JP2021031480A - Method for producing methanol, and methanol production catalyst - Google Patents

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Abstract

To provide a method capable of producing a methanol at low temperature and with high efficiency even when hydrogen and carbon dioxide (CO2) are used as raw gases, and a methanol production catalyst for use therein.SOLUTION: The present invention relates to a methanol production method including a process in which: in the presence of methanol, and a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc, a reaction is caused to occur with a raw gas that contains hydrogen and carbon dioxide and has a molar ratio of carbon dioxide/carbon monoxide of twice or more. There is also provided a methanol production catalyst for use therein.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は,メタノールの製造方法、及びメタノール製造触媒に関するものである。 The present invention relates to a method for producing methanol and a catalyst for producing methanol.

メタノールは、汎用性樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン等)の原料である、オレフィン(エチレン、プロピレン等)の出発原料をはじめ、フェノール樹脂原料、合成繊維、塗料、医農薬、燃料添加剤、基礎化学品の原料(酢酸、ホルマリン等)など幅広い化学品の原料として利用される。
そのため、メタノールの製造は、化学工業において非常に重要であり、省エネルギー化、経済性などの観点から高効率化が絶えず求められている。
Methanol is used as a starting material for olefins (ethylene, propylene, etc.), which is a raw material for general-purpose resins (polyethylene, polypropylene, etc.), as well as phenol resin raw materials, synthetic fibers, paints, medical pesticides, fuel additives, and basic chemicals. It is used as a raw material for a wide range of chemical products such as raw materials (acetic acid, formalin, etc.).
Therefore, the production of methanol is very important in the chemical industry, and high efficiency is constantly required from the viewpoint of energy saving and economic efficiency.

例えば、特許文献1には、「溶媒としてのアルコールの存在下、一酸化炭素又は二酸化炭素の一方又は双方と水素を含む原料ガスからギ酸エステル及びギ酸エステルを経由してメタノールを合成するギ酸エステル及びメタノール合成用触媒であって、主成分としてCuとZnを同時に含有し助触媒として周期律表第4族、第6族、第7族、第13族及びランタノイドから選ばれる一種類以上の成分を含有することを特徴とするギ酸エステル及びメタノール合成用触媒。」が開示されている。 For example, Patent Document 1 states, "In the presence of alcohol as a solvent, a formate ester that synthesizes methanol from a raw material gas containing one or both of carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen via a formate ester and a formate ester and A catalyst for methanol synthesis, which contains Cu and Zn as main components at the same time, and contains one or more components selected from Group 4, Group 6, Group 7, Group 13 and Lantanoid of the Periodic Table as an auxiliary catalyst. A formate ester and a catalyst for methanol synthesis, which are characterized by being contained. "

特許文献2には、「CuとMgを同時に含有することを特徴とするギ酸エステル及びメタノール合成用触媒。」が開示されている。 Patent Document 2 discloses "a catalyst for synthesizing formate ester and methanol, which is characterized by containing Cu and Mg at the same time."

特許文献3には、「アルコール溶媒の存在下で、一酸化炭素、又は、一酸化炭素及び二酸化炭素と、水素とを含む原料ガスから、ギ酸エステルを経由してメタノールを合成する際に用いられるCuを含むメタノール合成用触媒の共沈法による製造方法であって、溶媒中で触媒成分のプレカーサーを反応させて前記触媒を共沈法で製造する際に、触媒成分のプレカーサーを溶解した溶液、沈殿剤を溶解した溶液、又はこれらの水溶液を滴下し沈殿が形成される場となる溶媒の少なくともいずれかに、ポリエチレングリコールを添加することを特徴とするメタノール合成用触媒の製造方法。」が開示されている。 Patent Document 3 states, "In the presence of an alcohol solvent, it is used when synthesizing methanol from a raw material gas containing carbon monoxide or carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen via a formic acid ester. A method for producing a methanol synthesis catalyst containing Cu by a co-precipitation method, which is a solution in which a precursor of a catalyst component is dissolved when the precursor of the catalyst component is reacted in a solvent to produce the catalyst by the co-precipitation method. A method for producing a catalyst for methanol synthesis, which comprises adding polyethylene glycol to at least one of a solution in which a precipitant is dissolved or a solvent in which an aqueous solution thereof is dropped to form a precipitate. " Has been done.

特許文献4には、「アルコール溶媒の存在下に一酸化炭素と水素を含む原料ガスからギ酸エステルを経由してメタノールを合成する液相メタノール合成反応に用いられるメタノール合成用触媒の製造方法において、銅(Cu)系触媒成分及び第二触媒成分の前駆体物質の水溶液から共沈法で得られた沈殿物を乾燥する際に、当該沈殿物を超臨界流体と接触させることを特徴とするメタノール合成用触媒の製造方法。」が開示されている。 Patent Document 4 describes, "In a method for producing a catalyst for methanol synthesis used in a liquid-phase methanol synthesis reaction for synthesizing methanol from a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen in the presence of an alcohol solvent via a formic acid ester. Methanol characterized by bringing the precipitate into contact with a supercritical fluid when drying the precipitate obtained by the co-precipitation method from an aqueous solution of a precursor substance of a copper (Cu) -based catalyst component and a second catalyst component. A method for producing a synthetic catalyst. ”Is disclosed.

特許文献5には、「酸化銅、酸化亜鉛及び酸化ジルコニウムからなることを特徴とするメタノール合成用触媒。」が開示されている。
特許文献6には、「酸化銅および/または銅を含むメタノール合成用触媒において、ガリウムを配合したことを特徴とする触媒」が開示されている。
特許文献7には、「銅、亜鉛、アルミニウム及びガリウムの各酸化物と、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の金属酸化物の一種以上とを含有するメタノール合成触媒。」が開示されている。
Patent Document 5 discloses "a catalyst for methanol synthesis characterized by being composed of copper oxide, zinc oxide and zirconium oxide."
Patent Document 6 discloses "a catalyst for blending gallium in a catalyst for synthesizing methanol containing copper oxide and / or copper".
Patent Document 7 discloses "a methanol synthesis catalyst containing each oxide of copper, zinc, aluminum and gallium, and one or more of metal oxides of alkaline earth metal elements and rare earth elements."

特許文献8には、「銅、亜鉛、アルミニウム、ケイ素およびチタン含み、(A1)硫黄の含有率が0.001〜0.2重量%であり、(A2)アルカリ金属の含有率が0.2重量%以下である。((但し、銅、亜鉛、アルミニウム、珪素、チタンの合計を100重量%とする)を満たす酸化炭素を原料とするメタノール製造用触媒」が開示されている。 Patent Document 8 states that "containing copper, zinc, aluminum, silicon and titanium, (A1) sulfur content is 0.001 to 0.2% by weight, and (A2) alkali metal content is 0.2. A catalyst for producing methanol using carbon oxide as a raw material, which satisfies (however, the total of copper, zinc, aluminum, silicon, and titanium is 100% by weight) is disclosed.

その他、非特許文献1には「CuZnOxとGa、Al、Zr、Cr等の助触媒とを含むメタノール製造用触媒」、非特許文献2には「Cu、Zn、M(M=Ga、Fe等)を含むメタノール製造用触媒」も開示されている。 In addition, Non-Patent Document 1 describes "catalyst for producing methanol containing CuZnOx and co-catalysts such as Ga, Al, Zr, Cr", and Non-Patent Document 2 includes "Cu, Zn, M (M = Ga, Fe, etc.)". ) Is also disclosed.

特開2005−246261号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-246261 特開2005−095872号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-095872 特開2009−214077号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-214077 特開2011−104458号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-104458 特開平07−039755号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-039755 特開平06−312138号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-31138 特開平10−277392号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-277392 特開2014−057925号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-057925

M.Saito et al.,Applied Catalysis A: General,138(1996)311M. Saito et al. , Applied Catalysis A: General, 138 (1996) 311 W. Cai et al.,Catalysis Letter, 15 May,2019W. Cai et al. , Catalysis Letter, 15 May, 2019

ここで、特許文献1〜8、非特許文献1〜2で開示されているように、メタノールの製造には、種々の触媒、及び手法が用いられている。 Here, as disclosed in Patent Documents 1 to 8 and Non-Patent Documents 1 to 2, various catalysts and methods are used for the production of methanol.

しかし、メタノールの製造において、原料ガスとして水素と一酸化炭素とを反応させてメタノールを生成するプロセスでは、比較的、低温及び低圧でも、反応が進行する。一方で、二酸化炭素(CO)を有効活用するために、水素と二酸化炭素(CO)の混合ガスを原料として、メタノールを製造することも要請されている。
しかし、水素と二酸化炭素とを原料ガスとした場合、二酸化炭素が化学的に不活性であること、また水が副生することから、水素と二酸化炭素との反応は非常に進行しにくい。また、水素と二酸化炭素の反応が進行する場合でも、高温(例えば250℃以上)とする必要があるが、加熱に必要なエネルギーのために排出される二酸化炭素量が多くなる課題がある。
However, in the production of methanol, in the process of reacting hydrogen with carbon monoxide as a raw material gas to produce methanol, the reaction proceeds even at relatively low temperature and low pressure. On the other hand, in order to effectively utilize the carbon dioxide (CO 2), a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide (CO 2) as a raw material, it has also been requested to produce methanol.
However, when hydrogen and carbon dioxide are used as raw materials, the reaction between hydrogen and carbon dioxide is very difficult to proceed because carbon dioxide is chemically inactive and water is by-produced. Further, even when the reaction between hydrogen and carbon dioxide proceeds, it is necessary to raise the temperature to a high temperature (for example, 250 ° C. or higher), but there is a problem that the amount of carbon dioxide emitted due to the energy required for heating increases.

そのため、水素と二酸化炭素(CO)とを原料ガスとした場合にも、低温で、かつ高効率にメタノールを製造する方法が要望されている。 Therefore, there is a demand for a method for producing methanol at a low temperature and with high efficiency even when hydrogen and carbon dioxide (CO 2) are used as raw material gases.

そこで、本発明の課題は、水素と二酸化炭素(CO)とを原料ガスとした場合にも、低温で、かつ高効率にメタノールを製造できる、メタノールの製造方法、および、それに利用するメタノール製造触媒を提供することである。 Therefore, the subject of the present invention is a method for producing methanol, which can produce methanol at a low temperature and with high efficiency even when hydrogen and carbon dioxide (CO 2) are used as raw materials, and a method for producing methanol using the same. To provide a catalyst.

課題を解決するための手段は、次の態様を含む。 Means for solving the problem include the following aspects.

[1] メタノールと、銅及び亜鉛を含む酸化物からなる触媒と、の存在下で、水素及び二酸化炭素を含み、かつ二酸化炭素/一酸化炭素のモル比が2倍以上である原料ガスを反応させて、メタノールを製造するメタノールの製造方法。
[2] 気相中で、メタノールを製造する[1]に記載のメタノールの製造方法。
[3] 前記触媒において、前記銅/前記亜鉛のモル比が、1/2〜2/1である[1]又は[2]に記載のメタノールの製造方法。
[4] 前記触媒が、助触媒として、ガリウム、ジルコニウム、クロム、アルミニウムよりなる群から選択される少なくとも1種を含む[1]又は[2]に記載のメタノールの製造方法。
[5] 前記触媒が、助触媒として、ガリウムを含む[1]又は[2]に記載のメタノールの製造方法。
[6] 前記触媒において、前記銅/前記助触媒のモル比が、1/1〜1/0.1である[4]又は[5]に記載のメタノールの製造方法。
[7] 前記触媒は、銅塩、亜鉛塩、助触媒金属塩および沈殿剤を溶解させた水溶液のpHをアルカリにすることで、共沈により、前記銅及び前記亜鉛を含む沈殿物を生成した後、前記沈殿物を乾燥及び焼成して製造される[1]〜[6]のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。
[8] 前記原料ガスの反応場に、メタノールを前記触媒1gに対して、2.8〜7mL/minで導入する[1]〜[7]のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。
[9] 銅及び亜鉛と、助触媒としてのガリウムと、を含む酸化物からなるメタノール製造触媒。
[10] 前記銅/前記亜鉛のモル比が、1/2〜2/1である[9]に記載のメタノール製造触媒。
[11] 前記銅/前記ガリウムのモル比が、1/1〜1/0.1である[9]又は[10]に記載のメタノール製造触媒。
[1] In the presence of methanol and a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc, a raw material gas containing hydrogen and carbon dioxide and having a carbon dioxide / carbon monoxide molar ratio of 2 times or more is reacted. A method for producing methanol.
[2] The method for producing methanol according to [1], wherein methanol is produced in the gas phase.
[3] The method for producing methanol according to [1] or [2], wherein the molar ratio of copper / zinc in the catalyst is 1/2 to 2/1.
[4] The method for producing methanol according to [1] or [2], wherein the catalyst contains at least one selected from the group consisting of gallium, zirconium, chromium, and aluminum as a co-catalyst.
[5] The method for producing methanol according to [1] or [2], wherein the catalyst contains gallium as a co-catalyst.
[6] The method for producing methanol according to [4] or [5], wherein in the catalyst, the molar ratio of copper / co-catalyst is 1/1 to 1 / 0.1.
[7] The catalyst produced a precipitate containing the copper and the zinc by co-precipitation by making the pH of the aqueous solution in which the copper salt, the zinc salt, the cocatalyst metal salt and the precipitant were dissolved alkaline. The method for producing methanol according to any one of [1] to [6], which is produced by drying and firing the precipitate afterwards.
[8] The method for producing methanol according to any one of [1] to [7], wherein methanol is introduced into the reaction field of the raw material gas at 2.8 to 7 mL / min with respect to 1 g of the catalyst.
[9] A methanol production catalyst composed of an oxide containing copper and zinc and gallium as a co-catalyst.
[10] The methanol production catalyst according to [9], wherein the molar ratio of copper / zinc is 1/2 to 2/1.
[11] The methanol production catalyst according to [9] or [10], wherein the molar ratio of copper / gallium is 1/1 to 1 / 0.1.

本発明によれば、水素と二酸化炭素(CO)とを原料ガスとした場合にも、低温で、かつ高効率にメタノールを製造できる、メタノールの製造方法、および、それに利用するメタノール製造触媒を提供できる。 According to the present invention, a method for producing methanol capable of producing methanol at a low temperature and with high efficiency even when hydrogen and carbon dioxide (CO 2 ) are used as raw materials, and a methanol production catalyst used for the method for producing methanol. Can be provided.

以下、本発明について説明する。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する上記複数の物質の合計量を意味する。
「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「好ましい態様の組み合わせ」は、より好ましい態様である。
Hereinafter, the present invention will be described.
In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
In the numerical range described stepwise, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise.
In the numerical range, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
The amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition when a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, unless otherwise specified.
The term "process" is included in this term as long as the intended purpose of the process is achieved, not only in an independent process but also in cases where it cannot be clearly distinguished from other processes.
The "combination of preferred embodiments" is a more preferred embodiment.

(メタノール製造方法)
本発明のメタノール製造方法は、メタノールと、銅及び亜鉛を含む酸化物からなる触媒と、の存在下で、水素及び二酸化炭素を含み、かつ二酸化炭素/一酸化炭素の比が2倍以上である原料ガスを反応させて、メタノールを製造する方法である。
(Methanol production method)
The method for producing methanol of the present invention contains hydrogen and carbon dioxide in the presence of methanol and a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc, and the ratio of carbon dioxide / carbon monoxide is more than double. This is a method for producing methanol by reacting a raw material gas.

本発明のメタノール製造方法では、水素分子を解離する機能の高い、銅及び亜鉛を含む酸化物からなる触媒上で、水素と二酸化炭素(CO)から、ギ酸塩(銅塩又は亜鉛塩)を形成後、反応場内に溶媒として存在するメタノールとの間で、ギ酸塩(銅塩又は亜鉛塩)をギ酸化メチルに変換し、最終的に、ギ酸化メチルをメタノールへと変換する(下記スキーム参照)。
3H+CO ⇔ 5H+HCOOCu(Zn)+CHOH → 4H+HCOOCH+HO → 2CHOH+H
In the method for producing methanol of the present invention, formate (copper salt or zinc salt) is formed from hydrogen and carbon dioxide (CO 2 ) on a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc, which has a high function of dissociating hydrogen molecules. After formation, the formate (copper salt or zinc salt) is converted to methyl formate with methanol present as a solvent in the reaction field, and finally methyl formate is converted to methanol (see the scheme below). ).
3H 2 + CO 2 ⇔ 5H + HCOOCu (Zn) + CH 3 OH → 4H + HCOOCH 3 + H 2 O → 2CH 3 OH + H 2 O

ここで、水素と二酸化炭素(CO)から、ギ酸塩を形成する触媒は、銅及び亜鉛を含む酸化物である。この触媒において、銅の酸化物はメタノール合成の主活性サイトとして機能する。亜鉛の酸化物は銅の酸化物と物質的相乗効果を示し、構造改質、水素貯蔵、又は結合活性の直接的な増進剤として機能することができる。つまり、亜鉛の酸化物は二酸化炭素(CO)の水素化からメタノールの合成に対してより高い選択率を与える。また、助触媒、例えば、ガリウムなどは、原料ガスの水素分子を効率的に原子状へ解離、および、周辺へ拡散しやすくして、反応を大きく促進すると推定される。
また、水素と二酸化炭素(CO)の反応の間、ギ酸は絶えず形成される。そのため、エステル化反応によってギ酸を転換するために、絶えずメタノールを供給する。
その結果、本来、水素と二酸化炭素(CO)との反応は、一定以上の反応温度(250℃以上)で進行するが、メタノールの存在下では、比較的低温(250℃未満)でも進行することが可能となった。
Here, the catalyst for forming formate from hydrogen and carbon dioxide (CO 2 ) is an oxide containing copper and zinc. In this catalyst, the copper oxide functions as the main active site for methanol synthesis. Zinc oxide exhibits a material synergistic effect with copper oxide and can function as a direct enhancer of structural reforming, hydrogen storage, or binding activity. That is, zinc oxide gives higher selectivity for methanol synthesis from hydrogenation of carbon dioxide (CO 2). Further, it is presumed that the co-catalyst, for example, gallium, efficiently dissociates the hydrogen molecules of the raw material gas into atomic atoms and facilitates the diffusion to the surroundings, thereby greatly promoting the reaction.
Also, formic acid is constantly formed during the reaction of hydrogen and carbon dioxide (CO 2). Therefore, methanol is constantly supplied to convert formic acid by the esterification reaction.
As a result, the reaction between hydrogen and carbon dioxide (CO 2 ) originally proceeds at a reaction temperature (250 ° C or higher) above a certain level, but in the presence of methanol, it proceeds even at a relatively low temperature (less than 250 ° C). It became possible.

以上より、本発明のメタノールの製造方法では、水素と二酸化炭素(CO)とを原料ガスとした場合にも、低温で、かつ高効率にメタノールを製造できる。 From the above, in the method for producing methanol of the present invention, methanol can be produced at low temperature and with high efficiency even when hydrogen and carbon dioxide (CO 2) are used as raw material gases.

特に、触媒として、銅及び亜鉛を含むと共に、助触媒としてガリウムを含む酸化物を適用すると、Ti,Zr,Cr,Mn,Al等の従来の助触媒に比べ、ガリウムにより、さらに、原料ガスの水素分子を効率的に原子状へ解離しやすくする。そのため、さらに、水素と二酸化炭素(CO)との反応を大きく促進すると推測される。
また、触媒において、銅、亜鉛、助触媒(ガリウム等)は、一定の大きさのドメイン(領域)を有することが反応面で有利である。そのため、触媒は、担持法よりも沈殿法で製造された触媒が好ましい。
In particular, when an oxide containing copper and zinc as a catalyst and gallium as a co-catalyst is applied, gallium makes it possible to further increase the amount of raw material gas as compared with conventional co-catalysts such as Ti, Zr, Cr, Mn, and Al. Makes it easier to efficiently dissociate hydrogen molecules into atoms. Therefore, it is presumed that the reaction between hydrogen and carbon dioxide (CO 2) is further promoted.
Further, in the catalyst, it is advantageous in terms of reaction that copper, zinc, and a co-catalyst (gallium, etc.) have a domain (region) of a certain size. Therefore, the catalyst is preferably a catalyst produced by the precipitation method rather than the supporting method.

以下、本発明のメタノールの製造方法の詳細について説明する。 Hereinafter, the details of the method for producing methanol of the present invention will be described.

−原料ガス−
本発明のメタノールの製造方法において、原料ガスは、水素及び二酸化炭素を含み、かつ二酸化炭素/一酸化炭素のモル比が2倍以上であるガスとする。つまり、原料ガスは、一酸化炭素を含まない、含んでも少ないことが好ましい。本発明のメタノールの製造方法は、主として、水素と二酸化炭素との反応によりメタノールを合成するためである。
そのため、ここで、二酸化炭素/一酸化炭素のモル比は、2倍以上が好ましく、5倍以上がより好ましい。
なお、原料ガスが一酸化炭素を含まない場合、二酸化炭素/一酸化炭素のモル比が2倍以上である。
-Raw material gas-
In the method for producing methanol of the present invention, the raw material gas is a gas containing hydrogen and carbon dioxide and having a molar ratio of carbon dioxide / carbon monoxide of 2 times or more. That is, it is preferable that the raw material gas does not contain carbon monoxide or contains a small amount of carbon monoxide. The method for producing methanol of the present invention is mainly for synthesizing methanol by the reaction of hydrogen and carbon dioxide.
Therefore, here, the molar ratio of carbon dioxide / carbon monoxide is preferably 2 times or more, and more preferably 5 times or more.
When the raw material gas does not contain carbon monoxide, the molar ratio of carbon dioxide / carbon monoxide is twice or more.

原料ガスにおける、水素/二酸化炭素のモル比は、高効率なメタノール生成の観点から、1/1〜10/1が好ましく、2/1〜5/1がより好ましい。 The molar ratio of hydrogen / carbon dioxide in the raw material gas is preferably 1/1 to 10/1, more preferably 2/1 to 5/1, from the viewpoint of highly efficient methanol production.

原料ガスは、高効率なメタノール生成の観点から、反応場(具体的には、反応容器)に、触媒1gに対して、気体状態換算で、10〜200mL/min(好ましくは50〜100mL/min)で導入することがよい。 From the viewpoint of highly efficient methanol production, the raw material gas is placed in a reaction field (specifically, a reaction vessel) at 10 to 200 mL / min (preferably 50 to 100 mL / min) in terms of gas state with respect to 1 g of the catalyst. ) Should be introduced.

−触媒−
本発明のメタノールの製造方法では、触媒として、銅及び亜鉛を含む酸化物からなる触媒を適用する。
-Catalyst-
In the method for producing methanol of the present invention, a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc is applied as a catalyst.

触媒において、銅/亜鉛のモル比は、高効率なメタノール生成の観点から、1/2〜2/1が好ましく、4/6〜6/4がより好ましい。
銅/亜鉛のモル比が1/2未満又は2/1超えでは、触媒活性が十分でなく、高効率でメタノールが生成し難くなることがある。
In the catalyst, the molar ratio of copper / zinc is preferably 1/2 to 2/1, more preferably 4/6 to 6/4, from the viewpoint of highly efficient methanol production.
If the molar ratio of copper / zinc is less than 1/2 or more than 2/1, the catalytic activity may be insufficient and it may be difficult to produce methanol with high efficiency.

触媒は、高効率なメタノール生成の観点から、助触媒を含んでもよい。
助触媒としては、ガリウム、ジルコニウム、クロム、アルミニウムよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
銅/助触媒のモル比は、高効率なメタノール生成の観点から、1/1〜1/0.1が好ましく、1/0.8〜1/0.4がより好ましい。
The catalyst may include a co-catalyst from the viewpoint of highly efficient methanol production.
Examples of the co-catalyst include at least one selected from the group consisting of gallium, zirconium, chromium and aluminum.
The molar ratio of copper / co-catalyst is preferably 1 / 1-1 / 0.1, more preferably 1 / 0.8-1 / 0.4, from the viewpoint of highly efficient methanol production.

これら触媒の中でも、特に、銅及び亜鉛と、助触媒としてガリウムと、を含む酸化物からなる触媒が好ましい。助触媒としてガリウムを含む触媒を適用すると、さらに、低温で高効率なメタノールを生成することができる。ガリウムは、Ti,Zr,Cr,Mn,Al等の従来の助触媒に比べ、原料ガスの水素分子を原子状へ解離する機能が高く、水素と二酸化炭素(CO)との反応を大きく促進すると考えられる推測されるためである。 Among these catalysts, a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc and gallium as a co-catalyst is particularly preferable. By applying a catalyst containing gallium as a co-catalyst, it is possible to further produce highly efficient methanol at a low temperature. Compared to conventional co-catalysts such as Ti, Zr, Cr, Mn, and Al, gallium has a higher function of dissociating hydrogen molecules in the raw material gas into atoms, and greatly promotes the reaction between hydrogen and carbon dioxide (CO 2). This is because it is presumed to be.

ここで、銅/ガリウムのモル比は、高効率なメタノール生成の観点から、1/1〜1/0.1が好ましく、1/0.5〜1/0.2がより好ましい。 Here, the molar ratio of copper / gallium is preferably 1 / 1-1 / 0.1, more preferably 1 / 0.5-1 / 0.2, from the viewpoint of highly efficient methanol production.

触媒は、触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでもよい。ただし、触媒活性向上の面からは不純物量が少ないほど好ましく、できるだけ不純物が混入しないようにすることが好ましい。 The catalyst may contain unavoidable impurities mixed in the catalyst manufacturing process or the like. However, from the viewpoint of improving the catalytic activity, it is preferable that the amount of impurities is small, and it is preferable that impurities are not mixed as much as possible.

触媒は、粉体であってもよいし、任意の形状の成形体であってもよい。
ただし、触媒の大きさは、平均粒径で10μm〜1mmが好ましい。本発明の触媒の大きさは、例えば、粉砕、篩い分け等により調整する。
触媒の大きさが平均粒径で10μm未満である場合、触媒と生成物との固液分離操作の効率が大きく低下することがある。
本発明の触媒の大きさが平均粒径で1mmを超える場合、触媒の表面積が小さくなり触媒活性が十分発揮できないことがある。
本発明の触媒の平均粒径は、レーザー式回折法により、粒度分布を得て、体積基準で、粒径の小さい方から累積した累積50%径(体積平均粒径)である。
The catalyst may be a powder or a molded product having an arbitrary shape.
However, the size of the catalyst is preferably 10 μm to 1 mm in average particle size. The size of the catalyst of the present invention is adjusted by, for example, pulverization, sieving, or the like.
If the size of the catalyst is less than 10 μm in average particle size, the efficiency of the solid-liquid separation operation between the catalyst and the product may be significantly reduced.
When the size of the catalyst of the present invention exceeds 1 mm in average particle size, the surface area of the catalyst may become small and the catalytic activity may not be sufficiently exhibited.
The average particle size of the catalyst of the present invention is a cumulative 50% diameter (volume average particle size) accumulated from the smaller particle size on a volume basis after obtaining a particle size distribution by a laser diffraction method.

触媒の比表面積は、例えば、1〜400m/gである。
ここで、一般的に、良好な触媒活性を発現させるためには、触媒の比表面積は大きいほど有利である。
一方で、触媒の比表面積が400m/gより大きくなると、触媒強度の低下を招くことがある好ましくない。また、触媒の比表面積が1m/gより小さくなると、活性金属の反応への寄与効率が低下するため、十分な触媒活性が得られないことがある。
触媒の比表面積は、窒素ガスの吸脱着によるBET法で求めた測定値である。
The specific surface area of the catalyst is, for example, 1 to 400 m 2 / g.
Here, in general, in order to exhibit good catalytic activity, the larger the specific surface area of the catalyst, the more advantageous it is.
On the other hand, if the specific surface area of the catalyst is larger than 400 m 2 / g, the catalyst strength may be lowered, which is not preferable. Further, when the specific surface area of the catalyst is smaller than 1 m 2 / g, the efficiency of contribution of the active metal to the reaction decreases, so that sufficient catalytic activity may not be obtained.
The specific surface area of the catalyst is a measured value obtained by the BET method by adsorption / desorption of nitrogen gas.

−触媒の方法−
触媒は、担持法または沈殿法を利用して製造できる。
一方で、沈殿法により得られた触媒は、担持法で得られた触媒に比べ、銅、亜鉛、助触媒(ガリウム等)が一定の大きさのドメイン(領域)を有するため、触媒能が高まり、水素と二酸化炭素(CO)との反応を大きく促進できる。
そのため、触媒は、沈殿法により得られた触媒であることが好ましい。
-Catalyst method-
The catalyst can be produced using a carrier method or a precipitation method.
On the other hand, the catalyst obtained by the precipitation method has a higher catalytic ability than the catalyst obtained by the carrier method because copper, zinc, and co-catalysts (gallium, etc.) have domains (regions) of a certain size. , The reaction between hydrogen and carbon dioxide (CO 2 ) can be greatly promoted.
Therefore, the catalyst is preferably a catalyst obtained by the precipitation method.

沈殿法を利用した触媒は、例えば、銅塩、亜鉛塩および沈殿剤を溶解させた水溶液のpHをアルカリにすることで、共沈により、前記銅及び前記亜鉛を含む沈殿物を生成した後、沈殿物を乾燥及び焼成して製造する。
助触媒を含む触媒を製造する場合、銅塩、亜鉛塩と共に、助触媒の金属塩を溶解させた水溶液を適用する。
In the catalyst using the precipitation method, for example, the pH of an aqueous solution in which a copper salt, a zinc salt and a precipitant are dissolved is made alkaline, so that a precipitate containing the copper and the zinc is produced by coprecipitation, and then the precipitate is produced. The precipitate is produced by drying and firing.
When producing a catalyst containing a co-catalyst, an aqueous solution in which a metal salt of the co-catalyst is dissolved is applied together with a copper salt and a zinc salt.

銅塩、亜鉛塩および沈殿剤を溶解させた水溶液と沈殿剤水溶液とを混合して調製してもよいし、銅塩、亜鉛塩および沈殿剤を水に添加して調製してもよい。
銅塩、亜鉛塩、助触媒の金属塩としては、該当金属元素の、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩化物等が挙げられる。各塩は、水に溶解すればよく、特に限定されることは無いが、溶解度の高い硝酸塩がよい。
It may be prepared by mixing an aqueous solution in which a copper salt, a zinc salt and a precipitant are dissolved and an aqueous solution of a precipitant, or by adding a copper salt, a zinc salt and a precipitant to water.
Examples of the copper salt, zinc salt, and metal salt of the co-catalyst include nitrates, acetates, sulfates, chlorides, and the like of the corresponding metal elements. Each salt may be dissolved in water and is not particularly limited, but a nitrate having a high solubility is preferable.

沈殿剤としては、アルカリ炭酸塩(炭酸ナトリウム等)、アンモニア水等が挙げられ、炭酸ナトリウムが好ましい。 Examples of the precipitant include alkaline carbonate (sodium carbonate and the like), aqueous ammonia and the like, and sodium carbonate is preferable.

銅塩、亜鉛塩および沈殿剤を溶解させた水溶液のpHは、例えば、7.5〜10.5(好ましくは8〜10)とする。水溶液のpHを上記範囲とし、アルカリ性にすると、共沈により、銅及び亜鉛を含む沈殿物(又は、銅、亜鉛および助触媒を含む沈殿物)が生成する。
このときの混合液の温度は、例えば、40〜80℃(好ましくは60〜70℃)とすることがよい。
The pH of the aqueous solution in which the copper salt, zinc salt and precipitant are dissolved is, for example, 7.5 to 10.5 (preferably 8 to 10). When the pH of the aqueous solution is set to the above range and made alkaline, coprecipitation produces a precipitate containing copper and zinc (or a precipitate containing copper, zinc and a co-catalyst).
The temperature of the mixed solution at this time is preferably, for example, 40 to 80 ° C. (preferably 60 to 70 ° C.).

得らえた共沈物(つまり、触媒の前駆体)を、熟成のため一定時間放置する。熟成時間は、例えば、5〜500時間程度である。
次に、熟成後の共沈物を、ろ過した後、アルカリ炭酸塩等の沈殿剤成分を除去するため、イオン交換水等で洗浄する。
そして、洗浄後の共沈物を乾燥及び焼成する。焼成は、例えば、空気中250〜400℃、0.5〜5時間で実施する。
The obtained coprecipitate (that is, the precursor of the catalyst) is left for a certain period of time for aging. The aging time is, for example, about 5 to 500 hours.
Next, the aging coprecipitate is filtered and then washed with ion-exchanged water or the like in order to remove the precipitant component such as alkaline carbonate.
Then, the co-precipitate after washing is dried and fired. The firing is carried out in air at 250 to 400 ° C. for 0.5 to 5 hours, for example.

以上の工程を経て、触媒が得られる。
なお、焼成により得られた触媒に、必要に応じて整粒後、還元(例えば、水素気流中等の活性化処理を施してもよい。また、空気中で触媒を取り扱う場合、触媒の表面に不動態化処理を施してもよい。
A catalyst is obtained through the above steps.
If necessary, the catalyst obtained by firing may be subjected to reduction (for example, activation treatment in a hydrogen stream or the like) after sizing, and when the catalyst is handled in air, the surface of the catalyst is non-existent. It may be subjected to a passivation treatment.

−反応−
本発明のメタノールの製造方法は、気相中で、メタノールを製造する方法であってもよいし、液相中で、メタノールを製造する方法であってもよい。
つまり、本発明のメタノールの製造方法は、メタノールガス及び触媒の存在下で、原料ガスを反応する方法であってもよいし、メタノール液及び触媒の存在下で、原料ガスを反応する方法であってもよい。
ただし、低温で高効率なメタノール合成を実現する観点から、本発明のメタノールの製造方法は、気相中で、メタノールを製造する方法が好ましい。
-Reaction-
The method for producing methanol of the present invention may be a method for producing methanol in the gas phase or a method for producing methanol in the liquid phase.
That is, the method for producing methanol of the present invention may be a method of reacting the raw material gas in the presence of methanol gas and a catalyst, or a method of reacting the raw material gas in the presence of a methanol solution and a catalyst. You may.
However, from the viewpoint of realizing highly efficient methanol synthesis at low temperature, the method for producing methanol of the present invention is preferably a method for producing methanol in the gas phase.

具体的には、本発明の炭化水素の製造方法では、例えば、反応場に触媒を配置した後(具体的には、反応容器に触媒を充填した後)、メタノールと共に、混合ガスを反応場(具体的は反応容器)流通する。それにより、メタノールの存在下で、混合ガスを触媒に接触させる。触媒は、混合ガスを触媒に接触させる前(つまり、メタノールの合成前)に、不活性ガス(窒素等)雰囲気下で加熱し、水素ガスを接触させて、還元処理を実施することがよい。
なお、反応容器の形式としては、固定床、噴流床、流動床、スラリー床のいずれも好適に用いることができる。
Specifically, in the method for producing a hydrocarbon of the present invention, for example, after arranging a catalyst in a reaction field (specifically, after filling a reaction vessel with a catalyst), a mixed gas is put into a reaction field (specifically, after filling a reaction vessel with a catalyst). Specifically, the reaction vessel) is distributed. Thereby, the mixed gas is brought into contact with the catalyst in the presence of methanol. The catalyst may be heated in an inert gas (nitrogen or the like) atmosphere before the mixed gas is brought into contact with the catalyst (that is, before the synthesis of methanol), and the hydrogen gas is brought into contact with the catalyst to carry out the reduction treatment.
As the type of reaction vessel, any of a fixed bed, a jet bed, a fluidized bed, and a slurry bed can be preferably used.

原料ガスは、高効率なメタノール生成の観点から、反応場(具体的には、反応容器)に、触媒1gに対して、10〜200mL/min(好ましくは50〜100mL/m)で導入することがよい。特に、原料ガスは、反応場中のメタノールガスの圧力が一定となるように導入することがよい。 From the viewpoint of highly efficient methanol production, the raw material gas should be introduced into the reaction field (specifically, the reaction vessel) at 10 to 200 mL / min (preferably 50 to 100 mL / m) with respect to 1 g of the catalyst. Is good. In particular, the raw material gas may be introduced so that the pressure of the methanol gas in the reaction field becomes constant.

メタノールは、低温で高効率なメタノール生成の観点から、原料ガスの反応場(具体的には、反応容器)に、触媒1gに対して、1.4〜14mL/min(好ましくは2.8〜7mL/min)で導入することがよい。
そして、メタノールは、原料ガスと共に、反応場(具体的には、反応容器)に導入し続ける。二酸化炭素の水素化の間、ギ酸(HCOOH)は絶えず形成される。そのため、エステル化反応によってギ酸(HCOOH)を転換するために、絶えずメタノールを導入する。
From the viewpoint of highly efficient methanol production at low temperature, methanol is applied to the reaction field of the raw material gas (specifically, the reaction vessel) at 1.4 to 14 mL / min (preferably 2.8 to 2.8 to 1 g of the catalyst). It is recommended to introduce at 7 mL / min).
Then, methanol is continuously introduced into the reaction field (specifically, the reaction vessel) together with the raw material gas. During the hydrogenation of carbon dioxide, formic acid (HCOOH) is constantly formed. Therefore, methanol is constantly introduced to convert formic acid (HCOOH) by the esterification reaction.

ここで、反応場における、メタノール/水素及び二酸化炭素のモル比は、低温で高効率なメタノール生成の観点から、1/200〜1/20が好ましく、1/100〜1/50がより好ましい。 Here, the molar ratio of methanol / hydrogen and carbon dioxide in the reaction field is preferably 1/200 to 1/20, more preferably 1/100 to 1/50, from the viewpoint of highly efficient methanol production at low temperature.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
6.7gの硝酸銅(II)三水和物、8.3gの硝酸亜鉛六水和物、1.4gの硝酸ガリウム(III)九水和物、および炭酸ナトリウム溶液を、300rmpおよび700℃で、一定に撹拌した500mLの蒸留水中に同時に加えた。pHは8.5に保ち、共沈により沈殿物を得た。
得られた沈殿物を12時間熟成させ、漉過し、十分な蒸留水で洗浄し、そして1200℃で一晩乾燥させ、触媒の前駆体を得た。次いで、触媒の前駆休を空気中で20℃/minの速度で350℃まで加熱し3時間保持し、触媒を得た。
得られた触媒は、Cu、Zn、Gaを含み、モル比(Cu:Zn:Ga)が1:1:0.1である酸化物(「Cu−Zn−Ga(1:1:0.1)」とも表記)である。
(Example 1)
6.7 g copper (II) nitrate trihydrate, 8.3 g zinc nitrate hexahydrate, 1.4 g gallium nitrate (III) nine hydrate, and sodium carbonate solution at 300 mp and 700 ° C. , Simultaneously added to 500 mL of distilled water with constant stirring. The pH was kept at 8.5 and a precipitate was obtained by coprecipitation.
The resulting precipitate was aged for 12 hours, strained, washed with sufficient distilled water and dried overnight at 1200 ° C. to give a precursor of the catalyst. Next, the precursor rest of the catalyst was heated to 350 ° C. in air at a rate of 20 ° C./min and held for 3 hours to obtain a catalyst.
The obtained catalyst contains Cu, Zn, and Ga, and has an oxide (“Cu—Zn—Ga (1: 1: 0.1)” having a molar ratio (Cu: Zn: Ga) of 1: 1: 0.1. ) ”).

上記操作に準じて、Gaのモル比が0.2、0.3、0.6の異なる酸化物からなる触媒(各々、Cu−Zn−Ga(1:1:0.1)、Cu−Zn−Ga(1:1:0.1)、Cu−Zn−Ga(1:1:0.1)と表記)も得た。 According to the above operation, catalysts composed of oxides having different Ga molar ratios of 0.2, 0.3, and 0.6 (Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.1) and Cu-Zn, respectively). -Ga (1: 1: 0.1) and Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.1)) were also obtained.

これら触媒を0.5g用い、内径8mmのSUS製反応管の中央に位置するよう石英ウールで固定し、触媒層中央位置に熱電対を挿入し、固定床反応管を所定の位置にセットした。
合成反応を始める前に、まず反応器に水素5%/Heの混合ガスを60mL/min流しながら、常圧で290℃、4h還元処理を行った。
Using 0.5 g of these catalysts, they were fixed with quartz wool so as to be located at the center of a SUS reaction tube having an inner diameter of 8 mm, a thermocouple was inserted at the center position of the catalyst layer, and the fixed bed reaction tube was set at a predetermined position.
Before starting the synthesis reaction, first, a mixed gas of 5% hydrogen / He was flowed through the reactor at 60 mL / min, and a reduction treatment was carried out at 290 ° C. for 4 hours at normal pressure.

その後、室温に下げた後、反応容器に、水素:CO=3:1(モル比)、内部標準としてArを4%含む原料ガスを50mL/minになるよう導入すると共に、メタノールをガスとして1.4ml/min又は2.8ml/minを導入しながら、反応温度7MPa、反応圧力200℃で、反応時間24hで、合成を行った。 Then, after lowering to room temperature, a raw material gas containing hydrogen: CO 2 = 3: 1 (molar ratio) and 4% Ar as an internal standard was introduced into the reaction vessel so as to be 50 mL / min, and methanol was used as the gas. Synthesis was carried out at a reaction temperature of 7 MPa, a reaction pressure of 200 ° C., and a reaction time of 24 hours while introducing 1.4 ml / min or 2.8 ml / min.

反応生成物は、水分を除去した後、二つのガスクロマトグラフィ(島津製作所製Gc−2014)に注入して、TCD(Thermal Conductivity Detector)分析とFID(Flame Ionization Detector)分析を行った。そして、次の値を求めた。その結果を表1に示す。 After removing water, the reaction product was injected into two gas chromatography (Gc-2014 manufactured by Shimadzu Corporation) to perform TCD (Thermal Conductivity Detector) analysis and FID (Flame Ionization Detector) analysis. Then, the following value was obtained. The results are shown in Table 1.

−転化率(Conv.)−
・CO転化率(%)=(1−(COの減少量)/(供給されたCOの供給量))×100
− Conversion rate (Conv.) −
-CO 2 conversion rate (%) = (1- ( decrease in CO 2 ) / (supply of CO 2 supplied)) x 100

−選択率(Hydrocarbon distribution)−
・CO選択率(%)=(COの体積量)/(供給されたCOの供給量)×100
・MeOH選択率(%)=(MeOHの体積量)/(供給されたCOの供給量)×100
− Selectivity (Hydrocarbon distribution) −
-CO selectivity (%) = (volume of CO) / (supply of CO 2 supplied) x 100
MeOH selectivity (%) = (volume of MeOH) / (supplied amount of supplied CO 2) x 100

−空時収率(Space Time Yield (g/Kg-cat・h))−
・MeOH空時収率(g/Kg-cat・h)=メタノールの生成モル数(mol/kg−cat・h)×32g/CHOH−mol
-Space Time Yield (g / Kg-cat · h)-
-MeOH air-time yield (g / Kg-cat · h) = number of moles produced of methanol (mol / kg-cat · h) x 32 g / CH 3 OH-mol

上記結果から、本条件(反応温度が200℃という低温の条件)において、Cu−Zn−Ga(1:1:0.1)触媒では、メタノールガス導入量が1.4mL/minのとき、307.6g/Kg−cat.hの空時収率で、また、メタノールガス導入量が2.8mL/minとき、258.9g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn−Ga(1:1:0.2)触媒では、メタノールガス導入量が1.4mL/minのとき、328.9g/Kg−cat.hの空時収率で、また、メタノールガス導入量が2.8mL/minとき、240.3g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn−Ga(1:1:0.3)触媒では、メタノールガス導入量が1.4mL/minのとき、326.7g/Kg−cat.hの空時収率で、また、メタノールガス導入量が2.8mL/minとき、268.7g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn−Ga(1:1:0.6)触媒では、メタノールガス導入量が1.4mL/minのとき、298.1g/Kg−cat.hの空時収率で、また、メタノールガス導入量が2.8mL/minとき、298.8g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
From the above results, under this condition (a low temperature condition of a reaction temperature of 200 ° C.), with a Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.1) catalyst, 307 when the amount of methanol gas introduced is 1.4 mL / min. .6g / Kg-cat. In the air-time yield of h, and when the amount of methanol gas introduced was 2.8 mL / min, 258.9 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
Further, in the case of the Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.2) catalyst, when the amount of methanol gas introduced was 1.4 mL / min, 328.9 g / Kg-cat. In the air-time yield of h, and when the amount of methanol gas introduced was 2.8 mL / min, 240.3 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
Further, in the case of the Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.3) catalyst, when the amount of methanol gas introduced was 1.4 mL / min, 326.7 g / Kg-cat. In the air-time yield of h, and when the amount of methanol gas introduced was 2.8 mL / min, 268.7 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
In the case of the Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.6) catalyst, when the amount of methanol gas introduced was 1.4 mL / min, 298.1 g / Kg-cat. In the air-time yield of h, and when the amount of methanol gas introduced was 2.8 mL / min, 298.8 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.

(実施例2)
実施例1の触媒の製法に準じて、銅及び亜鉛を含む酸化物からなる触媒(Cu−Znと表記)、また、銅及び亜鉛に加え、助触媒として、Ga、Zr、Cr、若しくはAlを含む酸化物からなる触媒(各々、Cu−Zn−Ga、Cu−Zn−Zr、Cu−Zn−Cr、Cu−Zn−Alと表記)を得た。なお、触媒中の各金属元素のモル比(Cu:Zn:M(M=助触媒)は、1:1:0.2である。ただし、Cu−Zn触媒のモル比(Cu:Zn)は、1:1である。
そして、これら触媒を用いた以外は、実施例1と同様にして、メタノールを合成し、分析した。その結果を表2に示す。
(Example 2)
According to the method for producing a catalyst of Example 1, a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc (denoted as Cu-Zn), and in addition to copper and zinc, Ga, Zr, Cr, or Al is used as an auxiliary catalyst. A catalyst composed of the containing oxide (denoted as Cu-Zn-Ga, Cu-Zn-Zr, Cu-Zn-Cr, and Cu-Zn-Al, respectively) was obtained. The molar ratio of each metal element in the catalyst (Cu: Zn: M (M = cocatalyst) is 1: 1: 0.2. However, the molar ratio of Cu—Zn catalyst (Cu: Zn) is It is 1: 1.
Then, methanol was synthesized and analyzed in the same manner as in Example 1 except that these catalysts were used. The results are shown in Table 2.

上記結果から、本条件(反応温度が200℃という低温の条件)において、Cu−Zn−Ga触媒では、333.5g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn触媒では、200.8g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn−Zr触媒では、291.1g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn−Cr触媒では、297.0g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
また、Cu−Zn−Al触媒では、305.2g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成することがわかった。
From the above results, under this condition (a low temperature condition of a reaction temperature of 200 ° C.), 333.5 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
In the case of Cu-Zn catalyst, 200.8 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
In the case of Cu-Zn-Zr catalyst, 291.1 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
In the case of Cu-Zn-Cr catalyst, 297.0 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.
In the case of Cu-Zn-Al catalyst, 305.2 g / Kg-cat. It was found that methanol was produced in the air-time yield of h.

(比較例1)
実施例2におけるCu−Zn-Ga触媒を3g用い、原料ガスとしてH/CO/CO/Ar(体積比=61/31/5/3)の、COリッチの原料ガスを、20mL/minで供給し、メタノール40mLの存在下、反応温度170℃、反応圧力5mPaで反応させるほかは、実施例1と同様にして、メタノールを合成した。
そして、次の値を求めた。その結果を表3に示す。
(Comparative Example 1)
Using 3 g of the Cu-Zn-Ga catalyst in Example 2 , 20 mL / min of a CO-rich raw material gas of H 2 / CO / CO 2 / Ar (volume ratio = 61/31/5/3) as a raw material gas was used. Methanol was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the reaction was carried out at a reaction temperature of 170 ° C. and a reaction pressure of 5 mPa in the presence of 40 mL of methanol.
Then, the following value was obtained. The results are shown in Table 3.

−転化率(Conv.)−
・CO転化率(%)=(1−(COの減少量)/(供給されたCOの供給量))×100
・CO転化率(%)=(1−(COの減少量)/(供給されたCOの供給量))×100
・Total carbon C転化率(%)=CO転化率×(原料ガス中CO濃度)/[(原料ガス中CO濃度)+(原料ガス中CO濃度)]+CO2転化率×(原料ガス中CO濃度)/[(原料ガス中CO濃度)+(原料ガス中CO濃度)]
− Conversion rate (Conv.) −
-CO conversion rate (%) = (1- (decrease in CO) / (supply of CO supplied)) x 100
-CO 2 conversion rate (%) = (1- ( decrease in CO 2 ) / (supply of CO 2 supplied)) x 100
-Total carbon C conversion rate (%) = CO conversion rate x (CO concentration in raw material gas) / [(CO concentration in raw material gas) + (CO 2 concentration in raw material gas)] + CO 2 conversion rate x (CO in raw material gas) 2 concentration) / [(CO concentration in raw material gas) + (CO 2 concentration in raw material gas)]

−選択率(Selectivity)−
メタノール(MeOH)とギ酸メチル(MF)との生成割合(%)
-Selectivity-
Production ratio (%) of methanol (methanol) and methyl formate (MF)

上記結果から、本条件では、メタノールは、原料ガス組成から考えて、そのほとんどがCOから生成し、一部COから生成されることがわかった。 From the above results, it was found that under these conditions, most of methanol is produced from CO and partly from CO 2 , considering the composition of the raw material gas.

(比較例2)
実施例1におけるCu−Zn−Ga(1:1:0.2)触媒を使用し、メタノールの代わりに、エタノール、1−プロパノール、2ープロパノール、2−ブタノールを導入するほかは、実施例1と同様にして、メタノールを合成し、分析した。その結果を表4に示す。
(Comparative Example 2)
The same as in Example 1 except that the Cu-Zn-Ga (1: 1: 0.2) catalyst in Example 1 was used and ethanol, 1-propanol, 2-propanol and 2-butanol were introduced instead of methanol. In the same manner, methanol was synthesized and analyzed. The results are shown in Table 4.

従って、本条件(反応温度が200℃という低温の条件)において、エタノール導入では、225.3g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成するにとどまることがわかった。
また、1−プロパノール導入では、262.8g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成するにとどまることがわかった。
また、2−プロパノール導入では、231.9g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成するにとどまることがわかった。
また、2−ブタノール導入では、199.5g/Kg−cat.hの空時収率で、メタノールは生成するにとどまることがわかった。
Therefore, under this condition (a low temperature condition of a reaction temperature of 200 ° C.), 225.3 g / Kg-cat. It was found that in the air-time yield of h, methanol was only produced.
In addition, with the introduction of 1-propanol, 262.8 g / Kg-cat. It was found that in the air-time yield of h, methanol was only produced.
In addition, with the introduction of 2-propanol, 231.9 g / Kg-cat. It was found that in the air-time yield of h, methanol was only produced.
In addition, with the introduction of 2-butanol, 199.5 g / Kg-cat. It was found that in the air-time yield of h, methanol was only produced.

以上の結果から、本実施例では、水素と二酸化炭素(CO)とを原料ガスとした場合にも、低温で、かつ高効率にメタノールを製造できることがわかる。 From the above results, it can be seen that in this example, methanol can be produced at a low temperature and with high efficiency even when hydrogen and carbon dioxide (CO 2) are used as raw material gases.

Claims (11)

メタノールと、銅及び亜鉛を含む酸化物からなる触媒と、の存在下で、水素及び二酸化炭素を含み、かつ二酸化炭素/一酸化炭素のモル比が2倍以上である原料ガスを反応させて、メタノールを製造するメタノールの製造方法。 In the presence of methanol and a catalyst composed of an oxide containing copper and zinc, a raw material gas containing hydrogen and carbon dioxide and having a carbon dioxide / carbon monoxide molar ratio of 2 times or more is reacted. A method for producing methanol. 気相中で、メタノールを製造する請求項1に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to claim 1, wherein methanol is produced in the gas phase. 前記触媒において、前記銅/前記亜鉛のモル比が、1/2〜2/1である請求項1又は請求項2に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to claim 1 or 2, wherein in the catalyst, the molar ratio of copper / zinc is 1/2 to 2/1. 前記触媒が、助触媒として、ガリウム、ジルコニウム、クロム、アルミニウムよりなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1又は請求項2に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to claim 1 or 2, wherein the catalyst comprises at least one selected from the group consisting of gallium, zirconium, chromium, and aluminum as a co-catalyst. 前記触媒が、助触媒として、ガリウムを含む請求項1又は請求項2に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to claim 1 or 2, wherein the catalyst contains gallium as a co-catalyst. 前記触媒において、前記銅/前記助触媒のモル比が、1/1〜1/0.1である請求項4又は請求項5に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to claim 4 or 5, wherein in the catalyst, the molar ratio of copper / co-catalyst is 1/1 to 1 / 0.1. 前記触媒は、銅塩、亜鉛塩、助触媒金属塩および沈殿剤を溶解させた水溶液のpHをアルカリにすることで、共沈により、前記銅及び前記亜鉛を含む沈殿物を生成した後、前記沈殿物を乾燥及び焼成して製造される請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。 The catalyst prepares a precipitate containing the copper and the zinc by co-precipitation by making the pH of the aqueous solution in which the copper salt, the zinc salt, the cocatalyst metal salt and the precipitant are dissolved alkaline, and then the above-mentioned The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 6, which is produced by drying and firing the precipitate. 前記原料ガスの反応場に、メタノールを前記触媒1gに対して、2.8〜7mL/minで導入する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。 The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 7, wherein methanol is introduced into the reaction field of the raw material gas at a rate of 2.8 to 7 mL / min with respect to 1 g of the catalyst. 銅及び亜鉛と、助触媒としてのガリウムと、を含む酸化物からなるメタノール製造触媒。 A methanol production catalyst composed of an oxide containing copper and zinc and gallium as a co-catalyst. 前記銅/前記亜鉛のモル比が、1/2〜2/1である請求項9に記載のメタノール製造触媒。 The methanol production catalyst according to claim 9, wherein the molar ratio of copper / zinc is 1/2 to 2/1. 前記銅/前記ガリウムのモル比が、1/1〜1/0.1である請求項9又は請求項10に記載のメタノール製造触媒。 The methanol production catalyst according to claim 9 or 10, wherein the molar ratio of copper / gallium is 1/1 to 1 / 0.1.
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