JP2003320255A - オレフィンオキシド製造用触媒および該触媒を用いるオレフィンオキシドの製造方法 - Google Patents
オレフィンオキシド製造用触媒および該触媒を用いるオレフィンオキシドの製造方法Info
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Abstract
ンオキシド製造用触媒、この触媒の製造方法、およびこ
の触媒の存在下にオレフィンと酸素とを反応させてオレ
フィンオキシドを製造する方法を提供する。 【解決手段】 担体にハロゲン、銀、アルカリ金属、お
よびレニウム原子を含む活性成分を担持したことを特徴
とするオレフィンを気相酸化してオレフィンオキシドを
製造するための触媒、この触媒の製造方法、およびこの
触媒の存在下にオレフィンと酸素とを反応させることを
特徴とするオレフィンオキシドの製造方法。
Description
との気相接触酸化によりオレフィンオキシドを製造する
方法に使用することができる触媒、およびこの触媒を使
用するオレフィンオキシドの製造方法に関するものであ
る。
を気相接触酸化させるオレフィンオキシドの工業的製造
には、銀を含有する触媒が広く用いられている。オレフ
ィンオキシドを効率良く製造するため、活性および選択
性が高く、かつ長期間安定した性能を示す触媒が求めら
れている。そのため、銀の担持方法や反応促進剤が、種
々検討されている。
あることが知られており、特開昭57−180434号
公報、特開昭58−98144号公報、および特開昭6
1−103545号公報等には、アルカリ金属とハロゲ
ンとを併用して銀触媒の選択性を向上させる方法が記載
されている。さらに、特開昭63−126552号公
報、特開平2−104579号公報、特開平3−684
49号公報、およびWO9507754号明細書等に
は、アルカリ金属とレニウムとを併用して選択性および
安定性を向上させる方法が記載されている。そして、特
開昭63−126552号公報には、「触媒調製に用い
るレニウム化合物の例はレニウム塩、たとえばハロゲン
化レニウム、オキシハロゲン化レニウム、レニウム酸
塩、過レニウム酸塩、レニウムの酸化物および酸類を包
含する。」と記載されている。しかしながら、実施例で
は専ら過レニウム酸アンモニウム(NH4ReO4)が用
いられており、ハロゲン化合物は用いられていない。と
ころで、アルカリ金属とレニウム化合物とを併用した触
媒では、使用期間が長くなるにしたがい触媒活性が低下
してしまうことが知られている。特開平2−10457
9号公報には、この触媒活性の低下を反応ガス中に添加
するハロゲン化合物の濃度を高くすることにより抑制す
る方法が記載されている。しかしながら、この方法は煩
雑であり、効果も不十分なものである。
よび性能安定性に優れるオレフィンオキシド製造用触
媒、この触媒の製造方法、およびこの触媒の存在下にオ
レフィンと酸素とを反応させてオレフィンオキシドを製
造する方法を提供することを課題とする。
行った結果、担体に銀化合物、アルカリ金属化合物、お
よびハロゲン原子を含むレニウム化合物を担持させた触
媒を用いることによって、上記課題を解決できることを
見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発
明の要旨は、担体にハロゲン、銀、アルカリ金属、およ
びレニウム原子を含む活性成分を担持したことを特徴と
するオレフィンを気相酸化してオレフィンオキシドを製
造するための触媒、この触媒の製造方法、およびこの触
媒の存在下にオレフィンと酸素とを反応させることを特
徴とするオレフィンオキシドの製造方法、に存する。
本発明に係る触媒調製に用いる銀化合物としては、オレ
フィンオキシド製造用触媒の調製に常用されているもの
を用いればよく、500℃以下の温度で銀を析出するも
のが好ましい。300℃以下、特に260℃以下の温度
で銀を析出するものが、さらに好ましい。通常は、酸化
銀、硝酸銀、炭酸銀、硫酸銀等の無機銀、および酢酸
銀、シュウ酸銀等のカルボン酸銀などを錯体溶液として
用いる。なかでも、カルボン酸銀、特にシュウ酸銀を錯
体溶液として用いるのが好ましい。
化合物、ニトリル化合物、カルボニル化合物、およびカ
ルボン酸等が挙げられる。アミン化合物としては、炭素
数1〜6の脂肪族アミン;ピリジン等のモノアミン;エ
チレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン等のポリア
ミン;エタノールアミン等のアルカノールアミンなどが
挙げられる。ニトリル化合物としては、アセトニトリル
等が挙げられる。カルボニル化合物としては、アセチル
アセトン等のβジケトン類が挙げられる。カルボン酸と
しては、ネオデカン酸等が挙げられる。このうち、アミ
ン化合物、特にポリアミンが好ましい。なかでも、エチ
レンジアミンまたは1,3−ジアミノプロパン、特に両
者の混合物が好ましい。
し、銀として5〜50重量%となるように担持させるの
が好ましい。触媒性能と経済性から8〜30重量%、特
に8〜15重量%となるように担持させるのがさらに好
ましい。アルカリ金属化合物としては、セシウム、リチ
ウム、およびナトリウム等の化合物が挙げられる。この
うち、セシウムまたはリチウム、特にセシウムが好まし
い。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属アルコ
キシド、アルカリ金属水酸化物、およびアルカリ金属塩
が挙げられる。このうち、アルカリ金属水酸化物、また
はアルカリ金属塩が好ましい。アルカリ金属塩として
は、ハロゲン化物塩、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、重炭酸
塩、および硫酸塩等が挙げられ、このうちハロゲン化物
または硝酸塩が好ましい。
多種類を併用してもよい。アルカリ金属化合物は、通
常、最終的に生成する触媒に対し、アルカリ金属として
100〜5000重量ppmとなるように担持させる。
200〜2000重量ppm、特に300〜1500重
量ppmとなるように担持させるのが好ましい。
は、ハロゲン化レニウム、ハロゲン化レニウム酸、ハロ
ゲン化レニウム酸塩等のハロゲン原子/レニウム原子の
原子比が1〜6のものが挙げられる。これらを併用して
もよい。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ
素のいずれも用いることができ、複数を併用してもよ
い。このうち、フッ素または塩素、特に塩素が好まし
い。
部が水素、酸素もしくは窒素原子等の原子、または配位
子に置換されてもよい。配位子としては、水、一酸化炭
素、一酸化窒素、エチレンジアミン、ピリジン、アルキ
ル基を有する化合物、シクロペンタジエニル基を有する
化合物、シアノ基を有する化合物、酢酸イオン、水酸化
物イオンが挙げられる。ハロゲン化レニウムとしては、
塩化レニウムReCl p(p=3〜6)、またはフッ化
レニウムReFq(q=4〜7)、一部が酸素に置換さ
れたハロゲン化レニウムとしては、オキシ四塩化レニウ
ムReOCl4、三オキシ塩化レニウムReO3Cl、オ
キシ二フッ化レニウムReOF2、オキシ四フッ化レニ
ウムReOF4、二オキシ二フッ化レニウムReO2F2
が挙げられる。なかでも、ReClp(p=3〜6)で
表される塩化レニウム、またはReFq(q=4〜7)
で表されるフッ化レニウムが好ましい。このうち、水に
対する安定性および溶解性から、三塩化レニウムReC
l3が好ましい。
一部が水素、酸素もしくは窒素原子等の原子、または配
位子に置換されてもよい。配位子は、前記ハロゲン化レ
ニウムと同様である。ハロゲン化レニウム酸塩の対カチ
オンとしては、アルカリ金属イオンまたはアンモニウム
イオンが挙げられる。ハロゲン化レニウム酸およびその
塩としては、ヘキサフルオロレニウム酸およびその塩が
挙げられる。
常、最終的に生成する触媒に対し、レニウムとして50
〜2000重量ppmとなるように担持させる。50〜
1000重量ppm、特に100〜600重量ppmと
なるように担持させるのが好ましい。ハロゲン原子は、
触媒調製中に失われることがあるので、同一のレニウム
化合物を用いても触媒調製条件によっては、生成する触
媒中のハロゲン原子/レニウム原子の原子比が変動する
ことがある。最終的に生成する触媒中におけるハロゲン
原子/レニウム原子の原子比は、1以上が好ましい。原
子比1〜7、特に1〜6がさらに好ましい。原子比が1
未満となると触媒の性能安定性が悪くなってしまう。原
子比が7を超えるとハロゲンか銀が沈澱しやすくなり、
所望量を担持させるのが困難となる。この原子比の範囲
内で、かつフッ素は、通常、5〜1200重量ppmと
なるように担持させる。5〜600重量ppm、特に1
0〜400重量ppmとなるように担持させるのが好ま
しい。また、塩素は、通常、10〜2300重量ppm
となるように担持させる。10〜1200重量ppm、
特に20〜700重量ppmとなるように担持させるの
が好ましい。
子比を1以上とすることにより触媒の性能安定性が向上
する理由の詳細は不明だが、触媒中でレニウム原子がハ
ロゲン原子と結合していることによってレニウム原子が
関わる活性点が影響を受けるためと考えられる。したが
って、ハロゲン原子を含むレニウム化合物を触媒に含浸
する際には、レニウム−ハロゲン結合の解裂が起こらな
い溶媒を用いるのが好ましい。そのような溶媒として
は、水;ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素;メタノー
ル、エタノール等のアルコール類が挙げられる。
アルミナ、炭化ケイ素、チタニア、ジルコニアおよびマ
グネシア等の耐火物が挙げられる。これらの1種を用い
ても、複数種を併用してもよい。このうち主成分がアル
ミナ、特にα−アルミナであるものが好ましい。本発明
に係る触媒に用いる担体としては、アルミナ、炭化ケイ
素、チタニア、ジルコニアおよびマグネシア等の耐火物
が挙げられる。これらの1種を用いても、複数種を併用
してもよい。このうち主成分がアルミナ、特にα−アル
ミナであるものが好ましい。
0m2/gのものを用いる。比表面積が0.5〜2.0
m2/g、特に0.8〜1.7m2/gであるのが好まし
い。銀化合物、アルカリ金属化合物、およびハロゲン原
子を含むレニウム化合物を担持するのは常法により行え
ばよい。通常はそれぞれの成分を単独で、または他の成
分との混合溶液として担体に含浸させる。含浸の順序は
任意であるが、最初に担体にアルカリ金属化合物溶液を
含浸させ、加熱処理した後、さらにアルカリ金属および
他の成分の溶液を含浸させるのが好ましい。含浸方法と
しては、担体を溶液中に浸漬する方法、および担体に溶
液を噴霧する方法等が挙げられる。
せた各成分を担体に固着させるが、加熱温度が高すぎる
とハロゲン原子を含むレニウム化合物のレニウム−ハロ
ゲン結合が開裂するので注意を要する。加熱の際の雰囲
気ガスとしては、窒素、ヘリウムおよびアルゴン等の不
活性ガス、空気、酸素と不活性ガスとの混合物および過
熱水蒸気が挙げられる。なかでも、過熱水蒸気を使用す
る方法が、最終的に得られた触媒粒子内での銀およびア
ルカリ金属、レニウムの分布が均一となるために好まし
い。
し、かつレニウム化合物のレニウム−ハロゲン結合が開
裂しない条件を選択すればよく、一般的には、120〜
400℃、30分〜24時間で行うことができる。12
0〜300℃、特に130〜260℃が好ましい。過熱
水蒸気を使用した場合、120〜300℃、特に130
〜260℃が好ましい。加熱時間は、加熱する含浸担体
の量、過熱水蒸気の温度およびその流速に応じて適宜設
定する。通常、1分〜3時間が好ましい。実用性および
触媒の性能の面から3〜30分がさらに好ましい。過熱
水蒸気の流速は、最終的に得られる触媒の性能面から
0.3〜5m/秒が好ましい。
は、循環ガスの一部を系外にパージするのが好ましい。
たとえば、過熱水蒸気を循環させて加熱する場合には、
含浸担体の投入量、過熱水蒸気の循環量および加熱の温
度と時間にもよるが、循環ガスの約10体積%を系外へ
パージすることで、循環ガス中に溶媒、錯体形成剤化合
物やその分解物が蓄積して触媒性能に悪影響を及ぼさな
いようにすることができる。
を用いる以外は、常法により、オレフィンと、酸素を反
応させてオレフィンオキシドを生成させる。オレフィン
としては、炭素−炭素二重結合を有するものであれば任
意のものが使用できる。通常は、炭素数2〜6のオレフ
ィンを用いるが、炭素数2〜4のオレフィンが好まし
い。このようなオレフィンとしては、エチレン、プロピ
レン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1,2−
ブタジエン、1,3−ブタジエン、シクロヘキセン等が
挙げられる。このうち、エチレン、1,3−ブタジエン
等のアリル位に水素を有しないオレフィン、特にエチレ
ンが好ましい。
素富化空気、または工業用高純度酸素のいずれも用いる
ことができる。反応原料ガス組成の調節の容易さから、
工業用高純度酸素が好ましい。反応に供する原料ガスの
組成は、エチレンが1〜40体積%、酸素が1〜20体
積%、メタン、窒素ガス等の希釈剤1〜70体積%が好
ましい。また、これにハロゲン化合物を0.1〜50体
積ppm含有させるのも好ましい。ハロゲン化合物を含
有させると、触媒中のホットスポットの形成を防止で
き、かつ触媒の性能、特に選択性が大幅に改善されるの
で好ましい。ハロゲン化合物としては、塩素ガス、塩化
水素、または炭素数1〜5の有機塩素化合物が挙げられ
る。反応原料ガスの流量は、GHSVで、1000〜1
0000h-1、また、反応圧力は0.1〜4MPa(0
〜39kg/cm2G)、反応温度は180〜350
℃、好ましくは200〜300℃が好ましい。ここで、
GHSVとは、0℃、常圧下における触媒単位体積当た
りのガス流量である。
ンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオ
キシド、1,2−エポキシ−ブタン、2,3−エポキシ
−ブタン、1,2−エポキシ−2−メチル−プロパン、
1,2−エポキシ−2−ブテン、1,2−エポキシ−3
−ブテン、1,2−3,4−ジエポキシ−ブタン、エポ
キシシクロヘキサン等が挙げられる。
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。なお、触媒組成の分析は、銀は滴定
法、リチウム、セシウムは原子吸光法、レニウムはIC
P法、塩素は塩化銀沈澱法によった。
g、吸水率32.3%、平均細孔径1.4μm、シリカ
含有量3.0重量%、8mmφ×3φ×8mmのリング
状)90gを、炭酸リチウム(Li2CO3)1.40g
および炭酸セシウム(Cs2CO3)0.129gを含む
水溶液150mLに入れ、これらの成分を含浸させた。
担体を取り出し、150℃の過熱水蒸気を流速2m/秒
で15分間接触させた。得られた担体のリチウム含有量
は568重量ppm、セシウム含有量は227重量pp
mであった。
溶液1Lとシュウ酸カリウム(K2C 2O4・H2O)13
5gを含む水溶液1Lとを60℃で徐々に混合し、白色
のシュウ酸銀を沈澱させた。沈澱を濾取し、蒸留水で洗
浄してシュウ酸銀(Ag2C2O4、含水率21.2%)
を得た。得られたシュウ酸銀7.31gをエチレンジア
ミン2.05g、1,3−ジアミノプロパン0.562
g、および水2.65gよりなるアミン混合水溶液に徐
々に添加し、銀アミン錯体溶液を調製した。これに、硝
酸セシウム(CsNO3)の4.43重量%水溶液0.
6mL、および三塩化レニウム(ReCl3)の3.3
2重量%水溶液0.6mLを添加して、セシウムおよび
レニウムを含有する銀アミン錯体溶液を得た。得られた
錯体溶液と上記のリチウムおよびセシウムを担持したα
−アルミナ担体30gとをエバポレーターに入れ、減圧
下、40℃で錯体溶液をα−アルミナ担体に含浸させ
た。次いで、この担体を取り出し、200℃の過熱水蒸
気を流速2m/秒で15分間接触させて、触媒とした。
セシウム(Cs)730重量ppm、レニウム(Re)
180重量ppm、リチウム(Li)490重量ppm
および塩素(Cl)70重量ppmを含んでおり、Cl
/Re原子比は2.0であった。得られた触媒を6〜1
0メッシュに破砕し、その3mLを内径7.5mmのS
US製反応管に充填し、原料ガス(エチレン30体積
%、酸素8.5体積%、塩化ビニル1.5体積ppm、
二酸化炭素6.0体積%、残り窒素)を、GHSV43
00hr-1、圧力0.8MPa(7kg/cm2G)で
流通させた。
(STY)が0.19kg(エチレンオキシド)/h・
L(触媒)となるように調節した。エチレンオキシド生
産量の増加に伴う反応温度およびエチレン基準のエチレ
ンオキシド選択率の変化を表1に示す。実施例2硝酸セ
シウム(CsNO3)の5.54重量%水溶液の代わり
に、6.64重量%水溶液を使用したこと以外は、実施
例1と同様に触媒を調製した。
セシウム(Cs)990重量ppm、レニウム(Re)
100重量ppm、リチウム(Li)480重量ppm
および塩素(Cl)70重量ppmを含んでおり、Cl
/Re原子比は3.7であった。 比較例1 三塩化レニウム(ReCl3)の3.32重量%水溶液
の代わりに、過レニウム酸アンモニウム(NH4Re
O4)の3.05重量%水溶液を使用したこと以外は実
施例1と同様に触媒を調製した。
セシウム(Cs)730重量ppm、レニウム(Re)
370重量ppmおよびリチウム(Li)470重量p
pmを含んでいた。塩素(Cl)は検出されなかった。
結果を表1に示す。 比較例2 三塩化レニウム(ReCl3)の3.32重量%水溶液
の代わりに、過レニウム酸アンモニウム(NH4Re
O4)の3.05重量%水溶液を使用したこと以外は実
施例2と同様に触媒を調製した。
セシウム(Cs)990重量ppm、レニウム(Re)
370重量ppmおよびリチウム(Li)470重量p
pmを含んでいた。、塩素(Cl)は検出されなかっ
た。
キシドを製造すると、高い選択性を長期間維持すること
ができる。
Claims (11)
- 【請求項1】 担体にハロゲン、銀、アルカリ金属、お
よびレニウム原子を含む活性成分を担持したことを特徴
とするオレフィンを気相酸化してオレフィンオキシドを
製造するための触媒。 - 【請求項2】 触媒中におけるハロゲン原子/レニウム
原子の原子比が、1〜6であることを特徴とする請求項
1記載の触媒。 - 【請求項3】 銀化合物、アルカリ金属化合物、および
ハロゲン原子を含むレニウム化合物を担体に担持したこ
とを特徴とするオレフィンを酸化してオレフィンオキシ
ドを製造するための触媒。 - 【請求項4】 ハロゲン原子を含むレニウム化合物が、
ハロゲン原子/レニウム原子の原子比が1〜6のもので
あることを特徴とする請求項3記載の触媒。 - 【請求項5】 レニウム化合物が、ハロゲン化レニウ
ム、ハロゲン化レニウム酸、およびハロゲン化レニウム
酸塩よりなる群から選ばれたものであることを特徴とす
る請求項4記載の触媒。 - 【請求項6】 ハロゲン化レニウムが、塩化レニウムま
たはフッ化レニウムであることを特徴とする請求項5記
載の触媒。 - 【請求項7】 ハロゲン原子を含むレニウム化合物を含
有する溶液を担体に含浸した後、120〜300℃で加
熱処理してハロゲン原子を含むレニウム化合物を担持さ
せる工程を経て製造されることを特徴とするオレフィン
を酸化してオレフィンオキシドを製造するための触媒。 - 【請求項8】 加熱処理が、過熱水蒸気雰囲気で行われ
ることを特徴とする請求項7に記載の触媒。 - 【請求項9】 ハロゲン原子を含むレニウム化合物を含
有する溶液を担体に含浸した後、120〜300℃で加
熱処理してハロゲン原子を含むレニウム化合物を担持さ
せる工程を含むことを特徴とする請求項3ないし6のい
ずれかに記載の触媒の製造方法。 - 【請求項10】 加熱処理が、過熱水蒸気雰囲気で行わ
れることを特徴とする請求項7に記載の触媒の製造方
法。 - 【請求項11】 請求項1ないし請求項8のいずれかに
記載の触媒の存在下に、オレフィンと酸素とを反応させ
ることを特徴とするオレフィンの製造方法。
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