JPWO2006016583A1 - Method for producing liquefied petroleum gas - Google Patents

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賢二 朝見
賢二 朝見
薫 藤元
薫 藤元
佐知夫 浅岡
佐知夫 浅岡
暁紅 黎
暁紅 黎
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/12Liquefied petroleum gas

Abstract

天然ガス等の含炭素原料と、ジメチルエーテル合成反応により得られる反応生成ガスから分離され、リサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから合成ガスを製造し、得られた合成ガスからジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含む反応生成ガスを製造し、この反応生成ガスから二酸化炭素含有ガスを分離してジメチルエーテル含有ガスを得、このジメチルエーテル含有ガスと水素とから液化石油ガスを製造する。A synthesis gas is produced from a raw material gas containing a carbon-containing raw material such as natural gas and a reaction product gas obtained by a dimethyl ether synthesis reaction and recycled, and dimethyl ether and carbon dioxide are produced from the resultant synthesis gas. A reaction product gas containing carbon is produced, a carbon dioxide-containing gas is separated from the reaction product gas to obtain a dimethyl ether-containing gas, and a liquefied petroleum gas is produced from the dimethyl ether-containing gas and hydrogen.

Description

本発明は、天然ガス等の含炭素原料から、合成ガス、ジメチルエーテルを経由して、主成分がプロパンまたはブタンである液化石油ガスを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing liquefied petroleum gas whose main component is propane or butane from a carbon-containing raw material such as natural gas via synthesis gas and dimethyl ether.

液化石油ガス(LPG)は、常温常圧下ではガス状を呈する石油系もしくは天然ガス系炭化水素を圧縮し、あるいは同時に冷却して液状にしたものをいい、その主成分はプロパンまたはブタンである。液体の状態で貯蔵および輸送が可能なLPGは可搬性に優れ、供給にパイプラインを必要とする天然ガスとは違い、ボンベに充填した状態でどのような場所にでも供給することができるという特徴がある。そのため、プロパンを主成分とするLPG、すなわちプロパンガスが、家庭用・業務用の燃料として広く用いられている。現在、日本国内においても、プロパンガスは約2,500万世帯(全世帯の50%以上)に供給されている。また、LPGは、家庭用・業務用燃料以外にも、カセットコンロ、使い捨てライター等の移動体用の燃料(主に、ブタンガス)、工業用燃料、自動車用燃料としても使用されている。   The liquefied petroleum gas (LPG) is obtained by compressing a petroleum-based or natural gas-based hydrocarbon that is in a gaseous state at normal temperature and pressure, or by simultaneously cooling it into a liquid state, and its main component is propane or butane. LPG that can be stored and transported in a liquid state has excellent portability, and unlike natural gas that requires a pipeline for supply, it can be supplied to any place in a filled state in a cylinder. There is. For this reason, LPG mainly composed of propane, that is, propane gas, is widely used as a fuel for home use and business use. Currently, propane gas is supplied to approximately 25 million households (more than 50% of all households) in Japan. In addition to household and commercial fuels, LPG is also used as fuel for moving bodies (mainly butane gas) such as cassette stoves and disposable lighters, industrial fuel, and automobile fuel.

従来、LPGは、1)湿性天然ガスから回収する方法、2)原油のスタビライズ(蒸気圧調整)工程から回収する方法、3)石油精製工程などで生成されるものを分離・抽出する方法などにより生産されている。   Conventionally, LPG is obtained by 1) a method of recovering from wet natural gas, 2) a method of recovering from crude oil stabilization (vapor pressure adjustment), 3) a method of separating / extracting what is produced in an oil refining process, etc. Has been produced.

LPG、特に家庭用・業務用の燃料として用いられるプロパンガスは将来的にも需要が見込め、工業的に実施可能な、新規な製造方法を確立できれば非常に有用である。   Propane gas, which is used as a fuel for LPG, particularly for home and business use, is very useful if a new production method that can be industrially implemented can be established in the future.

LPGの製造方法として、特許文献1には、Cu−Zn系、Cr−Zn系、Pd系等のメタノール合成触媒、具体的には、CuO−ZnO−Al触媒、Pd/SiO触媒と、平均孔径が略10Å(1nm)以上のゼオライト、具体的にはY型ゼオライトよりなるメタノール転化触媒とを物理的に混合した混合触媒の存在下で、水素および一酸化炭素よりなる合成ガスを反応させて、液化石油ガス、あるいは、これに近い組成の炭化水素混合物を製造する方法が開示されている。As a method for producing LPG, Patent Document 1 discloses a methanol synthesis catalyst such as Cu—Zn, Cr—Zn, and Pd, specifically, a CuO—ZnO—Al 2 O 3 catalyst and a Pd / SiO 2 catalyst. And a synthesis gas composed of hydrogen and carbon monoxide in the presence of a mixed catalyst obtained by physically mixing a zeolite having an average pore diameter of approximately 10 mm (1 nm) or more, specifically, a methanol conversion catalyst composed of Y-type zeolite. A method of reacting to produce liquefied petroleum gas or a hydrocarbon mixture having a composition close to this is disclosed.

また、LPGの製造方法として、非特許文献1には、メタノール合成用触媒である4wt%Pd/SiO、Cu−Zn−Al混合酸化物[Cu:Zn:Al=40:23:37(原子比)]またはCu系低圧メタノール合成用触媒(商品名:BASF S3−85)と、450℃で1時間水蒸気処理した、SiO/Al=7.6の高シリカY型ゼオライトとから成るハイブリッド触媒を用い、合成ガスからメタノール、ジメチルエーテルを経由してC2〜C4のパラフィンを選択率69〜85%で製造する方法が開示されている。As a method for producing LPG, Non-Patent Document 1 discloses that 4 wt% Pd / SiO 2 , a Cu—Zn—Al mixed oxide [Cu: Zn: Al = 40: 23: 37 (atom), which is a catalyst for methanol synthesis. Ratio)] or a Cu-based catalyst for low-pressure methanol synthesis (trade name: BASF S3-85) and high-silica Y-type zeolite with SiO 2 / Al 2 O 3 = 7.6 treated with steam at 450 ° C. for 1 hour. And a method for producing C2-C4 paraffins from synthesis gas via methanol and dimethyl ether with a selectivity of 69-85%.

一方、非特許文献2には、メタノール及びジメチルエーテルの少なくとも1つを原料としてLPGを製造する方法が開示されている。具体的には、微加圧下、反応温度603K(330℃)で、メタノール:H:N=1:1:1の原料ガスをメタノール基準のLHSVが20h−1で、前段がZSM−5であり、後段がPt−Cである2層の触媒層(ZSM−5/Pt−C Series)、または、ZSM−5とPt−Cとからなる混合触媒層(ZSM−5/Pt−C Pellet−mixture)に流通させ、LPG合成反応を行っている。
特開昭61−23688号公報 “Selective Synthesis of LPG from Synthesis Gas”,Kaoru Fujimoto et al.,Bull.Chem.Soc.Jpn.,58,p.3059−3060(1985) “Methanol/Dimethyl Ether Conversion on Zeolite Catalysts for Indirect Synthesis of LPG from Natural Gas”,Yingjie Jin et al.,第92回触媒討論会 討論会A予稿集,p.322,2003年9月18日
On the other hand, Non-Patent Document 2 discloses a method for producing LPG using at least one of methanol and dimethyl ether as a raw material. Specifically, under slight pressure, at a reaction temperature of 603 K (330 ° C.), a raw material gas of methanol: H 2 : N 2 = 1: 1: 1 has a methanol-based LHSV of 20 h −1 , and the first stage is ZSM-5 And two catalyst layers (ZSM-5 / Pt-C Series) whose subsequent stage is Pt-C, or a mixed catalyst layer (ZSM-5 / Pt-C Pellet) composed of ZSM-5 and Pt-C. -Mixture) to carry out the LPG synthesis reaction.
Japanese Patent Laid-Open No. 61-23688 “Selective Synthesis of LPG from Synthesis Gas”, Kaoru Fujimoto et al. Bull. Chem. Soc. Jpn. 58, p. 3059-3060 (1985) “Methanol / Dimethyl Ether Conversion on Zeolites Catalysts for Indirect Synthesis of LPG from Natural Gas”, Yingjie Jin et al. , 92nd Catalyst Conference, Proceedings of Conference A, p. 322, September 18, 2003

本発明の目的は、天然ガスなどの含炭素原料から、合成ガス、ジメチルエーテルを経由して、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を経済的に製造することができる方法を提供することである。   An object of the present invention is to economically produce a hydrocarbon whose main component is propane or butane, that is, liquefied petroleum gas (LPG), from a carbon-containing raw material such as natural gas, via synthesis gas and dimethyl ether. It is to provide a way that can be done.

本発明によれば、
(i)含炭素原料と、リサイクル工程からリサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(ii)ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造するジメチルエーテル製造工程と、
(iii)ジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する分離工程と、
(iv)オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルを反応させることにより、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類を含むオレフィン含有ガスを製造するオレフィン製造工程と、
(v)オレフィン水素化用触媒の存在下、オレフィンと水素とを反応させることにより、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガスを製造するオレフィン水素化工程と、
(vi)分離工程において分離された二酸化炭素含有ガスの一部または全部を、合成ガス製造工程にリサイクルするリサイクル工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法(第1−1のLPGの製造方法)が提供される。
According to the present invention,
(I) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a raw material gas containing a carbon-containing raw material and a carbon dioxide-containing gas recycled from the recycling process;
(Ii) Dimethyl ether for producing a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process by reacting carbon monoxide with hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether. Manufacturing process,
(Iii) a separation step of separating a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step;
(Iv) An olefin production process for producing an olefin-containing gas containing olefins whose main component is propylene or butene from the dimethyl ether-containing gas obtained in the separation process by reacting dimethyl ether in the presence of an olefin production catalyst. When,
(V) Liquefaction containing hydrocarbons whose main component is propane or butane from olefin-containing gas and hydrogen obtained in the olefin production process by reacting olefin and hydrogen in the presence of an olefin hydrogenation catalyst. An olefin hydrogenation process for producing petroleum gas;
(Vi) a method for producing a liquefied petroleum gas (1-1 LPG), comprising a recycling step of recycling a part or all of the carbon dioxide-containing gas separated in the separation step into a synthesis gas production step. Manufacturing method).

また、本発明によれば、
(i)含炭素原料と、リサイクル工程からリサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(ii)ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造するジメチルエーテル製造工程と、
(iii)ジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する分離工程と、
(iv)オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルを反応させることにより、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類と水素とを含むオレフィン含有ガスを製造するオレフィン製造工程と、
(v)オレフィン水素化用触媒の存在下、オレフィンと水素とを反応させることにより、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガスを製造するオレフィン水素化工程と、
(vi)分離工程において分離された二酸化炭素含有ガスの一部または全部を、合成ガス製造工程にリサイクルするリサイクル工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法(第1−2のLPGの製造方法)が提供される。
Moreover, according to the present invention,
(I) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a raw material gas containing a carbon-containing raw material and a carbon dioxide-containing gas recycled from the recycling process;
(Ii) Dimethyl ether for producing a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process by reacting carbon monoxide with hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether. Manufacturing process,
(Iii) a separation step of separating a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step;
(Iv) Olefin-containing gas containing hydrogen and olefins whose main components are propylene or butene from dimethyl ether-containing gas and hydrogen obtained in the separation step by reacting dimethyl ether in the presence of a catalyst for olefin production An olefin production process for producing
(V) A liquefied petroleum gas containing a hydrocarbon whose main component is propane or butane from the olefin-containing gas obtained in the olefin production process by reacting olefin and hydrogen in the presence of an olefin hydrogenation catalyst. An olefin hydrogenation process to be produced;
(Vi) A method for producing a liquefied petroleum gas (1-2 LPG), comprising a recycling step of recycling a part or all of the carbon dioxide-containing gas separated in the separation step to a synthesis gas production step. Manufacturing method).

また、本発明によれば、
(i)含炭素原料と、リサイクル工程からリサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(ii)ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造するジメチルエーテル製造工程と、
(iii)ジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する分離工程と、
(iv)液化石油ガス製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルと水素とを反応させることにより、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガスを製造する液化石油ガス製造工程と、
(v)分離工程において分離された二酸化炭素含有ガスの一部または全部を、合成ガス製造工程にリサイクルするリサイクル工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法(第2のLPGの製造方法)が提供される。
Moreover, according to the present invention,
(I) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a raw material gas containing a carbon-containing raw material and a carbon dioxide-containing gas recycled from the recycling process;
(Ii) Dimethyl ether for producing a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process by reacting carbon monoxide with hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether. Manufacturing process,
(Iii) a separation step of separating a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step;
(Iv) Liquefaction containing hydrocarbons whose main component is propane or butane from dimethyl ether-containing gas and hydrogen obtained in the separation step by reacting dimethyl ether and hydrogen in the presence of a catalyst for liquefied petroleum gas production. A liquefied petroleum gas production process for producing petroleum gas;
(V) a method for producing a liquefied petroleum gas (second LPG production), comprising a recycling step of recycling a part or all of the carbon dioxide-containing gas separated in the separation step to a synthesis gas production step Method).

ここで、合成ガスとは、水素と一酸化炭素とを含む混合ガスを指し、水素および一酸化炭素からなる混合ガスに限られない。合成ガスは、例えば、二酸化炭素、水、メタン、エタン、エチレンなどを含む混合ガスであってもよい。天然ガスを改質して得られる合成ガスは、通常、水素と一酸化炭素とに加えて二酸化炭素や水蒸気を含む。また、合成ガスは、石炭ガス化により得られる石炭ガスや、石炭コークスから製造される水性ガスであってもよい。   Here, the synthesis gas refers to a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and is not limited to a mixed gas composed of hydrogen and carbon monoxide. The synthesis gas may be a mixed gas containing, for example, carbon dioxide, water, methane, ethane, ethylene, and the like. Syngas obtained by reforming natural gas usually contains carbon dioxide and water vapor in addition to hydrogen and carbon monoxide. The synthesis gas may be a coal gas obtained by coal gasification or a water gas produced from coal coke.

ジメチルエーテルから主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類を合成し、次いで、得られたオレフィン類を水素化することにより、あるいは、ジメチルエーテルを水素と反応させることにより、ジメチルエーテルを原料として、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を製造することができる。反応原料であるジメチルエーテルは、水素と一酸化炭素とを含む混合ガスである合成ガスから製造することができ、また、合成ガスは、天然ガスなどの含炭素原料と、HO、OおよびCOからなる群より選択される少なくとも一種とを反応させることによって製造することができる。By synthesizing olefins whose main component is propylene or butene from dimethyl ether and then hydrogenating the resulting olefins or by reacting dimethyl ether with hydrogen, the main component is propane Alternatively, a hydrocarbon which is butane, that is, liquefied petroleum gas (LPG) can be produced. Dimethyl ether which is a reaction raw material can be produced from a synthesis gas which is a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and the synthesis gas includes a carbon-containing raw material such as natural gas, H 2 O, O 2 and It can be produced by reacting with at least one selected from the group consisting of CO 2 .

従って、天然ガスなどの含炭素原料から、合成ガス、ジメチルエーテルを経由して、LPGを製造することが可能である。   Therefore, LPG can be produced from carbon-containing raw materials such as natural gas via synthesis gas and dimethyl ether.

本発明の第1−1のLPGの製造方法、第1−2のLPGの製造方法および第2のLPGの製造方法によれば、天然ガスなどの含炭素原料から、LPGをより経済的に製造することができる。   According to the 1-1 LPG production method, 1-2 LPG production method, and second LPG production method of the present invention, LPG is produced more economically from carbon-containing raw materials such as natural gas. can do.

一酸化炭素と水素とを反応させてジメチルエーテルを合成する場合、その反応は下記式(1)で示される。   When carbon monoxide and hydrogen are reacted to synthesize dimethyl ether, the reaction is represented by the following formula (1).

Figure 2006016583
上記式(1)に示されるように、合成ガスからジメチルエーテルを合成する反応においては、二酸化炭素が副生する。
Figure 2006016583
As shown in the above formula (1), carbon dioxide is by-produced in the reaction of synthesizing dimethyl ether from synthesis gas.

一方で、二酸化炭素は、下記式(2)に示すCOリフォーミング反応などによって合成ガスに戻すことができる。On the other hand, carbon dioxide can be returned to the synthesis gas by the CO 2 reforming reaction shown in the following formula (2).

Figure 2006016583
ジメチルエーテル合成反応により得られる、ジメチルエーテルと二酸化炭素とを含む反応生成ガス(ジメチルエーテル合成反応生成ガス)から二酸化炭素を分離し、これを合成ガス製造工程にリサイクルして、天然ガスなどの含炭素原料を改質するのに使用することにより、LPGをより経済的に製造することができる。
Figure 2006016583
Carbon dioxide is separated from the reaction product gas (dimethyl ether synthesis reaction product gas) containing dimethyl ether and carbon dioxide obtained by the dimethyl ether synthesis reaction, and this is recycled to the synthesis gas production process to produce carbon-containing raw materials such as natural gas. By using it for modification, LPG can be produced more economically.

さらに、上記式(1)のように、ジメチルエーテル製造のための化学量論から言えば、合成ガスの組成はH/CO(モル比)=1が好ましい。本発明においては、好ましくは、一酸化炭素と水素とをCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含む合成ガスをジメチルエーテル合成反応の原料として使用する。これにより、より効率的に、より経済的にジメチルエーテルを製造することができ、その結果、より経済的にLPGを製造することができる。Furthermore, like the above formula (1), in terms of the stoichiometry for producing dimethyl ether, the composition of the synthesis gas is preferably H 2 / CO (molar ratio) = 1. In the present invention, preferably, a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen at CO: H 2 = 1: 0.5 to 1: 1.5 (molar ratio) is used as a raw material for the dimethyl ether synthesis reaction. Thereby, dimethyl ether can be produced more efficiently and more economically, and as a result, LPG can be produced more economically.

しかしながら、上記のような二酸化炭素のリサイクルを行い、一酸化炭素の含有量が多い合成ガス、好ましくは一酸化炭素と水素とをCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含む合成ガスを製造することは容易でない。Ni系触媒などを用いる一般的な合成ガスの製造方法、製造条件では、炭素質(カーボン)の析出が発生しやすく、合成ガスを長期間にわたって安定に製造することは困難である。However, carbon dioxide is recycled as described above, and a synthesis gas having a high carbon monoxide content, preferably carbon monoxide and hydrogen, is converted into CO: H 2 = 1: 0.5 to 1: 1.5 ( It is not easy to produce synthesis gas containing in molar ratio). In a general synthesis gas production method and production conditions using a Ni-based catalyst or the like, carbonaceous (carbon) precipitation is likely to occur, and it is difficult to stably produce the synthesis gas over a long period of time.

本発明においては、後述の合成ガス製造工程に記載の方法により合成ガスを製造することによって、二酸化炭素のリサイクルを行いつつ、一酸化炭素と水素とを好ましくはCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含む合成ガスを長期間にわたって安定に製造することを可能にしている。In the present invention, carbon monoxide and hydrogen are preferably converted to CO: H 2 = 1: 0. While carbon dioxide is recycled by producing synthesis gas by the method described in the later-described synthesis gas production step. This makes it possible to stably produce a synthesis gas containing 5 to 1: 1.5 (molar ratio) over a long period of time.

本発明の第1−1のLPGの製造方法を実施するのに好適なLPG製造装置の一例について、主要な構成を示すプロセスフロー図である。It is a process flow figure which shows the main structures about an example of the LPG manufacturing apparatus suitable for enforcing the manufacturing method of the 1-1st LPG of this invention. 本発明の第1−2のLPGの製造方法を実施するのに好適なLPG製造装置の一例について、主要な構成を示すプロセスフロー図である。It is a process flowchart which shows the main structures about an example of the LPG manufacturing apparatus suitable for enforcing the 1-2 LPG manufacturing method of this invention. 本発明の第2のLPGの製造方法を実施するのに好適なLPG製造装置の一例について、主要な構成を示すプロセスフロー図である。It is a process flow figure which shows the main structures about an example of the LPG manufacturing apparatus suitable for implementing the manufacturing method of the 2nd LPG of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 改質器
11a 改質触媒(合成ガス製造用触媒)
12 ジメチルエーテル合成用反応器
12a ジメチルエーテル製造用触媒
13 分離器
14 オレフィン製造用反応器
14a オレフィン製造用触媒
15 オレフィン水素化用反応器
15a オレフィン水素化用触媒
101、102、103、104、106、107、108、109 ライン
105 リサイクルライン
21 改質器
21a 改質触媒(合成ガス製造用触媒)
22 ジメチルエーテル合成用反応器
22a ジメチルエーテル製造用触媒
23 分離器
24 オレフィン製造用反応器
24a オレフィン製造用触媒
25 オレフィン水素化用反応器
25a オレフィン水素化用触媒
201、202、203、204、206、207、208、209 ライン
205 リサイクルライン
31 改質器
31a 改質触媒(合成ガス製造用触媒)
32 ジメチルエーテル合成用反応器
32a ジメチルエーテル製造用触媒
33 分離器
34 液化石油ガス製造用反応器
34a 液化石油ガス製造用触媒
301、302、303、304、306、307、308 ライン
305 リサイクルライン
11 reformer 11a reforming catalyst (catalyst for synthesis gas production)
12 Reactor for dimethyl ether synthesis 12a Catalyst for dimethyl ether production 13 Separator 14 Reactor for olefin production 14a Catalyst for olefin production 15 Reactor for olefin hydrogenation 15a Catalyst for olefin hydrogenation 101, 102, 103, 104, 106, 107, 108, 109 Line 105 Recycle line 21 Reformer 21a Reforming catalyst (synthetic gas production catalyst)
22 Reactor for dimethyl ether synthesis 22a Catalyst for dimethyl ether production 23 Separator 24 Reactor for olefin production 24a Catalyst for olefin production 25 Reactor for olefin hydrogenation 25a Catalyst for olefin hydrogenation 201, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209 Line 205 Recycle line 31 Reformer 31a Reforming catalyst (catalyst for synthesis gas production)
32 Reactor for synthesis of dimethyl ether 32a Catalyst for production of dimethyl ether 33 Separator 34 Reactor for production of liquefied petroleum gas 34a Catalyst for production of liquefied petroleum gas 301, 302, 303, 304, 306, 307, 308 Line 305 Recycle line

図面を参照しながら、本発明のLPGの製造方法(第1−1のLPGの製造方法、第1−2のLPGの製造方法および第2のLPGの製造方法)の一実施形態について説明する。   With reference to the drawings, an embodiment of an LPG production method (1-1 LPG production method, 1-2 LPG production method, and second LPG production method) of the present invention will be described.

図1に、本発明の第1−1のLPGの製造方法を実施するのに好適なLPG製造装置の一例を示す。   FIG. 1 shows an example of an LPG production apparatus suitable for carrying out the 1-1 LPG production method of the present invention.

まず、含炭素原料として天然ガス(メタン)が、ライン101および102を経て、改質器11に供給される。また、図示しないが、必要に応じて酸素および/または水蒸気がライン102に供給される。さらに、リサイクルされる二酸化炭素含有ガスが、分離器13からリサイクルライン105およびライン102を経て、改質器11に供給される。改質器11内には、改質触媒(合成ガス製造用触媒)11aが備えられている。また、改質器11は、改質のために必要な熱を供給するための加熱手段(不図示)を備える。この改質器11内において、改質触媒の存在下、メタンが改質され、水素および一酸化炭素を含む合成ガスが得られる。   First, natural gas (methane) is supplied to the reformer 11 via lines 101 and 102 as a carbon-containing raw material. Although not shown, oxygen and / or water vapor is supplied to the line 102 as necessary. Further, the carbon dioxide-containing gas to be recycled is supplied from the separator 13 to the reformer 11 through the recycle line 105 and the line 102. In the reformer 11, a reforming catalyst (synthetic gas production catalyst) 11a is provided. The reformer 11 includes a heating unit (not shown) for supplying heat necessary for reforming. In the reformer 11, methane is reformed in the presence of the reforming catalyst, and a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is obtained.

このようにして得られた合成ガスは、ライン103を経て、ジメチルエーテル合成用反応器12に供給される。反応器12内には、ジメチルエーテル製造用触媒12aが備えられている。この反応器12内において、ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスが製造される。   The synthesis gas thus obtained is supplied to the dimethyl ether synthesis reactor 12 via the line 103. In the reactor 12, a catalyst 12a for producing dimethyl ether is provided. In this reactor 12, a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide is produced from synthesis gas in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether.

製造されたジメチルエーテル合成反応生成ガスは、気液分離などにより水分などが除去された後、ライン104を経て、分離器13に供給される。この分離器13内において、ジメチルエーテル合成反応生成ガスは、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスと、二酸化炭素含有ガスとに分離される。   The produced dimethyl ether synthesis reaction product gas is supplied to the separator 13 via the line 104 after moisture and the like are removed by gas-liquid separation or the like. In this separator 13, the dimethyl ether synthesis reaction product gas is separated into a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component and a carbon dioxide-containing gas.

分離された二酸化炭素含有ガスは、リサイクルライン105およびライン102により、改質器11にリサイクルされる。   The separated carbon dioxide-containing gas is recycled to the reformer 11 through the recycle line 105 and the line 102.

一方、ジメチルエーテル含有ガスは、ライン106を経て、オレフィン製造用反応器14に供給される。反応器14内には、オレフィン製造用触媒14aが備えられている。この反応器14内において、オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類を含むオレフィン含有ガスが合成される。   On the other hand, the dimethyl ether-containing gas is supplied to the olefin production reactor 14 via the line 106. In the reactor 14, an olefin production catalyst 14a is provided. In this reactor 14, an olefin-containing gas containing olefins whose main components are propylene or butene is synthesized from a dimethyl ether-containing gas in the presence of a catalyst for olefin production.

合成されたオレフィン含有ガスは、ライン107を経て、オレフィン水素化用反応器15に供給される。また、水素が、ライン108を経て、オレフィン水素化用反応器15に供給される。反応器15内には、オレフィン水素化用触媒15aが備えられている。この反応器15内において、オレフィン水素化用触媒の存在下、オレフィン含有ガスと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素ガス(低級パラフィン含有ガス)が合成される。   The synthesized olefin-containing gas is supplied to the olefin hydrogenation reactor 15 via the line 107. Further, hydrogen is supplied to the olefin hydrogenation reactor 15 via the line 108. In the reactor 15, an olefin hydrogenation catalyst 15a is provided. In this reactor 15, a hydrocarbon gas (lower paraffin-containing gas) whose main component is propane or butane is synthesized from an olefin-containing gas and hydrogen in the presence of an olefin hydrogenation catalyst.

合成された炭化水素ガスは、必要に応じて水分等を除去した後、加圧・冷却され、ライン109から製品となるLPGが得られる。LPGは、気液分離などにより水素等を除去してもよい。   The synthesized hydrocarbon gas is subjected to pressure and cooling after removing moisture and the like as necessary, and LPG as a product is obtained from the line 109. LPG may remove hydrogen or the like by gas-liquid separation or the like.

なお、図示しないが、LPG製造装置には、昇圧機、熱交換器、バルブ、計装制御装置などが必要に応じて設けられる。   Although not shown, the LPG manufacturing apparatus is provided with a booster, a heat exchanger, a valve, an instrumentation control device, and the like as necessary.

図2に、本発明の第1−2のLPGの製造方法を実施するのに好適なLPG製造装置の一例を示す。第1−2のLPGの製造方法は、水素を、オレフィン水素化用反応器ではなく、オレフィン製造用反応器に供給すること以外は、第1−1のLPGの製造方法と同様のものである。   FIG. 2 shows an example of an LPG production apparatus suitable for carrying out the 1-2 LPG production method of the present invention. The 1-2 LPG production method is the same as the 1-1 LPG production method, except that hydrogen is supplied not to the olefin hydrogenation reactor but to the olefin production reactor. .

まず、含炭素原料として天然ガス(メタン)が、ライン201および202を経て、改質器21に供給される。また、図示しないが、必要に応じて酸素および/または水蒸気がライン202に供給される。さらに、リサイクルされる二酸化炭素含有ガスが、分離器23からリサイクルライン205およびライン202を経て、改質器21に供給される。改質器21内には、改質触媒(合成ガス製造用触媒)21aが備えられている。また、改質器21は、改質のために必要な熱を供給するための加熱手段(不図示)を備える。この改質器21内において、改質触媒の存在下、メタンが改質され、水素および一酸化炭素を含む合成ガスが得られる。   First, natural gas (methane) is supplied to the reformer 21 via lines 201 and 202 as a carbon-containing raw material. Although not shown, oxygen and / or water vapor is supplied to the line 202 as necessary. Further, the carbon dioxide-containing gas to be recycled is supplied from the separator 23 to the reformer 21 via the recycle line 205 and the line 202. In the reformer 21, a reforming catalyst (synthetic gas production catalyst) 21a is provided. The reformer 21 includes heating means (not shown) for supplying heat necessary for reforming. In the reformer 21, methane is reformed in the presence of the reforming catalyst, and a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is obtained.

このようにして得られた合成ガスは、ライン203を経て、ジメチルエーテル合成用反応器22に供給される。反応器22内には、ジメチルエーテル製造用触媒22aが備えられている。この反応器22内において、ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスが製造される。   The synthesis gas thus obtained is supplied to the dimethyl ether synthesis reactor 22 via the line 203. In the reactor 22, a catalyst 22a for dimethyl ether production is provided. In this reactor 22, a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide is produced from the synthesis gas in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether.

製造されたジメチルエーテル合成反応生成ガスは、気液分離などにより水分などが除去された後、ライン204を経て、分離器23に供給される。この分離器23内において、ジメチルエーテル合成反応生成ガスは、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスと、二酸化炭素含有ガスとに分離される。   The produced dimethyl ether synthesis reaction product gas is supplied to the separator 23 via the line 204 after moisture and the like are removed by gas-liquid separation or the like. In this separator 23, the dimethyl ether synthesis reaction product gas is separated into a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component and a carbon dioxide-containing gas.

分離された二酸化炭素含有ガスは、リサイクルライン205およびライン202により、改質器21にリサイクルされる。   The separated carbon dioxide-containing gas is recycled to the reformer 21 through the recycle line 205 and the line 202.

一方、ジメチルエーテル含有ガスは、ライン206を経て、オレフィン製造用反応器24に供給される。また、水素が、ライン207を経て、オレフィン製造用反応器24に供給される。反応器24内には、オレフィン製造用触媒24aが備えられている。この反応器24内において、オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類と水素とを含むオレフィン含有ガスが合成される。   On the other hand, the dimethyl ether-containing gas is supplied to the olefin production reactor 24 via a line 206. Further, hydrogen is supplied to the olefin production reactor 24 via a line 207. In the reactor 24, an olefin production catalyst 24a is provided. In this reactor 24, an olefin-containing gas containing olefins whose main components are propylene or butene and hydrogen is synthesized from a dimethyl ether-containing gas in the presence of an olefin production catalyst.

合成されたオレフィン含有ガスは、ライン208を経て、オレフィン水素化用反応器25に供給される。反応器25内には、オレフィン水素化用触媒25aが備えられている。この反応器25内において、オレフィン水素化用触媒の存在下、水素を含むオレフィン含有ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素ガス(低級パラフィン含有ガス)が合成される。   The synthesized olefin-containing gas is supplied to the olefin hydrogenation reactor 25 via a line 208. In the reactor 25, an olefin hydrogenation catalyst 25a is provided. In the reactor 25, a hydrocarbon gas (lower paraffin-containing gas) whose main component is propane or butane is synthesized from an olefin-containing gas containing hydrogen in the presence of an olefin hydrogenation catalyst.

合成された炭化水素ガスは、必要に応じて水分等を除去した後、加圧・冷却され、ライン209から製品となるLPGが得られる。LPGは、気液分離などにより水素等を除去してもよい。   The synthesized hydrocarbon gas is subjected to pressure and cooling after removing moisture and the like as necessary, and LPG as a product is obtained from the line 209. LPG may remove hydrogen or the like by gas-liquid separation or the like.

なお、図示しないが、LPG製造装置には、昇圧機、熱交換器、バルブ、計装制御装置などが必要に応じて設けられる。   Although not shown, the LPG manufacturing apparatus is provided with a booster, a heat exchanger, a valve, an instrumentation control device, and the like as necessary.

図3に、本発明の第2のLPGの製造方法を実施するのに好適なLPG製造装置の一例を示す。第2のLPGの製造方法は、ジメチルエーテルから一段階でLPGを合成する点で、第1−1のLPGの製造方法および第1−2のLPGの製造方法と異なる。   FIG. 3 shows an example of an LPG production apparatus suitable for carrying out the second LPG production method of the present invention. The second LPG production method is different from the 1-1 LPG production method and the 1-2 LPG production method in that LPG is synthesized from dimethyl ether in one step.

まず、含炭素原料として天然ガス(メタン)が、ライン301および302を経て、改質器31に供給される。また、図示しないが、必要に応じて酸素および/または水蒸気がライン302に供給される。さらに、リサイクルされる二酸化炭素含有ガスが、分離器33からリサイクルライン305およびライン302を経て、改質器31に供給される。改質器31内には、改質触媒(合成ガス製造用触媒)31aが備えられている。また、改質器31は、改質のために必要な熱を供給するための加熱手段(不図示)を備える。この改質器31内において、改質触媒の存在下、メタンが改質され、水素および一酸化炭素を含む合成ガスが得られる。   First, natural gas (methane) is supplied to the reformer 31 via lines 301 and 302 as a carbon-containing raw material. Although not shown, oxygen and / or water vapor is supplied to the line 302 as necessary. Further, the carbon dioxide-containing gas to be recycled is supplied from the separator 33 to the reformer 31 via the recycle line 305 and the line 302. In the reformer 31, a reforming catalyst (synthetic gas production catalyst) 31a is provided. The reformer 31 includes a heating unit (not shown) for supplying heat necessary for reforming. In the reformer 31, methane is reformed in the presence of the reforming catalyst, and a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is obtained.

このようにして得られた合成ガスは、ライン303を経て、ジメチルエーテル合成用反応器32に供給される。反応器32内には、ジメチルエーテル製造用触媒32aが備えられている。この反応器32内において、ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスが製造される。   The synthesis gas thus obtained is supplied to the dimethyl ether synthesis reactor 32 via a line 303. In the reactor 32, a catalyst 32a for producing dimethyl ether is provided. In this reactor 32, dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide is produced from synthesis gas in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether.

製造されたジメチルエーテル合成反応生成ガスは、気液分離などにより水分などが除去された後、ライン304を経て、分離器33に供給される。この分離器33内において、ジメチルエーテル合成反応生成ガスは、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスと、二酸化炭素含有ガスとに分離される。   The produced dimethyl ether synthesis reaction product gas is supplied to the separator 33 via a line 304 after moisture and the like are removed by gas-liquid separation or the like. In the separator 33, the dimethyl ether synthesis reaction product gas is separated into a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component and a carbon dioxide-containing gas.

分離された二酸化炭素含有ガスは、リサイクルライン305およびライン302により、改質器31にリサイクルされる。   The separated carbon dioxide-containing gas is recycled to the reformer 31 through a recycle line 305 and a line 302.

一方、ジメチルエーテル含有ガスは、ライン306を経て、液化石油ガス製造用反応器34に供給される。また、水素が、ライン307を経て、液化石油ガス製造用反応器34に供給される。反応器34内には、液化石油ガス製造用触媒34aが備えられている。この反応器34内において、液化石油ガス製造用触媒の存在下、ジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素ガス(低級パラフィン含有ガス)が合成される。   On the other hand, the dimethyl ether-containing gas is supplied to the liquefied petroleum gas production reactor 34 via the line 306. Further, hydrogen is supplied to the liquefied petroleum gas production reactor 34 via the line 307. The reactor 34 is provided with a liquefied petroleum gas production catalyst 34a. In the reactor 34, hydrocarbon gas (lower paraffin-containing gas) whose main component is propane or butane is synthesized from the dimethyl ether-containing gas in the presence of the catalyst for producing the liquefied petroleum gas.

合成された炭化水素ガスは、必要に応じて水分等を除去した後、加圧・冷却され、ライン308から製品となるLPGが得られる。LPGは、気液分離などにより水素等を除去してもよい。   The synthesized hydrocarbon gas is subjected to pressure and cooling after removing moisture and the like as necessary, and LPG as a product is obtained from the line 308. LPG may remove hydrogen or the like by gas-liquid separation or the like.

なお、図示しないが、LPG製造装置には、昇圧機、熱交換器、バルブ、計装制御装置などが必要に応じて設けられる。   Although not shown, the LPG manufacturing apparatus is provided with a booster, a heat exchanger, a valve, an instrumentation control device, and the like as necessary.

〔合成ガス製造工程〕
合成ガス製造工程では、含炭素原料と、後述の分離工程においてジメチルエーテル合成反応生成ガスから分離された二酸化炭素含有ガスとから、好ましくは一酸化炭素と水素とをCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含む合成ガスを製造する。二酸化炭素含有ガスは、二酸化炭素以外の成分、例えば、ジメチルエーテル合成反応における未反応の原料である一酸化炭素および水素や、水などを含んでいてもよい。さらに、含炭素原料と二酸化炭素含有ガスとに、HO、OおよびCOからなる群より選択される少なくとも一種を加えて、原料ガスとしてもよい。
[Syngas production process]
In the synthesis gas production step, carbon monoxide and hydrogen are preferably converted into CO: H 2 = 1: 0. 0 from the carbon-containing raw material and the carbon dioxide-containing gas separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas in the separation step described later. A synthesis gas containing 5 to 1: 1.5 (molar ratio) is produced. The carbon dioxide-containing gas may contain components other than carbon dioxide, for example, carbon monoxide and hydrogen which are unreacted raw materials in the dimethyl ether synthesis reaction, water, and the like. Furthermore, a raw material gas may be obtained by adding at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 to the carbon-containing raw material and the carbon dioxide-containing gas.

含炭素原料としては、炭素を含む物質であって、COと反応してHおよびCOを生成可能なものを用いることができる。含炭素原料としては、合成ガスの原料として公知のものを用いることができ、例えば、メタンやエタン等の低級炭化水素など、また、天然ガス、ナフサ、石炭などを用いることができる。As the carbon-containing raw material, a substance containing carbon and capable of producing H 2 and CO by reacting with CO 2 can be used. As the carbon-containing raw material, those known as raw materials for synthesis gas can be used. For example, lower hydrocarbons such as methane and ethane, natural gas, naphtha, coal, and the like can be used.

本発明では、通常、合成ガス製造工程、ジメチルエーテル製造工程、オレフィン製造工程およびオレフィン水素化工程、または、液化石油ガス製造工程において触媒を用いるため、含炭素原料(天然ガス、ナフサ、石炭など)としては、硫黄や硫黄化合物などの触媒被毒物質の含有量が少ないものが好ましい。また、含炭素原料に触媒被毒物質が含まれる場合には、必要に応じて、合成ガス製造工程に先立ち脱硫など、触媒被毒物質を除去する工程を行うことができる。   In the present invention, since a catalyst is usually used in a synthesis gas production process, a dimethyl ether production process, an olefin production process and an olefin hydrogenation process, or a liquefied petroleum gas production process, as a carbon-containing raw material (natural gas, naphtha, coal, etc.) Those having a low content of catalyst poisoning substances such as sulfur and sulfur compounds are preferable. Moreover, when a catalyst poisoning substance is contained in the carbon-containing raw material, a step of removing the catalyst poisoning substance such as desulfurization can be performed prior to the synthesis gas production process, if necessary.

合成ガスは、合成ガス製造用触媒(改質触媒)の存在下で、上記のような含炭素原料と、CO、HOおよびOからなる群より選択される少なくとも一種とを反応させることにより製造される。本発明においては、経済性などの点から、後述の分離工程においてジメチルエーテル合成反応生成ガスから分離された二酸化炭素を、含炭素原料を改質するのに用いる。The synthesis gas reacts the carbon-containing raw material as described above with at least one selected from the group consisting of CO 2 , H 2 O and O 2 in the presence of a synthesis gas production catalyst (reforming catalyst). It is manufactured by. In the present invention, carbon dioxide separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas in the separation step described later is used to reform the carbon-containing raw material from the viewpoint of economy and the like.

原料ガス中の二酸化炭素含有ガスの含有量、すなわちリサイクル原料の含有量は適宜決めることができる。   The content of the carbon dioxide-containing gas in the raw material gas, that is, the content of the recycled raw material can be determined as appropriate.

また、リサイクルする二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の含有量は適宜決めることができ、100モル%でなくてもよい。   Further, the content of carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas to be recycled can be determined as appropriate, and need not be 100 mol%.

本発明において好ましい組成である一酸化炭素と水素とをCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含む合成ガスは、例えば、天然ガス(メタン)と二酸化炭素とを1:1(モル比)程度で反応させる方法(COリフォーミング)などにより製造することができる。中でも、本発明においては、オートサーマルリフォーミングにより合成ガスを製造することが好ましい。A synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, which is a preferred composition in the present invention, at CO: H 2 = 1: 0.5 to 1: 1.5 (molar ratio) is, for example, natural gas (methane) and carbon dioxide. Can be produced by a method (CO 2 reforming) or the like. Among them, in the present invention, it is preferable to produce the synthesis gas by autothermal reforming.

また、例えば、上記のような原料から合成ガスを製造する反応器である改質器の下流にシフト反応器を設け、シフト反応(CO+HO→CO+H)によって合成ガスの組成を調整することもできる。In addition, for example, a shift reactor is provided downstream of a reformer that is a reactor for producing synthesis gas from the above raw materials, and the composition of the synthesis gas is adjusted by a shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ). You can also

本発明において、合成ガス製造工程から製造される好ましい合成ガスの組成は、CO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)である。製造される合成ガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H/CO;モル基準)は、0.8以上が好ましく、0.9以上がより好ましい。また、製造される合成ガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H/CO;モル基準)は、1.2以下が好ましく、1.1以下がより好ましい。In the present invention, the preferred composition of the synthesis gas produced from the synthesis gas production process is CO: H 2 = 1: 0.5 to 1: 1.5 (molar ratio). The content ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO; on a molar basis) in the produced synthesis gas is preferably 0.8 or more, and more preferably 0.9 or more. Further, the content ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO; on a molar basis) in the produced synthesis gas is preferably 1.2 or less, and more preferably 1.1 or less.

合成ガスの組成を上記の範囲にすることにより、次のジメチルエーテル製造工程において、より効率的に、より経済的にジメチルエーテルを製造することができ、その結果、より経済的にLPGを製造することができる。   By setting the composition of the synthesis gas within the above range, dimethyl ether can be produced more efficiently and more economically in the next dimethyl ether production process, and as a result, LPG can be produced more economically. it can.

組成が上記の範囲である合成ガスを製造するためには、用いる合成ガス製造用触媒の種類や、原料ガスの組成、含炭素原料と二酸化炭素含有ガスとの供給量比、その他の反応条件を適宜選択すればよい。   In order to produce a synthesis gas having a composition within the above range, the type of synthesis gas production catalyst to be used, the composition of the raw material gas, the supply ratio of the carbon-containing raw material to the carbon dioxide-containing gas, and other reaction conditions are determined. What is necessary is just to select suitably.

一酸化炭素と水素とをCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含む合成ガスは、例えば、次のような方法によって製造することができる。A synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen at CO: H 2 = 1: 0.5 to 1: 1.5 (molar ratio) can be produced, for example, by the following method.

下記式(A)で表される組成を有する複合酸化物からなる改質触媒の存在下、含炭素原料と二酸化炭素と酸素とスチーム(水蒸気)とを、反応器に導入する原料ガス中の(二酸化炭素+スチーム)/カーボン比を0.5〜3、酸素/カーボン比を0.2〜1とし、かつ、反応器出口での温度を900〜1100℃、圧力を5〜60kg/cmとして反応させることにより、本発明において用いられる合成ガスを製造することができる。In the presence of a reforming catalyst comprising a composite oxide having a composition represented by the following formula (A), a carbon-containing raw material, carbon dioxide, oxygen, and steam (steam) in the raw material gas introduced into the reactor ( Carbon dioxide + steam) / carbon ratio of 0.5 to 3, oxygen / carbon ratio of 0.2 to 1, temperature at the reactor outlet of 900 to 1100 ° C., pressure of 5 to 60 kg / cm 2 By reacting, the synthesis gas used in the present invention can be produced.

・Co・Ni・Mg・Ca・O (A)
(式中、Mは第6A族元素、第7A族元素、CoおよびNiを除く第8族遷移元素、第1B族元素、第2B族元素、第4B族元素およびランタノイド元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。a,b,c,dおよびeは各元素の原子比率を表し、a+b+c+d+e=1のとき、0≦a≦0.1、0.001≦(b+c)≦0.3、0≦b≦0.3、0≦c≦0.3、0.6≦(d+e)≦0.999、0<d≦0.999、0≦e≦0.999であり、fは各元素が酸素と電荷均衡を保つのに必要な数である。)
反応器に導入する原料ガス中の(二酸化炭素+スチーム)/カーボン比は、0.5〜2程度が好ましい。また、反応器の出口の温度は、950〜1050℃が好ましい。反応器の出口の圧力は、15〜20kg/cmが好ましい。
M a · Co b · Ni c · Mg d · Ca e · O f (A)
(Wherein M is selected from the group consisting of Group 6A elements, Group 7A elements, Group 8 transition elements excluding Co and Ni, Group 1B elements, Group 2B elements, Group 4B elements, and lanthanoid elements) Represents at least one element, a, b, c, d and e represent the atomic ratio of each element, and when a + b + c + d + e = 1, 0 ≦ a ≦ 0.1, 0.001 ≦ (b + c) ≦ 0. 3, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.3, 0.6 ≦ (d + e) ≦ 0.999, 0 <d ≦ 0.999, 0 ≦ e ≦ 0.999, and f is (Each element is necessary to maintain charge balance with oxygen.)
The (carbon dioxide + steam) / carbon ratio in the raw material gas introduced into the reactor is preferably about 0.5 to 2. The temperature at the outlet of the reactor is preferably 950 to 1050 ° C. The pressure at the outlet of the reactor is preferably 15 to 20 kg / cm 2 .

原料ガスの空間速度は、通常、500〜200000hr−1であり、1000〜100000hr−1が好ましく、1000〜70000hr−1がより好ましい。The space velocity of the raw material gas is usually 500~200000Hr -1, preferably 1000~100000hr -1, 1000~70000hr -1 are more preferred.

上記式(A)で表される組成を有する複合酸化物は、MgO、CaOが岩塩型結晶構造をとり、その格子に位置するMgまたはCa原子の一部がCo、NiあるいはMに置換した一種の固溶体であって、単相をなすものである。   The composite oxide having the composition represented by the above formula (A) is a kind in which MgO and CaO have a rock salt type crystal structure, and a part of Mg or Ca atoms located in the lattice is substituted with Co, Ni or M It is a solid solution and forms a single phase.

上記式(A)中、Mは、マンガン、モリブデン、ロジウム、ルテニウム、白金、パラジウム、銅、銀、亜鉛、錫、鉛、ランタンおよびセリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましい。   In the above formula (A), M is at least one element selected from the group consisting of manganese, molybdenum, rhodium, ruthenium, platinum, palladium, copper, silver, zinc, tin, lead, lanthanum and cerium. preferable.

Mの含有量(a)は0≦a≦0.1であり、0≦a≦0.05であることが好ましく、0≦a≦0.03であることがより好ましい。Mの含有量(a)が0.1を超えると、リフォーミング反応の活性が低下してくる。   The M content (a) is 0 ≦ a ≦ 0.1, preferably 0 ≦ a ≦ 0.05, and more preferably 0 ≦ a ≦ 0.03. If the M content (a) exceeds 0.1, the activity of the reforming reaction decreases.

コバルト含有量(b)は0≦b≦0.3であり、0≦b≦0.25であることが好ましく、0≦b≦0.2であることがより好ましい。コバルト含有量(b)が0.3を超えると、炭素質析出防止効果が十分には得られにくくなる。   The cobalt content (b) is 0 ≦ b ≦ 0.3, preferably 0 ≦ b ≦ 0.25, and more preferably 0 ≦ b ≦ 0.2. When the cobalt content (b) exceeds 0.3, it is difficult to sufficiently obtain the carbonaceous precipitation preventing effect.

ニッケル含有量(c)は0≦c≦0.3であり、0≦c≦0.25であることが好ましく、0≦c≦0.2であることがより好ましい。ニッケル含有量(c)が0.3を超えると、炭素質析出防止効果が十分には得られにくくなる。   The nickel content (c) is 0 ≦ c ≦ 0.3, preferably 0 ≦ c ≦ 0.25, and more preferably 0 ≦ c ≦ 0.2. If the nickel content (c) exceeds 0.3, it is difficult to sufficiently obtain the carbonaceous precipitation preventing effect.

また、コバルト含有量(b)とニッケル含有量(c)との合計量(b+c)は0.001≦(b+c)≦0.3であり、0.001≦(b+c)≦0.25であることが好ましく、0.001≦(b+c)≦0.2であることがより好ましい。合計含有量(b+c)が0.3を超えると、炭素質析出防止効果が十分には得られにくくなる。一方、合計含有量(b+c)が0.001未満では、反応活性が低下してくる。   The total amount (b + c) of the cobalt content (b) and the nickel content (c) is 0.001 ≦ (b + c) ≦ 0.3, and 0.001 ≦ (b + c) ≦ 0.25. It is preferable that 0.001 ≦ (b + c) ≦ 0.2. When the total content (b + c) exceeds 0.3, it becomes difficult to sufficiently obtain the carbonaceous precipitation preventing effect. On the other hand, when the total content (b + c) is less than 0.001, the reaction activity decreases.

マグネシウム含有量(d)とカルシウム含有量(e)との合計量(d+e)は0.6≦(d+e)≦0.9998であり、0.7≦(d+e)≦0.9998であることが好ましく、0.77≦(d+e)≦0.9998であることがより好ましい。   The total amount (d + e) of the magnesium content (d) and the calcium content (e) is 0.6 ≦ (d + e) ≦ 0.9998, and 0.7 ≦ (d + e) ≦ 0.9998. Preferably, 0.77 ≦ (d + e) ≦ 0.9998 is more preferable.

このうち、マグネシウム含有量(d)は0<d≦0.999であり、0.2≦d≦0.9998であることが好ましく、0.37≦d≦0.9998であることがより好ましい。また、カルシウム含有量(e)は0≦e<0.999であり、0≦e≦0.5であることが好ましく、0≦e≦0.3であることがより好ましい。この触媒は、カルシウムを含有しないものであってもよい。   Among these, the magnesium content (d) is 0 <d ≦ 0.999, preferably 0.2 ≦ d ≦ 0.9998, and more preferably 0.37 ≦ d ≦ 0.9998. . The calcium content (e) is 0 ≦ e <0.999, preferably 0 ≦ e ≦ 0.5, and more preferably 0 ≦ e ≦ 0.3. This catalyst may not contain calcium.

マグネシウム含有量(d)とカルシウム含有量(e)との合計量(d+e)は、M含有量(a)、コバルト含有量(b)およびニッケル含有量(c)とのバランスで決められる。(d+e)は上記範囲内であればいかなる割合でもリフォーミング反応に優れた効果を発揮するが、カルシウム(e)とM(a)の含有量が多いと、炭素質析出の抑制に高い効果があるものの、マグネシウム(d)が多い場合に比べて触媒活性が低くなる傾向がある。活性の点からは、カルシウム含有量(e)が0.5以下であり、M含有量(a)が0.1以下であることが好ましい。   The total amount (d + e) of the magnesium content (d) and the calcium content (e) is determined by the balance of the M content (a), the cobalt content (b), and the nickel content (c). (D + e) exhibits an excellent effect on the reforming reaction at any ratio within the above range. However, if the contents of calcium (e) and M (a) are large, the effect of suppressing carbonaceous precipitation is high. Although it exists, there exists a tendency for a catalyst activity to become low compared with the case where there is much magnesium (d). From the viewpoint of activity, it is preferable that the calcium content (e) is 0.5 or less and the M content (a) is 0.1 or less.

用いる改質触媒は、M、CoおよびNiの少なくとも1種が複合酸化物中で高分散化されていることが好ましい。ここで、分散とは、担持された金属の全原子数に対する触媒表面に露出している原子数の比として定められるものである。すなわち、Co、NiあるいはMの金属元素またはその化合物の原子数をAとし、これらの原子のうち粒子表面に露出している原子の数をBとすると、B/Aが分散度となる。M、CoおよびNiの少なくとも1種が複合酸化物中で高分散化されている改質触媒を用いることにより、さらに高活性となって反応が化学量論的に進行し、炭素質(カーボン)の析出がより効果的に防止される。   The reforming catalyst to be used is preferably such that at least one of M, Co and Ni is highly dispersed in the composite oxide. Here, the dispersion is defined as the ratio of the number of atoms exposed on the catalyst surface to the total number of atoms of the supported metal. That is, if the number of atoms of a metal element of Co, Ni or M or a compound thereof is A and the number of atoms exposed on the particle surface among these atoms is B, B / A is the dispersity. By using a reforming catalyst in which at least one of M, Co, and Ni is highly dispersed in the composite oxide, the reaction becomes more active and the reaction proceeds stoichiometrically. Is more effectively prevented.

このような改質触媒を製造する方法としては、例えば、含浸担持法、共沈法、ゾル−ゲル法(加水分解法)、均一沈澱法などが挙げられる。   Examples of a method for producing such a reforming catalyst include an impregnation support method, a coprecipitation method, a sol-gel method (hydrolysis method), and a uniform precipitation method.

上記の改質触媒は、通常、合成ガスの製造に使用する前に、活性化処理を行う。活性化処理は、水素ガスなどの還元性気体の存在下、500〜1000℃、好ましくは600〜1000℃、より好ましくは650〜1000℃の温度範囲で0.5〜30時間程度、触媒を加熱することにより行う。還元性気体は、窒素ガスなどの不活性ガスで希釈されていてもよい。この活性化処理は、リフォーミング反応を行う反応器内で行うこともできる。この活性化処理により、触媒活性が発現する。   The above reforming catalyst is usually subjected to an activation treatment before being used for the production of synthesis gas. In the activation treatment, the catalyst is heated in the temperature range of 500 to 1000 ° C., preferably 600 to 1000 ° C., more preferably 650 to 1000 ° C. for about 0.5 to 30 hours in the presence of a reducing gas such as hydrogen gas. To do. The reducing gas may be diluted with an inert gas such as nitrogen gas. This activation treatment can also be performed in a reactor that performs the reforming reaction. By this activation treatment, catalytic activity is expressed.

本発明において用いられる合成ガスを製造する他の方法としては、含炭素原料を部分酸化して、未反応の含炭素原料を含む少なくとも600℃の温度を有する混合ガスを生成させ、次いで、この高温の混合ガス中に含まれる未反応の含炭素原料に、金属イオンの電気陰性度が13以下である金属酸化物からなる担体にロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属(触媒金属)を担持させた、比表面積25m/g以下、触媒金属の担持量が金属換算量で担体金属酸化物に対して0.0005〜0.1モル%の触媒の存在下において、加圧条件下で炭酸ガス(炭酸ガスおよびスチームであってもよい)を反応させて合成ガスを製造する方法が挙げられる。また、含炭素原料と、酸素含有ガス(空気、酸素など)と、炭酸ガス(炭酸ガスおよびスチームであってもよい)とからなる混合ガスを用い、金属イオンの電気陰性度が13以下である金属酸化物からなる担体にロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウムおよび白金からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属(触媒金属)を担持させた、比表面積25m/g以下、触媒金属の担持量が金属換算量で担体金属酸化物に対して0.0005〜0.1モル%の触媒の存在下において、該混合ガス中の含炭素原料を部分酸化して、未反応の含炭素原料を含む少なくとも600℃の温度を有する混合ガスを生成させるとともに、この未反応の含炭素原料に加圧条件下で炭酸ガス(炭酸ガスおよびスチームであってもよい)を反応させて合成ガスを製造する方法が挙げられる。As another method for producing the synthesis gas used in the present invention, the carbon-containing raw material is partially oxidized to produce a mixed gas having a temperature of at least 600 ° C. containing the unreacted carbon-containing raw material, and then this high temperature At least one selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium, and platinum as a carrier made of a metal oxide having an electronegativity of metal ions of 13 or less. Presence of a catalyst having a specific surface area of 25 m 2 / g or less supported on a seed metal (catalyst metal) and a catalyst metal loading of 0.0005 to 0.1 mol% relative to the support metal oxide in terms of metal. Below, there is a method of producing a synthesis gas by reacting carbon dioxide (which may be carbon dioxide and steam) under pressurized conditions. Moreover, the electronegativity of metal ions is 13 or less using a mixed gas comprising a carbon-containing raw material, an oxygen-containing gas (air, oxygen, etc.), and carbon dioxide gas (may be carbon dioxide and steam). A support made of a metal oxide is loaded with at least one metal (catalyst metal) selected from the group consisting of rhodium, ruthenium, iridium, palladium and platinum, a specific surface area of 25 m 2 / g or less, and a supported amount of the catalyst metal. In the presence of a catalyst in an amount of 0.0005 to 0.1 mol% with respect to the support metal oxide in a metal conversion amount, the carbon-containing raw material in the mixed gas is partially oxidized to include at least an unreacted carbon-containing raw material. A mixed gas having a temperature of 600 ° C. is generated, and this unreacted carbon-containing raw material is reacted with carbon dioxide gas (which may be carbon dioxide and steam) under pressure. And a method of manufacturing a gas.

ここで、触媒金属は、金属状態で担持されていてもよいし、酸化物などの金属化合物の状態で担持されていてもよい。また、担体として用いる金属酸化物は、単一金属酸化物であってもよいし、複合金属酸化物であってもよい。   Here, the catalyst metal may be supported in a metal state, or may be supported in the state of a metal compound such as an oxide. Further, the metal oxide used as the carrier may be a single metal oxide or a composite metal oxide.

担体用金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度は13以下であり、12以下が好ましく、10以下がより好ましい。金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度が13を超えると、その触媒の使用に際して炭素析出が著しくなってくる。また、担体用金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度の下限値は、通常、4程度である。   The electronegativity of metal ions in the metal oxide for support is 13 or less, preferably 12 or less, and more preferably 10 or less. When the electronegativity of the metal ion in the metal oxide exceeds 13, carbon deposition becomes remarkable when the catalyst is used. Moreover, the lower limit of the electronegativity of metal ions in the metal oxide for support is usually about 4.

なお、金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度は、次式により定義されるものである。   In addition, the electronegativity of the metal ion in the metal oxide is defined by the following formula.

Xi=(1+2i)Xo
Xi:金属イオンの電気陰性度、
Xo:金属の電気陰性度、
i:金属イオンの荷電子数。
Xi = (1 + 2i) Xo
Xi: Electronegativity of metal ions,
Xo: metal electronegativity,
i: the number of valence electrons of the metal ion.

金属酸化物が複合金属酸化物である場合は、平均の金属イオン電気陰性度を用い、その値は、複合金属酸化物中に含まれる各金属イオンの電気陰性度に複合酸化物中の各酸化物のモル分率を掛けた値の合計値とする。   When the metal oxide is a composite metal oxide, the average metal ion electronegativity is used, and the value is calculated based on the electronegativity of each metal ion contained in the composite metal oxide. The sum of the product multiplied by the mole fraction of the product.

金属の電気陰性度(Xo)はPaulingの電気陰性度を用いる。Paulingの電気陰性度は、「藤代亮一訳、ムーア物理化学(下)(第4版)、東京化学同人,p.707(1974)」の表15.4に記載されている。金属酸化物中の金属イオンの電気陰性度(Xi)については、例えば、「触媒学会編、触媒講座、第2巻、p.145(1985)」に詳述されている。   Pauling's electronegativity is used for the metal electronegativity (Xo). Pauling's electronegativity is described in Table 15.4 of “Ryoichi Fujishiro, Moore Physical Chemistry (4th edition), Tokyo Kagaku Dojin, p.707 (1974)”. The electronegativity (Xi) of metal ions in the metal oxide is described in detail, for example, in “Catalyst Society, Catalyst Course, Vol. 2, p. 145 (1985)”.

このような金属酸化物としては、Mg、Ca、Ba、Zn、Al、Zr、La等の金属を1種以上含む金属酸化物が挙げられる。このような金属酸化物として、具体的には、マグネシア(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(BaO)、酸化亜鉛(ZnO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、酸化ランタン(La)等の単一金属酸化物や、MgO/CaO、MgO/BaO、MgO/ZnO、MgO/Al、MgO/ZrO、CaO/BaO、CaO/ZnO、CaO/Al、CaO/ZrO、BaO/ZnO、BaO/Al、BaO/ZrO、ZnO/Al、ZnO/ZrO、Al/ZrO、La/MgO、La/Al、La/CaO等の複合金属酸化物が挙げられる。Examples of such metal oxides include metal oxides containing one or more metals such as Mg, Ca, Ba, Zn, Al, Zr, and La. Specific examples of such metal oxides include magnesia (MgO), calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), Single metal oxides such as lanthanum oxide (La 2 O 3 ), MgO / CaO, MgO / BaO, MgO / ZnO, MgO / Al 2 O 3 , MgO / ZrO 2 , CaO / BaO, CaO / ZnO, CaO / Al 2 O 3 , CaO / ZrO 2 , BaO / ZnO, BaO / Al 2 O 3 , BaO / ZrO 2 , ZnO / Al 2 O 3 , ZnO / ZrO 2 , Al 2 O 3 / ZrO 2 , La 2 O Examples thereof include composite metal oxides such as 3 / MgO, La 2 O 3 / Al 2 O 3 , and La 2 O 3 / CaO.

用いる触媒の比表面積は25m/g以下であり、20m/g以下が好ましく、15m/g以下がより好ましく、10m/g以下が特に好ましい。また、用いる触媒の比表面積の下限値は、通常、0.01m/g程度である。触媒の比表面積を上記の範囲にすることにより、触媒の炭素析出活性をより十分に抑制することができる。Used specific surface area of the catalyst is not more than 25 m 2 / g, preferably not more than 20 m 2 / g, more preferably not more than 15m 2 / g, 10m 2 / g or less is particularly preferred. Moreover, the lower limit of the specific surface area of the catalyst used is usually about 0.01 m 2 / g. By setting the specific surface area of the catalyst within the above range, the carbon deposition activity of the catalyst can be more sufficiently suppressed.

ここで用いる触媒において、触媒の比表面積と担体である金属酸化物の比表面積とは実質的にほぼ同じである。したがって、担体である金属酸化物の比表面積は25m/g以下であり、20m/g以下が好ましく、15m/g以下がより好ましく、10m/g以下が特に好ましい。また、担体である金属酸化物の比表面積の下限値は、通常、0.01m/g程度である。In the catalyst used here, the specific surface area of the catalyst and the specific surface area of the metal oxide as a support are substantially the same. Therefore, the specific surface area of the metal oxide is a carrier is less 25 m 2 / g, preferably not more than 20 m 2 / g, more preferably not more than 15m 2 / g, 10m 2 / g or less is particularly preferred. Moreover, the lower limit of the specific surface area of the metal oxide as a support is usually about 0.01 m 2 / g.

なお、ここで、触媒または担体である金属酸化物の比表面積は、BET法により、温度15℃で測定されたものである。   Here, the specific surface area of the metal oxide as a catalyst or a carrier is measured at a temperature of 15 ° C. by the BET method.

比表面積が25m/g以下の触媒は、触媒金属の担持前に担体である金属酸化物を300〜1300℃、好ましくは650〜1200℃で焼成し、触媒金属担持後、得られた触媒金属担持物をさらに600〜1300℃、好ましくは650〜1200℃で焼成することによって得ることができる。また、担体である金属酸化物に触媒金属を担持後、得られた触媒金属担持物を600〜1300℃、好ましくは650℃〜1200℃で焼成することによっても得ることができる。焼成温度と焼成時間とを制御することによって、得られる触媒または担体である金属酸化物の比表面積を制御することができる。The catalyst having a specific surface area of 25 m 2 / g or less is obtained by calcining a metal oxide as a support at 300 to 1300 ° C., preferably 650 to 1200 ° C. before supporting the catalyst metal, and after the catalyst metal is supported, It can be obtained by further firing the support at 600 to 1300 ° C, preferably 650 to 1200 ° C. Further, after the catalyst metal is supported on the metal oxide as the carrier, the obtained catalyst metal support can be obtained by firing at 600 to 1300 ° C, preferably 650 to 1200 ° C. By controlling the calcination temperature and the calcination time, the specific surface area of the metal oxide which is the catalyst or the support obtained can be controlled.

担体である金属酸化物に対する触媒金属の担持量は、金属換算量で、0.0005〜0.1モル%である。担体である金属酸化物に対する触媒金属の担持量は、金属換算量で、0.001モル%以上が好ましく、0.002モル%以上がより好ましい。また、担体である金属酸化物に対する触媒金属の担持量は、金属換算量で、0.09モル%以下が好ましい。   The amount of the catalyst metal supported on the metal oxide as the support is 0.0005 to 0.1 mol% in terms of metal. The amount of the catalyst metal supported on the metal oxide as the carrier is preferably 0.001 mol% or more, and more preferably 0.002 mol% or more, in terms of metal. Further, the supported amount of the catalyst metal with respect to the metal oxide as the carrier is preferably 0.09 mol% or less in terms of metal.

上記のような触媒は、触媒の比表面積が小さく、かつ、触媒金属の担持量が非常に少量であるため、含炭素原料に対する十分な合成ガス化活性を有すると共に、炭素析出活性が著しく抑制されたものである。   The catalyst as described above has a small specific surface area of the catalyst and a very small amount of the catalyst metal supported, so that it has a sufficient synthesis gasification activity for the carbon-containing raw material, and the carbon deposition activity is remarkably suppressed. It is a thing.

このような触媒は、公知の方法に従って調製することができる。触媒を製造する方法としては、例えば、担体である金属酸化物を水中に分散させ、触媒金属塩またはその水溶液を添加、混合した後、触媒金属が担持された金属酸化物を水溶液から分離し、乾燥、焼成する方法(含浸法)や、担体である金属酸化物を排気後、細孔容積分の金属塩溶液を少量ずつ加え、担体表面を均一に濡れた状態にした後、乾燥、焼成する方法(incipient−wetness法)などが挙げられる。   Such a catalyst can be prepared according to a known method. As a method for producing a catalyst, for example, a metal oxide as a support is dispersed in water, a catalyst metal salt or an aqueous solution thereof is added and mixed, and then the metal oxide on which the catalyst metal is supported is separated from the aqueous solution. Drying and firing method (impregnation method) or exhausting the metal oxide as the carrier, adding a small amount of metal salt solution for the pore volume to make the surface of the carrier evenly wet, then drying and firing The method (incipient-wetness method) etc. are mentioned.

上記のような触媒の存在下、含炭素原料と二酸化炭素とを反応させることにより、または、含炭素原料とスチーム(水蒸気)および二酸化炭素とを反応させることにより、本発明において用いられる合成ガスを製造することができる。   By reacting the carbon-containing raw material with carbon dioxide in the presence of the catalyst as described above, or by reacting the carbon-containing raw material with steam (water vapor) and carbon dioxide, the synthesis gas used in the present invention is produced. Can be manufactured.

含炭素原料と二酸化炭素とを反応させる方法(COリフォーミング)の場合、反応温度は500〜1200℃であり、600〜1000℃が好ましい。反応圧力は5〜40kg/cmGであり、5〜30kg/cmGが好ましい。また、この反応を固定床方式で行う場合、ガス空間速度(GHSV)は1,000〜10,000hr−1であり、2,000〜8,000hr−1が好ましい。反応器に導入する原料ガス中のCOの含有量は、含炭素原料中の炭素1モル当たり、CO20〜0.5モルであり、10〜1モルが好ましい。In the case of a method of reacting a carbon-containing raw material and carbon dioxide (CO 2 reforming), the reaction temperature is 500 to 1200 ° C, preferably 600 to 1000 ° C. The reaction pressure is 5 to 40 kg / cm 2 G, preferably 5 to 30 kg / cm 2 G. When performing the reaction in a fixed bed system, a gas hourly space velocity (GHSV) is 1,000~10,000hr -1, 2,000~8,000hr -1 are preferred. The content of CO 2 in the raw material gas introduced into the reactor is 20 to 0.5 mol of CO 2 per 1 mol of carbon in the carbon-containing raw material, and preferably 10 to 1 mol.

スチームとCOの混合物を含炭素原料に反応させて合成ガスを製造する場合、スチームとCOとの混合割合は特に限定されないが、通常、HO/CO(モル比)は0.1〜10である。When a synthesis gas is produced by reacting a mixture of steam and CO 2 with a carbon-containing raw material, the mixing ratio of steam and CO 2 is not particularly limited, but usually the H 2 O / CO 2 (molar ratio) is 0. 1-10.

この合成ガスの製造方法においては、上記リフォーミング反応に必要とされるエネルギーは、リフォーミングの反応原料である含炭素原料の一部を部分酸化(部分燃焼)させ、その際に生じる燃焼熱により補給される。   In this synthesis gas production method, the energy required for the reforming reaction is caused by partial oxidation (partial combustion) of the carbon-containing raw material that is the reaction raw material for reforming, and the combustion heat generated at that time. To be replenished.

含炭素原料の部分酸化反応は、600〜1500℃、好ましくは700〜1300℃の温度および5〜50kg/cmG、好ましくは10〜40kg/cmGの圧力の条件下で実施される。含炭素原料を部分酸化させるための酸化剤としては酸素が用いられるが、この酸素源としては、純酸素の他に、空気、富酸素化空気などの酸素含有ガスが用いられる。反応器に導入する原料ガス中の酸素の含有量は、含炭素原料中の炭素に対する酸素の原子比(O/C)で、0.1〜4であり、0.5〜2が好ましい。The partial oxidation reaction of the carbon-containing raw material is performed under conditions of a temperature of 600 to 1500 ° C., preferably 700 to 1300 ° C., and a pressure of 5 to 50 kg / cm 2 G, preferably 10 to 40 kg / cm 2 G. Oxygen is used as an oxidizing agent for partially oxidizing the carbon-containing raw material. As this oxygen source, oxygen-containing gas such as air or oxygen-enriched air is used in addition to pure oxygen. The content of oxygen in the raw material gas introduced into the reactor is 0.1 to 4, preferably 0.5 to 2, in terms of the atomic ratio (O / C) of oxygen to carbon in the carbon-containing raw material.

この含炭素原料の部分酸化により、未反応の含炭素原料を含む、少なくとも600℃、好ましくは700〜1300℃の高温の混合ガスが得られる。この混合ガス中の未反応の含炭素原料に対して、上記の条件で二酸化炭素、または、二酸化炭素およびスチームを反応させることにより、合成ガスを製造することができる。二酸化炭素、または、二酸化炭素およびスチームは、含炭素原料の部分酸化により得られた混合ガスに添加して反応させてもよく、また、部分酸化反応に供する含炭素原料にあらかじめ添加・混合しておいてもよい。後者の場合には、含炭素原料の部分酸化とリフォーミング反応とを同時に行うことが可能となる。   By this partial oxidation of the carbon-containing raw material, a high-temperature mixed gas containing at least 600 ° C., preferably 700 to 1300 ° C., containing the unreacted carbon-containing raw material is obtained. A synthesis gas can be produced by reacting carbon dioxide or carbon dioxide and steam under the above conditions with the unreacted carbon-containing raw material in the mixed gas. Carbon dioxide or carbon dioxide and steam may be added to and reacted with the mixed gas obtained by partial oxidation of the carbon-containing raw material, or added and mixed in advance with the carbon-containing raw material used for the partial oxidation reaction. It may be left. In the latter case, the partial oxidation of the carbon-containing raw material and the reforming reaction can be performed simultaneously.

含炭素原料のリフォーミング反応は、各種の反応器形式で実施することができるが、通常、固定床方式、流動床方式で実施することが好ましい。   The reforming reaction of the carbon-containing raw material can be carried out in various types of reactors, but usually it is preferably carried out in a fixed bed system or a fluidized bed system.

〔ジメチルエーテル製造工程〕
ジメチルエーテル製造工程では、ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、上記の合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造する。
[Dimethyl ether production process]
In the dimethyl ether production process, by reacting carbon monoxide and hydrogen in the presence of a catalyst for dimethyl ether production, the synthesis gas produced from the synthesis gas obtained in the above synthesis gas production process contains dimethyl ether and carbon dioxide. Manufacturing.

ジメチルエーテル製造工程で反応器に送入されるガスは、合成ガス製造工程において得られた合成ガスに、一酸化炭素および水素や、その他の成分を加えたものであってもよい。   The gas fed into the reactor in the dimethyl ether production process may be a gas obtained by adding carbon monoxide, hydrogen, and other components to the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process.

また、ジメチルエーテル製造工程で反応器に送入されるガスは、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから所定の成分を分離したものであってもよい。通常、合成ガス製造工程において得られた合成ガスは、冷却しての気液分離などの公知の方法によって水分を分離し、次に、冷却しての気液分離、アミン等による吸収分離などの公知の方法によって二酸化炭素を分離した後、反応器に送入される。また、未反応の含炭素原料を、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、分離してもよい。   Further, the gas fed into the reactor in the dimethyl ether production process may be a gas obtained by separating predetermined components from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process. Usually, the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process is separated from moisture by a known method such as gas-liquid separation after cooling, and then cooled and separated by gas-liquid separation, absorption separation with amines, etc. After carbon dioxide is separated by a known method, it is sent to the reactor. Moreover, you may isolate | separate an unreacted carbon-containing raw material from the synthesis gas obtained in the synthesis gas manufacturing process.

なお、ここで分離された水分および二酸化炭素、未反応の含炭素原料は、合成ガス製造工程にリサイクルすることができる。   The water, carbon dioxide and unreacted carbon-containing raw material separated here can be recycled to the synthesis gas production process.

このジメチルエーテル製造工程では、公知の方法に準じて、ジメチルエーテルの合成反応を行うことができる。例えば、次のような方法によって、ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造することができる。   In this dimethyl ether production process, a synthesis reaction of dimethyl ether can be performed according to a known method. For example, a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide can be produced by reacting carbon monoxide and hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether by the following method.

ジメチルエーテルの合成反応は、固定床式、流動床式、スラリー床式など、各種の反応器形式で実施することができるが、通常、スラリー床式で実施することが好ましい。スラリー床式の場合、反応器内の温度がより均一になり、また、副生物の生成量もより少なくなる。   The synthesis reaction of dimethyl ether can be carried out in various types of reactors such as a fixed bed type, a fluidized bed type and a slurry bed type, but it is usually preferred to carry out in a slurry bed type. In the case of the slurry bed type, the temperature in the reactor becomes more uniform, and the amount of by-products produced becomes smaller.

ジメチルエーテル製造用触媒としては、例えば、1種以上のメタノール合成触媒成分と1種以上のメタノール脱水触媒成分とを含有する触媒や、1種以上のメタノール合成触媒成分と1種以上のメタノール脱水触媒成分と1種以上の水性ガスシフト触媒成分とを含有する触媒が挙げられる。   Examples of the catalyst for producing dimethyl ether include a catalyst containing one or more methanol synthesis catalyst components and one or more methanol dehydration catalyst components, or one or more methanol synthesis catalyst components and one or more methanol dehydration catalyst components. And a catalyst containing at least one water gas shift catalyst component.

ここで、メタノール合成触媒成分とは、CO+2H→CHOHの反応において触媒作用を示すものを指す。また、メタノール脱水触媒成分とは、2CHOH→CHOCH+HOの反応において触媒作用を示すものを指す。また、水性ガスシフト触媒成分とは、CO+HO→H+COの反応において触媒作用を示すものを指す。Here, the methanol synthesis catalyst component refers to a component that exhibits a catalytic action in the reaction of CO + 2H 2 → CH 3 OH. Further, the methanol dehydration catalyst component refers to one that exhibits a catalytic action in the reaction of 2CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O. The water gas shift catalyst component refers to a component that exhibits a catalytic action in the reaction of CO + H 2 O → H 2 + CO 2 .

メタノール合成触媒成分としては、公知のメタノール合成触媒、具体的には、酸化銅−酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化クロム、酸化銅−酸化亜鉛−酸化クロム、酸化銅−酸化亜鉛−アルミナ、酸化亜鉛−酸化クロム−アルミナなどが挙げられる。酸化銅−酸化亜鉛あるいは酸化銅−酸化亜鉛−アルミナの場合、酸化銅に対する酸化亜鉛の含有比率(酸化亜鉛/酸化銅;質量基準)は0.05〜20程度であり、0.1〜5程度がより好ましく、また、酸化銅に対するアルミナの含有比率(アルミナ/酸化銅;質量基準)は0〜2程度であり、0〜1程度がより好ましい。酸化亜鉛−酸化クロムあるいは酸化亜鉛−酸化クロム−アルミナの場合、酸化亜鉛に対する酸化クロムの含有比率(酸化クロム/酸化亜鉛;質量基準)は0.1〜10程度であり、0.5〜5程度がより好ましく、また、酸化亜鉛に対するアルミナの含有比率(アルミナ/酸化亜鉛;質量基準)は0〜2程度であり、0〜1程度がより好ましい。   As the methanol synthesis catalyst component, known methanol synthesis catalysts, specifically, copper oxide-zinc oxide, zinc oxide-chromium oxide, copper oxide-zinc oxide-chromium oxide, copper oxide-zinc oxide-alumina, zinc oxide- Examples thereof include chromium oxide-alumina. In the case of copper oxide-zinc oxide or copper oxide-zinc oxide-alumina, the content ratio of zinc oxide to copper oxide (zinc oxide / copper oxide; mass basis) is about 0.05 to 20, and about 0.1 to 5 In addition, the content ratio of alumina to copper oxide (alumina / copper oxide; mass basis) is about 0 to 2, and more preferably about 0 to 1. In the case of zinc oxide-chromium oxide or zinc oxide-chromium oxide-alumina, the content ratio of chromium oxide to zinc oxide (chromium oxide / zinc oxide; mass basis) is about 0.1 to 10, about 0.5 to 5 Moreover, the content ratio of alumina to zinc oxide (alumina / zinc oxide; mass basis) is about 0 to 2, and more preferably about 0 to 1.

メタノール合成触媒成分は、通常、CO+HO→H+COの反応において触媒作用を示し、水性ガスシフト触媒成分を兼ねることができる。The methanol synthesis catalyst component usually exhibits a catalytic action in a reaction of CO + H 2 O → H 2 + CO 2 and can also serve as a water gas shift catalyst component.

メタノール脱水触媒成分としては、例えば、酸塩基触媒であるγ−アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、ゼオライトなどが挙げられる。ゼオライトの金属酸化物成分としては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属の酸化物、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属の酸化物などが挙げられる。   Examples of the methanol dehydration catalyst component include γ-alumina, silica, silica / alumina, and zeolite, which are acid-base catalysts. Examples of the metal oxide component of zeolite include alkali metal oxides such as sodium and potassium, and alkaline earth metal oxides such as calcium and magnesium.

水性ガスシフト触媒成分としては、例えば、酸化銅−酸化亜鉛、酸化鉄−酸化クロムなどが挙げられる。酸化銅−酸化亜鉛の場合、酸化亜鉛に対する酸化銅の含有比率(酸化銅/酸化亜鉛;質量基準)は0.1〜20程度であり、0.5〜10程度がより好ましい。酸化鉄−酸化クロムの場合、酸化鉄に対する酸化クロムの含有比率(酸化クロム/酸化鉄;質量基準)は0.1〜20程度であり、0.5〜10程度がより好ましい。また、メタノール脱水触媒成分を兼ねた水性ガスシフト触媒成分として、例えば、銅(酸化銅を含む)−アルミナなどが挙げられる。   Examples of the water gas shift catalyst component include copper oxide-zinc oxide and iron oxide-chromium oxide. In the case of copper oxide-zinc oxide, the content ratio of copper oxide to zinc oxide (copper oxide / zinc oxide; based on mass) is about 0.1 to 20, and more preferably about 0.5 to 10. In the case of iron oxide-chromium oxide, the content ratio of chromium oxide to iron oxide (chromium oxide / iron oxide; mass basis) is about 0.1 to 20, more preferably about 0.5 to 10. Examples of the water gas shift catalyst component that also serves as the methanol dehydration catalyst component include copper (including copper oxide) -alumina.

メタノール合成触媒成分とメタノール脱水触媒成分と水性ガスシフト触媒成分との含有比率は特に限定されず、各触媒成分の種類や反応条件などに応じて適宜決めることができる。通常、メタノール合成触媒成分に対するメタノール脱水触媒成分の含有比率(メタノール脱水触媒成分/メタノール合成触媒成分;質量基準)は、0.1〜5程度であり、0.2〜2程度がより好ましい。また、メタノール合成触媒成分に対する水性ガス触媒成分の含有比率(水性ガス触媒成分/メタノール合成触媒成分;質量基準)は、0.2〜5程度であり、0.5〜3程度がより好ましい。メタノール合成触媒成分が水性ガスシフト触媒成分を兼ねる場合には、上記のメタノール合成触媒成分の含有量と上記の水性ガスシフト触媒成分の含有量とを合算した量をメタノール合成触媒成分の含有量とすることが好ましい。   The content ratio of the methanol synthesis catalyst component, the methanol dehydration catalyst component, and the water gas shift catalyst component is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the type of each catalyst component, reaction conditions, and the like. Usually, the content ratio of the methanol dehydration catalyst component to the methanol synthesis catalyst component (methanol dehydration catalyst component / methanol synthesis catalyst component; mass basis) is about 0.1 to 5, and more preferably about 0.2 to 2. The content ratio of the water gas catalyst component to the methanol synthesis catalyst component (water gas catalyst component / methanol synthesis catalyst component; mass basis) is about 0.2 to 5, more preferably about 0.5 to 3. When the methanol synthesis catalyst component also serves as the water gas shift catalyst component, the total amount of the methanol synthesis catalyst component and the content of the water gas shift catalyst component is the content of the methanol synthesis catalyst component. Is preferred.

ジメチルエーテル製造用触媒としては、メタノール合成触媒成分と、メタノール脱水触媒成分と、必要に応じて水性ガスシフト触媒成分とを混合したものが好ましい。これらの触媒成分を均一に混合した後、必要に応じて成形してもよく、また、成形後に再度粉砕してもよい。触媒成分を均一に混合した後、加圧密着させ、その後、再度粉砕した触媒を用いることにより、さらに優れた触媒性能が得られることもある。   The catalyst for producing dimethyl ether is preferably a mixture of a methanol synthesis catalyst component, a methanol dehydration catalyst component, and, if necessary, a water gas shift catalyst component. After these catalyst components are uniformly mixed, they may be molded as necessary, or may be pulverized again after molding. Even better catalytic performance may be obtained by uniformly mixing the catalyst components, press-contacting them, and then re-pulverizing the catalyst.

スラリー床式反応器を用いる場合、メタノール合成触媒成分の平均粒径、メタノール脱水触媒成分の平均粒径、および、水性ガスシフト触媒成分の平均粒径は300μm以下が好ましく、1〜200μmがより好ましく、10〜150μmが特に好ましい。   When using a slurry bed reactor, the average particle size of the methanol synthesis catalyst component, the average particle size of the methanol dehydration catalyst component, and the average particle size of the water gas shift catalyst component are preferably 300 μm or less, more preferably 1 to 200 μm, 10-150 micrometers is especially preferable.

ジメチルエーテル製造用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で必要により他の添加成分を含有していてもよい。   The catalyst for producing dimethyl ether may contain other additive components as necessary within the range not impairing the desired effect.

ジメチルエーテル製造工程では、上記のような触媒を用いて一酸化炭素と水素とを反応させ、ジメチルエーテルを製造する。   In the dimethyl ether production process, carbon monoxide and hydrogen are reacted using the above catalyst to produce dimethyl ether.

前述の通り、反応は、スラリー床式反応器を用いて行うことが好ましい。   As described above, the reaction is preferably performed using a slurry bed reactor.

スラリー床式反応器を用いる場合、ジメチルエーテル製造用触媒は、溶媒である媒体油に分散させてスラリー化した状態で使用する。   When a slurry bed reactor is used, the catalyst for producing dimethyl ether is used in a state of being dispersed in a medium oil as a solvent and slurryed.

媒体油としては、反応条件下において液体状態を安定に維持できることが必要であり、例えば、脂肪族、芳香族または脂環族の炭化水素、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、および、これらのハロゲン化物などが挙げられる。媒体油は、一種を用いても、二種以上を混合して用いてもよい。媒体油としては、炭化水素を主成分とするものが好ましい。また、媒体油として、硫黄分を除去した軽油、減圧軽油、水素化処理したコールタールの高沸点留分、フィッシャー・トロプシュ合成油、高沸点食用油なども用いることができる。   As a medium oil, it is necessary to be able to stably maintain a liquid state under reaction conditions, for example, aliphatic, aromatic or alicyclic hydrocarbons, alcohols, ethers, esters, ketones, and halides thereof. Etc. One medium oil may be used, or two or more medium oils may be mixed and used. As medium oil, what has a hydrocarbon as a main component is preferable. As the medium oil, light oil from which sulfur content has been removed, vacuum gas oil, hydrotreated coal tar high boiling fraction, Fischer-Tropsch synthetic oil, high boiling food oil, and the like can also be used.

ジメチルエーテル製造用触媒の使用量は、用いる溶媒(媒体油)の種類、反応条件などに応じて適宜決めることができるが、通常、溶媒に対して1〜50重量%程度が好ましい。ジメチルエーテル製造用触媒の使用量は、溶媒に対して5重量%以上がより好ましく、10重量%以上が特に好ましい。また、ジメチルエーテル製造用触媒の使用量は、溶媒に対して40重量%以下がより好ましい。   The amount of the dimethyl ether production catalyst can be appropriately determined according to the type of the solvent (medium oil) to be used, reaction conditions, and the like, but is usually preferably about 1 to 50% by weight based on the solvent. The amount of the catalyst for producing dimethyl ether is more preferably 5% by weight or more, particularly preferably 10% by weight or more based on the solvent. The amount of the dimethyl ether production catalyst is more preferably 40% by weight or less based on the solvent.

反応器に送入されるガスは、一酸化炭素と水素とをCO:H=1:0.5〜1:1.5(モル比)で含むことが好ましい。反応器に送入されるガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H/CO;モル基準)は、0.8以上がより好ましく、0.9以上が特に好ましい。また、反応器に送入されるガス中の一酸化炭素に対する水素の含有比率(H/CO;モル基準)は、1.2以下がより好ましく、1.1以下が特に好ましい。The gas fed into the reactor preferably contains carbon monoxide and hydrogen at CO: H 2 = 1: 0.5 to 1: 1.5 (molar ratio). The content ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO; on a molar basis) in the gas fed to the reactor is more preferably 0.8 or more, and particularly preferably 0.9 or more. Further, the content ratio of hydrogen to carbon monoxide (H 2 / CO; on a molar basis) in the gas fed to the reactor is more preferably 1.2 or less, and particularly preferably 1.1 or less.

なお、反応器に送入されるガスは、一酸化炭素および水素以外の成分を含むものであってもよい。   The gas fed into the reactor may contain components other than carbon monoxide and hydrogen.

スラリー床式反応器を用いる場合、反応温度は150〜400℃が好ましく、200℃以上がより好ましく、また、350℃以下がより好ましい。反応温度を上記の範囲にすることにより、一酸化炭素の転化率がより高くなる。   When a slurry bed reactor is used, the reaction temperature is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 200 ° C or more, and more preferably 350 ° C or less. By setting the reaction temperature within the above range, the conversion rate of carbon monoxide becomes higher.

反応圧力は1〜30MPaが好ましく、2MPa以上がより好ましく、また、8MPa以下がより好ましい。反応圧力を1MPa以上にすることにより、一酸化炭素の転化率がより高くなる。一方、経済性の点から、反応圧力を30MPa以下にすることが好ましい。   The reaction pressure is preferably 1 to 30 MPa, more preferably 2 MPa or more, and more preferably 8 MPa or less. By setting the reaction pressure to 1 MPa or more, the conversion rate of carbon monoxide becomes higher. On the other hand, the reaction pressure is preferably 30 MPa or less from the viewpoint of economy.

空間速度(触媒1kg当たりの標準状態における原料ガスの供給速度)は、100〜50000L/kg・hが好ましく、500L/kg・h以上がより好ましく、また、30000L/kg・h以下がより好ましい。空間速度を50000L/kg・h以下にすることにより、一酸化炭素の転化率がより高くなる。一方、経済性の点から、空間速度を100L/kg・h以上にすることが好ましい。   The space velocity (feeding rate of the raw material gas per kg of catalyst) is preferably 100 to 50000 L / kg · h, more preferably 500 L / kg · h or more, and more preferably 30000 L / kg · h or less. By setting the space velocity to 50000 L / kg · h or less, the conversion rate of carbon monoxide becomes higher. On the other hand, the space velocity is preferably 100 L / kg · h or more from the viewpoint of economy.

このようにして得られるジメチルエーテル合成反応生成ガスには、通常、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素以外に、未反応の原料である一酸化炭素および水素、水、メタノールなどが含まれる。   The dimethyl ether synthesis reaction product gas thus obtained usually contains, in addition to dimethyl ether and carbon dioxide, unreacted raw materials such as carbon monoxide and hydrogen, water, methanol, and the like.

〔分離工程〕
分離工程では、上記のジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する。
[Separation process]
In the separation step, a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component are separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step.

二酸化炭素含有ガスの分離前、あるいは、二酸化炭素含有ガスの分離後に、必要に応じて、ジメチルエーテル合成反応生成ガス、あるいは、ジメチルエーテル含有ガスから、副生物である水分やメタノール、未反応の原料である一酸化炭素および水素などを分離してもよい。   Before separation of carbon dioxide-containing gas or after separation of carbon dioxide-containing gas, if necessary, from dimethyl ether synthesis reaction product gas or dimethyl ether-containing gas, by-product moisture and methanol, unreacted raw material Carbon monoxide and hydrogen may be separated.

また、ジメチルエーテル合成反応生成ガスから分離した二酸化炭素含有ガスから、必要に応じて、二酸化炭素以外の成分をさらに分離してもよい。   Moreover, you may further isolate | separate components other than a carbon dioxide from the carbon dioxide containing gas isolate | separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas as needed.

なお、二酸化炭素含有ガスは、二酸化炭素以外の成分を含むものであってもよい。   The carbon dioxide-containing gas may contain components other than carbon dioxide.

二酸化炭素含有ガスの分離は、例えば、冷却しての気液分離、アミン等による吸収分離、蒸留など、公知の方法によって行うことができる。   Separation of the carbon dioxide-containing gas can be performed by a known method such as gas-liquid separation after cooling, absorption separation with amine or the like, distillation, and the like.

水分の分離は、例えば、冷却しての気液分離など、公知の方法によって行うことができる。   The separation of moisture can be performed by a known method such as gas-liquid separation after cooling.

メタノールの分離は、例えば、冷却しての気液分離、吸収分離など、公知の方法によって行うことができる。   Separation of methanol can be performed by a known method such as gas-liquid separation after cooling or absorption separation.

また、冷却しての気液分離などにより、水分とメタノールとを、同時に、ジメチルエーテル合成反応生成ガスまたはジメチルエーテル含有ガスから分離することもできる。   In addition, moisture and methanol can be simultaneously separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas or the dimethyl ether-containing gas by gas-liquid separation after cooling.

一酸化炭素の分離は、例えば、冷却しての気液分離など、公知の方法によって行うことができる。   The carbon monoxide can be separated by a known method such as gas-liquid separation after cooling.

水素の分離は、例えば、冷却しての気液分離など、公知の方法によって行うことができる。   Hydrogen can be separated by a known method such as gas-liquid separation after cooling.

また、冷却しての気液分離などにより、一酸化炭素と水素とを、同時に、ジメチルエーテル合成反応生成ガスまたはジメチルエーテル含有ガスから分離することもできる。   Further, carbon monoxide and hydrogen can be simultaneously separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas or the dimethyl ether-containing gas by gas-liquid separation after cooling.

ここで分離された水分、一酸化炭素、水素は、合成ガス製造工程にリサイクルすることもできる。また、ここで分離された一酸化炭素、水素は、ジメチルエーテル製造工程にリサイクルすることもできる。また、ここで分離されたメタノールは、後述のオレフィン製造工程または液化石油ガス製造工程の原料として、水素は、後述のオレフィン水素化工程または液化石油ガス製造工程の原料として使用することができる。   The water, carbon monoxide, and hydrogen separated here can be recycled to the synthesis gas production process. In addition, the carbon monoxide and hydrogen separated here can be recycled to the dimethyl ether production process. The separated methanol can be used as a raw material for an olefin production process or a liquefied petroleum gas production process, which will be described later, and hydrogen can be used as a raw material for an olefin hydrogenation process or a liquefied petroleum gas production process, which will be described later.

〔リサイクル工程〕
リサイクル工程では、上記の分離工程においてジメチルエーテル合成反応生成ガスから分離された二酸化炭素含有ガスを、合成ガス製造工程(改質工程)にリサイクルする。
[Recycling process]
In the recycling step, the carbon dioxide-containing gas separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas in the separation step is recycled to the synthesis gas production step (reforming step).

ジメチルエーテル合成反応生成ガスから分離された二酸化炭素含有ガスは、すべて合成ガス製造工程にリサイクルしてもよいし、また、一部を系外に抜き出し、残りを合成ガス製造工程にリサイクルしてもよい。二酸化炭素含有ガスは、所望の成分、すなわち二酸化炭素のみを分離して合成ガス製造工程にリサイクルすることもできる。   The carbon dioxide-containing gas separated from the dimethyl ether synthesis reaction product gas may all be recycled to the synthesis gas production process, or a part may be extracted out of the system and the rest may be recycled to the synthesis gas production process. . The carbon dioxide-containing gas can be separated into only the desired component, that is, carbon dioxide, and recycled to the synthesis gas production process.

二酸化炭素含有ガスをリサイクルするためには、適宜リサイクルラインに昇圧手段を設ける等、公知の技術を採用することができる。   In order to recycle the carbon dioxide-containing gas, a known technique such as appropriately providing a pressure increasing means in the recycle line can be employed.

〔ジメチルエーテル含有ガスからの液化石油ガスの製造工程〕
本発明においては、このようにして得られたジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガス(LPG)を製造する。
[Manufacturing process of liquefied petroleum gas from dimethyl ether-containing gas]
In the present invention, liquefied petroleum gas (LPG) containing a hydrocarbon whose main component is propane or butane is produced from the dimethyl ether-containing gas thus obtained.

本発明の第1−1のLPGの製造方法および第1−2のLPGの製造方法(両者を併せて第1のLPGの製造方法とも言う。)では、ジメチルエーテルからのオレフィンの合成反応とオレフィンのパラフィンへの水素化反応とを分け、二段階でLPGを合成する。一方、本発明の第2のLPGの製造方法では、ジメチルエーテルから一段階でLPGを合成する。   In the production method of the 1-1 LPG and the production method of the 1-2 LPG of the present invention (both are also referred to as the production method of the first LPG), the synthesis reaction of olefin from dimethyl ether and the olefin Separated from the hydrogenation reaction to paraffin, LPG is synthesized in two steps. On the other hand, in the second LPG production method of the present invention, LPG is synthesized from dimethyl ether in one step.

次に、ジメチルエーテル含有ガスから液化石油ガスを製造する工程である、第1のLPGの製造方法におけるオレフィン製造工程およびオレフィン水素化工程と、第2のLPGの製造方法における液化石油ガス製造工程とについて説明する。   Next, an olefin production step and an olefin hydrogenation step in the first LPG production method, and a liquefied petroleum gas production step in the second LPG production method, which are steps for producing liquefied petroleum gas from dimethyl ether-containing gas explain.

〔オレフィン製造工程〕
第1のLPGの製造方法のオレフィン製造工程では、オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルを反応させることにより、上記の分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類を含むオレフィン含有ガスを製造する。なお、このオレフィン含有ガスは、オレフィン類以外に、副生する水を含む。また、オレフィン製造工程においてオレフィンの水素化反応が進行し、得られるオレフィン含有ガスがプロパン、ブタン等のパラフィン類を含んでいてもよい。
[Olefin production process]
In the olefin production step of the first LPG production method, an olefin whose main component is propylene or butene from the dimethyl ether-containing gas obtained in the above separation step by reacting dimethyl ether in the presence of a catalyst for olefin production. Olefin-containing gas containing In addition, this olefin containing gas contains the by-product water other than olefins. Further, the olefin hydrogenation reaction proceeds in the olefin production process, and the resulting olefin-containing gas may contain paraffins such as propane and butane.

オレフィン製造工程で反応器に送入されるガスは、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスに、メタノール、水素、水など、その他の成分を加えたものであってもよい。   The gas fed into the reactor in the olefin production process may be a gas obtained by adding other components such as methanol, hydrogen, water, etc. to the dimethyl ether-containing gas obtained in the separation process.

オレフィン製造用触媒としては、メタノールの炭化水素への縮合反応および/またはジメチルエーテルの炭化水素への縮合反応において触媒作用を示すゼオライトなどが挙げられる。   Examples of the olefin production catalyst include zeolite that exhibits a catalytic action in the condensation reaction of methanol with hydrocarbons and / or the condensation reaction of dimethyl ether with hydrocarbons.

このオレフィン製造工程においては、下記式(3)に従って、ジメチルエーテルから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィンが合成されると考えられる。   In this olefin production process, it is considered that an olefin whose main component is propylene or butene is synthesized from dimethyl ether according to the following formula (3).

Figure 2006016583
このオレフィンの生成過程においては、まず、ジメチルエーテルの水和によりメタノールが生成し、オレフィン製造用触媒であるゼオライトの細孔内の空間場に配座する酸点と塩基点との協奏作用により、メタノールの脱水によってカルベン(HC:)が生成する。そして、このカルベンの重合によって、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィンが生成する。より詳細には、2量体としてエチレンが、3量体として、あるいは、エチレンとの反応によってプロピレンが、4量体として、あるいは、プロピレンとの反応によって、あるいは、エチレンの2量化によってブテンが生成すると考えられる。
Figure 2006016583
In this olefin production process, first, methanol is produced by hydration of dimethyl ether, and by the concerted action of the acid point and base point coordinated in the space field in the pores of the zeolite, which is a catalyst for olefin production, methanol Carbenes (H 2 C :) are produced by dehydration of The carbene polymerization produces an olefin whose main component is propylene or butene. More specifically, ethylene is produced as a dimer, but as a trimer, or by reaction with ethylene, propylene is produced as a tetramer, by reaction with propylene, or by dimerization of ethylene. I think that.

このオレフィンの生成過程においては、メタノールの脱水2量化によるジメチルエーテルの生成、エチレンなどの分解によるカルベンの生成、低級オレフィンの重合による高級オレフィンの生成、高級オレフィンの分解、オレフィンの環化、異性化による芳香族炭化水素、共役炭化水素化合物および飽和炭化水素の生成、シクロペンタジエニル構造などを有する共役炭化水素化合物のタールまたはコークス化などの反応が起こると考えられる。   In this olefin production process, dimethyl ether is produced by dehydration dimerization of methanol, carbene is produced by decomposition of ethylene, etc., higher olefin is produced by polymerization of lower olefin, higher olefin is decomposed, olefin cyclization, isomerization Reactions such as the formation of aromatic hydrocarbons, conjugated hydrocarbon compounds and saturated hydrocarbons, and tar or coking of conjugated hydrocarbon compounds having a cyclopentadienyl structure are considered to occur.

本発明においては、上記反応のうち、目的とするLPGに相当する炭素数のオレフィンまたはその前駆体の生成反応、すなわち、カルベンの生成反応、カルベンの重合によるエチレン、プロピレン、ブテンなど低級オレフィンの生成反応、カルベンとエチレンまたはプロピレンの反応およびエチレンの2量化反応、高級オレフィンの分解以外の反応を抑制することが重要である。さらには、生成するオレフィン類の主成分がプロピレンまたはブテンになるように反応を制御することが重要である。   In the present invention, among the reactions described above, a production reaction of an olefin having a carbon number corresponding to the target LPG or a precursor thereof, that is, a carbene production reaction, or a production of lower olefins such as ethylene, propylene and butene by carbene polymerization. It is important to suppress reactions other than the reaction, the reaction of carbene with ethylene or propylene, the dimerization reaction of ethylene, and the decomposition of higher olefins. Furthermore, it is important to control the reaction so that the main component of the olefins produced is propylene or butene.

そのためには、オレフィン製造用触媒として、適当な酸強度、酸量(酸濃度)および細孔径を有するゼオライトを用いることが重要である。   For that purpose, it is important to use a zeolite having an appropriate acid strength, acid amount (acid concentration) and pore diameter as a catalyst for olefin production.

オレフィン製造用触媒としては、例えば、ZSM−34、ZSM−5、好ましくはSi/Al比(原子比)が100以下である高シリカZSM−5、SAPO−34等のシリコアルミノフォスフェート(SAPO)などが挙げられる。また、Ni、Co、Fe、Pt、Pd、Cu、Ag等の金属、または、Mg、P、ランタニド等の元素を含有する、あるいは、これらの金属、元素またはTi、Nb等でイオン交換した上記のゼオライトも挙げられる。金属や化合物を含有させる、あるいは、金属や化合物でイオン交換することによって、また、コークを堆積させることによって、ゼオライトの酸強度や酸量を調整することが可能である。しかも、ゼオライトの酸強度や酸量を平均的にだけではなく、例えば、ゼオライト細孔外、細孔入口付近、細孔内部に分けて調整することが可能である。さらに、酸強度や酸量の調整と共に、同時にあるいは別途、細孔径を微妙に調節することも可能である。なお、金属や化合物を含有させる、あるいは、金属や化合物でイオン交換すると共に、コークを堆積させることもできる。   Examples of the olefin production catalyst include ZSM-34 and ZSM-5, preferably high silica ZSM-5 having a Si / Al ratio (atomic ratio) of 100 or less, and silicoaluminophosphate (SAPO) such as SAPO-34. Etc. Further, the metal containing Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Cu, Ag, or the like, or an element such as Mg, P, lanthanide, or ion-exchanged with these metals, elements, Ti, Nb, or the like. There are also mentioned zeolites. It is possible to adjust the acid strength and the acid amount of the zeolite by containing a metal or a compound, or by ion exchange with a metal or a compound, or by depositing coke. Moreover, the acid strength and acid amount of the zeolite can be adjusted not only on average but separately, for example, outside the zeolite pores, near the pore inlet, and inside the pores. Furthermore, the pore diameter can be finely adjusted simultaneously with or separately from the adjustment of the acid strength and the acid amount. In addition, a metal or a compound can be contained, or ion exchange can be performed with a metal or a compound, and coke can be deposited.

オレフィン製造用触媒としては、中でも、高シリカZSM−5、SAPO−34が好ましく、Si/Al比(原子比)が100以下、より好ましくは20以上70以下であるZSM−5、あるいは、この骨格のAlの半分以下の部分がFeで置換されたMFI構造のメタロシリケートがより好ましい。   As the olefin production catalyst, among them, high silica ZSM-5 and SAPO-34 are preferable, and ZSM-5 having an Si / Al ratio (atomic ratio) of 100 or less, more preferably 20 or more and 70 or less, or this skeleton. A metallosilicate having an MFI structure in which less than half of Al is substituted with Fe is more preferable.

なお、オレフィン製造用触媒は、一種を用いても、二種以上を併用してもよい。また、オレフィン製造用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で、他の添加成分を含有していてもよい。例えば、石英砂などで上記の触媒を希釈して用いることができる。また、生成するオレフィン類の主成分がプロピレンまたはブテンになるように反応を制御することが可能であれば、オレフィン製造用触媒を含有する触媒層は、1種以上のオレフィン水素化用触媒を含有していてもよい。   In addition, the catalyst for olefin production may use 1 type, or may use 2 or more types together. Moreover, the catalyst for olefin production may contain other additive components as long as the desired effect is not impaired. For example, the catalyst can be diluted with quartz sand or the like. If the reaction can be controlled so that the main component of the olefins to be produced is propylene or butene, the catalyst layer containing the olefin production catalyst contains one or more olefin hydrogenation catalysts. You may do it.

また、反応を固定床で行う場合、オレフィン製造用触媒を含有する触媒層は、原料ガスの流通方向に対してその組成を変化させることもできる。   When the reaction is carried out in a fixed bed, the composition of the catalyst layer containing the olefin production catalyst can be changed with respect to the flow direction of the raw material gas.

オレフィン製造用触媒は、オレフィン水素化触媒機能が付与された触媒であってもよい。このようなものとしては、オレフィン製造用触媒であるゼオライトを、オレフィン水素化触媒成分であるFe,Ni,Pd,Pt等の金属などで修飾(担持、イオン交換、骨格置換、あるいは、これらの金属成分を別途担体に担持して混合)した触媒などが挙げられる。   The catalyst for olefin production may be a catalyst provided with an olefin hydrogenation catalyst function. As such, the zeolite, which is an olefin production catalyst, is modified with a metal such as Fe, Ni, Pd, Pt, etc., which is an olefin hydrogenation catalyst component (support, ion exchange, skeletal substitution, or these metals). And a catalyst in which components are separately supported on a carrier and mixed).

生成するオレフィン類の主成分がプロピレンまたはブテンになるようにするためには、反応条件、特に原料ガスとオレフィン製造用触媒との接触時間を制御することも重要である。カルベンの重合、オレフィンの重合など、オレフィンの生成反応は逐次反応であり、原料ガスとオレフィン製造用触媒との接触時間が長くなるほど、炭素数の多いオレフィンが得られる傾向がある。   In order for the main component of the olefins to be produced to be propylene or butene, it is also important to control the reaction conditions, particularly the contact time between the feed gas and the olefin production catalyst. Olefin production reactions such as carbene polymerization and olefin polymerization are sequential reactions, and as the contact time between the raw material gas and the catalyst for olefin production increases, an olefin having a higher carbon number tends to be obtained.

プロピレンまたはブテンを主成分とするオレフィン類が得られる原料ガスとオレフィン製造用触媒との接触時間は、用いる触媒の種類や、その他の反応条件などによって異なる。本発明においては、予めオレフィンの合成反応を行い、原料ガスとオレフィン製造用触媒との接触時間を決定することもできる。   The contact time between the raw material gas from which olefins mainly composed of propylene or butene are obtained and the olefin production catalyst varies depending on the type of catalyst used and other reaction conditions. In the present invention, the contact time between the raw material gas and the catalyst for olefin production can be determined by conducting an olefin synthesis reaction in advance.

また、後述のオレフィン水素化工程においては、オレフィン水素化用触媒を含有する触媒層がオレフィン製造用触媒を含有していてもよいが、その場合、オレフィン水素化用触媒を含有する触媒層においてもカルベンの重合、オレフィンの重合などの反応が進行する点を考慮して、より炭素数の多いオレフィンの生成反応、すなわち、目的とするLPG相当の炭素数のオレフィンの消滅反応が進行しないように、原料ガスとオレフィン製造用触媒との接触時間を決定することが必要である。   Further, in the olefin hydrogenation step described later, the catalyst layer containing the olefin hydrogenation catalyst may contain an olefin production catalyst, but in that case, also in the catalyst layer containing the olefin hydrogenation catalyst. In consideration of the progress of reactions such as carbene polymerization and olefin polymerization, the generation reaction of olefins having a larger number of carbon atoms, that is, the elimination reaction of olefins having a carbon number equivalent to the target LPG does not proceed. It is necessary to determine the contact time between the feed gas and the olefin production catalyst.

反応は、固定床でも、流動床でも、移動床でも行うことができる。触媒層を2層以上設けるときには、固定床で行うことが好ましい。原料ガス組成、反応温度、反応圧力、触媒との接触時間などの反応条件は、用いる触媒の種類、性能、形状などに応じて適宜決めることができる。   The reaction can be carried out in a fixed bed, a fluidized bed or a moving bed. When two or more catalyst layers are provided, it is preferable to use a fixed bed. Reaction conditions such as the raw material gas composition, reaction temperature, reaction pressure, and contact time with the catalyst can be appropriately determined according to the type, performance, shape, etc. of the catalyst used.

例えば、オレフィン製造用触媒としてプロトン型ZSM‐5ゼオライトを用いる場合、以下のような条件で反応を行うことができる。   For example, when proton type ZSM-5 zeolite is used as a catalyst for olefin production, the reaction can be carried out under the following conditions.

反応器に送入されるガスは、上記の分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスを含む。また、反応器に送入されるガスは、さらに、水素を含んでいてもよい。   The gas fed into the reactor contains the dimethyl ether-containing gas obtained in the above separation step. Moreover, the gas sent into the reactor may further contain hydrogen.

オレフィン製造工程においてジメチルエーテル含有ガスに水素を添加する第1−2のLPGの製造方法の場合、反応器に送入されるガス中の水素の濃度は、ジメチルエーテル1モルに対して2モル以上が好ましく、2.5モル以上がより好ましい。また、この場合、反応器に送入されるガス中の水素の濃度は、ジメチルエーテル1モルに対して5モル以下が好ましく、4モル以下がより好ましい。   In the case of the 1-2 LPG production method in which hydrogen is added to the dimethyl ether-containing gas in the olefin production process, the concentration of hydrogen in the gas fed into the reactor is preferably 2 mol or more per 1 mol of dimethyl ether. 2.5 moles or more is more preferable. In this case, the concentration of hydrogen in the gas fed into the reactor is preferably 5 mol or less, more preferably 4 mol or less, with respect to 1 mol of dimethyl ether.

第1−2のLPGの製造方法の場合、反応器に送入されるガス中のジメチルエーテルの濃度は、10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましい。また、この場合、反応器に送入されるガス中のジメチルエーテルの濃度は、40モル%以下が好ましく、30モル%以下がより好ましい。   In the case of the 1-2 LPG production method, the concentration of dimethyl ether in the gas fed into the reactor is preferably 10 mol% or more, more preferably 20 mol% or more. In this case, the concentration of dimethyl ether in the gas fed to the reactor is preferably 40 mol% or less, and more preferably 30 mol% or less.

反応器に送入されるガスは、反応原料であるジメチルエーテルと水素以外に、例えば、メタノール、水、不活性ガスなどを含むものであってもよい。なお、メタノールも反応原料であり、オレフィン製造用触媒の存在下、反応してオレフィン類が生成する。   The gas fed into the reactor may contain, for example, methanol, water, inert gas, etc., in addition to dimethyl ether and hydrogen which are reaction raw materials. Methanol is also a reaction raw material and reacts in the presence of an olefin production catalyst to produce olefins.

なお、ジメチルエーテル含有ガスに水素を添加する場合、ジメチルエーテル含有ガスと水素(水素含有ガス)とは、混合して反応器に供給してもよく、また、別々に反応器に供給してもよい。   When hydrogen is added to the dimethyl ether-containing gas, the dimethyl ether-containing gas and hydrogen (hydrogen-containing gas) may be mixed and supplied to the reactor, or may be separately supplied to the reactor.

反応器入口温度は、活性の点から、300℃以上が好ましく、320℃以上がより好ましい。また、反応器入口温度は、選択性および触媒寿命の点から、470℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましい。   The reactor inlet temperature is preferably 300 ° C or higher, more preferably 320 ° C or higher, from the viewpoint of activity. Further, the reactor inlet temperature is preferably 470 ° C. or lower, more preferably 450 ° C. or lower, from the viewpoints of selectivity and catalyst life.

反応圧力は、活性、選択性および装置の操作性の点から、0.1MPa以上が好ましく、0.13MPa以上がより好ましい。また、反応圧力は、経済性、安全性の点から、2MPa以下が好ましく、0.99MPa以下がより好ましい。   The reaction pressure is preferably 0.1 MPa or more, more preferably 0.13 MPa or more, from the viewpoint of activity, selectivity, and operability of the apparatus. Further, the reaction pressure is preferably 2 MPa or less, more preferably 0.99 MPa or less, from the viewpoints of economy and safety.

ガス空間速度は、経済性の点から、2000hr−1以上が好ましく、4000hr−1以上がより好ましい。また、ガス空間速度は、活性および選択性の点から、60000hr−1以下が好ましく、30000hr−1以下がより好ましい。Gas space velocity, in terms of economic efficiency, preferably 2000 hr -1 or more, 4000 hr -1 or more is more preferable. Further, the gas space velocity, in terms of activity and selectivity, preferably 60000Hr -1 or less, 30000 hr -1 or less is more preferable.

反応器に送入されるガスは、分割して反応器に送入し、それにより反応温度を制御することもできる。   The gas fed into the reactor can be divided and fed into the reactor, thereby controlling the reaction temperature.

反応は固定床、流動床、移動床などで行うことができるが、反応温度の制御と触媒の再生方法との両面から選定することが好ましい。例えば、固定床としては、内部多段クエンチ方式などのクエンチ型反応器、多管型反応器、複数の熱交換器を内包するなどの多段型反応器、多段冷却ラジアルフロー方式や二重管熱交換方式や冷却コイル内蔵式や混合流方式などその他の反応器などを用いることができる。   The reaction can be carried out in a fixed bed, a fluidized bed, a moving bed, etc., but it is preferable to select from both aspects of control of reaction temperature and catalyst regeneration method. For example, as a fixed bed, a quench reactor such as an internal multi-stage quench system, a multi-tube reactor, a multi-stage reactor including a plurality of heat exchangers, a multi-stage cooling radial flow system or a double-tube heat exchange Other reactors such as a system, a built-in cooling coil system, and a mixed flow system can be used.

オレフィン製造用触媒は、温度制御を目的として、シリカ、アルミナなど、あるいは、不活性で安定な熱伝導体で希釈して用いることもできる。また、オレフィン製造用触媒は、温度制御を目的として、熱交換器表面に塗布して用いることもできる。   The catalyst for olefin production can be diluted with silica, alumina, or an inert and stable heat conductor for the purpose of temperature control. Moreover, the catalyst for olefin production can also be applied to the heat exchanger surface for the purpose of temperature control.

〔オレフィン水素化工程〕
第1のLPGの製造方法のオレフィン水素化工程では、オレフィン水素化用触媒の存在下、オレフィンと水素とを反応させることにより、上記のオレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガス(LPG)を製造する。
[Olefin hydrogenation process]
In the olefin hydrogenation step of the first LPG production method, the main component is obtained from the olefin-containing gas obtained in the olefin production step by reacting olefin and hydrogen in the presence of the olefin hydrogenation catalyst. Producing liquefied petroleum gas (LPG) containing hydrocarbons that are propane or butane.

第1−1のLPGの製造方法の場合、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスに水素を添加し、反応器に送入する。第1−2のLPGの製造方法の場合、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスは水素を含むが、必要に応じて、さらに水素を添加し、反応器に送入してもよい。   In the case of the 1-1st LPG manufacturing method, hydrogen is added to the olefin-containing gas obtained in the olefin manufacturing step, and the resultant is sent to the reactor. In the case of the 1-2 LPG production method, the olefin-containing gas obtained in the olefin production step contains hydrogen, but if necessary, hydrogen may be further added and fed to the reactor.

このオレフィン水素化工程においては、下記式(4)に従って、プロピレンと水素とを反応させ、プロパンを製造し、下記式(5)に従って、ブテンと水素とを反応させ、ブタンを製造する。   In this olefin hydrogenation step, propylene and hydrogen are reacted according to the following formula (4) to produce propane, and butene and hydrogen are reacted according to the following formula (5) to produce butane.

Figure 2006016583
Figure 2006016583

Figure 2006016583
オレフィン水素化用触媒としては、公知の水素化触媒、具体的には、Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Cu,Re等の金属または合金、Cu,Co,Ni,Cr,Zn,Re,Mo,W等の金属の酸化物、Co,Re,Mo,W等の金属の硫化物などが挙げられる。また、これらの触媒をカーボン、シリカ、アルミナ、シリカ・アルミナ、ゼオライト等の担体に担持して、あるいは、これらと混合して用いることもできる。
Figure 2006016583
As the olefin hydrogenation catalyst, a known hydrogenation catalyst, specifically, a metal or alloy such as Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Re, Cu, Co, Examples thereof include oxides of metals such as Ni, Cr, Zn, Re, Mo, and W, and sulfides of metals such as Co, Re, Mo, and W. Further, these catalysts can be used by supporting them on a carrier such as carbon, silica, alumina, silica / alumina, zeolite, or a mixture thereof.

オレフィン水素化用触媒としては、中でも、ニッケル触媒、パラジウム触媒、白金触媒などが好ましい。   As the olefin hydrogenation catalyst, a nickel catalyst, a palladium catalyst, a platinum catalyst and the like are preferable.

なお、オレフィン水素化用触媒は、一種を用いても、二種以上を併用してもよい。また、オレフィン水素化用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で、他の添加成分を含有していてもよい。例えば、石英砂などで上記の触媒を希釈して用いることができる。また、オレフィン水素化用触媒を含有する触媒層は、1種以上のオレフィン製造用触媒を含有していてもよい。   In addition, the catalyst for olefin hydrogenation may use 1 type, or may use 2 or more types together. Moreover, the catalyst for olefin hydrogenation may contain other additive components within a range not impairing the desired effect. For example, the catalyst can be diluted with quartz sand or the like. The catalyst layer containing the olefin hydrogenation catalyst may contain one or more olefin production catalysts.

また、反応を固定床で行う場合、オレフィン水素化用触媒を含有する触媒層は、原料ガスの流通方向に対してその組成を変化させることもできる。   When the reaction is carried out in a fixed bed, the composition of the catalyst layer containing the olefin hydrogenation catalyst can be changed with respect to the flow direction of the raw material gas.

オレフィン水素化用触媒は、オレフィン製造用触媒機能が付与された触媒であってもよい。なお、このものは、オレフィン水素化触媒機能が付与されたオレフィン製造用触媒と同様のものである。   The catalyst for olefin hydrogenation may be a catalyst provided with a catalyst function for olefin production. This is the same as the olefin production catalyst provided with the olefin hydrogenation catalyst function.

反応は、固定床でも、流動床でも、移動床でも行うことができる。触媒層を2層以上設けるときには、固定床で行うことが好ましい。原料ガス組成、反応温度、反応圧力、触媒との接触時間などの反応条件は、公知の方法に従い、用いる触媒の種類、性能、形状などに応じて適宜決めることができる。   The reaction can be carried out in a fixed bed, a fluidized bed or a moving bed. When two or more catalyst layers are provided, it is preferable to use a fixed bed. The reaction conditions such as the raw material gas composition, reaction temperature, reaction pressure, and contact time with the catalyst can be appropriately determined according to a known method according to the type, performance, shape, etc. of the catalyst used.

例えば、オレフィン水素化用触媒としてPd−アルミナ(パラジウム担持アルミナ)を用いる場合、以下のような条件で反応を行うことができる。   For example, when Pd-alumina (palladium-supported alumina) is used as the olefin hydrogenation catalyst, the reaction can be performed under the following conditions.

第1−1のLPGの製造方法の場合、反応器に送入されるガスは、上記のオレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスと水素とを含む。また、第1−2のLPGの製造方法の場合、反応器に送入されるガスは、上記のオレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスを含む。この場合も、反応器に送入されるガスは、さらに、オレフィン含有ガスに水素を添加したものであってもよい。   In the case of the 1-1st LPG manufacturing method, the gas sent into the reactor contains the olefin-containing gas and hydrogen obtained in the olefin manufacturing step. In the case of the 1-2 LPG production method, the gas fed into the reactor contains the olefin-containing gas obtained in the olefin production process. Also in this case, the gas fed into the reactor may further be a gas obtained by adding hydrogen to an olefin-containing gas.

反応器に送入されるガス中のオレフィン(主にプロピレン、ブテン)に対する水素の含有比率(H/C2n;モル基準)は、オレフィンをより十分に水素化する点から、1.1以上が好ましく、1.5以上がより好ましい。また、反応器に送入されるガス中のオレフィン(主にプロピレン、ブテン)に対する水素の含有比率(H/C2n;モル基準)は、経済性の点から、10以下が好ましく、5以下がより好ましい。The content ratio of hydrogen to olefin (mainly propylene and butene) (H 2 / C n H 2n ; molar basis) in the gas fed to the reactor is as follows: 1 or more is preferable, and 1.5 or more is more preferable. In addition, the content ratio of hydrogen to olefin (mainly propylene and butene) in the gas fed to the reactor (H 2 / C n H 2n ; molar basis) is preferably 10 or less from the viewpoint of economy, 5 or less is more preferable.

反応器に送入されるガスは、オレフィン含有ガスと水素以外に、例えば、水、不活性ガスなどを含むものであってもよい。   The gas fed into the reactor may contain, for example, water, an inert gas, etc. in addition to the olefin-containing gas and hydrogen.

なお、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスと水素(水素含有ガス)とは、混合して反応器に供給してもよく、また、別々に反応器に供給してもよい。また、反応器に送入されるガスは、分割して反応器に送入してもよい。   The olefin-containing gas and hydrogen (hydrogen-containing gas) obtained in the olefin production process may be mixed and supplied to the reactor, or may be separately supplied to the reactor. Further, the gas fed into the reactor may be divided and fed into the reactor.

反応温度は、活性の点から、120℃以上が好ましく、140℃以上がより好ましい。また、反応温度は、選択性および反応熱除去の点から、400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましい。   The reaction temperature is preferably 120 ° C or higher, more preferably 140 ° C or higher, from the viewpoint of activity. The reaction temperature is preferably 400 ° C. or less, more preferably 350 ° C. or less, from the viewpoint of selectivity and removal of reaction heat.

反応圧力は、活性の点から、0.11MPa以上が好ましく、0.13MPa以上がより好ましい。また、反応圧力は、経済性および安全性の点から、3MPa以下が好ましく、2MPa以下がより好ましい。   The reaction pressure is preferably 0.11 MPa or more, more preferably 0.13 MPa or more from the viewpoint of activity. In addition, the reaction pressure is preferably 3 MPa or less, more preferably 2 MPa or less, from the viewpoint of economy and safety.

ガス空間速度は、経済性の点から、1000hr−1以上が好ましく、1500hr−1以上がより好ましい。また、ガス空間速度は、活性の点から、40000hr−1以下が好ましく、20000hr−1以下がより好ましい。Gas space velocity, in terms of economic efficiency, preferably 1000 hr -1 or more, 1500 hr -1 or more is more preferable. Further, the gas space velocity, in terms of activity, preferably 40000Hr -1 or less, 20000Hr -1 or less is more preferable.

このようにして得られる反応生成ガス(低級パラフィン含有ガス)は、含まれる炭化水素の主成分がプロパンまたはブタンである。液化特性の点から、低級パラフィン含有ガス中のプロパンおよびブタンの合計含有量は多いほど好ましい。   In the reaction product gas (lower paraffin-containing gas) obtained in this way, the main component of the contained hydrocarbon is propane or butane. From the viewpoint of liquefaction characteristics, the higher the total content of propane and butane in the lower paraffin-containing gas, the better.

さらに、得られる低級パラフィン含有ガスは、燃焼性および蒸気圧特性の点から、ブタンよりプロパンが多いことが好ましい。   Further, the obtained lower paraffin-containing gas preferably has more propane than butane from the viewpoint of combustibility and vapor pressure characteristics.

また、得られる低級パラフィン含有ガスには、通常、水分や、プロパンの沸点より低い沸点または昇華点を持つ物質である低沸点成分、ブタンの沸点より高い沸点を持つ物質である高沸点成分が含まれる。低沸点成分としては、例えば、未反応の原料である水素、副生物であるエタン、メタンや、一酸化炭素、二酸化炭素などが挙げられる。高沸点成分としては、例えば、副生物である高沸点パラフィン(ペンタン、ヘキサン等)などが挙げられる。   In addition, the obtained lower paraffin-containing gas usually contains moisture, a low-boiling component that is a substance having a boiling point or sublimation point lower than that of propane, and a high-boiling component that is a substance having a boiling point higher than that of butane. It is. Examples of the low boiling point component include hydrogen as an unreacted raw material, ethane as a by-product, methane, carbon monoxide, and carbon dioxide. Examples of the high-boiling component include high-boiling paraffins (pentane, hexane, etc.) that are by-products.

そのため、得られた低級パラフィン含有ガスから、必要に応じて水分、低沸点成分および高沸点成分などを分離し、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガス(LPG)を得る。また、必要に応じて、未反応の原料であるジメチルエーテルなども公知の方法によって分離する。   Therefore, moisture, a low boiling point component, a high boiling point component, etc. are isolate | separated from the obtained lower paraffin containing gas as needed, and liquefied petroleum gas (LPG) which has propane or butane as a main component is obtained. If necessary, dimethyl ether, which is an unreacted raw material, is also separated by a known method.

水分の分離、低沸点成分の分離、高沸点成分の分離は、公知の方法によって行うことができる。   Separation of moisture, low-boiling components, and high-boiling components can be performed by known methods.

水分の分離は、例えば、液液分離などによって行うことができる。   Separation of moisture can be performed, for example, by liquid-liquid separation.

低沸点成分の分離は、例えば、気液分離、吸収分離、蒸留などによって行うことができる。より具体的には、加圧常温での気液分離や吸収分離、冷却しての気液分離や吸収分離、あるいは、その組み合わせによって行うことができる。また、膜分離や吸着分離によって行うこともでき、これらと気液分離、吸収分離、蒸留との組み合わせによって行うこともできる。低沸点成分の分離には、製油所で通常用いられているガス回収プロセス(「石油精製プロセス」石油学会/編、講談社サイエンティフィク、1998年、p.28〜p.32記載)を適用することができる。   Separation of low-boiling components can be performed, for example, by gas-liquid separation, absorption separation, distillation or the like. More specifically, it can be carried out by gas-liquid separation or absorption separation at pressurized normal temperature, gas-liquid separation or absorption separation after cooling, or a combination thereof. Moreover, it can also carry out by membrane separation or adsorption separation, and can also carry out by the combination of these, gas-liquid separation, absorption separation, and distillation. For the separation of low-boiling components, a gas recovery process commonly used in refineries (“Petroleum Refining Process”, Petroleum Society / Ed., Kodansha Scientific, 1998, p.28-p.32) is applied. be able to.

低沸点成分の分離方法としては、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガスを、ブタンより沸点の高い高沸点パラフィンガス、あるいは、ガソリンなどの吸収液に吸収させる吸収プロセスが好ましい。   As a method for separating the low-boiling components, an absorption process in which liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane is absorbed in an absorbing liquid such as high-boiling paraffin gas having a boiling point higher than butane or gasoline is preferable.

高沸点成分の分離は、例えば、気液分離、吸収分離、蒸留などによって行うことができる。   Separation of high-boiling components can be performed, for example, by gas-liquid separation, absorption separation, distillation, or the like.

なお、分離条件は、公知の方法に従って適宜決めることができる。   The separation conditions can be appropriately determined according to a known method.

また、液化石油ガスを得るために、必要に応じて加圧および/または冷却を行ってもよい。   Moreover, in order to obtain liquefied petroleum gas, you may pressurize and / or cool as needed.

民生用としては、使用時の安全性の点から、例えば、分離によってLPG中の低沸点成分の含有量を5モル%以下(0モル%も含む)とすることが好ましい。   For consumer use, from the viewpoint of safety at the time of use, for example, the content of low-boiling components in LPG is preferably 5 mol% or less (including 0 mol%) by separation.

また、このオレフィン水素化工程で低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分を、合成ガス製造工程の原料としてリサイクルすることもできる。   In addition, the low boiling point component separated from the lower paraffin-containing gas in the olefin hydrogenation step can be recycled as a raw material for the synthesis gas production step.

低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分は、すべて合成ガス製造工程にリサイクルしてもよいし、また、一部を系外に抜き出し、残りを合成ガス製造工程にリサイクルしてもよい。低沸点成分は、所望の成分のみを分離して合成ガス製造工程にリサイクルすることもできる。   All the low-boiling components separated from the lower paraffin-containing gas may be recycled to the synthesis gas production process, or a part may be extracted out of the system and the rest may be recycled to the synthesis gas production process. As for the low boiling point component, only a desired component can be separated and recycled to the synthesis gas production process.

この場合、合成ガス製造工程において、反応器である改質器に送入されるガス中の低沸点成分の含有量、すなわちリサイクル原料の含有量は適宜決めることができる。   In this case, in the synthesis gas production process, the content of low-boiling components in the gas fed to the reformer, which is a reactor, that is, the content of the recycled material can be determined as appropriate.

低沸点成分をリサイクルするためには、適宜リサイクルラインに昇圧手段を設ける等、公知の技術を採用することができる。   In order to recycle the low boiling point component, a known technique such as appropriately providing a pressure raising means in the recycle line can be employed.

本発明の第1のLPGの製造方法によれば、主成分がプロパンまたはブタンであるLPG、具体的にはプロパンおよびブタンの合計含有量が炭素量基準で90%以上、さらには95%以上(100%も含む)であるLPGを製造することができる。   According to the first LPG production method of the present invention, LPG whose main component is propane or butane, specifically, the total content of propane and butane is 90% or more, more preferably 95% or more on the basis of carbon content ( LPG can also be produced.

また、本発明の第1のLPGの製造方法によれば、主成分がプロパンであるLPG、具体的にはプロパンの含有量が炭素量基準で50%以上、さらには60%以上、さらには90%以上(100%も含む)であるLPGを製造することができる。本発明の第1のLPGの製造方法によれば、家庭用・業務用の燃料として広く用いられているプロパンガスに適した組成を有するLPGを製造することができる。   In addition, according to the first LPG production method of the present invention, LPG whose main component is propane, specifically, the content of propane is 50% or more, further 60% or more, further 90 % LPG (including 100%) can be produced. According to the first LPG production method of the present invention, it is possible to produce LPG having a composition suitable for propane gas that is widely used as a fuel for household and business use.

〔液化石油ガス製造工程〕
第2のLPGの製造方法の液化石油ガス製造工程では、液化石油ガス製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルと水素とを反応させることにより、上記の分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガス(LPG)を製造する。なお、上記の分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスが、ジメチルエーテルとともに、LPG合成反応に必要な量の水素を含む場合は、ジメチルエーテル含有ガスに水素を添加しなくてもよい。
[Liquefied petroleum gas production process]
In the liquefied petroleum gas production step of the second LPG production method, dimethyl ether and hydrogen are reacted in the presence of a liquefied petroleum gas production catalyst, thereby allowing the dimethyl ether-containing gas and hydrogen obtained in the above separation step to react with each other. , Producing liquefied petroleum gas (LPG) containing hydrocarbons whose main component is propane or butane. In addition, when the dimethyl ether containing gas obtained in said separation process contains the quantity of hydrogen required for LPG synthesis reaction with dimethyl ether, it is not necessary to add hydrogen to a dimethyl ether containing gas.

液化石油ガス製造工程で反応器に送入されるガスは、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とに、メタノールなど、その他の成分を加えたものであってもよい。   The gas fed into the reactor in the liquefied petroleum gas production process may be a gas obtained by adding other components such as methanol to the dimethyl ether-containing gas and hydrogen obtained in the separation process.

液化石油ガス製造用触媒としては、例えば、オレフィン水素化触媒成分をゼオライトに担持したものや、1種以上のメタノール合成触媒成分と1種以上のゼオライト触媒成分とを含有する触媒、具体的には、Cu−Zn系メタノール合成触媒とUSY型ゼオライトとを、Cu−Zn系メタノール合成触媒:USY型ゼオライト=1:5〜2:1(質量比)で含有する触媒、Cu−Zn系メタノール合成触媒とβ−ゼオライトとを、Cu−Zn系メタノール合成触媒:β−ゼオライト=1:5〜2:1(質量比)で含有する触媒、Pd系メタノール合成触媒とβ−ゼオライトとを、Pd系メタノール合成触媒:β−ゼオライト=1:5〜2.5:1(質量比)で含有する触媒などが挙げられる。また、担持Fe,Co,Ni等の水素化触媒とUSY型ゼオライトとを含有する触媒、担持Fe,Co,Ni等の水素化触媒とβ−ゼオライトとを含有する触媒なども挙げられる。   As a catalyst for liquefied petroleum gas production, for example, a catalyst in which an olefin hydrogenation catalyst component is supported on zeolite, a catalyst containing one or more methanol synthesis catalyst components and one or more zeolite catalyst components, specifically, , Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst and USY-type zeolite in a Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst: USY-type zeolite = 1: 5 to 2: 1 (mass ratio), Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst And β-zeolite, a catalyst containing Cu-Zn-based methanol synthesis catalyst: β-zeolite = 1: 5 to 2: 1 (mass ratio), Pd-based methanol synthesis catalyst and β-zeolite, Pd-based methanol Synthesis catalyst: β-zeolite = 1: 5 to 2.5: 1 (mass ratio), etc. In addition, a catalyst containing a hydrogenation catalyst such as supported Fe, Co, or Ni and a USY-type zeolite, a catalyst containing a hydrogenation catalyst such as supported Fe, Co, or Ni and β-zeolite, or the like may also be used.

ここで、オレフィン水素化触媒成分とは、オレフィンのパラフィンへの水素化反応において触媒作用を示すものを指す。また、ここで、ゼオライトは、メタノールの炭化水素への縮合反応および/またはジメチルエーテルの炭化水素への縮合反応において触媒作用を示すものである。   Here, an olefin hydrogenation catalyst component refers to what shows a catalytic action in the hydrogenation reaction of an olefin to paraffin. Here, the zeolite exhibits a catalytic action in the condensation reaction of methanol to hydrocarbon and / or the condensation reaction of dimethyl ether to hydrocarbon.

また、ここで、メタノール合成触媒成分とは、CO+2H→CHOHの反応において触媒作用を示すものを指す。また、ゼオライト触媒成分とは、メタノールの炭化水素への縮合反応および/またはジメチルエーテルの炭化水素への縮合反応において触媒作用を示すゼオライトを指す。メタノール合成触媒成分とゼオライト触媒成分とを含有する上記の触媒においては、メタノール合成触媒成分がオレフィン水素化触媒成分としての機能を有している。Here, the methanol synthesis catalyst component refers to a component that exhibits a catalytic action in the reaction of CO + 2H 2 → CH 3 OH. The zeolite catalyst component refers to a zeolite that exhibits a catalytic action in the condensation reaction of methanol to hydrocarbons and / or the condensation reaction of dimethyl ether to hydrocarbons. In the above catalyst containing a methanol synthesis catalyst component and a zeolite catalyst component, the methanol synthesis catalyst component functions as an olefin hydrogenation catalyst component.

この液化石油ガス製造工程においては、下記式(6)に従って、ジメチルエーテルと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンであるパラフィン(LPG)が合成されると考えられる。   In this liquefied petroleum gas production process, it is considered that paraffin (LPG) whose main component is propane or butane is synthesized from dimethyl ether and hydrogen according to the following formula (6).

Figure 2006016583
本発明においては、まず、ジメチルエーテルの水和によりメタノールが生成し、ゼオライト触媒成分の細孔内の空間場に配座する酸点と塩基点との協奏作用により、メタノールの脱水によってカルベン(HC:)が生成する。そして、このカルベンの重合によって、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィンが生成する。より詳細には、2量体としてエチレンが、3量体として、あるいは、エチレンとの反応によってプロピレンが、4量体として、あるいは、プロピレンとの反応によって、あるいは、エチレンの2量化によってブテンが生成すると考えられる。
Figure 2006016583
In the present invention, first, methanol is produced by hydration of dimethyl ether, and carbene (H 2) is produced by dehydration of methanol by the concerted action of acid sites and base sites that conform to the space field in the pores of the zeolite catalyst component. C :) is generated. The carbene polymerization produces an olefin whose main component is propylene or butene. More specifically, ethylene is produced as a dimer, but as a trimer, or by reaction with ethylene, propylene is produced as a tetramer, by reaction with propylene, or by dimerization of ethylene. I think that.

また、このオレフィンの生成過程においては、メタノールの脱水2量化によるジメチルエーテルの生成などの反応も起こると考えられる。   Further, it is considered that a reaction such as the production of dimethyl ether by dehydration dimerization of methanol occurs in the process of producing the olefin.

そして、オレフィン水素化触媒成分の作用により、生成したオレフィンが水素化され、主成分がプロパンまたはブタンであるパラフィン、すなわちLPGが合成される。   And the produced | generated olefin is hydrogenated by the effect | action of an olefin hydrogenation catalyst component, and the paraffin, ie, LPG, whose main component is propane or butane is synthesize | combined.

上記の触媒において、Cu−Zn系メタノール合成触媒としては、公知のものいずれをも使用することができ、市販品を使用することもできる。また、Pd系メタノール合成触媒としては、例えば、シリカ等の担体にPdを0.1〜10重量%担持したもの、シリカ等の担体にPdを0.1〜10重量%、Ca等のアルカリ金属、アルカリ土類金属およびランタノイド金属からなる群より選択される少なくとも一種を5重量%以下(0重量%を除く)担持したものが挙げられる。   In the above catalyst, any known Cu—Zn-based methanol synthesis catalyst can be used, and a commercially available product can also be used. Examples of the Pd-based methanol synthesis catalyst include those in which 0.1 to 10% by weight of Pd is supported on a carrier such as silica, 0.1 to 10% by weight of Pd on a carrier such as silica, and an alkali metal such as Ca. And at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals and lanthanoid metals is supported by 5% by weight or less (excluding 0% by weight).

なお、液化石油ガス製造用触媒は、一種を用いても、二種以上を併用してもよい。また、液化石油ガス製造用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で、他の添加成分を含有していてもよい。例えば、石英砂などで上記の触媒を希釈して用いることができる。   In addition, the catalyst for liquefied petroleum gas manufacture may use 1 type, or may use 2 or more types together. Moreover, the catalyst for liquefied petroleum gas production may contain other additive components within the range not impairing the desired effect. For example, the catalyst can be diluted with quartz sand or the like.

また、反応を固定床で行う場合、液化石油ガス製造用触媒を含有する触媒層は、原料ガスの流通方向に対してその組成を変化させることもできる。例えば、触媒層は、原料ガスの流通方向に対して、前段にゼオライト触媒成分を多く含有し、後段にオレフィン水素化触媒成分としての機能を有するメタノール合成触媒成分を多く含有する構成にすることができる。   When the reaction is performed in a fixed bed, the composition of the catalyst layer containing the liquefied petroleum gas production catalyst can be changed with respect to the flow direction of the raw material gas. For example, the catalyst layer may be configured to contain a large amount of a zeolite catalyst component in the preceding stage and a large amount of a methanol synthesis catalyst component having a function as an olefin hydrogenation catalyst component in the subsequent stage with respect to the flow direction of the raw material gas. it can.

液化石油ガス製造用触媒としては、中でも、オレフィン水素化触媒成分をゼオライトに担持したものが好ましい。   As the liquefied petroleum gas production catalyst, a catalyst in which an olefin hydrogenation catalyst component is supported on zeolite is particularly preferable.

オレフィン水素化触媒成分としては、オレフィンのパラフィンへの水素化反応において触媒作用を示すものであれば特に限定されない。オレフィン水素化触媒成分として、具体的には、Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ru,Rh,Pd,Ir,Ptなどが挙げられる。オレフィン水素化触媒成分は、一種であっても、二種以上であってもよい。   The olefin hydrogenation catalyst component is not particularly limited as long as it exhibits a catalytic action in the hydrogenation reaction of olefin to paraffin. Specific examples of the olefin hydrogenation catalyst component include Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir, and Pt. The olefin hydrogenation catalyst component may be one kind or two or more kinds.

オレフィン水素化触媒成分としては、中でも、Pd,Ptが好ましく、Pdがより好ましい。オレフィン水素化触媒成分としてPdおよび/またはPtを用いることにより、高いプロパンおよびブタンの収率を保ちながら、一酸化炭素および二酸化炭素の副生をより十分に抑制することができる。   Among these, as the olefin hydrogenation catalyst component, Pd and Pt are preferable, and Pd is more preferable. By using Pd and / or Pt as the olefin hydrogenation catalyst component, carbon monoxide and carbon dioxide by-products can be more sufficiently suppressed while maintaining a high yield of propane and butane.

なお、Pd,Ptは金属の形で含まれていなくてもよく、例えば、酸化物、硝酸塩、塩化物などの形で含まれていてもよい。その場合、より高い触媒活性が得られる点から、反応前に、例えば、水素還元処理などをすることによって、Pd,Ptを金属パラジウム、金属白金に転化させることが好ましい。   Note that Pd and Pt may not be included in the form of a metal, and may be included in the form of an oxide, nitrate, chloride, or the like. In this case, it is preferable to convert Pd and Pt to metallic palladium and metallic platinum by, for example, hydrogen reduction treatment before the reaction from the viewpoint that higher catalytic activity can be obtained.

なお、Pd,Ptを活性化するための還元処理の処理条件は、担持したパラジウム化合物および/または白金化合物の種類などに応じて適宜決めることができる。   The treatment conditions for the reduction treatment for activating Pd and Pt can be appropriately determined according to the kind of the supported palladium compound and / or platinum compound.

また、触媒活性の点から、Pd,Pt等のオレフィン水素化触媒成分はゼオライトに高分散担持されていることが好ましい。   Further, from the viewpoint of catalytic activity, it is preferable that olefin hydrogenation catalyst components such as Pd and Pt are supported in a highly dispersed manner on zeolite.

オレフィン水素化触媒成分をゼオライトに担持した液化石油ガス製造用触媒のオレフィン水素化触媒成分の担持量は、合計で、0.005重量%以上が好ましく、0.01重量%以上がより好ましく、0.05重量%以上が特に好ましい。また、オレフィン水素化触媒成分をゼオライトに担持した液化石油ガス製造用触媒のオレフィン水素化触媒成分の担持量は、分散性と経済性との点から、合計で、5重量%以下が好ましく、1重量%以下がより好ましく、0.7重量%以下が特に好ましい。液化石油ガス製造用触媒のオレフィン水素化触媒成分の担持量を上記の範囲にすることにより、より高転化率、高選択率、高収率でプロパンおよび/またはブタンを製造することができる。   The total supported amount of the olefin hydrogenation catalyst component of the liquefied petroleum gas production catalyst in which the olefin hydrogenation catalyst component is supported on zeolite is preferably 0.005 wt% or more, more preferably 0.01 wt% or more, and 0 0.05% by weight or more is particularly preferable. Further, the supported amount of the olefin hydrogenation catalyst component of the liquefied petroleum gas production catalyst in which the olefin hydrogenation catalyst component is supported on zeolite is preferably 5% by weight or less in total from the viewpoint of dispersibility and economy. % By weight or less is more preferable, and 0.7% by weight or less is particularly preferable. Propane and / or butane can be produced with higher conversion, higher selectivity and higher yield by setting the supported amount of the olefin hydrogenation catalyst component in the liquefied petroleum gas production catalyst within the above range.

オレフィン水素化触媒成分の担持量を0.005重量%以上、より好ましくは0.01重量%以上、特に好ましくは0.05重量%以上にすることにより、メタノールおよび/またはジメチルエーテルをより選択的にプロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガスに転化させることができる。一方、オレフィン水素化触媒成分の担持量を5重量%以下、より好ましくは1重量%以下、特に好ましくは0.7重量%以下にすることにより、より高い触媒活性が得られる。   By making the supported amount of the olefin hydrogenation catalyst component 0.005% by weight or more, more preferably 0.01% by weight or more, particularly preferably 0.05% by weight or more, methanol and / or dimethyl ether can be more selectively used. It can be converted to liquefied petroleum gas based on propane or butane. On the other hand, when the supported amount of the olefin hydrogenation catalyst component is 5% by weight or less, more preferably 1% by weight or less, and particularly preferably 0.7% by weight or less, higher catalytic activity can be obtained.

オレフィン水素化触媒成分を担持するゼオライトとしては、メタノールの炭化水素への縮合反応および/またはジメチルエーテルの炭化水素への縮合反応において触媒作用を示すゼオライトであれば特に限定されず、いずれも使用することができ、また、市販されているものを使用することもできる。ゼオライトとしては、例えば、ZSM−5、β−ゼオライト、USY型ゼオライトなどが挙げられる。ゼオライトは、一種を用いても、二種以上を併用してもよい。   The zeolite carrying the olefin hydrogenation catalyst component is not particularly limited as long as it shows a catalytic action in the condensation reaction of methanol with hydrocarbons and / or the condensation reaction of dimethyl ether with hydrocarbons. Moreover, what is marketed can also be used. Examples of the zeolite include ZSM-5, β-zeolite, and USY-type zeolite. Zeolite may be used alone or in combination of two or more.

オレフィン水素化触媒成分を担持するゼオライトとしては、適当な酸強度、酸量(酸濃度)および細孔径を有するゼオライトを使用することが重要である。また、ゼオライトのSi/Al比(原子比)も重要である。さらに、細孔構造、結晶サイズや、その他の要素も重要であると思われる。   As the zeolite carrying the olefin hydrogenation catalyst component, it is important to use a zeolite having an appropriate acid strength, acid amount (acid concentration) and pore diameter. The Si / Al ratio (atomic ratio) of the zeolite is also important. In addition, pore structure, crystal size, and other factors appear to be important.

オレフィン水素化触媒成分を担持するゼオライトとしては、中でも、ZSM−5が好ましい。ZSM−5を用いることにより、より高い触媒活性、より高いプロパンおよびブタンの収率が得られ、しかも、一酸化炭素および二酸化炭素の副生をより十分に抑制することができる。   Among them, ZSM-5 is preferable as the zeolite carrying the olefin hydrogenation catalyst component. By using ZSM-5, higher catalytic activity, higher propane and butane yields can be obtained, and carbon monoxide and carbon dioxide by-products can be more sufficiently suppressed.

オレフィン水素化触媒成分を担持するZSM−5としては、高シリカZSM−5が好ましく、具体的にはSi/Al比(原子比)が20〜100のZSM−5が好ましい。Si/Al比(原子比)が20〜100のZSM−5を用いることにより、より高い触媒活性、より高いプロパンおよびブタンの収率が得られ、しかも、一酸化炭素および二酸化炭素の副生をより十分に抑制することができる。ZSM−5のSi/Al比(原子比)は、70以下がより好ましく、60以下が特に好ましい。   As ZSM-5 carrying the olefin hydrogenation catalyst component, high silica ZSM-5 is preferable, and specifically, ZSM-5 having a Si / Al ratio (atomic ratio) of 20 to 100 is preferable. By using ZSM-5 having an Si / Al ratio (atomic ratio) of 20 to 100, higher catalytic activity, higher yields of propane and butane are obtained, and carbon monoxide and carbon dioxide by-products are produced. It can suppress more fully. The Si / Al ratio (atomic ratio) of ZSM-5 is more preferably 70 or less, and particularly preferably 60 or less.

本発明において用いる液化石油ガス製造用触媒としては、ZSM−5にPdおよび/またはPtを担持したものが特に好ましく、ZSM−5にPdを担持したものがさらに好ましい。   As the liquefied petroleum gas production catalyst used in the present invention, a catalyst in which Pd and / or Pt is supported on ZSM-5 is particularly preferable, and a catalyst in which Pd is supported on ZSM-5 is more preferable.

この液化石油ガス製造用触媒において、Pdおよび/またはPtの担持量は、合計で、0.005重量%以上が好ましく、0.01重量%以上がより好ましく、0.05重量%以上が特に好ましい。また、Pdおよび/またはPtの担持量は、合計で、5重量%以下が好ましく、1重量%以下がより好ましく、0.7重量%以下が特に好ましい。   In this liquefied petroleum gas production catalyst, the total amount of Pd and / or Pt supported is preferably 0.005% by weight or more, more preferably 0.01% by weight or more, and particularly preferably 0.05% by weight or more. . The total amount of Pd and / or Pt supported is preferably 5% by weight or less, more preferably 1% by weight or less, and particularly preferably 0.7% by weight or less.

なお、上記の液化石油ガス製造用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で、オレフィン水素化触媒成分以外の成分をゼオライトに担持したものであってもよい。   The above liquefied petroleum gas production catalyst may be one in which components other than the olefin hydrogenation catalyst component are supported on zeolite within a range that does not impair the desired effect.

オレフィン水素化触媒成分をゼオライトに担持した液化石油ガス製造用触媒は、イオン交換法、含浸法など公知の方法で調製することができる。イオン交換法で調製した液化石油ガス製造用触媒は、含浸法で調製した液化石油ガス製造用触媒と比べて、触媒活性がより高い場合があり、より低い反応温度でLPG合成反応を行うことができ、より高い炭化水素の選択性、さらには、より高いプロパンおよびブタンの選択性が得られる場合がある。   A liquefied petroleum gas production catalyst in which an olefin hydrogenation catalyst component is supported on zeolite can be prepared by a known method such as an ion exchange method or an impregnation method. The catalyst for liquefied petroleum gas production prepared by the ion exchange method may have higher catalytic activity than the catalyst for liquefied petroleum gas production prepared by the impregnation method, and the LPG synthesis reaction may be performed at a lower reaction temperature. Higher hydrocarbon selectivity, and even higher propane and butane selectivity may be obtained.

オレフィン水素化触媒成分を担持したゼオライトは、必要により粉砕、成形して用いる。触媒の成形方法としては特に限定されないが、乾式の方法が好ましく、例えば、押出成形法、打錠成形法などが挙げられる。   The zeolite carrying the olefin hydrogenation catalyst component is used after being pulverized and molded as necessary. Although it does not specifically limit as a shaping | molding method of a catalyst, A dry method is preferable, for example, an extrusion molding method, a tableting molding method, etc. are mentioned.

液化石油ガス製造用触媒は、その所望の効果を損なわない範囲内で必要により他の添加成分を含有していてもよい。   The liquefied petroleum gas production catalyst may contain other additive components as necessary within the range not impairing the desired effect.

液化石油ガス製造工程では、上記のような液化石油ガス製造用触媒一種以上を用いて、ジメチルエーテルと水素とを反応させ、主成分がプロパンまたはブタンであるパラフィン類、好ましくは主成分がプロパンであるパラフィン類、すなわちLPGを製造する。   In the liquefied petroleum gas production process, dimethyl ether and hydrogen are reacted using one or more catalysts for liquefied petroleum gas production as described above, and paraffins whose main component is propane or butane, preferably the main component is propane. Paraffins or LPG are produced.

反応は、固定床でも、流動床でも、移動床でも行うことができる。原料ガス組成、反応温度、反応圧力、触媒との接触時間などの反応条件は、用いる触媒の種類などに応じて適宜決めることができるが、例えば、以下のような条件でLPG合成反応を行うことができる。   The reaction can be carried out in a fixed bed, a fluidized bed or a moving bed. Reaction conditions such as the raw material gas composition, reaction temperature, reaction pressure, and contact time with the catalyst can be appropriately determined according to the type of catalyst used. For example, the LPG synthesis reaction is performed under the following conditions. Can do.

反応器に送入されるガスは、上記の分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とを含む。   The gas fed into the reactor contains the dimethyl ether-containing gas obtained in the above separation step and hydrogen.

反応器に送入されるガス中のジメチルエーテルの濃度は、生産性と経済性との点から、10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましい。また、反応器に送入されるガス中のジメチルエーテルの濃度は、発熱量を抑え、触媒の劣化を抑制する点から、40モル%以下が好ましく、30モル%以下がより好ましい。   The concentration of dimethyl ether in the gas fed to the reactor is preferably 10 mol% or more, more preferably 20 mol% or more from the viewpoint of productivity and economy. Further, the concentration of dimethyl ether in the gas fed to the reactor is preferably 40 mol% or less, more preferably 30 mol% or less, from the viewpoint of suppressing the calorific value and suppressing deterioration of the catalyst.

反応器に送入されるガス中の水素の濃度は、水素化率と触媒劣化抑制の点から、ジメチルエーテル1モルに対して2モル以上が好ましく、2.5モル以上がより好ましい。また、反応器に送入されるガス中の水素の濃度は、生産性と経済性との点から、ジメチルエーテル1モルに対して5モル以下が好ましく、4モル以下がより好ましい。   The concentration of hydrogen in the gas fed to the reactor is preferably 2 moles or more, more preferably 2.5 moles or more with respect to 1 mole of dimethyl ether, from the viewpoint of hydrogenation rate and suppression of catalyst deterioration. Further, the concentration of hydrogen in the gas fed to the reactor is preferably 5 mol or less, more preferably 4 mol or less, with respect to 1 mol of dimethyl ether from the viewpoint of productivity and economy.

反応器に送入されるガスは、反応原料であるジメチルエーテルと水素以外に、例えば、メタノール、水、不活性ガスなどを含むものであってもよい。なお、メタノールも反応原料であり、液化石油ガス製造用触媒の存在下、水素と反応してパラフィン類が生成する。また、反応器に送入されるガスは、一酸化炭素および/または二酸化炭素を含むものであってもよい。   The gas fed into the reactor may contain, for example, methanol, water, inert gas, etc., in addition to dimethyl ether and hydrogen which are reaction raw materials. Methanol is also a reaction raw material and reacts with hydrogen in the presence of a liquefied petroleum gas production catalyst to produce paraffins. The gas fed into the reactor may contain carbon monoxide and / or carbon dioxide.

なお、ジメチルエーテル含有ガスと水素(水素含有ガス)とは、混合して反応器に供給してもよく、また、別々に反応器に供給してもよい。   The dimethyl ether-containing gas and hydrogen (hydrogen-containing gas) may be mixed and supplied to the reactor, or may be separately supplied to the reactor.

反応温度は、より高い触媒活性が得られる点から、300℃以上が好ましく、320℃以上がより好ましい。また、反応温度は、より高い炭化水素の選択性、さらには、より高いプロパンおよびブタンの選択性が得られる点と、触媒寿命の点とから、470℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましく、400℃以下が特に好ましい。   The reaction temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 320 ° C. or higher, from the viewpoint of obtaining higher catalytic activity. Further, the reaction temperature is preferably 470 ° C. or less, more preferably 450 ° C. or less, from the viewpoint of higher hydrocarbon selectivity, and further higher propane and butane selectivity and catalyst life. 400 ° C. or less is particularly preferable.

反応圧力は、より高い活性が得られる点と、装置の操作性の点とから、0.1MPa以上が好ましく、0.15MPa以上がより好ましい。また、反応圧力は、経済性および安全性の点から、3MPa以下が好ましく、2.5MPa以下がより好ましく、2MPa未満が特に好ましく、1.5MPa以下がさらに好ましい。また、反応圧力を2.5MPa以下、より好ましくは1.5MPa以下にすることにより、一酸化炭素および二酸化炭素の副生をより十分に抑制することができる。   The reaction pressure is preferably 0.1 MPa or more, more preferably 0.15 MPa or more, from the viewpoint of higher activity and the operability of the apparatus. In addition, the reaction pressure is preferably 3 MPa or less, more preferably 2.5 MPa or less, particularly preferably less than 2 MPa, and further preferably 1.5 MPa or less from the viewpoints of economy and safety. In addition, by making the reaction pressure 2.5 MPa or less, more preferably 1.5 MPa or less, carbon monoxide and carbon dioxide by-products can be more sufficiently suppressed.

さらに、本発明によれば、より低圧下でLPGを製造することができる。具体的には、1MPa未満、さらには0.6MPa以下の圧力下で、ジメチルエーテルと水素とからLPGを合成することができる。   Furthermore, according to the present invention, LPG can be produced under a lower pressure. Specifically, LPG can be synthesized from dimethyl ether and hydrogen under a pressure of less than 1 MPa or even 0.6 MPa or less.

ガス空間速度は、経済性の点から、1500hr−1以上が好ましく、1800hr−1以上がより好ましい。また、ガス空間速度は、より高い活性が得られ、また、より高いプロパンおよびブタンの選択性が得られる点から、60000hr−1以下が好ましく、30000hr−1以下がより好ましい。Gas space velocity, in terms of economic efficiency, preferably 1500 hr -1 or more, 1800Hr -1 or more is more preferable. Further, the gas space velocity is higher activity can be obtained and, from the point of higher selectivity for propane and butane is obtained, preferably 60000Hr -1 or less, 30000 hr -1 or less is more preferable.

反応器に送入されるガスは、分割して反応器に送入し、それにより反応温度を制御することもできる。   The gas fed into the reactor can be divided and fed into the reactor, thereby controlling the reaction temperature.

反応は固定床、流動床、移動床などで行うことができるが、反応温度の制御と触媒の再生方法との両面から選定することが好ましい。例えば、固定床としては、内部多段クエンチ方式などのクエンチ型反応器、多管型反応器、複数の熱交換器を内包するなどの多段型反応器、多段冷却ラジアルフロー方式や二重管熱交換方式や冷却コイル内蔵式や混合流方式などその他の反応器などを用いることができる。   The reaction can be carried out in a fixed bed, a fluidized bed, a moving bed, etc., but it is preferable to select from both aspects of control of reaction temperature and catalyst regeneration method. For example, as a fixed bed, a quench reactor such as an internal multi-stage quench system, a multi-tube reactor, a multi-stage reactor including a plurality of heat exchangers, a multi-stage cooling radial flow system or a double-tube heat exchange Other reactors such as a system, a built-in cooling coil system, and a mixed flow system can be used.

液化石油ガス製造用触媒は、温度制御を目的として、シリカ、アルミナなど、あるいは、不活性で安定な熱伝導体で希釈して用いることもできる。また、液化石油ガス製造用触媒は、温度制御を目的として、熱交換器表面に塗布して用いることもできる。   The liquefied petroleum gas production catalyst can be diluted with silica, alumina, or an inert and stable heat conductor for the purpose of temperature control. In addition, the liquefied petroleum gas production catalyst can be applied to the surface of the heat exchanger for the purpose of temperature control.

本発明の第2のLPGの製造方法によれば、ジメチルエーテルの転化率が99%以上、さらには略100%でLPG合成反応を行うことができる。また、本発明の第2のLPGの製造方法によれば、ジメチルエーテルから炭化水素への転化率が90%以上、さらには95%以上、さらには98%以上の高活性、高選択性でLPG合成反応を行うことができる。   According to the second method for producing LPG of the present invention, the LPG synthesis reaction can be carried out at a conversion rate of dimethyl ether of 99% or more, more preferably about 100%. In addition, according to the second LPG production method of the present invention, LPG synthesis can be performed with high activity and high selectivity at a conversion rate from dimethyl ether to hydrocarbon of 90% or more, more preferably 95% or more, and even 98% or more. The reaction can be performed.

このようにして得られる反応生成ガス(低級パラフィン含有ガス)は、含まれる炭化水素の主成分がプロパンまたはブタンである。液化特性の点から、低級パラフィン含有ガス中のプロパンおよびブタンの合計含有量は多いほど好ましい。本発明の第2のLPGの製造方法では、プロパンおよびブタンの合計含有量が、含まれる炭化水素の炭素量基準で40%以上、さらには45%以上、さらには50%以上(100%も含む)である低級パラフィン含有ガスを得ることができる。   In the reaction product gas (lower paraffin-containing gas) obtained in this way, the main component of the contained hydrocarbon is propane or butane. From the viewpoint of liquefaction characteristics, the higher the total content of propane and butane in the lower paraffin-containing gas, the better. In the second LPG production method of the present invention, the total content of propane and butane is 40% or more, further 45% or more, further 50% or more (including 100%) based on the carbon content of the hydrocarbons contained. ), Which is a lower paraffin-containing gas.

さらに、得られる低級パラフィン含有ガスは、燃焼性および蒸気圧特性の点から、ブタンよりプロパンが多いことが好ましい。   Further, the obtained lower paraffin-containing gas preferably has more propane than butane from the viewpoint of combustibility and vapor pressure characteristics.

また、得られる低級パラフィン含有ガスには、通常、水分や、プロパンの沸点より低い沸点または昇華点を持つ物質である低沸点成分、ブタンの沸点より高い沸点を持つ物質である高沸点成分が含まれる。低沸点成分としては、例えば、未反応の原料である水素、副生物であるエタン、メタンや、一酸化炭素、二酸化炭素などが挙げられる。高沸点成分としては、例えば、副生物である高沸点パラフィン(ペンタン、ヘキサン等)などが挙げられる。   In addition, the obtained lower paraffin-containing gas usually contains moisture, a low-boiling component that is a substance having a boiling point or sublimation point lower than that of propane, and a high-boiling component that is a substance having a boiling point higher than that of butane. It is. Examples of the low boiling point component include hydrogen as an unreacted raw material, ethane as a by-product, methane, carbon monoxide, and carbon dioxide. Examples of the high-boiling component include high-boiling paraffins (pentane, hexane, etc.) that are by-products.

そのため、得られた低級パラフィン含有ガスから、必要に応じて水分、低沸点成分および高沸点成分などを分離し、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガス(LPG)を得る。また、必要に応じて、未反応の原料であるジメチルエーテルなども公知の方法によって分離する。   Therefore, moisture, a low boiling point component, a high boiling point component, etc. are isolate | separated from the obtained lower paraffin containing gas as needed, and liquefied petroleum gas (LPG) which has propane or butane as a main component is obtained. If necessary, dimethyl ether, which is an unreacted raw material, is also separated by a known method.

水分の分離、低沸点成分の分離、高沸点成分の分離は、公知の方法によって行うことができる。   Separation of moisture, low-boiling components, and high-boiling components can be performed by known methods.

水分の分離は、例えば、液液分離などによって行うことができる。   Separation of moisture can be performed, for example, by liquid-liquid separation.

低沸点成分の分離は、例えば、気液分離、吸収分離、蒸留などによって行うことができる。より具体的には、加圧常温での気液分離や吸収分離、冷却しての気液分離や吸収分離、あるいは、その組み合わせによって行うことができる。また、膜分離や吸着分離によって行うこともでき、これらと気液分離、吸収分離、蒸留との組み合わせによって行うこともできる。低沸点成分の分離には、製油所で通常用いられているガス回収プロセス(「石油精製プロセス」石油学会/編、講談社サイエンティフィク、1998年、p.28〜p.32記載)を適用することができる。   Separation of low-boiling components can be performed, for example, by gas-liquid separation, absorption separation, distillation or the like. More specifically, it can be carried out by gas-liquid separation or absorption separation at pressurized normal temperature, gas-liquid separation or absorption separation after cooling, or a combination thereof. Moreover, it can also carry out by membrane separation or adsorption separation, and can also carry out by the combination of these, gas-liquid separation, absorption separation, and distillation. For the separation of low-boiling components, a gas recovery process commonly used in refineries (“Petroleum Refining Process”, Petroleum Society / Ed., Kodansha Scientific, 1998, p.28-p.32) is applied. be able to.

低沸点成分の分離方法としては、プロパンまたはブタンを主成分とする液化石油ガスを、ブタンより沸点の高い高沸点パラフィンガス、あるいは、ガソリンなどの吸収液に吸収させる吸収プロセスが好ましい。   As a method for separating the low-boiling components, an absorption process in which liquefied petroleum gas mainly composed of propane or butane is absorbed in an absorbing liquid such as high-boiling paraffin gas having a boiling point higher than butane or gasoline is preferable.

高沸点成分の分離は、例えば、気液分離、吸収分離、蒸留などによって行うことができる。   Separation of high-boiling components can be performed, for example, by gas-liquid separation, absorption separation, distillation, or the like.

なお、分離条件は、公知の方法に従って適宜決めることができる。   The separation conditions can be appropriately determined according to a known method.

また、液化石油ガスを得るために、必要に応じて加圧および/または冷却を行ってもよい。   Moreover, in order to obtain liquefied petroleum gas, you may pressurize and / or cool as needed.

民生用としては、使用時の安全性の点から、例えば、分離によってLPG中の低沸点成分の含有量を5モル%以下(0モル%も含む)とすることが好ましい。   For consumer use, from the viewpoint of safety at the time of use, for example, the content of low-boiling components in LPG is preferably 5 mol% or less (including 0 mol%) by separation.

また、この液化石油ガス製造工程で低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分を、合成ガス製造工程の原料としてリサイクルすることもできる。   Further, the low boiling point component separated from the lower paraffin-containing gas in this liquefied petroleum gas production process can be recycled as a raw material for the synthesis gas production process.

低級パラフィン含有ガスから分離された低沸点成分は、すべて合成ガス製造工程にリサイクルしてもよいし、また、一部を系外に抜き出し、残りを合成ガス製造工程にリサイクルしてもよい。低沸点成分は、所望の成分のみを分離して合成ガス製造工程にリサイクルすることもできる。   All the low-boiling components separated from the lower paraffin-containing gas may be recycled to the synthesis gas production process, or a part may be extracted out of the system and the rest may be recycled to the synthesis gas production process. As for the low boiling point component, only a desired component can be separated and recycled to the synthesis gas production process.

この場合、合成ガス製造工程において、反応器である改質器に送入されるガス中の低沸点成分の含有量、すなわちリサイクル原料の含有量は適宜決めることができる。   In this case, in the synthesis gas production process, the content of low-boiling components in the gas fed to the reformer, which is a reactor, that is, the content of the recycled material can be determined as appropriate.

低沸点成分をリサイクルするためには、適宜リサイクルラインに昇圧手段を設ける等、公知の技術を採用することができる。   In order to recycle the low boiling point component, a known technique such as appropriately providing a pressure raising means in the recycle line can be employed.

このようにして製造されるLPG中のプロパンおよびブタンの合計含有量は、炭素量基準で90%以上、さらには95%以上(100%も含む)とすることができる。また、製造されるLPG中のプロパンの含有量は、炭素量基準で50%以上、さらには60%以上、さらには65%以上(100%も含む)とすることができる。本発明の第2のLPGの製造方法によれば、家庭用・業務用の燃料として広く用いられているプロパンガスに適した組成を有するLPGを製造することができる。   The total content of propane and butane in the LPG produced in this manner can be 90% or more, further 95% or more (including 100%) based on the amount of carbon. In addition, the content of propane in the produced LPG can be 50% or more, further 60% or more, further 65% or more (including 100%) on the basis of carbon amount. According to the second LPG production method of the present invention, it is possible to produce LPG having a composition suitable for propane gas that is widely used as a fuel for household and business use.

以上のように、本発明によれば、天然ガスなどの含炭素原料から、合成ガス、ジメチルエーテルを経由して、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素、すなわち液化石油ガス(LPG)を経済的に製造することができる。   As described above, according to the present invention, a hydrocarbon whose main component is propane or butane, that is, liquefied petroleum gas (LPG), is economically supplied from a carbon-containing raw material such as natural gas via synthesis gas and dimethyl ether. Can be manufactured.

Claims (5)

(i)含炭素原料と、リサイクル工程からリサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(ii)ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造するジメチルエーテル製造工程と、
(iii)ジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する分離工程と、
(iv)オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルを反応させることにより、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類を含むオレフィン含有ガスを製造するオレフィン製造工程と、
(v)オレフィン水素化用触媒の存在下、オレフィンと水素とを反応させることにより、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガスを製造するオレフィン水素化工程と、
(vi)分離工程において分離された二酸化炭素含有ガスの一部または全部を、合成ガス製造工程にリサイクルするリサイクル工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。
(I) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a raw material gas containing a carbon-containing raw material and a carbon dioxide-containing gas recycled from the recycling process;
(Ii) Dimethyl ether for producing a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process by reacting carbon monoxide with hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether. Manufacturing process,
(Iii) a separation step of separating a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step;
(Iv) An olefin production process for producing an olefin-containing gas containing olefins whose main component is propylene or butene from the dimethyl ether-containing gas obtained in the separation process by reacting dimethyl ether in the presence of an olefin production catalyst. When,
(V) Liquefaction containing hydrocarbons whose main component is propane or butane from olefin-containing gas and hydrogen obtained in the olefin production process by reacting olefin and hydrogen in the presence of an olefin hydrogenation catalyst. An olefin hydrogenation process for producing petroleum gas;
(Vi) A method for producing liquefied petroleum gas, comprising a recycling step of recycling a part or all of the carbon dioxide-containing gas separated in the separation step to a synthesis gas production step.
(i)含炭素原料と、リサイクル工程からリサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(ii)ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造するジメチルエーテル製造工程と、
(iii)ジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する分離工程と、
(iv)オレフィン製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルを反応させることにより、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とから、主成分がプロピレンまたはブテンであるオレフィン類と水素とを含むオレフィン含有ガスを製造するオレフィン製造工程と、
(v)オレフィン水素化用触媒の存在下、オレフィンと水素とを反応させることにより、オレフィン製造工程において得られたオレフィン含有ガスから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガスを製造するオレフィン水素化工程と、
(vi)分離工程において分離された二酸化炭素含有ガスの一部または全部を、合成ガス製造工程にリサイクルするリサイクル工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。
(I) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a raw material gas containing a carbon-containing raw material and a carbon dioxide-containing gas recycled from the recycling process;
(Ii) Dimethyl ether for producing a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process by reacting carbon monoxide with hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether. Manufacturing process,
(Iii) a separation step of separating a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step;
(Iv) Olefin-containing gas containing hydrogen and olefins whose main components are propylene or butene from dimethyl ether-containing gas and hydrogen obtained in the separation step by reacting dimethyl ether in the presence of a catalyst for olefin production An olefin production process for producing
(V) A liquefied petroleum gas containing a hydrocarbon whose main component is propane or butane from the olefin-containing gas obtained in the olefin production process by reacting olefin and hydrogen in the presence of an olefin hydrogenation catalyst. An olefin hydrogenation process to be produced;
(Vi) A method for producing liquefied petroleum gas, comprising a recycling step of recycling a part or all of the carbon dioxide-containing gas separated in the separation step to a synthesis gas production step.
(i)含炭素原料と、リサイクル工程からリサイクルされた二酸化炭素含有ガスとを含む原料ガスから、合成ガスを製造する合成ガス製造工程と、
(ii)ジメチルエーテル製造用触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを反応させることにより、合成ガス製造工程において得られた合成ガスから、ジメチルエーテルおよび二酸化炭素を含むジメチルエーテル合成反応生成ガスを製造するジメチルエーテル製造工程と、
(iii)ジメチルエーテル製造工程において得られたジメチルエーテル合成反応生成ガスから、二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスと、ジメチルエーテルを主成分とするジメチルエーテル含有ガスとを分離する分離工程と、
(iv)液化石油ガス製造用触媒の存在下、ジメチルエーテルと水素とを反応させることにより、分離工程において得られたジメチルエーテル含有ガスと水素とから、主成分がプロパンまたはブタンである炭化水素を含む液化石油ガスを製造する液化石油ガス製造工程と、
(v)分離工程において分離された二酸化炭素含有ガスの一部または全部を、合成ガス製造工程にリサイクルするリサイクル工程と
を有することを特徴とする液化石油ガスの製造方法。
(I) a synthesis gas production process for producing synthesis gas from a raw material gas containing a carbon-containing raw material and a carbon dioxide-containing gas recycled from the recycling process;
(Ii) Dimethyl ether for producing a dimethyl ether synthesis reaction product gas containing dimethyl ether and carbon dioxide from the synthesis gas obtained in the synthesis gas production process by reacting carbon monoxide with hydrogen in the presence of a catalyst for producing dimethyl ether. Manufacturing process,
(Iii) a separation step of separating a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide and a dimethyl ether-containing gas containing dimethyl ether as a main component from the dimethyl ether synthesis reaction product gas obtained in the dimethyl ether production step;
(Iv) Liquefaction containing hydrocarbons whose main component is propane or butane from dimethyl ether-containing gas and hydrogen obtained in the separation step by reacting dimethyl ether and hydrogen in the presence of a catalyst for liquefied petroleum gas production. A liquefied petroleum gas production process for producing petroleum gas;
(V) A method for producing a liquefied petroleum gas, comprising a recycling step of recycling a part or all of the carbon dioxide-containing gas separated in the separation step to a synthesis gas production step.
前記合成ガス製造工程において、前記原料ガスが、さらに、HO、OおよびCOからなる群より選択される少なくとも一種を含む請求項1〜3のいずれかに記載の液化石油ガスの製造方法。In the synthesis gas production process, the raw material gas further, the production of liquefied petroleum gas according to claim 1 comprising at least one selected from the group consisting of H 2 O, O 2 and CO 2 Method. 前記合成ガス製造工程において得られた合成ガス中の水素の含有量が、一酸化炭素1モルに対して、0.5〜1.5モルである請求項1〜4のいずれかに記載の液化石油ガスの製造方法。   The liquefaction according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of hydrogen in the synthesis gas obtained in the synthesis gas production step is 0.5 to 1.5 mol with respect to 1 mol of carbon monoxide. Oil gas production method.
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