JP4734671B2 - エチレン製造用触媒 - Google Patents
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Description
従来、エタノールの脱水反応によりエチレンを製造する方法としては、アルミナ(酸化アルミニウム)などを主成分とする触媒上で、350〜450℃でエタノールを脱水させる方法が知られている(特許文献1)。
また、本発明者等は、既に、水素型モルデナイト、水素型ZSM5ゼオライト及び水素型ベータゼオライトから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とするエチレン製造用触媒を開発した(特許文献2)。
しかしながら、その後の本発明者等の検討によれば、エタノールの脱水反応は、吸熱反応であるので、より低い反応温度で反応を進行させるためには、更なる高性能触媒の開発が必要であることが判明した。
第二に、前処理温度が100〜300℃の範囲であることを特徴とする第一に記載のエチレン製造用触媒が提供される。
第三に、エタノールを上記第一又は第二に記載の触媒の存在下で脱水させることを特徴とするエチレンの製造方法が提供される。
第四に、反応を150〜250℃の範囲の温度で行うことを特徴とする上記第三に記載のエチレンの製造方法が提供される。
圧力は、加圧、常圧、減圧のいずれでも良い。また、前処理時間は、前処理条件により、適当な時間を定める必要がある。
この前加熱処理を行うことにより、水素型ZSM5ゼオライトの触媒活性は2倍以上に向上する。この理由については、明瞭ではないが、水素型ZSM5ゼオライトの細孔中に、適量の重合物の生成により、新たな酸点が生成するためであると推察している。このような前処理による触媒活性の向上は、ZSM5ゼオライトに特有の現象であり、モルデナイト、ベータゼオライト、Y型ゼオライトでは認められなかった。
また、本発明に係る触媒は、一定時間使用後に活性が低下した場合には、空気中で再度焼成し、エチレンで前処理することによりその性能を回復させることができる。また、反応原料であるエタノールには、水が含まれていても良い。
触媒学会より提供されたSi/Al比45の水素型ZSM5ゼオライト(JRC−Z5−90H(1))0.4gを反応管に充填し、200℃において、エチレンとヘリウムの混合ガス(エチレン濃度3%)を30ml/分の流速で触媒層に通して、4時間前処理を行った。前処理後、反応温度において、ヘリウム気流中でエタノールを触媒層に通して、圧力0.1MPa、エタノール流量0.34g/時、ヘリウム流量4,950ml/時、反応温度200℃の条件下に、反応を行った。反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率72%であった(表1参照)。
実施例1で使用したものと同じ水素型ZSM5ゼオライト0.4gを反応管に充填し、250℃において、エチレンとヘリウムの混合ガス(エチレン濃度3%)を30ml/分の流速で触媒層に通して、4時間前処理を行った。前処理後、実施例1と同じ反応条件下にエタノールの脱水反応を行い、反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率92%であった(表1参照)。
実施例1で使用したものと同じ水素型ZSM5ゼオライト0.4gを反応管に充填し、150℃において、エチレンとヘリウムの混合ガス(エチレン濃度3%)を30ml/分の流速で触媒層に通して、8時間前処理を行った。前処理後、実施例1と同じ反応条件下にエタノールの脱水反応を行い、反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率75%であった(表1参照)。
実施例1で使用したものと同じ水素型ZSM5ゼオライト0.4gを反応管に充填し、100℃において、エチレンとヘリウムの混合ガス(エチレン濃度3%)を30ml/分の流速で触媒層に通して、24時間前処理を行った。前処理後、実施例1と同じ反応条件下にエタノールの脱水反応を行い、反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率83%であった(表1参照)。
東ソー(株)より提供されたSi/Al比95の水素型ZSM5ゼオライト(HSZ−870NHA)0.8gを反応管に充填し、200℃において、エチレンとヘリウムの混合ガス(エチレン濃度3%)を30ml/分の流速で触媒層に通して、6時間前処理を行った。前処理後、実施例1と同じ反応条件下にエタノールの脱水反応を行い、反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率82%であった(表1参照)。
実施例1で使用したものと同じ水素型ZSM5ゼオライト0.4gを反応管に充填し、前処理を行わず、実施例1と同じ反応条件下にエタノールの脱水反応を行い、反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率19%であった(表1参照)。
実施例5で使用したものと同じ水素型ZSM5ゼオライト0.8gを反応管に充填し、前処理を行わず、実施例1と同じ反応条件下にエタノールの脱水反応を行い、反応生成物をガスクロマトグラフで分析した。その結果、反応経過時間2時間後において、エチレン収率4%であった(表1参照)。
Claims (3)
- エタノールの脱水反応によりエチレンを製造する方法に用いられる触媒であって、その必須成分が、100〜300℃の範囲の温度においてエチレンにより前処理を受けた水素型ZSM5ゼオライトであることを特徴とするエチレン製造用触媒。
- エタノールを請求項1に記載の触媒の存在下で脱水させることを特徴とするエチレンの製造方法。
- 反応を150〜250℃の範囲で行うことを特徴とする請求項2に記載のエチレンの製造方法。
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