JP6244465B2 - エタノールを生産するとともにメタノールを併産するための方法 - Google Patents
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Description
1つの好ましい実施形態において、前記触媒は、マンガン、モリブデン、ジルコニウム、クロム、鉄、バリウム、マグネシウム、ニッケル、及びカルシウムからなる群より選択される1種以上を助剤としてさらに含む。好ましくは、前記助剤は、その金属酸化物換算で前記触媒の総質量に対して0〜5.0wt%である。
a)Cu2+及び/又は任意の、Zn2+及び/又はAl3+イオンを含有する溶液を25〜60℃の沈殿剤溶液中に添加し、得られた沈殿物を均一に撹拌し、得られた沈殿物のpH値が7.0−10.0である;
b)工程a)で得られた沈殿物を5〜60時間エージングし、80〜160℃で乾燥して、240〜500℃で焼成処理して、焼成試料を得た;
c)必要に応じて、工程b)で得られた焼成試料をマンガン、モリブデン、ジルコニウム、クロム、鉄、バリウム、マグネシウム、ニッケル、及びカルシウムからなる群より選択される1種又は任意の2種以上の金属成分を含有する塩溶液中に一回又は複数回浸漬し、浸漬完了後、80〜160℃で乾燥し、240〜500℃で焼成して上記の銅系触媒を得た。
1)100%CuO触媒の作製
121gのCu(NO3)2・3H2Oを2000mlの脱イオン水中に溶解した。1500mlの脱イオン水で68.0gの濃アンモニア水(25〜28%)を希釈した。室温において、アンモニア水溶液を激しく撹拌し、その後、該金属硝酸塩水溶液をアンモニア水溶液中に徐々に添加し、添加時間が60min程度であった。アンモニア水溶液を用いて沈殿のpH値を10.0に調節し、続いて200min撹拌した後、36hエージングした。沈殿を脱イオン水で中性まで洗浄し、遠心分離させた。得られた沈殿を120℃でオーブン中で24h乾燥させ、乾燥後に試料をマッフル炉中に置き、1℃/minの昇温速度で400℃に昇温し、5h焼成し、焼成後の試料を得た。この触媒をCAT1とする。
102.85gのCu(NO3)2・3H2O、12.00gのZn(NO3)2・6H2O、14.71gのAl(NO3)3・9H2Oを2000mlの脱イオン水中に溶解した。1500mlの脱イオン水を用いて72.52gの濃アンモニア水(25〜28%)を希釈した。室温において、アンモニア水溶液を激しく撹拌し、その後、金属硝酸塩を混合した水溶液をアンモニア水溶液中に徐々に添加し、添加時間が60min程度であった。アンモニア水溶液を用いて沈殿のpH値を10.0に調節し、続いて200min撹拌した後、36hエージングした。沈殿を脱イオン水で中性まで洗浄し、遠心分離させた。得られた沈殿を120℃でオーブン中に24h乾燥し、乾燥後の試料をマッフル炉中に置き、1℃/minの昇温速度で400℃に昇温し、5h焼成し、焼成後の試料を得た。この触媒をCAT3とする。
96.80gのCu(NO3)2・3H2O、15.60gのZn(NO3)2・6H2O、14.71gのAl(NO3)3・9H2Oを2000mlの脱イオン水中に溶解した。1500mlの脱イオン水を用いて72.62gの濃アンモニア水(25〜28%)を希釈した。室温において、アンモニア水溶液を激しく撹拌し、その後、金属硝酸塩混合水溶液をアンモニア水溶液中に徐々に添加し、添加時間が60min程度であった。アンモニア水溶液を用いて沈殿のpH値を10.0に調節し、続いて200min撹拌した後、36hエージングした。沈殿を脱イオン水で中性まで洗浄し、遠心分離させた。得られた沈殿を120℃でオーブン中に24h乾燥し、乾燥後の試料をマッフル炉中に置き、1℃/minの昇温速度で400℃に昇温し、5h焼成し、焼成後の試料を得た。さらに1.41gのMn(NO3)2・4H2O、1.36gのNi(NO3)2・4H2Oを50mlの脱イオン水に溶解し、浸漬法を用いてマンガンとニッケルの水溶液を焼成後の試料に担持させ、80℃で余計の溶剤を蒸発させた。120℃でオーブン中に24h乾燥し、乾燥後の試料をマッフル炉中に置き、1℃/minの昇温速度で400℃に昇温し、3h焼成し、触媒試料を得た。この触媒をCAT4とする。
本発明における反応体積空間速度は、反応原料(標準状態で)の1時間当たりに反応系に入る体積流量を触媒の質量で割ったものであると定義づけられている。GHSVで表され、単位がmlg−1h−1である。
10gの20〜40メッシュの上記触媒を固定床反応器の定温ゾーンに充填した。反応前に、触媒をオンライン還元し、還元温度が260℃、圧力が0.1MPa、還元ガスが5%H2+95%N2、還元時間が24hであった。還元終了後、温度制御器を調節して反応温度を230℃に降温させ、N2を用いて管路及び反応器内をパージして残留H2を清掃した後、ガスを一定の組成の合成ガスに切り替えて充圧し、質量流量計を指定の流量(標準状態)に調節し、酢酸エステルの高圧フィードポンプを指定の流速に設置し、温度及び圧力が安定した後に反応を開始させた。生成物をオンライン分析し、1時間当たりに1回サンプリングした。反応器の出口からガスクロマトグラフィー10ポート弁の入口まで、全ての管線及び背圧弁も加熱保温された。
クロマトグラフィー:Agilent 7890A
FIDクロマトグラフィーカラム: HP−PLOT−Q 19091P−Q04、30m×0.32mm(内径), 膜厚20μm
キャリアガス:ヘリウムガス、2ml/min
カラムオーブン温度:50℃〜240℃、10℃/min
240℃で15min保持
試料入口:分流(50:1);温度:250℃
検出器:FID;温度:300℃
TCDクロマトグラフィーカラム:カーボン分子篩カラム、TDX−01 2m×2mm(内径)
キャリアガス: ヘリウムガス、35ml/min
カラムオーブン温度:50℃〜240℃、10℃/min
240℃で15min保持
試料入口:スペーサ越しに入口をパージする;温度:250℃
検出器:TCD;温度:300℃
反応条件:反応温度が240℃、反応圧力が4.5MPa、原料ガスのモル組成がH2/CO/MAc=20/1/4(80%H2/4%CO/16%MAc)、総体積空間速度がGHSV=5676mlg−1h−1、酢酸メチルの質量空間速度がWHSVMAc =3.0h−1である。
反応条件:反応圧力が5.5Mpa、原料ガスモル組成がH2/CO/MAc=1000/10/1(98.9%H2/0.99%CO/0.11%MAc)、総体積空間速度がGHSV=35000mlg−1h−1、酢酸メチルの質量空間速度がWHSVMAc=0.127h−1である。
反応条件:反応温度が250℃、原料ガスのモル組成がH2/CO/MAc=70/1/2.5(95.2%H2/1.4%CO/3.4%MAc)であり、総体積空間速度がGHSV=19587mlg−1h−1であり、酢酸メチルの質量空間速度がWHSVMAc=2.2h−1である。
一定量の合成ガスと酢酸エステルとの共供給を反応原料として、1つの反応器内において、特定の触媒により、エタノールを効果的に合成するとともに少量のメタノールを併産することができる。併産したメタノールは単独な製品とされてもよいし、脱水を経てジメチルエーテルを生産し、ジメチルエーテルをカルボニル化・水素化を経てさらにエタノールを生産してもよい。合成ガス中の一酸化炭素と水素ガスと酢酸エステルとの供給比を変更することにより、エタノールとメタノールとの割合を調節し、装置取扱いの自由度及び市場への適応性を向上させることができる。
Claims (6)
- 酢酸エステル及び合成ガスのみからなる原料ガスを、触媒が充填された反応器に通過させて、反応温度が150〜350℃、反応圧力が0.1〜20.0MPa、反応体積空間速度が100〜45000mlg−1h−1、酢酸エステルの質量空間速度が0.01〜5.0h−1の条件下でエタノールを生産すると共にメタノールを併産し、前記触媒の活性成分は銅と任意の、亜鉛及び/又はアルミニウムであり、
前記触媒において、活性成分である銅は、CuO換算で前記触媒の総重量に対して50.0〜100.0wt%であり、亜鉛は、ZnO換算で前記触媒の総重量に対して0〜35.0wt%であり、アルミニウムは、Al 2 O 3 換算で前記触媒の総重量に対して0〜10.0wt%であり、
前記原料ガスは、合成ガス/酢酸エステルのモル比が21〜101/2〜4であり、前記合成ガスは、水素ガス/一酸化炭素のモル比が20〜100/1である
ことを特徴とする、エタノールを生産すると共にメタノールを併産する方法。 - 前記酢酸エステルは酢酸メチル及び/又は酢酸エチルであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記触媒は、マンガン、モリブデン、ジルコニウム、クロム、鉄、バリウム、マグネシウム、ニッケル、及びカルシウムからなる群より選択される1種以上を助剤としてさらに含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記助剤は、その金属酸化物換算で前記触媒の総質量に対して0〜5.0wt%であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記触媒は、使用前に、水素ガス及び/又は合成ガスで還元処理されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応温度が180〜300℃、前記反応圧力が1.0〜10.0MPa、前記反応体積空間速度が400〜35000 mlg−1h−1、前記酢酸エステルの質量空間速度が0.1〜3.0h−1であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
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