JP7316801B2 - Method for producing 1,3-butadiene - Google Patents
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Description
本発明は、自動車産業分野、電子材料分野を含む多くの産業分野において重要な合成ゴムの原料である1,3-ブタジエンを、エタノールとクロトンアルデヒドとを原料として製造する新規な1,3-ブタジエンの製造方法に関する。
The present invention is a
従来、1,3-ブタジエンは主に石油からエチレンを合成(=ナフサクラッキング)する際に副生するC4留分を精製することにより製造されてきた。しかし、近年、石油から得られる化学工業原料に代えて、バイオマス由来原料から誘導された化学工業原料が注目されており、例えば、サトウキビやトウモロコシなどのバイオマス由来のバイオエタノールを1,3-ブタジエンに変換する技術が切望されている。 Conventionally, 1,3-butadiene has been produced mainly by refining the C4 fraction produced as a by-product in synthesizing ethylene from petroleum (= naphtha cracking). However, in recent years, instead of chemical industrial raw materials obtained from petroleum, chemical industrial raw materials derived from biomass-derived raw materials have attracted attention. For example, bioethanol derived from biomass such as sugar cane and corn is converted to 1,3-butadiene. There is a strong need for a technology that converts.
エタノールを原料として1,3-ブタジエンを得る方法としては、MgOを触媒として用いる方法(特許文献1)、Al2O3とZnOの混合物(混合比:60/40)を触媒として用いる方法(非特許文献1)、水熱合成法で得られたマグネシウムシリケート構造を有する触媒を用いる方法(特許文献2)、マグネシウムシリケート構造を有する化合物とスズを含む含酸素無機化合物との組み合わせからなる触媒を用いる方法(特許文献3)等が知られている。 Methods for obtaining 1,3-butadiene using ethanol as a raw material include a method using MgO as a catalyst (Patent Document 1) and a method using a mixture of Al 2 O 3 and ZnO (mixture ratio: 60/40) as a catalyst (non Patent Document 1), a method using a catalyst having a magnesium silicate structure obtained by a hydrothermal synthesis method (Patent Document 2), and using a catalyst comprising a combination of a compound having a magnesium silicate structure and an oxygen-containing inorganic compound containing tin. A method (Patent Document 3) and the like are known.
一方、エタノールとクロトンアルデヒドを原料として1,3-ブタジエンを得る方法として、担体であるSiO2にCrとNi又はCoを担持した触媒を用いる方法(特許文献4)等が知られている。しかし、製造技術がナフサクラッキングに比べ繊細で確立されていないこと、触媒が熱により劣化し易くリサイクルが困難であるためコストが嵩むこと、エタノールの変換効率が低く、1,3-ブタジエンの収率が低いこと等から、石油から得られる化学工業原料を使用した製造方法に対抗できる利点を見出すことができず、実用化が進まないのが現状である。 On the other hand, as a method of obtaining 1,3-butadiene from ethanol and crotonaldehyde as raw materials, there is known a method of using a catalyst in which Cr and Ni or Co are supported on SiO 2 as a carrier (Patent Document 4). However, the production technology is more delicate than naphtha cracking and has not been established, the catalyst is easily degraded by heat and recycling is difficult, so the cost increases, the ethanol conversion efficiency is low, and the yield of 1,3-butadiene is low. However, due to the low molecular weight, it is not possible to find an advantage that can compete with the production method using chemical industrial raw materials obtained from petroleum, and the current situation is that the practical application is not progressing.
従って、本発明の目的は、エタノールとクロトンアルデヒドから簡便且つ工業的に有利な方法で1,3-ブタジエンを得ることのできる1,3-ブタジエンの製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing 1,3-butadiene by which 1,3-butadiene can be obtained in a simple and industrially advantageous manner from ethanol and crotonaldehyde.
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、加熱環境下でエタノール及びクロトンアルデヒドを、マグネシウムを含有する特定の触媒に接触させると、良好な選択率で1,3-ブタジエンが得られこと、また、その選択率が長時間比較的安定に維持できることを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。 As a result of intensive studies by the present inventors to solve the above problems, 1,3-butadiene can be obtained with good selectivity when ethanol and crotonaldehyde are brought into contact with a specific catalyst containing magnesium in a heated environment. It was also found that the selectivity can be relatively stably maintained for a long period of time. The present invention has been completed based on these findings.
すなわち、本発明は、エタノール及びクロトンアルデヒドを含む原料を加熱下で触媒に接触させることにより1,3-ブタジエンを得る1,3-ブタジエンの製造方法であって、前記触媒が、(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒、又は(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒である1,3-ブタジエンの製造方法を提供する。 That is, the present invention provides a method for producing 1,3-butadiene to obtain 1,3-butadiene by bringing a raw material containing ethanol and crotonaldehyde into contact with a catalyst under heating, wherein the catalyst has (i) a surface Provided is a method for producing 1,3-butadiene, which is a composite oxide catalyst in which an octahedral magnesium layer is exposed to the surface, or (ii) a supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide.
前記(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒は、(i-1)水熱合成法シリカ-マグネシア若しくはタルク構造を有するSi-Mg複合酸化物をアルカリ処理して得られたもの、又は(i-2)サーペンティンであることが好ましい。 The (i) composite oxide catalyst having an octahedral magnesium layer exposed on the surface is obtained by (i-1) hydrothermally synthesized silica-magnesia or a Si—Mg composite oxide having a talc structure and alkali treatment. or (i-2) serpentine.
前記水熱合成法シリカ-マグネシアは、マグネシウム化合物とケイ素化合物を含む酸性水溶液を尿素とともに加圧下で加熱して調製されたものであることが好ましい。 The hydrothermally synthesized silica-magnesia is preferably prepared by heating an acidic aqueous solution containing a magnesium compound and a silicon compound together with urea under pressure.
前記水熱合成法シリカ-マグネシアは、マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素を含有していてもよい。その場合、前記マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素は、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、銀及びインジウムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。また、前記マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素の総含有量は、例えば、触媒全体の0.1~5重量%である。 The hydrothermally synthesized silica-magnesia may contain a metal or metalloid element other than magnesium and silicon. In that case, the metal or metalloid element other than magnesium and silicon is preferably at least one selected from the group consisting of cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, silver and indium. Also, the total content of metals or metalloid elements other than magnesium and silicon is, for example, 0.1 to 5% by weight of the entire catalyst.
前記タルク構造を有するSi-Mg複合酸化物は、タルク又は天然セピオライトであることが好ましい。 The Si—Mg composite oxide having a talc structure is preferably talc or natural sepiolite.
前記アルカリ処理は水酸化カリウム水溶液による処理であることが好ましい。 The alkali treatment is preferably treatment with an aqueous potassium hydroxide solution.
前記(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒において、マグネシウムとケイ素の元素比(モル比:Mg/Si)は0.7~2.0であることが好ましい。 In the (i) composite oxide catalyst having an octahedral magnesium layer exposed on the surface, the elemental ratio of magnesium to silicon (molar ratio: Mg/Si) is preferably 0.7 to 2.0.
前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒において、該担持触媒が、酸化マグネシウムがモノレイヤーのシリカで覆われている構造を有していることが好ましい。 In the supported catalyst (ii) in which silica is supported on magnesium oxide, the supported catalyst preferably has a structure in which magnesium oxide is covered with a monolayer of silica.
前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒において、シリカの担持方法がCVD法であることが好ましい。 In the (ii) supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide, the method for supporting silica is preferably a CVD method.
前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒は、マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素を含有していてもよい。その場合、前記マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素は、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、銀及びインジウムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。また、前記マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素の総含有量は、例えば、触媒全体の0.1~5重量%である。 The (ii) supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide may contain a metal or metalloid element other than magnesium and silicon. In that case, the metal or metalloid element other than magnesium and silicon is preferably at least one selected from the group consisting of cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, silver and indium. Also, the total content of metals or metalloid elements other than magnesium and silicon is, for example, 0.1 to 5% by weight of the entire catalyst.
本発明に係る1,3-ブタジエンの製造方法によれば、簡便な方法でエタノール及びクロトンアルデヒドから1,3-ブタジエンを選択的に製造することができる。また、本発明において使用する触媒は熱により劣化し難く、且つ繰り返し利用することができる。そのため、本発明に係る1,3-ブタジエンの製造方法は、エタノール及びクロトンアルデヒドから、多くの産業分野において重要な合成ゴムの原料である1,3-ブタジエンを工業的に製造する方法として好適に使用することができる。 According to the method for producing 1,3-butadiene according to the present invention, 1,3-butadiene can be selectively produced from ethanol and crotonaldehyde by a simple method. In addition, the catalyst used in the present invention is resistant to heat deterioration and can be used repeatedly. Therefore, the method for producing 1,3-butadiene according to the present invention is suitable as a method for industrially producing 1,3-butadiene, which is an important raw material for synthetic rubber in many industrial fields, from ethanol and crotonaldehyde. can be used.
本発明に係る1,3-ブタジエンの製造方法は、エタノール及びクロトンアルデヒドを含む原料を加熱下で触媒に接触させることにより1,3-ブタジエンを得る1,3-ブタジエンの製造方法であって、前記触媒が、(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒、又は(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒である。 A method for producing 1,3-butadiene according to the present invention is a method for producing 1,3-butadiene in which 1,3-butadiene is obtained by bringing raw materials containing ethanol and crotonaldehyde into contact with a catalyst under heating, The catalyst is (i) a composite oxide catalyst having an octahedral magnesium layer exposed on the surface, or (ii) a supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide.
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、下記反応工程を経ると考えられる。また、下記の工程のほか、エタノールから直接1,3-ブタジエンが生成する反応経路もあり得る。
CH3CH2OH + CH3CH=CHCHO
→ CH3CHO + CH3CH=CHCH2OH (a)
CH3CH=CHCH2OH → CH2=CHCH=CH2 + H2O (b)
It is believed that the method for producing 1,3-butadiene of the present invention involves the following reaction steps. In addition to the steps described below, there is also a possible reaction route in which 1,3-butadiene is produced directly from ethanol.
CH3CH2OH + CH3CH = CHCHO
→ CH3CHO + CH3CH = CHCH2OH (a)
CH3CH = CHCH2OH- > CH2 =CHCH= CH2 + H2O (b)
[原料]
本発明の原料は少なくともエタノール及びクロトンアルデヒドを含む。原料としてエタノール及びクロトンアルデヒドを使用するということは、エタノール及びクロトンアルデヒドを外部から反応系内に供給することを意味する。
[material]
The raw material of the present invention contains at least ethanol and crotonaldehyde. Using ethanol and crotonaldehyde as raw materials means supplying ethanol and crotonaldehyde from the outside into the reaction system.
原料エタノールとしては、特に限定されることが無く、例えば、サトウキビやトウモロコシなどのバイオマス由来のエタノールや、石油若しくは天然ガス由来のエタノールなどを挙げることができる。本発明においては、特に、バイオマス由来のエタノールを使用することが、温室効果ガス削減に大いに貢献することができる点で好ましい。原料クロトンアルデヒドとしては、特に限定されず、どのような製法で得られるものであってもよい。 Raw material ethanol is not particularly limited, and examples thereof include ethanol derived from biomass such as sugarcane and corn, and ethanol derived from petroleum or natural gas. In the present invention, it is particularly preferable to use biomass-derived ethanol because it can greatly contribute to the reduction of greenhouse gases. The raw material crotonaldehyde is not particularly limited, and may be obtained by any production method.
また、本発明の原料は、エタノール及びクロトンアルデヒドと共にアセトアルデヒドを含有していてもよい。アセトアルデヒドを含有することにより、1,3-ブタジエンの選択率、収率が向上しうる。 Moreover, the raw material of the present invention may contain acetaldehyde together with ethanol and crotonaldehyde. By containing acetaldehyde, the selectivity and yield of 1,3-butadiene can be improved.
本発明の原料(100重量%)におけるエタノール及びクロトンアルデヒドの総含有量は、例えば50重量%以上、好ましくは70~100重量%である。なお、上記「原料」には、不活性ガス(液相反応の場合は、反応に不活性な溶媒)は含まれない。 The total content of ethanol and crotonaldehyde in the raw material (100% by weight) of the present invention is, for example, 50% by weight or more, preferably 70 to 100% by weight. In addition, the above-mentioned "raw material" does not include an inert gas (in the case of a liquid phase reaction, a solvent inert to the reaction).
使用するエタノールとクロトンアルデヒドの割合は、前者/後者(モル比)として、例えば0.5~10、好ましくは1~5、さらに好ましくは1.2~3である。 The ratio of ethanol and crotonaldehyde to be used is, for example, 0.5 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1.2 to 3 as the former/latter (molar ratio).
[触媒]
本発明の製造方法で用いる触媒(以下、「本発明の触媒」と称する場合がある)は、(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒、又は(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒である。
[catalyst]
The catalyst used in the production method of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the catalyst of the present invention”) is (i) a composite oxide catalyst having an exposed octahedral magnesium layer on the surface, or (ii) magnesium oxide It is a supported catalyst in which silica is supported.
<(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒>
前記(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒には、例えば、(i-1)水熱合成法シリカ-マグネシア若しくはタルク構造を有するSi-Mg複合酸化物をアルカリ処理することにより表面に八面体型マグネシウム層(Mg-based octahedral sheet)を露出させた触媒や、(i-2)サーペンティン(蛇紋石)などが含まれる。
<(i) Composite oxide catalyst with octahedral magnesium layer exposed on the surface>
For the (i) composite oxide catalyst having an octahedral magnesium layer exposed on the surface, for example, (i-1) Si—Mg composite oxide having a hydrothermal synthesis silica-magnesia or talc structure is treated with an alkali. Catalysts with an exposed Mg-based octahedral sheet on the surface and (i-2) serpentine are included.
前記水熱合成法シリカ-マグネシアは、例えば、圧力容器中において、均一沈殿剤の存在下で、マグネシウム化合物およびケイ素化合物を含む水溶液(例えば、酸性水溶液)を加熱することにより製造される。 The hydrothermally synthesized silica-magnesia is produced, for example, by heating an aqueous solution (eg, acidic aqueous solution) containing a magnesium compound and a silicon compound in the presence of a homogeneous precipitant in a pressure vessel.
前記マグネシウム化合物としては、例えば、水酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the magnesium compound include magnesium hydroxide, magnesium nitrate, and magnesium oxalate. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記ケイ素化合物としては、例えば、ケイ酸(例えば、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等)、テトラエチルオルソシリケート等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the silicon compound include silicic acid (eg, colloidal silica, fumed silica, etc.), tetraethyl orthosilicate, and the like. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記均一沈殿剤としては、例えば、尿素、ヘキサミン等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。 Examples of the homogeneous precipitant include urea and hexamine. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記均一沈殿剤の使用量としては、マグネシウム化合物1モルに対して、例えば1.2モル以上、好ましくは1.5モル以上である。均一沈殿剤を上記範囲で使用することにより、pHを均一な状態でスイングさせ、結晶核を一様に発生させることができる。 The amount of the uniform precipitant used is, for example, 1.2 mol or more, preferably 1.5 mol or more, per 1 mol of the magnesium compound. By using the uniform precipitant within the above range, the pH can be swung in a uniform state, and crystal nuclei can be uniformly generated.
上記マグネシウム化合物とケイ素化合物の水熱合成は酸性水溶液(例えば、硝酸水溶液、硫酸水溶液等)の存在下で行うことが好ましく、酸性水溶液の使用量としては、マグネシウム化合物とケイ素化合物の総重量の例えば0.5~5重量倍程度、好ましくは0.8~1.5重量倍である。 The hydrothermal synthesis of the magnesium compound and the silicon compound is preferably carried out in the presence of an acidic aqueous solution (e.g., nitric acid aqueous solution, sulfuric acid aqueous solution, etc.), and the amount of the acidic aqueous solution used is, for example, the total weight of the magnesium compound and the silicon compound. It is about 0.5 to 5 times the weight, preferably 0.8 to 1.5 times the weight.
上記マグネシウム化合物とケイ素化合物の水熱合成時の反応温度は、例えば80℃以上(例えば80~150℃)、好ましくは90℃以上(例えば90~130℃)である。反応時の圧力は、例えば0.1MPa以上、好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上である。反応時間は、例えば24時間以上、好ましくは48時間以上である。 The reaction temperature during hydrothermal synthesis of the magnesium compound and silicon compound is, for example, 80° C. or higher (eg, 80 to 150° C.), preferably 90° C. or higher (eg, 90 to 130° C.). The pressure during the reaction is, for example, 0.1 MPa or higher, preferably 0.3 MPa or higher, and more preferably 0.5 MPa or higher. The reaction time is, for example, 24 hours or longer, preferably 48 hours or longer.
水熱合成終了後は、例えば、乾燥、焼成(例えば、120~200℃で0.5~3.0時間程度加熱し、更に450~600℃で1~5時間程度加熱)、粉砕等を施すことにより、前記水熱合成法シリカ-マグネシアを製造することができる。 After hydrothermal synthesis is completed, for example, drying, firing (for example, heating at 120 to 200° C. for about 0.5 to 3.0 hours and further heating at 450 to 600° C. for about 1 to 5 hours), pulverization, etc. are performed. Thus, the hydrothermally synthesized silica-magnesia can be produced.
前記水熱合成法シリカ-マグネシアは、構成する元素として、マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素を含有していてもよい。 The hydrothermally synthesized silica-magnesia may contain metals or metalloid elements other than magnesium and silicon as constituent elements.
前記マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素(以下、「他の元素」と称する場合がある)としては、例えば、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、銀、インジウムなどが挙げられる。これらは1種であってもよいが、2種以上用いてもよい。 Examples of metal or metalloid elements other than magnesium and silicon (hereinafter sometimes referred to as "other elements") include cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, silver, and indium. One of these may be used, or two or more of them may be used.
前記他の元素(例えば、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、銀及びインジウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素)の総含有量は、例えば、触媒全体の重量の0.1~5重量%、好ましくは0.2~2.5重量%、さらに好ましくは0.5~1重量%である。他の元素の総含有量が上記範囲を上回ると、前述の反応工程の特定の段階のみが促進されすぎたり、副反応が促進されたりして、1,3-ブタジエンの選択率が低下する傾向がある。前記他の元素は、水熱合成の際に、マグネシウム化合物及びケイ素化合物に加えて、前記他の元素を含む化合物を添加することにより導入できる。 The total content of the other elements (eg, at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, silver, and indium) is, for example, 0.1 to 0.1 based on the weight of the entire catalyst. 5% by weight, preferably 0.2 to 2.5% by weight, more preferably 0.5 to 1% by weight. If the total content of the other elements exceeds the above range, only a specific stage of the reaction process described above is promoted excessively, or side reactions are promoted, and the selectivity of 1,3-butadiene tends to decrease. There is The other element can be introduced by adding a compound containing the other element in addition to the magnesium compound and the silicon compound during hydrothermal synthesis.
前記タルク構造を有するSi-Mg複合酸化物において、タルク構造とは、八面体のマグネシウム層(ブルーサイト[Mg(OH)2]層)を、正四面体のケイ素層(シリカ(SiO2)層)で挟んだ形状であり、電気的に中性な各層が弱いファンデルワールス力でいくつも積み重なって形成された構造である。このようなタルク構造を有するSi-Mg複合酸化物として、タルク(Talc)[Mg3Si4O10・(OH)2](図1参照)、セピオライト(例えば天然セピオライト)(Sepiolite)[Mg8Si12O30・(OH)4(H2O)4・6H2O](図1参照)などが挙げられる。 In the Si—Mg composite oxide having the talc structure, the talc structure includes an octahedral magnesium layer (brucite [Mg(OH) 2 ] layer) and a tetrahedral silicon layer (silica (SiO 2 ) layer). ), and is a structure in which electrically neutral layers are piled up by weak van der Waals forces. Si—Mg composite oxides having such a talc structure include talc [Mg 3 Si 4 O 10 .(OH) 2 ] (see FIG. 1), sepiolite (for example, natural sepiolite) (Sepiolite) [Mg 8 Si12O30 .(OH) 4 ( H2O ) 4.6H2O ] (see FIG . 1) .
前記(i-1)の触媒は、前記水熱合成法シリカ-マグネシア若しくはタルク構造を有するSi-Mg複合酸化物をアルカリ処理することにより調製されたものであり、表面に八面体型マグネシウム層(Mg-based octahedral sheet)が露出している。 The catalyst (i-1) is prepared by subjecting the hydrothermally synthesized silica-magnesia or Si—Mg composite oxide having a talc structure to alkali treatment, and has an octahedral magnesium layer ( Mg-based octahedral sheet) is exposed.
アルカリ処理に用いるアルカリとしては、アンモニア水、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液などが挙げられる。これらの中でも、水酸化カリウム水溶液が特に好ましい。アルカリ水溶液の濃度としては、特に限定されないが、例えば0.1~30重量%、好ましくは1~20重量%、さらに好ましくは5~10重量%である。アルカリ水溶液の使用量は、水熱合成法シリカ-マグネシア若しくはタルク構造を有するSi-Mg複合酸化物に対して、例えば25~300重量倍、好ましくは50~200重量倍である。アルカリ処理温度は、例えば100~200℃、好ましくは120~180℃である。アルカリ処理時間は、例えば10~100時間、好ましくは15~30時間である。アルカリ処理終了後は、例えば、乾燥、粉砕等を施すことにより、前記アルカリ処理水熱合成法シリカ-マグネシアを製造することができる。 Examples of the alkali used for the alkali treatment include ammonia water, lithium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution and the like. Among these, potassium hydroxide aqueous solution is particularly preferable. The concentration of the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 30% by weight, preferably 1 to 20% by weight, more preferably 5 to 10% by weight. The amount of the alkaline aqueous solution used is, for example, 25 to 300 times by weight, preferably 50 to 200 times by weight, that of hydrothermally synthesized silica-magnesia or Si--Mg composite oxide having a talc structure. The alkali treatment temperature is, for example, 100 to 200°C, preferably 120 to 180°C. The alkali treatment time is, for example, 10 to 100 hours, preferably 15 to 30 hours. After the alkali treatment is completed, the alkali-treated hydrothermally synthesized silica-magnesia can be produced by, for example, drying and pulverizing.
前記(i-1)の触媒において、表面にマグネシウム層が露出していることは、セピオライトのアルカリ処理物については、赤外線吸収スペクトルにより確認できる(図3参照)。すなわち、赤外線吸収スペクトルにおいて、Mg-OHに由来する波長3684cm-1付近のピークの吸光度とSi-OHに由来する波長3716cm-1付近のピークの吸光度との比(前者/後者)が2.7以上(好ましくは2.8以上)であれば、表面にマグネシウム層が露出していると言える。なお、セピオライト(天然セピオライト)における前記比は1.63である。また、水熱合成法シリカ-マグネシアのアルカリ処理物や、セピオライト以外のタルク構造を有するSi-Mg複合酸化物のアルカリ処理物について表面にマグネシウム層が露出していることは、X線回折により確認できる(図5、6参照)。すなわち、アルカリ処理後には、9deg付近の(002)面、28deg付近の(006)面などタルク結晶のc軸に垂直な面のピークがやや減衰し、24deg付近のサーペンティンに由来するピーク、38deg付近のブルーサイト由来のパターンが確認される。
The exposure of the magnesium layer on the surface of the catalyst (i-1) can be confirmed by the infrared absorption spectrum of the alkali-treated sepiolite (see FIG. 3). That is, in the infrared absorption spectrum, the ratio of the absorbance of the peak around the
前記(i-2)の触媒はサーペンティン(蛇紋石)[Mg3(Si2O5)(OH)4]である(図2参照)。サーペンティンは公知の方法で合成することができる。例えば、酸化マグネシウムを水とともに加熱して水酸化マグネシウムとし、この水酸化マグネシウムと酸化ケイ素を水中で混合して均一溶液を作製し、この均一溶液を200℃以上、好ましくは210~300℃(例えば230℃)で所定時間(例えば50~200時間)加熱することにより、サーペンティンを得ることができる。 The catalyst (i-2) is serpentine [Mg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 4 ] (see FIG. 2). Serpentine can be synthesized by a known method. For example, magnesium oxide is heated with water to form magnesium hydroxide, this magnesium hydroxide and silicon oxide are mixed in water to prepare a homogeneous solution, and this homogeneous solution is heated to 200° C. or higher, preferably 210 to 300° C. (for example, 230° C.) for a predetermined time (for example, 50 to 200 hours), serpentine can be obtained.
前記(i)表面に八面体型マグネシウム層が露出した複合酸化物触媒において、マグネシウムとケイ素の元素比(モル比:Mg/Si)は、例えば0.7~2.0、好ましくは0.8~1.8、さらに好ましくは0.9~1.5である。Mg/Si元素比を2.0以下とすることで、触媒の比表面積を大きくでき、エタノールやクロトンアルデヒドの転化率を高くすることができる。また、Mg/Si元素比を0.7以上とすることで、触媒上の酸点の量を少なくし、エタノールからエチレンへの脱水反応(副反応)を抑制できる。 In the (i) composite oxide catalyst having an octahedral magnesium layer exposed on the surface, the elemental ratio of magnesium and silicon (molar ratio: Mg/Si) is, for example, 0.7 to 2.0, preferably 0.8. to 1.8, more preferably 0.9 to 1.5. By setting the Mg/Si element ratio to 2.0 or less, the specific surface area of the catalyst can be increased, and the conversion rate of ethanol and crotonaldehyde can be increased. Further, by setting the Mg/Si element ratio to 0.7 or more, the amount of acid sites on the catalyst can be reduced, and the dehydration reaction (side reaction) from ethanol to ethylene can be suppressed.
<(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒>
前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒において、担体として用いる酸化マグネシウムとしては、特に限定されないが、比表面積の大きいものが好ましい。酸化マグネシウムの比表面積としては、例えば50m2/g以上、好ましくは100m2/g以上、さらに好ましくは200m2/g以上である。
<(ii) Supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide>
In (ii) a supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide, magnesium oxide used as a support is not particularly limited, but one having a large specific surface area is preferable. The specific surface area of magnesium oxide is, for example, 50 m 2 /g or more, preferably 100 m 2 /g or more, more preferably 200 m 2 /g or more.
前記酸化マグネシウムは、例えば、圧力容器中において、均一沈殿剤の存在下で、マグネシウム化合物を含む水溶液(例えば、酸性水溶液)を加熱することにより製造できる(水熱合成)。 The magnesium oxide can be produced, for example, by heating an aqueous solution (eg, acidic aqueous solution) containing a magnesium compound in the presence of a uniform precipitant in a pressure vessel (hydrothermal synthesis).
前記マグネシウム化合物としては、例えば、水酸化マグネシウム、硝酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the magnesium compound include magnesium hydroxide, magnesium nitrate, and magnesium oxalate. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記均一沈殿剤としては、例えば、尿素、ヘキサミン等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。 Examples of the homogeneous precipitant include urea and hexamine. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記均一沈殿剤の使用量としては、マグネシウム化合物1モルに対して、例えば1.2モル以上、好ましくは1.5モル以上である。均一沈殿剤を上記範囲で使用することにより、pHを均一な状態でスイングさせ、結晶核を一様に発生させることができる。 The amount of the uniform precipitant used is, for example, 1.2 mol or more, preferably 1.5 mol or more, per 1 mol of the magnesium compound. By using the uniform precipitant within the above range, the pH can be swung in a uniform state, and crystal nuclei can be uniformly generated.
上記酸化マグネシウムの水熱合成は酸性水溶液(例えば、硝酸水溶液、硫酸水溶液等)の存在下で行うことが好ましく、酸性水溶液の使用量としては、マグネシウム化合物の総重量の例えば0.5~5重量倍程度、好ましくは0.8~1.5重量倍である。 The hydrothermal synthesis of magnesium oxide is preferably carried out in the presence of an acidic aqueous solution (e.g., aqueous nitric acid solution, aqueous sulfuric acid solution, etc.). About twice the weight, preferably 0.8 to 1.5 times the weight.
上記酸化マグネシウムの水熱合成時の反応温度は、例えば80℃以上(例えば80~150℃)、好ましくは90℃以上(例えば90~130℃)である。反応時の圧力は、例えば0.1MPa以上、好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上である。反応時間は、例えば24時間以上、好ましくは48時間以上である。 The reaction temperature during hydrothermal synthesis of magnesium oxide is, for example, 80° C. or higher (eg, 80 to 150° C.), preferably 90° C. or higher (eg, 90 to 130° C.). The pressure during the reaction is, for example, 0.1 MPa or higher, preferably 0.3 MPa or higher, and more preferably 0.5 MPa or higher. The reaction time is, for example, 24 hours or longer, preferably 48 hours or longer.
水熱合成終了後は、例えば、焼成(例えば、120~200℃で0.5~3.0時間程度加熱し、更に450~600℃で1~5時間程度加熱)、粉砕等を施すことにより、酸化マグネシウムを製造することができる。 After hydrothermal synthesis is completed, for example, by firing (for example, heating at 120 to 200° C. for about 0.5 to 3.0 hours and further heating at 450 to 600° C. for about 1 to 5 hours), crushing, etc. , magnesium oxide can be produced.
前記酸化マグネシウムへのシリカ(SiO2)の担持方法としては、例えば、酸化マグネシウムにテトラエチルオルソシリケート等の有機ケイ素化合物を含浸させ、乾燥後、焼成し、粉砕等を施す方法(IMP、imprenation)、酸化マグネシウムとヒュームドシリカとを磨砕混合して得られる粉体を打錠し、粉砕等を施す方法(MM、mechanical mixture)、酸化マグネシウムとヒュームドシリカとを湿式混練した後、焼成し、粉砕等を施す方法(WK、wet kneading)、デシケータ中、酸化マグネシウムとともに蒸気圧を持つ有機ケイ素化合物を所定温度下で静置することで、酸化マグネシウムを蒸気圧分の有機ケイ素化合物蒸気に晒した後、焼成し、粉砕を施す方法(CVD、chemical vapor deposition)などが挙げられる。これらの中でも、特にCVDが好ましい。 Examples of the method for supporting silica (SiO 2 ) on the magnesium oxide include, for example, a method of impregnating magnesium oxide with an organic silicon compound such as tetraethylorthosilicate, drying, calcining, pulverizing, etc. (IMP, imprenation); A method of tableting a powder obtained by grinding and mixing magnesium oxide and fumed silica and subjecting it to pulverization (MM, mechanical mixture), wet kneading magnesium oxide and fumed silica, then firing A method of pulverizing (WK, wet kneading), in which an organosilicon compound having a vapor pressure is allowed to stand together with magnesium oxide in a desiccator at a predetermined temperature, thereby exposing the magnesium oxide to the organosilicon compound vapor corresponding to the vapor pressure. A method (CVD, chemical vapor deposition) of firing and pulverizing afterward may be used. Among these, CVD is particularly preferred.
上記CVDにおいて、酸化マグネシウムを常温(例えば25℃)で有機ケイ素化合物の蒸気に晒した場合、その晒す時間は、好ましくは10分~1200分、さらに好ましくは20分~600分である。なお、CVDの温度が高いほど短いCVD時間で多くのシリカが酸化マグネシウム表面に沈着する。蒸気暴露後は、例えば、焼成(例えば、450~600℃で1~5時間程度加熱)、粉砕等を施すことにより、前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒を製造することができる。 In the above CVD, when the magnesium oxide is exposed to the vapor of the organosilicon compound at room temperature (eg, 25° C.), the exposure time is preferably 10 minutes to 1200 minutes, more preferably 20 minutes to 600 minutes. Note that the higher the CVD temperature, the more silica deposits on the magnesium oxide surface in a shorter CVD time. After exposure to steam, for example, by firing (for example, heating at 450 to 600° C. for about 1 to 5 hours), pulverization, etc., the above-mentioned (ii) supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide can be produced. can.
前記有機ケイ素化合物としては、例えば、テトラメチルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエチルオルソシリケート等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the organosilicon compound include tetramethylsilane, tetramethoxysilane, tetraethylorthosilicate, and the like. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記表面にSiO2を担持した酸化マグネシウムは、構成する元素として、マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素を含有していてもよい。 The magnesium oxide having SiO 2 supported on the surface may contain metals or metalloid elements other than magnesium and silicon as constituent elements.
前記マグネシウム、ケイ素以外の金属又は半金属元素(以下、「他の元素」と称する場合がある)としては、例えば、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、銀、インジウムなどが挙げられる。これらは1種であってもよいが、2種以上用いてもよい。 Examples of metal or metalloid elements other than magnesium and silicon (hereinafter sometimes referred to as "other elements") include cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, silver, and indium. One of these may be used, or two or more of them may be used.
前記他の元素(例えば、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、銀及びインジウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素)の総含有量は、例えば、触媒全体の重量の0.1~5重量%、好ましくは0.2~2.5重量%、さらに好ましくは0.5~1重量%である。他の元素の総含有量が上記範囲を上回ると、前述の反応工程の特定の段階のみが促進されすぎたり、副反応が促進されたりして、1,3-ブタジエンの選択率が低下する傾向がある。 The total content of the other elements (eg, at least one element selected from the group consisting of cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, silver, and indium) is, for example, 0.1 to 0.1 based on the weight of the entire catalyst. 5% by weight, preferably 0.2 to 2.5% by weight, more preferably 0.5 to 1% by weight. If the total content of the other elements exceeds the above range, only a specific stage of the reaction process described above is promoted excessively, or side reactions are promoted, and the selectivity of 1,3-butadiene tends to decrease. There is
前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒において、該担持触媒が、酸化マグネシウムがモノレイヤー(単層)のシリカで覆われている構造を有しているのが好ましい。シリカ層が酸化マグネシウムを覆っていることは、赤外線吸収スペクトルにおいて、865cm-1の位置に、酸化マグネシウム表面に吸着したCO3
2-に由来するバンドが見られないことや、1029cm-1の位置にSi-O-Si面内振動に由来するバンドが見られることで確認できる。シリカ層がモノレイヤーであることは、赤外線吸収スペクトルにおいて、1100cm-1、805cm-1の位置にアモルファスシリカの3次元構造に由来するバンドが見られないことや、X線回折パターンにおいて、15~30degの位置にアモルファスシリカに由来するハローピークが見られないことで確認できる。
In the (ii) supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide, the supported catalyst preferably has a structure in which magnesium oxide is covered with a monolayer (single layer) of silica. The reason why the silica layer covers the magnesium oxide is that a band derived from CO 3 2- adsorbed on the magnesium oxide surface is not observed at 865 cm −1 in the infrared absorption spectrum, and at 1029 cm −1 . It can be confirmed by the presence of a band derived from Si—O—Si in-plane vibration at the position. The fact that the silica layer is a monolayer means that in the infrared absorption spectrum, bands derived from the three-dimensional structure of amorphous silica are not seen at positions of 1100 cm -1 and 805 cm -1 , and in the X-ray diffraction pattern, It can be confirmed by not seeing a halo peak derived from amorphous silica at the position of 30 deg.
前記(ii)酸化マグネシウムにシリカが担持された担持触媒において、ケイ素とマグネシウムの元素比(モル比:Si/Mg)は、酸化マグネシウムの比表面積によっても異なるが、例えば0.01~0.5、好ましくは0.03~0.3、さらに好ましくは0.05~0.25である。Si/Mg元素比を0.5以下とすることで、触媒の塩基点への過剰なSiの吸着を抑制でき、エタノールからエチレンへの脱水反応(副反応)を抑制できる。また、Si/Mg元素比を0.01以上とすることで、エタノールやクロトンアルデヒドの転化率を高くすることができる。 In the (ii) supported catalyst in which silica is supported on magnesium oxide, the elemental ratio of silicon and magnesium (molar ratio: Si/Mg) varies depending on the specific surface area of magnesium oxide, but is for example 0.01 to 0.5. , preferably 0.03 to 0.3, more preferably 0.05 to 0.25. By setting the Si/Mg element ratio to 0.5 or less, excessive adsorption of Si to the basic sites of the catalyst can be suppressed, and dehydration reaction (side reaction) from ethanol to ethylene can be suppressed. Further, by setting the Si/Mg element ratio to 0.01 or more, the conversion rate of ethanol and crotonaldehyde can be increased.
本発明の触媒は、通常、粉粒体(成形品を含む)の形態で用いられる。本発明の触媒の粒径としては、特に限定されないが、平均粒径として、例えば、0.05~10mm、好ましくは0.5~5mm、さらに好ましくは0.85~2mmである。また、本発明の触媒の粒径は、好ましくは、20メッシュ(目開き:0.85mm)以上、10メッシュ(目開き:2.0mm)以下(すなわち、10メッシュの篩を通過し、20メッシュの篩上に残る粒子の大きさ)である。 The catalyst of the present invention is usually used in the form of granules (including molded articles). The particle size of the catalyst of the present invention is not particularly limited, but the average particle size is, for example, 0.05 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm, more preferably 0.85 to 2 mm. In addition, the particle size of the catalyst of the present invention is preferably 20 mesh (opening: 0.85 mm) or more and 10 mesh (opening: 2.0 mm) or less (i.e., passing through a 10 mesh sieve, the size of the particles remaining on the sieve).
[1,3-ブタジエンの製造方法]
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法では、エタノール及びクロトンアルデヒドを含む原料を、上記の触媒に接触させることにより1,3-ブタジエンを得る。
[Method for producing 1,3-butadiene]
In the method for producing 1,3-butadiene of the present invention, 1,3-butadiene is obtained by bringing a raw material containing ethanol and crotonaldehyde into contact with the above catalyst.
本発明の製造方法は、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方法により行うことができる。回分式又は半回分式を採用した場合は、原料の使用率を極めて高くすることができる。また、本発明の製造方法は上記触媒を使用するため、連続式を採用しても、従来に比べて効率よく原料のエタノール及びクロトンアルデヒドを転化することができ、更に未反応原料を反応系に再利用することにより原料のエタノール及びクロトンアルデヒドの使用率を極めて高いレベルに向上させることができる。そのため、簡便且つ効率的に1,3-ブタジエンを分離、回収することができる連続式を採用することが好ましい。 The production method of the present invention can be carried out by a conventional method such as a batch system, a semi-batch system, or a continuous system. When a batch system or a semi-batch system is adopted, the usage rate of raw materials can be made extremely high. In addition, since the production method of the present invention uses the above catalyst, even if a continuous system is adopted, the raw materials ethanol and crotonaldehyde can be converted more efficiently than conventional methods, and unreacted raw materials are added to the reaction system. By recycling, the usage rate of raw materials ethanol and crotonaldehyde can be improved to an extremely high level. Therefore, it is preferable to employ a continuous system capable of separating and recovering 1,3-butadiene simply and efficiently.
原料を上記触媒に接触させる方法としては、例えば、懸濁床方式、流動床方式、固定床方式等を挙げることができる。また、本発明は、気相法、液相法のいずれであってもよい。本発明では、特に、大量合成が可能な点、運転作業負荷が軽い点、及び触媒の回収、再生処理が簡便な点で、上記触媒を反応管に充填して触媒層を形成し、原料をガスとして流通させて気相にて反応させる固定床式気相連続流通反応装置を用いることが好ましい。 Examples of methods for bringing the raw material into contact with the catalyst include a suspended bed method, a fluidized bed method, and a fixed bed method. Further, the present invention may be either a vapor phase method or a liquid phase method. In the present invention, in particular, the above catalyst is packed in a reaction tube to form a catalyst layer, and a raw material is prepared because it is possible to synthesize a large amount, the operation workload is light, and the recovery and regeneration of the catalyst are simple. It is preferable to use a fixed-bed gas-phase continuous flow reactor in which a gas is passed through and reacted in the gas phase.
気相で反応を行う場合、原料ガスは、希釈することなく反応器に供給してもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガスなどの不活性ガスにより適宜希釈して反応器に供給してもよい。 When the reaction is carried out in the gas phase, the raw material gas may be supplied to the reactor without being diluted, or may be appropriately diluted with an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or carbon dioxide before being supplied to the reactor. good.
反応温度としては、例えば300~450℃程度、好ましくは350~430℃である。反応温度を300℃以上とすることで、高い触媒活性が得られ、反応速度を速くでき、製造効率を向上できる。一方、反応温度を450℃以下とすることで、触媒の劣化を抑制できる。 The reaction temperature is, for example, about 300 to 450°C, preferably 350 to 430°C. By setting the reaction temperature to 300° C. or higher, high catalytic activity can be obtained, the reaction rate can be increased, and the production efficiency can be improved. On the other hand, by setting the reaction temperature to 450° C. or less, deterioration of the catalyst can be suppressed.
反応圧力は、常圧から高圧までの広い範囲で適宜設定できる。製造効率や装置構成などの観点から、1MPa以下に設定することが好ましい。 The reaction pressure can be appropriately set within a wide range from normal pressure to high pressure. From the viewpoint of production efficiency, apparatus configuration, etc., it is preferable to set the pressure to 1 MPa or less.
連続式を採用する場合、触媒に対する原料の仕込み速度(W/F[g・min/mL]=(触媒重量)/(原料仕込速度))は、例えば、0.001~0.1g・min/mL、好ましくは0.005~0.05g・min/mL、特に好ましくは0.008~0.04g・min/mLである。 When a continuous system is employed, the feed rate of the raw material to the catalyst (W / F [g min / mL] = (catalyst weight) / (raw material feed rate)) is, for example, 0.001 to 0.1 g min / mL, preferably 0.005 to 0.05 g.min/mL, particularly preferably 0.008 to 0.04 g.min/mL.
反応終了後、反応生成物は、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製することができる。 After completion of the reaction, the reaction product can be separated and purified by separation means such as filtration, concentration, distillation, extraction, etc., or a combination of these separation means.
本発明の触媒は触媒活性成分が反応液中に溶出しにくく、懸濁床方式や流動床方式で触媒と原料を接触させた場合であっても、反応液から濾過、遠心分離等の物理的な分離手法により容易に回収することができる。また、未反応原料は回収し、再利用してもよい。 In the catalyst of the present invention, the catalytically active component is less likely to elute into the reaction solution, and even when the catalyst and the raw material are brought into contact with the suspension bed method or the fluidized bed method, physical separation such as filtration and centrifugation from the reaction solution can be performed. It can be easily recovered by a simple separation technique. In addition, unreacted raw materials may be recovered and reused.
また、本発明の触媒は、反応器内において、例えば350~500℃程度、好ましくは450~500℃の加熱下において空気を流通させ、例えば1~24時間、好ましくは3~6時間の再生処理を行うことで、触媒活性が未使用の触媒に対して90%以上まで回復し、再利用することができる。従って、触媒活性がある程度低下した時点で上記の再生処理を行うことで、1,3-ブタジエンを長期間効率よく製造することができる。 In addition, the catalyst of the present invention is subjected to a regeneration treatment in a reactor, for example, at about 350 to 500° C., preferably at 450 to 500° C., with air circulating under heating for, for example, 1 to 24 hours, preferably 3 to 6 hours. By performing, the catalytic activity can be recovered to 90% or more of the unused catalyst and can be reused. Therefore, 1,3-butadiene can be efficiently produced for a long period of time by carrying out the regeneration treatment when the catalytic activity has decreased to some extent.
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、エタノール及びクロトンアルデヒドを含む原料を上記触媒に接触させるため、エタノール及びクロトンアルデヒドの転化率に優れ、且つ、優れた選択率で1,3-ブタジエンを製造することができる。また、長時間連続して運転しても、触媒が劣化しにくく、1,3-ブタジエンの選択率が低下しにくい。 In the method for producing 1,3-butadiene of the present invention, since a raw material containing ethanol and crotonaldehyde is brought into contact with the catalyst, the conversion rate of ethanol and crotonaldehyde is excellent, and 1,3-butadiene is produced with excellent selectivity. can be manufactured. In addition, even if it is operated continuously for a long time, the catalyst is less likely to deteriorate and the selectivity of 1,3-butadiene is less likely to decrease.
本発明の製造方法は、1,3-ブタジエンを選択的に製造することができ、例えば反応温度400℃、W/F=0.01g・min/mLの条件で反応させた際の反応開始後10分後の1,3-ブタジエンの選択率(全原料基準)は、前記触媒(i)を用いた場合、例えば40%以上、好ましくは60%以上、さらに好ましくは75%以上であり、前記触媒(ii)を用いた場合、例えば8%以上、好ましくは15%以上、さらに好ましくは20%以上、特に好ましくは40%以上である。また、本発明の製造方法はエタノールの転化率に優れ、例えば反応温度400℃、W/F=0.01g・min/mLの条件で反応させた際の反応開始後10分後のエタノールの転化率は、前記触媒(i)を用いた場合、例えば60%以上、好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上、特に好ましくは93%以上であり、前記触媒(ii)を用いた場合、例えば15%以上、好ましくは30%以上、さらに好ましくは60%以上、特に好ましくは80%以上である。
The production method of the present invention can selectively produce 1,3-butadiene. The selectivity of 1,3-butadiene after 10 minutes (based on all raw materials) is, for example, 40% or more, preferably 60% or more, and more preferably 75% or more when the catalyst (i) is used. When catalyst (ii) is used, it is, for example, 8% or more, preferably 15% or more, more preferably 20% or more, and particularly preferably 40% or more. In addition, the production method of the present invention is excellent in the conversion rate of ethanol, for example, when the reaction is performed under the conditions of a reaction temperature of 400 ° C. and W / F = 0.01 g min / mL, conversion of
本発明の1,3-ブタジエンの製造方法は、上記のように1,3-ブタジエンの選択率が高いので、未反応エタノール及びクロトンアルデヒドを反応系に再利用することにより、エタノール及びクロトンアルデヒド使用率を向上することができ、工業的に効率よく1,3-ブタジエンを製造することができる。 Since the method for producing 1,3-butadiene of the present invention has a high selectivity for 1,3-butadiene as described above, by recycling unreacted ethanol and crotonaldehyde in the reaction system, it is possible to use ethanol and crotonaldehyde. The rate can be improved, and 1,3-butadiene can be produced industrially efficiently.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
調製例A1
アルドリッチ社製のセピオライト(Sepiolite;図1参照)を触媒(A1)として用いた。
Preparation A1
Sepiolite from Aldrich (see FIG. 1) was used as catalyst (A1).
調製例A2
内容積100mLの圧力容器に、セピオライト(アルドリッチ社製)1.0g及び5重量%水酸化カリウム水溶液50mLを入れ、密閉した後、70℃で24時間加熱した。圧力容器中に形成したゲルをイオン交換水で洗浄後、濾過により回収し、60℃で2日間、乾燥させて白色固体を得た。この固体を粉砕し、アルカリ処理セピオライト結晶を得た。この粉末を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A2)を得た。
Preparation A2
1.0 g of sepiolite (manufactured by Aldrich) and 50 mL of a 5% by weight potassium hydroxide aqueous solution were placed in a pressure vessel having an internal volume of 100 mL, sealed, and then heated at 70° C. for 24 hours. The gel formed in the pressure vessel was washed with deionized water, collected by filtration, and dried at 60°C for 2 days to obtain a white solid. This solid was pulverized to obtain alkali-treated sepiolite crystals. This powder was tableted and solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (A2).
調製例A3
0.1M硝酸水溶液10mLに硝酸マグネシウム六水和物(関東化学(株)製)5.49gおよび尿素2.00gを加え溶解するまで攪拌した。得られた溶液にテトラエチルオルソシリケート(アルドリッチ製)5mLを加え、溶液が均一になるまで攪拌した。均一化した溶液を100mL圧力容器に移液し、密閉した後に、100℃で48時間加熱した。圧力容器中に形成したゲルを濾過で回収し、60℃で2日間、乾燥させ白色固体を得た。この固体を粉砕し、170℃で1時間、500℃で2時間焼成してマグネシウムシリケート結晶を得た。この粉末を打錠して固めた後に破砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A3)[SiO2-MgO;水熱合成法シリカ-マグネシア;Mg/Si=1]を得た。
Preparation A3
5.49 g of magnesium nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) and 2.00 g of urea were added to 10 mL of a 0.1 M nitric acid aqueous solution and stirred until dissolved. 5 mL of tetraethyl orthosilicate (manufactured by Aldrich) was added to the resulting solution and stirred until the solution became homogeneous. The homogenized solution was transferred to a 100 mL pressure vessel, sealed, and then heated at 100° C. for 48 hours. The gel that formed in the pressure vessel was recovered by filtration and dried at 60°C for 2 days to give a white solid. This solid was pulverized and calcined at 170° C. for 1 hour and at 500° C. for 2 hours to obtain magnesium silicate crystals. This powder was tableted, solidified, crushed, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (A3) [SiO 2 --MgO; hydrothermal synthesis silica-magnesia; Mg/Si=1].
調製例A4
内容積100mLの圧力容器に、調製例A3で得た触媒(A3)[SiO2-MgO;水熱合成法シリカ-マグネシア;Mg/Si=1]0.5g及び5.2M水酸化ナトリウム水溶液50mLを入れ、密閉した後、145℃で24時間撹拌した。圧力容器中に形成したゲルをイオン交換水で洗浄後、濾過により回収し、110℃で一晩、乾燥させて白色固体を得た。この固体を粉砕し、アルカリ処理水熱合成法シリカ-マグネシアを得た。この粉末を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A4)[NaOH処理SiO2-MgO]を得た。
Preparation A4
0.5 g of the catalyst (A3) [SiO 2 —MgO; hydrothermal silica-magnesia; was added, and after sealing, the mixture was stirred at 145° C. for 24 hours. The gel formed in the pressure vessel was washed with deionized water, collected by filtration, and dried at 110° C. overnight to obtain a white solid. This solid was pulverized to obtain alkali-treated hydrothermally synthesized silica-magnesia. This powder was tableted, solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (A4) [NaOH-treated SiO 2 -MgO].
調製例A5
内容積100mLの圧力容器に、調製例A4で得た触媒(A4)[NaOH処理SiO2-MgO]0.5g及び5.2M水酸化ナトリウム水溶液50mLを入れ、密閉した後、145℃で24時間撹拌した。圧力容器中に形成したゲルをイオン交換水で洗浄後、濾過により回収し、110℃で一晩、乾燥させて白色固体を得た。この固体を粉砕し、アルカリ処理水熱合成法シリカ-マグネシアを得た。この粉末を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A5)[2回NaOH処理SiO2-MgO]を得た。
Preparation A5
0.5 g of the catalyst (A4) [NaOH-treated SiO 2 —MgO] obtained in Preparation Example A4 and 50 mL of a 5.2 M sodium hydroxide aqueous solution were placed in a pressure vessel with an internal volume of 100 mL, sealed, and then heated at 145° C. for 24 hours. Stirred. The gel formed in the pressure vessel was washed with deionized water, collected by filtration, and dried at 110° C. overnight to obtain a white solid. This solid was pulverized to obtain alkali-treated hydrothermally synthesized silica-magnesia. This powder was tableted, solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (A5) [SiO 2 -MgO treated twice with NaOH].
調製例A6
内容積100mLの圧力容器に、調製例A3で得た触媒(A3)[SiO2-MgO;水熱合成法シリカ-マグネシア;Mg/Si=1]0.5g及び5.2M水酸化カリウム水溶液50mLを入れ、密閉した後、145℃で24時間撹拌した。圧力容器中に形成したゲルをイオン交換水で洗浄後、濾過により回収し、110℃で一晩、乾燥させて白色固体を得た。この固体を粉砕し、アルカリ処理水熱合成法シリカ-マグネシアを得た。この粉末を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A6’)[KOH処理SiO2-MgO]を得た。
内容積100mLの圧力容器に、蒸気で得た触媒(A6’)[KOH処理SiO2-MgO]0.5g及び5.2M水酸化カリウム水溶液50mLを入れ、密閉した後、145℃で24時間撹拌した。圧力容器中に形成したゲルをイオン交換水で洗浄後、濾過により回収し、110℃で一晩、乾燥させて白色固体を得た。この固体を粉砕し、アルカリ処理水熱合成法シリカ-マグネシアを得た。この粉末を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A6)[2回KOH処理SiO2-MgO]を得た。
Preparation A6
0.5 g of the catalyst (A3) [SiO 2 —MgO; hydrothermal silica-magnesia; was added, and after sealing, the mixture was stirred at 145° C. for 24 hours. The gel formed in the pressure vessel was washed with deionized water, collected by filtration, and dried at 110° C. overnight to obtain a white solid. This solid was pulverized to obtain alkali-treated hydrothermally synthesized silica-magnesia. This powder was tableted, solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (A6') [KOH-treated SiO 2 -MgO].
0.5 g of the catalyst (A6′) [KOH-treated SiO 2 —MgO] obtained by steam and 50 mL of a 5.2 M potassium hydroxide aqueous solution were placed in a pressure vessel with an internal volume of 100 mL, sealed, and then stirred at 145° C. for 24 hours. bottom. The gel formed in the pressure vessel was washed with deionized water, collected by filtration, and dried at 110° C. overnight to obtain a white solid. This solid was pulverized to obtain alkali-treated hydrothermally synthesized silica-magnesia. This powder was tableted, solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (A6) [SiO 2 -MgO treated twice with KOH].
調製例A7
酸化マグネシウム(Merck社製)1.49gに50mLのイオン交換水を添加し、80℃で1時間加熱処理することにより水酸化マグネシウムを得た。得られた水酸化マグネシウムと酸化ケイ素(cabosil社製)1.48gにイオン交換水20mLを加え、溶液が均一になるまで撹拌した。均一化した溶液を100mL圧力容器に移液し、密閉した後に、230℃で120時間加熱した。圧力容器中に形成したゲルを濾過により回収し、110℃で一晩、乾燥させることにより、図2に示されるようなサーペンティン結晶を得た。この粉末を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(A7)[サーペンティン(Serpentin);Mg/Si=1.5]を得た。
Preparation A7
50 mL of ion-exchanged water was added to 1.49 g of magnesium oxide (manufactured by Merck), and the mixture was heat-treated at 80° C. for 1 hour to obtain magnesium hydroxide. 20 mL of ion-exchanged water was added to 1.48 g of the obtained magnesium hydroxide and silicon oxide (manufactured by Cabosil), and the mixture was stirred until the solution became uniform. The homogenized solution was transferred to a 100 mL pressure vessel, sealed, and then heated at 230° C. for 120 hours. The gel that formed in the pressure vessel was collected by filtration and dried at 110° C. overnight to yield serpentine crystals as shown in FIG. This powder was tableted, solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain catalyst (A7) [Serpentin; Mg/Si=1.5].
参考例1-1~1-2、実施例1-1~1-5
表1中に記載の触媒0.05gを、固定床式気相連続流通反応装置(反応器)に接続した6mmφのSUS製反応管に充填し、100mL/minのN2流通下で電気炉により500℃に加熱した。
1時間の前処理を行った後に電気炉温度を400℃に保持し、3.6%エタノール+1.8%クロトンアルデヒド/N2ガスをW/F=0.01g・min・mL-1の速度で反応器に流通させて、反応させた。反応器出口ガスは気液分離した後にクーラーにて冷却し凝縮液を回収した。
反応開始して所定時間経過後の各反応器出口ガス組成をガスクロマトグラフおよびカールフィッシャー水分計にて分析した。
なお、触媒としては、参考例1-1は調製例A1、実施例1-1は調製例A2、参考例1-2は調製例A3、実施例1-2~1-5は調製例A4~A7でそれぞれ得られた触媒を使用した。
表1に、転化率(%)(エタノール転化率、クロトンアルデヒド転化率、原料合計転化率)、全原料基準の収率(%)(ブタジエン収率、ブタジエン+アセトアルデヒド収率)、全原料基準の選択率(%)(ブタジエン選択率、ブタジエン+アセトアルデヒド選択率)、クロトンアルデヒド基準の収率(%)(ブタジエン収率)、クロトンアルデヒド基準の選択率(ブタジエン選択率)を示した。なお、表中、「ブタジエン」は1,3-ブタジエンを示す。
Reference Examples 1-1 to 1-2, Examples 1-1 to 1-5
0.05 g of the catalyst shown in Table 1 was packed in a 6 mmφ SUS reaction tube connected to a fixed bed gas phase continuous flow reactor (reactor), and was heated in an electric furnace under N 2 flow at 100 mL / min. Heated to 500°C.
After pretreatment for 1 hour, the electric furnace temperature was kept at 400 ° C., and 3.6% ethanol + 1.8% crotonaldehyde / N 2 gas was added at a rate of W / F = 0.01 g · min · mL -1 was allowed to flow through the reactor and reacted. After gas-liquid separation was performed on the gas at the outlet of the reactor, the gas was cooled in a cooler and the condensed liquid was recovered.
After a predetermined period of time from the start of the reaction, the gas composition at the outlet of each reactor was analyzed using a gas chromatograph and a Karl Fischer moisture meter.
As the catalyst, Reference Example 1-1 is Preparation Example A1, Example 1-1 is Preparation Example A2, Reference Example 1-2 is Preparation Example A3, and Examples 1-2 to 1-5 are Preparation Examples A4 to The catalysts obtained respectively in A7 were used.
Table 1 shows the conversion rate (%) (ethanol conversion rate, crotonaldehyde conversion rate, total raw material conversion rate), yield (%) based on all raw materials (butadiene yield, butadiene + acetaldehyde yield), and conversion rate based on all raw materials. Selectivity (%) (butadiene selectivity, butadiene + acetaldehyde selectivity), crotonaldehyde-based yield (%) (butadiene yield), and crotonaldehyde-based selectivity (butadiene selectivity) are shown. In the table, "butadiene" indicates 1,3-butadiene.
なお、クロトンアルデヒド基準の収率及び選択率で100%を超える場合があるが、原料エタールから直接生成した1,3-ブタジエンが存在するためと考えられる。 In some cases, the yield and selectivity based on crotonaldehyde exceed 100%. This is considered to be due to the presence of 1,3-butadiene produced directly from the raw material ethal.
表1に示されるように、セピオライト(タルク構造を有するSi-Mg複合酸化物)をアルカリ処理して表面にマグネシウム層を露出させた触媒(実施例1-1)は、アルカリ処理を施していないセピオライト(参考例1-1)と比較して高い収率及び選択率を示した。
また、水熱合成法シリカ-マグネシアをアルカリ処理して表面にマグネシウム層を露出させた触媒(実施例1-2~1-3)は、アルカリ処理を施していない水熱合成法シリカ-マグネシア(参考例1-2)と比較して高い収率及び選択率を示した。
さらに、元々表面にマグネシウム層を有するサーペンティンは、アルカリ処理を施さなくても、高い収率及び選択率を示し、触媒活性(ブタジエン収率、ブタジエン選択率)の低下も抑制される傾向が見られた。
なお、実施例1-1で用いた触媒において、表面にマグネシウム層が露出していることは、赤外線吸収スペクトルを測定し、Mg-OHに由来する波長3684cm-1付近のピークの吸光度とSi-OHに由来する波長3716cm-1付近のピークの吸光度の比を計算して確認した。前記の比(前者/後者)は、参考例1-1では1.63、実施例1-1では3.28であった。実施例1-2~1-5で用いた触媒において、表面にマグネシウム層が露出していることは、X線回折スペクトルを測定し、サーペンティンに由来する24deg付近のピーク又はブルーサイトに由来する38deg付近のピークの存在により確認した。参考例1-2では24deg、38deg付近にピークの存在が確認できないのに対し、実施例1-2、1-3、1-4、1-5では24deg、38deg付近にともにピークの存在が確認できた。
As shown in Table 1, the catalyst (Example 1-1) in which sepiolite (Si—Mg composite oxide having a talc structure) was treated with alkali to expose the magnesium layer on the surface was not subjected to alkali treatment. It showed high yield and selectivity compared to sepiolite (Reference Example 1-1).
In addition, the catalysts (Examples 1-2 and 1-3) in which the hydrothermally synthesized silica-magnesia was treated with alkali to expose the magnesium layer on the surface were the hydrothermally synthesized silica-magnesia ( Higher yield and selectivity than in Reference Example 1-2) were exhibited.
Furthermore, serpentine, which originally has a magnesium layer on its surface, exhibits high yields and selectivities without being subjected to alkali treatment, and there is a tendency that the decrease in catalytic activity (butadiene yield, butadiene selectivity) is suppressed. rice field.
In the catalyst used in Example 1-1, the exposure of the magnesium layer on the surface was confirmed by measuring the infrared absorption spectrum, and measuring the absorbance of the peak near the
調製例B1
MERCK社製の酸化マグネシウムを触媒(B1)として用いた。この酸化マグネシウム(B1)の比表面積は65m2/gである。
Preparation B1
Magnesium oxide from MERCK was used as catalyst (B1). The specific surface area of this magnesium oxide (B1) is 65 m 2 /g.
調製例B2
開放容器中に、触媒(B1)1.0g及びテトラエチルオルソシリケート0.35gを入れ、攪拌しながら80℃で1時間、100℃で一晩加熱、乾燥させた後に、500℃で2時間焼成して白色固体を得た。この固体を粉砕し、打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B2)(IMP、imprenation)を得た。
Preparation B2
1.0 g of catalyst (B1) and 0.35 g of tetraethyl orthosilicate were placed in an open container, heated at 80° C. for 1 hour and at 100° C. overnight with stirring, dried, and then calcined at 500° C. for 2 hours. to give a white solid. This solid was pulverized, solidified by tableting, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (B2) (IMP, imprenation).
調製例B3
粉砕ミルに、触媒(B1)1.0g及びヒュームドシリカ0.10gを入れ、30分間磨砕混合して粉体を得た。この粉体を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B3)(MM、mechanical mixture)を得た。
Preparation B3
1.0 g of the catalyst (B1) and 0.10 g of fumed silica were placed in a pulverizing mill and ground and mixed for 30 minutes to obtain a powder. This powder was tableted and solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (B3) (MM, mechanical mixture).
調製例B4
粉砕ミルに、触媒(B1)1.0g及びヒュームドシリカ0.10gおよび蒸留水1ccを入れ、30分間湿式混錬した後に、500℃で2時間焼成して白色固体を得た。この固体を粉砕し、打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B4)(WK、wet kneading)を得た。
Preparation B4
1.0 g of the catalyst (B1), 0.10 g of fumed silica and 1 cc of distilled water were placed in a pulverizing mill, wet kneaded for 30 minutes, and then calcined at 500° C. for 2 hours to obtain a white solid. This solid was pulverized, solidified by tableting, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (B4) (WK, wet kneading).
調製例B5
試料ホルダー中に触媒(B1)1.0gを入れ、密閉系内を真空排気した後に、テトラエチルオルソシリケート5.00gを系内に導入し、テトラエチルオルソシリケートの蒸気圧下、室温で10分間静置した。排気後、得られた試料ホルダー中の結晶を500℃で2時間焼成して粉体を得た。この粉体を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B5)を得た。
Preparation B5
1.0 g of the catalyst (B1) was placed in the sample holder, and after the closed system was evacuated, 5.00 g of tetraethyl orthosilicate was introduced into the system, and the system was allowed to stand at room temperature for 10 minutes under the vapor pressure of tetraethyl orthosilicate. . After evacuation, the crystals in the obtained sample holder were calcined at 500° C. for 2 hours to obtain powder. This powder was tableted and solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (B5).
調製例B6
静置する時間を30分とした以外は調製例B5と同様にして触媒(B6)(CVD、chemical vapor deposition)を得た。
Preparation B6
A catalyst (B6) (CVD, chemical vapor deposition) was obtained in the same manner as in Preparation Example B5, except that the standing time was changed to 30 minutes.
調製例B7
静置する時間を60分とした以外は調製例B5と同様にして触媒(B7)を得た。
Preparation B7
A catalyst (B7) was obtained in the same manner as in Preparation Example B5, except that the standing time was changed to 60 minutes.
調製例B8
静置する時間を180分とした以外は調製例B5と同様にして触媒(B8)を得た。
Preparation B8
A catalyst (B8) was obtained in the same manner as in Preparation Example B5, except that the standing time was set to 180 minutes.
調製例B9
静置する時間を360分とした以外は調製例B5と同様にして触媒(B9)を得た。
Preparation B9
A catalyst (B9) was obtained in the same manner as in Preparation Example B5, except that the standing time was set to 360 minutes.
調製例B10
静置する時間を720分とした以外は調製例5と同様にして触媒(B10)を得た。
Preparation B10
A catalyst (B10) was obtained in the same manner as in Preparation Example 5, except that the standing time was set to 720 minutes.
調製例B11
イオン交換水40mLに塩化マグネシウム六水和物1.3g、および安息香酸0.08gを加え溶解するまで攪拌した。得られた溶液に2.0MのNaOH13mLを加え、溶液が均一になるまで攪拌した。均一化した溶液を100mL圧力容器に移液し、密閉した後に、175℃で24時間加熱した。圧力容器中に形成したゲルを濾過で回収し、100℃で1晩、乾燥させ白色固体を得た。この固体を粉砕し、500℃で2時間焼成して酸化マグネシウム結晶を得た。この粉末を打錠して固めた後に破砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B11)(BA、benzoic acid)を得た。この酸化マグネシウム(B11)の比表面積は165m2/gである。
Preparation B11
1.3 g of magnesium chloride hexahydrate and 0.08 g of benzoic acid were added to 40 mL of ion-exchanged water and stirred until dissolved. 13 mL of 2.0 M NaOH was added to the resulting solution and stirred until the solution became homogeneous. The homogenized solution was transferred to a 100 mL pressure vessel, sealed, and then heated at 175° C. for 24 hours. The gel that formed in the pressure vessel was collected by filtration and dried at 100° C. overnight to give a white solid. This solid was pulverized and fired at 500° C. for 2 hours to obtain magnesium oxide crystals. This powder was tableted and solidified, crushed, and classified by 10-20 mesh to obtain catalyst (B11) (BA, benzoic acid). The specific surface area of this magnesium oxide (B11) is 165 m 2 /g.
調製例B12
触媒(B1)の代わりに、触媒(B11)を用いた以外は調製例(B6)と同様にして触媒(B12)を得た。
Preparation B12
Catalyst (B12) was obtained in the same manner as in Preparation Example (B6) except that catalyst (B11) was used instead of catalyst (B1).
調製例B13
触媒(B1)の代わりに、触媒(B11)を用いた以外は調製例(B8)と同様にして触媒(B13)を得た。
Preparation B13
Catalyst (B13) was obtained in the same manner as in Preparation Example (B8) except that catalyst (B11) was used instead of catalyst (B1).
調製例B14
50mL丸底フラスコ中に触媒(1)1.0gとイオン交換水10ccを入れ、1時間加熱還流を行った後に、形成したゲルを濾過で回収し、100℃で1晩、乾燥させ白色固体を得た。この固体を粉砕し、500℃で2時間焼成して酸化マグネシウム結晶を得た。この粉末を打錠して固めた後に破砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B14)(HYD、hydrolysis)を得た。この酸化マグネシウム(B14)の比表面積は244m2/gである。
Preparation B14
1.0 g of catalyst (1) and 10 cc of ion-exchanged water are placed in a 50-mL round-bottomed flask and heated under reflux for 1 hour, after which the formed gel is collected by filtration and dried at 100° C. overnight to obtain a white solid. Obtained. This solid was pulverized and fired at 500° C. for 2 hours to obtain magnesium oxide crystals. This powder was tableted, solidified, crushed, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (B14) (HYD, hydrolysis). The specific surface area of this magnesium oxide (B14) is 244 m 2 /g.
調製例B15
触媒(B1)の代わりに、触媒(B14)を用いた以外は調製例(B6)と同様にして触媒(B15)を得た。
Preparation B15
Catalyst (B15) was obtained in the same manner as in Preparation Example (B6) except that catalyst (B14) was used instead of catalyst (B1).
調製例B16
触媒(B1)の代わりに、触媒(B14)を用いた以外は調製例(B8)と同様にして触媒(B16)を得た。
Preparation B16
Catalyst (B16) was obtained in the same manner as in Preparation Example (B8) except that catalyst (B14) was used instead of catalyst (B1).
調製例B17
試料ホルダー中に触媒(B1)1.0gをいれ、電気炉中、5℃・min-1で300℃まで昇温した後、窒素キャリアガス、100mL・min-1中にサチュレーターを用いてテトラエチルオルソシリケートを室温で飽和させたガスを60分間流通させた。その後、窒素ガス、100mL・min-1を10分流通させ、気相に残存するテトラエチルオルソシリケートを排気し、さらに窒素ガス、40mL・min-1中、500℃で2h加熱処理を行い、放冷した。得られた試料ホルダ―中の結晶を500℃で2時間焼成して粉体を得た。この粉体を打錠して固めた後に粉砕し、10-20メッシュで分級して触媒(B17)を得た。
Preparation B17
1.0 g of catalyst (B1) was placed in a sample holder, heated to 300° C. at 5° C./min −1 in an electric furnace, and then placed in nitrogen carrier gas at 100 mL/min −1 using a saturator to tetraethyl ortho. A gas saturated with the silicate at room temperature was passed through for 60 minutes. Thereafter, 100 mL/ min of nitrogen gas is passed through for 10 minutes to exhaust tetraethyl orthosilicate remaining in the gas phase, followed by heat treatment at 500°C for 2 hours in 40 mL/ min of nitrogen gas, followed by cooling. bottom. The obtained crystals in the sample holder were calcined at 500° C. for 2 hours to obtain powder. This powder was tableted and solidified, pulverized, and classified by 10-20 mesh to obtain a catalyst (B17).
調製例B18
テトラエチルオルソシリケートを室温で飽和させたガスを導入する時間を720分とした以外は調製例B17と同様にして触媒(B18)を得た。
Preparation B18
A catalyst (B18) was obtained in the same manner as in Preparation Example B17, except that the gas in which tetraethylorthosilicate was saturated at room temperature was introduced for 720 minutes.
調製例B19
テトラエチルオルソシリケートを室温で飽和させたガスを導入する温度を500℃とした以外は調製例B17と同様にして触媒(B19)を得た。
Preparation B19
A catalyst (B19) was obtained in the same manner as in Preparation Example B17, except that the temperature at which the gas in which tetraethylorthosilicate was saturated at room temperature was introduced was 500°C.
調製例B20
テトラエチルオルソシリケートを導入した室温飽和蒸気ガスを導入する時間を360分とした以外は調製例B19と同様にして触媒(B20)を得た。
Preparation B20
A catalyst (B20) was obtained in the same manner as in Preparation Example B19, except that the room temperature saturated steam gas containing tetraethylorthosilicate was introduced for 360 minutes.
調製例B21
テトラエチルオルソシリケートを導入した室温飽和蒸気ガスを導入する時間を2880分とした以外は調製例B19と同様にして触媒(B21)を得た。
Preparation B21
A catalyst (B21) was obtained in the same manner as in Preparation Example B19, except that the room temperature saturated steam gas containing tetraethyl orthosilicate was introduced for 2880 minutes.
参考例2-1~2-3、実施例2-1~2-13
表2、3、4中に記載の触媒0.05gを、固定床式気相連続流通反応装置(反応器)に接続した6mmφのSUS製反応管に充填し、100mL/minのN2流通下で電気炉により500℃に加熱した。
1時間の前処理を行った後に電気炉温度を400℃に保持し、2.6%エタノール+2.6%クロトンアルデヒド/N2ガスをW/F=0.01g・min・mL-1の速度で反応器に流通させて、反応させた。反応器出口ガスは気液分離した後にクーラーにて冷却し凝縮液を回収した。
反応開始して所定時間(10分)経過後の各反応器出口ガス組成をガスクロマトグラフおよびカールフィッシャー水分計にて分析した。
表2、3、4に、転化率(%)(エタノール転化率、クロトンアルデヒド転化率、原料合計転化率)、全原料基準の収率(%)(ブタジエン収率、ブタジエン+アセトアルデヒド収率)、全原料基準の選択率(%)(ブタジエン選択率、ブタジエン+アセトアルデヒド選択率)、クロトンアルデヒド基準の収率(%)(ブタジエン収率)、クロトンアルデヒド基準の選択率(ブタジエン選択率)を示した。なお、表中、「ブタジエン」は1,3-ブタジエンを示す。
Reference Examples 2-1 to 2-3, Examples 2-1 to 2-13
0.05 g of the catalyst described in Tables 2, 3, and 4 was packed in a 6 mmφ SUS reaction tube connected to a fixed-bed gas-phase continuous flow reactor (reactor), and under N 2 flow at 100 mL / min. was heated to 500° C. in an electric furnace.
After pretreatment for 1 hour, the electric furnace temperature was kept at 400 ° C., and 2.6% ethanol + 2.6% crotonaldehyde / N 2 gas was added at a rate of W / F = 0.01 g · min · mL -1 was allowed to flow through the reactor and reacted. After gas-liquid separation was performed on the gas at the outlet of the reactor, the gas was cooled in a cooler and the condensed liquid was recovered.
After a predetermined time (10 minutes) from the start of the reaction, the composition of the outlet gas from each reactor was analyzed using a gas chromatograph and a Karl Fischer moisture meter.
Tables 2, 3 and 4 show the conversion rate (%) (ethanol conversion rate, crotonaldehyde conversion rate, raw material total conversion rate), yield (%) based on all raw materials (butadiene yield, butadiene + acetaldehyde yield), Selectivity (%) based on all raw materials (butadiene selectivity, butadiene + acetaldehyde selectivity), yield (%) based on crotonaldehyde (butadiene yield), selectivity based on crotonaldehyde (butadiene selectivity) are shown. . In the table, "butadiene" indicates 1,3-butadiene.
参考例2-4、実施例2-14~2-17
表5中に記載の触媒0.05gを、固定床式気相連続流通反応装置(反応器)に接続した6mmφのSUS製反応管に充填し、100mL/minのN2流通下で電気炉により500℃に加熱した。
1時間の前処理を行った後に電気炉温度を400℃に保持し、3.4%エタノール+1.7%クロトンアルデヒド/N2ガスをW/F=0.01g・min・mL-1の速度で反応器に流通させて、反応させた。反応器出口ガスは気液分離した後にクーラーにて冷却し凝縮液を回収した。
反応開始して所定時間(10分)経過後の各反応器出口ガス組成をガスクロマトグラフおよびカールフィッシャー水分計にて分析した。
Reference Example 2-4, Examples 2-14 to 2-17
0.05 g of the catalyst described in Table 5 was packed in a 6 mmφ SUS reaction tube connected to a fixed bed gas phase continuous flow reactor (reactor), and was heated in an electric furnace under N 2 flow at 100 mL / min. Heated to 500°C.
After pretreatment for 1 hour, the electric furnace temperature was kept at 400 ° C., and 3.4% ethanol + 1.7% crotonaldehyde / N 2 gas was added at a rate of W / F = 0.01 g · min · mL -1 was allowed to flow through the reactor and reacted. After gas-liquid separation was performed on the gas at the outlet of the reactor, the gas was cooled in a cooler and the condensed liquid was recovered.
After a predetermined time (10 minutes) from the start of the reaction, the composition of the outlet gas from each reactor was analyzed using a gas chromatograph and a Karl Fischer moisture meter.
なお、クロトンアルデヒド基準の収率及び選択率で100%を超える場合があるが、原料エタールから直接生成した1,3-ブタジエンが存在するためと考えられる。 In some cases, the yield and selectivity based on crotonaldehyde exceed 100%. This is considered to be due to the presence of 1,3-butadiene produced directly from the raw material ethal.
表2に示されるように、酸化マグネシウムにSiO2を担持させた触媒(実施例2-1~2-3、2-6)は、SiO2を担持していない酸化マグネシウム(参考例2-1)と比較して高いブタジエン収率及びブタジエン選択率を示した。
また、表3、5に示されるようにCVD処理を行った触媒(実施例2-4~2-9、2-14~2-17)は、CVD処理を行っていない触媒(参考例2-1、2-4)と比較して高いブタジエン収率及びブタジエン選択率を示した。
さらに、表4に示すように酸化マグネシウムの比表面積が大きい触媒ほど、高いブタジエン収率を示す傾向が見られた。
また、表5に示されるように、高温でCVD処理を行った触媒(実施例2-16、2-17)は、低温でCVD処理を行った触媒(実施例2-14、2-15)よりも少ない処理時間で高いブタジエン収率及びブタジエン選択率を示した。
As shown in Table 2, the catalysts in which SiO 2 was supported on magnesium oxide (Examples 2-1 to 2-3, 2-6) were the same as those in magnesium oxide not supporting SiO 2 (Reference Example 2-1 ) showed high butadiene yield and butadiene selectivity.
In addition, as shown in Tables 3 and 5, the catalysts subjected to CVD treatment (Examples 2-4 to 2-9, 2-14 to 2-17) were not subjected to CVD treatment (Reference Example 2- 1, 2-4) showed high butadiene yield and butadiene selectivity.
Furthermore, as shown in Table 4, a catalyst having a larger specific surface area of magnesium oxide tended to exhibit a higher yield of butadiene.
Further, as shown in Table 5, the catalysts subjected to CVD treatment at high temperatures (Examples 2-16 and 2-17) were the catalysts subjected to CVD treatment at low temperatures (Examples 2-14 and 2-15). It showed high butadiene yield and butadiene selectivity with less treatment time.
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