JP7672103B2 - Method for producing cyclopentadiene - Google Patents
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Description
本発明は、シクロペンタジエンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing cyclopentadiene.
炭素数5の炭化水素には、従来から様々な利用法が提案されている。例えば、シクロペンタジエンは、工業的に農薬、殺虫剤、各種樹脂可塑剤の合成原料に多く利用されている。シクロペンタジエンは、例えば、液体供給水蒸気分解(例えば、ナフサ及びより重質の供給原料)によりエチレンを生産する際に副生する炭素数5の炭化水素を主成分とするC5留分から、二量化工程及び蒸留工程によって回収することで得ることができる。しかしながら、C5留分に含まれるシクロペンタジエンの含有量は低い上に、現存する液体供給水蒸気分解装置はナフサに対してより軽質な供給原料へシフトしているため、シクロペンタジエンの需要に対して十分な供給量とならないことが見込まれることから、既存の製法による供給限界に制約されないシクロペンタジエンの製造方法が検討されている。 Various uses for hydrocarbons with a carbon number of 5 have been proposed. For example, cyclopentadiene is widely used industrially as a synthetic raw material for agricultural chemicals, insecticides, and various resin plasticizers. Cyclopentadiene can be obtained, for example, by recovering C5 fractions, which are mainly composed of hydrocarbons with a carbon number of 5 and are by-produced during the production of ethylene by liquid feed steam cracking (e.g., naphtha and heavier feedstocks), through a dimerization process and a distillation process. However, the cyclopentadiene content in the C5 fraction is low, and existing liquid feed steam cracking units are shifting to lighter feedstocks than naphtha, so it is expected that the supply amount will not be sufficient to meet the demand for cyclopentadiene. Therefore, a method for producing cyclopentadiene that is not restricted by the supply limit of existing manufacturing methods is being considered.
例えば、非特許文献1には、Pt/SiO2触媒を用い、n-ペンタン、n-ペンテン、及び1,3-ペンタジエンからシクロペンタジエンを製造する方法が記載されている。シクロペンタジエンへの収率は、600℃にてn-ペンタン、n-ペンテン、及び1,3-ペンタジエンの変換についてそれぞれ21%、35%、及び53%の高さであり、オレフィンがシクロペンタジエンへの変換に優位であることがわかる。 For example, Non-Patent Document 1 describes a method for producing cyclopentadiene from n-pentane, n-pentene, and 1,3-pentadiene using a Pt/ SiO2 catalyst. The yields to cyclopentadiene are as high as 21%, 35%, and 53% for the conversion of n-pentane, n-pentene, and 1,3-pentadiene at 600°C, respectively, indicating that olefins are favored in the conversion to cyclopentadiene.
しかしながら、非特許文献1に記載された方法では触媒が短時間(例えば15分以内)で劣化することが、当該文献中で報告されている。これは、オレフィンを脱水素反応させると、反応中にコークが生成されやすく、生成したコークが触媒表面に蓄積されることにより、触媒が失活されてしまうためと考えられる。このため、従来のシクロペンタジエンの製造方法においては、オレフィンの共存下において高い収率で長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造することに関しては検討が十分とはいえず、未だ改善の余地が残されていた。 However, it has been reported in the document that the catalyst deteriorates in a short time (for example, within 15 minutes) in the method described in Non-Patent Document 1. This is thought to be because when olefins are dehydrogenated, coke is likely to be produced during the reaction, and the produced coke accumulates on the catalyst surface, deactivating the catalyst. For this reason, in conventional methods for producing cyclopentadiene, there has not been sufficient research into stably producing cyclopentadiene at a high yield over a long period of time in the presence of olefins, and there is still room for improvement.
本発明は、シクロペンタジエンの新規製造方法として、オレフィンの共存下においてゼオライト触媒を用いて高い収率で長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a new method for producing cyclopentadiene, which uses a zeolite catalyst in the coexistence of an olefin to produce cyclopentadiene stably over a long period of time with a high yield.
本発明者らが上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、特定のゼオライト触媒を用いることで、炭素数5のオレフィンを含む原料組成物から高い収率で長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive research conducted by the inventors to solve the above problems, they discovered that by using a specific zeolite catalyst, cyclopentadiene can be produced stably over a long period of time at a high yield from a raw material composition containing an olefin having a carbon number of 5, and thus completed the present invention.
本発明の一側面は、炭素数5のオレフィンを含む原料組成物をMFI構造のゼオライト触媒に接触させて、シクロペンタジエンを含有する反応生成物を得る環化脱水素工程を備える、シクロペンタジエンの製造方法に関する。この製造方法において、上記ゼオライト触媒は、当該ゼオライト骨格中に、遷移金属又はポスト遷移金属から選ばれる少なくとも一種の金属原子を含み、ルイス酸性と強い固体塩基性を有する。 One aspect of the present invention relates to a method for producing cyclopentadiene, comprising a cyclization/dehydrogenation step in which a raw material composition containing an olefin having a carbon number of 5 is contacted with a zeolite catalyst having an MFI structure to obtain a reaction product containing cyclopentadiene. In this production method, the zeolite catalyst contains at least one metal atom selected from transition metals or post-transition metals in the zeolite framework, and has Lewis acidity and strong solid basicity.
一態様において、上記原料組成物が炭素数5のジオレフィンを含んでいてもよい。 In one embodiment, the raw material composition may contain a diolefin having 5 carbon atoms.
一態様において、上記原料組成物中の上記炭素数5のジオレフィンの含有量が、5質量%以上であってもよい。 In one embodiment, the content of the diolefin having 5 carbon atoms in the raw material composition may be 5% by mass or more.
一態様において、上記金属原子は、Zn原子、Fe原子、Ni原子から選択される1種以上であり、上記金属原子の含有量は、Si原子に対して1~15atom%であってもよい。 In one embodiment, the metal atoms are one or more selected from Zn atoms, Fe atoms, and Ni atoms, and the content of the metal atoms may be 1 to 15 atom% relative to the Si atoms.
一態様において、上記ゼオライト触媒は、アルカリ金属を含有しないか又は上記ゼオライト骨格のSi原子に対して1atom%以下のアルカリ金属を含有していてもよい。 In one embodiment, the zeolite catalyst may contain no alkali metal or may contain 1 atom% or less of alkali metal relative to the Si atoms of the zeolite framework.
一態様において、上記ゼオライト触媒は、Ptが担持されたものであってもよい。 In one embodiment, the zeolite catalyst may be one that supports Pt.
一態様において、上記環化脱水素工程において、反応系に供給する上記原料組成物と分子状水素とのガス流量(ml/min)比が1:0.001~1:3であってもよい。 In one embodiment, in the cyclization dehydrogenation step, the gas flow rate (ml/min) ratio of the raw material composition to molecular hydrogen supplied to the reaction system may be 1:0.001 to 1:3.
本発明によれば、シクロペンタジエンの新規製造方法として、オレフィンの共存下においてゼオライト触媒を用いて高い収率で長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造する方法を提供することができる。 The present invention provides a new method for producing cyclopentadiene, which uses a zeolite catalyst in the presence of an olefin to produce cyclopentadiene stably over a long period of time with a high yield.
以下、本発明の製造方法について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の一実施態様としての一例(代表例)であり、これらの内容に特定されるものではない。 The manufacturing method of the present invention will be described in detail below, but the explanation of the constituent elements described below is one example (representative example) of one embodiment of the present invention, and is not limited to these contents.
本実施形態に係るシクロペンタジエンの製造方法は、炭素数5のオレフィンを含む原料組成物をMFI構造のゼオライト触媒に接触させて、シクロペンタジエンを含む反応生成物を得る環化脱水素工程を備える。
本実施形態に係る製造方法によれば、特定のゼオライト触媒を用いることで、高い収率で長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造することができる。
The method for producing cyclopentadiene according to this embodiment includes a cyclization/dehydrogenation step of contacting a raw material composition containing an olefin having a carbon number of 5 with a zeolite catalyst having an MFI structure to obtain a reaction product containing cyclopentadiene.
According to the production method of this embodiment, by using a specific zeolite catalyst, cyclopentadiene can be produced stably over a long period of time with a high yield.
(ゼオライト触媒)
本実施形態に係るゼオライト触媒は、ゼオライト骨格中に、遷移金属又はポスト遷移金属から選ばれる少なくとも一種の金属原子を含み、ルイス酸性と強い固体塩基性を有する。
(Zeolite catalyst)
The zeolite catalyst according to this embodiment contains at least one metal atom selected from transition metals or post-transition metals in the zeolite framework, and has Lewis acidity and strong solid basicity.
本実施形態に係るゼオライト触媒は、ゼオライト触媒中にはブレンステッド酸はほとんど存在しておらず、ルイス酸のみが存在している。一般的に、環化脱水素反応の副生成物はブレンステッド酸の存在により生成量が増減することが知られているが、本実施形態に係るゼオライト触媒ではブレンステッド酸がほとんど存在していないことから、副反応の制御が可能であり、副生成物の発生を抑制することができる。本実施形態に係るゼオライト触媒をシクロペンタジエンの製造に用いることで、例えば副反応が抑制されシクロペンタジエン選択率が向上する、分解副生成物の重合によるコークの発生が抑制されること等が考えられ、これにより長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造することができる。さらに、本実施形態に係るゼオライト触媒は環化脱水素反応の活性サイトとなりうるルイス酸点が高分散に配置されていること等から、本実施形態に係るゼオライト触媒をシクロペンタジエンの製造に用いることで、シクロペンタジエンを高収率で製造することができる。 The zeolite catalyst according to this embodiment contains almost no Bronsted acid, and only Lewis acid. It is generally known that the amount of by-products produced in the cyclization dehydrogenation reaction increases or decreases depending on the presence of Bronsted acid. However, since the zeolite catalyst according to this embodiment contains almost no Bronsted acid, it is possible to control side reactions and suppress the generation of by-products. By using the zeolite catalyst according to this embodiment for the production of cyclopentadiene, for example, side reactions are suppressed and the cyclopentadiene selectivity is improved, and the generation of coke due to polymerization of cracking by-products is suppressed, and thus cyclopentadiene can be produced stably for a long period of time. Furthermore, since the zeolite catalyst according to this embodiment has Lewis acid sites that can be active sites for the cyclization dehydrogenation reaction highly dispersed, cyclopentadiene can be produced in high yield by using the zeolite catalyst according to this embodiment for the production of cyclopentadiene.
ここで、ゼオライトとは、四面体構造をもつTO4単位(Tは中心原子)がO原子を共有して三次元的に連結し、規則的なミクロ細孔を形成している結晶性物質を意味する。 Here, zeolite means a crystalline substance in which four TO units (T is a central atom) having a tetrahedral structure are three-dimensionally linked by sharing O atoms to form regular micropores.
遷移金属とは、IUPAC(国際純正応用化学連合)の規定に基づく長周期型の元素の周期表における周期表第3族元素から第12族元素に属する金属を意味する。
ポスト遷移金属とは、周期表における周期表第4周期、第5周期、第6周期の遷移金属よりも後の原子番号の卑金属を意味する。
The transition metal means a metal belonging to Groups 3 to 12 of the long-form periodic table of elements based on the provisions of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).
The post-transition metal refers to a base metal having an atomic number later than the transition metals in the fourth, fifth, and sixth periods of the periodic table.
ゼオライト骨格中に金属原子を含むとは、水熱合成の原料として目的の金属原子を含む化合物を混合する方法等により、ゼオライト骨格中にケイ素(Si)と同様に金属原子が導入されていることを意味する。ゼオライト骨格中に金属原子を含んでいる状態は、例えば、XRD(X-ray Diffraction)、NMR(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)、FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)及びESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)等の各種測定方法により把握することができる。 The inclusion of metal atoms in the zeolite framework means that metal atoms, similar to silicon (Si), have been introduced into the zeolite framework by, for example, mixing a compound containing the target metal atom as a raw material for hydrothermal synthesis. The state in which metal atoms are included in the zeolite framework can be ascertained by various measurement methods, such as XRD (X-ray Diffraction), NMR (Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy), FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), and ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis).
ルイス酸性とは、非共有電子対を受容し得る性質を意味し、例えば、ゼオライト触媒にピリジンを吸着させてFT-IR分析した際に、1450cm-1付近に吸収バンドが検出されることを意味する。 Lewis acidity means a property capable of accepting an unshared electron pair, and for example, means that when pyridine is adsorbed on a zeolite catalyst and analyzed by FT-IR, an absorption band is detected near 1450 cm -1 .
固体塩基性とは、ゼオライト触媒の表面が塩基性を示すことを意味する。固体塩基性が強いとは、ゼオライト触媒の表面の塩基性が強いことを意味し、例えば、TPD(Temperature Programmed Desorption)分析装置でCO2-TPD分析した際に、500℃以上の高温域にゼオライト触媒に吸着していたCO2の脱離ピークが検出されることをいう。 "Solid basicity" means that the surface of the zeolite catalyst exhibits basicity. "Strong solid basicity" means that the surface of the zeolite catalyst is strongly basic, and for example, means that when a CO 2 -TPD analysis is performed using a TPD (Temperature Programmed Desorption) analyzer, a desorption peak of CO 2 adsorbed on the zeolite catalyst is detected in the high temperature range of 500°C or higher.
本実施形態に係るゼオライト触媒は、10員環構造のゼオライトであり、MFI構造を有する。MFI構造のゼオライトは、特に限定されるものではないが、好ましくは結晶性メタロシリケートである。なお、MFI構造のゼオライトとは、国際ゼオライト学会(International Zeolite Association)でデータベース化されている構造コ-ドでMFIに該当するゼオライトを意味する。
ゼオライトが10員環構造、特にMFI構造のゼオライトであることは、例えばX線回折等により確認することができる。
The zeolite catalyst according to the present embodiment is a zeolite with a 10-membered ring structure, and has an MFI structure. The zeolite with an MFI structure is not particularly limited, but is preferably a crystalline metallosilicate. The zeolite with an MFI structure means a zeolite that corresponds to MFI in the structure code databased by the International Zeolite Association.
Whether a zeolite has a 10-membered ring structure, particularly an MFI structure, can be confirmed by, for example, X-ray diffraction.
ゼオライト骨格中に含まれる金属原子は、遷移金属原子、ポスト遷移金属原子であれば特に限定されず、例えば、チタン(Ti)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)等を用いることができる。これらの中でも、環化脱水素反応の反応性に優れる観点から、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)を用いるのが好ましい。ゼオライト骨格中に含まれる金属原子は、1種単独でもよいし、2種以上を用いてもよい。 The metal atoms contained in the zeolite framework are not particularly limited as long as they are transition metal atoms or post-transition metal atoms, and examples of such metal atoms that can be used include titanium (Ti), vanadium (V), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), zirconium (Zr), and indium (In). Among these, zinc (Zn), nickel (Ni), and iron (Fe) are preferred from the viewpoint of excellent reactivity in the cyclization dehydrogenation reaction. The metal atoms contained in the zeolite framework may be of one type alone or two or more types.
ゼオライト骨格中に含まれる金属原子の含有量は、特に限定されないが、ケイ素(Si)原子に対して1~15atom%が好ましく、1~10atom%がより好ましく、1~3atom%が更に好ましい。ゼオライト骨格中に含まれる金属原子の含有量が上記範囲の下限値以上であれば、ゼオライト触媒の固体塩基点が多くなり、環化脱水素反応の反応性に優れる傾向がある。ゼオライト骨格中に含まれる金属原子の含有量が上記範囲の上限値以下であれば、金属含有量に対する原料の環化脱水素反応の反応効率に優れる傾向がある。 The content of metal atoms contained in the zeolite skeleton is not particularly limited, but is preferably 1 to 15 atom% relative to silicon (Si) atoms, more preferably 1 to 10 atom%, and even more preferably 1 to 3 atom%. If the content of metal atoms contained in the zeolite skeleton is equal to or greater than the lower limit of the above range, the zeolite catalyst has more solid base sites and tends to have excellent reactivity in the cyclization dehydrogenation reaction. If the content of metal atoms contained in the zeolite skeleton is equal to or less than the upper limit of the above range, the reaction efficiency of the cyclization dehydrogenation reaction of the raw material relative to the metal content tends to be excellent.
ゼオライト触媒中に含まれるアルカリ金属の含有量は、アルカリ金属を含有しないか又はSi原子に対して1atom%以下であることが好ましく、0.1atom%以下であることがより好ましい。上記上限値以下であれば、ゼオライトの結晶化の促進を維持しつつ、環化脱水素反応の反応性を高く維持することができる傾向がある。 The content of alkali metals contained in the zeolite catalyst is preferably zero or 1 atom% or less relative to the Si atoms, and more preferably 0.1 atom% or less. If it is less than the above upper limit, there is a tendency to maintain high reactivity of the cyclization dehydrogenation reaction while maintaining promotion of zeolite crystallization.
ゼオライト触媒は、成形性を向上させる観点から、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、成形助剤を更に含有していてもよい。成形助剤は、例えば、増粘剤、界面活性剤、保水剤、可塑剤、バインダー原料等からなる群より選択される少なくとも一種であってよい。ゼオライト触媒を成形する成形工程は、成形助剤の反応性を考慮してゼオライト触媒の製造工程の適切な段階で行ってよい。 From the viewpoint of improving moldability, the zeolite catalyst may further contain a molding aid within the scope of the present invention. The molding aid may be, for example, at least one selected from the group consisting of a thickener, a surfactant, a water retention agent, a plasticizer, a binder raw material, etc. The molding process for molding the zeolite catalyst may be performed at an appropriate stage in the manufacturing process of the zeolite catalyst, taking into account the reactivity of the molding aid.
ゼオライト触媒は、白金(Pt)源を用いて、担体に白金を担持させたものであってよい。白金源としては、例えば、テトラアンミン白金(II)酸、テトラアンミン白金(II)酸塩(例えば、硝酸塩等)、テトラアンミン白金(II)酸水酸化物溶液、ジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硝酸溶液、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸エタノールアミン溶液等が挙げられる。白金源としては、塩素原子を含まない金属源を用いることが好ましい。塩素原子を含まない金属源を用いることで、装置の腐食を抑制でき、より効率的に環化脱水素反応を行うことができる。 The zeolite catalyst may be a catalyst in which platinum is supported on a carrier using a platinum (Pt) source. Examples of the platinum source include tetraammineplatinum (II) acid, tetraammineplatinum (II) acid salts (e.g., nitrates, etc.), tetraammineplatinum (II) acid hydroxide solution, dinitrodiammineplatinum (II) nitric acid solution, hexahydroxoplatinum (IV) acid nitric acid solution, and hexahydroxoplatinum (IV) acid ethanolamine solution. It is preferable to use a metal source that does not contain chlorine atoms as the platinum source. By using a metal source that does not contain chlorine atoms, corrosion of the device can be suppressed and the cyclization dehydrogenation reaction can be performed more efficiently.
ゼオライト触媒に白金を担持させる場合、ゼオライト担持白金触媒における白金の含有量は、ゼオライト担持白金触媒の全量基準で0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましい。また、同含有量は、ゼオライト担持白金触媒の全量基準で3.0質量%以下が好ましく、2.5質量%以下がより好ましい。ゼオライト担持白金触媒における白金の含有量が上記範囲内であると、単位白金重量あたりの白金表面積が大きくなるため、より効率的な反応系が実現できる傾向がある。 When platinum is supported on the zeolite catalyst, the platinum content in the zeolite-supported platinum catalyst is preferably 0.05 mass% or more, and more preferably 0.1 mass% or more, based on the total amount of the zeolite-supported platinum catalyst. The platinum content is preferably 3.0 mass% or less, and more preferably 2.5 mass% or less, based on the total amount of the zeolite-supported platinum catalyst. When the platinum content in the zeolite-supported platinum catalyst is within the above range, the platinum surface area per unit platinum weight is large, and therefore a more efficient reaction system tends to be realized.
ゼオライト触媒は、前処理として還元処理が行われたものを用いてもよい。還元処理は、例えば、還元性ガスの雰囲気下、40~600℃でゼオライト触媒を保持することで行うことができる。保持時間は、例えば0.05~24時間であってよい。還元性ガスは、例えば、水素、一酸化炭素等を含むものであってよい。還元処理を行ったゼオライト触媒を用いることで、環化脱水素反応の初期の誘導期を短くすることができる。環化脱水素反応の初期の誘導期とは、ゼオライト触媒中の担持金属のうち、還元されて活性状態にあるものが非常に少なく、触媒の活性が低い状態を意味する。 The zeolite catalyst used may be one that has been subjected to a reduction treatment as a pretreatment. The reduction treatment may be performed, for example, by holding the zeolite catalyst at 40 to 600°C in an atmosphere of a reducing gas. The holding time may be, for example, 0.05 to 24 hours. The reducing gas may contain, for example, hydrogen, carbon monoxide, etc. By using a zeolite catalyst that has been subjected to a reduction treatment, the initial induction period of the cyclization dehydrogenation reaction can be shortened. The initial induction period of the cyclization dehydrogenation reaction refers to a state in which very little of the supported metals in the zeolite catalyst are reduced to an active state, and the activity of the catalyst is low.
<ゼオライト触媒の調製方法>
本実施形態に係るゼオライト触媒は、シリカゲルの熟成工程、水熱合成工程、及び焼成工程を組み合わせて処理することにより調製することができる。これによりアルカリ金属、ホウ素又はアルミニウムを使用せずにゼオライト触媒を調製することができる。
<Method for preparing zeolite catalyst>
The zeolite catalyst according to the present embodiment can be prepared by combining a silica gel aging step, a hydrothermal synthesis step, and a calcination step, thereby making it possible to prepare the zeolite catalyst without using an alkali metal, boron, or aluminum.
本実施形態に係るゼオライト触媒の好適な調製例の一例としては、例えば、シリカ源と有機構造規定剤(OSDA)と、水とを混合し、100℃以下で10時間以上熟成(撹拌)し、その後、遷移金属原子又はポスト遷移金属原子を金属源として混合した後に、100℃以上にて水熱合成し、その後、500℃以上で5時間以上焼成すること等が挙げられる。
ゼオライト触媒に白金を担持させる場合、白金の担持方法は特に限定されず、例えば、含浸法、沈着法、共沈法、混練法、イオン交換法、ポアフィリング法等を用いることができる。
An example of a suitable preparation example of the zeolite catalyst according to this embodiment includes mixing a silica source, an organic structure directing agent (OSDA), and water, aging (stirring) the mixture at 100° C. or less for 10 hours or more, and then mixing a transition metal atom or a post-transition metal atom as a metal source, followed by hydrothermal synthesis at 100° C. or more, and then calcining the mixture at 500° C. or more for 5 hours or more.
When platinum is supported on the zeolite catalyst, the method for supporting platinum is not particularly limited, and for example, an impregnation method, a deposition method, a coprecipitation method, a kneading method, an ion exchange method, a pore filling method, or the like can be used.
シリカ源としては、例えば、シリコンアルコラート、シラン、四塩化ケイ素、水ガラス等の加水分解するシリコン化合物等を用いることができる。
有機構造規定剤としては、MFI構造のゼオライトが得られれば特に制限されず、例えば、4級アルキルアンモニウム塩、アミン等を用いることができる。有機構造規定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
As the silica source, for example, silicon alcoholates, silanes, silicon tetrachloride, water glass, and other hydrolyzable silicon compounds can be used.
The organic structure-directing agent is not particularly limited as long as it can obtain a zeolite having an MFI structure, and for example, a quaternary alkyl ammonium salt, an amine, etc. The organic structure-directing agent may be used alone or in combination of two or more kinds.
本実施形態に係るゼオライト触媒の好適な調製例の一例としては、水熱合成後に得られた合成物を焼成する前に、合成物を水洗浄する工程を更に含むのが好ましい。水洗浄する工程を含むことにより、ゼオライト触媒に対するナトリウム等のアルカリの影響を小さくすることができる。 As an example of a suitable preparation example of the zeolite catalyst according to this embodiment, it is preferable to further include a step of washing the synthesized product with water before calcining the synthesized product obtained after hydrothermal synthesis. By including a water washing step, it is possible to reduce the effect of alkali such as sodium on the zeolite catalyst.
上記方法は、アルカリ金属、ホウ素又はアルミニウムを使用せずにゼオライト触媒を調製する好適な調製例の一例であるが、本実施形態の調製方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、アルカリ金属、ホウ素又はアルミニウムの使用を制限するものではない。例えば、水熱合成する際に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、アルカリ金属を混合してもよい。アルカリ金属を混合することにより、ゼオライトの結晶化の促進が維持され、遷移金属原子又はポスト遷移金属原子がゼオライト骨格中に導入されたMFI構造のゼオライト触媒を得られ易い傾向がある。
アルカリ金属としては、例えば、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)等が挙げられる。これらの中でも、ナトリウム(Na)が好ましい。アルカリ金属の混合量としては、上述したように、ゼオライト触媒中のSi原子に対して1atom%以下となる量を混合するのが好ましい。
The above method is an example of a suitable preparation example for preparing a zeolite catalyst without using an alkali metal, boron, or aluminum, but the preparation method of this embodiment does not limit the use of an alkali metal, boron, or aluminum as long as it does not deviate from the spirit of the present invention. For example, an alkali metal may be mixed during hydrothermal synthesis as long as it does not deviate from the spirit of the present invention. By mixing an alkali metal, the promotion of crystallization of the zeolite is maintained, and it tends to be easy to obtain a zeolite catalyst with an MFI structure in which a transition metal atom or a post-transition metal atom is introduced into the zeolite framework.
Examples of the alkali metal include sodium (Na), potassium (K), and rubidium (Rb). Among these, sodium (Na) is preferable. As described above, the amount of the alkali metal to be mixed is preferably 1 atom % or less relative to the Si atoms in the zeolite catalyst.
以上説明した方法により、遷移金属原子又はポスト遷移金属原子がゼオライトの骨格中に導入され、活性サイトが高分散されたゼオライト触媒を得ることができる。さらに、ブレンステッド酸がほとんど存在せず、ルイス酸のみが存在する、強い固体塩基性を有するゼオライト触媒を得ることができる。 By the method described above, transition metal atoms or post-transition metal atoms can be introduced into the zeolite framework, and a zeolite catalyst with highly dispersed active sites can be obtained. Furthermore, a zeolite catalyst with strong solid basicity, in which there is almost no Bronsted acid and only Lewis acid, can be obtained.
(シクロペンタジエンの製造方法)
本実施形態に係る製造方法では、環化脱水素工程において、炭素数5のオレフィンを含む原料組成物を上記のゼオライト触媒に接触させる。これにより、炭素数5のオレフィンの環化脱水素反応が生じ、シクロペンタジエンを含む反応生成物が得られる。
(Method for producing cyclopentadiene)
In the production method according to the present embodiment, in the cyclization dehydrogenation step, a raw material composition containing an olefin having a carbon number of 5 is contacted with the above-mentioned zeolite catalyst, whereby a cyclization dehydrogenation reaction of the olefin having a carbon number of 5 occurs, and a reaction product containing cyclopentadiene is obtained.
<原料組成物>
原料組成物としては、少なくとも炭素数5のオレフィンを含有していればよい。炭素数5のオレフィンは、炭素-炭素二重結合を分子内に一つ以上有するもので、通常は官能基を有しない有機化合物であって、直鎖及び/又は分岐鎖の炭素数5の炭化水素を意味する。本実施形態に係る炭素数5のオレフィンは、炭素数5のモノオレフィン及び/又はジオレフィンであることが好ましい。
<Raw Material Composition>
The raw material composition may contain an olefin having at least 5 carbon atoms. An olefin having 5 carbon atoms is an organic compound having one or more carbon-carbon double bonds in the molecule, usually having no functional groups, and means a linear and/or branched hydrocarbon having 5 carbon atoms. The olefin having 5 carbon atoms according to this embodiment is preferably a monoolefin and/or diolefin having 5 carbon atoms.
炭素数5のモノオレフィンは、炭素-炭素二重結合を分子内に一つのみ有するもので、通常は官能基を有しない有機化合物であって、直鎖及び/又は分岐鎖の炭素数5の炭化水素を意味する。
本実施形態に係る炭素数5のモノオレフィンは、1-ペンテン、2-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、2-メチル-2-ブテン、3-メチル-1-ブテンが挙げられ、これらの中でも1-ペンテンを用いるのが好ましい。炭素数5のモノオレフィンは、上記のうち1種単独であってよく、2種以上を含む混合物であってもよい。
A monoolefin having 5 carbon atoms is an organic compound having only one carbon-carbon double bond in the molecule and usually having no functional groups, and refers to a linear and/or branched hydrocarbon having 5 carbon atoms.
Examples of the monoolefin having 5 carbon atoms according to the present embodiment include 1-pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene, and 3-methyl-1-butene, and among these, it is preferable to use 1-pentene. The monoolefin having 5 carbon atoms may be one of the above alone or a mixture containing two or more of them.
炭素数5のジオレフィンは、炭素-炭素二重結合を分子内に二つ以上有するもので、通常は官能基を有しない有機化合物であって、直鎖及び/又は分岐鎖の炭素数5の炭化水素を意味する。
本実施形態に係る炭素数5のジオレフィンは、1,3-ペンタジエン、1,4-ペンタジエンが挙げられ、これらの中でも1,3-ペンタジエンを用いるのが好ましい。炭素数5のジオレフィンは、上記のうち1種単独であってよく、2種以上を含む混合物であってもよい。
A diolefin having 5 carbon atoms is an organic compound having two or more carbon-carbon double bonds in the molecule and usually having no functional groups, and means a linear and/or branched hydrocarbon having 5 carbon atoms.
Examples of the diolefin having 5 carbon atoms according to the present embodiment include 1,3-pentadiene and 1,4-pentadiene, and among these, it is preferable to use 1,3-pentadiene. The diolefin having 5 carbon atoms may be one of the above alone or a mixture containing two or more of them.
原料組成物は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、炭素数5のオレフィン以外の他の化合物を更に含有していてもよい。例えば、ナフサ熱分解炉等で得られる炭素数5の炭化水素を主成分とするC5留分を含むものであってもよい。原料組成物は、製造方法に起因する炭素数5のオレフィン以外の化合物が任意に混合した状態のものをそのまま用いてもよいし、精製したものを用いてもよい。
原料組成物中の炭素数5のオレフィンの含有量は、30質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、90質量%以上が特に好ましく、100質量%であってもよい。
The raw material composition may further contain compounds other than olefins having a carbon number of 5, within the scope of the present invention. For example, the raw material composition may contain a C5 fraction mainly composed of hydrocarbons having a carbon number of 5 obtained in a naphtha pyrolysis furnace or the like. The raw material composition may be used as it is in a state in which compounds other than olefins having a carbon number of 5 are arbitrarily mixed due to the production method, or may be used after purification.
The content of the olefin having 5 carbon atoms in the raw material composition is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and may be 100% by mass.
原料組成物中の炭素数5のモノオレフィンの含有量は、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、40質量%以上が更に好ましく、50質量%以上が特に好ましく、100質量%であってもよい。 The content of monoolefins having 5 carbon atoms in the raw material composition is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, even more preferably 40% by mass or more, particularly preferably 50% by mass or more, and may be 100% by mass.
原料組成物中の炭素数5のジオレフィンの含有量は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましく、30質量%以上が特に好ましい。また、同含有量は、90質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましく、75質量%以下が更に好ましく、70質量%以下が特に好ましい。
ジオレフィンの含有量が上記下限値以上であれば、シクロペンタジエンの収率が高くなる傾向がある。また、ジオレフィンの含有量が上記上限値以下であれば、環化脱水素反応におけるコーク生成を効率的に抑制できる傾向がある。
The content of the diolefin having 5 carbon atoms in the raw material composition is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 20% by mass or more, and particularly preferably 30% by mass or more. The content is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, even more preferably 75% by mass or less, and particularly preferably 70% by mass or less.
When the diolefin content is equal to or greater than the lower limit, the yield of cyclopentadiene tends to be high. When the diolefin content is equal to or less than the upper limit, coke formation in the cyclization dehydrogenation reaction tends to be efficiently suppressed.
炭素数5のオレフィンは、炭素数5のモノオレフィンと炭素数5のジオレフィンとの混合物であってもよい。炭素数5のモノオレフィンと炭素数5のジオレフィンとの混合比率(質量比)は特に限定されず、製造方法に起因する割合に依存したものであってもよい。炭素数5のモノオレフィンと炭素数5のジオレフィンとの混合比率(質量比)は、20:80~95:5が好ましく、25:75~90:10がより好ましく、30:70~85:15が更に好ましい。 The olefin having 5 carbon atoms may be a mixture of a monoolefin having 5 carbon atoms and a diolefin having 5 carbon atoms. The mixing ratio (mass ratio) of the monoolefin having 5 carbon atoms and the diolefin having 5 carbon atoms is not particularly limited and may depend on the ratio resulting from the production method. The mixing ratio (mass ratio) of the monoolefin having 5 carbon atoms and the diolefin having 5 carbon atoms is preferably 20:80 to 95:5, more preferably 25:75 to 90:10, and even more preferably 30:70 to 85:15.
<環化脱水素工程>
環化脱水素工程は、例えば、ゼオライト触媒が充填された反応器を用い、当該反応器に原料組成物を流通させることにより環化脱水素反応を実施してよい。反応器としては、固体触媒による気相反応に用いられる種々の反応器を用いることができる。反応器としては、例えば、固定床断熱型反応器、ラジアルフロー型反応器、管型反応器等が挙げられる。
<Cyclization dehydrogenation step>
In the cyclization dehydrogenation step, for example, a reactor filled with a zeolite catalyst may be used, and the raw material composition may be passed through the reactor to carry out the cyclization dehydrogenation reaction. As the reactor, various reactors used in gas phase reactions using solid catalysts may be used. As the reactor, for example, a fixed bed adiabatic reactor, a radial flow reactor, a tubular reactor, etc. may be mentioned.
環化脱水素反応の反応形式は、原料組成物を連続的に供給する連続式の反応形式であって、例えば、固定床式、移動床式又は流動床式であってよい。これらのうち、設備コストの観点から固定床式が好ましい。 The reaction format of the cyclization dehydrogenation reaction is a continuous reaction format in which the raw material composition is continuously supplied, and may be, for example, a fixed bed type, a moving bed type, or a fluidized bed type. Of these, the fixed bed type is preferred from the viewpoint of equipment costs.
原料組成物をゼオライト触媒に接触させる際の温度(環化脱水素反応の反応温度、又は、反応器内の温度ということもできる。)は、反応効率の観点から、350~800℃が好ましく、400~700℃がより好ましく、450℃~650℃が更に好ましい。反応温度が上記下限値以上であれば、シクロペンタジエンの収率が一層向上する傾向がある。反応温度が上記上限値以下であれば、コークの生成速度が抑制され、ゼオライト触媒の高い環化脱水素活性をより長期にわたって維持することができる傾向がある。 From the viewpoint of reaction efficiency, the temperature at which the raw material composition is contacted with the zeolite catalyst (which can also be referred to as the reaction temperature of the cyclization dehydrogenation reaction or the temperature inside the reactor) is preferably 350 to 800°C, more preferably 400 to 700°C, and even more preferably 450°C to 650°C. If the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the yield of cyclopentadiene tends to be further improved. If the reaction temperature is equal to or lower than the upper limit, the rate of coke production is suppressed, and the high cyclization dehydrogenation activity of the zeolite catalyst tends to be maintained for a longer period.
原料組成物をゼオライト触媒に接触させる際の圧力(環化脱水素反応の反応圧力、又は、反応器内の圧力ということもできる。)は、0.01~4.0MPaが好ましく、0.03~0.5MPaがより好ましく、0.05~0.3MPaが更に好ましい。反応圧力が上記範囲にあれば環化脱水素反応が進行し易くなり、一層優れた反応効率が得られる傾向がある。 The pressure when the raw material composition is brought into contact with the zeolite catalyst (which can also be called the reaction pressure of the cyclization-dehydrogenation reaction, or the pressure inside the reactor) is preferably 0.01 to 4.0 MPa, more preferably 0.03 to 0.5 MPa, and even more preferably 0.05 to 0.3 MPa. If the reaction pressure is within the above range, the cyclization-dehydrogenation reaction tends to proceed more easily, and even better reaction efficiency tends to be obtained.
反応系に供給する原料組成物は、気体であるのが好ましい。原料組成物が気体である場合、原料組成物以外の気体と混合し、原料組成物を含む気体として反応系に供給することができる。原料組成物以外の気体としては、環化脱水素反応条件下において実質的に不活性な気体であればよい。環化脱水素反応条件下において実質的に不活性な気体としては、例えば、分子状水素、窒素、アルゴン、ネオン、二酸化炭素、ヘリウム、スチーム等が挙げられる。また、原料組成物以外の気体に加えて、環化脱水素反条件下において実質的に不活性な任意の希釈剤を反応系に供給してもよい。 The raw material composition supplied to the reaction system is preferably a gas. When the raw material composition is a gas, it can be mixed with a gas other than the raw material composition and supplied to the reaction system as a gas containing the raw material composition. The gas other than the raw material composition may be any gas that is substantially inert under the cyclization dehydrogenation reaction conditions. Examples of gases that are substantially inert under the cyclization dehydrogenation reaction conditions include molecular hydrogen, nitrogen, argon, neon, carbon dioxide, helium, and steam. In addition to the gas other than the raw material composition, any diluent that is substantially inert under the cyclization dehydrogenation reaction conditions may be supplied to the reaction system.
環化脱水素工程を、原料を連続的に供給する連続式の反応形式で行う場合、反応系に供給する原料組成物と、環化脱水素反応条件下において実質的に不活性な気体とのガス流量(ml/min)比は、1:0.1~1:20が好ましく、1:0.5~1:10がより好ましい。特に、環化脱水素反応条件下において実質的に不活性な気体の中でも分子状水素を用いる場合においては、反応系に供給する原料組成物と分子状水素とのガス流量(ml/min)比は、1:0.001~1:3が好ましく、1:0.001~1:0.5がより好ましい。
なお、固体酸触媒を用いた脱水素反応においては、コーク生成による触媒の失活を抑制するために反応系に分子状水素を供給するのが通常である。しかし、本実施形態の製造方法は、後述する実施例に示すように、反応系に分子状水素を供給しなくても触媒の失活がほとんど認められない。このため、本実施形態の製造方法においては、反応系に分子状水素を実質的に供給しなくてもよい。なお、本明細書中、反応系に分子状水素を実質的に供給しないとは、意図的に分子状水素を反応系に供給することをしないことを意味し、例えば、反応系に供給する原料組成物と分子状水素とのガス流量(ml/min)比が、1:0.001未満であることを意味する。これにより、シクロペンタジエンの製造コストを抑えることができ、工業的に有用である。
When the cyclization dehydrogenation step is carried out in a continuous reaction format in which the raw materials are continuously supplied, the gas flow rate (ml/min) ratio between the raw material composition supplied to the reaction system and the gas substantially inert under the cyclization dehydrogenation reaction conditions is preferably 1:0.1 to 1:20, and more preferably 1:0.5 to 1:10. In particular, when molecular hydrogen is used among the gases substantially inert under the cyclization dehydrogenation reaction conditions, the gas flow rate (ml/min) ratio between the raw material composition supplied to the reaction system and the molecular hydrogen is preferably 1:0.001 to 1:3, and more preferably 1:0.001 to 1:0.5.
In the dehydrogenation reaction using a solid acid catalyst, molecular hydrogen is usually supplied to the reaction system to suppress deactivation of the catalyst due to coke generation. However, in the production method of this embodiment, as shown in the examples described later, catalyst deactivation is hardly observed even if molecular hydrogen is not supplied to the reaction system. Therefore, in the production method of this embodiment, molecular hydrogen does not need to be substantially supplied to the reaction system. In this specification, "substantially not supplying molecular hydrogen to the reaction system" means that molecular hydrogen is not intentionally supplied to the reaction system, and for example, the gas flow rate (ml/min) ratio of the raw material composition to molecular hydrogen supplied to the reaction system is less than 1:0.001. This makes it possible to reduce the production cost of cyclopentadiene, which is industrially useful.
環化脱水素工程を、原料を連続的に供給する連続式の反応形式で行う場合、質量空間速度(以下、「WHSV」と称する場合がある。)は、原料の転化率を向上させる観点から、0.01h-1以上が好ましく、0.1h-1以上がより好ましい。また、WHSVは、反応器サイズを小さくさせる観点から、100h-1以下が好ましく、20h-1以下がより好ましい。
ここで、WHSVとは、連続式の反応装置における、ゼオライト触媒の質量Wに対する原料の供給速度(供給量/時間)Fの比(F/W)である。なお、原料組成物及び触媒の使用量は、反応条件、触媒の活性等に応じて更に好ましい範囲を適宜選定してよく、WHSVは上記範囲に限定されるものではない。
When the cyclization dehydrogenation step is carried out in a continuous reaction format in which the raw material is continuously supplied, the mass hourly space velocity (hereinafter sometimes referred to as "WHSV") is preferably 0.01 h -1 or more, more preferably 0.1 h -1 or more, from the viewpoint of improving the conversion rate of the raw material. In addition, the WHSV is preferably 100 h -1 or less, more preferably 20 h -1 or less, from the viewpoint of reducing the reactor size.
Here, WHSV is the ratio (F/W) of the feed rate (feed amount/time) F of the raw material to the mass W of the zeolite catalyst in a continuous reaction apparatus. The amounts of the raw material composition and catalyst used may be appropriately selected within more preferable ranges depending on the reaction conditions, catalyst activity, etc., and the WHSV is not limited to the above range.
環化脱水素工程により得られた反応生成物からのシクロペンタジエンの分離精製方法は、特に制限されず、公知の蒸留操作などによって精製することができる。なお、シクロペンタジエンを分離した後の反応生成物より未反応の原料を回収し、回収された原料を新たな原料と混合して再利用してもよい。 The method for separating and purifying cyclopentadiene from the reaction product obtained by the cyclization dehydrogenation step is not particularly limited, and purification can be performed by known distillation operations, etc. In addition, unreacted raw materials may be recovered from the reaction product after separation of cyclopentadiene, and the recovered raw materials may be mixed with new raw materials and reused.
以上説明したように、本実施形態に係る製造方法によれば、特定のゼオライト触媒を用いることで、炭素数5のオレフィンを含む原料組成物から高い収率で長時間に亘って安定的にシクロペンタジエンを製造することができる。 As described above, the production method according to this embodiment uses a specific zeolite catalyst, making it possible to stably produce cyclopentadiene from a raw material composition containing an olefin having five carbon atoms at a high yield over a long period of time.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[触媒調製例1]
<Pt/[Zn]-MFI触媒の調製>
(1)熟成工程
ステンレス製耐圧容器の内部に、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)20.0g、25質量%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液(TPAOH、有機構造規定剤)20.3gを加え、密閉し、80℃にて24時間撹拌(熟成)を行った。撹拌後の混合物の状態は液状であった。
[Catalyst Preparation Example 1]
<Preparation of Pt/[Zn]-MFI catalyst>
(1) Aging step 20.0 g of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and 20.3 g of a 25% by mass aqueous solution of tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH, organic structure directing agent) were added to a stainless steel pressure vessel, sealed, and stirred (aged) for 24 hours at 80° C. The mixture after stirring was in a liquid state.
(2)水熱合成工程
硝酸亜鉛6水和物2.2gをイオン交換水4.7gに溶解した。その後、熟成工程で得られた混合物に加え、室温(25~30℃)で均一化するまで撹拌を行った。撹拌後の混合物をオートクレーブに投入し、20rpmで回転させながら175℃で24時間水熱合成を行った。
(2) Hydrothermal synthesis step 2.2 g of zinc nitrate hexahydrate was dissolved in 4.7 g of ion-exchanged water. Then, the mixture obtained in the aging step was added and stirred at room temperature (25 to 30°C) until it was homogenized. The mixture after stirring was placed in an autoclave and hydrothermal synthesis was carried out at 175°C for 24 hours while rotating at 20 rpm.
(3)焼成工程
水熱合成工程後の混合物を遠沈管に投入し、遠心分離によりゲル状のサンプルを得た。その後、このゲル状のサンプルを、イオン交換水を用いて洗浄した。
洗浄は、ゲル状のサンプルにイオン交換水を加えて洗浄した後、遠心分離することにより行った。遠心分離後の上澄み液のpHを測定し、pHが7~8の範囲になるまで洗浄・遠心分離を繰り返した。
洗浄後のゲル状のサンプルを90℃で一晩乾燥させた。乾燥後のサンプルをマッフル炉に投入し、550℃で8時間、空気環境下で焼成を行うことで、有機物(テトラプロピルアンモニウムイオン(カチオン))を除去し、ゼオライト触媒([Zn]-MFI触媒)を得た。
(3) Calcination step: The mixture after the hydrothermal synthesis step was placed in a centrifuge tube and centrifuged to obtain a gel sample. The gel sample was then washed with ion-exchanged water.
The washing was carried out by adding ion-exchanged water to the gel sample, washing it, and then centrifuging it. The pH of the supernatant after centrifugation was measured, and washing and centrifugation were repeated until the pH was in the range of 7 to 8.
The washed gel sample was dried overnight at 90° C. The dried sample was placed in a muffle furnace and calcined in an air environment at 550° C. for 8 hours to remove organic matter (tetrapropylammonium ions (cations)) and obtain a zeolite catalyst ([Zn]-MFI catalyst).
得られたゼオライト触媒について、次の測定を行った。
(a)シンクロトロンXRD分析
シンクロトロンXRD装置にてXRD分析を行った。
(b)固体NMR分析
NMR(日本電子株式会社製、ECA-600)にて29Si MAS NMR測定を行った。
(c)FT-IR分析
FT-IR(日本分光株式会社製、FT/IR-4600)にて構造解析を行った。このとき、前処理として、450℃で1時間真空排気を行った。
(d)CO2-TPD分析
TPD分析装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、BELCAT II)にてCO2-TPD分析を行った。ゼオライト触媒約30mgを、ヘリウムガスを流量50mL/minで流通させながら500℃1時間の前処理を行った。その後、40℃未満まで冷却し、1vol%CO2/Heガスを流量50mL/minで流通させてゼオライト触媒にCO2を吸着させた後、ヘリウムガスを流量50mL/minにて5分間流通させた。その後、ヘリウムガスを30mL/minにて流通させながら、800℃まで昇温速度10℃/minにて昇温させ、CO2の離脱をTCD(Thermal Conductivity Detector)とMASSにて分析を行った。MASSは、マイクロトラック・ベル株式会社製、BELMassを用いた。
塩基量の測定は、CO2-TPDによるピーク面積から算出した。
(e)NH3-TPD分析
TPD分析装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、BELCAT II)にてNH3-TPD分析を行った。ゼオライト触媒約30mgを、ヘリウムガスを流量50mL/minで流通させながら500℃1時間の前処理を行った。その後、100℃まで冷却し、1vol%NH3/Heガスを流量50mL/minで流通させてゼオライト触媒にNH3を吸着させた後、ヘリウムガスを流量50mL/minにて15分間流通させた。その後、ヘリウムガスを30mL/minにて流通させながら、700℃まで昇温速度10℃/minにて昇温させ、NH3の離脱をTCDとMASSにて分析を行った。MASSは、マイクロトラック・ベル株式会社製、BELMassを用いた。
ルイス酸量の測定は、NH3-TPDによるピーク面積から算出した。
(f)UV-vis分析
紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、V-660)にてUV-vis分析を行った。測定方法は拡散反射法で行い、室温で分析を行った。
The obtained zeolite catalyst was subjected to the following measurements.
(a) Synchrotron XRD Analysis XRD analysis was carried out using a synchrotron XRD device.
(b) Solid-state NMR Analysis 29 Si MAS NMR measurement was carried out using an NMR (ECA-600, manufactured by JEOL Ltd.).
(c) FT-IR Analysis The structure was analyzed by FT-IR (FT/IR-4600, manufactured by JASCO Corporation). At this time, as a pretreatment, the sample was evacuated to a vacuum at 450° C. for 1 hour.
(d) CO 2 -TPD analysis CO 2 -TPD analysis was performed using a TPD analyzer (Microtrack Bell, BELCAT II). About 30 mg of zeolite catalyst was pretreated at 500°C for 1 hour while flowing helium gas at a flow rate of 50 mL/min. After that, it was cooled to less than 40°C, 1 vol% CO 2 /He gas was flowed at a flow rate of 50 mL/min to adsorb CO 2 to the zeolite catalyst, and then helium gas was flowed at a flow rate of 50 mL/min for 5 minutes. Then, while flowing helium gas at 30 mL/min, the temperature was raised to 800°C at a heating rate of 10°C/min, and the release of CO 2 was analyzed using a TCD (Thermal Conductivity Detector) and MASS. For the MASS, BELMass, manufactured by Microtrack Bell, was used.
The amount of base was measured by calculation from the peak area measured by CO 2 -TPD.
(e) NH 3 -TPD analysis NH 3 -TPD analysis was performed using a TPD analyzer (Microtrack Bell, BELCAT II). About 30 mg of zeolite catalyst was pretreated at 500°C for 1 hour while flowing helium gas at a flow rate of 50 mL/min. After that, it was cooled to 100°C, 1 vol% NH 3 /He gas was flowed at a flow rate of 50 mL/min to adsorb NH 3 on the zeolite catalyst, and then helium gas was flowed at a flow rate of 50 mL/min for 15 minutes. After that, while flowing helium gas at 30 mL/min, the temperature was raised to 700°C at a heating rate of 10°C/min, and the desorption of NH 3 was analyzed by TCD and MASS. For the MASS, BELMass, manufactured by Microtrack Bell, was used.
The amount of Lewis acid was measured by calculation from the peak area measured by NH 3 -TPD.
(f) UV-vis analysis UV-vis analysis was carried out using an ultraviolet-visible-near infrared spectrophotometer (V-660, manufactured by JASCO Corporation). The measurement method was a diffuse reflectance method, and the analysis was carried out at room temperature.
(a)シンクロトロンXRD分析
シンクロトロンXRD分析の結果を図1に示す。後述する触媒調製例2で示す、Zn/[Si]-MFI触媒では、点線で示す位置に、ZnO結晶に起因するピークが見られたが、[Zn]-MFI触媒では、ZnO結晶に由来するピークは見られなかった。
(b)固体NMR分析
29Si MAS NMR分析の結果を図2に示す。Si、O、Znで構成されるゼオライトを29Si MAS NMRで測定すると、Si原子の4つの結合が-O-Siのみの場合には-110~-120ppmにピークが現れ、Si原子の4つの結合のうち少なくとも1つの結合が-O-Znである場合には-100ppm付近にピークが現れる(「Synthesis and Characterization OF Zincosilicates with the SOD Topology」M.A.Camblor,R.F.Lobe,H.Koller,M.E.Davis,Chemistry of Materials,6,P.2193-2199(1994))。[Zn]-MFI触媒では、この-100ppmのピークが見られた。
(c)FT-IR分析
450℃で1時間真空排気して前処理を行った後の室温でのFT-IR分析の結果を図3に示す。Zn同士が近くに存在すれば、前処理によりZn-O-Znとなる。ZnO結晶やZn含浸担持触媒では、FT-IR分析において、3600~3700cm-1の領域に吸収バンドを有さない。しかし、[Zn]-MFI触媒においては、ZnのZn-OH振動に由来する3640cm-1付近の吸収バンドが見られ、ゼオライト骨格内に取り込まれて、Zn同士は孤立しているとみられる。
また、前処理後に150℃まで冷却し、ピリジンを導入し、真空排気しながら250℃まで昇温させた後にFT-IR分析を行った。その結果を図4に示す。ブレンステッド酸が存在する場合、ゼオライト触媒にピリジンを吸着させてFT-IRで測定すると、1560cm-1付近にC6H5N-Hの振動に由来する吸収バンドが見られることが知られている。しかしながら、[Zn]-MFI触媒では、当該吸収バンドが見られなかった。
ルイス酸が存在する場合、ゼオライト触媒にピリジンを吸着させてFT-IRで測定すると、1450cm-1付近に吸収バンドが見られることが知られている。そして、[Zn]-MFI触媒では、1450cm-1付近に吸収バンドが見られた。このことから、[Zn]-MFI触媒は、ブレンステッド酸を有さず、ルイス酸のみを有することが判明した。
(d)CO2-TPD分析
CO2-TPD分析の結果を図5に示す。CO2-TPD分析において、一般的なアルミニウムを含むゼオライト触媒では、100℃付近の低温域にピークは示すものの、500℃以上の高温域ではピークは見られない。また、Zn含浸担持触媒では、100℃付近にのみピークが見られる。しかしながら、[Zn]-MFI触媒では、500℃以上の高温域においてもピークが見られ、このゼオライト触媒の固体塩基性が強いことが確認された。なお、CO2-TPDによる500℃以上の高温域のピーク面積から算出した固体塩基量は、0.001~0.035mmol/gであった。
(e)NH3-TPD分析
NH3-TPD分析の結果を図6に示す。NH3-TPD分析において、Zn含浸担持触媒では200℃付近にブロードなピークが見られた。一方、[Zn]-MFI触媒では、150℃~500℃までの大きいブロードのピークが見られた。FT-IR分析において、[Zn]-MFI触媒は、ブレンステッド酸を有さず、ルイス酸のみを有することが確認されているため、このピークはルイス酸に吸着したNH3の離脱に由来すると考えられる。また、ピーク面積から算出した酸量は、0.01~0.2mmol/gであった。
(f)UV-vis分析
UV-vis分析の結果を図7に示す。UV-vis分析において、ZnO結晶のピークは255~322nm、ゼオライト細孔内ZnOクラスターのピークは240nmに帰属される。ZnO結晶、ゼオライト細孔内ZnO結晶のピークは[Zn]-MFI触媒には確認されず、Zn原子がゼオライト骨格内に高分散に存在していると考えられる。
(a) Synchrotron XRD Analysis The results of synchrotron XRD analysis are shown in Figure 1. In the Zn/[Si]-MFI catalyst shown in Catalyst Preparation Example 2 described later, a peak due to ZnO crystals was observed at the position indicated by the dotted line, but in the [Zn]-MFI catalyst, no peak due to ZnO crystals was observed.
(b) Solid-state NMR analysis
The results of the 29 Si MAS NMR analysis are shown in Figure 2. When a zeolite composed of Si, O, and Zn is measured by 29 Si MAS NMR, if the four bonds of the Si atom are only -O-Si, a peak appears at -110 to -120 ppm, and if at least one of the four bonds of the Si atom is -O-Zn, a peak appears around -100 ppm ("Synthesis and Characterization OF Zincosilicates with the SOD Topology" M.A. Cambroer, R.F. Lobe, H. Koller, M.E. Davis, Chemistry of Materials, 6, P.2193-2199 (1994)). In the case of the [Zn]-MFI catalyst, this peak at -100 ppm was observed.
(c) FT-IR analysis The results of FT-IR analysis at room temperature after pretreatment by evacuation at 450°C for 1 hour are shown in Figure 3. If Zn exists close to each other, it will become Zn-O-Zn by pretreatment. ZnO crystals and Zn-impregnated supported catalysts do not have an absorption band in the region of 3600 to 3700 cm -1 in FT-IR analysis. However, in the [Zn]-MFI catalyst, an absorption band is observed near 3640 cm -1 due to the Zn-OH vibration of Zn, and it is considered that Zn is taken up into the zeolite framework and is isolated from each other.
In addition, after the pretreatment, the catalyst was cooled to 150°C, pyridine was introduced, and the temperature was raised to 250°C while evacuating to a vacuum, after which FT-IR analysis was performed. The results are shown in Figure 4. It is known that when pyridine is adsorbed on a zeolite catalyst in the presence of a Brønsted acid and then measured by FT-IR, an absorption band resulting from the vibration of C 6 H 5 N-H is observed near 1560 cm -1 . However, this absorption band was not observed in the case of the [Zn]-MFI catalyst.
It is known that when a Lewis acid is present, an absorption band is observed near 1450 cm -1 when pyridine is adsorbed on a zeolite catalyst and the catalyst is measured by FT-IR. In the case of the [Zn]-MFI catalyst, an absorption band was observed near 1450 cm -1 . This demonstrated that the [Zn]-MFI catalyst does not have a Bronsted acid, but only has a Lewis acid.
(d) CO 2 -TPD Analysis The results of the CO 2 -TPD analysis are shown in FIG. 5. In the CO 2 -TPD analysis, a typical aluminum-containing zeolite catalyst exhibits a peak in the low temperature range around 100°C, but no peak is observed in the high temperature range of 500°C or higher. In addition, a peak is observed only in the vicinity of 100°C in the Zn-impregnated supported catalyst. However, in the [Zn]-MFI catalyst, a peak is observed even in the high temperature range of 500°C or higher, confirming that the solid basicity of this zeolite catalyst is strong. The amount of solid base calculated from the peak area in the high temperature range of 500°C or higher by CO 2 -TPD was 0.001 to 0.035 mmol/g.
(e) NH 3 -TPD Analysis The results of NH 3 -TPD analysis are shown in FIG. 6. In the NH 3 -TPD analysis, a broad peak was observed around 200°C for the Zn-impregnated supported catalyst. On the other hand, a large broad peak was observed from 150°C to 500°C for the [Zn]-MFI catalyst. In the FT-IR analysis, it was confirmed that the [Zn]-MFI catalyst does not have a Bronsted acid, but only a Lewis acid, and therefore this peak is considered to be derived from the release of NH 3 adsorbed to the Lewis acid. In addition, the amount of acid calculated from the peak area was 0.01 to 0.2 mmol/g.
(f) UV-vis analysis The results of the UV-vis analysis are shown in Figure 7. In the UV-vis analysis, the peak of ZnO crystals is assigned to 255-322 nm, and the peak of ZnO clusters in the zeolite pores is assigned to 240 nm. No peaks of ZnO crystals or ZnO crystals in the zeolite pores were confirmed in the [Zn]-MFI catalyst, and it is considered that Zn atoms are highly dispersed in the zeolite framework.
以上の結果より、得られた[Zn]-MFI触媒は、ブレンステッド酸を有さずルイス酸のみを有し、固体塩基性が強い、MFI構造のゼオライト触媒であることが確認された。 These results confirm that the obtained [Zn]-MFI catalyst is a zeolite catalyst with an MFI structure that does not have any Brønsted acids, has only Lewis acids, and has strong solid basicity.
(4)白金担持工程
次に、焼成後のゼオライト触媒1gに対して、白金含有量4.557質量%のジニトロジアミン白金(II)硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH3)2(NO2)2]/HNO3)を添加して、白金の担持量がそれぞれ0.2質量%、0.5質量%、1.0質量%及び2.0質量%になるよう白金を含浸担持した。その後130℃で一晩乾燥させ、550℃で3h、空気中で焼成し、0.2質量%、0.5質量%、1.0質量%及び2.0質量%の白金がそれぞれ担持されたゼオライト担持白金触媒である、Pt/[Zn]-MFI触媒を調製した。
(4) Platinum Supporting Step Next, a dinitrodiamine platinum (II) nitric acid solution (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo, [Pt(NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 ] / HNO 3 ) having a platinum content of 4.557% by mass was added to 1 g of the calcined zeolite catalyst, and platinum was impregnated and supported so that the platinum supporting amounts were 0.2 mass%, 0.5 mass%, 1.0 mass%, and 2.0 mass%, respectively. Then, the catalyst was dried overnight at 130 ° C. and calcined in air at 550 ° C. for 3 h to prepare Pt / [Zn]-MFI catalysts, which are zeolite-supported platinum catalysts supporting 0.2 mass%, 0.5 mass%, 1.0 mass%, and 2.0 mass% platinum, respectively.
[触媒調製例2]
<Zn/[Si]-MFI触媒の調製>
水酸化ナトリウム、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAOH)、イオン交換水を混合(TEOS:TPAOH:イオン交換水=1:0.12:70(mol比))して調製したゲルを80℃で24h撹拌(熟成)を行った。得られた混合物を175℃で24時間水熱合成を行った後、繰り返し水で洗浄した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3h焼成を行った。これにより、アルミニウムを含まないシリカライトを得た。なお、得られたシリカライトについてはX線回折測定(X線源:CuKα、装置:リガク社製、RINT 2500)により、MFI構造を有することを確認した。続いて1M硝酸亜鉛六水和物の水溶液を用いて亜鉛の担持量が10.0質量%になるよう亜鉛を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3h焼成を行ってZn/[Si]-MFI触媒を調製した。
[Catalyst Preparation Example 2]
<Preparation of Zn/[Si]-MFI catalyst>
A gel prepared by mixing sodium hydroxide, tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH), and ion-exchanged water (TEOS:TPAOH:ion-exchanged water=1:0.12:70 (molar ratio)) was stirred (aged) at 80°C for 24 hours. The resulting mixture was subjected to hydrothermal synthesis at 175°C for 24 hours, and then repeatedly washed with water. Then, it was dried overnight at 130°C and baked at 550°C for 3 hours. This resulted in a silicalite that does not contain aluminum. It was confirmed that the obtained silicalite had an MFI structure by X-ray diffraction measurement (X-ray source: CuKα, device: Rigaku Corporation, RINT 2500). Next, zinc was impregnated and supported using an aqueous solution of 1M zinc nitrate hexahydrate so that the amount of zinc supported was 10.0 mass%, dried overnight at 130°C, and baked at 550°C for 3 hours to prepare a Zn/[Si]-MFI catalyst.
[触媒調製例3]
<Pt/MgAl2O4触媒の調製>
市販のγ-アルミナ(ネオビードGB-13、水澤化学工業製)10.0gと、硝酸マグネシウム六水和物(和光純薬工業株式会社製、Mg(NO3)2・6H2O)12.5gを100mLの水に溶解した水溶液とを混合した。得られた混合液を、エバポレータを用いて、50℃で180分間撹拌し、その後減圧下で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3h焼成を行い、続けて800℃で3h焼成を行った。これにより、スピネル型構造を有するアルミナ-マグネシア担体を得た。なお、得られたアルミナ-マグネシア担体は、X線回折測定(X線源:CuKα、装置:リガク社製、RINT 2500)により、2θ=36.9、44.8、59.4、65.3degにMgスピネルに由来する回折ピークが確認された。
次いで、ジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液(田中貴金属工業株式会社製、[P
t(NH3)2(NO2)2]/HNO3)を用いて、白金の含有量が1.0質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3h焼成を行い、Pt/MgAl2O4触媒を調製した。
[Catalyst Preparation Example 3]
<Preparation of Pt/ MgAl2O4 catalyst >
10.0 g of commercially available γ-alumina (Neo Bead GB-13, Mizusawa Chemical Industry Co., Ltd.) was mixed with an aqueous solution in which 12.5 g of magnesium nitrate hexahydrate (Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 100 mL of water. The resulting mixture was stirred at 50° C. for 180 minutes using an evaporator, and then water was removed under reduced pressure. The mixture was then dried overnight at 130° C., and fired at 550° C. for 3 hours, and then fired at 800° C. for 3 hours. This resulted in an alumina-magnesia carrier having a spinel structure. The resulting alumina-magnesia carrier was confirmed to have diffraction peaks attributable to Mg spinel at 2θ = 36.9, 44.8, 59.4, and 65.3 deg by X-ray diffraction measurement (X-ray source: CuKα, device: Rigaku Corporation, RINT 2500).
Next, a dinitrodiammine platinum (II) nitric acid solution (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., [P
The catalyst was impregnated with platinum using a 1.0 mass% mixture of 1.0% by mass of MgAlAlO2 and 1.0% by mass of t( NH3 ) 2 ( NO2 ) 2 / HNO3 , dried overnight at 130°C, and calcined at 550°C for 3 hours to prepare a Pt/ MgAlAl2O4 catalyst.
[シクロペンタジエンの製造]
触媒調製例1及び3で得られた触媒を用いて、シクロペンタジエンの製造を行った。
[Production of cyclopentadiene]
Using the catalysts obtained in Catalyst Preparation Examples 1 and 3, cyclopentadiene was produced.
(実施例1)
1.0質量%の白金が担持されたPt/[Zn]-MFI触媒0.1gを管型反応器に充填し、管型反応器を固定床流通式反応装置に接続した。分子状水素を30mL/minで流通させながら、管型反応器を550℃まで昇温した後、1.0h保持した。その後、原料組成物として炭素数5のオレフィン(1-ペンテン:1,3-ペンタジエン=50:50(質量比))及び窒素をそれぞれ管型反応器に供給し、反応温度500℃、常圧にて環化脱水素反応を行った。WHSVは、1.1h-1とした。ガス流量(mL/min)比は、原料組成物:窒素(N2)=1:12とした。
Example 1
A tubular reactor was filled with 0.1 g of Pt/[Zn]-MFI catalyst carrying 1.0 mass% platinum, and the tubular reactor was connected to a fixed-bed flow reactor. The tubular reactor was heated to 550° C. while flowing molecular hydrogen at 30 mL/min, and then held at that temperature for 1.0 h. Then, an olefin having a carbon number of 5 (1-pentene:1,3-pentadiene=50:50 (mass ratio)) and nitrogen were each supplied to the tubular reactor as a raw material composition, and a cyclization dehydrogenation reaction was carried out at a reaction temperature of 500° C. and normal pressure. The WHSV was 1.1 h −1 . The gas flow rate (mL/min) ratio was raw material composition:nitrogen (N 2 )=1:12.
反応開始時から0.5、2.5、4.5及び6.5時間が経過した時点で、環化脱水素反応の生成物を水素炎検出器を備えたガスクロマトグラフ(FID-GC)を用いて分析した。ガスクロマトグラムに基づき、採取された反応生成物の各成分(単位:質量%)を定量し、原料の合計転化率(各原料の転化率を合算した値、単位:質量%)及びシクロペンタジエンの収率(原料の炭素数5のオレフィンの使用量に対する収率、質量%)を算出した。結果を表1に示す。合計転化率は以下の式(1)により算出した。 At 0.5, 2.5, 4.5, and 6.5 hours after the start of the reaction, the products of the cyclization dehydrogenation reaction were analyzed using a gas chromatograph (FID-GC) equipped with a hydrogen flame detector. Based on the gas chromatogram, each component (unit: mass%) of the collected reaction product was quantified, and the total conversion rate of the raw materials (sum of the conversion rates of each raw material, unit: mass%) and the cyclopentadiene yield (yield relative to the amount of olefin with a carbon number of 5 used as the raw material, mass%) were calculated. The results are shown in Table 1. The total conversion rate was calculated using the following formula (1).
合計転化率(質量%)=(1-(C生成1-ペンテン+C生成1,3-ペンタジエン)/(C原料1-ペンテン+C原料1,3-ペンタジエン))×100 (1)
式(1)において、C原料1-ペンテン及びC原料1,3-ペンタジエンは原料中に含まれる1-ペンテン及び1,3-ペンタジエンの質量%、C生成1-ペンテン及びC生成1,3-ペンタジエンは生成物中に含まれる1-ペンテン及び1,3-ペンタジエンの質量%である。
Total conversion rate (mass%) = (1 - (C product 1-pentene + C product 1,3-pentadiene ) / (C raw material 1-pentene + C raw material 1,3-pentadiene )) x 100 (1)
In formula (1), C raw material 1-pentene and C raw material 1,3-pentadiene are the mass% of 1-pentene and 1,3-pentadiene contained in the raw material, and C product 1-pentene and C product 1,3-pentadiene are the mass% of 1-pentene and 1,3-pentadiene contained in the product.
(実施例2~11)
実施例1において、原料組成物、触媒、WHSV、及びガス流量比を表2~5に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、シクロペンタジエンの収率を算出した。得られたシクロペンタジエンの収率からシクロペンタジエンの収率比(反応時間6.5hrにおけるシクロペンタジエンの収率/反応時間2.5hrにおけるシクロペンタジエンの収率)を算出した。結果を表2~表5に示す。
(Examples 2 to 11)
The yield of cyclopentadiene was calculated in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition, catalyst, WHSV, and gas flow rate ratio in Example 1 were changed as shown in Tables 2 to 5. The yield ratio of cyclopentadiene (yield of cyclopentadiene in a reaction time of 6.5 hours/yield of cyclopentadiene in a reaction time of 2.5 hours) was calculated from the yield of cyclopentadiene obtained. The results are shown in Tables 2 to 5.
(実施例12、13及び比較例1~3)
実施例1において、原料組成物、触媒、WHSV、及びガス流量比を表1及び表6に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、原料の転化率又は原料の合計転化率、及びシクロペンタジエンの収率をそれぞれ算出した。結果を表1及び表6に示す。
(Examples 12 and 13 and Comparative Examples 1 to 3)
The raw material conversion rate or the total raw material conversion rate, and the cyclopentadiene yield were calculated in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition, catalyst, WHSV, and gas flow rate ratio in Example 1 were changed as shown in Tables 1 and 6. The results are shown in Tables 1 and 6.
表1に示すように、実施例1のゼオライト骨格中に遷移金属が導入されたゼオライト触媒に貴金属を担持した触媒を使用して反応を行ったところ、比較例1の結晶性メタロシリケートを担体としない、担持貴金属触媒と比較して、原料の合計転化率及びシクロペンタジエンの収率が高い傾向を示した。
さらに実施例1の触媒では、6.5時間経過後であってもシクロペンタジエンの収率を高く維持しており、反応時間の経過に対して安定したシクロペンタジエンの生成が認められた。一方、比較例1の触媒は反応開始直後にコーク劣化により失活し、シクロペンタジエン収率が低く推移する傾向が認められた。
As shown in Table 1, when a reaction was carried out using a catalyst in which a precious metal was supported on the zeolite catalyst in which a transition metal was introduced into the zeolite framework in Example 1, the total conversion rate of the raw materials and the yield of cyclopentadiene tended to be higher than those in Comparative Example 1, in which a supported precious metal catalyst was not used as a support for a crystalline metallosilicate.
Furthermore, with the catalyst of Example 1, the yield of cyclopentadiene was maintained high even after 6.5 hours had elapsed, and stable production of cyclopentadiene over reaction time was observed. On the other hand, the catalyst of Comparative Example 1 was deactivated by coke deterioration immediately after the start of the reaction, and the cyclopentadiene yield tended to remain low.
表2は、ゼオライト触媒における白金の含有量が、シクロペンタジエンの収率比に及ぼす効果を示している。
表2に示すように、ゼオライト触媒における白金の含有量が0.2質量%であっても、反応時間の経過に対して安定したシクロペンタジエンの生成が認められた。
Table 2 shows the effect of platinum content in the zeolite catalyst on the yield ratio of cyclopentadiene.
As shown in Table 2, even when the platinum content in the zeolite catalyst was 0.2 mass %, stable production of cyclopentadiene was observed over the reaction time.
表3は、WHSVがシクロペンタジエンの収率比に及ぼす効果を示している。
表3に示すように、WHSVが0.5~5.0h-1の幅広い範囲において、反応時間の経過に対して安定したシクロペンタジエンの生成が認められた。
Table 3 shows the effect of WHSV on the specific yield of cyclopentadiene.
As shown in Table 3, stable production of cyclopentadiene over the reaction time was observed over a wide range of WHSV from 0.5 to 5.0 h −1 .
表1の実施例1及び表4の実施例8は、原料組成物中の炭素数5のジオレフィンの含有量が、シクロペンタジエンの収率比に及ぼす効果を示している。
ここで、実施例1のシクロペンタジエンの収率比(6.5hr/2.5hr)は、1.09であった。
表1の実施例1及び表4の実施例8に示すように、原料組成物中の炭素数5のジオレフィンの含有量が33質量%及び50質量%であっても、反応時間の経過に対して安定したシクロペンタジエンの生成が認められた。
Example 1 in Table 1 and Example 8 in Table 4 show the effect of the content of the diolefin having 5 carbon atoms in the raw material composition on the yield ratio of cyclopentadiene.
Here, the yield ratio of cyclopentadiene in Example 1 (6.5 hr/2.5 hr) was 1.09.
As shown in Example 1 of Table 1 and Example 8 of Table 4, even when the contents of the diolefin having 5 carbon atoms in the raw material composition were 33% by mass and 50% by mass, stable production of cyclopentadiene was observed over the course of reaction time.
表1の実施例1及び表5の実施例9~11は、反応系に供給するガス流量比がシクロペンタジエンの収率比に及ぼす効果を示している。
表1の実施例1及び表5の実施例9~11に示すように、反応系に分子状水素を供給しない場合であっても、反応時間の経過に対して安定したシクロペンタジエンの生成が認められた。
Example 1 in Table 1 and Examples 9 to 11 in Table 5 show the effect of the flow rate ratio of gases supplied to the reaction system on the yield ratio of cyclopentadiene.
As shown in Example 1 in Table 1 and Examples 9 to 11 in Table 5, even when molecular hydrogen was not supplied to the reaction system, stable production of cyclopentadiene was observed over the course of reaction time.
表6の実施例12及び13に示すように、実施例1の、原料組成物として炭素数5のモノオレフィンのみであっても、原料の転化率及びシクロペンタジエンの収率が高く、反応時間の経過に対して安定したシクロペンタジエンの生成が認められた。
一方、表6の比較例2及び3の方法は、実施例12及び13ほどの高い原料の転化率及びシクロペンタジエンの収率が得られておらず、特に比較例3の方法は経時的なシクロペンタジエン収率の低下が認められた。
As shown in Examples 12 and 13 in Table 6, even in the case of Example 1 in which only a monoolefin having a carbon number of 5 was used as the raw material composition, the raw material conversion rate and the cyclopentadiene yield were high, and stable production of cyclopentadiene was observed over the course of the reaction time.
On the other hand, the methods of Comparative Examples 2 and 3 in Table 6 did not achieve such high raw material conversion and cyclopentadiene yield as those of Examples 12 and 13, and in particular, the method of Comparative Example 3 showed a decrease in cyclopentadiene yield over time.
Claims (7)
前記ゼオライト触媒が、ゼオライト骨格中に、Zn原子を含み、ルイス酸性と強い固体塩基性を有する、
シクロペンタジエンの製造方法。 a cyclization/dehydrogenation step of contacting a raw material composition containing an olefin having a carbon number of 5 with a zeolite catalyst having an MFI structure to obtain a reaction product containing cyclopentadiene,
The zeolite catalyst contains Zn atoms in the zeolite framework and has Lewis acidity and strong solid basicity.
A method for producing cyclopentadiene.
Priority Applications (2)
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