JP2007222758A - CATALYST FOR PRODUCING epsilon-CAPROLACTAM, ITS MANUFACTURING METHOD AND PRODUCTION METHOD OF epsilon-CAPROLACTAM USING CATALYST - Google Patents

CATALYST FOR PRODUCING epsilon-CAPROLACTAM, ITS MANUFACTURING METHOD AND PRODUCTION METHOD OF epsilon-CAPROLACTAM USING CATALYST Download PDF

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修 山西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for producing ε-caprolactam capable of keeping good activity over a long period of time without regeneration in the gaseous phase Beckman rearrangement reaction of cyclohexanone oxime, its manufacturing method and an ε-caprolactam producing method using the catalyst. <P>SOLUTION: The catalyst for producing ε-caprolactam is based on pentasyl type zeolite and characterized in that the volume of pores with a radius of 0.3 μm or above is 0.05 mL/g or above and the cumulated volume of pores is 0.60 mL/g or above. The catalyst for producing ε-caprolactam is manufactured by mixing a pore imparting agent with a catalyst powder comprising pentasyl type zeolite and the obtained mixture is molded and baked before subjected to ion exchange treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シクロヘキサノンオキシムを気相ベックマン転位させるのに有用なε−カプロラクタム製造用触媒とその製造方法およびこれを用いてなるε−カプロラクタムの製造方法に関する。   The present invention relates to a catalyst for producing ε-caprolactam useful for gas phase Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime, a method for producing the same, and a method for producing ε-caprolactam using the same.

従来から、ε−カプロラクタムの製造方法として、シクロヘキサノンオキシムを固体酸触媒の存在下、気相ベックマン転位させる方法が知られている。例えば、酸化ホウ素含有流動床触媒を用いる方法(特許文献1参照)、高シリカ含有ゼオライトを触媒として用いる方法(特許文献2参照)、タングステン含有固体触媒を用いる方法(特許文献3参照)、ゼオライトと結晶質粘土鉱物と特定無機酸化物および/または酸化物形成化合物(シリカ、シリカアルミナ、アルミナなど)とを焼成してなる固体酸触媒を用いる方法(特許文献4参照)等が提案されている。   Conventionally, as a method for producing ε-caprolactam, a method in which cyclohexanone oxime is subjected to gas phase Beckmann rearrangement in the presence of a solid acid catalyst is known. For example, a method using a boron oxide-containing fluidized bed catalyst (see Patent Document 1), a method using a high silica-containing zeolite as a catalyst (see Patent Document 2), a method using a tungsten-containing solid catalyst (see Patent Document 3), a zeolite and A method using a solid acid catalyst obtained by firing a crystalline clay mineral and a specific inorganic oxide and / or oxide-forming compound (silica, silica alumina, alumina, etc.) has been proposed (see Patent Document 4).

特開昭53−37686号公報JP-A-53-37686 特開昭57−139062号公報Japanese Patent Laid-Open No. 57-139062 特開2002−145853号公報JP 2002-145853 A WO2002/064560号公報WO2002 / 064560

しかしながら、一般に、気相ベックマン転位反応においては、反応が進行するにつれ使用する固体酸触媒上に炭素質物質が沈積し、このため活性点が炭素質物質で覆われて次第に活性が低下するという問題があった。このように炭素質物質で覆われて活性が低下した固体触媒を再生するには、酸素含有ガスにより炭素質物質を酸化して除去すればよいことが知られている。したがって、これまで、触媒活性が低下してくるタイミングに合わせて、酸素含有ガスを触媒層に送りこむなどして炭素質物質を酸化、除去し触媒活性を回復させる再生操作を行っていた。しかし、ε−カプロラクタムを工業的に連続して製造する場合には、再生操作を行なう度に反応を中断しなければならず、これが生産性を大きく損なう要因となっていた。   However, in general, in the gas phase Beckmann rearrangement reaction, as the reaction proceeds, the carbonaceous material is deposited on the solid acid catalyst to be used, so that the active sites are covered with the carbonaceous material and the activity gradually decreases. was there. It is known that in order to regenerate a solid catalyst that is covered with a carbonaceous material and has reduced activity, the carbonaceous material may be oxidized and removed with an oxygen-containing gas. Therefore, until now, in accordance with the timing when the catalyst activity decreases, a regeneration operation has been performed in which the oxygen-containing gas is sent to the catalyst layer to oxidize and remove the carbonaceous material to recover the catalyst activity. However, when ε-caprolactam is continuously produced industrially, the reaction must be interrupted every time the regeneration operation is performed, which is a factor that greatly impairs productivity.

そのため、ε−カプロラクタムの工業的製造プロセスにおいては、なるべく再生操作の回数を減らすべく、再生を行なわなくても長期間にわたり良好な活性を保つことができる触媒が要望されていたが、従来知られたε−カプロラクタム製造用触媒ではこれを満足させることは難しかった。   Therefore, in the industrial production process of ε-caprolactam, there has been a demand for a catalyst that can maintain good activity over a long period of time without performing regeneration in order to reduce the number of regeneration operations as much as possible. In addition, it was difficult to satisfy this with the catalyst for producing ε-caprolactam.

そこで、本発明の課題は、シクロヘキサノンオキシムの気相ベックマン転位反応において再生を行なわなくても長期間にわたり良好な活性を保つことができるε−カプロラクタム製造用触媒とその製造方法およびこれを用いてなるε−カプロラクタムの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst for producing ε-caprolactam capable of maintaining good activity over a long period of time without performing regeneration in the gas phase Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime, and a method for producing the same, and the use thereof. It is in providing the manufacturing method of (epsilon) -caprolactam.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、ペンタシル型ゼオライトを主成分にするとともに特定の細孔構造を有するよう設計した触媒であれば、シクロヘキサノンオキシムの気相ベックマン転位反応において再生を行なわなくても長期間にわたり良好な活性を保つことができ高いシクロヘキサノンオキシム転化率が得られること、さらに、前述した特定の細孔構造を有する触媒を得るには、触媒粉末に細孔付与剤を混合して成形するようにすればよいことを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have determined that a gas phase Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime is possible if it is a catalyst based on pentasil-type zeolite and designed to have a specific pore structure. To obtain a catalyst having a high cyclohexanone oxime conversion rate and high cyclohexanone oxime conversion over a long period of time without regeneration in the reaction, and to obtain a catalyst having the specific pore structure described above, the catalyst powder must be finely divided. It has been found that the pore-imparting agent may be mixed and molded, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下の構成からなる。
(1)主成分がペンタシル型ゼオライトであり、半径0.3μm以上の細孔容積が0.05mL/g以上、かつ累積細孔容積が0.60mL/g以上である、ことを特徴とするε−カプロラクタム製造用触媒。
(2)半径0.3μm以上の細孔容積が0.25mL/g以上、かつ累積細孔容積が0.90mL/g以上である、前記(1)記載のε−カプロラクタム製造用触媒。
(3)外径3〜5φmm、内径1〜2φmm、長さ1〜10mmのリング状ないしは筒状のペレットである、前記(1)記載のε−カプロラクタム製造用触媒。
(4)前記ペンタシル型ゼオライトは、ケイ素(Si)と酸素とを必須成分とする多孔質結晶体である、前記(1)〜(3)のいずれかに記載のε−カプロラクタム製造用触媒。
(5)前記ペンタシル型ゼオライトは、ケイ素以外の金属元素(Me)を、ケイ素(Si)との原子比がSi/Me≧500となる範囲で含有する、前記(4)記載のε−カプロラクタム製造用触媒。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) The main component is pentasil-type zeolite, the pore volume having a radius of 0.3 μm or more is 0.05 mL / g or more, and the cumulative pore volume is 0.60 mL / g or more. -Catalyst for caprolactam production.
(2) The catalyst for producing ε-caprolactam according to the above (1), wherein the pore volume having a radius of 0.3 μm or more is 0.25 mL / g or more and the cumulative pore volume is 0.90 mL / g or more.
(3) The catalyst for producing ε-caprolactam according to (1), which is a ring-shaped or cylindrical pellet having an outer diameter of 3 to 5 mm, an inner diameter of 1 to 2 mm, and a length of 1 to 10 mm.
(4) The catalyst for producing ε-caprolactam according to any one of (1) to (3), wherein the pentasil-type zeolite is a porous crystal containing silicon (Si) and oxygen as essential components.
(5) The ε-caprolactam production according to (4), wherein the pentasil-type zeolite contains a metal element (Me) other than silicon in an atomic ratio with silicon (Si) of Si / Me ≧ 500. Catalyst.

(6)前記(1)〜(5)記載のε−カプロラクタム製造用触媒を製造する方法であって、ペンタシル型ゼオライトからなる触媒粉末に細孔付与剤を混合し、該混合物を成形したのちに焼成し、その後イオン交換処理を施す、ことを特徴とするε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。
(7)前記細孔付与剤として吸水によって膨潤する膨潤性物質を用い、該細孔付与剤を触媒粉末100重量部に対して1〜30重量部の割合で混合する、前記(6)記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。
(8)前記膨潤性物質は、平均粒子径が1〜500μmである、前記(7)記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。
(9)前記細孔付与剤として吸水しても膨潤しない非膨潤性物質を用い、該細孔付与剤を触媒粉末100重量部に対して10〜120重量部の割合で混合する、前記(6)記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。
(10)前記非膨潤性物質は、平均粒子径が1〜40μmである、前記(9)記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。
(6) A method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam as described in (1) to (5) above, wherein a pore-imparting agent is mixed with catalyst powder comprising pentasil-type zeolite, and the mixture is molded. A method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam, which is calcined and then subjected to an ion exchange treatment.
(7) A swellable substance that swells by water absorption is used as the pore imparting agent, and the pore imparting agent is mixed at a ratio of 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. A method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam.
(8) The method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam according to (7), wherein the swellable substance has an average particle diameter of 1 to 500 μm.
(9) A non-swellable substance that does not swell even if it absorbs water is used as the pore imparting agent, and the pore imparting agent is mixed at a ratio of 10 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. ) -Caprolactam production catalyst described in the above.
(10) The method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam according to (9), wherein the non-swellable substance has an average particle diameter of 1 to 40 μm.

(11)触媒存在下でシクロヘキサノンオキシムを気相ベックマン転位させる反応によりε−カプロラクタムを製造する方法において、前記触媒として前記(1)〜(5)のいずれかに記載のε−カプロラクタム製造用触媒を用いる、ことを特徴とするε−カプロラクタムの製造方法。
(12)前記反応を固定床反応器で行なう、前記(11)記載のε−カプロラクタムの製造方法。
(11) In the method for producing ε-caprolactam by a reaction in which cyclohexanone oxime undergoes gas phase Beckmann rearrangement in the presence of a catalyst, the catalyst for producing ε-caprolactam according to any one of (1) to (5) above is used as the catalyst. The manufacturing method of the epsilon caprolactam characterized by using.
(12) The method for producing ε-caprolactam according to (11), wherein the reaction is carried out in a fixed bed reactor.

本発明によれば、シクロヘキサノンオキシムを気相ベックマン転位反応させてε−カプロラクタムを製造する際に再生を行なわなくても長期間にわたり良好な活性を保つことができるε−カプロラクタム製造用触媒を提供することができ、該触媒によって、高い転化率で生産性よくシクロヘキサノンオキシムからε−カプロラクタムを製造することができる、という効果がある。   According to the present invention, there is provided a catalyst for producing ε-caprolactam capable of maintaining good activity over a long period of time without regenerating when producing ε-caprolactam by gas phase Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime. The catalyst has an effect that ε-caprolactam can be produced from cyclohexanone oxime with high conversion and high productivity.

[ε−カプロラクタム製造用触媒]
本発明のε−カプロラクタム製造用触媒(以下、省略して「本発明の触媒」と称することもある。)においては、主成分がペンタシル型ゼオライトであることが重要である。
[Catalyst for ε-caprolactam production]
In the catalyst for producing ε-caprolactam of the present invention (hereinafter abbreviated and sometimes referred to as “the catalyst of the present invention”), it is important that the main component is a pentasil-type zeolite.

前記ペンタシル型ゼオライトは、ケイ素(Si)と酸素と必須成分とするものであり、必要に応じて、ケイ素以外の金属元素(Me)をも含有することがある多孔質結晶体である。ケイ素以外の金属元素(Me)としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、鉄、ホウ素、ジルコニウム、クロム、ベリリウム、コバルト、ランタン、グルマニウム、チタンニウム、ハフニウム、バナジウム、ニッケル、アンチモン、ビスマス、銅、ニオビウム等が挙げられる。これら金属元素(Me)は1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。ペンタシル型ゼオライトの具体例としては、ZSM−5型やZSM−11型等が特に好ましく挙げられる。   The pentasil-type zeolite is a porous crystal that contains silicon (Si), oxygen, and essential components, and may contain a metal element (Me) other than silicon as necessary. Examples of metal elements (Me) other than silicon include aluminum, gallium, iron, boron, zirconium, chromium, beryllium, cobalt, lanthanum, glutanium, titaniumnium, hafnium, vanadium, nickel, antimony, bismuth, copper, niobium, and the like. Is mentioned. These metal elements (Me) may be only one kind or two or more kinds. As specific examples of the pentasil type zeolite, ZSM-5 type, ZSM-11 type and the like are particularly preferable.

本発明の触媒においては、前記ペンタシル型ゼオライトがケイ素以外の金属元素(Me)をも含有する場合、ケイ素(Si)とケイ素以外の金属元素(Me)との原子比がSi/Me≧500となっていることが好ましい。原子比Si/Meが500未満となる場合、充分な触媒活性が得られず、転化率、選択率ともに低下する恐れがある。   In the catalyst of the present invention, when the pentasil-type zeolite also contains a metal element (Me) other than silicon, the atomic ratio of silicon (Si) to the metal element (Me) other than silicon is Si / Me ≧ 500. It is preferable that When the atomic ratio Si / Me is less than 500, sufficient catalytic activity cannot be obtained, and there is a possibility that both the conversion rate and the selectivity are lowered.

前記ペンタシル型ゼオライトの平均粒子径は、特に制限されないが、好ましくは1〜60μm、より好ましくは3〜30μmであるのがよい。ペンタシル型ゼオライトの平均粒子径が大きすぎると、成形体として充分な強度が得られない恐れがあり、一方、小さすぎると、取り扱い性に劣る傾向がある。   The average particle size of the pentasil-type zeolite is not particularly limited, but is preferably 1 to 60 μm, more preferably 3 to 30 μm. If the average particle size of the pentasil-type zeolite is too large, sufficient strength as a molded article may not be obtained. On the other hand, if it is too small, the handleability tends to be inferior.

本発明のε−カプロラクタム製造用触媒は、細孔を有するものであり、半径0.3μm以上の細孔容積が0.05mL/g以上、かつ累積細孔容積が0.60mL/g以上であることが重要である。好ましくは、半径0.3μm以上の細孔容積が0.25mL/g以上、かつ累積細孔容積が0.90mL/g以上であるのがよい。このような特定の細孔構造を有することで、本発明の触媒は再生を行なわなくても長期間にわたり良好な活性を保つものとなるのである。半径0.3μm以上の細孔容積が0.05mL/g未満であると、充分な転化率が得られない。一方、累積細孔容積が0.60mL/g未満であると、固体酸触媒上に炭素質物質が沈積しやすくなり、頻繁に再生を行なわないと良好な活性が維持できない。   The catalyst for producing ε-caprolactam of the present invention has pores, the pore volume having a radius of 0.3 μm or more is 0.05 mL / g or more, and the cumulative pore volume is 0.60 mL / g or more. This is very important. Preferably, the pore volume having a radius of 0.3 μm or more is 0.25 mL / g or more, and the cumulative pore volume is 0.90 mL / g or more. By having such a specific pore structure, the catalyst of the present invention maintains good activity over a long period of time without regeneration. When the pore volume having a radius of 0.3 μm or more is less than 0.05 mL / g, a sufficient conversion rate cannot be obtained. On the other hand, if the cumulative pore volume is less than 0.60 mL / g, the carbonaceous material tends to deposit on the solid acid catalyst, and good activity cannot be maintained unless it is frequently regenerated.

本発明の触媒は、外径3〜5φmm、内径1〜2φmm、長さ1〜10mmのリング状ないしは筒状のペレットであることが、反応管への充填のし易さ等の点で、好ましい。触媒が小さすぎると、反応管の圧力損失が大きくなる傾向があり、一方、触媒が大きすぎると、反応管に所定量の触媒を充填できない恐れがある。   The catalyst of the present invention is preferably a ring-shaped or cylindrical pellet having an outer diameter of 3 to 5 mm, an inner diameter of 1 to 2 mm, and a length of 1 to 10 mm, from the viewpoint of easy filling of the reaction tube. . If the catalyst is too small, the pressure loss in the reaction tube tends to increase. On the other hand, if the catalyst is too large, the reaction tube may not be filled with a predetermined amount of catalyst.

[ε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法]
本発明の触媒の製造方法は、ペンタシル型ゼオライトからなる触媒粉末に細孔付与剤を混合し、該混合物を成形したのちに焼成し、その後イオン交換処理を施すものである。このような方法によれば、前述した本発明の触媒を容易に得ることができる。
[Method for producing catalyst for producing ε-caprolactam]
In the method for producing a catalyst of the present invention, a pore-imparting agent is mixed with catalyst powder made of pentasil-type zeolite, the mixture is molded, calcined, and then subjected to ion exchange treatment. According to such a method, the catalyst of the present invention described above can be easily obtained.

ペンタシル型ゼオライトからなる触媒粉末は、例えば、テトラエチルオルソシリケートと水酸化テトラ−n−プロピルアンモニウム水溶液とを原料として水熱合成し、生じた固体を濾過、乾燥、仮焼することにより、得ることができる。ここで、水熱合成は、オートクレーブにて通常100〜200℃の温度で撹拌しながら行なわれる。乾燥または仮焼は、通常100〜600℃の温度で行なわれる。勿論、ペンタシル型ゼオライトの粉末は前述以外の方法でも得ることができる。   The catalyst powder made of pentasil-type zeolite can be obtained, for example, by hydrothermal synthesis using tetraethylorthosilicate and tetra-n-propylammonium hydroxide aqueous solution as raw materials, and the resulting solid is filtered, dried and calcined. it can. Here, the hydrothermal synthesis is usually carried out in an autoclave while stirring at a temperature of 100 to 200 ° C. Drying or calcination is usually performed at a temperature of 100 to 600 ° C. Of course, the pentasil-type zeolite powder can be obtained by methods other than those described above.

細孔付与剤は、混合して成形したのち焼成によって消失させることで細孔を形成しうるものであり、触媒活性に影響を与えないものであれば、特に制限はないが、通常は、例えば、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等の無機塩、穀物、でんぷん、セルロース等の多糖類、メタクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン等の樹脂類、ポリアクリル酸ソーダ、ポリエチレンオキサイド共重合体、N−ビニルアセトアミド、イソブチレン−無水マレイン酸等の吸水性樹脂類、ナフタレン等の炭化水素類などが挙げられる。これら細孔付与剤は、1種のみを用いても良いし、2種以上を併用してもよい。   The pore-imparting agent is not particularly limited as long as it can form pores by mixing and forming and then disappearing by firing, and it does not affect the catalyst activity. , Inorganic salts such as ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium carbonate, polysaccharides such as cereal, starch, cellulose, resins such as methacrylic resin, polyethylene, polypropylene, nylon, polyacrylic acid soda, polyethylene oxide copolymer, N-vinylacetamide And water-absorbing resins such as isobutylene-maleic anhydride and hydrocarbons such as naphthalene. These pore imparting agents may be used alone or in combination of two or more.

前述した細孔付与剤は、大別すると、例えば吸水性樹脂等の吸水によって膨潤する膨潤性物質と、例えば結晶性セルロース微粒子等の吸水しても膨潤しない非膨潤性物質とに分けられる。   The aforementioned pore-imparting agents are roughly classified into a swellable substance that swells by absorbing water such as a water-absorbing resin, and a non-swellable substance that does not swell when absorbed by water such as crystalline cellulose fine particles.

前記細孔付与剤として前記膨潤性物質を用いる場合、その使用量は、触媒粉末100重量部に対して1〜30重量部の割合とすることが好ましい。より好ましくは、触媒粉末100重量部に対して2〜20重量部である。膨潤性物質である細孔付与剤の使用量が前記範囲よりも少なすぎると、半径0.3μm以上の細孔が形成されにくく、充分な転化率が得られない恐れがあり、一方、前記範囲よりも多すぎると、触媒成形体の強度が低下する恐れがある。
前記膨潤性物質の平均粒子径は、1〜500μmであることが好ましい。より好ましくは10〜300μmである。膨潤性物質の平均粒子径が前記範囲よりも小さすぎると、半径0.3μm以上の細孔が形成されにくく、充分な転化率が得られない恐れがあり、一方、前記範囲よりも大きすぎると、触媒成形体の強度が低下する恐れがある。また、該膨潤性物質の吸水倍率は、重量比で、通常、10〜1000倍であるのが好ましく、20〜50倍であるのがより好ましい。
When the swellable substance is used as the pore imparting agent, the amount used is preferably 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. More preferably, it is 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. If the amount of the pore-imparting agent, which is a swellable substance, is too smaller than the above range, pores having a radius of 0.3 μm or more are not easily formed, and a sufficient conversion rate may not be obtained. If the amount is too much, the strength of the catalyst molded body may be lowered.
The swellable material preferably has an average particle size of 1 to 500 μm. More preferably, it is 10-300 micrometers. If the average particle size of the swellable material is too smaller than the above range, pores having a radius of 0.3 μm or more are difficult to be formed, and a sufficient conversion rate may not be obtained. In addition, the strength of the catalyst molded body may be reduced. Moreover, the water absorption capacity | capacitance of this swellable substance is 10-1000 times normally by weight ratio, and it is more preferable that it is 20-50 times.

前記細孔付与剤として前記非膨潤性物質を用いる場合、その使用量は、触媒粉末100重量部に対して10〜120重量部の割合とすることが好ましい。より好ましくは、触媒粉末100重量部に対して20〜100重量部である。非膨潤性物質である細孔付与剤の使用量が前記範囲よりも少なすぎると、半径0.3μm以上の細孔が形成されにくく、充分な転化率が得られない恐れがあり、一方、前記範囲よりも多すぎると、触媒成形体の強度が低下する恐れがある。
前記非膨潤性物質の平均粒子径は、1〜40μmであることが好ましい。より好ましくは6〜10μmである。非膨潤性物質の平均粒子径が前記範囲よりも小さすぎると、半径0.3μm以上の細孔が形成されにくく、充分な転化率が得られない恐れがあり、一方、前記範囲よりも大きすぎると、触媒成形体の強度が低下する恐れがある。
When the non-swellable substance is used as the pore imparting agent, the amount used is preferably 10 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. More preferably, it is 20-100 weight part with respect to 100 weight part of catalyst powder. If the amount of the pore-imparting agent, which is a non-swellable substance, is too smaller than the above range, pores having a radius of 0.3 μm or more are hardly formed, and a sufficient conversion rate may not be obtained. When it is more than the range, the strength of the catalyst molded body may be lowered.
The average particle diameter of the non-swellable substance is preferably 1 to 40 μm. More preferably, it is 6-10 micrometers. If the average particle size of the non-swellable material is too smaller than the above range, pores having a radius of 0.3 μm or more are not easily formed, and a sufficient conversion rate may not be obtained. And there exists a possibility that the intensity | strength of a catalyst molded object may fall.

前記触媒粉末に前記細孔付与剤を混合する際に用いられる装置は、特に制限されないが、例えば、ボールミル、振動ミル、V型混合機、コンクリートミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、リボンミキサー、オムニミキサー等を使用することができる。   The apparatus used for mixing the pore-imparting agent with the catalyst powder is not particularly limited. For example, a ball mill, a vibration mill, a V-type mixer, a concrete mixer, a Ladige mixer, a Nauter mixer, a ribbon mixer An omni mixer or the like can be used.

成形は、通常、押出し成形などで行なわれる。押出し成形とは、粉末と水などの成形助剤を混合し、混錬機等によって粘土状にした後、所定形状のダイスで押出して成形する方法であり、押出し成形に用いられる押出機としては、例えば、金型、一軸式真空押出成形機、二軸式真空押出成形機、円筒造粒機等がある。   Molding is usually performed by extrusion molding or the like. Extrusion molding is a method of mixing powder and molding aids such as water, making it into a clay with a kneader, etc., and then extruding with a die of a predetermined shape, and as an extruder used for extrusion molding For example, there are a mold, a uniaxial vacuum extruder, a biaxial vacuum extruder, a cylindrical granulator, and the like.

成形に際しては、必要に応じて、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ワックス類などの添加剤を添加して成形することもできる。さらには、ガラスファイバー、石英ファイバー、アルミナファイバー、シリカアルミナファイバー、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾルなどを添加して成形することもできる。   In molding, for example, additives such as methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, and waxes may be added as necessary. Furthermore, it can be molded by adding glass fiber, quartz fiber, alumina fiber, silica alumina fiber, silicon carbide whisker, silicon nitride whisker, silica sol, alumina sol, titania sol and the like.

焼成は、通常100〜600℃の温度で行なうことが好ましい。焼成時間は、焼成温度等に応じて適宜設定すればよく、特に制限されないが、通常、10時間〜100時間とするのが好ましい。
焼成に用いられる装置としては、成形体を加熱できる装置であれば、特に制限はないが、例えば、熱風循環式焼成炉、静置式焼成炉、トンネル炉、ロータリーキルン、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉等を使用することができる。
It is preferable to perform the firing usually at a temperature of 100 to 600 ° C. The firing time may be appropriately set according to the firing temperature and the like, and is not particularly limited, but is usually preferably 10 hours to 100 hours.
The apparatus used for firing is not particularly limited as long as it can heat the molded body. For example, a hot-air circulating firing furnace, a stationary firing furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln, a far infrared furnace, a microwave heating furnace Etc. can be used.

イオン交換処理は、通常、焼成した成形体をアンモニア水等のアルカリ性液とともにオートクレーブ内に入れ、撹拌することにより行なうことができる。このとき、アルカリ性液のpHは通常9〜14であるのが好ましく、アルカリ性液の温度は通常50〜100℃であるのが好ましい。イオン交換処理の時間(攪拌時間)は通常1〜24時間とするのが好ましい。イオン交換処理は、アルカリ性液を入れ替えて繰り返し行なってもよく、イオン交換処理の回数は通常1〜4回とするのが好ましい。   The ion exchange treatment can usually be performed by placing the fired molded body together with an alkaline liquid such as aqueous ammonia in an autoclave and stirring. At this time, the pH of the alkaline liquid is preferably preferably 9 to 14, and the temperature of the alkaline liquid is preferably 50 to 100 ° C. The ion exchange treatment time (stirring time) is usually preferably 1 to 24 hours. The ion exchange treatment may be repeated by replacing the alkaline solution, and the number of ion exchange treatments is usually preferably 1 to 4 times.

イオン交換処理の後、必要に応じて、洗浄水のpHが中性になるまで濾過、洗浄を繰り返し、乾燥して、本発明の触媒が得られる。このとき、濾過、洗浄の回数はイオン交換処理で用いたアルカリ性液のpHにもよるが、通常1〜4回とするのが好ましい。乾燥温度は通常100〜200℃とするのが好ましい。   After the ion exchange treatment, if necessary, filtration and washing are repeated until the pH of the washing water becomes neutral, followed by drying to obtain the catalyst of the present invention. At this time, although the number of times of filtration and washing depends on the pH of the alkaline liquid used in the ion exchange treatment, it is usually preferably 1 to 4 times. The drying temperature is usually preferably 100 to 200 ° C.

[ε−カプロラクタムの製造方法]
本発明のε−カプロラクタムの製造方法は、前述した本発明の触媒の存在下でシクロヘキサノンオキシムを気相ベックマン転位させる反応(以下、「ベックマン転位反応」と称することもある。)によりε−カプロラクタムを製造する方法である。詳しくは、前記ベックマン転位反応は、シクロヘキサノンオキシムを異性化させてε−カプロラクタムとする反応である。
[Method of producing ε-caprolactam]
In the production method of ε-caprolactam of the present invention, ε-caprolactam is obtained by a reaction of cyclohexanone oxime in the gas phase Beckmann rearrangement in the presence of the catalyst of the present invention described above (hereinafter also referred to as “Beckmann rearrangement reaction”). It is a manufacturing method. Specifically, the Beckmann rearrangement reaction is a reaction in which cyclohexanone oxime is isomerized to ε-caprolactam.

本発明のε−カプロラクタムの製造方法においては、前記ベックマン転位反応は固定床反応器で行なうことが好ましい。前述した本発明の触媒は固定床方式の反応においてより効果を発揮するものであるからである。   In the method for producing ε-caprolactam of the present invention, the Beckmann rearrangement reaction is preferably performed in a fixed bed reactor. This is because the catalyst of the present invention described above is more effective in a fixed bed type reaction.

原料とするシクロヘキサノンオキシムは、蒸気状(ガス状)あるいは液状のいずれの形態で使用してもよい。例えば、固定床反応器にて反応を行なう場合には、通常、蒸気状(ガス状)のシクロヘキサノンオキシムを反応温度に保持された触媒層を備えた固定床反応器に導入すればよい。   Cyclohexanone oxime used as a raw material may be used in a vapor (gaseous) or liquid form. For example, when the reaction is carried out in a fixed bed reactor, usually, vapor (gaseous) cyclohexanone oxime may be introduced into a fixed bed reactor equipped with a catalyst layer maintained at the reaction temperature.

前記ベックマン転位反応において、反応温度は、通常、好ましくは250〜450℃、より好ましくは300〜400℃とするのがよい。また、反応圧力は、通常、好ましくは10kPa〜0.5MPa、より好ましくは50kPa〜0.3MPaとするのがよい。   In the Beckmann rearrangement reaction, the reaction temperature is usually preferably 250 to 450 ° C, more preferably 300 to 400 ° C. The reaction pressure is usually preferably 10 kPa to 0.5 MPa, more preferably 50 kPa to 0.3 MPa.

原料とするシクロヘキサノンオキシムの反応器(固定床反応器)内における空間速度は、通常、WHSV(重量空間速度)が好ましくは0.1h-1〜20h-1、より好ましくは0.2h-1〜10h-1(すなわち、触媒1kg当たりのシクロヘキサノンオキシムの供給速度が、好ましくは0.1〜20kg/h、より好ましくは0.2〜10kg/h)の範囲から選ばれる。 The space velocity in the reactor (fixed bed reactor) of cyclohexanone oxime used as a raw material is usually preferably WHSV (weight space velocity), preferably 0.1 h −1 to 20 h −1 , more preferably 0.2 h −1 to It is selected from the range of 10 h −1 (that is, the supply rate of cyclohexanone oxime per kg of the catalyst is preferably 0.1 to 20 kg / h, more preferably 0.2 to 10 kg / h).

前記ベックマン転位反応に際しては、反応系にシクロヘキサノンオキシムとともに、炭素数1〜6の低級アルコールを共存させることも可能である。これにより、ε−カプロラクタムの選択率を向上させたり、触媒寿命を延ばしたりする効果が期待できる。炭素数1〜6の低級アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、イソブタノール、n−アミルアルコール、n−ヘキサノール等が挙げられる。これらの中でも、メタノール、エタノールが好ましく用いられる。これら低級アルコールは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。前記低級アルコールを共存させる場合、その量は、通常、シクロヘキサノンオキシムに対して重量比で、好ましくは0.1〜20倍、より好ましくは0.2〜10倍で用いるのがよい。   In the Beckmann rearrangement reaction, a lower alcohol having 1 to 6 carbon atoms can coexist with cyclohexanone oxime in the reaction system. Thereby, the effect of improving the selectivity of ε-caprolactam or extending the catalyst life can be expected. Examples of the lower alcohol having 1 to 6 carbon atoms include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutanol, n-amyl alcohol, n-hexanol and the like. Among these, methanol and ethanol are preferably used. These lower alcohols may be used alone or in combination of two or more. When the lower alcohol is allowed to coexist, the amount is usually 0.1 to 20 times, more preferably 0.2 to 10 times by weight with respect to cyclohexanone oxime.

前記シクロヘキサノンオキシムを反応器へ導入するに際しては、水を共存させることも有利である。この場合、共存させる水の量は、シクロヘキサノンオキシムに対して2.5モル倍以下の量にすることが好ましい。   When the cyclohexanone oxime is introduced into the reactor, it is advantageous to allow water to coexist. In this case, the amount of coexisting water is preferably 2.5 mol times or less with respect to cyclohexanone oxime.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例において示す物性値の測定方法は以下の通りである。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to a following example.
In addition, the measuring method of the physical-property value shown in an Example and a comparative example is as follows.

<結晶相> 触媒粉末試料を乳鉢にて5分間粉砕した後、X線回折装置(理学電機社製「RINT−2100V」)により分析し、得られたX線回折スペクトルのピークデータから結晶相を同定した。   <Crystalline phase> After pulverizing the catalyst powder sample in a mortar for 5 minutes, it was analyzed with an X-ray diffractometer (“RINT-2100V” manufactured by Rigaku Corporation), and the crystal phase was determined from the peak data of the obtained X-ray diffraction spectrum. Identified.

<ケイ素(Si)/ケイ素以外の金属元素(Me)原子比> 触媒粉末試料をアルカリ融解させた後に酸に溶解させ、ICP発光分光装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製「SPS4000」)により分析して、触媒粉末試料中のケイ素(Si)含有量を求めた。他方、触媒粉末試料をフッ化水素酸で処理し、その後、アルカリ融解させた後に酸に溶解させ、上記と同じICP発光分光装置により分析して、触媒粉末試料中のケイ素以外の金属元素(Me)の含有量を求めた。そして、SiとMeそれぞれの含有量を各々の原子量で割り、原子比(Si/Me)を算出した。   <Silicon (Si) / Metal element other than silicon (Me) atomic ratio> The catalyst powder sample was dissolved in an acid after being alkali-melted and analyzed by an ICP emission spectroscope ("SPS4000" manufactured by SII Nanotechnology). Thus, the silicon (Si) content in the catalyst powder sample was determined. On the other hand, the catalyst powder sample is treated with hydrofluoric acid, then melted in an alkali, dissolved in an acid, analyzed by the same ICP emission spectroscopic device as described above, and a metal element other than silicon in the catalyst powder sample (Me ) Content was determined. Then, the respective contents of Si and Me were divided by the respective atomic weights to calculate the atomic ratio (Si / Me).

<細孔容積> 得られた触媒(触媒成形体)を有姿のまま熱風循環型乾燥機で120℃で4時間乾燥した。その後、細孔分布測定装置(MICROMERITICS製「オートポアIII9420型」)を使用して水銀圧入法により該試料の細孔分布を測定した。そして、横軸を細孔半径とし、縦軸を細孔半径の大きいものから小さいものへ順次その容積を累積していった累積細孔容積とする累積細孔分布曲線より、累積細孔容積および半径0.3μm以上の細孔容積を求めた。   <Pore volume> The obtained catalyst (catalyst molded body) was dried in a hot air circulation dryer at 120 ° C. for 4 hours in a solid state. Thereafter, the pore distribution of the sample was measured by a mercury intrusion method using a pore distribution measuring device (“Autopore III9420 type” manufactured by MICROMERITICS). Then, the cumulative pore volume and the cumulative pore volume from the cumulative pore distribution curve in which the horizontal axis is the pore radius and the vertical axis is the cumulative pore volume obtained by sequentially accumulating the volume from the largest to the smallest pore radius, The pore volume with a radius of 0.3 μm or more was determined.

(実施例1−1)
〔触媒粉末の調製〕
5Lのステンレス製オートクレーブにテトラエチルオルソシリケート(Al含有量10ppm以下)500g、10%水酸化テトラ−n−プロピルアンモニウム水溶液1120g、エタノール1070gを仕込み、120分間激しく撹拌した。混合液のpHは13であった。オートクレーブの蓋を締めた後、内温を105℃に保ち400rpm以上の回転数で撹拌を行ないながら、96時間水熱合成を行なった。この間オートクレーブの内圧は0.2〜0.3MPaに達した。水熱合成終了時のpHは11.8であった。白色の固体を濾別し、次いで濾液のpHが7付近になるまで蒸留水で連続的に洗浄し、固体濃度40%のスラリー300gを得た。得られたスラリー300gを濾過、乾燥、焼成し粉末状白色固体を得た。
(Example 1-1)
(Preparation of catalyst powder)
A 5 L stainless steel autoclave was charged with 500 g of tetraethyl orthosilicate (Al content of 10 ppm or less), 1120 g of 10% tetra-n-propylammonium hydroxide aqueous solution and 1070 g of ethanol, and stirred vigorously for 120 minutes. The pH of the mixed solution was 13. After closing the autoclave lid, hydrothermal synthesis was carried out for 96 hours while stirring at a rotational speed of 400 rpm or more while keeping the internal temperature at 105 ° C. During this time, the internal pressure of the autoclave reached 0.2 to 0.3 MPa. The pH at the end of hydrothermal synthesis was 11.8. The white solid was separated by filtration, and then continuously washed with distilled water until the pH of the filtrate reached about 7, to obtain 300 g of a slurry having a solid concentration of 40%. 300 g of the resulting slurry was filtered, dried and fired to obtain a powdery white solid.

得られた粉末状白色固体をX線回折で分析した結果、ペンタシル型ゼオライトと同定された。また、この粉末状白色固体を原子吸光分析法により分析した結果、Alの含有量は3ppm、Si/Al原子比は147000であった。   As a result of analyzing the obtained powdery white solid by X-ray diffraction, it was identified as a pentasil-type zeolite. Moreover, as a result of analyzing this powdery white solid by atomic absorption spectrometry, the Al content was 3 ppm and the Si / Al atomic ratio was 147000.

次に、この粉末状白色固体を、振動式ロスインウエィトフィーダーにより毎分125gの速度で小型衝突板式ジェットミル(セイシン企業製「CO−JET」)に供給し、グラインディングノズル圧力0.49MPa、プッシャーノズル圧力0.54MPaの条件で粉砕して、触媒粉末100gを得た。   Next, this powdery white solid was supplied to a small collision plate jet mill (“CO-JET” manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) at a speed of 125 g / min with a vibrating loss-in-weight feeder, and a grinding nozzle pressure of 0.49 MPa, Crushing was performed under the condition of a pusher nozzle pressure of 0.54 MPa to obtain 100 g of catalyst powder.

〔細孔付与剤の混合・成形〕
得られた触媒粉末100重量部に、細孔付与剤として結晶性セルロース(旭化成ケミカルズ社製「アビセルPH−M06」、成分:メチルセルロース、平均粒子径8μm)40重量部と、成形助剤としての結晶性セルロース(信越化学製「メトローズ90SH−4000」、成分:ヒドロキシプロピルメチルセルロース、平均粒子径80μm)3重量部とをオムニミキサーを使用して3分間混合し、さらに、水85重量部を加えて3分間混合した。得られた混合物を混錬機で混練した後、外径5φmmで中心に直径2φmmのピンを備えたダイスが取り付けられた金型に充填した。この金型を圧縮試験機で加圧し、外径5φmm、内径2φmmの押出品を得た。この押出品は押出しの際にピアノ線によって5mmの長さに切断された。得られた押出品を室温で24時間以上放置して乾燥し、100gの押出し乾燥品を得た。
[Mixing and forming of pore-imparting agent]
To 100 parts by weight of the obtained catalyst powder, 40 parts by weight of crystalline cellulose (“Avicel PH-M06” manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., component: methylcellulose, average particle diameter: 8 μm) as a pore-imparting agent, and crystals as a molding aid 3 parts by weight of functional cellulose (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., “Metroze 90SH-4000”, component: hydroxypropylmethylcellulose, average particle size 80 μm) for 3 minutes using an omnimixer, and further added 85 parts by weight of water and 3 Mixed for minutes. The obtained mixture was kneaded with a kneader and then filled into a mold having an outer diameter of 5 mm and a die having a pin having a diameter of 2 mm at the center. This mold was pressurized with a compression tester to obtain an extruded product having an outer diameter of 5 mm and an inner diameter of 2 mm. This extrudate was cut to a length of 5 mm with a piano wire during extrusion. The obtained extrudate was allowed to stand for 24 hours or more at room temperature and dried to obtain 100 g of an extrudate dried product.

〔焼成〕
得られた押出し乾燥品100gを、窒素と空気の混合ガス(容量比1:1)の流通下、500〜530℃で6時間焼成し、70gの焼成品を得た。
[Baking]
100 g of the obtained extrusion-dried product was baked at 500 to 530 ° C. for 6 hours under the flow of a mixed gas of nitrogen and air (volume ratio of 1: 1) to obtain 70 g of a baked product.

〔イオン交換処理〕
得られた焼成品70gを、28重量%アンモニア水と蒸留水から調製したpH11.5のアンモニア水200gとともにオートクレーブに入れ、90℃で1時間撹拌した後、デカンテーションすることによりアンモニア水を除去した。このアルカリ処理の操作を合計3回行なった後、濾過、水洗、乾燥(120℃×16時間)することにより触媒(1)を得た。
[Ion exchange treatment]
70 g of the obtained baked product was placed in an autoclave together with 200 g of aqueous ammonia having a pH of 11.5 prepared from 28 wt% aqueous ammonia and distilled water, stirred at 90 ° C. for 1 hour, and then decanted to remove the aqueous ammonia. . After performing this alkali treatment operation three times in total, the catalyst (1) was obtained by filtration, washing with water and drying (120 ° C. × 16 hours).

得られた触媒(1)の細孔分布を測定した結果、累積細孔容積が0.88mL/gで、半径0.3μm以上の細孔容積が0.08mL/gであった。該測定で得られた累積細孔分布曲線を図1に示す。   As a result of measuring the pore distribution of the obtained catalyst (1), the cumulative pore volume was 0.88 mL / g, and the pore volume having a radius of 0.3 μm or more was 0.08 mL / g. The cumulative pore distribution curve obtained by the measurement is shown in FIG.

(実施例1−2)
実施例1−1の〔細孔付与剤の混合・成形〕において、結晶性セルロース(旭化成ケミカルズ社製「アビセルPH−M06」、成分:メチルセルロース、平均粒子径8μm)40重量部に代えて、吸水性樹脂(住友精化製「アクアコークTWB」、成分:ポリエチレンオキサイド共重合体、平均粒子径140μm)16重量部を用い、オムニミキサーを使用して3分間混合した後に加える水の量を85重量部から160重量部に変更したこと以外は、実施例1−1に記載の方法と同様にして、触媒(2)を得た。
(Example 1-2)
Instead of 40 parts by weight of crystalline cellulose ("Avicel PH-M06" manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., component: methylcellulose, average particle size 8 µm) in Example 1-1 [mixing and forming of pore imparting agent] Amount of water to be added after mixing for 3 minutes using an omni mixer using 16 parts by weight of a functional resin (“Aqua Coke TWB” manufactured by Sumitomo Seika, component: polyethylene oxide copolymer, average particle size 140 μm) A catalyst (2) was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that the amount was changed from 160 parts to 160 parts by weight.

得られた触媒(2)の細孔分布を測定した結果、累積細孔容積が1.17mL/gで、半径0.3μm以上の細孔容積が0.57mL/gであった。該測定で得られた累積細孔分布曲線を図2に示す。   As a result of measuring the pore distribution of the obtained catalyst (2), the cumulative pore volume was 1.17 mL / g, and the pore volume having a radius of 0.3 μm or more was 0.57 mL / g. The cumulative pore distribution curve obtained by the measurement is shown in FIG.

(実施例1−3)
実施例1−1の〔細孔付与剤の混合・成形〕において、結晶性セルロース(旭化成ケミカルズ社製「アビセルPH−M06」、成分:メチルセルロース、平均粒子径8μm)の量を40重量部から90重量部に変更し、成形助剤としての結晶性セルロース(信越化学製「メトローズ90SH−4000」、成分:ヒドロキシプロピルメチルセルロース、平均粒子径80μm)の量を3重量部から3.3重量部に変更し、オムニミキサーを使用して3分間混合した後に加えた水85重量部に代えて、〔触媒粉末の調製〕で得られたスラリー141重量部を用いたこと以外は、実施例1−1に記載の方法と同様にして、触媒(3)を得た。
(Example 1-3)
In Example 1-1 [Mixing and shaping of pore-imparting agent], the amount of crystalline cellulose (“Avicel PH-M06” manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, component: methylcellulose, average particle size 8 μm) was changed from 40 parts by weight to 90 parts by weight. The amount of crystalline cellulose (“Metrozu 90SH-4000” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., component: hydroxypropylmethylcellulose, average particle size 80 μm) as a molding aid was changed from 3 parts by weight to 3.3 parts by weight. In Example 1-1, except that 141 parts by weight of the slurry obtained in [Preparation of catalyst powder] was used instead of 85 parts by weight of water added after mixing for 3 minutes using an omni mixer. In the same manner as described, a catalyst (3) was obtained.

得られた触媒(3)の細孔分布を測定した結果、累積細孔容積が1.82mL/gで、半径0.3μm以上の細孔容積が0.94mL/gであった。該測定で得られた累積細孔分布曲線を図3に示す。   As a result of measuring the pore distribution of the obtained catalyst (3), the cumulative pore volume was 1.82 mL / g, and the pore volume having a radius of 0.3 μm or more was 0.94 mL / g. The cumulative pore distribution curve obtained by the measurement is shown in FIG.

(実施例1−4)
実施例1−1の〔細孔付与剤の混合・成形〕において、結晶性セルロース(旭化成ケミカルズ社製「アビセルPH−M06」、成分:メチルセルロース、平均粒子径8μm)40重量部に代えて、メタクリル樹脂(綜研化学製「ケミスノーMX−150」、成分:ポリメタクリル酸メチル、平均粒子径1.4μm)90重量部を用い、オムニミキサーを使用して3分間混合した後に加える水の量を85重量部から66重量部に変更したこと以外は、実施例1−1に記載の方法と同様にして、触媒(4)を得た。
(Example 1-4)
Instead of 40 parts by weight of crystalline cellulose ("Avicel PH-M06" manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., component: methyl cellulose, average particle size 8 μm) in Example 1-1 [Mixing and shaping of pore imparting agent] Using 90 parts by weight of resin (“Kemisnow MX-150”, manufactured by Soken Chemical Co., Ltd., component: polymethyl methacrylate, average particle size: 1.4 μm) and mixing for 3 minutes using an omni mixer, the amount of water added is 85% by weight. A catalyst (4) was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that the amount was changed from 66 parts to 66 parts by weight.

得られた触媒(4)の細孔分布を測定した結果、累積細孔容積が1.75mL/gで、半径0.3μm以上の細孔容積が0.48mL/gであった。該測定で得られた累積細孔分布曲線を図4に示す。   As a result of measuring the pore distribution of the obtained catalyst (4), the cumulative pore volume was 1.75 mL / g, and the pore volume having a radius of 0.3 μm or more was 0.48 mL / g. The cumulative pore distribution curve obtained by the measurement is shown in FIG.

(実施例1−5)
実施例1−1の〔細孔付与剤の混合・成形〕において、結晶性セルロース(旭化成ケミカルズ社製「アビセルPH−M06」、成分:メチルセルロース、平均粒子径8μm)40重量部に代えて、ポリN−ビニルアセトアミド(昭和電工社製)、平均粒子径13.2μm)10重量部を用い、オムニミキサーを使用して3分間混合した後に加える水の量を85重量部から140重量部に変更したこと以外は、実施例1−1に記載の方法と同様にして、触媒(5)を得た。
(Example 1-5)
In Example 1-1 [mixing and forming of pore-imparting agent], crystalline cellulose ("Avicel PH-M06" manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., component: methylcellulose, average particle size of 8 μm) was replaced by 40 parts by weight. Using 10 parts by weight of N-vinylacetamide (manufactured by Showa Denko KK, average particle size 13.2 μm), the amount of water added after mixing for 3 minutes using an omni mixer was changed from 85 parts by weight to 140 parts by weight. Except for this, a catalyst (5) was obtained in the same manner as in the method described in Example 1-1.

得られた触媒(5)の細孔分布を測定した結果、累積細孔容積が0.82mL/gで、半径0.3μm以上の細孔容積が0.06mL/gであった。該測定で得られた累積細孔分布曲線を図5に示す。   As a result of measuring the pore distribution of the obtained catalyst (5), the cumulative pore volume was 0.82 mL / g, and the pore volume having a radius of 0.3 μm or more was 0.06 mL / g. The cumulative pore distribution curve obtained by the measurement is shown in FIG.

(実施例2−1〜2−5)
実施例1−1〜1−5で得られた触媒(1)〜(5)を使用して、それぞれにシクロヘキサノンオキシムのベックマン転位反応を行なった。すなわち、固定床流通式の反応装置を用い、そこに、触媒2.0gを内径2cmの石英ガラス製反応管に充填してなる触媒層を形成させた。この反応管に窒素1.16L/hを流通させ、反応管の温度を350℃にして1時間予熱処理をした。次いで、窒素1.16L/hを流通させたまま、反応管の温度を365℃に上げ、シクロヘキサノンオキシム/メタノール=1/1.3(重量比)の混合物を23g/h(シクロヘキサノンオキシムのWHSV=5h-1)の供給速度で反応管に供給して、同温度にて反応を行なった。
(Examples 2-1 to 2-5)
Using the catalysts (1) to (5) obtained in Examples 1-1 to 1-5, a Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime was performed on each. That is, a fixed bed flow type reactor was used, and a catalyst layer was formed by filling 2.0 g of the catalyst into a quartz glass reaction tube having an inner diameter of 2 cm. Nitrogen 1.16 L / h was passed through the reaction tube, the temperature of the reaction tube was set to 350 ° C., and pre-heat treatment was performed for 1 hour. Next, with the nitrogen 1.16 L / h being circulated, the temperature of the reaction tube was raised to 365 ° C., and a mixture of cyclohexanone oxime / methanol = 1 / 1.3 (weight ratio) was 23 g / h (cyclohexanone oxime WHSV = The reaction was carried out at the same temperature by supplying the reaction tube at a supply rate of 5 h −1 ).

シクロヘキサノンオキシム/メタノールの混合物を反応管に供給後、直ちに15分間サンプリングし(これを「初期」のサンプルとする)、さらに供給開始から12時間後に15分間サンプリングし(これを「12時間後」のサンプルとする)、シクロヘキサノンオキシムおよびε−カプロラクタムの分析をガスクロマトグラフィーにより行い、シクロヘキサノンオキシムの転化率およびε−カプロラクタムの選択率を次のようにして求めた。すなわち、シクロヘキサノンオキシムの転化率およびε−カプロラクタムの選択率は、供給したシクロヘキサノンオキシムのモル数をX、未反応のシクロヘキサノンオキシムのモル数をY、生成したε−カプロラクタムのモル数をZとして、それぞれ下記式により算出した。結果を表1に示す。   After feeding the cyclohexanone oxime / methanol mixture to the reaction tube, immediately sample for 15 minutes (this is the “initial” sample), and then sample for 15 minutes after the start of the feed (this is “after 12 hours”). Samples), cyclohexanone oxime and ε-caprolactam were analyzed by gas chromatography, and the conversion of cyclohexanone oxime and the selectivity of ε-caprolactam were determined as follows. That is, the conversion ratio of cyclohexanone oxime and the selectivity of ε-caprolactam are respectively determined by assuming that the number of moles of cyclohexanone oxime supplied is X, the number of moles of unreacted cyclohexanone oxime is Y, and the number of moles of ε-caprolactam produced is Z. It was calculated by the following formula. The results are shown in Table 1.

シクロヘキサノンオキシムの転化率(%)=[(X−Y)/X]×100
ε−カプロラクタムの選択率(%)=[Z/(X−Y)]×100
Conversion of cyclohexanone oxime (%) = [(XY) / X] × 100
Selectivity of ε-caprolactam (%) = [Z / (XY)] × 100

Figure 2007222758
Figure 2007222758

実施例1−1で得られた触媒(1)の累積細孔分布曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative pore distribution curve of the catalyst (1) obtained in Example 1-1. 実施例1−2で得られた触媒(2)の累積細孔分布曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative pore distribution curve of the catalyst (2) obtained in Example 1-2. 実施例1−3で得られた触媒(3)の累積細孔分布曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative pore distribution curve of the catalyst (3) obtained in Example 1-3. 実施例1−4で得られた触媒(4)の累積細孔分布曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative pore distribution curve of the catalyst (4) obtained in Example 1-4. 実施例1−5で得られた触媒(5)の累積細孔分布曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative pore distribution curve of the catalyst (5) obtained in Example 1-5.

Claims (12)

主成分がペンタシル型ゼオライトであり、半径0.3μm以上の細孔容積が0.05mL/g以上、かつ累積細孔容積が0.60mL/g以上である、ことを特徴とするε−カプロラクタム製造用触媒。   Production of ε-caprolactam, wherein the main component is pentasil-type zeolite, the pore volume having a radius of 0.3 μm or more is 0.05 mL / g or more, and the cumulative pore volume is 0.60 mL / g or more. Catalyst. 半径0.3μm以上の細孔容積が0.25mL/g以上、かつ累積細孔容積が0.90mL/g以上である、請求項1記載のε−カプロラクタム製造用触媒。   The catalyst for producing ε-caprolactam according to claim 1, wherein the pore volume having a radius of 0.3 µm or more is 0.25 mL / g or more and the cumulative pore volume is 0.90 mL / g or more. 外径3〜5φmm、内径1〜2φmm、長さ1〜10mmのリング状ないしは筒状のペレットである、請求項1記載のε−カプロラクタム製造用触媒。   The catalyst for producing ε-caprolactam according to claim 1, which is a ring-shaped or cylindrical pellet having an outer diameter of 3 to 5 mm, an inner diameter of 1 to 2 mm, and a length of 1 to 10 mm. 前記ペンタシル型ゼオライトは、ケイ素(Si)と酸素とを必須成分とする多孔質結晶体である、請求項1〜3のいずれかに記載のε−カプロラクタム製造用触媒。   The catalyst for producing ε-caprolactam according to any one of claims 1 to 3, wherein the pentasil-type zeolite is a porous crystal body containing silicon (Si) and oxygen as essential components. 前記ペンタシル型ゼオライトは、ケイ素以外の金属元素(Me)を、ケイ素(Si)との原子比がSi/Me≧500となる範囲で含有する、請求項4記載のε−カプロラクタム製造用触媒。   5. The catalyst for producing ε-caprolactam according to claim 4, wherein the pentasil-type zeolite contains a metal element (Me) other than silicon in a range in which an atomic ratio with silicon (Si) is Si / Me ≧ 500. 請求項1〜5に記載のε−カプロラクタム製造用触媒を製造する方法であって、ペンタシル型ゼオライトからなる触媒粉末に細孔付与剤を混合し、該混合物を成形したのちに焼成し、その後イオン交換処理を施す、ことを特徴とするε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。   A method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam according to any one of claims 1 to 5, wherein a pore-imparting agent is mixed with a catalyst powder made of pentasil-type zeolite, the mixture is molded, calcined, and then ionized. A method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam, characterized by performing an exchange treatment. 前記細孔付与剤として吸水によって膨潤する膨潤性物質を用い、該細孔付与剤を触媒粉末100重量部に対して1〜30重量部の割合で混合する、請求項6記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。   The ε-caprolactam production according to claim 6, wherein a swellable substance that swells by water absorption is used as the pore imparting agent, and the pore imparting agent is mixed in an amount of 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. For producing a catalyst. 前記膨潤性物質は、平均粒子径が1〜500μmである、請求項7記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam according to claim 7, wherein the swellable substance has an average particle diameter of 1 to 500 µm. 前記細孔付与剤として吸水しても膨潤しない非膨潤性物質を用い、該細孔付与剤を触媒粉末100重量部に対して10〜120重量部の割合で混合する、請求項6記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。   The epsilon according to claim 6, wherein a non-swellable substance that does not swell even when water is absorbed is used as the pore imparting agent, and the pore imparting agent is mixed at a ratio of 10 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst powder. -The manufacturing method of the catalyst for caprolactam manufacture. 前記非膨潤性物質は、平均粒子径が1〜40μmである、請求項9記載のε−カプロラクタム製造用触媒の製造方法。   The method for producing a catalyst for producing ε-caprolactam according to claim 9, wherein the non-swellable substance has an average particle diameter of 1 to 40 µm. 触媒存在下でシクロヘキサノンオキシムを気相ベックマン転位させる反応によりε−カプロラクタムを製造する方法において、前記触媒として請求項1〜5のいずれかに記載のε−カプロラクタム製造用触媒を用いる、ことを特徴とするε−カプロラクタムの製造方法。   In the method for producing ε-caprolactam by a reaction in which cyclohexanone oxime undergoes gas phase Beckmann rearrangement in the presence of a catalyst, the catalyst for producing ε-caprolactam according to any one of claims 1 to 5 is used as the catalyst. To produce ε-caprolactam. 前記反応を固定床反応器で行なう、請求項11記載のε−カプロラクタムの製造方法。
The method for producing ε-caprolactam according to claim 11, wherein the reaction is carried out in a fixed bed reactor.
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