JPS6121926B2 - - Google Patents
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- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
本発明は化学組成又は骨格構造の互いに異なつ
たゼオライトを層状に、2重、3重に結晶化させ
てなる複合ゼオライトを触媒として用いて、メタ
ノール又はジメチルエーテルからエチレン、プロ
ピレンなどの低級オレフインを選択性よく製造す
る方法に関するものである。 近年ゼオライトとしてさまざまな吸着能や触媒
作用をもつたものが合成されている。この中で特
にモービルオイル社により提案されたZSM−
5、ZSM−11、ZSM−5とZSM−11の混晶型ゼ
オライト、あるいはこれらの類似ゼオライトは5
〜6Åの中程度の大きさの独特の構造の細孔を有
し、しかもSiO2と3価金属酸化物との比を任意
に設定でき、極めて高SiO2のものも調製できる
点で特徴的である。この特性により、これらのゼ
オライトは炭化水素の吸着に形状選択性を示し、
また、接触脱ろう、分解、異性化、アルキル化等
の反応に対し特異な触媒作用を示す。なかでも、
ZSM−5はメタノールから炭素数10までのガソ
リン留分主体の炭化水素を製造するための触媒と
して有名である。また、この反応でZSM−5の
化学組成を高SiO2性のものにすることによつて
低級オレフインへの選択性が飛躍的に向上するこ
とがやはりモービルオイル社出願の西ドイツ国特
許出願公開第2935863号に記載されている。これ
と同じ効果を有するゼオライトとしてAl2O3の一
部をFe2O3で置換したZSM−5類似型ゼオライト
がBASF社より提案され、西ドイツ国特許出願公
開第2909928号にその詳細が記載されている。 しかしながら、これらの高SiO2性合成ゼオラ
イトは、高温では活性が高いが400℃未満の低温
では活性が低いという共通の欠点があつた。 一方、モービルオイル社から核と外殻からなる
新規な複合ゼオライトが提案されておりこれは、
核は結晶性アルミノシリケートであり、外殻はア
ルミニウム成分のないSiO2のみからなる結晶性
シリケートで、両者が実質的に同じ骨格構造であ
るものである(特開昭53−39999号)。しかしこの
複合ゼオライトは炭化水素の転化反応に有用であ
るとされているが具体的に示されているのはn−
ヘキサン、3−メチルペンタン、ベンゼンなどの
等量混合物からn−ヘキサンを選択的に製造する
例のみで、それ以外に実際は何も具体的な記載が
ない。 本発明者らはこうした従来の合成ゼオライトの
欠点を克服し、メタノール及びジメチルエーテル
を反応させて低級オレフインを比較的低温で選択
性良く製造する方法を開発するべく複合ゼオライ
トを構成する各ゼオライト結晶の骨格構造及び化
学組成、さらには各結晶層の配列順序の及ぼす影
響について種々検討を重ねた結果、ある種の、最
外層にアルミニウム成分の少いゼオライト結晶層
を配置した複合ゼオライトが低級オレフイン製造
用触媒として優れた活性、選択性を有することを
見い出し本発明を完成するに至つた。 すなわち本発明はメタノール及び/又はジメチ
ルエーテルをゼオライト触媒の存在下で反応させ
て低級オレフインを製造するに当り該ゼオライト
触媒として、核を形成するゼオライト結晶と、そ
の周囲に水熱合成法により形成された1つ又は複
数のゼオライト結晶層とからなり、かつ、核を含
めたそれらのゼオライト結晶層のうち少なくとも
2種は相互に異つた化学組成及び/又は骨格構造
を有する複合ゼオライトであり、該複合ゼオライ
トの各層の組成が aM2/X O・bY2 O3・CSiO2・nH2 O (式中、Mはx価の陽イオンであり、アルカリ金
属イオンやプロトン等の1価カチオンおよび/ま
たはアルカリ土類金属等の2価カチオンあるいは
それ以上の多価カチオン等が包含される。Yは、
アルミニウム、鉄、ガリウム、クロム、ロジウム
およびスカンジウムの中から選ばれる1種または
2種以上の3価の金属である。aは0.9±0.3、b
は1、cは10以上、nは0〜400の数である)と
表わされ、かつ最外層中のSiO2/Al2 O3(モル
比)が300以上であり、核ゼオライト結晶の大き
さが0.1〜50μmで最外層の結晶層厚が0.01〜20
μmである複合ゼオライトを用い250〜450℃で反
応させることを特徴とする低級オレフインの製造
方法を提供するものである。 本発明によればZSM−5型ゼオライトに限ら
ずより広汎なゼオライトが複合化の対象になり、
最外層にアルミニウム成分の少い又は全く含まな
いゼオライト結晶層を配置した各種の複合ゼオラ
イトを触媒に用いることによつてメタノール及
び/又はジメチルエーテルを反応させて選択性よ
く低級オレフインを製造することが可能となる。 本発明に用いる複合ゼオライトを構成するゼオ
ライト結晶には種々の化学組成及び骨格構造のも
のを用いることが出来る。このゼオライト結晶の
化学組成及び骨格構造について示すと、例えば次
のようなものがある。 (1) 化学組成 ゼオライト結晶としては、一般的には、結晶
性アルミノシリケートゼオライトを意味する
が、本発明の場合、これに限定されるものでは
なく、この結晶性アルミノシリケートゼオライ
トにおいて、そのアルミニウム元素の少なくと
も1部を他の元素で置換したものや、極端な場
合、アルミニウム元素のないもの(例えばシリ
カライト等)等も包含される。 なお、前記組成式では、ゼオライト結晶を合
成する水熱合成反応において骨格構造調節試薬
としての有機化合物が存在する場合でも、その
有機化合物は除外されている。 (2) 骨格構造 ゼオライト結晶の骨格構造は任意であるが、
TO4(Tはケイ素かアルミニウム、鉄またはガ
リウム等のゼオライト骨格中に組み込まれる元
素)で示される4面体5個が互いに連結して5
員環を形成し、これに1個の4面体が結合した
形の2次骨組み構造(JOHN WILEY&SONS
発行、DONALD W.BRECK著「ZEOLITE
MOLECULAR SIEVES」第46〜47頁記載の
Group6.Complex 5−1のもの)から成り立
つているものが好ましく、例えばZSM−5
(シリカライトも含む)型、ZSM−11(シリカ
ライト−も含む)型、ZSM−5とZSM−11
の混晶型(シリカライトとシリカライト−の
混晶型も含む)、フエリエライト型、ZSM−35
型、モルデナイト型等の骨格構造が挙げられ
る。しかし、最外層はZSM−5型、ZSM−11
型、ZSM−5とZSM−11の混晶型が特に好ま
しい。 本発明で用いる複合ゼオライトは、前記のよう
な種々の化学組成及び骨格構造を有するゼオライ
ト結晶のうち1種を核とし、その周囲に1種又は
2種以上のゼオライトをそれぞれ層状に結晶化さ
せ、被覆させた構造を有するものであるが、この
場合、核を形成するゼオライト結晶及び被覆層を
形成するゼオライト結晶のうち、隣り合つたゼオ
ライト結晶は相互に異つた化学組成及び/又は骨
格構造を有する、核を形成するゼオライト結晶は
粒状、針状などの任意の形状のものである。 次に複合ゼオライトの一般的な調製方法につい
て概説する。 複合ゼオライトは従来公知の方法を利用して調
製することが出来る。例えば、核ゼオライト結晶
のまわりに骨格構造が同じで化学組成の異るゼオ
ライト結晶を被覆させるには、先ず核となるゼオ
ライトを水熱合成して、未反応原料が殆んどない
ことを確認した後、次の被覆層を形成するに必要
な成分を追加し、引き続き水熱合成反応を行う方
法が採られる。一方、異種骨格構造のゼオライト
結晶を核ゼオライト結晶に被覆させるには、所望
の骨格構造の第1被覆層のゼオライト結晶が得ら
れるように原料を混合して成分組成の調整された
水性ゲル混合物を作り、この水性ゲル混合物中に
別途水熱合成して単離しておいた別の骨格構造の
ゼオライト結晶を加え水熱合成反応を行う。ま
た、このようにして得られた複合ゼオライトを核
として用い、同様の操作を繰返すことにより、所
望の骨格構造を有する第2及び第3のゼオライト
結晶層を形成させることが出来る。さらに、核を
形成するゼオライト結晶としては市販のものを用
いることも出来る。前記のような方法を組み合せ
ることにより、核ゼオライト結晶の周囲に、所望
する化学組成及び/又は骨格構造のゼオライト結
晶からなる、1層又は2層以上の被覆層が形成さ
れた複合ゼオライトを得ることが出来る。 核ゼオライトおよびその周囲を被覆するゼオラ
イト結晶の水熱合成には従来から公知の方法を応
用できる。すなわち、SiO2源、Y2O3源(Yは3
価金属)、アルカリ金属イオン源、水および所望
の骨格構造を得るために必要な骨格構造調節試薬
を所要の割合に混合して水性ゲル混合物を調製
し、これを所望のゼオライト結晶が生成する温
度、時間、圧力のもとに水熱合成を行えばよい。 SiO2源としては、水ガラス、シリカゾルを用
いるのが望ましい。アルミニウム、鉄、ガリウ
ム、クロム、ロジウム及びスカンジウム等の金属
酸化物源には、通常、水溶性の塩が用いられる。
例えばAl2O3源にはアルミン酸ナトリウム、硫酸
アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミナゾル
等が用いられる。Fe2O3源には水溶性の第2鉄塩
が使用出来るが、好ましい例として硝酸第2鉄、
硫酸第2鉄アンモニウム等が挙げられる。Ga2O3
源としては硝酸ガリウム、塩化ガリウム、水酸化
ガリウム等が使用出来るが、硝酸ガリウムが好ま
しい。アルカリ金属イオン源としては水ガラス及
びシリカゾル中の酸化ナトリウム、水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、アルミン酸ナトリウム等
が使用される。 骨格構造調節のための試薬としては、例えば、
ZSM−5型を得るにはテトラ−n−プロピルア
ンモニウム塩ないしはその前駆体、テトラ−n−
プロピルホスホニウム塩、n−ブチルアミン、各
種低級アルコール等が挙げられる。ZSM−11型
を得るにはテトラ−n−ブチルアンモニウム塩ま
たはテトラ−n−ブチルホスホニウム塩単独ある
いはこれらのうち1種とテトラメチルアンモニウ
ム塩との混合物等が用いられる。また、ZSM−
5とZSM−11の混晶型を得るには、テトラ−n
−ブチルアンモニウム塩とテトラメチルアンモニ
ウム塩の混合物、テトラ−n−ブチルアンモニウ
ム塩、テトラエチルアンモニウム塩およびテトラ
メチルアンモニウム塩の3種の混合物、テトラ−
n−プロピルアルモニウム塩とテトラメチルアン
モニウム塩の混合物を用いるのが好ましい。
ZSM−35型を得るには、1・4−ブタンジアミ
ン、エチレンジアミン、ピロリジン等が用いられ
る。フエリエライト型、モルデナイト型の場合は
前記のような有機化合物からなる骨格構造調節試
薬を用いなくとも調節可能である。一般に、各骨
格構造に対する骨格構造調節試薬は従来公知であ
り、本発明においても、従来公知のものを適用す
ることが出来る。 水性ゲル混合物は各原料化合物を水と混合する
ことによつて得られるが、その代表的組成は酸化
物基準で表わすと次の通りである。 SiO2/Y2O3 (モル比):7以上 OH-/SiO2 (モル比):0.03〜0.4 H2O/SiO2 (モル比):20〜70 R/SiO2 (モル比):0.02〜1 ただし、Yはアルミニウム、鉄、ガリウム、ク
ロム、ロジウム、およびスカンジウムの中から選
ばれた1種または2種以上の金属であり、OH-
は水性ゲル混合物中の水酸イオンを意味する。R
は骨格構造調節試薬として用いた有機化合物の総
量を表わす。なお、混合の方法は水性ゲル混合物
の組成が所定の範囲になるように均質に混合され
るならばどのような方法でもよい。 核ゼオライト結晶の合成には水性ゲル混合物を
そのまま、核ゼオライト結晶の表面または複合ゼ
オライト表面に他のゼオライト結晶で被覆するに
は水性ゲル混合物を核ゼオライト結晶または複合
ゼオライトの存在下に、80〜200℃の温度で5〜
500時間、常圧下加熱環流撹拌しながら、または
密閉容器内で自己圧力下加熱撹拌しながら水熱合
成反応を行う。 このようにして水熱合成を行つた反応混合物は
口過ないし遠心分離により固体成分を分離し、水
洗により余剰のイオン性物質を除去した後乾燥す
ることによつて有機化合物を含んだ状態のゼオラ
イト粉末を得る。この粉末を空気中300〜700℃の
温度で、1〜50時間処理することによつて含まれ
いる有機化合物は焼却され、有機化合物を除去し
た状態のゼオライトになる。核とするために水性
ゲル混合物中に仕込むゼオライトは、前記水熱合
成後の水洗品、乾燥品、焼成品のいずれを用いて
もよい。 このようにして得た複合ゼオライトは核ゼオラ
イト結晶のまわりに化学組成及び/又は骨格構造
の互いに異なるゼオライトが層状に結晶化したも
のであることはX線回折図と走査型電子顕微鏡写
真、さらには偏光顕微鏡写真により確認すること
ができる。 水熱合成後焼却して有機化合物を除去した複合
ゼオライトはカチオンとしてアルカリ金属イオン
を含んでいるが、触媒として使用する場合、これ
を全部または部分的にプロトン、その他のアルカ
リ金属イオン、アルカリ土類金属イオン及び/又
は遷移金属イオンでイオン交換したものであるこ
とが好ましい。この交換は公知のイオン交換技術
を利用して容易に行い得る。例えば、プロトンに
交換するには塩化アンモニウムのようなアンモニ
ウム塩水溶液で処理してアルカリ金属イオンをア
ンモニウムイオンに変換し、しかる後焼成によつ
てアンモニアを追い出すことによつて達成され
る。また、直接塩化水素水溶液で処理することに
よりプロトンに変換することも可能である。アン
モニウム塩水溶液または塩化水素水溶液で処理し
た後、充分水洗を行い、乾燥し、焼成をほどこ
す。この焼成は、例えば300〜700℃の温度で1〜
100時間空気中で処理することによつて達成され
る。 メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化
反応による低級オレフインの製造にはこれら原料
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態でもよく、
固定床反応方式、流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出来る。例
えば、反応温度250〜450℃、重量時間空間速度
0.1〜20hr-1、好ましくは1〜10hr-1、全圧力0.1
〜100気圧、好ましくは0.5〜10気圧の条件下で行
うことが出来る。原料は水蒸気あるいは不活性ガ
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。触媒上で反応した
後の生成物の流れは、水蒸気、炭化水素、未反応
原料から成り立つており、炭化水素中にはエチレ
ン、プロピレン等の低級オレフインが富んでい
る。これらの分離精製には公知の方法が適用出来
る。 本発明によればメタノール又はジメチルエーテ
ルを原料にして、エチレン、プロピレンなどの低
級オレフインを比較的低温で選択性よく得ること
ができるという優れた効果を奏する。また、触媒
を構成するゼオライトとしてZSM−5型に限ら
ず、より広汎なゼオライトを複合化して用いるこ
とができるという優れた利点を有する。 以下実施例により本発明を具体的に説明する。 なお、本発明に用いる複合ゼオライトの表示
は、CZを冠頭に付し、核から表層に向う順序で
それぞれの骨格構造及び化学組成の概略を示し、
互いにハイフンで結ぶ。骨格構造については
ZSM−5型は5、ZSM−11型は11、ZSM−5と
ZSM−11の混晶型は、フエリエライト型は
F、ZSM−35型は35、モルデナイト型はMを表
示するものとする。また、化学組成については、
イオン交換以外の方法で、そのゼオライトに含ま
せたアルミニウム及び/又は3価金属酸化物の金
属元素記号を骨格構造表示記号に続くカツコの中
に記入することにする。例えば、後述のCZ−11
(−)−5(Al)は核にZSM−11型の骨格構造を
もち3価金属を含ませていないゼオライト、すな
わちシリカライト−を置き、表層部(第1層)
には3価金属としてアルミニウムを含む通常の
ZSM−5型ゼオライトを結晶化させた複合ゼオ
ライトであることを示している。 実施例 1 (A) 複合ゼオライト〔CZ−5(−)−5(Fe)〕
の調製 触媒化成(株)製コロイダルシリカCataloid SI
−30 60g、水酸化ナトリウム0.94g及び臭化
テトラーn−プロピルアンモニウム7.82gを水
230gと均一に混合して、水性ゲル混合物を
得、これを常圧下、72時間加熱環流撹拌を行つ
た。ここで、得られた反応混合物中の固体成分
を分析に必要なだけ抜き取り、充分水洗し、次
いで100℃で乾燥し、さらに500℃で15時間焼成
した。このもののX線回折パターンはシリカラ
イトと称されるものと基本的に同じである。こ
の反応混合物にCataloid SI−30 30g、硝酸鉄
9水和物1.23g、水酸化カリウム1.34g、臭化
テトラ−n−プロピルアンモニウム3.91g及び
水120gを混合して得た水性ゲル混合物を加
え、充分撹拌混合して、常圧下、120時間加熱
環流撹拌をして2度目の水熱合成を行つた。 反応混合物から固体成分を分離し、充分水洗
し、次いで100℃で乾燥し、更に500℃で15時間
焼成して複合ゼオライトを得た。このものはX
線回折図、電子顕微鏡写真及び化学分析により
CZ−5(−)−5(Fe)で表わされる複合ゼオ
ライトであることが確認された。このゼオライ
トをNo.1として第1表に示した。 上記方法に準じてゼオライトNo.2〜8及び
ゼオライトNo.9(ZSM−5)を調製した。こ
の原料仕込量及び結晶化条件などを一括して第
1表に示した。 次いで上記で得られ、焼成をほどこして有機
化合物を除去した複合ゼオライト又はZSM−
51gに対し、0.6規定塩化水素水溶液20mlの割
合で両者を混合し、室温で8時間撹拌処理をす
る操作を計2回繰返し、カチオンとして含まれ
ているアルカリ金属イオンをプロトンに交換し
た。その後、室温で充分水洗の後、120℃で乾
燥し、次いで500℃で10時間空気中で焼成を行
い、プロトン型の複合ゼオライト(又はZSM
−5)を得た。 (B) 低級オレフインの製造 プロトン型にした複合ゼオライト(又は
ZSM−5)粉末を圧力400Kg/cm2で打錠し、次
いでこれを粉砕して10〜20メツシユにそろえた
もの2mlを内径10mmの反応管に充填した。液状
メタノールを4ml/hrの速度で気化器に送り、
ここで45ml/minで送られてくるアルゴンガス
と混合して反応管に導き、360℃で反応を行い
低級オレフインを製造した。生成物の分析はガ
スクロマトグラフを用いて行つた。 この結果を第2表に示した。これによれば、
ZSM−5などの場合(実験No.6〜8)に比し
本発明方法(実験No.1〜5)によれば、低級
オレフインの選択率を顕著に向上し得ることが
わかる。
たゼオライトを層状に、2重、3重に結晶化させ
てなる複合ゼオライトを触媒として用いて、メタ
ノール又はジメチルエーテルからエチレン、プロ
ピレンなどの低級オレフインを選択性よく製造す
る方法に関するものである。 近年ゼオライトとしてさまざまな吸着能や触媒
作用をもつたものが合成されている。この中で特
にモービルオイル社により提案されたZSM−
5、ZSM−11、ZSM−5とZSM−11の混晶型ゼ
オライト、あるいはこれらの類似ゼオライトは5
〜6Åの中程度の大きさの独特の構造の細孔を有
し、しかもSiO2と3価金属酸化物との比を任意
に設定でき、極めて高SiO2のものも調製できる
点で特徴的である。この特性により、これらのゼ
オライトは炭化水素の吸着に形状選択性を示し、
また、接触脱ろう、分解、異性化、アルキル化等
の反応に対し特異な触媒作用を示す。なかでも、
ZSM−5はメタノールから炭素数10までのガソ
リン留分主体の炭化水素を製造するための触媒と
して有名である。また、この反応でZSM−5の
化学組成を高SiO2性のものにすることによつて
低級オレフインへの選択性が飛躍的に向上するこ
とがやはりモービルオイル社出願の西ドイツ国特
許出願公開第2935863号に記載されている。これ
と同じ効果を有するゼオライトとしてAl2O3の一
部をFe2O3で置換したZSM−5類似型ゼオライト
がBASF社より提案され、西ドイツ国特許出願公
開第2909928号にその詳細が記載されている。 しかしながら、これらの高SiO2性合成ゼオラ
イトは、高温では活性が高いが400℃未満の低温
では活性が低いという共通の欠点があつた。 一方、モービルオイル社から核と外殻からなる
新規な複合ゼオライトが提案されておりこれは、
核は結晶性アルミノシリケートであり、外殻はア
ルミニウム成分のないSiO2のみからなる結晶性
シリケートで、両者が実質的に同じ骨格構造であ
るものである(特開昭53−39999号)。しかしこの
複合ゼオライトは炭化水素の転化反応に有用であ
るとされているが具体的に示されているのはn−
ヘキサン、3−メチルペンタン、ベンゼンなどの
等量混合物からn−ヘキサンを選択的に製造する
例のみで、それ以外に実際は何も具体的な記載が
ない。 本発明者らはこうした従来の合成ゼオライトの
欠点を克服し、メタノール及びジメチルエーテル
を反応させて低級オレフインを比較的低温で選択
性良く製造する方法を開発するべく複合ゼオライ
トを構成する各ゼオライト結晶の骨格構造及び化
学組成、さらには各結晶層の配列順序の及ぼす影
響について種々検討を重ねた結果、ある種の、最
外層にアルミニウム成分の少いゼオライト結晶層
を配置した複合ゼオライトが低級オレフイン製造
用触媒として優れた活性、選択性を有することを
見い出し本発明を完成するに至つた。 すなわち本発明はメタノール及び/又はジメチ
ルエーテルをゼオライト触媒の存在下で反応させ
て低級オレフインを製造するに当り該ゼオライト
触媒として、核を形成するゼオライト結晶と、そ
の周囲に水熱合成法により形成された1つ又は複
数のゼオライト結晶層とからなり、かつ、核を含
めたそれらのゼオライト結晶層のうち少なくとも
2種は相互に異つた化学組成及び/又は骨格構造
を有する複合ゼオライトであり、該複合ゼオライ
トの各層の組成が aM2/X O・bY2 O3・CSiO2・nH2 O (式中、Mはx価の陽イオンであり、アルカリ金
属イオンやプロトン等の1価カチオンおよび/ま
たはアルカリ土類金属等の2価カチオンあるいは
それ以上の多価カチオン等が包含される。Yは、
アルミニウム、鉄、ガリウム、クロム、ロジウム
およびスカンジウムの中から選ばれる1種または
2種以上の3価の金属である。aは0.9±0.3、b
は1、cは10以上、nは0〜400の数である)と
表わされ、かつ最外層中のSiO2/Al2 O3(モル
比)が300以上であり、核ゼオライト結晶の大き
さが0.1〜50μmで最外層の結晶層厚が0.01〜20
μmである複合ゼオライトを用い250〜450℃で反
応させることを特徴とする低級オレフインの製造
方法を提供するものである。 本発明によればZSM−5型ゼオライトに限ら
ずより広汎なゼオライトが複合化の対象になり、
最外層にアルミニウム成分の少い又は全く含まな
いゼオライト結晶層を配置した各種の複合ゼオラ
イトを触媒に用いることによつてメタノール及
び/又はジメチルエーテルを反応させて選択性よ
く低級オレフインを製造することが可能となる。 本発明に用いる複合ゼオライトを構成するゼオ
ライト結晶には種々の化学組成及び骨格構造のも
のを用いることが出来る。このゼオライト結晶の
化学組成及び骨格構造について示すと、例えば次
のようなものがある。 (1) 化学組成 ゼオライト結晶としては、一般的には、結晶
性アルミノシリケートゼオライトを意味する
が、本発明の場合、これに限定されるものでは
なく、この結晶性アルミノシリケートゼオライ
トにおいて、そのアルミニウム元素の少なくと
も1部を他の元素で置換したものや、極端な場
合、アルミニウム元素のないもの(例えばシリ
カライト等)等も包含される。 なお、前記組成式では、ゼオライト結晶を合
成する水熱合成反応において骨格構造調節試薬
としての有機化合物が存在する場合でも、その
有機化合物は除外されている。 (2) 骨格構造 ゼオライト結晶の骨格構造は任意であるが、
TO4(Tはケイ素かアルミニウム、鉄またはガ
リウム等のゼオライト骨格中に組み込まれる元
素)で示される4面体5個が互いに連結して5
員環を形成し、これに1個の4面体が結合した
形の2次骨組み構造(JOHN WILEY&SONS
発行、DONALD W.BRECK著「ZEOLITE
MOLECULAR SIEVES」第46〜47頁記載の
Group6.Complex 5−1のもの)から成り立
つているものが好ましく、例えばZSM−5
(シリカライトも含む)型、ZSM−11(シリカ
ライト−も含む)型、ZSM−5とZSM−11
の混晶型(シリカライトとシリカライト−の
混晶型も含む)、フエリエライト型、ZSM−35
型、モルデナイト型等の骨格構造が挙げられ
る。しかし、最外層はZSM−5型、ZSM−11
型、ZSM−5とZSM−11の混晶型が特に好ま
しい。 本発明で用いる複合ゼオライトは、前記のよう
な種々の化学組成及び骨格構造を有するゼオライ
ト結晶のうち1種を核とし、その周囲に1種又は
2種以上のゼオライトをそれぞれ層状に結晶化さ
せ、被覆させた構造を有するものであるが、この
場合、核を形成するゼオライト結晶及び被覆層を
形成するゼオライト結晶のうち、隣り合つたゼオ
ライト結晶は相互に異つた化学組成及び/又は骨
格構造を有する、核を形成するゼオライト結晶は
粒状、針状などの任意の形状のものである。 次に複合ゼオライトの一般的な調製方法につい
て概説する。 複合ゼオライトは従来公知の方法を利用して調
製することが出来る。例えば、核ゼオライト結晶
のまわりに骨格構造が同じで化学組成の異るゼオ
ライト結晶を被覆させるには、先ず核となるゼオ
ライトを水熱合成して、未反応原料が殆んどない
ことを確認した後、次の被覆層を形成するに必要
な成分を追加し、引き続き水熱合成反応を行う方
法が採られる。一方、異種骨格構造のゼオライト
結晶を核ゼオライト結晶に被覆させるには、所望
の骨格構造の第1被覆層のゼオライト結晶が得ら
れるように原料を混合して成分組成の調整された
水性ゲル混合物を作り、この水性ゲル混合物中に
別途水熱合成して単離しておいた別の骨格構造の
ゼオライト結晶を加え水熱合成反応を行う。ま
た、このようにして得られた複合ゼオライトを核
として用い、同様の操作を繰返すことにより、所
望の骨格構造を有する第2及び第3のゼオライト
結晶層を形成させることが出来る。さらに、核を
形成するゼオライト結晶としては市販のものを用
いることも出来る。前記のような方法を組み合せ
ることにより、核ゼオライト結晶の周囲に、所望
する化学組成及び/又は骨格構造のゼオライト結
晶からなる、1層又は2層以上の被覆層が形成さ
れた複合ゼオライトを得ることが出来る。 核ゼオライトおよびその周囲を被覆するゼオラ
イト結晶の水熱合成には従来から公知の方法を応
用できる。すなわち、SiO2源、Y2O3源(Yは3
価金属)、アルカリ金属イオン源、水および所望
の骨格構造を得るために必要な骨格構造調節試薬
を所要の割合に混合して水性ゲル混合物を調製
し、これを所望のゼオライト結晶が生成する温
度、時間、圧力のもとに水熱合成を行えばよい。 SiO2源としては、水ガラス、シリカゾルを用
いるのが望ましい。アルミニウム、鉄、ガリウ
ム、クロム、ロジウム及びスカンジウム等の金属
酸化物源には、通常、水溶性の塩が用いられる。
例えばAl2O3源にはアルミン酸ナトリウム、硫酸
アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミナゾル
等が用いられる。Fe2O3源には水溶性の第2鉄塩
が使用出来るが、好ましい例として硝酸第2鉄、
硫酸第2鉄アンモニウム等が挙げられる。Ga2O3
源としては硝酸ガリウム、塩化ガリウム、水酸化
ガリウム等が使用出来るが、硝酸ガリウムが好ま
しい。アルカリ金属イオン源としては水ガラス及
びシリカゾル中の酸化ナトリウム、水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、アルミン酸ナトリウム等
が使用される。 骨格構造調節のための試薬としては、例えば、
ZSM−5型を得るにはテトラ−n−プロピルア
ンモニウム塩ないしはその前駆体、テトラ−n−
プロピルホスホニウム塩、n−ブチルアミン、各
種低級アルコール等が挙げられる。ZSM−11型
を得るにはテトラ−n−ブチルアンモニウム塩ま
たはテトラ−n−ブチルホスホニウム塩単独ある
いはこれらのうち1種とテトラメチルアンモニウ
ム塩との混合物等が用いられる。また、ZSM−
5とZSM−11の混晶型を得るには、テトラ−n
−ブチルアンモニウム塩とテトラメチルアンモニ
ウム塩の混合物、テトラ−n−ブチルアンモニウ
ム塩、テトラエチルアンモニウム塩およびテトラ
メチルアンモニウム塩の3種の混合物、テトラ−
n−プロピルアルモニウム塩とテトラメチルアン
モニウム塩の混合物を用いるのが好ましい。
ZSM−35型を得るには、1・4−ブタンジアミ
ン、エチレンジアミン、ピロリジン等が用いられ
る。フエリエライト型、モルデナイト型の場合は
前記のような有機化合物からなる骨格構造調節試
薬を用いなくとも調節可能である。一般に、各骨
格構造に対する骨格構造調節試薬は従来公知であ
り、本発明においても、従来公知のものを適用す
ることが出来る。 水性ゲル混合物は各原料化合物を水と混合する
ことによつて得られるが、その代表的組成は酸化
物基準で表わすと次の通りである。 SiO2/Y2O3 (モル比):7以上 OH-/SiO2 (モル比):0.03〜0.4 H2O/SiO2 (モル比):20〜70 R/SiO2 (モル比):0.02〜1 ただし、Yはアルミニウム、鉄、ガリウム、ク
ロム、ロジウム、およびスカンジウムの中から選
ばれた1種または2種以上の金属であり、OH-
は水性ゲル混合物中の水酸イオンを意味する。R
は骨格構造調節試薬として用いた有機化合物の総
量を表わす。なお、混合の方法は水性ゲル混合物
の組成が所定の範囲になるように均質に混合され
るならばどのような方法でもよい。 核ゼオライト結晶の合成には水性ゲル混合物を
そのまま、核ゼオライト結晶の表面または複合ゼ
オライト表面に他のゼオライト結晶で被覆するに
は水性ゲル混合物を核ゼオライト結晶または複合
ゼオライトの存在下に、80〜200℃の温度で5〜
500時間、常圧下加熱環流撹拌しながら、または
密閉容器内で自己圧力下加熱撹拌しながら水熱合
成反応を行う。 このようにして水熱合成を行つた反応混合物は
口過ないし遠心分離により固体成分を分離し、水
洗により余剰のイオン性物質を除去した後乾燥す
ることによつて有機化合物を含んだ状態のゼオラ
イト粉末を得る。この粉末を空気中300〜700℃の
温度で、1〜50時間処理することによつて含まれ
いる有機化合物は焼却され、有機化合物を除去し
た状態のゼオライトになる。核とするために水性
ゲル混合物中に仕込むゼオライトは、前記水熱合
成後の水洗品、乾燥品、焼成品のいずれを用いて
もよい。 このようにして得た複合ゼオライトは核ゼオラ
イト結晶のまわりに化学組成及び/又は骨格構造
の互いに異なるゼオライトが層状に結晶化したも
のであることはX線回折図と走査型電子顕微鏡写
真、さらには偏光顕微鏡写真により確認すること
ができる。 水熱合成後焼却して有機化合物を除去した複合
ゼオライトはカチオンとしてアルカリ金属イオン
を含んでいるが、触媒として使用する場合、これ
を全部または部分的にプロトン、その他のアルカ
リ金属イオン、アルカリ土類金属イオン及び/又
は遷移金属イオンでイオン交換したものであるこ
とが好ましい。この交換は公知のイオン交換技術
を利用して容易に行い得る。例えば、プロトンに
交換するには塩化アンモニウムのようなアンモニ
ウム塩水溶液で処理してアルカリ金属イオンをア
ンモニウムイオンに変換し、しかる後焼成によつ
てアンモニアを追い出すことによつて達成され
る。また、直接塩化水素水溶液で処理することに
よりプロトンに変換することも可能である。アン
モニウム塩水溶液または塩化水素水溶液で処理し
た後、充分水洗を行い、乾燥し、焼成をほどこ
す。この焼成は、例えば300〜700℃の温度で1〜
100時間空気中で処理することによつて達成され
る。 メタノール及び/又はジメチルエーテルの転化
反応による低級オレフインの製造にはこれら原料
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態でもよく、
固定床反応方式、流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出来る。例
えば、反応温度250〜450℃、重量時間空間速度
0.1〜20hr-1、好ましくは1〜10hr-1、全圧力0.1
〜100気圧、好ましくは0.5〜10気圧の条件下で行
うことが出来る。原料は水蒸気あるいは不活性ガ
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。触媒上で反応した
後の生成物の流れは、水蒸気、炭化水素、未反応
原料から成り立つており、炭化水素中にはエチレ
ン、プロピレン等の低級オレフインが富んでい
る。これらの分離精製には公知の方法が適用出来
る。 本発明によればメタノール又はジメチルエーテ
ルを原料にして、エチレン、プロピレンなどの低
級オレフインを比較的低温で選択性よく得ること
ができるという優れた効果を奏する。また、触媒
を構成するゼオライトとしてZSM−5型に限ら
ず、より広汎なゼオライトを複合化して用いるこ
とができるという優れた利点を有する。 以下実施例により本発明を具体的に説明する。 なお、本発明に用いる複合ゼオライトの表示
は、CZを冠頭に付し、核から表層に向う順序で
それぞれの骨格構造及び化学組成の概略を示し、
互いにハイフンで結ぶ。骨格構造については
ZSM−5型は5、ZSM−11型は11、ZSM−5と
ZSM−11の混晶型は、フエリエライト型は
F、ZSM−35型は35、モルデナイト型はMを表
示するものとする。また、化学組成については、
イオン交換以外の方法で、そのゼオライトに含ま
せたアルミニウム及び/又は3価金属酸化物の金
属元素記号を骨格構造表示記号に続くカツコの中
に記入することにする。例えば、後述のCZ−11
(−)−5(Al)は核にZSM−11型の骨格構造を
もち3価金属を含ませていないゼオライト、すな
わちシリカライト−を置き、表層部(第1層)
には3価金属としてアルミニウムを含む通常の
ZSM−5型ゼオライトを結晶化させた複合ゼオ
ライトであることを示している。 実施例 1 (A) 複合ゼオライト〔CZ−5(−)−5(Fe)〕
の調製 触媒化成(株)製コロイダルシリカCataloid SI
−30 60g、水酸化ナトリウム0.94g及び臭化
テトラーn−プロピルアンモニウム7.82gを水
230gと均一に混合して、水性ゲル混合物を
得、これを常圧下、72時間加熱環流撹拌を行つ
た。ここで、得られた反応混合物中の固体成分
を分析に必要なだけ抜き取り、充分水洗し、次
いで100℃で乾燥し、さらに500℃で15時間焼成
した。このもののX線回折パターンはシリカラ
イトと称されるものと基本的に同じである。こ
の反応混合物にCataloid SI−30 30g、硝酸鉄
9水和物1.23g、水酸化カリウム1.34g、臭化
テトラ−n−プロピルアンモニウム3.91g及び
水120gを混合して得た水性ゲル混合物を加
え、充分撹拌混合して、常圧下、120時間加熱
環流撹拌をして2度目の水熱合成を行つた。 反応混合物から固体成分を分離し、充分水洗
し、次いで100℃で乾燥し、更に500℃で15時間
焼成して複合ゼオライトを得た。このものはX
線回折図、電子顕微鏡写真及び化学分析により
CZ−5(−)−5(Fe)で表わされる複合ゼオ
ライトであることが確認された。このゼオライ
トをNo.1として第1表に示した。 上記方法に準じてゼオライトNo.2〜8及び
ゼオライトNo.9(ZSM−5)を調製した。こ
の原料仕込量及び結晶化条件などを一括して第
1表に示した。 次いで上記で得られ、焼成をほどこして有機
化合物を除去した複合ゼオライト又はZSM−
51gに対し、0.6規定塩化水素水溶液20mlの割
合で両者を混合し、室温で8時間撹拌処理をす
る操作を計2回繰返し、カチオンとして含まれ
ているアルカリ金属イオンをプロトンに交換し
た。その後、室温で充分水洗の後、120℃で乾
燥し、次いで500℃で10時間空気中で焼成を行
い、プロトン型の複合ゼオライト(又はZSM
−5)を得た。 (B) 低級オレフインの製造 プロトン型にした複合ゼオライト(又は
ZSM−5)粉末を圧力400Kg/cm2で打錠し、次
いでこれを粉砕して10〜20メツシユにそろえた
もの2mlを内径10mmの反応管に充填した。液状
メタノールを4ml/hrの速度で気化器に送り、
ここで45ml/minで送られてくるアルゴンガス
と混合して反応管に導き、360℃で反応を行い
低級オレフインを製造した。生成物の分析はガ
スクロマトグラフを用いて行つた。 この結果を第2表に示した。これによれば、
ZSM−5などの場合(実験No.6〜8)に比し
本発明方法(実験No.1〜5)によれば、低級
オレフインの選択率を顕著に向上し得ることが
わかる。
【表】
【表】
【表】
【表】
実施例 2
触媒化成(株)製コロイダルシリカCataloid SI−
30 60g、硝酸アルミニウム9水和物2.28g、水
酸化ナトリウム1.71g、硝酸カリウム18.4gおよ
び臭化テトラーn−プロピルアンモニウム7.82g
を水230gと均一に混合して水性ゲル混合物を得
た。これを内容積300mlのオートクレーブに仕込
み、自己圧力下160℃で16時間加熱撹拌を行い、
反応させた。反応終了後冷却し、オートクレーブ
を開き、そのまま静置すると反応混合物中の固体
成分は沈降した。上澄みの水溶液をデカンテーシ
ヨンで除き、固体成分の一部を分析に必要なだけ
採取した。採取した固体成分を充分水洗し、次い
で100℃で乾燥し、更に500℃で15時間焼成した。
銅のKアルフア線を照射する標準のX線回折測定
により得たこのもののX線回折パターンは従来公
知のZSM−5と基本的に同じものであつた。ま
た、走査型電子顕微鏡による観察では3〜4μm
の形状および大きさのそろつた結晶であつた。 上澄み水溶液の大半を除いた固体成分に
Cataloid SI−30 7.5g、硝酸鉄、9水和物0.1
g、水酸化カリウム0.24g、臭化テトラーn−プ
ロピルアンモニウム1.96g、および水100gを加
え、充分撹拌混合した後オートクレーブを閉じ、
再び、自己圧力下、160℃で16時間加熱撹拌を行
い、水熱合成反応をさせた。 遠心分離により反応混合物から固体成分を分離
し、充分水洗し、次いで100℃で乾燥し、更に500
℃で15時間焼成して、有機化合物を除去した複合
ゼオライトCZ−5(Al)−5(Fe)を得た。こ
のもののX線回折パターンはZSM−5と基本的
に同じものであつた。また、走査型電子顕微鏡に
よる観察では、核として用いたZSM−5と同じ
形状で、大きさはそれよりも0.01〜0.1μm程度
大きくなつた、大きさのそろつた結晶であつた。
新しい小さな結晶は見られなかつた。 この複合ゼオライト1gに対し0.6規定塩化水
素水溶液20mlの割合で両者を混合し、室温で8時
間撹拌処理する操作を計2回繰返し、カチオンと
して含まれているアルカリ金属イオンをプロトン
に交換した。その後、室温で充分水洗の後、120
℃で乾燥し、次いで500℃で10時間空気中で焼成
を行い、プロトン型の複合ゼオライトを得た。 プロトン型にした複合ゼオライト粉末を圧力
400Kg/cm2で打錠し、次いでこれを粉砕して10〜20
メツシユにそろえたもの2mlを内径10mmの反応管
に充填した。液状メタノールを4ml/hrの速度で
気化器に送り、ここで45ml/minで送られてくる
アルゴンガスと混合して反応管に導き、380℃で
反応を行つた。生成物の分析はガスクロマトグラ
フを用いて行つた。メタノールの転化率は100%
で、全生成物中の(エチレン+プロピレン)の炭
素基準の選択率は37.6%であつた。この結果を複
合ゼオライト調製の際の原料仕込量と共に実験
No.1として第3表に示した。 複合ゼオライトを水熱合成する上で原料仕込み
量及び水熱合成条件を変えた以外は実験No.1と
同様に複合ゼオライトを製造した。結果を実験
No.28として第3表に示す。 比較例 1〜2 ZSM−5とCZ−5(−)−5(Al)を調製し実
施例2と同様にして反応を行つた。このゼオライ
トの調製方法及び反応結果を第3表に示した。 第3表の結果より、最外層にアルミニウムの成
分を含まないかもしくは少ない複合ゼオライトが
メタノールの転化反応において優れた性能を示す
ことがわかる。
30 60g、硝酸アルミニウム9水和物2.28g、水
酸化ナトリウム1.71g、硝酸カリウム18.4gおよ
び臭化テトラーn−プロピルアンモニウム7.82g
を水230gと均一に混合して水性ゲル混合物を得
た。これを内容積300mlのオートクレーブに仕込
み、自己圧力下160℃で16時間加熱撹拌を行い、
反応させた。反応終了後冷却し、オートクレーブ
を開き、そのまま静置すると反応混合物中の固体
成分は沈降した。上澄みの水溶液をデカンテーシ
ヨンで除き、固体成分の一部を分析に必要なだけ
採取した。採取した固体成分を充分水洗し、次い
で100℃で乾燥し、更に500℃で15時間焼成した。
銅のKアルフア線を照射する標準のX線回折測定
により得たこのもののX線回折パターンは従来公
知のZSM−5と基本的に同じものであつた。ま
た、走査型電子顕微鏡による観察では3〜4μm
の形状および大きさのそろつた結晶であつた。 上澄み水溶液の大半を除いた固体成分に
Cataloid SI−30 7.5g、硝酸鉄、9水和物0.1
g、水酸化カリウム0.24g、臭化テトラーn−プ
ロピルアンモニウム1.96g、および水100gを加
え、充分撹拌混合した後オートクレーブを閉じ、
再び、自己圧力下、160℃で16時間加熱撹拌を行
い、水熱合成反応をさせた。 遠心分離により反応混合物から固体成分を分離
し、充分水洗し、次いで100℃で乾燥し、更に500
℃で15時間焼成して、有機化合物を除去した複合
ゼオライトCZ−5(Al)−5(Fe)を得た。こ
のもののX線回折パターンはZSM−5と基本的
に同じものであつた。また、走査型電子顕微鏡に
よる観察では、核として用いたZSM−5と同じ
形状で、大きさはそれよりも0.01〜0.1μm程度
大きくなつた、大きさのそろつた結晶であつた。
新しい小さな結晶は見られなかつた。 この複合ゼオライト1gに対し0.6規定塩化水
素水溶液20mlの割合で両者を混合し、室温で8時
間撹拌処理する操作を計2回繰返し、カチオンと
して含まれているアルカリ金属イオンをプロトン
に交換した。その後、室温で充分水洗の後、120
℃で乾燥し、次いで500℃で10時間空気中で焼成
を行い、プロトン型の複合ゼオライトを得た。 プロトン型にした複合ゼオライト粉末を圧力
400Kg/cm2で打錠し、次いでこれを粉砕して10〜20
メツシユにそろえたもの2mlを内径10mmの反応管
に充填した。液状メタノールを4ml/hrの速度で
気化器に送り、ここで45ml/minで送られてくる
アルゴンガスと混合して反応管に導き、380℃で
反応を行つた。生成物の分析はガスクロマトグラ
フを用いて行つた。メタノールの転化率は100%
で、全生成物中の(エチレン+プロピレン)の炭
素基準の選択率は37.6%であつた。この結果を複
合ゼオライト調製の際の原料仕込量と共に実験
No.1として第3表に示した。 複合ゼオライトを水熱合成する上で原料仕込み
量及び水熱合成条件を変えた以外は実験No.1と
同様に複合ゼオライトを製造した。結果を実験
No.28として第3表に示す。 比較例 1〜2 ZSM−5とCZ−5(−)−5(Al)を調製し実
施例2と同様にして反応を行つた。このゼオライ
トの調製方法及び反応結果を第3表に示した。 第3表の結果より、最外層にアルミニウムの成
分を含まないかもしくは少ない複合ゼオライトが
メタノールの転化反応において優れた性能を示す
ことがわかる。
【表】
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 メタノール及び/又はジメチルエーテルをゼ
オライト触媒の存在下で反応させて低級オレフイ
ンを製造するに当り該ゼオライト触媒として、核
を形成するゼオライト結晶と、その周囲に水熱合
成法により形成された1つ又は複数のゼオライト
結晶層とからなり、かつ、核を合めたそれらのゼ
オライト結晶層のうち少なくとも2種は相互に異
つた化学組成及び/又は骨格構造を有する複合ゼ
オライトであり、該複合ゼオライトの各層の組織
が aM2/X O・bY2 O3・CSiO2・nH2 O (式中、Mはx価の陽イオンであり、アルカリ金
属イオンもしくはプロトン、および/またはアル
カリ土類金属の2価カチオンあるいはそれ以上の
多価カチオンが包含される。Yはアルミニウム、
鉄、ガリウム、クロム、ロジウムおよびスカンジ
ウムの中から選ばれる1種または2種以上の3価
の金属である。aは0.9±0.3、bは1、cは10以
上、nは0〜400の数である)と表わされ、かつ
最外層中のSiO2/Al2O3(モル比)が300以上で
あり、核ゼオライト結晶の大きさが0.1〜50μm
で最外層の結晶層厚が0.01〜20μmである複合ゼ
オライトを用い250〜450℃で反応させることを特
徴とする低級オレフインの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58043908A JPS5916833A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 低級オレフインの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58043908A JPS5916833A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 低級オレフインの製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57127133A Division JPS5916832A (ja) | 1982-07-20 | 1982-07-20 | 複合ゼオライト及びそれを触媒として用いる炭化水素の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5916833A JPS5916833A (ja) | 1984-01-28 |
JPS6121926B2 true JPS6121926B2 (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=12676810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58043908A Granted JPS5916833A (ja) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | 低級オレフインの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5916833A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6216437A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd | エチレンに富むオレフイン類の製造方法 |
CN101890363B (zh) * | 2010-07-16 | 2012-02-22 | 复旦大学 | 一种介孔–微孔核–壳复合分子筛催化剂的制备方法 |
CN102040448B (zh) * | 2010-12-01 | 2012-05-16 | 复旦大学 | 一种核壳结构复合分子筛催化甲醇/二甲醚制丙烯的方法 |
-
1983
- 1983-03-16 JP JP58043908A patent/JPS5916833A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5916833A (ja) | 1984-01-28 |
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