JPWO2017179108A1 - Method for producing lower olefin - Google Patents

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Abstract

本発明は、メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む原料とゼオライト含有成形体触媒とを反応器内で接触させる接触工程を有し、当該原料は該原料の総量に対し当該メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を10質量%以上含み、当該ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは下記(1)〜(4)を満たす、低級オレフィンの製造方法を提供する:
(1)該ゼオライトは、中間細孔径ゼオライトである
(2)該ゼオライトは、実質的にプロトンを含まない
(3)該ゼオライトは、銀を含む
(4)該ゼオライトのシリカアルミナモル比(SiO/Alモル比)は、800以上2000以下である。
The present invention includes a contact step in which a raw material containing at least one selected from the group consisting of methanol and dimethyl ether and a zeolite-containing shaped catalyst are brought into contact in a reactor, and the raw material is the methanol relative to the total amount of the raw material. And the zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst contains at least one selected from the group consisting of dimethyl ether and the zeolite-containing molded catalyst satisfies the following (1) to (4):
(1) The zeolite is an intermediate pore size zeolite (2) The zeolite is substantially free of protons (3) The zeolite contains silver (4) Silica alumina molar ratio of the zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) is 800 or more and 2000 or less.

Description

本発明は、低級オレフィンの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a lower olefin.

近年、エチレン及びプロピレンのような低級オレフィンを製造する方法の中で、メタノール及び/又はジメチルエーテルからプロピレンを製造する方法が、注目されている(例えば、特許文献1参照)。また、エチレンとメタノールとからプロピレンを製造する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。これらの方法に用いられる触媒としては、ゼオライト触媒が提案されており、具体的にはSAPO−34型とZSM−5型の2種類が提案されている。   In recent years, among the methods for producing lower olefins such as ethylene and propylene, a method for producing propylene from methanol and / or dimethyl ether has attracted attention (for example, see Patent Document 1). A method for producing propylene from ethylene and methanol has also been proposed (see, for example, Patent Document 3). As a catalyst used in these methods, a zeolite catalyst has been proposed, and specifically, two types of SAPO-34 type and ZSM-5 type have been proposed.

例えば、特許文献1には、メタノールを低級オレフィンに転化させる触媒、ならびにこの触媒の製造方法及び使用方法が開示されている。その開示の中では、SAPO−34型のゼオライト触媒が、特別な触媒とされている。   For example, Patent Document 1 discloses a catalyst for converting methanol into a lower olefin, and a method for producing and using the catalyst. In that disclosure, a SAPO-34 type zeolite catalyst is a special catalyst.

また、特許文献2には、移動床式反応器を含む反応器で、オキシジェネレート供給原料をプロピレンに選択的に転化するための連続プロセスが開示されている。具体的には、モレキュラシーブを含み、オキシジェネレートの少なくとも一部をC3オレフィンに転化する能力と、C2及びC4オレフィンをC3オレフィンに相互転化する能力とを有する二元機能触媒粒子により、該原料をプロピレンに転化させる方法が開示されている。該二元機能触媒としては、ZSM−5に相当する構造、SAPO−34に相当する構造を有するゼオライトが用いられることも開示している。   Patent Document 2 discloses a continuous process for selectively converting an oxygenate feedstock to propylene in a reactor including a moving bed reactor. Specifically, the raw material is composed of bifunctional catalyst particles containing molecular sieves and having the ability to convert at least a portion of oxygenate into C3 olefins and the ability to interconvert C2 and C4 olefins into C3 olefins. A process for conversion to propylene is disclosed. It is also disclosed that a zeolite having a structure corresponding to ZSM-5 and a structure corresponding to SAPO-34 is used as the bifunctional catalyst.

さらに、特許文献3には、エチレンとメタノール及び/又はジメチルエーテルとを原料としてプロピレンを製造する方法において、未反応エチレンのリサイクル量が少なく、設備費、用役費が低い新規なプロセスを提供するものが開示されている。該特許文献に記載の実施例で用いられている触媒は、シリカアルミナモル比が1100のH−ZSM−5型ゼオライトである。   Further, Patent Document 3 provides a new process in which propylene is produced using ethylene and methanol and / or dimethyl ether as raw materials, and the amount of unreacted ethylene recycled is small, and the equipment and utility costs are low. Is disclosed. The catalyst used in the examples described in the patent document is H-ZSM-5 type zeolite having a silica alumina molar ratio of 1100.

またさらに、特許文献4には、プロピレンの収率を向上し、高付加価値の芳香族化合物を取り出し、芳香族化合物を含まない高品質ガソリンを得る方法が開示されている。該特許文献記載の方法は、反応器中の触媒上でジメチルエーテルを反応させて低級オレフィン類、およびガソリン炭化水素を含む反応混合物を得、これを第一分離装置でC5オレフィン混合物とC5以上のガソリン混合物および水相に分離し、C5以上のガソリン混合物を第二分離器に供給し、混合物中に含まれる大部分の芳香族化合物を分離回収し、残留分の少なくとも一部をリサイクル流として反応器に循環することを特徴とする方法である。用いる触媒は、ZSM−5型が好ましいとされている。   Furthermore, Patent Document 4 discloses a method for improving the yield of propylene, taking out a high-value-added aromatic compound, and obtaining high-quality gasoline not containing the aromatic compound. In the method described in this patent document, dimethyl ether is reacted on a catalyst in a reactor to obtain a reaction mixture containing lower olefins and gasoline hydrocarbons, and this is mixed with a C5 olefin mixture and a C5 or higher gasoline in a first separator. The mixture is separated into a mixture and an aqueous phase, a gasoline mixture of C5 or higher is fed to the second separator, most of the aromatic compounds contained in the mixture are separated and recovered, and at least a part of the residue is recycled as a recycled stream. It is a method characterized by recirculating. The catalyst used is preferably the ZSM-5 type.

さらにまた、特許文献5には、実質的にプロトンを含まず、銀を含有する中間細孔径ゼオライト含有触媒が開示されている。該特許文献では、C4〜C12オレフィンを含有する炭化水素からのエチレン及びプロピレンの製造方法を開示している。   Furthermore, Patent Document 5 discloses an intermediate pore size zeolite-containing catalyst which contains substantially no proton and contains silver. The patent document discloses a process for producing ethylene and propylene from hydrocarbons containing C4 to C12 olefins.

特開2008−544941号公報JP 2008-544941 A 特開2008−504273号公報JP 2008-504273 A 特開2008−106056号公報JP 2008-106056 A 米国公開特許2009/0124841号公報US Published Patent No. 2009/0124841 国際公開2000/10948号パンフレットInternational Publication No. 2000/10948

しかしながら、上述した従来技術におけるゼオライト触媒を用いて、メタノール及び/又はジメチルエーテルから工業的に低級オレフィンを製造する場合に、少なくとも以下の課題がある。   However, there are at least the following problems when industrially producing lower olefins from methanol and / or dimethyl ether using the above-described conventional zeolite catalyst.

まず、SAPO−34型のゼオライト触媒は、その細孔径が小さいことに起因して、コーキングによる活性劣化が顕著である。そのため、循環流動床システムにおいて低級オレフィンを製造するためには、多大な触媒の循環が必要となる。また、コーキングによる触媒の活性劣化が顕著であるために、得られたオレフィン類をリサイクルさせて、さらに低級オレフィンを得ることができない。これらの特徴は、工業的に実施する上で、不利と言わざるを得ない。   First, the SAPO-34 type zeolite catalyst has a remarkable activity deterioration due to coking due to its small pore diameter. Therefore, in order to produce lower olefins in a circulating fluidized bed system, a large amount of catalyst circulation is required. In addition, since the catalytic activity is significantly deteriorated by coking, the resulting olefins cannot be recycled to obtain further lower olefins. These features must be considered disadvantageous for industrial implementation.

一方、ZSM−5型のゼオライト触媒を用いるメタノール及び/又はジメチルエーテルを原料とする低級オレフィンの製造方法では、適度な活性に制御せず、活性が高すぎる場合には、副生成物である芳香族化合物の選択率が高くなり、プロピレンの選択率が低下する。これと同時に、コーキングによる触媒劣化が速くなってしまうことも問題である。ここで、コーキングにより活性が劣化した使用済触媒は、該コークを空気燃焼することで再生することが可能である。ただし、当該再生に於いて発生する水蒸気は、ゼオライト骨格の脱アルミニウムを促進する為、当該再生では回復できない触媒の活性劣化を引き起こしてしまう。また、この脱アルミニウムによる劣化は、コーク量が多いほど、進行が顕著である。   On the other hand, in the method for producing a lower olefin using methanol and / or dimethyl ether as a raw material using a ZSM-5 type zeolite catalyst, if the activity is too high and the activity is too high, an aromatic which is a by-product The selectivity of the compound increases and the selectivity of propylene decreases. At the same time, catalyst deterioration due to coking is also a problem. Here, the spent catalyst whose activity is deteriorated by coking can be regenerated by burning the coke with air. However, the water vapor generated in the regeneration promotes dealumination of the zeolite skeleton, and thus causes catalyst activity deterioration that cannot be recovered by the regeneration. Further, the deterioration due to dealumination becomes more remarkable as the amount of coke increases.

また、活性が低すぎる場合には、メタノール及び/又はジメチルエーテルを完全に転化せしめる為に多量の触媒が必要となってしまう。よって、ZSM−5型のゼオライト触媒を用いて低級オレフィンを製造する場合は、活性制御の目的で未使用触媒(調製後、接触工程に供していない触媒)に前処理を施すことにより、活性を最適化することが必要である。   On the other hand, if the activity is too low, a large amount of catalyst is required to completely convert methanol and / or dimethyl ether. Therefore, when a lower olefin is produced using a ZSM-5 type zeolite catalyst, the activity is controlled by pre-treating an unused catalyst (a catalyst that has not been subjected to the contacting step after preparation) for the purpose of activity control. It is necessary to optimize.

しかしながら、ZSM−5型のゼオライト触媒に前処理を施して、その活性を最適化した場合には、該活性の適正範囲が非常に狭いことに起因して、公知の前処理による触媒活性最適化では、適正範囲に調整された活性の再現性が乏しい。従って、工業的実施の為に、触媒の前処理による収率及び活性の最適化を容易に、かつ、再現性良く行うことができる方法を見出すことが必要である。   However, when the ZSM-5 type zeolite catalyst is pretreated and its activity is optimized, the appropriate range of the activity is very narrow, so that the catalyst activity optimization by the known pretreatment is optimized. Then, the reproducibility of the activity adjusted to an appropriate range is poor. Therefore, for industrial implementation, it is necessary to find a method capable of easily and reproducibly optimizing the yield and activity by pretreatment of the catalyst.

そこで、本発明は、長期に亘って安定的に、高収率の低級オレフィンを得ることのできる、低級オレフィンの製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of a lower olefin which can obtain a high yield of lower olefin stably over a long period of time.

本発明者らは、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、所望範囲量のメタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む原料と、所定のゼオライト触媒とを反応器内で接触させる接触工程を有する、低級オレフィンの製造方法を用いることによって、長期に亘って安定的に、高収率の低級オレフィンを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies in order to solve the above-described problems of the prior art, the present inventors have obtained a raw material containing at least one selected from the group consisting of a desired range of methanol and dimethyl ether, and a predetermined zeolite catalyst. It has been found that by using a method for producing a lower olefin having a contacting step in a reactor, a high yield of lower olefin can be obtained stably over a long period of time, and the present invention has been completed. It was.

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む原料と、ゼオライト含有成形体触媒と、を反応器内で接触させる、接触工程を有し、
前記原料は、該原料の総量に対し、前記メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、10質量%以上含み、
前記ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、下記(1)〜(4)を満たす、低級オレフィンの製造方法:
(1)該ゼオライトは、中間細孔径ゼオライトである
(2)該ゼオライトは、実質的にプロトンを含まない
(3)該ゼオライトは、銀を含む
(4)該ゼオライトのシリカアルミナモル比(SiO/Alモル比)は、800以上2000以下である。
[2]
前記ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、アルカリ金属をさらに含む、[1]に記載の低級オレフィンの製造方法。
[3]
前記ゼオライト含有成形体触媒は、水蒸気及び酸素の存在下、500℃以上において加熱処理されている、[1]又は[2]に記載の低級オレフィンの製造方法。
[4]
前記ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトのカチオンサイトに対する銀カチオン占有率が、10%以上70%以下である、[1]〜[3]のいずれかに記載の低級オレフィンの製造方法。
[5]
前記ゼオライト含有成形体触媒は、シリカをさらに含む、[1]〜[4]のいずれかに記載の低級オレフィンの製造方法。
[6]
前記反応器は、流動床式、又は固定床式の反応器である、[1]〜[5]のいずれかに記載の低級オレフィンの製造方法。
[7]
前記原料は、オレフィン類をさらに含む、[1]〜[6]のいずれかに記載の低級オレフィンの製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1]
Having a contact step of bringing a raw material containing at least one selected from the group consisting of methanol and dimethyl ether into contact with a zeolite-containing shaped catalyst in a reactor;
The raw material contains 10% by mass or more of at least one selected from the group consisting of the methanol and dimethyl ether with respect to the total amount of the raw material,
The zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst satisfies the following (1) to (4):
(1) The zeolite is an intermediate pore size zeolite (2) The zeolite is substantially free of protons (3) The zeolite contains silver (4) Silica alumina molar ratio of the zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) is 800 or more and 2000 or less.
[2]
The method for producing a lower olefin according to [1], wherein the zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst further contains an alkali metal.
[3]
The method for producing a lower olefin according to [1] or [2], wherein the zeolite-containing shaped catalyst is heat-treated at 500 ° C. or higher in the presence of water vapor and oxygen.
[4]
The method for producing a lower olefin according to any one of [1] to [3], wherein a silver cation occupancy ratio relative to a cation site of zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst is 10% or more and 70% or less.
[5]
The method for producing a lower olefin according to any one of [1] to [4], wherein the zeolite-containing shaped catalyst further contains silica.
[6]
The method for producing a lower olefin according to any one of [1] to [5], wherein the reactor is a fluidized bed type reactor or a fixed bed type reactor.
[7]
The said raw material is a manufacturing method of the lower olefin in any one of [1]-[6] which further contains olefins.

本発明の低級オレフィンの製造方法によれば、長期に亘って安定的に、高収率の低級オレフィンを製造することができる。   According to the method for producing a lower olefin of the present invention, a high-yield lower olefin can be produced stably over a long period of time.

以下、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The following embodiment is an exemplification for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

〔低級オレフィンの製造方法〕
本実施形態の低級オレフィンの製造方法は、メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む原料と、ゼオライト含有成形体触媒(以下、単に「触媒」ともいう。)と、を反応器内で接触させる、接触工程を有する。また、当該原料は、該原料の総量(100質量%)に対し、当該メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、10質量%以上含む。さらに、当該ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、下記(1)〜(4)を満たす:
(1)該ゼオライトは、中間細孔径ゼオライトである
(2)該ゼオライトは、実質的にプロトンを含まない
(3)該ゼオライトは、銀を含む
(4)該ゼオライトのシリカアルミナモル比(SiO/Alモル比)は、800以上2000以下である。
ここで、本明細書において、低級オレフィンとは、炭素数2〜5のオレフィンを指す(以下、炭素数を「C」と略す場合がある。)。また、好ましい低級オレフィンは、プロピレンである。
[Production method of lower olefin]
The method for producing a lower olefin according to this embodiment comprises a raw material containing at least one selected from the group consisting of methanol and dimethyl ether, and a zeolite-containing shaped catalyst (hereinafter also simply referred to as “catalyst”) in the reactor. A contacting step. Moreover, the raw material contains 10% by mass or more of at least one selected from the group consisting of the methanol and dimethyl ether with respect to the total amount (100% by mass) of the raw material. Furthermore, the zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst satisfies the following (1) to (4):
(1) The zeolite is an intermediate pore size zeolite (2) The zeolite is substantially free of protons (3) The zeolite contains silver (4) Silica alumina molar ratio of the zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) is 800 or more and 2000 or less.
Here, in this specification, the lower olefin refers to an olefin having 2 to 5 carbon atoms (hereinafter, the carbon number may be abbreviated as “C”). A preferred lower olefin is propylene.

〔接触工程〕
本実施形態の接触工程は、原料と、ゼオライト含有成形体触媒とを反応器内で接触させる工程である。また、接触工程において、原料は、さらにオレフィン類を含んでもよい。さらに、接触工程において、原料は、より高収率の低級オレフィンを得る観点から、本実施形態の低級オレフィンの製造方法により生成したオレフィン類の少なくとも一部をさらに含むことが好ましい。
[Contact process]
The contact step of this embodiment is a step of bringing the raw material and the zeolite-containing shaped catalyst into contact in the reactor. In the contacting step, the raw material may further contain olefins. Furthermore, in the contacting step, the raw material preferably further includes at least a part of olefins produced by the method for producing a lower olefin of the present embodiment from the viewpoint of obtaining a higher yield of lower olefin.

<原料>
本実施形態の原料は、少なくともメタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、オレフィン類をさらに含んでもよい。原料は、該原料の総量(100質量%)に対して、メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、10質量%以上含み、25質量%以上含むことが好ましい。原料中に含まれるメタノールとジメチルエーテルとの合計量は100質量%以下であり、オレフィン類を含む場合には該合計量が90質量%以下であることが好ましい。
<Raw material>
The raw material of this embodiment contains at least one selected from the group consisting of at least methanol and dimethyl ether, and may further contain olefins. The raw material contains 10% by mass or more and preferably 25% by mass or more of at least one selected from the group consisting of methanol and dimethyl ether with respect to the total amount (100% by mass) of the raw material. The total amount of methanol and dimethyl ether contained in the raw material is 100% by mass or less. When olefins are included, the total amount is preferably 90% by mass or less.

本明細書において、「原料の総量」には、メタノール及びジメチルエーテルとオレフィン類との質量が含まれ、それ以外の化合物は原料には該当するとしても、原料の総量には含まれない。よって、オレフィン類を含まない場合には、当然に、原料は、メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、100質量%含むこととなる。   In this specification, “total amount of raw materials” includes the masses of methanol and dimethyl ether and olefins, and other compounds are included in the raw materials, but are not included in the total amount of raw materials. Therefore, when not containing olefins, naturally, the raw material contains 100% by mass of at least one selected from the group consisting of methanol and dimethyl ether.

本実施形態のオレフィン類は、炭素数2〜8のオレフィン類が好ましく、炭素数2〜6のオレフィン類がより好ましい。これらのオレフィン類は、メタノール及びジメチルエーテルに混合した原料として供給されることが好ましい。また、本実施形態のゼオライト触媒と接触させて得られた製品成分から、従来公知の蒸留精製工程により、所望の低級オレフィン類を分離回収し、それ以外のオレフィン類の一部又は全量をリサイクルすることもできる。なお、本明細書でいう「オレフィン類」とは、直鎖状、分岐状及び環状オレフィンに加え、シクロパラフィンをも含み、ジエン、アルキン類を含んでいてもよい。本実施形態において、生成したオレフィン類の少なくとも一部をリサイクルすることにより、本実施形態の目的とする低級オレフィンを効率よく得ることができる傾向にある。   The olefins of the present embodiment are preferably olefins having 2 to 8 carbon atoms, and more preferably olefins having 2 to 6 carbon atoms. These olefins are preferably supplied as raw materials mixed with methanol and dimethyl ether. Further, the desired lower olefins are separated and recovered from the product components obtained by contacting with the zeolite catalyst of the present embodiment by a conventionally known distillation purification process, and a part or all of the other olefins are recycled. You can also. In addition, in addition to a linear, branched, and cyclic olefin, "olefins" as used in this specification also contains cycloparaffin, and may contain dienes and alkynes. In the present embodiment, by recycling at least a part of the generated olefins, the target lower olefin in the present embodiment tends to be efficiently obtained.

反応生成物中には、低級オレフィンの他に、炭素数6以上のオレフィン類、及び、少量の芳香族炭化水素が存在する。ここで、反応生成物から所望の低級オレフィンを分離回収し、残留分中に含まれる炭素数2〜8のオレフィン類を反応器にリサイクルすることにより、さらに所望の低級オレフィンの収率をより向上させることができる傾向にある。   In the reaction product, in addition to the lower olefin, olefins having 6 or more carbon atoms and a small amount of aromatic hydrocarbon are present. Here, the desired lower olefin is separated and recovered from the reaction product, and the olefins having 2 to 8 carbon atoms contained in the residue are recycled to the reactor to further improve the yield of the desired lower olefin. It tends to be able to be made.

また、メタノール及び/又はジメチルエーテルを原料とする為、反応場には脱離した水由来の水蒸気が共存する。一般的に、従来の触媒に含まれるゼオライトは高温水蒸気により脱アルミニウムして劣化をする事が知られているが、本実施形態の触媒では、水蒸気共存下であっても、ゼオライトの劣化が起こりにくい。よって、本実施形態の接触工程において、本実施形態の触媒を、水蒸気を分離する事なく使用することが可能である。   Moreover, since methanol and / or dimethyl ether are used as raw materials, water vapor derived from the desorbed water coexists in the reaction field. In general, it is known that zeolites contained in conventional catalysts are deteriorated by dealumination with high-temperature steam. However, in the catalyst of this embodiment, deterioration of zeolite occurs even in the presence of steam. Hateful. Therefore, in the contact step of the present embodiment, the catalyst of the present embodiment can be used without separating water vapor.

所望の低級オレフィンを分離回収し、残留分のリサイクル比率(原料としてリサイクルせしめる質量比率)は、原料の総量(100質量%)に対して、10質量%以上95質量%以下が好ましく、より好ましくは15質量%以上90質量%以下である。   The desired lower olefin is separated and recovered, and the recycle ratio of the residue (mass ratio to be recycled as a raw material) is preferably 10% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably, relative to the total amount of the raw material (100% by mass). It is 15 mass% or more and 90 mass% or less.

また、リサイクルに供さない残留分からは、芳香族炭化水素の回収も可能である。さらに、原料を反応器に供給する際、希釈ガスを混合してもよい。その希釈ガスとしては、例えば、水素、メタン、水蒸気、窒素等の不活性ガスが挙げられるが、好ましくは水素以外である。これは、水素は、触媒のコーキング劣化を抑制する傾向があるが、生成プロピレン等の水素化反応を引き起こし、プロピレン純度(C3留分中のプロピレン濃度[モル%]:プロピレン/(プロピレン+プロパン)×100)の低下を招くためである。工業的に低級オレフィンの製造を実施する上で、プロピレン純度が高いことは重要である。本実施形態においては、水素を用いなくても、触媒のコーキング劣化は小さく、安定な運転が可能である。   In addition, aromatic hydrocarbons can be recovered from the residue not used for recycling. Furthermore, when supplying a raw material to a reactor, you may mix dilution gas. Examples of the dilution gas include inert gases such as hydrogen, methane, water vapor, and nitrogen, but are preferably other than hydrogen. This is because hydrogen tends to suppress the coking deterioration of the catalyst, but causes a hydrogenation reaction of produced propylene and the like, and propylene purity (propylene concentration in C3 fraction [mol%]: propylene / (propylene + propane)) This is because a decrease of × 100) is caused. In the industrial production of lower olefins, it is important that the propylene purity is high. In the present embodiment, even if hydrogen is not used, the coking deterioration of the catalyst is small and stable operation is possible.

<ゼオライト含有成形体触媒>
(中間細孔径ゼオライト)
本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、主触媒成分としてゼオライトを含む。当該ゼオライトは、中間細孔径ゼオライトである。中間細孔径ゼオライトとは、5.0Å以上6.5Å以下の細孔径を有するゼオライトをいう。また、「中間細孔径ゼオライト」という用語は、「細孔径の範囲が、A型ゼオライトに代表される小細孔径ゼオライトの細孔径と、モルデナイトやX型やY型ゼオライトに代表される大細孔径ゼオライトの細孔径の中間にあるゼオライト」を意味し、その結晶構造中にいわゆる酸素10員環を有するゼオライトである。
<Zeolite-containing molded catalyst>
(Intermediate pore size zeolite)
The zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment contains zeolite as a main catalyst component. The zeolite is an intermediate pore size zeolite. The medium pore diameter zeolite refers to a zeolite having a pore diameter of 5.0 to 6.5 mm. Further, the term “medium pore diameter zeolite” means “the pore diameter range is small pore diameter zeolite represented by A-type zeolite, and large pore diameter represented by mordenite, X-type or Y-type zeolite. “Zeolite in the middle of the pore diameter of zeolite” means a zeolite having a so-called oxygen 10-membered ring in its crystal structure.

中間細孔径ゼオライトとしては、以下のものに限定されないが、例えば、ZSM−5、ZSM−8、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−21、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−38型のゼオライトが挙げられる。これらの中でも、ZSM−5型ゼオライトが好ましい。ゼオライトの構造タイプは、粉末X線解析装置を使い、公知のゼオライト回折パターンと比較することで確認できる。   The intermediate pore size zeolite is not limited to the following, but examples include ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-21, ZSM-23, ZSM-35, and ZSM-38 types. Zeolite may be mentioned. Among these, ZSM-5 type zeolite is preferable. The structure type of zeolite can be confirmed by comparison with a known zeolite diffraction pattern using a powder X-ray analyzer.

(プロトン量)
本実施形態のゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、実質的にプロトンを含まない。実質的にプロトンを含まないとは、後述する実施例に記載の液相イオン交換/濾液滴定法によって求める、ゼオライト中のプロトン量(酸量)が、ゼオライト1グラムあたり0.02ミリモル以下であることを意味する。好ましくは、上記ゼオライト1グラムあたりのプロトン量が、0.01ミリモル以下のゼオライトである。
(Proton content)
The zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment is substantially free of protons. The fact that it does not substantially contain protons is 0.02 mmol or less per gram of zeolite, as determined by the liquid phase ion exchange / filter droplet method described in the examples below. Means that. Preferably, the zeolite has a proton amount of 0.01 mmol or less per gram of the zeolite.

液相イオン交換/濾液滴定法とは、Intrazeolite Chemistry,「ACS Symp.Ser.」,218,P369−382(1983,米)、日本化学会誌、[3],P.521−527(1989)等に記載されている方法である。該方法を用いた本実施形態におけるプロトン量の測定は以下の様にして行う。空気中で焼成したゼオライト含有成形体触媒を、NaCl水溶液を用いてイオン交換処理した後、触媒を濾過により回収すると共に、濾液を得る。回収した触媒を純水で洗浄し、得られる洗液を全量回収して、上記の濾液と混合する。得られた混合溶液中のプロトン量を中和滴定により求め、触媒中に含まれるゼオライト質量当たりに換算した値をゼオライトのプロトン量とする。プロトン量は、後述する実施例に記載の方法により測定する。   The liquid phase ion exchange / filter droplet method is known as Intrazeolite Chemistry, “ACS Symp. Ser.”, 218, P369-382 (1983), The Chemical Society of Japan, [3], P. 521-527 (1989). The proton amount in this embodiment using this method is measured as follows. The zeolite-containing shaped catalyst calcined in air is subjected to ion exchange treatment using an aqueous NaCl solution, and then the catalyst is recovered by filtration and a filtrate is obtained. The recovered catalyst is washed with pure water, and the entire amount of the resulting washing solution is collected and mixed with the above filtrate. The amount of protons in the obtained mixed solution is obtained by neutralization titration, and the value converted to the mass of zeolite contained in the catalyst is taken as the amount of protons in the zeolite. The amount of proton is measured by the method described in the examples described later.

アンモニウムイオン型、及び、多価金属カチオン型のゼオライトは、加熱処理によりプロトンを生成する。従って、上記の方法によるプロトン量の測定に先立って、ゼオライト含有成形体触媒を焼成処理する。   Ammonium ion type and polyvalent metal cation type zeolite generate protons by heat treatment. Therefore, prior to the measurement of the proton amount by the above method, the zeolite-containing shaped catalyst is calcined.

(銀を含む)
本実施形態のゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、銀を含む。銀を含むとは、ゼオライトが、銀に対応する陽イオン(銀イオン)の状態で銀を含むことを意味する。ゼオライトに銀を含有させる方法としては、例えば、銀を含有していないゼオライト又はゼオライト含有成形体触媒を、公知のイオン交換法により処理する方法にて含有させる方法が挙げられる。イオン交換法によってゼオライトに銀を含有させる場合には、銀の塩を用いることが好ましく、銀の塩としては、例えば、硝酸銀、酢酸銀、及び硫酸銀が挙げられる。
(Including silver)
The zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment contains silver. By containing silver is meant that the zeolite contains silver in the state of a cation (silver ion) corresponding to silver. Examples of the method of containing silver in the zeolite include a method of containing a zeolite containing no silver or a zeolite-containing shaped catalyst by a known ion exchange method. When silver is contained in the zeolite by an ion exchange method, it is preferable to use a silver salt. Examples of the silver salt include silver nitrate, silver acetate, and silver sulfate.

陽イオンとしてゼオライトに含有される銀の量は、特に限定されない。しかし、後述するように、本実施形態のゼオライトのシリカアルミナモル比は800以上2000以下であるので、そのイオン交換容量と、ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライト含有量とから、その好ましい含有量は定まる。そこで、銀の量を、ゼオライトのカチオンサイトに対する銀カチオンの占有率で示すことができる。即ち、ゼオライトのカチオンサイトに対する銀カチオンの占有率は、好ましくは10%以上70%以下であり、より好ましくは10%以上50%以下であり、さらに好ましくは10%以上30%以下である。占有率が10%以上であることで、反応の活性を十分とすることができる傾向にあり、占有率が70%以下であることで、イオン交換率が高くなりすぎることに起因して、活性が高くなりすぎることを抑制できる傾向にある。   The amount of silver contained in the zeolite as a cation is not particularly limited. However, as will be described later, since the silica alumina molar ratio of the zeolite of the present embodiment is 800 or more and 2000 or less, the preferable content is determined from the ion exchange capacity and the zeolite content in the zeolite-containing shaped catalyst. Determined. Therefore, the amount of silver can be indicated by the occupancy ratio of silver cations to the cation sites of zeolite. That is, the occupancy ratio of the silver cation to the cation site of the zeolite is preferably 10% or more and 70% or less, more preferably 10% or more and 50% or less, and further preferably 10% or more and 30% or less. When the occupancy is 10% or more, the activity of the reaction tends to be sufficient, and when the occupancy is 70% or less, the ion exchange rate becomes too high. Tends to be suppressed from becoming too high.

ゼオライト又はゼオライト含有成形体触媒中の銀の含有量は、公知の方法、例えば、X線蛍光分析法により定量できる。一方、カチオンサイトに対する銀カチオンの占有率は、ゼオライト含有成形体触媒を硝酸ナトリウム溶液でイオン交換し、ろ液中の銀イオン量を測定することで、定量可能であり、本方法により、ゼオライトのカチオンサイトにある銀とそれ以外の銀を区別することができる。なお、カチオンサイトに存在しない銀は、そのイオン交換により溶出しない。また、本実施形態のいう、カチオンサイトに対する銀カチオンの占有率は、後述する実施例に記載の分析方法によって求められる該ゼオライトのシリカアルミナ比、そこから算出されるアルミニウム含有量(mmol/g)に対するカチオンサイトに存在する銀量(mmol/g)の比率で示すものである。なお、触媒中の銀の含有量は、後述する本実施形態のスチーミング処理の前後において、変化しない。   The silver content in the zeolite or zeolite-containing shaped catalyst can be quantified by a known method, for example, X-ray fluorescence analysis. On the other hand, the occupancy ratio of the silver cation to the cation site can be quantified by ion-exchanging the zeolite-containing shaped catalyst with a sodium nitrate solution and measuring the amount of silver ions in the filtrate. The silver at the cation site can be distinguished from other silver. Silver that does not exist at the cation site is not eluted by the ion exchange. Further, the occupancy ratio of the silver cation to the cation site referred to in the present embodiment is the silica-alumina ratio of the zeolite determined by the analysis method described in the examples described later, and the aluminum content (mmol / g) calculated therefrom. It is indicated by the ratio of the amount of silver (mmol / g) present at the cation site relative to. Note that the silver content in the catalyst does not change before and after the steaming process of the present embodiment described later.

本実施形態のゼオライトは、上述の様に実質的にプロトンを含まないので、銀カチオンで交換された残りのカチオンサイトは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の金属の陽イオンにてイオン交換されている。即ち、ゼオライトは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の金属の陽イオンを含む。この金属の陽イオンは、好ましくはアルカリ金属から選ばれる少なくとも1種の金属の陽イオンであり、より好ましくはナトリウム及びカリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属の陽イオンである。即ち、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の金属と、銀との両方を含有するゼオライトである。なお、銀同様に、「アルカリ金属をさらに含む」とは、対応する陽イオンの状態で含むことを意味し、例えば、0.1Nの硝酸でイオン交換し、ろ液中のアルカリ金属イオンを誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP−AES)で測定することで、カチオンサイトに存在するアルカリ金属を定量できる。なお、カチオンサイトに存在しないアルカリ金属は、上記イオン交換により溶出しない。ゼオライトのカチオンサイトに対するアルカリ金属カチオンの占有率は、上記に記載した銀カチオン占有率、プロトン酸量との兼ね合いで定まるものであり、好ましくは30%以上90%以下、より好ましくは50%以上90%以下、さらに好ましくは70%以上90%以下の範囲である。   Since the zeolite of the present embodiment is substantially free of protons as described above, the remaining cation sites exchanged with silver cations are cations of at least one metal selected from alkali metals and alkaline earth metals. Ion exchange at. That is, the zeolite contains a cation of at least one metal selected from alkali metals and alkaline earth metals. The metal cation is preferably a cation of at least one metal selected from alkali metals, more preferably a cation of at least one metal selected from the group consisting of sodium and potassium. That is, the zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment is a zeolite containing both silver and at least one metal selected from alkali metals and alkaline earth metals. In addition, like silver, “containing further alkali metal” means containing in a corresponding cation state, for example, ion exchange with 0.1 N nitric acid to induce alkali metal ions in the filtrate. By measuring by coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES), the alkali metal present at the cation site can be quantified. In addition, the alkali metal which does not exist in a cation site does not elute by the said ion exchange. The occupancy ratio of the alkali metal cation to the cation site of the zeolite is determined by the balance between the silver cation occupancy ratio and the proton acid amount described above, preferably 30% to 90%, more preferably 50% to 90%. % Or less, more preferably 70% or more and 90% or less.

例えば、本実施形態のゼオライトとして、銀/ナトリウムカチオン交換型に調製する場合には、ゼオライト中のカチオンサイトでない部分にアルカリ成分が存在すると、一部の銀が銀カチオンとして担持出来ないため、触媒を成形するときには、ゼオライトはプロトン型に転換しておくことが好ましい。従って、プロトン型ゼオライトとして成形されたゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトを先ず、ナトリウム型に交換(好ましくは、硝酸ナトリウム水溶液を用いる)し、ナトリウム型(非プロトン型)にせしめた後、銀カチオンを交換導入(好ましくは硝酸銀水溶液を用いる)する方法が好ましい。他には、ゼオライト含有成形体触媒を構成する、ゼオライト以外の成分中のアルカリ金属成分の含有量を制御することにより、ゼオライトを予め、イオン交換せしめた後に、成形体触媒として加工調製することも可能である。   For example, when the zeolite of this embodiment is prepared in a silver / sodium cation exchange type, if an alkali component is present at a portion that is not a cation site in the zeolite, a part of silver cannot be supported as a silver cation. When forming the zeolite, it is preferable to convert the zeolite into a proton type. Therefore, the zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst formed as a proton type zeolite is first exchanged with sodium type (preferably using an aqueous solution of sodium nitrate) and converted into sodium type (non-proton type), and then the silver cation. Is preferably exchanged (preferably using an aqueous silver nitrate solution). In addition, by controlling the content of the alkali metal component in the components other than zeolite constituting the zeolite-containing shaped body catalyst, the zeolite may be ion-exchanged in advance and then processed and prepared as a shaped body catalyst. Is possible.

(シリカアルミナモル比)
本実施形態のゼオライトのシリカアルミナモル比(SiO/Alモル比)は、800以上2000以下である。シリカアルミナモル比が800未満であると、プロピレンを含む低級オレフィンの選択率が低下し、また、転化反応に伴うコーキングによるゼオライト含有成形体触媒の劣化が速くなる。例えば、本実施形態の製造方法を固定床2塔スウィング方式で実施する場合においては、その切り替え頻度が速くなるため、再生頻度が増加する。従って、再生劣化の進行を加速させてしまう。一方、シリカアルミナモル比が2000を超えると、触媒調製上の問題が生じる。高シリカアルミナモル比ゼオライト含有成形体触媒の触媒活性を維持するために、同等量の銀含有量に調製する際は、ゼオライトの銀カチオン占有率を高める必要がある。しかし、本実施形態のゼオライトをイオン交換によって、非プロトン、銀交換型に調製する際、銀カチオン占有率を高めようとすると、次第に交換効率が悪化する。これを回避するには、交換液中の金属濃度を上げる必要があるが、ゼオライトのシリカアルミナモル比が2000を超えると、アルカリ金属によるイオン交換、銀によるイオン交換がともに進行し難いため、本実施形態の製造方法を工業的に実施する場合において、触媒調製に長期間を要し、また、イオン交換の回数の増加が必要となる。また、過剰な薬液量が必要となり、伴って発生する廃液量も過大となるなどの問題が発生する。
(Silica alumina molar ratio)
The silica alumina molar ratio (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) of the zeolite of this embodiment is 800 or more and 2000 or less. When the silica-alumina molar ratio is less than 800, the selectivity for lower olefins containing propylene is reduced, and the deterioration of the zeolite-containing shaped catalyst due to coking associated with the conversion reaction is accelerated. For example, in the case where the manufacturing method of the present embodiment is implemented by the fixed-bed 2 tower swing method, the switching frequency becomes faster, so the regeneration frequency increases. Accordingly, the progress of reproduction deterioration is accelerated. On the other hand, if the silica-alumina molar ratio exceeds 2000, a problem in catalyst preparation occurs. In order to maintain the catalytic activity of the high silica alumina molar ratio zeolite-containing shaped catalyst, it is necessary to increase the silver cation occupancy of the zeolite when preparing the same silver content. However, when the zeolite of the present embodiment is prepared into an aprotic silver exchange type by ion exchange, an attempt to increase the silver cation occupancy gradually deteriorates the exchange efficiency. In order to avoid this, it is necessary to increase the metal concentration in the exchange liquid. However, if the silica alumina molar ratio of the zeolite exceeds 2000, both ion exchange with alkali metal and ion exchange with silver are difficult to proceed. In the case of industrially carrying out the production method of the embodiment, it takes a long time to prepare the catalyst, and it is necessary to increase the number of ion exchanges. In addition, there is a problem that an excessive amount of chemical solution is required and the amount of waste liquid generated is excessive.

本実施形態のゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトのシリカアルミナモル比は、好ましくは800以上1500以下、より好ましくは900以上1200以下である。ゼオライトのシリカアルミナモル比は、公知の方法、例えば、アルカリ水溶液又はフッ酸水溶液に完全に溶解し、得られた溶液をプラズマ発光分光分析法により分析して求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定する。   The silica-alumina molar ratio of zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment is preferably 800 or more and 1500 or less, more preferably 900 or more and 1200 or less. The silica-alumina molar ratio of zeolite can be determined by a known method, for example, by completely dissolving in an alkali aqueous solution or hydrofluoric acid aqueous solution, and analyzing the obtained solution by plasma emission spectroscopy. Specifically, it is measured by the method described in the examples described later.

本実施形態のゼオライトとして、例えば、ゼオライト骨格を構成するアルミニウム原子の一部がGa、Fe、B、Cr等の元素で置換されたメタロアルミノシリケート、ゼオライト骨格を構成するアルミニウム原子が全て上記のような元素で置換されたメタロシリケートを用いることもできる。その場合、メタロアルミノシリケート又はメタロシリケート中における上記の元素の含有量をアルミナのモル数に換算した上で、シリカアルミナモル比を算出する。   As the zeolite of the present embodiment, for example, a metalloaluminosilicate in which a part of aluminum atoms constituting the zeolite skeleton is substituted with an element such as Ga, Fe, B, Cr, etc., all the aluminum atoms constituting the zeolite skeleton are as described above. Metallosilicates substituted with various elements can also be used. In that case, the silica-alumina molar ratio is calculated after converting the content of the above-mentioned elements in the metalloaluminosilicate or metallosilicate to the number of moles of alumina.

<バインダー>
本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、アルミナ、シリカ、シリカ/アルミナ、ジルコニア、チタニア、ケイソウ土、粘土等の多孔性耐火性無機酸化物をバインダー又は成形用希釈剤(マトリックス)(以下、両者をあわせて「バインダー等」ともいう。)として、上記のゼオライトに混合して得られる混合物を成形し、得られた成形体を触媒として用いる。触媒の強度及び触媒性能の観点から、好ましくは、アルミナ、シリカであり、触媒上に不要な酸点を形成しないという観点から、より好ましくは、シリカである。
<Binder>
The zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment comprises a porous refractory inorganic oxide such as alumina, silica, silica / alumina, zirconia, titania, diatomaceous earth, clay, etc. as a binder or a diluent for molding (matrix) (hereinafter, both Are also referred to as “binders etc.”), and a mixture obtained by mixing with the above zeolite is molded, and the obtained molded body is used as a catalyst. From the viewpoint of catalyst strength and catalyst performance, alumina and silica are preferable, and silica is more preferable from the viewpoint of not forming unnecessary acid sites on the catalyst.

シリカの原料としては、以下のものに限定されないが、例えば、コロイダルシリカ、水ガラス(ケイ酸ソーダ)、ヒュームドシリ力が挙げられ、これらの中では、コロイダルシリカが好ましく、Na含有量の少ないNH4安定型のコロイダルシリカがより好ましい。   The raw material of silica is not limited to the following, but examples include colloidal silica, water glass (sodium silicate), and fumed silica force. Among these, colloidal silica is preferable, and NH4 stable with low Na content. A type of colloidal silica is more preferred.

本実施形態の接触工程を固定床で行う場合、ゼオライトとバインダーを、公知の方法、例えば、押出成形、打錠成形により成形することが好ましい。   When performing the contact process of this embodiment in a fixed bed, it is preferable to shape | mold a zeolite and a binder by a well-known method, for example, extrusion molding and tableting.

本実施形態の接触工程を流動床で行う場合、流動床に適した微粒球状にスプレードライ法にて成形することが好ましい。上記の通り、触媒性能の観点から、シリカのバインダー等が好ましい。バインダー等としてコロイダルシリ力を用いる場合には、シリ力の粒子径は、小さい方が好ましく、より好ましくは4.0nm以上20nm以下であり、さらに好ましくは、4.0nm以上15nm以下である。粒子径の小さいコロイダルシリ力を用いることにより、流動床用のシリカを含むゼオライト含有成形体触媒の耐摩耗性が向上する傾向にある。ここで、シリ力の粒子径は、動的光散乱式粒子径分布測定装置により測定することができる。バインダー等を用いる場合には、それらの含有量は、ゼオライトとバインダー等との総量(100質量%)に対して、好ましくは10質量%以上90質量%以下、より好ましくは20質量%以上70質量%以下の範囲である。   When performing the contact process of this embodiment in a fluidized bed, it is preferable to form into a fine spherical shape suitable for a fluidized bed by a spray drying method. As described above, a silica binder or the like is preferable from the viewpoint of catalyst performance. When colloidal shear force is used as a binder or the like, the particle size of the shear force is preferably smaller, more preferably 4.0 nm or more and 20 nm or less, and still more preferably 4.0 nm or more and 15 nm or less. By using a colloidal shear force having a small particle diameter, the wear resistance of the zeolite-containing shaped catalyst containing silica for fluidized bed tends to be improved. Here, the particle size of the siri force can be measured by a dynamic light scattering particle size distribution measuring apparatus. When a binder or the like is used, the content thereof is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 20% by mass or more and 70% by mass with respect to the total amount (100% by mass) of zeolite and the binder. % Or less.

また、シリカの原料としてコロイダルシリカを選択する場合には、スプレードライ原料混合液中に、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、硫酸塩及び塩化物からなる群より選ばれる少なくとも1種の水溶性化合物を存在させることが好ましい。ここでいう「水溶性化合物」とは、25℃において100gの水に対して1g以上の溶解度を有する化合物である。水溶性化合物としては、それぞれのアンモニウム塩が好ましく、より好ましいのは、硝酸アンモニウムである。   When colloidal silica is selected as the silica raw material, at least one water-soluble compound selected from the group consisting of nitrate, acetate, carbonate, sulfate and chloride is added to the spray-dried raw material mixture. Preferably it is present. The “water-soluble compound” as used herein is a compound having a solubility of 1 g or more in 100 g of water at 25 ° C. As the water-soluble compound, each ammonium salt is preferable, and ammonium nitrate is more preferable.

これらの水溶性化合物は複数を同時に使用することもできる。スプレードライ原料混合液中にこれらの水溶性化合物を存在させることによって、耐摩耗性に優れ、内部に空隙の少ない密な構造を有するゼオライト含有成形体触媒を得ることができる傾向にあるので、流動床反応の触媒用途に好適である。   A plurality of these water-soluble compounds can be used simultaneously. The presence of these water-soluble compounds in the spray-dried raw material mixture tends to provide a zeolite-containing shaped catalyst having excellent wear resistance and a dense structure with few voids inside. Suitable for catalytic use in bed reaction.

本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、プロピレン収率の向上、コーキング劣化に対する耐性をより向上させる目的で、接触工程に供するに先立つ前処理として、触媒を水蒸気の存在下、500℃以上で加熱処理(以下、「スチーミング処理」ともいう。)されていることが好ましく、500℃以上900℃以下の温度で、水蒸気分圧0.01気圧以上でスチーミング処理されていることがより好ましい。ここでのスチーミング処理は、上記の水蒸気分圧に制御する為、スイープガスとして、窒素、空気、及び、その混合ガスの共存下で行われる。スチーミング処理は、好ましくは、酸素共存下で行われ、より好ましくは、少なくとも0.1モル%以上の酸素共存下で行われる。酸素共存下でスチーミング処理を行う場合は、所望の活性の触媒を再現性よく得ることができるが、これは、酸素共存下でスチーミング処理が行われる場合には、ゼオライトのカチオンサイトにある銀が安定に存在できるためであると推測している。   The zeolite-containing shaped body catalyst of the present embodiment is heated at 500 ° C. or higher in the presence of water vapor as a pretreatment prior to being subjected to the contact step for the purpose of improving propylene yield and resistance to coking deterioration. It is preferable that it is treated (hereinafter also referred to as “steaming treatment”), and more preferably, the steaming treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or more and 900 ° C. or less and a water vapor partial pressure of 0.01 atm or more. The steaming process here is performed in the presence of nitrogen, air, and a mixed gas thereof as a sweep gas in order to control the partial pressure of water vapor. The steaming treatment is preferably performed in the presence of oxygen, more preferably at least 0.1 mol% or more. When the steaming process is performed in the presence of oxygen, a catalyst having a desired activity can be obtained with good reproducibility. However, when the steaming process is performed in the presence of oxygen, the catalyst is present at the cation site of the zeolite. It is speculated that this is because silver can exist stably.

一般的にゼオライト及びゼオライト含有成形体触媒の活性制御の方法として、上述のスチーミング処理を用いることができる。しかし、従来のH型ゼオライト触媒を使用する場合において、該処理方法を用いて、好適な性能の範囲が狭い本実施形態の反応に最適な触媒を調製するのは困難である。対して、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、銀担持量と、スチーミング処理とにより、本実施形態の低級オレフィンの製造方法に相応しい所望性能の触媒を容易に、かつ、再現性よく調製することができる。   In general, the above-mentioned steaming treatment can be used as a method for controlling the activity of zeolite and a zeolite-containing shaped catalyst. However, in the case where a conventional H-type zeolite catalyst is used, it is difficult to prepare an optimum catalyst for the reaction of the present embodiment having a narrow range of suitable performance using the treatment method. On the other hand, the zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment can be easily and reproducibly prepared with a desired performance suitable for the production method of the lower olefin of the present embodiment by silver loading and steaming treatment. can do.

本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、長期間転化反応に用いるとコーキング劣化を起こす場合があるが、その場合には、通常空気中又は酸素と不活性ガスよりなる混合ガス中、400℃以上700℃以下の温度で触媒上のコークを燃焼除去することにより、コーキング劣化を起こした触媒を再生させることができる(以下、この処理を「再生処理」ともいう。)。上述の様に、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、かかる再生処理の際にも、通常のH型ゼオライト触媒で問題となる再生処理に伴う脱アルミニウムを生じ難い。   The zeolite-containing shaped body catalyst of the present embodiment may cause coking deterioration when used in a conversion reaction for a long period of time, but in that case, it is usually 400 ° C. or higher in air or a mixed gas composed of oxygen and an inert gas. By burning and removing the coke on the catalyst at a temperature of 700 ° C. or lower, the catalyst having undergone coking deterioration can be regenerated (hereinafter, this process is also referred to as “regeneration process”). As described above, the zeolite-containing shaped body catalyst of the present embodiment is less likely to cause dealumination due to the regeneration treatment, which is a problem with ordinary H-type zeolite catalysts, even during such regeneration treatment.

再生処理は、公知の方法で実施できる。固定床では、例えば、2塔スウィング方式として、反応及び再生を交互に行うこともできる。また、流動床方式では、反応器から、抜き出した触媒を再生して戻す方法、再生器を併設して、反応器と再生器を触媒の一部を循環させながら再生する方法が採用できる。また、触媒に堆積したコーク量は、熱重量測定等、抜出触媒の再生前後の質量変化から求めることができる。   The reproduction process can be performed by a known method. In the fixed bed, for example, the reaction and the regeneration can be alternately performed as a two-column swing system. In the fluidized bed system, a method of regenerating and returning the catalyst extracted from the reactor, or a method of regenerating while recirculating a part of the catalyst between the reactor and the regenerator by using a regenerator together can be employed. The amount of coke deposited on the catalyst can be determined from the mass change before and after regeneration of the extracted catalyst, such as thermogravimetry.

本実施形態の接触工程では、ゼオライト含有成形体触媒を、反応器内に充填して、原料の接触転化反応を行う。反応温度は、好ましくは400℃以上600℃以下、より好ましくは450℃以上580℃以下である。反応操作圧力は、好ましくは0.01MPaG以上1.0MPaG以下、より好ましくは0.05MPaG以上0.5MPaG以下である。触媒の質量に対する、原料の重量時間空間速度(WHSV)は、好ましくは0.1hr−1以上100hr−1以下であり、より好ましくは1hr−1以上10hr−1以下である。In the contacting step of the present embodiment, the zeolite-containing molded body catalyst is filled in the reactor, and the raw material catalytic conversion reaction is performed. The reaction temperature is preferably 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, more preferably 450 ° C. or higher and 580 ° C. or lower. The reaction operation pressure is preferably 0.01 MPaG or more and 1.0 MPaG or less, more preferably 0.05 MPaG or more and 0.5 MPaG or less. To the mass of the catalyst, the weight hourly space velocity of the raw material (WHSV) is preferably not more than 0.1 hr -1 or more 100 hr -1, more preferably less 1hr -1 or 10 hr -1.

<反応器>
本実施形態の反応器は、固定床式、移動床式、流動床式、及び気流搬送式のいずれの反応器も利用できるが、流動床式、又は固定床式であることが好ましく、反応活性及び温度制御が容易となる観点から、流動床式であることがより好ましい。ここで、メタノールから脱水反応によるジメチルエーテルの生成反応は、23kJ/molの発熱反応である。従って、固定床で実施する場合には、原料メタノールから一段で反応せしめようとする場合には、触媒層の温度制御が比較的に困難となる傾向にある。
2CHOH → CHOCH + HO (23kJ/mol)
<Reactor>
As the reactor of this embodiment, any of a fixed bed type, a moving bed type, a fluidized bed type, and an air flow type reactor can be used, but a fluidized bed type or a fixed bed type is preferable, and the reaction activity In view of facilitating temperature control, a fluidized bed type is more preferable. Here, the formation reaction of dimethyl ether by dehydration reaction from methanol is an exothermic reaction of 23 kJ / mol. Therefore, when the reaction is carried out in a fixed bed, the temperature control of the catalyst layer tends to be relatively difficult when the reaction is attempted in one stage from the raw material methanol.
2CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O (23 kJ / mol)

従って、反応器を2器として、第一の反応器にてジメチルエーテルを合成し、第二の反応器にて低級オレフィンを製造する方法、反応器の上下に触媒を充填しておき、上段の触媒にてジメチルエーテルを合成し、下段の触媒で低級オレフィンを製造する方法を採ることも可能である。この際、ジメチルエーテル合成反応においても本実施形態のゼオライト含有成形体触媒を用いてもよいし、従来公知の方法で、従来公知のアルミナ触媒等をジメチルエーテル合成用触媒として用いることもできる。   Therefore, with two reactors, dimethyl ether is synthesized in the first reactor, and a lower olefin is produced in the second reactor. It is also possible to synthesize dimethyl ether and produce a lower olefin with the lower catalyst. At this time, the zeolite-containing shaped catalyst of this embodiment may be used also in the dimethyl ether synthesis reaction, and a conventionally known alumina catalyst or the like may be used as a catalyst for dimethyl ether synthesis by a conventionally known method.

以上、本明細書内にて開示する様に、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、高いプロピレン(オレフィン)収率を実現するとともに、コーキングによる劣化、コークを燃焼させる再生処理時の劣化を起こし難いため、固定床式の反応器を用いても、長期間にわたりプロピレンを安定して製造することが可能となる。また、流動床式の反応器を用いる場合にも、触媒の循環再生処理の頻度が低くてもよく、経年劣化も起こし難いので触媒メイクアップ量が少なくて済む。また、本明細書で開示する方法によれば、該性能を有する最適な活性に制御された触媒を容易に、かつ、再現性良く調製することができる。これらの特徴は、本実施形態を工業的に実施する上で極めて有利である。   As described above, as disclosed in the present specification, the zeolite-containing molded body catalyst of the present embodiment achieves a high propylene (olefin) yield, and also deteriorates due to coking and deterioration during regeneration processing in which coke is burned. Since propagating is difficult, propylene can be stably produced over a long period of time even if a fixed bed reactor is used. In addition, when using a fluidized bed reactor, the frequency of the catalyst circulation regeneration treatment may be low, and it is difficult to cause deterioration over time, so that the catalyst makeup amount is small. Further, according to the method disclosed in the present specification, a catalyst controlled to an optimum activity having the performance can be easily prepared with good reproducibility. These features are extremely advantageous when the present embodiment is industrially implemented.

以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて本実施形態をさらに詳細に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。後述する、実施例及び比較例において行われた各種の物性及び評価を求めるための分析方法は以下の通りである。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with specific examples and comparative examples. However, the present embodiment is not limited to the following examples and comparative examples unless the gist of the present embodiment is exceeded. . Analytical methods for obtaining various physical properties and evaluations performed in Examples and Comparative Examples described below are as follows.

(物性1)液相イオン交換/濾液滴定法によるプロトン量
乳鉢でらいかいし、空気中400〜600℃の温度で焼成したゼオライト含有成形体触媒2.5gを、3.4モル/リットルのNaCl水溶液25mL中で氷冷下10分間イオン交換を行った。得られた混合物を濾過した後、50mLの純水でゼオライトを洗浄し、洗浄に用いた水を含む濾液を全量回収した。この濾液(洗浄に用いた水を含む)を0.1NのNaOH水溶液により中和滴定し、中和点からプロトン量を求め、これをゼオライト含有成形体触媒中のゼオライト含有量から、ゼオライト質量基準として換算し、プロトン量とした。
(Physical Property 1) Proton Amount by Liquid Phase Ion Exchange / Filtered Drop Drop Method 2.5g of zeolite-containing shaped catalyst, which was separated in a mortar and calcined in air at a temperature of 400 to 600 ° C, was added to 3.4 mol / liter NaCl. Ion exchange was performed in 25 mL of an aqueous solution for 10 minutes under ice cooling. After the obtained mixture was filtered, the zeolite was washed with 50 mL of pure water, and the entire amount of the filtrate containing water used for washing was recovered. This filtrate (including water used for washing) was neutralized and titrated with a 0.1N NaOH aqueous solution, and the proton content was determined from the neutralization point. This was determined from the zeolite content in the zeolite-containing shaped catalyst, based on the zeolite mass. Converted into a proton amount.

(物性2)シリカアルミナ比
ゼオライト0.2gを5NのNaOH水溶液50gに加えた。これをテフロン(登録商標)製内管付きのステンレス製マイクロボンベに移し、マイクロボンベを密閉した。オイルバス中で15〜70時間保持することにより、ゼオライトを完全に溶解せしめた。得られたゼオライトの溶液をイオン交換水で希釈し、希釈液中の珪素、アルミニウム濃度をプラズマ発光分光分析計(ICP装置)にて測定し、その結果からゼオライトのシリカアルミナモル比を計算した。以下に、ICP装置及びその測定条件を示す。
装置:JOBIN YVON(JY138 ULTRACE)理学電気社製
珪素測定波長 : 251.60nm
アルミニウム測定波長: 396.152nm
プラズマパワー : 1.0kw
ネブライザーガス : 0.28L/min
シースガス : 0.3〜0.8L/min
クーラントガス : 13L/min
(Physical Property 2) Silica Alumina Ratio 0.2 g of zeolite was added to 50 g of 5N NaOH aqueous solution. This was transferred to a stainless steel micro cylinder with a Teflon (registered trademark) inner tube, and the micro cylinder was sealed. The zeolite was completely dissolved by holding in an oil bath for 15 to 70 hours. The obtained zeolite solution was diluted with ion-exchanged water, the silicon and aluminum concentrations in the diluted solution were measured with a plasma emission spectrometer (ICP apparatus), and the silica-alumina molar ratio of the zeolite was calculated from the results. The ICP device and its measurement conditions are shown below.
Apparatus: JOBIN YVON (JY138 ULTRACE) manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. Silicon measurement wavelength: 251.60 nm
Aluminum measurement wavelength: 396.152 nm
Plasma power: 1.0 kW
Nebulizer gas: 0.28 L / min
Sheath gas: 0.3 to 0.8 L / min
Coolant gas: 13L / min

(評価1)メタノール及び/又はジメチルエーテル転化率、及び各成分の収率
転化率(メタノール及び/又はジメチルエーテル基準の転化率)は、下記式によって算出した。
転化率={(原料中のメタノール+ジメチルエーテル)−(出口製品ガス中のメタノール+ジメチルエーテル)×100}/(原料中のメタノール+ジメチルエーテル)(質量%)
また、各成分の収率は、生成物中の水分量を除いた炭化水素基準の濃度(質量%)とした。
(Evaluation 1) Methanol and / or dimethyl ether conversion rate and yield of each component The conversion rate (conversion rate based on methanol and / or dimethyl ether) was calculated by the following formula.
Conversion = {(Methanol in raw material + dimethyl ether) − (Methanol in outlet product gas + dimethyl ether) × 100} / (Methanol in raw material + dimethyl ether) (mass%)
Moreover, the yield of each component was made into the density | concentration (mass%) of the hydrocarbon reference | standard remove | excluding the moisture content in a product.

(評価2)PY純度
プロピレン純度(表中、「PY純度」と示す。)は、生成物であるC3留分(プロピレンとプロパン)中のプロピレン濃度[モル%]であり、下記式から算出して求めた。
プロピレン純度[モル%]=プロピレン[モル]/(プロピレン[モル]+プロパン[モル])×100
(Evaluation 2) PY Purity Propylene purity (shown as “PY purity” in the table) is the propylene concentration [mol%] in the product C3 fraction (propylene and propane), and is calculated from the following formula. Asked.
Propylene purity [mol%] = propylene [mol] / (propylene [mol] + propane [mol]) × 100

[実施例1]流動床反応
(工程1:触媒原料混合物の調製)
コロイダルシリ力(シリ力含有量34質量%)882gを撹拌しながら、61質量%硝酸水溶液(和光純薬製、特級試薬)18gを添加しpH=1とした後、水溶性化合物として硝酸アンモニウム(和光純薬製、特級試薬)100gをさらに添加した。このシリカ溶液を撹拌しながら、Zeolyst社製のNH4型MFI−1000ゼオライト(商品名「ZD05020」、当該ゼオライトのシリカアルミナモル比は、完全溶解させてICPで測定したところ、980であった)300gを加え、最後に水1034gを加えて、触媒原料の固形分含有量が30質量%となるよう調整し、25℃でさらに1時間撹拌して、触媒原料混合物を得た。
[Example 1] Fluidized bed reaction (Step 1: Preparation of catalyst raw material mixture)
While stirring 882 g of colloidal Siri force (34% by mass of Siri force content), 18 g of 61% by mass nitric acid aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemicals, special grade reagent) was added to pH = 1, and ammonium nitrate (Japanese 100 g (manufactured by Kojun Pure Chemical Co., Ltd., special grade reagent) was further added. While stirring this silica solution, NH4 type MFI-1000 zeolite manufactured by Zeolist (trade name “ZD05020”, the silica alumina molar ratio of the zeolite was 980 when it was completely dissolved and measured by ICP) Finally, 1034 g of water was added to adjust the solid content of the catalyst raw material to 30% by mass, and the mixture was further stirred at 25 ° C. for 1 hour to obtain a catalyst raw material mixture.

(工程2:噴霧乾燥工程)
得られた触媒原料混合物を、スプレードライヤー(大川原化工機社製の型式OC−16)を用いて噴霧乾燥することにより、乾燥体を得た。噴霧にはディスク型アトマイザーを用い、熱風入口温度230℃、出口温度130℃で行った。
(Process 2: Spray drying process)
The obtained catalyst raw material mixture was spray-dried using a spray dryer (model OC-16 manufactured by Okawara Chemical Industries Co., Ltd.) to obtain a dried product. The atomization was performed using a disk atomizer at a hot air inlet temperature of 230 ° C. and an outlet temperature of 130 ° C.

(工程3:焼成工程)
得られた乾燥体をマッフル炉にて、空気雰囲気下700℃で1時間焼成し、ゼオライト含有成形体触媒(シリカバインダー50質量%含有、平均粒子径55μm)を得た。
(Process 3: Firing process)
The obtained dried product was calcined in a muffle furnace at 700 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to obtain a zeolite-containing shaped catalyst (containing 50% by mass of silica binder, average particle size 55 μm).

(工程4:酸交換工程)
得られたゼオライト含有成形体触媒を1N−硝酸水溶液中に(10cc/g−ゼオライト成形体)分散させ、室温、1時間のイオン交換処理を行った。次いで濾過、水洗、乾燥を行い、H交換型ZSM−5/SiO成形体触媒(成形体触媒A)を調製した。
(Process 4: Acid exchange process)
The obtained zeolite-containing shaped catalyst was dispersed in a 1N nitric acid aqueous solution (10 cc / g-zeolite shaped product) and subjected to ion exchange treatment at room temperature for 1 hour. Next, filtration, washing with water, and drying were performed to prepare an H exchange type ZSM-5 / SiO 2 shaped body catalyst (formed body catalyst A).

(工程5:イオン交換工程)
得られた成形体触媒Aを、1N硝酸ナトリウム水溶液(10cc/g−ゼオライト成形体)中に分散させ、室温下で1時間のイオン交換処理を3回繰り返した。次いで濾過、水洗、乾燥を行い、Na交換型ZSM−5/SiO成形体触媒を調製した。これを、0.00054N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成形体)中に分散させ、室温下で2時間イオン交換処理した。次いで濾過、水洗、乾燥して成形体触媒Bを調製した。蛍光X線分析で測定される成形体触媒Bの銀含有量は0.0465質量%であった。なお、別途、イオン交換法で求めた銀含有量は、0.047質量%とほぼ一致した。また、原料ゼオライトのシリカアルミナ比980から、該ゼオライトカチオンサイトに対する銀カチオン占有率は、25.7%であった。
(Process 5: Ion exchange process)
The obtained molded catalyst A was dispersed in a 1N sodium nitrate aqueous solution (10 cc / g-zeolite molded product), and the ion exchange treatment for 1 hour at room temperature was repeated three times. Next, filtration, washing with water and drying were performed to prepare a Na exchange type ZSM-5 / SiO 2 shaped body catalyst. This was dispersed in a 0.00054N silver nitrate aqueous solution (10 cc / g-zeolite compact) and subjected to ion exchange treatment at room temperature for 2 hours. Subsequently, the molded body catalyst B was prepared by filtering, washing with water and drying. The silver content of the compact catalyst B measured by fluorescent X-ray analysis was 0.0465% by mass. Separately, the silver content determined by the ion exchange method almost coincided with 0.047% by mass. Moreover, from the silica alumina ratio 980 of the raw material zeolite, the silver cation occupation ratio with respect to the zeolite cation site was 25.7%.

(工程6:スチーミング処理工程)
得られた成形体触媒Bを、内径23.9mmφで、触媒支持とガス供給器としてのSUS製金網(目開き10μm)を設置しているステンレス製流動床型反応器に40g充填し、温度650℃、圧力0.2MPaG、スチーム流量9.6g/hr、空気530NCCMの条件(スチーム濃度27.3mol%、酸素濃度15.3mol%)で24時間スチーミング処理を行った。スチーミング処理後の成形体触媒Bのプロトン量を液相イオン交換/濾液滴定法により求めたところ0.0012mmol/g−ゼオライトであった。
(Process 6: Steaming process)
40 g of the obtained molded catalyst B was packed into a stainless fluidized bed reactor having an inner diameter of 23.9 mmφ and a catalyst support and a SUS wire mesh (mesh opening 10 μm) as a gas supply unit, and the temperature was 650. Steaming treatment was performed for 24 hours under the conditions of ° C, pressure 0.2 MPaG, steam flow rate 9.6 g / hr, and air 530 NCCM (steam concentration 27.3 mol%, oxygen concentration 15.3 mol%). The amount of protons in the shaped catalyst B after the steaming treatment was determined by liquid phase ion exchange / filter droplet method, and it was 0.0012 mmol / g-zeolite.

(工程7:接触工程)
スチーミング処理後の成形体触媒B25.5gを、内径23.9mmφで、触媒支持ガス供給器としてのSUS製金網(目開き10μm)を設置しているステンレス製流動床型反応器に充填し、温度550℃、圧力0.14MPaG、メタノール流量25.0g/hrの条件(LV2.2cm/sec、接触時間2.95sec)にてメタノール転化反応を行った。原料供給開始直後から、反応生成物を反応器出口から直接ガスクロマトグラフ(TCD、FID検出器)に導入して組成を分析した。なお、ガスクロマトグラフによる分析は以下の条件で行った。
(Process 7: Contact process)
25.5 g of the compacted catalyst B after the steaming treatment was charged into a stainless steel fluidized bed reactor having an inner diameter of 23.9 mmφ and provided with a SUS wire mesh (mesh opening 10 μm) as a catalyst support gas feeder, Methanol conversion reaction was carried out under conditions of a temperature of 550 ° C., a pressure of 0.14 MPaG, and a methanol flow rate of 25.0 g / hr (LV 2.2 cm / sec, contact time 2.95 sec). Immediately after starting the raw material supply, the reaction product was directly introduced into the gas chromatograph (TCD, FID detector) from the reactor outlet, and the composition was analyzed. The analysis by gas chromatography was performed under the following conditions.

(ガスクロマトグラフ分析条件)
装置: 島津製作所社製の商品名「GC−17A」
カラム:米国SUPELCO社製のカスタムキャピラリーカラム、商品名「SPB−1」(内径0.25mm、長さ60m、フィルム厚3.0μm)
サンプルガス量:1mL(サンプリングラインは200〜300℃に保温)
昇温プログラム:40℃で12分間保持し、次いで5℃/分で200℃まで昇温した後、200℃で22分間保持する。
スプリット比:200:1
キャリアーガス(窒素)流量:120mL/分
FID検出器:エアー供給圧50kPa(約500mL/分)、水素供給圧60kPa(約50mL/分)
測定方法:TCD検出器とFID検出器を直列に連結して、水素及び炭素数1及び2の炭化水素をTCD検出器で検出し、炭素数3以上の炭化水素をFID検出器で検出する。分析開始10分後に、検出の出力をTCDからFIDに切り替えた。適宜、反応生成物の分析を実施しながら、100時間継続して反応を行った。各時間(実施例1では、4時間、25時間、50時間、100時間)での分析結果を表1に示す。
(Gas chromatograph analysis conditions)
Equipment: Product name “GC-17A” manufactured by Shimadzu Corporation
Column: Custom capillary column manufactured by SUPELCO, USA, trade name “SPB-1” (inner diameter 0.25 mm, length 60 m, film thickness 3.0 μm)
Sample gas volume: 1mL (sampling line kept at 200-300 ° C)
Temperature rising program: held at 40 ° C. for 12 minutes, then heated up to 200 ° C. at 5 ° C./min, and then held at 200 ° C. for 22 minutes.
Split ratio: 200: 1
Carrier gas (nitrogen) flow rate: 120 mL / min FID detector: air supply pressure 50 kPa (about 500 mL / min), hydrogen supply pressure 60 kPa (about 50 mL / min)
Measurement method: A TCD detector and an FID detector are connected in series, hydrogen and hydrocarbons having 1 and 2 carbon atoms are detected by a TCD detector, and hydrocarbons having 3 or more carbon atoms are detected by an FID detector. Ten minutes after the start of analysis, the detection output was switched from TCD to FID. The reaction was continued for 100 hours while appropriately analyzing the reaction product. Table 1 shows the analysis results at each time (in Example 1, 4 hours, 25 hours, 50 hours, and 100 hours).

[比較例1]
工程5において、成形体触媒Bの調製を行わず、工程6において、成形体触媒Bを成形体触媒Aに替えてスチーミング処理を行い、工程7において、スチーミング処理後の成形体触媒Bを、そのスチーミング処理後の成形体触媒Aに替えてメタノール転化反応を行った他は、実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
In step 5, the compact catalyst B is not prepared. In step 6, the compact catalyst B is replaced with the compact catalyst A to perform a steaming process. In step 7, the compact catalyst B after the steaming process is performed. The same procedure as in Example 1 was conducted except that the methanol conversion reaction was carried out in place of the shaped catalyst A after the steaming treatment. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
工程6において、24時間スチーミング処理を48時間スチーミング処理に変えた他は、比較例1と同様に実施した。メタノール転化反応の開始から3時間目で、反応器出口のガスを分析評価した。その結果、ジメチルエーテルが検出され、メタノール脱水反応が完結していないことが判ったので、反応評価は中止した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
In the process 6, it implemented similarly to the comparative example 1 except having changed the 24-hour steaming process into the 48-hour steaming process. Three hours after the start of the methanol conversion reaction, the gas at the outlet of the reactor was analyzed and evaluated. As a result, dimethyl ether was detected, and it was found that the methanol dehydration reaction was not completed. Therefore, the reaction evaluation was stopped. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
工程1において、NH4型MFI−1000ゼオライトを、クラリアント触媒株式会社製の商品名「MFI−240」(公称シリカアルミナ比が240のZSM−5型ゼオライト)に替えて触媒原料混合物を調製した他は比較例1と同様に実施した。即ち、工程2〜4を行った結果、成形体触媒Cを得て、その成形体触媒Cを用いて工程6、7を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
In Step 1, except that NH4 type MFI-1000 zeolite was replaced with trade name “MFI-240” (ZSM-5 type zeolite having a nominal silica alumina ratio of 240) manufactured by Clariant Catalyst Co., Ltd. The same operation as in Comparative Example 1 was performed. That is, as a result of performing Steps 2 to 4, a compact catalyst C was obtained, and Steps 6 and 7 were performed using the compact catalyst C. The results are shown in Table 1.

Figure 2017179108
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実施例1及び比較例1〜3から、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒を用いた製造方法は、H−ZSM−5型触媒を用いた製造方法に比べ、芳香族収率が低く、プロピレン等の低級オレフィン収率が高く、また、極めて高い耐コーキング劣化性能を発現していることが判った。また、触媒としてH−ZSM−5ゼオライトを用いた場合、そのシリカアルミナモル比を選択することが、プロピレン収率向上の為に重要であることが少なくとも判った。しかし、シリカアルミナモル比980のH−ZSM5を採用し、これにスチーミング処理を施したとしても、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒を用いた製造方法で得られたオレフィン収率、耐劣化性能には及ばなかった。この成績差をスチーミング処理条件で補おうとすると、大きく活性を低下させてしまうことが明らかとなり、H−ZSM−5型触媒では、スチーミング処理条件による活性制御が難しいことが少なくとも判った。   From Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, the production method using the zeolite-containing shaped catalyst of this embodiment has a lower aromatic yield than the production method using the H-ZSM-5 type catalyst, and propylene. It was found that the yield of low-grade olefins and the like was high, and that extremely high resistance to coking deterioration was exhibited. Moreover, when H-ZSM-5 zeolite was used as the catalyst, it was at least found that selecting the silica alumina molar ratio was important for improving the propylene yield. However, even when H-ZSM5 having a silica-alumina molar ratio of 980 is employed and subjected to a steaming treatment, the olefin yield and deterioration resistance obtained by the production method using the zeolite-containing shaped catalyst of this embodiment It did not reach the performance. When it was attempted to compensate for this difference in the results of the steaming treatment conditions, it became clear that the activity was greatly reduced, and it was at least found that it was difficult to control the activity under the steaming treatment conditions for the H-ZSM-5 type catalyst.

[実施例2]固定床反応
次に、本実施形態の作用効果と関連する、触媒活性の制御方法について、メタノールを原料とする固定床反応によって検討した。
[Example 2] Fixed bed reaction Next, a method for controlling catalyst activity related to the effects of the present embodiment was examined by a fixed bed reaction using methanol as a raw material.

(工程1:イオン交換工程)
シリカアルミナモル比が1040(該ゼオライト含有成形体触媒を完全溶解させてICP法で測定して求めた。)であるZSM5型ゼオライトを含有した成形体触媒(SiOバインダー30質量%含有、1.6mmφ*5〜10mmL 日揮ユニバーサル株式会社製)のH型ゼオライト含有成形体触媒を、1N硝酸ナトリウム水溶液(10cc/g−ゼオライト成形体)中に分散させ、室温下で1時間のイオン交換処理を3回繰り返した。次いで濾過、水洗、乾燥を行い、Na型ゼオライト成形体触媒を調製した。これを、0.0020N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成形体)中に分散させ、室温下で2時間イオン交換処理した。次いで濾過、水洗、乾燥して成形体触媒Dを調製した。蛍光X線分析で測定される成形体触媒Dの銀含有量は0.084質量%であった。また、銀の該ゼオライトカチオンサイトに対する銀カチオン占有率は、34.8%であった。
(Step 1: Ion exchange step)
A compact catalyst containing ZSM5 type zeolite having a silica alumina molar ratio of 1040 (determined by ICP method after completely dissolving the zeolite-containing compact catalyst) (containing 30% by mass of SiO 2 binder, 1. 6 mmφ * 5 to 10 mmL H-type zeolite-containing shaped catalyst of JGC Universal Co., Ltd. is dispersed in a 1N sodium nitrate aqueous solution (10 cc / g-zeolite shaped product) and subjected to ion exchange treatment for 1 hour at room temperature. Repeated times. Next, filtration, washing with water and drying were performed to prepare a Na-type zeolite compact catalyst. This was dispersed in a 0.0020N silver nitrate aqueous solution (10 cc / g-zeolite compact) and subjected to ion exchange treatment at room temperature for 2 hours. Subsequently, the compact catalyst D was prepared by filtration, washing with water and drying. The silver content of the compact catalyst D measured by fluorescent X-ray analysis was 0.084% by mass. Moreover, the silver cation occupation rate with respect to the zeolite cation site of silver was 34.8%.

(工程2:スチーミング処理工程)
得られた成形体触媒Dは、内径27.2mmφの石英ガラス製反応器に10gを充填し、常圧下、温度650℃、スチーム流量31.8g/hr、窒素流量73NCCM、空気103NCCMの条件(スチーム濃度80mol%、酸素濃度2.5mol%)で36時間スチーミング処理を行った。スチーミング処理後の成形体触媒Dのプロトン量は、0.0014mmol/g−ゼオライトであった。
(Process 2: Steaming process)
The obtained compact catalyst D was filled in a quartz glass reactor having an inner diameter of 27.2 mmφ with 10 g, under conditions of a temperature of 650 ° C., a steam flow rate of 31.8 g / hr, a nitrogen flow rate of 73 NCCM, and air of 103 NCCM (steam The steaming treatment was performed for 36 hours at a concentration of 80 mol% and an oxygen concentration of 2.5 mol%. The proton content of the shaped catalyst D after the steaming treatment was 0.0014 mmol / g-zeolite.

(工程3:接触工程)
スチーミング処理後の成形体触媒Dの8.6gを、温度計鞘管を付設した内径15mmφステンレス製固定床反応管(断面積1.6cm)に充填し、温度550℃、圧力0.14MPaG、メタノール流量12.3g/hr、窒素36NCCMの条件(接触時間1.76sec、WHSV1.44hr−1)にてメタノール転化反応を行った。尚、反応温度プロファイルは経時的に変化する為、触媒層最高温度を550℃とする様に、適宜、外部電気炉にて調整した。原料供給開始から反応生成物を反応器出口から直接ガスクロマトグラフィー(TCD、FID検出器)に導入して組成を適時、分析した。尚、反応は、反応器出口製品ガス中にジメチルエーテルが確認されるまで継続した。35時間目に、ジメチルエーテルが検出された。結果を表2に示す。
(Process 3: Contact process)
8.6 g of shaped catalyst D after the steaming treatment is filled into a 15 mm inner diameter stainless steel fixed bed reaction tube (cross-sectional area 1.6 cm 2 ) with a thermometer sheath tube, temperature 550 ° C., pressure 0.14 MPaG The methanol conversion reaction was carried out under the conditions of a methanol flow rate of 12.3 g / hr and nitrogen of 36 NCCM (contact time 1.76 sec, WHSV 1.44 hr −1 ). Since the reaction temperature profile changes with time, the reaction temperature profile was appropriately adjusted with an external electric furnace so that the maximum catalyst layer temperature was 550 ° C. The reaction product was introduced directly into the gas chromatography (TCD, FID detector) from the reactor outlet from the start of the raw material supply, and the composition was analyzed in a timely manner. The reaction was continued until dimethyl ether was confirmed in the reactor outlet product gas. At 35 hours, dimethyl ether was detected. The results are shown in Table 2.

[実施例3]固定床反応(銀担持量の効果検証)
工程1において、0.0020N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成形体)を0.0015N硝酸銀水溶液(10cc/g−ゼオライト成形体)に替えた以外は、実施例2と同様の方法により成形体触媒Eを調製した。工程2において、成形体触媒Eを、成形体触媒Dに替えてスチーミング処理を行い、工程3において、スチーミング処理後の成形体触媒Dを、そのスチーミング処理後の成形体触媒Eに替えてメタノール転化反応を行った。結果を表2に示す。蛍光X線分析で測定される、スチーミング処理前の成形体触媒Eの銀含有量は0.057質量%であり、該ゼオライトカチオンサイトに対する銀カチオン占有率は、23.6%であった。また、工程2のスチーミング処理後の成形体触媒Eのプロトン量は、0.0015mmol/g−ゼオライトであった。さらに、工程3において、52時間目に、ジメチルエーテルが検出された。結果を表2に示す。
[Example 3] Fixed bed reaction (verification of effect of silver loading)
A molded body catalyst was produced in the same manner as in Example 2 except that the 0.0020N silver nitrate aqueous solution (10 cc / g-zeolite molded body) was replaced with a 0.0015N silver nitrate aqueous solution (10 cc / g-zeolite molded body) in Step 1. E was prepared. In step 2, the formed body catalyst E is replaced with the formed body catalyst D, and a steaming process is performed. In step 3, the formed body catalyst D after the steaming process is replaced with the formed body catalyst E after the steaming process. The methanol conversion reaction was performed. The results are shown in Table 2. The silver content of the compact catalyst E before the steaming treatment as measured by fluorescent X-ray analysis was 0.057% by mass, and the silver cation occupancy with respect to the zeolite cation site was 23.6%. Moreover, the amount of protons in the shaped catalyst E after the steaming treatment in Step 2 was 0.0015 mmol / g-zeolite. Further, in Step 3, dimethyl ether was detected at 52 hours. The results are shown in Table 2.

[比較例4]
次に、実施例2、3との比較として、従来のH型ゼオライト含有成形体触媒において、本実施形態の課題である、触媒活性の前処理による制御方法をスチーミング処理により行う方法について、メタノールを原料とする固定床反応によって検討した。
[Comparative Example 4]
Next, as a comparison with Examples 2 and 3, in a conventional H-type zeolite-containing shaped catalyst, a method for performing a control method by pretreatment of catalytic activity, which is a problem of the present embodiment, by steaming treatment, methanol Was studied by a fixed bed reaction.

工程2において、成形体触媒Dをナトリウム及び銀交換前のシリカアルミナモル比が1,040であるZSM−5型ゼオライトを含有した成形体触媒(SiOバインダー30質量%含有、1.6mmφ*5〜10mmL 日揮ユニバーサル株式会社製)のH型ゼオライト含有成形体触媒(成形体触媒F)に替えた他は実施例2と同様の方法によりメタノール転化反応を行った。さらに、工程2におけるスチーミング処理条件を36時間から12時間、72時間にそれぞれ変えた成形体触媒Fも同様にメタノール転化反応を行った。結果を表3に示す。なお、スチーミング処理時間72時間とした成形体触媒では、反応開始4時間後のサンプリングにてジメチルエーテルが検出された為、反応を中止した。In Step 2, a compact catalyst containing ZSM-5 type zeolite with a molar ratio of silica alumina before the exchange of sodium and silver was 1,040 (containing 30% by mass of SiO 2 binder, 1.6 mmφ * 5) A methanol conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the catalyst was changed to an H-type zeolite-containing molded catalyst (molded catalyst F) manufactured by JGC Universal Co., Ltd. Further, the methanol conversion reaction was similarly performed for the compact catalyst F in which the steaming treatment conditions in Step 2 were changed from 36 hours to 12 hours and 72 hours, respectively. The results are shown in Table 3. In the molded body catalyst having a steaming time of 72 hours, the reaction was stopped because dimethyl ether was detected by sampling 4 hours after the start of the reaction.

[比較例5]
工程2において、成形体触媒Dをシリカアルミナモル比が42であるZSM−5型ゼオライトを含有したH型ゼオライト含有成形体触媒(SiOバインダー50質量%含有、圧縮成形、6〜20メッシュ破砕分級品)(成形体触媒G)に替えた他は実施例2と同様の方法によりメタノール転化反応を行った。結果を表3に示す。
[Comparative Example 5]
In Step 2, the compact catalyst D is an H-type zeolite-containing compact catalyst containing ZSM-5 type zeolite having a silica-alumina molar ratio of 42 (containing 50% by mass of SiO 2 binder, compression molding, 6-20 mesh crush classification) Article) A methanol conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that (molded catalyst G) was used. The results are shown in Table 3.

実施例2、実施例3、比較例4及び比較例5から、本実施形態におけるゼオライト含有成形体触媒は、イオン交換処理被処理液濃度を変える事で、銀担持量を制御でき、該銀担持量によって、メタノール及び/又はジメチルエーテルから低級オレフィンを製造する本実施形態に用いられる触媒として求められる極めて微妙な活性制御を行う事ができることが少なくとも判った。一方、触媒としてH−ZSM−5型ゼオライト含有成形体触媒を用いる場合、そのシリカアルミナモル比を選択することが重要であることが少なくとも判った。しかし、シリカアルミナモル比1000のH−ZSM−5型ゼオライトを採用し、さらに、スチーミング処理を行ったとしても、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒の耐劣化性能には及ばず、この差をスチーミング処理条件で補おうとすると、大きく活性を低下させてしまうことが少なくとも判り、メタノール及び/又はジメチルエーテルから低級オレフィンを製造する本実施形態に用いられる触媒として求められる極めて微妙な活性制御を、前処理条件で最適化する事が困難であることが少なくとも判った。   From Example 2, Example 3, Comparative Example 4 and Comparative Example 5, the zeolite-containing shaped body catalyst in this embodiment can control the amount of silver supported by changing the concentration of the liquid to be treated for ion exchange treatment. It has been found that at least it is possible to carry out very delicate activity control required as a catalyst used in this embodiment for producing a lower olefin from methanol and / or dimethyl ether. On the other hand, when using an H-ZSM-5 type zeolite-containing shaped catalyst as a catalyst, it was at least found that it is important to select the silica-alumina molar ratio. However, even when H-ZSM-5 type zeolite having a silica alumina molar ratio of 1000 is adopted and further subjected to the steaming treatment, it does not reach the deterioration resistance performance of the zeolite-containing shaped catalyst of this embodiment. It is at least known that the activity is greatly reduced when the steaming treatment conditions are supplemented, and the very delicate activity control required as a catalyst used in this embodiment for producing a lower olefin from methanol and / or dimethyl ether is obtained. At least, it has been found that it is difficult to optimize with pretreatment conditions.

Figure 2017179108
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[実施例4]固定床反応/再生サイクルテスト(触媒永久劣化評価)
実施例3で固定床反応評価に用いた触媒Eを回収し、マッフル炉で580℃、5時間焼成し、触媒に付着したコークを除去再生した。焼成再生後の触媒を用いて、実施例3の工程3:接触工程と同様の方法でメタノール転化反応を行った。この反応及び再生処理を繰り返しながら、反応成績を評価することで、触媒活性劣化の有無を確認した。4、5サイクル目における、反応器出口製品ガス中にジメチルエーテルが確認されるまでの時間(メタノール完全転化維持時間)は、それぞれ54、53時間であり、触媒活性、コーキング劣化挙動は変化していなかった。このことから、ここで用いた触媒は、再生処理による活性劣化(脱アルミによる劣化)が起きていないことが判った。結果を表4に示す。
[Example 4] Fixed bed reaction / regeneration cycle test (evaluation of catalyst permanent deterioration)
The catalyst E used in the fixed bed reaction evaluation in Example 3 was collected and baked in a muffle furnace at 580 ° C. for 5 hours to remove and regenerate the coke adhered to the catalyst. Using the catalyst after calcination regeneration, methanol conversion reaction was carried out in the same manner as in Step 3: Contacting Step of Example 3. The presence or absence of catalyst activity deterioration was confirmed by evaluating the reaction results while repeating this reaction and regeneration treatment. In the 4th and 5th cycles, the time until dimethyl ether was confirmed in the product gas at the outlet of the reactor (maintenance time for complete conversion of methanol) was 54 and 53 hours, respectively, and the catalytic activity and coking deterioration behavior were not changed. It was. From this, it was found that the catalyst used here had no activity deterioration due to regeneration treatment (deterioration due to dealumination). The results are shown in Table 4.

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[実施例5]触媒前処理方法の影響
本実施形態の触媒の再現性を確認する目的で、実施例3と同等の検証をさらに2回行った。まず、実施例3と同様に触媒Eを調製した。次に得られた触媒Eの一部を、実施例2の工程2と同様の方法によりスチーミング処理を施して、触媒E−2Sを得た。また、別途、触媒Eの一部を、実施例2の工程2と同様の方法によりスチーミング処理を施して、触媒E−3Sを得た。触媒E−2Sのプロトン量及びE−3Sのプロトン量は、それぞれ、0.0013、0.0015mmol/g−ゼオライトであった。触媒E−2S、E−3Sを用いて、実施例2の工程3と同様の方法により接触工程を行った。結果を実施例3の結果と共に表5に示す。
[Example 5] Influence of catalyst pretreatment method For the purpose of confirming the reproducibility of the catalyst of this embodiment, verification equivalent to Example 3 was further performed twice. First, catalyst E was prepared in the same manner as in Example 3. Next, a part of the obtained catalyst E was steamed by the same method as in step 2 of Example 2 to obtain catalyst E-2S. Separately, a part of the catalyst E was steamed by the same method as in step 2 of Example 2 to obtain catalyst E-3S. The proton amount of catalyst E-2S and the proton amount of E-3S were 0.0013 and 0.0015 mmol / g-zeolite, respectively. Using the catalysts E-2S and E-3S, the contacting step was performed in the same manner as in Step 3 of Example 2. The results are shown in Table 5 together with the results of Example 3.

[実施例6]触媒前処理方法の影響
スチーミング処理工程に於ける、酸素共存の影響を確認する目的で、実施例3で得られた、触媒Eを以下のスチーミング処理条件にて処理した。
[Example 6] Influence of catalyst pretreatment method For the purpose of confirming the influence of oxygen coexistence in the steaming treatment step, the catalyst E obtained in Example 3 was treated under the following steaming treatment conditions. .

(工程2:スチーミング処理工程)
成形体触媒Eを、内径27.2mmφの石英ガラス製反応器に10gを充填し、常圧下、温度650℃、スチーム流量31.8g/hr、窒素流量176NCCMの条件(スチーム濃度80mol%、窒素濃度20mol%)で36時間スチーミング処理を行ない、触媒E−4Sを得た。また、触媒E−4Sと全く同じ条件で、他の成形体触媒Eにスチーミング処理を施し、触媒E−5Sを得た。触媒E−4Sのプロトン量、及び、E−5Sのプロトン量は、0.0014、0,0012mmol/g−ゼオライトであった。触媒E−4S、E−5Sを用いて、実施例2の工程3と同様の方法により接触工程を行った。結果を表5に示す。
(Process 2: Steaming process)
10 g of a molded glass catalyst E was charged into a quartz glass reactor having an inner diameter of 27.2 mmφ, under conditions of normal pressure, temperature 650 ° C., steam flow rate 31.8 g / hr, nitrogen flow rate 176 NCCM (steam concentration 80 mol%, nitrogen concentration 20 mol%), the steaming treatment was performed for 36 hours to obtain catalyst E-4S. In addition, under the same conditions as catalyst E-4S, the other molded article catalyst E was steamed to obtain catalyst E-5S. The proton amount of catalyst E-4S and the proton amount of E-5S were 0.0014, 0,0012 mmol / g-zeolite. Using the catalysts E-4S and E-5S, the contacting step was performed in the same manner as in Step 3 of Example 2. The results are shown in Table 5.

Figure 2017179108
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実施例3、5及び、実施例6から、本実施形態の触媒のスチーミング処理を酸素共存条件下で行う事により、好ましい触媒性能に、より再現性良く調製できることが少なくとも判る。   From Examples 3 and 5 and Example 6, it can be seen that at least the preferred catalyst performance can be prepared with better reproducibility by performing the steaming treatment of the catalyst of the present embodiment in the presence of oxygen.

[比較例7]
Si/Al/Pモル比が2/12.6/9.9のSAPO−34を圧縮成形した触媒Hを準備した。触媒Hを破砕し、8〜20メッシュ触媒に分級し、該触媒8.56gを温度計鞘管を付設した内径15mmφステンレス製固定床反応管(断面積1.6cm)に充填し、以下の条件にて反応を行なった。
原料供給速度 :メタノール 6.2g/hr、窒素 18NCCM
反応圧力 :0.14MPa/G
反応温度 :420℃ WHSV :0.72hr−1
結果を表6に示す。
[Comparative Example 7]
A catalyst H was prepared by compression molding SAPO-34 having a Si / Al / P molar ratio of 2 / 12.6 / 9.9. The catalyst H was crushed and classified into an 8-20 mesh catalyst, and 8.56 g of the catalyst was packed into a 15 mm inner diameter stainless steel fixed bed reaction tube (cross-sectional area 1.6 cm 2 ) provided with a thermometer sheath tube. The reaction was carried out under conditions.
Raw material supply rate: Methanol 6.2 g / hr, nitrogen 18 NCCM
Reaction pressure: 0.14 MPa / G
Reaction temperature: 420 ° C. WHSV: 0.72 hr −1
The results are shown in Table 6.

SAPO−34触媒系では、低級オレフィンに対し高選択率を示すものの、活性は低く多量の触媒が必要であった。また、活性劣化は顕著であり、僅か、5.83時間サンプリング時には、ジメチルエーテル、メタノールが検出されるに至った。従って、かかる触媒を工業的に実施するには極めて不利である。   The SAPO-34 catalyst system showed high selectivity with respect to lower olefins, but had low activity and required a large amount of catalyst. Moreover, the activity deterioration was remarkable, and dimethyl ether and methanol were detected at the time of sampling for only 5.83 hours. Therefore, this catalyst is extremely disadvantageous for industrial implementation.

Figure 2017179108
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[実施例7]ジメチルエーテル原料での固定床反応
メタノールを原料とする固定床評価実験では、ジメチルエーテルへの脱水反応時の発熱が大きく、触媒層温度を均一維持することが困難であり、触媒性能評価に影響を与えている可能性も考えられたため、ジメチルエーテルと水を供給しての評価反応を行った。
[Example 7] Fixed bed reaction using dimethyl ether raw material In a fixed bed evaluation experiment using methanol as a raw material, heat generation during dehydration reaction to dimethyl ether is large, and it is difficult to maintain a uniform catalyst layer temperature. Therefore, the evaluation reaction was conducted by supplying dimethyl ether and water.

実施例3でも用いたスチーミング処理後の成形体触媒E4.56gを、温度計鞘管を付設した内径15mmφステンレス製固定床反応管(断面積1.6cm)に充填し、温度550℃、圧力0.10MPaG、ジメチルエーテル流量8.2g/hr、スチーム3.2g/hrの条件(LV3.16cm/sec、接触時間1.3sec)にてジメチルエーテル転化反応を行った。尚、反応温度プロファイルの変化は、抑制されており、触媒層平均温度を550℃となる様に、適宜、外部電気炉にて調整した。原料供給開始から反応生成物を反応器出口から直接ガスクロマトグラフィー(TCD、FID検出器)に導入して組成を分析した。反応は24時間継続したが、未反応ジメチルエーテルが検出されることは無かった。結果を表7に示す。The steamed shaped molded catalyst E4.56 g used in Example 3 was charged into a 15 mm inner diameter stainless steel fixed bed reaction tube (cross-sectional area 1.6 cm 2 ) provided with a thermometer sheath tube, and the temperature was 550 ° C., Dimethyl ether conversion reaction was carried out under the conditions of a pressure of 0.10 MPaG, a dimethyl ether flow rate of 8.2 g / hr, and steam of 3.2 g / hr (LV 3.16 cm / sec, contact time 1.3 sec). In addition, the change of reaction temperature profile was suppressed and it adjusted with the external electric furnace suitably so that the catalyst layer average temperature might be set to 550 degreeC. The reaction product was directly introduced into the gas chromatography (TCD, FID detector) from the reactor outlet from the start of the raw material supply, and the composition was analyzed. The reaction continued for 24 hours, but no unreacted dimethyl ether was detected. The results are shown in Table 7.

本実施例の結果から、本実施の形態の触媒は、ジメチルエーテル原料系で比較的等温での反応が可能となると、さらにプロピレン等のオレフィン収率が向上することが判った。   From the results of this Example, it was found that the yield of olefins such as propylene was further improved when the catalyst of the present embodiment could be reacted at a relatively isothermal temperature in the dimethyl ether raw material system.

[比較例8、9]
比較例8、9は、スチーミング処理後の成形体触媒Eを、それぞれ、比較例4でも用いた36時間スチーミング処理後の成形体触媒F、比較例5でも用いた36時間スチーミング処理後の成形体触媒Gに、替えた他は実施例7と同様にしてジメチルエーテル転化反応を行った。反応は24時間継続したが、いずれにおいても、未反応ジメチルエーテルが検出されることはなかった。結果を表7に示す。
[Comparative Examples 8 and 9]
In Comparative Examples 8 and 9, the compacted catalyst E after the steaming treatment was subjected to the compacted catalyst F after the 36-hour steaming treatment used in Comparative Example 4 and the 36-hour steaming treatment used in the Comparative Example 5, respectively. A dimethyl ether conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 7 except that the molded product catalyst G was used. The reaction continued for 24 hours, but no unreacted dimethyl ether was detected in any case. The results are shown in Table 7.

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実施例7及び比較例8、9から、メタノール原料固定床反応に対して、1分子脱水反応製品であるジメチルエーテルを原料に用いると、触媒層温度が安定し、比較的等温での反応が可能となった。かかる条件下でも、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒が、プロピレン等のオレフィン収率が高く優位であることが少なくとも判った。   From Example 7 and Comparative Examples 8 and 9, when dimethyl ether, which is a single-molecule dehydration reaction product, is used as a raw material for a methanol raw material fixed bed reaction, the catalyst layer temperature is stabilized and a reaction at a relatively isothermal temperature is possible. became. Even under such conditions, it has been at least found that the zeolite-containing shaped catalyst of the present embodiment is superior in yield of olefins such as propylene.

[実施例8]ジメチルエーテル/オレフィン原料での固定床反応
メタノール原料の代替として、ジメチルエーテルと水とを供給し、オレフィン原料との混合系として、1−ブテンガス供給による固定床評価反応を行った。
[Example 8] Fixed bed reaction with dimethyl ether / olefin raw material As an alternative to the methanol raw material, dimethyl ether and water were supplied, and as a mixed system with the olefin raw material, a fixed bed evaluation reaction was performed by supplying 1-butene gas.

実施例3でも用いたスチーミング処理後の成形体触媒E7.7gを、温度計鞘管を付設した内径15mmφステンレス製固定床反応管(断面積1.6cm)に充填し、温度550℃、圧力0.10MPaG、ジメチルエーテル流量8.2g/hr、1−ブテン流量22.8g/hr、スチーム3.2g/hr、(LV5.29cm/sec、接触時間1.3sec)にて、ブテン/ジメチルエーテル転化反応を行った。尚、触媒層平均温度を550℃となる様に、適宜、外部電気炉にて調整した。原料供給開始から反応生成物を反応器出口から直接ガスクロマトグラフィー(TCD、FID検出器)に導入して組成を分析した。反応は24時間継続したが、未反応ジメチルエーテルが検出されることは無かった。結果を表8に示す。The steamed shaped catalyst E7.7 g used in Example 3 was charged into a stainless steel fixed-bed reaction tube (cross-sectional area 1.6 cm 2 ) having an inner diameter of 15 mm with a thermometer sheath tube, and the temperature was 550 ° C. Butene / dimethyl ether conversion at pressure 0.10 MPaG, dimethyl ether flow rate 8.2 g / hr, 1-butene flow rate 22.8 g / hr, steam 3.2 g / hr, (LV 5.29 cm / sec, contact time 1.3 sec) Reaction was performed. In addition, it adjusted with the external electric furnace suitably so that the catalyst layer average temperature might be set to 550 degreeC. The reaction product was directly introduced into the gas chromatography (TCD, FID detector) from the reactor outlet from the start of the raw material supply, and the composition was analyzed. The reaction continued for 24 hours, but no unreacted dimethyl ether was detected. The results are shown in Table 8.

[比較例10]
上記固定床反応における条件を、触媒E5.35gを、温度計鞘管を付設した内径15mmφステンレス製固定床反応管(断面積1.6cm)に充填し、温度550℃、圧力0.10MPaG、1−ブテン流量22.8g/hr、窒素92.6SCCM/min(LV3.68cm/sec、接触時間1.3sec)とした他は、実施例8と同様に、ブテン転化反応を行った。尚、実施例8、比較例10は、ジメチルエーテルが脱水してエチレンを生成と仮定した場合に、供給ガス中のオレフィン濃度を62.1mol%と等しくしている。結果を表8に示す。
[Comparative Example 10]
The conditions in the above fixed bed reaction were as follows: 5.35 g of catalyst E was charged into a 15 mm inner diameter stainless steel fixed bed reaction tube (cross-sectional area 1.6 cm 2 ) provided with a thermometer sheath tube, temperature 550 ° C., pressure 0.10 MPaG, A butene conversion reaction was carried out in the same manner as in Example 8, except that the flow rate of 1-butene was 22.8 g / hr and nitrogen was 92.6 SCCM / min (LV 3.68 cm / sec, contact time 1.3 sec). In Example 8 and Comparative Example 10, when it is assumed that dimethyl ether is dehydrated to produce ethylene, the olefin concentration in the supply gas is equal to 62.1 mol%. The results are shown in Table 8.

Figure 2017179108
Figure 2017179108

実施例8、及び比較例10の結果から、本実施形態は、ブテン単独原料系に比べて、ジメチルエーテル(即ち、メタノール)を同時に供給する事によって、低級オレフィンの中でもエチレン、プロピレンの収率が高く、即ち、C4、C5オレフィンをリサイクルする事が可能であることが少なくとも判った。   From the results of Example 8 and Comparative Example 10, this embodiment has higher yields of ethylene and propylene among lower olefins by simultaneously supplying dimethyl ether (that is, methanol) as compared to a butene-only raw material system. That is, it has been at least found that C4 and C5 olefins can be recycled.

本発明に係る低級オレフィンの製造方法において、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒を用いれば、高いプロピレン(低級オレフィン)収率を実現するとともに、コーキングによる劣化、コーク燃焼再生時の劣化を起こし難いため、固定床反応器を用いても、長期間にわたりプロピレンを安定して製造することが可能となる。また、流動床反応器を用いる場合にも、ゼオライト触媒の循環再生頻度が低く、経年劣化も起こし難いので、触媒のメイクアップ量が少なくて済む。同時に、メタノール及び/又はジメチルエーテルを原料とする触媒には、極めて微妙な活性制御が求められるが、本実施形態のゼオライト含有成形体触媒は、簡便な方法で所望の活性を有する触媒を調製せしめることも可能である。これらの事実は、本実施形態を工業的に実施する場合、極めて有利である。   In the method for producing a lower olefin according to the present invention, when the zeolite-containing shaped body catalyst of the present embodiment is used, a high propylene (lower olefin) yield is achieved, and deterioration due to coking and deterioration during coke combustion regeneration are unlikely to occur. Therefore, even if a fixed bed reactor is used, it becomes possible to produce propylene stably over a long period of time. In addition, when using a fluidized bed reactor, the circulation rate of the zeolite catalyst is low, and it is difficult to cause deterioration over time, so that the catalyst make-up amount is small. At the same time, the catalyst using methanol and / or dimethyl ether as a raw material is required to have very delicate activity control, but the zeolite-containing shaped body catalyst of the present embodiment can prepare a catalyst having a desired activity by a simple method. Is also possible. These facts are extremely advantageous when the present embodiment is industrially implemented.

Claims (7)

メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む原料と、ゼオライト含有成形体触媒と、を反応器内で接触させる、接触工程を有し、
前記原料は、該原料の総量に対し、前記メタノール及びジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種を、10質量%以上含み、
前記ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、下記(1)〜(4)を満たす、低級オレフィンの製造方法:
(1)該ゼオライトは、中間細孔径ゼオライトである
(2)該ゼオライトは、実質的にプロトンを含まない
(3)該ゼオライトは、銀を含む
(4)該ゼオライトのシリカアルミナモル比(SiO/Alモル比)は、800以上2000以下である。
Having a contact step of bringing a raw material containing at least one selected from the group consisting of methanol and dimethyl ether into contact with a zeolite-containing shaped catalyst in a reactor;
The raw material contains 10% by mass or more of at least one selected from the group consisting of the methanol and dimethyl ether with respect to the total amount of the raw material,
The zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst satisfies the following (1) to (4):
(1) The zeolite is an intermediate pore size zeolite (2) The zeolite is substantially free of protons (3) The zeolite contains silver (4) Silica alumina molar ratio of the zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio) is 800 or more and 2000 or less.
前記ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトは、アルカリ金属をさらに含む、請求項1に記載の低級オレフィンの製造方法。   The method for producing a lower olefin according to claim 1, wherein the zeolite in the zeolite-containing shaped catalyst further contains an alkali metal. 前記ゼオライト含有成形体触媒は、水蒸気及び酸素の存在下、500℃以上において加熱処理されている、請求項1又は2に記載の低級オレフィンの製造方法。   The method for producing a lower olefin according to claim 1 or 2, wherein the zeolite-containing shaped catalyst is heat-treated at 500 ° C or higher in the presence of water vapor and oxygen. 前記ゼオライト含有成形体触媒中のゼオライトのカチオンサイトに対する銀カチオン占有率が、10%以上70%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の低級オレフィンの製造方法。   The manufacturing method of the lower olefin of any one of Claims 1-3 whose silver cation occupation rate with respect to the cation site of the zeolite in the said zeolite containing molded object catalyst is 10% or more and 70% or less. 前記ゼオライト含有成形体触媒は、シリカをさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の低級オレフィンの製造方法。   The said zeolite containing molded object catalyst is a manufacturing method of the lower olefin of any one of Claims 1-4 which further contains a silica. 前記反応器は、流動床式、又は固定床式の反応器である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の低級オレフィンの製造方法。   The method for producing a lower olefin according to any one of claims 1 to 5, wherein the reactor is a fluidized bed type or a fixed bed type reactor. 前記原料は、オレフィン類をさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の低級オレフィンの製造方法。   The said raw material is a manufacturing method of the lower olefin of any one of Claims 1-6 which further contains olefins.
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