JP2001179103A - ジメチルエーテル製造用触媒 - Google Patents

ジメチルエーテル製造用触媒

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JP2001179103A
JP2001179103A JP36901499A JP36901499A JP2001179103A JP 2001179103 A JP2001179103 A JP 2001179103A JP 36901499 A JP36901499 A JP 36901499A JP 36901499 A JP36901499 A JP 36901499A JP 2001179103 A JP2001179103 A JP 2001179103A
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Tsutomu Shikada
勉 鹿田
Yotaro Ono
陽太郎 大野
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TAIHEIYO TANKO KK
JFE Engineering Corp
Nippon Steel Corp
Taiheiyo Coal Mining Co Ltd
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TAIHEIYO TANKO KK
Sumitomo Metal Industries Ltd
Taiheiyo Coal Mining Co Ltd
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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  • Catalysts (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の触媒より高いジメチルエーテル収
率および空時収率が得られるジメチルエーテル製造用触
媒を提供する。 【解決手段】 上記課題は、銅−アルミナ触媒に、助触
媒として、クロム、レニウム、ルテニウム、鉄、コバル
ト、ニッケル、モリブデン、タングステン、カルシウム
およびマグネシウムから選択された1種または2種以上
の金属または化合物を組み合わせてなる、メタノール脱
水触媒と水性ガスシフト触媒を兼ねたジメチルエーテル
製造用触媒と銅と、アルミナ、シリカゲル、チタニア、
マグネシア、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムおよび酸化ス
ズから選択された2種以上の酸化物を組み合わせてな
る、メタノール脱水触媒と水性ガスシフト触媒を兼ねた
ジメチルエーテル製造用触媒によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジメチルエーテル
製造用触媒に関するものである。この触媒は溶媒に懸濁
したスラリーにして使用され、そのなかに一酸化炭素と
水素の混合ガスを流通させてジメチルエーテルを製造す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、溶媒に懸濁した触媒の存在下で、
一酸化炭素および水素の混合ガスからジメチルエーテル
を製造する方法は、いくつか知られている。
【0003】例えば、特開平2−9833号公報、特開
平3−181435号公報、特開平3−52835号公
報、特開平4−264046号公報、特表平5−810
069号公報(WO93/10069)には、不活性液体
に懸濁したメタノール合成触媒とメタノール脱水触媒の
混合物に合成ガスを触媒させて、ジメチルエーテルまた
はジメチルエーテルとメタノールの混合物を製造する方
法が開示されている。
【0004】特開平2−9833号公報に開示されてい
る方法は、水素、一酸化炭素および二酸化炭素から成る
合成ガスを固体触媒と接触させ、また固体触媒の存在に
おいて反応させる前記合成ガスからのジメチルエーテル
の直接合成法において、前記合成ガスを固体触媒系の存
在において接触させることから成り、そこにおいて前記
固体触媒は3相(液相)反応器系において液状媒体の懸
濁された単一触媒または複数の触媒の混合物であり、そ
こにおいて前記3相反応器系は少くとも1基の3相反応
器から成る合成ガスからのジメチルエーテルの直接合成
法である。
【0005】特開平3−181435号公報に開示され
ている方法は、一酸化炭素と水素の混合ガス、あるいは
これにさらに二酸化炭素および/または水蒸気が含まれ
る混合ガスからジメチルエーテルを製造する方法におい
て、触媒を溶媒に懸濁してスラリー状態で使用すること
を特徴とするジメチルエーテルの製造方法である。
【0006】特開平3−52835号公報に開示されて
いる方法は、合成ガスを固体メタノール合成触媒の存在
において反応させてメタノールを生産し、又生産された
メタノールを固体脱水触媒の存在において反応させてジ
メチルエーテルを生産する。水素、一酸化炭素及び二酸
化炭素から成る合成ガスからジメチルエーテルを合成す
る方法において、前記合成ガスを、メタノール合成成分
と脱水(エーテル形成)成分から成る固体触媒系の存在に
おいて接触させて反応させ、その際前記固体触媒系3相
(液相)反応器系にある液状媒体中の単一触媒又は複数
の触媒混合物であり、前記反応器系を操作して、最小有
効メタノール速度を少くとも1時間当り触媒1kg当り
1.0gモルのメタノールに維持することを特徴とする
ジメチルエーテル合成法である。
【0007】特表平5−810069号公報に開示され
ている方法は、一酸化炭素と水素および水蒸気のいずれ
か一方または両方が含まれる混合ガス、あるいはこれに
さらに二酸化炭素が含まれる混合ガスからジメチルエー
テルを製造する方法において、少なくとも酸化亜鉛と、
酸化銅又は酸化クロムと酸化アルミニウムを含む混合触
媒を粉砕した後、加圧密着させ、その後再度粉砕した触
媒を溶媒に懸濁してスラリー状態で使用することを特徴
とするジメチルエーテルの製造方法である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の触媒より高いジメチルエーテル収率および空時収率が
得られるジメチルエーテル製造用触媒を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】一酸化炭素と水素からジ
メチルエーテルを合成する反応は次のように進行する。 CO+2H2 → CH3OH (1) メタノール合成反応 2CH3OH → CH3OCH3+H2O (2) 脱水反応 CO+H2O → H2+CO2 (3) シフト反応
【0010】すなわち本反応は、まず一酸化炭素と水素
からメタノール合成触媒上でメタノールが生成し、次い
でメタノールがメタノール脱水触媒上に移行して脱水縮
合によりジメチルエーテルと水が生成する。さらに、水
が水性ガスシフト触媒および/またはメタノール合成触
媒に移動し、一酸化炭素と反応して二酸化炭素と水素を
生成する。
【0011】これらの反応を進行させるのに一般にメタ
ノール合成触媒とメタノール脱水触媒と水性ガスシフト
触媒が用いられるが、本発明者らはこれらのうち、メタ
ノール脱水触媒作用と水性ガスシフト触媒作用を併有す
る新たな触媒を開発し、これにメタノール合成触媒を組
み合わせることによって前記目的を達成したものであ
る。
【0012】この触媒は、メタノール脱水触媒と水性ガ
スシフト触媒を兼ねたものであって、これに特定の助触
媒を添加してシフト触媒機能を高め、あるいは耐硫黄性
および耐塩素性を高め、あるいはメタノール脱水触媒機
能を高めたものである。
【0013】すなわち、本発明の触媒は、メタノール合
成触媒と組み合わせて用いられ、一酸化炭素と水素から
ジメチルエーテルを合成する触媒であって、銅−アルミ
ナ触媒に、助触媒として、クロム、レニウム、ルテニウ
ム、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステ
ン、カルシウムおよびマグネシウムから選択された1種
または2種以上の金属または化合物を組み合わせてな
る、メタノール脱水触媒と水性ガスシフト触媒を兼ねた
ジメチルエーテル製造用触媒、または、銅と、アルミ
ナ、シリカゲル、チタニア、マグネシア、酸化亜鉛、酸
化ジルコニウムおよび酸化スズから選択された2種以上
の酸化物を組み合わせてなる、メタノール脱水触媒と水
性ガスシフト触媒を兼ねたジメチルエーテル製造用触媒
よりなる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の銅−アルミナ触媒におけ
る銅とアルミナの比率は重量比で銅1に対しアルミナが
1〜200程度、好ましくは3〜100程度である。
【0015】助触媒として添加される、クロム、レニウ
ム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデ
ン、タングステン、カルシウムおよびマグネシウムは金
属または化合物であり、化合物の例としては、酸化物、
炭酸塩、水酸化物、硝酸塩などがある。これらの助触媒
のうち、クロム、レニウム、ルテニウム、鉄、コバルト
およびニッケルは水性ガスシフト触媒機能を高めてジメ
チルエーテル合成全体の反応を促進させ、高い空時収率
でジメチルエーテルが得られるようにするものであり、
これらの1種または2種以上を使用することができる。
また、モリブデン、タングステン、カルシウムおよびマ
グネシウムは触媒の耐硫黄性および耐塩素性を向上させ
て原料ガス中に微量の硫黄化合物や塩素化合物が含まれ
ていても触媒の失活を防ぎ、長期間にわたって高い空時
収率でジメチルエーテルが得られるようにするものであ
り、これらの1種または2種以上を使用することができ
る。上記の2つのグループの助触媒を組み合わせること
も好ましい。これらの助触媒の含有量は、触媒全重量の
0.01〜30重量%、好ましくは0.05〜20重量
%が適当である。
【0016】銅に組み合わされるアルミナ、シリカゲ
ル、チタニア、マグネシア、酸化亜鉛、酸化ジルコニウ
ムおよび酸化スズの2種以上よりなる複合金属酸化物は
メタノール脱水機能の高いものであり、メタノール脱水
機能を高めてジメチルエーテル合成全体の反応を促進さ
せ、高い空時収率でジメチルエーテルが得られるように
するものである。銅とこれらの複合金属酸化物割合は両
者の合計を100重量%とすると複合金属酸化物が50
〜99.99重量%、好ましくは70〜99.9重量%
が適当である。
【0017】本発明の触媒に組み合わせるメタノール合
成触媒としては、酸化銅−酸化亜鉛−アルミナ、酸化亜
鉛−酸化クロム−アルミナなどがある。酸化銅と酸化亜
鉛、アルミナの比率は重量比で酸化銅1に対し酸化亜鉛
0.05〜20程度、好ましくは0.1〜5程度、アル
ミナ0.01〜2程度、好ましくは0.02〜1程度で
あり、酸化亜鉛と酸化クロム、アルミナの場合の比率は
重量比で酸化亜鉛1に対し酸化クロム0.1〜10程
度、好ましくは0.5〜5程度、アルミナ0.01〜2
程度、好ましくは0.02〜1程度である。
【0018】これらの各触媒は公知の方法によって製造
すればよく、例えば各金属成分の水溶性塩を用いてこれ
らを含む水溶液を調製する。塩の種類は水溶性であれば
無機酸塩、有機酸塩のいずれであってもよい。ただし、
水中に投入すると加水分解して水酸化物を生じやすいも
のは適当でない。例えば硝酸塩、炭酸塩、有機酸塩、ハ
ロゲン化物、等を使用できる。各成分の濃度としては
0.1〜3モル/l程度でよい。次いで、この水溶液に
塩基を加えて中和し水酸化物を沈澱させ、固液分離して
洗浄後乾燥し、さらに焼成することによって製造でき
る。焼成は250〜500℃程度、好ましくは300〜
450℃程度で2〜10時間程度行なえばよい。また、
メタノール合成触媒は市販品を使用することもできる。
【0019】前述のメタノール脱水水性ガスシフト触媒
とメタノール合成触媒混合割合は、特に限定されること
なく各成分の種類あるいは反応条件等に応じて適宜選定
すればよいが、通常は重量比でメタノール合成触媒1に
対しメタノール脱水水性ガスシフト触媒0.05〜20
程度、好ましくは0.1〜10程度の範囲が適当であ
る。
【0020】焼成後は粉砕して使用に供する。
【0021】粉砕は平均粒子径で200μm以下、好ま
しくは1〜100μm程度、特に1〜50μm程度にな
るようにするのがよい。
【0022】上記触媒は溶媒に懸濁してスラリー化した
状態で使用される。溶媒中に存在させる触媒量は、溶媒
の種類、反応条件などによって適宜決定されるが、通常
は溶媒に対して1〜50重量%である。
【0023】本発明でジメチルエーテル合成の際に使用
される溶媒は、反応条件下において液体状態を呈するも
のであれば、そのいずれもが使用可能である。例えば、
脂肪族、芳香族および脂環族の炭化水素、アルコール、
エーテル、エステル、ケトンおよびハロゲン化物、これ
らの化合物の混合物等を使用できる。
【0024】また、硫黄分を除去した軽油、減圧軽油、
水素化処理したコールタールの高沸点留分等も使用でき
る。
【0025】このようにして形成された触媒−溶媒スラ
リー中に一酸化炭素と水素の混合ガスを流通させること
により、ジメチルエーテルが高収率で得られる。水素と
一酸化炭素の混合割合(H2/CO比)は広範囲のものが
適用可能である。例えばH2/COモル比で20〜0.
1、好ましくは10〜0.2の混合比のものを使用でき
る。
【0026】これは本反応系では、気固触媒反応のよう
に混合ガスが直接触媒に接触することなく、一度、一酸
化炭素と水素が溶媒に溶解した後、触媒と接触するため
に、一酸化炭素と水素の溶媒への溶解性を考慮して溶媒
を選択することにより、ガス組成によらず一定の一酸化
炭素と水素の組成を溶媒中で達成させ、さらに触媒表面
に供給することが可能である。
【0027】一方、水素と一酸化炭素の割合(H2/C
O比)が著しく小さな(例えば0.1以下)混合ガスあ
るいは水素を含まない一酸化炭素の場合には、別途スチ
ームを供給して反応器中で一酸化炭素の一部をスチーム
により水素と二酸化炭素に変換することが必要である。
【0028】また、原料ガスと触媒の間に溶媒が存在し
ているため、ガス組成と触媒表面での組成が必ずしも一
致しないことから、一酸化炭素と水素の混合ガス、ある
いは一酸化炭素ガス中に比較的高濃度(20〜50%)
の二酸化炭素が存在してもよい。
【0029】また、本反応系では、原料ガス中に硫化水
素等の硫黄化合物、シアン化水素等のシアン化合物、塩
化水素等の塩素化合物など触媒毒となる成分が存在して
いても、触媒に対する影響が気固接触法に比べ著しく軽
減されている。なお、触媒が被毒され、その活性が低下
した場合には、反応器よりスラリーを抜き出し、新たに
高活性触媒を含有するスラリーを反応器へ圧入すること
により、反応器全体の生産性を一定に保持することがで
きる。
【0030】なお、反応熱は、反応器内へ冷却コイルを
設置し、それに熱水を通過させることにより中圧蒸気と
して回収される。これにより反応温度を自由に制御でき
る。
【0031】反応温度は150〜400℃が好ましく、
特に200〜350℃の範囲が好ましい。反応温度が1
50℃より低くても、また400℃より高くても一酸化
炭素の転化率が低くなる。
【0032】反応圧力は10〜300kg/cm2が好
ましく、 特に15〜150kg/cm2である。反応圧
力が10kg/cm2より低いと一酸化炭素の転化率が
低く、また300kg/cm2より高いと反応器が特殊
なものとなり、 また昇圧のために多大なエネルギーが
必要であって経済的でない。
【0033】空間速度(触媒1gあたりの標準状態にお
ける混合ガスの供給速度)は、100〜50000ml
/g・hが好ましく、特に500〜30000ml/g
・hである。空間速度が50000ml/g・hより大
きいと一酸化炭素の転化率が低くなり、また100ml
/g・hより小さいと反応器が極端に大きくなって経済
的でない。
【0034】
【実施例】[実施例1〜6,比較例1] I.触媒の調製 1)触媒Aの調製 硝酸銅(Cu(NO3)2・3H2O)185g、硝酸亜鉛(Z
n(NO3)2・6H2O)117gおよび硝酸アルミニウム
(Al(NO3)3・9H2O)52gをイオン交換水約1l
に溶解した水溶液と、炭酸ナトリウム(Na2CO3)約
200gをイオン交換水約1lに溶解した水溶液とを、
約60℃に保温したイオン交換水約3lの入ったステン
レス製容器中に、pHが7.0±0.5に保持されるよ
うに調節しながら、約2時間かけて滴下した。滴下終了
後、そのまま約1時間保持して熟成を行った。なお、こ
の間にpHが7.0±0.5から外れるようであれば、
約1mol/lの硫酸水溶液または約1mol/lの炭
酸ナトリウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.5
にあわせた。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄液
に硝酸イオンが検出されなくなるまでイオン交換水を用
いて洗浄した。得られたケーキを120℃で24時間乾
燥した後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。さ
らにこのものを120μm以下に分級して目的の触媒A
を得た。得られた触媒Aの組成は、CuO:ZnO:A
23=61:32:7(重量比)であった。
【0035】2)触媒Bの調製 イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gと硝酸クロム(Cr(NO)3・3H2O)
5.3gとを溶解し、これにアルミナ(日揮化学製,N
612)94gを投入した後、蒸発乾固した。次にこの
ものを空気中、120℃で24時間乾燥した後、空気中
450℃で3時間焼成した。ついで水素気流中、400
℃で3時間処理した。さらにこのものを120μm以下
に分級して目的の触媒Bを得た。このものの組成は、C
u:Cr23:Al23=5:1:94(重量比)であ
った。
【0036】3)触媒Cの調製 触媒Bの調製方法において、硝酸クロムの代わりに硝酸
鉄Fe(NO)3・9H2O)7.2gを使用すること以
外、触媒Bと同一の方法で触媒を調製した。得られた触
媒Cの組成は、Cu:Fe:Al23=5:1:94
(重量比)であった。
【0037】4)触媒Dの調製 触媒Bの調製方法において、硝酸クロムの代わりに硝酸
ニッケルNi(NO)3・6H2O)5.0gを使用すること
以外、触媒Bと同一の方法で触媒を調製した。得られた
触媒Dの組成は、Cu:Ni:Al23=5:1:94
(重量比)であった。
【0038】5)触媒Eの調製 触媒Bの調製方法において、硝酸クロムの代わりに硝酸
コバルトCo(NO)3・6H2O)4.9gを使用するこ
と以外、触媒Bと同一の方法で触媒を調製した。得られ
た触媒Eの組成は、Cu:Co:Al23=5:1:9
4(重量比)であった。
【0039】6)触媒Fの調製 触媒Bの調製方法において、硝酸クロムの代わりに塩化
ルテニウムRuCl3・H2O)1.1gを使用し、またア
ルミナを94.5g使用すること以外、触媒Bと同一の
方法で触媒を調製した。得られた触媒Fの組成は、C
u:Ru:Al23=5:0.5:94.5(重量比)
であった。
【0040】7)触媒Gの調製 イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gを溶解し、これにアルミナ(日揮化学
製,N612)94.5gを投入した後、蒸発乾固し
た。次にこのものを空気中、120℃で24時間乾燥し
た後、空気中450℃で3時間焼成した。次に、イオン
交換水約200mlに過レニウム酸アンモニウム(NH4
ReO4)0.6gを溶解し、これに上記の触媒を投入し
た後、蒸発乾固した。次にこのものを空気中、120℃
で24時間乾燥した後、空気中450℃で3時間焼成し
た。ついで水素気流中、400℃で3時間処理した。さ
らにこのものを120μm以下に分級して目的の触媒G
を得た。このものの組成は、Cu:Re27:Al23
=5:0.5:94.5(重量比)であった。
【0041】8)触媒Hの調製 イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gを溶解し、これにアルミナ(日揮化学
製,N612)95gを投入した後、蒸発乾固した。次
にこのものを空気中、120℃で24時間乾燥した後、
空気中450℃で3時間焼成した。ついで水素気流中、
400℃で3時間処理した。さらにこのものを120μ
m以下に分級して目的の触媒Bを得た。このものの組成
は、Cu:Al23=5:95(重量比)であった。
【0042】II.触媒の活性化方法および反応方法 内径2cm、高さ2mの気泡塔式反応器に、n−ヘキサ
デカン24g(31.1ml)を加え、これにさらに上記
の触媒を所定量加えて懸濁状態にした。次いで、この気
泡塔に水素、一酸化炭素および窒素からなる混合ガス
(H2:CO:N2=1:1:9、モル比)を約300m
l/minの流速で流通させつつ、室温より220℃ま
で数時間かけて徐々に昇温し、同時に混合ガス中の窒素
の濃度を最終的に0まで徐々に減少させて、さらに22
0℃で約3時間保持して触媒の活性化を行った。
【0043】反応は、所定の反応温度、反応圧力で、H
2/CO/CO2比がモル比で47.5/47.5/5.
0の水素、一酸化炭素、二酸化炭素の混合ガスを常温、
常圧換算で336ml/minの流速で流通させて行っ
た。
【0044】以上の操作により得られた反応生成物およ
び未反応物はガスクロマトグラフにより分析した。
【0045】III.反応条件および実験結果 反応条件および実験結果を表1〜3に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
【表2】
【0048】
【表3】
【0049】[実施例7〜9,比較例2] I.触媒の調製 1)触媒Iの調製 硝酸銅(Cu(NO3)2・3H2O)185g、硝酸亜鉛(Z
n(NO3)2・6H2O)117gおよび硝酸アルミニウム
(Al(NO3)3・9H2O)52.0gをイオン交換水約
1lに溶解した水溶液と、炭酸ナトリウム(Na2
3)約200gをイオン交換水約1lに溶解した水溶
液とを、約60℃に保温したイオン交換水約3lの入っ
たステンレス製容器中に、pHが7.0±0.5に保持さ
れるように調節しながら、約2時間かけて滴下した。滴
下終了後、そのまま約1時間保持して熟成を行った。な
お、この間にpHが7.0±0.5から外れるようであれ
ば、約1mol/lの硝酸水溶液または約1mol/l
の炭酸ナトリウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.
5にあわせた。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄
液に硝酸イオンが検出されなくなるまでイオン交換水を
用いて洗浄した。得られたケーキを120℃で24時間
乾燥した後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。
ついで水素気流中、400℃で3時間処理した。さらに
このものを120μm以下に分級して目的の触媒Iを得
た。このものの組成は、CuO:ZnO:Al23=6
1:32:7(重量比)であった。
【0050】2)触媒Jの調製 イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gを溶解し、これにアルミナ(日揮化学
製,N612)93gを投入した後、蒸発乾固した。次
にこのものを空気中、120℃で24時間乾燥した後、
空気中450℃で3時間焼成した。次に、イオン交換水
約200mlにモリブデン酸アンモニウム((NH4)6
724・4H2O)2.4gを溶解し、これに上記の焼
成物を投入した後、蒸発乾固した。次にこのものを空気
中、120℃で24時間乾燥した後、空気中450℃で
3時間焼成した。ついで水素気流中、400℃で3時間
処理した。さらにこのものを120μm以下に分級して
目的の触媒Jを得た。このものの組成は、Cu:MoO
3:Al23=5:2:93(重量比)であった。
【0051】3)触媒Kの調製 触媒Jの調製方法において、モリブデン酸アンモニウム
の代わりにタングステン酸アンモニウム(5(NH4)2
O・12WO3・5H2O)2.2gを使用すること以
外、触媒Jと同一の方法で触媒を調製した。得られた触
媒Kの組成は、CuO:WO3:Al23=5:2:9
3(重量比)であった。
【0052】4)触媒Lの調製 触媒Jの調製方法において、モリブデン酸アンモニウム
の代わりに水酸化カルシウム(Ca(OH)2)1.3gを
使用し、またアルミナ94gを使用すること以外、触媒
Jと同一の方法で触媒を調製した。得られた触媒Lの組
成は、CuO:CaO:Al23=5:1:94(重量
比)であった。
【0053】5)触媒Mの調製 イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gを溶解し、これにアルミナ(日揮化学
製,N612)95gを投入した後、蒸発乾固した。次
にこのものを空気中、120℃で24時間乾燥した後、
空気中450℃で3時間焼成した。さらにこのものを1
20μm以下に分級して目的の触媒Mを得た。このもの
の組成は、Cu:Al23=5:95(重量比)であっ
た。
【0054】II.触媒の活性化方法および反応方法 内径2cm、高さ2mの気泡塔式反応器に、n−ヘキサ
デカン24g(31.1ml)を加え、これにさらに上記
の触媒を所定量加えて懸濁状態にした。次いで、この気
泡塔に水素、一酸化炭素および窒素からなる混合ガス
(H2:CO:N2=1:1:9、モル比)を約300m
l/minの流速で流通させつつ、室温より220℃ま
で数時間かけて徐々に昇温し、同時に混合ガス中の窒素
の濃度を最終的に0まで徐々に減少させて、さらに22
0℃で約3時間保持して触媒の活性化を行った。
【0055】反応は、所定の反応温度、反応圧力で、4
7.5%H2−47.5%CO−5%CO2−10ppm
2S−10ppmHClの混合ガスを常温、常圧換算
で336ml/minの流速で流通させて行った。
【0056】反応を100時間継続して行った後に、反
応生成物および未反応物をガスクロマトグラフにより分
析した。
【0057】III.反応条件および実験結果 反応条件および実験結果を表4、5に示す。
【0058】
【表4】
【0059】
【表5】
【0060】[実施例10〜15,比較例3] I.触媒の調製 1)触媒Nの調製 硝酸銅(Cu(NO3)2・3H2O)185g、硝酸亜鉛(Z
n(NO3)2・6H2O)117gおよび硝酸アルミニウム
(Al(NO3)3・9H2O)52gをイオン交換水約1l
に溶解した水溶液と、炭酸ナトリウム(Na2CO3)約
200gをイオン交換水約1lに溶解した水溶液とを、
約60℃に保温したイオン交換水約3lの入ったステン
レス製容器中に、pHが7.0±0.5に保持されるよ
うに調節しながら、約2時間かけて滴下した。滴下終了
後、そのまま約1時間保持して熟成を行った。なお、こ
の間にpHが7.0±0.5から外れるようであれば、
約1mol/lの硝酸水溶液または約1mol/lの炭
酸ナトリウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.5
にあわせた。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄液
に硝酸イオンが検出されなくなるまでイオン交換水を用
いて洗浄した。得られたケーキを120℃で24時間乾
燥した後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。さ
らにこのものを120μm以下に分級して目的の触媒N
を得た。このものの組成は、CuO:ZnO:Al23
=61:32:7(重量比)であった。
【0061】2)触媒Oの調製 24%純度の硫酸チタン(Ti(SO4)2)水溶液858g
をイオン交換水約1lに溶解した水溶液と、水酸化ナト
リウム(NaOH)約80gおよびケイ酸ナトリウム(N
2SiO3;36.5%SiO2含有品)141gをイオ
ン交換水約1lに溶解した水溶液とを、常温のイオン交
換水約3lの入ったステンレス製容器中に、pHが7.
0±0.5に保持されるように調節しながら、約2時間
かけて滴下した。滴下終了後、そのまま約1時間保持し
て熟成を行った。なお、この間にpHが7.0±0.5か
ら外れるようであれば、約1mol/lの硝酸水溶液ま
たは約1mol/lの炭酸ナトリウム水溶液を滴下し
て、pHを7.0±0.5にあわせた。次に、生成した沈
澱を濾過した後、洗浄液に硝酸イオンが検出されなくな
るまでイオン交換水を用いて洗浄した。得られたケーキ
を120℃で24時間乾燥した後、さらに空気中350
℃で3時間焼成した。ついで上記焼成物95gを、イオ
ン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gを溶解した水溶液に投入して、蒸発乾
固した。次にこのものを空気中、120℃で24時間乾
燥した後、空気中450℃で3時間焼成した。そして水
素気流中、400℃で3時間処理し、さらに120μm
以下に分級して目的の触媒Oを得た。このものの組成
は、Cu:TiO2:SiO2=5:54:41(重量
比)であった。
【0062】3)触媒Pの調製 硝酸ジルコニル(ZrO(NO3)2・2H2O)157gを
イオン交換水約1lに溶解した水溶液と、ケイ酸ナトリ
ウム(Na2SiO3;36.5%SiO2含有品)108g
をイオン交換水約1lに溶解した水溶液とを、常温のイ
オン交換水約3lの入ったステンレス製容器中に、pH
が7.0±0.5に保持されるように調節しながら、約2
時間かけて滴下した。滴下終了後、そのまま約1時間保
持して熟成を行った。なお、この間にpHが7.0±
0.5から外れるようであれば、約1mol/lの硝酸
水溶液または約1mol/lの炭酸ナトリウム水溶液を
滴下して、pHを7.0±0.5にあわせた。次に、生
成した沈澱を濾過した後、洗浄液に硫酸イオンが検出さ
れなくなるまでイオン交換水を用いて洗浄した。得られ
たケーキを120℃で24時間乾燥した後、さらに空気
中350℃で3時間焼成した。ついで上記焼成物95g
を、イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3
・3H2O)19.0gを溶解した水溶液に投入して、蒸
発乾固した。次にこのものを空気中、120℃で24時
間乾燥した後、空気中450℃で3時間焼成した。そし
て水素気流中、400℃で3時間処理し、さらに120
μm以下に分級して目的の触媒Pを得た。このものの組
成は、Cu:ZrO2:SiO2=5:63:31(重量
比)であった。
【0063】4)触媒Qの調製 硝酸ジルコニル(ZrO(NO3)2・2H2O)142gと
硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H2O)400gを
イオン交換水約1lに溶解した水溶液と、水酸化ナトリ
ウム(NaOH)約180gをイオン交換水約1lに溶解
した水溶液とを、常温のイオン交換水約3lの入ったス
テンレス製容器中に、pHが7.0±0.5に保持される
ように調節しながら、約2時間かけて滴下した。滴下終
了後、そのまま約1時間保持して熟成を行った。なお、
この間にpHが7.0±0.5から外れるようであれば、
約1mol/lの硝酸水溶液または約1mol/lの炭
酸ナトリウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.5に
あわせた。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄液に
硝酸イオンが検出されなくなるまでイオン交換水を用い
て洗浄した。得られたケーキを120℃で24時間乾燥
した後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。つい
で上記焼成物95gを、イオン交換水約200mlに硝
酸銅(Cu(NO)3・3H2O)19.0gを溶解した水溶
液に投入して、蒸発乾固した。次にこのものを空気中、
120℃で24時間乾燥した後、空気中450℃で3時
間焼成した。そして水素気流中、400℃で3時間処理
し、さらに120μm以下に分級して目的の触媒Qを得
た。このものの組成は、Cu:ZrO2:Al23
5:52:43(重量比)であった。
【0064】5)触媒Rの調製 硝酸亜鉛(Zn(NO3)2・6H2O)195gと硝酸アル
ミニウム(Al(NO3)3・9H2O)491gをイオン交
換水約1lに溶解した水溶液と、水酸化ナトリウム(N
aOH)約220gをイオン交換水約1lに溶解した水
溶液とを、常温のイオン交換水約3lの入ったステンレ
ス製容器中に、pHが7.0±0.5に保持されるように
調節しながら、約2時間かけて滴下した。滴下終了後、
そのまま約1時間保持して熟成を行った。なお、この間
にpHが7.0±0.5から外れるようであれば、約1m
ol/lの硝酸水溶液または約1mol/lの炭酸ナト
リウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.5にあわせ
た。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄液に硝酸イ
オンが検出されなくなるまでイオン交換水を用いて洗浄
した。得られたケーキを120℃で24時間乾燥した
後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。ついで上
記焼成物95gを、イオン交換水約200mlに硝酸銅
(Cu(NO)3・3H2O)19.0gを溶解した水溶液に
投入して、蒸発乾固した。次にこのものを空気中、12
0℃で24時間乾燥した後、空気中450℃で3時間焼
成した。そして水素気流中、400℃で3時間処理し、
さらに120μm以下に分級して目的の触媒Rを得た。
このものの組成は、Cu:ZnO:Al23=5:4
2:53(重量比)であった。
【0065】6)触媒Sの調製 硝酸亜鉛(Zn(NO3)2・6H2O)175gと硝酸ジル
コニル(ZrO(NO3)2・2H2O)157gをイオン交
換水約1lに溶解した水溶液と、水酸化ナトリウム(N
aOH)約110gをイオン交換水約1lに溶解した水
溶液とを、常温のイオン交換水約3lの入ったステンレ
ス製容器中に、pHが7.0±0.5に保持されるように
調節しながら、約2時間かけて滴下した。滴下終了後、
そのまま約1時間保持して熟成を行った。なお、この間
にpHが7.0±0.5から外れるようであれば、約1m
ol/lの硝酸水溶液または約1mol/lの炭酸ナト
リウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.5にあわせ
た。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄液に硝酸イ
オンが検出されなくなるまでイオン交換水を用いて洗浄
した。得られたケーキを120℃で24時間乾燥した
後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。ついで上
記焼成物95gを、イオン交換水約200mlに硝酸銅
(Cu(NO)3・3H2O)19.0gを溶解した水溶液に
投入して、蒸発乾固した。次にこのものを空気中、12
0℃で24時間乾燥した後、空気中450℃で3時間焼
成した。そして水素気流中、400℃で3時間処理し、
さらに120μm以下に分級して目的の触媒Sを得た。
このものの組成は、Cu:ZnO:ZrO2=5:3
8:57(重量比)であった。
【0066】7)触媒Tの調製 塩化スズ(SnCl4)136gと24%純度の硫酸チタ
ン(Ti(SO4)2)水溶液520gをイオン交換水約1
lに溶解した水溶液と、水酸化ナトリウム(NaOH)
約180gをイオン交換水約1lに溶解した水溶液と
を、常温のイオン交換水約3lの入ったステンレス製容
器中に、pHが7.0±0.5に保持されるように調節
しながら、約2時間かけて滴下した。滴下終了後、その
まま約1時間保持して熟成を行った。なお、この間にp
Hが7.0±0.5から外れるようであれば、約1mo
l/lの硝酸水溶液または約1mol/lの炭酸ナトリ
ウム水溶液を滴下して、pHを7.0±0.5にあわせ
た。次に、生成した沈澱を濾過した後、洗浄液に硝酸イ
オンが検出されなくなるまでイオン交換水を用いて洗浄
した。得られたケーキを120℃で24時間乾燥した
後、さらに空気中350℃で3時間焼成した。ついで上
記焼成物95gを、イオン交換水約200mlに硝酸銅
(Cu(NO)3・3H2O)19.0gを溶解した水溶液に
投入して、蒸発乾固した。次にこのものを空気中、12
0℃で24時間乾燥した後、空気中450℃で3時間焼
成した。そして水素気流中、400℃で3時間処理し、
さらに120μm以下に分級して目的の触媒Tを得た。
このものの組成は、Cu:SnO2:TiO2=5:6
2:33(重量比)であった。
【0067】8)触媒Uの調製 イオン交換水約200mlに硝酸銅(Cu(NO)3・3H
2O)19.0gを溶解し、これにアルミナ(日揮化学
製,N612)95gを投入した後、蒸発乾固した。次
にこのものを空気中、120℃で24時間乾燥した後、
空気中450℃で3時間焼成した。ついで水素気流中、
400℃で3時間処理した。さらにこのものを120μ
m以下に分級して目的の触媒Uを得た。このものの組成
は、Cu:Al23=5:95(重量比)であった。
【0068】II.触媒の活性化方法および反応方法 内径2cm、高さ2mの気泡塔式反応器に、n−ヘキサ
デカン24g(31.1ml)を加え、これにさらに上記
の触媒を所定量加えて懸濁状態にした。次いで、この気
泡塔に水素、一酸化炭素および窒素からなる混合ガス
(H2:CO:N2=1:1:9、モル比)を約300m
l/minの流速で流通させつつ、室温より220℃ま
で数時間かけて徐々に昇温し、同時に混合ガス中の窒素
の濃度を最終的に0まで徐々に減少させて、さらに22
0℃で約3時間保持して触媒の活性化を行った。
【0069】反応は、所定の反応温度、反応圧力で、H
2/CO/CO2比がモル比で47.5/47.5/5.
0の水素、一酸化炭素、二酸化炭素の混合ガスを常温、
常圧換算で336ml/minの流速で流通させて行っ
た。
【0070】以上の操作により得られた反応生成物およ
び未反応物はガスクロマトグラフにより分析した。
【0071】III.反応条件および実験結果 反応条件および実験結果を表6〜8に示す。
【0072】
【表6】
【0073】
【表7】
【0074】
【表8】
【0075】
【発明の効果】本発明の触媒を用いることにより、一酸
化炭素と水素からジメチルエーテルを高い収率および空
時収率で得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 23/80 B01J 23/88 Z 23/835 23/89 Z 23/85 C07C 43/04 D 23/86 C07B 61/00 300 23/88 B01J 23/74 301Z 23/89 311Z C07C 43/04 321Z // C07B 61/00 300 23/82 Z (72)発明者 鹿田 勉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 大野 陽太郎 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4G069 AA01 AA08 AA15 BA01A BA01B BA01C BA03A BA03B BA03C BA04A BA04B BA04C BA38 BB04A BB04B BB04C BB12B BB16B BC09A BC09B BC09C BC10A BC10B BC10C BC16A BC16B BC16C BC22A BC22B BC22C BC31A BC31B BC31C BC35A BC35B BC35C BC51A BC51B BC51C BC58A BC58B BC58C BC59A BC59B BC59C BC60A BC60B BC60C BC64A BC64B BC64C BC66A BC66B BC66C BC67A BC67B BC67C BC68A BC68B BC68C BC70A BC70B BC70C CB02 CB71 FB26 FB27 FB30 FB57 FB77 FC09 4H006 AA02 AA05 AC29 AC43 BA05 BA06 BA09 BA10 BA11 BA12 BA14 BA16 BA19 BA20 BA21 BA23 BA30 BE20 BE40 BP10 GN05 4H039 CA61 CL35

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅−アルミナ触媒に、助触媒として、ク
    ロム、レニウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケ
    ル、モリブデン、タングステン、カルシウムおよびマグ
    ネシウムから選択された1種または2種以上の金属また
    は化合物を組み合わせてなる、メタノール脱水触媒と水
    性ガスシフト触媒を兼ねたジメチルエーテル製造用触媒
  2. 【請求項2】 助触媒がクロム、レニウム、ルテニウ
    ム、鉄、コバルトおよびニッケルから選択された1種ま
    たは2種以上の金属または化合物である、請求項1記載
    のジメチルエーテル製造用触媒
  3. 【請求項3】 助触媒がモリブデン、タングステン、カ
    ルシウムおよびマグネシウムから選択された1種または
    2種以上の金属または化合物である請求項1記載のジメ
    チルエーテル製造用触媒
  4. 【請求項4】 銅と、アルミナ、シリカゲル、チタニ
    ア、マグネシア、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムおよび酸
    化スズから選択された2種以上の酸化物を組み合わせて
    なる、メタノール脱水触媒と水性ガスシフト触媒を兼ね
    たジメチルエーテル製造用触媒
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