JPS586242A - 合成ガスまたはメタノ−ル転化用触媒及びその製法 - Google Patents

合成ガスまたはメタノ−ル転化用触媒及びその製法

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JPS586242A
JPS586242A JP57102329A JP10232982A JPS586242A JP S586242 A JPS586242 A JP S586242A JP 57102329 A JP57102329 A JP 57102329A JP 10232982 A JP10232982 A JP 10232982A JP S586242 A JPS586242 A JP S586242A
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silica
metal
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JP57102329A
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ジヨセフ・ゴ−ドン・ロビンソン
ダビツド・アイアン・バ−ンズ
アンジエラ・マリ−・カ−スウエル
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Coal Industry Patents Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は非晶質シリ′IIに基ず(触媒及び七〇14
mK関する。こO触媒は411C會wtsx、メタノー
ルtたは工lノールを炭化水嵩へ転化するのに有用でT
ohが、これらに職定葛れゐ%Oではない。
石油O世界的纏蔵量が枯渇しつつあるから石油を原料と
す為製品に対する代替製品の製造用思料として頁嶽1)
@用に多大O注意が集中壜れて%/−hh0石炭を高め
た温度でステー^及び酸素el&履して主として水嵩及
び−酸化炭素からな為合成ガスを製造する幾多の方法が
既知で参る。
合成ガスは既知O反応によってメlノール転化で亀る0
石−を原料とする属晶O代替製品の製造NAx料として
使用で勤み高級炭化水素の合成Iス壕九はメタノールを
転化で龜ることが望ましi。
この発明の間約は合成ガスまたはメタノールの少くとも
一部を炭化水嵩類の混合物に転化で自為触謀を提供する
にある。
この発明による合成ガスまたはメタノール転化用触媒は
高多孔質非晶質シリカマトリックス真go t O%ま
での表面に化学的に結合した両−金属O単分子層を備え
九高多孔性非晶質シリ★からなp、腋触轟は約17.n
llの最大気孔直径をもつ。
両性金属は一価ま九はs@oj子価をもつからシリ★表
面は電気的中性を鈎食わせるイオン種が存在しないから
電気的に中性では* ’A @好ましくはこの電気的中
1kを鈎合わせ為イオン種はプロトンで参るが、他OI
Iイオン4h*独に或はプロトンと併存を九併存なしK
I!用で龜る。
適尚な他Otaイオンは遷移金属陽イオン、ツンメニド
陽イオン及びアン電工9ムイオンでめる。
好壕しくは両性金属はアルixウムでめる。
しかしm鉛、!グネシクム、シルコニ9ムマタはテタ/
のような金属も使用できる。
便宜にはマトリックスの表面の約30−だけの上に結合
した前記単分子層を備え、好ましくは最大気孔直径は約
O@jnllである。こO触媒は罠に高多孔質非晶質シ
リカ上に沈着したシリカの単分子層を1含む。両性金属
の単分子層を次いでシリカ単分子層上に曽會畜せる。1
0ようにしてシリカマトリックス上に化学的に結合した
ii**金属の単分子層を保持しながら触媒の最大気孔
直径を東えることが可能である。
非晶質シリカは既知でToシ、シリカゲル(H々キセロ
ゲルとして知られている)のようなヒトW1中シル化態
で通常入手で龜る。非晶質シリカではケイ素原子は酸素
原子のマトリックス中で8面体を形成するように配位結
合を形成している。キセルゲル形ではシリカ0表面は大
部分が一ヒドロキシル基な備える。非晶質シリカは種々
の粒子寸法及び気孔直径のものが容易に造られ且つ入手
もで龜る。通常シリカダルの11面の大部分は気孔壁に
よ)構成される。シリカゲルは一般にクロマトグラフの
媒体として使用11へ合成fスま良はメタノールを炭化
水素に転化する原著な触媒活性は示1ない。
この発明の触媒ではシリカマトリックス上に単分子層と
して結合した両性金属原子は四面体O配位結合となるよ
うに制御されると考えられる。これら両性金属は一価ま
たは3価で套るからシリ★表面上の電荷を釣合わせるた
めには絨衆面に一価tたは1個の1価陽イオンを結合さ
せておかなければならない。前記陽イオンがプロトンの
時はプロトン0結合にょル触媒表面上に賞酸性部位を住
する。これら0511111性S位が触媒活性に寄与す
ると考えられる。触媒活性はプμトy上に集中してiる
と考えられるから組成物はカルl工9ムイオン中間体を
畿て生成すみ芳香族庫及び枝分れ鎖アルカンを富むと考
えられる。発明者はこのことは触@0作用を支持する根
拠であると考えるが、このような説@に隈定畜れること
を歓しなi。
触#iの気孔直lKはある@置生成物のタイプ及U分布
を決定する。約へjn鳳0最大気孔直後では約014ま
での単核ポリ置換芳香族化合物を収納て龜る。しかし0
.jllllの最大気孔直110場會は気孔内に収納で
する最大の分子はほぼデエレ7 (01@ ) 0寸法
(D40’t’6る。
合成ガスを一挙に炭化水素に転化したーならば、合成ガ
ス中の一酸化炭素を還元すゐことによって合成ガスをそ
O場でフイッシャートログシエgo生成−に転化する危
めに、ζ0発@0触媒は鉄のような遷移金属を會浸し良
触謀と拠會すべ自である。
或は盲九、會1EiIスをメlノールに転化するために
けjlJ触厳触媒鉛及びクームま九は亜鉛及び鋼を會擬
すべ璽である。この発tSO触媒によ〕炭化水素へ転化
するのに適した中間体を造るorc*用で自る他0JI
J触媒はルテニウム0ようなランタニド金属で含浸した
アル建す壇九はシシカ艦体からなる・ とem@は會た上達O触媒を属造す為、2y法をも會む
。従って、ζO発@OmJO爾によるシ:/1IAj丸
はメタノール転化触媒O^法は高多孔質非晶質シν★を
両性金属O加*分解性化合物〇−筐で感層し、前記シマ
力から溶媒を除去してシリカマドマツIJLO@@11
ROtll−”llでohm上に前記化合物O単分子層
を秦青畜せ。
VV力osuiiを前記化合物と反応1せてシリカマト
νツpxoysmova−まで0III爾上に化I#−
に鯖食し丸角妹金属O単分子層を有し、最大気孔直径が
lll1.l11Il″e6!J![を造ることから取
る。
シシ力!トリックスと反応し壜かり九加水分解性化合物
の部分は次iで水と反応1せて加水分解する。
触媒は次匹で加熱して貴爾層を脱水して両性金属とシS
#カマ)97タスとの反応を完結てせて触媒l1lIi
Ii上に隘イオン部位を側斜する。
前記両性金属O化合物は上述した金属O任意oi@oア
ルコキシドを九はハフイドで、塩化物またFiJIJ級
1トキシドでh為Oが好オしへ涛織は前記化合物を加水
分解し1kv%で溶解で龜る任意の比較的低沸点液体で
ある。適^1m体は低級アルカ/、特にヘキサノである
シリカを加水分解蛛両−金属化合物と反応1せる前にシ
リカ上に物理約に吸着ぢれた水を除去するために加水分
解性化金物〇mmでシリカを処理する前にシ替カを乾燥
するOが好ましへ便宜には、^多孔質シリ★は約JjJ
IlO平均気孔直価をもち、ζO場會、化学的に細会し
丸角蝋金属0*分子層0存嵌によ)気孔直径が千0必要
量だけ滅多する。¥す★がよ)大曹い気孔直径をtつか
或はよ)小響i気孔[価が必1!な鳴音にrjll11
水分解怜化会−での処理はシ!力C貴wi区域に/屑を
九はそれ以上OVシリカ上析崩葛せる工程を會むべ亀で
ある。このととは高多孔性シリカ上に四塩化ケイ素のよ
うな加水分解歓ケイ票化合物を析出てせ、それを加水分
解して所l1lO気孔直価を生ltさせることによp行
われゐ。
vy−)txをメ!ノーkに転化するためO搗會触Sは
上述のようにして造った触媒と適mな第J融謀、例えば
上述0/イグの触媒の任意07種とを拠金することによ
って造ることがで童る。
ζO発明による触媒は合成ガス1次はメ!ノール七収分
れ鎖員化水素と芳香族縦孔水素との混合物に転化するの
K特に使用されるが、これKWk定冨れるものではなく
、またよp高級アル薯−ル例えに二Iノール或はそれら
の混合物を炭化水素に転化するのにも使用で寝る。触媒
は7gxまたは液体O転化用の既知の接触反応!!!甲
でIl!用で龜、触Sはm電床、移動床家たは流動床と
してIF寵″e龜ゐ。
以下に示例O九めOllを参照してζ0*mを@―す為
触媒0111111 Ml気孔直11JIIII、気孔5uii積t II 
Od /ll。
気孔体積a、 # d /li及び粒子寸鉄/Jltj
@ンO高多孔−非晶質シVカダに軟(ビーズ)10#I
を乾燥1履気中で一時間/Ze℃で菖鵬してビーズ上に
物理#に徴着畜れ友水分を除iた。乾燥し丸ビーズを僅
かな減圧下にお一丸乾燥へ中tノ中ア/&10リムグト
命シト〇−IIK(へ参令ル)#01dを冷却し、ビー
ズに添加し、得られ九搗食物を静かに−とうしえ、Il
とうと減圧とをかけて気孔中oi!気を食部論龜。
1lIIiIiが完全に気孔中に浸透で龜るよ5にし友
線繊を等除籠、鞠1時間蒸発することによってビーズか
be厳を除電、溶媒を属嚢したビーズを麿aに約16時
間放置し丸、ζ0期関にシ苧★真阿上Qic)’IIl
中シル基はアル(a=ワム化會合物反応してア、4−電
ニッ^にド命シト基0斎干を加水分解してシV★lI1
wI上にアルコキシル化アル電19ムOJ1分子層を形
成すると考えられる0反応中JIJ級プ!ノールが発生
する。S液中Oアル電二りムjIJ級ブトキシドの量は
シν*0*WilllOzo−だけがアルコ命シル化ア
ル(JL9ムで被lN11れるように遥定番れる。ビー
ズな次−で僅かt鎮圧下O遥me水に添加して水を気孔
中に光量に扱透1せゐ。この拠合物を富Il″e放置し
て秦存するットキシド基な加水分解してにド闘中シル基
に変える。加水分解中に皇威しえJI11級プIノール
がな(なhtでビーズ會椀渉し、110℃でlEl熱す
ることによ)乾像する。ζうして生成し大触媒はへjル
O最大気孔直畷をつ。
ζ0IIlkIIIIlをJりの部分に分割し、そ01
つはIに錫層はしなかつ九ego−り0部分はそれぞれ
参oz”c)とzoo’r3とに加熱し次。
上述と岡111(1’ 9★ゲルかbMaタイプO触厳
触媒つ丸、しかし、繭工楊としてキーkmゲルOビーズ
10#lを/e1m即O圧力下で参時間、110℃でt
罐して吸着畜れ九真両の水分を除vhた。次−でに−ズ
を乾燥量lIA雰囲気下で放冷し、ビーズが重Ilに冷
却1れ九時にこれに過剰〇四塩化ケイ素を添加し、圧力
を下げてビーズの気孔を完全にm[化ケイ素で満し次、
四塩化ケイ素で飽和したビーズをJ参時間重温で放置し
た。この期間にキセル/に上O宍聞ヒト麿キシル基はケ
イ素−塩素緒倉の少くとも若干と反応してそれを加水分
解し、キ七−ダル表面上にケイ素原子の単分子層を締金
1せみ。
過剰の四塩化ケイ素はビーズを50°に菖熱し減圧をか
けることによりてII発#Ii*シ1次−でビーズ含有
79スコに蒸冑水を添加し、減圧をかけて水を完全にキ
セ四ゲル0気孔に完全に擬逓畜せる。水は鵬存ケイ素−
塩嵩緒食を加水分解させ、命セ■ゲルO11面上に水利
ケイ素緒會の単分子層をmLIIt@せる。
こうして生成し九水利キセ冑ダルを減圧下でlIwl関
lJOυ”e、 Ire一時間Jze”oで)I熱する
。これはycO気孔[11x)小振い気孔廉価をもりI
I&ll−!れたキ竜−ゲルを生ずる。
A11−IIれ九シリカゲルを次いでアル0Iムプド命
シトO?a箪で上述Oように反応し、最大気孔直径が0
. j ullO触媒が得られた点で14なる。
この触媒も3つの部分に分け、上述のよりに熱錫層した
触#KO各サンプルを次−で図に示す装置中でメIノー
ルを員化水素に転化するのに使用し九メIノールは反応
it!/中で合成ガスから造られ、電気的に加熱囁れた
容器夢中で非多孔質ガラスピーズJの層を含有する加熱
iiλに供給てれる。jシスビーズJはJり0℃に維持
てれる。
墓熱唱れ九蒸気は加熱量コから触mAを當む反E容1)
jKjiltL、[1AHJ?jtll’CmN1れ、
真気はLII#vlで反応容器Iを通る0反応生成物を
トフッグク及びlで補集し、分祈した。
トラツyttttt体童素中で冷却することによって声
ヌ生成物を補集する。
分析IIII呆はすべての場合に約!O囁のメタノール
が真北水素に転化畜れたことを示した。これらは主とし
て枝分れ鎖アル11’/及び置換ベンゼンである。
LlllマaJ、触媒装置*te℃で参る以外は上記と
同じ操作を行った。ζO楊金はメIノールO転化率fi
t1%″eToつり。生成物の約J4FIIは芳香族で
あった。
最大気孔直価へznxao触謀に対すJa!J!、成−
分布は非常に似てiて、熱感11に大中に依存するよう
とは思え1kvs、 L、かし、炭素原子lダ個(−2
)分子Oとζろで鋭利な領分の低下がるっも同様にa、
tnmo触媒はJりO鳴音にすべて類似の生成−〇1E
IIを生じ九が、領分の低下のIILは0重・の分子で
ある。
予備実験で上述Oようにして造った触媒を市販の慣用0
フイツシヤート璽プシエ触謀と**に混食した。触媒0
4)I&会物を*t#t)tc加熱し、約0. J Q
 LHaV1金成ガスを通し九。芳香族を會む着量O嶽
化水素が得られた。フィッシャート闘プシエ反応によっ
て會JIEiIスかも着千〇パラフィンー炭化水素が生
成したと思われる。
しかし、フイツシャートロプシ凰反応によりて斜進1れ
るオキシ市−ボシ化合物はこe1m@0触謀によって員
化水IIiに転化畜れゐことは―bかである。その上、
バラフイyvl炭化水素O奢干はζO発−の触Sによっ
て単化されたと思われる。
ζうして、ζ0!i@はメタノール及びlll0低級ア
ルカノールを膨化水素に転化するのに単独で使用できる
fIIr蜆触媒を提供するもO″eある。
七の上、ζOR@の触媒に@0触厳と併用することによ
って合成ガスを炭化水嵩に転化で亀る。
【図面の簡単な説明】
図は合成ガス転化値置〇一部O概略図である。 図中:l・・反応器 1・・加熱1[J・・(非多孔質
ガクス質)ビーズ 参・・容@!・・反応器Ii 4・
・触媒 デ、l・・ト2ッグ。 第1頁の続き 0発 明 者 アンシェラ・マリ−・カースウェル 英国グロスターシャー・ロング ホープ・ザ・ウィロウズ21

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l 高多孔質非晶質シリカマトリックスの表面積(Dt
    O*1での上に化学的rc!iIF合し丸角性金属の単
    分子層を備え、約/、jullの重大気孔1%を有する
    ことを%黴とする、高多孔性非晶質シリカを含む合成ガ
    スまたはメタノール転化用触媒。 1 金属が亜鉛、Tグネ7ウム、シルコニ9ム及びチタ
    ンからなる群から選ばれる脣軒−求OS囲第1項記載の
    触媒。 1 金属がアルi=り^でめる特許請求の範囲第1項記
    載の触媒。 喫 単分子層がシリカマトリックスo’a面0200ま
    でを被覆する特許請求の範囲li/穏ないし纂J項の−
    ずれかに記載の触媒。 真 触#10電気的中性がマ) IJツクス真面上のプ
    ロトンの存在によって維持番れる特許請求の範囲第/項
    ないしJIIII項のいずれかに記載の触媒。 4 触媒がシリカマトリツ!ス上に結合したにドロキシ
    ル化ケイ嵩原子04に分子層を含み、両性金属はシリコ
    ン原子の単分子層上に結合してなる特許請求O範at第
    1項な−し菖I項のいずれかに記載の触媒。 ′1 最大気孔直径が0.jnlkである特許請求の範
    囲の總4項記載の触媒。 t 合成ガス転化用O薦−触媒がiI蜜に混合漬れ九特
    許請求の範囲第1項ないし縞り項のいずれかに記載の触
    媒。 ! 高多孔質非晶質シリカを両性金属011J水分解性
    化合物のS液でII&垣し、錫層し九シリカから液媒を
    除去してシリカマトリックスO11面積のpostでの
    上にlII記化合物O単分子層を残留させ、シリカ表面
    と前記化合物とを反応させてシリカマトリックスO貴爾
    01011Iまでの表面に化学的に細脅しえ両性金属O
    単分子層を%’b、鞠八j鳳への最大気孔電価をもり触
    媒と准すことを特徴とする。合成ガスを九はメメノール
    転化用触#lの偶法。 t6  @厳を1熱して素画層を脱水する特許請求01
    1mg?員記IEOJl法。 11  化會物が両脩金属Oアルコ命シドオ九はハライ
    ドでh為特許請求の範囲第9項オ九は第1#項記載O属
    法。 11  シリカマトリックスがシリカを加水分解性岡−
    金属化食物III&場する藺にシリカff)9yタスO
    貴向上ににドロキシル化タイ嵩鳳子0*分子層が化学的
    に請合したもo′chる特許請求01111嬉を婁攻i
    し菖//項の−ずれかに起@O斜法。 /J  @@が脅威オスをオキシカーボン生成物に転化
    で自為JIIJ触織と緊冑に混會畜れ養豐許−求omI
    I纂filないし菖11項のいずれかに記載Ojl法。 l偏 為多孔質非晶質シリカマトリックスomilN積
    ate−壜τO上に化学的に細倉し丸角蛛金属の単分子
    層を備え1#/、1m1IO最大気孔直価を有すA触媒
    上に低級アjktIノールをsts℃〜参j0℃Oa1
    m!で約/壜でQ LHJI?l’通すことから凍る、
    低級アルカノールを炭化水嵩へ転化する方法。 /真 金属が′Ii鉛、マダ専シ9桑、ジルツエ9^及
    びテメンかblk4詳か6遍ばれ1特許鐘求01i4W
    AIIi /参JJ紀載O転化方法。 74  金属が7)btiエクムで6為譬許請求p@國
    #I/ll[ia載の転化方法。 12  単分子層がシリカマトリックスO貴iIi。 jo−までを被覆する特許請求O範@li/1項なiし
    嬉/6項の−ずれかに記載O転化方法・ /1  触媒の電気的中性が!トリツlス真爾上のプロ
    トンの存在によって維持畜れる畳許績求O範8蘂I亭項
    ないし嬉Iツ項〇−ずれかに記載の転化方法。 l! 触媒がシリカ!ト讐ツ!ス上に請合し九ヒトρ命
    シ^化ケイ素原子の*分子層を會み。 両−金属はy 9 :Iン原子の単分子層上に結食して
    電、641許請求0*WjNIk /事項ないし纂/I
    項の−ずれかに記載の転化方法。 Ja  Ik大気孔直Sが0* j n鳳でめる%軒−
    求の範l!l第11174記@O転化方法。 at  71ji、lk孔質非晶質シリカ!トリックス
    の表面積0Va−までの上に化学的t’cfi會した両
    性金属の単分子層を備え、約へjnllの最大気孔電価
    を有することを特徴とする高多孔性非晶質シリカを當む
    合成ガスtfcはメタノール転化用触媒と會戚jス転化
    用O触織とを緊lIに搗倉してなる触媒上に合成ガスを
    Jyz’o〜*ze’00a度で#ltでのLH8Vで
    通すことからなる合成ガスを炭化水嵩へ転化する方法。 Jl  両性金属が亜鉛、Yグネシクム、シルコニ9ム
    及びデIンかbなhi#から選ばれる%許tII車の範
    踊JIJ/項記載O転化方法。 Jl  両性金属がアル電エク轟でTohIII許鱈求
    O範II悪J/項記執の転化i法。 Jll  単分子層がシリカマトリックスのlII函0
    j0−までを被覆す為特許■IXO範圃JIIJ/磯な
    いし@2J@Ovhずれかに記載0輌化方法。 Jよ 触1sの電気的q性が!トリックス表両上0プロ
    トン0**によって鎗持1れる畳許霧車O範■嬉J/項
    な−シJIIJ4I項Oいずれかに記@O転化方法。 ム 触媒がシリカマ)9ツIス上に鯖会し九にトーキシ
    ル化ケイ素鳳子0JIL分子層を會み、両性金属はシシ
    コン原子64L奢子層上に艙会してなる特許請求の範−
    菖J/項1に一シ菖JjaOいずれかに記載O転化方法
    。 Jり  最大気孔電価が0.1uでi為轡許鰭求0範1
    1JIJ4![記載O転化方法。
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