JP6654384B2 - オレフィン化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は下記手順によりバイオマスからオレフィン化合物を製造する方法である。
(1)バイオマス及び還元鉄並びに水及び/又は水蒸気を含む系によりバイオマスを分解する工程(バイオマス分解工程)。
(2)(1)に次いで改質触媒の存在下にオレフィン化合物を製造する工程(改質工程)。
(1)バイオマス及び還元鉄並びに水及び/又は水蒸気を含む系によりバイオマスを分解する工程(バイオマス分解工程)。
(2)(1)に次いで改質触媒の存在下にオレフィン化合物を製造する工程(改質工程)。
当該分解工程は、水及び/又は水蒸気の共存下、当該バイオマスと還元鉄とを反応させてバイオマスを分解する工程である。
本発明に用いる原料はバイオマスおよびバイオマス由来の物質である。バイオマスとは化学品原料やエネルギー源として利用可能な生物体あるいは生物体由来の資源を指し、例えば未利用樹、製材残材、流木材、剪定材等の木質系バイオマス、雑草、牧草、サトウキビ、トウモロコシ等の草本系バイオマス、廃棄食品、生ごみ、下水汚泥、し尿(鶏糞、牛糞など)等の***物系バイオマスなどがあげられる。これらバイオマスの中で化学品原料やエネルギー源としては、食糧などに利用するに適さない非可食バイオマスの利用が好ましい。
当該還元鉄とは、還元作用を有する鉄を含むものであり、主たる成分はFe及び/又はFeOであり、これらのものが含まれていれば何れのものであっても良く、更に還元鉄の作用を阻害しないものが含まれていてもよい。また、Feは好ましくは全還元鉄の量に対して0を超え〜100質量%、更に好ましくは5〜95質量%含まれるものである。還元鉄はバイオマス分解工程において酸化鉄に変換される。
当該分解工程に用いるバイオマス分解方法は適宜選択することができる。例えば液相法では(1)還元鉄と、バイオマスと、水と、必要であれば溶媒とを、反応器に導入し分解する方法(回分法)、(2)反応容器に水と、必要であれば溶媒とを導入し、当該反応器に還元鉄と、バイオマスとを連続的に導入し分解する方法(半回分法)、(3)還元鉄と、水と、必要であれば溶媒とを反応器に連続的に導入し、この反応器に還元鉄と、バイオマスと、水と、必要あれば溶媒とを導入し、他方で(酸化)鉄と、水と、溶媒を導入した場合は溶媒とバイオマス分解生成物を連続的に取り出す方法(連続法)などの方法をとることができる。
バイオマスを分解し得られるバイオマス分解物の中で、改質工程で改質対象となるものはアルコール化合物、アルデヒド化合物、ケトン化合物、有機酸化合物、炭化水素化合物である。バイオマス分解物が気体状態で得られるのであればそのまま改質工程に導入することもできるし、改質反応に関与しない無機ガスやメタンなどはこれを分離してから改質反応器に供給しても良いし、バイオマス分解工程で使用した水も水量を調整した後改質反応器に導入することもできる。
分離工程は、(1)当該分解工程で得られた当該バイオマス分解物と未反応バイオマス等(還元鉄と酸化された鉄化合物を含む)と分離する工程、(2)未反応バイオマスと還元鉄が酸化された鉄化合物とを分離する工程を示す。
当該バイオマス分解工程で得られるバイオマス分解物を未反応バイオマス及び鉄化合物等と分離する方法は分解方法に応じて適宜選択する必要はあるが、良く知られている一般的な方法を用いることができる。
バイオマス分解工程後の鉄化合物を含む固体残渣から鉄化合物を分離し回収する工程を設けることもできる。回収された鉄化合物を還元し、還元鉄としてバイオマス分解工程に用いることができる。
改質工程は、バイオマス分解工程(1)でバイオマスを分解し得られるバイオマス分解物を、オレフィン化合物に改質(接触分解)する工程である。還元鉄を用いてバイオマスを分解することで得られるバイオマス分解物は、通常の還元鉄を用いない方法によりバイオマスを分解し得られるものに比べて、改質によりオレフィン化合物になり易いもの、アルコール化合物、炭化水素化合物が得られやすい。
当該改質触媒は、当該分解物をオレフィン化合物にすることができるものであれば何れでもよい。ナフサなどの分解に一般的に用いられる固体酸触媒を用いることができ、特に脱水反応を促進するゼオライト(結晶性アルミノシリケート)が好ましく、ZSM5ゼオライトが好ましい。
改質反応が気相反応の場合は、改質反応に先立ち、改質反応器に当該バイオマス分解物をガスで供給することを目的として予熱器及び気化器あるいは予熱及び気化領域を設けることもできる。予熱することで改質反応が促進されることも期待できる。予熱するときの温度は200℃以上、700以下℃、好ましくは250℃以上、650℃以下である。予熱及び気化の方法としては、当該バイオマス分解物を予熱、気化できる方法であれば何れの方法のものであっても良いが、例えば、予熱、気化器あるいは熱及び気化領域に熱媒体による熱交換器、ヒーター等の加熱器を用い加熱することで実施できる。また予熱及び気化器あるいは領域内にはSUSやα−アルミナなどの不活性媒体を設けることで予熱等を促進させることもできる。
改質工程は、当該バイオマス分解物をオレフィン化合物にすることができるものであれば何れの方法であっても良いが、連続流通形式の気相反応とすることが好ましい。
本発明を図1に基づき具体的に説明する。図1は水溶媒液相回分(バッチ)法によりバイオマスを分解し次いで気相流通法によりバイオマス分解物を改質することを示したものである。手順としては、(1)バイオマス、還元鉄、溶媒として水をバイオマス分解用のオートクレーブに入れ、バイオマスを分解する。(2)オートクレーブから溶媒等を排出し、分離器1で液体状のバイオマス分解物と固体残渣とに分離し、バイオマス分解物は改質工程に移す。一方、固体残渣は分離器2に移し磁石を用いて固体残渣から鉄化合物と未反応バイオマスに分離する。(3)上流側に予熱及び気化用のSUSビーズ、下流側に改質触媒を充填した改質反応器に、バイオマス分解物を導入する。加熱し当該ビーズによりバイオマス分解物を気化し、改質反応をする。当該改質反応器の下流側から得られたものを分離器3によりオレフィン化合物、二酸化炭素、一酸化炭素、メタンなどの気体状生成物と水などの凝縮性化合物を分離する。以下に更に詳細に各工程などを説明する。
還元鉄は市販の粒径60〜80nmのものを使用した。
アルゴンガスで内部を置換したグローブボックス内で100mL容のオートクレーブに、粒径60〜80nmの還元鉄(1.564g)、パーム空果房(「EFB」とも記載する。乾燥物の酸素(O)/炭素(C)元素比0.72)を粉砕し目開き212μmのふるいを通過した粉砕物(1.0g)、溶媒として水(40mL)を入れ、オートクレーブの蓋を閉めた。当該オートクレーブ内部の気相を窒素ガスで置換した後、ゲージ圧で1.0MPaまで窒素ガスを充填した。撹拌翼で反応器内の混合物を撹拌しながら、ヒーターを用いてオートクレーブ内部を300℃に加熱し、30分反応させた。続いて、加熱を停止し、オートクレーブを氷浴で急冷した。
触媒は市販のアンモニウム型ZSM5粉末(SiO2/Al2O3=50)を箱型焼成炉中で、空気を0.5リットル/分で炉内に導入しながら500℃で6時間熱処理しH型ZSM5焼成物を得た。焼成物は磁製乳鉢で粉砕した後これを塩ビ製のリングに充填しプレス機で圧縮、得られた圧縮物をリング枠から外しこれを粉砕し、0.7mmから2.0mmの大きさに篩い分け改質触媒1を得た。
改質反応の反応管には内径10mmのSUS製の直管を使用した。反応器の反応温度のコントロールは環状炉を使用し、反応器には6mLの改質触媒1を充填し、その上部には原料であるバイオマス分解液を気化・予熱するための直径2mmのSUSビーズを充填した層を有する気相流通形式の反応器を用いた。
実施例1においてバイオマス分解物製造の際に還元鉄を使用しなかった以外は実施例1と同じように行った。液体状物(バイオマス分解物)中のC収率は供給したEFBの含有C基準で49mol%−Cであった。得られたバイオマス分解物は送液ポンプを用いて0.059g/min.の供給速度で改質反応器に供給し反応した。得られた結果は表1にあわせて示した。
Claims (9)
- (1)バイオマス及び還元鉄並びに水及び/又は水蒸気を含む系によりバイオマスを分解する工程(バイオマス分解工程)と、
(2)(1)に次いで改質触媒の存在下にオレフィン化合物を製造する工程(改質工程)とを含み、
該バイオマス分解工程が、水を用いた液相法であり、反応温度が230℃〜400℃、反応圧力が25MPa以下で行われる、バイオマスからオレフィン化合物を製造する方法。 - (1)バイオマス及び還元鉄並びに水及び/又は水蒸気を含む系によりバイオマスを分解する工程(バイオマス分解工程)と、
(2)(1)に次いで改質触媒の存在下にオレフィン化合物を製造する工程(改質工程)とを含み、
該バイオマス分解工程が、水蒸気を用いた気相法であり、反応温度が230℃〜700℃、反応圧力が10MPa以下で行われる、バイオマスからオレフィン化合物を製造する方法。 - 当該バイオマス分解工程の後、鉄化合物を含む固体状物(固体残渣)、バイオマス残渣を除き、改質工程へ移動することを特徴とする請求項1又は2記載のオレフィン化合物を製造する方法。
- 当該固体残渣中の鉄化合物を還元処理し、当該バイオマス分解工程で還元鉄として用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のオレフィン化合物を製造する方法。
- 当該バイオマス分解工程後に、磁性体を用いて鉄化合物を回収し、鉄化合物を還元処理し、当該バイオマス分解工程で還元鉄として用いることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のオレフィン化合物を製造する方法。
- 当該バイオマス分解工程として水溶媒液相法を用いるとき、反応温度が230℃〜380℃、反応圧力が10MPa以下であることを特徴とする請求項1記載のオレフィン化合物を製造する方法。
- 当該バイオマス分解工程として水蒸気気相法を用いるとき、反応温度が230℃〜600℃、反応圧力が10MPa以下であることを特徴とする請求項2記載のオレフィン化合物を製造する方法。
- 当該改質工程が気相連続流通形式であり反応温度は300〜700℃、反応圧力は大気圧〜1.0MPaであることを特徴とする請求項1又は2記載のオレフィン化合物を製造する方法。
- 当該改質触媒が酸触媒であることを特徴とする請求項1又は2記載のオレフィン化合物を製造する方法。
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