JP5221149B2 - プロピレン及び芳香族炭化水素の製造方法並びにその製造装置 - Google Patents
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Description
〔1〕 (1)少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を、プロピレン製造反応器内で、下記(i)〜(iv)を満足する第一のゼオライトを含有する成型体触媒Aと接触させて、該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンの接触転化反応を行うことにより、プロピレンを含有する反応混合物を得、該反応混合物を水素及び炭素数1〜3の炭化水素を主に含む留分Cと、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分Dとに分離し、該留分Cからプロピレンを分離するプロピレンの製造工程と;
(i)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(ii)実質的にプロトンを含まない
(iii)周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
(iv)SiO2/Al2O3モル比が800以上2,000以下である
(2)該留分Dの一部又は全部を、原料の一部又は全部として、芳香族炭化水素製造反応器内で、下記の条件(v)〜(vii)を満たす第二のゼオライトを含有する成型体触媒Bと気相650℃以下の温度で接触させる芳香族炭化水素の製造工程と;
(v)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(vi)一次粒子径が、0.02〜0.25μmの範囲である
(vii)周期律表第IB族に属する金属元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する
を含むことを特徴とするプロピレン及び芳香族炭化水素の製造方法、
〔2〕 該プロピレン製造工程で用いる該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料が、少なくとも1種の炭素数3〜12のジオレフィン化合物類を2.5質量%以下含有することを特徴とする、前項〔1〕に記載の製造方法、
〔3〕 該第一のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、前項〔1〕又は〔2〕に記載の製造方法、
〔4〕 該第一のゼオライトが、MFI型ゼオライトであること特徴とする、前項〔1〕ないし〔3〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔5〕 該プロピレン製造工程で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を炭化水素分圧[MPa]で除した値が13以下となることを特徴とする前項〔1〕ないし〔4〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔6〕 該プロピレン製造工程が、該留分Dの10〜95質量%を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔5〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔7〕 該留分Cを、水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分C1と、炭素数3の炭化水素を主に含む留分C2とに分離し、該留分C1の少なくとも一部を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔6〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔8〕該プロピレン製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔7〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔9〕 該プロピレン製造工程の反応温度が500〜580℃、該炭化水素原料の分圧が、0.05〜0.3MPa、該成型体触媒Aの重量に対する該炭化水素原料の重量時間空間速度が2〜20hr−1であることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔8〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔10〕 該成型体触媒Bが,周期律表第IB族、IIB族、IIIB族、VIII族に属する金属及びそれらの化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含有することを特徴とする前項〔1〕ないし〔9〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔11〕 該第二のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、前項〔1〕ないし〔10〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔12〕 該第二のゼオライトが、MFI型ゼオライトであることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔11〕のうち何れか一項に記載の製造方法。
〔13〕 該芳香族炭化水素製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔12〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔14〕 該留分Cを、水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分C1と、炭素数3の炭化水素を主に含む留分C2とに分離し、該留分C1の少なくとも一部を該芳香族炭化水素製造工程の炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、前項〔1〕ないし〔13〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
を提供する。
炭化水素原料からプロピレン及び芳香族炭化水素を製造するための製造方法であって、
(1)炭化水素原料から接触転化によってプロピレンを製造する工程であって、少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を、プロピレン製造反応器内で、下記の条件(i)〜(iv)を満たす第一のゼオライトを含有する成型体触媒Aと接触させて、
(i)該第一のゼオライトが、5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(ii)該第一のゼオライトが実質的にプロトンを含まない
(iii)該第一のゼオライトが周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
(iv)該第一のゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が600以上2,000以下である
該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンの接触転化反応を行うことにより、プロピレンを含有する反応混合物を得、該反応混合物を水素及び炭素数1〜3の炭化水素を主に含む留分Cと、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分Dとに分離し、該留分Cからプロピレンを分離し、下記の条件(v)及び(vi)を満足するプロピレンの製造工程と;
(v)該プロピレン製造反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を炭化水素分圧[MPa]で除した値が13以下である
(vi)該留分Dの10〜95質量%を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料として用いる
(2)炭化水素原料から接触環化によって芳香族炭化水素を製造する工程であって、該留分Dの一部を、該炭化水素原料の一部又は全部として、芳香族炭化水素製造反応器内で、下記の条件(vii)〜(ix)を満たす第二のゼオライトを含有するゼオライト含有成型体触媒Bと気相650℃以下の温度で接触させ、
(vii)該第二のゼオライトが、5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(viii)該第二のゼオライトの一次粒子径が、0.02〜0.25μmの範囲である
(ix)該第二のゼオライトが周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
さらに、該ゼオライト含有成型体触媒Bが周期律表第IB族、IIB族、IIIB族,VIII族に属する元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する芳香族炭化水素の製造工程と;
を含むことを特徴とする製造方法を提供する。
〔15〕 (1)少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を、プロピレン製造反応器内で、下記(i)〜(iv)を満足する第一のゼオライトを含有する成型体触媒Aと接触させて、該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンの接触転化反応を行うことにより、プロピレンを含有する反応混合物を得、該反応混合物を水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分Eと、少なくとも1種の炭素数3以上の炭化水素を主に含む留分Fとに分離し、該留分Fを炭素数3の炭化水素を主に含む留分F1と、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分F2とに分離し、該留分F1からプロピレンを分離するプロピレンの製造工程と;
(i)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(ii)実質的にプロトンを含まない
(iii)周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
(iv)SiO2/Al2O3モル比が800以上2,000以下である
(2)該留分F2の一部又は全部を、原料の一部又は全部として、芳香族炭化水素製造反応器内で、下記の条件(v)〜(vii)を満たす第二のゼオライトを含有する成型体触媒Bと気相650℃以下の温度で接触させる芳香族炭化水素の製造工程と;
(v)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(vi)一次粒子径が、0.02〜0.25μmの範囲である
(vii)周期律表第IB族に属する金属元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する
を含むことを特徴とするプロピレン及び芳香族炭化水素の製造方法、
〔16〕 該プロピレン製造工程で用いる該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料が、少なくとも1種の炭素数3〜12のジオレフィン化合物類を2.5質量%以下含有することを特徴とする、前項〔15〕に記載の製造方法、
〔17〕 該第一のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、前項〔15〕又は〔16〕に記載の製造方法、
〔18〕 該第一のゼオライトが、MFI型ゼオライトであること特徴とする、前項〔15〕ないし〔19〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔19〕 該プロピレン製造工程で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を炭化水素分圧[MPa]で除した値が13以下となることを特徴とする請求項〔15〕ないし〔18〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔20〕 該プロピレン製造工程が、該留分F2の10〜95質量%を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔19〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔21〕 該留分Eの少なくとも一部を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔20〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔22〕 該プロピレン製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔21〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔23〕 該プロピレン製造工程の反応温度が500〜580℃、該炭化水素原料の分圧が、0.05〜0.3MPa、該成型体触媒Aの重量に対する該炭化水素原料の重量時間空間速度が2〜20hr−1であることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔22〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔24〕 該成型体触媒Bが周期律表第IB族、IIB族、IIIB族、VIII族に属する金属及びそれらの化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含有することを特徴とする前項〔15〕ないし〔23〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔25〕 該第二のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、前項〔15〕ないし〔24〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔26〕 該第二のゼオライトが、MFI型ゼオライトであることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔25〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔27〕 該芳香族炭化水素製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔26〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
〔28〕 該留分Eの少なくとも一部を該芳香族炭化水素製造工程の炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、前項〔15〕ないし〔27〕のうち何れか一項に記載の製造方法、
を提供する。
炭化水素原料からプロピレン及び芳香族炭化水素を製造するための製造方法であって、
(1)炭化水素原料から接触転化によってプロピレンを製造する工程であって、少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を、プロピレン製造反応器内で、下記の条件(i)〜(iv)を満たす第一のゼオライトを含有する成型体触媒Aと接触させて、
(i)該第一のゼオライトが、5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(ii)該第一のゼオライトが実質的にプロトンを含まない
(iii)該第一のゼオライトが周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
(iv)該第一のゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が600以上2,000以下である
該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンの接触転化反応を行うことにより、プロピレンを含有する反応混合物を得、該反応混合物を水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分Eと、少なくとも1種の炭素数3以上の炭化水素を主に含む留分Fとに分離し、該留分Fを炭素数3の炭化水素を主に含む留分F1と、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分F2とに分離し、該留分F1からプロピレンを分離し、下記(v)及び(vi)の条件を満足するプロピレンの製造工程と;
(v)該プロピレン製造反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を炭化水素分圧[MPa]で除した値が13以下である
(vi)該留分F2の10〜95質量%を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料として用いる
(2)炭化水素原料から接触環化によって芳香族炭化水素を製造する工程であって、該留分F2の一部を、該炭化水素原料の一部又は全部として、芳香族炭化水素製造反応器内で、下記の条件(vii)〜(ix)を満たす第二のゼオライトを含有するゼオライト含有成型体触媒Bと気相650℃以下の温度で接触させ、
(vii)該第二のゼオライトが、5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(viii)該第二のゼオライトの一次粒子径が、0.02〜0.25μmの範囲である
(ix)該第二のゼオライトが周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
さらに、該ゼオライト含有成型体触媒Bが周期律表第IB族、IIB族、IIIB族、VIII族に属する元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する芳香族炭化水素の製造工程と;
を含むことを特徴とする製造方法を提供する。
〔29〕 炭化水素原料からプロピレン及び芳香族炭化水素を製造するための製造装置であって、
(a)該炭化水素原料が収容され、プロピレンを含有する反応混合物を製造する第一の反応器と、
(b)該反応混合物が収容され、該第一の反応器と接続された分離器と、
(c)該分離器と接続され、芳香族炭化水素を製造する第二の反応器と、
を備えることを特徴とする製造装置、
〔30〕 該分離器が、該分離器から得られる分離物の一部を、該第一の反応器及び第二の反応器に直接導くための配管を備えることを特徴とする、前項〔29〕に記載の製造装置、
〔31〕 該分離器で得られる留分の一部がリサイクルされて該第一の反応器に収容されることを特徴とする、前項〔29〕又は〔30〕に記載の製造装置、
〔32〕 該第一の反応器及び該第二の反応器に収容される該分離器で得られる留分が、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分であることを特徴とする、前項〔29〕ないし〔31〕のうち何れか一項に記載の製造装置、
〔33〕 該分離器で得られる水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分の一部が該第一の反応器及び該第二の反応器に収容されることを特徴とする、前項〔29〕ないし〔32〕のうち何れか一項に記載の製造装置、
〔34〕 該分離器が、蒸留塔又はフラッシュドラムであることを特徴とする、前項〔29〕ないし〔33〕のうち何れか一項に記載の製造装置、
を提供する。
プロピレン製造工程においては、少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を用いる。
プロピレン製造工程において「炭化水素原料」とは、炭素数1〜12の炭化水素、例えば、炭素数1〜12のノルマルパラフィン、イソパラフィン、オレフィン、シクロパラフィン(ナフテン)、側鎖アルキル基を有するシクロパラフィンよりなる群から選ばれる、少なくとも1種を主に含む原料を表わす。なお、本発明に係る製造方法における「オレフィン」という用語は、直鎖状、分岐状及び環状オレフィンに加え、シクロパラフィンをも含む用語として用いる。オレフィンの含有量が50質量%未満では、プロピレンの収量が不充分になってしまう。また、上記の炭化水素原料は、ターシャリーブタノール、メチルターシャリーブチルエーテル、メタノール等の含酸素化合物を不純物として少量含んでいてもよい。
(1)ナフサなどの石油系炭化水素を熱分解して得られる生成物から分離されるC4留分及びC5留分、並びに該C4留分及びC5留分中のジオレフィンをオレフィンに部分水素化した留分;
(2)上記C4留分からブタジエン及びイソブテンの一部若しくは全部を分離除去した留分;
(3)上記C5留分からイソプレン及びシクロペンタジエンの一部若しくは全部を分離除去した留分;
(4)減圧軽油などの石油系炭化水素を流動接触分解(FCC)して得られる生成物から分離されるC4留分及びガソリン留分;
(5)コーカーから分離されるC4留分及びガソリン留分;
(6)一酸化炭素と水素からフィッシャー・トロプシュ反応(FT合成)によって合成される炭化水素から分離されるC4留分及び/又はガソリン留分。
また、これらは、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
オレフィン転化率(%)={(反応器入口における炭化水素原料中の炭素数4以上のオレフィン濃度−反応器出口における炭化水素成分中のブテン濃度)/反応器入口における炭化水素原料中の炭素数4以上のオレフィン濃度}×100
好ましいオレフィン転化率は40〜75質量%である。
芳香族炭化水素製造工程におけるゼオライト含有成型体触媒Bに含まれるゼオライトとしては、5〜6.5Åの細孔径を有する。いわゆる「中間細孔径ゼオライト」が用いられる。中間細孔径ゼオライトの例は、プロピレン製造工程で詳述した通りである。その中でもより好ましいゼオライト種は、IUPAC勧告に従った骨格構造タイプでMFI構造と表されるゼオライトであって、ZSM−5が特に好ましい。
(1)ナフサなどの石油系炭化水素を熱分解して得られる生成物から分離されるC4留分及びC5留分、及び該C4留分及びC5留分中のジオレフィンをオレフィンに部分水素化した留分;
(2)上記C4留分からブタジエン及びイソブテンの一部若しくは全部を分離除去した留分;
(3)上記C5留分からイソプレン及びシクロペンタジエンの一部若しくは全部を分離除去した留分;
(4)減圧軽油などの石油系炭化水素を流動接触分解(FCC)して得られる生成物から分離されるC4留分及び/又はガソリン留分;
(5)コーカーから分離されるC4留分及び/又はガソリン留分;及び
(6)一酸化炭素と水素からフィッシャー・トロプシュ反応(FT合成)によって合成される炭化水素から分離されるC4留分及び/又はガソリン留分。
以下、実施例及び比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において行われた測定は以下の通りである。
乳鉢でらいかいし、空気中400〜600℃の温度で焼成したゼオライト含有成型体触媒2.5gを、3.4モル/リットルのNaCl水溶液25ml中で氷冷下10分間イオン交換を行った。得られる混合物を濾過した後、50mlの純水で成型体触媒を洗浄し、洗浄に用いた水を含む濾液を全量回収した。この濾液(洗浄に用いた水を含む)を0.1NのNaOH水溶液により中和滴定し、中和点からプロトン量を求め、これをゼオライト含有成型体触媒中のゼオライト含有量から、ゼオライト重量基準として換算した。
ゼオライト0.2gを5NのNaOH水溶液50gに加える。これをテフロン(登録商標)製内管付きのステンレス製マイクロボンベに移し、マイクロボンベを密閉した。オイルバス中で15〜70時間保持することにより、ゼオライトを完全に溶解せしめた。得られたゼオライトの溶液をイオン交換水で希釈し、希釈液中の珪素、アルミニウム濃度をプラズマ発光分光分析計(ICP装置)にて測定し、その結果からゼオライトのSiO2/Al2O3モル比を計算した。
ICP装置及び、測定条件
装置:JOBIN YVON(JY138 ULTRACE)理学電気社製
測定条件:珪素測定波長 251.60nm
アルミニウム測定波長 396.152nm
プラズマパワー 1.0kw
ネブライザーガス 0.28L/min
シースガス 0.3〜0.8L/min
クーラントガス 13L/min
ゼオライト粉末試料をカーボン粘着テープにて試料台(アルミ製)に保持し、導電性を保つため、イオンスパッター(日立E−1030型)を用いてPt蒸着を施した。
SEM測定は、日立FE−SEM(S−800)を用いて、加速電圧(HV);20KVにて、倍率500倍、15,000倍、100,000倍にて撮影した。
本発明に用いるゼオライトは、微粒な一次粒子が凝集して二次粒子を形成していることが多いが、100,000倍走査型電子顕微鏡撮影像で亀裂を含まないひと塊として一次粒子であると判別できる20個以上の一次粒子の定方向径を測定し、その平均値を一次粒子径とした。なお、100,000倍走査型電子顕微鏡撮影像では評価できない程、一次粒子径が大きいものについては、比較のため、適宜、倍率の異なる走査型電子顕微鏡撮影像を選択して同様に一次粒子径を求めた。
装置:島津製作所社製GC−17A
カラム:米国SUPELCO社製カスタムキャピラリーカラム SPB−1(内径 0.25mm、長さ 60m、フィルム厚 3.0μm)
サンプルガス量:1ml(サンプリングラインは200〜300℃に保温し、液化を防止)
昇温プログラム:40℃で12分間保持し、次いで5℃/分で200℃まで昇温した後、200℃で22分間保持した。
スプリット比:200:1
キャリアーガス(窒素)流量:120ml/分
FID検出器:エアー供給圧 50kPa(約500ml/分)、水素供給圧 60kPa(約50ml/分)
測定方法:熱伝導度検出器(TCD)と水素炎イオン化検出器(FID)を直列に連結して、水素及び炭素数1及び2の炭化水素をTCD検出器で検出し、炭素数3以上の炭化水素をFID検出器で検出した。分析開始10分後に、検出の出力をTCDからFIDに切り替えた。
触媒活性の指標である反応速度定数Kは、以下の式によって求めた。
反応速度定数K=WHSV×ln[1/(1−X)]
[式中、Xはブテン基準のオレフィン転化率{(原料中の炭素数4〜8のオレフィン濃度−生成物中のブテン濃度)/原料中の炭素数4〜8のオレフィン濃度}]
SiO2/Al2O3モル比が1200のNa型ZSM−5の押出し成型品(SiO2バインダー30質量%含有、1.6mmφ、日揮ユニバーサル(株)より購入)を、0.02N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、60℃、1時間のイオン交換処理を2回繰り返した。次いで濾過、水洗、乾燥して触媒A−1を調製した。蛍光X線分析で測定される触媒A−1のAg量は0.22質量%であった。
触媒A−1を内径27mmφのハステロイC製反応器に充填し、温度650℃、スチーム流量214g/hr、窒素流量400NL/hr、圧力0.1MPaGの条件で5時間スチーミングを行った。スチーミング処理後の触媒A−1のプロトン量を液相イオン交換/濾液滴定法により求めたところ、0.002mmol/gであった。スチーミング処理後の触媒A−1 60gを、内径27mmφのハステロイC製反応器に充填した。
表1に示すC4ラフィネート−2(ナフサをスチームクラッキングして得られるC4留分から、ブタジエン及びイソブテンを抽出除去して得られる炭化水素)を原料とし、C4ラフィネート−2の供給量360.0g/hr(WHSV=6hr−1)、スチーム供給量108g/hrで触媒A−1を充填した反応器に供給し、反応温度550℃、反応圧力0.1MPaGの条件でプロピレン製造反応を行い、得られる反応生成物を蒸留塔に供給し、H2〜C3留分とC4+留分に分離した。このプロピレン製造反応を2日間継続した。
製品収率(質量%)を表1に示す。反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量(質量%)を炭化水素分圧(MPa)で除した値は9.9であった。
走査型電子顕微鏡にて100,000倍で撮影してゼオライトの一次粒子径を測定したところ、0.06μmであった。H型ZSM−5(SiO2/Al2O3モル比=92)を72質量部、硝酸亜鉛6水和物(亜鉛金属として10質量部)及びアルミナゾル(Al2O3として18質量部)を混練後、押出成型を実施し、直径1.6mm、長さ4〜6mmに成型した。次いで、120℃、4時間乾燥後、500℃、3時間焼成し、亜鉛担持ゼオライト含有成型体触媒を得た。この触媒を1N硝酸ナトリウム水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、1時間のイオン交換処理を3回繰り返した。次いで濾過、水洗、乾燥を行った。これを、0.1N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、2時間イオン交換処理した。次いで、濾過、水洗、乾燥して触媒B−1を調製した。
蛍光X線分析で測定される触媒B−1のAg量は1.8質量%であった。
触媒B−1を内径27mmφのハステロイC製反応器に充填し、温度650℃、スチーム流量214g/hr、窒素流量400NL/hr、圧力0.1MPaGの条件で3時間スチーミングを行った。スチーミング処理後の触媒B−1 35gを、内径27mmφのハステロイC製反応器に充填した。
この反応器を使用し、先のプロピレン製造反応で得られたC4+留分の供給量98g/hr、反応温度515℃、圧力0.5MPaの条件で芳香族炭化水素製造反応を2日間継続した。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始8時間後で47.4質量%、48時間後で46.7質量%であった。
C4ラフィネート−2に対する収率を換算すると、プロピレン26.8質量%、炭素数6〜9の芳香族炭化水素30.6質量%となった。
なお、芳香族炭化水素製造反応に用いる原料、先のプロピレン製造反応で得られたC4+留分は、C4ラフィネート−2よりもジエン化合物類が少ないことが表1から判る。ジエン化合物類は、重合性に富んでおり、機器の汚れを促進するばかりか、コーキング劣化の原因となることはよく知られており、先にプロピレン製造工程を経ることで、芳香族炭化水素製造工程をより安定に運転することが可能となる。
実施例1と同様のスチーミング処理を施した触媒A−1 60gを、内径27mmφのハステロイC製反応器に充填した。
表1に示すC4ラフィネート−2を原料とし、反応温度550℃、C4ラフィネート−2の供給量220.3g/hr、リサイクルC4+留分の供給量139.7g/hr(WHSV=6hr−1)、スチーム供給量108g/hr、反応圧力0.1MPaGの条件でプロピレン製造反応を行い、得られる反応生成物を蒸留塔に供給し、H2〜C3留分とC4+留分に分離し、このC4+留分の約56%を反応器にリサイクルした。
プロピレン製造反応を2日間継続した後、以下の条件で触媒の再生処理を実施した。再生温度500〜550℃、再生圧力0.5MPaG、窒素+空気流量1008NL/hr、酸素濃度1〜5容量%、再生時間10時間。C4ラフィネート−2に対する収率(質量%)を表1に示す。反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量(質量%)を炭化水素分圧(MPa)で除した値は8.9であった。再生処理の際に反応器出口の再生ガスを定期的にサンプリングして、ガスクロマトグラフを用いて再生ガスの分析を行い、CO2、COの濃度を測定し、この値からコーク量を求めた。コーク量を反応中にフィードする原料の合計量で割って、コークの収率を求めたところ、72質量ppmであった。
原料を本実施例2で得られたC4+留分とする以外は実施例1と同条件で芳香族炭化水素製造反応を2日間継続した。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始8時間後で44.7質量%、48時間後で43.9質量%であった。
C4ラフィネート−2に対する収率を換算すると、プロピレン38.1質量%、炭素数6〜9の芳香族炭化水素22.3質量%となった。
C4ラフィネート−2の供給量 279.1g/hr、リサイクルC4+留分の供給量 80.9g/hr(WHSV=6hr−1)、C4+留分の約33%を反応器にリサイクルする以外は実施例2と同条件でプロピレン製造反応を行った。C4ラフィネート−2に対する収率(質量%)を表1に示す。なお、反応開始2時間後のC4ラフィネート−2に対するプロピレン収率は33.24質量%、反応開始48時間後で31.35質量%であった。反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を該炭化水素分圧[MPa]で除した値は4.8であった。
原料を本実施例3で得られたC4+留分とする以外は実施例1と同条件で芳香族炭化水素製造反応を行った。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始8時間後で46.3質量%、48時間後で45.5質量%となった。
上記の結果から、C4ラフィネート−2に対する収率を換算すると、プロピレン32.4質量%、炭素数6〜9の芳香族炭化水素26.5質量%となった。
実施例1〜3の結果から、同じ原料を用いても操作条件の簡便な変更によって、所望とするプロピレン、炭素数6〜9の芳香族炭化水素の生成比率の変更が可能であることが分る。
SiO2/Al2O3モル比が407であるH型ZSM−5を含有した成型体触媒(SiO2バインダー30質量%含有、1.6mmφ*5〜10mmL)を、1N硝酸ナトリウム水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、1時間のイオン交換処理を3回繰り返した。次いで、濾過、水洗、乾燥を行い、Na型ZSM−5/SiO2成型体触媒を調製した。これを、0.00145N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、2時間イオン交換処理した。次いで、濾過、水洗、乾燥して触媒A−2を調製した。
蛍光X線分析で測定される触媒A−2のAg量は0.094質量%であった。
触媒A−2を内径27.2mmφのハステロイC製反応器に充填し、温度650℃、スチーム流量218g/hr、窒素流量220NL/hrの条件で5時間スチーミングを行った。
スチーミング処理後の触媒A−2のプロトン量を液相イオン交換/濾液滴定法により求めたところ0.0016mmol/g−ゼオライトであった。
スチーミング処理後の触媒A−2を用いた他は、実施例3と同様に反応評価実験を行なった。反応開始2時間後のC4ラフィネート−2に対するプロピレン収率は27.33質量%、反応開始48時間後で22.61質量%であり、プロピレン収率差は、4.7質量%とやや大きいものであった。
原料を本比較例1で得られたC4+留分とする以外は実施例1と同条件で芳香族炭化水素製造反応を行った。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始2時間後で47.9質量%、48時間後で48.0質量%となった。
上記の結果から、C4ラフィネート−2に対する収率を換算すると、プロピレン24.8質量%、炭素数6〜9の芳香族炭化水素30.8質量%となった。
実施例3と比較例1を比較すると、プロピレンと炭素数6〜9の芳香族炭化水素の合計収率が58.9質量%(実施例3)から55.5質量%(比較例1)に低下するばかりでなく、プロピレン収率変動が大きいことが判る。
以下にプロピレン製造反応のみを行った参考例を示す。
SiO2/Al2O3モル比が1000のH型ZSM−5の押出成型品(SiO2バインダー30質量%含有、1.6mmφ、日揮ユニバーサル(株)より購入)を、1N硝酸ナトリウム水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、1時間のイオン交換処理を3回繰り返した。次いで、濾過、水洗、乾燥を行い、Na型ZSM−5/SiO2を調製した。これを、0.01N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、2時間イオン交換処理した。次いで、濾過、水洗、乾燥して触媒A−3を調製した。蛍光X線分析で測定される触媒A−3のAg量は0.15質量%であった。
触媒A−2を内径16mmφの石英ガラス製反応器に充填し、温度650℃、スチーム流量27.6g/hr、窒素流量140Ncc/minの条件で5時間スチーミングを行った。スチーミング処理後の触媒A−3のプロトン量を液相イオン交換/濾液滴定法により求めたところ0.002mmol/gであった。
スチーミング処理後の触媒A−3 10gを、内径17mmφのハステロイC製反応器に充填した。
この反応器を使用し、表2に示すC4ラフィネート−2を原料とし、C4ラフィネート−2の供給量60g/hr(重量時間空間速度(WHSV=6hr−1))、反応温度580℃、0.1MPaGの条件でプロピレン製造反応を行い、得られる反応生成物を反応器出口で熱交換器を用いて約30℃まで冷却した後、気液分離ドラムに導入して液(C4+留分)を分離、回収した。回収したC4+留分の組成を表2に示す。
次に、上記の回収C4+留分とC4ラフィネート−2を原料として、C4+リサイクルの実験を下記の実験条件で24時間行った。
反応温度580℃、C4ラフィネート−2の供給量30g/hr、C4+留分の供給量31.2g/hr(WHSV=6.1hr−1)、反応圧力0.1MPaGであった。
反応開始12時間後の反応生成物の分析結果は、供給原料中の炭素数4〜8のオレフィンに対するプロピレンの収率(質量%)は32.1質量%であった。ただし、回収C4+留分中の炭素数6〜8の成分は、芳香族炭化水素以外はすべてオレフィンとした。また、反応開始4時間後と24時間後の反応速度定数Kの比〔K(24時間)/K(4時間)〕は0.90であった。
反応器供給原料としてC4ラフィネート−2 60g/hr(WHSV=6hr−1)のみを用いる以外は参考例1と同条件で、C4ラフィネート−2のプロピレン製造反応を行った。反応開始12時間後の反応生成物の分析結果は、供給原料中の炭素数4〜8のオレフィンに対するプロピレンの収率(質量%)が31.1質量%であった。また、反応開始4時間後と24時間後の反応速度定数Kの比〔K(24時間)/K(4時間)〕は0.87であった。
参考例1と参考例2の比較から、C4+留分を重質分を除去せずにそのままリサイクル原料として用いても、触媒の劣化に悪影響を及ぼさないことが分る。また、プロピレン収率が31.1質量%(参考例2)から32.1質量%(参考例1)に上昇しているのは、C9+留分からのプロピレン生成によるものであった。
SiO2/Al2O3モル比が1220のH型ZSM−5の押出し成型品(SiO2バインダー30質量%含有、1.6mmφ)を、1N硝酸ナトリウム水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、1時間のイオン交換処理を3回繰り返した。次いで濾過、水洗、乾燥を行い、Na型ZSM−5/SiO2を調製した。これを、0.0017N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成型体)中に分散させ、室温、2時間イオン交換処理した。次いで、濾過、水洗、乾燥して触媒A−4を調製した。蛍光X線分析で測定される触媒A−4のAg量は0.095質量%であった。
触媒A−4を内径27mmφのハステロイC製反応器に充填し、温度650℃、スチーム流量214g/hr、窒素流量400NL/hr、圧力0.1MPaGの条件で5時間スチーミングを行った。スチーミング処理後の触媒A−4のプロトン量を液相イオン交換/濾液滴定法により求めたところ0.002mmol/gであった。スチーミング処理後の触媒A−4 60gを、内径27mmφのハステロイC製反応器に充填した。
この反応器を使用し、表3に示すC4ラフィネート−2を原料とし、C4ラフィネート−2の供給量268.7g/hr、リサイクルC4+留分の供給量181.3g/hr(WHSV=7.5hr−1)、反応温度550℃、反応圧力0.1MPaGの条件でプロピレン製造反応を行い、得られる反応生成物を蒸留塔に供給し、H2〜C3留分とC4+留分に分離し、このC4+留分の約58%を反応器にリサイクルした。C4ラフィネート−2に対するプロピレンの収率(質量%)は、反応開始後2hr後において32.9質量%であり、48hr後において30.4質量%であった。
原料を本実施例4で得られたC4+留分とする以外は実施例1と同条件で芳香族炭化水素製造反応を行った。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始2時間後で45.5質量%、48時間後で45.2質量%となった。
上記の結果から、C4ラフィネート−2に対する収率を換算すると、プロピレン31.7質量%、炭素数6〜9の芳香族炭化水素24.8質量%となった。
ジオレフィン化合物類濃度が2.25質量%であるような原料を用いても、劣化に悪影響を及ぼさず、2日間の運転継続が問題なく実施可能であることが分る。
実施例3で得られたC4+留分60g/hr、表3に示すC5留分38g/hrの混合品を原料として供給する以外は実施例2の芳香族炭化水素製造反応と同条件で反応を行った。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始8時間後で44.1質量%、48時間後で43.2質量%であった。
実施例5のように新規な軽質炭化水素成分を加えることで、芳香族炭化水素成分比率を高めることも可能である。具体的には、実施例3で得られたC4+留分60g/hrを原料とした場合、炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始8時間後で46.3質量%であったことから、60g/hr x 0.463=27.8g/hrであった。これに対して、実施例5の混合品を原料とした場合、炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始8時間後で、44.1質量%であったことから、(60+38)g/hr x 0.441=41.0g/hrであった。以上から、新規な軽質炭化水素成分を加えることで、芳香族炭化水素成分比率を高めることが可能であることが分かる。
特開平10−052646号公報の明細書実施例1に記載された方法で、H型ZSM−5ゼオライトを合成した。得られたゼオライトのSiO2/Al2O3モル比は42であった。このゼオライトのゼオライト粉末を走査型電子顕微鏡にて15,000倍で撮影してゼオライトの一次粒子径を測定したところ、1.54μmであった。
実施例1と同じ方法で亜鉛担持ゼオライト含有成形体触媒、触媒B−2を得た。
触媒にB−2を用いた他は、実施例3の接触環化反応実験と同様に反応を行った。炭素数6〜9の芳香族炭化水素の収率は、反応開始4時間後で45.1質量%、45時間後で42.7質量%であった。
Claims (28)
- (1)少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を、プロピレン製造反応器内で、下記(i)〜(iv)を満足する第一のゼオライトを含有する成型体触媒Aと接触させて、該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンの接触転化反応を行うことにより、プロピレンを含有する反応混合物を得、該反応混合物を水素及び炭素数1〜3の炭化水素を主に含む留分Cと、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分Dとに分離し、該留分Cからプロピレンを分離するプロピレンの製造工程と;
(i)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(ii)実質的にプロトンを含まない
(iii)周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
(iv)SiO2/Al2O3モル比が800以上2,000以下である
(2)該留分Dの一部又は全部を、原料の一部又は全部として、芳香族炭化水素製造反応器内で、下記の条件(v)〜(vii)を満たす第二のゼオライトを含有する成型体触媒Bと気相650℃以下の温度で接触させる芳香族炭化水素の製造工程と;
(v)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(vi)一次粒子径が、0.02〜0.25μmの範囲である
(vii)周期律表第IB族に属する金属元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する
を含むことを特徴とするプロピレン及び芳香族炭化水素の製造方法。 - 該プロピレン製造工程で用いる該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料が、少なくとも1種の炭素数3〜12のジオレフィン化合物類を2.5質量%以下含有することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該第一のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該第一のゼオライトが、MFI型ゼオライトであること特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造工程の反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を原料炭化水素分圧[MPa]で除した値が13以下となることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造工程が、該留分Dの10〜95質量%を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該留分Cを、水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分C1と、炭素数3の炭化水素を主に含む留分C2とに分離し、該留分C1の少なくとも一部を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造工程の反応温度が500〜580℃、該炭化水素原料の分圧が、0.05〜0.3MPa、該成型体触媒Aの重量に対する該炭化水素原料の重量時間空間速度が2〜20hr-1であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該成型体触媒Bが,周期律表第IB族、IIB族、IIIB族、VIII族に属する金属及びそれらの化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含有することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 該第二のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該第二のゼオライトが、MFI型ゼオライトであることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該芳香族炭化水素製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 該留分Cを、水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分C1と、炭素数3の炭化水素を主に含む留分C2とに分離し、該留分C1の少なくとも一部を該芳香族炭化水素製造工程の炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- (1)少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料を、プロピレン製造反応器内で、下記(i)〜(iv)を満足する第一のゼオライトを含有する成型体触媒Aと接触させて、該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンの接触転化反応を行うことにより、プロピレンを含有する反応混合物を得、該反応混合物を水素及び炭素数1〜2の炭化水素を主に含む留分Eと、少なくとも1種の炭素数3以上の炭化水素を主に含む留分Fとに分離し、該留分Fを炭素数3の炭化水素を主に含む留分F1と、少なくとも1種の炭素数4以上の炭化水素を主に含む留分F2とに分離し、該留分F1からプロピレンを分離するプロピレンの製造工程と;
(i)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(ii)実質的にプロトンを含まない
(iii)周期律表第IB族に属する金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有する
(iv)SiO2/Al2O3モル比が800以上2,000以下である
(2)該留分F2の一部又は全部を、原料の一部又は全部として、芳香族炭化水素製造反応器内で、下記の条件(v)〜(vii)を満たす第二のゼオライトを含有する成型体触媒Bと気相650℃以下の温度で接触させる芳香族炭化水素の製造工程と;
(v)5〜6.5Åの細孔径を有する中間細孔径ゼオライトである
(vi)一次粒子径が、0.02〜0.25μmの範囲である
(vii)周期律表第IB族に属する金属元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含有する
を含むことを特徴とするプロピレン及び芳香族炭化水素の製造方法。 - 該プロピレン製造工程で用いる該少なくとも1種の炭素数4〜12のオレフィンを50質量%以上含有する炭化水素原料が、少なくとも1種の炭素数3〜12のジオレフィン化合物類を2.5質量%以下含有することを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該第一のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該第一のゼオライトが、MFI型ゼオライトであること特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造工程の反応器で生成する炭素数6〜8の芳香族炭化水素成分量[質量%]を原料炭化水素分圧[MPa]で除した値が13以下となることを特徴とする請求項15に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造工程が、該留分F2の10〜95質量%を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該留分Eの少なくとも一部を該プロピレン製造反応器にリサイクルし、該炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該プロピレン製造工程の反応温度が500〜580℃、該炭化水素原料の分圧が、0.05〜0.3MPa、該成型体触媒Aの重量に対する該炭化水素原料の重量時間空間速度が2〜20hr-1であることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該成型体触媒Bが周期律表第IB族、IIB族、IIIB族、VIII族に属する金属及びそれらの化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含有することを特徴とする請求項15に記載の製造方法。
- 該第二のゼオライトが、銀を含有することを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該第二のゼオライトが、MFI型ゼオライトであることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該芳香族炭化水素製造反応器が、断熱型固定床反応器であることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 該留分Eの少なくとも一部を該芳香族炭化水素製造工程の炭化水素原料の一部として用いることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
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