JPWO2006011568A1 - 芳香族炭化水素と水素の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「JOURNAL OF CATALYSIS」182,92−103(1999) 「JOURNAL OF CATALYSIS」190,276−283(2000)
1.触媒の製造
(1)モリブデンの担持
本実施例に係る触媒はメタロシリケート系のゼオライト(ZSM−5)にモリブデンを担持している。以下にモリブデンの担持手順について説明する。
先ず、蒸留水5リットルに7モリブデン酸アンモニウム6水和物1300g(モリブデン含有量750g)を溶かして含浸水溶液を調製した。次に、この調製した含浸水溶液を高速攪拌機で攪拌しながら、前記ゼオライト5kgを加えて3時間攪拌した。そして、この攪拌物を70〜100℃で乾燥、蒸発乾固した後、この乾燥物を空気中で550℃、5時間焼成して、ゼオライトに対して15重量%モリブデンを担持したゼオライト粉末を得た。
無機成分の配合:モリブデン担持ゼオライト(82.5重量%)、粘土(10.5重量%)、ガラス繊維(7重量%)
全体配合:前記無機成分(65.4重量%)、有機バインダー(13.6重量%)、ポリマービーズ(松本油脂製薬製F−80E;平均粒径90〜110μm,真比重0.0025)(5.0重量%)、水分(21重量%)
前記配合比率で前記無機成分、有機バインダー、ポリマービーズ及び水分を配合し混練手段(ニーダー)によって混合、混練した。次に、この混合体を真空押し出し成型機によって棒状(径5mm,全長10mm)に成型した。このときの成型時の押し出し圧力は70〜100kg/cm2に設定した。
乾燥工程では成型時に添加した水分を除去するために100℃で約5時間行なった。焼成工程における昇温速度及び降温速度は30〜50℃/時に設定した。このとき、成型時に添加したポリマービーズが瞬時に燃焼しないように、120〜150℃で2時間保持し、その後、有機バインダーも瞬時に燃焼しないように250〜450℃の温度範囲の中に2〜5時間程度の温度キープを2回実施し、バインダーを除去した。これは昇温速度及び降温速度が前記速度以上であってバインダーを除去するキープ時間を確保しない場合にはバインダーが瞬時に燃焼して焼成体の強度が低下するためである。以上の操作によってモリブデン担持量15%の発泡状の触媒を得た。この触媒の物性を表1に示した。
(反応条件)反応温度:750℃、反応圧力:0.2MPaG、反応ガス:メタン100部+アルゴン10部+水素7部(メタンSV(空間速度)3000ml/h/g+アルゴンSV300ml/h/g+水素SV210ml/h/g)
ここで、この種反応による芳香族炭化水素と水素の製造ついては、例えば特開2004−269398に、原料ガスに水素を混入させておけば、炭素が生成される反応を抑制し、また、反応によって生成した炭素を還元して炭化水素の形で触媒表面から除去する作用が得られ、触媒の経時劣化が抑制されること、水素の混入によって芳香族化合物と水素とが製造される反応も抑制されるが、触媒劣化を抑える作用によって全体としては反応効率が向上することが開示され知られている。
上記公開特許公報には、水素を添加する場合の添加量は1〜20体積%の範囲内とすることが開示されている。この範囲が好ましいことは、1体積%未満では触媒活性低下の原因となる生成炭素による触媒表面のコーティングを抑制する作用が十分に得られず経時的な触媒性能の劣化を十分に抑制できないこと、水素の添加量が20体積%を越えると目的とする触媒反応の進行を妨げるという作用が強くなり十分な反応効率が得られなくなること、などの理由に基づくものであり、更には下限を5体積%、上限を15体積%とするのが望ましいとしている。
そして、具体的な実験(実施例2)として、6重量%のモリブデンを担持した6wt%Mo/HZSM−5の触媒を用い、メタンに6体積%の水素を添加した混合ガスを反応原料ガスとして用いて10時間の触媒反応を行った結果として、最大反応速度は若干低下するものの、その性能は長時間安定して発揮され、10時間後のベンゼン生成速度が最大値の90%を維持できることが確認されている。
なお、この実験の反応条件として、反応を行う前の前処理として650℃で30分炭化した後、750℃、3気圧、メタンSV=2520mlMFl/g/hで反応を行ったことが開示されている。
そこで、これらの実験条件を前提とし、種々の条件を変更することで、その影響等を確認する実験を試みた。
(前処理条件)空気550℃まで昇温して、この温度を1時間維持した。その後、メタンとアルゴンを含んだガス(CH4+9Ar)を供給して650℃まで昇温して、この温度を0.5時間維持させた。
(反応条件)反応温度:750℃、反応圧力:0.2MPaG、反応ガス:メタン100部+アルゴン10部+水素6部(メタンSV(空間速度)3000ml/h/g+アルゴンSV300ml/h/g+水素SV210ml/h/g)
次に、原料ガスを併せて供給する水素ガスの量を変更し、水素ガス供給量の違いによる触媒活性の再生への影響について検討を行った。水素供給量は、特開2004−269398に添加量1〜20%、更には下限を5体積%、上限を15体積%とするのが望ましいと開示されていることを踏まえ、この範囲内での検討を行うこととした。
(反応条件)反応温度:750℃、反応圧力:0.2MPaG、反応ガス:メタン100部+アルゴン10部(メタンSV(空間速度)3000ml/h/g+アルゴンSV300ml/h/g)
Claims (10)
- 低級炭化水素を含有する原料ガスを供給して、高温下で触媒と接触させ、前記原料ガスを改質することにより、芳香族炭化水素と水素とを製造する芳香族炭化水素と水素の製造方法であって、
前記原料ガスを供給する際に水素ガスを併せて供給し、前記水素ガスを供給した状態のまま、前記原料ガスの供給を一定時間停止すること
を特徴とする芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記改質の反応により芳香族炭化水素と水素の製造を行うにあたり、この改質反応の前処理として、前記触媒を、メタンガスが供給された状態で、昇温して一定時間維持すること
を特徴とする請求項1に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記改質の反応により芳香族炭化水素と水素の製造を行うにあたり、この改質反応の前処理として、前記触媒を、メタンと水素とを含んだガスが供給された状態で、昇温して一定時間維持すること
を特徴とする請求項1に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記前処理を行う際に供給するメタンと水素の割合は、メタン:水素=1:4としたこと
を特徴とする請求項3に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記前処理は、前記触媒を、メタンと水素とを含んだガスが供給された状態で、700℃で6時間維持すること
を特徴とする請求項3又は4に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記触媒がモリブデンを担持したメタロシリケートであること
を特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記触媒がモリブデン及びロジウムを担持したメタロシリケートであること
を特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記原料ガスと併せて供給する水素ガスは、原料ガスに対して2%より多く10%未満であること
を特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記原料ガスと併せて供給する水素ガスは、原料ガスに対して4%乃至8%であること
を特徴とする請求項8に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。 - 前記原料ガスと併せて供給する水素ガスは、原料ガスに対して8%であること
を特徴とする請求項8または9に記載の芳香族炭化水素と水素の製造方法。
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