JPH0669969B2 - 炭化水素の製造方法 - Google Patents

炭化水素の製造方法

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JPH0669969B2
JPH0669969B2 JP61207693A JP20769386A JPH0669969B2 JP H0669969 B2 JPH0669969 B2 JP H0669969B2 JP 61207693 A JP61207693 A JP 61207693A JP 20769386 A JP20769386 A JP 20769386A JP H0669969 B2 JPH0669969 B2 JP H0669969B2
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタンを原料としてエタン、エチレン等の炭素
数2以上の炭化水素を製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
メタンは天然ガスの主成分として豊富に存在するが、そ
の反応性の低さが化学工業原料としての使用を困難にし
ている。そこで、従来、メタンを酸化カップリングする
ことにより炭素数2以上の炭化水素を製造する方法とし
て、酸化マグネシウムにリチウムを担持した触媒を使用
する方法が知られている(J.Am.Chem.Soc.,1985,107,58
−63;触媒,27,(6),443(1985))。
しかしながら、これらの方法においては、メタンの炭素
数2の化合物の収率の点で、未だ満足しうる結果は得ら
れていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、メタンの転化率および炭素数2の化合物の収
率を向上させたメタンから炭素数2以上の炭化水素を製
造する方法を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、メタンの酸化カップリング用の触媒につい
て種々検討した結果、特定な比表面積の特定なメタンの
酸化カップリング用の触媒を用いることにより、メタン
から高い転化率で、エタン、エチレン等の炭素数2以上
の炭化水素を収率よく製造し得ることを見出し、この知
見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の炭化水素の製造方法は、メタンを酸
素の存在下で触媒と接触させて炭素数2以上の炭化水素
を製造するにあたり、アルカリ金属およびアルカリ土類
金属から選ばれた金属の酸化物もしくは炭酸塩またはこ
れらの化合物上に他の金属成分を1種以上担持させたも
のからなる触媒で、かつ該触媒の比表面積が50m2/g以下
のものを使用することを特徴とする 本発明で使用される触媒としては、アルカリ金属および
アルカリ土類金属から選ばれた金属の酸化物もしくは炭
酸塩またはこれらの化合物の上に他の金属成分を1種以
上担持させたものが用いられる。アルカリ金属としては
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムまたはセ
シウムが、アルカリ土類金属としてはマグネシウム、カ
ルシウム、ストロンチウムまたはバリウムが用いられ、
これらの金属の酸化物、炭酸塩としては、具体的には、
炭酸リチウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウ
ム、炭酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム
などが挙げられ、好ましくは酸化マグネシウムが用いら
れる。
本発明においては、触媒として、上記酸化物もしくは炭
酸塩を単独で使用してもよいが、好ましくはこれらの化
合物に他の金属成分を1種以上担持したものが用いられ
る。担持触媒を用いることによりエタン、エチレンの収
率が向上する。
他の金属成分としては、アルカリ金属、アルカリ土類金
属または周期律表第IB族、第IIB族、第IIIA族、第IIIB
族、第IVA族、第IVB族、第VA族、第VB族、第VIB族、第V
IIB族、もしくは第VIII族の金属が用いられる。アルカ
リ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ル
ビジウム、セシウムが用いられ、アルカリ土類金属とし
てはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム等が用いられる。また、第IB族の金属としては銅お
よび銀を、第IIB族の金属としては亜鉛を、第IIIA族の
金属としてはアルミニウム、インジウムを、第IIIB族の
金属としてはイットリウムまたはランタン、サマリウム
などのランタノイド金属を、第IVA族の金属としては鉛
を、第IVB族の金属としてはジルコニウムを、第VA族の
金属としてはビスマスを、第VB族の金属としてはバナジ
ウムを、第VIB族の金属としてはクロムを、第VIIB族の
金属としてはマンガンを、第VIII族の金属としてはコバ
ルト、鉄、ニッケルを好ましく使用することができる。
本発明においてこれらの触媒の比表面積を50m2/g以下と
する必要がある。比表面積が50m2/gを超えると炭素数2
の炭化水素の収率が低下する。炭化水素の収率の点か
ら、比表面積は2〜30m2/gとすることが好ましい。
本発明に使用される触媒は例えば次のようにして調製す
ることができる。前記酸化物または炭酸塩に必要に応
じ、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムのな
どのアルカリ金属塩および硫酸バリウム、硫酸ストロン
チウムなどのアルカリ土類金属塩の水溶液もしくは前記
他の金属の水溶液を含浸させ、これを100〜200℃で蒸発
乾固する。次いで、これを必要に応じ500〜700℃で空気
中で0.5時間〜30時間焼成する。本発明においては比表
面積が50m2/g以下の触媒が使用されるが、この触媒の比
表面積を50m2/g以下に制御するには、焼成して得られた
触媒に対して行われるアニーリング条件と触媒に担持さ
れる金属の担持量を制御することにより行う。アニーリ
ングは800〜1200℃で、空気またはヘリウム中で2時間
以上行うことが好ましく、また金属の担持量は0〜20mo
l%とすることが好ましい。
得られた触媒は、必要に応じ、粉砕され、あるいは圧縮
法によりペレット化されて用いられる。
なお触媒の比表面積はBET法により測定した。
このようにして得られた触媒に、メタンを500〜1000℃
で酸素の存在下に接触させると、メタンより炭素数の高
い炭化水素が得られる。
反応温度が500℃未満ではほとんど反応が進行せず、反
応温度が1000℃を超えると触媒の劣化が激しくなり、70
0〜800℃とすることが好ましい。
本発明の炭化水素の製造方法に用いられるメタンはメタ
ンそのものだけでなく、天然ガス中のメタンも使用する
ことができる。また、酸素は空気中の酸素も使用するこ
とができる。メタンと酸素は反応系中に、CH4/O2(モル
比)=0.1〜10に存在させ、接触的部分酸化反応を行
う。また、メタン、酸素の他に、ヘリウムやアルゴン等
の不活性ガスを存在させておいてもよい。反応は通常、
常圧流通法により行われるが、必要に応じ、減圧下また
は加圧下でも行われ、通常、常圧〜100kg/cm2Gで行われ
る。この反応におけるメタン、酸素のガス空間速度は反
応温度および所望する転化率に応じ、30hr-1〜400,000h
r-1までの範囲で決められる。
また、本発明において触媒は、固定床、流動床もしくは
移動床のいずれの態様でも用いることができる。
本発明方法によってメタンをエタン、またはエチレンに
転換することにより、エチレンオキシド、エチルベンゼ
ン、エチルクロリド、エチレンジクロリド、エチレンア
ルコール、ポリエチレン等の製造のための石油化学原料
とすることができ、これらからさらに多くの最終製品を
得ることが可能となる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によりなんら限定されるものではな
い。
実施例1 市販の酸化マグネシウム粉末を500℃で1時間焼成し、
その後1000℃で2時間ヘリウムパージしながらアニーリ
ングし、比表面積を17m2/g(BET法)とした。本触媒
(粉末)2gを石英ガラス製の反応管に入れ、電気炉で75
0℃に加熱しながら、メタン1.5ml/min、空気37.5ml/min
の混合ガスをヘリウム50ml/minで希釈したガスを導入し
反応させた。得られた生成物はガスクロマトグラフィー
で分析した。その結果を表1に示す。
比較例1 実施例1において、アニーリング温度を800℃、比表面
積を70m2/gとした触媒を用い、他は同様に行った。その
結果を表1に示す。
実施例2 市販の酸化マグネシウム粉末に、硫酸ナトリウム水溶液
を0.2モル%になるように含浸した後、乾燥させ、500℃
で1時間焼成し、その後、1000℃で2時間ヘリウムパー
ジしながらアニーリングし、比表面積を7m2/gとした。
反応条件は実施例1と同様に行った。その結果を表1に
示す。
実施例3 実施例2において、硫酸ナトリウムの担持量を5.0モル
%、アニーリング温度を800℃、比表面積を11m2/gとし
た触媒を用いたほかは実施例2と同様に行った。その結
果を表1に示す。
実施例4 実施例2において、硫酸ナトリウムの担持量を15.0モル
%、アニーリング温度を800℃、比表面積を2m2/gとした
触媒を用いたほかは実施例2と同様に行った。その結果
を表1に示す。
比較例2 実施例2において、アニーリング温度を800℃、比表面
積を212m2/gとしたほかは実施例2と同様に行った。そ
の結果を表1に示す。
実施例5 市販の酸化マグネシウム粉末に、硫酸リチウム水溶液を
1.3モル%になるように含浸した後、乾燥させ、500℃で
1時間焼成し、その後850℃で2時間ヘリウムパージし
ながらアニーリングし、比表面積を2m2/gとした。反応
条件は実施例1と同様に行った。その結果を表1に示
す。
実施例6 市販の酸化マグネシウム粉末に、硫酸ストロンチウム水
溶液を5.0モル%になるように含浸した後、乾燥させ、5
00℃で1時間焼成し、その後850℃で2時間ヘリウムパ
ージしながらアニーリングし、比表面積を14m2/gにし
た。反応条件は実施例1と同様に行った。その結果を表
1に示す。
比較例3 実施例6において、焼成を550℃で1時間、アニーリン
グ温度を750℃としたほかは、同様に行って、比表面積5
9m2/gの触媒を得た。反応条件は実施例1と同様に行っ
た。その結果を表1に示す。
実施例7 市販の酸化マグネシウム粉末に、硫酸バリウム水溶液を
5.0モル%になるように含浸した後乾燥させ、500℃で1
時間焼成し、その後850℃で2時間ヘリウムパージしな
がらアニーリングし、比表面積を6m2/gにした。反応条
件は実施例1と同様に行った。その結果を表1に示す。
実施例8 市販の酸化マグネシウム粉末に、硫酸カリウム水溶液を
2.0モル%になるように含浸した後乾燥させ、500℃で1
時間焼成し、その後1000℃で2時間ヘリウムパージしな
がらアニーリングし、比表面積を10m2/gにした。反応条
件は実施例1において反応温度を800℃としたほかは実
施例1と同様にした。その結果を表1に示す。
比較例4 実施例8において、アニーリング温度を800℃、比表面
積を66m2/gとした触媒を用いたほかは実施例8と同様に
した。結果を表1に示す。
〔発明の効果〕 本発明のメタンから炭素数2以上の炭化水素を製造する
方法は、メタンの転化率、炭素数2の化合物の収率に優
れ、その工業的価値は極めて大である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタンを酸素の存在下で触媒と接触させて
    炭素数2以上の炭化水素を製造するにあたり、アルカリ
    金属およびアルカリ土類金属から選ばれた金属の酸化物
    もしくは炭酸塩またはこれらの化合物上に他の金属成分
    を1種以上担持させたものからなる触媒で、かつ該触媒
    の比表面積が50m2/g以下のものを使用することを特徴と
    する炭化水素の製造方法。
  2. 【請求項2】アルカリ金属がリチウム、ナトリウム、カ
    リウム、ルビジウムまたはセシウムである特許請求の範
    囲第1項記載の炭化水素の製造方法。
  3. 【請求項3】アルカリ土類金属がマグネシウム、カルシ
    ウム、ストロンチウムまたはバリウムである特許請求の
    範囲第1項記載の炭化水素の製造方法。
  4. 【請求項4】他の金属成分がアルカリ金属、アルカリ土
    類金属または周期律表第IB族、第IIB族、第IIIA族、第I
    IIB族、第IVA族、第IVB族、第VA族、第VB族、第VIB族、
    第VIIB族、もしくは第VIII族の金属である特許請求の範
    囲第1項記載の炭化水素の製造方法。
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