, a copper-based catalyst (copper-zinc-based catalyst, copper-chromium-based catalyst), a zinc-based catalyst, a chromium-based catalyst, aluminum System catalyst, and the like.

本実施形態では、上記メタノールを得る反応器内には、無機酸化物を主成分とし、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下である接合材によって、緻密部材と接合されたメタノール選択透過膜が設置されている。このことについて、図を用いて説明する。なお、本明細書において接合材の線膨張率は、接合後(焼成後)における接合材の線膨張率であり、温度上昇に伴って生じる固体の長さ方向の変化割合を示したものである。JIS Z 2285(金属材料)、JIS R 1618(セラミックス)等に記載の方法に従って実施することができる。本明細書において、線膨張率は30℃〜300℃での平均値である。 In the present embodiment, in the reactor for obtaining the methanol, a bonding material having an inorganic oxide as a main component and a linear expansion coefficient of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less is used. A methanol permselective membrane joined to the dense member is provided. This will be described with reference to the drawings. In this specification, the coefficient of linear expansion of the bonding material is the coefficient of linear expansion of the bonding material after bonding (after sintering), and indicates the rate of change in the length direction of the solid with increasing temperature. . It can be carried out according to the method described in JIS Z 2285 (metal material), JIS R 1618 (ceramics) and the like. In the present specification, the coefficient of linear expansion is an average value at 30 ° C to 300 ° C.

図1は、本発明が実施される反応器の一形態を示す断面模式図である。
反応器10は、原料フィード入口a、透過ガス出口b、非透過ガス出口cを有しており、メタノール生成反応が高温高圧で行われるため、そのような環境に耐え得る材料からなる。入口a、出口b及び出口cは図中1つのみ存在するが、複数存在してもよい。
反応器10内には、メタノール選択透過膜であるゼオライト膜複合体1が設置される。メタノール選択透過膜は、メタノールを選択的に透過できれば特段その種類は限定されな
いが、典型的にはゼオライト膜が用いられることが多い。ゼオライト膜複合体については、詳細を後述する。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a reactor in which the present invention is carried out.
The reactor 10 has a raw material feed inlet a, a permeated gas outlet b, and a non-permeated gas outlet c. Since the methanol production reaction is performed at a high temperature and a high pressure, the reactor 10 is made of a material that can withstand such an environment. There is only one inlet a, outlet b, and outlet c in the figure, but there may be more than one.
In the reactor 10, a zeolite membrane composite 1, which is a methanol selective permeable membrane, is installed. The type of the methanol permselective membrane is not particularly limited as long as it can selectively permeate methanol, but a zeolite membrane is typically used in many cases. Details of the zeolite membrane composite will be described later.

ゼオライト膜複合体1は、多孔質支持体上にゼオライト膜が形成されることで複合体となる。多孔質支持体の形状は管状のみに限定されず、柱状、中空の柱状であってもよく、中空のハニカム形状であってもよい。ゼオライト膜複合体1の一端はキャップ2により密封される。そして別の一端は配管3と接続される。配管3とゼオライト複合体1との接続、及びキャップ2とゼオライト複合体1との接続は、後述する接合材により接合される。ゼオライト膜複合体の接続法は上記に限定されず、例えば両端を配管と接続し、内側にガスを流通できるようにしてもよい。   The zeolite membrane composite 1 becomes a composite by forming a zeolite membrane on a porous support. The shape of the porous support is not limited to a tubular shape, and may be a column, a hollow column, or a hollow honeycomb. One end of the zeolite membrane composite 1 is sealed by a cap 2. And another end is connected to the pipe 3. The connection between the pipe 3 and the zeolite composite 1 and the connection between the cap 2 and the zeolite composite 1 are joined by a joining material described later. The connection method of the zeolite membrane composite is not limited to the above. For example, both ends may be connected to a pipe so that the gas can flow inside.

管状であるゼオライト膜複合体1の周囲には、触媒13が配置される。フィード入口aからフィードされた原料ガスは、触媒13との接触によりメタノール生成が促進される。そして生成されたメタノールがゼオライト膜複合体1のゼオライト膜を透過することで、より純度の高いメタノールを得ることができる。さらに、メタノールがゼオライト複合体1を選択的に透過することで、触媒13と接触するガス中のメタノール濃度が低下し、メタノールの生成が促進される。   A catalyst 13 is disposed around the zeolite membrane composite 1 having a tubular shape. The raw material gas fed from the feed inlet a is brought into contact with the catalyst 13 to promote the production of methanol. Then, the generated methanol permeates through the zeolite membrane of the zeolite membrane composite 1, whereby higher purity methanol can be obtained. Furthermore, since methanol selectively permeates the zeolite composite 1, the concentration of methanol in the gas in contact with the catalyst 13 is reduced, and the production of methanol is promoted.

配管3の別の端部は、反応器の透過ガス出口bに接続され、ゼオライト膜複合体1のゼオライト膜を透過したメタノールを透過ガス出口bへと移送する。なお、ゼオライト膜複合体1は、配管3を介さずに、直接反応器の透過ガス出口bと接続してもよい。   Another end of the pipe 3 is connected to the permeated gas outlet b of the reactor, and transfers the methanol that has passed through the zeolite membrane of the zeolite membrane composite 1 to the permeated gas outlet b. Note that the zeolite membrane composite 1 may be directly connected to the permeated gas outlet b of the reactor without passing through the pipe 3.

本実施形態では、メタノール選択透過膜が、無機酸化物を主成分とし、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下である接合材によって、緻密部材と接合される。
無機酸化物としては、無機接着剤として使用できるものを適宜選択することができる。
ここでいう無機接着剤とは、化学反応により固化し、接着するものであり、加熱した場合でも元の状態に戻らないものである。無機接着剤は通常200℃以下で接合することができるため、ゼオライト膜にダメージをほぼ与えないため、好ましい。
また、無機ガラスであってもよい。無機酸化物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、マグネシア、などが挙げられる。無機ガラスとしては、SiO、Al、ZnO、P、Bi、BaO、TiO、TeO、V、B、SnOなどを成分として含むものが挙げられ、鉛フリーガラスであることが好ましい。
なお、主成分とは、接合材を構成する全成分のうち最も含有量(質量)が多い成分を意味し、通常全成分中50質量%以上であり、70質量%以上であってよく、80質量%以上であってよく、90質量%以上であってよい。そしてさらに好ましい条件としては、軟化点温度が550℃以下であることである。ガラスによる接合は、軟化点温度より50℃程度高い温度にした後、冷却することにより接合される。このため軟化点温度が550℃を超えるようなものであると、ゼオライトにダメージが及ぶため、好ましくない。このような現象は、本発明に用いられるゼオライトを用いた分離膜が、分子のサイズとして大きいメタノールを透過させやすく、より小さい二酸化炭素等の原料を透過させにくい、メタノール選択透過膜であるため、600℃以上の温度にさらされると、ゼオライトの表面状態が変化し、メタノールの選択能力が低下してしまう恐れがあるためである。
In the present embodiment, the methanol selectively permeable membrane is bonded to the dense member by a bonding material having an inorganic oxide as a main component and a linear expansion coefficient of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less. Is done.
What can be used as an inorganic adhesive can be suitably selected as an inorganic oxide.
Here, the inorganic adhesive is one that solidifies and adheres by a chemical reaction, and does not return to its original state even when heated. The inorganic adhesive is preferable because it can be generally bonded at 200 ° C. or lower, so that the zeolite membrane is hardly damaged.
Further, inorganic glass may be used. Examples of the inorganic oxide include alumina, titania, zirconia, silica, and magnesia. Examples of the inorganic glass include those containing SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , BaO, TiO 2 , TeO 2 , V 2 O 5 , B 2 O 3 , SnO, and the like as components. And a lead-free glass is preferable.
The main component means a component having the largest content (mass) of all components constituting the bonding material, and is usually 50% by mass or more of all components, and may be 70% by mass or more. It may be at least 90 mass%, and may be at least 90 mass%. A more preferable condition is that the softening point temperature is 550 ° C. or lower. Joining by glass is performed by setting the temperature to about 50 ° C. higher than the softening point temperature and then cooling. Therefore, if the softening point temperature exceeds 550 ° C., zeolite is damaged, which is not preferable. Such a phenomenon is because the separation membrane using the zeolite used in the present invention is a methanol permselective membrane that easily permeates large methanol as a molecular size and hardly permeates raw materials such as smaller carbon dioxide. When exposed to a temperature of 600 ° C. or more, the surface state of the zeolite changes, and the selectivity for methanol may be reduced.

接合材は、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下であることで、メタノール選択透過膜と緻密部材との密着性を高め、良好なシール性と耐久性を付与することができる。接合材の線膨張率は、40×10−7/K以上であることが好ましく、また、80×10−7/K以下であることが好ましい。
接合材の線膨張率は、概ね主成分の線膨張率に依存するが、他の添加物を混在させることで調整が可能である。線膨張率を30×10−7/K以上、90×10−7/K以下に
するには、主成分としてアルミナ、ジルコニア、シリカ、グラファイト、P、Bi、SnO等を用いるとよい。
Since the bonding material has a linear expansion coefficient of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less, the adhesiveness between the methanol selectively permeable membrane and the dense member is enhanced, and good sealing properties and durability are achieved. Properties can be imparted. The linear expansion coefficient of the joining material is preferably 40 × 10 −7 / K or more, and more preferably 80 × 10 −7 / K or less.
The coefficient of linear expansion of the joining material generally depends on the coefficient of linear expansion of the main component, but can be adjusted by mixing other additives. In order to make the coefficient of linear expansion 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less, alumina, zirconia, silica, graphite, P 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SnO or the like is mainly used. Good to use.

接合材は市販品を使用してもよく、例えばスリーボンド社製「TB3732」、東亜合成社製「アロンセラミックD」、「アロンセラミックE」、AGC社製「FP−74」、「KP312E」、「FP−67」、「BNL115BB」、「ASF−1094」、「ASF−1098」、「ASF−1109」、アレムコ社製「セラマボンド552」などが使用できる。   As the bonding material, commercially available products may be used. For example, "TB3732" manufactured by Three Bond Co., "Aron Ceramic D", "Aron Ceramic E" manufactured by Toagosei Co., Ltd., "FP-74", "KP312E" manufactured by AGC, "KP312E", " “FP-67”, “BNL115BB”, “ASF-1094”, “ASF-1098”, “ASF-1109”, “Ceramabond 552” manufactured by Alemco, and the like can be used.

接合材によりメタノール選択透過膜と接合される緻密部材は、反応に供するガスや反応したガスが、部材から漏れることが無い程度の緻密性(機密性)を有する部材であり、管状の部材の端部を封止するキャップ、管状の部材の端部と接続する配管、などがあげられる。このような緻密性を有する部材であれば特に限定されず、典型的には金属が用いられる。ここでいう金属の例としては、ステンレス鋼からなるSUS材、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックス、コバールなどの合金、などが含まれる。   The dense member to be joined to the methanol selective permeable membrane by the joining material is a member having denseness (confidentiality) such that a gas to be used for reaction or a reacted gas does not leak from the member. A cap for sealing the portion, a pipe connected to the end of the tubular member, and the like. The member is not particularly limited as long as it is a member having such denseness, and a metal is typically used. Examples of the metal here include SUS material made of stainless steel, ceramics such as alumina and zirconia, and alloys such as Kovar.

本実施形態において緻密部材は、線膨張率が30×10−7/K以上200×10−7/K以下であることが好ましい。緻密部材の線膨張率が上記範囲であることで、接合材の線膨張率との差が小さく、良好なシール性と耐久性を保つことができる。
なお、接合材と緻密部材との線膨張率の差は、50×10−7/K以下であることが好ましく、40×10−7/K以下であることが好ましく、30×10−7/K以下であることがより好ましい。このように接合材と緻密部材との線膨張率の差が小さい場合、接合材の焼結時に、材料の収縮による接合の不具合を抑制できる。
In the present embodiment, the dense member preferably has a linear expansion coefficient of 30 × 10 −7 / K or more and 200 × 10 −7 / K or less. When the linear expansion coefficient of the dense member is within the above range, the difference between the linear expansion coefficient of the bonding material and the linear expansion coefficient is small, and good sealing properties and durability can be maintained.
The difference in the coefficient of linear expansion between the joining material and the dense member is preferably 50 × 10 −7 / K or less, more preferably 40 × 10 −7 / K or less, and 30 × 10 −7 / K. It is more preferably at most K. As described above, when the difference in the coefficient of linear expansion between the bonding material and the dense member is small, it is possible to suppress a bonding failure due to contraction of the material during sintering of the bonding material.

以下に、メタノール透過膜としてゼオライト膜複合体と緻密部材とが接合材を介して接合された例を図2〜図4に示す。
図2は、ゼオライト膜複合体と緻密部材とが接合材を介して接合された一例を示す断面模式図である。ゼオライト膜複合体1は接合材4を介して、配管3と接合する。配管3はゼオライト膜複合体1を覆うように接合されている。
一方図3に示すように、ゼオライト膜複合体1と配管3とが、単に接合材を介して接合していてもよい。本実施形態の接合材は、高いシール性と耐久性を有することから、このような接合も可能である。
FIGS. 2 to 4 show examples in which the zeolite membrane composite and the dense member are joined via a joining material as a methanol-permeable membrane.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example in which the zeolite membrane composite and the dense member are joined via a joining material. The zeolite membrane composite 1 is joined to the pipe 3 via the joining material 4. The pipe 3 is joined so as to cover the zeolite membrane composite 1.
On the other hand, as shown in FIG. 3, the zeolite membrane composite 1 and the pipe 3 may be simply joined via a joining material. Since the joining material of the present embodiment has high sealing properties and durability, such joining is also possible.

また、図4に示すように、ゼオライト膜複合体1と反応器10とを、接合材4を介して直接接合することもできる。このような形態では、配管を介さないことから、製造装置のコストダウン、また部材間の接続の経時的劣化に伴うガス漏れなどのリスクを低減することができる。   Further, as shown in FIG. 4, the zeolite membrane composite 1 and the reactor 10 can be directly bonded via the bonding material 4. In such an embodiment, since no piping is used, it is possible to reduce the cost of the manufacturing apparatus and reduce the risk of gas leakage due to the deterioration with time of the connection between members.

本実施形態のメタノール選択透過膜は、典型的にはゼオライト膜であるが、メタノールを選択的に透過できるものであれば特段限定されず、各種多孔質膜、各種MOF(Metal Organic Framework)などを用いることもできる。
ゼオライト膜は、一形態では、アルミナなどの多孔質支持部材上に形成され、ゼオライト膜複合体として用いられる。
The methanol permselective membrane of the present embodiment is typically a zeolite membrane, but is not particularly limited as long as it can selectively permeate methanol. Various porous membranes, various MOFs (Metal Organic Framework) and the like can be used. It can also be used.
In one embodiment, the zeolite membrane is formed on a porous support member such as alumina and used as a zeolite membrane composite.

ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、酸素12員環以下、酸素6員環以上の細孔構造を有するゼオライトを含むものが好ましい。
ここでいう酸素n員環を有するゼオライトのnの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とT元素(骨格を構成する酸素以外の元素)で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、MOR型ゼオライトのように酸素12員環と8員環の細孔が存在する場合は、酸素12員環のゼオライトとみなす。
The main zeolite constituting the zeolite membrane preferably contains a zeolite having a pore structure of 12 or less oxygen rings and 6 or more oxygen rings.
Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring is such that the number of oxygen is the largest among pores formed of oxygen forming the zeolite skeleton and T element (element other than oxygen forming the skeleton). Show things. For example, when pores having a 12-membered oxygen ring and an 8-membered ring exist as in a MOR-type zeolite, it is regarded as a zeolite having a 12-membered oxygen ring.

酸素12員環以下、酸素6員環以上の細孔構造を有するゼオライトとしては、International Zeolite Association (IZA)が定めるコードで、例えば、AEI、AEL、AFI、AFG、ANA、ATO、BEA、BRE、CAS、CDO、CHA、CON、DDR、DOH、EAB、EPI、ERI、ESV、
EUO、FAR、FAU、FER、FRA、HEU、GIS、GIU、GME、GOO、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTA、LTL、LTN、MAR、MEP、MER、MEL、MFI、MON、MOR、MSO、MTF、MTN、MTW、MWW、NON、NES、OFF、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、RUT、SGT、OD、STI、STT、TOL、TON、TSC、UFI、VNI、WEI、YUGなどがあげられる。これらの中から選ばれるいずれかであるのが好ましい。
The zeolite having a pore structure of 12 or less oxygen rings and 6 or more oxygen rings is a code defined by International Zeolite Association (IZA), for example, AEI, AEL, AFI, AFG, ANA, ATO, BEA, BRE, CAS, CDO, CHA, CON, DDR, DOH, EAB, EPI, ERI, ESV,
EUO, FAR, FAU, FER, FRA, HEU, GIS, GIU, GME, GOO, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTA, LTL, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MFI, MON, MOR, MSO, MTF, MTN, MTW, MWW, NON, NES, OFF, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, RUT, SGT, OD, STI, STT, TOL, TON, TSC, UFI, VNI, WEI, YUG, etc. Is raised. It is preferably one selected from these.

ゼオライトは可撓性に乏しいため、膜化する場合は、何らかの基板上に支持される形で作成される。支持体は、ガス分子が侵入できる多孔性であり、例えば3次元上に連絡した多数の微細な小孔を有する。
支持体を構成する材質としては、未処理ガスが反応しない化学的に安定で、かつ機械的強度に優れたものであることが好ましく、具体的には、各種アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ムライト、コージェライト、ジルコニアといった酸化物セラミックス、シリコンカーバイド、カーボンやガラスを用いることができる。
支持体の形状は、ゼオライト膜の用途により異なるが、特に円筒形の支持体上のゼオライト膜は、外側からの圧力に対する強度が高く、バッチプロセスや流通プロセス(リサイクルプロセス)等で簡便に用いる上で好適である。
Since zeolite has poor flexibility, when it is formed into a film, it is formed while being supported on some substrate. The support is porous so that gas molecules can enter, and has, for example, a large number of fine pores connected in three dimensions.
The material constituting the support is preferably a chemically stable material that does not react with untreated gas and has excellent mechanical strength. Specifically, various types of alumina, silica, silica-alumina, and mullite , Oxide ceramics such as cordierite and zirconia, silicon carbide, carbon and glass can be used.
The shape of the support varies depending on the use of the zeolite membrane. In particular, the zeolite membrane on the cylindrical support has high strength against pressure from the outside, and is easily used in a batch process or a distribution process (recycle process). Is preferred.

本実施形態では、ゼオライト膜が支持体上に形成されたゼオライト膜複合体を用いることができる。ゼオライト膜複合体は、例えば円筒形の支持体を準備し、まずゼオライトの微結晶を細孔内に担持する。担持する方法は、ディップ法、ラビング法、吸引法、含浸法等を用いることができる。微結晶は、ゼオライト膜を構成する結晶を成長させるときの核の役割を果たし、種結晶ともいう。ゼオライトの成長には、ゼオライト合成時と同様に、水熱合成を用いることができる。   In the present embodiment, a zeolite membrane composite having a zeolite membrane formed on a support can be used. For the zeolite membrane composite, for example, a cylindrical support is prepared, and first, microcrystals of zeolite are supported in pores. A dipping method, a rubbing method, a suction method, an impregnation method, or the like can be used as a method for carrying the particles. The microcrystal serves as a nucleus when growing a crystal constituting the zeolite membrane, and is also referred to as a seed crystal. Hydrothermal synthesis can be used for the growth of zeolite, as in the case of zeolite synthesis.

ゼオライト膜複合体におけるゼオライト膜の膜厚は特段限定されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上であり、また通常50μm以下、好ましくは20μm以下である。膜厚が一定値以上であることにより、十分な緻密性が得られ、膜の選択性が高く保たれる。また膜厚を一定値以下にすることにより、十分なガスの透過量が得られる。   The thickness of the zeolite membrane in the zeolite membrane composite is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.5 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 20 μm or less. When the film thickness is a certain value or more, sufficient denseness is obtained, and the selectivity of the film is kept high. By setting the film thickness to a certain value or less, a sufficient gas permeation amount can be obtained.

本実施形態では、少なくとも水素と、一酸化炭素及び/または二酸化炭素と、を含む原料ガスを、反応器内において触媒の存在下、反応させ、メタノールを得る。その反応条件は特段限定されないが、反応温度は200℃以上、300℃以下であることが好ましい。なお、反応温度は反応器内部の温度を意味する。反応温度を200℃以上とすることにより反応速度が高まり、生産性が上がる。反応温度を300℃以下にすることにより、反応の化学平衡が、メタノールを得るために有利になるため、膜の性能が多少劣っても転化率を高くすることができる。また、接合剤に要求される耐熱性の許容範囲も広がる。   In the present embodiment, a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide is reacted in a reactor in the presence of a catalyst to obtain methanol. The reaction conditions are not particularly limited, but the reaction temperature is preferably 200 ° C. or more and 300 ° C. or less. The reaction temperature means the temperature inside the reactor. By setting the reaction temperature to 200 ° C. or higher, the reaction rate increases, and the productivity increases. By setting the reaction temperature to 300 ° C. or lower, the chemical equilibrium of the reaction becomes advantageous for obtaining methanol, so that the conversion can be increased even if the performance of the membrane is somewhat inferior. Also, the allowable range of heat resistance required for the bonding agent is expanded.

上記反応により得られたメタノールは、反応器内のメタノール選択透過膜を透過し、反応器の透過ガス出口からメタノールは回収される。
生成したメタノールを、メタノール選択透過膜に透過させる際の反応器内の圧力、即ち反応器内におけるメタノール選択透過膜のガス供給側の圧力(ゲージ圧)は、1MPaG以上であることが好ましく、2MPaG以上であることがより好ましく、8MPaG以下であることが好ましく、5MPaG以下であることがより好ましい。圧力を適当な範囲に
することで、反応の平衡制約が減り、また反応速度も向上してより高い生産性を達成しやすい。また圧力が高すぎることによる反応器の製造コストや原料ガスの昇圧コスト上昇を抑えられる。
また、反応容器内において、メタノール選択透過膜のガス供給側におけるメタノール分圧(絶対圧)は、0.1MPaA以上であることが好ましく、0.2MPaA以上であることがより好ましく、6MPaA以下であることが好ましく、5MPaA以下であることがより好ましい。メタノール分圧をこの範囲にすることにより、膜を透過するメタノール量が十分得られ、膜の効果が良く発揮される。一方、この範囲であれば、接合部に要求される耐久性やシール性が必要以上に高くなることなく、簡便かつ大量に接合することができる。
上記反応器内のゲージ圧は、反応器に備えた圧力計から測定できる。また、上記反応器内のメタノールの絶対圧は、反応器の上流から下流にかけて変化するが、ここではガスクロマトグラフィーによる反応器出口ガス組成の分析結果及びゲージ圧から計算した値を反応器内のメタノール絶対圧とする。
The methanol obtained by the above reaction permeates through the methanol selective permeable membrane in the reactor, and the methanol is recovered from the permeated gas outlet of the reactor.
The pressure in the reactor at the time of permeating the produced methanol through the methanol selective permeable membrane, that is, the pressure (gauge pressure) on the gas supply side of the methanol selective permeable membrane in the reactor is preferably 1 MPaG or more, preferably 2 MPaG. It is more preferably at least 8 MPaG, more preferably at most 5 MPaG. By setting the pressure in an appropriate range, the equilibrium restriction of the reaction is reduced, and the reaction rate is improved, so that higher productivity is easily achieved. Further, it is possible to suppress an increase in the production cost of the reactor and an increase in the cost of increasing the pressure of the raw material gas due to the pressure being too high.
In the reaction vessel, the methanol partial pressure (absolute pressure) on the gas supply side of the methanol selective permeable membrane is preferably 0.1 MPaA or more, more preferably 0.2 MPaA or more, and 6 MPaA or less. And more preferably 5 MPaA or less. By setting the methanol partial pressure in this range, a sufficient amount of methanol permeating the membrane can be obtained, and the effect of the membrane is sufficiently exhibited. On the other hand, in this range, the joining can be performed easily and in a large amount without increasing the durability and sealing properties required for the joining portion more than necessary.
The gauge pressure in the reactor can be measured from a pressure gauge provided in the reactor. The absolute pressure of methanol in the reactor changes from upstream to downstream of the reactor.Here, the value calculated from the analysis result of the gas composition at the outlet of the reactor by gas chromatography and the gauge pressure is used as the value in the reactor. Methanol absolute pressure.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲が、以下の実施例で示す態様に限定されないことは言うまでもない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but it goes without saying that the scope of the present invention is not limited to the embodiments shown in the following Examples.

<実施例1>
予め種結晶を付着させた多孔質アルミナ支持体を、組成100SiO: 27.8N
O: 0.021Al: 4000HOの水性反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬して、オートクレーブを密閉し、180℃で12時間水熱合成を行った。所定時間経過後、常温まで放冷した後、多孔質支持体−ゼオライト複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後、120℃で4時間以上乾燥させ、MFI型ゼオライトと多孔質アルミナ支持体の複合体(以下、膜複合体と表記)を得た。膜複合体は必要に応じて切断して用いた。
<Example 1>
A porous alumina support to which seed crystals were previously attached was prepared using a composition 100SiO 2 : 27.8N.
a 2 O: 0.021 Al 2 O 3 : Dipped vertically in an inner tube made of Teflon (registered trademark) containing an aqueous reaction mixture of 4000 H 2 O, the autoclave was sealed, and hydrothermal synthesis was performed at 180 ° C. for 12 hours. Was done. After elapse of a predetermined time, the mixture was allowed to cool to room temperature, and then the porous support-zeolite composite was taken out of the reaction mixture, washed, and dried at 120 ° C. for 4 hours or more to obtain a composite of the MFI zeolite and the porous alumina support. (Hereinafter, referred to as a membrane composite). The membrane complex was cut and used as needed.

コバール製キャップ(線膨張率52×10/K)及びコバール製接続管(線膨張率52×10/K)と膜複合体とをAGC社製ガラスフリット「BNL115BB(焼成後の線膨張率74×10/K)」を用い、マッフル炉で500℃、30分焼成して、膜複合体とキャップ及び接続管とを接合した。接合後の膜複合体の有効膜長さは34mmであった。 A Kovar cap (linear expansion coefficient 52 × 10 7 / K), a Kovar connection pipe (linear expansion coefficient 52 × 10 7 / K), and a membrane composite are combined with a glass frit “BNL115BB (a linear expansion coefficient after firing) manufactured by AGC. 74 × 10 7 / K), and baked in a muffle furnace at 500 ° C. for 30 minutes to join the membrane composite with the cap and the connection tube. The effective membrane length of the membrane composite after bonding was 34 mm.

<メタノールの製造>
メタノールの製造はSUS316L製の固定床反応器(内容積120mL)を用いて実施した。反応器に、膜複合体を接合したコバール製接続管をSwagelok(R)のユニオンを用いて接続した。膜複合体の周りに日揮触媒化成社製Cu−Zn系複合酸化物触媒F07J(CuO 49重量%、ZnO 45重量%、Al 5.6重量%含有
)を75g充填し、反応器を密閉した。
反応前に、Nで希釈したH(H/N=25/75、モル濃度)を100mL/minで反応器内に流通し、300℃、常圧で6時間、触媒を還元した。
触媒の還元終了後、反応器を放冷した後、上記流通ガスを合成ガス(原料ガス:H/CO=66.9/33.1、モル比)332mL/minに切り替え、反応器温度250℃、反応器内圧力3MPaGで膜分離有りの反応を実施した。なお、反応器内のメタノール分圧は0.55MPaAであった。
<Manufacture of methanol>
The production of methanol was carried out using a SUS316L fixed bed reactor (internal volume 120 mL). A connecting pipe made of Kovar having the membrane composite bonded thereto was connected to the reactor using a Swagelok (R) union. Around the membrane composite, 75 g of a Cu-Zn-based composite oxide catalyst F07J (containing 49% by weight of CuO, 45% by weight of ZnO, and 5.6% by weight of Al 2 O 3 ) manufactured by Nikki Shokubai Kasei Co., Ltd. was charged, and the reactor was filled. Sealed.
Before the reaction, H 2 diluted with N 2 (H 2 / N 2 = 25/75, molar concentration) was passed through the reactor at 100 mL / min, and the catalyst was reduced at 300 ° C. and normal pressure for 6 hours. .
After the reduction of the catalyst was completed, the reactor was allowed to cool, and then the flow gas was switched to 332 mL / min of synthesis gas (raw gas: H 2 /CO=66.9/33.1, molar ratio), and the reactor temperature was changed to 250. A reaction with membrane separation was carried out at a temperature of 3 ° C. and a pressure inside the reactor of 3 MPaG. Note that the partial pressure of methanol in the reactor was 0.55 MPaA.

気体生成物は、膜非透過成分、膜透過成分ともにNを内標準物質として用いて、オンラインガスクロマトグラフィーで分析した。分析結果が安定したところで、下記の式(1)によりCO転化率を計算した。
式(1):CO転化率=1−(非透過ガス出口CO流量+非透過ガス出口CO流量+透過ガス出口CO流量+透過ガス出口CO流量)/(原料フィード入口CO流量+原料フィード入口CO流量)
さらに、式(2)、(3)で示したメタノール合成の反応式の平衡から平衡CO転化率を求め、平衡転化率からの転化率の増大率を示す指標として、CO転化率/平衡CO転化率を求めた。
式(2):2H + CO ←→ CHOH
式(3):3H + CO ←→ CHOH + H
The gas product was analyzed by on-line gas chromatography using N 2 as an internal standard for both the membrane non-permeable component and the membrane permeable component. When the analysis result became stable, the CO x conversion was calculated by the following equation (1).
Formula (1): CO x conversion rate = 1− (non-permeate gas outlet CO flow rate + non-permeate gas outlet CO 2 flow rate + permeate gas outlet CO flow rate + permeate gas outlet CO 2 flow rate) / (raw material feed inlet CO flow rate + raw material) Feed inlet CO 2 flow)
Further, the equilibrium CO x conversion is determined from the equilibrium of the methanol synthesis reaction formulas shown in the formulas (2) and (3), and the CO x conversion / equilibrium is used as an index indicating the rate of increase in the conversion from the equilibrium conversion. The CO x conversion was determined.
Formula (2): 2H 2 + CO ← → CH 3 OH
Formula (3): 3H 2 + CO 2 ← → CH 3 OH + H 2 O

<実施例2>
反応器内圧力を1.5MPaGにした以外は実施例1と同様に行い、実施例2とした。なお、反応器内のメタノール分圧は0.33MPaAであった。
<Example 2>
Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the reactor was 1.5 MPaG. The methanol partial pressure in the reactor was 0.33 MPaA.

<実施例3>
反応器内の温度を230℃にし、原料ガス流量を83mL/minにした以外は実施例1と同様に行い、実施例3とした。なお、反応器内のメタノール分圧は0.87MPaAであった。
<Example 3>
Example 3 was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature in the reactor was set to 230 ° C and the flow rate of the raw material gas was set to 83 mL / min. The methanol partial pressure in the reactor was 0.87 MPaA.

<実施例4>
実施例1と同条件で合成した別ロットの膜複合体を用い、コバール製キャップ及び接続管との接合にAGC社製ガラスフリット「FP−74(焼成後の線膨張率63×10/K)」を用い、焼成温度を480℃に変更し、実施例1と同様に膜複合体とキャップ及び接続管と接合を行った。接合後の膜複合体の有効膜長さは38mmであった。
メタノールの製造は触媒量を75gにし、流通する原料ガスをCOを含む合成ガス(H/CO/CO=69.5/23.2/7.3、モル比)147mL/minにした以外は実施例1と同様に行い、実施例4とした。なお、反応器内のメタノール分圧は0.71MPaAであった。
<Example 4>
Using a membrane composite of another lot synthesized under the same conditions as in Example 1, a glass frit "FP-74" (linear thermal expansion coefficient of 63 × 10 7 / K after firing) was used for joining with a Kovar cap and a connecting pipe. )), The firing temperature was changed to 480 ° C., and the membrane composite was bonded to the cap and the connection pipe in the same manner as in Example 1. The effective membrane length of the membrane composite after bonding was 38 mm.
In the production of methanol, the amount of the catalyst was set to 75 g, and the flowing raw material gas was set to 147 mL / min of a synthesis gas containing CO 2 (H 2 / CO / CO 2 = 69.5 / 23.2 / 7.3, molar ratio). Except for this, Example 4 was performed in the same manner as Example 1. The partial pressure of methanol in the reactor was 0.71 MPaA.

<実施例5>
流通するガスの組成をH/CO=75/25(モル比)とし、流量を131mL/minにした以外は実施例4と同様に行い、実施例5とした。なお、反応器内のメタノール分圧は0.22MPaAであった。
<Example 5>
The composition distribution to gas and H 2 / CO 2 = 75/ 25 ( molar ratio), except that the flow rate 131 mL / min the same manner as in Example 4, was that of Example 5. The partial pressure of methanol in the reactor was 0.22 MPaA.

<実施例6>
実施例1と同条件で合成した別ロットの膜複合体を用い、コバール製キャップ及び接続管との接合にアレムコ社製の無機接着剤「セラマボンド552(焼成後の線膨張率77×10/K)」を用い、93℃で2時間焼成した後、さらに260℃で2時間焼成して接合を行った。接合後の膜複合体の有効膜長さは28mmであった。
メタノールの製造は触媒量を30gにし、流通する原料ガス流量を321mL/minにした以外は実施例1と同様に行い、実施例6とした。なお、反応器内のメタノール分圧は0.32MPaAであった。
<Example 6>
Using a membrane lot of another lot synthesized under the same conditions as in Example 1, an inorganic adhesive “Ceramar Bond 552 (linear expansion coefficient after firing: 77 × 10 7 / K) ", and baked at 93 ° C. for 2 hours, and further baked at 260 ° C. for 2 hours to perform bonding. The effective membrane length of the membrane composite after bonding was 28 mm.
Methanol was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the catalyst was 30 g and the flow rate of the flowing raw material gas was 321 mL / min. The methanol partial pressure in the reactor was 0.32 MPaA.

表1において、いずれの実施例もCO転化率/平衡CO転化率が1を超えており、メタノール合成反応が平衡以上に進行していることがわかる。すなわち、本発明により平衡転化率を超える転化率で効率的にメタノールを製造できる。 In Table 1, the CO x conversion / equilibrium CO x conversion exceeds 1 in all examples, and it can be seen that the methanol synthesis reaction is proceeding above the equilibrium. That is, according to the present invention, methanol can be efficiently produced at a conversion rate exceeding the equilibrium conversion rate.

<参考例1>
接合材として、機械的シールによく用いられるOリングの耐久性試験を実施した。Oリングとしてはカルレッツ(R)の6375、7075、0090、7090を用いた。耐久性試験は、SUS316製もしくはハステロイ製の70mL高圧容器にメタノール5mL、水5mLと接合材を封入し、容器内をNで置換した後、250℃で所定時間加熱することで実施した。
試験後、硬さ試験(JIS K6253−2:2012)によりカルレッツ(R)の耐久性を評価した。カルレッツ(R)6375、0090は経時的な硬さの低下が見られたことから、高温・高圧、メタノール蒸気存在下では使用不可と判断した。また、カルレッツ(R)7075、7090は試験中に変形が著しく、硬さ試験の実施が不可能であり、同じく高温・高圧、メタノール蒸気存在下では使用不可と判断した。
<Reference Example 1>
As a joining material, a durability test of an O-ring that is often used for a mechanical seal was performed. As the O-ring, Kalrez (R) 6375, 7075, 0090, 7090 was used. The durability test was performed by encapsulating 5 mL of methanol and 5 mL of water and a bonding material in a 70-mL high-pressure container made of SUS316 or Hastelloy, replacing the inside of the container with N 2 , and then heating at 250 ° C. for a predetermined time.
After the test, the durability of Kalrez (R) was evaluated by a hardness test (JIS K6253-2: 2012). Since the hardness of Kalrez (R) 6375 and 0090 decreased over time, it was determined that it could not be used at high temperature, high pressure and in the presence of methanol vapor. Further, Kalrez (R) 7075 and 7090 were significantly deformed during the test, making it impossible to carry out a hardness test, and similarly judged to be unusable at high temperature, high pressure and in the presence of methanol vapor.

<参考例2>
接合材として、機械的シールによく用いられるグラファイトパッキンの耐久性試験を実施した。グラファイトパッキンはニチアス製のTOMBO No2200−P、2250を用いた。耐久性試験は、参考例1と同様の方法で実施した。
試験後、グラファイト同士の剥離が見られたことから高温・高圧、メタノール蒸気存在下では使用不可と判断した。
<Reference Example 2>
As a bonding material, a durability test of a graphite packing often used for a mechanical seal was performed. As the graphite packing, TOMBO No. 2200-P, 2250 manufactured by Nichias was used. The durability test was performed in the same manner as in Reference Example 1.
After the test, graphite was separated from each other, so it was determined that the graphite could not be used at high temperature, high pressure and in the presence of methanol vapor.

<参考例3>
接合材として、高真空用エポキシ接着剤であるアレムコボンド631の耐久性試験を実施した。アルミナ板と多孔質アルミナをアレムコボンド631で接着したサンプルを用い
、参考例1と同様の方法で実施した。
試験後、接着したアルミナ板と多孔質アルミナが外れていたことから、高温・高圧、メタノール蒸気存在下では使用不可と判断した。
<Reference Example 3>
A durability test was conducted on Alemco Bond 631, which is an epoxy adhesive for high vacuum, as a bonding material. Using a sample obtained by bonding an alumina plate and porous alumina with Alemco Bond 631, the same method as in Reference Example 1 was used.
After the test, the bonded alumina plate and the porous alumina were separated from each other. Therefore, it was judged that they could not be used at high temperature, high pressure and in the presence of methanol vapor.

以上のように、参考例に示した接合法については、高温・高圧、メタノール蒸気存在下では使用不可と判断されたため、メタノールの製造に用いる事が出来なかった。   As described above, the bonding method shown in Reference Example was determined to be unusable under high temperature, high pressure and in the presence of methanol vapor, and thus could not be used for the production of methanol.

1 ゼオライト膜複合体
2 キャップ
3 配管
4 接合材
10 反応器
13 触媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Zeolite membrane composite 2 Cap 3 Piping 4 Bonding material 10 Reactor 13 Catalyst

Claims (10)

少なくとも水素と、一酸化炭素及び/または二酸化炭素と、を含む原料ガスを、反応器内において触媒の存在下、反応させてメタノールを得る、メタノールの製造方法であって、
前記反応を行う反応器には、無機酸化物を主成分とし、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下である接合材によって、緻密部材と接合されたメタノール選択透過膜が設置され、反応により生じたメタノールが選択透過膜を透過して取り出される、メタノールの製造方法。
A method for producing methanol, comprising reacting a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide in the presence of a catalyst in a reactor to obtain methanol,
In the reactor for performing the above reaction, the dense member was joined with a joining material containing an inorganic oxide as a main component and having a coefficient of linear expansion of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less. A method for producing methanol, wherein a methanol permselective membrane is provided, and methanol produced by the reaction is extracted through the permselective membrane.
前記メタノール選択透過膜がゼオライト膜である、請求項1に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to claim 1, wherein the methanol selective permeable membrane is a zeolite membrane. 前記緻密部材は金属である、請求項1または2に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to claim 1, wherein the dense member is a metal. 前記反応器内において、前記メタノール選択透過膜のガス供給側のメタノール分圧が0.1MPa以上、6MPa以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 3, wherein a partial pressure of methanol on the gas supply side of the methanol selective permeable membrane in the reactor is 0.1 MPa or more and 6 MPa or less. 前記反応器内部の温度が200℃以上、300℃以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature inside the reactor is 200C or more and 300C or less. 前記反応器内において、前記メタノール選択透過膜のガス供給側の圧力が1MPaG以上、8MPaG以下である請求項1から5のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 5, wherein a pressure on the gas supply side of the methanol selective permeable membrane in the reactor is 1 MPaG or more and 8 MPaG or less. 前記緻密部材の線膨張率が30×10−7/K以上、200×10−7/K以下である、請求項1から6のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 6, wherein the linear expansion coefficient of the dense member is 30 × 10 −7 / K or more and 200 × 10 −7 / K or less. 前記緻密部材がコバールである、請求項1から7のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 7, wherein the dense member is Kovar. 前記無機酸化物が無機ガラス又は無機接着剤である、請求項1から8のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 8, wherein the inorganic oxide is an inorganic glass or an inorganic adhesive. 少なくとも水素と、一酸化炭素及び/または二酸化炭素と、を含む原料ガスを、反応器内において触媒の存在下、反応させてメタノールを得る製造方法に用いられる、メタノールの製造装置であって、
前記反応を行う反応器には、無機酸化物を主成分とし、線膨張率が30×10−7/K以上、90×10−7/K以下である接合材によって、緻密部材と接合されたメタノール選択透過膜が設置され、反応により生じたメタノールが選択透過膜を透過して取り出される構造を有するメタノールの製造装置。
A methanol production apparatus used in a production method for producing methanol by reacting a raw material gas containing at least hydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide in the presence of a catalyst in a reactor,
In the reactor for performing the above reaction, the dense member was joined with a joining material containing an inorganic oxide as a main component and having a coefficient of linear expansion of 30 × 10 −7 / K or more and 90 × 10 −7 / K or less. An apparatus for producing methanol, having a structure in which a methanol permselective membrane is installed and methanol generated by the reaction permeates through the permselective membrane.
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