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JP7546245B2 - Butadiene production method and butadiene production apparatus - Google Patents
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Description

本発明は、ブタジエンの製造方法およびブタジエンの製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing butadiene and an apparatus for producing butadiene.

従来、1,3-ブタジエン(以下、「ブタジエン」とも略す。)は、モノマーとしてブタジエンゴム(BR)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)等の合成ゴムの原料として使用されており、主として、ナフサをエチレンクラッカー(ナフサクラッカー)により熱分解してエチレンやプロピレンを生成させる際の副生成物として得られている。
しかしながら、近年の原料のライトフィード化により、ブタジエンの生成量が減少してきている。
そこで、石化代替原料として、バイオマス(トウモロコシやサトウキビ)を発酵させ、ブタンジオール、ブタノール、ブテンまたはエタノールを経由してブタジエンを製造するプロセスが研究されている。
Conventionally, 1,3-butadiene (hereinafter also abbreviated as "butadiene") has been used as a monomer as a raw material for synthetic rubbers such as butadiene rubber (BR) and styrene-butadiene rubber (SBR), and is mainly obtained as a by-product when naphtha is thermally decomposed by an ethylene cracker (naphtha cracker) to produce ethylene and propylene.
However, in recent years, the amount of butadiene produced has been decreasing due to the shift to light feed materials.
Therefore, as an alternative raw material to petroleum, a process of fermenting biomass (corn or sugarcane) and producing butadiene via butanediol, butanol, butene or ethanol is being researched.

例えば、特許文献1には、「エタノールを含む原料を触媒に接触させることにより、生成物中のブタン類、ブテン類、ブタジエン類からなるC4留分中の1,3-ブタジエンの割合を98mol%以上とすることを特徴とする、1,3-ブタジエンの製造方法。」が記載されており([請求項1])、また、触媒として、周期表第4族および第5族の元素を含有する触媒が記載されている([請求項4])。 For example, Patent Document 1 describes "a method for producing 1,3-butadiene, characterized in that a raw material containing ethanol is brought into contact with a catalyst, thereby making the proportion of 1,3-butadiene in a C4 fraction consisting of butanes, butenes, and butadienes in the product 98 mol % or more" ([Claim 1]), and also describes a catalyst containing elements of Groups 4 and 5 of the Periodic Table as the catalyst ([Claim 4]).

国際公開第2016/125578号International Publication No. 2016/125578

本発明者らは、特許文献1に記載されたブタジエンの製造方法について検討したところ、ブタジエンの収率が劣ることを明らかとした。 The inventors have studied the butadiene production method described in Patent Document 1 and found that the yield of butadiene is poor.

そこで、本発明は、ブタジエンの収率を向上させることができるブタジエンの製造方法およびブタジエンの製造装置を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a butadiene production method and butadiene production apparatus that can improve the yield of butadiene.

本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討した結果、原料であるエタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属を担体に担持してなる固体触媒、ならびに、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属を担体に担持してなる固体触媒に、この順で接触させることにより、ブタジエンの収率が向上することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have found that the yield of butadiene can be improved by contacting a raw material, ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, with a solid catalyst comprising at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12, and 13 supported on a carrier, and a solid catalyst comprising at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 supported on a carrier, in that order, and have thus completed the present invention.
That is, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following configuration.

[1] エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造方法であって、
エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体に担持してなる固体触媒A、ならびに、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体に担持してなる固体触媒Bに、この順で接触させてブタジエンを得る、ブタジエンの製造方法。
[2] エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、上記固体触媒Aに接触させる際の温度が250~400℃であり、かつ、上記固体触媒Bに接触させる際の温度が350~500℃である、[1]に記載のブタジエンの製造方法。
[3] エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、上記固体触媒Bに接触させる際の温度が400℃超500℃以下である、[1]または[2]に記載のブタジエンの製造方法。
[4] 上記金属(A)が、第11族に属する金属であり、
上記金属(B)が、第3族および第4族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属である、[1]~[3]のいずれかに記載のブタジエンの製造方法。
[5] 上記金属(A)が、銀であり、
上記金属(B)が、ハフニウム、ジルコニウおよびスカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種である、[1]~[4]のいずれかに記載のブタジエンの製造方法。
[6] 上記固体触媒Aおよび上記固体触媒Bに含まれる担体が、いずれもシリカである、[1]~[5]のいずれかに記載のブタジエンの製造方法。
[7] 上記金属(A)の含有量が、上記固体触媒Aに含まれる担体の質量に対して0.1~50質量%であり、
上記金属(B)の含有量が、上記固体触媒Bに含まれる担体の質量に対して0.1~50質量%である、[1]~[6]のいずれかに記載のブタジエンの製造方法。
[8] エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造装置であって、
反応器Aと、上記反応器Aに連結された反応器Bとを有し、
上記反応器Aが、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体に担持してなる固体触媒Aを充填した反応器であり、
上記反応器Bが、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体に担持してなる固体触媒Bを充填した反応器であり、
エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、上記反応器Aおよび上記反応器Bの順に通過させる、ブタジエンの製造装置。
[1] A method for producing butadiene by obtaining butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, comprising the steps of:
A method for producing butadiene, comprising contacting ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde with a solid catalyst A comprising at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12, and 13 supported on a carrier, and a solid catalyst B comprising at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 supported on a carrier, in that order, to obtain butadiene.
[2] The method for producing butadiene according to [1], wherein the temperature when ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is brought into contact with the solid catalyst A is 250 to 400°C, and the temperature when it is brought into contact with the solid catalyst B is 350 to 500°C.
[3] The method for producing butadiene according to [1] or [2], wherein the temperature when the ethanol or the mixture of ethanol and acetaldehyde is contacted with the solid catalyst B is higher than 400° C. and not higher than 500° C.
[4] The metal (A) is a metal belonging to Group 11,
The method for producing butadiene according to any one of [1] to [3], wherein the metal (B) is at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Group 3 and Group 4.
[5] The metal (A) is silver,
The method for producing butadiene according to any one of [1] to [4], wherein the metal (B) is at least one selected from the group consisting of hafnium, zirconium, and scandium.
[6] The method for producing butadiene according to any one of [1] to [5], wherein the supports contained in the solid catalyst A and the solid catalyst B are both silica.
[7] The content of the metal (A) is 0.1 to 50 mass% based on the mass of the support contained in the solid catalyst A,
The method for producing butadiene according to any one of [1] to [6], wherein the content of the metal (B) is 0.1 to 50 mass% relative to the mass of the support contained in the solid catalyst B.
[8] An apparatus for producing butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, comprising:
The reactor A includes a reactor B connected to the reactor A,
The reactor A is a reactor packed with a solid catalyst A comprising at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12, and 13 supported on a support,
The reactor B is a reactor packed with a solid catalyst B in which at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 is supported on a support,
An apparatus for producing butadiene, wherein ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is passed through the reactor A and then the reactor B.

本発明によれば、ブタジエンの収率を向上させることができるブタジエンの製造方法およびブタジエンの製造装置を提供することができる。 The present invention provides a butadiene production method and butadiene production apparatus that can improve the butadiene yield.

図1は、本発明のブタジエンの製造装置の実施態様の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the butadiene production apparatus of the present invention.

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本願明細書において、「~」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および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「ブタジエン」とは、「1,3-ブタジエン」のことを示す。
また、本明細書において、各成分は、各成分に該当する物質を1種単独でも用いても、2種以上を併用してもよい。ここで、各成分について2種以上の物質を併用する場合、その成分についての含有量とは、特段の断りが無い限り、併用した物質の合計の含有量を指す。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
In this specification, "butadiene" refers to "1,3-butadiene".
In the present specification, each component may be used alone or in combination of two or more substances corresponding to each component. When two or more substances are used in combination for each component, the content of the component refers to the total content of the substances used in combination, unless otherwise specified.

[ブタジエンの製造方法]
本発明のブタジエンの製造方法(以下、「本発明の製造方法」とも略す。)は、エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物(以下、「原料」とも略す。)からブタジエンを得るブタジエンの製造方法である。
また、本発明の製造方法は、原料を、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体(以下、「担体A」とも略す。)に担持してなる固体触媒A、ならびに、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体(以下、「担体B」とも略す。)に担持してなる固体触媒Bに、この順で接触させてブタジエンを得る方法である。
なお、本発明においては、金属(A)および金属(B)は、それぞれ、担体Aおよび担体B上に、金属として存在していてもよいし、金属酸化物等の化合物として存在していてもよい。
[Production method of butadiene]
The butadiene production method of the present invention (hereinafter also abbreviated as "the production method of the present invention") is a butadiene production method in which butadiene is obtained from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde (hereinafter also abbreviated as "raw material").
The production method of the present invention is a method for obtaining butadiene by contacting a raw material with a solid catalyst A comprising at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12, and 13 supported on a carrier (hereinafter also abbreviated as "carrier A") and a solid catalyst B comprising at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 supported on a carrier (hereinafter also abbreviated as "carrier B") in this order.
In the present invention, the metal (A) and the metal (B) may be present on the carrier A and the carrier B, respectively, as a metal or as a compound such as a metal oxide.

本発明においては、上述した通り、原料を固体触媒Aおよび固体触媒Bにこの順で接触させることにより、ブタジエンの収率が向上する。
これは、詳細には明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
すなわち、後述する比較例1-1~1-4などに示すように、固体触媒Bとして第3~5族に属さない金属を担体に担持させた場合や、後述する比較例1-5に示すように、原料を接触させる固体触媒の順序を逆にした場合には、副反応である脱水反応が起こるため、ブタジエンの収率が低くなると考えられる。
そのため、本発明においては、原料を所定の固体触媒Aおよび固体触媒Bにこの順で接触させることにより、副反応である脱水反応の進行が抑制され、ブタジエンの選択率が向上したため、ブタジエンの収率が向上したと考えられる。
In the present invention, as described above, the yield of butadiene is improved by contacting the raw material with the solid catalyst A and then the solid catalyst B in this order.
Although the details of this are not clear, the present inventors speculate as follows.
That is, as shown in Comparative Examples 1-1 to 1-4 described later, when a metal not belonging to Groups 3 to 5 is supported on a carrier as the solid catalyst B, or when the order of the solid catalysts with which the raw materials are contacted is reversed as shown in Comparative Example 1-5 described later, a dehydration reaction, which is a side reaction, occurs, and it is considered that the yield of butadiene is low.
Therefore, in the present invention, it is considered that by contacting the raw material with the predetermined solid catalyst A and then the solid catalyst B in this order, the progress of the dehydration reaction, which is a side reaction, is suppressed and the selectivity of butadiene is improved, thereby improving the yield of butadiene.

〔固体触媒A〕
本発明の製造方法で用いる固体触媒Aは、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体Aに担持してなる固体触媒である。
[Solid catalyst A]
The solid catalyst A used in the production method of the present invention is a solid catalyst comprising at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12 and 13 supported on a support A.

<担体A>
固体触媒Aに用いる担体Aは、後述する金属(A)を担持できれば特に限定されず、その具体例としては、シリカ、アルミナ、マグネシアなどが挙げられる。
<Carrier A>
The carrier A used in the solid catalyst A is not particularly limited as long as it can support the metal (A) described below, and specific examples thereof include silica, alumina, magnesia, and the like.

本発明においては、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなり、ブタジエンの収率がより向上する理由から、担体Aが、シリカであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that carrier A is silica, because this increases the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity, thereby improving the butadiene yield.

また、本発明においては、ブタジエンの選択率が更に高くなり、ブタジエンの収率が更に向上する理由から、担体Aとして、平均細孔径が3~15nmの範囲にあるシリカを用いることが好ましく、平均細孔径が3nm超10nm以下の範囲にあるシリカを用いることがより好ましい。
ここで、「平均細孔径」とは、窒素の吸着等温線からBJH法あるいはDFT法で求めた細孔径分布曲線のピーク値を示す細孔径をいう。
In the present invention, because the selectivity of butadiene is further increased and the yield of butadiene is further improved, it is preferable to use silica having an average pore diameter in the range of 3 to 15 nm as the carrier A, and it is more preferable to use silica having an average pore diameter in the range of more than 3 nm and not more than 10 nm.
The term "average pore diameter" as used herein refers to the pore diameter showing the peak value of the pore diameter distribution curve obtained from the nitrogen adsorption isotherm by the BJH method or the DFT method.

<金属(A)>
固体触媒Aが有する金属(A)は、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属である。
第11族に属する金属としては、具体的には、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、Au(金)などが挙げられる。
また、第12族に属する金属としては、具体的には、例えば、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)が挙げられる。
また、第13族に属する金属としては、具体的には、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)が挙げられる。
<Metal (A)>
The metal (A) contained in the solid catalyst A is at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12 and 13.
Specific examples of metals belonging to Group 11 include copper (Cu), silver (Ag), and Au (gold).
Specific examples of metals belonging to Group 12 include zinc (Zn), cadmium (Cd), and mercury (Hg).
Specific examples of metals belonging to Group 13 include aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In).

ここで、第11族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第11族から選択される金属の硝酸塩、および、酢酸塩などが挙げられる。具体的には、Ag(NO)、CHCOOAgなどが挙げられる。
また、第12族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第12族から選択される金属の硝酸塩、酢酸塩、およびこれらの水和物などが挙げられる。具体的には、Zn(NO、Zn(NO・6HO、Zn(OCOCHなどが挙げられる。
また、第13族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第13族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸アルミニウム九水和物、硝酸ガリウム水和物、硝酸インジウム三水和物などが挙げられる。
Here, the raw material of the metal belonging to Group 11 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates and acetates of metals selected from Group 11. Specific examples thereof include Ag(NO 3 ), CH 3 COOAg, etc.
The raw material of the metal belonging to Group 12 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, acetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 12. Specific examples include Zn( NO3 ) 2 , Zn( NO3 ) 2.6H2O , and Zn( OCOCH3 ) 2 .
The raw material of the metal belonging to Group 13 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 13. Specific examples thereof include aluminum nitrate nonahydrate, gallium nitrate hydrate, and indium nitrate trihydrate.

本発明においては、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなり、ブタジエンの収率がより向上する理由から、上記金属(A)が、第11族に属する金属であることが好ましく、銀であることがより好ましい。 In the present invention, the metal (A) is preferably a metal belonging to Group 11, and more preferably silver, because this increases the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity, thereby improving the butadiene yield.

また、本発明においては、上記金属(A)の含有量は、上述した担体Aの質量に対して、0.1~50質量%であることが好ましく、0.1~40質量%であることがより好ましく、0.2~30質量%であることが更に好ましい。
ここで、金属(A)、後述する金属(B)の「含有量」は、例えば、ICPまたは蛍光X線等により測定することができる。
In the present invention, the content of the metal (A) is preferably 0.1 to 50 mass%, more preferably 0.1 to 40 mass%, and even more preferably 0.2 to 30 mass%, relative to the mass of the carrier A.
Here, the "content" of the metal (A) and the metal (B) described later can be measured, for example, by ICP or fluorescent X-ray.

〔固体触媒B〕
本発明の製造方法で用いる固体触媒Bは、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体Bに担持してなる固体触媒である。
[Solid catalyst B]
The solid catalyst B used in the production method of the present invention is a solid catalyst comprising at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to groups 3, 4 and 5 supported on a support B.

<担体B>
固体触媒Bに用いる担体Bは、後述する金属(B)を担持できれば特に限定されず、その具体例としては、上述した担体Aと同様のものが挙げられ、その好適態様も同様である。
<Carrier B>
The carrier B used in the solid catalyst B is not particularly limited as long as it can support the metal (B) described later. Specific examples thereof include those similar to the carrier A described above, and preferred embodiments thereof are also similar.

<金属(B)>
本発明の固体触媒が有する金属酸化物(B)は、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である。
第3族に属する金属としては、具体的には、例えば、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)などが挙げられる。
また、第4族に属する金属としては、具体的には、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)などが挙げられる。
また、第5族に属する金属としては、具体的には、例えば、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)などが挙げられる。
<Metal (B)>
The metal oxide (B) contained in the solid catalyst of the present invention is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4 and 5.
Specific examples of metals belonging to Group 3 include scandium (Sc) and yttrium (Y).
Specific examples of metals belonging to Group 4 include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).
Specific examples of metals belonging to Group 5 include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta).

ここで、第3族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第3族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、Sc(NO、硝酸スカンジウム五水和物などが挙げられる。
また、第4族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第4族から選択される金属の硝酸塩、塩酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、ZrO(NO、ZrO(NO・2HO、ZrO(OCOCH、HfClなどが挙げられる。
また、第5族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第5族から選択される金属の硫酸塩、オキシ硫酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、塩酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、VOSO、VOSO・nHO、(CHCOO)Ta、VCl、NbCl、TaClなどが挙げられる。
Here, the raw material of the metal belonging to Group 3 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 3. Specific examples include Sc(NO 3 ) 2 and scandium nitrate pentahydrate.
The raw material of the metal belonging to Group 4 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, hydrochlorides, oxynitrates, acetates, oxyacetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 4. Specific examples include ZrO( NO3 ) 2 , ZrO ( NO3 ) 2.2H2O , ZrO( OCOCH3 ) 2 , and HfCl4 .
The raw material of the metal belonging to Group 5 is not particularly limited, but examples thereof include sulfates, oxysulfates, acetates, oxyacetates, hydrochlorides, and hydrates thereof of metals selected from Group 5. Specific examples include VOSO4 , VOSO4.nH2O , ( CH3COO ) 2Ta , VCl3 , NbCl5 , and TaCl5 .

本発明においては、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなり、ブタジエンの収率がより向上する理由から、上記金属(B)が、第3族および第4族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属であることが好ましく、ハフニウム、ジルコニウおよびスカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウおよび酸化スカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。 In the present invention, because the ethanol conversion rate and butadiene selectivity are higher and the butadiene yield is improved, the metal (B) is preferably at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3 and 4, more preferably at least one metal selected from the group consisting of hafnium, zirconium, and scandium, and even more preferably at least one metal selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide, and scandium oxide.

また、本発明においては、上記金属(B)の含有量は、上述した担体Bの質量に対して、0.1~50質量%であることが好ましく、0.1~40質量%であることがより好ましく、0.2~30質量%であることが更に好ましい。 In addition, in the present invention, the content of the metal (B) is preferably 0.1 to 50 mass%, more preferably 0.1 to 40 mass%, and even more preferably 0.2 to 30 mass%, relative to the mass of the carrier B described above.

〔固体触媒の調製方法〕
上述した固体触媒AおよびBの調製方法は特に限定されず、例えば、含浸法、ゾルゲル法等の公知の方法を採用することができる。これらの中でも、得られる固体触媒の活性および選択性が高く、また、簡便であることから、含浸法が好ましい。
含浸方法としては、例えば、噴霧法、コーティング法、ポアフィリング法、選択吸着法などの公知の手法を採用することができる。具体的には、上述した金属(A)または金属(B)の原料となる金属の硝酸塩、酢酸塩等を水に溶解させ、得られた水溶液を上述した担体に含浸させ、その後、担体を乾燥させる方法が挙げられる。なお、乾燥方法や乾燥時間は特に限定されないが、60~80℃で減圧乾燥することが好ましい。また、乾燥後に、200~600℃の温度で焼成することが好ましい。
また、上述した調製方法以外にも、例えば、上述した金属(A)または金属(B)の原料となる金属の硝酸塩、酢酸塩等を混合した後に、加熱、濃縮、水熱合成などの処理を施し、乾燥・焼成する方法も挙げられる。
また、調製した触媒は、使用前に、必要に応じて、成型、整粒などを施してもよい。
[Method for preparing solid catalyst]
The method for preparing the above-mentioned solid catalysts A and B is not particularly limited, and for example, known methods such as an impregnation method, a sol-gel method, etc. can be adopted. Among these, the impregnation method is preferred because the activity and selectivity of the resulting solid catalyst are high and the method is simple.
As the impregnation method, for example, a known method such as a spraying method, a coating method, a pore filling method, a selective adsorption method, etc. can be adopted. Specifically, a method can be mentioned in which a nitrate, an acetate, etc. of the metal that is the raw material of the above-mentioned metal (A) or metal (B) is dissolved in water, the obtained aqueous solution is impregnated into the above-mentioned carrier, and then the carrier is dried. The drying method and drying time are not particularly limited, but it is preferable to dry under reduced pressure at 60 to 80 ° C. In addition, after drying, it is preferable to calcine at a temperature of 200 to 600 ° C.
In addition to the above-mentioned preparation methods, there may be mentioned a method in which, for example, nitrates, acetates, etc. of metals serving as raw materials for the above-mentioned metal (A) or metal (B) are mixed, followed by treatment such as heating, concentration, hydrothermal synthesis, and drying/calcination.
The prepared catalyst may be subjected to molding, granulation, etc., if necessary, before use.

〔原料〕
本発明の製造方法では、目的生成物であるブタジエンの原料として、エタノール、または、エタノールとアセトアルデヒドとの混合物を使用する。
また、原料は、適宜希釈して、上述した固体触媒AおよびBに接触させてもよい。
また、原料を希釈する媒体(以下、「希釈媒体」ともいう。)としては、具体的には、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。
また、原料は、エタノール、アセトアルデヒド、希釈媒体以外の不純物等を含んでいてもよい。
[Raw materials]
In the production method of the present invention, ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is used as the raw material for the target product, butadiene.
The raw material may be appropriately diluted and then contacted with the above-mentioned solid catalysts A and B.
Specific examples of the medium for diluting the raw material (hereinafter also referred to as the "dilution medium") include inert gases such as nitrogen, argon, and helium.
The raw material may also contain impurities other than ethanol, acetaldehyde, and the dilution medium.

本発明の製造方法においては、原料として、エタノールとアセトアルデヒドとの混合物を使用する場合、エタノールとアセトアルデヒドの質量比(エタノール:アセトアルデヒド)は、特に限定されるものではないが、例えば、19:1~1:9の範囲が好ましく、16:4~2:8の範囲が更に好ましい。 When a mixture of ethanol and acetaldehyde is used as a raw material in the production method of the present invention, the mass ratio of ethanol to acetaldehyde (ethanol:acetaldehyde) is not particularly limited, but is preferably in the range of 19:1 to 1:9, and more preferably in the range of 16:4 to 2:8.

〔反応条件等〕
本発明の製造方法は、公知の反応形式で実施でき、流通式でも、バッチ式でも、その他でもよいが、生産性の観点から、流通式で実施することが好ましい。
また、本発明の製造方法は、気相で行っても、液相で行ってもよいが、高い反応温度を適用でき、原料の転化率が向上する観点から、気相条件下で行うことが好ましい。
また、所望により、反応開始前に、触媒を還元してもよく、例えば、水素気流中、200~500℃で、触媒を還元した後、原料と接触させて、ブタジエンの生成工程を実施してもよい。
[Reaction conditions, etc.]
The production method of the present invention can be carried out by a known reaction system, which may be a flow system, a batch system, or the like, but is preferably carried out in a flow system from the viewpoint of productivity.
The production method of the present invention may be carried out in either a gas phase or a liquid phase, but is preferably carried out under gas phase conditions, from the viewpoints of being able to apply a high reaction temperature and improving the conversion rate of the raw materials.
If desired, the catalyst may be reduced before the start of the reaction. For example, the catalyst may be reduced in a hydrogen stream at 200 to 500° C., and then the butadiene production step may be carried out by contacting the catalyst with the raw material.

原料を固体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が、気相法を用いることが好ましい。 Methods for contacting the raw material with the solid catalyst include, for example, a suspension bed method, a fluidized bed method, a fixed bed method, etc. In addition, the present invention may be either a gas phase method or a liquid phase method, but it is preferable to use a gas phase method.

気相で反応を行う場合、原料ガス(例えば、エタノールガス、好ましくはエタノールガスとアセトアルデヒドガスの混合物)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、水蒸気、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 (e.g., ethanol gas, preferably a mixture of ethanol gas and acetaldehyde gas) may be supplied to the reactor without dilution, or may be appropriately diluted with an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or water vapor before being supplied to the reactor.

反応温度は、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなり、ブタジエンの収率がより向上する理由から、原料を上記固体触媒Aに接触させる際の温度が250~400℃であり、かつ、上記固体触媒Bに接触させる際の温度が350~500℃であることが好ましい。特に、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなり、ブタジエンの収率がより向上する理由から、原料を上記固体触媒Bに接触させる際の温度が400℃超500℃以下であることが好ましい。
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が、製造効率や装置構成などの観点から、1.0MPa以下に設定することが好ましい。
Regarding the reaction temperature, the temperature when the raw material is brought into contact with the solid catalyst A is preferably 250 to 400° C., and the temperature when the raw material is brought into contact with the solid catalyst B is preferably 350 to 500° C., because the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity are higher and the butadiene yield is further improved. In particular, the temperature when the raw material is brought into contact with the solid catalyst B is preferably more than 400° C. and not more than 500° C., because the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity are higher and the butadiene yield is further improved.
The reaction pressure can be appropriately set within a wide range from normal pressure to high pressure, but is preferably set to 1.0 MPa or less from the viewpoints of production efficiency and apparatus configuration.

原料と固体触媒との接触時間は、原料の供給速度を調整することによりコントロールすることができ、単位触媒あたりの重量空間速度(WHSV)は1.0~40g-原料/g-cat・hであることが好ましく、2.0~20g-原料/g-cat・hであることがより好ましい。 The contact time between the raw material and the solid catalyst can be controlled by adjusting the feed rate of the raw material, and the weight hourly space velocity (WHSV) per unit catalyst is preferably 1.0 to 40 g raw material/g-cat·h, and more preferably 2.0 to 20 g raw material/g-cat·h.

反応終了後、反応生成物は、例えば、蒸留、抽出、膜分離等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により、軽質ガス、C4留分、重質分、水、エタノール、アセトアルデヒド等に分離精製することができる。 After the reaction is complete, the reaction products can be separated and purified into light gases, C4 fractions, heavy fractions, water, ethanol, acetaldehyde, etc., using separation methods such as distillation, extraction, membrane separation, or a combination of these.

[ブタジエンの製造装置]
本発明のブタジエンの製造装置(以下、「本発明の製造装置」とも略す。)は、エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造装置であり、反応器Aと、上記反応器Aに連結された反応器Bとを有する。
また、本発明の製造装置においては、上記反応器Aが、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体に担持してなる固体触媒Aを充填した反応器であり、上記反応器Bが、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体に担持してなる固体触媒Bを充填した反応器である。
また、本発明の製造装置は、エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、上記反応器Aおよび上記反応器Bの順に通過させる製造装置である。
なお、反応器Aに充填された固体触媒A、および、反応器Bに充填された固体触媒Bは、それぞれ、本発明の製造方法において説明した固体触媒Aおよび固体触媒Bと同様である。
[Butadiene production equipment]
The butadiene production apparatus of the present invention (hereinafter also referred to as "the production apparatus of the present invention") is an apparatus for producing butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, and has a reactor A and a reactor B connected to the reactor A.
In the production apparatus of the present invention, the reactor A is a reactor packed with a solid catalyst A comprising at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to groups 11, 12 and 13 supported on a carrier, and the reactor B is a reactor packed with a solid catalyst B comprising at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to groups 3, 4 and 5 supported on a carrier.
Moreover, the production apparatus of the present invention is a production apparatus in which ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is passed through the above-mentioned reactor A and then the above-mentioned reactor B.
The solid catalyst A packed in the reactor A and the solid catalyst B packed in the reactor B are the same as the solid catalyst A and the solid catalyst B explained in the production method of the present invention, respectively.

図1は、本発明のブタジエンの製造装置の実施態様の一例を示す模式図である。
図1に示すブタジエンの製造装置10は、反応器A1と、反応器A1に連結された反応器B2を有する。
また、図1に示すブタジエンの製造装置10は、送液ポンプPを有しており、この送液ポンプPを用いて、原料であるエタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、反応器A1および反応器B2の順に通過させることができる。なお、送液ポンプPは、原料を反応器A1および反応器B2の順に通過させることができるものであれば、配置する位置や機能は特に限定されない。
また、図1に示すブタジエンの製造装置10は、反応器A1および反応器B2の反応雰囲気を調整するガスボンベ3を有する。
また、図1に示すブタジエンの製造装置10は、反応器A1および反応器B2のそれぞれに、反応器内の温度を調整するヒーター4を有する。
また、図1に示すブタジエンの製造装置10は、反応器B2の下流側に、生成物を分析するガスクロマトグラフィー分析装置5を有する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of the butadiene production apparatus of the present invention.
The butadiene production apparatus 10 shown in FIG. 1 has a reactor A1 and a reactor B2 connected to the reactor A1.
1 has a liquid feed pump P, and the liquid feed pump P can be used to pass the raw material ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde through the reactor A1 and the reactor B2 in this order. The position and function of the liquid feed pump P are not particularly limited as long as the raw material can be passed through the reactor A1 and the reactor B2 in this order.
The butadiene production apparatus 10 shown in FIG. 1 also has a gas cylinder 3 for adjusting the reaction atmosphere in the reactor A1 and the reactor B2.
Moreover, the butadiene production apparatus 10 shown in FIG. 1 has a heater 4 for adjusting the temperature inside the reactor, in each of the reactor A1 and the reactor B2.
The butadiene production apparatus 10 shown in FIG. 1 further includes a gas chromatography analyzer 5 for analyzing the product downstream of the reactor B2.

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容および処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the examples shown below.

〔実施例1-1〕
AgNO(Ag塩)0.211gを水5mlに溶解させて水溶液A1を調製した。
調製した水溶液A1を、メソポーラスシリカ(富士シリシア株式会社製、商品名:CARiACT G-6、平均細孔径:6nm)に含浸させた後、110℃で4時間乾燥し、更に500℃で4時間焼成することにより、Agがシリカに担持されてなる固体触媒A1を調製した。
また、HfCl(Hf塩)0.204gを水5mlに溶解させて水溶液B1を調製した。
調製した水溶液B1を、メソポーラスシリカ(富士シリシア株式会社製、商品名:CARiACT G-6、平均細孔径:6nm)に含浸させた後、110℃で4時間乾燥し、更に500℃で4時間焼成することにより、Hfがシリカに担持されてなる固体触媒B1を調製した。
下記表1に、担持させる金属の種類および担持量を示す。
Example 1-1
Aqueous solution A1 was prepared by dissolving 0.211 g of AgNO 3 (Ag salt) in 5 ml of water.
The prepared aqueous solution A1 was impregnated into mesoporous silica (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., product name: CARiACT G-6, average pore size: 6 nm), which was then dried at 110°C for 4 hours and further calcined at 500°C for 4 hours, thereby preparing a solid catalyst A1 in which Ag was supported on silica.
Also, 0.204 g of HfCl 4 (Hf salt) was dissolved in 5 ml of water to prepare an aqueous solution B1.
The prepared aqueous solution B1 was impregnated into mesoporous silica (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., product name: CARiACT G-6, average pore size: 6 nm), which was then dried at 110°C for 4 hours and calcined at 500°C for 4 hours to prepare a solid catalyst B1 in which Hf was supported on silica.
Table 1 below shows the types and amounts of metals supported.

調製した固体触媒A1の0.3gを固定床流通式反応器に充填し、反応器Aを作製した。
同様に、固体触媒B1の0.3gを固定床流通式反応器に充填し、反応器Bを作製した。
これらの反応器を連結し、反応器Aよりも上流側から、Nガスを5~15ml/minで流し、更に、エタノール(EtOH)を0.03ml/minの割合で、Nガス流に添加し、反応器Aにおける反応温度350℃、反応器Bにおける反応温度425℃、大気圧下において、重量空間速度(WHSV)5.0g-原料/g-cat・hの条件で流通させた。下記表1に、原料、反応温度および重量空間速度(WHSV)を示す。
反応を2時間行い、得られた生成物をガスクロマトグラフ(島津製作所社製)を用いて分析した。
また、以下の式に従って、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
原料の転化率=(原料投入量-未反応原料の留出量)/(原料投入量)×100(%)
BD選択率=(ブタジエンの生成量)/(原料投入量-未反応原料の留出量)×100(C-mol%)
BD収率=(原料の転化率)×(BD選択率)÷100(C-mol%)
BD生産性=(1時間あたりのブタジエンの生成質量)/(使用した触媒質量)(g-BD/g-cat・h)
A fixed-bed flow reactor was filled with 0.3 g of the prepared solid catalyst A1 to prepare a reactor A.
Similarly, a reactor B was prepared by packing 0.3 g of the solid catalyst B1 into a fixed-bed flow reactor.
These reactors were connected, and N2 gas was flowed at 5 to 15 ml/min from the upstream side of reactor A, and ethanol (EtOH) was added to the N2 gas flow at a rate of 0.03 ml/min. The reaction temperatures in reactor A were 350°C, the reaction temperatures in reactor B were 425°C, and the gas was passed under atmospheric pressure at a weight hourly space velocity (WHSV) of 5.0 g-raw material/g-cat h. Table 1 below shows the raw materials, reaction temperatures, and weight hourly space velocities (WHSV).
The reaction was carried out for 2 hours, and the resulting product was analyzed using a gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation).
The conversion rate of the raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated according to the following formulas. These results are shown in Table 1 below.
Conversion rate of raw material=(amount of raw material input−amount of unreacted raw material distilled)/(amount of raw material input)×100(%)
BD selectivity=(amount of butadiene produced)/(amount of raw material input−amount of unreacted raw material distilled)×100(C-mol%)
BD yield = (conversion rate of raw material) x (BD selectivity) ÷ 100 (C-mol%)
BD productivity=(mass of butadiene produced per hour)/(mass of catalyst used)(g-BD/g-cat·h)

〔実施例1-2〕
反応器Bにおける反応温度を下記表1に示す温度(400℃)に変更した以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
Example 1-2
The raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the reaction temperature in reactor B was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例1-3〕
水溶液B1に代えて、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.147gを水5mlに溶解させた水溶液B3を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、ZrOがシリカに担持されてなる固体触媒B3を調製した。
また、固体触媒B1に代えて、調製した固体触媒B3を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Examples 1 to 3]
A solid catalyst B3 in which ZrO2 was supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that an aqueous solution B3 in which 0.147 g of ZrO( NO3 ) 2.2H2O (Zr salt) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the solid catalyst B3 was used instead of the solid catalyst B1. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例1-4〕
反応器Bにおける反応温度を下記表1に示す温度(400℃)に変更した以外は、実施例1-3と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Examples 1 to 4]
The raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-3, except that the reaction temperature in reactor B was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例1-5〕
水溶液B1に代えて、Sc(NO(Sc原料)0.108gを水5mlに溶解させた水溶液B5を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、Scがシリカに担持されてなる固体触媒B5を調製した。
また、固体触媒B1に代えて、調製した固体触媒B5を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Examples 1 to 5]
A solid catalyst B5 in which Sc 2 O 3 was supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that an aqueous solution B5 in which 0.108 g of Sc(NO 3 ) 2 (Sc raw material) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the prepared solid catalyst B5 was used instead of the solid catalyst B1. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例1-1〕
水溶液B1に代えて、Mg(NO・6HO(Mg塩)0.125gを水5mlに溶解させた水溶液C1を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、MgOがシリカに担持されてなる固体触媒C1を調製した。
また、固体触媒B1に代えて、調製した固体触媒C1を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
Comparative Example 1-1
A solid catalyst C1 in which MgO was supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that an aqueous solution C1 in which 0.125 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O (Mg salt) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the prepared solid catalyst C1 was used instead of the solid catalyst B1. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例1-2〕
水溶液B1に代えて、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183gを水5mlに溶解させた水溶液C2を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、ZnOがシリカに担持されてなる固体触媒C2を調製した。
また、固体触媒B1に代えて、調製した固体触媒C2を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
Comparative Example 1-2
A solid catalyst C2 in which ZnO was supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that an aqueous solution C2 in which 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the solid catalyst C2 was used instead of the solid catalyst B1. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例1-3〕
水溶液B1に代えて、Fe(NO・9HO(Fe塩)0.2485gを水5mlに溶解させた水溶液C2を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、Feがシリカに担持されてなる固体触媒C3を調製した。
また、固体触媒B1に代えて、調製した固体触媒C3を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
Comparative Examples 1-3
A solid catalyst C3 in which Fe 2 O 3 was supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that an aqueous solution C2 in which 0.2485 g of Fe(NO 3 ) 3.9H 2 O (Fe salt) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the solid catalyst B1 was replaced with the prepared solid catalyst C3. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例1-4〕
水溶液B1に代えて、Cr(NO・9HO(Cr塩)0.2462gを水5mlに溶解させた水溶液C2を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、Crがシリカに担持されてなる固体触媒C4を調製した。
また、固体触媒B1に代えて、調製した固体触媒C4を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
Comparative Examples 1-4
A solid catalyst C4 in which Cr 2 O 3 was supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that an aqueous solution C2 in which 0.2462 g of Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O (Cr salt) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the solid catalyst B1 was replaced with the prepared solid catalyst C4. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例1-5〕
実施例1-1で調製した固体触媒A1反応器Bに用い、実施例1-1で調製した固体触媒B1を反応器Aに用いた以外は、実施例1-1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
Comparative Examples 1 to 5
The raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1-1, except that the solid catalyst A1 prepared in Example 1-1 was used in reactor B and the solid catalyst B1 prepared in Example 1-1 was used in reactor A. These results are shown in Table 1 below.

Figure 0007546245000001
Figure 0007546245000001

表1に示す結果から、固体触媒Bとして、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)に該当しない金属を担体に担持させた場合には、ブタジエンの収率が20%以下となることが分かった(比較例1-1~1-4)。
また、固体触媒Aとして、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体に担持させ、固体触媒Bとして、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体に担持させた場合には、ブタジエンの収率が著しく低下することが分かった(比較例1-5)。
これに対し、固体触媒Aとして、第11族、第12族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)を担体に担持させ、固体触媒Bとして、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(B)を担体に担持させ、固体触媒Aおよび固体触媒Bの順に原料を接触させた場合には、ブタジエンの収率が向上することが分かった(実施例1-1~1-5)。
特に、実施例1-1と実施例1-2との対比から、原料を固体触媒Bに接触させる際の温度が400℃超500℃以下であると、ブタジエンの収率がより向上することが分かった。
From the results shown in Table 1, it was found that when at least one metal not corresponding to the metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 was supported on a carrier as the solid catalyst B, the yield of butadiene was 20% or less (Comparative Examples 1-1 to 1-4).
In addition, it was found that when at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 was supported on a carrier as the solid catalyst A, and at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12, and 13 was supported on a carrier as the solid catalyst B, the yield of butadiene was significantly reduced (Comparative Example 1-5).
In contrast, it was found that the yield of butadiene was improved when at least one metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11, 12, and 13 was supported on a carrier as the solid catalyst A, at least one metal (B) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4, and 5 was supported on a carrier as the solid catalyst B, and the raw material was contacted with the solid catalyst A and then the solid catalyst B (Examples 1-1 to 1-5).
In particular, a comparison between Example 1-1 and Example 1-2 revealed that the yield of butadiene was further improved when the temperature at the time of contacting the raw material with the solid catalyst B was more than 400° C. and not more than 500° C.

〔実施例2-1~2-5および比較例2-1~2-4〕
実施例2-1~2-5および比較例2-1~2-4は、反応器Aにおける反応温度を下記表2に示す温度(400℃)に変更した以外は、それぞれ、実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-4と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表2に示す。
[Examples 2-1 to 2-5 and Comparative Examples 2-1 to 2-4]
In Examples 2-1 to 2-5 and Comparative Examples 2-1 to 2-4, the raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-5 and Comparative Examples 1-1 to 1-4, except that the reaction temperature in Reactor A was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 2 below. These results are shown in Table 2 below.

Figure 0007546245000002
Figure 0007546245000002

表2に示す結果から、反応器Aにおける反応温度を400℃に変更した場合でも、表1に示す結果と同様の結果が得られることが分かった。 The results shown in Table 2 indicate that even if the reaction temperature in reactor A is changed to 400°C, results similar to those shown in Table 1 can be obtained.

1 反応器A
2 反応器B
3 ガスボンベ
4 ヒーター
5 ガスクロマトグラフィー分析装置
P 送液ポンプ
1. Reactor A
2 Reactor B
3 Gas cylinder 4 Heater 5 Gas chromatography analyzer P Liquid delivery pump

Claims (6)

エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造方法であって、
エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、金属(A)としての銀を担体に担持してなる固体触媒A、および、金属(B)としてのハフニウムを担体に担持してなる固体触媒Bに、この順で接触させてブタジエンを得る、ブタジエンの製造方法。
A method for producing butadiene by obtaining butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, comprising the steps of:
A method for producing butadiene, comprising contacting ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde with a solid catalyst A comprising a carrier carrying silver as the metal (A) and a solid catalyst B comprising a carrier carrying hafnium as the metal (B) in that order to obtain butadiene.
エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、前記固体触媒Aに接触させる際の温度が250~400℃であり、かつ、前記固体触媒Bに接触させる際の温度が350~500℃である、請求項1に記載のブタジエンの製造方法。 The method for producing butadiene according to claim 1, wherein the temperature when ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is brought into contact with the solid catalyst A is 250 to 400°C, and the temperature when it is brought into contact with the solid catalyst B is 350 to 500°C. エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、前記固体触媒Bに接触させる際の温度が400℃超500℃以下である、請求項1または2に記載のブタジエンの製造方法。 The method for producing butadiene according to claim 1 or 2, wherein the temperature when ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is brought into contact with the solid catalyst B is greater than 400°C and less than or equal to 500°C. 前記固体触媒Aおよび前記固体触媒Bに含まれる担体が、いずれもシリカである、請求項1~のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。 The method for producing butadiene according to any one of claims 1 to 3 , wherein the supports contained in the solid catalyst A and the solid catalyst B are both silica. 前記金属(A)の含有量が、前記固体触媒Aに含まれる担体の質量に対して0.1~50質量%であり、
前記金属(B)の含有量が、前記固体触媒Bに含まれる担体の質量に対して0.1~50質量%である、請求項1~のいずれか1項に記載のブタジエンの製造方法。
the content of the metal (A) is 0.1 to 50 mass% based on the mass of the support contained in the solid catalyst A,
The method for producing butadiene according to any one of claims 1 to 4 , wherein the content of the metal (B) is 0.1 to 50 mass% based on the mass of the support contained in the solid catalyst B.
エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造装置であって、
反応器Aと、前記反応器Aに連結された反応器Bとを有し、
前記反応器Aが、金属(A)としての銀を担体に担持してなる固体触媒Aを充填した反応器であり、
前記反応器Bが、金属(B)としてのハフニウムを担体に担持してなる固体触媒Bを充填した反応器であり、
エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物を、前記反応器Aおよび前記反応器Bの順に通過させる、ブタジエンの製造装置。
An apparatus for producing butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, comprising:
The reactor A includes a reactor B connected to the reactor A,
The reactor A is a reactor packed with a solid catalyst A in which silver as the metal (A) is supported on a carrier,
The reactor B is a reactor packed with a solid catalyst B in which hafnium as the metal (B) is supported on a carrier,
An apparatus for producing butadiene, wherein ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is passed through the reactor A and then the reactor B.
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