JP7087636B2 - Zeolite catalyst treatment method and lower olefin production method - Google Patents

Zeolite catalyst treatment method and lower olefin production method Download PDF

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Description

本発明は、ゼオライト触媒の処理方法、ならびに低級オレフィンの製造方法に関し、詳しくは、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料を接触させて低級オレフィンを生成する反応を経たゼオライト触媒に、水素ガスを含むガスを接触させるゼオライト触媒の処理方法、ならびに該ゼオライト触媒の処理方法を利用する、低級オレフィンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for treating a zeolite catalyst and a method for producing a lower olefin. The present invention relates to a method for treating a zeolite catalyst to be contacted with, and a method for producing a lower olefin using the method for treating the zeolite catalyst.

従来、エチレンやプロピレン、ブテン類等の低級オレフィンを製造する方法としては、ナフサのスチームクラッキング法や減圧軽油の流動接触分解法が挙げられ、主にナフサのスチームクラッキング法が実施されている。しかし、スチームクラッキング法では、エチレンが主成分として生産され、各オレフィンの製造割合を大きく変えることが難しい。また、近年ではメタノール及び/又はジメチルエーテルを原料としたMTO(メタノール to オレフィン)プロセスが知られている。 Conventionally, as a method for producing lower olefins such as ethylene, propylene and butenes, a naphtha steam cracking method and a fluidized catalytic cracking method of vacuum gas oil are mentioned, and a naphtha steam cracking method is mainly carried out. However, in the steam cracking method, ethylene is produced as a main component, and it is difficult to significantly change the production ratio of each olefin. Further, in recent years, an MTO (methanol to olefin) process using methanol and / or dimethyl ether as a raw material has been known.

例えば、特許文献1には、メタノールやジメチルエーテルを原料として、低級オレフィンを製造する方法として、8員環細孔のCHA型シリコアルミノリン酸塩(SAPO-34)を活性成分とする触媒を用いて、エチレン及びプロピレンを主成分とする低級オレフィンを高収率で製造する方法が開示されている。一方、当該低級オレフィンを製造する際に、時間経過とともにゼオライト触媒の活性が低下する場合がある。そのため、特許文献2には、触媒活性を回復させる方法として、例えば、オキシジェネートから低級オレフィンを製造する反応において、コークの蓄積したゼオライト触媒を、酸素を含有するガスで燃焼再生させる方法が開示されている。また、特許文献3には、メタノール等のオキシジェネート原料の転換反応において、触媒の再生前にゼオライト触媒細孔内に残存するコーク以外の軽沸炭化水素成分を回収する方法(ストリッピング)が開示されている。 For example, Patent Document 1 uses a catalyst containing CHA-type siliconaluminophosphate (SAPO-34) having 8-membered ring pores as an active ingredient as a method for producing a lower olefin using methanol or dimethyl ether as a raw material. , A method for producing a lower olefin containing ethylene and propylene as main components in a high yield is disclosed. On the other hand, when producing the lower olefin, the activity of the zeolite catalyst may decrease with the passage of time. Therefore, Patent Document 2 discloses, for example, as a method for recovering the catalytic activity, a method for burning and regenerating a zeolite catalyst in which cork has accumulated with a gas containing oxygen in a reaction for producing a lower olefin from an oxygenate. Has been done. Further, Patent Document 3 describes a method (stripping) for recovering a light boiling hydrocarbon component other than cork remaining in the zeolite catalyst pores before regeneration of the catalyst in a conversion reaction of an oxygenate raw material such as methanol. It has been disclosed.

米国特許第5,914,433号明細書US Pat. No. 5,914,433 米国特許出願公開第2005/0215840号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0215840 米国特許出願公開第2004/0034178号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0034178

しかしながら、本発明者らの検討によると、上記の公知の方法には諸種の課題があり、必ずしも満足するものではないことが判明した。すなわち、特許文献2では、酸素を含有するガスでの燃焼再生により、触媒活性を賦活させる方法が開示されているが、燃焼時には酸素に加えて、ゼオライト触媒に蓄積した軽沸炭化水素成分やコークの燃焼により一酸化炭素や二酸化炭素、水を生成するため、触媒中に残存している軽沸炭化水素成分やコーク成分を付加価値の低い成分として損失することになるという問題に加えて、高温下で水蒸気がゼオライト触媒と接触することになるため、ゼオライト触媒の永久劣化が起こりやすいという問題がある。 However, according to the studies by the present inventors, it has been found that the above-mentioned known methods have various problems and are not always satisfactory. That is, Patent Document 2 discloses a method of activating the catalytic activity by combustion regeneration with a gas containing oxygen, but at the time of combustion, in addition to oxygen, a light boiling hydrocarbon component and cork accumulated in a zeolite catalyst are used. In addition to the problem that the light-boiling hydrocarbon component and cork component remaining in the catalyst are lost as low-value-added components because carbon monoxide, carbon dioxide, and water are generated by the combustion of the catalyst, the high temperature Since water vapor comes into contact with the zeolite catalyst underneath, there is a problem that permanent deterioration of the zeolite catalyst is likely to occur.

また、特許文献3のように、燃焼再生処理の前にストリッピング工程を導入することにより、コーク以外の軽沸炭化水素成分を一部回収することができるとされているが、工程数や設備数が増えるため、エネルギーコストが増大する傾向にある。また、ストリッピングガスとしては、メタノール転換反応のような水を生成するような系では、ゼオライト活
性点上に、生成した軽沸炭化水素成分や水に加えて、未反応のメタノールやジメチルエーテルが吸着し易いため、効率的なストリッピングを行うためには、ゼオライト活性点への吸着能の高い水(水蒸気)がストリッピングガスとして最も好ましく用いられている。これにより、ストリッピングにより回収された軽沸炭化水素成分と水(水蒸気)を含むガスを、メタノール転換反応器出口の生成物ガスと混合させて、同一のプロセスにより、分離精製することができる。一方、上述の通り、水蒸気がゼオライト触媒と接触するため、触媒の永久劣化による活性低下が起こりやすいという問題がある。
Further, as in Patent Document 3, it is said that a part of the light boiling hydrocarbon component other than cork can be recovered by introducing a stripping step before the combustion regeneration treatment, but the number of steps and equipment As the number increases, energy costs tend to increase. As the stripping gas, in a system that produces water such as a methanol conversion reaction, unreacted methanol and dimethyl ether are adsorbed on the zeolite active site in addition to the generated light boiling hydrocarbon component and water. In order to perform efficient stripping, water (water vapor) having a high adsorption ability to the zeolite active site is most preferably used as the stripping gas. Thereby, the gas containing the light boiling hydrocarbon component and water (steam) recovered by stripping can be mixed with the product gas at the outlet of the methanol conversion reactor and separated and purified by the same process. On the other hand, as described above, since water vapor comes into contact with the zeolite catalyst, there is a problem that the activity is likely to decrease due to permanent deterioration of the catalyst.

上述の通り、従来のMTOプロセスにおいて、ゼオライト触媒中の軽沸炭化水素成分を回収するストリッピングと、ゼオライト触媒中のコーク除去による再生を同時に行う方法は知られていなかった。そこで、本発明はプラント建設コストおよび製造コストの低減の観点から、ゼオライト触媒中の炭化水素成分を効率的にストリッピング回収し、同時に、水蒸気等によるゼオライト触媒の永久劣化を引き起こすことなく触媒活性を回復するゼオライト触媒の処理方法ならびに該ゼオライト触媒を用いた低級オレフィンの製造方法を提供することを課題とする。 As described above, in the conventional MTO process, a method of simultaneously performing stripping to recover the lightly boiling hydrocarbon component in the zeolite catalyst and regeneration by removing cork in the zeolite catalyst has not been known. Therefore, the present invention efficiently strips and recovers the hydrocarbon component in the zeolite catalyst from the viewpoint of reducing the plant construction cost and the manufacturing cost, and at the same time, exhibits the catalytic activity without causing permanent deterioration of the zeolite catalyst due to steam or the like. It is an object of the present invention to provide a method for treating a recovering zeolite catalyst and a method for producing a lower olefin using the zeolite catalyst.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料を、ゼオライト触媒と接触させて低級オレフィンを生成する反応を経た後の触媒を、特定の処理を施すことにより、ゼオライト触媒の永久劣化を引き起こすことなく、低級オレフィンを効率良く、安定に製造することができることを見出し、本発明を達成するに至った。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have specified a catalyst after undergoing a reaction in which a raw material containing methanol and / or dimethyl ether is brought into contact with a zeolite catalyst to produce a lower olefin. It has been found that the lower olefin can be efficiently and stably produced without causing permanent deterioration of the zeolite catalyst by performing the above-mentioned treatment, and the present invention has been achieved.

すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料とゼオライト触媒とを接触させて低級オレフィンを生成する反応を経たゼオライト触媒を、水素分圧が絶対圧で0.01MPa以上の水素を含むガスに接触させる工程を含むゼオライト触媒の処理方法。
[2]前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが酸素8員環構造ゼオライトである、[1]に記載のゼオライト触媒の処理方法。
[3]前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含む、[1]又は[
2]に記載のゼオライト触媒の処理方法。
[4]前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが、アルミノケイ酸塩である、[1]~[3]のいずれかに記載のゼオライト触媒の処理方法。
[5]前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが、International Zeolite Association(IZA)で規定されるコードでCHA又はERIであるゼオライトである、[1]~
[4]のいずれかに記載のゼオライト触媒の処理方法。
[6]前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトの外表面酸量が、ゼオライトの全酸量に対して8%以下である、[1]~[5]のいずれかに記載のゼオライト触媒の処理方法。[7]前記水素を含むガスに接触させる工程において接触温度が250℃以上800℃以下である、[1]~[6]のいずれかに記載のゼオライト触媒の処理方法。
[8]メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料を、ゼオライト触媒と接触させる工程を含む、低級オレフィンの製造方法であって、[1]~[7]のいずれかに記載の処理方法を実施する工程、を含む低級オレフィンの製造方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A zeolite catalyst that has undergone a reaction in which a raw material containing methanol and / or dimethyl ether is brought into contact with a zeolite catalyst to produce a lower olefin is brought into contact with a gas containing hydrogen having an absolute hydrogen partial pressure of 0.01 MPa or more. A method for treating a zeolite catalyst, which comprises a step.
[2] The method for treating a zeolite catalyst according to [1], wherein the zeolite constituting the zeolite catalyst is an oxygen 8-membered ring-structured zeolite.
[3] [1] or [1] or [3], in which the zeolite constituting the zeolite catalyst contains d6r, which is defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA), in the skeleton.
2] The method for treating a zeolite catalyst according to the above method.
[4] The method for treating a zeolite catalyst according to any one of [1] to [3], wherein the zeolite constituting the zeolite catalyst is an aluminosilicate.
[5] The zeolite constituting the zeolite catalyst is a zeolite having CHA or ERI under the code defined by the International Zeolite Association (IZA), [1] to
The method for treating a zeolite catalyst according to any one of [4].
[6] The method for treating a zeolite catalyst according to any one of [1] to [5], wherein the amount of acid on the outer surface of the zeolite constituting the zeolite catalyst is 8% or less with respect to the total amount of acid of the zeolite. [7] The method for treating a zeolite catalyst according to any one of [1] to [6], wherein the contact temperature is 250 ° C. or higher and 800 ° C. or lower in the step of contacting with the gas containing hydrogen.
[8] A method for producing a lower olefin, comprising a step of contacting a raw material containing methanol and / or dimethyl ether with a zeolite catalyst, wherein the treatment method according to any one of [1] to [7] is carried out. A method for producing a lower olefin including.

本発明によれば、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料をゼオライトを含む触媒と接触させて低級オレフィン製造する方法において、前記反応を経てゼオライト細孔内に蓄積した炭化水素成分を効率的に追い出すことができ、かつ、触媒活性を回復することができる。その結果、長時間の低級オレフィン製造後でも、収率を維持することがで
きる。
According to the present invention, in a method for producing a lower olefin by contacting a raw material containing methanol and / or dimethyl ether with a catalyst containing zeolite, the hydrocarbon component accumulated in the zeolite pores through the reaction is efficiently expelled. And the catalytic activity can be restored. As a result, the yield can be maintained even after the production of the lower olefin for a long time.

以下に本発明を実施するための代表的な態様を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の態様に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。 A typical embodiment for carrying out the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following embodiments as long as the gist of the present invention is not exceeded, and the present invention shall be carried out in various modifications. Can be done.

本発明は、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料を、ゼオライトを含む触媒と接触させて低級オレフィンを生成する反応を経て炭化水素含有量が増加したゼオライト触媒を、水素分圧が絶対圧で0.01MPa以上の水素を含むガスに接触させる該ゼオライト触媒の処理方法及び低級オレフィンの製造方法に関する。なお、本発明において、ゼオライト触媒とは、ゼオライトを含む触媒を意味する。以下、本発明について詳細に説明する。 In the present invention, a zeolite catalyst having an increased hydrocarbon content through a reaction in which a raw material containing methanol and / or dimethyl ether is brought into contact with a catalyst containing zeolite to form a lower olefin, and the hydrogen partial pressure is 0. The present invention relates to a method for treating a zeolite catalyst and a method for producing a lower olefin, which are brought into contact with a gas containing hydrogen of 01 MPa or more. In the present invention, the zeolite catalyst means a catalyst containing zeolite. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<1.ゼオライト触媒>
ゼオライトとは、四面体構造をもつTO単位(Tは中心原子)がO原子を共有して三次元的に連結し、開かれた規則的なミクロ細孔を形成している結晶性物質を指す。具体的には国際ゼオライト学会(International Zeolite Association;以下これを「IZA」ということがある。)の構造委員会データ集に記載のあるケイ酸塩、リン酸塩、ゲルマニウム塩、ヒ酸塩等が含まれる。
<1. Zeolite catalyst >
Zeolites are crystalline substances in which TO4 units (T is the central atom) with a tetrahedral structure share an O atom and are three-dimensionally connected to form open regular micropores. Point to. Specifically, silicates, phosphates, germanium salts, arsenates, etc. described in the structural committee data collection of the International Zeolite Association (hereinafter referred to as "IZA") are used. included.

ここで、ケイ酸塩には、例えばアルミノケイ酸塩、ガロケイ酸塩、フェリケイ酸塩、チタノケイ酸塩、ボロケイ酸塩等が含まれる。
リン酸塩には、例えばアルミノリン酸塩、ガロリン酸塩、ベリロリン酸塩等が含まれる。
ゲルマニウム塩には、例えばアルミノゲルマニウム塩等が、ヒ酸塩には、例えばアルミノヒ酸塩等が含まれる。
さらに、アルミノリン酸塩には、例えばT原子をSiで一部置換したシリコアルミノリン酸塩や、Ga、Mg、Mn、Fe、Co、Znなど2価や3価のカチオンを含むものが含まれる。
Here, the silicate includes, for example, aluminosilicate, galosilicate, ferricate, titanosilicate, borosilicate and the like.
Phosphates include, for example, aluminophosphates, gallophosphates, verilophosphates and the like.
The germanium salt includes, for example, an aluminogermanium salt, and the arsenate includes, for example, an aluminohydrate.
Further, the aluminophosphate includes, for example, silicoaluminophosphate in which the T atom is partially substituted with Si, and those containing divalent or trivalent cations such as Ga, Mg, Mn, Fe, Co and Zn. ..

ゼオライトの平均細孔径は特に限定されず、通常0.55nm以下、好ましくは0.50nm以下、より好ましくは0.45nm以下、さらに好ましくは0.40nm以下である。 ここで、平均細孔径とは、IZAが定める結晶学的なチャネル直径(Crystallographic free diameter of the channels)を示す。平均細孔径が0.55nm以下とは、細孔(チャネル)の形状が真円形の場合は、その平均直径が0.55nm以下であることをさすが、細孔の形状が楕円形の場合は、短径が0.55nm以下であることを意味する。 The average pore diameter of the zeolite is not particularly limited, and is usually 0.55 nm or less, preferably 0.50 nm or less, more preferably 0.45 nm or less, still more preferably 0.40 nm or less. Here, the average pore diameter indicates a crystallographic free diameter of the channels defined by IZA. The average pore diameter of 0.55 nm or less means that when the shape of the pore (channel) is a perfect circle, the average diameter is 0.55 nm or less, but when the shape of the pore is elliptical, it means. It means that the minor axis is 0.55 nm or less.

平均細孔径が0.55nm以下のゼオライトを用いることにより、メタノールを原料として、高収率で低級オレフィンを製造することができる。すなわち、平均細孔径が上記範囲であれば、ゼオライト結晶内で低級オレフィンをより選択的に生成させることができ、かつ、後述の水素雰囲気下での炭化水素の除去が効率的に進行すると考えられる。 By using a zeolite having an average pore diameter of 0.55 nm or less, a lower olefin can be produced in high yield using methanol as a raw material. That is, if the average pore diameter is in the above range, it is considered that lower olefins can be more selectively generated in the zeolite crystal and that the removal of hydrocarbons under the hydrogen atmosphere described later proceeds efficiently. ..

上記の観点から、本発明において、ゼオライトは、酸素8員環構造ゼオライトであることが好ましい。 From the above viewpoint, in the present invention, the zeolite is preferably an oxygen 8-membered ring-structured zeolite.

酸素8員環構造ゼオライトとしては、IZAが定める構造コード(Framework Type Code)で、例えば、好ましくはAEI、AFX、CHA、ERI、KFI、LEV、SAS、SAV、SZR、PAU、RHO、LTAなどが挙げられる。 The oxygen 8-membered ring-structured zeolite has a framework type code defined by IZA, and preferably, for example, AEI, AFX, CHA, ERI, KFI, LEV, SAS, SAV, SZR, PAU, RHO, LTA and the like. Can be mentioned.

ゼオライトのフレームワーク密度(単位:T/nm)は特に限定されず、通常20.0以下、好ましくは18.0以下、より好ましくは17.0以下、さらに好ましくは16.0以下であり、通常12.0以上、好ましくは14.0以上、より好ましくは14.5以上である。
ここで、フレームワーク密度(単位:T/nm)とは、ゼオライトの単位体積(1nm)当たりに存在するT原子(ゼオライトの骨格を構成する原子のうち、酸素以外の原子)の個数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まる。
The framework density (unit: T / nm 3 ) of the zeolite is not particularly limited, and is usually 20.0 or less, preferably 18.0 or less, more preferably 17.0 or less, still more preferably 16.0 or less. It is usually 12.0 or more, preferably 14.0 or more, and more preferably 14.5 or more.
Here, the framework density (unit: T / nm 3 ) is the number of T atoms (atoms other than oxygen among the atoms constituting the skeleton of zeolite) existing per unit volume (1 nm 3 ) of zeolite. Meaning, this value is determined by the structure of the zeolite.

これらの観点から、酸素8員環構造ゼオライトは、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含むゼオライトであることが好ましく、さらに好ましくは、AEI、AFX、CHA、ERI、KFI、LEV、SAVであり、より好ましくはAEI、AFX、CHA、又はERIであり、殊更好ましくはAEI、CHA、又はERIであり、特に好ましくはCHA又はERIであり、最も好ましくは、ERIである。 From these viewpoints, the oxygen 8-membered ring-structured zeolite is preferably a zeolite containing d6r in the skeleton, which is defined by the International Zeolite Association (IZA) as a composite building unit, and more preferably AEI, AFX, CHA, ERI, and so on. KFI, LEV, SAV, more preferably AEI, AFX, CHA, or ERI, particularly preferably AEI, CHA, or ERI, particularly preferably CHA or ERI, and most preferably ERI. ..

酸素8員環構造ゼオライトとしては、具体的にはケイ酸塩とリン酸塩が挙げられる。上記のとおり、ケイ酸塩としては、例えば、アルミノケイ酸塩、ガロケイ酸塩、フェリケイ酸塩、チタノケイ酸塩、ボロケイ酸塩等が、リン酸塩としては、アルミニウムと燐からなるアルミノリン酸塩、ケイ素とアルミニウムと燐からなるシリコアルミノリン酸塩等が挙げられる。これらの中で、アルミノケイ酸塩、シリコアルミノリン酸塩が好ましく、アルミノケイ酸塩がより好ましい。 Specific examples of the oxygen 8-membered ring-structured zeolite include silicates and phosphates. As described above, the silicate includes, for example, aluminosilicate, galosilicate, ferricate, titanosilicate, borosilicate and the like, and the phosphate includes aluminophosphate and silicon composed of aluminum and phosphorus. Examples thereof include siliconaluminophosphate, which is composed of aluminum and phosphorus. Among these, aluminosilicate and siliconaluminophosphate are preferable, and aluminosilicate is more preferable.

ゼオライトは、通常プロトン交換型が用いられるが、その一部がLi、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属、Mg、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属、Cr、Cu、Ni、Fe、Mo、W、Pt、Re等の遷移金属に交換されていてもよい。なお、この場合、ゼオライトに後述するイオン交換処理を施せばよい。 As the zeolite, a proton exchange type is usually used, but some of them are alkali metals such as Li, Na, K, Rb and Cs, alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr and Ba, Cr, Cu and Ni, It may be replaced with a transition metal such as Fe, Mo, W, Pt, or Re. In this case, the zeolite may be subjected to an ion exchange treatment described later.

これらイオン交換サイト以外に、Na、K等のアルカリ金属;Mg、Ca等のアルカリ土類金属;Cr、Cu、Ni、Fe、Mo、W、Pt、Re等の遷移金属に金属担持されていてもよい。ここで、金属担持は、通常、平衡吸着法、蒸発乾固法、ポアフィリング法等の含浸法で行うことができる。 In addition to these ion exchange sites, alkali metals such as Na and K; alkaline earth metals such as Mg and Ca; and transition metals such as Cr, Cu, Ni, Fe, Mo, W, Pt and Re are supported by the metal. May be good. Here, the metal support can usually be carried out by an impregnation method such as an equilibrium adsorption method, an evaporation dry solid method, or a pore filling method.

ゼオライトがケイ酸塩の場合、SiO/M(ただし、前記モル比の分母はAl、Ga、BおよびFeの合計量を表す)モル比は通常5以上であり、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは15以上であり、通常100未満、好ましくは80以下、より好ましくは60以下であり、さらに好ましくは40以下である。なお、前記の比率は、ゼオライト中のSi原子が全てSiOとして含まれ、ゼオライト中に含まれる前記MがすべてMとして含まれると仮定して求める値である。SiO/Mモル比が上記範囲にあることで、強酸点及び弱酸点由来の酸量が十分得られ、高いメタノール吸着能、高いメタノール転化活性及びオレフィン相互変換活性が得られる。またコーク付着による触媒の失活、ケイ素以外のT原子の骨格からの脱離、酸点当たりの酸強度の低下といった現象を防ぐことができる。本発明のゼオライトのSiO/Mモル比は、通常、ICP元素分析や蛍光X線分析で測定できる。蛍光X線分析は、標準試料中の分析元素の蛍光X線強度と分析元素の原子濃度との検量線を作成し、この検量線により、蛍光X線分析法(XRF)でゼオライト試料中のケイ素原子、アルミニウム、ガリウム、鉄原子の含有量を求めることができる。なお、ホウ素元素の蛍光X線強度は比較的小さいため、ホウ素原子の含有量はICP元素分析で測定することが好ましい。 When the zeolite is a silicate, SiO 2 / M 2 O 3 (however, the denominator of the molar ratio represents the total amount of Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , B 2 O 3 and Fe 2 O 3 ) mol. The ratio is usually 5 or more, preferably 8 or more, more preferably 10 or more, still more preferably 15 or more, usually less than 100, preferably 80 or less, more preferably 60 or less, still more preferably 40 or less. be. The above ratio is a value obtained on the assumption that all Si atoms in the zeolite are contained as SiO 2 and all the M contained in the zeolite is contained as M 2 O 3 . When the SiO 2 / M 2 O 3 molar ratio is in the above range, the amount of acid derived from the strong acid point and the weak acid point can be sufficiently obtained, and high methanol adsorption capacity, high methanol conversion activity and olefin interconversion activity can be obtained. In addition, it is possible to prevent phenomena such as catalyst deactivation due to cork adhesion, desorption of T atoms other than silicon from the skeleton, and a decrease in acid strength per acid point. The SiO 2 / M 2 O 3 molar ratio of the zeolite of the present invention can usually be measured by ICP elemental analysis or fluorescent X-ray analysis. X-ray fluorescence analysis creates a calibration line of the fluorescent X-ray intensity of the analysis element in the standard sample and the atomic concentration of the analysis element, and this calibration line is used for silicon in the zeolite sample by X-ray fluorescence analysis (XRF). The contents of atoms, aluminum, gallium, and iron atoms can be determined. Since the fluorescent X-ray intensity of the boron element is relatively small, it is preferable to measure the content of the boron atom by ICP elemental analysis.

ゼオライトがリン酸塩の場合、シリコアルミノリン酸塩の(Al+P)/Siモル比あ
るいは2価の金属をもつメタロアルミノリン酸塩の(Al+P)/M(但し、Mは2価の金属を示す。)モル比は、通常は5以上、好ましくは10以上であり、通常500以下、好ましくは100以下である。なお、2価の金属は、具体的には、Ga、Mg、Mn、Fe、Co又はZnが挙げられる。前記下限以上とすることにより触媒の耐久性の低下を防ぐことができ、また前記上限以下とすることにより、触媒活性が低下を防ぐことができる。
When the zeolite is a phosphate, the (Al + P) / Si molar ratio of silicoaluminophosphate or (Al + P) / M of metalloaluminophosphate having a divalent metal (where M indicates a divalent metal). The molar ratio is usually 5 or more, preferably 10 or more, and usually 500 or less, preferably 100 or less. Specific examples of the divalent metal include Ga, Mg, Mn, Fe, Co and Zn. When it is at least the above lower limit, it is possible to prevent the durability of the catalyst from being lowered, and when it is at least the above upper limit, it is possible to prevent the catalyst activity from being lowered.

本発明のゼオライトの全酸量(以下、全酸量という)は、ゼオライトの結晶細孔内に存在する酸点の量と、ゼオライトの結晶外表面酸点の量(以下、外表面酸量という)の総和である。全酸量は、特に限定されるものではないが、通常0.01mmol/g以上、好ましくは0.10mmol/g以上、より好ましくは0.20mmol/g以上、さらに好ましくは0.30mmol/g以上である。また、通常2.0mmol/g以下、好ましくは1.5mmol/g以下、より好ましくは1.0mmol/g以下、さらに好ましくは0.80mmol/g以下である。全酸量を上記の範囲とすることで、メタノールの転化活性が担保されるとともに、ゼオライトの細孔内部におけるコーク生成が抑制され、分子の結晶内拡散性が上昇することで、低級オレフィンの生成を促進することができることができる。なお、ここでの全酸量は、アンモニア昇温脱離(NH-TPD)における脱離量から算出される。具体的には、前処理としてゼオライトを真空下500℃で30分間乾燥させた後、前処理したゼオライトを100℃で過剰量のアンモニアと接触させて、ゼオライトにアンモニアを吸着させる。得られたゼオライトを、100℃で真空乾燥、または、100℃で水蒸気と接触させることにより、該ゼオライトから余剰アンモニアを除く。次いでアンモニアの吸着したゼオライトを、ヘリウム雰囲気下、昇温速度10℃/分で加熱して、100-600℃におけるアンモニア脱離量を質量分析法で測定する。ゼオライト当たりのアンモニア脱離量を全酸量とする。但し、本発明における全酸量は、TPDプロファイルをガウス関数によって波形分離し、そのピークトップを240℃以上に有する波形の面積の合計とする。この「240℃」は、ピークトップの位置の判断のみに用いる指標であって、240℃以上の部分の面積を求めるという趣旨ではない。ピークトップが240℃以上の波形である限り、当該「波形の面積」は、240℃以外の部分も含む全面積を求める。240℃以上にピークトップを有する波形が複数ある場合には、それぞれの面積の和とする。なお、本発明の全酸量には、ピークトップを240℃未満に有する弱酸点由来の酸量は含めないものとする。これは、TPDプロファイルにおいて、弱酸点由来の吸着と物理吸着との区別が容易ではないためである。 The total acid amount of the zeolite of the present invention (hereinafter referred to as the total acid amount) is the amount of acid points existing in the crystal pores of the zeolite and the amount of the crystal outer surface acid points of the zeolite (hereinafter referred to as the outer surface acid amount). ) Is the sum. The total acid amount is not particularly limited, but is usually 0.01 mmol / g or more, preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, still more preferably 0.30 mmol / g or more. Is. Further, it is usually 2.0 mmol / g or less, preferably 1.5 mmol / g or less, more preferably 1.0 mmol / g or less, still more preferably 0.80 mmol / g or less. By setting the total amount of acid in the above range, the conversion activity of methanol is ensured, coke formation inside the pores of zeolite is suppressed, and the diffusibility in the crystal of the molecule is increased, so that lower olefins are formed. Can be promoted. The total acid amount here is calculated from the desorption amount in the ammonia heated desorption ( NH3 -TPD). Specifically, as a pretreatment, the zeolite is dried under vacuum at 500 ° C. for 30 minutes, and then the pretreated zeolite is brought into contact with an excess amount of ammonia at 100 ° C. to adsorb the ammonia to the zeolite. The obtained zeolite is vacuum dried at 100 ° C. or brought into contact with steam at 100 ° C. to remove excess ammonia from the zeolite. Next, the zeolite on which ammonia is adsorbed is heated at a heating rate of 10 ° C./min in a helium atmosphere, and the amount of ammonia desorbed at 100-600 ° C. is measured by mass spectrometry. The amount of ammonia desorbed per zeolite is defined as the total acid amount. However, the total amount of acid in the present invention is the total area of the waveform having the peak top of 240 ° C. or higher after the TPD profile is waveform-separated by the Gaussian function. This "240 ° C." is an index used only for determining the position of the peak top, and does not mean to obtain the area of the portion above 240 ° C. As long as the peak top is a waveform of 240 ° C. or higher, the "area of the waveform" is the total area including the portion other than 240 ° C. When there are a plurality of waveforms having peak tops at 240 ° C. or higher, the sum of the areas thereof is used. The total amount of acid in the present invention does not include the amount of acid derived from a weak acid point having a peak top of less than 240 ° C. This is because it is not easy to distinguish between adsorption derived from a weak acid point and physical adsorption in the TPD profile.

ゼオライトの外表面酸量は、特に限定されるものではないが、通常、ゼオライトの全酸量に対して8%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下、最も好ましくは0%である。外表面酸量が大きすぎる場合には、外表面酸点で起こる副反応により低級オレフィンの収率が低下する傾向がある。これは、外表面酸点で目的物以外の炭化水素を生成する反応が進行するためと推測される。また、前記ゼオライトの細孔内で生成した低級オレフィンが外表面酸点で更に反応してしまうことも選択率低下の一因であると推測される。
なお本発明のゼオライトの外表面酸量の値は、国際公開2010/128644号パンフレットに記載の方法で測定することができる。
なお、前記ゼオライトの外表面酸量等は、特に限定はされないが、シリル化処理、水蒸気処理、熱処理、酸処理、イオン交換処理等により調整することができる。
The amount of acid on the outer surface of the zeolite is not particularly limited, but is usually 8% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, still more preferably 1% or less, based on the total acid amount of the zeolite. , Most preferably 0%. If the amount of outer surface acid is too large, the yield of lower olefins tends to decrease due to side reactions that occur at the outer surface acid spots. It is presumed that this is because the reaction to generate hydrocarbons other than the target substance proceeds at the acid point on the outer surface. Further, it is presumed that the lower olefin produced in the pores of the zeolite further reacts at the acid point on the outer surface, which is one of the causes of the decrease in selectivity.
The value of the amount of acid on the outer surface of the zeolite of the present invention can be measured by the method described in International Publication No. 2010/128644 pamphlet.
The amount of acid on the outer surface of the zeolite is not particularly limited, but can be adjusted by silylation treatment, steam treatment, heat treatment, acid treatment, ion exchange treatment and the like.

<シリル化処理>
ゼオライトをシリル化処理する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適宜用いることができ、具体的には液相シリル化や気相シリル化等を行うことができる。
<Cyrilization treatment>
The method for silylating the zeolite is not particularly limited, and a known method can be appropriately used, and specifically, liquid phase silylation, gas phase silylation and the like can be performed.

ゼオライトは、シリル化処理により、通常、外表面の酸点が被覆され、不活性化される
ことにより、外表面酸量が低下するものと考えられる。外表面酸量が低下すると、前記ゼオライトの外表面で起こる副反応が抑制される。具体的には、メタノールの転化反応により、ゼオライト細孔内で生成した低級オレフィンがゼオライトの外表面の酸点と接触することで、目的物以外の成分が生成する反応を抑制する効果があると考えられる。また、外表面酸点のシリル化では、前記ゼオライトが有する細孔を構成する酸点にもシリル基が結合するため、外表面開口部の細孔径が僅かに縮小し、結晶外への分子拡散を抑制する効果もあると考えられる。これにより、より大きい分子である炭素数5以上の炭化水素の生成を抑制することができ、低級オレフィンの選択率が向上するものと考える。
以下、シリル化処理を、液相シリル化を例に取り、具体的に説明する。
It is considered that the acid spots on the outer surface of zeolite are usually covered with the acid spots on the outer surface and inactivated by the silylation treatment, so that the amount of acid on the outer surface is reduced. When the amount of acid on the outer surface decreases, side reactions that occur on the outer surface of the zeolite are suppressed. Specifically, the conversion reaction of methanol causes the lower olefins produced in the zeolite pores to come into contact with the acid spots on the outer surface of the zeolite, which has the effect of suppressing the reaction of components other than the target substance. Conceivable. Further, in the silylation of the outer surface acid points, since the silyl group is also bonded to the acid points constituting the pores of the zeolite, the pore diameter of the outer surface opening is slightly reduced and the molecular diffusion to the outside of the crystal is performed. It is also considered to have the effect of suppressing. It is considered that this makes it possible to suppress the formation of hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, which are larger molecules, and improve the selectivity of lower olefins.
Hereinafter, the silylation treatment will be specifically described by taking liquid phase silylation as an example.

シリル化剤としては、特に限定されるものではなく、通常はゼオライトの外表面をシリル化することができ、かつゼオライトの細孔内をシリル化することができないものを使用する。具体的には、シリコーン類、クロロシラン類、アルコキシシラン類、シロキサン類、シラザン類などが使用できる。これらのうち、気相シリル化には通常クロロシラン類、液相シリル化には通常アルコキシシラン類が用いられ、より好ましいシリル化剤は、反応性が高く、取り扱いが比較的容易であるという点で、アルコキシシラン類である。
シリコーン類としては、具体的にはジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、メチルハイドロジェンシリコーン、エチルハイドロジェンシリコーン、フェニルハイドロジェンシリコーン、メチルエチルシリコーン、フェニルエチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、メチルトリフルオロプロピルシリコーン、エチルトリフルオロプロピルシリコーン、テトラクロロフェニルメチルシリコーン、テトラクロロフェニルエチルシリコーン、テトラクロロフェニルハイドロジェンシリコーン、テトラクロロフェニルシリコーン、メチルビニルシリコーン及びエチルビニルシリコーン等が用いられる。
The silylating agent is not particularly limited, and usually, an agent capable of silylating the outer surface of the zeolite and not being able to silylate the inside of the pores of the zeolite is used. Specifically, silicones, chlorosilanes, alkoxysilanes, siloxanes, silazanes and the like can be used. Of these, chlorosilanes are usually used for gas phase silylation, and alkoxysilanes are usually used for liquid phase silylation, and more preferable silylating agents are highly reactive and relatively easy to handle. , Alkoxysilanes.
Specific examples of silicones include dimethyl silicone, diethyl silicone, phenylmethyl silicone, methylhydrogen silicone, ethylhydrogen silicone, phenylhydrogen silicone, methylethyl silicone, phenylethyl silicone, diphenyl silicone, and methyltrifluoropropyl silicone. , Ethyltrifluoropropyl Silicone, Tetrachlorophenyl Methyl Silicone, Tetrachlorophenyl Ethyl Silicone, Tetrachlorophenyl Hydrogen Silicone, Tetrachlorophenyl Silicone, Methyl Vinyl Silicone, Ethyl Vinyl Silicone and the like are used.

クロロシラン類としては、具体的には、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、トリクロロメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、クロロトリメチルシラン、トリクロロエチルシラン、ジクロロジエチルシラン、クロロトリエチルシラン等が用いられる。
アルコキシシラン類としては、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等;の4級アルコキシシラン、トリメトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリエトキシエチルシラン等;の3級アルコキシシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン等;の2級アルコキシシラン、メトキシトリメチルシラン、メトキシトリエチルシラン、エトキシトリメチルシラン、エトキシトリエチルシラン等;の1級アルコキシシランが用いられる。好ましくは2級以上のアルコキシシランであり、より好ましくは3級以上のアルコキシシランであり、さらに好ましくは4級アルコキシシランである。
Specific examples of the chlorosilanes include tetrachlorosilane, trichlorosilane, trichloromethylsilane, dichlorodimethylsilane, chlorotrimethylsilane, trichloroethylsilane, dichlorodiethylsilane, and chlorotriethylsilane.
Specific examples of the alkoxysilanes include quaternary alkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane; and tertiary alkoxysilanes such as trimethoxymethylsilane, trimethoxyethylsilane, triethoxymethylsilane, and triethoxyethylsilane. Secondary alkoxysilanes such as alkoxysilanes, dimethoxydimethylsilanes, dimethoxydiethylsilanes, diethoxydimethylsilanes, diethoxydiethylsilanes; primary alkoxysilanes such as methoxytrimethylsilanes, methoxytriethylsilanes, ethoxytrimethylsilanes, and ethoxytriethylsilanes; Is used. It is preferably a secondary or higher alkoxysilane, more preferably a tertiary or higher alkoxysilane, and even more preferably a quaternary alkoxysilane.

シロキサン類としては、具体的には、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ペンタメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサン等が挙げられ、ヘキサメチルジシロキサンが好ましい。
シラザン類としては、具体的には、ヘキサメチルジシラザン、ジプロピルテトラメチルジシラザン、ジフェニルテトラメチルジシラザン、テトラフェニルジメチルジシラザン等が挙げられ、ヘキサメチルジシラザンが好ましい。
Specific examples of the siloxanes include hexamethyldisiloxane, hexaethyldisiloxane, pentamethyldisiloxane, tetramethyldisiloxane, and the like, with hexamethyldisiloxane being preferred.
Specific examples of the silazanes include hexamethyldisilazane, dipropyltetramethyldisilazane, diphenyltetramethyldisilazane, tetraphenyldimethyldisilazane and the like, and hexamethyldisilazane is preferable.

前記ゼオライトに対するシリル化剤の量は、特に限定されるものではないが、前記ゼオライト1モルに対して、通常0.001モル以上、好ましくは0.01モル以上、より好ましくは0.1モル以上である。また、通常5モル以下であり、好ましくは3モル以下、より好ましくは1モル以下である。シリル化剤の量を上記の範囲とすることで、外表面酸点のシリル化被覆が効率的に進行し、かつ過度なシリル化被覆による触媒活性低下を抑制
できる点で好ましい。なお、上記シリル化剤の量は、シリル化剤に含まれるSi原子のモル数で表すこととし、分子内に複数のSi原子を有するシリル化剤では、そのSi原子の合計のモル数をシリル化剤のモル数として扱うことにする。
The amount of the silylating agent for the zeolite is not particularly limited, but is usually 0.001 mol or more, preferably 0.01 mol or more, and more preferably 0.1 mol or more with respect to 1 mol of the zeolite. Is. Further, it is usually 5 mol or less, preferably 3 mol or less, and more preferably 1 mol or less. By setting the amount of the silylating agent in the above range, the silylation coating of the outer surface acid spots proceeds efficiently, and the decrease in catalytic activity due to the excessive silylation coating can be suppressed, which is preferable. The amount of the silylating agent is represented by the number of moles of Si atoms contained in the silylating agent, and in the case of a silylating agent having a plurality of Si atoms in the molecule, the total number of moles of the Si atoms is silyl. It will be treated as the number of moles of the agent.

液相シリル化を行う場合、溶媒を使用することができ、溶媒としては、特に限定されないが、へキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素や水を使用することができる。また、水溶媒で液相シリル化を行なう場合は、シリル化反応を促進するために、硫酸や硝酸等の酸を添加した酸性水溶液を使用することができる。 When liquid phase silylation is performed, a solvent can be used, and the solvent is not particularly limited, but hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclopentane, cyclohexane, benzene, toluene and xylene. And water can be used. When liquid phase silylation is performed with an aqueous solvent, an acidic aqueous solution to which an acid such as sulfuric acid or nitric acid is added can be used in order to promote the silylation reaction.

液相シリル化を行う場合、前記液相シリル化反応を行なう溶液中のシリル化剤の濃度は、特に限定されるものではないが、通常0.01質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上である。また、通常80質量%以下であり、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下である。シリル化剤の濃度を上記の範囲とすることで、シリル化剤同士の縮合を抑制し、かつシリル化速度を維持できる点で好ましい。 When liquid phase silylation is performed, the concentration of the silylating agent in the solution for which the liquid phase silylation reaction is performed is not particularly limited, but is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.5% by mass. As mentioned above, it is more preferably 1% by mass or more. Further, it is usually 80% by mass or less, preferably 60% by mass or less, and more preferably 40% by mass or less. By setting the concentration of the silylating agent in the above range, condensation between the silylating agents can be suppressed and the silylation rate can be maintained, which is preferable.

液相シリル化を行なう場合の前記ゼオライトに対する溶媒の量は、特に制限されるものではないが、前記ゼオライト1gに対して、通常1g以上、好ましくは3g以上、より好ましくは5g以上である。また、通常100g以下、好ましくは80g以下、より好ましくは50g以下である。溶媒の量を上記の範囲とすることで、スラリーの十分な撹拌効率を得るとともに、一定の生産性を確保することができる点で好ましい。 The amount of the solvent for the zeolite in the case of performing liquid phase silylation is not particularly limited, but is usually 1 g or more, preferably 3 g or more, and more preferably 5 g or more with respect to 1 g of the zeolite. Further, it is usually 100 g or less, preferably 80 g or less, and more preferably 50 g or less. By setting the amount of the solvent in the above range, it is preferable in that sufficient stirring efficiency of the slurry can be obtained and a certain productivity can be ensured.

液相シリル化を行う場合、シリル化処理に供するゼオライトに特定の範囲の水分を付与しておいてもよい。前記ゼオライトが含有する水分は、ゼオライトが元々含有しているものであっても、人為的に水分を供給して、特定の範囲に調整してもよい。通常、本発明のゼオライトは水熱合成により得られたものを焼成し、さらに必要に応じてアンモニウム型へ変換してから焼成することによりプロトン型に変換したものを使用する。したがって、通常シリル化処理前のゼオライトの水分含有量は、通常非常に少ないと想定され、そのままシリル化処理に供してもよいし、ゼオライトに特定の水分含有量となるように水分を供給し、水分含有量を調整して使用してもよい(以下、調湿処理ということがある)。 When liquid phase silylation is performed, a specific range of water may be added to the zeolite to be subjected to the silylation treatment. The water contained in the zeolite may be originally contained in the zeolite, or may be artificially supplied with water to adjust the water content to a specific range. Usually, as the zeolite of the present invention, a zeolite obtained by hydrothermal synthesis is calcined, and if necessary, it is converted into an ammonium type and then calcined to be converted into a proton type. Therefore, it is usually assumed that the water content of the zeolite before the silylation treatment is very small, and the zeolite may be subjected to the silylation treatment as it is, or the zeolite is supplied with water so as to have a specific water content. The water content may be adjusted before use (hereinafter, may be referred to as humidity control treatment).

前記水分含有量は、特に制限されるものではないが、ゼオライト中に含まれる水分重量を乾燥ゼオライトの重量に対する質量%で表し、通常30質量%以下、好ましくは25質量%以下であり、下限としては完全乾燥状態の0質量%である。水分含有量を上記の範囲とすることで、外表面酸点のシリル化被覆が効率的に進行し、かつ過度なシリル化による細孔閉塞を防ぐことができる点で好ましい。 The water content is not particularly limited, but the weight of water contained in the zeolite is expressed in mass% with respect to the weight of the dry zeolite, and is usually 30% by mass or less, preferably 25% by mass or less, as a lower limit. Is 0% by mass in a completely dry state. By setting the water content within the above range, the silylation coating of the outer surface acid spots proceeds efficiently, and pore clogging due to excessive silylation can be prevented, which is preferable.

前記調湿処理方法は、所定の水分量に調整することができれば、特に限定されるものではない。例えば、ゼオライトを適当な相対湿度を有する大気中に放置する方法、ゼオライトを、密閉容器(デシケーター等)中に、水または無機塩の飽和水溶液とともに共存させ、飽和水蒸気雰囲気下で放置する方法、ゼオライトに、適当な水蒸気圧のガスを流通させる方法等が挙げられる。なお、前記の方法においては、より均一な調湿を行うために、ゼオライトを混合または攪拌しながら調湿処理を行ってもよい。 The humidity control treatment method is not particularly limited as long as it can be adjusted to a predetermined water content. For example, a method of leaving zeolite in an atmosphere having an appropriate relative humidity, a method of allowing zeolite to coexist in a closed container (decicator, etc.) with a saturated aqueous solution of water or an inorganic salt and leaving it in a saturated steam atmosphere, zeolite. In addition, a method of circulating a gas having an appropriate water vapor pressure can be mentioned. In the above method, in order to perform more uniform humidity control, the humidity control treatment may be performed while mixing or stirring zeolite.

シリル化処理をする温度は、使用するシリル化剤や溶媒の種類により適宜調整され、特に限定されるものではないが、通常20℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上である。また、通常140℃以下、好ましくは120℃以下であり、より好ましくは100℃以下である。シリル化処理温度を上記の範囲とすることで、前記ゼオライト細孔内の水分の吐出が抑制されるため、外表面酸点のシリル化被覆が効率的に進行し、
かつシリル化速度を維持できる点で好ましい。
The temperature at which the silylation treatment is performed is appropriately adjusted depending on the type of silylating agent and solvent used, and is not particularly limited, but is usually 20 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, and more preferably 60 ° C. or higher. .. Further, it is usually 140 ° C. or lower, preferably 120 ° C. or lower, and more preferably 100 ° C. or lower. By setting the silylation treatment temperature within the above range, the discharge of water in the zeolite pores is suppressed, so that the silylation coating of the outer surface acid spots proceeds efficiently.
Moreover, it is preferable in that the silylation rate can be maintained.

シリル化剤を添加してからシリル化温度まで昇温するのに要する時間は、特に限定されるものではなく、シリル化温度にてシリル化剤を添加してもよいが、通常0.01時間以上、好ましくは0.05時間以上、より好ましくは0.1時間以上であり、昇温に要する時間の上限は特にない。シリル化温度が高い場合、昇温に要する時間を上記の範囲とすることで、前記ゼオライトの細孔内からの水分の吐出が抑制されるため、溶液中のシリル化剤の加水分解及び重合反応が抑制され、前記ゼオライトのシリル化が効率的に進行する点で好ましい。 The time required to raise the temperature from the addition of the silylating agent to the silylation temperature is not particularly limited, and the silylating agent may be added at the silylation temperature, but usually 0.01 hours. As described above, it is preferably 0.05 hours or more, more preferably 0.1 hours or more, and there is no particular upper limit to the time required for raising the temperature. When the silylation temperature is high, by setting the time required for raising the temperature within the above range, the discharge of water from the pores of the zeolite is suppressed, so that the hydrolysis and polymerization reaction of the silylating agent in the solution Is suppressed, and silylation of the zeolite proceeds efficiently, which is preferable.

シリル化の処理時間は、反応温度にもよるが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上であり、より好ましくは1時間以上であり、触媒の性能を阻害しない限りにおいて処理時間の上限は特にない。処理時間を上記の範囲とすることで、前記ゼオライトの外表面酸点のシリル化被覆が進行し、外表面酸量が十分に減少する点で好ましい。 The treatment time for silylation depends on the reaction temperature, but is usually 0.1 hours or more, preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more, and the treatment time is as long as the performance of the catalyst is not impaired. There is no particular upper limit for. By setting the treatment time within the above range, the silylation coating of the outer surface acid points of the zeolite proceeds, and the amount of the outer surface acid is sufficiently reduced, which is preferable.

<水蒸気処理>
水蒸気処理方法は、特に限定されるものではないが、本発明の効果を損なわない範囲において水蒸気を含む気体に接触させることができる。具体的には水蒸気、空気又は不活性ガスで希釈した水蒸気、メタノール及び/又はジメチルエーテルとともに水蒸気を含む反応雰囲気、または水蒸気を生成する反応雰囲気等に接触させる方法などが挙げられる。水蒸気を生成する反応とは、メタノール及び/又はジメチルエーテルの脱水反応のように脱水が起こって水蒸気を生成する反応のことである。なお、条件によって水蒸気が部分的に液体の水として存在しても構わないが、前記ゼオライトに一様な水蒸気処理効果を与えるために、全体が水蒸気の状態で存在していることが好ましい。
<Steam treatment>
The steam treatment method is not particularly limited, but can be brought into contact with a gas containing steam as long as the effect of the present invention is not impaired. Specific examples thereof include a method of contacting with water vapor, water vapor diluted with air or an inert gas, a reaction atmosphere containing water vapor together with methanol and / or dimethyl ether, a reaction atmosphere for generating water vapor, and the like. The reaction that produces water vapor is a reaction that causes dehydration to generate water vapor, such as the dehydration reaction of methanol and / or dimethyl ether. Depending on the conditions, water vapor may partially exist as liquid water, but in order to give the zeolite a uniform water vapor treatment effect, it is preferable that the whole is present in the state of water vapor.

前記ゼオライトは水蒸気処理により、その骨格を形成するケイ素以外のT原子の骨格からの脱離が結晶全体で起こるため、前記の外表面酸量だけでなく、前記全酸量も減少すると考えられる。この全酸量の減少により、ゼオライトの細孔内部におけるコーク生成が抑制され、分子の結晶内拡散性が向上する。このため、プロピレンよりも大きい分子の直鎖ブテンの生成が相対的に促進されるものと推測される。
なお、過度な水蒸気処理を行うと、分子の結晶内拡散性が必要以上に上昇し、ペンテンやヘキセン等の炭素数5以上の炭化水素分子の生成量が増加する傾向がある。
It is considered that not only the amount of the outer surface acid but also the total acid amount of the zeolite is reduced because the T atoms other than silicon forming the skeleton of the zeolite are desorbed from the skeleton of the entire crystal by steam treatment. This decrease in the total amount of acid suppresses the formation of cork inside the pores of the zeolite and improves the diffusivity of the molecule in the crystal. Therefore, it is presumed that the production of linear butene, which is a molecule larger than propylene, is relatively promoted.
When excessive water vapor treatment is performed, the diffusibility of the molecule in the crystal increases more than necessary, and the amount of hydrocarbon molecules having 5 or more carbon atoms such as pentene and hexene tends to increase.

水蒸気処理温度は、特に限定されるものではないが、通常500℃以上であり、好ましくは600℃以上、より好ましくは700℃以上である。また通常1000℃以下であり、好ましくは900℃以下、より好ましくは800℃以下である。水蒸気処理温度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を起こさずに、短い処理時間で効率的にケイ素以外のT原子を骨格から除去することができる点で好ましい。 The steam treatment temperature is not particularly limited, but is usually 500 ° C. or higher, preferably 600 ° C. or higher, and more preferably 700 ° C. or higher. Further, it is usually 1000 ° C. or lower, preferably 900 ° C. or lower, and more preferably 800 ° C. or lower. By setting the steam treatment temperature in the above range, it is preferable that T atoms other than silicon can be efficiently removed from the skeleton in a short treatment time without causing the collapse of the skeleton structure.

水蒸気処理に用いる水蒸気(スチーム)は、空気や、ヘリウム、窒素等の不活性ガスで希釈して使用することができる。その際の水蒸気濃度は、特に限定されるものではないが、前記ゼオライトを水蒸気処理する際に用いる気体全体に対して通常5体積%以上、好ましくは20体積%以上、より好ましくは35体積%以上であり、さらに好ましくは50体積%以上であり、通常100体積%以下、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下、さらに好ましくは70体積%以下である。
上限は特に制限されず、100体積%の水蒸気を用いることができる。水蒸気濃度を上記範囲にすることで、短い処理時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。
The steam used for steam treatment can be diluted with air or an inert gas such as helium or nitrogen before use. The water vapor concentration at that time is not particularly limited, but is usually 5% by volume or more, preferably 20% by volume or more, and more preferably 35% by volume or more with respect to the total gas used for steam treatment of the zeolite. It is more preferably 50% by volume or more, usually 100% by volume or less, preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, still more preferably 70% by volume or less.
The upper limit is not particularly limited, and 100% by volume of steam can be used. By setting the water vapor concentration in the above range, the T atom can be efficiently removed from the skeleton in a short treatment time, which is preferable.

水蒸気処理の圧力(希釈ガスを含む全圧)は特に制限されるものではないが、通常50
kPa(絶対圧、以下同様)以上、好ましくは75kPa以上、より好ましくは100kPa以上であり、通常2MPa以下、好ましくは1MPa以下、より好ましくは0.5MPa以下である。水蒸気処理の圧力を上記圧力範囲にすることで、短時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。
The pressure of steam treatment (total pressure including diluting gas) is not particularly limited, but is usually 50.
It is kPa (absolute pressure, the same applies hereinafter) or more, preferably 75 kPa or more, more preferably 100 kPa or more, and usually 2 MPa or less, preferably 1 MPa or less, more preferably 0.5 MPa or less. By setting the pressure of steam treatment within the above pressure range, the T atom can be efficiently removed from the skeleton in a short time, which is preferable.

水蒸気の分圧は特に制限されるものではないが、通常0.01MPa以上(絶対圧、以下同様)、好ましくは0.03MPa以上、より好ましくは0.05MPa以上であり、通常3MPa以下、好ましくは1MPa以下、より好ましくは0.5MPa以下、さらに好ましくは0.2MPa以下である。水蒸気の分圧を上記圧力範囲にすることで、短時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。 The partial pressure of water vapor is not particularly limited, but is usually 0.01 MPa or more (absolute pressure, the same applies hereinafter), preferably 0.03 MPa or more, more preferably 0.05 MPa or more, and usually 3 MPa or less, preferably 3 MPa or less. It is 1 MPa or less, more preferably 0.5 MPa or less, still more preferably 0.2 MPa or less. By setting the partial pressure of water vapor within the above pressure range, the T atom can be efficiently removed from the skeleton in a short time, which is preferable.

水蒸気処理時間は、特に限定されるものではないが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上であり、より好ましくは1時間以上である。また触媒活性を著しく阻害しない限りにおいては処理時間の上限はない。水蒸気処理温度及び水蒸気濃度により、処理時間は適宜調整することができる。 The steam treatment time is not particularly limited, but is usually 0.1 hours or more, preferably 0.5 hours or more, and more preferably 1 hour or more. Further, there is no upper limit of the treatment time as long as the catalytic activity is not significantly inhibited. The treatment time can be appropriately adjusted depending on the steam treatment temperature and the steam concentration.

水蒸気処理は、その細孔内部に有機物が存在している状態で行ってもよい。有機物が細孔内部に存在することで、特に強い水蒸気処理を行なった場合に、細孔内部の酸点の極端な減少を防ぎつつ、外表面酸点の大幅な減少をはかることができる。
前記有機物としては、特に限定されないが、ゼオライトの水熱合成時に使用する構造規定剤、及び反応によって生成するコーク等が挙げられる。これら有機物は、水熱合成後のゼオライト(以下、焼成前ゼオライトということがある)に水蒸気処理を行った後、空気焼成等の燃焼工程を経て除去することもでき、または空気等の酸素含有ガスで希釈した水蒸気で処理することにより、有機物を除去しながら水蒸気処理することもできる。
The steam treatment may be performed in a state where an organic substance is present inside the pores. The presence of the organic substance inside the pores makes it possible to significantly reduce the acid points on the outer surface while preventing an extreme decrease in the acid points inside the pores, especially when a strong steam treatment is performed.
Examples of the organic substance include, but are not limited to, a structure-defining agent used during hydrothermal synthesis of zeolite, cork produced by the reaction, and the like. These organic substances can be removed by steam treatment of zeolite after hydrothermal synthesis (hereinafter, referred to as zeolite before firing) and then through a combustion step such as air firing, or an oxygen-containing gas such as air. By treating with steam diluted with, it is also possible to treat with steam while removing organic substances.

前記ゼオライトを水蒸気処理に供する前に、アルカリ土類金属を含む化合物と物理混合することも可能である。アルカリ土類金属を添加することにより、ゼオライトの強酸点を中和し、強酸点で生成するコークの生成を抑制できることがある。アルカリ土類金属を含む化合物としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウムが挙げられ、中でも炭酸カルシウムが好ましい。
アルカリ土類金属を含む化合物の量は、特に限定されないが、前記ゼオライトに対して通常、0.5質量%以上、好ましくは3質量%以上、通常30質量%以下、好ましくは10質量%以下である。
It is also possible to physically mix the zeolite with a compound containing an alkaline earth metal before subjecting it to steam treatment. By adding an alkaline earth metal, it may be possible to neutralize the strong acid point of the zeolite and suppress the formation of cork produced at the strong acid point. Examples of the compound containing an alkaline earth metal include calcium carbonate, calcium hydroxide and magnesium carbonate, and calcium carbonate is preferable.
The amount of the compound containing an alkaline earth metal is not particularly limited, but is usually 0.5% by mass or more, preferably 3% by mass or more, usually 30% by mass or less, preferably 10% by mass or less with respect to the zeolite. be.

<熱処理>
熱処理する方法は、特に限定されるものではないが、具体的には、前記ゼオライトを、空気及び不活性ガスから選ばれる少なくとも1つの雰囲気下で高温処理する方法や、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む混合ガス雰囲気下で高温処理する方法などが挙げられる。これにより、ゼオライトの全酸量を減少させることができる。
<Heat treatment>
The method for heat treatment is not particularly limited, but specifically, a method for treating the zeolite at a high temperature in at least one atmosphere selected from air and an inert gas, and a method containing methanol and / or dimethyl ether are included. Examples thereof include a method of high temperature treatment in a mixed gas atmosphere. This makes it possible to reduce the total amount of acid in the zeolite.

熱処理温度は特に限定されるものではないが、通常600℃以上、好ましくは700℃以上、より好ましくは800℃以上であり、通常1200℃以下、好ましくは1000℃以下、より好ましくは900℃以下である。熱処理温度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を起こさずに、短い処理時間で効率的に前記T原子を骨格から除去することができる点で好ましい。 The heat treatment temperature is not particularly limited, but is usually 600 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, usually 1200 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 900 ° C. or lower. be. By setting the heat treatment temperature in the above range, it is preferable that the T atom can be efficiently removed from the skeleton in a short treatment time without causing the collapse of the skeleton structure.

熱処理の際に使用するガス種としては、ヘリウム、窒素、空気等を使用することができる。
熱処理も水蒸気処理同様に、細孔内部に有機物が存在している状態で行ってもよい。ヘリウムや窒素等の不活性ガスを用いた場合、熱処理により有機物が炭化する場合があるが
、空気での焼成により、除去することができる。
As the gas type used in the heat treatment, helium, nitrogen, air or the like can be used.
Similar to the steam treatment, the heat treatment may be performed in a state where an organic substance is present inside the pores. When an inert gas such as helium or nitrogen is used, the organic substance may be carbonized by heat treatment, but it can be removed by firing with air.

なお、熱処理は上記のゼオライトを製造する際に行われる焼成と同時に行っても別個に分けて行ってもよい。熱処理は骨格内の前記T原子の脱離等を目的とするため比較的高温で行われ、特に限定はされないが、具体的には、上記の焼成と熱処理を別個に行なう場合であれば、熱処理は、通常、焼成よりも高い温度で行なわれる。
熱処理の時間は、特に限定されるものではないが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1.0時間以上である。また触媒活性を著しく阻害しない限りにおいては処理時間の上限はなく、熱処理温度により、処理時間は適宜調整することができる。
The heat treatment may be performed at the same time as the firing performed when the above-mentioned zeolite is produced, or may be separately performed separately. The heat treatment is performed at a relatively high temperature for the purpose of desorption of the T atom in the skeleton, and is not particularly limited. Specifically, if the above firing and the heat treatment are performed separately, the heat treatment is performed. Is usually carried out at a temperature higher than that of firing.
The heat treatment time is not particularly limited, but is usually 0.1 hours or longer, preferably 0.5 hours or longer, and more preferably 1.0 hour or longer. Further, there is no upper limit of the treatment time as long as the catalytic activity is not significantly impaired, and the treatment time can be appropriately adjusted depending on the heat treatment temperature.

<酸処理>
本発明のゼオライトの酸処理の方法は、特に限定されるものではないが、具体的には、酸性水溶液を用いる方法が挙げられる。
前記酸性水溶液に用いる酸の種類としては、特に限定されるものではないが、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸などの無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸、シュウ酸、マロン酸などのジカルボン酸などを使用することができる。これらのうち好ましいのは、硫酸、硝酸、塩酸である。
<Acid treatment>
The method for acid treatment of zeolite of the present invention is not particularly limited, and specific examples thereof include a method using an acidic aqueous solution.
The type of acid used in the acidic aqueous solution is not particularly limited, but is not limited to inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid, carboxylic acids such as formic acid, acetic acid and propionic acid, oxalic acid, malonic acid and the like. Dicarboxylic acid and the like can be used. Of these, sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acid are preferable.

前記酸性水溶液の酸の濃度としては、特に限定されるものではないが、通常0.01M以上、好ましくは0.1M以上、より好ましくは1M以上であり、通常10M以下であり、好ましくは8M以下であり、より好ましくは6M以下である。酸の濃度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を起こさずに、短い処理時間で効率的に全酸量を低減することができる点で好ましい。 The acid concentration of the acidic aqueous solution is not particularly limited, but is usually 0.01 M or more, preferably 0.1 M or more, more preferably 1 M or more, usually 10 M or less, and preferably 8 M or less. It is more preferably 6M or less. By setting the acid concentration in the above range, it is preferable that the total acid amount can be efficiently reduced in a short treatment time without causing the collapse of the skeletal structure.

ゼオライトに対する酸性水溶液の量としては、特に制限されるものではないが、ゼオライト1gに対して、酸性水溶液の総量で通常3g以上、好ましくは5g以上、より好ましくは10g以上であり、通常100g以下、好ましくは80g以下、より好ましくは50g以下である。酸性水溶液の量を上記の範囲とすることで、スラリーの十分な撹拌効率を得るとともに、一定の生産性を確保することができる点で好ましい。 The amount of the acidic aqueous solution for zeolite is not particularly limited, but the total amount of the acidic aqueous solution is usually 3 g or more, preferably 5 g or more, more preferably 10 g or more, and usually 100 g or less, with respect to 1 g of zeolite. It is preferably 80 g or less, more preferably 50 g or less. By setting the amount of the acidic aqueous solution in the above range, it is preferable in that sufficient stirring efficiency of the slurry can be obtained and a certain productivity can be ensured.

酸処理の温度としては、特に限定されるものではないが、常圧においては通常室温から100℃、耐圧容器内では100℃以上で行うことも可能であり、通常40℃以上、好ましく60℃以上、より好ましくは80℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下である。酸処理の温度を上記の範囲とすることで、骨格構造の崩壊を抑制しながら、短い処理時間で効率的に全酸量を低減することができる点で好ましい。 The temperature of the acid treatment is not particularly limited, but it can be carried out at normal pressure from room temperature to 100 ° C. and in a pressure resistant container at 100 ° C. or higher, and is usually 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher. , More preferably 80 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower. By setting the acid treatment temperature within the above range, it is preferable that the total acid amount can be efficiently reduced in a short treatment time while suppressing the collapse of the skeletal structure.

酸処理の処理時間は、特に限定されるものではなく、酸の濃度や反応温度にもよるが、通常0.01時間以上、好ましくは0.1時間以上であり、触媒の性能を阻害しない限りにおいて処理時間の上限は特にない。酸の濃度や反応温度により、処理時間は適宜調整することができる。
酸性水溶液中に、シリル化剤を添加することにより、酸処理とシリル化処理を同時に行うこともできる。その際に用いるシリル化剤は、前記シリル化剤と同じである。
The treatment time of the acid treatment is not particularly limited and depends on the acid concentration and the reaction temperature, but is usually 0.01 hours or more, preferably 0.1 hours or more, as long as the performance of the catalyst is not impaired. There is no particular upper limit to the processing time. The treatment time can be appropriately adjusted depending on the acid concentration and the reaction temperature.
By adding a silylating agent to the acidic aqueous solution, the acid treatment and the silylation treatment can be performed at the same time. The silylating agent used at that time is the same as the silylating agent.

<イオン交換処理>
ゼオライトのカウンターカチオンは、通常、ナトリウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム(NH)あるいはプロトン(H)である。これらのカウンターカチオンはイオン交換可能であり、適宜、金属イオン交換して使用することができる。
交換する金属としては、特に限定されるものではないが、リチウム、ナトリウム、カリ
ウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属が挙げられる。好ましくはナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムであり、より好ましくはナトリウム、カリウム、カルシウムであり、さらに好ましくはカルシウムである。
<Ion exchange processing>
The counter cation of zeolite is usually an alkali metal such as sodium, an alkaline earth metal, ammonium (NH 4 ) or a proton (H). These counter cations are ion-exchangeable and can be used by appropriately exchanging metal ions.
Examples of the metal to be exchanged include, but are not limited to, alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, and alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium. It is preferably sodium, potassium, magnesium and calcium, more preferably sodium, potassium and calcium, and even more preferably calcium.

イオン交換することで、ゼオライトの酸量を調整することができ、さらには、ケージ空間容積を調整することができるため、反応時のコーク蓄積を抑制することができる。また熱的/水熱的安定性が高くなり劣化を抑制することができる点でも好ましい。金属イオン交換の方法は、特に限定されるものではないが、既知のイオン交換法によって行うことができる。イオン交換法に用いる際の、ゼオライトのカチオンは特に限定されず、通常、ナトリウム型、アンモニウム型、あるいはプロトン型が用いられる。 By ion exchange, the acid amount of zeolite can be adjusted, and further, the cage space volume can be adjusted, so that coke accumulation during the reaction can be suppressed. It is also preferable in that the thermal / hydrothermal stability is high and deterioration can be suppressed. The method of metal ion exchange is not particularly limited, but can be performed by a known ion exchange method. The cation of zeolite when used in the ion exchange method is not particularly limited, and a sodium type, an ammonium type, or a proton type is usually used.

金属源としては、通常、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、炭酸塩、塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩等が用いられ、好ましくは硝酸塩、硫酸塩、塩化物塩であり、より好ましくは硝酸塩である。
用いる溶媒としては、金属源が溶解するものであれば、特に限定されるものではないが、通常、水が用いられる。
As the metal source, nitrates, sulfates, acetates, carbonates, chloride salts, bromide salts, iodide salts and the like are usually used, preferably nitrates, sulfates and chloride salts, and more preferably nitrates. Is.
The solvent used is not particularly limited as long as it dissolves the metal source, but water is usually used.

金属源溶液の濃度は、特に限定されるものではないが、通常0.1M以上、好ましくは0.5M以上、より好ましくは1M以上であり、また上限は、通常10M以下、好ましくは8M以下、より好ましくは6M以下である。金属源の溶解度見合いで濃度を調整することが望ましい。 The concentration of the metal source solution is not particularly limited, but is usually 0.1 M or more, preferably 0.5 M or more, more preferably 1 M or more, and the upper limit is usually 10 M or less, preferably 8 M or less. More preferably, it is 6 M or less. It is desirable to adjust the concentration according to the solubility of the metal source.

イオン交換を行う温度は、室温から溶媒の沸点程度である。処理時間は、イオン交換が十分平衡に達する時間であればよく、通常1~6時間程度である。金属の交換率を高めるため、イオン交換を複数回繰り返すことも可能である。 The temperature at which ion exchange is performed is from room temperature to about the boiling point of the solvent. The treatment time may be any time as long as the ion exchange reaches a sufficient equilibrium, and is usually about 1 to 6 hours. It is also possible to repeat ion exchange multiple times in order to increase the metal exchange rate.

所定の時間処理した懸濁液からのゼオライトの分離は、通常の固液分離操作、例えば濾過や遠心分離によって行う。 Separation of the zeolite from the suspension treated for a predetermined time is carried out by a usual solid-liquid separation operation, for example filtration or centrifugation.

イオン交換後のゼオライトを乾燥する際の雰囲気は特に限定されず、例えば空気中、不活性ガス中、真空中などで行われる。乾燥温度は、通常、室温から溶媒の沸点程度である。 The atmosphere for drying the zeolite after ion exchange is not particularly limited, and the atmosphere is, for example, in air, in an inert gas, in vacuum, or the like. The drying temperature is usually from room temperature to about the boiling point of the solvent.

イオン交換後のゼオライトは、適宜焼成を行って使用する。焼成温度は金属源の分解温度よりも高温であればよく、通常200℃~600℃、好ましくは300℃~500℃である。焼成温度が低すぎると金属源が残留しやすく、焼成温度が高すぎるとゼオライトの構造崩壊や、金属のシンタリングが進行し易くなる。 Zeolites after ion exchange are appropriately calcined before use. The firing temperature may be higher than the decomposition temperature of the metal source, and is usually 200 ° C. to 600 ° C., preferably 300 ° C. to 500 ° C. If the calcination temperature is too low, the metal source tends to remain, and if the calcination temperature is too high, the structure of zeolite is likely to collapse and metal synterling is likely to proceed.

また、上記以外にも、金属元素の担持処理、又はゼオライトを成形する際にバインダーと前記ゼオライトの外表面酸点を結合させる、といった方法により外表面酸量を調整することもできる。 In addition to the above, the amount of outer surface acid can also be adjusted by a method such as carrying a metal element or binding the binder and the outer surface acid point of the zeolite when forming the zeolite.

本発明のゼオライトの平均一次粒子径は、特に限定されるものではないが、通常0.03μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、通常10μm以下、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。上記範囲とすることで、触媒反応におけるゼオライト結晶内の拡散性及び触媒有効係数が十分高くなり、ゼオライト結晶性が十分なものとなり、耐水熱安定性が高い点で好ましい。
なお、本発明における平均一次粒子径とは、一次粒子の粒子径に相当する。したがって、光散乱法などで測定される凝集体の粒子径とは異なる。平均一次粒子径は、走査型電子
顕微鏡(以降、「SEM」と略記する。)又は透過型電子顕微鏡(以降、「TEM」と略記する。)による粒子の観察において、粒子を任意に20個以上測定し、その一次粒子の粒子径を平均して求められる。該粒子が長方形の場合、該粒子の長辺・短辺を計測して(奥行は計測せず)、その和の平均、つまり(長辺+短辺)÷2を算出して、該粒子の一次粒子径とする。
The average primary particle size of the zeolite of the present invention is not particularly limited, but is usually 0.03 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and usually 10 μm or less, preferably 5 μm. Below, it is more preferably 2 μm or less. Within the above range, the diffusibility in the zeolite crystal and the catalytic effectiveness coefficient in the catalytic reaction are sufficiently high, the zeolite crystallinity is sufficient, and the hydrothermal stability is high, which is preferable.
The average primary particle size in the present invention corresponds to the particle size of the primary particles. Therefore, it is different from the particle size of the aggregate measured by a light scattering method or the like. The average primary particle size is arbitrarily 20 or more particles in the observation of particles with a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as "SEM") or a transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as "TEM"). It is measured and obtained by averaging the particle diameters of the primary particles. When the particle is rectangular, the long and short sides of the particle are measured (depth is not measured), and the average of the sum, that is, (long side + short side) / 2, is calculated to obtain the particle. The primary particle size.

(BET比表面積)
本発明のゼオライトのBET比表面積は、特に限定されるものではないが、通常300m/g以上、好ましくは400m/g以上、より好ましくは500m/g以上であり、通常1000m/g以下、好ましくは800m/g以下、より好ましくは750m/g以下である。上記範囲にあることで、細孔内表面に存在する活性点が十分多く、触媒活性が高くなるため好ましい。なお、BET比表面積は、JIS8830(ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法)に準じた測定方法によって測定できる。吸着ガスとして窒素を使用し、1点法(相対圧:p/p0=0.30)でBET比表面積を求められる。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the zeolite of the present invention is not particularly limited, but is usually 300 m 2 / g or more, preferably 400 m 2 / g or more, more preferably 500 m 2 / g or more, and usually 1000 m 2 / g. Hereinafter, it is preferably 800 m 2 / g or less, and more preferably 750 m 2 / g or less. Within the above range, the number of active sites existing on the inner surface of the pores is sufficiently large, and the catalytic activity is high, which is preferable. The BET specific surface area can be measured by a measuring method according to JIS8830 (method for measuring the specific surface area of powder (solid) by gas adsorption). Nitrogen is used as the adsorbed gas, and the BET specific surface area is determined by the one-point method (relative pressure: p / p0 = 0.30).

本発明のゼオライトの細孔容積は、特に限定されるものではないが、通常0.1ml/g以上、好ましくは0.2ml/g以上であり、通常3ml/g以下、好ましくは2ml/g以下である。上記範囲にあることで、細孔内表面に存在する活性点が十分多く、触媒活性が高くなるため好ましい。細孔容積は相対圧法により得られる窒素の吸着等温線から求める値であることが好ましい。 The pore volume of the zeolite of the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 ml / g or more, preferably 0.2 ml / g or more, and usually 3 ml / g or less, preferably 2 ml / g or less. Is. Within the above range, the number of active sites existing on the inner surface of the pores is sufficiently large, and the catalytic activity is high, which is preferable. The pore volume is preferably a value obtained from the adsorption isotherm of nitrogen obtained by the relative pressure method.

本発明のゼオライトは、一般的に水熱合成法により調製することが可能である。例えば、ケイ酸塩であれば、水にアルミニウム源、ガリウム源、ホウ素源、及び鉄源から選ばれる少なくとも1種類と、ケイ素源やアルカリ水溶液等を加えて均一なゲルを生成させ、これに必要に応じて構造規定剤を加えて攪拌し、原料ゲルを調製する。得られた前記原料ゲルを、密閉容器中で加熱し、自圧下反応させることにより、結晶化させる。このときの反応温度は特に限定されないが、通常100~200℃に保持して結晶化させる。結晶化の際に、必要に応じて種結晶を添加してもよく、製造性の面では種結晶を添加する方が、反応時間を短縮できる点や結晶粒子を微粒子化できる点で好ましい。次いで結晶化した固形成分を濾過および洗浄した後、固形分を乾燥し、引き続き焼成することによって、アルカリ(土類)金属型のゼオライトとして得ることができる。前記の乾燥温度は限定されないが、通常100~200℃である。また前記の焼成温度は限定されないが、通常400~700℃である。その後、酸性溶液やアンモニウム塩溶液でイオン交換し、焼成することにより、H型のゼオライトを得ることができる。 The zeolite of the present invention can generally be prepared by a hydrothermal synthesis method. For example, in the case of silicate, at least one selected from an aluminum source, a gallium source, a boron source, and an iron source, a silicon source, an alkaline aqueous solution, etc. are added to water to generate a uniform gel, which is necessary. Add a structure-defining agent and stir to prepare a raw material gel. The obtained raw material gel is heated in a closed container and reacted under self-pressure to crystallize it. The reaction temperature at this time is not particularly limited, but is usually kept at 100 to 200 ° C. for crystallization. A seed crystal may be added at the time of crystallization as needed, and it is preferable to add the seed crystal in terms of manufacturability because the reaction time can be shortened and the crystal particles can be made into fine particles. Then, after filtering and washing the crystallized solid component, the solid content is dried and subsequently calcined to obtain an alkaline (earth) metal type zeolite. The drying temperature is not limited, but is usually 100 to 200 ° C. The firing temperature is not limited, but is usually 400 to 700 ° C. Then, H-type zeolite can be obtained by ion exchange with an acidic solution or an ammonium salt solution and firing.

具体的に、CHA型ゼオライトとしては、米国特許第4544538号公報に記載の方法等の公知の方法で製造することができる。また、ERI型ゼオライトとしては、米国特許第7344694号公報に記載の方法等の公知の方法で製造することができる。 Specifically, the CHA-type zeolite can be produced by a known method such as the method described in US Pat. No. 4,544,538. Further, the ERI type zeolite can be produced by a known method such as the method described in US Pat. No. 7,344,694.

前記構造規定剤として用いられるカチオンは、本発明のゼオライトの形成を阻害しないアニオンを伴うものである。前記アニオンは、特に限定はされないが、具体的には、Cl-、Br-、I-などのハロゲンイオンや水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩が含まれる。中でも、水酸化物イオンは特に好適に用いられる。 The cation used as the structure defining agent is accompanied by an anion that does not inhibit the formation of the zeolite of the present invention. The anion is not particularly limited, but specifically includes halogen ions such as Cl-, Br-, and I-, hydroxide ions, acetates, sulfates, and carboxylates. Among them, hydroxide ion is particularly preferably used.

また、構造規定剤として、リン含有系構造規定剤又は窒素系構造規定剤を使用することもできる。リン含有系構造規定剤としては、例えばテトラエチルホスホニウム水酸化物、テトラエチルホスホニウムブロミドのような物質が挙げられる。しかし、リン化合物は、合成ゼオライトから焼成により構造規定剤を除去する際に、有害物質である五酸化二リン等を発生する可能性があるため、好ましくは窒素系構造規定剤である。 Further, as the structure-determining agent, a phosphorus-containing structure-determining agent or a nitrogen-based structure-determining agent can also be used. Examples of the phosphorus-containing structure-determining agent include substances such as tetraethylphosphonium hydroxide and tetraethylphosphonium bromide. However, the phosphorus compound is preferably a nitrogen-based structure-determining agent because it may generate diphosphorus pentoxide or the like, which is a harmful substance, when the structure-determining agent is removed from the synthetic zeolite by firing.

水熱合成及び焼成後、得られたゼオライトに適宜、上述したような、シリル化処理、水蒸気処理、熱処理、酸処理及びイオン交換から選ばれる少なくとも1つの処理を施すことが好ましい。このうち、好ましくはシリル化処理、水蒸気処理、熱処理、イオン交換から選ばれる少なくとも1つの処理を施したものであり、より好ましくはシリル化処理、水蒸気処理、イオン交換から選ばれる少なくとも1つの処理を施したものであり、さらに好ましくはシリル化処理、水蒸気処理から選ばれる少なくとも1つの処理を施したものであり、特に好ましくはシリル化処理を施したものである。 After hydrothermal synthesis and calcination, it is preferable that the obtained zeolite is appropriately subjected to at least one treatment selected from silylation treatment, steam treatment, heat treatment, acid treatment and ion exchange as described above. Of these, at least one treatment selected from silylation treatment, steam treatment, heat treatment, and ion exchange is preferably performed, and more preferably, at least one treatment selected from silylation treatment, steam treatment, and ion exchange is performed. It has been subjected to at least one treatment selected from silylation treatment and steam treatment, and more preferably has been subjected to silylation treatment.

ゼオライトは触媒活性成分であるために、ゼオライトをそのままゼオライト触媒として反応に用いてよいし、反応に不活性な物質やバインダーを用いて、造粒・成型して、或いはこれらを混合して反応に用いてもよい。
該反応に不活性な物質やバインダーとしては、アルミナまたはアルミナゾル、シリカ、シリカゾル、石英、およびこれらの混合物等が挙げられる。
Since zeolite is a catalytically active component, zeolite may be used as it is as a zeolite catalyst in the reaction, or it may be granulated and molded using a substance or binder that is inert to the reaction, or these may be mixed and used in the reaction. You may use it.
Examples of the substance or binder inert to the reaction include alumina or alumina sol, silica, silica sol, quartz, and a mixture thereof.

ゼオライト触媒の全酸量及び外表面酸量は、上述のゼオライトの全酸量及び外表面酸量と同様の方法にて測定することができる。ゼオライト触媒の全酸量は、特に限定されるものではないが、通常0.01mmol/g以上、好ましくは0.10mmol/g以上、より好ましくは0.20mmol/g以上、さらに好ましくは0.30mmol/g以上である。また、通常2.0mmol/g以下、好ましくは1.5mmol/g以下、より好ましくは1.0mmol/g以下、さらに好ましくは0.80mmol/g以下である。ゼオライト触媒の全酸量を上記の範囲とすることで、メタノールの転化活性が担保されるとともに、ゼオライトの細孔内部におけるコーク生成が抑制され、低級オレフィンの生成を促進することができる点で好ましい。 The total acid amount and the outer surface acid amount of the zeolite catalyst can be measured by the same method as the above-mentioned total acid amount and outer surface acid amount of the zeolite. The total acid amount of the zeolite catalyst is not particularly limited, but is usually 0.01 mmol / g or more, preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, still more preferably 0.30 mmol or more. / G or more. Further, it is usually 2.0 mmol / g or less, preferably 1.5 mmol / g or less, more preferably 1.0 mmol / g or less, still more preferably 0.80 mmol / g or less. By setting the total acid amount of the zeolite catalyst in the above range, the conversion activity of methanol is ensured, the formation of cork inside the pores of the zeolite is suppressed, and the formation of lower olefins can be promoted, which is preferable. ..

ゼオライト触媒の外表面酸量は、特に限定されるものではないが、通常、触媒の全酸量に対して8%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下、最も好ましくは0%である。外表面酸量が大きすぎる場合には、外表面酸点で起こる副反応により低級オレフィンの選択性が低下する傾向がある。
なお、ゼオライト触媒の全酸量及び外表面酸量を調整するには、酸点を有さないシリカやアルミナ等バインダーとして用いることが好ましい。
なお、アルミナ等の、酸点を有するバインダーを使用した場合には、触媒の全酸量及び外表面酸量の測定方法では、ゼオライトの酸量と共にバインダーの酸量も含んだ合計値として測定される。その場合はバインダー由来の酸量を別法により求め、触媒の酸量からその値を差し引くことによって、バインダー由来の酸量を含まないゼオライトのみの酸量を求めることが可能である。前記バインダーの酸量は、27Al-NMRにおいてゼオライトの酸点に由来する4配位Alのピーク強度からゼオライトの酸量を求め、アンモニア昇温脱離法により求まる触媒の酸量からその値を差し引く方法で求められる。
The amount of acid on the outer surface of the zeolite catalyst is not particularly limited, but is usually 8% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, still more preferably 1%, based on the total acid amount of the catalyst. Hereinafter, it is most preferably 0%. If the amount of outer surface acid is too large, there is a tendency for the selectivity of the lower olefin to decrease due to side reactions that occur at the outer surface acid spots.
In order to adjust the total acid amount and the outer surface acid amount of the zeolite catalyst, it is preferable to use it as a binder such as silica or alumina having no acid point.
When a binder having an acid point such as alumina is used, in the method for measuring the total acid amount and the outer surface acid amount of the catalyst, the total value including the acid amount of the zeolite and the acid amount of the binder is measured. To. In that case, the amount of acid derived from the binder can be obtained by another method, and the value can be subtracted from the amount of acid of the catalyst to obtain the amount of acid of zeolite alone, which does not contain the amount of acid derived from the binder. For the acid amount of the binder, the acid amount of the zeolite is obtained from the peak intensity of the 4-coordinated Al derived from the acid point of the zeolite in 27 Al-NMR, and the value is obtained from the acid amount of the catalyst obtained by the ammonia heating desorption method. It is calculated by the method of deduction.

ゼオライト触媒の平均粒子径は、ゼオライトの合成条件や造粒・成型条件により異なるが、通常、平均粒子径として、通常0.01μm~500μmであり、好ましくは0.1~100μmである。ゼオライト触媒の平均粒子径が大きくなり過ぎると、触媒の有効係数が低下する傾向があり、小さすぎると取り扱い性が劣るものとなる。この平均粒子径は、SEM観察等により求めることができる。 The average particle size of the zeolite catalyst varies depending on the synthesis conditions of the zeolite and the granulation / molding conditions, but the average particle size is usually 0.01 μm to 500 μm, preferably 0.1 to 100 μm. If the average particle size of the zeolite catalyst is too large, the effective coefficient of the catalyst tends to decrease, and if it is too small, the handleability becomes inferior. This average particle size can be obtained by SEM observation or the like.

<2.低級オレフィンの製造方法>
上述の通り、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料を、ゼオライト触媒と接触させることで、低級オレフィンを生成することができる。なお、本発明において、低級オレフィンとは、炭素数2以上4以下のオレフィンを意味する。本発明は、エチレン製造及びプロピレン製造において適した方法であり、特に、エチレン製造に適した方法であ
る。
<2. Method for producing lower olefin>
As described above, lower olefins can be produced by contacting a raw material containing methanol and / or dimethyl ether with a zeolite catalyst. In the present invention, the lower olefin means an olefin having 2 or more and 4 or less carbon atoms. The present invention is a method suitable for ethylene production and propylene production, and is particularly suitable for ethylene production.

原料であるメタノール及びジメチルエーテルの製造由来は特に限定されない。例えば、石炭および天然ガス、ならびに製鉄業における副生物由来のCO/水素の混合ガスの水素化反応により得られるもの、植物由来のアルコール類の改質反応により得られるもの、発酵法により得られるもの、再循環プラスチックや都市廃棄物等の有機物質から得られるもの等が挙げられる。このとき各製造方法に起因するメタノールおよびジメチルエーテル以外の化合物が任意に混合した状態のものをそのまま用いてもよいし、精製したものを用いてもよい。
なお、反応原料としては、メタノールのみを用いてもよく、ジメチルエーテルのみを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。メタノールとジメチルエーテルを混合して用いる場合、その混合割合に制限はない。
The origin of production of methanol and dimethyl ether as raw materials is not particularly limited. For example, those obtained by hydrogenation reaction of CO / hydrogen mixed gas derived from coal and natural gas and by-products in the iron manufacturing industry, those obtained by reforming reaction of alcohols derived from plants, and those obtained by fermentation method. , Recirculated plastics, those obtained from organic substances such as municipal waste, etc. At this time, a compound in which compounds other than methanol and dimethyl ether derived from each production method are arbitrarily mixed may be used as they are, or a purified compound may be used.
As the reaction raw material, only methanol may be used, only dimethyl ether may be used, or a mixture thereof may be used. When methanol and dimethyl ether are mixed and used, there is no limitation on the mixing ratio.

低級オレフィン製造に使用する反応器としては、メタノール及び/又はジメチルエーテル供給原料が反応域において気相であれば特に限定されないが、固定床反応器、移動床反応器や流動床反応器が選ばれる。エチレン、プロピレン、ブテン類を併産する場合は、転化率の変動に伴い、各低級オレフィンの選択率が変動する傾向にあるため、各低級オレフィンを一定の割合で製造するためには、流動床反応器が好ましい。
また、バッチ式、半連続式または連続式のいずれの形態でも行われ得るが、連続式で行うのが好ましく、その方法は、単一の反応器を用いた方法でもよいし、直列または並列に配置された複数の反応器を用いた方法でもよい。
なお、流動床反応器に前述の触媒を充填する際、触媒層の温度分布を小さく抑えるために、石英砂、アルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ等の反応に不活性な粒状物を、触媒と
混合して充填してもよい。この場合、石英砂等の反応に不活性な粒状物の使用量には特に限定されない。なお、粒状物は、触媒との均一混合性の面から、触媒と同程度の粒径であることが好ましい。
また、反応器には、反応に伴う発熱を分散させることを目的に、反応基質(反応原料)を分割して供給してもよい。
The reactor used for producing the lower olefin is not particularly limited as long as the methanol and / or dimethyl ether feedstock is a gas phase in the reaction region, but a fixed bed reactor, a moving bed reactor or a fluidized bed reactor is selected. When ethylene, propylene, and butenes are co-produced, the selectivity of each lower olefin tends to fluctuate as the conversion rate fluctuates. Therefore, in order to produce each lower olefin at a constant ratio, a fluidized bed is used. A reactor is preferred.
Further, it may be carried out in any form of batch type, semi-continuous type or continuous type, but it is preferably carried out in a continuous type, and the method may be a method using a single reactor, or in series or in parallel. A method using a plurality of arranged reactors may be used.
When the fluidized bed reactor is filled with the above-mentioned catalyst, in order to keep the temperature distribution of the catalyst layer small, particles that are inert to the reaction such as quartz sand, alumina, silica, and silica-alumina are mixed with the catalyst. And fill. In this case, the amount of granules that are inert to the reaction, such as quartz sand, is not particularly limited. The granular material preferably has a particle size similar to that of the catalyst from the viewpoint of uniform mixing with the catalyst.
Further, the reaction substrate (reaction raw material) may be divided and supplied to the reactor for the purpose of dispersing the heat generated by the reaction.

(基質濃度)
反応器に供給する全供給成分中の、メタノールとジメチルエーテルの合計濃度(基質濃度)は特に制限はないが、メタノールとジメチルエーテルの和は、全供給成分中、通常5モル%以上、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、さら好ましくは30モル%以上、特に好ましくは50モル%以上であり、通常95モル%以下、好ましくは90モル%以下、より好ましくは70モル%以下である。基質濃度を上記範囲にすることで、芳香族化合物やパラフィン類の生成を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また反応速度を維持できるため、触媒量を抑制することができ、反応器の大きさも抑制可能となる。
従って、このような好ましい基質濃度となるように、必要に応じて以下に記載する希釈剤で反応基質を希釈することが好ましい。
(Substrate concentration)
The total concentration (substrate concentration) of methanol and dimethyl ether in all the supply components supplied to the reactor is not particularly limited, but the sum of methanol and dimethyl ether is usually 5 mol% or more, preferably 10 mol, in all the supply components. % Or more, more preferably 20 mol% or more, still more preferably 30 mol% or more, particularly preferably 50 mol% or more, usually 95 mol% or less, preferably 90 mol% or less, more preferably 70 mol% or less. be. By setting the substrate concentration in the above range, the formation of aromatic compounds and paraffins can be suppressed, and the yield of lower olefins can be improved. Further, since the reaction rate can be maintained, the amount of catalyst can be suppressed, and the size of the reactor can also be suppressed.
Therefore, it is preferable to dilute the reaction substrate with the diluents described below, if necessary, so as to obtain such a preferable substrate concentration.

反応器に供給するメタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料中の、メタノールおよびジメチルエーテルの合計の割合としては、特に制限はないが、通常10質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、上限は100質量%である。前記の割合を上記の範囲とすることで、原料のメタノール及び/又はジメチルエーテルからの低級オレフィンへの炭素導入率が高くなり、安価なメタノール、ジメチルエーテルを使用した場合、安価に低級オレフィンを製造することができる。 The total ratio of methanol and dimethyl ether in the raw material containing methanol and / or dimethyl ether supplied to the reactor is not particularly limited, but is usually 10% by mass or more, preferably 30% by mass or more, and more preferably 50% by mass. % Or more, more preferably 80% by mass or more, and the upper limit is 100% by mass. By setting the above ratio in the above range, the carbon introduction rate from the raw material methanol and / or dimethyl ether into the lower olefin becomes high, and when inexpensive methanol or dimethyl ether is used, the lower olefin can be produced inexpensively. Can be done.

(希釈剤)
反応器内には、メタノール及び/又はジメチルエーテルの他に、ヘリウム、アルゴン、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水、パラフィン類、メタン等の炭化水素類、芳香族化合物類、および、それらの混合物など、反応に不活性な気体を存在させることができるが、この中でもヘリウム、窒素、水(水蒸気)が共存しているのが、分離が良好であることから好ましい。
このような希釈剤は、反応原料に含まれている不純物をそのまま希釈剤として使用してもよいし、別途調製した希釈剤を反応原料と混合して用いてもよい。
また、希釈剤は反応器に入れる前に反応原料と混合してもよいし、反応原料とは別に反応器に供給してもよい。
(Diluent)
In the reactor, in addition to methanol and / or dimethyl ether, hydrocarbons such as helium, argon, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, water, paraffins, methane, aromatic compounds, and them. A gas inert to the reaction can be present, such as a mixture of the above, but it is preferable that helium, nitrogen, and water (water vapor) coexist among them because the separation is good.
As such a diluent, impurities contained in the reaction raw material may be used as they are as the diluent, or a separately prepared diluent may be mixed with the reaction raw material and used.
Further, the diluent may be mixed with the reaction raw material before being put into the reactor, or may be supplied to the reactor separately from the reaction raw material.

(重量空間速度)
ここで言う重量空間速度とは、触媒(触媒活性成分)の重量当たりの反応原料であるメタノール及び/又はジメチルエーテルの流量であり、ここで触媒の重量とは触媒の造粒・成形に使用する不活性成分やバインダーを含まない触媒活性成分の重量である。また、流量はメタノール及び/又はジメチルエーテルの合計の流量(重量/時間)である。
(Weight Space Speed)
The weight space velocity referred to here is the flow rate of methanol and / or dimethyl ether which is a reaction raw material per weight of the catalyst (catalyst active component), and the weight of the catalyst is not used for granulation / molding of the catalyst. The weight of the catalytically active ingredient without the active ingredient or binder. The flow rate is the total flow rate (weight / hour) of methanol and / or dimethyl ether.

重量空間速度は、特に限定されるものではないが、通常0.01Hr-1以上、好ましくは0.1Hr-1以上、より好ましくは0.2Hr-1以上、さらに好ましくは0.5Hr-1以上であり、通常50Hr-1以下、好ましくは20Hr-1以下、より好ましくは10Hr-1以下、さらに好ましくは5.0Hr-1以下である。重量空間速度を前記範囲に設定することで、反応器出口ガス中の未反応のメタノール及び/又はジメチルエーテルの割合を減らすことができ、芳香族化合物やパラフィン類等の副生成物を減らすことができるため、低級オレフィンの収率を向上させることができる点で好ましい。また、一定の生産量を得るのに必要な触媒量を抑えることができ、反応器の大きさを抑えられるため好ましい。 The weight space velocity is not particularly limited, but is usually 0.01 Hr -1 or more, preferably 0.1 Hr -1 or more, more preferably 0.2 Hr -1 or more, still more preferably 0.5 Hr -1 or more. It is usually 50 Hr -1 or less, preferably 20 Hr -1 or less, more preferably 10 Hr -1 or less, still more preferably 5.0 Hr -1 or less. By setting the weight space velocity in the above range, the proportion of unreacted methanol and / or dimethyl ether in the reactor outlet gas can be reduced, and by-products such as aromatic compounds and paraffins can be reduced. Therefore, it is preferable in that the yield of the lower olefin can be improved. Further, it is preferable because the amount of catalyst required to obtain a constant production amount can be suppressed and the size of the reactor can be suppressed.

(反応温度)
反応温度は、メタノール及び/又はジメチルエーテルが触媒と接触して低級オレフィンを生成する温度であれば、特に制限されるものではないが、通常250℃以上、好ましくは300℃以上、より好ましくは325℃以上、さらに好ましくは350℃以上であり、通常600℃以下、好ましくは550℃以下、より好ましくは500℃以下、さらに好ましくは450℃以下である。反応温度を上記範囲にすることで、芳香族化合物やパラフィン類の生成を抑制することができるため、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化活性を高いレベルで維持することができるため、長時間にわたって高い低級オレフィン収率で製造することができる。さらに、ゼオライトがケイ酸塩の場合、ゼオライト骨格からの脱アルミニウムが抑制されるため、触媒寿命を維持できる点で好ましい。なお、ここでの反応温度とは、触媒層出口の温度をさす。
(Reaction temperature)
The reaction temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which methanol and / or dimethyl ether comes into contact with the catalyst to form a lower olefin, but is usually 250 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher, more preferably 325 ° C. As described above, it is more preferably 350 ° C. or higher, usually 600 ° C. or lower, preferably 550 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or lower, still more preferably 450 ° C. or lower. By setting the reaction temperature within the above range, the formation of aromatic compounds and paraffins can be suppressed, so that the yield of lower olefins can be improved. In addition, since the conversion activity of methanol and / or dimethyl ether can be maintained at a high level, it can be produced in a high lower olefin yield over a long period of time. Further, when the zeolite is a silicate, dealumination from the zeolite skeleton is suppressed, which is preferable in that the catalyst life can be maintained. The reaction temperature here refers to the temperature at the outlet of the catalyst layer.

(反応圧力)
反応圧力は特に制限されるものではないが、通常0.01MPa(絶対圧、以下同様)以上、好ましくは0.05MPa以上、より好ましくは0.1MPa以上、さらに好ましくは0.2MPa以上であり、通常5MPa以下、好ましくは1MPa以下、より好ましくは0.7MPa以下、さらに好ましくは0.5MPa以下、特に好ましくは0.4MPa以下、最も好ましくは0.3MPa以下である。反応圧力を上記範囲にすることで芳香族化合物やパラフィン類等の副生成物の生成を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また反応速度も維持できる。
(Reaction pressure)
The reaction pressure is not particularly limited, but is usually 0.01 MPa (absolute pressure, the same applies hereinafter) or more, preferably 0.05 MPa or more, more preferably 0.1 MPa or more, still more preferably 0.2 MPa or more. It is usually 5 MPa or less, preferably 1 MPa or less, more preferably 0.7 MPa or less, still more preferably 0.5 MPa or less, particularly preferably 0.4 MPa or less, and most preferably 0.3 MPa or less. By setting the reaction pressure within the above range, the formation of by-products such as aromatic compounds and paraffins can be suppressed, and the yield of lower olefins can be improved. The reaction rate can also be maintained.

(原料分圧)
メタノール及びジメチルエーテルの合計の分圧は特に制限されるものではないが、通常
0.005MPa以上(絶対圧、以下同様)、好ましくは0.01MPa以上、より好ましくは0.02MPa以上、さらに好ましくは0.03MPa以上、特に好ましくは0.05MPa以上であり、通常3MPa以下、好ましくは1MPa以下、より好ましくは0.5MPa以下、さらに好ましくは0.3MPa以下、特に好ましくは0.1MPa以下である。原料の分圧を上記範囲にすることで芳香族化合物やパラフィン類等の副生成物の生成を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。
(Partial pressure of raw materials)
The total partial pressure of methanol and dimethyl ether is not particularly limited, but is usually 0.005 MPa or more (absolute pressure, the same applies hereinafter), preferably 0.01 MPa or more, more preferably 0.02 MPa or more, still more preferably 0. It is 0.03 MPa or more, particularly preferably 0.05 MPa or more, usually 3 MPa or less, preferably 1 MPa or less, more preferably 0.5 MPa or less, still more preferably 0.3 MPa or less, and particularly preferably 0.1 MPa or less. By setting the partial pressure of the raw material within the above range, the formation of by-products such as aromatic compounds and paraffins can be suppressed, and the yield of lower olefins can be improved.

(転化率)
本発明において、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化率は特に制限されるものではないが、通常転化率は90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上、さらに好ましくは99.5%以上であり、通常100%以下である。本発明は、転化率が上記範囲になるように調整することで、芳香族化合物やパラフィン類の副生、および細孔内へのコークの蓄積を抑制することができ、低級オレフィンの収率を向上させることができる。また、生成物中からのメタノール及び/又はジメチルエーテルの分離効率を高めることができる。
(Conversion rate)
In the present invention, the conversion rate of methanol and / or dimethyl ether is not particularly limited, but the conversion rate is usually 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more, still more preferably 99.5%. The above is usually 100% or less. According to the present invention, by adjusting the conversion rate so as to be within the above range, it is possible to suppress the by-product of aromatic compounds and paraffins and the accumulation of cork in the pores, and the yield of lower olefins can be increased. Can be improved. In addition, the separation efficiency of methanol and / or dimethyl ether from the product can be enhanced.

通常、反応時間の経過とともにコークの蓄積が進行し、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化率は、低下する傾向にあるため、一定時間反応させた触媒は、再生処理に供する必要がある。上記の転化率の範囲で運転する方法としては、特に制限されない。
例えば、固定床反応器で反応を行う場合には、複数個の反応器を並列に備え、転化率が上記の好ましい範囲から低下した際には、触媒と反応原料との接触を停止し、該触媒を再生工程に供する。固定床反応器においては、反応時間及び再生時間を適宜調整する、すなわち、運転における反応工程と再生工程とを切り替える時間を適宜調整することにより、上記の好ましい範囲の転化率で連続的に運転することができる。
また、流動床反応器で反応を行う場合には、反応器に対して触媒の再生器を付設し、反応器から抜き出した触媒を連続的に再生器に送り、再生器において再生された触媒を連続的に反応器に戻しながら、反応を行うことが好ましい。触媒の反応器内での滞留時間と再生器内での滞留時間を適宜調整することにより、上記の好ましい範囲の転化率で連続的に運転することができる。
Usually, the accumulation of cork progresses with the lapse of the reaction time, and the conversion rate of methanol and / or dimethyl ether tends to decrease. Therefore, the catalyst reacted for a certain period of time needs to be subjected to the regeneration treatment. The method of operating within the above conversion rate range is not particularly limited.
For example, when the reaction is carried out in a fixed bed reactor, a plurality of reactors are provided in parallel, and when the conversion rate drops from the above preferable range, the contact between the catalyst and the reaction raw material is stopped, and the reaction is stopped. The catalyst is used in the regeneration process. In the fixed bed reactor, the reaction time and the regeneration time are appropriately adjusted, that is, the time for switching between the reaction step and the regeneration step in the operation is appropriately adjusted, so that the reactor is continuously operated at the above-mentioned preferable range of conversion rate. be able to.
When the reaction is carried out in a fluidized bed reactor, a catalyst regenerator is attached to the reactor, the catalyst extracted from the reactor is continuously sent to the regenerator, and the catalyst regenerated in the regenerator is used. It is preferable to carry out the reaction while continuously returning to the reactor. By appropriately adjusting the residence time of the catalyst in the reactor and the residence time in the regenerator, continuous operation can be performed with the conversion rate in the above-mentioned preferable range.

(炭化水素成分)
メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化によって、その一部が結晶の内部/外表面に、ストリッピング処理により回収可能な軽沸炭化水素成分、再生処理による除去が必要なコーク(多環芳香族などの重質成分)として蓄積する。なお、該反応中に、ゼオライト触媒の活性成分であるゼオライトに対する炭化水素含有量(軽沸炭化水素成分及びコークの含有量の合計)が増加しすぎると、触媒活性が低下する傾向がある。そのため、当該反応中、ゼオライト触媒の活性成分であるゼオライトに対する炭化水素含有量の割合は、30質量%以下に保つことが好ましく、25質量%以下に保つことがより好ましく、20質量%以下に保つことがさらに好ましく、15質量%以下に保つことが特に好ましい。すなわち、ゼオライト触媒のゼオライトに対する炭化水素含有量が、上記の範囲よりも大きくなった際に、該ゼオライト触媒に後述のゼオライト触媒の処理工程を施すことが好ましい。なお、ゼオライトに対する炭化水素含有量の割合は、後述する、ゼオライト触媒の再生処理により調整することができる。一方、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化活性を保ちつつ、パラフィン類の副生を抑制して、低級オレフィンの収率を向上させるために、ゼオライトに対する炭化水素含有量の割合は、0.1質量%以上に保つことが好ましく、3.0質量%以上に保つことがさらに好ましく、5.0質量%以上に保つことが特に好ましい。
(Hydrocarbon component)
By conversion of methanol and / or dimethyl ether, a part of it is on the inner / outer surface of the crystal, a lightly boiling hydrocarbon component that can be recovered by stripping treatment, and coke (polycyclic aromatics, etc.) that needs to be removed by regeneration treatment. Accumulates as a quality component). If the hydrocarbon content (total content of light boiling hydrocarbon component and cork) with respect to zeolite, which is the active component of the zeolite catalyst, increases too much during the reaction, the catalytic activity tends to decrease. Therefore, during the reaction, the ratio of the hydrocarbon content to the zeolite, which is the active component of the zeolite catalyst, is preferably kept at 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, and kept at 20% by mass or less. It is more preferable, and it is particularly preferable to keep it at 15% by mass or less. That is, when the hydrocarbon content of the zeolite catalyst with respect to zeolite becomes larger than the above range, it is preferable to perform the zeolite catalyst treatment step described later on the zeolite catalyst. The ratio of the hydrocarbon content to the zeolite can be adjusted by the regeneration treatment of the zeolite catalyst, which will be described later. On the other hand, in order to suppress the by-product of paraffins and improve the yield of the lower olefin while maintaining the conversion activity of methanol and / or dimethyl ether, the ratio of the hydrocarbon content to the zeolite is 0.1% by mass. It is preferable to keep it at the above, it is more preferable to keep it at 3.0% by mass or more, and it is particularly preferable to keep it at 5.0% by mass or more.

なお、ここでの炭化水素含有量は、熱重量分析(TG)により求めることができる。具体的には、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化反応により炭化水素成分が蓄積
したゼオライトを、ヘリウム等の不活性ガス流通下(50cc/min)、200℃まで昇温速度10℃/分で加熱し、30分間保持することで、吸着水を除去する。続いて、空気流通に切り替え(50cc/min)、600℃まで昇温速度10℃/分で加熱し、60分間保持する。このときの200℃以上の温度領域での酸化燃焼による重量減少を炭化水素含有量とする。
The hydrocarbon content here can be determined by thermogravimetric analysis (TG). Specifically, the zeolite in which the hydrocarbon component is accumulated by the conversion reaction of methanol and / or dimethyl ether is heated to 200 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min under the flow of an inert gas such as helium (50 cc / min). , The adsorbed water is removed by holding for 30 minutes. Subsequently, the system is switched to air flow (50 cc / min), heated to 600 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, and held for 60 minutes. The weight reduction due to oxidative combustion in the temperature range of 200 ° C. or higher at this time is defined as the hydrocarbon content.

前記コークの含有量(コーク含有量)としては、適度な触媒活性と高い低級オレフィン選択率を得るためには、ゼオライト触媒の活性成分であるゼオライトに対して、25質量%以下に保つことが好ましく、20質量%以下に保つことがより好ましく、15質量%以下に保つことがさらに好ましく、また0.1質量%以上に保つことが好ましく、1.0質量%以上に保つことがさらに好ましく、3.0質量%以上に保つことが特に好ましい。
前記コーク含有量は、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化反応によりコークが蓄積したゼオライトを、ヘリウム等の不活性ガス流通下(50cc/min)、550℃まで昇温速度10℃/分で加熱し、30分間保持することで、吸着水及び軽沸炭化水素成分を除去する。続いて、空気流通に切り替え(50cc/min)、600℃まで昇温速度10℃/分で加熱し、60分間保持する。このときの550℃以上の温度領域での酸化燃焼による重量減少をコーク含有量とする。
The content of the cork (cork content) is preferably 25% by mass or less with respect to the zeolite which is the active component of the zeolite catalyst in order to obtain an appropriate catalytic activity and a high lower olefin selectivity. , 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, further preferably 0.1% by mass or more, still more preferably 1.0% by mass or more, 3 It is particularly preferable to keep it at 0.0% by mass or more.
The coke content is such that the zeolite in which coke has accumulated due to the conversion reaction of methanol and / or dimethyl ether is heated to 550 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min under the flow of an inert gas such as helium (50 cc / min). By holding for 30 minutes, the adsorbed water and the light boiling hydrocarbon component are removed. Subsequently, the system is switched to air flow (50 cc / min), heated to 600 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, and held for 60 minutes. The weight loss due to oxidative combustion in the temperature range of 550 ° C. or higher at this time is defined as the cork content.

(反応生成物)
反応器出口ガス(反応器流出物)としては、反応生成物である、エチレン、プロピレン及びブテン類の低級オレフィン、副生成物及び希釈剤を含む混合ガスが得られる。前記混合ガス中の低級オレフィンの濃度は、特に限定されないが、通常5質量%以上、好ましくは10質量%以上であり、通常95質量%以下、好ましくは90質量%以下である。
反応条件によっては反応生成物中に未反応原料としてメタノール及び/又はジメチルエーテルが含まれるが、メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化率が100%になるような反応条件で反応を行うのが好ましい。それにより、反応生成物と未反応原料との分離が容易に、好ましくは不要になる。副生成物としては炭素数が5以上のオレフィン類、パラフィン類、芳香族化合物および水が挙げられる。本発明では、所望により、低級オレフィン以外の成分をも分離・回収してもよい。所望の成分を分離・回収した残分には、軽質パラフィン、C5以上のオレフィン、芳香族化合物、スチーム等を含む。この残分の少なくとも一部を、前述した原料ガスの一部に混合して、いわゆるリサイクルガスとして用いることができる。
(Reaction product)
As the reactor outlet gas (reactor effluent), a mixed gas containing reaction products such as lower olefins of ethylene, propylene and butenes, by-products and diluents can be obtained. The concentration of the lower olefin in the mixed gas is not particularly limited, but is usually 5% by mass or more, preferably 10% by mass or more, and usually 95% by mass or less, preferably 90% by mass or less.
Depending on the reaction conditions, methanol and / or dimethyl ether is contained as an unreacted raw material in the reaction product, but it is preferable to carry out the reaction under reaction conditions such that the conversion rate of methanol and / or dimethyl ether becomes 100%. As a result, the separation of the reaction product and the unreacted raw material becomes easy, preferably unnecessary. By-products include olefins with 5 or more carbon atoms, paraffins, aromatic compounds and water. In the present invention, components other than the lower olefin may be separated and recovered, if desired. The residue obtained by separating and recovering the desired component contains light paraffin, C5 or higher olefin, aromatic compound, steam and the like. At least a part of this residue can be mixed with a part of the above-mentioned raw material gas and used as a so-called recycled gas.

本発明において、低級オレフィンの合計の収率は特に制限されるものではないが、通常50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%、さらに好ましくは80%以上であり、上限は特に制限されないが、通常100%である。低級オレフィンの合計の収率が上記範囲にあることで、反応器出口における目的生成物の収率が十分なものとなり、原料コスト及び分離・精製の負荷を低減することができる点で好ましい。 In the present invention, the total yield of the lower olefins is not particularly limited, but is usually 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, and the upper limit is particularly high. Not limited, but usually 100%. When the total yield of the lower olefins is in the above range, the yield of the target product at the outlet of the reactor is sufficient, and the raw material cost and the load of separation / purification can be reduced, which is preferable.

なお、低級オレフィンの中でも、ブテン類の直鎖ブテンの比率(以下、直鎖ブテン/ブテン類)は、特に制限されるものではないが、通常60%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上であり、最も好ましくは100%である。直鎖ブテン/ブテン類比率が、上記範囲にあることで、直鎖ブテンの分離・精製工程における負荷を低減することができる点で好ましい。 Among the lower olefins, the ratio of straight-chain butenes of butenes (hereinafter, linear butenes / butenes) is not particularly limited, but is usually 60% or more, preferably 80% or more, more preferably. It is 90% or more, and most preferably 100%. When the ratio of linear butene / butenes is in the above range, it is preferable in that the load in the separation / purification step of linear butene can be reduced.

転化率は次の式により算出される値である。
メタノール転化率(%)=〔[反応器入口メタノール(mol/Hr)-反応器出口メタノール(mol/Hr)]/反応器入口メタノール(mol/Hr)〕×100
ジメチルエーテル転化率(%)=〔[反応器入口ジメチルエーテル(mol/Hr)-反応器出口ジメチルエーテル(mol/Hr)-反応器出口メタノール(mol/Hr)
÷2]/反応器入口ジメチルエーテル(mol/Hr)〕×100
The conversion rate is a value calculated by the following formula.
Methanol conversion rate (%) = [[reactor inlet methanol (mol / Hr) -reactor outlet methanol (mol / Hr)] / reactor inlet methanol (mol / Hr)] × 100
Dimethyl ether conversion rate (%) = [[Reactor inlet dimethyl ether (mol / Hr) -Reactor outlet dimethyl ether (mol / Hr) -Reactor outlet methanol (mol / Hr)
÷ 2] / Reactor inlet dimethyl ether (mol / Hr)] × 100

本明細書における選択率とは、以下の各式により算出される値である。下記の各式において、エチレン、プロピレン、ブテン、C5+、パラフィンおよび芳香族化合物等の炭化水素の「由来カーボン流量(mol/Hr)」とは、各炭化水素を構成する炭素原子のモル流量を意味する。原料にジメチルエーテルを用いた場合には、次の式の反応器出口原料由来カーボンモル流量に、ジメチルエーテルとメタノールの合計カーボンモル流量を用いて算出する。
尚、パラフィンは炭素数1から4のパラフィンの合計、芳香族化合物はベンゼン、トルエン、キシレンの合計、C5+は前記芳香族化合物を除いた炭素数5以上の炭化水素の合計である。
・エチレン選択率(%)=〔反応器出口エチレン由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100
・プロピレン選択率(%)=〔反応器出口プロピレン由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100
・ブテン選択率(%)=〔反応器出口ブテン由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100
・C5+選択率(%)=〔反応器出口C5+由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100
・パラフィン選択率(%)=〔反応器出口パラフィン由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100
・芳香族化合物選択率(%)=〔反応器出口芳香族化合物由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100
・ジメチルエーテル選択率(%)=〔反応器出口ジメチルエーテル由来カーボンモル流量(mol/Hr)/[反応器出口総カーボンモル流量(mol/Hr)-反応器出口メタノール由来カーボンモル流量(mol/Hr)]〕×100(ただし、原料にメタノールを用いた場合のみ使用)
なお、本明細書における収率とは、前記原料転化率と、生成した各成分の選択率の積により求められ、具体的にエチレン収率、プロピレン収率、ブテン収率は、それぞれ次の式で表される。
・エチレン収率(%)=原料転化率(%)×エチレン選択率(%)/100
・プロピレン収率(%)=原料転化率(%)×プロピレン選択率(%)/100
・ブテン収率(%)=原料転化率(%)×直鎖ブテン選択率(%)/100
The selectivity in the present specification is a value calculated by each of the following formulas. In each of the following formulas, the "derived carbon flow rate (mol / Hr)" of hydrocarbons such as ethylene, propylene, butene, C5 +, paraffin and aromatic compounds means the molar flow rate of carbon atoms constituting each hydrocarbon. do. When dimethyl ether is used as the raw material, it is calculated by using the total carbon molar flow rate of dimethyl ether and methanol for the carbon molar flow rate derived from the reactor outlet raw material of the following formula.
Paraffin is the total of paraffin having 1 to 4 carbon atoms, aromatic compound is the total of benzene, toluene and xylene, and C5 + is the total of hydrocarbons having 5 or more carbon atoms excluding the aromatic compound.
Ethylene selectivity (%) = [reactor outlet ethylene-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol-derived carbon molar flow rate (mol / Hr)) ]] × 100
Propene selectivity (%) = [reactor outlet propylene-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol-derived carbon molar flow rate (mol / Hr)) ]] × 100
Buten selectivity (%) = [reactor outlet butene-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol-derived carbon molar flow rate (mol / Hr)) ]] × 100
C5 + selectivity (%) = [reactor outlet C5 + derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol derived carbon molar flow rate (mol / Hr)) ]] × 100
• Paraffin selectivity (%) = [reactor outlet paraffin-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol-derived carbon molar flow rate (mol / Hr)) ]] × 100
Aromatic compound selectivity (%) = [reactor outlet aromatic compound-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) mol / Hr)]] × 100
Dimethyl ether selectivity (%) = [reactor outlet dimethyl ether-derived carbon molar flow rate (mol / Hr) / [reactor outlet total carbon molar flow rate (mol / Hr) -reactor outlet methanol-derived carbon molar flow rate (mol / Hr)) ]] × 100 (However, use only when methanol is used as the raw material)
The yield in the present specification is determined by the product of the raw material conversion rate and the selectivity of each produced component, and specifically, the ethylene yield, the propylene yield, and the butene yield are as follows. It is represented by.
-Ethylene yield (%) = raw material conversion rate (%) x ethylene selectivity (%) / 100
-Propene yield (%) = raw material conversion rate (%) x propylene selectivity (%) / 100
-Butene yield (%) = raw material conversion rate (%) x linear butene selectivity (%) / 100

(生成物の分離)
反応器出口ガスとしての、反応生成物である低級オレフィン、未反応原料、副生成物及び希釈剤を含む混合ガスは、公知の分離・精製設備に導入し、それぞれの成分に応じて回収、精製、リサイクル、排出の処理を行えばよい。
(Separation of products)
The mixed gas containing the reaction product lower olefin, unreacted raw material, by-product and diluent as the reactor outlet gas is introduced into a known separation / purification facility, and is recovered and purified according to each component. , Recycle, and discharge processing.

この分離・精製方法の一つの態様として、反応器出口のガスを冷却・圧縮し、凝縮した大部分の水分を除去する工程を含み、水分を除去した後の一部水分を含んだ炭化水素流体をモレキュラーシーブ等で乾燥し、その後蒸留により各オレフィンおよびパラフィンを精製する工程を含む方法が適用される。上記方法において、圧縮した炭化水素流体を一つの蒸留塔に供給してもいが、多段階の圧縮機を設置し、凝縮しやすい炭化水素と凝縮しにく
い炭化水素を粗分離し、これらを別々の蒸留塔に供給して蒸留を行ってもよい。
One embodiment of this separation / purification method includes a step of cooling / compressing the gas at the outlet of the reactor to remove most of the condensed water, and a hydrocarbon fluid containing a part of water after removing the water. Is dried with a molecular sieve or the like, and then a method including a step of purifying each olefin and paraffin by distillation is applied. In the above method, the compressed hydrocarbon fluid may be supplied to one distillation column, but a multi-stage compressor is installed to roughly separate easily condensable hydrocarbons and hard-to-condensate hydrocarbons, and separate them. It may be supplied to a distillation column for distillation.

低級オレフィン以外の成分(オレフィン、パラフィン等)、特に炭素数5以上の炭化水素の一部または全ては、上記分離・精製された後に反応原料と混合するか、または直接反応器に供給することでリサイクルしてもよい。また、副生成物のうち、反応に不活性な成分は希釈剤として再利用することができる。 Components other than lower olefins (olefins, paraffins, etc.), especially some or all of the hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, can be mixed with the reaction raw material after being separated and purified, or directly supplied to the reactor. May be recycled. Further, among the by-products, the components inactive for the reaction can be reused as a diluent.

<3.ゼオライト触媒の処理方法>
低級オレフィンの製造方法において、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料の転化に伴い、ゼオライト触媒中の炭化水素含有量(軽沸炭化水素成分およびコークの含有量)が増加する傾向がある。特に、ゼオライト触媒中のコーク含有量が増加すると、ゼオライト触媒の活性が低下し、低級オレフィンの収率が低下する傾向がある。従って、本発明においては、軽沸炭化水素成分およびコークが蓄積したゼオライト触媒を、水素を含むガスにより処理することで、触媒活性を回復しながら、低級オレフィンを収率高く製造することが可能となる。
<3. Zeolite catalyst treatment method>
In the method for producing a lower olefin, the hydrocarbon content (content of light boiling hydrocarbon component and cork) in the zeolite catalyst tends to increase with the conversion of the raw material containing methanol and / or dimethyl ether. In particular, when the coke content in the zeolite catalyst increases, the activity of the zeolite catalyst tends to decrease, and the yield of the lower olefin tends to decrease. Therefore, in the present invention, by treating the zeolite catalyst in which the lightly boiling hydrocarbon component and cork are accumulated with a gas containing hydrogen, it is possible to produce a lower olefin in high yield while recovering the catalytic activity. Become.

従来、水素を含むガスによるゼオライト触媒の再生方法としては、日本国特許第5545114号に記載されるように、エチレンを原料とするプロピレン製造において、コークを除去して触媒活性を回復させることができることが報告されている。エチレン原料からプロピレンを生成する場合の反応機構としては、エチレンの二量化によるヘキセン生成、続く分解によるプロピレン2分子生成の反応機構や、プロピルナフタレンからのプロピレン生成の機構が提唱されている(Journal of Catalysis 314(2014)10‐20)。ここで開示されているように、エチレンを原料とした場合には、反応性の高いヘキセンやナフタレン誘導体等が中間体となるため、水素ガスによる再生処理が適用できると考えられる。一方、かかるエチレンからプロピレンを製造する触媒の再生方法をメタノールからオレフィンを製造する触媒に適用することは、メタノールからオレフィンを製造する際に水が多く発生し、これがゼオライト活性点上へ吸着して、水素再生を阻害すると考えられることや、水とメタノールを含んだゼオライトを再生のためメタノールからオレフィンを製造するときより高い温度にさらすことでゼオライト自身が構造崩壊してしまうと考えられること、さらには凝縮成分であるメタノールや水と水素が混合した状態では、その後の分離・精製プロセスの負荷が非常に大きくなることから、実用上適さないと考えられていた。 Conventionally, as a method for regenerating a zeolite catalyst using a gas containing hydrogen, as described in Japanese Patent No. 5545114, in the production of propylene using ethylene as a raw material, coke can be removed to restore the catalytic activity. Has been reported. As the reaction mechanism for producing propylene from an ethylene raw material, a reaction mechanism for hexene production by dimerization of ethylene, subsequent decomposition to produce two propylene molecules, and a mechanism for propylene production from propylnaphthalene have been proposed (Journal of). Catalyst 314 (2014) 10-20). As disclosed here, when ethylene is used as a raw material, highly reactive hexene, naphthalene derivative, or the like is used as an intermediate, so that it is considered that the regeneration treatment with hydrogen gas can be applied. On the other hand, when the method for regenerating a catalyst for producing propylene from ethylene is applied to a catalyst for producing olefin from methanol, a large amount of water is generated when producing olefin from methanol, which is adsorbed on the zeolite active site. It is thought that it inhibits hydrogen regeneration, and that the zeolite itself undergoes structural collapse when exposed to a higher temperature than when olefins are produced from methanol for regeneration of zeolite containing water and methanol. Was considered unsuitable for practical use because the load of the subsequent separation / purification process becomes very large when methanol or water, which is a condensed component, and hydrogen are mixed.

一方、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料から低級オレフィンを生成する反応の場合、詳細な反応機構は不明だが、ポリメチルベンゼン中間体が生成する反応機構が提唱されている(Chem.Eur.J.15(2009)10803-10808)。通常、ベンゼン環は芳香族性が高く、安定性が非常に高いとされるため、ニッケルやパラジウム等の水素化活性金属を含まない状態のゼオライト触媒では分解困難であると考えられ、従来のゼオライト触媒の再生方法では、酸素を含むガスによる燃焼再生が行われてきた。
さらに、メタノール及び/又はジメチルエーテルを原料とした場合、低級オレフィンの生成とともに、多量の水が副生するため、水(水蒸気)のような吸着能の高いガスによるストリッピングが効果的であり、ストリッピングガスとしては、水素やメタン等の吸着能の低いガスではなく、水(水蒸気)が好適に用いられてきた。
On the other hand, in the case of a reaction for producing a lower olefin from a raw material containing methanol and / or dimethyl ether, a reaction mechanism for producing a polymethylbenzene intermediate has been proposed, although the detailed reaction mechanism is unknown (Chem. Eur. J. 15 (2009) 10803-10808). Normally, the benzene ring is highly aromatic and highly stable, so it is considered difficult to decompose it with a zeolite catalyst that does not contain hydrogenated active metals such as nickel and palladium, and conventional zeolites are considered to be difficult to decompose. In the catalyst regeneration method, combustion regeneration using a gas containing oxygen has been performed.
Furthermore, when methanol and / or dimethyl ether is used as a raw material, a large amount of water is produced as a by-product along with the production of lower olefins, so stripping with a gas with high adsorptive capacity such as water (steam) is effective, and strikes. As the ripping gas, water (water vapor) has been preferably used instead of a gas having a low adsorption capacity such as hydrogen and methane.

また、水(水蒸気)を用いたストリッピングにより回収された軽沸炭化水素成分と水(水蒸気)を含むガスは、生成物ガスと同一のプロセスにより分離精製することができるため、エネルギーコスト低減が可能であり、従来好適に用いられている。これに対して、水素やメタン等の沸点の低いガスを用いた場合、低沸点成分のガス量が増加し、分離精製系の負荷、特に深冷分離ユニットの負荷が大きくなり易いため、通常ストリッピングガスと
して好適には用いられない。
従って、従来、メタノール及び/ジメチルエーテルを原料とした低級オレフィンの製造方法におけるゼオライト触媒の再生方法において、日本国特許第5545114号に記載されるような水素を含むガスによるゼオライト触媒の再生工程を適用しても、ゼオライト触媒の触媒活性の大幅な回復が期待できないと考えられていた。
In addition, the gas containing the light boiling hydrocarbon component and water (steam) recovered by stripping using water (steam) can be separated and purified by the same process as the product gas, so that the energy cost can be reduced. It is possible and has been preferably used conventionally. On the other hand, when a gas with a low boiling point such as hydrogen or methane is used, the amount of gas of the low boiling point component increases, and the load on the separation / purification system, especially the load on the deep-cooled separation unit, tends to increase. It is not suitably used as a ripping gas.
Therefore, conventionally, in the method for regenerating a zeolite catalyst in a method for producing a lower olefin using methanol and / dimethyl ether as raw materials, a step of regenerating a zeolite catalyst using a gas containing hydrogen as described in Japanese Patent No. 5545114 is applied. However, it was thought that a significant recovery of the catalytic activity of the zeolite catalyst could not be expected.

しかしながら、本発明において、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料から低級オレフィンを生成する反応において、炭化水素含有量が増加したゼオライト触媒を水素を含むガスにより処理することにより、予想外に、ゼオライト触媒中の軽沸炭化水素成分を効果的にストリッピングすることができ、さらに、コーク除去により触媒活性を大幅に回復することができることを見出した。水素を含むガスでの処理では、通常のストリッピング回収に加えて、同一ガスでの触媒再生が可能であるため、ストリッピング設備と再生器を同一設備として組み込むことも可能となり、プラント建設コストおよび低級オレフィンの製造コストを大幅に低減することが可能となる。 However, in the present invention, in the reaction for producing a lower olefin from a raw material containing methanol and / or dimethyl ether, the zeolite catalyst having an increased hydrocarbon content is unexpectedly contained in the zeolite catalyst by treating it with a gas containing hydrogen. It has been found that the lightly boiling hydrocarbon component of the above can be effectively stripped, and further, the catalytic activity can be significantly restored by removing cork. In the treatment with a gas containing hydrogen, in addition to the normal stripping recovery, it is possible to regenerate the catalyst with the same gas, so it is possible to incorporate the stripping equipment and the regenerator as the same equipment, and the plant construction cost and It is possible to significantly reduce the production cost of the lower olefin.

炭化水素含有量が増加した触媒とは、メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料から低級オレフィンを生成させる反応において、前記反応によって、触媒中に含まれる炭化水素成分の量が増加した触媒を意味する。
具体的には、前記反応により生成した、ストリッピング可能な軽沸炭化水素と、再生除去が必要なコークを含有する。
The catalyst having an increased hydrocarbon content means a catalyst in which the amount of a hydrocarbon component contained in the catalyst is increased by the reaction in a reaction for producing a lower olefin from a raw material containing methanol and / or dimethyl ether.
Specifically, it contains strippable light boiling hydrocarbons produced by the reaction and coke that needs to be regenerated and removed.

水素を含むガスによる処理方法は、前記触媒を、水素分圧が絶対圧で0.01MPa以上の水素を含むガスに接触させるものである。本方法では、触媒中に含まれる軽沸炭化水素成分を効率的に回収し、かつコーク除去により、低級オレフィンの収率を著しく回復させることができる。 In the treatment method using a gas containing hydrogen, the catalyst is brought into contact with a gas containing hydrogen having an absolute hydrogen partial pressure of 0.01 MPa or more. In this method, the light boiling hydrocarbon component contained in the catalyst can be efficiently recovered, and the yield of the lower olefin can be remarkably restored by removing the cork.

水素を含むガスによる処理を行う装置は、水素を含むガスと触媒とが以下の条件のもとに接触し得るものであれば特に制限はないが、固定床の場合は低級オレフィン製造用反応器から触媒を抜き出さずに水素を含むガスを流す方法が好ましく用いられる。また、触媒を、上記反応器から抜きだして、反応器とは別の反応器に充填してから水素ガスに接触させて再生してもよい。 The device for treating with a gas containing hydrogen is not particularly limited as long as the gas containing hydrogen and the catalyst can come into contact with each other under the following conditions, but in the case of a fixed bed, a reactor for producing a lower olefin is used. A method of flowing a gas containing hydrogen without extracting the catalyst from the catalyst is preferably used. Further, the catalyst may be removed from the reactor, filled in a reactor different from the reactor, and then brought into contact with hydrogen gas for regeneration.

移動床、流動床の場合は、前記反応器とは別に水素を含むガスと触媒を接触させるための装置を付設し、該反応器から抜き出した触媒を連続的に該装置に送り、該装置において水素ガスにより処理し、その後触媒を連続的に反応器に戻しながら反応を行うことが好ましい。すなわち、反応器に収納された低級オレフィンを生成する反応を経たゼオライト触媒を、反応器に付設された水素含有ガス流通装置に移送する工程、前記流通装置において前記ゼオライト触媒と水素を含むガスとを接触させる工程、及び水素を含むガスと接触させたゼオライト触媒を前記反応器に移送し、低級オレフィンを生成する反応に供する工程、を含むことが好ましい。 In the case of a moving bed or a fluidized bed, a device for contacting a gas containing hydrogen with a catalyst is provided separately from the reactor, and the catalyst extracted from the reactor is continuously sent to the device in the device. It is preferable to treat with hydrogen gas and then carry out the reaction while continuously returning the catalyst to the reactor. That is, the step of transferring the zeolite catalyst that has undergone the reaction to generate the lower olefin stored in the reactor to the hydrogen-containing gas flow device attached to the reactor, the zeolite catalyst and the gas containing hydrogen in the flow device. It is preferable to include a step of contacting and a step of transferring the zeolite catalyst brought into contact with a gas containing hydrogen to the reactor and subjecting it to a reaction for producing a lower olefin.

水素を含むガスに接触させるときの圧力は特に制限されるものではないが、通常0.01MPa(絶対圧、以下同様)以上、好ましくは0.05MPa以上、より好ましくは0.1MPa以上、さらに好ましくは0.2MPa以上であり、通常5MPa以下、好ましくは1MPa以下、より好ましくは0.7MPa以下、さらに好ましくは0.5MPa以下、特に好ましくは0.4MPa以下、最も好ましくは0.3MPa以下である。
上述の通り、水素を含むガスは、水素分圧が絶対圧で0.01MPa以上であるが、好ましくは0.03MPa以上、より好ましくは0.05MPa以上、さらに好ましくは0.10MPa以上であり、通常4MPa以下が好ましく、1MPa以下がより好ましく、0.7MPa以下がさらに好ましく、0.4MPa以下が特に好ましく、0.3MPa以
下が最も好ましい。水素分圧を上記の範囲とすることにより、ゼオライト細孔内部の軽沸炭化水素成分を効率的にストリッピングすることができ、さらに水素化分解によりコークを効率的に除去することができ、かつ、高圧水素を製造するための設備・エネルギーを削減することができる。
The pressure when contacting with a gas containing hydrogen is not particularly limited, but is usually 0.01 MPa (absolute pressure, the same applies hereinafter) or more, preferably 0.05 MPa or more, more preferably 0.1 MPa or more, still more preferable. Is 0.2 MPa or more, usually 5 MPa or less, preferably 1 MPa or less, more preferably 0.7 MPa or less, still more preferably 0.5 MPa or less, particularly preferably 0.4 MPa or less, and most preferably 0.3 MPa or less. ..
As described above, the hydrogen-containing gas has a hydrogen partial pressure of 0.01 MPa or more in absolute pressure, preferably 0.03 MPa or more, more preferably 0.05 MPa or more, still more preferably 0.10 MPa or more. Usually, 4 MPa or less is preferable, 1 MPa or less is more preferable, 0.7 MPa or less is further preferable, 0.4 MPa or less is particularly preferable, and 0.3 MPa or less is most preferable. By setting the hydrogen partial pressure within the above range, the light boiling hydrocarbon component inside the zeolite pores can be efficiently stripped, and coke can be efficiently removed by hydrocracking. , Equipment and energy for producing high-pressure hydrogen can be reduced.

本発明の水素を含むガスに含まれる水素の製造方法は特に限定されず、例えば、メタンおよびメタノールの水蒸気改質による得られるもの、炭化水素の部分酸化で得られるもの、炭化水素を二酸化炭素で改質することにより得られるもの、石炭のガス化によって得られるもの、IS(Iodine-Sulfur)プロセスに代表される水の熱分解によって得られるもの、光電気化学反応より得られるもの並びに水の電気分解で得られるもの等、各種の製造方法により得られるものを任意に用いることができる。 The method for producing hydrogen contained in the hydrogen-containing gas of the present invention is not particularly limited, and for example, those obtained by steam reforming of methane and methanol, those obtained by partial oxidation of hydrocarbons, and hydrocarbons using carbon dioxide. What is obtained by reforming, what is obtained by gasification of coal, what is obtained by thermal decomposition of water represented by IS (Idine-Sulfur) process, what is obtained by photoelectrochemical reaction, and electricity of water. Any of those obtained by various manufacturing methods, such as those obtained by decomposition, can be used.

水素以外のガスが任意に混合されているものを用いてもよく、精製した水素を用いてもよい。 A gas other than hydrogen may be arbitrarily mixed, or purified hydrogen may be used.

水素以外のガスとしては、例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、パラフィン類、メタン等の炭化水素類等が含まれていてもよい。このうち、反応性が低い点で、ヘリウム、窒素、二酸化炭素、およびパラフィン類、メタンが好ましい。 As the gas other than hydrogen, for example, hydrocarbons such as helium, argon, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, paraffins, and methane may be contained. Of these, helium, nitrogen, carbon dioxide, paraffins, and methane are preferable because of their low reactivity.

水素を含むガスによる処理に用いた後のガスには、水素の他に、水や炭化水素成分(オレフィン、パラフィン等)が含まれるが、これをそのままリサイクル使用してもよいし、水素以外のガスを一部または全部除去したものをリサイクル使用してもよい。 The gas after being used for treatment with a gas containing hydrogen contains water and hydrocarbon components (olefins, paraffins, etc.) in addition to hydrogen, but these may be recycled as they are, or other than hydrogen. Gas may be partially or completely removed and used for recycling.

水素を含むガスの空間速度は、特に限定されるものではないが、通常0.001Hr-1以上、好ましくは0.01Hr-1以上、より好ましくは0.1Hr-1以上であり、通常20Hr-1以下、好ましくは10Hr-1以下、より好ましくは5Hr-1以下、さらに好ましくは0.1Hr-1以下である。重量空間速度を前記範囲に設定することで、水素処理により回収される軽沸炭化水素成分の分離精製負荷を抑えることができる。また、水素ガスの使用量を抑えることができるため、製造コストを低減することができる。 The space velocity of the gas containing hydrogen is not particularly limited, but is usually 0.001 Hr -1 or more, preferably 0.01 Hr -1 or more, more preferably 0.1 Hr -1 or more, and usually 20 Hr . It is 1 or less, preferably 10 Hr -1 or less, more preferably 5 Hr -1 or less, still more preferably 0.1 Hr -1 or less. By setting the weight space velocity within the above range, it is possible to suppress the separation and purification load of the light boiling hydrocarbon component recovered by hydrogen treatment. Moreover, since the amount of hydrogen gas used can be suppressed, the manufacturing cost can be reduced.

前記空間速度を前記の範囲とすることで、水素を含むガス中の触媒からストリッピングされる軽沸炭化水素成分の濃度上昇が抑えられ、再生後の反応において高い低級オレフィン収率が得られるため好ましい。また、水素使用量が抑えられるため、プロセスコストを低減することができる。 By setting the space velocity within the above range, an increase in the concentration of the light boiling hydrocarbon component stripped from the catalyst in the gas containing hydrogen is suppressed, and a high lower olefin yield can be obtained in the reaction after regeneration. preferable. Moreover, since the amount of hydrogen used can be suppressed, the process cost can be reduced.

空間速度とは、触媒(触媒活性成分)の重量当たりの水素の流量である。また、触媒の重量とは、触媒の造粒・成型に使用する不活性成分やバインダーを含まない活性成分(ゼオライト)の重量である。 The space velocity is the flow rate of hydrogen per weight of the catalyst (catalytic active ingredient). The weight of the catalyst is the weight of the active ingredient (zeolite) that does not contain the inert component or binder used for granulation / molding of the catalyst.

水素を含むガス中の水素濃度としては、特に限定されるものではないが、通常10体積%以上、好ましくは30体積%以上、より好ましくは50体積%以上、さらに好ましくは80体積%以上であり、通常100体積%以下である。前記の範囲とすることで、コークの水素化分解を効率的に進めることができる。 The hydrogen concentration in the gas containing hydrogen is not particularly limited, but is usually 10% by volume or more, preferably 30% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, still more preferably 80% by volume or more. , Usually 100% by volume or less. Within the above range, the hydrocracking of cork can be efficiently promoted.

水素を含むガスによる処理を行う温度(以下、「水素処理温度」と称することがある)としては、特に限定されるものではないが、通常250℃以上、好ましくは350℃以上、より好ましくは400℃以上、さらに好ましくは450℃以上、特に好ましくは500℃以上であり、通常800℃以下、好ましくは700℃以下、より好ましくは650℃以下、さらに好ましくは600℃以下である。水素処理温度を前記の範囲とすることで、細
孔内の軽沸炭化水素成分の吸着能が低下し、拡散性が向上するため、ストリッピング効果が得られやすい。また、同時に水素化分解によるコークの除去も進みやすくなる。
The temperature at which the treatment with a gas containing hydrogen (hereinafter, may be referred to as “hydrogen treatment temperature”) is not particularly limited, but is usually 250 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher. ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher, particularly preferably 500 ° C. or higher, usually 800 ° C. or lower, preferably 700 ° C. or lower, more preferably 650 ° C. or lower, still more preferably 600 ° C. or lower. By setting the hydrogen treatment temperature within the above range, the adsorption ability of the lightly boiling hydrocarbon component in the pores is lowered and the diffusibility is improved, so that the stripping effect can be easily obtained. At the same time, it becomes easier to remove cork by hydrocracking.

水素を含むガスによる処理を行う時間としては、特に限定されるものではないが、通常10秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは5分以上であり、通常5時間以下、好ましくは2時間以下、より好ましくは1時間以下である。水素ガスの濃度や処理温度によっても適切な時間は変わるため、適宜調整することが好ましい。水素を含むガスによる処理を行う装置が流動床装置である場合には、上記の処理時間は、該装置内の触媒の滞留時間を意味する。 The time for processing with a gas containing hydrogen is not particularly limited, but is usually 10 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 5 minutes or longer, and usually 5 hours or shorter, preferably 2 hours. Hereinafter, it is more preferably 1 hour or less. Since the appropriate time varies depending on the concentration of hydrogen gas and the treatment temperature, it is preferable to adjust the appropriate time. When the device that performs the treatment with the gas containing hydrogen is a fluidized bed device, the above-mentioned treatment time means the residence time of the catalyst in the device.

水素を含むガスによる処理の前後での、触媒中の炭化水素含有量(軽沸炭化水素成分及びコークの含有量の合計)の変化率としては、特に限定されるものではないが、通常60%以下、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下であり、通常0.1%以上、好ましくは1%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上である。炭化水素含有量の変化率を前記の範囲とすることで、各低級オレフィンを一定の割合で、長時間にわたって安定に製造することができるため好ましい。
なお、前記炭化水素含有量の変化率は、以下の各式により算出される値である。
The rate of change in the hydrocarbon content (total of light boiling hydrocarbon components and cork content) in the catalyst before and after treatment with a gas containing hydrogen is not particularly limited, but is usually 60%. Below, it is preferably 40% or less, more preferably 30% or less, still more preferably 20% or less, usually 0.1% or more, preferably 1% or more, more preferably 5% or more, still more preferably 10% or more. Is. By setting the rate of change in the hydrocarbon content within the above range, each lower olefin can be stably produced at a constant rate over a long period of time, which is preferable.
The rate of change in the hydrocarbon content is a value calculated by each of the following equations.

炭化水素含有量の変化率(%)=[水素処理前の炭化水素含有量(質量%)-水素処理後の炭化水素含有量(質量%)]/水素処理前の炭化水素含有量(質量%)×100 Rate of change in hydrocarbon content (%) = [Hydrocarbon content before hydrogen treatment (% by mass) -Hydrocarbon content after hydrogen treatment (% by mass)] / Hydrocarbon content before hydrogen treatment (% by mass) ) × 100

また、水素を含むガスによる処理の前後での、ゼオライト触媒中のコーク含有量の変化率としては、特に限定されるものではないが、通常60%以下、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下であり、通常0.1%以上、好ましくは1%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上である。コーク含有量の変化率を前記の範囲とすることで、各低級オレフィンを一定の割合で、長時間にわたって安定に製造することができるため好ましい。
なお、前記コーク含有量の変化率は、以下の各式により算出される値である。
The rate of change in the coke content in the zeolite catalyst before and after treatment with a gas containing hydrogen is not particularly limited, but is usually 60% or less, preferably 40% or less, more preferably 30. % Or less, more preferably 20% or less, usually 0.1% or more, preferably 1% or more, more preferably 5% or more, still more preferably 10% or more. By setting the rate of change in the cork content within the above range, each lower olefin can be stably produced at a constant rate over a long period of time, which is preferable.
The rate of change in the cork content is a value calculated by each of the following equations.

コーク含有量の変化率(%)=[水素処理前のコーク含有量(質量%)-水素処理後のコーク含有量(質量%)]/水素処理前のコーク含有量(質量%)×100 Rate of change in cork content (%) = [Cork content before hydrogen treatment (% by mass) -Cork content after hydrogen treatment (% by mass)] / Cork content before hydrogen treatment (% by mass) x 100

以下に実施例を示して、本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

<触媒調製例1>
水酸化カリウム(キシダ化学製)0.79g、ヘキサメトニウムブロミド(東京化成工業製)1.4gを順に、水10.7gに溶解し、H-Y型ゼオライト(SiO2/Al23比 10、東ソー製HSZ‐350HUA)2.9gを加えた。さらにさらに加えたSiOに対して2質量%のCHA型ゼオライト(SiO/Al比25、平均一次粒子径約200nm)0.048gを種結晶として加えてさらに撹拌することにより混合物を得た。前記混合物を100mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、15rpmで回転させながら、180℃で1日間、水熱合成反応に供した。得られた生成物を濾過、水洗した後、100℃で乾燥させ、白色粉末3.3gを得た。生成物のXRDパターンから、得られた生成物がERI相であることを確認した。ICP元素分析より、SiO/Al比は10.0であった。水熱合成により得られたERI型ゼオライト(焼成前ゼオライト)を、空気流通下580℃で6時間焼成を行い、K含有ERI型ゼオライトを得た(触媒1)。
<Catalyst Preparation Example 1>
0.79 g of potassium hydroxide (manufactured by Kishida Chemical) and 1.4 g of hexamethonium bromide (manufactured by Tokyo Chemical Industry) were dissolved in 10.7 g of water in this order, and HY-type zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio) was dissolved. 10. Tosoh HSZ-350HUA) 2.9 g was added. Further, 0.048 g of CHA-type zeolite (SiO 2 / Al 2 O3 ratio 25, average primary particle diameter of about 200 nm) was added as a seed crystal to the added SiO 2 , and the mixture was further stirred to prepare the mixture. Obtained. The mixture was placed in a 100 ml autoclave and subjected to a hydrothermal synthesis reaction at 180 ° C. for 1 day while rotating at 15 rpm under its own pressure. The obtained product was filtered, washed with water, and dried at 100 ° C. to obtain 3.3 g of a white powder. From the XRD pattern of the product, it was confirmed that the obtained product was in the ERI phase. From ICP elemental analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 10.0. The ERI-type zeolite (zeolite before calcination) obtained by hydrothermal synthesis was calcined at 580 ° C. for 6 hours under air flow to obtain a K-containing ERI-type zeolite (catalyst 1).

<触媒調製例2>
水酸化ナトリウム(キシダ化学製)2.09gおよび25重量%のN,N,N‐トリメチル‐1‐アダマンタンアンモニウムハイドロキサイド水溶液(セイケム製,25質量%)47.3gを順次、水89.6gに溶解し、次に水酸化アルミニウム(Aldrich製,酸化アルミニウム換算で50~57重量%)4.27gを加え混合した後に、シリカ源としてコロイダルシリカSI‐30(SiO 30重量%,Na 0.3重量%,日揮触媒化成製)111gを加えて十分攪拌した。さらに加えたSiOに対して10重量%のCHA型ゼオライト(SiO/Al比25、平均一次粒子径約200nm)を種結晶として加えてさらに攪拌した。次いで、このゲルを1000mlのオートクレーブに仕込み、自圧下、250rpmで攪拌しながら、160℃で20時間、水熱合成を行った。生成物を濾過、水洗した後、乾燥させた。生成物のXRDパターンから、得られた生成物がCHA相であることを確認した。XRF分析より、SiO/Al比は22であった。
水熱合成により得られたCHA型ゼオライト(焼成前ゼオライト)を、空気流通下580℃で6時間焼成を行い、Na含有CHA型ゼオライトを得た。次いで、1Mの硝酸アンモニウム水溶液で80℃、1時間のイオン交換を2回行い、100℃で乾燥した後、空気流通下、500℃で6時間焼成し、プロトン型のCHA型ゼオライトを得た。
次いで、プロトン型のCHA型ゼオライト2.0gに対して、溶媒としてトルエン20ml、シリル化剤としてテトラエトキシシラン5mlを加えて、攪拌しながら70℃で4時間加熱処理を行った。反応終了後、濾過によって固液を分離し、固形分を100℃で乾燥させることにより、シリル化されたプロトン型のCHA型ゼオライトを得た(触媒2)。
<Catalyst preparation example 2>
2.09 g of sodium hydroxide (Kishida Chemical Co., Ltd.) and 47.3 g of 25% by weight N, N, N-trimethyl-1-adamantanamium ammonium hydroxyside aqueous solution (Seichem, 25% by mass) were sequentially added to 89.6 g of water. Then, 4.27 g of aluminum hydroxide (manufactured by Aldrich, 50 to 57% by weight in terms of aluminum oxide) was added and mixed, and then colloidal silica SI-30 (SiO 2 30% by weight, Na 0. 3% by weight (manufactured by JGC Catalysts and Chemicals) 111 g was added and stirred sufficiently. Further, 10% by weight of CHA-type zeolite (SiO 2 / Al 2 O3 ratio 25, average primary particle diameter of about 200 nm) was added as a seed crystal with respect to the added SiO 2 , and the mixture was further stirred. Next, this gel was placed in a 1000 ml autoclave, and hydrothermal synthesis was carried out at 160 ° C. for 20 hours while stirring at 250 rpm under self-pressure. The product was filtered, washed with water and then dried. From the XRD pattern of the product, it was confirmed that the obtained product was in the CHA phase. From XRF analysis, the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio was 22.
The CHA-type zeolite (zeolite before calcination) obtained by hydrothermal synthesis was calcined at 580 ° C. for 6 hours under air flow to obtain a Na-containing CHA-type zeolite. Next, ion exchange was carried out twice at 80 ° C. for 1 hour with a 1 M aqueous ammonium nitrate solution, dried at 100 ° C., and then fired at 500 ° C. for 6 hours under air flow to obtain a proton-type CHA-type zeolite.
Next, 20 ml of toluene as a solvent and 5 ml of tetraethoxysilane as a silylating agent were added to 2.0 g of the proton-type CHA-type zeolite, and heat treatment was performed at 70 ° C. for 4 hours with stirring. After completion of the reaction, the solid and liquid were separated by filtration and the solid content was dried at 100 ° C. to obtain a silylated proton-type CHA-type zeolite (catalyst 2).

<触媒調製例3>
触媒2を650℃で、常圧にて50%水蒸気(水蒸気/空気=50/50(体積/体積))流通下、5時間処理することにより、水蒸気処理及びシリル化されたプロトン型のCHA型ゼオライトを得た(触媒3)。
<Catalyst Preparation Example 3>
The catalyst 2 is steam-treated and silylated by a proton-type CHA type by treating the catalyst 2 at 650 ° C. under normal pressure under 50% steam (steam / air = 50/50 (volume / volume)) flow for 5 hours. Zeolites were obtained (catalyst 3).

<実施例1>
触媒1を用いて、メタノールを原料とする、低級オレフィンの合成反応を行った。反応には、常圧固定床流通反応装置を用い、内径6mmの石英反応管に、上記触媒200mgと石英砂300mgの混合物を充填した。メタノール及び窒素を、メタノールの重量空間速度が0.25Hr‐1で、メタノール30体積%と窒素70体積%となるように反応器に供給し、350℃、0.1MPa(絶対圧)で低級オレフィンの合成反応を実施し、反応器出口ガスをガスクロマトグラフィーにより分析を行った。反応開始12.1時間後の反応成績、及びゼオライト触媒中の炭化水素含有量を表1に示した。
上記反応終了後の炭化水素含有触媒に対して、100体積%の水素ガスを、水素の空間速度がゼオライト質量基準で100mmol/(g‐zeo・hr)となるよう反応器に供給し、500℃、0.1MPa(絶対圧)の条件で1.0時間処理した。処理後の触媒中の炭化水素含有量を表1に示した。次いで、水素処理後の触媒を用いて、再び上記の反応条件にて、低級オレフィンの合成反応を実施した。反応成績を表1に示した。
なお、触媒中に含まれる炭化水素含有量は、別途上記と同様の反応操作を行い、下記の方法により測定した。ヘリウムガス流通下(50cc/min)、200℃まで昇温速度10℃/分で加熱し、30分間保持した後、空気流通に切り替え(50cc/min)、600℃まで昇温速度10℃/分で加熱し、60分間保持し、200℃以上の温度領域での酸化燃焼による重量減少を炭化水素の含有量とした。
炭化水素含有量=(200℃以上の温度領域での重量減少÷充填ゼオライト量)×100
<Example 1>
Using the catalyst 1, a reaction for synthesizing a lower olefin using methanol as a raw material was carried out. For the reaction, a normal pressure fixed bed flow reactor was used, and a quartz reaction tube having an inner diameter of 6 mm was filled with a mixture of 200 mg of the catalyst and 300 mg of quartz sand. Methanol and nitrogen were supplied to the reactor so that the weight space velocity of methanol was 0.25 Hr -1 and the volume was 30% by volume of methanol and 70% by volume of nitrogen, and the lower olefin was supplied at 350 ° C. and 0.1 MPa (absolute pressure). The synthetic reaction of the above was carried out, and the reactor outlet gas was analyzed by gas chromatography. Table 1 shows the reaction results 12.1 hours after the start of the reaction and the hydrocarbon content in the zeolite catalyst.
With respect to the hydrocarbon-containing catalyst after completion of the above reaction, 100% by volume of hydrogen gas was supplied to the reactor so that the space velocity of hydrogen was 100 mmol / (g-zeo · hr) based on the zeolite mass, and the temperature was 500 ° C. , 0.1 MPa (absolute pressure) for 1.0 hour. The hydrocarbon content in the catalyst after the treatment is shown in Table 1. Then, using the catalyst after the hydrogen treatment, the lower olefin synthesis reaction was carried out again under the above reaction conditions. The reaction results are shown in Table 1.
The hydrocarbon content contained in the catalyst was separately measured by the following method by performing the same reaction operation as described above. Under helium gas flow (50 cc / min), heat up to 200 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, hold for 30 minutes, switch to air flow (50 cc / min), and heat up to 600 ° C. at a temperature rise rate of 10 ° C./min. The content of the hydrocarbon was defined as the weight loss due to oxidative combustion in the temperature range of 200 ° C. or higher.
Hydrocarbon content = (weight loss in the temperature range of 200 ° C or higher ÷ amount of filled zeolite) x 100

表1のとおり、低級オレフィン合成反応12.1時間後のメタノール転化率は88.6%、低級オレフィン収率は37.7%、触媒中の炭化水素含有量は22.2質量%であった。続く水素処理により、触媒中の炭化水素含有量は15.0質量%まで減少した。水素処理後の低級オレフィン合成反応では、2.1時間後のメタノール転化率は99.7%、低級オレフィン収率は75.9%であった。水素処理後の低級オレフィン収率の最高値は75.9%であった(水素処理前の最高値79.9%)。 As shown in Table 1, the methanol conversion rate after 12.1 hours of the lower olefin synthesis reaction was 88.6%, the yield of the lower olefin was 37.7%, and the hydrocarbon content in the catalyst was 22.2% by mass. .. Subsequent hydrogen treatment reduced the hydrocarbon content in the catalyst to 15.0% by weight. In the lower olefin synthesis reaction after the hydrogen treatment, the methanol conversion rate after 2.1 hours was 99.7%, and the yield of the lower olefin was 75.9%. The maximum yield of lower olefins after hydrogen treatment was 75.9% (the highest value before hydrogen treatment was 79.9%).

<実施例2>
触媒1の代わりに、触媒2を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、低級オレフィンの合成反応を行い反応開始9.6時間後の反応成績、及び触媒中の炭化水素含有量を表1に示した。上記反応終了後の炭化水素含有触媒に対して、実施例1と同様の操作を行い、水素ガス処理及び低級オレフィンの合成反応を実施した。反応成績を表1に示した。
<Example 2>
Except for using the catalyst 2 instead of the catalyst 1, the same operation as in Example 1 was carried out, the lower olefin synthesis reaction was carried out, the reaction results 9.6 hours after the start of the reaction, and the hydrocarbon content in the catalyst. Is shown in Table 1. The same operation as in Example 1 was carried out on the hydrocarbon-containing catalyst after the reaction was completed, and hydrogen gas treatment and a lower olefin synthesis reaction were carried out. The reaction results are shown in Table 1.

表1のとおり、低級オレフィン合成反応9.6時間後のメタノール転化率は31.3%、低級オレフィン収率は24.5%、触媒中の炭化水素含有量は23.3質量%であった。続く水素処理により、触媒中の炭化水素含有量は16.5質量%まで減少した。水素処理後の低級オレフィン合成反応では、2.1時間後のメタノール転化率は100.0%、低級オレフィン収率は84.6%であった。水素処理後の低級オレフィン収率の最高値は93.8%であった(水素処理前の最高値93.3%)。 As shown in Table 1, the methanol conversion rate after 9.6 hours of the lower olefin synthesis reaction was 31.3%, the yield of the lower olefin was 24.5%, and the hydrocarbon content in the catalyst was 23.3% by mass. .. Subsequent hydrogen treatment reduced the hydrocarbon content in the catalyst to 16.5% by weight. In the lower olefin synthesis reaction after the hydrogen treatment, the methanol conversion rate after 2.1 hours was 100.0%, and the yield of the lower olefin was 84.6%. The highest value of the lower olefin yield after the hydrogen treatment was 93.8% (the highest value before the hydrogen treatment was 93.3%).

Figure 0007087636000001
Figure 0007087636000001

<実施例3>
触媒3を用いて、メタノールを原料とする、低級オレフィンの合成反応を行った。反応には、常圧固定床流通反応装置を用い、内径6mmの石英反応管に、上記触媒200mgと石英砂300mgの混合物を充填した。メタノール及び窒素を、メタノールの重量空間速度が0.50Hr-1で、メタノール50体積%と窒素50体積%となるように反応器に供給し、400℃、0.1MPa(絶対圧)で低級オレフィンの合成反応を実施した。触媒再生は、反応終了後の炭化水素含有触媒に対して、100体積%の水素ガスを、水素の空間速度がゼオライト質量基準で100mmol/(g-zeo・hr)となるよう反応器に供給し、500℃、0.1MPa(絶対圧)の条件で1.0時間処理した。反応工程と水素再生工程を繰り返し実施した反応結果を表2に示した。
<Example 3>
Using the catalyst 3, a reaction for synthesizing a lower olefin using methanol as a raw material was carried out. For the reaction, a normal pressure fixed bed flow reactor was used, and a quartz reaction tube having an inner diameter of 6 mm was filled with a mixture of 200 mg of the catalyst and 300 mg of quartz sand. Methanol and nitrogen were supplied to the reactor so that the weight space velocity of methanol was 0.50 Hr -1 , and the ratio was 50% by volume of methanol and 50% by volume of nitrogen, and the lower olefin was supplied at 400 ° C. and 0.1 MPa (absolute pressure). The synthetic reaction of was carried out. In the catalyst regeneration, 100% by volume of hydrogen gas is supplied to the reactor so that the space velocity of hydrogen is 100 mmol / (g-zeo · hr) based on the zeolite mass with respect to the hydrocarbon-containing catalyst after the reaction is completed. , 500 ° C., 0.1 MPa (absolute pressure) for 1.0 hour. Table 2 shows the reaction results in which the reaction step and the hydrogen regeneration step were repeatedly carried out.

Figure 0007087636000002
Figure 0007087636000002

<比較例1>
実施例2の反応条件にて、再生処理ガスとして窒素を用いた以外は、実施例2と同様の操作を行った。反応成績を表3に示した。
<Comparative Example 1>
Under the reaction conditions of Example 2, the same operation as in Example 2 was carried out except that nitrogen was used as the regeneration treatment gas. The reaction results are shown in Table 3.

Figure 0007087636000003
Figure 0007087636000003

上記の実施例1及び2の結果から、低級オレフィン収率の低下した触媒に対して、水素ガスで処理することにより、ゼオライト触媒内の軽沸炭化水素成分を効率的にストリッピングすることができ、さらにコーク成分の除去により、実施例1では37.7%から75.9%、実施例2では24.5%から84.6%へと低級オレフィン収率を大幅に回復させられることが明らかとなった。また低級オレフィン収率の最高値としても、水素処理前後で同等レベルであることが確認された。また、実施例3より、水素処理による触媒再生は、繰り返し適用することが可能であり、低級オレフィンの収率を高いレベルで維持できることが明らかとなった。 From the results of Examples 1 and 2 above, the light boiling hydrocarbon component in the zeolite catalyst can be efficiently stripped by treating the catalyst with a reduced lower olefin yield with hydrogen gas. Furthermore, it is clear that the removal of the cork component can significantly restore the lower olefin yield from 37.7% to 75.9% in Example 1 and from 24.5% to 84.6% in Example 2. It became. It was also confirmed that the maximum yield of lower olefins was at the same level before and after hydrogen treatment. Further, from Example 3, it was clarified that the catalyst regeneration by hydrogen treatment can be repeatedly applied and the yield of the lower olefin can be maintained at a high level.

本発明は、メタノールを含む原料から低級オレフィンを合成する反応において、炭化水素含有量の多い低級オレフィン収率が低下した触媒に対して、適宜水素ガスによる処理を行うことにより、触媒中の炭化水素含有量を減少させることができ、かつ、メタノールを含む原料からの低級オレフィン合成反応における触媒活性を回復することができ、低級オレフィン収率を高いレベルで維持することができるため、工業化プロセスにおいて有用である。 In the present invention, in a reaction for synthesizing a lower olefin from a raw material containing methanol, a catalyst having a high hydrocarbon content and a reduced yield of a lower olefin is appropriately treated with hydrogen gas to carry out hydrocarbons in the catalyst. It is useful in the industrialization process because the content can be reduced, the catalytic activity in the reaction for synthesizing lower olefins from raw materials containing hydrogen can be restored, and the yield of lower olefins can be maintained at a high level. Is.

Claims (7)

メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料とゼオライト触媒とを接触させて低級オレフィンを生成する反応を経たゼオライト触媒を、水素分圧が絶対圧で0.01MPa以上の水素を含むガスに接触させる工程を含み、ゼオライト触媒を構成するゼオライトの外表面酸量が、ゼオライトの全酸量に対して8%以下である、ゼオライト触媒の処理方法。 Includes a step of contacting a zeolite catalyst, which has undergone a reaction of producing a lower olefin by contacting a raw material containing methanol and / or dimethyl ether with a zeolite catalyst, with a gas containing hydrogen having an absolute hydrogen partial pressure of 0.01 MPa or more. A method for treating a zeolite catalyst, wherein the amount of acid on the outer surface of the zeolite constituting the zeolite catalyst is 8% or less with respect to the total amount of acid of the zeolite . 前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが酸素8員環構造ゼオライトである、請求項1に記載のゼオライト触媒の処理方法。 The method for treating a zeolite catalyst according to claim 1, wherein the zeolite constituting the zeolite catalyst is an oxygen 8-membered ring-structured zeolite. 前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6rを骨格中に含む、請求項1又は2に
記載のゼオライト触媒の処理方法。
The method for treating a zeolite catalyst according to claim 1 or 2, wherein the zeolite constituting the zeolite catalyst contains d6r, which is defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA), in the skeleton.
前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが、アルミノケイ酸塩である、請求項1~3のいずれか1項に記載のゼオライト触媒の処理方法。 The method for treating a zeolite catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the zeolite constituting the zeolite catalyst is an aluminosilicate. 前記ゼオライト触媒を構成するゼオライトが、International Zeolite Association(
IZA)で規定されるコードでCHA又はERIであるゼオライトである、請求項1~4のいずれか1項に記載のゼオライト触媒の処理方法。
The zeolite that constitutes the zeolite catalyst is the International Zeolite Association (
The method for treating a zeolite catalyst according to any one of claims 1 to 4, which is a zeolite having a code specified in IZA) and is CHA or ERI.
前記水素を含むガスに接触させる工程において接触温度が250℃以上800℃以下である、請求項1~のいずれか1項に記載のゼオライト触媒の処理方法。 The method for treating a zeolite catalyst according to any one of claims 1 to 5 , wherein the contact temperature is 250 ° C. or higher and 800 ° C. or lower in the step of contacting with the gas containing hydrogen. メタノール及び/又はジメチルエーテルを含む原料を、ゼオライト触媒と接触させる工程を含む、低級オレフィンの製造方法であって、請求項1~のいずれか1項に記載のゼオライト触媒の処理方法を実施する工程を含む、低級オレフィンの製造方法。 A step for producing a lower olefin, comprising a step of bringing a raw material containing methanol and / or dimethyl ether into contact with a zeolite catalyst, wherein the method for treating the zeolite catalyst according to any one of claims 1 to 6 is carried out. A method for producing a lower olefin, including.
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