JP2001038213A - メチルアミン製造触媒 - Google Patents
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Abstract
いはメチルアミン類の不均化反応によるジメチルアミン
の製造に用いた場合、需要の少ないトリメチルアミンの
生成を伴わないで高いジメチルアミン生産性が得られ、
かつ触媒活性の低下なく長期間の運転を可能とする触媒
を提供する。 【解決手段】 結晶子径が0.5μm以下の球状の微粒
子からなるモルデナイトを主たる構成成分とするメチル
アミン製造触媒。
Description
ニアを原料とするメチルアミン類の製造、及びモノメチ
ルアミンの不均化反応によるメチルアミン類の製造に於
いて、従来より優れた性能を発揮するメチルアミン製造
触媒に関する。メチルアミン類、特にジメチルアミンは
ジメチルホルムアミドに代表される溶剤、ゴム製品、医
薬品や界面活性剤等の原料として重要である。
アンモニアからシリカ−アルミナ等の固体酸触媒を用い
て400℃前後の温度で製造されている。その他、モノ
メチルアミンの不均化反応によって製造する方法が知ら
れている。上記、メチルアミン類の製造では、需要の少
ないトリメチルアミンが主生成物となる。しかし、メチ
ルアミン類の需要は殆どジメチルアミンに偏っている
為、選択的なジメチルアミンの製造法が望まれている。
り有利なゼオライト触媒を用いるメチルアミン類の製造
方法が提案されている。例えば、ゼオライトA(特開昭
56−69846号公報)、FU−1(特開昭54−1
48708号公報)、ZSM−5(USP408280
5号公報)、フェリエライト、及びエリオナイト(特開
昭56−113747号公報)、ZK−5、Rho、シ
ャバサイト、及びエリオナイト(特開昭61−2542
56号公報)、或いはシリコアルミノホスフェート等を
用いる熱力学的な平衡組成を上回るメチルアミン類の製
造方法(特開平2−734号公報)等が公知の技術とし
て挙げられる。上記、ゼオライト類の中、特にモルデナ
イトはメチルアミン製造触媒として検討され、多くの提
案がなされた公知の技術である。例えば、米国特許33
84667号に於いて、既に他のゼオライト類と共に開
示されている(1968年)。また天然、或いは合成モ
ルデナイトを用いる提案として特開昭56−46846
号、特開昭58−49340号、特開昭59−2100
50号及び特開昭59−227841号公報記載の方法
があり、トリメチルアミンの生成を抑える為に、四塩化
珪素を用いてCVD法で修飾した特開平03−2625
40号公報等記載の方法もある。その他、イオン交換や
種々の修飾方法が検討されている。更に通常、アルミナ
に対するシリカ比が10以下であるのに対し、この比に
着目して10以上のモルデナイトが好適であるとする特
開平06−179640号公報記載の方法やモルデナイ
トの結晶形態の中、アスペクト比に着目して、この比が
2以上の棒状のものを用いる特開平08−283207
号公報等記載の方法がある。
製造に於いて、生成物として最も好ましいジメチルアミ
ンを高選択的に生成する点で、シリカ−アルミナ触媒に
比べて優れている。しかし、いずれも触媒活性は、シリ
カ−アルミナ触媒に比べて劣っている。例えば、実用的
な寿命を一年とした場合のジメチルアミンの生産性は、
高々、シリカ−アルミナ触媒の半分にしか過ぎない。従
って、ジメチルアミンが高選択的に得られても、実際の
生産に於いて比較すると長所と短所が相殺されるので、
ゼオライト類とシリカ−アルミナ触媒に経済的に大きな
違いは見られないのが実状であった。本発明者等は、先
にシリカ変性したシリコアルミノホスフェート類が、公
知のゼオライト触媒や先行技術であるシリコアルミノホ
スフェート類に比べて、高活性、かつ高いジメチルアミ
ン選択性を併せ持つものである事を見出し、出願した
(特開平11−35527号、特願平10−18742
3号、特願平10−180879及び特願平10−02
5832号)。更に、上記触媒に改良を加え、シリカ−
アルミナ触媒に比べても、高活性、かつ高いジメチルア
ミン選択性を併せ持ち、ジメチルアミン生産性に於いて
も従来技術を凌ぐに至った(特願平10−29377
2)。ところが、工業的なメチルアミン製造触媒として
実績のあるモルデナイトは現状、ジメチルアミンの生産
性が低く、シリカ−アルミナ触媒に比肩するものでは無
い。
モルデナイト触媒の欠点である生産性の低さ、即ち、触
媒量当たりのジメチルアミンの収量(STY)を、既存
のシリカ−アルミナ触媒並み、或いはそれを超える性能
を発揮させる事で、モルデナイト触媒のジメチルアミン
高選択性を活かして従来より優位性の高い製造プロセス
とする事が可能なメチルアミン製造触媒を提供する事で
ある。
を解決すべく鋭意検討を重ね、従来、例えば特開平08
−283207号公報に於ける様に、メチルアミン製造
触媒として充分な性能を発揮できず不適当と見做されて
いたアスペクト比2以下に相当する球状に近い特定の結
晶子からなるモルデナイトが優れた触媒性能を発揮する
事を見出した。更に、特定の元素類を含有する上記モル
デナイトが、特に、ジメチルアミンの選択性に優れ、活
性の経時的な低下も小さく実用的な寿命を有し、しかも
ジメチルアミンのSTYが高く、生産性の点でシリカ−
アルミナ触媒を凌ぐものである事を見出した。その結
果、これまで不可能であった、メチルアミン触媒として
優れた生産性と高いジメチルアミン選択性を発揮させる
に至り、本発明を完成した。
μm以下の球状の微粒子からなるモルデナイトを主たる
構成成分とするメチルアミン製造触媒、(2)モルデナ
イトがLi、Be、Mg、La、Ce、Ca、Sr、T
h、Y、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mn、F
e、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、C
u、Zn、B、Ga、In、Ge、及びSnからなる群
の中から選択された少なくとも一種の元素を含有したも
のである(1)記載の触媒、(3)モルデナイトがT
i、Y、Zr、Nb、Ta、Ga、In、Zn、Ge、
又はSnからなる群の中から選択された少なくとも一種
の元素を含有したものである(1)記載の触媒、(4)
上記(1)〜(3)記載のメチルアミン製造触媒の存在
下、アンモニアとメタノールとを反応させるメチルアミ
ン類の製造方法、及び(5)上記(1)〜(3)記載の
モルデナイト製造触媒の存在下、モノメチルアミンの不
均化反応を行うことを特徴とするメチルアミン類の製造
方法、に関する。
或いは合成の違いを問わないが、結晶形状は球状、或い
は球に近い形状例えば楕円状でも良く、その結晶子径は
0.5μm以下である。この様な結晶のアスペクト比は
2以下に相当し、結晶の縦横がほぼ同程度である。モル
デナイトのアスペクト比とは、12員環細孔を正面から
見た軸をc軸とし、その側面の8員環を正面から見た軸
をb軸、残りをa軸とするとc/b又はc/aで表され
る軸比の事である。結晶子径が0.5μm以下の球状の
微粒子からなるものは低倍率の電子顕微鏡観察で識別す
るのは困難な場合が多いが、走査電子顕微鏡や透過電子
顕微鏡等を用いて20から100万倍で観察する事で結
晶サイズを知る事が出来る。好ましい結晶子径は0.0
5から0.1μmである事が好ましい。しかし、結晶子
が凝集した2次粒子の形状や大きさには、特に制限は無
い。上記の好ましい形状と好ましい大きさを有するモル
デナイトは触媒寿命の点で優れている。
0が好ましいがこの範囲をはずれても大きな問題は無い
が、あまりにもSi/Al 比が大きく、例えば100にも及
ぶ場合は転化率が低下する等の不都合が生じるので好ま
しくない。また活性の点で、Na型モルデナイトよりH
型モルデナイトが好ましく、不純物としてのNa量は出
来る限り低減する事が好ましいが、2000 ppm以下で
あれば実用上、問題は無い。又、Na以外のアルカリ金
属の含有量も同様に2000 ppm以下にする事が好まし
い。
で、Na、或いはアルカリ金属類をアンモニウムイオン
で交換した後、焼成してH型にする他に、適当な種類の
イオン、例えば、Li、Be、Mg、La、Ce、C
a、Sr、Th、Y、Ti、Zr、V、Nb、Ta、C
r、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、P
d、Pt、Cu、Zn、B、Ga、In、Ge、Sn等
を用いて種々の方法で修飾する事が好ましい。
段、例えば、該イオン溶液に浸漬した後、水洗、乾燥、
焼成する等して行う事が出来る。イオン交換はモルデナ
イトの交換可能容量の少なくとも10%、出来れば30
%以上行う事が好ましい。
善する他の手段として特に効果が大きいのは、該モルデ
ナイトの構成部の一部を適当な元素で上記浸漬以外の方
法により置換したり、適当な元素をモルデナイトに被
覆、堆積させる等して修飾する方法である。この様な元
素とは、金属、又は半金属、若しくは半導体を指し、具
体的にはLi、Be、Mg、La、Ce、Ca、Sr、
Th、Y、Ti、Nb、Ta、Zr、V、Cr、Mn、
Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、C
u、Zn、B、Ga、In、Ge、Sn等であるが、特
にTi、Y、Zr、Nb、Ta、Ga、In、Ge、S
nが好ましい。これ等の元素は、単体原子、酸化物、或
いは複合酸化物の形で含まれていて良いが、モルデナイ
トを焼成して触媒とするのが一般的であるので、酸化物
として存在する場合が多い。例えば、酸化リチウム、酸
化ベリリウム、酸化ランタン、酸化カルシウム、酸化ス
トロンチウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ニ
オブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化バナジウ
ム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ルテニウ
ム、酸化コバルト、酸化ロジウム、酸化イリジウム、酸
化ニッケル、酸化パラジウム、酸化亜鉛、酸化銅、酸化
硼素、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化ゲルマニウ
ム、酸化錫等である。好ましい含有量はモルデナイトに
対し、該原子の酸化物に換算して50重量%以下であ
り、特に0.5から10重量%の範囲が好ましい。この
場合の修飾する方法としては、例えばモルデナイトと機
械的に混合する方法、水熱合成時に添加する方法、CV
Dを利用する方法、或いは前駆体と接触させた後に熱分
解を行う方法等が考えられる。この中、簡便さと確実性
の点で酸化物類を機械的に混合する方法と水熱合成時に
金属源等を添加する方法が特に好ましい。但し、修飾、
或いは変性手段をこれ等だけに限定するものでは無く、
モルデナイトの構成部の一部を特定の金属、若しくは該
金属の酸化物で、置換、結合、堆積、被覆、或いは含有
させたものであれば本発明に該当する。
の一種であるが、結晶を構成する第一次構造単位である
AlO4 、及びSiO4 四面体からなる特定の構造配
列、即ち、第二次構造単位が同じであるフェリエライ
ト、エピスティルバイトやZSM−5はモルデナイト系
と見なされ(講談社サイエンティフィック社、ゼオライ
トの科学と応用)、結晶が生成する組成領域も非常に近
い。本発明ではモルデナイトに替えてこれ等のゼオライ
ト類を用いても良い。
られる合成モルデナイトは硫酸アルミニウム等のアルミ
ニウム源と水ガラス等の珪素源から公知の方法により製
造することができる。また本発明のメチルアミン製造触
媒として用いられるモルデナイトの中、修飾していない
ものは商業的に入手可能であり、そのようなモルデナイ
トとして、東ソー株式会社製のHSZ-630HOA及びHSZ-630H
OAが挙げられる。これら市販のモルデナイトを上記の方
法により適当な元素で修飾することも可能である。
やすい等の他の適当なモレキュラーシーブと混合して用
いる事が出来る。混合には、シャバサイト、エリオナイ
ト、フェリエライト、エピスティルバイト、クリノプチ
ロライト、ポーリンガイト、フィリップサイト、レビナ
イト、ゼオライト−A、rho、ZK−5、及びFU−
1等のアルミノシリケートやシリコアルミノホスフェー
ト類、即ち、SAPO類等の細孔径が1nm以下のモレ
キュラーシーブが挙げられる。
サイト、ナクライト、モンモリロナイト、イライトやマ
イカ等の粘土鉱物を適宜選択して添加しても良い。又、
混合物中の、モルデナイト含有量は50重量%以上が好
ましい。上記、モルデナイトは、そのまま、或いは打
錠、圧縮、押し出し成型等を施してアンモニアとメタノ
ール又はジメチルエーテルとの反応、モノメチルアミン
とメタノールの反応、或いはモノメチルアミン等の不均
化反応によるジメチルアミンへの転化反応の触媒として
好適に使用する事が出来る。
て、メタノールとアンモニアとの反応によるメチルアミ
ン類の製造、メタノールとモノメチルアミンとの反応に
よるメチルアミン類の製造、或いはモノメチルアミン等
の不均化反応によるメチルアミン類の製造を行う場合、
反応の形態は気相固定床、或いは流動床等の流通方式や
流通時に窒素や水素等を供給する方式での実施が好まし
い。
の不均化反応に於いて反応温度は200から400℃の
範囲が好ましく、特に250から350℃の範囲が好ま
しい。供給原料のメタノールに対するアンモニアのモル
比、即ち、N/C は0.5から2の範囲が特に好ましい。
又、原料供給は、SV200から5000 h-1の範囲で
行うのが好ましい。反応圧力は、特に制限は無く減圧、
或いは加圧下に実施する事が出来るが、通常、0.1か
ら10MPaの圧力範囲で行う事が好ましい。当然では
あるが本発明の実施形態を、上記の説明だけに限るもの
では無い。
て、更に詳細に説明する。以下の実施例、及び比較例に
於ける反応は、原料タンク、原料供給ポンプ、不活性ガ
ス導入装置、反応管(内径13φ、長さ300mm 、SUS316L
)、試料採取タンク、及び背圧弁等を備えた流通反応
装置を用いて行った。又、生成物は反応が定常状態に達
した後に、試料を1時間かけて採取し、ガスクロマトグ
ラフで分析し、組成分布を求めた。
ソー株式会社製)は、透過電子顕微鏡(TEM)観察か
ら、結晶子径は0.1μm以下であり、球状の微粒子か
らなるものであった(図1参照)。このモルデナイトを
圧縮成型した後、粉砕、分級し、1から2mmに揃えた
ものを触媒1とした。触媒1を反応管に4.5g(10
ml)充填し、メタノールとアンモニアの1:1重量混
合物を毎時15g、時空間速度(GHSV)2500 h
-1で供給し、圧力2MPa、温度320℃で反応を行っ
た。流通開始後6時間目の反応成績は以下の通りであっ
た。
ニウムを添加し、水を加えて充分混合、攪拌した。次に
110℃で一晩乾燥し、更に600℃で4時間焼成し
た。得られた粉末を圧縮成型し、粉砕、分級し、1から
2mmに揃えたものを触媒2とした。実施例1と同一条
件に於ける反応成績は以下の通りであった。
0μm×5.5μmでアスペクト比が2以上に相当する
六角板状モルデナイト(HSZ-620HOA 東ソー株式会社
製)を用いた以外は実施例1と同様に触媒を調製して反
応を行った。また実施例2と同様にして酸化ジルコニウ
ムで変性した場合も併せて実験を行い、結果を表1に記
載した。
3μm×0.5μmでアスペクト比が2から5の棒状結
晶モルデナイト(HSZ-640HOA 東ソー株式会社製)を用
いた以外は実施例1と同様に触媒を調製して反応を行っ
た。また実施例2と同様にして酸化ジルコニウムで変性
した場合も併せて実験を行い、結果を表1に記載した。
0μmで、アスペクト比が1から2程度の楕円状の結晶
モルデナイト(LZM-8 UOP株式会社製)を用いた以
外は実施例1と同様に触媒を調製して反応を行った。ま
た実施例2と同様にして酸化ジルコニウムで変性した場
合も併せて、表1に記載した。
4μm×0.6μmで、アスペクト比は2以上に相当す
る棒状及び球状の結晶モルデナイト(東ソーHSZ-690HO
A)を用いた以外は実施例1と同様に触媒を調製して反
応を行った。また実施例2と同様にして酸化ジルコニウ
ムで変性した場合も併せて、結果を表1に記載した。
繊維状及び棒状の結晶が混在しアスペクト比2以上に相
当する天然モルデナイト( #1424 新東北化学工業株式
会社製)を用いた以外は実施例1と同様に触媒を調製し
て反応を行った。結果を表1に記載した。上記の実施例
1と2、及び比較例1から5に示した結果から、結晶サ
イズが0.5μm以下の球状に近い微粒子からなるモル
デナイトは単独、或いは酸化物等による変性によって優
れた選択性と活性を示すが、板状や棒状のモルデナイト
は単独、或いは酸化物変性によっても選択性が不充分で
あり、メチルアミン製造触媒として必ずしも適当とは言
えず、従来は不適当であると考えられていた球状微粒子
が却って優れた性能を発揮する事が明らかである。
替えてSi、La、Ce、Mg、Ba、Sr、Th、
Y、Ti、Nb、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、C
u、Zn、In、Sn等からなる酸化物、及び代表的な
粘土鉱物であるカオリナイトを用いた以外は同様に触媒
を調製した。上記触媒を反応管に4.5g(10ml)
充填し、メタノールとアンモニアの1:1重量混合物を
時空間速度(SV)1500 h-1で供給し、圧力2MP
a、温度300℃で反応を行った。流通開始後6時間目
の反応成績を表2に纏めて記載した。
と水ガラスの水溶液を攪拌しながら滴下する。この時あ
らかじめZr源として、酸化ジルコニウムを収量に対し
て5重量%含有する様に添加して、180から190℃
で、24時間かけて水熱合成を行った。得られたモルデ
ナイトは球状に近く、結晶子径が0.1μmでアスペク
ト比は1から2の範囲に相当するものであった。メタノ
ールとアンモニアの1:1重量混合物を時空間速度(S
V)1500 h -1で供給し、圧力2MPa、温度300
℃で反応を行った。流通開始後6時間目の反応成績を表
2に記載した。
分散液(10wt%)に浸漬した後、取り出し乾燥した。次
に1mmHgの真空下、温度を220℃迄昇温して蟻酸銅を
熱分解させる一種のCVD法により、銅をモルデナイト
に結晶に堆積させた。これを実施例1と同様にして触媒
を調製し、反応を行った。GHSV2500 h-1、圧力
2MPa、温度320℃に於ける流通開始後6時間目の
反応成績は以下の通りであった。
(Si/Al 比10)を、実施例2と同様にして調製した。
メタノールとアンモニアの1:1重量混合物を時空間速
度(SV)1500 h -1で供給し、圧力2MPa、温度
300℃で反応を行った。流通開始後6時間目の反応成
績を表2に記載した。
する触媒を用いて反応圧力2MPa、温度300℃に於
いてモノメチルアミンをGHSV700 h-1で供給し、
モノメチルアミンからアンモニアとジメチルアミンへの
不均化反応を行った。反応成績は、表3に記載した。
有する触媒を用いた以外は実施例23と同様にしてモノ
メチルアミンの不均化反応を行った。反応成績は、表3
に記載した。
なるモルデナイト(HSZ-630HOA, Si/Al=8 東ソー株式会
社製)から調製した触媒2を用いて、メタノールとアン
モニアの1:1重量混合物を、SV1500 h-1で供給
し、圧力2MPa、温度320℃で反応を継続した。3
000時間後のメタノール転化率は95%以上を維持し
ていた。またこの時、ジメチルアミンの生産速度は0.
36 Kg/L-cat.h であり、アミン選択率には変化が見ら
れなかった。
0μm×5.5μmで、アスペクト比が2以上に相当す
る六角板状のモルデナイト( HSZ-620HOA 東ソー株式
会社製)を用いてメタノールとアンモニアの1:1重量
混合物をSV1500 h-1で供給し、圧力2MPa、温
度320℃で反応を行った。表4に反応成績を記載し
た。
3μm×0.5μmで、アスペクト比が2から5に相当
する棒状のモルデナイト(HSZ-640HOA 東ソー株式会社
製)を用いた以外は比較例6と同様に反応を行った。表
4に反応成績を記載した。
0μmで、アスペクト比が1から2である球状結晶モル
デナイト(LZM-8 UOP株式会社製)を用いた以外
は、比較例6と同様にして反応を行った。表4に反応成
績を記載した。
結晶子径は判別困難な繊維状及び棒状の結晶が混在する
天然モルデナイト(#1424 新東北化学工業株式会社
製)を用いた以外は比較例6と同様に反応を行った。表
4に反応成績を記載した。
アンモニアの1:1重量混合物を、SV1500 h-1で
供給し、圧力2MPa、温度400℃で反応を継続し
た。3000時間後のメタノール転化率は99.2%で
あり、8000時間後は97.2%であった。ジメチル
アミンの生産速度は、実用的な寿命を一年以上とみなし
て0.21Kg/L-cat.h以上であり、アミン選択率は試験
期間中を通じモノ、ジ、トリメチルアミンが、其々2
4、25、51wt%であった。
から明らかな様に、本発明の触媒はメタノールとアンモ
ニア、或いはメチルアミン類の不均化反応によるジメチ
ルアミンの製造に用いた場合、需要の少ないトリメチル
アミンの生成が伴わない高いジメチルアミン生産性が得
られ、かつ触媒活性の低下なく長期間の運転が可能とな
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 結晶子径が0.5μm以下の球状の微粒
子からなるモルデナイトを主たる構成成分とすることを
特徴とするメチルアミン製造触媒。 - 【請求項2】 モルデナイトがLi、Be、Mg、L
a、Ce、Ca、Sr、Th、Y、Ti、Zr、V、N
b、Ta、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、I
r、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、B、Ga、In、
Ge、及びSnからなる群の中から選択された少なくと
も一種の元素を含有したものである請求項1記載の触
媒。 - 【請求項3】 モルデナイトがTi、Y、Zr、Nb、
Ta、Ga、In、Zn、Ge、又はSnからなる群の
中から選択された少なくとも一種の元素を含有したもの
である請求項1記載の触媒。 - 【請求項4】 請求項1から3記載のメチルアミン製造
触媒の存在下、アンモニアとメタノールとを反応させる
ことを特徴とするメチルアミン類の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1から3記載のモルデナイト製造
触媒の存在下、モノメチルアミンの不均化反応を行うこ
とを特徴とするメチルアミン類の製造方法。
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