JPWO2020027321A1 - Light hydrocarbon synthesis catalyst structure, light hydrocarbon production equipment and method for producing light hydrocarbons - Google Patents

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Abstract

本発明に係る軽質炭化水素合成触媒構造体(1)は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体(10)と、担体(10)に内在する少なくとも1つの金属微粒子(20)と、を備える。担体(10)は、担体(10)の外部と連通する通路(11)を有し、通路(11)の一部における平均内径が0.95nm以下であり、金属微粒子(20)は、平均内径が0.95nm以下の通路(11)に存在している。The light hydrocarbon synthesis catalyst structure (1) according to the present invention comprises a carrier (10) having a porous structure composed of a zeolite-type compound, and at least one metal fine particle (20) contained in the carrier (10). To be equipped. The carrier (10) has a passage (11) communicating with the outside of the carrier (10), the average inner diameter in a part of the passage (11) is 0.95 nm or less, and the metal fine particles (20) have an average inner diameter. Is present in the passage (11) of 0.95 nm or less.

Description

本発明は、軽質炭化水素合成触媒構造体、軽質炭化水素製造装置、及び軽質液体炭化水素の製造方法に関し、特に、一酸化炭素と水素から選択的に軽質炭化水素を合成可能な、軽質炭化水素合成触媒構造体、軽質炭化水素製造装置、及び軽質液体炭化水素の製造方法に関する。 The present invention relates to a light hydrocarbon synthesis catalyst structure, a light hydrocarbon production apparatus, and a method for producing a light liquid hydrocarbon, and in particular, a light hydrocarbon capable of selectively synthesizing a light hydrocarbon from carbon monoxide and hydrogen. The present invention relates to a synthetic catalyst structure, a light hydrocarbon production apparatus, and a method for producing a light liquid hydrocarbon.

石油の代替燃料である合成油、合成燃料等の液体もしくは固体燃料製品の原料として利用される炭化水素化合物を製造する方法として、一酸化炭素ガス(CO)及び水素ガス(H)を主成分とする合成ガスから触媒反応を利用して炭化水素、特に液体もしくは固体炭化水素を合成するフィッシャー・トロプシュ合成反応(以下、「FT合成反応」ということもある。)が知られている。このFT合成反応に使用される触媒として、例えば、特許文献1には、シリカ、アルミナ等の担体上に、コバルト、鉄等の活性金属を担持した触媒が開示され、特許文献2には、コバルト、ジルコニウム又はチタン、及びシリカを含有する触媒が開示されている。 Carbon monoxide gas (CO) and hydrogen gas (H 2 ) are the main components as a method for producing hydrocarbon compounds used as raw materials for liquid or solid fuel products such as synthetic oil and synthetic fuel, which are alternative fuels for petroleum. A Fischer-Tropsch synthesis reaction (hereinafter, also referred to as “FT synthesis reaction”) is known in which a hydrocarbon, particularly a liquid or solid hydrocarbon, is synthesized from a synthetic gas to be used. As a catalyst used in this FT synthesis reaction, for example, Patent Document 1 discloses a catalyst in which an active metal such as cobalt or iron is supported on a carrier such as silica or alumina, and Patent Document 2 discloses cobalt. , Zyla or titanium, and a catalyst containing silica are disclosed.

FT合成反応に用いる触媒は、例えば、シリカ、アルミナ等の担体に、コバルト塩、ルテニウム塩等を含浸させ、これを焼成することによって、コバルト酸化物及び/又はルテニウム酸化物が担持された触媒(未還元触媒)として得ることができる。このようにして得られた触媒がFT合成反応に対して十分な活性を発現するために、特許文献3に開示されているように、該触媒を水素ガス等の還元ガスに接触させて還元処理し、活性金属であるコバルト及び/又はルテニウムを酸化物の状態から、金属の状態へと変換する必要がある。 The catalyst used in the FT synthesis reaction is, for example, a catalyst in which a carrier such as silica or alumina is impregnated with a cobalt salt, a ruthenium salt or the like and then calcined to support a cobalt oxide and / or a ruthenium oxide (a catalyst in which a cobalt oxide and / or a ruthenium oxide is supported. It can be obtained as an unreduced catalyst). In order for the catalyst thus obtained to exhibit sufficient activity for the FT synthesis reaction, as disclosed in Patent Document 3, the catalyst is brought into contact with a reducing gas such as hydrogen gas for reduction treatment. However, it is necessary to convert the active metals cobalt and / or ruthenium from the oxide state to the metal state.

ところで、FT合成反応を行う反応器においては、炭素数が比較的多い重質炭化水素が主に液体成分として、炭素数が比較的少ない軽質炭化水素が主にガス成分として合成される。しかしながら、FT合成反応では、様々な炭素数を有する炭化水素が合成されるため、所望の炭化水素を得るには、合成プロセス後に、分解プロセス、精製プロセス等の余分なプロセスを行う必要がある。そのため、FT合成反応において、生成物の炭素数分布をできるだけ制御できることが望ましい。 By the way, in a reactor that carries out an FT synthesis reaction, a heavy hydrocarbon having a relatively large number of carbon atoms is mainly synthesized as a liquid component, and a light hydrocarbon having a relatively small number of carbon atoms is mainly synthesized as a gas component. However, since hydrocarbons having various carbon atoms are synthesized in the FT synthesis reaction, it is necessary to carry out an extra process such as a decomposition process and a purification process after the synthesis process in order to obtain a desired hydrocarbon. Therefore, it is desirable to be able to control the carbon number distribution of the product as much as possible in the FT synthesis reaction.

特許文献4には、FT合成触媒をなすコア部と、炭化水素を分解して軽質化するシェル部からなるコア−シェル型の触媒を用いて、コア部のFT合成触媒で炭化水素を成長させ、シェル部の炭化水素を分解する触媒でFT合成反応により得られた生成物を分解することにより、生成した炭化水素を軽質化する技術が開示されている。しかしながら、特許文献4には、主に炭素数が5以上の炭化水素を対象とした炭素数分布しか開示されていない。また、コア部のコバルト触媒で合成した炭化水素の炭素数をシェル部のゼオライト表面の反応で調整しているため、シェル部で生成物の軟質化を調製した後も、コア部または隣接するシェル部などと再度反応する場合がある。そのため、特定の範囲の炭素数を有する炭化水素の選択性の制御が困難であり、特に、より炭素数が少ない軽質炭化水素を対象とした炭素数分布の制御が困難である。 In Patent Document 4, a core-shell type catalyst consisting of a core portion forming an FT synthesis catalyst and a shell portion for decomposing and reducing the weight of hydrocarbons is used, and hydrocarbons are grown with the FT synthesis catalyst in the core portion. , A technique for reducing the weight of the produced hydrocarbon by decomposing the product obtained by the FT synthesis reaction with a catalyst for decomposing the hydrocarbon in the shell portion is disclosed. However, Patent Document 4 only discloses the carbon number distribution mainly for hydrocarbons having 5 or more carbon atoms. In addition, since the carbon number of the hydrocarbon synthesized by the cobalt catalyst in the core part is adjusted by the reaction on the zeolite surface in the shell part, even after the softening of the product is prepared in the shell part, the core part or the adjacent shell It may react again with the part. Therefore, it is difficult to control the selectivity of hydrocarbons having a specific range of carbon numbers, and in particular, it is difficult to control the carbon number distribution for light hydrocarbons having a smaller number of carbon numbers.

一方、FT合成反応においてガス成分として生成されるプロピレン、ブテン等の軽質炭化水素は、種々の化学製品の基礎原料として使用されることで知られている。FT合成反応では、このような軽質炭化水素も生成され得るものの、その選択性は依然として低い。すなわち、FT合成反応により得られる生成物において、重質炭化水素よりも軽質炭化水素の選択性を高める技術は未だ確立されていない。また、このような技術を開発することにより、軽質炭化水素の選択性を向上させるだけでなく、従来の合成プロセスで要していた精製プロセス等の追加操作を省き、生産効率の向上を図ることも望まれる。 On the other hand, light hydrocarbons such as propylene and butene produced as gas components in the FT synthesis reaction are known to be used as basic raw materials for various chemical products. Although such light hydrocarbons can be produced in the FT synthesis reaction, their selectivity is still low. That is, in the product obtained by the FT synthesis reaction, a technique for enhancing the selectivity of light hydrocarbons over heavy hydrocarbons has not yet been established. In addition, by developing such a technology, not only the selectivity of light hydrocarbons will be improved, but also the additional operations such as the purification process required in the conventional synthesis process will be omitted, and the production efficiency will be improved. Is also desired.

特開平4−227847号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-227847 特開昭59−102440号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-12440 国際公開第2015/072573号International Publication No. 2015/072573 国際公開第2014/142282号International Publication No. 2014/1422282

本発明の目的は、炭化水素の合成において、軽質炭化水素の選択性を高めることができる軽質炭化水素合成触媒構造体、該触媒構造体を用いた軽質炭化水素の製造方法、及び該触媒構造体を有する軽質炭化水素製造装置を提供することにある。 An object of the present invention is a light hydrocarbon synthesis catalyst structure capable of enhancing the selectivity of a light hydrocarbon in the synthesis of a hydrocarbon, a method for producing a light hydrocarbon using the catalyst structure, and the catalyst structure. It is an object of the present invention to provide a light hydrocarbon production apparatus having the above.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体と、前記担体に内在する少なくとも1つの金属微粒子と、を備え、前記担体が、該担体の外部と連通する通路を有し、前記通路の一部における平均内径が0.95nm以下であり、前記金属微粒子が、前記平均内径が0.95nm以下の通路に存在している触媒構造体を使用することによって、炭化水素の合成、特に、FT合成反応において、軽質炭化水素の選択性を高めることができることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have provided a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound and at least one metal fine particle contained in the carrier. The carrier has a passage communicating with the outside of the carrier, the average inner diameter in a part of the passage is 0.95 nm or less, and the metal fine particles are present in the passage having the average inner diameter of 0.95 nm or less. It has been found that the selectivity of light hydrocarbons can be enhanced in the synthesis of hydrocarbons, particularly in the FT synthesis reaction, by using the catalyst structure.

すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1] ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体と、
前記担体に内在する少なくとも1つの金属微粒子と、を備え、
前記担体が、該担体の外部と連通する通路を有し、
前記通路の一部における平均内径が0.95nm以下であり、
前記金属微粒子が、平均内径が0.95nm以下の通路に存在していることを特徴とする軽質炭化水素合成触媒構造体。
[2] 前記通路の一部における平均内径が0.75nm以下である、上記[1]に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[3] 前記通路の一部における平均内径が0.55nm以上0.75未満である、上記[1]または[2]に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[4] 前記通路の一部における平均内径が0.63nm以上0.75未満である、上記[1]または[2]に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[5]前記通路の一部における平均内径が0.39nmより大きく0.68nm未満である、上記[1]または[2]に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[6] 前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部とを有し、且つ
前記金属微粒子が、少なくとも前記拡径部に存在している、上記[1]〜[5]のいずれか1つに記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[7] 前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、上記[6]に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[8] 前記金属微粒子の平均粒径が、前記通路の全体の平均内径よりも大きく、且つ前記拡径部の内径以下である、上記[6]または[7]に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[9] 前記金属微粒子の金属元素(M)が、前記軽質炭化水素合成触媒構造体に対して0.5質量%以上含有されている、上記[1]〜[8]のいずれか1つに記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[10] 前記金属微粒子の原料である金属含有水溶液の仕込み量が、前記金属含有水溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前記担体の原料である前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10以上1000以下である、上記[1]〜[9]のいずれか1つに記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[11] 前記金属微粒子が、Co、Fe、Ni、Ruまたはそれら少なくとも1種を含む合金を含んでいる、上記[1]〜[10]のいずれか1つに記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
[12] 上記[1]〜[11]のいずれか1つに記載の軽質炭化水素合成触媒構造体を有する軽質炭化水素製造装置。
[13] 合成する軽質炭化水素の炭素数に応じて、前記通路の一部における平均内径の範囲が異なる軽質炭化水素合成触媒構造体を備える、上記[12]に記載の軽質炭化水素製造装置。
[14] 上記[1]〜[11]のいずれか1つに記載の軽質炭化水素合成触媒構造体を用いて、一酸化炭素と水素から軽質炭化水素を合成する軽質炭化水素の製造方法。
[15] 合成する軽質炭化水素の炭素数に応じて、前記通路の一部における平均内径の範囲が異なる軽質炭化水素合成触媒構造体を用いる、上記[14]に記載の軽質炭化水素の製造方法。
That is, the gist structure of the present invention is as follows.
[1] A carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound and
With at least one metal fine particle contained in the carrier,
The carrier has a passage that communicates with the outside of the carrier.
The average inner diameter of a part of the passage is 0.95 nm or less, and the average inner diameter is 0.95 nm or less.
A light hydrocarbon synthesis catalyst structure characterized in that the metal fine particles are present in a passage having an average inner diameter of 0.95 nm or less.
[2] The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to the above [1], wherein the average inner diameter in a part of the passage is 0.75 nm or less.
[3] The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to the above [1] or [2], wherein the average inner diameter in a part of the passage is 0.55 nm or more and less than 0.75.
[4] The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to the above [1] or [2], wherein the average inner diameter in a part of the passage is 0.63 nm or more and less than 0.75.
[5] The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to the above [1] or [2], wherein the average inner diameter in a part of the passage is larger than 0.39 nm and less than 0.68 nm.
[6] The passage includes any one of the one-dimensional pores, the two-dimensional pores, and the three-dimensional pores defined by the skeleton structure of the zeolite-type compound, and the one-dimensional pores, the two-dimensional pores, and the three-dimensional pores. The light zeolite synthesis according to any one of the above [1] to [5], which has a diameter-expanded portion different from any of the above, and the metal fine particles are present at least in the diameter-expanded portion. Catalyst structure.
[7] The light hydrocarbon according to the above [6], wherein the enlarged diameter portion communicates with a plurality of holes constituting any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. Hydrogen synthesis catalyst structure.
[8] The light hydrocarbon synthesis catalyst according to the above [6] or [7], wherein the average particle size of the metal fine particles is larger than the average inner diameter of the entire passage and equal to or less than the inner diameter of the enlarged diameter portion. Structure.
[9] One of the above [1] to [8], wherein the metal element (M) of the metal fine particles is contained in an amount of 0.5% by mass or more with respect to the light hydrocarbon synthesis catalyst structure. The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to the above.
[10] The amount of the metal-containing aqueous solution charged as the raw material of the metal fine particles is the silicon (A) constituting the precursor material (A) which is the raw material of the carrier with respect to the metal element (M) contained in the metal-containing aqueous solution. The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of the above [1] to [9], which is 10 or more and 1000 or less in terms of the ratio of Si) (atomic number ratio Si / M).
[11] The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of [1] to [10] above, wherein the metal fine particles contain Co, Fe, Ni, Ru or an alloy containing at least one of them. body.
[12] A light hydrocarbon production apparatus having the light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of the above [1] to [11].
[13] The light hydrocarbon production apparatus according to the above [12], comprising a light hydrocarbon synthesis catalyst structure in which the range of the average inner diameter in a part of the passage differs depending on the number of carbon atoms of the light hydrocarbon to be synthesized.
[14] A method for producing a light hydrocarbon, which synthesizes a light hydrocarbon from carbon monoxide and hydrogen by using the light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of the above [1] to [11].
[15] The method for producing a light hydrocarbon according to the above [14], which uses a light hydrocarbon synthesis catalyst structure in which the range of the average inner diameter in a part of the passage differs depending on the number of carbon atoms of the light hydrocarbon to be synthesized. ..

本発明によれば、炭化水素の合成、特に、FT合成反応において、軽質炭化水素の選択性を高めることができる軽質炭化水素合成触媒構造体、該触媒構造体を用いた軽質炭化水素の製造方法、及び該触媒構造体を有する軽質炭化水素製造装置を提供することができる。また、例えば、このような触媒構造体をFT合成反応に利用することにより、従来の合成プロセスで要していた精製プロセス等の追加操作を省くことができ、その結果、生産効率を向上させることができる。 According to the present invention, a light hydrocarbon synthesis catalyst structure capable of enhancing the selectivity of a light hydrocarbon in the synthesis of a hydrocarbon, particularly in an FT synthesis reaction, and a method for producing a light hydrocarbon using the catalyst structure. , And a light hydrocarbon production apparatus having the catalyst structure. Further, for example, by utilizing such a catalyst structure for the FT synthesis reaction, it is possible to omit additional operations such as a purification process required in the conventional synthesis process, and as a result, the production efficiency can be improved. Can be done.

図1は、本発明の実施形態に係る軽質炭化水素合成触媒構造体の内部構造が分かるように概略的に示したものであって、図1(a)は斜視図(一部を横断面で示す。)、図1(b)は部分拡大断面図である。FIG. 1 is a schematic view showing the internal structure of the light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to the embodiment of the present invention so that the internal structure can be understood, and FIG. 1 (a) is a perspective view (partially in cross section). (Show), FIG. 1 (b) is a partially enlarged cross-sectional view. 図2は、図1の軽質炭化水素合成触媒構造体の機能の一例を説明するための部分拡大断面図であり、図2(a)は篩機能、図2(b)は触媒能を説明する図である。2A and 2B are partially enlarged cross-sectional views for explaining an example of the function of the light hydrocarbon synthesis catalyst structure of FIG. 1, FIG. 2A is a sieve function, and FIG. 2B is a catalytic ability. It is a figure. 図3は、図1の軽質炭化水素合成触媒構造体の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for producing the light hydrocarbon synthesis catalyst structure of FIG.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[軽質炭化水素合成触媒構造体の構成]
図1は、本発明の実施形態に係る軽質炭化水素合成触媒構造体(以下、単に「触媒構造体」ともいう。)の構成を概略的に示す図であり、(a)は斜視図(一部を横断面で示す。)、(b)は部分拡大断面図である。なお、図1における触媒構造体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図1のものに限られないものとする。
[Structure of light hydrocarbon synthesis catalyst structure]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light hydrocarbon synthesis catalyst structure (hereinafter, also simply referred to as “catalyst structure”) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1A is a perspective view (1). (Parts are shown in cross section), (b) is a partially enlarged cross-sectional view. The catalyst structure in FIG. 1 shows an example thereof, and the shape, dimensions, etc. of each configuration according to the present invention are not limited to those in FIG.

図1(a)に示されるように、触媒構造体1は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体10と、該担体10に内在する、少なくとも1つの金属微粒子20とを備える。 As shown in FIG. 1A, the catalyst structure 1 includes a carrier 10 having a porous structure composed of a zeolite-type compound, and at least one metal fine particle 20 contained in the carrier 10.

触媒構造体1において、複数の金属微粒子20,20,・・・は、担体10の多孔質構造の内部に包接されている。金属微粒子20は、触媒能(触媒活性)を有する触媒物質である。金属微粒子については、詳しくは後述する。また、金属微粒子20は、金属酸化物や金属の合金、またはこれらの複合材料を含む粒子であってもよい。 In the catalyst structure 1, the plurality of metal fine particles 20, 20, ... Are included in the porous structure of the carrier 10. The metal fine particles 20 are catalytic substances having catalytic ability (catalytic activity). The details of the metal fine particles will be described later. Further, the metal fine particles 20 may be particles containing a metal oxide, a metal alloy, or a composite material thereof.

担体10は、多孔質構造であり、図1(b)に示すように、好適には複数の孔11a,11a,・・・が形成されることにより、担体10の外部と連通する通路11を有する。ここで、担体10の通路11の一部における平均内径は0.95nm以下であり、金属微粒子20は、平均内径が0.95nm以下の通路11に存在しており、好ましくは平均内径が0.95nm以下の通路11に保持されている。 The carrier 10 has a porous structure, and as shown in FIG. 1 (b), preferably, a plurality of holes 11a, 11a, ... Are formed so that a passage 11 communicating with the outside of the carrier 10 is formed. Have. Here, the average inner diameter of a part of the passage 11 of the carrier 10 is 0.95 nm or less, and the metal fine particles 20 are present in the passage 11 having an average inner diameter of 0.95 nm or less, and the average inner diameter is preferably 0. It is held in the passage 11 having a diameter of 95 nm or less.

このような構成により、炭化水素の合成、特に、FT合成反応において、軽質炭化水素の選択性を高めることができる。また、担体10内での金属微粒子20の移動が規制され、金属微粒子20,20同士の凝集が有効に防止される。これにより、金属微粒子20としての有効表面積の減少を効果的に抑制することができ、金属微粒子20の触媒活性を長期にわたって持続できる。その結果、触媒構造体1により、金属微粒子20の凝集による触媒活性の低下を抑制でき、触媒構造体1の長寿命化を図ることができる。また、触媒構造体1の長寿命化により、触媒構造体1の交換頻度を低減でき、使用済みの触媒構造体1の廃棄量を大幅に低減することができ、省資源化を図ることができる。 With such a configuration, the selectivity of light hydrocarbons can be enhanced in the synthesis of hydrocarbons, particularly in the FT synthesis reaction. Further, the movement of the metal fine particles 20 in the carrier 10 is restricted, and the agglomeration of the metal fine particles 20 and 20 is effectively prevented. As a result, the decrease in the effective surface area of the metal fine particles 20 can be effectively suppressed, and the catalytic activity of the metal fine particles 20 can be maintained for a long period of time. As a result, the catalyst structure 1 can suppress a decrease in catalytic activity due to aggregation of the metal fine particles 20, and can extend the life of the catalyst structure 1. Further, by extending the life of the catalyst structure 1, the frequency of replacement of the catalyst structure 1 can be reduced, the amount of waste of the used catalyst structure 1 can be significantly reduced, and resources can be saved. ..

通常、触媒構造体1を、流体(例えば、合成ガスなど)の中で用いる場合、流体から外力を受ける可能性がある。金属微粒子20が、担体10の外表面に付着状態で保持されているだけである場合、流体からの外力の影響で担体10の外表面から離脱しやすいという問題がある。これに対し、触媒構造体1では、金属微粒子20は担体10の少なくとも通路11に存在しているため、流体による外力の影響を受けたとしても、担体10から金属微粒子20が離脱しにくい。すなわち、触媒構造体1が流体内にある場合、流体は担体10の孔11aから、通路11内に流入するため、通路11内を流れる流体の速さは、流路抵抗(摩擦力)により、担体10の外表面を流れる流体の速さに比べて、遅くなると考えられる。このような流路抵抗の影響により、通路11内に保持された金属微粒子20が流体から受ける圧力は、担体10の外部において金属微粒子が流体から受ける圧力に比べて低くなる。そのため、担体10に内在する金属微粒子20が離脱することを効果的に抑制でき、金属微粒子20の触媒活性を長期的に安定して維持することが可能となる。なお、上記のような流路抵抗は、担体10の通路11が、曲がりや分岐を複数有し、担体10の内部がより複雑で三次元的な立体構造となっているほど、大きくなると考えられる。 Normally, when the catalyst structure 1 is used in a fluid (for example, synthetic gas), there is a possibility of receiving an external force from the fluid. When the metal fine particles 20 are only held on the outer surface of the carrier 10 in an attached state, there is a problem that the metal fine particles 20 are easily separated from the outer surface of the carrier 10 due to the influence of an external force from the fluid. On the other hand, in the catalyst structure 1, since the metal fine particles 20 are present in at least the passage 11 of the carrier 10, the metal fine particles 20 are difficult to separate from the carrier 10 even if they are affected by an external force due to the fluid. That is, when the catalyst structure 1 is in the fluid, the fluid flows into the passage 11 from the hole 11a of the carrier 10, so that the speed of the fluid flowing in the passage 11 depends on the flow path resistance (friction force). It is considered that the speed of the fluid flowing on the outer surface of the carrier 10 is slower than that of the fluid. Due to the influence of such flow path resistance, the pressure received from the fluid by the metal fine particles 20 held in the passage 11 is lower than the pressure received by the metal fine particles 20 from the fluid outside the carrier 10. Therefore, the detachment of the metal fine particles 20 contained in the carrier 10 can be effectively suppressed, and the catalytic activity of the metal fine particles 20 can be stably maintained for a long period of time. It is considered that the flow path resistance as described above becomes larger as the passage 11 of the carrier 10 has a plurality of bends and branches and the inside of the carrier 10 has a more complicated and three-dimensional three-dimensional structure. ..

また、通路11は、ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部12とを有していることが好ましく、このとき、金属微粒子20は、少なくとも拡径部12に存在していることが好ましく、少なくとも拡径部12に包接されていることがより好ましい。また、拡径部12は、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔11a,11a同士を連通しているのが好ましい。これにより、担体10の内部に、一次元孔、二次元孔又は三次元孔とは異なる別途の通路が設けられるので、金属微粒子20の機能をより発揮させることができる。尚、ここでいう一次元孔とは、一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の孔、もしくは複数の一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の複数の孔(複数の一次元チャンネル)を指す。また、二次元孔とは、複数の一次元チャンネルが二次元的に連結された二次元チャンネルを指し、三次元孔とは、複数の一次元チャンネルが三次元的に連結された三次元チャンネルを指す。これにより、金属微粒子20の担体10内での移動がさらに規制され、金属微粒子20の離脱、金属微粒子20,20同士の凝集をさらに有効に防止することができる。包接とは、金属微粒子20が担体10に内包されている状態を指す。このとき金属微粒子20と担体10とは、必ずしも直接的に互いが接触している必要はなく、金属微粒子20と担体10との間に他の物質(例えば、界面活性剤等)が介在した状態で、金属微粒子20が担体10に間接的に保持されていてもよい。 Further, the passage 11 includes any one of the one-dimensional pores, the two-dimensional pores and the three-dimensional pores defined by the skeleton structure of the zeolite-type compound, and the one-dimensional pores, the two-dimensional pores and the three-dimensional pores. It is preferable to have a diameter-expanded portion 12 different from each other, and at this time, the metal fine particles 20 are preferably present at least in the diameter-expanded portion 12, and are included in at least the diameter-expanded portion 12. Is more preferable. Further, it is preferable that the enlarged diameter portion 12 communicates with a plurality of holes 11a, 11a constituting any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. As a result, a separate passage different from the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, or the three-dimensional hole is provided inside the carrier 10, so that the function of the metal fine particles 20 can be further exerted. The one-dimensional hole referred to here is a tunnel-type or cage-type hole forming a one-dimensional channel, or a plurality of tunnel-type or cage-type holes (plurality of holes) forming a plurality of one-dimensional channels. One-dimensional channel). A two-dimensional hole refers to a two-dimensional channel in which a plurality of one-dimensional channels are two-dimensionally connected, and a three-dimensional hole refers to a three-dimensional channel in which a plurality of one-dimensional channels are three-dimensionally connected. Point to. As a result, the movement of the metal fine particles 20 in the carrier 10 is further restricted, and the separation of the metal fine particles 20 and the aggregation of the metal fine particles 20 and 20 can be more effectively prevented. The inclusion refers to a state in which the metal fine particles 20 are included in the carrier 10. At this time, the metal fine particles 20 and the carrier 10 do not necessarily have to be in direct contact with each other, and another substance (for example, a surfactant or the like) is interposed between the metal fine particles 20 and the carrier 10. Therefore, the metal fine particles 20 may be indirectly held by the carrier 10.

図1(b)では金属微粒子20が拡径部12に包接されている場合を示しているが、この構成だけには限定されず、金属微粒子20は、その一部が拡径部12の外側にはみ出した状態で通路11に保持されていてもよい。また、金属微粒子20は、拡径部12以外の通路11の部分(例えば通路11の内壁部分)に部分的に埋設され、または固着等によって保持されていてもよい。 FIG. 1B shows a case where the metal fine particles 20 are included in the enlarged diameter portion 12, but the present invention is not limited to this configuration, and a part of the metal fine particles 20 is the enlarged diameter portion 12. It may be held in the passage 11 in a state of protruding to the outside. Further, the metal fine particles 20 may be partially embedded in a portion of the passage 11 other than the enlarged diameter portion 12 (for example, an inner wall portion of the passage 11), or may be held by sticking or the like.

また、通路11は、担体10の内部に、分岐部または合流部を含んで三次元的に形成されており、拡径部12は、通路11の上記分岐部または合流部に設けられるのが好ましい。 Further, the passage 11 is three-dimensionally formed inside the carrier 10 including a branching portion or a merging portion, and the diameter expanding portion 12 is preferably provided at the branching portion or the merging portion of the passage 11. ..

担体10に形成された通路11の全体の平均内径Dは、上記一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかを構成する孔11aの短径及び長径の平均値から算出され、例えば0.10nm以上1.50nm以下であり、好ましくは0.38nm以上0.95nm以下である。また、FT合成反応により軽質炭化水素を合成する場合、FT合成反応では、一酸化炭素と水素が原料であり、一酸化炭素の分子サイズは約0.38nm、水素の分子サイズは約0.29nmである。そのため、通路11の全体の平均内径Dは、0.40nm以上1.50nm以下であることが好ましく、0.49nm以上0.95nm以下であることがより好ましく、0.49nm以上0.70nm以下であることがさらに好ましい。また、拡径部12の内径Dは、例えば0.5nm以上50nm以下であり、好ましくは1.1nm以上40nm以下、より好ましくは1.1nm以上3.3nm以下である。拡径部12の内径Dは、例えば後述する前駆体材料(A)の細孔径、及び包接される金属微粒子20の平均粒径Dに依存する。拡径部12の内径Dは、金属微粒子20を包接し得る大きさである。 The overall average inner diameter DT of the passage 11 formed in the carrier 10 is calculated from the average values of the minor and major diameters of the holes 11a constituting any of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. For example, it is 0.10 nm or more and 1.50 nm or less, preferably 0.38 nm or more and 0.95 nm or less. When light hydrocarbons are synthesized by the FT synthesis reaction, carbon monoxide and hydrogen are the raw materials in the FT synthesis reaction, and the molecular size of carbon monoxide is about 0.38 nm and the molecular size of hydrogen is about 0.29 nm. Is. Therefore, the average inner diameter DT of the entire passage 11 is preferably 0.40 nm or more and 1.50 nm or less, more preferably 0.49 nm or more and 0.95 nm or less, and 0.49 nm or more and 0.70 nm or less. Is more preferable. The inner diameter DE of the enlarged diameter portion 12 is, for example, 0.5 nm or more and 50 nm or less, preferably 1.1 nm or more and 40 nm or less, and more preferably 1.1 nm or more and 3.3 nm or less. The inner diameter D E of the enlarged diameter section 12 depends on for example the pore size of which will be described later precursor material (A), and the average particle diameter D C of the fine metal particles 20 to be inclusion. The inner diameter DE of the enlarged diameter portion 12 has a size capable of including the metal fine particles 20.

担体10は、ゼオライト型化合物で構成される。ゼオライト型化合物としては、例えば、ゼオライト(アルミノケイ酸塩)、陽イオン交換ゼオライト、シリカライト等のケイ酸塩化合物、アルミノホウ酸塩、アルミノヒ酸塩、ゲルマニウム酸塩等のゼオライト類縁化合物、リン酸モリブデン等のリン酸塩系ゼオライト類似物質などが挙げられる。中でも、ゼオライト型化合物はケイ酸塩化合物であることが好ましい。 The carrier 10 is composed of a zeolite-type compound. Examples of the zeolite-type compound include silicate compounds such as zeolite (aluminosilicate), cation-exchanged zeolite, and silicalite, zeolite-related compounds such as aluminoborate, aluminohydrate, and germaniumate, and molybdenum phosphate. Phosphate-based zeolite-like substances and the like. Above all, the zeolite-type compound is preferably a silicate compound.

ゼオライト型化合物の骨格構造は、FAU型(Y型またはX型)、MTW型、MFI型、FER型(フェリエライト)、LTA型(A型)、MWW型(MCM−22)、MOR型(モルデナイト)、LTL型(L型)、BEA型(ベータ型)、CHA型などの中から選択される。これらの中でも、選択率を向上させたい生成物の分子拡散が十分に可能な孔径、という観点から、MFI型、MOR型、BEA型、CHA型が好ましく、MFI型、MOR型、BEA型がより好ましい。 The skeleton structure of the zeolite type compound is FAU type (Y type or X type), MTW type, MFI type, FER type (ferrierite), LTA type (A type), MWW type (MCM-22), MOR type (mordenite). ), LTL type (L type), BEA type (beta type), CHA type and the like. Among these, MFI type, MOR type, BEA type and CHA type are preferable, and MFI type, MOR type and BEA type are more preferable from the viewpoint of the pore size capable of sufficient molecular diffusion of the product whose selectivity is to be improved. preferable.

ゼオライト型化合物には、各骨格構造に応じた孔径を有する孔が複数形成されている。例えば、MFI型([010]軸)の孔径においては、短い孔径が0.53nm(5.30Å)であり、長い孔径が0.56nm(5.60Å)であるため、平均孔径(平均内径)は約0.55nm(5.50Å)である。また、CHA型([001]軸)の孔径においては、短い孔径が0.38nm(3.8Å)であり、長い孔径が0.38(短辺長辺なし)nm(3.8Å)であるため、平均孔径(平均内径)は約0.38nm(3.8Å)である。一方、ゼオライト型化合物の骨格構造に依存する担体10の内部に存在する通路11の内径が、得られる生成物の大きさ、例えば分子サイズ(鎖長サイズ)よりも小さい場合、通路11を介したこのような生成物の移動が制限される。また、炭化水素の合成では、ゼオライト型化合物の細孔内部に存在する触媒に反応物質が接触することより炭素鎖が成長する。そのため、通路11の一部、すなわち、触媒物質としての金属微粒子20を内在させる通路における平均内径Dが0.95nm以下であるゼオライト型化合物から構成される担体10を使用する。これにより、ゼオライト型化合物に形成されている細孔サイズに基づき、炭素鎖の成長が抑制され、比較的大きい分子サイズの重質炭化水素の生成が抑制される。このように、金属微粒子20が存在する通路11の平均内径Dを0.95nm以下に制御することにより、炭化水素の合成、例えば、フィッシャー・トロプシュ合成反応において、炭素数が7以上の重質炭化水素の生成を抑制しつつ、炭素数が6以下の軽質炭化水素の選択性を高めることができる。尚、平均内径Dは、ゼオライト型化合物の骨格構造に応じて異なるものの、炭素数が2以上の生成物が様々な合成物質の原料として有用である観点から、平均内径Dの下限値は0.38nm以上が好ましく、炭素数が3以上の生成物が石化原料として有用である観点から、平均内径Dの下限値は0.39nmより大きいことがより好ましい。また、ゼオライト型化合物に存在する細孔は、必ずしも円形とは限らず多角形である場合もある。そのため、平均内径Dは、例えば、各細孔において、長い孔径(長軸)と短い孔径(短軸)を足して等分した値から算出してもよい。The zeolite compound has a plurality of pores having pore diameters corresponding to each skeleton structure. For example, in the hole diameter of the MFI type ([010] axis), the short hole diameter is 0.53 nm (5.30 Å) and the long hole diameter is 0.56 nm (5.60 Å), so that the average hole diameter (average inner diameter). Is about 0.55 nm (5.50 Å). Further, in the hole diameter of CHA type ([001] axis), the short hole diameter is 0.38 nm (3.8 Å), and the long hole diameter is 0.38 (without short side and long side) nm (3.8 Å). Therefore, the average pore diameter (average inner diameter) is about 0.38 nm (3.8 Å). On the other hand, when the inner diameter of the passage 11 existing inside the carrier 10 depending on the skeleton structure of the zeolite-type compound is smaller than the size of the obtained product, for example, the molecular size (chain length size), the passage 11 is used. The movement of such products is restricted. Further, in the synthesis of hydrocarbons, a carbon chain grows by contacting a reactant with a catalyst existing in the pores of a zeolite-type compound. Therefore, a carrier 10 composed of a zeolite-type compound having an average inner diameter DF of 0.95 nm or less in a part of the passage 11, that is, a passage in which the metal fine particles 20 as a catalyst substance are contained is used. As a result, the growth of carbon chains is suppressed based on the pore size formed in the zeolite-type compound, and the production of heavy hydrocarbons having a relatively large molecular size is suppressed. By controlling the average inner diameter DF of the passage 11 in which the metal fine particles 20 are present to 0.95 nm or less in this way, in the synthesis of hydrocarbons, for example, the Fischer-Tropsch synthesis reaction, a heavy substance having 7 or more carbon atoms. It is possible to increase the selectivity of light hydrocarbons having 6 or less carbon atoms while suppressing the formation of hydrocarbons. Although the average inner diameter DF differs depending on the skeleton structure of the zeolite-type compound, the lower limit of the average inner diameter DF is set from the viewpoint that products having 2 or more carbon atoms are useful as raw materials for various synthetic substances. is preferably not less than 0.38 nm, from the viewpoint 3 or more products carbon atoms are useful as petrochemical raw material, the lower limit of the average inner diameter D F is more preferably greater than 0.39 nm. Further, the pores existing in the zeolite compound are not necessarily circular but may be polygonal. Therefore, the average inner diameter DF may be calculated from, for example, a value obtained by adding a long pore diameter (major axis) and a short pore diameter (minor axis) and equally dividing each pore.

平均内径Dをより厳密に制御することにより、生成される軽質炭化水素の選択性をより高めることができ、特に平均内径Dと同等の鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)を有する軽質炭化水素の選択性を高めることが可能となる。例えば、炭素数が2の形質炭化水素の鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は0.36nm以上0.43nm未満、炭素数が3の軽質炭化水素の鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は0.49nm以上0.59nm未満、炭素数が4の軽質炭化水素の鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は0.50nm以上0.70nm未満、炭素数が5の軽質炭化水素の鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は0.50nm以上0.79nm未満、炭素数が6の軽質炭化水素の鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は0.59nm以上0.95nm未満である。また、炭素数が6のn−ヘキセンの鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は約0.91nmであり、炭素数が5のn−ペンテンの鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は約0.78nmであり、炭素数が4のn−ブテンの鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は約0.65nmであり、炭素数が3のプロピレンの鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は約0.52nmであり、炭素数が2のエチレンの鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)は約0.39nmである。そのため、生成物として炭素数が4以下の炭化水素、特にオレフィンの選択性を高める場合、通路11の一部における平均内径Dは0.75nm以下であることが好ましく、炭素数が4の炭化水素、例えばブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択性を高める場合、通路11の一部における平均内径Dは0.75nm未満であることがより好ましく、0.55nm以上0.75nm未満であることがさらに好ましい。特に、炭素数が3の炭化水素よりも炭素数が4の炭化水素の選択性が高く、ブテン(n−ブテン及びイソブテン)の回収をより選択的に行える観点から、通路11の一部における平均内径Dは0.63nm以上0.75nm未満であることが特に好ましい。生成物として炭素数が3の炭化水素、例えばプロピレンの選択性を高める場合、通路11の一部における平均内径Dは0.68nm未満であることが好ましく、0.39nmより大きく0.68nm未満であることがより好ましい。また、生成物として炭素数が2の炭化水素、例えばエチレンの選択性を高める場合、通路11の一部における平均内径Dは0.38nm以上、0.55nm未満であることが好ましい。また、軽質炭化水素の選択性は、ゼオライト型化合物に形成されている細孔サイズだけでなく、ゼオライト型化合物の骨格構造、生成される軽質炭化水素の分子運動等の影響も受ける場合がある。例えば、ゼオライト型化合物の骨格構造がMFI型である場合、プロピレン、ブテン(n−ブテン及びイソブテン)等のオレフィンの選択性が高まる傾向にある。このように、平均内径Dよりも大きい鎖長サイズ(分子の長軸方向の長さ)を有する軽質炭化水素であっても、これらの影響により、選択性を高めることができる。By controlling the average inner diameter DF more strictly, the selectivity of the produced light hydrocarbon can be further enhanced, and in particular, the chain length size (length in the major axis direction of the molecule) equivalent to the average inner diameter DF. It is possible to increase the selectivity of light hydrocarbons having. For example, the chain length size of a trait hydrocarbon having 2 carbon atoms (length in the major axis direction of the molecule) is 0.36 nm or more and less than 0.43 nm, and the chain length size of a light hydrocarbon having 3 carbon atoms (molecule length). Axial length) is 0.49 nm or more and less than 0.59 nm, chain length size (longitudinal length of molecule) of a light hydrocarbon having 4 carbon atoms is 0.50 nm or more and less than 0.70 nm, carbon number The chain length size of the light hydrocarbon with 5 (length in the major axis direction of the molecule) is 0.50 nm or more and less than 0.79 nm, and the chain length size of the light hydrocarbon with 6 carbon atoms (length in the major axis direction of the molecule). Is 0.59 nm or more and less than 0.95 nm. The chain length size of n-hexene having 6 carbon atoms (length in the major axis direction of the molecule) is about 0.91 nm, and the chain length size of n-penten having 5 carbon atoms (length in the major axis direction of the molecule). The chain length size (length in the major axis direction of the molecule) of n-butene having 4 carbon atoms is about 0.78 nm, and the chain length of propylene having 3 carbon atoms is about 0.65 nm. The major size (length in the major axis direction of the molecule) is about 0.52 nm, and the chain length size of ethylene having two carbon atoms (length in the major axis direction of the molecule) is about 0.39 nm. Therefore, when increasing the selectivity of a hydrocarbon having 4 or less carbon atoms as a product, particularly an olefin, the average inner diameter DF in a part of the passage 11 is preferably 0.75 nm or less, and the hydrocarbon having 4 carbon atoms is carbonized. When increasing the selectivity of hydrogen, for example butene (n-butene and isobutene), the average inner diameter DF in a part of the passage 11 is more preferably less than 0.75 nm, more preferably 0.55 nm or more and less than 0.75 nm. Is even more preferable. In particular, the average in a part of the passage 11 from the viewpoint that the selectivity of the hydrocarbon having 4 carbon atoms is higher than that of the hydrocarbon having 3 carbon atoms and the recovery of butene (n-butene and isobutene) can be performed more selectively. It is particularly preferable that the inner diameter DF is 0.63 nm or more and less than 0.75 nm. When increasing the selectivity of a hydrocarbon having 3 carbon atoms as a product, for example, propylene, the average inner diameter DF in a part of the passage 11 is preferably less than 0.68 nm, more than 0.39 nm and less than 0.68 nm. Is more preferable. Further, when increasing the selectivity of a hydrocarbon having 2 carbon atoms as a product, for example, ethylene, the average inner diameter DF in a part of the passage 11 is preferably 0.38 nm or more and less than 0.55 nm. Further, the selectivity of the light hydrocarbon may be influenced not only by the pore size formed in the zeolite-type compound, but also by the skeleton structure of the zeolite-type compound, the molecular motion of the produced light hydrocarbon, and the like. For example, when the skeleton structure of a zeolite-type compound is MFI-type, the selectivity of olefins such as propylene and butene (n-butene and isobutene) tends to increase. As described above, even a light hydrocarbon having a chain length size (length in the major axis direction of the molecule) larger than the average inner diameter DF can be enhanced in selectivity by these influences.

金属微粒子20は、一次粒子である場合と、一次粒子が凝集して形成した二次粒子である場合とがあるが、金属微粒子20の平均粒径Dは、好ましくは通路11の全体の平均内径Dよりも大きく、且つ拡径部12の内径D以下である(D<D≦D)。このような金属微粒子20は、通路11内では、好適には拡径部12に存在しており、担体10内での金属微粒子20の移動が規制される。よって、金属微粒子20が流体から外力を受けた場合であっても、担体10内での金属微粒子20の移動が抑制され、担体10の通路11に分散配置された拡径部12,12,・・のそれぞれに存在する金属微粒子20,20,・・同士が接触するのを有効に防止することができる。Metal fine particles 20, and if the primary particle, there are the cases are secondary particles in which primary particles are formed by aggregation, the average particle diameter D C of the fine metal particles 20 are preferably the overall average of the passage 11 larger than the inner diameter D T, is and less than or equal to the inner diameter D E of the enlarged diameter portion 12 (D T <D C ≦ D E). Such metal fine particles 20 are preferably present in the enlarged diameter portion 12 in the passage 11, and the movement of the metal fine particles 20 in the carrier 10 is restricted. Therefore, even when the metal fine particles 20 receive an external force from the fluid, the movement of the metal fine particles 20 in the carrier 10 is suppressed, and the enlarged diameter portions 12, 12, ... It is possible to effectively prevent the metal fine particles 20, 20, ... Existing in each of the above from coming into contact with each other.

また、金属微粒子20の平均粒径Dは、一次粒子および二次粒子のいずれの場合も、好ましくは0.08nm以上である。また、通路11の全体の平均内径Dに対する金属微粒子20の平均粒径Dの割合(D/D)は、好ましくは0.05以上300以下であり、より好ましくは0.1以上30以下であり、更に好ましくは1.1以上30以下であり、特に好ましくは1.4以上3.6以下である。また、金属微粒子20の金属元素(M)は、触媒構造体1に対して0.5質量%以上で含有されていることが好ましく、触媒構造体1に対して0.5質量%以上2.5質量%以下で含有されていることがより好ましく、1.5質量%以下で含有されていることがさらに好ましい。例えば、金属元素(M)がCoである場合、Co元素の含有量(質量%)は、{(Co元素の質量)/(触媒構造体1の全元素の質量)}×100で表される。The average particle diameter D C of the fine metal particles 20, in either case of the primary particles and secondary particles, preferably 0.08nm or more. The ratio (D C / D T) of the average particle diameter D C of the fine metal particles 20 to the total of the average inner diameter D T of the passage 11 is preferably 0.05 to 300, more preferably 0.1 or more It is 30 or less, more preferably 1.1 or more and 30 or less, and particularly preferably 1.4 or more and 3.6 or less. Further, the metal element (M) of the metal fine particles 20 is preferably contained in an amount of 0.5% by mass or more with respect to the catalyst structure 1 and 0.5% by mass or more with respect to the catalyst structure 1. It is more preferably contained in an amount of 5% by mass or less, and further preferably contained in an amount of 1.5% by mass or less. For example, when the metal element (M) is Co, the content (mass%) of the Co element is represented by {(mass of Co element) / (mass of all elements of catalyst structure 1)} × 100. ..

上記金属微粒子は、酸化されていない金属で構成されていればよく、例えば、単一の金属で構成されていてもよく、あるいは2種以上の金属の混合物で構成されていてもよい。なお、金属微粒子を構成する(材質としての)「金属」は、1種の金属元素(M)を含む単体金属と、2種以上の金属元素(M)を含む金属合金とを含み、1種以上の金属元素を含む金属の総称を意味する。 The metal fine particles may be composed of an unoxidized metal, for example, may be composed of a single metal, or may be composed of a mixture of two or more kinds of metals. The "metal" (as a material) constituting the metal fine particles includes a single metal containing one kind of metal element (M) and a metal alloy containing two or more kinds of metal elements (M), and is one kind. It means a general term for metals containing the above metal elements.

このような金属としては、例えば白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、セリウム(Ce)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)等が挙げられ、上記のいずれか1種以上を主成分とすることが好ましい。これらの金属の中でも、FT合成反応における有用性の観点から、金属微粒子は、Co、Fe、Ni、Ruまたはそれら少なくとも1種を含む合金を含んでいることが好ましく、選択性の向上の観点から、Co、Fe、Ruまたはそれら少なくとも1種を含む合金を含んでいることがより好ましく、製造コストの観点から、Co、Feまたはそれら少なくとも1種を含む合金を含んでいることがさらに好ましい。 Examples of such metals include platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), nickel (Ni), cobalt (Co), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), and chromium ( Cr), cerium (Ce), copper (Cu), magnesium (Mg), aluminum (Al) and the like can be mentioned, and it is preferable that one or more of the above is the main component. Among these metals, from the viewpoint of usefulness in the FT synthesis reaction, the metal fine particles preferably contain Co, Fe, Ni, Ru or an alloy containing at least one of them, and from the viewpoint of improving selectivity. , Co, Fe, Ru or an alloy containing at least one of them is more preferable, and from the viewpoint of production cost, it is further preferable to contain Co, Fe or an alloy containing at least one of them.

また、金属微粒子20を構成する金属元素(M)に対する、担体10を構成するケイ素(Si)の割合(原子数比Si/M)は、10以上1000以下であることが好ましく、50以上200以下であることがより好ましく、100以上200以下であることがさらに好ましい。上記割合が1000より大きいと、活性が低いなど、金属微粒子の触媒物質としての作用が十分に得られない可能性がある。一方、上記割合が10よりも小さいと、金属微粒子20の割合が大きくなりすぎて、担体10の強度が低下する傾向がある。なお、ここでいう金属微粒子20は、担体10の内部に保持され、または担持された微粒子をいい、担体10の外表面に付着した金属微粒子を含まない。また、触媒構造体1における金属微粒子20の含有量は、後述する触媒構造体1の製造方法において使用される金属含有水溶液と前駆体材料(A)とから算出してもよい。この場合、金属微粒子20の原料である金属含有水溶液の仕込み量が、金属含有水溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、担体10の原料である前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10以上1000以下であることが好ましく、50以上200以下であることがより好ましく、100以上200以下であることがさらに好ましい。 Further, the ratio of silicon (Si) constituting the carrier 10 (atomic number ratio Si / M) to the metal element (M) constituting the metal fine particles 20 is preferably 10 or more and 1000 or less, preferably 50 or more and 200 or less. Is more preferable, and 100 or more and 200 or less is further preferable. If the above ratio is larger than 1000, the activity of the metal fine particles as a catalytic substance may not be sufficiently obtained, such as low activity. On the other hand, if the ratio is smaller than 10, the ratio of the metal fine particles 20 tends to be too large, and the strength of the carrier 10 tends to decrease. The metal fine particles 20 referred to here refer to fine particles held or carried inside the carrier 10, and do not include metal fine particles adhering to the outer surface of the carrier 10. Further, the content of the metal fine particles 20 in the catalyst structure 1 may be calculated from the metal-containing aqueous solution and the precursor material (A) used in the method for producing the catalyst structure 1 described later. In this case, the amount of the metal-containing aqueous solution charged as the raw material of the metal fine particles 20 is silicon (Si) constituting the precursor material (A) which is the raw material of the carrier 10 with respect to the metal element (M) contained in the metal-containing aqueous solution. ) (Atomic number ratio Si / M), it is preferably 10 or more and 1000 or less, more preferably 50 or more and 200 or less, and further preferably 100 or more and 200 or less.

[軽質炭化水素合成触媒構造体の機能]
触媒構造体1は、上記のとおり、多孔質構造の担体10と、担体に内在する少なくとも1つの金属微粒子20とを備える。触媒構造体1は、担体に内在する金属微粒子20が流体と接触することにより、金属微粒子20の触媒能を発揮する。具体的には、触媒構造体1の外表面10aに接触した流体は、外表面10aに形成された孔11aから担体10内部に流入して通路11内に誘導され、通路11内を通って移動し、他の孔11aを通じて触媒構造体1の外部へ出る。流体が通路11内を通って移動する経路において、通路11のうち平均内径が0.95nm以下の通路に存在している金属微粒子20と接触することによって、金属微粒子20による触媒反応が生じる。また、触媒構造体1は、担体が多孔質構造であることにより、分子篩能を有する。
[Function of light hydrocarbon synthesis catalyst structure]
As described above, the catalyst structure 1 includes a carrier 10 having a porous structure and at least one metal fine particle 20 contained in the carrier. The catalyst structure 1 exhibits the catalytic ability of the metal fine particles 20 when the metal fine particles 20 contained in the carrier come into contact with the fluid. Specifically, the fluid in contact with the outer surface 10a of the catalyst structure 1 flows into the carrier 10 through the holes 11a formed in the outer surface 10a, is guided into the passage 11, and moves through the passage 11. Then, it goes out to the outside of the catalyst structure 1 through the other holes 11a. In the path through which the fluid moves through the passage 11, the contact with the metal fine particles 20 existing in the passage having an average inner diameter of 0.95 nm or less in the passage 11 causes a catalytic reaction by the metal fine particles 20. Further, the catalyst structure 1 has molecular sieving ability because the carrier has a porous structure.

まず、触媒構造体1の分子篩能について、図2(a)を用いて、説明する。図2(a)に示すように、孔11aの孔径以下、言い換えれば、通路11の内径以下の大きさを有する分子15aは、担体10内に浸入することができる。一方、孔11aの孔径を超える大きさを有する分子15bは、担体10内へ浸入することができない。このように、流体が複数種類の化合物を含んでいる場合に、担体10内に浸入することができない化合物の反応は規制され、担体10内に浸入することができる化合物を反応させることができる。 First, the molecular sieving ability of the catalyst structure 1 will be described with reference to FIG. 2 (a). As shown in FIG. 2A, the molecule 15a having a size equal to or smaller than the pore diameter of the hole 11a, in other words, equal to or smaller than the inner diameter of the passage 11, can penetrate into the carrier 10. On the other hand, the molecule 15b having a size exceeding the pore diameter of the pore 11a cannot penetrate into the carrier 10. As described above, when the fluid contains a plurality of types of compounds, the reaction of the compound that cannot penetrate into the carrier 10 is restricted, and the compound that can penetrate into the carrier 10 can be reacted.

反応によって担体10内で生成した化合物のうち、孔11aの孔径以下の大きさを有する分子で構成される化合物が孔11aを通じて担体10の外部へ出ることができ、反応生成物として得られる。一方、孔11aから担体10の外部へ出ることができない化合物は、担体10の外部へ出ることができる大きさの分子で構成される化合物に変換されれば、担体10の外部へ出すことができる。また、生成した化合物の分子運動により、孔11aの孔径より大きな分子も、分子の伸縮運動をしながら担体10の外部に出ることができる。このように、孔11aの孔径、特に金属微粒子の存在する孔径を制御した触媒構造体1を用いることにより、特定の反応生成物を選択的に得ることができる。 Among the compounds produced in the carrier 10 by the reaction, a compound composed of molecules having a size equal to or smaller than the pore size of the pores 11a can be discharged to the outside of the carrier 10 through the pores 11a, and is obtained as a reaction product. On the other hand, a compound that cannot go out of the carrier 10 from the pore 11a can be taken out of the carrier 10 if it is converted into a compound composed of molecules having a size that can go out of the carrier 10. .. Further, due to the molecular motion of the produced compound, a molecule larger than the pore size of the pore 11a can also move out of the carrier 10 while expanding and contracting the molecule. As described above, by using the catalyst structure 1 in which the pore diameter of the pores 11a, particularly the pore diameter in which the metal fine particles are present, is controlled, a specific reaction product can be selectively obtained.

触媒構造体1では、図2(b)に示すように、通路11の拡径部12に金属微粒子20が包接されている。金属微粒子の平均粒径Dが、通路11の一部における平均内径Dよりも大きく、拡径部12の内径Dよりも小さい場合には(D<D<D)、金属微粒子と拡径部12との間に小通路13が形成される。そこで、図2(b)中の矢印に示すように、小通路13に浸入した流体が金属微粒子と接触する。各金属微粒子は、拡径部12に包接されているため、担体10内での移動が制限されている。これにより、担体10内における金属微粒子同士の凝集が防止される。その結果、金属微粒子と流体との大きな接触面積を安定して維持することができる。In the catalyst structure 1, as shown in FIG. 2B, the metal fine particles 20 are included in the enlarged diameter portion 12 of the passage 11. The average particle diameter D C of the fine metal particles is greater than the average internal diameter D F at the part of the passage 11, and if smaller than the inner diameter D E of the enlarged diameter portion 12 (D F <D C < D E), a metal A small passage 13 is formed between the fine particles and the enlarged diameter portion 12. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 2B, the fluid that has entered the small passage 13 comes into contact with the metal fine particles. Since each metal fine particle is included in the enlarged diameter portion 12, movement within the carrier 10 is restricted. This prevents agglomeration of the metal fine particles in the carrier 10. As a result, a large contact area between the metal fine particles and the fluid can be stably maintained.

具体的には、通路11に浸入した分子が金属微粒子20に接触すると、触媒反応によって分子(被改質物質)が改質される。本発明では、通路11の一部における平均内径Dを制御した触媒構造体1を用いることにより、例えば、水素と一酸化炭素とを主成分とする混合ガスを原料として、軽質炭化水素(CHを除く)、好ましくはC6以下の軽質炭化水素、特に常温で気体の軽質炭化水素(C3〜C4の炭化水素)を選択的に製造することができる。また、水素と一酸化炭素とを主成分とするこのFT合成反応は、例えば180℃〜350℃の高温下で行われるが、金属微粒子20は担体10に内在しているため、加熱による影響を受けにくい。特に、金属微粒子20は拡径部12に存在しているため、金属微粒子20の担体10内での移動がより制限され、金属微粒子20同士の凝集(シンタリング)がさらに抑制される。その結果、触媒活性の低下がより抑制され、触媒構造体1のさらなる長寿命化を実現することができる。また、触媒構造体1を長期にわたって使用することにより、触媒活性が低下しても、金属微粒子20は担体10に結合していないため、金属微粒子20の活性化処理(還元処理)を容易に行うことができる。Specifically, when the molecule that has entered the passage 11 comes into contact with the metal fine particles 20, the molecule (substance to be modified) is modified by a catalytic reaction. In the present invention, by using the catalyst structure 1 in which the average inner diameter DF in a part of the passage 11 is controlled, for example, a light hydrocarbon (CH) is made from a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components. (Excluding 4 ), preferably light hydrocarbons of C6 or less, particularly light hydrocarbons gaseous at room temperature (hydrocarbons of C3 to C4) can be selectively produced. Further, this FT synthesis reaction containing hydrogen and carbon monoxide as main components is carried out at a high temperature of, for example, 180 ° C. to 350 ° C., but since the metal fine particles 20 are contained in the carrier 10, they are affected by heating. Hard to receive. In particular, since the metal fine particles 20 are present in the enlarged diameter portion 12, the movement of the metal fine particles 20 in the carrier 10 is further restricted, and aggregation (sintering) between the metal fine particles 20 is further suppressed. As a result, the decrease in catalytic activity is further suppressed, and the life of the catalyst structure 1 can be further extended. Further, by using the catalyst structure 1 for a long period of time, even if the catalytic activity is lowered, the metal fine particles 20 are not bound to the carrier 10, so that the activation treatment (reduction treatment) of the metal fine particles 20 can be easily performed. be able to.

[軽質炭化水素合成触媒構造体の製造方法]
図3は、図1の触媒構造体1の製造方法を示すフローチャートである。
[Manufacturing method of light hydrocarbon synthesis catalyst structure]
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the catalyst structure 1 of FIG.

(ステップS1:準備工程)
図3に示すように、先ず、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体を得るための前駆体材料(A)を準備する。前駆体材料(A)は、好ましくは規則性メソ細孔物質であり、触媒構造体の担体を構成するゼオライト型化合物の種類(組成)に応じて適宜選択できる。
(Step S1: Preparation step)
As shown in FIG. 3, first, a precursor material (A) for obtaining a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound is prepared. The precursor material (A) is preferably a regular mesopore material, and can be appropriately selected depending on the type (composition) of the zeolite-type compound constituting the carrier of the catalyst structure.

ここで、触媒構造体の担体を構成するゼオライト型化合物がケイ酸塩化合物である場合には、規則性メソ細孔物質は、細孔径1nm以上50nm以下の細孔が1次元、2次元または3次元に均一な大きさかつ規則的に発達したSi−O骨格からなる化合物であることが好ましい。このような規則性メソ細孔物質は、合成条件によって様々な合成物として得られるが、合成物の具体例としては、例えばSBA−1、SBA−15、SBA−16、KIT−6、FSM−16、MCM−41等が挙げられ、中でもMCM−41が好ましい。なお、SBA−1の細孔径は10nm以上30nm以下、SBA−15の細孔径は6nm以上10nm以下、SBA−16の細孔径は6nm、KIT−6の細孔径は9nm、FSM−16の細孔径は3nm以上5nm以下、MCM−41の細孔径は1nm以上10nm以下である。また、このような規則性メソ細孔物質としては、例えばメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミノシリケート、メソポーラスメタロシリケート等が挙げられる。 Here, when the zeolite-type compound constituting the carrier of the catalyst structure is a silicate compound, in the regular mesopore material, the pores having a pore diameter of 1 nm or more and 50 nm or less are one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional. It is preferably a compound consisting of a Si—O skeleton that is dimensionally uniform in size and regularly developed. Such regular mesopore materials can be obtained as various compounds depending on the synthetic conditions, and specific examples of the compounds include, for example, SBA-1, SBA-15, SBA-16, KIT-6, FSM-. 16, MCM-41 and the like can be mentioned, and MCM-41 is particularly preferable. The pore diameter of SBA-1 is 10 nm or more and 30 nm or less, the pore diameter of SBA-15 is 6 nm or more and 10 nm or less, the pore diameter of SBA-16 is 6 nm, the pore diameter of KIT-6 is 9 nm, and the pore diameter of FSM-16. Is 3 nm or more and 5 nm or less, and the pore diameter of MCM-41 is 1 nm or more and 10 nm or less. Moreover, examples of such a regular mesoporous material include mesoporous silica, mesoporous aluminosilicate, mesoporous metallosilicate and the like.

前駆体材料(A)は、市販品および合成品のいずれであってもよい。前駆体材料(A)を合成する場合には、公知の規則性メソ細孔物質の合成方法により行うことができる。例えば、前駆体材料(A)の構成元素を含有する原料と、前駆体材料(A)の構造を規定するための鋳型剤とを含む混合溶液を調製し、必要に応じてpHを調整して、水熱処理(水熱合成)を行う。その後、水熱処理により得られた沈殿物(生成物)を回収(例えば、ろ別)し、必要に応じて洗浄および乾燥し、さらに焼成することで、粉末状の規則性メソ細孔物質である前駆体材料(A)が得られる。ここで、混合溶液の溶媒としては、例えば水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。また、原料は、担体の種類に応じて選択されるが、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)等のシリカ剤、フュームドシリカ、石英砂等が挙げられる。また、鋳型剤としては、各種界面活性剤、ブロックコポリマー等を用いることができ、規則性メソ細孔物質の合成物の種類に応じて選択することが好ましく、例えば、MCM−41を作製する場合には、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド等の界面活性剤が好適である。水熱処理は、例えば、密閉容器内で、80〜800℃、5時間〜240時間、0〜2000kPaの処理条件で行うことができる。焼成処理は、例えば、空気中で、350〜850℃、2〜30時間の処理条件で行うことができる。 The precursor material (A) may be either a commercially available product or a synthetic product. When the precursor material (A) is synthesized, it can be carried out by a known method for synthesizing a regular mesopore material. For example, a mixed solution containing a raw material containing the constituent elements of the precursor material (A) and a template agent for defining the structure of the precursor material (A) is prepared, and the pH is adjusted as necessary. , Hydrothermal synthesis. Then, the precipitate (product) obtained by hydrothermal treatment is recovered (for example, filtered), washed and dried as necessary, and further calcined to obtain a powdery regular mesopore material. The precursor material (A) is obtained. Here, as the solvent of the mixed solution, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof or the like can be used. The raw material is selected according to the type of carrier, and examples thereof include silica agents such as tetraethoxysilane (TEOS), fumed silica, and quartz sand. Further, as the template agent, various surfactants, block copolymers and the like can be used, and it is preferable to select the template agent according to the type of the compound of the regular mesopore substance. For example, when MCM-41 is produced. A surfactant such as hexadecyltrimethylammonium bromide is suitable for this. The hydrothermal treatment can be performed, for example, in a closed container at 80 to 800 ° C. for 5 hours to 240 hours under the treatment conditions of 0 to 2000 kPa. The firing treatment can be performed in air, for example, at 350 to 850 ° C. for 2 to 30 hours.

(ステップS2:含浸工程)
次に、準備した前駆体材料(A)に、金属含有溶液を含浸させ、前駆体材料(B)を得る。
(Step S2: Impregnation step)
Next, the prepared precursor material (A) is impregnated with a metal-containing solution to obtain a precursor material (B).

金属含有溶液は、触媒構造体の金属微粒子を構成する金属元素(M)に対応する金属成分(例えば、金属イオン)を含有する溶液であればよく、例えば、溶媒に、金属元素(M)を含有する金属塩を溶解させることにより調製できる。このような金属塩としては、例えば、塩化物、水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩等の金属塩が挙げられ、中でも硝酸塩が好ましい。溶媒としては、例えば水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。 The metal-containing solution may be a solution containing a metal component (for example, metal ion) corresponding to the metal element (M) constituting the metal fine particles of the catalyst structure. For example, the metal element (M) may be used as a solvent. It can be prepared by dissolving the contained metal salt. Examples of such metal salts include metal salts such as chlorides, hydroxides, oxides, sulfates and nitrates, and nitrates are particularly preferable. As the solvent, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof or the like can be used.

前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させる方法は、特に限定されないが、例えば、後述する焼成工程の前に、粉末状の前駆体材料(A)を撹拌しながら、前駆体材料(A)に金属含有溶液を複数回に分けて少量ずつ添加することが好ましい。また、前駆体材料(A)の細孔内部に金属含有溶液がより浸入し易くなる観点から、前駆体材料(A)に、金属含有溶液を添加する前に予め、添加剤として界面活性剤を添加しておくことが好ましい。このような添加剤は、前駆体材料(A)の外表面を被覆する働きがあり、その後に添加される金属含有溶液が前駆体材料(A)の外表面に付着することを抑制し、金属含有溶液が前駆体材料(A)の細孔内部により浸入し易くなると考えられる。 The method of impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution is not particularly limited. For example, before the firing step described later, the precursor material (A) is stirred while stirring the precursor material (A). ), It is preferable to add the metal-containing solution in small portions in a plurality of times. Further, from the viewpoint that the metal-containing solution can more easily penetrate into the pores of the precursor material (A), a surfactant is added as an additive to the precursor material (A) in advance before adding the metal-containing solution. It is preferable to add it. Such an additive has a function of coating the outer surface of the precursor material (A), suppresses the metal-containing solution added thereafter from adhering to the outer surface of the precursor material (A), and forms a metal. It is considered that the contained solution is more likely to penetrate into the pores of the precursor material (A).

このような添加剤としては、例えばポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等の非イオン性界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は、分子サイズが大きく前駆体材料(A)の細孔内部には浸入できないため、細孔の内部に付着することは無く、金属含有溶液が細孔内部に浸入することを妨げないと考えられる。非イオン性界面活性剤の添加方法としては、例えば、後述する焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前駆体材料(A)に対して50質量%以上500質量%以下添加するのが好ましい。非イオン性界面活性剤の前駆体材料(A)に対する添加量が50質量%未満であると上記の抑制作用が発現し難く、非イオン性界面活性剤を前駆体材料(A)に対して500質量%よりも多く添加すると粘度が上がりすぎるので好ましくない。よって、非イオン性界面活性剤の前駆体材料(A)に対する添加量を上記範囲内の値とする。 Examples of such additives include nonionic surfactants such as polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene alkyl ether, and polyoxyethylene alkyl phenyl ether. Since these surfactants have a large molecular size and cannot penetrate into the pores of the precursor material (A), they do not adhere to the inside of the pores, and the metal-containing solution does not penetrate into the pores. It is considered not to interfere. As a method of adding the nonionic surfactant, for example, 50% by mass or more and 500% by mass or less of the nonionic surfactant is added to the precursor material (A) before the firing step described later. Is preferable. If the amount of the nonionic surfactant added to the precursor material (A) is less than 50% by mass, the above-mentioned inhibitory action is unlikely to be exhibited, and 500 nonionic surfactants are added to the precursor material (A). Adding more than% by mass is not preferable because the viscosity increases too much. Therefore, the amount of the nonionic surfactant added to the precursor material (A) is set to a value within the above range.

また、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量は、前駆体材料(A)に含浸させる金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)の量(すなわち、前駆体材料(B)に内在させる金属元素(M)の量)を考慮して、適宜調整することが好ましい。例えば、後述する焼成工程の前に、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10以上1000以下となるように調整することが好ましく、50以上200以下となるように調整することがより好ましく、100以上200以下となるように調整することがさらに好ましい。例えば、前駆体材料(A)に金属含有溶液を添加する前に、添加剤として界面活性剤を前駆体材料(A)に添加した場合、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を、原子数比Si/Mに換算して50以上200以下とすることで、金属微粒子の金属元素(M)を、触媒構造体に対して0.5質量%以上で含有させることができ、例えば、0.5質量%以上2.5質量%以下の範囲で含有させることが可能である。前駆体材料(B)の状態で、その細孔内部に存在する金属元素(M)の量は、金属含有溶液の金属濃度、上記添加剤の有無、その他温度や圧力等の諸条件が同じであれば、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量に概ね比例する。また、前駆体材料(B)に内在する金属元素(M)の量は、触媒構造体の担体に内在する金属微粒子を構成する金属元素の量と比例関係にある。したがって、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を上記範囲に制御することにより、前駆体材料(A)の細孔内部に金属含有溶液を十分に含浸させることができ、ひいては、触媒構造体の担体に内在させる金属微粒子の量を調整することができる。 The amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is the amount of the metal element (M) contained in the metal-containing solution impregnated in the precursor material (A) (that is, the precursor material (B). ), It is preferable to make appropriate adjustments in consideration of the amount of the metal element (M) contained therein. For example, before the firing step described later, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is adjusted to the metal element (M) contained in the metal-containing solution added to the precursor material (A). It is preferable to adjust the ratio (atomic number ratio Si / M) of silicon (Si) constituting the precursor material (A) so that it is 10 or more and 1000 or less, and it is 50 or more and 200 or less. It is more preferable to adjust it, and it is further preferable to adjust it so that it is 100 or more and 200 or less. For example, when a surfactant is added to the precursor material (A) as an additive before the metal-containing solution is added to the precursor material (A), the metal-containing solution to be added to the precursor material (A) is added. By setting the amount to 50 or more and 200 or less in terms of the atomic number ratio Si / M, the metal element (M) of the metal fine particles can be contained in an amount of 0.5% by mass or more with respect to the catalyst structure. For example, it can be contained in the range of 0.5% by mass or more and 2.5% by mass or less. In the state of the precursor material (B), the amount of the metal element (M) existing inside the pores is the same under various conditions such as the metal concentration of the metal-containing solution, the presence or absence of the above additives, and other conditions such as temperature and pressure. If there is, it is roughly proportional to the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A). Further, the amount of the metal element (M) contained in the precursor material (B) is proportional to the amount of the metal element constituting the metal fine particles contained in the carrier of the catalyst structure. Therefore, by controlling the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) within the above range, the metal-containing solution can be sufficiently impregnated inside the pores of the precursor material (A), and thus the metal-containing solution can be sufficiently impregnated. , The amount of metal fine particles contained in the carrier of the catalyst structure can be adjusted.

前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させた後は、必要に応じて、洗浄処理を行ってもよい。洗浄溶液として、水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶液を用いることができる。また、前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させ、必要に応じて洗浄処理を行った後、さらに乾燥処理を施すことが好ましい。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥や、150℃以下の高温乾燥が挙げられる。なお、金属含有溶液に含まれる水分や、洗浄溶液の水分が、前駆体材料(A)に多く残った状態で、後述の焼成処理を行うと、前駆体材料(A)の規則性メソ細孔物質としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥するのが好ましい。 After impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution, a cleaning treatment may be performed, if necessary. As the cleaning solution, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution thereof can be used. Further, it is preferable that the precursor material (A) is impregnated with a metal-containing solution, washed if necessary, and then further dried. Examples of the drying treatment include natural drying for about one night and high-temperature drying at 150 ° C. or lower. If a large amount of water contained in the metal-containing solution or water in the washing solution remains in the precursor material (A) and the firing treatment described later is performed, the regular mesopores of the precursor material (A) are formed. It is preferable to dry it sufficiently because the skeletal structure as a substance may be damaged.

(ステップS3:焼成工程)
次に、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体を得るための前駆体材料(A)に金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成して、前駆体材料(C)を得る。
(Step S3: Baking step)
Next, the precursor material (B) in which the precursor material (A) for obtaining a carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound is impregnated with a metal-containing solution is calcined to obtain the precursor material (C). To get.

焼成処理は、例えば、空気中で、350〜850℃、2〜30時間の処理条件で行うことが好ましい。このような焼成処理により、規則性メソ細孔物質の孔内に含浸された金属成分が結晶成長して、孔内で金属微粒子が形成される。 The firing treatment is preferably carried out in air, for example, at 350 to 850 ° C. for 2 to 30 hours. By such a firing treatment, the metal component impregnated in the pores of the regular mesopore material grows into crystals, and metal fine particles are formed in the pores.

(ステップS4:水熱処理工程)
次いで、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製し、前記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)を水熱処理して、触媒構造体を得る。
(Step S4: Hydrothermal treatment step)
Next, a mixed solution in which the precursor material (C) and the structure defining agent are mixed is prepared, and the precursor material (C) obtained by firing the precursor material (B) is hydrothermally treated to have a catalyst structure. Get the body.

構造規定剤は、触媒構造体の担体の骨格構造を規定するための鋳型剤であり、例えば界面活性剤を用いることができる。構造規定剤は、触媒構造体の担体の骨格構造に応じて選択することが好ましく、例えばテトラメチルアンモニウムブロミド(TMABr)、テトラエチルアンモニウムブロミド(TEABr)、テトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)等の界面活性剤が好適である。 The structure defining agent is a template agent for defining the skeletal structure of the carrier of the catalyst structure, and for example, a surfactant can be used. The structure defining agent is preferably selected according to the skeletal structure of the carrier of the catalyst structure, for example, tetramethylammonium bromide (TMABr), tetraethylammonium bromide (TEABr), tetrapropylammonium bromide (TPABr), tetraethylammonium hydroxide. A surfactant such as (TEAOH) is suitable.

前駆体材料(C)と構造規定剤との混合は、本水熱処理工程時に行ってもよいし、水熱処理工程の前に行ってもよい。また、上記混合溶液の調製方法は、特に限定されず、前駆体材料(C)と、構造規定剤と、溶媒とを同時に混合してもよいし、溶媒に前駆体材料(C)と構造規定剤とをそれぞれ個々の溶液に分散させた状態にした後に、それぞれの分散溶液を混合してもよい。溶媒としては、例えば水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。また、混合溶液は、水熱処理を行う前に、酸または塩基を用いてpHを調整しておくことが好ましい。 The mixture of the precursor material (C) and the structure defining agent may be performed during the main hydrothermal treatment step or before the hydrothermal treatment step. The method for preparing the mixed solution is not particularly limited, and the precursor material (C), the structure-defining agent, and the solvent may be mixed at the same time, or the precursor material (C) and the structure-defining solvent may be mixed. After each of the agents is dispersed in individual solutions, the respective dispersion solutions may be mixed. As the solvent, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof or the like can be used. Further, it is preferable to adjust the pH of the mixed solution with an acid or a base before performing hydrothermal treatment.

水熱処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、密閉容器内で、80〜800℃、5時間〜240時間、0〜2000kPaの処理条件で行うことが好ましい。また、水熱処理は、塩基性雰囲気下で行われることが好ましい。ここでの反応メカニズムは必ずしも明らかではないが、前駆体材料(C)を原料として水熱処理を行うことにより、前駆体材料(C)の規則性メソ細孔物質としての骨格構造は次第に崩れるが、前駆体材料(C)の細孔内部での金属微粒子の位置は概ね維持されたまま、構造規定剤の作用により、触媒構造体の担体としての新たな骨格構造(多孔質構造)が形成される。このようにして得られた触媒構造体は、多孔質構造の担体と、担体に内在する金属微粒子を備え、さらに担体はその多孔質構造により複数の孔が互いに連通した通路を有し、金属微粒子はその少なくとも一部分が担体の通路に存在している。また、本実施形態では、上記水熱処理工程において、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製して、前駆体材料(C)を水熱処理しているが、これに限らず、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合することなく、前駆体材料(C)を水熱処理してもよい。 The hydrothermal treatment can be carried out by a known method, and for example, it is preferably carried out in a closed container at 80 to 800 ° C. for 5 hours to 240 hours under treatment conditions of 0 to 2000 kPa. Further, the hydrothermal treatment is preferably performed in a basic atmosphere. Although the reaction mechanism here is not always clear, the skeletal structure of the precursor material (C) as a regular mesopore material gradually collapses by performing hydrothermal treatment using the precursor material (C) as a raw material. A new skeletal structure (porous structure) as a carrier of the catalyst structure is formed by the action of the structure-defining agent while the positions of the metal fine particles in the pores of the precursor material (C) are generally maintained. .. The catalyst structure thus obtained comprises a carrier having a porous structure and metal fine particles contained therein, and the carrier has a passage in which a plurality of pores communicate with each other due to the porous structure, and the metal fine particles are formed. At least part of it is present in the passage of the carrier. Further, in the present embodiment, in the hydrothermal treatment step, a mixed solution in which the precursor material (C) and the structure defining agent are mixed is prepared, and the precursor material (C) is hydrothermally treated. Not limited to this, the precursor material (C) may be hydrothermally treated without mixing the precursor material (C) and the structure defining agent.

水熱処理後に得られる沈殿物(触媒構造体)は、回収(例えば、ろ別)後、必要に応じて洗浄、乾燥および焼成することが好ましい。洗浄溶液としては、水、またはアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶液を用いることができる。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥や、150℃以下の高温乾燥が挙げられる。尚、沈殿物に水分が多く残った状態で、焼成処理を行うと、触媒構造体の担体としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥するのが好ましい。また、焼成処理は、例えば、空気中で、350〜850℃、2〜30時間の処理条件で行うことができる。このような焼成処理により、触媒構造体に付着していた構造規定剤が焼失する。また、触媒構造体は、使用目的に応じて、回収後の沈殿物を焼成処理することなくそのまま用いることもできる。例えば、触媒構造体の使用する環境が、酸化性雰囲気の高温環境である場合には、使用環境に一定時間晒すことで、構造規定剤は焼失し、焼成処理した場合と同様の触媒構造体が得られるので、そのまま使用することが可能となる。 The precipitate (catalyst structure) obtained after the hydrothermal treatment is preferably recovered (for example, filtered) and then washed, dried and calcined as necessary. As the cleaning solution, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution thereof can be used. Examples of the drying treatment include natural drying for about one night and high-temperature drying at 150 ° C. or lower. If the firing treatment is performed with a large amount of water remaining in the precipitate, the skeletal structure as a carrier of the catalyst structure may be destroyed, so that it is preferably sufficiently dried. Further, the firing treatment can be performed in air, for example, at 350 to 850 ° C. for 2 to 30 hours. By such a firing treatment, the structure defining agent adhering to the catalyst structure is burned down. Further, the catalyst structure can be used as it is without calcining the recovered precipitate, depending on the purpose of use. For example, when the environment in which the catalyst structure is used is a high-temperature environment with an oxidizing atmosphere, the structure-defining agent is burned out by exposing it to the use environment for a certain period of time, and the catalyst structure similar to that in the case of firing treatment is produced. Since it is obtained, it can be used as it is.

上記で説明した製造方法は、前駆体材料(A)に含浸させる金属含有溶液に含まれる金属元素(M)が、酸化され難い金属種(例えば、貴金属)である場合の一例である。 The production method described above is an example in which the metal element (M) contained in the metal-containing solution impregnated in the precursor material (A) is a metal species (for example, a noble metal) that is difficult to oxidize.

前駆体材料(A)に含浸させる金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)が、酸化され易い金属種(例えば、Fe、Co、Cu等)である場合には、上記水熱処理工程後に、水熱処理された前駆体材料(C)に還元処理を行うことが好ましい。金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)が、酸化され易い金属種である場合、含浸処理(ステップS2)の後の工程(ステップS3〜S4)における熱処理により、金属成分が酸化されてしまう。そのため、水熱処理工程(ステップS4)で形成される担体には、金属酸化物微粒子が内在することになる。そのため、担体に金属微粒子が内在する触媒構造体を得るためには、上記水熱処理後に、回収した沈殿物を焼成処理し、さらに水素ガス等の還元ガス雰囲気下で還元処理することが望ましい。還元処理を行うことにより、担体に内在する金属酸化物微粒子が還元され、金属酸化物微粒子を構成する金属元素(M)に対応する金属微粒子が形成される。その結果、担体に金属微粒子が内在する触媒構造体が得られる。なお、このような還元処理は、必要に応じて行えばよく、例えば、触媒構造体の使用する環境が、還元雰囲気である場合には、使用環境に一定時間晒すことで、金属酸化物微粒子は還元されるため、還元処理した場合と同様の触媒構造体が得られるので、担体に酸化物微粒子が内在した状態でそのまま使用することが可能となる。 When the metal element (M) contained in the metal-containing solution impregnated in the precursor material (A) is a metal species (for example, Fe, Co, Cu, etc.) that is easily oxidized, after the hydrothermal treatment step, It is preferable that the precursor material (C) that has been hydrothermally treated is subjected to a reduction treatment. When the metal element (M) contained in the metal-containing solution is a metal species that is easily oxidized, the metal component is oxidized by the heat treatment in the steps (steps S3 to S4) after the impregnation treatment (step S2). .. Therefore, the metal oxide fine particles are inherent in the carrier formed in the hydrothermal treatment step (step S4). Therefore, in order to obtain a catalyst structure in which metal fine particles are contained in the carrier, it is desirable that after the above hydrothermal treatment, the recovered precipitate is calcined and further reduced in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas. By performing the reduction treatment, the metal oxide fine particles contained in the carrier are reduced, and the metal fine particles corresponding to the metal element (M) constituting the metal oxide fine particles are formed. As a result, a catalyst structure in which metal fine particles are contained in the carrier is obtained. It should be noted that such a reduction treatment may be performed as needed. For example, when the environment in which the catalyst structure is used is a reducing atmosphere, the metal oxide fine particles can be removed by exposing the catalyst structure to the use environment for a certain period of time. Since it is reduced, a catalyst structure similar to that in the case of reduction treatment can be obtained, so that it can be used as it is in a state where oxide fine particles are contained in the carrier.

本発明において、触媒を用いて、一酸化炭素と水素から軽質炭化水素を合成する軽質炭化水素の製造方法が提供される。このような触媒は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体10と、担体10に内在する少なくとも1つの金属微粒子20と、を備え、担体10が、担体外部と連通する通路11を有し、通路11の一部における平均内径が0.95nm以下であり、金属微粒子20が、平均内径が0.95nm以下の通路11に存在している触媒構造体1を含んでいる。すなわち、本発明では、上述の軽質炭化水素合成触媒構造体を用いて、一酸化炭素と水素から軽質炭化水素を合成する軽質炭化水素の製造方法が提供される。 The present invention provides a method for producing a light hydrocarbon, which synthesizes a light hydrocarbon from carbon monoxide and hydrogen using a catalyst. Such a catalyst includes a carrier 10 having a porous structure composed of a zeolite-type compound, and at least one metal fine particle 20 contained in the carrier 10, and the carrier 10 has a passage 11 communicating with the outside of the carrier. However, the average inner diameter of a part of the passage 11 is 0.95 nm or less, and the metal fine particles 20 include the catalyst structure 1 existing in the passage 11 having an average inner diameter of 0.95 nm or less. That is, the present invention provides a method for producing a light hydrocarbon that synthesizes a light hydrocarbon from carbon monoxide and hydrogen by using the above-mentioned light hydrocarbon synthesis catalyst structure.

例えば、FT合成反応を利用して軽質炭化水素を製造する際の原料としては、分子状水素及び一酸化炭素を主成分とする合成ガスであれば特に制限はないが、水素/一酸化炭素のモル比が1.5〜2.5である合成ガスが好適であり、該モル比が1.8〜2.2である合成ガスがより好適である。また、FT合成反応の反応条件についても、特に制限はなく、公知の条件にて行うことができる。例えば、反応温度としては200〜500℃、200〜350℃が好ましく、圧力(絶対圧力)としては0.1〜3.0MPaが好ましい。 For example, the raw material for producing a light hydrocarbon using the FT synthesis reaction is not particularly limited as long as it is a synthetic gas containing molecular hydrogen and carbon monoxide as main components, but hydrogen / carbon monoxide. A synthetic gas having a molar ratio of 1.5 to 2.5 is preferable, and a synthetic gas having a molar ratio of 1.8 to 2.2 is more preferable. Further, the reaction conditions of the FT synthesis reaction are not particularly limited, and can be carried out under known conditions. For example, the reaction temperature is preferably 200 to 500 ° C. and 200 to 350 ° C., and the pressure (absolute pressure) is preferably 0.1 to 3.0 MPa.

FT合成反応は、フィッシャー・トロプシュ合成の反応プロセスとして公知のプロセス、例えば、固定床、超臨界固定床、スラリー床、流動床等で実施することができる。好ましいプロセスとしては、固定床、超臨界固定床、スラリー床を挙げることができる。 The FT synthesis reaction can be carried out in a process known as a reaction process for Fischer-Tropsch synthesis, for example, a fixed bed, a supercritical fixed bed, a slurry bed, a fluidized bed or the like. Preferred processes include fixed beds, supercritical fixed beds and slurry beds.

本発明において、上記触媒構造体を有する軽質炭化水素製造装置が提供されていてもよい。このような軽質炭化水素製造装置は、上記触媒構造体を利用して軽質炭化水素を合成できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、反応装置、反応カラム等の通常使用される製造装置を使用することができる。本発明に係る触媒構造体をこのような軽質炭化水素製造装置に用いることにより、当該製造装置も上記と同様の効果を奏することができる。 In the present invention, a light hydrocarbon production apparatus having the above catalyst structure may be provided. Such a light hydrocarbon production apparatus is not particularly limited as long as it can synthesize a light hydrocarbon using the catalyst structure, and is, for example, a commonly used production of a reactor, a reaction column, or the like. The device can be used. By using the catalyst structure according to the present invention in such a light hydrocarbon production apparatus, the production apparatus can also exhibit the same effect as described above.

また、上記触媒構造体を用いた軽質炭化水素の製造方法及び上記触媒構造体を有する軽軽質炭化水素製造装置において、一酸化炭素と水素から軽質炭化水素を合成する際、合成する軽質炭化水素の炭素数に応じて、通路11の一部における平均内径Dの範囲が異なる触媒構造体を用いることが好ましい。これにより、生成される軽質炭化水素の選択性をより高めることができ、特に平均内径Dと同等の大きさの軽質炭化水素の選択性を高めることが可能となる。また、所望とする軽質炭化水素が複数ある場合には、予め複数の反応カラムを準備し、目的とする軽質炭化水素に応じて、各反応カラムに平均内径Dの範囲が異なる触媒構造体を使用してもよい。また、反応カラムで既に使用している触媒構造体を、平均内径Dの範囲が異なる他の触媒構造体で交換してもよく、あるいは、触媒構造体を備える反応カラムを、平均内径Dの範囲が異なる他の触媒構造体を備える反応カラムで交換してもよい。Further, when synthesizing a light hydrocarbon from carbon monoxide and hydrogen in a method for producing a light hydrocarbon using the above catalyst structure and a light hydrocarbon production apparatus having the above catalyst structure, the light hydrocarbon to be synthesized It is preferable to use a catalyst structure in which the range of the average inner diameter DF in a part of the passage 11 differs depending on the number of carbon atoms. As a result, the selectivity of the produced light hydrocarbon can be further enhanced, and in particular, the selectivity of the light hydrocarbon having the same size as the average inner diameter DF can be enhanced. When there are a plurality of desired light hydrocarbons, a plurality of reaction columns are prepared in advance, and each reaction column is provided with a catalyst structure having a different average inner diameter DF range according to the target light hydrocarbon. You may use it. Further, the catalyst structure already used in the reaction column may be replaced with another catalyst structure having a different average inner diameter DF range, or the reaction column provided with the catalyst structure may be replaced with an average inner diameter DF. It may be replaced with a reaction column having another catalyst structure having a different range of.

以上、本発明の実施形態に係る触媒構造体、その製造方法及び該触媒構造体を用いた炭化水素の製造方法、並びに該触媒構造体を有する炭化水素製造装置について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。 The catalyst structure according to the embodiment of the present invention, the method for producing the same, the method for producing a hydrocarbon using the catalyst structure, and the hydrocarbon production apparatus having the catalyst structure have been described above. It is not limited to the embodiment, and various modifications and modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

(実施例1〜24)
[前駆体材料(A)の合成]
シリカ剤(テトラエトキシシラン(TEOS)、和光純薬工業社製)と、鋳型剤としての界面活性剤とを混合した混合水溶液を作製し、適宜pH調整を行い、密閉容器内、80〜350℃で100時間、水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水およびエタノールで洗浄し、さらに600℃で24時間、空気中で焼成して、表1に示される種類および孔径の前駆体材料(A)を得た。なお、界面活性剤は、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)(和光純薬工業社製)を用いた。
(Examples 1 to 24)
[Synthesis of precursor material (A)]
A mixed aqueous solution prepared by mixing a silica agent (tetraethoxysilane (TEOS), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and a surfactant as a template agent is prepared, the pH is adjusted as appropriate, and the temperature is 80 to 350 ° C. in a closed container. Was hydrothermally treated for 100 hours. Then, the produced precipitate was filtered off, washed with water and ethanol, and further calcined in air at 600 ° C. for 24 hours to obtain a precursor material (A) of the type and pore size shown in Table 1. .. As the surfactant, hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.

[前駆体材料(B)および(C)の作製]
次に、表1に示される種類の金属微粒子を構成する金属元素(M)に応じて、該金属元素(M)を含有する金属塩を水に溶解させて、金属含有水溶液を調製した。なお、金属塩は、金属微粒子の種類に応じて(「金属微粒子:金属塩」)、以下のものを用いた。
・Co:硝酸コバルト(II)六水和物(和光純薬工業社製)
・Ni:硝酸ニッケル(II)六水和物(和光純薬工業社製)
・Fe:硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬工業社製)
・Ru:塩化ルテニウム(III)無水物(東京化成工業社製)
[Preparation of precursor materials (B) and (C)]
Next, a metal-containing aqueous solution was prepared by dissolving a metal salt containing the metal element (M) in water according to the metal element (M) constituting the types of metal fine particles shown in Table 1. As the metal salt, the following were used according to the type of the metal fine particles (“metal fine particles: metal salt”).
・ Co: Cobalt nitrate (II) hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
-Ni: Nickel nitrate (II) hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
-Fe: Iron (III) Nitrate Nine Hydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
-Ru: Ruthenium (III) chloride anhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)

次に、粉末状の前駆体材料(A)に、金属含有水溶液を複数回に分けて少量ずつ添加し、室温(20℃±10℃)で12時間以上乾燥させて、前駆体材料(B)を得た。 Next, the metal-containing aqueous solution is added little by little to the powdery precursor material (A) in a plurality of times, dried at room temperature (20 ° C. ± 10 ° C.) for 12 hours or more, and the precursor material (B) is dried. Got

また、表1に示す添加剤の有無の条件を「有り」とし、金属含有水溶液を添加する前の前駆体材料(A)に対して、添加剤としてのポリオキシエチレン(15)オレイルエーテル(NIKKOL BO−15V、日光ケミカルズ社製)の水溶液を添加する前処理を行い、その後、上記のように金属含有水溶液を添加した。 Further, the condition of presence / absence of the additive shown in Table 1 is set to "Yes", and the polyoxyethylene (15) oleyl ether (NIKKOL) as an additive is compared with the precursor material (A) before the addition of the metal-containing aqueous solution. A pretreatment for adding an aqueous solution of BO-15V (manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd.) was performed, and then a metal-containing aqueous solution was added as described above.

また、前駆体材料(A)に添加する金属含有水溶液の添加量(仕込み量)は、該金属含有水溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算したときの数値が、表1の値になるように調整した。 The amount of the metal-containing aqueous solution added to the precursor material (A) (charged amount) is the silicon (Si) constituting the precursor material (A) with respect to the metal element (M) contained in the metal-containing aqueous solution. ) Was converted to the ratio (atomic number ratio Si / M), and the value was adjusted to be the value shown in Table 1.

次に、上記のようにして得られた金属含有水溶液を含浸させた前駆体材料(B)を、600℃で24時間、空気中で焼成して、前駆体材料(C)を得た。 Next, the precursor material (B) impregnated with the metal-containing aqueous solution obtained as described above was calcined in air at 600 ° C. for 24 hours to obtain a precursor material (C).

上記のようにして得られた前駆体材料(C)と、表1に示す構造規定剤とを混合して混合水溶液を作製し、密閉容器内で、80〜350℃、表1に示すpHおよび時間の条件で、水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水洗し、100℃で12時間以上乾燥させ、さらに600℃、24時間、空気中で焼成した。その後、焼成物を回収し、水素ガスの流入下で、500℃、60分間、還元処理して、表1に示す担体と触媒物質としての金属微粒子とを有する触媒構造体を得た(実施例1〜24)。 The precursor material (C) obtained as described above and the structure-defining agent shown in Table 1 are mixed to prepare a mixed aqueous solution, and in a closed container, 80 to 350 ° C., the pH shown in Table 1 and Hydrothermal treatment was performed under the condition of time. Then, the produced precipitate was filtered off, washed with water, dried at 100 ° C. for 12 hours or more, and further calcined in air at 600 ° C. for 24 hours. Then, the fired product was recovered and reduced at 500 ° C. for 60 minutes under the inflow of hydrogen gas to obtain a catalyst structure having the carrier shown in Table 1 and metal fine particles as a catalyst substance (Example). 1 to 24).

(比較例1)
比較例1では、MFI型シリカライトに平均粒径50nm以下の酸化コバルト粉末(II,III)(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)を混合し、実施例と同様にして水素還元処理を行って、担体としてのシリカライトの外表面に、触媒物質として活性の高いコバルト微粒子を付着させた触媒構造体を得た。MFI型シリカライトは、金属を添加する工程以外は、実施例1と同様の方法で合成した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, cobalt oxide powder (II, III) (manufactured by Sigma-Aldrich Japan LLC) having an average particle size of 50 nm or less was mixed with MFI type silica light, and hydrogen reduction treatment was performed in the same manner as in Example to carry out a carrier. A catalyst structure was obtained in which highly active cobalt fine particles were adhered as a catalyst substance on the outer surface of the silica light. The MFI type silica light was synthesized by the same method as in Example 1 except for the step of adding a metal.

[評価]
上記実施例の触媒構造体および比較例のシリカライトについて、以下に示す条件で、各種特性評価を行った。
[evaluation]
Various characteristics of the catalyst structure of the above example and the silica light of the comparative example were evaluated under the conditions shown below.

[A]断面観察
上記実施例の触媒構造体および比較例のシリカライトについて、粉砕法にて観察試料を作製し、透過電子顕微鏡(TEM)(TITAN G2、FEI社製)を用いて、断面観察を行った。その結果、上記実施例の触媒構造体では、シリカライトまたはゼオライトからなる担体の内部に触媒物質が内在し、保持されていることが確認された。一方、比較例1のシリカライトでは、触媒物質が担体の外表面に付着しているのみで、担体の内部には存在していなかった。
[A] Cross-section observation For the catalyst structure of the above example and the silica light of the comparative example, an observation sample was prepared by a pulverization method, and a cross-section observation was performed using a transmission electron microscope (TEM) (TITAN G2, manufactured by FEI). Was done. As a result, it was confirmed that in the catalyst structure of the above-mentioned example, the catalyst substance is contained and retained inside the carrier made of silicalite or zeolite. On the other hand, in the silica light of Comparative Example 1, the catalytic substance was only attached to the outer surface of the carrier and was not present inside the carrier.

また、上記実施例のうち金属が鉄微粒子(Fe)である触媒構造体については、FIB(集束イオンビーム)加工により断面を切り出し、SEM(SU8020、日立ハイテクノロジーズ社製)、EDX(X−Max、堀場製作所製)を用いて断面元素分析を行った。その結果、担体内部からFe元素が検出された。上記TEMとSEM/EDXによる断面観察の結果から、担体内部に鉄微粒子が存在していることが確認された。 Further, in the above-mentioned examples, for the catalyst structure in which the metal is iron fine particles (Fe), a cross section is cut out by FIB (focused ion beam) processing, and SEM (SU8020, manufactured by Hitachi High Technologies America), EDX (X-Max). , Horiba Seisakusho) was used for cross-sectional elemental analysis. As a result, Fe element was detected from the inside of the carrier. From the results of cross-sectional observation by the above TEM and SEM / EDX, it was confirmed that iron fine particles were present inside the carrier.

[B]担体の通路の平均内径および触媒物質の平均粒径
上記評価[A]で行った断面観察により撮影したTEM画像にて、担体の通路を、任意に500個選択し、それぞれの長径および短径を測定し、その平均値からそれぞれの内径を算出し(N=500)、さらに内径の平均値を求めて、担体の通路の全体の平均内径Dとした。また、触媒物質についても同様に、上記TEM画像から、触媒物質を、任意に500個選択し、それぞれの粒径を測定して(N=500)、その平均値を求めて、触媒物質の平均粒径Dとした。結果を表1に示す。また、平均内径Dは、ゼオライト構造のデータベース(http://www.iza-structure.org/databases/)に記載の文献値に基づき、各ゼオライト構造が有する各細孔について、各細孔における長軸と短軸を足して等分した値から算出した。
[B] Average inner diameter of the passage of the carrier and the average particle diameter of the catalyst substance In the TEM image taken by the cross-sectional observation performed in the above evaluation [A], 500 carriers were arbitrarily selected, and the major axis and the major axis of each were selected. The minor axis was measured, each inner diameter was calculated from the average value (N = 500), and the average value of the inner diameter was obtained and used as the average inner diameter DT of the entire passage of the carrier. Similarly, for the catalyst substance, 500 catalyst substances are arbitrarily selected from the above TEM image, the particle size of each is measured (N = 500), the average value is obtained, and the average of the catalyst substances is obtained. I was having a particle diameter D C. The results are shown in Table 1. The average inner diameter DF is determined in each pore of each zeolite structure based on the literature values described in the zeolite structure database (http://www.iza-structure.org/databases/). It was calculated from the value obtained by adding the major axis and the minor axis and dividing them equally.

また、触媒物質の平均粒径及び分散状態を確認するため、SAXS(小角X線散乱)を用いて分析した。SAXSによる測定は、Spring−8のビームラインBL19B2を用いて行った。得られたSAXSデータは、Guinier近似法により球形モデルでフィッティングを行い、粒径を算出した。粒径は、金属が鉄微粒子である触媒構造体について測定した。また、比較対象として、市販品である鉄微粒子(Wako製)をSEMにて観察、測定した。 In addition, in order to confirm the average particle size and the dispersed state of the catalytic substance, analysis was performed using SAXS (Small Angle X-ray Scattering). The measurement by SAXS was performed using the beamline BL19B2 of Spring-8. The obtained SAXS data was fitted with a spherical model by the Guinier approximation method, and the particle size was calculated. The particle size was measured for the catalyst structure in which the metal is iron fine particles. Further, as a comparison target, commercially available iron fine particles (manufactured by Wako) were observed and measured by SEM.

この結果、市販品では粒径約50nm〜400nmの範囲で様々なサイズの鉄微粒子がランダムに存在しているのに対し、TEM画像から求めた平均粒径が1.2nm〜2.0nmの鉄微粒子を用いた各実施例の触媒構造体では、SAXSの測定結果においても粒径が10nm以下の散乱ピークが検出された。SAXSの測定結果とSEM/EDXによる断面の測定結果から、担体内部に、粒径10nm以下の触媒物質が、粒径が揃い且つ非常に高い分散状態で存在していることが分かった。 As a result, iron fine particles of various sizes are randomly present in the range of about 50 nm to 400 nm in the commercially available product, whereas iron having an average particle size of 1.2 nm to 2.0 nm obtained from the TEM image is randomly present. In the catalyst structure of each example using fine particles, a scattering peak having a particle size of 10 nm or less was also detected in the measurement result of SAXS. From the measurement result of SAXS and the measurement result of the cross section by SEM / EDX, it was found that the catalyst substance having a particle size of 10 nm or less was present in the carrier in a dispersed state having a uniform particle size and a very high particle size.

[C]金属含有溶液の添加量と担体内部に包接された金属量との関係
原子数比Si/M=100、200(M=Co、Fe、Ru、Ni)の添加量で、触媒物質として金属微粒子を担体内部に包接させた触媒構造体を作製した。その後、上記添加量で作製した各触媒構造体の担体内部に包接された金属量(質量%)を測定した。また、原子数比Si/M=100、200、1000の触媒構造体を、実施例1〜24における原子数比Si/M=100、200の触媒構造体と同様の方法で金属含有溶液の添加量を調整して別途作製し、各触媒構造体の担体内部に包接された金属量(質量%)を測定した。さらに、原子数比Si/M=50の触媒構造体を、金属含有溶液の添加量を異ならせたこと以外は、原子数比Si/M=100、200の触媒構造体と同様の方法で別途作製し、触媒構造体の担体内部に包接された金属量(質量%)を測定した。
[C] Relationship between the amount of the metal-containing solution added and the amount of metal encapsulated inside the carrier The amount of the atomic number ratio Si / M = 100, 200 (M = Co, Fe, Ru, Ni) is the amount of the catalyst substance added. To prepare a catalyst structure in which metal fine particles were encapsulated inside the carrier. Then, the amount of metal (mass%) encapsulated inside the carrier of each catalyst structure produced with the above addition amount was measured. Further, the catalyst structure having an atomic number ratio of Si / M = 100, 200, 1000 is added to the metal-containing solution in the same manner as the catalyst structure having an atomic number ratio of Si / M = 100, 200 in Examples 1 to 24. The amount was adjusted and separately prepared, and the amount of metal (mass%) encapsulated inside the carrier of each catalyst structure was measured. Further, the catalyst structure having an atomic number ratio of Si / M = 50 is separately used in the same manner as the catalyst structure having an atomic number ratio of Si / M = 100, 200, except that the amount of the metal-containing solution added is different. The amount of metal (% by mass) encapsulated inside the carrier of the catalyst structure was measured.

金属量の定量は、ICP(高周波誘導結合プラズマ)単体か、或いはICPとXRF(蛍光X線分析)を組み合わせて行った。XRF(エネルギー分散型蛍光X線分析装置「SEA1200VX」、エスエスアイ・ナノテクノロジー社製)は、真空雰囲気、加速電圧15kV(Crフィルター使用)或いは加速電圧50kV(Pbフィルター使用)の条件で行った。XRFは、金属の存在量を蛍光強度で算出する方法であり、XRF単体では定量値(質量%換算)を算出できない。そこで、Si/M=100で金属を添加した触媒構造体の金属量を、ICP分析により定量し、Si/M=50および100未満で金属を添加した触媒構造体の金属量を、XRF測定結果とICP測定結果を元に算出した。 The amount of metal was quantified either by ICP (radio frequency inductively coupled plasma) alone or in combination with ICP and XRF (X-ray fluorescence analysis). The XRF (energy dispersion type fluorescent X-ray analyzer "SEA1200VX", manufactured by SSI Nanotechnology Co., Ltd.) was performed under the conditions of a vacuum atmosphere and an acceleration voltage of 15 kV (using a Cr filter) or an acceleration voltage of 50 kV (using a Pb filter). XRF is a method of calculating the abundance of metal by fluorescence intensity, and a quantitative value (converted to mass%) cannot be calculated by XRF alone. Therefore, the amount of metal in the catalyst structure to which metal was added at Si / M = 100 was quantified by ICP analysis, and the amount of metal in the catalyst structure to which metal was added at Si / M = 50 and less than 100 was measured by XRF. Was calculated based on the ICP measurement result.

この結果、少なくとも原子数比Si/Mが50以上1000以下の範囲内で、金属含有溶液の添加量の増加に伴って、触媒構造体に包接された金属量が増大していることが確認された。 As a result, it was confirmed that the amount of metal encapsulated in the catalyst structure increased as the amount of the metal-containing solution added increased, at least in the range of the atomic number ratio Si / M of 50 or more and 1000 or less. Was done.

[D]性能評価
上記実施例の触媒構造体および比較例のシリカライトについて、触媒物質がもつ触媒能を評価した。結果を表1に示す。
[D] Performance Evaluation The catalytic ability of the catalytic substance was evaluated for the catalyst structure of the above example and the silica light of the comparative example. The results are shown in Table 1.

<軽質炭化水素の選択性>
まず、触媒構造体を、常圧流通式反応装置に70mg充填し、水素(8ml/分)と一酸化炭素(4ml/分)を供給し、250℃、常圧(0.1MPa)で加熱しながら、フィッシャー・トロプシュ合成を1時間行った。常圧流通式反応装置は、シングルマイクロリアクター(フロンティアラボ社製、Rx−3050SR)を使用した。
<Selectivity of light hydrocarbons>
First, 70 mg of the catalyst structure is filled in a normal pressure flow reactor, hydrogen (8 ml / min) and carbon monoxide (4 ml / min) are supplied, and the catalyst structure is heated at 250 ° C. and normal pressure (0.1 MPa). However, Fischer-Tropsch synthesis was performed for 1 hour. A single microreactor (Rx-3050SR, manufactured by Frontier Lab) was used as the normal pressure flow reactor.

反応終了後に、回収した生成ガスおよび生成液を、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC/MS)により成分分析した。なお、生成ガスの分析装置には、TRACE 1310GC(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、検出器:熱伝導度検出器)を用いた。 After completion of the reaction, the recovered product gas and product liquid were subjected to component analysis by gas chromatography-mass spectrometry (GC / MS). As the analyzer for the produced gas, TRACE 1310GC (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., detector: thermal conductivity detector) was used.

分析の結果、反応生成物のうち、炭素数が3の炭化水素を含むC3化合物群(以下、単に「C3」ともいう。)または炭素数が4の炭化水素を含むC4化合物群(以下、単に「C4」ともいう。)の選択率が20%以上である場合を、軽質炭化水素の選択性が優れていると判定して「◎」、C3またはC4の選択率が10%以上、20%未満である場合を、軽質炭化水素の選択性が良好であると判断して「○」、C3またはC4の選択率が5%以上、10%未満である場合を、軽質炭化水素の選択性が合格レベル(可)であると判断して「△」、C3またはC4の選択率が5%未満である場合を、軽質炭化水素の選択性が劣る(不可)と判定して「×」とした。尚、C3化合物群に含まれる化合物として、プロパン、プロピレン、プロパノール等が挙げられ、C4化合物群に含まれる化合物として、n−ブタン、n−ブテン、イソブタン、イソブテン、n−ブタノール、イソブタノール等が挙げられる。 As a result of the analysis, among the reaction products, a C3 compound group containing a hydrocarbon having 3 carbon atoms (hereinafter, also simply referred to as “C3”) or a C4 compound group containing a hydrocarbon having 4 carbon atoms (hereinafter, simply referred to as “C3”). When the selectivity of "C4") is 20% or more, it is judged that the selectivity of the light hydrocarbon is excellent, and "◎", the selectivity of C3 or C4 is 10% or more, 20%. If it is less than, it is judged that the selectivity of the light hydrocarbon is good, and if the selectivity of C3 or C4 is 5% or more and less than 10%, the selectivity of the light hydrocarbon is When it is judged that the pass level is (possible) and the selectivity of C3 or C4 is less than 5%, it is judged that the selectivity of the light hydrocarbon is inferior (impossible) and it is marked as "x". .. Examples of the compound contained in the C3 compound group include propane, propylene, propanol and the like, and examples of the compound contained in the C4 compound group include n-butane, n-butene, isobutane, isobutane, n-butanol, isobutanol and the like. Can be mentioned.

また、プロピレンまたはブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択率が10%以上である場合を、軽質炭化水素の選択性が優れていると判定して「◎」、プロピレンまたはブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択率が5%以上、10%未満である場合を、軽質炭化水素の選択性が良好であると判断して「○」、プロピレンまたはブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択率が3%以上、5%未満である場合を、軽質炭化水素の選択性が合格レベル(可)であると判断して「△」、プロピレンまたはブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択率が3%未満である場合を、軽質炭化水素の選択性が劣る(不可)と判定して「×」とした。 Further, when the selectivity of propylene or butene (n-butene and isobutene) is 10% or more, it is judged that the selectivity of the light hydrocarbon is excellent, and "◎", propylene or butene (n-butene and isobutene). When the selectivity of (isobutene) is 5% or more and less than 10%, it is judged that the selectivity of the light hydrocarbon is good, and the selectivity of "○", propylene or butene (n-butene and isobene) is When it is 3% or more and less than 5%, it is judged that the selectivity of the light hydrocarbon is the acceptable level (possible), and the selectivity of "Δ", propylene or butene (n-butene and isobutene) is 3%. When it was less than, it was judged that the selectivity of the light hydrocarbon was inferior (impossible), and it was evaluated as "x".

C3またはC4の選択率は、以下の式(1)より算出した。
{生成したC3(mol)またはC4(mol)/全生成物(mol)}×100・・・(1)
The selectivity of C3 or C4 was calculated from the following formula (1).
{C3 (mol) or C4 (mol) produced / total product (mol)} x 100 ... (1)

プロピレンまたはブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択率は、以下の式(2)より算出した。
{生成したプロピレン(mol)またはブテン(n−ブテン及びイソブテン)(mol)/全生成物(mol)}×100・・・(2)
The selectivity of propylene or butene (n-butene and isobutene) was calculated by the following formula (2).
{Propylene (mol) produced or butene (n-butene and isobutene) (mol) / total product (mol)} x 100 ... (2)

比較例1についても、上記と同様の性能評価を行った。 For Comparative Example 1, the same performance evaluation as above was performed.

Figure 2020027321
Figure 2020027321

また、軽質炭化水素の選択性は、主に、ゼオライト型化合物の骨格構造に依存する細孔径(平均内径D)と関係している。そのため、実施例1〜24では、所望とする軽質炭化水素の分子サイズに応じて適切な骨格構造を有するゼオライトを選択することにより、軽質炭化水素の選択性を向上させることができた。In addition, the selectivity of light hydrocarbons is mainly related to the pore size (average inner diameter DF ) depending on the skeletal structure of the zeolite-type compound. Therefore, in Examples 1 to 24, the selectivity of the light hydrocarbon could be improved by selecting the zeolite having an appropriate skeletal structure according to the desired molecular size of the light hydrocarbon.

また、実施例1、2、7、8、13、14、19、20においては、骨格構造がMFI型のゼオライトからなる担体が使用されている。そのため、オレフィンとしてのプロピレン、ブテン(n−ブテン及びイソブテン)の選択性が向上する傾向にある。特に、MFI型のゼオライトは、[010]軸の平均内径Dが0.55nm、[100]軸の平均内径Dが0.53nmであり、各軸の平均内径Dがn−ブテンの分子サイズよりも小さいにもかかわらず、ブテン(n−ブテン及びイソブテン)について、良好な選択性又は優れた選択性を示した。Further, in Examples 1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, and 20, a carrier having a skeleton structure of MFI type zeolite is used. Therefore, the selectivity of propylene and butene (n-butene and isobutene) as olefins tends to be improved. In particular, MFI-type zeolite, the average inner diameter D F of [010] axis is 0.55 nm, the average inner diameter D F of [100] axis is 0.53 nm, the average inner diameter D F of each axis of n- butenes Despite being smaller than the molecular size, it showed good or excellent selectivity for butene (n-butene and isobutene).

さらに、Co、Fe、Ruの触媒活性は、Niよりも高い。そのため、金属微粒子としてCo、Fe又はRuを使用している実施例1〜18は、金属微粒子としてNiを使用している実施例19〜24よりも軽質炭化水素の選択性の性能が優れていた。 Furthermore, the catalytic activity of Co, Fe and Ru is higher than that of Ni. Therefore, Examples 1 to 18 in which Co, Fe or Ru are used as the metal fine particles are superior in performance of selectivity of light hydrocarbons to Examples 19 to 24 in which Ni is used as the metal fine particles. ..

上記結果より、触媒構造体(実施例1〜24)は、炭化水素の合成、特に、一酸化炭素と水素から軽質炭化水素を合成するFT合成反応において、優れた軽質炭化水素の選択性を示すことが分かった。また、このような触媒構造体をFT合成反応に利用することにより、従来の合成プロセスで要していた精製プロセス等の追加操作を省くことができ、その結果、生産効率を向上させることができる。 From the above results, the catalyst structure (Examples 1 to 24) shows excellent selectivity of light hydrocarbons in the synthesis of hydrocarbons, particularly in the FT synthesis reaction of synthesizing light hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen. It turned out. Further, by utilizing such a catalyst structure for the FT synthesis reaction, it is possible to omit additional operations such as a purification process required in the conventional synthesis process, and as a result, the production efficiency can be improved. ..

1 軽質炭化水素合成触媒構造体
10 担体
10a 外表面
11 通路
11a 孔
12 拡径部
13 小通路
20 金属微粒子
平均粒径
平均内径
内径
1 light hydrocarbon synthesis catalyst structure 10 support 10a outer surface 11 passages 11a hole 12 enlarged diameter portion 13 Small passage 20 metal fine particles D C average particle diameter D F average inner diameter D E inner diameter

Claims (15)

ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の担体と、
前記担体に内在する少なくとも1つの金属微粒子と、を備え、
前記担体が、該担体の外部と連通する通路を有し、
前記通路の一部における平均内径が0.95nm以下であり、
前記金属微粒子が、平均内径が0.95nm以下の通路に存在していることを特徴とする軽質炭化水素合成触媒構造体。
A carrier having a porous structure composed of a zeolite-type compound,
With at least one metal fine particle contained in the carrier,
The carrier has a passage that communicates with the outside of the carrier.
The average inner diameter of a part of the passage is 0.95 nm or less, and the average inner diameter is 0.95 nm or less.
A light hydrocarbon synthesis catalyst structure characterized in that the metal fine particles are present in a passage having an average inner diameter of 0.95 nm or less.
前記通路の一部における平均内径が0.75nm以下である、請求項1に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to claim 1, wherein the average inner diameter in a part of the passage is 0.75 nm or less. 前記通路の一部における平均内径が0.55nm以上0.75nm未満である、請求項1または2に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to claim 1 or 2, wherein the average inner diameter in a part of the passage is 0.55 nm or more and less than 0.75 nm. 前記通路の一部における平均内径が0.63nm以上0.75nm未満である、請求項1または2に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to claim 1 or 2, wherein the average inner diameter in a part of the passage is 0.63 nm or more and less than 0.75 nm. 前記通路の一部における平均内径が0.39nmより大きく0.68nm未満である、請求項1または2に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to claim 1 or 2, wherein the average inner diameter in a part of the passage is larger than 0.39 nm and less than 0.68 nm. 前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部とを有し、且つ
前記金属微粒子が、少なくとも前記拡径部に存在している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。
The passage is any one of the one-dimensional pores, the two-dimensional pores and the three-dimensional pores defined by the skeleton structure of the zeolite-type compound, and any of the one-dimensional pores, the two-dimensional pores and the three-dimensional pores. The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of claims 1 to 5, which has a different diameter-expanded portion and the metal fine particles are present in at least the enlarged-diameter portion.
前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、請求項6に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to claim 6, wherein the enlarged diameter portion communicates a plurality of holes constituting any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. body. 前記金属微粒子の平均粒径が、前記通路の全体の平均内径よりも大きく、且つ前記拡径部の内径以下である、請求項6または7に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to claim 6 or 7, wherein the average particle size of the metal fine particles is larger than the average inner diameter of the entire passage and equal to or less than the inner diameter of the enlarged diameter portion. 前記金属微粒子の金属元素(M)が、前記軽質炭化水素合成触媒構造体に対して0.5質量%以上含有されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis according to any one of claims 1 to 8, wherein the metal element (M) of the metal fine particles is contained in an amount of 0.5% by mass or more based on the light hydrocarbon synthesis catalyst structure. Catalyst structure. 前記金属微粒子の原料である金属含有水溶液の仕込み量が、前記金属含有水溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前記担体の原料である前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10以上1000以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The amount of the metal-containing aqueous solution charged as the raw material of the metal fine particles is the amount of silicon (Si) constituting the precursor material (A) which is the raw material of the carrier with respect to the metal element (M) contained in the metal-containing aqueous solution. The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of claims 1 to 9, which is 10 or more and 1000 or less in terms of ratio (atomic number ratio Si / M). 前記金属微粒子が、Co、Fe、Ni、Ruまたはそれら少なくとも1種を含む合金を含んでいる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体。 The light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of claims 1 to 10, wherein the metal fine particles contain Co, Fe, Ni, Ru or an alloy containing at least one of them. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体を有する軽質炭化水素製造装置。 A light hydrocarbon production apparatus having the light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of claims 1 to 11. 合成する軽質炭化水素の炭素数に応じて、前記通路の一部における平均内径の範囲が異なる軽質炭化水素合成触媒構造体を備える、請求項12に記載の軽質炭化水素製造装置。 The light hydrocarbon production apparatus according to claim 12, further comprising a light hydrocarbon synthesis catalyst structure in which the range of the average inner diameter in a part of the passage differs depending on the number of carbon atoms of the light hydrocarbon to be synthesized. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の軽質炭化水素合成触媒構造体を用いて、一酸化炭素と水素から軽質炭化水素を合成する軽質炭化水素の製造方法。 A method for producing a light hydrocarbon, which synthesizes a light hydrocarbon from carbon monoxide and hydrogen by using the light hydrocarbon synthesis catalyst structure according to any one of claims 1 to 11. 合成する軽質炭化水素の炭素数に応じて、前記通路の一部における平均内径の範囲が異なる軽質炭化水素合成触媒構造体を用いる、請求項14に記載の軽質炭化水素の製造方法。 The method for producing a light hydrocarbon according to claim 14, wherein a light hydrocarbon synthesis catalyst structure in which the range of the average inner diameter in a part of the passage differs depending on the number of carbon atoms of the light hydrocarbon to be synthesized is used.
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