JPS60248629A - 低級オレフインの製法 - Google Patents

低級オレフインの製法

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JPS60248629A
JPS60248629A JP59105530A JP10553084A JPS60248629A JP S60248629 A JPS60248629 A JP S60248629A JP 59105530 A JP59105530 A JP 59105530A JP 10553084 A JP10553084 A JP 10553084A JP S60248629 A JPS60248629 A JP S60248629A
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earth metal
zeolite
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岡戸 秀夫
Hiroshi Shoji
宏 庄司
Haruo Takatani
高谷 晴生
Yoshinari Kawamura
川村 吉成
Yasuyoshi Yamazaki
山崎 康義
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2529/00Catalysts comprising molecular sieves
    • C07C2529/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites, pillared clays
    • C07C2529/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明はメタノールおよび/またはジメチルエーテルか
ら低級オレフィンに製造する方法に係り、さらに詳細に
は、アルカリ土類金属含有ゼオライトをさらにアルカリ
土類金属含有化合物で変性した触媒を用い、メタノール
および/またはジメチルエーテルから低級オレフィンを
長期間安定に高い選択率で製造する方法に関する。
本発明の低級オレフィンの製法によれば、COおよびC
O2への分解が少なく低級オレフィンが高選択率で得ら
れ、パラフィン、芳香族の副生が少なく触媒上へのカー
ボン析出が抑制され高温でも触媒活性の低下、触媒の劣
化をもたらさない。
近年原油の安定供給に心配がもたれ、ことに我国では海
外に依存する率が99%を超える現状にあっては、石炭
、天然ガス等の有効利用がM擬な課題となっており、メ
タン、CO等から得られるメタノールからオレフィン、
パラフィン。
芳香族等の有機化合物の工業的合成法の確立がめられて
いる。
本発明はこの要求に応えるものである。
(従来技術) 従来、炭化水素の転化法において触媒としてシリカ・ア
ルミナ、結晶性アルミノシリケートなどが用いられてき
たことは当業界において周知である。結晶性アルミノシ
リケートは、その複類に応じて特定の直径を有する細孔
またはトンネルを多数有し、そのために混在する各種分
子のうちから特定の条件を満足する分子のみを選択的に
吸着しうるとい5形状選択性を有するため一般に分子篩
とも呼ばれている。
さて、1970年代にモーピルオイル社はメタノールや
ジメチルエーテルから高品質ガソリンを主成分とする炭
化水素を製造する形状選択性触媒として、Z S M 
−5型ゼオライト触媒を開発した。このゼオライトは従
来のゼオライトと異なり組成5i02/Al。o3比を
自白に制御できることや、耐熱性が極めて高いなどの優
れた性質をもっており、その特長を生かすことにより、
メタノールやジメチルエーテルの転化反応の主生成物な
低級オレフィンとすることも可能である。たとえば、西
独特許第2935863号明細書によれば、8102 
/AlI203= 35〜1600活性型ゼオライト(
H−Z8M−5)は、350 ”Cから600℃までの
温度範囲のメタノール転化反応において最高収率70.
1wt%で低級オレフィン(炭素数2〜4)を与えるこ
とが知られている。この場合のZ S M −5型ゼオ
ライト触媒の最適組成ならびに反応温度はそれぞれ8+
02/AJ203= 298〜500及び550Cであ
ることがその実施例で示されている。従って、メタノー
ルやジメチルエーテルから低級オレフィンを主成分とす
る炭化水素を製造するには、反応温度をできるだけ高く
する方が有利であることがわかるが、同時にこのような
高温下のメタノール転化反応においては、耐熱性の高い
Z S M −5壓ゼオライト触媒といえども、反応温
度550℃近傍を境にして急速な触媒劣化現象が見られ
る場合が多い。従って、500℃以上の高温下でメタノ
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
高収率でしかも急速な触媒劣化を伴うことなく長時間に
わたって製造するためには、コーク前駆体であるH、 
T、 Xの生成が少なく、550℃以上の温度で容易に
活性低下を起こさないようなゼオライトを巧みに製造す
る必要がある。
このような観点から、本発明者らは、低級オレフィンの
生成が有利となる5 (1(1”C以上の高温領域で、
メタノールおよび/またはジメチルエーテルの転化反応
において、高温劣化しがたい触媒の開発に関して鋭意検
討した結果、アルカリ土類金属塩な合成時に添加したア
ルカリ土類金属含有ゼオライトがこの目的に適合し、極
めて低級オレフィンの選択性にすぐれ、B、 T、 X
の生成も少ないことをすでに開示した(特願昭57−2
(15839)。しかしながら、この触媒においてすら
も反応時間とともに活性劣化がおこり長時間の使用には
十分とは言い難い。
(発明の目的、構成、効果) 本発明者らはB、 T、 X生成の抑制と前部の改良を
目的としてさらに研究を続けた結果、はからざることに
このアルカリ土類金属含有ゼオライトなさらにアルカリ
土類金属塩または酸化物または水酸化物で変性するとき
わめて顕著な改善が可能となることを見出した。すなわ
ち、アルカリ十類金属含有化合物で処理された触媒は。
処理される前のアルカリ土類金属含有ゼオライトに比べ
て反応温度550〜600℃、LH8V=2〜4 hr
−’の条件下で、驚くべきことに、B、 T、 Xが3
〜5%から1%程度に減少し、寿命が2倍以上長くなる
という結果が得られた。
このアルカリ土類金属含有化合物でさらに処理すること
によって触媒の活性持続期間が顕著に増大するという事
実の発見は、処理される前のゼオライトがすでにアルカ
リ土類金属を含有しているゼオライトであるという事実
からすれば極めて予想外の発見である。またさらに驚く
べきことには、このアルカリ土類金属含有化合物による
アルカリ土類金属含有ゼオライトの変性は、触媒の製造
あるいは変性に際して通常用いられる担持手段とは異な
りアルカリ土類金属含有化合物を含む溶液な含浸、析出
させる方法に限られず、固体状のアルカリ土類金属含有
化合物の粉末を単にアルカリ土類金属含有ゼオライトと
混合、接触させるのみで、溶液による含浸担持と同程度
の効果を与えうろことも見出された。
この新しい触媒を使用してメタノールおよび/またはジ
メチルエーテルから低級オレフィンを製造する反応条件
そのものは、さきに本発明者らが提案した特願昭57−
205839に開示されたものと本質的に同じか、ある
いはそれよりもさらに苛酷な条件も用いることができる
したがって本発明の要旨は、メタノールおよび/または
ジメチルエーテルを気相中で、8 r O2/A7!2
03モル比が12〜3000 、OH−/ 8102モ
ル比が0.02〜10.H20/5I02モル比が1〜
1ooo、テ)ラプロビルアンモニウム化合物/ 81
02モル比が0.02〜2.アルカリ土類金属/kl原
子比が0.03〜300の組成を満足する原料を用い、
80〜200℃の温度で水熱処理して得られた、焼成品
が a M2O・b M’0 ・AJ203 争c Ss 
02 ・n H20(式中Mはアルカリ金属および/ま
たは水素原子1M′はアルカリ土類金属、aはO〜1.
5.bは0.2〜40.cはI′)、〜3000そして
nは0〜40である。)で表わされる組成を有するアル
カリ土類金属含有ゼオライトをアルカリ土類金属含有化
合物と溶液中または固体状態で処理し、ゼオライトに金
属として計算して少なくとも0.25重量係の前記アル
カリ土類金属を担量時間仝間速度o、l−20hr 、
 300〜6sdlr−゛′Cの反応温度およびO1〜
100気圧の全圧力で接触させることからなる低級オレ
フィンの製法に存する。
以下、本発明方法で用いるアルカリ土類金属変性アルカ
リ土類金属含有ゼオライトの製法およびそれを用いる本
発明の低級オレフィンの製法を詳述jろ。説明の便宜上
アルカリ土類金属含有化合物で変性されろゼオライトと
しては、Ca含有ゼオライト2列にとり説明する。
本発明方法で用いる触媒の原料となるアルカリ土類金属
含有ゼオライトは、本発明者らがすでに開示した特願昭
57−205839の方法により製造した。このゼオラ
イトを乾燥品、焼成品またはHイオン父換品の状態で以
下に記述のアルカリ土類金属含有化合物を用いて変性し
た。
アルカリ土類金属含有化合物としては、種々のアルカリ
土類金属塩、酸化物、水酸化物などが含まれる。アルカ
リ土類金属塩としては、アルカリ土類金属の各種無機塩
および有機塩が用いられるが、特に酢酸塩等のカルボン
酸塩、炭酸基、硝酸塩等が好ましく、リン酸塩、ホウ酸
塩等も用いうる。なお、酢酸塩等のカルボン酸塩は通常
用いる500〜600℃での空気中の焼成では酢酸マグ
ネシウムはMgOとなるが、その他は炭酸塩となってお
り、Ca、Sr、 Baの各酢酸塩は炭酸塩の前駆体化
合物と見ることができる。
次に変性方法としては、溶液でこのゼオライトと接触さ
せたのち、溶液を蒸発乾固(含浸法)してもよく、また
溶液な口過または遠心分離で分#I(分離法)してもよ
い。なお、溶液で変性する場合、用いる溶媒は当該アル
カリ土類金属塩を溶解するものであればいずれでも良い
が、特に水溶液が適当である。またこれら金属塩または
酸化物や水酸化物とゼオライトを単に固体のまま混合し
ただけでも良い(混合法)。この混合法による場合、用
いるアルカリ土類金属含有ゼオライトの粒径は、30μ
以下、好ましくは20μ以下、特に好ましくはlOμ以
下であるが、50μあるいはそれ以上の粒子が混在して
いても差し支えない。また混合させるアルカリ土類金属
含有化合物の粒径は20μ以下、好ましくは10μ以下
1%に好ましくは5μ以下でiるが、30μあるいはそ
れ以上の粒子が混在していても差し支えない。混合すべ
きゼオライトおよびアルカリ土類金属含有化合物の粒径
が太きすぎると本発明の効果が低減したり、あるいは実
質的に失われてしまう。混合は固体粉末同志の混合でも
良く、あるいは適当な分散媒を用いてスラリー状で混合
しても良い。炭酸塩。
水酸化物の分散媒としては水が適当である。アルカリ土
類金属含有化合物で変性された触媒は、そのまま反応に
用いても良く、空気中またはN2気流中で焼成抜用いて
も良い。
変性ゼオライト中に含有させるアルカリ土類金属量は、
金属換算で少なくとも0.25重量係であり、マグネシ
ウム、カルシウム及びストロンチウムについては好まし
くは1〜20重量係。
バリウムについては好ましくは1〜35重量係である。
アミン、アンモニアを含有するゼオライトは単に焼成す
るだけで水素型にしうるので、乾燥品をそのまま原料と
してアルカリ土類金属変性を行ない、その後焼Iy、−
′fることか可能である。
本発明の触媒はそのまま使用することも、あるいは希望
によっては適当な担体、例えば粘土。
カオリン、アルミナ等と混合して用いることもできる。
次に上記で得られた触媒を用いてメタノールおよび/ま
たはジメチルエーテルから低級オレフィンを製造する方
法を述べる。
メタノールおよび/またはジメチルエーテルの転化反応
は、これら原料をガスとして供給し、固体である触媒と
充分接触させ得るものであればどんな反応形式でもよく
、固定床反応方式。
流動床反応方式、移動床反応方式等があげられる。
反応は、広い範囲の条件で行うことができる。
例えば反応温度300〜6’50℃、重量時間空間速度
0.1〜20 hr−1,好ましくはl−10hr−’
全圧力0.1〜ioo気圧、好ましくは05〜10気圧
の条件下で行うことができる。原料は水蒸気あるいは不
活性ガス、例えは窒素、アルゴン等で希釈して触媒上に
供給することも可能である。
本発明の方法において、生成物の流れは水蒸気、炭化水
素、未反応原料から成り、反応条件を適当に設足するこ
とにより炭化水素中のエチレン、プロピレン等の低級オ
レフィンの割合を高めることができる。水蒸気および炭
化水素生成物は公知の方法によって互いに分離、精製す
れる。
本発明の低級オレフィンの製造方法においては、メタノ
ールもジメチルエーテルも共に出発原料であるので選択
率の計算にあたってはメタノールから生じたジメチルエ
ーテルは未反応原料とみなして良い。
注目すべき点は、本発明方法で用いるアルカリ土類金属
変性アルカリ土類金属含有ゼオライト触媒は、公知のア
ルカリ土類金属変性ゼオライト触媒およびさきに提案し
たアルカリ土類金属含有ゼオライト触媒に比べて寿命が
2倍以上長く、B、 T、 Xの生成が少ないことであ
る。
(実施例など) 次に、本発明を実施例などにより具体的に説明するが、
本発明はその要旨を越えない限りこれらに限定されるも
のではない。
比較参考例1 硝酸アルミニウム9水和物1.14.Fな水9゜gに溶
かしA液とし、キャタロイド5I−30水ガラス(触媒
化成■、8102 30.5%、 Na200.42%
)60IIを水40.9に溶かし、これをB液とした。
激しく攪拌しながらA液中にB液を加え、次に水20.
S+に水酸化ナトリウム1.261を溶かしたものを加
える。更に水30gにテトラプロピルアンモニウムプロ
マイ)”8.11.9を溶かしたものを加え、約10分
間攪拌を続けて、水性ゲル混合物を得た。この仕込みモ
ル比は8 r Oz / AJ 203 = 200で
ある。
この水性ゲル混合物を内容積300mjlのオートクレ
ーブに仕込み、自己圧下160℃で18時間攪拌しなが
ら(500r、p、m)水熱処理をした。反応生成物は
遠心分離器を用いて固体成分と溶液部に分け、固体成分
は充分水洗をほどこし、更に120℃で5時間乾燥した
。次に空気中520℃で5〜lO時間処理しん。次にこ
の焼成済結晶性アルミノシリケー)1.9に対して0.
6N塩酸を15づの割合で混合し、室温で24時間攪拌
処理をした。その後室温で充分水洗の後、120℃で乾
燥し、次いで520℃で5時間空気中で焼成を行い、水
素型に変換しH型78 M −5を得た(8i=43.
1wt%、Al=0.45vvt%)。
得られたH型Z 8 M −5(5i02 /Al2O
3=200)5.9を、水10m1にCa(CH3CO
O)2・H2O3,14,9を入れた溶液と混合した。
この混合物を約80℃で20時間保った後、混合物を乾
燥器中100−110℃で蒸発乾固させる。
しかる後、空気中200℃で2時間、500℃で18時
間焼成してCa変性−Z8M−5を得た( Ca含有率
0.14411711−触媒)。
比較参考例2 硝酸アルミニウム9水和物1.14.9と酢酸カルシウ
ムl水和物1.34 #を水90JIFに溶かしA液と
し、キャタロイド8I−30水ガラス60gを水40g
に溶かし、これをB液とした。激しく攪拌しながらA液
中にB液を加え、次に水20gに水酸化ナトリウム1.
26.9を溶かしたものを加える。更に水30I!にテ
トラプロピルアンモニウムブロマイド8.111Iを溶
かしたものを加え、約10分間攪拌を続けて、水性ゲル
混合物を得た。この仕込みモル比はSiO2/M2O3
−200である。
この水性ゲル混合物を内容積300−のオートクレーブ
に仕込み、自己圧下160℃で18時間攪拌しながら(
500r、p、m)水熱処理をした。反応生成物は遠心
分離器を用いて固体成分と溶液部に分け、固体成分は充
分水洗なほどこし、更に120℃で5時間乾燥した。次
に空気中520℃で5〜10時間処理した。次にこの焼
成済ゼオライト1gに対して0.6N塩酸を15m1の
割合で混合し、室温で24時間攪拌処理をした。その後
室温で充分水洗の後、120℃で乾燥し、次いで520
℃で5時間空気中で焼成を行い、水素型に変換した( 
Si = 4 ’3.2 wt%。
AA! = 0.44 wt%、 Ca = 0.70
 wt%)。
参考例1 比較参考例2で得られたCa含有ゼオライト5gを、水
10m1にCa (CHaCOO)2 ”H2O3,1
4gを入れた溶液と混合した。この混合物を約80″C
で20時間保った後、混合物を乾燥器中100〜l 1
0 ”Cで蒸発乾固させる。しかる後、空気中200℃
で2時間、500℃で18時間焼成してCa変性Ca含
有ゼオライトを得た(Ca−12,7wt%)。
得られた触媒を電子顕微鏡で見たところ、ゼオライト粒
子は2〜7μ程度のものが多く、含浸したカルシウム成
分は、主として1μ以下の粒径であって、ゼオライト粒
子に割に平均して分散、付着しており、大きい粒子の割
合は少なかった。
参考例2 比較参考例2で得られたCa含有ゼオライト5Iを、水
10 mlにSr (N03)2511 ヲ入しタ溶液
と混合した。この混合物を約80°Cで2時間保った。
この混合物から、遠心分離によりゼオライトを分離し、
90℃で10時間乾燥し、しかる後500℃で3時間焼
成してSr変性Ca含有ゼオライトを得た(Ca=0.
50wt%、5r=7.1wt%ン。
得られた触媒な電子顕微鏡で見たところ、参考例1にお
けるものと良く似ていた。
参考例3 比較参考例2で得られたCa含有ゼオライト5gを、酢
酸カルシウムを500℃で焼成して乳鉢中で粉砕したも
の1.8gと固体状態のまま乳鉢中で混合し、Ca変性
Ca含有ゼオライトを得た(Ca=11.1wt%)。
得られた触媒を電子顕微鏡で見たところ、ゼオライトの
状態は参考例1と同様であるが、添加したカルシウムは
参考例1に比べて大きい粒子の割合が多く、また1μ以
下の粒子の分散の状態も参考例1に比べて若干不均一で
あった。
参考例4 比較参考例2で得られたCa含有ゼオライト5gを、乳
鉢中で粉砕したCaCO31,81と固体状態のまま乳
鉢中で混合し、Ca変性Ca含有ゼオライトを得た(C
a=11.1wt%)。
得られた触媒を電子顕微鏡で見たところ、参考例3と分
散の様子は良く似ているが、添加したカルシウムが砕石
のようにごつごつしており、参考例1および3で見られ
た多孔性または微小粒子の凝集体のごとき柔い感じのも
のとは異なっていた。
実施例1〜2および比較例1〜2 参考例1および2ならびに比較参考例1および2で得ら
れた触媒粉末を圧力400 k、p/cm2で打錠し、
次いでこれを粉砕して10〜2oメツシユにそろえたも
の2 mlを内径1o龍の反応管に充填した。液状メタ
ノールを4 ml / hr (反応は気相反応である
が、原料供給量を液相で表示すればLH8V−2hr 
)の速度で気化器に送り、ここで40m1/minで送
られてくるアルゴンガスと混合してほぼ常圧で反応管に
送り、550℃で反応を行なった。生成物の分析はガス
クロマトグラフを用いて行なった。
比較参考例1の触媒を用いた実験を比較例1゜比較参考
例2のものを比較例2.参考例1のものを実施例1そし
て参考例2のものな実施例2とし、おのおのの結果を第
1表ならびに第1図に示した。
第1表および第1図から、本発明方法は高いエチレン+
プロピレン収率を与えること、および高い触媒活性を長
時間維持することが理解される。
実施例3〜6および比較例3 参考例1〜4および比較参考例2で得られた触媒粉末を
前記実施例1と同様に処理して得た触媒を用い、触媒充
填量を1. ml (LH8V= 4hr )とし、反
応温度を600 ℃と変更した点を除き、実施例1と全
く同様の実験を行なった。
本発明者らの経験によれば、反応温度を550℃〜60
0℃に変化させると触媒の寿命は約172となり、また
LH8Vを2倍にすると触媒の寿命は約1/2になるこ
とが知られているから、これらの実験は実施例1の実験
を約4倍の速度に加速した高苛酷度試験とみることがで
きる。
比較参考例2で得られた触媒を用いた実験を比較例3と
し、参考例1のものを実施例3.参考例2のものな実施
例4.参考例3のものを実施例5そして参考例4のもの
を実施例6とし、おのおのの結果を第2表ならびに第2
図に示した。
第2表および第2図から、本発明方法は高いエチレン+
プロピレン収率を与えること、および高温域でも劣化し
がたく長時間高い触媒活性を維持することが理解される
【図面の簡単な説明】
第1図は横軸に反応時間、たて軸に係をとり、実施例1
.2および比較例1.2の結果をプロットしたものであ
り、実線はエチレンとプロピレンの合計選択率(%)、
そして点線は有効転化率(%)であり、第2図は第1図
と同じ図面であるが、実施例3〜6および比較例3の結
果な示したものである。図中の数字は例番号であり、C
は比較例であることを示す。図中の時間は所定温度(第
1図は550 ”Cそして第2図は600 ”C)に至
るまでの経過時間9時間も含めて記されているので、図
の9時間口が第1および2表の0時間に該当する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) メタノールおよび/またはジメチルエーテルを
    気相中で、S ! 02 /Al 203モル比が12
    〜3000、OHシン5i2モル比が0.02〜10゜
    H20/S r 02 モ/l/比が1−1000. 
    テトラプロピルアンモニウム化合物/ 8 i 02モ
    ル比が0.02〜2.アルカリ土類金属/kl原子比が
    003〜300の組成乞満足する原料を用い、80〜2
    00 ℃の温度で水熱処理して得られた。焼成品が 3M20−I)M2C−Al2O3・cS102・nH
    2O(式中Mはアルカリ金属および/または水素原子9
    M′はアルカリ土類金属、aはO〜1.5゜bは0.2
    〜40.Cは12〜3000そしてnはO〜40である
    。)で表わされる組成を有するアルカリ土類金属含有ゼ
    オライトをアルカリ土類金属含有化合物と溶液中または
    固体状態で処理し、ゼオライトに金属として計算して少
    なくとも0.25重量係の前記アルカリ土類金属を相持
    または混合せしめて変性したアルカリ土類金属変性アル
    カリ土類金属含有ゼオライト触媒と、重量時間空間速度
    01〜20hr 、300〜650℃の反応温度および
    0.1−100気圧の全圧力で接触させることからなる
    低級オレフィンの製法。
  2. (2)アルカリ土類金属変性アルカリ土類金属含有ゼオ
    ライトがアルカリ土類金属変性カルシウム含有ゼオライ
    トである特許請求の範囲第1項に記載の製法。
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