JP2002210374A - モレキュラーシーブ打錠成型体 - Google Patents

モレキュラーシーブ打錠成型体

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メチルアミン類の合成等に触媒として用いら
れ、強度に優れるとともに触媒活性も高いモレキュラー
シーブ打錠成型体を提供する。 【解決手段】 水分含有量が20wt% 以下、嵩密度が0.3
から0.7g/cm3の範囲にあるモレキュラーシーブ粉末を打
錠成型して得られる成型体の密度が0.9 から1.2g/cm3
あり、比表面積が400 から600m2/g の範囲である打錠成
型体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒成型体に関す
る。詳細には、モレキュラーシーブを圧密し、該圧密体
を破砕整粒した後に打錠する事で、粉化率が低く、充分
な圧壊強度を有し、高い触媒活性と機械強度を併せ持つ
成型体を製造する方法に関する。本発明は、成型用バイ
ンダ−を使用しない為、バインダ−添加に伴う反応成績
の低下が起きない。高い機械強度を持ち、しかも反応成
績の低下の無いバインダーレス成型体を得る方法は工業
的に重要である。
【0002】
【従来の技術】一般に、固体触媒は押し出し成型、打錠
成型やスプレードライ法等により成型される。金属酸化
物等からなる非晶質固体酸類では、打錠成型によって充
分な機械強度が得られ、打錠圧縮に伴う比表面積減少が
反応成績に及ぼす悪影響は最小限に抑える事が出来る。
しかし、ゼオライト等のモレキュラーシーブ類は細孔が
潰れ易いので、実用的な機械強度を得る為に打錠圧を高
くすると比表面積の低下が大きく充分な触媒活性を確保
する事が難しい。従って、ゼオライト等のモレキュラー
シーブ類の成型では打錠成型を避け、押し出し成型を用
いるのが一般的である。押し出し成型では、アルミナ、
シリカ、或いはタルク、カオリン等の粘土化合物類をバ
インダーとして20〜50重量% 程度添加する事で実用的な
成型体強度が得られる。しかし、バインダ−の添加によ
って成型体中の触媒量は相対的に減少するので、バイン
ダ−レスの場合に比べて触媒活性が低下し、必要な触媒
量が増加する欠点がある。また、活性を高める為にバイ
ンダ−を減らすと成型触媒の強度が低下し実用的では無
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い機械強
度を有し、粉化率が少なく、しかも触媒活性の低下が殆
ど無い打錠によるモレキュラーシーブ成型体を製造する
方法を提供する事にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、モレキュ
ラーシーブの打錠成型に関して鋭意検討を重ね、モレキ
ュラーシーブを0.5 〜5MPaの圧力で圧密し、該圧密体を
破砕、整粒した後、打錠して成型体密度を、0.9 から1.
2(g/cm3)、BET 比表面積を400 から600(m2/g) の範囲に
保った場合に実用的な圧壊強度と粉化率を持ち、しかも
打錠圧縮による活性低下の殆ど無い優れた成型体が得ら
れる事を見い出し、本発明をなすに至った。
【0005】即ち、本発明は(1)水分含有量が20wt%
以下、嵩密度が0.3 から0.7g/cm3の範囲にあるモレキュ
ラーシーブ粉末を打錠成型して得られる成型体の密度が
0.9 から1.2g/cm3であり、比表面積が400 から600m2/g
の範囲である事を特徴とする打錠成型体であり、(2)
モレキュラーシーブが、IUPAC の構造コードで、8員環
構造のABW 、AEI、AFX 、APC 、ATN 、ATT 、ATV 、AWW
、CHA 、DDR 、EAB 、ERI 、GIS 、JBW、KFI 、LEV 、
LTA 、MER 、MON 、PAU 、PHI 、RHO 、RTE 、RTH 又は
VNI 、9員環構造の−CHI 、LOV 、RSN 、又はVSV 、10
員環構造のDAC 、EPI 、FER 、LAU 、MEL 、MFI 、MFS
、MTT 、NES 、TON 又はWEI 、又は12員環構造のMOR
を有しており、(3)モレキュラーシーブが、chabazit
e 、LZ-218、Linde D 、Linde R 、ZK-14、ZYT-6 、SAP
O-17 、SAPO-18 、SAPO-25 、SAPO-31 、SAPO-33 、SAP
O-34 、SAPO-42 、SAPO-43 、SAPO-44 、SAPO-47 、SAP
O-56 、Zeolite A 、フェリエライト、エリオナイト、S
SZ-16又はモルデナイトであり、(4)モレキュラーシ
ーブが、chabazite 、フェリエライト、エリオナイト、
モルデナイト、Zeolite A 、SSZ-16又はSAPO-56 であ
り、(5)モレキュラーシーブがシャバサイト構造のSA
PO-34 、SAPO-44 、SAPO-47又はフェリエライト、又はA
FX 構造のSSZ-16又はSAPO-56 であり、Na、Mg、Ca、C
s、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びP
tの中から選択された1種類以上の金属を含有、若しく
は該金属で置換したものであり、上記(1)から(5)
の打錠成型体を(6)メタノール又はジメチルエーテル
とアンモニアとからメチルアミン類の製造に用いるもの
であり、(7)モノメチルアミンの不均化反応によって
ジメチルアミンの製造に用いるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明に使用するモレキュラーシ
ーブは所望の反応に適する細孔径を有するものを選択し
て用いる事が好ましい。例えば、メタノ−ルとアンモニ
アの反応においてメチルアミンを製造する場合、若しく
はモノメチルアミンの不均化反応によってジメチルアミ
ンを製造する場合には0.3 から0.7nm 範囲にあるモレキ
ュラーシーブを使用する事が好ましく、IUPAC の構造コ
ードでは8員環構造のABW 、AEI 、AFX 、APC 、ATN 、
ATT 、ATV 、AWW 、CHA 、DDR 、EAB 、ERI 、GIS 、JB
W 、KFI 、LEV 、LTA 、MER 、MON 、PAU 、PHI 、RHO
、RTE 、RTH 、及びVNI、9 員環構造の−CHI 、LOV 、
RSN 及びVSV 、10員環構造のDAC 、EPI 、FER 、LAU 、
MEL 、MFI 、MFS 、MTT 、NES 、TON 及びWEI 、12員環
構造のMOR が好ましい。
【0007】上記構造のモレキュラーシーブは多くが知
られており、具体的に例示すれば、結晶質アルミノシリ
ケ−トモレキュラーシーブであるchabazite 、 LZ-218、
Linde D 、Linde R 、ZK-14 、 ZYT-6 、SSZ-16、モルデ
ナイト、Zeolite A 、フェリエライト、エリオナイト等
がある。さらに結晶質シリコアルミノフォスフェ−トで
あるSAPO-17 、SAPO-18 、SAPO-25 、 SAPO-31 、SAPO-3
3 、SAPO-34 、SAPO-42 、SAPO-43 、SAPO-44 、SAPO-4
7 及びSAPO-56 等が挙げられる。SAPO-34 、フェリエラ
イト、SAPO-56 が特に好ましい。これらモレキュラーシ
ーブは単独、或いは適宜混合して用いる事ができる。
【0008】モレキュラーシーブはH型である事が好ま
しいが、H型の一部をNa、Mg、Ca、Cs、Sr、Ti、Cr、F
e、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd、Ptの中から選択され
た1種類以上の金属によって置換、或いは該金属を含有
する化合物を被覆する事で、これら金属を含有させて反
応活性や選択性を改善させる事がより好ましい。特に、
Ti、Y 、Zrを同形置換、若しくは、金属酸化物として含
有したものが好ましい。
【0009】上記の金属化合物としては、当該金属の硝
酸塩、塩酸塩等の水溶性塩類、或いは有機金属化合物等
が好ましく、これらを該モレキュラーシーブに含浸す
る、又は機械的に混合する事により該モレキュラーシー
ブを被覆する。さらに好ましくは、予め金属化合物を水
熱合成時の原料物に添加する。当該金属はモレキュラー
シーブに対して、0.05から20重量% の範囲である事が好
ましい。
【0010】これらモレキュラーシーブは嵩密度(g/c
m3) が0.3 から0.7 の範囲である事が好ましい、水分含
有量が多いと打錠圧縮の際、モレキュラーシーブ粒子間
の凝集が妨げられて充分な機械強度が得られないので水
分含有量は20wt% 以下が好ましく、より好ましくは1〜
5wt% である。
【0011】打錠圧縮の際、離型剤として滑材を添加す
る事が必要であるが、滑剤として、例えばステアリン酸
の無機塩類、人造黒鉛を用いるが、特に人造黒鉛を用い
るのが好ましい。滑剤の添加量はモレキュラーシーブに
対し1.0 から1.3 重量% が適当である。滑剤をモレキュ
ラーシーブに添加する順序は特に限定されないが、モレ
キュラーシーブの圧密処理前に添加するのが効果的であ
る。
【0012】モレキュラーシーブに対する圧密処理は、
0.5 〜5MPaの圧力で行う。圧密処理により得られる圧密
体は、更に破砕、整粒される。整粒後の粒度は打錠機金
型への充填性から30メッシュ以下とするが、特に20
メッシュ以下に調整するのが好ましい。
【0013】打錠に用いる金型は、一般的な円形状、楕
円状、その他の任意の形状のもおで良いが、打錠圧力を
100MPa以下、好ましくは80から90MPa の範囲で行ない、
成型体密度を0.9 から1.2(g/cm3)、また成型体のBET 比
表面積を400 から600 (m2/g)の範囲にする事が重要で
ある。この様にして、高い機械強度を有し、粉化率が少
なく、しかも触媒活性の低下が殆ど無いモレキュラーシ
ーブ成型体を製造する事ができる。
【0014】本発明の打錠成型体は、メタノール又はジ
メチルエーテルとアンモニアとからメチルアミン類を製
造する反応、モノメチルアミンの不均化反応によってジ
メチルアミンを製造する反応のほかに、メタノール又は
ジメチルエーテルの脱水反応によるオレフィンの製造反
応や、エステル化等の各種脱水反応に用いることが出来
る。次に本発明の具体的態様を実施例、及び比較例をも
って、更に詳細に説明する。
【0015】
【実施例】実施例1 モレキュラーシーブとして、水熱合成時にTiを添加して
製造したTi-SAPO-34を用い、この粉末を100 ℃で16時間
乾燥して水分含有量を1.1wt%とした。Ti-SAPO-34の乾燥
重量に対して1.5wt%の人造黒鉛を添加し、混合した。混
合粉末の嵩密度は0.43であった。次に、ロ−ラーコンパ
クター(フロイント産業社製)を用いて1.5MPaの圧力
下、圧密処理を施し、得られた圧密体を破砕した後16me
shに整粒した。整粒した粉末の嵩密度は0.45であった。
これを、打錠成型機(菊水製作所製)を用いて打錠し、
成型体を得た。得られた成型体の密度は1.08(g/cm3) で
あり、BET 比表面積は450m2/g であった。圧壊強度は1
4.8MPa (大倉理研製 破壊強度測定器で測定)であっ
た。また、直径100mm 、高さ90mmの14メッシュSUS 製ス
クリーン内に成型体を入れて毎分160 回転させて粉化率
を測定した。粉化率は、触媒の物理的耐久性や実際の反
応に於ける触媒強度の長期耐久性の指標となり、工業的
に用いる為には5wt%以下が望ましい。この方法による粉
化率は、2.5wt%であり工業的に用いる上で何ら問題ない
水準であった。
【0016】成型体の触媒活性を評価する為に、アンモ
ニアとメタノ−ルの1:1重量混合物を時空間速度 (GH
SV)2500h-1で供給し、メチルアミン合成反応活性を調べ
た。反応圧力2MPa、温度320 ℃における12時間後の加速
条件に於ける反応成績は、以下の通りであった。参考の
為に打錠せずに僅かに圧縮して固めた粉末(圧壊強度0M
Pa)を用いた場合(括弧内の数値)と比較すると細孔が
潰れた事等による活性低下や選択率の変化は起きていな
い事が明らかである。 メタノール転化率:98.2% (98.3%) アミン選択率 モノメチルアミン:32wt% (32wt% ) ジメチルアミン :64wt% (64wt% ) トリメチルアミン: 4wt% (4wt%)
【0017】実施例2 実施例1において、打錠成型圧力を調整した以外は同様
にして行い密度1.00(g/cm3) である成型体を得た。BET
比表面積は472m2/g 、圧壊強度は7MPa、粉化率は3.9wt%
であった。また実施例1と同条件下に行なった活性試験
の結果は、以下の通りであった。 メタノール転化率:98.5% アミン選択率 モノメチルアミン:32wt% ジメチルアミン :64wt% トリメチルアミン: 4wt%
【0018】実施例3 実施例1において、打錠前のTi-SAPO-34粉末の水含有量
を10wt% とした以外は同様にして成型体を得た。密度は
1.10(g/cm3) であり、BET 比表面積は442m2/g、圧壊強
度は4.9MPa、粉化率は5.2wt%であった。また実施例1と
同条件下に行なった活性試験の結果は、以下の通りであ
った。 メタノ−ル転化率:98.0% アミン選択率 モノメチルアミン:31wt% ジメチルアミン :60wt% トリメチルアミン: 9wt%
【0019】比較例1 実施例1において、打錠前のTi-SAPO-34粉末の水含有量
を25wt% とした以外は同様にして、密度1.10(g/cm3) で
ある成型体を得た。BET 比表面積は439cm2/gであり、成
型体の圧壊強度は2.0MPaであった。しかし、成型体の機
械強度にばらつきが多く、粉化率は16wt% であり実用に
は耐えられない水準であった。また実施例1と同条件下
に行なった活性試験の結果は以下の通りであり、活性の
点ではかなり満足できるものであった。 メタノ−ル転化率:97.9% アミン選択率 モノメチルアミン:33wt% ジメチルアミン :64wt% トリメチルアミン: 3wt%
【0020】比較例2 実施例1において、打錠前のTi-SAPO-34粉末の水含有量
を10wt% とし、打錠成型圧を調整して密度が1.35(g/c
m3) である成型体を得た。BET 比表面積は335m2/g 、成
型体の圧壊強度は4.2MPa、粉化率は3.1wt%であった。実
施例1と同条件下に行なった活性試験の結果は、以下の
通りであった。この試験に於けるメタノール転化率は98
% 以上でなければ実用上問題があり90% 以下では実際に
用いる事は難しい。 メタノ−ル転化率:89.5% アミン選択率 モノメチルアミン:34wt% ジメチルアミン :64wt% トリメチルアミン: 2wt%
【0021】比較例3 実施例1において、ローラーコンパクターの圧力を5MPa
とした以外は同様に行った。圧密後の粉末の嵩密度は0.
72g/cm3 であり、打錠成型して得られた成型体の密度は
1.13(g/cm3) であった。BET 比表面積は288m2/g 、圧壊
強度は14.2MPa、粉化率は3wt%であった。実施例1と同
条件下に行なった活性試験の結果は、以下の通りであ
り、活性、選択率、共に満足できるものではなかった。 メタノ−ル転化率:85.7% アミン選択率 モノメチルアミン:25wt% ジメチルアミン :47wt% トリメチルアミン:22wt%
【0022】実施例4〜18 実施例1と同様にして、SAPO-56 、SSZ-16、chabazite
、SAPO-34 、SAPO-44、SAPO-47 、LZ-218、Linde D 、
Linde R 、ZK-14 、ZYT-6 、フェリエライト、エリオナ
イト、モルデナイト、Zeolite A を用いて成型体を得
た。得られた成型体のBET 比表面積、圧壊強度、粉化率
等を、表1に纏めて記載した。表1からTi-SAPO-34の場
合と同様に比表面積の低下も小さく、充分な強度を有す
る成型体が得られる事が分かる。
【0023】
【表1】 以上の実施例、並びに比較例を用いた説明から明らかな
様に、本発明によれば、モレキュラーシーブの打錠成型
によって活性低下が殆ど無く、かつ実用的な圧壊強度と
粉化率を有する機械強度に優れた成型体が得られる事は
明白である。
【0024】
【発明の効果】本発明の提供する方法に基づく、打錠成
型体はバインダーレスである為、バインダーの添加によ
る活性低下が殆ど無く、押し出し成型品に比べて触媒充
填量が少なくて済む。また圧壊強度が高く、粉化率が小
さい等の優れた機械的な特徴を有する。この様な成型体
を製造する方法は、触媒成型の分野において有用であ
り、本発明の意義は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 29/85 B01J 29/85 Z C01B 39/02 C01B 39/02 C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 C07C 209/14 C07C 209/14 209/64 209/64 211/04 211/04 Fターム(参考) 4G069 AA02 AA08 AA09 AA11 AA12 AA14 BA07A BA07B CB25 CB41 CB77 EA02X EA02Y EC03X EC03Y EC04X EC04Y EC22X FB64 FB70 ZA02A ZA06A ZA07A ZA13A ZA14A ZA21A ZA28A ZA32A ZA41A ZA41B ZD01 4G073 BD26 CZ01 CZ02 CZ07 CZ09 CZ15 CZ24 CZ34 FD27 GA12 4H006 AA02 AC52 BA71 BA81 BA85 BC10 BC11 BC13 BC18 BC31 BE14 4H039 CA71 CD10 CD30

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水分含有量が20wt% 以下、嵩密度が0.3
    から0.7g/cm3の範囲にあるモレキュラーシーブ粉末を打
    錠成型して得られる成型体の密度が0.9 から1.2g/cm3
    あり、比表面積が400 から600m2/g の範囲である事を特
    徴とする打錠成型体。
  2. 【請求項2】 モレキュラーシーブが、IUPAC の構造コ
    ードで、8員環構造のABW 、AEI 、AFX 、APC 、ATN 、
    ATT 、ATV 、AWW 、CHA 、DDR 、EAB 、ERI、GIS 、JBW
    、KFI 、LEV 、LTA 、MER 、MON 、PAU 、PHI 、RHO
    、RTE 、RTH、又はVNI 、9員環構造の−CHI 、LOV 、
    RSN 、又はVSV 、10員環構造のDAC 、EPI 、FER 、LAU
    、MEL 、MFI 、MFS 、MTT 、NES 、TON 又はWEI 、又
    は12員環構造のMOR を有する請求項1記載の打錠成型
    体。
  3. 【請求項3】 モレキュラーシーブが、chabazite 、LZ
    -218、Linde D 、Linde R 、ZK-14 、ZYT-6 、SAPO-17
    、SAPO-18 、SAPO-25 、SAPO-31 、SAPO-33、SAPO-34
    、SAPO-42 、SAPO-43 、SAPO-44 、SAPO-47 、SAPO-56
    、Zeolite A、フェリエライト、エリオナイト、SSZ-1
    6、又はモルデナイトである請求項1記載の打錠成型
    体。
  4. 【請求項4】 モレキュラーシーブが、chabazite 、フ
    ェリエライト、エリオナイト、モルデナイト、Zeolite
    A 、SSZ-16又はSAPO-56 である請求項1に記載の打錠成
    型体。
  5. 【請求項5】 モレキュラーシーブがシャバサイト構造
    のSAPO-34 、SAPO-44 、SAPO-47 又はフェリエライト、
    AFX 構造のSSZ-16又はSAPO-56 であり、Na、Mg、Ca、C
    s、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びP
    tの中から選択された1種類以上の金属を含有、若しく
    は該金属で置換したものである請求項1から4に記載の
    打錠成型体。
  6. 【請求項6】 メタノール又はジメチルエーテルとアン
    モニアとからメチルアミン類の製造に用いる請求項1か
    ら5のいずれかに記載の打錠成型体。
  7. 【請求項7】 モノメチルアミンの不均化反応によって
    ジメチルアミンの製造に用いる請求項1から5 のいずれ
    かに記載の打錠成型体。
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