JP2023079580A - Oxide catalyst and method for producing hydrocarbon - Google Patents

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順也 大山
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Abstract

To provide an oxide catalyst that enables an oxidative coupling reaction of methane to proceed at lower temperatures.SOLUTION: An oxide catalyst comprises, as its constitutional elements, at least lanthanum, wherein the oxide catalyst comprises a predetermined combination of first element, second element and third element, or comprises a predetermined combination of first element and second element while being free of a predetermined third element.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、酸化物触媒、および、炭化水素の製造方法に関する。 The present invention relates to an oxide catalyst and a method for producing hydrocarbons.

炭素数が2の炭化水素(例えば、エタンおよびエチレン)は、様々な化合物の原料となる点で、工業上重要な化合物である。
炭素数が2の炭化水素の製造は、一般的に、ナフサのクラッキングで得る方法が行われている。一方で、資源の有効活用等の点から、メタンの酸化的カップリング(OCM:Oxidative Coupling of Mathane)反応による炭素数が2の炭化水素の製造が検討されている。
BACKGROUND ART Hydrocarbons having 2 carbon atoms (eg, ethane and ethylene) are industrially important compounds in that they serve as raw materials for various compounds.
Hydrocarbons having 2 carbon atoms are generally produced by cracking naphtha. On the other hand, from the viewpoint of effective utilization of resources, the production of hydrocarbons having 2 carbon atoms by the oxidative coupling of methane (OCM) reaction is being studied.

OCM反応を円滑に進行させる触媒として、例えば、ナトリウムとマンガンとを含み、かつ、シリコン酸化物とタングステン酸化物を含む触媒(Ma/NaWO/SiO触媒)が知られている(非特許文献1)。しかしながら、Ma/NaWO/SiO触媒においては、反応に800℃程度の高温が必要であった。800℃といった高温の反応温度では、反応容器等の材料が制限されるため、好ましくなかった。
一方、OCM反応を低温で進行させる触媒としては、Laが有効であることが知られており、非特許文献2では、Laに他の元素を1種類ドープして更なる低温化を図っている。
As a catalyst for smoothly advancing the OCM reaction, for example, a catalyst containing sodium and manganese and containing silicon oxide and tungsten oxide (Ma/Na 2 WO 4 /SiO 2 catalyst) is known (non Patent document 1). However, the Ma/Na 2 WO 4 /SiO 2 catalyst required a high temperature of about 800° C. for the reaction. A reaction temperature as high as 800° C. is not preferable because the materials for the reaction vessel and the like are limited.
On the other hand, La 2 O 3 is known to be effective as a catalyst for advancing the OCM reaction at low temperatures . We are trying to lower the temperature.

Journal of Catalysis,1998,222-230Journal of Catalysis, 1998, 222-230 Catalysis Science & Technology,2021,11,524-530Catalysis Science & Technology, 2021, 11, 524-530

工業化の点で、反応器の設計および制御、ならびに、炭素数が2の炭化水素の分解抑制を図るため、OCM反応の反応温度の更なる低温化が望まれている。
本発明者らがOCM反応の反応温度の更なる低温化について検討したところ、上記非特許文献1および2に記載の触媒には、改善の余地があることを見出した。
From the point of view of industrialization, it is desired to further lower the reaction temperature of the OCM reaction in order to design and control the reactor and to suppress the decomposition of hydrocarbons having 2 carbon atoms.
When the present inventors investigated how to further lower the reaction temperature of the OCM reaction, they found that the catalysts described in Non-Patent Documents 1 and 2 have room for improvement.

そこで、本発明は、メタンの酸化的カップリング(OCM)反応をより低温で進行できる、酸化物触媒の提供を課題とする。
また、本発明は、酸化物触媒を用いた炭化水素の製造方法の提供も課題とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxide catalyst that allows the oxidative coupling (OCM) reaction of methane to proceed at a lower temperature.
Another object of the present invention is to provide a method for producing hydrocarbons using an oxide catalyst.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。すなわち、以下の構成により上記課題が解決されることを見出した。 The present inventor has completed the present invention as a result of intensive studies in order to solve the above problems. That is, the inventors have found that the above problems can be solved by the following configuration.

〔1〕 酸化物触媒であって、
含有元素として、少なくともランタンを含み、
以下の要件のいずれかを満たす、酸化物触媒。
要件1:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素として第2族元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてカルシウム、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、もしくは、ハフニウムを含むか、または、上記第3元素を含まない。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件2:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてランタンを除くランタノイド元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてシリコン、ガリウム、イットリウム、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、ハフニウム、または、タングステンを含む。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件3:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素および第3元素として第4族元素から選択される2種の元素を含む。
要件4:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素として亜鉛を含み、第3元素としてガリウム、イットリウム、ジルコニウム、パラジウム、ユーロピウム、または、ハフニウムを含む。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件5:上記酸化物触媒が、第1元素としてランタンを除くランタノイド元素から選択される1種の元素を含み、第2元素として第2族元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてマグネシウム、ストロンチウム、または、ハフニウムを含む。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
〔2〕 上記要件1~5が、それぞれ下記要件1A~5Aである、〔1〕に記載の酸化物触媒。
要件1A:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてカルシウム、ストロンチウム、または、バリウムを含み、第3元素としてカルシウム、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、もしくは、ハフニウムを含むか、または、上記第3元素を含まない。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件2A:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてセリウム、ユーロピウム、テルビウム、または、イッテルビウムを含み、第3元素としてシリコン、ガリウム、イットリウム、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、ハフニウム、または、タングステンを含む。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件3A:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてジルコニウム、第3元素としてハフニウムを含む。
要件4A:上記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素として亜鉛を含み、第3元素としてガリウム、イットリウム、ジルコニウム、パラジウム、ユーロピウム、または、ハフニウムを含む。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件5A:上記酸化物触媒が、第1元素としてネオジム、ユーロピウム、または、イッテルビウムを含み、第2元素としてマグネシウム、カルシウム、または、ストロンチウムを含み、第3元素としてマグネシウム、ストロンチウム、または、ハフニウムを含む。ただし、上記第1元素、上記第2元素および上記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
〔3〕 上記酸化物触媒が、イットリウムとユーロピウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとユーロピウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとバリウムとを含むか、ネオジムとマグネシウムとハフニウムとを含むか、ユーロピウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとネオジムとを含むか、ネオジムとストロンチウムとハフニウムとを含むか、ユーロピウムとマグネシウムとハフニウムとを含むか、ガリウムとユーロピウムと亜鉛とを含むか、マグネシウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとイッテルビウムとタングステンとを含むか、ガリウムとカルシウムとイッテルビウムとを含むか、もしくは、ガリウムとイッテルビウムとシリコンとを含むか、または、
上記酸化物触媒が、イットリウムとカルシウムとを含み、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、および、ハフニウムのいずれも含まない、〔1〕または〔2〕に記載の酸化物触媒。
〔4〕 上記酸化物触媒が、イットリウムとユーロピウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとユーロピウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとバリウムとを含むか、ユーロピウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとネオジムとを含むか、ユーロピウムとマグネシウムとハフニウムとを含むか、マグネシウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとユーロピウムと亜鉛とを含むか、ガリウムとイッテルビウムとタングステンとを含むか、ガリウムとカルシウムとイッテルビウムとを含むか、もしくは、ガリウムとイッテルビウムとシリコンとを含むか、または、
上記酸化物触媒が、イットリウムとカルシウムとを含み、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、および、ハフニウムのいずれも含まない、〔1〕~〔3〕のいずれか1つに記載の酸化物触媒。
〔5〕 〔1〕~〔4〕のいずれか1つに記載の酸化物触媒を用いて、メタンの酸化的カップリングを行い、炭素数が2の炭化水素を生成する工程を含む、炭化水素の製造方法。
〔6〕 上記工程の温度が、700℃以下である、〔5〕に記載の炭化水素の製造方法。
[1] An oxide catalyst,
containing at least lanthanum as a contained element,
An oxide catalyst that meets any of the following requirements:
Requirement 1: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, contains one element selected from group 2 elements as the second element, and contains calcium, nickel, gallium, yttrium, as the third element, It contains barium, neodymium, europium, ytterbium, or hafnium, or does not contain the third element. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
Requirement 2: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, contains one element selected from lanthanoid elements other than lanthanum as the second element, and contains silicon, gallium, yttrium, and cerium as the third element. , europium, terbium, ytterbium, hafnium, or tungsten. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
Requirement 3: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, and two elements selected from Group 4 elements as the second and third elements.
Requirement 4: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, zinc as the second element, and gallium, yttrium, zirconium, palladium, europium, or hafnium as the third element. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
Requirement 5: The oxide catalyst contains one element selected from lanthanoid elements other than lanthanum as a first element, one element selected from Group 2 elements as a second element, and a third Contains magnesium, strontium, or hafnium as elements. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
[2] The oxide catalyst according to [1], wherein the requirements 1 to 5 are the following requirements 1A to 5A, respectively.
Requirement 1A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, calcium, strontium, or barium as the second element, and calcium, nickel, gallium, yttrium, barium, neodymium, and europium as the third element. , ytterbium, or hafnium, or does not contain the third element. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
Requirement 2A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, cerium, europium, terbium, or ytterbium as the second element, and silicon, gallium, yttrium, cerium, europium, and terbium as the third element. , ytterbium, hafnium, or tungsten. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
Requirement 3A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, zirconium as the second element, and hafnium as the third element.
Requirement 4A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, zinc as the second element, and gallium, yttrium, zirconium, palladium, europium, or hafnium as the third element. However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
Requirement 5A: The oxide catalyst contains neodymium, europium, or ytterbium as the first element, magnesium, calcium, or strontium as the second element, and magnesium, strontium, or hafnium as the third element. . However, the first element, the second element, and the third element are different elements.
[3] whether the oxide catalyst contains yttrium, europium and hafnium, yttrium, calcium and hafnium, yttrium, calcium and europium, yttrium, calcium and barium, or neodymium and magnesium and hafnium, europium, calcium, and hafnium, yttrium, calcium, and neodymium, neodymium, strontium, and hafnium, europium, magnesium, and hafnium, or gallium and europium and zinc, or magnesium, strontium, and ytterbium, or gallium, strontium, and ytterbium, or gallium, ytterbium, and tungsten, or gallium, calcium, and ytterbium, or , gallium and ytterbium and silicon, or
The oxide catalyst according to [1] or [2], wherein the oxide catalyst contains yttrium and calcium and does not contain any of nickel, gallium, yttrium, barium, neodymium, europium, ytterbium, and hafnium.
[4] The oxide catalyst contains yttrium, europium, and hafnium, yttrium, calcium, and hafnium, yttrium, calcium, and europium, yttrium, calcium, and barium, or europium. and calcium and hafnium, yttrium, calcium and neodymium, europium, magnesium and hafnium, magnesium, strontium and ytterbium, gallium, strontium and ytterbium, gallium and europium and zinc, or gallium, ytterbium, and tungsten, or gallium, calcium, and ytterbium, or gallium, ytterbium, and silicon, or
Any one of [1] to [3], wherein the oxide catalyst contains yttrium and calcium and does not contain any of nickel, gallium, yttrium, barium, neodymium, europium, ytterbium, and hafnium. oxide catalyst.
[5] A hydrocarbon comprising a step of oxidatively coupling methane using the oxide catalyst according to any one of [1] to [4] to produce a hydrocarbon having 2 carbon atoms. manufacturing method.
[6] The method for producing hydrocarbons according to [5], wherein the temperature in the above step is 700°C or lower.

本発明によれば、OCM反応をより低温で進行できる、酸化物触媒を提供できる。
また、本発明によれば、炭化水素の製造方法も提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an oxide catalyst that allows the OCM reaction to proceed at a lower temperature.
The present invention can also provide a method for producing hydrocarbons.

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施態様に制限されない。
The present invention will be described in detail below.
The description of the constituent elements described below may be made based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.

以下、本明細書における各記載の意味を表す。
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
Hereinafter, the meaning of each description in this specification is expressed.
In the present specification, a numerical range represented by "to" means a range including the numerical values before and after "to" as lower and upper limits.

<酸化物触媒>
本発明の酸化物触媒は、含有元素として、少なくともランタン(La)を含み、後述する要件のいずれかを満たす。すなわち、後述する要件に記載される組み合わせの元素を含む。
本発明の酸化物触媒が、より低温でOCM反応を進行できる理由は必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
OCM反応は、発熱反応である。本発明の酸化物触媒においては、Laと、後述する組み合わせの元素とを含むことで、Laおよび上記元素、または、上記元素同士が協奏的に作用し、単体のLa触媒では反応が開始しにくい、より低温で初期反応が円滑に進行し、その反応熱の作用により継続的な反応を進行させていると考えられる。結果として、本発明の酸化物触媒は、OCM反応をより低温で開始させ、反応を進行できると推測される。
以下、本発明の酸化物触媒を用いてOCM反応を単体のLa触媒と同条件で進行させた場合、単体のLa触媒より低温で進行させることができることを、「低温活性に優れる」ともいう。
以下、本発明の酸化物触媒が満たす要件について説明し、各要件における好ましい態様を説明する。
<Oxide catalyst>
The oxide catalyst of the present invention contains at least lanthanum (La) as a contained element, and satisfies any of the requirements described later. That is, it contains the elements of the combination described in the requirements described later.
The reason why the oxide catalyst of the present invention allows the OCM reaction to proceed at a lower temperature is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows.
The OCM reaction is exothermic. In the oxide catalyst of the present invention, by containing La and a combination of elements described later, La and the above element, or the above elements act in concert, and a single La 2 O 3 catalyst does not react. It is thought that the initial reaction proceeds smoothly at a lower temperature where it is difficult to initiate, and the heat of reaction causes the continuous reaction to proceed. As a result, it is speculated that the oxide catalysts of the present invention allow the OCM reaction to initiate and proceed at lower temperatures.
Hereinafter, when the OCM reaction is allowed to proceed under the same conditions as the single La 2 O 3 catalyst using the oxide catalyst of the present invention, it can be progressed at a lower temperature than the single La 2 O 3 catalyst. It is also said to be superior to
Hereinafter, requirements that the oxide catalyst of the present invention satisfies will be described, and preferred embodiments for each requirement will be described.

[要件1]
本発明の酸化物触媒の第1態様は、含有元素として、少なくともランタン(La)を含み、以下の要件1を満たす。
要件1:酸化物触媒が、第1元素としてガリウム(Ga)またはイットリウム(Y)を含み、第2元素として第2族元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてカルシウム(Ca)、ニッケル(Ni)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、バリウム(Ba)、ネオジム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)、もしくは、ハフニウム(Hf)を含むか、または、第3元素を含まない。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
すなわち、酸化物触媒の第1態様は、Laと、上記第1元素、第2元素および第3元素とを含むか、Laと、上記第1元素および第2元素とを含み、第3元素を含まない。なお、酸化物触媒の第1態様は、酸素(O)を含む。
[Requirement 1]
A first aspect of the oxide catalyst of the present invention contains at least lanthanum (La) as a contained element, and satisfies the following requirement 1.
Requirement 1: The oxide catalyst contains gallium (Ga) or yttrium (Y) as the first element, contains one element selected from Group 2 elements as the second element, and contains calcium (Ca ), nickel (Ni), gallium (Ga), yttrium (Y), barium (Ba), neodymium (Nd), europium (Eu), ytterbium (Yb), or hafnium (Hf); Does not contain 3 elements. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
That is, the first aspect of the oxide catalyst contains La and the first element, the second element and the third element, or contains La, the first element and the second element and the third element Not included. In addition, the first aspect of the oxide catalyst contains oxygen (O).

また、酸化物触媒の第1態様が満たす上記要件1は、下記要件1Aであることが好ましい。
要件1A:酸化物触媒が、第1元素としてGaまたはYを含み、第2元素としてカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、または、バリウム(Ba)を含み、第3元素としてCa、Ni、Ga、Y、Ba、Nd、Eu、Yb、もしくは、Hfを含むか、または、第3元素を含まない。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
Requirement 1 satisfied by the first aspect of the oxide catalyst is preferably Requirement 1A below.
Requirement 1A: The oxide catalyst contains Ga or Y as the first element, calcium (Ca), strontium (Sr), or barium (Ba) as the second element, and Ca, Ni, Ga as the third element. , Y, Ba, Nd, Eu, Yb, or Hf, or no third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.

上記第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせとしては、例えば、YとCaとHfとの組み合わせ、YとMgとHfとの組み合わせ、YとCaとEuとの組み合わせ、YとSrとEuとの組み合わせ、YとCaとBaとの組み合わせ、YとMgとBaとの組み合わせ、YとCaとNdとの組み合わせ、YとSrとNdとの組み合わせ、YとMgとNiとの組み合わせ、YとCaとNiとの組み合わせ、YとSrとNiとの組み合わせ、GaとCaとEuとの組み合わせ、GaとSrとEuとの組み合わせ、YとSrとGaとの組み合わせ、YとCaとGaとの組み合わせ、GaとCaとHfとの組み合わせ、GaとSrとHfとの組み合わせ、GaとSrとYbとの組み合わせ、GaとCaとYbとの組み合わせ、および、GaとBaとYbとの組み合わせが挙げられる。
低温活性に優れる点で、YとCaとHfとの組み合わせ、YとCaとEuとの組み合わせ、YとCaとBaとの組み合わせ、YとCaとNdとの組み合わせ、YとCaとNiとの組み合わせ、GaとSrとEuとの組み合わせ、YとSrとGaとの組み合わせ、GaとSrとHfとの組み合わせ、GaとSrとYbとの組み合わせ、GaとCaとYbとの組み合わせ、または、GaとBaとYbとの組み合わせが好ましい。
低温活性により優れる点で、YとCaとHfとの組み合わせ、YとCaとEuとの組み合わせ、YとCaとBaとの組み合わせ、YとCaとNdとの組み合わせ、GaとSrとYbとの組み合わせ、または、GaとCaとYbとの組み合わせがより好ましく、YとCaとHfとの組み合わせ、YとCaとEuとの組み合わせ、YとCaとBaとの組み合わせ、または、YとCaとNdとの組み合わせがさらに好ましい。
上記第1元素と第2元素との組み合わせとしては、YとCaとの組み合わせ、YとSrとの組み合わせ、YとBaとの組み合わせが挙げられ、低温活性の点で、YとCaとの組み合わせが好ましい。
Combinations of the first element, the second element, and the third element include, for example, a combination of Y, Ca, and Hf, a combination of Y, Mg, and Hf, a combination of Y, Ca, and Eu, and Y and Sr. and Eu, a combination of Y, Ca, and Ba, a combination of Y, Mg, and Ba, a combination of Y, Ca, and Nd, a combination of Y, Sr, and Nd, a combination of Y, Mg, and Ni , a combination of Y, Ca and Ni, a combination of Y, Sr and Ni, a combination of Ga, Ca and Eu, a combination of Ga, Sr and Eu, a combination of Y, Sr and Ga, Y and Ca and a combination of Ga, a combination of Ga, Ca, and Hf; a combination of Ga, Sr, and Hf; a combination of Ga, Sr, and Yb; a combination of Ga, Ca, and Yb; A combination is mentioned.
In terms of excellent low temperature activity, the combination of Y, Ca and Hf, the combination of Y, Ca and Eu, the combination of Y, Ca and Ba, the combination of Y, Ca and Nd, the combination of Y, Ca and Ni a combination of Ga, Sr and Eu, a combination of Y, Sr and Ga, a combination of Ga, Sr and Hf, a combination of Ga, Sr and Yb, a combination of Ga, Ca and Yb, or Ga A combination of Ba and Yb is preferred.
The combination of Y, Ca, and Hf, the combination of Y, Ca, and Eu, the combination of Y, Ca, and Ba, the combination of Y, Ca, and Nd, and the combination of Ga, Sr, and Yb are advantageous in terms of low-temperature activity. A combination or a combination of Ga, Ca and Yb is more preferable, a combination of Y, Ca and Hf, a combination of Y, Ca and Eu, a combination of Y, Ca and Ba, or Y, Ca and Nd A combination with is more preferable.
Examples of the combination of the first element and the second element include a combination of Y and Ca, a combination of Y and Sr, and a combination of Y and Ba. In terms of low temperature activity, the combination of Y and Ca is preferred.

本発明の酸化物触媒の第1態様は、上記要件1を満たしていればその性状は特に制限されない。上記性状とは、酸化物触媒のあらゆる状態が含まれ、例えば、酸化物触媒の構成元素比、酸化物触媒の結晶状態、酸化物触媒に含まれる各元素の配置、酸化物触媒の形状および大きさ等が挙げられる。
以下、酸化物触媒の性状について説明する。
The properties of the first aspect of the oxide catalyst of the present invention are not particularly limited as long as it satisfies Requirement 1 above. The above properties include all states of the oxide catalyst, such as the ratio of constituent elements of the oxide catalyst, the crystal state of the oxide catalyst, the arrangement of each element contained in the oxide catalyst, the shape and size of the oxide catalyst. etc.
The properties of the oxide catalyst are described below.

(酸化物触媒の構成元素比)
本発明の酸化物触媒の第1態様における構成元素比は特に制限されない。
酸化物触媒の第1態様は、La、第1元素、第2元素、第3元素、および、Oを構成元素として含むか、La、第1元素、第2元素、および、Oを構成元素として含み、第3元素を含まない。
(Constituent element ratio of oxide catalyst)
The ratio of constituent elements in the first aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
The first aspect of the oxide catalyst contains La, the first element, the second element, the third element, and O as constituent elements, or La, the first element, the second element, and O as constituent elements. contain and do not contain a tertiary element.

第3元素を含む場合、第1元素、第2元素、および、第3元素の合計含有量に対する各元素の含有量は、それぞれ、各元素単体として、5~90質量%が好ましく、10~80質量%がより好ましく、25~50質量%がさらに好ましい。
また、第3元素を含む場合、第1元素、第2元素、および、第3元素の合計含有量は、各元素単体の合計含有量として、酸化物触媒の全質量に対して0.01~50質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましく、0.3~5質量%がさらに好ましく、0.6~3質量%が特に好ましく、0.9~1.5質量%が最も好ましい。
第3元素を含む場合、第1元素、第2元素、および、第3元素の合計含有量は、各元素の酸化物の合計含有量として、酸化物触媒の全質量に対して0.01~65質量%が好ましく、0.1~15質量%がより好ましく、0.3~6.5質量%がさらに好ましく、0.6~4質量%が特に好ましく、0.9~2質量%が最も好ましい。
When the third element is included, the content of each element with respect to the total content of the first element, the second element, and the third element is preferably 5 to 90% by mass, and 10 to 80% as a single element. % by mass is more preferred, and 25 to 50% by mass is even more preferred.
Further, when the third element is included, the total content of the first element, the second element, and the third element is 0.01 to 0.01 with respect to the total mass of the oxide catalyst as the total content of each element alone. 50% by mass is preferable, 0.1 to 10% by mass is more preferable, 0.3 to 5% by mass is more preferable, 0.6 to 3% by mass is particularly preferable, and 0.9 to 1.5% by mass is most preferable. preferable.
When the third element is included, the total content of the first element, the second element, and the third element is 0.01 to 0.01 with respect to the total mass of the oxide catalyst as the total content of the oxides of each element. 65% by mass is preferable, 0.1 to 15% by mass is more preferable, 0.3 to 6.5% by mass is more preferable, 0.6 to 4% by mass is particularly preferable, and 0.9 to 2% by mass is most preferable. preferable.

第3元素を含まない場合、第1元素および第2元素の合計含有量に対する各元素の含有量は、それぞれ、各元素単体として、5~95質量%が好ましく、10~90質量%がより好ましく、30~70質量%がさらに好ましい。
また、第3元素を含まない場合、第1元素および第2元素の合計含有量は、各元素単体の合計含有量として、酸化物触媒の全質量に対して0.01~50質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましく、0.3~5質量%がさらに好ましく、0.6~3質量%が特に好ましく、0.6~1.5質量%が最も好ましい。
第3元素を含まない場合、第1元素および第2元素の合計含有量は、各元素の酸化物の合計含有量として、酸化物触媒の全質量に対して0.01~65質量%が好ましく、0.1~15質量%がより好ましく、0.3~6.5質量%がさらに好ましく、0.6~4質量%が特に好ましく、0.6~2質量%が最も好ましい。
When the third element is not included, the content of each element with respect to the total content of the first element and the second element is preferably 5 to 95% by mass, more preferably 10 to 90% by mass, as a single element. , 30 to 70 mass % is more preferable.
In addition, when the third element is not included, the total content of the first element and the second element is preferably 0.01 to 50% by mass based on the total mass of the oxide catalyst as the total content of each element alone. , more preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.3 to 5% by mass, particularly preferably 0.6 to 3% by mass, and most preferably 0.6 to 1.5% by mass.
When the third element is not included, the total content of the first element and the second element is preferably 0.01 to 65% by mass based on the total mass of the oxide catalyst as the total content of oxides of each element. , more preferably 0.1 to 15% by mass, more preferably 0.3 to 6.5% by mass, particularly preferably 0.6 to 4% by mass, and most preferably 0.6 to 2% by mass.

Oの含有量は、酸化物触媒の全質量に対して、1~30質量%が好ましく、5~25質量%がより好ましく、10~20質量%がさらに好ましい。
Laの含有量は、La単体の含有量として、酸化物触媒の全質量に対して、60~95質量%が好ましく、70~90質量%がより好ましく、80~90質量%がさらに好ましい。
The content of O is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 5 to 25% by mass, even more preferably 10 to 20% by mass, relative to the total mass of the oxide catalyst.
The content of La is preferably 60 to 95% by mass, more preferably 70 to 90% by mass, and even more preferably 80 to 90% by mass, based on the total mass of the oxide catalyst as the content of La alone.

酸化物触媒の第1態様は、上記構成元素以外の元素を含んでいてもよい。
上記以外の元素としては、例えば、炭素(C)、窒素(N)、フッ素(F)、リン(P)、硫黄(S)、塩素(Cl)、および、臭素(Br)等が挙げられるが、これらには特に制限されない。
酸化物触媒の第1態様において、La、第1元素、第2元素、第3元素、および、O(第3元素を含まない場合には、La、第1元素、第2元素、および、O)の合計含有量は、酸化物触媒の全質量に対して、70質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましく、99質量%以上が特に好ましい。合計含有量の上限は、100質量%が挙げられる。
The first aspect of the oxide catalyst may contain elements other than the above constituent elements.
Examples of elements other than the above include carbon (C), nitrogen (N), fluorine (F), phosphorus (P), sulfur (S), chlorine (Cl), and bromine (Br). , but not limited to these.
In the first aspect of the oxide catalyst, La, the first element, the second element, the third element, and O (when the third element is not included, La, the first element, the second element, and O ) is preferably 70% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass or more, relative to the total mass of the oxide catalyst. As for the upper limit of total content, 100 mass % is mentioned.

(酸化物触媒の結晶状態)
本発明の酸化物触媒の第1態様における結晶状態は特に制限されない。
酸化物触媒の結晶状態は、アモルファス(非結晶)であってもよく、結晶質であってもよい。結晶質である場合の結晶子径は特に制限されず、例えば、0.5~1000nmが挙げられる。
(Crystal state of oxide catalyst)
The crystal state in the first aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
The crystalline state of the oxide catalyst may be amorphous (non-crystalline) or crystalline. The crystallite diameter in the case of crystalline is not particularly limited, and is, for example, 0.5 to 1000 nm.

(酸化物触媒の元素の配置)
本発明の酸化物触媒の第1態様における元素の配置は特に制限されない。
酸化物触媒において、上記構成元素が均一に混合した複合酸化物であってもよく、各元素の酸化物が、酸化物触媒の一部に偏在していてもよい。
なかでも、第3元素を含む場合、酸化物触媒の表面に、第1元素、第2元素および第3元素の少なくとも1種の元素が存在していることが好ましく、少なくとも2種が存在していることがより好ましく、3種が存在していることがさらに好ましい。
第3元素を含まない場合、酸化物触媒の表面に、第1元素および第2元素の少なくとも1種の元素が存在していることが好ましく、2種が存在していることがより好ましい。
なお、第1元素、第2元素および第3元素の少なくとも1種以上(第3元素を含まない場合は第1元素および第2元素の少なくとも1種以上)が酸化物触媒の表面に存在している場合は、上記元素が酸化物触媒の表面上で一部に偏在していてもよく、酸化物触媒の表面上で均一に分布して存在していてもよい。なかでも、上記元素が酸化物触媒の表面上で均一に分布して存在していることが好ましい。
(Arrangement of Elements in Oxide Catalyst)
Arrangement of elements in the first aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
The oxide catalyst may be a composite oxide in which the constituent elements are uniformly mixed, or the oxide of each element may be unevenly distributed in a part of the oxide catalyst.
Among them, when the third element is contained, it is preferable that at least one of the first element, the second element and the third element is present on the surface of the oxide catalyst, and at least two elements are present. It is more preferable that there are 3 types.
When the tertiary element is not contained, at least one of the first element and the second element is preferably present on the surface of the oxide catalyst, and more preferably two of them are present.
At least one of the first element, the second element and the third element (at least one of the first element and the second element when the third element is not included) is present on the surface of the oxide catalyst. When present, the above elements may be unevenly distributed on the surface of the oxide catalyst, or may be uniformly distributed on the surface of the oxide catalyst. Among others, it is preferable that the above elements are uniformly distributed on the surface of the oxide catalyst.

また、上記構成元素の各元素の酸化物が、酸化物触媒の一部(例えば表面)に存在していて、かつ、構成元素の合計含有量が、酸化物触媒の全質量に対して、上記好ましい範囲であることも好ましい。
上記態様の一例として、Laを担体として、第1元素、第2元素および第3元素(第3元素を含まない場合は第1元素および第2元素)の酸化物が担持されている態様を挙げることができる。上記各元素の酸化物は、第1元素、第2元素および第3元素(第3元素を含まない場合は第1元素および第2元素)から選択される2種以上の元素を含む複合酸化物であってもよい。また、上記複合酸化物には、Laが含まれていてもよい。
In addition, the oxide of each element of the constituent elements is present in a part (for example, the surface) of the oxide catalyst, and the total content of the constituent elements is the total mass of the oxide catalyst. A preferred range is also preferred.
As an example of the above aspect, La 2 O 3 is used as a carrier, and oxides of the first element, the second element and the third element (the first element and the second element when the third element is not included) are supported. Aspects can be mentioned. The oxide of each of the above elements is a composite oxide containing two or more elements selected from the first element, the second element and the third element (the first element and the second element if the third element is not included) may be Further, the composite oxide may contain La.

(酸化物触媒の形状)
本発明の酸化物触媒の第1態様における酸化物触媒の形状は特に制限されない。
酸化物触媒は、通常、粒子状であり、その粒子の形状は特に制限されない。
酸化物触媒の形状としては、例えば、球状、多面体状(例えば、八面体状、菱形十二面体状)、多角柱形状、および、平板状等が挙げられる。また、上記形状の粒子が凝集してなる凝集体であってもよい。また、酸化物触媒の形状は、気体が通過できるような連通孔を有する構造体を形成していてもよく、例えば、ハニカム状、および、スポンジ状であってもよい。
(Shape of oxide catalyst)
The shape of the oxide catalyst in the first aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
The oxide catalyst is usually particulate, and the shape of the particles is not particularly limited.
Examples of the shape of the oxide catalyst include spherical, polyhedral (eg, octahedral, rhomboidal dodecahedral), polygonal prismatic, and tabular shapes. Moreover, it may be an agglomerate formed by aggregating particles having the above shape. Moreover, the shape of the oxide catalyst may be a structure having communication holes through which gas can pass, and may be, for example, a honeycomb shape or a sponge shape.

(酸化物触媒の大きさ)
本発明の酸化物粒子触媒の第1態様における酸化物触媒の大きさは特に制限されない。
酸化物触媒の大きさは、例えば、0.5nm~500μmを挙げることができる。
酸化物触媒の大きさは、その大きさに応じて、公知の方法で測定することができる。
上記第1元素、第2元素および第3元素(第3元素を含まない場合は第1元素および第2元素)の単体または酸化物が担持されている態様の場合、その担持された粒子の大きさは、特に制限されないが、例えば、0.2~1000nmを挙げることができる。
(Size of oxide catalyst)
The size of the oxide catalyst in the first aspect of the oxide particle catalyst of the present invention is not particularly limited.
The size of the oxide catalyst can be, for example, 0.5 nm to 500 μm.
The size of the oxide catalyst can be measured by a known method according to its size.
In the case of the embodiment in which the simple substance or oxide of the first element, the second element and the third element (the first element and the second element when the third element is not included) is supported, the size of the supported particles The thickness is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 to 1000 nm.

[要件2]
本発明の酸化物触媒の第2態様は、含有元素として、少なくともランタン(La)を含み、以下の要件2を満たす。
要件2:酸化物触媒が、第1元素としてガリウム(Ga)またはイットリウム(Y)を含み、第2元素としてランタン(La)を除くランタノイド元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてシリコン(Si)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、ユーロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、イッテルビウム(Yb)、ハフニウム(Hf)、または、タングステン(W)を含む。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
[Requirement 2]
The second aspect of the oxide catalyst of the present invention contains at least lanthanum (La) as a contained element, and satisfies the following requirement 2.
Requirement 2: The oxide catalyst contains gallium (Ga) or yttrium (Y) as the first element, contains one element selected from lanthanide elements excluding lanthanum (La) as the second element, and contains a third element as Silicon (Si), Gallium (Ga), Yttrium (Y), Cerium (Ce), Europium (Eu), Terbium (Tb), Ytterbium (Yb), Hafnium (Hf), or Tungsten (W). However, the first element, the second element and the third element are different elements.

また、酸化物触媒の第2態様が満たす上記要件2は、下記要件2Aであることが好ましい。
要件2A:酸化物触媒が、第1元素としてGaまたはYを含み、第2元素としてセリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、または、イッテルビウム(Yb)を含み、第3元素としてSi、Ga、Y、Ce、Eu、Tb、Yb、Hf、または、Wを含む。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
Requirement 2, which the second aspect of the oxide catalyst satisfies, is preferably Requirement 2A below.
Requirement 2A: The oxide catalyst contains Ga or Y as the first element and Cerium (Ce), Neodymium (Nd), Europium (Eu), Terbium (Tb), or Ytterbium (Yb) as the second element. , Si, Ga, Y, Ce, Eu, Tb, Yb, Hf, or W as a third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.

上記第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせとしては、例えば、YとCeとHfとの組み合わせ、YとNdとHfとの組み合わせ、YとEuとHfとの組み合わせ、YとEuとWとの組み合わせ、Yとガドリニウム(Gd)とHfとの組み合わせ、GaとTbとSiとの組み合わせ、GaとTbとHfとの組み合わせ、GaとEuとHfとの組み合わせ、YとEuとGaとの組み合わせ、GaとYbとHfとの組み合わせ、GaとEuとTbとの組み合わせ、GaとYbとWとの組み合わせ、GaとEuとYbとの組み合わせ、GaとYbとSiとの組み合わせ、GaとCeとYbとの組み合わせ、GaとCeとHfとの組み合わせ、および、GaとNdとWとの組み合わせが挙げられる。
低温活性に優れる点で、YとEuとHfとの組み合わせ、GaとTbとHfとの組み合わせ、GaとEuとHfとの組み合わせ、YとEuとGaとの組み合わせ、GaとYbとHfとの組み合わせ、GaとEuとTbとの組み合わせ、GaとYbとWとの組み合わせ、GaとEuとYbとの組み合わせ、GaとYbとSiとの組み合わせ、または、GaとCeとYbとの組み合わせが好ましく、GaとYbとWとの組み合わせ、または、GaとYbとSiとの組み合わせがより好ましい。
Combinations of the first element, the second element, and the third element include, for example, a combination of Y, Ce, and Hf, a combination of Y, Nd, and Hf, a combination of Y, Eu, and Hf, and a combination of Y and Eu. and W, a combination of Y and gadolinium (Gd) and Hf, a combination of Ga and Tb and Si, a combination of Ga and Tb and Hf, a combination of Ga and Eu and Hf, Y and Eu and Ga a combination of Ga, Yb, and Hf; a combination of Ga, Eu, and Tb; a combination of Ga, Yb, and W; a combination of Ga, Eu, and Yb; a combination of Ga, Yb, and Si; and Ce and Yb, a combination of Ga, Ce and Hf, and a combination of Ga, Nd and W.
In terms of excellent low temperature activity, the combination of Y, Eu and Hf, the combination of Ga, Tb and Hf, the combination of Ga, Eu and Hf, the combination of Y, Eu and Ga, the combination of Ga, Yb and Hf A combination of Ga, Eu, and Tb, a combination of Ga, Yb, and W, a combination of Ga, Eu, and Yb, a combination of Ga, Yb, and Si, or a combination of Ga, Ce, and Yb is preferred. , a combination of Ga, Yb and W, or a combination of Ga, Yb and Si.

本発明の酸化物触媒の第2態様は、上記要件2を満たしていればその性状は特に制限されない。上記性状とは、酸化物触媒のあらゆる状態が含まれ、例えば、酸化物触媒の構成元素比、酸化物触媒の結晶状態、酸化物触媒に含まれる各元素の配置、酸化物触媒の形状および大きさ等が挙げられる。
以下、酸化物触媒の性状について説明する。
The properties of the second aspect of the oxide catalyst of the present invention are not particularly limited as long as the above requirement 2 is satisfied. The above properties include all states of the oxide catalyst, such as the ratio of constituent elements of the oxide catalyst, the crystal state of the oxide catalyst, the arrangement of each element contained in the oxide catalyst, the shape and size of the oxide catalyst. etc.
The properties of the oxide catalyst are described below.

(酸化物触媒の構成元素比)
本発明の酸化物触媒の第2態様における構成元素比は特に制限されない。
酸化物触媒の第2態様は、La、第1元素、第2元素、第3元素、および、Oを構成元素として含む。
第2態様における構成元素比の好ましい態様は、第1態様における第3元素を含む場合と同様であるため、説明を省略する。
(Constituent element ratio of oxide catalyst)
The ratio of constituent elements in the second aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
A second aspect of the oxide catalyst contains La, the first element, the second element, the third element, and O as constituent elements.
A preferred aspect of the ratio of the constituent elements in the second aspect is the same as in the case of including the third element in the first aspect, so the description is omitted.

(酸化物触媒の結晶状態)
本発明の酸化物触媒の第2態様における結晶状態は特に制限されない。
第2態様における結晶状態の好ましい態様は、第1態様の場合と同様であるため、説明を省略する。
(Crystal state of oxide catalyst)
The crystal state in the second aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
Preferred aspects of the crystalline state in the second aspect are the same as those in the first aspect, and thus description thereof is omitted.

(酸化物触媒の元素の配置)
本発明の酸化物触媒の第2態様における元素の配置は特に制限されない。
第2態様における元素の配置の好ましい態様は、第1態様における第3元素を含む場合と同様であるため、説明を省略する。
(Arrangement of Elements in Oxide Catalyst)
Arrangement of elements in the second aspect of the oxide catalyst of the present invention is not particularly limited.
A preferred aspect of the arrangement of the elements in the second aspect is the same as the case in which the third element is included in the first aspect, so the description is omitted.

(酸化物触媒の形状および大きさ)
本発明の酸化物触媒の第1態様における酸化物触媒の形状および大きさは特に制限されない。
第2態様における酸化物触媒の形状および大きさの好ましい態様は、第1態様の場合と同様であるため、説明を省略する。
(Shape and size of oxide catalyst)
The shape and size of the oxide catalyst in the first aspect of the oxide catalyst of the present invention are not particularly limited.
Preferred aspects of the shape and size of the oxide catalyst in the second aspect are the same as in the case of the first aspect, so description thereof is omitted.

[要件3]
本発明の酸化物触媒の第3態様は、含有元素として、少なくともランタン(La)を含み、以下の要件3を満たす。
要件3:酸化物触媒が、第1元素としてガリウム(Ga)またはイットリウム(Y)を含み、第2元素および第3元素として第4族元素から選択される2種の元素を含む。
[Requirement 3]
A third aspect of the oxide catalyst of the present invention contains at least lanthanum (La) as a contained element, and satisfies the following requirement 3.
Requirement 3: The oxide catalyst contains gallium (Ga) or yttrium (Y) as the first element, and two elements selected from Group 4 elements as the second and third elements.

また、酸化物触媒の第3態様が満たす上記要件3は、下記要件3Aであることが好ましい。
要件3A:酸化物触媒が、第1元素としてGaまたはYを含み、第2元素としてジルコニウム(Zr)、第3元素としてハフニウム(Hf)を含む。
Requirement 3, which the third aspect of the oxide catalyst satisfies, is preferably Requirement 3A below.
Requirement 3A: The oxide catalyst contains Ga or Y as the first element, zirconium (Zr) as the second element, and hafnium (Hf) as the third element.

上記第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせとしては、例えば、Yとチタン(Ti)とZrとの組み合わせ、YとTiとHfとの組み合わせ、YとZrとHfとの組み合わせ、GaとTiとZrとの組み合わせ、GaとTiとHfとの組み合わせ、および、GaとZrとHfとの組み合わせが挙げられる。
低温活性に優れる点で、YとZrとHfとの組み合わせが好ましい。
Examples of combinations of the first element, the second element, and the third element include a combination of Y, titanium (Ti), and Zr, a combination of Y, Ti, and Hf, a combination of Y, Zr, and Hf, A combination of Ga, Ti and Zr, a combination of Ga, Ti and Hf, and a combination of Ga, Zr and Hf are included.
A combination of Y, Zr, and Hf is preferred from the viewpoint of excellent low-temperature activity.

本発明の酸化物触媒の第3態様は、上記要件3を満たしていればその性状は特に制限されない。上記性状とは、酸化物触媒のあらゆる状態が含まれ、例えば、酸化物触媒の構成元素比、酸化物触媒の結晶状態、酸化物触媒に含まれる各元素の配置、酸化物触媒の形状および大きさ等が挙げられる。
酸化物触媒の第3態様の性状の好ましい態様は、第2態様と同様であるため、その説明を省略する。
The properties of the third aspect of the oxide catalyst of the present invention are not particularly limited as long as the above requirement 3 is satisfied. The above properties include all states of the oxide catalyst, such as the ratio of constituent elements of the oxide catalyst, the crystal state of the oxide catalyst, the arrangement of each element contained in the oxide catalyst, the shape and size of the oxide catalyst. etc.
Since preferred aspects of the properties of the third aspect of the oxide catalyst are the same as those of the second aspect, description thereof is omitted.

[要件4]
本発明の酸化物触媒の第4態様は、含有元素として、少なくともランタン(La)を含み、以下の要件4を満たす。
要件4:酸化物触媒が、第1元素としてガリウム(Ga)またはイットリウム(Y)を含み、第2元素として亜鉛(Zn)を含み、第3元素としてガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、パラジウム(Pd)、ユーロピウム(Eu)、または、ハフニウム(Hf)を含む。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
[Requirement 4]
A fourth aspect of the oxide catalyst of the present invention contains at least lanthanum (La) as a contained element, and satisfies the following requirement 4.
Requirement 4: The oxide catalyst contains gallium (Ga) or yttrium (Y) as the first element, zinc (Zn) as the second element, and gallium (Ga), yttrium (Y), and zirconium as the third element. (Zr), palladium (Pd), europium (Eu), or hafnium (Hf). However, the first element, the second element and the third element are different elements.

また、酸化物触媒の第4態様が満たす上記要件4は、下記要件4Aであることが好ましい。
要件4A:酸化物触媒が、第1元素としてGaまたはYを含み、第2元素としてZnを含み、第3元素としてGa、Y、Zr、Pd、Eu、または、Hfを含む。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
Requirement 4, which the fourth aspect of the oxide catalyst satisfies, is preferably Requirement 4A below.
Requirement 4A: The oxide catalyst contains Ga or Y as the first element, Zn as the second element, and Ga, Y, Zr, Pd, Eu, or Hf as the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.

上記第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせとしては、YとZnとPdとの組み合わせ、YとZnとZrとの組み合わせ、YとZnとEuとの組み合わせ、YとZnとHfとの組み合わせ、YとZnとGaとの組み合わせ、GaとZnとEuとの組み合わせ、GaとZnとHfとの組み合わせが挙げられる
低温活性に優れる点で、YとZnとPdとの組み合わせ、YとZnとZrとの組み合わせ、YとZnとHfとの組み合わせ、YとZnとGaとの組み合わせ、GaとZnとEuとの組み合わせが好ましく、GaとZnとEuとの組み合わせがより好ましい。
Combinations of the first element, the second element, and the third element include a combination of Y, Zn, and Pd, a combination of Y, Zn, and Zr, a combination of Y, Zn, and Eu, and a combination of Y, Zn, and Hf. , a combination of Y, Zn and Ga, a combination of Ga, Zn and Eu, and a combination of Ga, Zn and Hf. and Zn and Zr, a combination of Y, Zn and Hf, a combination of Y, Zn and Ga, a combination of Ga, Zn and Eu, and more preferably a combination of Ga, Zn and Eu.

本発明の酸化物触媒の第4態様は、上記要件4を満たしていればその性状は特に制限されない。上記性状とは、酸化物触媒のあらゆる状態が含まれ、例えば、酸化物触媒の構成元素比、酸化物触媒の結晶状態、酸化物触媒に含まれる各元素の配置、酸化物触媒の形状および大きさ等が挙げられる。
酸化物触媒の第4態様の性状の好ましい態様は、第2態様と同様であるため、その説明を省略する。
The properties of the fourth aspect of the oxide catalyst of the present invention are not particularly limited as long as the above requirement 4 is satisfied. The above properties include all states of the oxide catalyst, such as the ratio of constituent elements of the oxide catalyst, the crystal state of the oxide catalyst, the arrangement of each element contained in the oxide catalyst, the shape and size of the oxide catalyst. etc.
Since preferred aspects of the properties of the fourth aspect of the oxide catalyst are the same as those of the second aspect, description thereof is omitted.

[要件5]
本発明の酸化物触媒の第2態様は、含有元素として、少なくともランタン(La)を含み、以下の要件5を満たす。
要件5:酸化物触媒が、第1元素としてランタン(La)を除くランタノイド元素から選択される1種の元素を含み、第2元素として第2族元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてマグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、または、ハフニウム(Hf)を含む。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
[Requirement 5]
The second aspect of the oxide catalyst of the present invention contains at least lanthanum (La) as a contained element, and satisfies requirement 5 below.
Requirement 5: The oxide catalyst contains one element selected from lanthanoid elements excluding lanthanum (La) as the first element, and one element selected from Group 2 elements as the second element, It contains magnesium (Mg), strontium (Sr), or hafnium (Hf) as the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.

また、酸化物触媒の第5態様が満たす上記要件5は、下記要件5Aであることが好ましい。
要件5A:酸化物触媒が、第1元素としてネオジム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、または、イッテルビウム(Yb)を含み、第2元素としてマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、または、ストロンチウム(Sr)を含み、第3元素としてMg、Sr、または、Hfを含む。ただし、第1元素、第2元素および第3元素はそれぞれ異なる元素である。
Requirement 5, which the fifth aspect of the oxide catalyst satisfies, is preferably Requirement 5A below.
Requirement 5A: The oxide catalyst contains neodymium (Nd), europium (Eu), or ytterbium (Yb) as the first element and magnesium (Mg), calcium (Ca), or strontium (Sr) as the second element. ) and contains Mg, Sr, or Hf as the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.

上記第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせとしては、NdとMgとHfとの組み合わせ、NdとCaとHfとの組み合わせ、EuとCaとHfとの組み合わせ、GdとMgとHfとの組み合わせ、NdとSrとHfとの組み合わせ、EuとMgとHfとの組み合わせ、EuとSrとHfとの組み合わせ、CeとMgとSrとの組み合わせ、NdとMgとSrとの組み合わせ、EuとMgとSrとの組み合わせ、EuとMgとBaとの組み合わせ、YbとMgとSrとの組み合わせ、および、YbとCaとSrとの組み合わせが挙げられる。
低温活性に優れる点で、NdとMgとHfとの組み合わせ、EuとCaとHfとの組み合わせ、NdとSrとHfとの組み合わせ、EuとMgとHfとの組み合わせ、YbとMgとSrとの組み合わせが好ましく、EuとCaとHfとの組み合わせ、EuとMgとHfとの組み合わせがより好ましい。
Combinations of the first element, the second element, and the third element include a combination of Nd, Mg, and Hf, a combination of Nd, Ca, and Hf, a combination of Eu, Ca, and Hf, and a combination of Gd, Mg, and Hf. A combination of Nd, Sr and Hf, a combination of Eu, Mg and Hf, a combination of Eu, Sr and Hf, a combination of Ce, Mg and Sr, a combination of Nd, Mg and Sr, Eu and Mg and Sr, a combination of Eu, Mg and Ba, a combination of Yb, Mg and Sr, and a combination of Yb, Ca and Sr.
Combinations of Nd, Mg, and Hf, combinations of Eu, Ca, and Hf, combinations of Nd, Sr, and Hf, combinations of Eu, Mg, and Hf, and combinations of Yb, Mg, and Sr are preferred in terms of excellent low-temperature activity. A combination is preferred, and a combination of Eu, Ca and Hf, and a combination of Eu, Mg and Hf are more preferred.

本発明の酸化物触媒の第5態様は、上記要件5を満たしていればその性状は特に制限されない。上記性状とは、酸化物触媒のあらゆる状態が含まれ、例えば、酸化物触媒の構成元素比、酸化物触媒の結晶状態、酸化物触媒に含まれる各元素の配置、酸化物触媒の形状および大きさ等が挙げられる。
酸化物触媒の第5態様の性状の好ましい態様は、第2態様と同様であるため、その説明を省略する。
The properties of the fifth aspect of the oxide catalyst of the present invention are not particularly limited as long as the above requirement 5 is satisfied. The above properties include all states of the oxide catalyst, such as the ratio of constituent elements of the oxide catalyst, the crystal state of the oxide catalyst, the arrangement of each element contained in the oxide catalyst, the shape and size of the oxide catalyst. etc.
Preferred aspects of the properties of the fifth aspect of the oxide catalyst are the same as those of the second aspect, so description thereof will be omitted.

<酸化物触媒の製造方法>
本発明の酸化物粒子触媒の製造方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
酸化物触媒の製造方法としては、例えば、湿式法および乾式法が挙げられる。
湿式法としては、上記構成元素を含む前駆体溶液に対して、酸化処理および還元処理等を行って触媒前駆体粒子を生成し、酸化処理によって酸化物触媒を得る方法(析出法)が挙げられる。
湿式法としては、所望の粒子径を有する担体と、上記構成元素を含む前駆体溶液とを接触させて前駆体を担体に吸着させ、酸化処理によって酸化物触媒を得る方法(含浸法)も挙げられる。上記担体は、上記構成元素を含んでいてもよく、含んでいなくてもよいが、上記構成元素を含んでいることが好ましく、Laを含んでいることがより好ましく、Laを含む粒子であることがさらに好ましい。
湿式法における前駆体溶液は、上記構成元素を全て含んでいてもよく、上記構成元素の一部を含んでいてもよい。すなわち、上記析出法および含浸法において、酸化物触媒の製造は、例えば、上記構成元素を全て含む前駆体溶液を用いて1回の上記処理によって製造されてもよく、上記構成元素の一部を含む前駆体溶媒を用いて、例えば元素毎に上記処理を段階的に実施してもよい。
<Method for producing oxide catalyst>
The method for producing the oxide particle catalyst of the present invention is not particularly limited, and known methods can be used.
Methods for producing the oxide catalyst include, for example, wet methods and dry methods.
Examples of the wet method include a method (precipitation method) in which a precursor solution containing the constituent elements is subjected to oxidation treatment, reduction treatment, etc. to generate catalyst precursor particles, and oxidation treatment is performed to obtain an oxide catalyst. .
Examples of the wet method include a method (impregnation method) in which a carrier having a desired particle size is brought into contact with a precursor solution containing the constituent elements to adsorb the precursor onto the carrier, and an oxidation treatment is performed to obtain an oxide catalyst. be done. The carrier may or may not contain the constituent elements, but preferably contains the constituent elements, more preferably La, and La 2 O 3 . Particles are more preferred.
The precursor solution in the wet method may contain all of the above constituent elements, or may contain a part of the above constituent elements. That is, in the precipitation method and the impregnation method, the oxide catalyst may be produced, for example, by one treatment using a precursor solution containing all of the constituent elements, and a part of the constituent elements may be The above treatment may be carried out stepwise, for example element by element, using a precursor solvent comprising:

上記酸化処理は、上記前駆体粒子または前駆体が酸化されれば特に制限されず、公知の方法で行うことができる。酸化処理としては、例えば、酸素を含む雰囲気下での100~1500℃の温度で焼成する方法、気相中で酸化剤を用いて酸化処理を行う方法、および、溶液中で酸化剤により処理する方法等が挙げられる。酸化処理は、上記方法を組み合わせて実施してもよい。
また、上記酸化処理の前後において、必要に応じて乾燥処理を実施してもよい。乾燥処理の方法は、公知の方法で行うことができ、例えば、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥、溶媒置換乾燥、超臨界乾燥、凍結乾燥、および、スプレードライ等が挙げられる。乾燥処理は、上記方法を組み合わせて実施してもよい。
The oxidation treatment is not particularly limited as long as the precursor particles or precursor is oxidized, and can be performed by a known method. Examples of the oxidation treatment include a method of firing at a temperature of 100 to 1500° C. in an atmosphere containing oxygen, a method of oxidation treatment using an oxidizing agent in a gas phase, and a method of treating with an oxidizing agent in a solution. methods and the like. The oxidation treatment may be performed by combining the above methods.
Moreover, before and after the oxidation treatment, a drying treatment may be performed as necessary. The drying treatment can be performed by a known method, and examples thereof include natural drying, heat drying, reduced pressure drying, solvent replacement drying, supercritical drying, freeze drying, and spray drying. The drying treatment may be performed by combining the above methods.

乾式法としては、粉末法、CVD(chemical vapor deposition)法、および、PVD(Physical vapor deposition)法が挙げられる。乾式法においては、CVD法またはPVD法によって、担体に対して上記含有元素を含む層または粒子を形成する方法が好ましい。
粉末法としては、公知の方法を用いることができ、上記構成元素を含む固体の前駆体を混合し、焼成処理を行う方法が挙げられる。焼成処理においては、上記酸化処理を同時に実施してもよい。
CVD法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、熱CVD法、プラズマCVD法、および、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法が挙げられる。
PVD法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、スパッタリング法、蒸着法、および、イオンプレーティング法が挙げられる。
乾式法においては、上記湿式法で挙げた酸化処理および乾燥処理を実施してもよい。
Dry methods include a powder method, a CVD (chemical vapor deposition) method, and a PVD (Physical vapor deposition) method. In the dry method, a method of forming a layer or particles containing the element contained above on a carrier by CVD or PVD is preferred.
As the powder method, a known method can be used, and examples thereof include a method of mixing a solid precursor containing the above-described constituent elements and performing a calcination treatment. In the firing treatment, the oxidation treatment may be performed at the same time.
A known method can be used as the CVD method, and examples thereof include a thermal CVD method, a plasma CVD method, and an atomic layer deposition (ALD) method.
A known method can be used as the PVD method, and examples thereof include a sputtering method, a vapor deposition method, and an ion plating method.
In the dry method, the oxidation treatment and the drying treatment mentioned in the wet method may be carried out.

酸化物触媒の製造方法としては、上記方法の中でも、製造が簡便である点で、上記湿式法が好ましく、上記含浸法がより好ましい。 As the method for producing the oxide catalyst, among the above methods, the above wet method is preferable, and the above impregnation method is more preferable, because the production is simple.

<炭化水素の製造方法>
本発明のガスの製造方法は、本発明の酸化物触媒を用いてメタンの酸化的カップリング(OCM)を行い、炭素数が2の炭化水素を生成する工程(反応工程)を含む、炭化水素の製造方法である。
本発明のガスの製造方法は、上記反応工程を含んでいれば特に制限されない。
本発明のガスの製造方法は、上記工程以外に、メタンを含むガスを本発明の酸化物触媒が配置された反応部に供給する供給工程と、反応工程を経て得られた炭素数が2の炭化水素を含むガスから炭素数が2の炭化水素を精製する精製工程とが含まれていてもよい。
以下、本発明のガスの製造方法が含みうる各工程について説明する。
<Method for producing hydrocarbon>
The gas production method of the present invention includes a step (reaction step) of producing hydrocarbons having 2 carbon atoms by performing oxidative coupling (OCM) of methane using the oxide catalyst of the present invention. is a manufacturing method.
The gas production method of the present invention is not particularly limited as long as it includes the above reaction step.
The gas production method of the present invention includes, in addition to the above steps, a supply step of supplying a gas containing methane to a reaction section in which the oxide catalyst of the present invention is arranged, and a carbon number of 2 obtained through the reaction step. and a refining step of refining hydrocarbons having 2 carbon atoms from a hydrocarbon-containing gas.
Each step that can be included in the gas production method of the present invention will be described below.

[供給工程]
供給工程は、メタンを含むガスを、酸化物触媒が配置された反応部に供給する。
メタンを含むガスは、メタン以外の成分を含んでいてもよく、酸化剤を含むことが好ましい。酸化剤としては、特に制限されないが、酸素が好ましい。
酸化剤が酸素である場合、酸素の含有量に対するメタンの含有量の体積比は、1.5~10.0が好ましく、1.8~8.0がより好ましく、2.0~6.0がさらに好ましい。
メタンおよび酸化剤の合計含有量は、メタンを含むガス全量に対して、50体積%以上が好ましく、70体積%以上がより好ましく、80体積%以上がさらに好ましい。
メタンを含むガスは、後述する反応工程における反応温度以下で予熱を行ってもよい。
[Supply process]
The supplying step supplies a gas containing methane to the reaction section in which the oxide catalyst is arranged.
The methane-containing gas may contain components other than methane, and preferably contains an oxidizing agent. The oxidizing agent is not particularly limited, but oxygen is preferred.
When the oxidizing agent is oxygen, the volume ratio of the methane content to the oxygen content is preferably 1.5 to 10.0, more preferably 1.8 to 8.0, and 2.0 to 6.0. is more preferred.
The total content of methane and oxidant is preferably 50% by volume or more, more preferably 70% by volume or more, and even more preferably 80% by volume or more, relative to the total amount of gas containing methane.
The gas containing methane may be preheated to a temperature equal to or lower than the reaction temperature in the reaction step described below.

[反応工程]
反応工程は、本発明の酸化物触媒を用いてOCMを行い、炭素数が2の炭化水素を生成する。
反応工程の温度は、一般に900℃以下であり、850℃以下が好ましく、700℃以下がより好ましく、650℃以下が更に好ましく、600℃以下が特に好ましい。下限は、一般的に400℃以上である。本発明の酸化物触媒によれば、例えば600℃以下の低温でも、OCMが進行し、効率的に炭素数が2の炭化水素を製造できる。
酸化剤として酸素を含むガスを供給した場合、炭素数が2の炭化水素として、エタン、および、エチレンが生成し、同時に、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、および、水等が生成する。
反応工程においては、酸化物触媒と、供給されるメタンを含むガスとを接触させることが好ましい。酸化物触媒と上記ガスとの反応は、固定床方式であっても、流動床方式であってもよく、固定床方式が好ましい。
固定床方式の場合、酸化物触媒が配置された反応部の体積に対する供給ガス量の比、すなわちガス空間速度(h-1)は、適宜設定すればよい。また、酸化物触媒が配置された反応部の断面積に対する供給ガス量の比、すなわち線速度(m/s)も、適宜設定すればよい。
[Reaction step]
In the reaction step, OCM is performed using the oxide catalyst of the present invention to produce hydrocarbons having 2 carbon atoms.
The temperature in the reaction step is generally 900° C. or lower, preferably 850° C. or lower, more preferably 700° C. or lower, even more preferably 650° C. or lower, particularly preferably 600° C. or lower. The lower limit is generally 400° C. or higher. According to the oxide catalyst of the present invention, OCM proceeds even at a low temperature of, for example, 600° C. or lower, and hydrocarbons having 2 carbon atoms can be efficiently produced.
When a gas containing oxygen is supplied as an oxidant, ethane and ethylene are produced as hydrocarbons having 2 carbon atoms, and at the same time, carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, water, and the like are produced.
In the reaction step, the oxide catalyst is preferably brought into contact with the supplied methane-containing gas. The reaction between the oxide catalyst and the gas may be carried out in a fixed bed system or a fluidized bed system, preferably a fixed bed system.
In the case of the fixed bed system, the ratio of the amount of supplied gas to the volume of the reaction section in which the oxide catalyst is arranged, that is, the gas hourly space velocity (h −1 ) may be appropriately set. Also, the ratio of the amount of supplied gas to the cross-sectional area of the reaction section where the oxide catalyst is arranged, that is, the linear velocity (m/s) may be appropriately set.

[精製工程]
精製工程は、反応工程を経て得られた炭素数が2の炭化水素を含むガスから、炭素数が2の炭化水素を精製する。炭素数が2の炭化水素としては、例えば、エタン、エチレンが挙げられる。
精製方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
精製方法としては、例えば、深冷分離法、吸着法、および、吸収法が挙げられ、深冷分離法が好ましい。
[Purification process]
In the purification step, hydrocarbons having 2 carbon atoms are purified from the gas containing hydrocarbons having 2 carbon atoms obtained through the reaction step. Examples of hydrocarbons having 2 carbon atoms include ethane and ethylene.
A purification method is not particularly limited, and a known method can be used.
Purification methods include, for example, cryogenic separation methods, adsorption methods, and absorption methods, with cryogenic separation methods being preferred.

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更できる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきではない。
The present invention will be described in more detail below based on examples.
The materials, amounts used, proportions, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limited by the examples shown below.

<酸化物触媒の調製>
実施例に用いた酸化物触媒、および、比較例に用いた酸化物触媒は、以下の手順で調製した。
酸化物触媒は、共含浸法で第1元素、第2元素および第3元素を含む前駆体をLa粒子に付着させた前駆体粒子を得て、前駆体粒子を焼成することで酸化物触媒を得た。
より具体的には、まず、第1元素、第2元素および第3元素を含むそれぞれの前駆体が含まれる6mLの前駆体水溶液を調製した。各前駆体の含有量は、各元素が重量として3mg含まれるように調整した。各前駆体として用いた試薬は、後段に示す。第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせは、後段の表に示すとおりである。
上記前駆体水溶液に対し、担体としてLa(関東化学社製)1.0gを入れて分散させ、50℃で6時間撹拌した。撹拌処理後、遠心エバポレーター(CVE-3110、東京理化機械社製)で80℃にて減圧乾燥して前駆体粒子を得た。前駆体粒子は、さらに乾燥機(ETTAS ON-300S、アズワン社製)で110℃にて2時間乾燥した。
乾燥した前駆体粒子を解砕し、マッフル炉(KDF 3000plus、デンケン・ハイデンタル社製)で600℃にて3時間、空気雰囲気で焼成し、酸化物触媒を得た。
<Preparation of oxide catalyst>
The oxide catalysts used in Examples and the oxide catalysts used in Comparative Examples were prepared by the following procedures.
The oxide catalyst is obtained by obtaining precursor particles in which a precursor containing the first element, the second element and the third element is attached to La 2 O 3 particles by a co-impregnation method, and calcining the precursor particles to oxidize the catalyst. obtained a catalyst.
More specifically, first, 6 mL of precursor aqueous solution containing each precursor containing the first element, the second element and the third element was prepared. The content of each precursor was adjusted so that each element contained 3 mg by weight. The reagents used as each precursor are shown below. Combinations of the first element, the second element and the third element are as shown in the table below.
1.0 g of La 2 O 3 (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) was added as a carrier to the aqueous precursor solution and dispersed therein, followed by stirring at 50° C. for 6 hours. After the stirring treatment, the precursor particles were obtained by drying under reduced pressure at 80° C. with a centrifugal evaporator (CVE-3110, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.). The precursor particles were further dried at 110° C. for 2 hours with a dryer (ETTAS ON-300S, manufactured by AS ONE).
The dried precursor particles were pulverized and calcined in an air atmosphere at 600° C. for 3 hours in a muffle furnace (KDF 3000plus, manufactured by Denken-Highdental) to obtain an oxide catalyst.

なお、比較例の酸化物触媒は、上記手順に準じて調製した。
具体的には、比較例1に用いた触媒は、第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせを後段の表に示すとおりとし、担体をSiO(メジアン径:46~50μm、関東化学社製)として調製した。
比較例2に用いた酸化物触媒は、第1元素、第2元素および第3元素を含むそれぞれの前駆体を入れない以外は、上記手順に従って調整した。
In addition, the oxide catalyst of the comparative example was prepared according to the above procedure.
Specifically, in the catalyst used in Comparative Example 1, the combination of the first element, the second element and the third element is as shown in the table below, and the carrier is SiO 2 (median diameter: 46 to 50 μm, Kanto Kagaku Co., Ltd.).
The oxide catalyst used in Comparative Example 2 was prepared according to the above procedure, except that the respective precursors containing the first, second and third elements were not added.

第1元素、第2元素および第3元素を含む前駆体は、以下に示すものを用いた。
・Na:NaCO・10HO、富士フイルム和光純薬
・Mg:Mg(NO・6HO、富士フイルム和光純薬
・Si:Si(OC、Aldrich
・Ca:Ca(NO・4HO、富士フイルム和光純薬
・Mn:Mn(NO・4HO、富士フイルム和光純薬
・Ni:Ni(NO・6HO、富士フイルム和光純薬
・Zn:Zn(NO・6HO、富士フイルム和光純薬
・Ga:Ga(NO・nHO、富士フイルム和光純薬
・Sr:Sr(NO、Alfa Aeser
・Y:Y(NO・6HO、Aldrich
・Zr:ZrClO・8HO、関東化学
・Pd:Pd(NO、富士フイルム和光純薬
・Ba:Ba(CHCOO)、富士フイルム和光純薬
・La:La(NO・6HO、富士フイルム和光純薬
・Ce:Ce(NO・6HO、富士フイルム和光純薬
・Nd:Nd(NO・6HO、Aldrich
・Eu:Eu(NO・5HO、Aldrich
・Tb:Tb(NO・6HO、関東化学
・Yb:Yb(NO・5HO、Aldrich
・Hf:HfClO・8HO、Strem Chemicals
・W:5(NHO・12(WO)・5HO、関東化学
The following precursors containing the first element, the second element and the third element were used.
・Na: Na2CO3.10H2O , FUJIFILM Wako Pure Chemical ・Mg: Mg ( NO3 ) 2.6H2O , FUJIFILM Wako Purechemical ・Si : Si( OC2H5 ) 4 , Aldrich
・Ca: Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O, FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.・Mn: Mn (NO 3 ) 2.4H 2 O, FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries , Ltd. ・Ni: Ni(NO 3 ) 2.6H 2 O, FUJIFILM Wako Pure Chemicals Zn: Zn (NO 3 ) 2.6H 2 O, FUJIFILM Wako Pure Chemicals Ga: Ga(NO 3 ) 3.nH 2 O, FUJIFILM Wako Pure Chemicals Sr: Sr( NO 3 ) 2 , Alfa Aeser
Y: Y( NO3 ) 2.6H2O , Aldrich
・Zr: ZrCl 2 O.8H 2 O, Kanto Chemical ・Pd: Pd(NO 3 ) 2 , FUJIFILM Wako Pure Chemical ・Ba: Ba(CH 3 COO) 2 , FUJIFILM Wako Pure Chemical ・La: La(NO 3 ) 3.6H 2 O , FUJIFILM Wako Pure Chemicals ・Ce: Ce(NO 3 ) 3.6H 2 O, FUJIFILM Wako Pure Chemicals ・Nd: Nd(NO 3 ) 3.6H 2 O, Aldrich
-Eu: Eu( NO3 ) 3.5H2O , Aldrich
・Tb : Tb(NO 3 ) 3.6H 2 O, Kanto Kagaku ・Yb: Yb(NO 3 ) 3.5H 2 O, Aldrich
Hf : HfCl2O.8H2O , Strem Chemicals
・W: 5( NH4 ) 2O.12 ( WO3 ) .5H2O , Kanto Kagaku

<評価>
実施例および比較例の各酸化物触媒について、以下の手順でOCM反応の活性を評価した。
酸化物触媒のOCM反応の活性は、酸化物触媒を反応管に設置し、温度を調整した酸化物触媒にメタンを含むガスを供給し、排出されたガスの成分を分析することで測定した。
より具体的には、内径4mm(ガス導入側)および内径2mm(ガス出口側)の石英管が接続された反応管を、ガス導入側が上部となるようにした状態で、その接続部にガス導入側からガラスウールを設置し、そのガラスウール上に酸化物触媒50mgを設置し、さらにガラスウールを設置した。上記反応管の内径4mmの部分の長さは235mm、内径2mmの部分の長さは150mmであった。
酸化物触媒を設置した反応管をガス導入側が上部となるように環状炉(ARF-30KC、アサヒ理化製作所製、加熱部は270mm)に固定し、ガス導入側から酸素を20mL/分で供給しながら、触媒温度400℃で前処理を実施した。なお、上記触媒温度は、反応管の接続部付近に設置したR熱電対でモニターし、コントロールユニット(モデルSU、チノー社製)で制御した。
<Evaluation>
For each oxide catalyst of Examples and Comparative Examples, the OCM reaction activity was evaluated by the following procedure.
The OCM reaction activity of the oxide catalyst was measured by placing the oxide catalyst in a reaction tube, supplying a gas containing methane to the temperature-controlled oxide catalyst, and analyzing the components of the discharged gas.
More specifically, a reaction tube to which a quartz tube having an inner diameter of 4 mm (gas inlet side) and an inner diameter of 2 mm (gas outlet side) are connected is placed so that the gas inlet side faces upward, and gas is introduced into the connecting portion. Glass wool was placed from the side, 50 mg of an oxide catalyst was placed on the glass wool, and further glass wool was placed. The length of the portion of the reaction tube with an inner diameter of 4 mm was 235 mm, and the length of the portion of the inner diameter of 2 mm was 150 mm.
The reaction tube in which the oxide catalyst was installed was fixed to a ring furnace (ARF-30KC, manufactured by Asahi Rika Seisakusho, the heating part was 270 mm) so that the gas introduction side was at the top, and oxygen was supplied from the gas introduction side at 20 mL / min. However, the pretreatment was carried out at a catalyst temperature of 400°C. The catalyst temperature was monitored by an R thermocouple installed near the connecting portion of the reaction tube and controlled by a control unit (model SU, manufactured by Chino Corporation).

前処理後、20mL/分で窒素ガスを供給してパージした後、メタン、酸素および窒素の混合ガスを21mL/分で反応管に供給した。混合ガスは、それぞれ、メタンの流量を12mL/分、酸素の流量を6mL/分、窒素の流量を3mL/分として、反応管に供給される前に混合して供給した(CH/O=2.0)。なお、反応管のガス出口側には、凝縮式水トラップ、および、ガスクロマトグラフ(マイクロGC FUSION、INFICON社製)を接続した。
上記混合ガスを反応管に供給し続けた状態で、触媒温度を400℃に17分間保持し、反応管のガス出口側に設置したガスクロマトグラフでガス成分分析を行った。ガス成分分析は、17分の保持開始後、10分後の時点で行った。得られたガス成分分析結果から、400℃における、炭素数が2の炭化水素の収率(C2化合物収率)、および、反応生成物に占める炭素数が2の炭化水素の体積割合(C2化合物選択性)を得た。なお、ガス分析には、Rt-Msieve 5A カラム(0.25mm×10m、キャリアガス:アルゴン、Restek社製)、および、Rt-U-BOND カラム(0.25mm×8m、キャリアガス:ヘリウム、Restek社製)を用いた。
400℃での測定後、5分間で触媒温度を450℃に昇温し、上記温度保持およびガス成分分析を同様に行い、C2化合物収率およびC2化合物選択性を得た。上記昇温およびガス成分分析を、50℃毎に850℃まで実施した。
After the pretreatment, nitrogen gas was supplied at 20 mL/min for purging, and then a mixed gas of methane, oxygen and nitrogen was supplied to the reaction tube at 21 mL/min. The mixed gas was mixed before being supplied to the reaction tube (CH 4 /O 2 = 2.0). A condensing water trap and a gas chromatograph (Micro GC FUSION, manufactured by INFICON) were connected to the gas outlet side of the reaction tube.
While the mixed gas was continuously supplied to the reaction tube, the temperature of the catalyst was maintained at 400° C. for 17 minutes, and the gas components were analyzed with a gas chromatograph installed on the gas outlet side of the reaction tube. Gas component analysis was performed 10 minutes after the start of holding for 17 minutes. From the obtained gas component analysis results, the yield of hydrocarbons having 2 carbon atoms at 400 ° C. (C2 compound yield), and the volume ratio of hydrocarbons having 2 carbon atoms in the reaction product (C2 compounds selectivity) was obtained. For gas analysis, Rt-Msieve 5A column (0.25 mm × 10 m, carrier gas: argon, manufactured by Restek) and Rt-U-BOND column (0.25 mm × 8 m, carrier gas: helium, Restek company) was used.
After the measurement at 400° C., the catalyst temperature was raised to 450° C. in 5 minutes, and the temperature maintenance and gas component analysis were performed in the same manner as above to obtain C2 compound yield and C2 compound selectivity. The above temperature elevation and gas component analysis were performed up to 850°C every 50°C.

また、上記反応管に供給する混合ガスにおいて、各成分の流量を、それぞれ、メタンの流量を14mL/分、酸素の流量を4mL/分、窒素の流量を3mL/分とした場合(CH/O=3.5)、メタンの流量を15mL/分、酸素の流量を3mL/分、窒素の流量を3mL/分とした場合(CH/O=5.0)においても、一部の実施例について、同様の評価を実施した。 Further, in the mixed gas supplied to the reaction tube, when the flow rate of each component is 14 mL/min for methane, 4 mL/min for oxygen, and 3 mL/min for nitrogen (CH 4 / O 2 =3.5), when the methane flow rate is 15 mL/min, the oxygen flow rate is 3 mL/min, and the nitrogen flow rate is 3 mL/min (CH 4 /O 2 =5.0), some The same evaluation was carried out for the examples.

<結果>
各実施例および各比較例の酸化物触媒の450℃または550℃におけるC2化合物収率およびC2化合物選択性の評価結果を表1-1および表1-2に示す。
なお、各元素の「担体に対する含有量」とは、担体に対する、各元素が元素(例えば金属)として存在するときの含有量(質量%)を表す。
なお、実施例4は、上記要件1または要件1Aの第3元素を含まない態様に該当し、第3元素として記載した「La」は、Laの含有量として計算される。
<Results>
Tables 1-1 and 1-2 show the evaluation results of C2 compound yield and C2 compound selectivity at 450° C. or 550° C. for the oxide catalysts of each example and each comparative example.
The “content of each element relative to the carrier” means the content (% by mass) of each element present as an element (for example, metal) relative to the carrier.
It should be noted that Example 4 corresponds to the aspect of Requirement 1 or Requirement 1A that does not contain the third element, and "La" described as the third element is calculated as the content of La.

Figure 2023079580000001
Figure 2023079580000001

Figure 2023079580000002
Figure 2023079580000002

表1-1および表1-2の結果から、実施例と比較例とを対比すると、本発明の酸化物触媒は、450℃におけるC2化合物収率およびC2化合物選択性が優れ、OCM反応をより低温で進行できることが確認された。
実施例1~9、11、20、25~29および31と、他の実施例との比較から、第1元素と第2元素と第3元素との組み合わせYとEuとHfとの組み合わせ、YとCaとHfとの組み合わせ、YとCaとEuとの組み合わせ、YとCaとBaとの組み合わせ、NdとMgとHfとの組み合わせ、EuとCaとHfとの組み合わせ、YとCaとNdとの組み合わせ、NdとSrとHfとの組み合わせ、EuとMgとHfとの組み合わせ、GaとEuとZnとの組み合わせ、MgとSrとYbとの組み合わせ、GaとSrとYbとの組み合わせ、GaとYbとWとの組み合わせ、GaとCaとYbとの組み合わせ、もしくは、GaとYbとSiとの組み合わせであるか、または、第1元素と第2元素との組み合わせが、YとCaとの組み合わせである場合、450℃におけるC2化合物収率およびC2化合物選択性の少なくとも一方がより優れることが確認された。
実施例2、11、20、28および30と他の実施例との比較から、YとCaとHfとの組み合わせ、EuとMgとHfとの組み合わせ、GaとZnとEuとの組み合わせ、GaとYbとWとの組み合わせ、または、GaとYbとSiとの組み合わせである場合、メタン/酸素流量比が大きい場合でも、450℃におけるC2化合物収率がより優れることが確認された。
From the results in Tables 1-1 and 1-2, when comparing Examples and Comparative Examples, the oxide catalyst of the present invention is excellent in C2 compound yield and C2 compound selectivity at 450 ° C., and the OCM reaction is better. It was confirmed that it can proceed at low temperature.
From comparison with Examples 1 to 9, 11, 20, 25 to 29 and 31 and other Examples, the combination Y of the first element, the second element and the third element and the combination of Eu and Hf, Y and Ca and Hf, a combination of Y, Ca and Eu, a combination of Y, Ca and Ba, a combination of Nd, Mg and Hf, a combination of Eu, Ca and Hf, Y and Ca and Nd and a combination of Nd, Sr, and Hf; a combination of Eu, Mg, and Hf; a combination of Ga, Eu, and Zn; a combination of Mg, Sr, and Yb; a combination of Ga, Sr, and Yb; The combination of Yb and W, the combination of Ga, Ca and Yb, or the combination of Ga, Yb and Si, or the combination of the first element and the second element is the combination of Y and Ca , it was confirmed that at least one of the C2 compound yield and the C2 compound selectivity at 450° C. is superior.
From the comparison of Examples 2, 11, 20, 28 and 30 with other examples, the combination of Y, Ca and Hf, the combination of Eu, Mg and Hf, the combination of Ga, Zn and Eu, the combination of Ga and It was confirmed that when the combination of Yb and W or the combination of Ga, Yb and Si was used, the C2 compound yield at 450° C. was superior even when the methane/oxygen flow ratio was large.

Claims (6)

酸化物触媒であって、
含有元素として、少なくともランタンを含み、
以下の要件のいずれかを満たす、酸化物触媒。
要件1:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素として第2族元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてカルシウム、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、もしくは、ハフニウムを含むか、または、前記第3元素を含まない。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件2:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてランタンを除くランタノイド元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてシリコン、ガリウム、イットリウム、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、ハフニウム、または、タングステンを含む。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件3:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素および第3元素として第4族元素から選択される2種の元素を含む。
要件4:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素として亜鉛を含み、第3元素としてガリウム、イットリウム、ジルコニウム、パラジウム、ユーロピウム、または、ハフニウムを含む。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件5:前記酸化物触媒が、第1元素としてランタンを除くランタノイド元素から選択される1種の元素を含み、第2元素として第2族元素から選択される1種の元素を含み、第3元素としてマグネシウム、ストロンチウム、または、ハフニウムを含む。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
an oxide catalyst,
containing at least lanthanum as a contained element,
An oxide catalyst that meets any of the following requirements:
Requirement 1: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, contains one element selected from Group 2 elements as the second element, and contains calcium, nickel, gallium, yttrium, as the third element, It contains barium, neodymium, europium, ytterbium, or hafnium, or does not contain the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
Requirement 2: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, contains one element selected from lanthanide elements other than lanthanum as the second element, and contains silicon, gallium, yttrium, and cerium as the third element. , europium, terbium, ytterbium, hafnium, or tungsten. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
Requirement 3: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, and two elements selected from Group 4 elements as the second and third elements.
Requirement 4: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, zinc as the second element, and gallium, yttrium, zirconium, palladium, europium, or hafnium as the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
Requirement 5: The oxide catalyst contains one element selected from lanthanoid elements other than lanthanum as a first element, one element selected from Group 2 elements as a second element, and a third Contains magnesium, strontium, or hafnium as elements. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
前記要件1~5が、それぞれ下記要件1A~5Aである、請求項1に記載の酸化物触媒。
要件1A:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてカルシウム、ストロンチウム、または、バリウムを含み、第3元素としてカルシウム、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、もしくは、ハフニウムを含むか、または、前記第3元素を含まない。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件2A:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてセリウム、ユーロピウム、テルビウム、または、イッテルビウムを含み、第3元素としてシリコン、ガリウム、イットリウム、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、ハフニウム、または、タングステンを含む。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件3A:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素としてジルコニウム、第3元素としてハフニウムを含む。
要件4A:前記酸化物触媒が、第1元素としてガリウムまたはイットリウムを含み、第2元素として亜鉛を含み、第3元素としてガリウム、イットリウム、ジルコニウム、パラジウム、ユーロピウム、または、ハフニウムを含む。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
要件5A:前記酸化物触媒が、第1元素としてネオジム、ユーロピウム、または、イッテルビウムを含み、第2元素としてマグネシウム、カルシウム、または、ストロンチウムを含み、第3元素としてマグネシウム、ストロンチウム、または、ハフニウムを含む。ただし、前記第1元素、前記第2元素および前記第3元素はそれぞれ異なる元素である。
The oxide catalyst according to claim 1, wherein the requirements 1 to 5 are the following requirements 1A to 5A, respectively.
Requirement 1A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, calcium, strontium, or barium as the second element, and calcium, nickel, gallium, yttrium, barium, neodymium, and europium as the third element. , ytterbium, or hafnium, or does not contain the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
Requirement 2A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, cerium, europium, terbium, or ytterbium as the second element, and silicon, gallium, yttrium, cerium, europium, and terbium as the third element. , ytterbium, hafnium, or tungsten. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
Requirement 3A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, zirconium as the second element, and hafnium as the third element.
Requirement 4A: The oxide catalyst contains gallium or yttrium as the first element, zinc as the second element, and gallium, yttrium, zirconium, palladium, europium, or hafnium as the third element. However, the first element, the second element and the third element are different elements.
Requirement 5A: The oxide catalyst contains neodymium, europium, or ytterbium as the first element, magnesium, calcium, or strontium as the second element, and magnesium, strontium, or hafnium as the third element. . However, the first element, the second element and the third element are different elements.
前記酸化物触媒が、イットリウムとユーロピウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとユーロピウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとバリウムとを含むか、ネオジムとマグネシウムとハフニウムとを含むか、ユーロピウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとネオジムとを含むか、ネオジムとストロンチウムとハフニウムとを含むか、ユーロピウムとマグネシウムとハフニウムとを含むか、ガリウムとユーロピウムと亜鉛とを含むか、マグネシウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとイッテルビウムとタングステンとを含むか、ガリウムとカルシウムとイッテルビウムとを含むか、もしくは、ガリウムとイッテルビウムとシリコンとを含むか、または、
前記酸化物触媒が、イットリウムとカルシウムとを含み、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、および、ハフニウムのいずれも含まない、請求項1または2に記載の酸化物触媒。
The oxide catalyst comprises yttrium, europium and hafnium, yttrium, calcium and hafnium, yttrium, calcium and europium, yttrium, calcium and barium, or neodymium and magnesium. contains hafnium; contains europium, calcium, and hafnium; contains yttrium, calcium, and neodymium; contains neodymium, strontium, and hafnium; contains europium, magnesium, and hafnium; zinc, magnesium, strontium, and ytterbium; gallium, strontium, and ytterbium; gallium, ytterbium, and tungsten; gallium, calcium, and ytterbium; containing ytterbium and silicon, or
3. The oxide catalyst according to claim 1 or 2, wherein the oxide catalyst contains yttrium and calcium and does not contain any of nickel, gallium, yttrium, barium, neodymium, europium, ytterbium and hafnium.
前記酸化物触媒が、イットリウムとユーロピウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとユーロピウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとバリウムとを含むか、ユーロピウムとカルシウムとハフニウムとを含むか、イットリウムとカルシウムとネオジムとを含むか、ユーロピウムとマグネシウムとハフニウムとを含むか、マグネシウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとストロンチウムとイッテルビウムとを含むか、ガリウムとユーロピウムと亜鉛とを含むか、ガリウムとイッテルビウムとタングステンとを含むか、ガリウムとカルシウムとイッテルビウムとを含むか、もしくは、ガリウムとイッテルビウムとシリコンとを含むか、または、
前記酸化物触媒が、イットリウムとカルシウムとを含み、ニッケル、ガリウム、イットリウム、バリウム、ネオジム、ユーロピウム、イッテルビウム、および、ハフニウムのいずれも含まない、請求項1~3のいずれか1項に記載の酸化物触媒。
The oxide catalyst comprises yttrium, europium and hafnium, yttrium, calcium and hafnium, yttrium, calcium and europium, yttrium, calcium and barium, or europium and calcium. contains hafnium; contains yttrium, calcium, and neodymium; contains europium, magnesium, and hafnium; contains magnesium, strontium, and ytterbium; contains gallium, strontium, and ytterbium; gallium, ytterbium, and tungsten; gallium, calcium, and ytterbium; or gallium, ytterbium, and silicon; or
Oxidation according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxide catalyst contains yttrium and calcium and does not contain any of nickel, gallium, yttrium, barium, neodymium, europium, ytterbium and hafnium. material catalyst.
請求項1~4のいずれか1項に記載の酸化物触媒を用いて、メタンの酸化的カップリングを行い、炭素数が2の炭化水素を生成する工程を含む、炭化水素の製造方法。 A method for producing hydrocarbons, comprising the step of oxidatively coupling methane using the oxide catalyst according to any one of claims 1 to 4 to produce hydrocarbons having 2 carbon atoms. 前記工程の温度が、650℃以下である、請求項5に記載の炭化水素の製造方法。 6. The method for producing hydrocarbons according to claim 5, wherein the temperature in said step is 650[deg.] C. or less.
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