JP2022175167A - Conversion catalyst for thermal decomposition product of hydrocarbon-based plastic and production method of lower hydrocarbon using the same - Google Patents

Conversion catalyst for thermal decomposition product of hydrocarbon-based plastic and production method of lower hydrocarbon using the same Download PDF

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Abstract

To provide a conversion catalyst for a thermal decomposition product of a hydrocarbon-based plastic, which has a long catalyst life and excellent selectivity and enables efficient conversion of a thermal decomposition product of a hydrocarbon-based plastic into a lower hydrocarbon and the like.SOLUTION: There is provided a conversion catalyst for a thermal decomposition product of a hydrocarbon-based plastic, which includes a zeolite that satisfies the following characteristics (i) to (iii): (i) has an average particle size of 100 nm or less; (ii) is a 10-membered fine pore zeolite of a MFI type or a MEL type; and (iii) has a Broensted acid amount of 0.1-10.0 μmol/g on an external surface.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の有用物への転換を可能とする熱分解生成物転換触媒、特に炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の主要成分である炭素数(以下、Cと記す場合がある)1~30のパラフィン、オレフィン、ジオレフィン等からなる脂肪族炭化水素を石油化学製品として有用な炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素等に高効率でバランスよく安定的に転換することを可能とする炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒及びそれを用いた低級炭化水素の製造方法に関する。 The present invention provides a pyrolysis product conversion catalyst that enables the conversion of pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics into useful substances. C) Aliphatic hydrocarbons consisting of paraffins, olefins, diolefins, etc. of 1 to 30 are highly efficiently converted into olefins, paraffins, aromatic hydrocarbons, etc. having 2 to 8 carbon atoms that are useful as petrochemical products. The present invention relates to a conversion catalyst for pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics that enables well-balanced and stable conversion, and a method for producing lower hydrocarbons using the same.

近年、地球温暖化問題や海洋プラスチック問題がクローズドアップされ、廃プラスチックを化学的に分解して石油化学製品の原料として再利用するケミカルリサイクルが注目されている。なかでも熱分解による油化技術は、廃プラスチックの半分を占める熱可塑性のポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン)を炭化水素油に転換し、この炭化水素油をナフサクラッカー等の原料に用いれば、実質的にプラスチックの循環を可能とする重要な技術である。 In recent years, the problem of global warming and the problem of marine plastics have come under close scrutiny, and attention has been focused on chemical recycling in which waste plastics are chemically decomposed and reused as raw materials for petrochemical products. In particular, thermal cracking technology converts thermoplastic polyolefin (polyethylene, polypropylene), which accounts for half of waste plastics, into hydrocarbon oil, and if this hydrocarbon oil is used as a raw material for naphtha crackers, etc., This is an important technology that enables the recycling of plastics.

廃プラスチックの熱分解による油化技術は古くから知られており、無酸素かつ無触媒条件下で熱分解した場合、炭素数分布がC1~C30と広い分布範囲の生成物、即ち炭化水素油が得られる。このうち、C5~C10の軽質油はナフサクラッカーの原料油として利用可能であるが、C11以上の灯油、軽油、重油、ワックスは燃料として利用され、製品の付加価値として高いものではなかった。 Oil conversion technology by pyrolysis of waste plastics has been known for a long time, and when pyrolyzed under oxygen-free and non-catalytic conditions, products with a wide carbon number distribution of C1 to C30, that is, hydrocarbon oils are produced. can get. Of these, C5 to C10 light oil can be used as raw material oil for naphtha crackers, but C11 or higher kerosene, light oil, heavy oil, and wax are used as fuel, and the added value of products was not high.

製品の付加価値を高める方法として、ポリオレフィン系(廃)プラスチックを熱分解し、熱分解により発生した生成物をゼオライト等の触媒層に接触して炭化水素油を回収する方法(例えば特許文献1、非特許文献1参照)が提案されている。 As a method for increasing the added value of products, a method of thermally decomposing polyolefin (waste) plastics and contacting the product generated by the thermal decomposition with a catalyst layer such as zeolite to recover hydrocarbon oil (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1) has been proposed.

また、廃プラスチックを熱分解により気化させて得られた熱分解生成物をホウ素含有珪酸塩触媒に接触させて、炭化水素油を回収する廃プラスチックの処理法(例えば特許文献2参照)が提案され、さらに、ガリウム含有珪酸塩触媒を用いた廃プラスチックの処理法(例えば特許文献3参照)、等が提案されている。 Further, a waste plastic treatment method has been proposed (see, for example, Patent Document 2) in which hydrocarbon oil is recovered by contacting a pyrolysis product obtained by vaporizing waste plastic by pyrolysis with a boron-containing silicate catalyst. Furthermore, a method for treating waste plastics using a gallium-containing silicate catalyst (see, for example, Patent Document 3), and the like have been proposed.

特開昭63-178195号公報JP-A-63-178195 特許第4341162号Patent No. 4341162 特許第4103198号Patent No. 4103198

高分子、第45巻、311頁(1996年)Kobunshi, Vol.45, p.311 (1996)

しかし、特許文献1に提案の方法においては、ZSM-5触媒を用いることで炭化水素油の炭素数分布がC5~C38からC5~C21に低分子量化するが、依然、C11以上の付加価値の低い灯油、軽油、重油の留分が多いという課題があった。非特許文献1に提案の方法においては、ZSM-5の他、HY、REY、Ni/ReY触媒を用いて熱分解しており、特にREY触媒を用いたときにC5~C11のガソリン留分の選択性が高くなるが、これらY型ゼオライトは熱安定性に乏しく、またC9以上の付加価値の低い留分が未だ多く、工業触媒としては十分なものではなかった。 However, in the method proposed in Patent Document 1, by using a ZSM-5 catalyst, the carbon number distribution of the hydrocarbon oil is reduced from C5 to C38 to C5 to C21, but it still has a value added of C11 or more. There was a problem that there were many fractions of low kerosene, light oil, and heavy oil. In the method proposed in Non-Patent Document 1, in addition to ZSM-5, thermal decomposition is performed using HY, REY, and Ni/ReY catalysts. Although the selectivity is increased, these Y-type zeolites are poor in thermal stability, and there are still many fractions of C9 or higher with low added value, and they are not sufficient as industrial catalysts.

特許文献2に提案の方法においては、ホウ素含有珪酸塩触媒を用いることで、炭化水素油の低分子量化が著しく進行し、特にC3とC4のオレフィン、パラフィンの合計選択率が上昇したものの、偏った成分の生成は既設プラントとの併用が難しく、例えば、エチレンプラント(ナフサクラッカー)における特定の蒸留塔への負荷が高くなり、過度にナフサクラッカーの稼働率を低減せざるを得なかったり、あるいは特定の蒸留塔の新設が必要となる等、経済的な面での合理性は低かった。また、ホウ素含有珪酸塩の合成が難しいため入手に難があることや、耐コーキング性が十分でなく触媒寿命の点では満足な検討がなされていない。さらに、特許文献3に提案の方法においては、ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることで、炭素数分布がC1~C13、特にベンゼン(C6)、トルエン(C7)、キシレン(C8)の選択率が高まり、バランス良く低分子量化が進行するが、ガリウム含有珪酸塩、特にガロシリケートはシリケートの骨格内にGa金属が挿入しづらく、再現性良くかつ工業的に合成することが難しく、また耐コーキング性が十分でないことから、触媒寿命の点で改良の余地が残されたものであった。 In the method proposed in Patent Document 2, by using a boron-containing silicate catalyst, the molecular weight of the hydrocarbon oil is significantly reduced, and in particular, the total selectivity for C3 and C4 olefins and paraffins is increased. It is difficult to produce such components with existing plants, for example, the load on a specific distillation column in an ethylene plant (naphtha cracker) increases, and the operating rate of the naphtha cracker has to be excessively reduced, or It was not economically rational, such as the need to install a new distillation column. In addition, the boron-containing silicate is difficult to synthesize and is difficult to obtain, and its coking resistance is not sufficient, so satisfactory investigations have not been made in terms of catalyst life. Furthermore, in the method proposed in Patent Document 3, by using a gallium-containing silicate catalyst, the carbon number distribution is C1 to C13, and the selectivity for benzene (C6), toluene (C7), and xylene (C8) in particular is increased. However, in gallium-containing silicates, especially gallosilicates, it is difficult to insert Ga metal into the silicate skeleton, and it is difficult to synthesize industrially with good reproducibility. Since it was not sufficient, there was still room for improvement in terms of catalyst life.

そこで、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物を石油化学製品として有用なC2~C8の炭化水素等に高効率で転換することを可能とする炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒及びそれを用いた低級炭化水素の製造方法の出現が望まれていた。 Accordingly, a hydrocarbon-based plastic pyrolysis product conversion catalyst that enables highly efficient conversion of hydrocarbon-based plastic pyrolysis products into C2 to C8 hydrocarbons useful as petrochemical products, and the same. The emergence of a method for producing the lower hydrocarbons used has been desired.

本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、特定の10員環細孔ゼオライトを含む転換触媒が、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物を原材料とした際の耐コーキング性、触媒寿命等に優れると共に、石油化学製品として有用な炭素数2~8のパラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素の選択性が改善され、優れた性能を発揮する触媒となることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a conversion catalyst containing a specific 10-membered ring pore zeolite is resistant to thermal decomposition products of hydrocarbon plastics as a raw material. In addition to being excellent in coking properties, catalyst life, etc., the selectivity of paraffins, olefins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms useful as petrochemical products is improved, and it is found that it becomes a catalyst that exhibits excellent performance. The present invention has been completed.

即ち、本発明は、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の転換触媒であって、下記(i)~(iii)の特性を満足するゼオライトを含む転換触媒であることを特徴とする熱分解生成物転換触媒及びそれを用いてなる低級炭化水素の製造方法に関するものである。
(i)平均粒子径が100nm以下。
(ii)MFI型又はMEL型である10員環細孔ゼオライト。
(iii)外表面のブレンステッド酸量が0.1~10.0μmol/g。
That is, the present invention provides a conversion catalyst for pyrolysis products of hydrocarbon-based plastics, which is characterized by being a conversion catalyst containing zeolite that satisfies the following characteristics (i) to (iii): The present invention relates to a material conversion catalyst and a method for producing lower hydrocarbons using the same.
(i) an average particle size of 100 nm or less;
(ii) 10-membered ring pore zeolite of MFI type or MEL type.
(iii) Bronsted acid content on the outer surface is 0.1 to 10.0 μmol/g.

以下に、本発明について詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明の熱分解生成物転換触媒は、多種多様な成分を含むことから従来は原材料として用いることが困難であった炭化水素系プラスチックの熱分解生成物であっても、石油化学製品として有用な低級炭化水素、特に炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素等の低級炭化水素への高選択転換を可能とする触媒であり、(i)平均粒子径(以下、PDと記す場合もある。)がPD≦100nm、(ii)MFI型又はMEL型である10員環細孔ゼオライト、(iii)外表面のブレンステッド酸点が0.1~10.0μmol/g、のいずれの要件をも満足するゼオライトを含むものである。 The thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is useful as a petrochemical product even for thermal decomposition products of hydrocarbon plastics, which have been difficult to use as raw materials in the past because they contain a wide variety of components. It is a catalyst that enables highly selective conversion to lower hydrocarbons, especially olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins, aromatic hydrocarbons, etc., and (i) average particle size (hereinafter referred to as PD ) is PD ≤ 100 nm, (ii) 10-membered ring pore zeolite that is MFI type or MEL type, (iii) Bronsted acid point on the outer surface is 0.1 to 10.0 μmol / g It contains zeolites that also satisfy the requirements.

本発明の熱分解生成物転換触媒を構成するゼオライトは、(i)PD≦100nmのものであり、特に熱安定性にも優れる触媒となることから、5nm≦PD≦100nmであることが望ましい。ここで、PDが100nmを越えるものである場合、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の低級炭化水素への転換効率に劣るものとなる。 The zeolite constituting the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention has (i) a PD ≤ 100 nm, and is particularly excellent in thermal stability, so it is desirable that 5 nm ≤ PD ≤ 100 nm. Here, if the PD exceeds 100 nm, the efficiency of conversion of thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics into lower hydrocarbons will be poor.

なお、本発明におけるPDは、その測定方法に制限はなく、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)の写真から任意の粒子を100個以上選んで、その平均直径を求める方法、ゼオライトの外表面積から以下の式(1)を用いて算出する方法、等の任意の方法を挙げることができる。
PD=6/S×(1/(2.29×10)+0.18×10-6) (1)
(ここで、Sは外表面積(m/g)を示すものである。)
なお、式(1)における外表面積(S(m/g))は、液体窒素温度における一般的な窒素吸着法を用い、t-plot法から求めることができる。例えば、tを吸着量の厚みとするときに、tについて0.6~1nmの範囲の測定点を直線近似し、得られた回帰直線の傾きからゼオライトの外表面積を求めるものである。
In addition, PD in the present invention is not limited to the method of measurement. For example, 100 or more arbitrary particles are selected from a photograph of a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), and the average diameter is determined. method, a method of calculation using the following formula (1) from the outer surface area of zeolite, and any other method.
PD=6/S×(1/(2.29×10 6 )+0.18×10 −6 ) (1)
(Here, S indicates the outer surface area (m 2 /g).)
The outer surface area (S (m 2 /g)) in formula (1) can be obtained from a t-plot method using a general nitrogen adsorption method at liquid nitrogen temperature. For example, when t is the thickness of the adsorption amount, linear approximation is applied to the measurement points in the range of 0.6 to 1 nm with respect to t, and the outer surface area of the zeolite is obtained from the slope of the obtained regression line.

そして、中でも簡便な測定が可能であることから、SEM又はTEMによる方法が好ましい。 Among them, the method using SEM or TEM is preferable because it enables easy measurement.

本発明の熱分解生成物転換触媒を構成するゼオライトは、(ii)MFI型またはMEL型の10員環細孔ゼオライトである。ここで、MFI型ゼオライトとしては、国際ゼオライト学会で定義される構造コードMFIに属するアルミノシリケート化合物を挙げることができる。ここで、MFI型またはMEL型の10員環細孔ゼオライト以外のゼオライトを含むものである場合、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の転換反応の効率に劣るものとなる。 The zeolite constituting the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is (ii) MFI type or MEL type 10-membered ring pore zeolite. Here, examples of MFI-type zeolites include aluminosilicate compounds belonging to the structure code MFI defined by the International Zeolite Society. Here, when zeolite other than MFI type or MEL type 10-membered ring pore zeolite is included, the efficiency of the conversion reaction of thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics is inferior.

本発明の熱分解生成物転換触媒を構成するゼオライトは、(iii)外表面のブレンステッド酸量(以下、B酸量と記す場合がある。)が0.1~10.0μmol/gであり、特定の範囲内の外表面B酸量を有することで特に優れた触媒性能を示すものとなる。ここで、外表面B酸量が0.1μmol/g未満である場合、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の転換を行う際の生産効率や触媒性能に劣るものとなる。一方、10.0μmol/gよりも大きい場合、触媒表面における副反応やコーキングが生じやすく、触媒性能として不十分なものとなる。 The zeolite constituting the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention has (iii) an outer surface Bronsted acid amount (hereinafter sometimes referred to as B acid amount) of 0.1 to 10.0 μmol / g. , it exhibits particularly excellent catalytic performance by having an outer surface B acid amount within a specific range. Here, if the outer surface B acid content is less than 0.1 μmol/g, the production efficiency and catalyst performance when converting thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics will be inferior. On the other hand, if it is more than 10.0 μmol/g, side reactions and coking tend to occur on the catalyst surface, resulting in insufficient catalytic performance.

そして、本発明の熱分解生成物転換触媒を構成するゼオライトにおいては、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の転換効率、特に炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素等の低級炭化水素への選択性に優れる触媒となることから(iv)B酸量が0.01~1.0mmol/gであるものが好ましく、更に0.1~1.0mmol/gであるものが好ましい。 In the zeolite constituting the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention, the conversion efficiency of the thermal decomposition products of hydrocarbon plastics, especially lower hydrocarbons such as olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins, and aromatic hydrocarbons (iv) The amount of B acid is preferably 0.01 to 1.0 mmol/g, more preferably 0.1 to 1.0 mmol/g, because the catalyst has excellent selectivity to hydrogen.

ここで、ゼオライトのB酸量とは、ブレンステッド酸点(以下、B酸点と記す場合がある。)の量を示すものであり、ゼオライトに存在する酸性OH基を示すものである。通常、ゼオライトは、その外表面及び(ミクロ)細孔内にB酸点を有するものである。そして、外表面にB酸点をわずかしか有さないものとは、そのB酸点はそのほとんどが(ミクロ)細孔内に存在することを意味するものである。 Here, the B acid amount of zeolite indicates the amount of Bronsted acid points (hereinafter sometimes referred to as B acid points), and indicates the acidic OH groups present in the zeolite. Zeolites usually have B acid sites on their outer surface and within the (micro)pores. And, having only a few B acid sites on the outer surface means that most of the B acid sites are present in the (micro)pores.

該ゼオライトにおける外表面のB酸量の確認方法としては、その確認を行うことが可能であれば如何なる方法をも用いることが可能であり、例えばB酸点に対する吸着性を有する2,4-ジメチルキノリンの吸着により確認することが可能である。2,4-ジメチルキノリンは、ゼオライト(細孔内を含む)に存在するB酸点(酸性OH基)との吸着性質を有している。しかし、MFI型のようにゼオライトの(ミクロ)細孔径が2,4-ジメチルキノリン分子より小さい場合、(ミクロ)細孔内に侵入することができず、(ミクロ)細孔内のB酸点と吸着することは出来ない。つまり、ゼオライトの外表面のB酸点のみと吸着するものとなる。よって、MFI型ゼオライトの外表面のB酸点への2,4-ジメチルキノリンの吸着量を求めることで、外表面のB酸量を定量することができる。 As a method for confirming the amount of B acid on the outer surface of the zeolite, any method can be used as long as it can be confirmed. It can be confirmed by adsorption of quinoline. 2,4-dimethylquinoline has an adsorption property with B acid sites (acidic OH groups) present in zeolite (including inside pores). However, when the (micro)pore diameter of the zeolite is smaller than the 2,4-dimethylquinoline molecule, such as the MFI type, it cannot penetrate into the (micro)pores, and the B acid site in the (micro)pores and cannot be absorbed. That is, it adsorbs only to the B acid sites on the outer surface of the zeolite. Therefore, by determining the adsorption amount of 2,4-dimethylquinoline to the B acid sites on the outer surface of the MFI zeolite, the amount of B acid on the outer surface can be quantified.

より具体的な方法としては、ゼオライトの前処理として400℃で2時間の脱気・脱水処理を行ったゼオライトの150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。そして、脱気・脱水処理を行ったゼオライトに2,4-ジメチルキノリンガスを導入して30分間吸着させ、150℃での排気により余剰2,4-ジメチルキノリンを除き、2,4-ジメチルキノリン吸着ゼオライトの調製を行い150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。つまり、2,4-ジメチルキノリン吸着前後の赤外吸収の差スペクトルにおいて、3600~3650cm-1の範囲で赤外線吸収の差(減少)を定量することで、外表面のB酸量を得ることができる。なお、2,4-ジメチルキノリンはゼオライト表面のシラノール部位にも吸着するが、シラノールのO-H伸縮振動に由来する吸収は、3700~3800cm-1に観測される。一方、ゼオライトの外表面のB酸点のO-H伸縮振動に由来する吸収は、3600~3650cm-1に観測され、2,4-ジメチルキノリンを吸着してB酸点のO-H伸縮振動に由来する吸収3600~3650cm-1の範囲に赤外吸収スペクトルの減少がみられることは、2,4-ジメチルキノリンがゼオライトの外表面のB酸点に吸着したことを示す。 As a more specific method, an infrared absorption spectrum at 150° C. is measured for zeolite that has undergone degassing and dehydration treatment at 400° C. for 2 hours as a pretreatment of the zeolite. Then, 2,4-dimethylquinoline gas is introduced into the degassed and dehydrated zeolite and adsorbed for 30 minutes. An adsorbed zeolite is prepared and an infrared absorption spectrum is measured at 150°C. That is, in the infrared absorption difference spectrum before and after 2,4-dimethylquinoline adsorption, by quantifying the infrared absorption difference (decrease) in the range of 3600 to 3650 cm -1 , the amount of B acid on the outer surface can be obtained. can. 2,4-Dimethylquinoline also adsorbs to silanol sites on the zeolite surface, and absorption derived from O—H stretching vibration of silanol is observed at 3700 to 3800 cm −1 . On the other hand, the absorption derived from the O-H stretching vibration of the B acid point on the outer surface of the zeolite is observed at 3600 to 3650 cm -1 , and 2,4-dimethylquinoline is adsorbed to the O-H stretching vibration of the B acid point. The decrease in the infrared absorption spectrum in the range of 3600-3650 cm -1 derived from 2,4-dimethylquinoline indicates that 2,4-dimethylquinoline was adsorbed to the B acid sites on the outer surface of the zeolite.

また、該ゼオライトのB酸量(外表面及び(ミクロ)細孔内に存在するB酸点)の測定方法としては、その測定を行うことが可能であれば如何なる方法をも用いることが可能であり、例えばB酸点に対する吸着性を有するピリジンの吸着により確認することが可能である。ピリジンは、ゼオライト(細孔内を含む)に存在するB酸点(酸性OH基)との吸着性質を有しており、ゼオライトの(ミクロ)細孔径がピリジンより大きい場合、(ミクロ)細孔内にも侵入することができ、外表面及び(ミクロ)細孔内のB酸点とも吸着出来る。よって、MFI型ゼオライトの細孔内に存在するB酸点も含め、ゼオライトに存在するすべてのB酸量を定量することができる。 In addition, as a method for measuring the B acid amount of the zeolite (B acid points existing on the outer surface and in the (micro)pores), any method can be used as long as it can be measured. It can be confirmed by, for example, adsorption of pyridine, which has an adsorption property to the B acid site. Pyridine has an adsorption property with B acid sites (acidic OH groups) present in zeolite (including inside pores). It can also penetrate into the interior and can also adsorb B-acid sites on the outer surface and within the (micro)pores. Therefore, it is possible to quantify the amount of all B acids present in the zeolite, including the B acid sites present in the pores of the MFI zeolite.

より具体的な方法としては、ゼオライトの前処理として400℃で2時間の脱気・脱水処理を行ったゼオライトの150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。そして、脱気・脱水処理を行ったゼオライトにピリジンガスを導入して10分間吸着させ、150℃での排気により余剰ピリジンを除き、ピリジン吸着ゼオライトの調製を行い150℃における赤外吸収スペクトル測定を行う。つまり、ピリジン吸着前後の赤外吸収の差スペクトルにおいて、1515~1565cm-1の範囲で赤外線吸収の差(減少)を定量することで、細孔内も含めたB酸量を得ることができる。 As a more specific method, an infrared absorption spectrum at 150° C. is measured for zeolite that has undergone degassing and dehydration treatment at 400° C. for 2 hours as a pretreatment of the zeolite. Then, pyridine gas is introduced into the degassed and dehydrated zeolite and adsorbed for 10 minutes, excess pyridine is removed by exhaust at 150 ° C., pyridine-adsorbed zeolite is prepared, and infrared absorption spectrum is measured at 150 ° C. conduct. That is, in the infrared absorption difference spectrum before and after pyridine adsorption, by quantifying the infrared absorption difference (decrease) in the range of 1515 to 1565 cm −1 , the B acid amount including the inside of the pores can be obtained.

そして、本発明の熱分解生成物転換触媒を構成するゼオライトは、特に炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の転換効率、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の選択性に優れる触媒となることから、外表面に僅かなB酸点を有し、B酸点のほとんどが(ミクロ)細孔内に存在するものであることが好ましい、その外表面に存在するB酸点は、全B酸点の1~10%のものであることが好ましい。なお、外表面のB酸点の割合は、上述したゼオライトの外表面のB酸量を、ゼオライト(細孔内を含む)に存在するB酸量の割合として求められる。 The zeolite constituting the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is particularly excellent in conversion efficiency of thermal decomposition products of hydrocarbon plastics and selectivity for olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins, and aromatic hydrocarbons. Since it serves as a catalyst, it is preferable that the outer surface has a small number of B acid sites, and most of the B acid sites are present in the (micro) pores. The B acid sites present on the outer surface are , preferably 1 to 10% of the total B acid sites. The ratio of B acid sites on the outer surface is obtained by converting the B acid amount on the outer surface of the zeolite described above to the B acid amount present in the zeolite (including the inside of the pores).

該ゼオライトの製造方法としては、上記(i)~(iii)に記載の特性を満足するゼオライトの製造が可能であれば如何なる方法をも用いることは可能である。そして、外表面に特定量の微量のB酸点を有するゼオライト、つまり、ゼオライト表面のB酸点の選択的な除去方法としては、(i)~(ii)の特性を満足するゼオライトを製造する際の焼成処理(熱処理)の一部又は全部を水熱(スチーム)処理とし、該焼成処理の前後にイオン交換処理を付加する方法を挙げることができる。 As a method for producing the zeolite, any method can be used as long as it is possible to produce a zeolite that satisfies the properties described in (i) to (iii) above. Then, a zeolite having a specific amount of trace B acid sites on the outer surface, that is, as a method for selectively removing B acid sites on the surface of the zeolite, a zeolite that satisfies the characteristics of (i) to (ii) is produced. For example, a part or all of the calcination treatment (heat treatment) may be hydrothermal (steam) treatment, and an ion exchange treatment may be added before or after the calcination treatment.

そして、(i)~(ii)の特性を満足するゼオライトの合成方法としては、一般的な公知の方法を用いることにより、PD≦100nm、MFI型またはMEL型の10員環細孔の骨格構造を有するゼオライトとすることができる。具体的にはカチオンとしてアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む化合物、有機構造指向剤とアルミノシリケートゲルとを混合し、得られた結晶物を焼成することにより製造することができる。その際のアルカリ金属、アルカリ土類金属を含む化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を挙げることでき、中でも水酸化ナトリウムが好ましい。有機構造指向剤としては、例えばテトラプロピルアンモニウム水酸化物、テトラブチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物等を挙げることができる。また、アルミノシリケートゲルとしては、例えば不定形アルミノシリケートゲル等を挙げることができる。 Then, as a method for synthesizing a zeolite that satisfies the characteristics of (i) to (ii), by using a generally known method, a PD ≤ 100 nm, an MFI type or MEL type 10-membered ring pore skeleton structure can be a zeolite having Specifically, it can be produced by mixing a compound containing an alkali metal and/or an alkaline earth metal as a cation, an organic structure-directing agent, and an aluminosilicate gel, and firing the resulting crystal. Examples of compounds containing alkali metals and alkaline earth metals in this case include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide and the like, with sodium hydroxide being preferred. Examples of organic structure directing agents include tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide and the like. Moreover, as an aluminosilicate gel, amorphous aluminosilicate gel etc. can be mentioned, for example.

さらに、(i)~(iii)の特性を満足するゼオライトとする際には、上記により得られた結晶物を焼成する前にイオン交換を行い、焼成の際の一部又は全部を水熱処理とし、その後、更にイオン交換を行う方法、上記により得られた結晶物を焼成した後にイオン交換を行いプロトン型ゼオライトとし、その後に水熱雰囲気下で焼成を行う方法、等により製造することが可能となる。 Furthermore, when making a zeolite that satisfies the characteristics of (i) to (iii), ion exchange is performed before calcining the crystals obtained by the above, and part or all of the calcination is performed by hydrothermal treatment. After that, it can be produced by a method of further ion-exchanging, a method of calcining the crystal obtained by the above, ion-exchanging it to obtain a proton-type zeolite, and then calcining it in a hydrothermal atmosphere. Become.

その際の焼成条件としては、処理温度としては300~900℃が好ましく、特に400~700℃であることが好ましい。処理時間は、工業的には好ましくは5分~25時間である。雰囲気としては、例えば窒素、空気、酸素、アルゴン、その他不活性ガスのうち一つもしくは二つ以上の組み合わせのガスをも挙げることができる。そして、該焼成工程の一部又は全部は水熱(スチーム)処理を行うことにより、B酸点のアルミニウムが脱離される。水熱処理の処理温度としては400~750℃が好ましく、特に500~650℃が好ましい。また、水蒸気濃度は5~100%が好ましく、特に10~80%であることが好ましい。 As for the firing conditions at that time, the treatment temperature is preferably 300 to 900°C, and particularly preferably 400 to 700°C. The treatment time is industrially preferably 5 minutes to 25 hours. The atmosphere can also include, for example, one or a combination of two or more of nitrogen, air, oxygen, argon, and other inert gases. A hydrothermal (steam) treatment is performed in part or all of the sintering step to desorb aluminum at the B acid site. The treatment temperature for the hydrothermal treatment is preferably 400 to 750°C, more preferably 500 to 650°C. Also, the water vapor concentration is preferably 5 to 100%, particularly preferably 10 to 80%.

また、イオン交換は、焼成工程の前後に行うものであり、複数回のイオン交換に分割して行ってもよい。また、イオン交換は、塩化アンモニウム、塩酸、硝酸等の酸を用いたイオン交換が挙げられ、塩酸、硝酸によるものが好ましい。また、イオン交換は水での洗浄で代用することもできる。 Moreover, the ion exchange is performed before and after the baking process, and may be performed by dividing the ion exchange into a plurality of times. Ion exchange includes ion exchange using acids such as ammonium chloride, hydrochloric acid and nitric acid, and those using hydrochloric acid and nitric acid are preferred. Ion exchange can also be replaced by washing with water.

本発明の熱分解生成物転換触媒を構成するゼオライトは、そのままで高い触媒性能を示すが、更に高い耐コーキング性や触媒寿命を示す触媒となることから、(v)ナトリウム、カリウム、カルシウム、銀、亜鉛から選択される少なくとも1種以上の金属を含有していても良く、その含有率が0.05~5.0wt%の金属含有ゼオライトであることが好ましい。これら金属の内、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の選択性が高まることから、亜鉛及び/またはカルシウム含有ゼオライトであることがさらに好ましい。また、該金属を含有させる際の導入方法としては限定されるものではなく、例えば、含侵担持、イオン交換、物理混合、蒸着等のいずれの方法でも可能である。 The zeolite that constitutes the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention exhibits high catalytic performance as it is, but since it becomes a catalyst that exhibits even higher coking resistance and catalyst life, (v) sodium, potassium, calcium, and silver , and zinc, and the metal-containing zeolite preferably contains 0.05 to 5.0 wt% of the metal. Among these metals, zinc- and/or calcium-containing zeolites are more preferable because they increase the selectivity of olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins, and aromatic hydrocarbons. In addition, the method of introducing the metal is not limited, and any method such as impregnation support, ion exchange, physical mixing, and vapor deposition is possible.

そして、熱分解生成物転換触媒とする際には、その取り扱い性、触媒性能に優れる触媒となることから成形体としての形状付与を行うことが好ましい。形状付与を行う際には如何なる方法により成形してもよく、例えば、ゼオライト粉末をそのまま圧縮成形等により所定形状に成形し成形体とする方法、所定割合のバインダーをゼオライトに混合し、場合によっては更なる添加剤等を所定割合で混合し、その混合物を所定形状に成形し成形体とする方法、さらには焼結を付随し成形体とする方法などを挙げることが出来る。そして、特に炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒とする際には、成形体としての成形性に優れることはもとより、高い圧壊強度を示しその取り扱い性、触媒寿命にも優れるものとなることから、該ゼオライト及びバインダーとからなる成形体であることが好ましく、より良好な触媒性能を示すものとなることから該ゼオライト及びシリカとからなる成形体であることがより好ましい。その際のシリカとしては、シリカと称される範疇に属するものであれば如何なるものであってもよく、特定の結晶構造を有するもの、また、非結晶性のものであってもよい。さらに、シリカの粒子径や凝集径等に関しても如何なる制限もない。また、該ゼオライトとシリカの配合割合は任意であり、中でも特に優れた触媒性能、取り扱い性、触媒寿命を示す転換触媒となることから、該ゼオライト:シリカ=50~95:50~5(重量割合)であることが好ましく、特に60~90:40~10であることが好ましい。 And when it is used as a thermal decomposition product conversion catalyst, it is preferable to give a shape as a molded body because it becomes a catalyst excellent in handleability and catalytic performance. Any method may be used to shape the zeolite powder. Examples include a method of mixing further additives in a predetermined proportion and molding the mixture into a predetermined shape to form a green body, and a method of accompanying sintering to form a green body. In particular, when it is used as a catalyst for converting thermal decomposition products of hydrocarbon plastics, it should not only have excellent moldability as a molded article, but also exhibit high crushing strength and be excellent in handleability and catalyst life. For this reason, it is preferable to use a molded body composed of the zeolite and a binder, and it is more preferable to use a molded body composed of the zeolite and silica because it exhibits better catalytic performance. Any silica may be used as long as it belongs to the category called silica, and it may have a specific crystal structure or may be non-crystalline. Furthermore, there are no restrictions on the particle size, aggregation size, etc. of silica. In addition, the blending ratio of the zeolite and silica is arbitrary, and the zeolite: silica = 50 to 95: 50 to 5 (weight ratio ), more preferably 60-90:40-10.

該熱分解生成物転換触媒は、その形状が如何なるものであってもよく、例えば円柱形状、円筒形状、三角柱形状,四角柱形状,五角柱形状,六角柱形状等の多角柱形状、中空多角柱形状、球形状等を挙げることができ、中でも、連続生産性に優れ、かつ圧壊強度の高い触媒となることから円柱形状、円筒形状であることが好ましい。また、その直径,幅,長さ等のサイズ、嵩密度,真密度等の密度としては充填効率等を考慮し任意に選択可能であり、特に石油化学製品として有用な炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素等を有効に製造することが可能となる触媒となることから、径1.0~10mmの円柱形状又は厚さ0.5~5.0mmの円筒形状を有するものであることが好ましい。 The thermal decomposition product conversion catalyst may have any shape, for example, cylindrical shape, cylindrical shape, triangular prism shape, square prism shape, pentagonal prism shape, polygonal prism shape such as hexagonal prism shape, hollow polygonal prism shape, etc. Shapes, spheres, and the like can be mentioned, and among them, columnar shapes and cylindrical shapes are preferable because they provide catalysts with excellent continuous productivity and high crushing strength. In addition, the size such as diameter, width, and length, and the density such as bulk density and true density can be arbitrarily selected in consideration of packing efficiency. , paraffin, aromatic hydrocarbons, etc., it should have a cylindrical shape with a diameter of 1.0 to 10 mm or a thickness of 0.5 to 5.0 mm. Preferably.

本発明の熱分解生成物転換触媒は、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物である炭化水素を原料として接触することにより炭化水素、特に石油化学製品として有用な低級炭化水素、即ち、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素を高選択的に製造することを可能とするものである。その際の原料である炭化水素系プラスチックの熱分解生成物としては、炭化水素系プラスチックを熱分解して得られるものであれば制限はなく、中でもプラスチックの廃棄物を再び資源として活用することにより、資源確保や廃棄物処理の両面での社会的課題の解決に貢献することができることから、プラスチックの構造中に酸素原子や窒素原子を持たずかつ熱可塑性を示す炭化水素系プラスチック、更にはその使用済みの廃プラスチックおよび/又は炭化水素系プラスチックの製造・加工時におけるロス品の熱分解生成物であることが好ましい。炭化水素系プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、ポリスチレン等が挙げられ、さらに塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩素化ポリエチレンの塩素化プラスチックに構成される塩素原子を分離除去したプラスチックが挙げられる。 The thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is produced by contacting hydrocarbons, which are thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, with hydrocarbons, particularly lower hydrocarbons useful as petrochemical products, i.e., lower hydrocarbons having 2 carbon atoms. It enables highly selective production of olefins of ∼8, paraffins and aromatic hydrocarbons. There are no restrictions on the thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, which are the raw materials at that time, as long as they can be obtained by thermally decomposing hydrocarbon-based plastics. , since it can contribute to solving social issues in terms of both securing resources and processing waste, hydrocarbon plastics that do not have oxygen atoms or nitrogen atoms in the plastic structure and exhibit thermoplasticity, and furthermore, It is preferably a pyrolysis product of a waste product in the production and processing of used waste plastics and/or hydrocarbon plastics. Hydrocarbon-based plastics include, for example, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene rubber, polystyrene, etc. Plastics in which chlorine atoms are separated and removed from chlorinated plastics such as vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, and chlorinated polyethylene. is mentioned.

そして、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物としては、炭化水素系プラスチックが熱分解して生成した炭化水素であれば特に制限はなく、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンを無酸素かつ無触媒条件下で溶融し、この溶融物を熱分解した生成物を挙げることができる。炭化水素系プラスチックの熱分解生成物は、一般的には炭素数分布がC1~C30のパラフィン、オレフィン、ジオレフィンからなる脂肪族炭化水素の混合物であり、その混合割合等は炭化水素系プラスチック、その熱分解条件等により適宜選択可能である。 The thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics are not particularly limited as long as they are hydrocarbons generated by thermal decomposition of hydrocarbon-based plastics. Mention may be made of products that melt below and pyrolyze this melt. Thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics are generally mixtures of aliphatic hydrocarbons consisting of paraffins, olefins, and diolefins with a carbon number distribution of C1 to C30, and the mixture ratio, etc., of hydrocarbon-based plastics, It can be appropriately selected depending on the thermal decomposition conditions and the like.

本発明の熱分解生成物転換触媒は、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物と接触することにより、高選択的に低級炭化水素、特に炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素を製造することが可能であり、その際の反応温度は特に制限されるものではなく、より効率的な製造方法となることから350~650℃の範囲が好ましく、有用成分の選択率が高くなることから500~600℃の範囲がより好ましい。また、反応圧力にも制限はなく、例えば0.05MPa~5MPa程度の圧力範囲で運転が可能である。そして熱分解生成物の供給は、該触媒体積に対し原熱分解生成物ガスの体積の比として特に制限されるものではなく、例えば1h-1~50000h-1程度の空間速度を挙げることができる。その際には、窒素等の不活性ガス、水素、一酸化炭素、二酸化炭素から選ばれる単一または混合ガスにより希釈したものとして用いることもできる。 The thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention highly selectively converts lower hydrocarbons, particularly olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins, and aromatic hydrocarbons, by contacting thermal decomposition products of hydrocarbon plastics. The reaction temperature at that time is not particularly limited, and the range of 350 to 650 ° C. is preferable because it becomes a more efficient production method, and the selectivity of useful components is high. to 500 to 600° C. is more preferable. Moreover, there is no restriction on the reaction pressure, and operation is possible within a pressure range of, for example, about 0.05 MPa to 5 MPa. The supply of thermal decomposition products is not particularly limited as a ratio of the volume of the raw thermal decomposition product gas to the volume of the catalyst. . In that case, it can be diluted with a single or mixed gas selected from an inert gas such as nitrogen, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide.

本発明の熱分解生成物転換触媒を用い製造される低級炭化水素としては、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素であることが好ましく、例えばエタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のパラフィン;エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン等のオレフィン;ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、エチルトルエン等を挙げることができる。 The lower hydrocarbons produced using the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention are preferably olefins, paraffins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms, such as ethane, propane, butane, pentane, and hexane. paraffins such as , heptane and octane; olefins such as ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, heptene and octene; benzene, toluene, xylene, trimethylbenzene, ethylbenzene and ethyltoluene.

本発明の熱分解生成物転換触媒により、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の低分子量化および環化脱水素反応が効率良く進行し、石油化学製品として有用な低級炭化水素、即ち、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素が高選択的に、特に60%以上の選択率で製造することが可能となる。また、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の各成分がバランス良く生成することから、新たな蒸留塔を新設することなく、既設プラントとの効率的な併用運転を行うことが可能になる。具体的には、エチレンプラントの各成分の蒸留塔をフルに活用できることから、過度にナフサクラッカーの稼働率を下げることなく、効率よくエチレンプラントの運転が可能になる。 With the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention, the thermal decomposition products of hydrocarbon plastics are efficiently reduced in molecular weight and the cyclization dehydrogenation reaction proceeds efficiently, and lower hydrocarbons useful as petrochemical products, i.e., carbon number It is possible to produce 2 to 8 olefins, paraffins and aromatic hydrocarbons with high selectivity, particularly at a selectivity of 60% or more. In addition, since each component of olefins with 2 to 8 carbon atoms, paraffins, and aromatic hydrocarbons is produced in a well-balanced manner, efficient combined operation with existing plants can be performed without installing a new distillation column. be possible. Specifically, since the distillation column for each component of the ethylene plant can be fully utilized, the ethylene plant can be efficiently operated without excessively lowering the operating rate of the naphtha cracker.

ここで、本発明の熱分解生成物転換触媒は、その選択性、効率、触媒寿命、耐コーキング性に優れるものではあるが、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物を原材料として用いる低級炭化水素の製造においては、触媒反応が進行するにつれて触媒上でコークが生成し、コーク付着により触媒性能が低下することは避けられない。触媒性能が低下した触媒の再生方法は特に限定されないが、例えば、酸素による燃焼除去が好ましく用いられる。本発明の熱分解生成物転換触媒に付着したコークは、酸素含有量2~25重量%のガスを380~530℃の条件下で該触媒に接触することにより効率的に除去し、触媒の性能を回復することが可能となり、特に再生効率に優れることから酸素含有量5~25重量%、400~450℃のガスを接触することが好ましい。 Here, the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is excellent in selectivity, efficiency, catalyst life, and coking resistance, but it does not produce lower hydrocarbons using thermal decomposition products of hydrocarbon plastics as raw materials. In production, coke is generated on the catalyst as the catalytic reaction progresses, and it is inevitable that the catalytic performance is lowered due to coke adhesion. A method for regenerating a catalyst whose catalytic performance has deteriorated is not particularly limited, but, for example, combustion removal with oxygen is preferably used. The coke attached to the thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is efficiently removed by contacting the catalyst with a gas containing 2 to 25% by weight of oxygen at 380 to 530 ° C., and the performance of the catalyst is improved. It is preferable to contact a gas with an oxygen content of 5 to 25% by weight and a temperature of 400 to 450° C. because it is particularly excellent in regeneration efficiency.

酸素含有量が2~25重量%のガスとしては、例えば空気又は酸素に窒素、アルゴン、ネオン等の不活性ガスを混合して調製したものを挙げることができる。また、再生の際のガスの供給量、再生時間としては、触媒の再生が可能であれば特に制限はなく、中でも、本発明の熱分解生成物転換触媒に堆積したコークを効率よく除去することが可能となることから、時間当たりにガス体積/触媒体積=200~700の条件で供給することが好ましく、再生時間としては、30~65時間であることが好ましい。 Examples of the gas having an oxygen content of 2 to 25% by weight include those prepared by mixing air or oxygen with an inert gas such as nitrogen, argon, or neon. In addition, the amount of gas supplied during regeneration and the regeneration time are not particularly limited as long as the catalyst can be regenerated. Therefore, it is preferable to supply under the condition of gas volume/catalyst volume=200 to 700 per hour, and the regeneration time is preferably 30 to 65 hours.

本発明の熱分解生成物転換触媒は、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物を用いた際にもその耐コーキング性が高く触媒寿命が長いことから長期にわたって安定的に、しかも石油化学製品として有用な炭素数2~8のパラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素を高選択的に製造することが可能となることから、工業的な有用性が期待されるものである。 The thermal decomposition product conversion catalyst of the present invention is stable over a long period of time and is useful as a petrochemical product because it has high coking resistance and a long catalyst life even when using thermal decomposition products of hydrocarbon plastics. Industrial utility is expected because it is possible to highly selectively produce paraffins, olefins, and aromatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms.

以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

なお、実施例および比較例に用いた10員環細孔ゼオライトは、特許6070336号に基づき調製を行った。また、ゼオライト及び熱分解生成物転換触媒は、以下の方法により評価・測定した。 The 10-membered ring pore zeolites used in Examples and Comparative Examples were prepared based on Japanese Patent No. 6070336. Also, the zeolite and the thermal decomposition product conversion catalyst were evaluated and measured by the following methods.

~平均粒子径の測定~
平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(以下、TEMと記す場合がある。)及び走査型電子顕微鏡(以下、SEMと記す場合がある。)により測定を行った。TEMは、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、(商品名)JEM-2100、加速電圧200kV、観察倍率3万倍)を用い、乳鉢で軽く粉砕した試料をアセトン中に超音波分散し、プラスチック支持膜上に滴下し自然乾燥させたものを検鏡用試料とし、写真を撮影した。写真中の各一次粒子について、最長径とその中点において直角方向の径の平均を測定し、合計300個の粒子の平均を平均粒子径とした。
~Measurement of average particle size~
The average particle size was measured using a transmission electron microscope (hereinafter sometimes referred to as TEM) and a scanning electron microscope (hereinafter sometimes referred to as SEM). For TEM, a transmission electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., (trade name) JEM-2100, acceleration voltage of 200 kV, observation magnification of 30,000 times) was used, and a sample lightly pulverized in a mortar was ultrasonically dispersed in acetone. A microscopic sample was prepared by dropping the solution onto a plastic support film and air-drying, and a photograph was taken. For each primary particle in the photograph, the average diameter in the direction perpendicular to the longest diameter and its midpoint was measured, and the average of a total of 300 particles was taken as the average particle diameter.

SEMは、走査型電子顕微鏡(株式会社キーエンス製、(商品名)VE-9800、加速電圧20kV、観察倍率2000倍)を用い、乳鉢で軽く粉砕した試料を試料台に乗せ、金蒸着させたものを検鏡用試料とし、写真を撮影した。写真中の粒子一辺の長さを150個計測し、その平均値を平均結晶径とした。 SEM uses a scanning electron microscope (manufactured by Keyence Corporation, (trade name) VE-9800, acceleration voltage 20 kV, observation magnification 2000 times), and a sample lightly pulverized in a mortar is placed on a sample stage and deposited with gold. was used as a specimen for microscopy, and a photograph was taken. The length of one side of 150 particles in the photograph was measured, and the average value was taken as the average crystal diameter.

~2,4-ジメチルキノリン吸着赤外吸収分光測定(外表面B酸量)~
赤外吸収分光の測定は、FT-IR測定装置((商品名)FT/IR-6700,日本分光株式会社製)を用いて、透過法により測定を行った。MCT検出器を使用し、積算回数256回にてスペクトルを得た。試料は直径13mmのディスクに成形した後、石英製真空脱気セル内のディスクホルダーに設置することで、赤外光路上に垂直に設置した。試料の前処理として、真空排気下、10℃/分で400℃まで昇温し、2時間保持した。150℃に冷却後、2,4-ジメチルキノリン吸着前の赤外吸収スペクトルを測定した。2,4-ジメチルキノリンガスを導入し、30分間吸着させ、150℃で1時間真空排気した後、2,4-ジメチルキノリン吸着後の赤外吸収スペクトルを測定した。2,4-ジメチルキノリン吸着後の赤外吸収スペクトルと吸着前のスペクトルの差をとり、吸着による赤外吸収の変化を測定した。この差スペクトルのうち3600cm-1付近のピークがブレンステッド酸に吸着した2,4-ジメチルキノリンの吸収スペクトルのピークであり、この面積強度を求めた後、ランベルト-ベア(Lamber-berr)の法則により下記の式(2)より外表面B酸量を求めた。
B酸量(μmol/mg)=A・S/(W・ε) (2)
(ここで、A;対象のピークのピーク面積強度(cm-1)、S;サンプル断面積(cm)、W;サンプル重量(mg)、ε;積分吸光係数であり、3.7cm・μmol-1、のそれぞれを示す。)
~ピリジン吸着赤外吸収分光測定(全B酸量)~
上記の2,4-ジメチルキノリン吸着赤外吸収分光測定において、ピリジンガスを導入し、10分間吸着させた点のみを変更し、同一の装置、同一の手法で測定した。
~ 2,4-dimethylquinoline adsorption infrared absorption spectroscopy (external surface B acid amount) ~
Infrared absorption spectroscopy was measured by a transmission method using an FT-IR measurement device ((trade name) FT/IR-6700, manufactured by JASCO Corporation). A spectrum was obtained with 256 integrations using an MCT detector. The sample was formed into a disc with a diameter of 13 mm, and placed vertically on the infrared light path by placing it on a disc holder in a quartz vacuum degassing cell. As pretreatment of the sample, the temperature was raised to 400° C. at a rate of 10° C./min under vacuum evacuation and held for 2 hours. After cooling to 150° C., an infrared absorption spectrum was measured before adsorption of 2,4-dimethylquinoline. A 2,4-dimethylquinoline gas was introduced and adsorbed for 30 minutes, and after evacuating at 150° C. for 1 hour, the infrared absorption spectrum after adsorption of 2,4-dimethylquinoline was measured. By taking the difference between the infrared absorption spectrum after adsorption of 2,4-dimethylquinoline and the spectrum before adsorption, the change in infrared absorption due to adsorption was measured. Of this difference spectrum, the peak near 3600 cm −1 is the peak of the absorption spectrum of 2,4-dimethylquinoline adsorbed to Bronsted acid. The outer surface B acid amount was obtained from the following formula (2).
B acid amount (μmol/mg) = A S/(W ε) (2)
(Where, A: peak area intensity of target peak (cm −1 ), S: sample cross-sectional area (cm 2 ), W: sample weight (mg), ε: integrated extinction coefficient, 3.7 cm μmol -1 , respectively.)
~ Pyridine adsorption infrared absorption spectroscopy (total B acid content) ~
In the above 2,4-dimethylquinoline adsorption infrared absorption spectroscopic measurement, the measurement was performed using the same apparatus and the same method, except that pyridine gas was introduced and adsorbed for 10 minutes.

ただし、差スペクトルにおける1545cm-1付近のピークをブレンステッド酸に吸着したピリジンの吸収スペクトルのピークとして用い、積分吸光係数を1.67cm・μmol-1とて、上記の式(2)より全B酸量を求めた。 However, the peak near 1545 cm in the difference spectrum is used as the peak of the absorption spectrum of pyridine adsorbed on Bronsted acid, and the integrated extinction coefficient is 1.67 cm μmol −1 . The amount of acid was determined.

~外表面B酸率~
外表面B酸量を全B酸量で除した割合を外表面B酸率とした。
~ Outer surface B acid ratio ~
The ratio obtained by dividing the outer surface B acid amount by the total B acid amount was defined as the outer surface B acid ratio.

~粉末X線回折の測定~
X線回折測定装置(スペクトリス社製、(商品名)X’pert PRO MPD)を用い、管電圧45kV、管電流40mAとしてCuKα1を用いて、大気中において測定した。0.04~5度の範囲を0.08度/ステップ、200秒/ステップで分析した。また、ダイレクトビームの吸収率で補正したバックグラウンドを除去している。
~Measurement of powder X-ray diffraction~
Using an X-ray diffraction measurement device ((trade name) X'pert PRO MPD, manufactured by Spectris), the measurement was performed in the atmosphere using CuKα1 at a tube voltage of 45 kV and a tube current of 40 mA. A range of 0.04 to 5 degrees was analyzed at 0.08 degrees/step and 200 seconds/step. In addition, the background is removed by correcting the direct beam absorptance.

ピークの有無の確認を目視で行うことにより結晶構造の同定を行った。他の方法として、ピークサーチプログラムを利用してもよい。ピークサーチプログラムは、一般的なプログラムが利用できる。例えば、横軸が2θ(度)、縦軸が強度(a.u.)の測定結果をSAVITSKY&GOLAYの式とSliding Polynomialフィルターで平滑化した後、2次微分を行ったときに、3点以上連続する負の値がある場合、ピークが存在すると判断できる。 The crystal structure was identified by visually confirming the presence or absence of peaks. Alternatively, a peak search program may be used. A general program can be used for the peak search program. For example, the horizontal axis is 2θ (degrees) and the vertical axis is intensity (a.u.). After smoothing the measurement results with the SAVITSKY & GOLAY formula and the sliding polynomial filter, when performing the second derivative, three or more continuous points If there is a negative value for

~SiO/Alモル比、金属導入量の測定~
ゼオライトのSiO/Alモル比および遷移金属の導入量は、ゼオライトをフッ酸と硝酸の混合水溶液で溶解し、ICP装置((商品名)OPTIMA3300DV,PerkinElmer社製)による誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)で測定し、求めた。
~ SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio, measurement of metal introduction amount ~
The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of zeolite and the amount of introduced transition metal were determined by dissolving zeolite in a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and performing inductively coupled plasma emission with an ICP device ((trade name) OPTIMA3300DV, manufactured by PerkinElmer). It was measured and determined by spectroscopic analysis (ICP-AES).

~低級炭化水素の製造装置及びその製造方法~
実施例、比較例により得られた触媒を用いて以下の方法により低級炭化水素の製造を行い、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒としての性能評価を行った。
~Production equipment for lower hydrocarbons and method for producing the same~
Using the catalysts obtained in Examples and Comparative Examples, lower hydrocarbons were produced by the following method, and the performance of these catalysts as conversion catalysts for thermal decomposition products of hydrocarbon plastics was evaluated.

低級炭化水素の製造装置は、炭化水素系プラスチックの溶融および熱分解を行うステンレス製オートクレーブ(内容積200ml)と熱分解生成物を低級炭化水素に転換するステンレス製反応管(内径16mm、長さ600mm)を有する固定床気相流通式反応装置を連結した装置を用いた。ここで、ステンレス製反応管は中段に、触媒の成形体を充填し、乾燥空気流通下、530℃で加熱前処理を行った。 The production equipment for lower hydrocarbons consists of a stainless steel autoclave (inner volume: 200 ml) that melts and thermally decomposes hydrocarbon-based plastics, and a stainless steel reaction tube (inner diameter: 16 mm, length: 600 mm) that converts thermal decomposition products into lower hydrocarbons. ) was used. Here, the middle stage of the stainless steel reaction tube was filled with a molded body of catalyst, and pretreatment was performed by heating at 530° C. under dry air circulation.

ステンレス製オートクレーブに、低圧ポリエチレン製造設備の製造過程でロス品となった高密度ポリエチレン(HDPE)を入れ、窒素で置換した。温度を180℃までゆっくり昇温することによりHDPEを溶融状態とし、次いで窒素ガス流通(40ml/分)下、450℃まで昇温し、熱分解を行い炭化水素混合物である熱分解生成物とした。熱分解生成物は窒素ガスによりステンレス製反応管にフィードし、熱分解生成物転換触媒と接触し反応を行った。触媒(成形体)層の温度制御はセラミック製管状炉を用い行った。 A stainless steel autoclave was charged with high-density polyethylene (HDPE), which was lost during the manufacturing process of a low-pressure polyethylene manufacturing facility, and purged with nitrogen. By slowly raising the temperature to 180°C, HDPE was brought into a molten state, then heated to 450°C under nitrogen gas flow (40 ml/min) and thermally decomposed to obtain a thermal decomposition product, which is a hydrocarbon mixture. . The pyrolysis products were fed into a stainless steel reaction tube by nitrogen gas, contacted with a pyrolysis product conversion catalyst, and reacted. A ceramic tubular furnace was used to control the temperature of the catalyst (molded body) layer.

反応出口ガスおよび反応液を採取し、ガスクロマトグラフを用い、ガス成分および液成分を個別に分析した。ガス成分は、TCD検出器を備え、充填剤(Waters社製、(商品名)PorapakQまたはGLサイエンス社製、(商品名)MS-5A)を有するガスクロマトグラフ(島津製作所製、(商品名)GC-1700)を用いて分析した。液成分は、FID検出器を備え、分離カラムとしてキャピラリーカラム(GLサイエンス社製、(商品名)TC-1)を有するガスクロマトグラフ(島津製作所製、(商品名)GC-2015)を用いて分析した。 A reaction outlet gas and a reaction liquid were sampled, and gas components and liquid components were individually analyzed using a gas chromatograph. The gas component is measured by a gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation, (trade name) GC) equipped with a TCD detector and having a packing material (manufactured by Waters, (trade name) PorapakQ or GL Sciences, (trade name) MS-5A). -1700). The liquid components were analyzed using a gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation, (trade name) GC-2015) equipped with an FID detector and having a capillary column (manufactured by GL Sciences, (trade name) TC-1) as a separation column. .

反応条件は下記のように設定した。 The reaction conditions were set as follows.

(低級炭化水素製造時の触媒反応条件)
触媒重量:3.8g。
流通ガス:窒素40ml/分。
反応温度:530℃または585℃。
反応時間:24時間。
(Catalytic reaction conditions during production of lower hydrocarbons)
Catalyst weight: 3.8 g.
Flowing gas: Nitrogen 40 ml/min.
Reaction temperature: 530°C or 585°C.
Reaction time: 24 hours.

~触媒寿命の指標となる触媒の活性試験方法~
上記の低級炭化水素の製造装置にて炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒の性能評価終了後、ステンレス製反応管からステンレス製オートクレーブを切り離し、下記のC4留分を用いて、ステンレス製反応管に充填した熱分解生成物転換触媒の活性試験を行った。反応開始1時間後のC4留分の転化率を触媒寿命の指標とした。
~ Catalyst activity test method as an indicator of catalyst life ~
After the performance evaluation of the hydrocarbon-based plastic thermal decomposition product conversion catalyst in the above-mentioned lower hydrocarbon production equipment, the stainless steel autoclave was separated from the stainless steel reaction tube, and the following C4 fraction was used to perform the stainless steel reaction. An activity test of the pyrolysis product conversion catalyst packed in a tube was carried out. The conversion rate of the C4 fraction 1 hour after the start of the reaction was used as an indicator of the life of the catalyst.

(触媒活性試験における触媒反応条件)
C4留分:イソブタン2Nml/分、ノルマルブタン5Nml/分、トランス-2-ブテン8Nml/分、1-ブテン15Nml/分、イソブテン3Nml/分、プロパン7Nml/分、プロピレン2Nml/分
希釈ガス;窒素42Nml/分。
反応温度:530℃。
反応時間:1時間。
(Catalytic reaction conditions in catalytic activity test)
C4 fraction: isobutane 2Nml/min, normal butane 5Nml/min, trans-2-butene 8Nml/min, 1-butene 15Nml/min, isobutene 3Nml/min, propane 7Nml/min, propylene 2Nml/min Diluent gas; nitrogen 42Nml / minute.
Reaction temperature: 530°C.
Reaction time: 1 hour.

実施例1
テトラプロピルアンモニウム水酸化物と水酸化ナトリウムの水溶液に不定形アルミノシリケートゲルを添加して懸濁させた。得られた懸濁液にMFI型ゼオライトを種晶として加え原料組成物とした。その際の種晶の添加量は、原料組成物中のAlとSiOの重量に対して、0.7重量%とした。該原料組成物の組成は以下のとおりである。
SiO/Alモル比=48、TPA/Siモル比=0.05、Na/Siモル比=0.16、OH/Siモル比=0.21、HO/Siモル比=10。
Example 1
The amorphous aluminosilicate gel was added to and suspended in an aqueous solution of tetrapropylammonium hydroxide and sodium hydroxide. MFI-type zeolite was added as seed crystals to the resulting suspension to prepare a raw material composition. The amount of seed crystals added at that time was 0.7% by weight with respect to the weight of Al 2 O 3 and SiO 2 in the raw material composition. The composition of the raw material composition is as follows.
SiO2 / Al2O3 molar ratio = 48 , TPA/Si molar ratio = 0.05, Na/Si molar ratio = 0.16, OH/Si molar ratio = 0.21, H2O /Si molar ratio = 10.

得られた原料組成物をステンレス製オートクレーブに密閉し、115℃で攪拌しながら4日間結晶化させ、スラリー状混合液を得た。結晶化後のスラリー状混合液を遠心沈降機で固液分離した後、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、110℃で乾燥して乾燥粉末を得た。 The resulting raw material composition was sealed in a stainless steel autoclave and crystallized at 115° C. for 4 days with stirring to obtain a slurry mixture. After solid-liquid separation of the slurry mixed liquid after crystallization by a centrifugal sedimentation machine, the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water and dried at 110° C. to obtain a dry powder.

得られた乾燥粉末を1mol/Lの常温の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、100℃で1晩乾燥させた。空気下、550℃で1時間焼成後、600℃、30%の水蒸気で2時間処理した。 The obtained dry powder was dispersed in 1 mol/L of room temperature hydrochloric acid, filtered, washed with a sufficient amount of pure water, filtered again, and dried at 100° C. overnight. After baking at 550° C. for 1 hour in air, it was treated with 30% water vapor at 600° C. for 2 hours.

得られた粉末を1mol/Lの常温の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、ゼオライトを得た。 The obtained powder was dispersed in 1 mol/L of hydrochloric acid at room temperature and filtered, and then the solid particles were washed with a sufficient amount of pure water and filtered again to obtain zeolite.

得られたゼオライトの物性を表1に示す。そのゼオライトはMFI型ゼオライトの骨格構造を有する10員環細孔ゼオライトであり、TEMを用いて測定した平均粒子径は25nmであった。 Table 1 shows the physical properties of the obtained zeolite. The zeolite was a 10-membered ring pore zeolite having an MFI-type zeolite framework structure, and had an average particle size of 25 nm as measured using a TEM.

上記で調製したゼオライト100重量部に対して、シリカ(日産化学工業社製、(商品名)スノーテックスN-30G)25重量部、セルロース5重量部、純水40重量部を加え混練した。そして、混練物を直径1.5mm、長さ1.0~7.0mm(平均長さ3.5mm)の円柱状の成形体とした。これを100℃で1晩乾燥した。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒とした。 To 100 parts by weight of the zeolite prepared above, 25 parts by weight of silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., (trade name) Snowtex N-30G), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water were added and kneaded. Then, the kneaded material was formed into a columnar compact having a diameter of 1.5 mm and a length of 1.0 to 7.0 mm (average length of 3.5 mm). It was dried overnight at 100°C. The molded body after drying was calcined at 600° C. for 2 hours in an air stream to obtain a molded body, which was used as a conversion catalyst for thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics.

得られた炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒を用い、585℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表1に示す。炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の有用成分は高い選択率で得られた。また、反応終了後も高い触媒性能を維持しており、安定的な製造を可能とすると共に耐コーキング性にも優れるものであった。 Using the obtained hydrocarbon-based plastic thermal decomposition product conversion catalyst, lower hydrocarbons were produced at a temperature of 585° C., and the catalytic reaction was evaluated. Table 1 shows the results. Useful components such as olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins and aromatic hydrocarbons were obtained with high selectivity. In addition, high catalytic performance was maintained even after completion of the reaction, enabling stable production and excellent coking resistance.

実施例2
オートクレーブによるゼオライトの結晶化、洗浄、乾燥操作までを実施例1と同様に行った。得られた乾燥粉末を1mol/Lの常温の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、100℃で1晩乾燥させた。空気下、550℃で1時間焼成後、600℃、45%の水蒸気で3時間処理した。
Example 2
Crystallization of zeolite by autoclaving, washing, and drying were performed in the same manner as in Example 1. The obtained dry powder was dispersed in 1 mol/L of room temperature hydrochloric acid, filtered, washed with a sufficient amount of pure water, filtered again, and dried at 100° C. overnight. After baking at 550° C. for 1 hour in air, it was treated with 45% water vapor at 600° C. for 3 hours.

得られた粉末を1mol/Lの40℃の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、100℃で1晩乾燥させ、MFI型ゼオライトを得た。得られたMFI型ゼオライトの物性を表1に示す。 The obtained powder is dispersed in 1 mol/L of hydrochloric acid at 40° C. and filtered, the solid particles are washed with a sufficient amount of pure water, filtered again, and dried at 100° C. overnight to obtain MFI zeolite. Obtained. Table 1 shows the physical properties of the obtained MFI-type zeolite.

上記で調製したMFI型ゼオライト100重量部に対して、シリカ(日産化学工業社製、(商品名)スノーテックスN-30G)25重量部、セルロース5重量部、純水40重量部を加え混練した。そして、混練物を直径1.5mm、長さ1.0~7.0mm(平均長さ3.4mm)の円柱状の成形体とした。これを100℃で1晩乾燥した。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒とした。 To 100 parts by weight of the MFI type zeolite prepared above, 25 parts by weight of silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., (trade name) Snowtex N-30G), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water were added and kneaded. . Then, the kneaded product was formed into a columnar compact having a diameter of 1.5 mm and a length of 1.0 to 7.0 mm (average length of 3.4 mm). It was dried overnight at 100°C. The molded body after drying was calcined at 600° C. for 2 hours in an air stream to obtain a molded body, which was used as a conversion catalyst for thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics.

得られた成形体を炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒を用い、585℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表1に示す。炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の有用成分は高い選択率で得られた。また、反応終了後も高い触媒性能を維持しており、安定的な製造を可能とすると共に耐コーキング性にも優れるものであった。 Using a hydrocarbon-based plastic thermal decomposition product conversion catalyst, lower hydrocarbons were produced from the obtained compact at a temperature of 585° C., and the catalytic reaction was evaluated. Table 1 shows the results. Useful components such as olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins and aromatic hydrocarbons were obtained with high selectivity. In addition, high catalytic performance was maintained even after completion of the reaction, enabling stable production and excellent coking resistance.

実施例3
オートクレーブによるゼオライトの結晶化、洗浄、乾燥操作までを実施例1と同様に行った。
Example 3
Crystallization of zeolite by autoclaving, washing, and drying were performed in the same manner as in Example 1.

得られた乾燥粉末を、空気下、550℃で焼成後、得られた粉末を1mol/Lの常温の塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、100℃で1晩乾燥させた。 After firing the obtained dry powder at 550 ° C. in air, the obtained powder is dispersed in 1 mol / L of hydrochloric acid at room temperature, filtered, and then the solid particles are washed with a sufficient amount of pure water. After filtration, it was dried overnight at 100°C.

得られた粉末を空気下、550℃で1時間焼成後、600℃、20%の水蒸気で60分間処理した。得られたMFI型ゼオライトの物性を表1に示す。 The obtained powder was calcined in air at 550° C. for 1 hour and then treated with 20% water vapor at 600° C. for 60 minutes. Table 1 shows the physical properties of the obtained MFI-type zeolite.

上記で調製したMFI型ゼオライト100重量部に対して、シリカ(日産化学工業社製、(商品名)スノーテックスN-30G)25重量部、セルロース5重量部、純水40重量部を加え混練した。そして、混練物を直径1.5mm、長さ1.0~7.0mm(平均長さ3.5mm)の円柱状の成形体とした。これを100℃で1晩乾燥した。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒とした。 To 100 parts by weight of the MFI type zeolite prepared above, 25 parts by weight of silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., (trade name) Snowtex N-30G), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water were added and kneaded. . Then, the kneaded material was formed into a columnar compact having a diameter of 1.5 mm and a length of 1.0 to 7.0 mm (average length of 3.5 mm). It was dried overnight at 100°C. The molded body after drying was calcined at 600° C. for 2 hours in an air stream to obtain a molded body, which was used as a conversion catalyst for thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics.

得られた炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒を用い、585℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表1に示す。炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の有用成分は高い選択率で得られた。また、反応終了後も高い触媒性能を維持しており、安定的な製造を可能とすると共に耐コーキング性にも優れるものであった。 Using the obtained hydrocarbon-based plastic thermal decomposition product conversion catalyst, lower hydrocarbons were produced at a temperature of 585° C., and the catalytic reaction was evaluated. Table 1 shows the results. Useful components such as olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins and aromatic hydrocarbons were obtained with high selectivity. In addition, high catalytic performance was maintained even after completion of the reaction, enabling stable production and excellent coking resistance.

比較例1
オートクレーブによるゼオライトの結晶化、洗浄、乾燥操作までを実施例1と同様に行った。
Comparative example 1
Crystallization of zeolite by autoclaving, washing, and drying were performed in the same manner as in Example 1.

得られた乾燥粉末を、空気下、550℃で焼成後、得られた粉末を常温の1mol/Lの塩酸中に分散し、ろ過した後に、十分量の純水で固体粒子を洗浄し、再度ろ過後、100℃で1晩乾燥させ、ゼオライトを得た。得られたゼオライトの物性を表1に示す。 After baking the obtained dry powder at 550 ° C. in air, the obtained powder is dispersed in 1 mol / L hydrochloric acid at room temperature, filtered, and then the solid particles are washed with a sufficient amount of pure water. After filtration, it was dried at 100° C. overnight to obtain zeolite. Table 1 shows the physical properties of the obtained zeolite.

上記で調製したゼオライト100重量部に対して、シリカ(日産化学工業社製、(商品名)スノーテックスN-30G)25重量部、セルロース5重量部、純水40重量部を加え混練した。そして、混練物を直径1.5mm、長さ1.0~7.0mm(平均長さ3.6mm)の円柱状の成形体とした。これを100℃で1晩乾燥した。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得た。 To 100 parts by weight of the zeolite prepared above, 25 parts by weight of silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., (trade name) Snowtex N-30G), 5 parts by weight of cellulose, and 40 parts by weight of pure water were added and kneaded. Then, the kneaded product was formed into a columnar compact having a diameter of 1.5 mm and a length of 1.0 to 7.0 mm (average length of 3.6 mm). It was dried overnight at 100°C. The molded body after drying was calcined at 600° C. for 2 hours under air circulation to obtain a molded body.

得られた成形体を触媒として用い、585℃の条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表1に示す。炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の選択率は低く、しかも触媒活性の低下が著しく、熱分解生成物転換触媒としての性能に劣るものであった。 Using the obtained compact as a catalyst, lower hydrocarbons were produced under conditions of 585° C., and the catalytic reaction was evaluated. Table 1 shows the results. The selectivity for olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins and aromatic hydrocarbons was low, and the catalytic activity was remarkably lowered, resulting in poor performance as a thermal decomposition product conversion catalyst.

比較例2
プロトン型MFI型ゼオライト粉末(東ソー株式会社製、商品名:HSZ-840HOA)100重量部に対して、シリカ(日産化学工業社製、(商品名)スノーテックスN-30G)40重量部、セルロース5重量部、純水40重量部を加え混練した。そして、混練物を直径1.5mm、長さ1.0~7.0mm(平均長さ3.5mm)の円柱状の成形体とした。これを100℃で1晩乾燥した。乾燥後の成形体を、空気流通下、600℃で2時間焼成して成形体を得た。
Comparative example 2
Proton type MFI type zeolite powder (manufactured by Tosoh Corporation, trade name: HSZ-840HOA) 100 parts by weight, silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., (trade name) Snowtex N-30G) 40 parts by weight, cellulose 5 Parts by weight and 40 parts by weight of pure water were added and kneaded. Then, the kneaded material was formed into a columnar compact having a diameter of 1.5 mm and a length of 1.0 to 7.0 mm (average length of 3.5 mm). It was dried overnight at 100°C. The molded body after drying was calcined at 600° C. for 2 hours under air circulation to obtain a molded body.

得られた成形体を触媒として用い、585℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表1に示す。炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の有用成分の選択率は低く、しかも触媒活性の低下が著しく、熱分解生成物転換触媒としての性能に劣るものであった。 Using the obtained compact as a catalyst, lower hydrocarbons were produced at a temperature of 585° C., and the catalytic reaction was evaluated. Table 1 shows the results. The selectivity of useful components such as olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins and aromatic hydrocarbons was low, and the catalyst activity was remarkably lowered, resulting in poor performance as a catalyst for converting thermal decomposition products.

Figure 2022175167000001
Figure 2022175167000001

実施例4
実施例1により得られたMFI型ゼオライト成形体100gを、0.75mol/Lの酢酸亜鉛水溶液109.9gに30分間浸漬させた。成形体を濾別後、110℃で一晩乾燥させた後、空気流通下550℃で5時間焼成を行い、亜鉛含有MFI型ゼオライトを得た。得られた亜鉛含有MFI型ゼオライトの亜鉛含有量は2.6wt%であった。
Example 4
100 g of the MFI-type zeolite compact obtained in Example 1 was immersed in 109.9 g of a 0.75 mol/L zinc acetate aqueous solution for 30 minutes. After the compact was separated by filtration, it was dried at 110° C. overnight and then calcined at 550° C. for 5 hours under air flow to obtain a zinc-containing MFI zeolite. The zinc content of the resulting zinc-containing MFI zeolite was 2.6 wt%.

該亜鉛含有MFI型ゼオライトは、10員環細孔構造を有し、TEMを用いて測定した平均粒子径は25nm、外表面B酸量は2.8μmol/g、全B酸量は0.06mmol/gであり、外表面B酸率は4.7%であった。 The zinc-containing MFI-type zeolite has a 10-membered ring pore structure, an average particle diameter measured using a TEM of 25 nm, an outer surface B acid amount of 2.8 μmol/g, and a total B acid amount of 0.06 mmol. /g, and the outer surface B acid rate was 4.7%.

亜鉛含有MFI型ゼオライトを炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒とし、530℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表2に示す。石油化学製品として有用な炭素数2~8のパラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素が高い選択率を示すとともに、各成分がバランスよく生成していた。 Using zinc-containing MFI-type zeolite as a catalyst for converting thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, lower hydrocarbons were produced at a temperature of 530° C., and the catalytic reaction was evaluated. Table 2 shows the results. C2-C8 paraffins, olefins and aromatic hydrocarbons, which are useful as petrochemical products, exhibited high selectivity, and each component was produced in a well-balanced manner.

実施例5
実施例1により得られたMFI型ゼオライト成形体240gを、内径10mmのポリ塩化ビニル管に充填した(充填長さ2.0m)。12.1mmol/Lの水酸化カルシウム水溶液を流通線速度26cm/minで6時間循環させた。その後、同じ流通線速度で純水を循環し、pHが8~10の範囲に収まるまで繰り返し洗浄を行った。成形体を濾別後、110℃で一晩乾燥させた後、空気流通下550℃で5時間焼成を行い、カルシウム含有MFI型ゼオライトを得た。得られたカルシウム含有MFI型ゼオライトのカルシウム含有量は0.23wt%であった。
Example 5
A polyvinyl chloride tube having an inner diameter of 10 mm was filled with 240 g of the MFI-type zeolite compact obtained in Example 1 (filling length: 2.0 m). A 12.1 mmol/L calcium hydroxide aqueous solution was circulated at a linear flow velocity of 26 cm/min for 6 hours. Thereafter, pure water was circulated at the same flow linear velocity, and washing was repeated until the pH fell within the range of 8-10. After the compact was separated by filtration, it was dried at 110° C. overnight and then calcined at 550° C. for 5 hours under air circulation to obtain a calcium-containing MFI zeolite. The calcium content of the obtained calcium-containing MFI zeolite was 0.23 wt%.

該カルシウム含有MFI型ゼオライトは、10員環細孔構造を有し、TEMを用いて測定した平均粒子径は25nm、外表面B酸量は2.8μmol/g、全B酸量は0.13mmol/gであり、外表面B酸率は2.2%であった。 The calcium-containing MFI-type zeolite has a 10-membered ring pore structure, an average particle diameter measured using a TEM of 25 nm, an outer surface B acid content of 2.8 μmol/g, and a total B acid content of 0.13 mmol. /g, and the outer surface B acid rate was 2.2%.

カルシウム含有MFI型ゼオライトを炭化水素系プラスチックの熱分解生成物転換触媒とし、585℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行い、触媒反応評価を行った。結果を表2に示すが、石油化学製品として有用な炭素数2~8のパラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素が高い選択率を示すとともに、各成分がバランスよく生成していた。 Calcium-containing MFI-type zeolite was used as a catalyst for converting thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, and lower hydrocarbons were produced at a temperature of 585° C., and the catalytic reaction was evaluated. The results are shown in Table 2. Paraffins having 2 to 8 carbon atoms, olefins and aromatic hydrocarbons, which are useful as petrochemical products, showed high selectivity, and each component was produced in a well-balanced manner.

実施例6
炭化水素系プラスチックとしてHDPEの代わりに、低密度ポリエチレン(LDPE)を用いたこと、530℃の温度条件にて低級炭化水素の製造を行ったこと以外、実施例1と同様に触媒反応評価を行った。結果を表2に示す。炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素の有用成分は高い選択率で得られた。また、反応終了後も高い触媒性能を維持しており、安定的な製造を可能とすると共に耐コーキング性にも優れるものであった。
Example 6
Catalytic reaction was evaluated in the same manner as in Example 1, except that low-density polyethylene (LDPE) was used as the hydrocarbon-based plastic instead of HDPE, and that lower hydrocarbons were produced at a temperature of 530°C. rice field. Table 2 shows the results. Useful components such as olefins having 2 to 8 carbon atoms, paraffins and aromatic hydrocarbons were obtained with high selectivity. In addition, high catalytic performance was maintained even after completion of the reaction, enabling stable production and excellent coking resistance.

Figure 2022175167000002
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本発明の熱分解生成物転換触媒及びそれを用いた低級炭化水素の製造方法は、炭化水素系プラスチック、特に廃プラスチックの熱分解生成物を低級炭化水素へと転換する際に優れた触媒性能を発現し、その触媒としての産業的価値は極めて高いものである。 The catalyst for converting thermal decomposition products of the present invention and the method for producing lower hydrocarbons using the catalyst exhibit excellent catalytic performance in converting thermal decomposition products of hydrocarbon plastics, particularly waste plastics, into lower hydrocarbons. and its industrial value as a catalyst is extremely high.

Claims (9)

炭化水素系プラスチックの熱分解生成物の転換触媒であって、下記(i)~(iii)の特性を満足するゼオライトを含む転換触媒であることを特徴とする熱分解生成物転換触媒。
(i)平均粒子径が100nm以下。
(ii)MFI型又はMEL型である10員環細孔ゼオライト。
(iii)外表面のブレンステッド酸量が0.1~10.0μmol/g。
A catalyst for converting thermal decomposition products of hydrocarbon-based plastics, the catalyst containing zeolite that satisfies the following characteristics (i) to (iii).
(i) an average particle size of 100 nm or less;
(ii) 10-membered ring pore zeolite of MFI type or MEL type.
(iii) Bronsted acid content on the outer surface is 0.1 to 10.0 μmol/g.
さらに、(iv)ブレンステッド酸量が0.01~1.0mmol/g、であることを特徴とする請求項1に記載の熱分解生成物転換触媒。 2. The thermal decomposition product conversion catalyst according to claim 1, further comprising (iv) a Bronsted acid content of 0.01 to 1.0 mmol/g. さらに、(v)ナトリウム、カリウム、カルシウム、銀、亜鉛から選択される少なくとも1種以上の金属を含有し、その含有率が0.05~5.0wt%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱分解生成物転換触媒。 Further, (v) contains at least one metal selected from sodium, potassium, calcium, silver, and zinc, and the content is 0.05 to 5.0 wt%. 3. or the thermal decomposition product conversion catalyst according to 2. さらに、シリカを含み、径1.0~10mmの円柱形状又は厚さ0.5~5.0mmの円筒形状を有することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の熱分解生成物転換触媒。 The thermal decomposition product according to any one of claims 1 to 3, further comprising silica and having a cylindrical shape with a diameter of 1.0 to 10 mm or a cylindrical shape with a thickness of 0.5 to 5.0 mm. conversion catalyst. 請求項1~4のいずれかに記載の熱分解生成物転換触媒の存在下、炭化水素系プラスチックの熱分解生成物を接触することを特徴とする低級炭化水素の製造方法。 A process for producing lower hydrocarbons, which comprises contacting pyrolysis products of a hydrocarbon-based plastic in the presence of the pyrolysis product conversion catalyst according to any one of claims 1 to 4. 炭化水素系プラスチックが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、ポリスチレンから選択される少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項5に記載の低級炭化水素の製造方法。 6. The method for producing lower hydrocarbons according to claim 5, wherein the hydrocarbon-based plastic is at least one selected from polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene rubber, and polystyrene. 炭化水素系プラスチックが使用済みの廃プラスチックおよび/又は炭化水素系プラスチックの製造・加工時におけるロス品であることを特徴とする請求項5又は6に記載の低級炭化水素の製造方法。 7. The method for producing lower hydrocarbons according to claim 5 or 6, wherein the hydrocarbon-based plastic is a used waste plastic and/or a waste product during the production/processing of the hydrocarbon-based plastic. 低級炭化水素が、炭素数2~8のオレフィン、パラフィン、芳香族炭化水素であることを特徴とする請求項5~7に記載の低級炭化水素の製造方法。 The method for producing a lower hydrocarbon according to any one of claims 5 to 7, wherein the lower hydrocarbon is an olefin, paraffin or aromatic hydrocarbon having 2 to 8 carbon atoms. 低級炭化水素の選択率が60%以上であることを特徴とする請求項5~8に記載の低級炭化水素の製造方法。 The method for producing lower hydrocarbons according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the selectivity for lower hydrocarbons is 60% or more.
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