JPS6115848A - リン酸カルシウム変性ゼオライト型触媒による低級オレフインの製造方法 - Google Patents

リン酸カルシウム変性ゼオライト型触媒による低級オレフインの製造方法

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JPS6115848A
JPS6115848A JP59135750A JP13575084A JPS6115848A JP S6115848 A JPS6115848 A JP S6115848A JP 59135750 A JP59135750 A JP 59135750A JP 13575084 A JP13575084 A JP 13575084A JP S6115848 A JPS6115848 A JP S6115848A
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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】 本発明はメタノール及び/又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に関し、さらに詳細には、
カルシウム含有化合物及びリン含有化合物を含有させた
アルミノシリケートゼオライト型触媒を用い、メタノー
ル及び/又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
02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%を超える現状であっては、石炭
、天然ガス等の有効利用が重要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
立が求められている。
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、その種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
吸着しうるという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ZSM −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 SiO2/AQ203比を自由
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、そのか 特長を¥イ÷ことにより、メタノールやジメチルエーテ
ル転化反応の主成物を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、5iOz/AQ203=35〜1600活性
型ゼオライト(II −ZSM −5)は、350℃か
ら6oo℃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ZSM
 −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5iOz/AQ203=298〜500及び5
50℃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
るで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ZSM −5型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B
、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500℃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、たとえばZSM −5のようなペンタシル型ゼオラ
イトにおいては、結晶化時間、温度、II 20/Si
02比を厳密に制御して合成したサブミクロンオーダー
以下の結晶粒子径を有する微結晶ZSM −5がこの目
的に適合し、低級オレフィンの選択性ならびに収率に極
めて優れ、触媒寿命も長くなることを見出し、先に出願
した(特願昭59−105537号及び特願昭59−1
05538号)。
しかしながら、この触媒においてすらも反応時間ととも
に活性劣化が起こり長時間の使用には十分とは言い難い
本発明者等は、コーク析出の抑制とゼオライト触媒寿命
の向上を目的としてさらに研究を重ねた結果、カルシウ
ム含有化合物及びリン含有化合物を適量含有させたアル
ミノシリケートゼオライトを触媒として用いることによ
り、上記目的が達成せられ、しかも低級オレフィンの選
択性及び収率が著しく高まることを見出し本発明を完成
するに到った。
即ち、本発明によれば、メタノール及び/又は量%以上
含有させたアルミノシリケートゼオライト型触媒の存在
下、温度300〜700℃、全圧力0.1〜100気圧
、重量時間空間速度0.01〜20hr”−1の条件下
で反応させることを特徴とする低級オレフィンの製造方
法が提供される。後述するように、結晶性リン酸カルシ
ウム自身はメタノールから低級オレフィンへの転化活性
をほとんど示さず、却って水素、−酸化炭素、二酸化炭
素、メタン等へのメタノール分解反応を促進するいわば
ゼオライト触媒にとって触媒毒として作用する物質であ
る。
それにも拘らず、リン酸カルシウムを含有させたゼオラ
イト触媒は、驚くべきことには、変性前のゼオライトに
比べて(ニレチン+プロピレン)収率が向上し、しかも
寿命が2倍以上長くなる。
以下、本発明方法で用いるゼオライト触媒の製造方法及
びそれを用いる本発明の低級オレフィンの製造方法を詳
述する。説明の便宜上カルシウム化合物及びリン化合物
を含有させるアルミノシリく、任意の天然及び/又は合
成アルミノシリケートゼオライト(llの位置をBe”
 ”、Mg2 +、B34、Ga3” 、 Fe”十等
第■、■、■族元素で置換固溶及び/又はSiの位置を
Ge’ 士、p5 +、As″”等第■、■族元素で置
換固溶させたゼオライトを含む)を用いることができる
。即ち、本明細書で使用する[アルミノシリケートゼオ
ライト型触媒」なる語は、下記組成式 %式% (式中、Xはカチオン、nはカチオンNの原子価、Xは
An、 Be、 B+ Ga、 Fe等の周期律表第n
、m及び■族元素の中から選ばれた少なくとも1種の金
属、mは金属Xの原子価、■はSi、# Ge+ p、
 As等の周記律表第■及び■族元素の中から選ばれた
少なくとも1種の金属、Qは金属Yの原子価、a及びb
は正数、及びZは0又は正数を表わす)で表わされる物
質を意味するものである。
カルシウム含有化合物としては、カルシウムの硝酸塩等
が好ましく、リン酸塩、ホウ酸塩等も用いうる。またリ
ン含有化合物としては、リンの各種無機塩及び/又は有
機塩が用いられるが、特にリン酸、各種リン酸水素アン
モニウム塩等が好ましく、縮合リン酸塩等も用いうる。
これらゼオライトに含有せしめるカルシウム含有化合物
及びリン含有化合物原料はそのま一固体として用いても
よいし、適当な溶媒に溶かしたりあるいはスラリー状に
して用いることもできる。
次に含有方法としては、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、接触
後、溶液を口過または遠心分離で分離(分離法)しても
よい。なお、このような溶液による変性方法を行う場合
、用いる溶媒は特に制限は無いが、通常水が適当である
。又、カルシウム含有化合物及びリン含有化合物とゼオ
ライトを単に固体あるいはスラリーのま一混合しただけ
でもよい(混合法)。この混合法による場合、上記含浸
=7− 別して変性原料固型物として用いることも可能であるし
、市販のCaHPO4・2t(20,CaHPO4、C
a 2P 207等の結晶性リン酸カルシウムを変性原
料固型物として用いることも可能である。混合は固体粉
末同志の混合でもよく、あるいは水等の適当な分散媒を
用いてスラリー状で混合しても良い。本発明においては
、ゼオライトにカルシウム含有化合物及びリン含有化合
物を含有させる方法として、特に、カルシウム含有化合
物及びリン含有化合物を共に含む溶液をゼオライトに含
浸させてリン酸カルシウム結晶を担持させる方法、及び
固体状のリン酸カルシウム(例えば、CaHPO4・2
■20)の粉末をゼオライトと混合させる方法が好適で
ある。このようなリン酸カルシウムにより変性されたゼ
オライトは顕著な触媒性能の向上を示す。
ゼオライト中に含有させるカルシウム含有化合物及びリ
ン含有化合物の量は、元素換算でそれぞれ少くとも0.
7重量%であり、好ましくはそれぞ有割合は、Ca/P
モル比に換算して、0.3〜1.7の割合とするのがよ
い。カルシウム含有化合物及びリン含有化合物を含有せ
しめたゼオライト触媒は、そのまN反応に用いてもよく
、空気中またはN2気流中等で焼成移用いることもでき
、さらに、必要に応じ、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及び/又は
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。
メタノール及び/又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300〜700°C1重量時間空間速度
0.1〜20hr−1,好ましくは1−10hr−1,
全圧力性ガス、例えば窒素、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定するこ
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、精製さ
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。
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。
参考例l 5iOz源として市販のシリカゾル(Cataloid
 SIアルカリ源として市販特級試薬NaOH1有機結
晶化剤として市販特級試薬臭化テトラ−n−プロピルア
ンモニウム(TPA)を用いた。テフロン製磁気攪拌子
を入れた内容積l氾のポリプロピレン三角フラスコに8
0gのCataloid 5i−30を秤取し、攪拌し
ながら、788gのN20.0.857gのA Q (
NO3) 3・9H20、N2010.1gにNa0F
+5.152 gを溶解した水溶液、l−12010,
1gにTPA 5.455gを溶解した水溶液を順に加
えて行く。
このようにして得られる流動性のある均一ゲル白濁溶液
のpHは室温で12.9.であり、この混合物の組成は
、モル比で示すと下記の通りである。
5i02/AQ203 =350 0H”−/Si02 =0.322 TPA/SiO□=0.0513 H20/SiO2= 120 次に、この出発混合物の入った三角フラスコに環流冷却
器を取り付け、マグネチック・スターラーられた生成物
は水洗を繰り返しながら遠心分離器(3000回転以上
)で母液から分離し、CuKa線を用いるX線回折測定
(XRD)による相の同定と走査型電子顕微鏡観察(S
EX)で結晶粒子の大きさを測定した。XRDの結果、
得られた生成物は典形的なNa −TPA −ZSM 
−5型ゼオライトの回折図形を示した。
°また、SEMから求めた平均結晶粒子径は3μ醜程度
であった。
このようにして得られたZSM −5型ゼオライト触媒
物性及びメタノール転化反応に関する触媒性能を評価す
るために、以下の活性比処理を行った。
Na −TPA −ZSM −5型ゼオライトを空気中
500℃で20時間焼成し、TPAを熱分解してNa 
−H−ZSM−5型ゼオライトを得た。ついで、このN
a −H−ZSM −5型ゼオライトを80℃において
、0.6NHCQでイオン交換処理を行った後、再度5
00℃、20時間加熱処理してH−ZSM−5型ゼオラ
イト(サンプルAI)を得た。
このサンプルAtについて、下記のような物性測定50
0m gのサンプルAt(H−ZSM−5型ゼオライト
)を10− ’ Torr、150℃の条件下で30分
間真空脱気処理を行った後、液体窒素温度下でN2ガス
の吸着平衡実験を行って試料の比表面積を求めた。
このような方法から求めたサンプルA1のBET比表面
積は、359.7rr!’/gであった。
ヘキサン異性体吸着分離特性: 100m gのサンプルAl(H−ZSM−5型ゼオラ
イト)を内径3■φのステンレス製カラムに詰め、He
気流中500℃で1時間脱気処理を行う。ついでこのカ
ラムに分子径の異なる3種の(1: 1 : 1)ヘキ
サン異性体混合物〔2,2−ジメチルブタン(有効分子
径7.0人)、3−メチルペンタン(5,6人)、n−
ヘキサン(3,1人)を2μΩずつパルス法で注入し、
試料カラムからの流出成分をガスクロマトグラフにより
分析し、各異性体の吸着容量をパルス回数として測定し
た。このような方法から求めたサンプルA1のヘキサン
異性体吸着容量(2,2−ジメチルブタン酸性質測定: 1gのサンプルAI(l(−ZSM−5型ゼオライト)
を10− ’ Torr、 450℃の条件下で2時間
真空排気処理した後、100℃まで試料温度を下げ、続
いてNH3ガスを14〜16Torrで試料中に導入し
1時間保持した。ついで同一温度で1時間真空(10”
−’ Torr)排気した後、昇温速度5℃1分で60
0℃までプログラム昇温し、各温度におけるNH3脱離
量を測定し、100〜600℃間のNH3脱離量の差を
全酸量とした。
このような方法で求められたサンプルA1の全酸量は0
.26meq/ gであった。
参考例2 参考例1において、出発混合物の仕込みH20/Si0
2モル比が10.6であることと結晶化時間(環流攪拌
加熱時間)が8日間であること以外は同様にして0.3
g用程度の微結晶73M−5型ゼオライトを得、これを
、同様に活性化処理して、H−ZSM −5型ゼオライ
ト(サンプルA2)を得た。サンプルA2のBET比−
17,0,20o+eq/ g、425.7であった。
参考例3 参考例2において、出発混合物の仕込みSiO2/AQ
 203モル比と仕込みH20/Si02比をそれぞれ
800と8とした以外はゼオライトの合成条件も活性化
処理条件も同様にして、0.3g用程度の微結晶ZSM
 −5型ゼオライト及びその活性化物、H−ZSM −
5型ゼオライト(サンプルA3)を得た。サンプルA3
のBET比表面積、ヘキサン異性体吸着容量、全酸量、
実測5i02/AQ203比は、それぞれ359.4n
(/g、0−9−27.0.19n+eq/ g、77
9.5であった。
参考例4 参考例1で得たサンプルAI(H−ZSM−5型ゼオラ
イト)5gを、0.1M Ca(OCOCH3) z 
 250+m Qと0.1にNH4H2PO4250m
Qを湯浴(100℃)上で混合した水溶液に加え、湯浴
上で1時間浸漬後、生成物を吸引濾過し、112のH2
Oで洗浄した。次いでこの白色固型物を110℃で乾燥
した後、500℃で20時間参考例5 参考例2で得たサンプルA2を7g用い、かつ酢酸カル
シウムとリン酸二水素アンモニウムの濃度をそれぞれ0
.0125Mとした以外は、参考例4と同様な方法でリ
ン酸カルシウム変性ZSM −5型ゼオライト触媒(サ
ンプルB2a)を調製した。このようにして得られた触
媒サンプルB2aのBET比表面積、ヘキサン異性体吸
着特性、全酸量は、それぞれ292.5イ/g、θ−7
−17.0.20meq/ gであった。またこのサン
プルB2a中のCaとPの含有量は重量X線分析を行っ
た結果、それぞれ1.24および0.73重量%であり
、Ca/Pモル比は1.32であった。
参考例6 参考例5において、リン酸カルシウム変性73M−5型
ゼオライト触媒の調製時に、酢酸カルシウムとリン酸二
水素アンモニウムの濃度を0.025Mとした以外はす
べて、同様な方法でリン酸カルシウム変性ZSM −5
型ゼオライト触媒(サンプルB2b)をれぞれ274.
inf/g、0−7−17.0.20m5q/gであり
、また本触媒中のCaおよびPの含有量はそれぞれ2.
70および1.26重量%であった。
参考例7 参考例5において、リン酸カルシウム変性25M−5型
ゼオライトの調製時に、酢酸カルシウムとリン酸二水素
アンモニウムの濃度を0.05Mとした以外はすべて同
様な方法でリン酸カルシウム変性ZSM −5型ゼオラ
イト触媒(サンプルB2c)を調製した。このようにし
て得られたサンプルB2cのBET比表面積、ヘキサン
異性体吸着容量、全酸量はそれぞれ263.8rrr/
 g、0−7−17.0.17meq/ gであり、本
触媒中のCaおよびPの含有量はそれぞれ6.34およ
び2.90重量%であった。
参考例8 参考例5において、リン酸カルシウム変性25M−5型
ゼオライトの調製時に、酢酸カルシウムとリン酸二水素
アンモニウムの濃度を0.1Mとした以このようにして
得られたサンプルB2dのBET比表面積、ヘキサン異
性体吸着特性、全酸量はそれぞれ234.8rrr/g
、 0−5−15.0.15meq/ gであり、また
本触媒中のCaおよびPの含有量はそれぞれ11.23
および5.69重量%であった。
参考例9 参考例3で得たサンプルA3の5gを用い、かつ、酢酸
カルシウムとリン酸二水素アンモニウムの濃度をそれぞ
れ0.1Mとした以外は参考例4と同様な方法でリン酸
カルシウム変性ZSM −5型ゼオライト触媒(サンプ
ルB3a)を調製した。このようにして得られたサンプ
ル83aのBET比表面積、ヘキサン異性体吸着容量お
よび実測SiO2/A Q 203モル比は、それぞ2
46.3イ/g、0−7−19.0.14meq/ g
および1031であった。また本触媒中のCaおよびP
の含有量はそれぞれ19.42および14.79重量%
であり、Ca/Pのモル比は1.01であった。
参考例1O 参考例9において、酢酸カルシウムとリン酸二水素アン
モニウムの濃度をそれぞれIMとした以外はすべて同様
な方法でリン酸カルシウム変性25M−5型ゼオライト
触媒(サンプルB3b)を調製した。
このようにして得られたサンプルB3bのX線回折図形
(CuKα使用、Cu対陰極印加電圧・電流40KV 
−30mA)を標準試料H−ZSM−5(SiO2/A
 Q 203 =800)ならびにJCPDS記載のC
a 2P 207 (JCPDS No、17 499
)のX線回折図形(バーグラフ)と対比しながら図−2
に示した。この図から明らかなように、本触媒は+1−
ZSM−5を母体としたリン酸カルシウム変性ゼオライ
トであることがわかる。また、本触媒(500℃焼成品
)中に含まれるリン酸カルシウムの主成分はCa2P2
O7であることがわかった。
以上の如くして得られたH −ZSM −5型ゼオライ
ト(サンプルAt、A2.A3)及びそのリン酸カルシ
ウム変性物(サンプル旧、 B2a”B2d、 B3a
、 B3b)を触媒として用い低級オレフィン製造を行
った。
比較例1 参考例1で得たサンプルAI(H−ZSM−5型ゼオラ
イト)を触媒として用い、固定床室圧下流通方式でメタ
ノール転化反応試験を行った。反応条件は次のようであ
る。メタノール分圧が0.5気圧になるようにアルゴン
で希釈した原料ガスをメタノール換算LH5V=2h−
’で触媒層に通した。反応温度は320℃から開始し、
2時間おきに340℃、360℃、400℃、440℃
、500℃、560℃、600℃に設定し、各温度下で
の生成物分布をガスクロマトグラフで分析した。表−1
には低級オレフィンの収率が高くなり始める温度360
℃近傍から600℃近傍までのメタノール転化率、有効
転化率、有効転化生成物中の各生成物の選択率を炭素基
準%で表わした。
この結果から明らかなように、3μm程度の比較的大き
な粒子径をもつサンプルAIは560℃近傍で低級オレ
フィン収率が最高になり、それより反応温度が高くなる
と若干活性劣化を引き起し低級オレフィン収率が減少す
る傾向にある。しかしながら、以下の比較例に示される
微結晶ZSM −5型ゼオライる。
なお、表−1及び以下において示した次の事項の意味は
下記の通りである。
有効転化率:メタノール転化物の中、ジメチルエーテル
を除く炭素質生成物の炭 素基準収率 選択率(%):有効転化生成物中の各生成物の炭素基準
選択率 C−%:炭素基準で表わした% C2’ + C3’  :エチレン+プロピレンの合計
収率 C2’〜C4′:エチレン+プロピレン+ブテンの合計
収率 C2′:  エチレン C2: エタン C3・ : プロピレン C3: プロパン C4′:  ブテン 05′:  ペンテン C5: ペンタン 比較例2 参考例2で得たサンプルA2(微結晶H−ZSM −5
型ゼオライト)2mRを常圧流通式固定床メタノール転
化反応用石英製反応管(内径10+nmφ)に充填し、
メタノール/アルゴン比=l:1、メタノール換算Ll
(SV=2h−’反応温度550℃の反応条件下で触媒
寿命試験を行った。その結果、表−2と図−1に示され
るようにメタノールの炭化水素への有効転化率はほぼ4
6時間98℃−%以上を維持しており、それ以降は急激
な活性劣化が始まるので触媒寿命はこの試料の場合約4
6時間とみることができる。一方、このサンプルA2の
反応初期(反応開始後1時間口)の(エチレン士プロピ
レン)の選択率は59.5IC−%と比較的高い値を示
すが、反応時間の進行と共に(エチレン士プロピレン)
の選択率は直線的に急激に低下し、有効転化率98C−
%以上を維持(以下単に(C2’ +C3’ )選択率
の経時変化率と呼ぶことにする)は−0,435C−%
/hという比較的大きな負の値を示した。
比較例3 参考例3で得たサンプルA3(微結晶H−ZSM −5
型ゼオライト)を触媒として用い、メタノール転化反応
寿命試験を比較例2と同様な方法で行った。
その結果は表−3と図−1に示されている通り触媒寿命
は約160時間であり、また(C2’ +C3’ )選
択率の経時変化率は−0,091C−%/hであった。
比較例2との比較から明らかなように、0.3μlとい
う同程度の微小粒子径をもつ微結晶H−ZSM −5型
ゼオライト触媒にあっても、その仕込みSiO2/1l
zo3比が高くて仕込みH20/Si02比が小さいも
のほど触媒寿命が長く(C2′十C3′)選択率の経時
変化率の絶対値が小さく、低級オレフィン合成を目的と
したメタノール転化反応触媒として優れていることがわ
かる。
23一 実施例1 参考例4で得たサンプルBl(リン酸カルシウム変性Z
SM−5型ゼオライト)を触媒として用いて、比較例1
と同様なメタノール転化反応を行った。
その結果は表−4に示される通り、比較例1の結果(表
−1)に比べて、3μm程度の比較的大きな結晶粒子径
をもつH−ZSM −5触媒をさらにリン酸カルシウム
で変性することにより、高温での触媒劣化現象が見られ
なくなり、反応温度600℃で(エチレン士プロピレン
)の収率は約20C−%向上し、67.63C−%とい
う驚異的な値を示した。また(エチレン+プロピレン+
ブテン)の収率は76.73C−%にも達し、本発明の
リン酸カルシウムの変性効果が極めて著しいものである
ことが判明した。また600℃でのエチレンの収率は2
7.13C−%もあった。
実施例2〜5 参考例5〜8で得られたサンプルB2a”B2d(リン
酸カルシウム変性ZSM −5型ゼオライト)を触媒と
して用いて、比較例2と同様なメタノール転化I11′ の結果(表−2および図−1)に比べて、母体のH−Z
SM −5型ゼオライト触媒(サンプルA2)をリン酸
カルシウムで変性することにより、触媒寿命が少くとも
2倍以上延び、(C2’ +C3’ )選択率の経時変
化率の絶対値もリン酸カルシウムの担持量の増大と共に
激減することがわかった。特にリン酸カルシウム担持量
の最も多いサンプルB2dの触媒寿命は母体H−ZSM
 −5型ゼオライト触媒(サンプルA2)の触媒寿命に
比べて4.6倍も向上した。またこれらリン酸カルシウ
ム変性ZSM −5型ゼオライト触媒の低級オレフィン
生成能は母体ゼオライトに比べて数C−%向上している
点も注目される。
以上の反応結果から、母体ゼオライトをリン酸カルシウ
ムで変性することにより、リン酸カルシウムの担持量が
増すにしたがって触媒寿命が少くとも2倍以上に延び、
また低級オレフィン収率も格段に向上することがわかる
実施例6 参考例9で得られたサンプルB3a (リン酸カルシウ
ム変性ZSM −5型ゼオライト)を触媒として用いて
、比較例3と同様なメタノール転化反応寿命試験を行っ
た。その結果は表−6と図−1に示される通り、比較例
3の結果(表−3と図−1)に比べて、母体の微結晶2
5M−5型ゼオライト触媒(サンプルA3)をリン酸カ
ルシウムで変性することにより、触媒寿命が2倍以上延
び約326時間の驚異的な触媒寿命を示した。また低級
オレフィンの収率も母体ゼオライトに比べて数C−%向
上していることがわかり、本発明のリン酸カルシウム変
性効果が母体ゼオライトの触媒性能向上に顕著な効果を
もたらすことが判明した。
実施例7 実施例6において、メタノール転化反応過程で都合4回
の触媒再生(400℃から520℃まで所定のプログラ
ムに従って昇温しながら空気/アルゴン混合ガスを触媒
層に導きCO,CO2,CH4等の析出コーク分解生成
ガスが認められなくなるまで触−3に示す。これらの図
表から明らかなように、再生を繰り返す毎に若干低級オ
レフィンの収率が低下するものの、有効転化率は約50
9時間後においてもなおほぼ100C−%転化率を示し
、通算メタノール処理量は、触媒IIIIQ当たり10
18n+ Q (すなわち触媒1g当たり約1467 
g )にも達した。また反応初期(1〜76時間)にお
ける(C2’ +C3’ )選択率の経時変化率は一〇
、0077C−%/hという驚異的な数値を示し、約1
70時間もの間(エチレン士プロピレン)の収率がほぼ
60C−%以上を維持したことも特記すべき本発明の効
果である。
実施例8 参考例10で得られたサンプルB3b (この試料は走
査型電子顕微鏡写真でiI!察したところによれば、リ
ン酸カルシウムの結晶が主成分であり、この表面にZS
M −5が散在しているとみなされる組織を示し、した
がってその意味からはZSM −5変性リン酸カルシウ
ム触媒と名付けた方が妥当と思われるは触媒系である)
を触媒として用いて、実施例1と同様なメタノール転化
反応を行った。その反応結果は表−8に示される通り、
母体ゼオライトに担持したリン酸カルシウムの量が母体
ゼオライトに比して極めて多いのにも拘らず、メタノー
ルの有効転化率は600℃の高温においてもほぼ100
%を維持しており、しかも(エチレン士プロピレン)収
率は61.03C−%、(エチレン+プロピレン+ブテ
ン)収率は76.10C−%という極めて高い低級オレ
フィン収率を示したことは全く予想外の好結果であった
。このような大量のリン酸カルシウムによる母体ゼオラ
イトの変性効果は次に記す比較例4の結果からは真に予
想し難い驚くべきく効果であり、本発明のリン酸カルシ
ウム変性法による効果が従来のゼオライト触媒変性法に
よる効果とは全く異質なものであることがわかる。すな
わち、触媒毒となるような物質(次に述べる比較例4の
反応結果(表−9)を参照)を大量に母体ゼオライト担
持することにより、著しい触媒性能の向上が見られく予
期せざる゛ものである。
比較例4 リン酸カルシウム結晶自体の化学組成ならびに触媒性能
を明らかにするために、0.IM Ca(OCOC)+
3 ) 2250mQと0.1M NH4I 2PO4
25Om(Iの熱混合液からリン酸カルシウムを沈殿せ
しめ、母液から濾別した後1ΩのH20で洗浄吸引乾燥
した。これを試料番号Oaとする。
次にこのリン酸カルシウム結晶を150℃の乾燥炉中で
十分乾燥を行った後、ただちにX線回折測定を行った(
この試料番号をObとする)。
さらにこの乾燥リン酸カルシウムを500℃で20時間
焼成を行った(この試料番号をOCとする)、またこの
試料番号OcについてBEAT比表面積、ヘキサン異性
体吸着容量、全酸量を測定した結果、それぞれ15.1
nr/g、0−0−0.0.07mueq/ gであっ
た。
これら3種のリン酸カルシウム結晶(As−made。
110℃乾燥品、500℃焼成品;試料番号Oa〜Oc
)についてX線回折測定(CuKα、Cu対陰極印加電
圧・電ヘ50KV−40mA)を行った結果を図−48
〜Cに示す。
図4a”cに同時に比較プロットしたJCPDSのX線
回折パターンとの対比から、これら3種のリン酸カルシ
ウム結晶は、それぞれCaHPo 4・2H20、Ca
HPo 4、およびCa2P2O7であることが判明し
た。したがって本発明の実施例で用いたリン酸カルシウ
ム変性ZSM −5型ゼオライト触媒の調製過程で得ら
れる各試料に含有されるリン酸カルシウムの主成分は少
くともCaHPO4・2H20、その部分脱水物、 C
aHPo 4あるいはCa2P2O7のいずれかである
か、又はこれらの誘導体であることが明らかになった・ 次いで、リン酸カルシウム結晶(試料番号Oc)を触媒
として用いて実施例1と同様なメタノール転化反応を行
った。その結果は、表−9に示される通り、反応温度全
領域にわたって少くともメタノールのジメチルエーテル
への転化活性はかなりあるが、炭化水素への転化率はZ
SM −5に比べてかなり低く、しかも生成炭化水素の
主成分は高温においては、CH4が主成分であり、この
他に大量のCOが顕著であることが示唆され、低級オレ
フィンの合成を目的としたメタノール転化反応において
は通常触媒毒となるものであることが判明した。
【図面の簡単な説明】
第1図は、触媒サンプルA2. A3. B2a”B2
d及びB3aの反応温度550℃におけるメタノール転
化反応における(エチレン+プロピレン)の選択率((
C2’+C3’ )選択率)及び有効転化率の経時変化
を示すグラフであり(図中、実線は(C2’ +C3’
 )選択率変化を、又、点線は有効転化率変化を表わす
)、第2図は、触媒サンプルB3bのX線回折パターン
(縦軸は回折強度を示す)をCa2P2O7及び標準試
料H−ZSM −5のX線回折バーグラフ(縦軸は相対
強度を示す)と対比して示した図、 第3図は、触媒サンプルB3aの反応温度550℃にお
けるメタノール転化反応における(C2’ +C3’ 
)選択率及び有効転化率を示す、第1図と同様なグラフ
、及び 第4 (a)、 4 (b)及び4(c)図は、それぞ
れリン酸カルシウムの調製直後(試料Oa)、乾燥品(
試料ob)及び焼成品(試料Oc)のX線回折パターン
(縦軸は回折強度を示す)をCaHPo 4 ・2H2
0、CaHPo 4及びCa2P2O7のX線回折バー
グラフ(縦軸は相対強度を示す)と対比して示した図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)メタノール及び/又はジメチルエーテルを、カル
    シウム含有化合物及びリン含有化合物をCa及びPに換
    算してそれぞれ0.7重量%以上含有させたアルミノシ
    リケートゼオライト型触媒の存在下、温度300〜70
    0℃、全圧力0.1〜100気圧、重量時間空間速度0
    .01〜20hr^−^1の条件下で反応させることを
    特徴とする低級オレフィンの製造方法。
  2. (2)前記触媒は、合成もしくは天然アルミノシリケー
    トゼオライトにリン酸カルシウムを混合もしくは担持せ
    しめた、リン酸カルシウム変性ゼオライト触媒である特
    許請求の範囲第1項の方法。
JP59135750A 1984-06-30 1984-06-30 リン酸カルシウム変性ゼオライト型触媒による低級オレフインの製造方法 Granted JPS6115848A (ja)

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