JP2008094685A - Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst - Google Patents

Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst Download PDF

Info

Publication number
JP2008094685A
JP2008094685A JP2006280856A JP2006280856A JP2008094685A JP 2008094685 A JP2008094685 A JP 2008094685A JP 2006280856 A JP2006280856 A JP 2006280856A JP 2006280856 A JP2006280856 A JP 2006280856A JP 2008094685 A JP2008094685 A JP 2008094685A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metallosilicate
silicon
catalyst
crystalline
crystalline metallosilicate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006280856A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Tsuneki
常木英昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Shokubai Co Ltd filed Critical Nippon Shokubai Co Ltd
Priority to JP2006280856A priority Critical patent/JP2008094685A/en
Publication of JP2008094685A publication Critical patent/JP2008094685A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallosilicate catalyst on which coke hardly sticks and which is easily regenerated and effective for a dehydration reaction. <P>SOLUTION: A crystalline metallosilicate is synthesized which is characterized in that the outer surface of a silicate crystal substantially constituted of only silicon and oxygen is covered with a metallosilicate layer having the same crystal structure, wherein silicon atoms are substituted with divalent and/or trivalent metal elements. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、実質的にケイ素および酸素からのみ構成されるシリケート結晶の外表面が、ケイ素原子が2価および/または3価の金属元素で置換された同じ結晶構造のメタロシリケート層で被覆されていることを特徴とする結晶性メタロシリケート、その製造方法およびこれを触媒として用いた有機化合物の変換方法に関するものである。   In the present invention, the outer surface of a silicate crystal composed substantially only of silicon and oxygen is coated with a metallosilicate layer having the same crystal structure in which silicon atoms are replaced with divalent and / or trivalent metal elements. The present invention relates to a crystalline metallosilicate, a method for producing the same, and a method for converting an organic compound using the crystalline metallosilicate as a catalyst.

特にアルコール性水酸基を持つ有機化合物を脱水する変換方法に有用である。脱水反応によって生成できる物質は具体的には不飽和エーテル、不飽和アルコール、不飽和アルデヒド、環状エーテル、環状アミンなどが挙げられる。これらの不飽和化合物や環状化合物は各種有機薬品の中間体やポリマーの原料として有用である。   In particular, it is useful for a conversion method for dehydrating an organic compound having an alcoholic hydroxyl group. Specific examples of the substance that can be generated by the dehydration reaction include unsaturated ethers, unsaturated alcohols, unsaturated aldehydes, cyclic ethers, and cyclic amines. These unsaturated compounds and cyclic compounds are useful as intermediates for various organic chemicals and as raw materials for polymers.

結晶性メタロシリケートとはケイ素と酸素からなる1nm以下のミクロ細孔を持つ結晶性シリケートのケイ素の一部が他の金属元素(T原子)で置換された物質で、T原子がアルミニウムである結晶性アルミノシリケートはゼオライトとして知られている。   Crystalline metallosilicate is a substance in which a part of silicon of crystalline silicate composed of silicon and oxygen having micropores of 1 nm or less is substituted with another metal element (T atom), and a crystal in which T atom is aluminum. Aluminosilicates are known as zeolites.

結晶性メタロシリケートを合成する方法は古くから知られており、いわゆる水熱合成法が良く用いられる。一般的には、ケイ素源(コロイダルシリカ、水ガラス、ケイ酸エステルなど)とケイ素原子の一部を置換する金属元素源(硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ホウ酸、塩化ガリウムなど)、アルカリ金属源、構造指示剤(テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムブロミドなど)をよく混合してオートクレーブに仕込み、高温高圧の条件で水熱合成を行う方法が良く用いられる。   Methods for synthesizing crystalline metallosilicates have been known for a long time, and so-called hydrothermal synthesis methods are often used. Generally, silicon sources (colloidal silica, water glass, silicate esters, etc.) and metal element sources that substitute part of silicon atoms (aluminum sulfate, sodium aluminate, boric acid, gallium chloride, etc.), alkali metal sources A method in which a structure directing agent (tetrapropylammonium hydroxide, tetraethylammonium bromide, etc.) is thoroughly mixed and charged in an autoclave and hydrothermal synthesis is performed under conditions of high temperature and pressure is often used.

例えばZSM−5ゼオライトの製法が知られている(特許文献1参照)。また、これらの溶液や水性スラリーを蒸発乾固したゲル(ドライゲル)をオートクレーブ中で高温高圧の水蒸気と接触させて結晶化させるドライゲルコンバージョン法が開示されている
特許文献2参照)。このようにして得られた結晶性メタロシリケートは、有機物を化学変換するための触媒として広く用いられている。
For example, a method for producing ZSM-5 zeolite is known (see Patent Document 1). Also, a dry gel conversion method is disclosed in which a gel (dry gel) obtained by evaporating and drying these solutions and aqueous slurry is brought into contact with high-temperature and high-pressure steam in an autoclave for crystallization (see Patent Document 2). The crystalline metallosilicate thus obtained is widely used as a catalyst for chemically converting organic substances.

米国特許 3702886号公報明細書US Pat. No. 3,702,886 特開2000−344515号公報明細書JP 2000-344515 A specification

結晶性メタロシリケートを触媒として用いる多くの場合に問題となるのが触媒の活性劣化である。反応原料や生成物である有機物が炭素上の析出物(いわゆるコーク)となって活性点を覆ってしまうコーキングという現象が生じ活性が劣化することがしばしば見られる。   In many cases where crystalline metallosilicate is used as a catalyst, the deterioration of the activity of the catalyst becomes a problem. It is often observed that the organic material as a reaction raw material or product becomes a precipitate on carbon (so-called coke), causing a phenomenon called coking that covers the active site, and the activity deteriorates.

結晶性メタロシリケートには口径が1nm以下のミクロ孔が存在し、コーキングが起こる場合は多くの場合コークがそのミクロ孔を閉塞することが見られる。結晶性メタロシリケート結晶外表面に比べてミクロ孔の存在する結晶内部の表面積は大きく、活性点がミクロ孔内部に存在する場合コークの多くの部分はミクロ孔内部に存在することになる。   In the crystalline metallosilicate, micropores having a diameter of 1 nm or less are present, and when coking occurs, it is often observed that coke closes the micropores. Compared to the outer surface of the crystalline metallosilicate crystal, the surface area inside the crystal where the micropores are present is large, and when the active sites are inside the micropores, most of the coke will be inside the micropores.

コーキングによって劣化した触媒は通常酸素含有気体を高温で流通させて燃焼除去することで再生することができる。しかし、ミクロ孔内部に析出したコークは酸素の拡散抵抗が大きく、コークの量が多いこともあいまって、燃焼除去が困難でその条件が過酷なものになり実施が困難なことがある。   The catalyst deteriorated by coking can usually be regenerated by circulating and removing oxygen-containing gas at a high temperature. However, coke deposited inside the micropores has a large oxygen diffusion resistance and a large amount of coke, which makes it difficult to remove by combustion, and the conditions become harsh and difficult to implement.

ミクロ孔内部の活性点はコーキングによって劣化しやすく、単にコークの量を増加させて再生を困難にしている場合がある。メタロシリケート結晶外表面やミクロ孔開口部付近の活性点が有効な活性点の場合、ミクロ孔内部の活性点は必要ないことになる。メタロシリケートの活性点は結晶を形作っているケイ素と酸素のフレームワークのケイ素がアルミニウムやホウ素などの2価あるいは3価の金属元素(T原子)で置換された部分である。   The active sites inside the micropores are liable to be deteriorated by coking, and the amount of coke is simply increased to make regeneration difficult. When active sites near the metallosilicate crystal outer surface or the micropore opening are effective sites, the active sites inside the micropores are not necessary. The active site of the metallosilicate is a portion in which the silicon forming the crystal and the silicon of the oxygen framework are replaced with a divalent or trivalent metal element (T atom) such as aluminum or boron.

メタロシリケート結晶外表面やミクロ孔開口部付近の活性点が有効な活性点の場合、ごく表層だけにこの金属で置換された層を形成することができれば内部の活性点へのコーキングが抑えられ再生がしやすくなる。   When active sites near the metallosilicate crystal outer surface or the micropore opening are effective sites, if the layer substituted with this metal can be formed only on the surface layer, coking to the active sites inside is suppressed and regenerated. It becomes easy to do.

本発明のように触媒のごく表層だけに活性点が存在すれば、反応活性を損なうことが無くかつ、ミクロ孔内部に活性点がないのでコーキングがミクロ孔内で起こらず、コークの量も少なくなり、再生が容易になることが期待される。   If active sites exist only on the very surface layer of the catalyst as in the present invention, reaction activity is not impaired, and no active sites are present inside the micropores, so coking does not occur in the micropores and the amount of coke is small. Therefore, it is expected that the reproduction becomes easy.

ケイ素以外の金属元素を実質的に含まないメタロシリケート結晶をまず合成し、しかる後に金属元素(Al,Ga,In,B,Ni,Co,Znなど、特にAlが好ましい)を添加して金属元素で置換された結晶を引き続き表層に形成させれば、先に述べた活性点構造を実現することができる。   First, a metallosilicate crystal containing substantially no metal element other than silicon is synthesized, and then a metal element (Al, Ga, In, B, Ni, Co, Zn, etc., particularly Al is preferred) is added to the metal element. If the crystal substituted by is continuously formed on the surface layer, the active point structure described above can be realized.

具体的には
1.水熱合成:ケイ素源(コロイダルシリカ、水ガラス、ケイ酸エステルなど)、アルカリ金属源、構造指示剤(テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムブロミドなど)をよく混合した水性スラリーとしてオートクレーブに仕込み、高温高圧の条件で水熱合成を行い、シリカライト−1のような実質的にケイ素以外の金属をフレームワークに含まないシリケートスラリーを合成する。ここへケイ素原子の一部を置換する金属元素源(硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ホウ酸、塩化ガリウムなど)を追加し(この際ケイ素源その他の原料も追加しても良い)、さらに水熱合成することで先に合成した結晶性メタロシリケート結晶上に活性点を持つメタロシリケート結晶をエピタキシャルに成長させることができる。
Specifically: Hydrothermal synthesis: Prepared in an autoclave as an aqueous slurry in which a silicon source (colloidal silica, water glass, silicate ester, etc.), an alkali metal source, and a structure indicator (tetrapropylammonium hydroxide, tetraethylammonium bromide, etc.) are mixed well. Hydrothermal synthesis is performed under high-pressure conditions to synthesize a silicate slurry that contains substantially no metal other than silicon, such as silicalite-1, in the framework. A metal element source (aluminum sulfate, sodium aluminate, boric acid, gallium chloride, etc.) that replaces a part of silicon atoms is added here (in this case, silicon source and other raw materials may be added), and further hydrothermal By synthesizing, a metallosilicate crystal having an active site can be epitaxially grown on the crystalline metallosilicate crystal synthesized earlier.

2.ドライゲルコンバージョン法:ケイ素源(コロイダルシリカ、水ガラス、ケイ酸エステルなど)、アルカリ金属源、構造指示剤(テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムブロミドなど)をよく混合した溶液や水性スラリーを蒸発乾固しシリケート結晶前駆体となるドライゲルを得る。これをオートクレーブ中に移し、高温高圧の水蒸気で処理することによりシリカライト−1のような実質的にケイ素以外の金属をフレームワークに含まない結晶性メタロシリケート結晶固体Aを合成する。この固体Aにここへケイ素原子の一部を置換する金属元素源(硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ホウ酸、塩化ガリウムなど)水溶液を含浸担持し乾燥後再度これをオートクレーブ中に移し、高温高圧の水蒸気で処理する。この際追加のケイ素源、アルカリ金属源、構造指示剤を加えても良い。あるいは先に得られた固体Aを水に分散しケイ素原子の一部を置換する金属元素源(硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ホウ酸、塩化ガリウムなど)と追加のケイ素源、アルカリ金属源、構造指示剤を加えてオートクレーブ中で水熱合成することで表層にメタロシリケート層を形成させることができる。   2. Dry gel conversion method: Evaporate and dry a solution or aqueous slurry in which a silicon source (colloidal silica, water glass, silicate ester, etc.), an alkali metal source, and a structure indicator (tetrapropylammonium hydroxide, tetraethylammonium bromide, etc.) are mixed well. A dry gel is obtained which becomes a solidified silicate crystal precursor. This is transferred into an autoclave and treated with high-temperature and high-pressure steam to synthesize a crystalline metallosilicate crystal solid A that does not contain a metal other than silicon, such as silicalite-1, substantially in the framework. This solid A was impregnated with an aqueous solution of a metal element source (aluminum sulfate, sodium aluminate, boric acid, gallium chloride, etc.) for substituting a part of silicon atoms, dried and transferred again into an autoclave. Treat with steam. At this time, an additional silicon source, alkali metal source, and structure indicator may be added. Alternatively, the metal element source (aluminum sulfate, sodium aluminate, boric acid, gallium chloride, etc.) that disperses the solid A obtained earlier in water and replaces part of silicon atoms, and an additional silicon source, alkali metal source, structure By adding an indicator and hydrothermal synthesis in an autoclave, a metallosilicate layer can be formed on the surface layer.

ここでいう表層とは結晶外表面の2nm以上20nm以下を意味する。この層は10nm以下であることが好ましく、5nm以下であることが更に好ましい。この範囲にすることで、被覆が十分に、効率よく行なわれるため、コーキングが抑えられ再生がしやすくなり好ましい。   The surface layer here means 2 nm or more and 20 nm or less of the outer surface of the crystal. This layer is preferably 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less. By making it within this range, coating is performed sufficiently and efficiently, so that coking is suppressed and reproduction is facilitated, which is preferable.

表層部におけるとケイ素とT原子の原子比はその結晶系によっても異なるが、通常T/Si=5〜1000の範囲である。好ましくは10〜500、より好ましくは10〜200である。   In the surface layer portion, the atomic ratio of silicon and T atoms varies depending on the crystal system, but is usually in the range of T / Si = 5 to 1000. Preferably it is 10-500, More preferably, it is 10-200.

シリケート結晶外表面の被覆度合いは、シリケート結晶外表面積に対し、50%以上が好ましく、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。   The covering degree of the silicate crystal outer surface is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more, and most preferably 100% with respect to the silicate crystal outer surface area.

合成できるメタロシリケートの結晶系として主な物はMFI,MEL,BEA,MWWなどが挙げられる。これらの晶系の作り分けは、用いる構造指示剤のカチオン種の使い分けによって行うことができる。例えば、MFI:テトラプロピルアンモニウムカチオン、MEL:テトラブチルアンモニウムカチオン、BEA:テトラエチルアンモニウムカチオン、MWW:ヘキサメチレンイミンなどが挙げられる。   Main examples of metallosilicate crystal systems that can be synthesized include MFI, MEL, BEA, MWW, and the like. These crystal systems can be separately formed by properly using the cation species of the structure directing agent to be used. Examples include MFI: tetrapropylammonium cation, MEL: tetrabutylammonium cation, BEA: tetraethylammonium cation, MWW: hexamethyleneimine, and the like.

合成したメタロシリケートは構造指示剤やアルカリ金属を含んでいる。触媒として用いる場合は、高温での熱処理によって構造指示剤を分解除去することが望ましい。また酸触媒として用いる場合はアルカリ金属をアンモニウムイオンなどとのイオン交換によって除去し、高温での熱処理によってプロトン型にすることが望ましい。   The synthesized metallosilicate contains a structure indicator and an alkali metal. When used as a catalyst, it is desirable to decompose and remove the structure indicator by heat treatment at a high temperature. When used as an acid catalyst, it is desirable to remove the alkali metal by ion exchange with ammonium ions or the like, and to make it proton type by heat treatment at high temperature.

こうして合成された結晶性メタロシリケートは有機化合物の化学変換の良い触媒となる。適用できる反応は脱水反応、環化反応、異性化反応、アルキル化反応、トランスアルキル化反応、クラッキング反応などがある。   The crystalline metallosilicate synthesized in this way becomes a catalyst with good chemical conversion of organic compounds. Applicable reactions include dehydration reaction, cyclization reaction, isomerization reaction, alkylation reaction, transalkylation reaction, cracking reaction and the like.

特にアルコール性水酸基を持つ有機化合物を脱水する変換方法に有用である。脱水反応によって生成できる物質は不飽和エーテル、不飽和アルコール、不飽和アルデヒド、環状エーテル、環状アミンなどが挙げられる。   In particular, it is useful for a conversion method for dehydrating an organic compound having an alcoholic hydroxyl group. Examples of substances that can be generated by dehydration include unsaturated ethers, unsaturated alcohols, unsaturated aldehydes, cyclic ethers, and cyclic amines.

具体的にはグリコールエーテル類からビニルエーテル類(メチルセルソルブからメチルビニルエーテル、エチルセルソルブからエチルビニルエーテルなど)、エタノールアミンからエチレンイミン、グリセリンからアクロレイン、N−ヒドロキシピロリドンからN−ビニルピロリドンなどが挙げられる。特にMFI型のメタロシリケートはグリセリンからアクロレインを生成する反応に有効である。   Specific examples include glycol ethers to vinyl ethers (methyl cellosolve to methyl vinyl ether, ethyl cellosolve to ethyl vinyl ether, etc.), ethanolamine to ethyleneimine, glycerin to acrolein, N-hydroxypyrrolidone to N-vinylpyrrolidone, and the like. . In particular, MFI-type metallosilicates are effective for reactions that produce acrolein from glycerin.

こうした脱水反応は主として気相で行われ、原料の分圧 100Pa〜100kPa、反応温度200℃〜500℃、SV 10〜10000hr−1程度の条件が好ましい。原料ガス中には反応に不活性なガス例えば水蒸気、窒素、アルゴンなどを同伴させても良い。 Such a dehydration reaction is mainly carried out in the gas phase, preferably under conditions of a raw material partial pressure of 100 Pa to 100 kPa, a reaction temperature of 200 ° C. to 500 ° C., and an SV of about 10 to 10,000 hr −1 . The raw material gas may be accompanied by a gas inert to the reaction, such as water vapor, nitrogen, argon, or the like.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、以下ことわりのない場合、「%」は「質量%」を、「部」は「質量部」をそれぞれ示すものとする。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, the scope of the present invention is not limited only to these Examples. Unless otherwise specified, “%” indicates “mass%” and “part” indicates “mass part”.

(触媒調製比較例1)
ゼオリスト社製アンモニウム型ZSM−5(CBV5524G)を空気中550℃、5時間焼成してH型ZSM−5である触媒Aを得た。含有するSi/Alの原子比は50、NaO含有量は0.5%であった。
(Catalyst preparation comparative example 1)
Ammonium type ZSM-5 (CBV5524G) manufactured by Zeolis was calcined in the air at 550 ° C. for 5 hours to obtain catalyst A as H type ZSM-5. The Si / Al atomic ratio contained was 50, and the Na 2 O content was 0.5%.

(触媒調製比較例2)
MFI構造のシリカライト−1の合成:前駆体:1.4gの水酸化ナトリウムを10gのイオン交換水に溶解し、そこへ30質量%の二酸化ケイ素を含むコロイダルシリカスラリーを44g加える。次に15gのイオン交換水に2.34グラムのテトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)を溶解した液を加えて前駆体スラリーを調製した。この液の組成は1モルのテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドに対し、NaO 2モル、SiO 25モル、HO 345モルである。
(Catalyst preparation comparative example 2)
Synthesis of silicalite-1 having MFI structure: Precursor: 1.4 g of sodium hydroxide is dissolved in 10 g of ion-exchanged water, and 44 g of colloidal silica slurry containing 30% by mass of silicon dioxide is added thereto. Next, a solution in which 2.34 grams of tetrapropylammonium bromide (TPABr) was dissolved in 15 g of ion-exchanged water was added to prepare a precursor slurry. The composition of this liquid is 2 mol of Na 2 O, 25 mol of SiO 2 and 345 mol of H 2 O with respect to 1 mol of tetrapropylammonium hydroxide.

この前駆体スラリーをポリテトラフルオロエチレンコーティングされたオートクレーブへ移し、200℃で72時間加熱して水熱合成を行った。得られた反応生成物はろ過・水洗後空気中110℃で乾燥した。   The precursor slurry was transferred to a polytetrafluoroethylene-coated autoclave and heated at 200 ° C. for 72 hours for hydrothermal synthesis. The obtained reaction product was dried at 110 ° C. in air after filtration and washing with water.

粉末X線回折分析からMFI構造であることが確認された。組成分析からSiO 1モルに対して、テトラプロピルアンモニウムイオン((TPA)Oとして)0.016モル、NaO 0.011モルであった。不純物としてアルミナが約400ppm含まれていた。
これを空気中550℃で5時間焼成して有機物を分解除去し、20%硝酸アンモニウム水溶液で3回洗浄後、550℃で5時間熱処理した。これを触媒Bとする。
It was confirmed by powder X-ray diffraction analysis that the structure was MFI. From compositional analysis, it was 0.016 mol of tetrapropylammonium ions (as (TPA) 2 O) and 0.011 mol of Na 2 O with respect to 1 mol of SiO 2 . About 400 ppm of alumina was contained as an impurity.
This was baked in air at 550 ° C. for 5 hours to decompose and remove organic substances, washed three times with a 20% aqueous ammonium nitrate solution, and then heat treated at 550 ° C. for 5 hours. This is referred to as catalyst B.

(触媒調製実施例1)
水熱合成までは触媒調製比較例2と同じ操作を行って、シリカライト−1のスラリーを得た。アルミン酸ナトリウム0.1gを5gのイオン交換水に溶解し、そこへ30%の二酸化ケイ素を含むコロイダルシリカスラリーを6.5g加える。次に2gのイオン交換水に0.21グラムのテトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)を溶解した液を加えて追加の前駆体溶液を調製した。これを先の合成したシリカライトスラリーに加え、200℃で24時間加熱して、シリカライト表面にZSM−5層を成長させた。得られた反応生成物はろ過・水洗後空気中110℃で乾燥した。
(Catalyst Preparation Example 1)
Until the hydrothermal synthesis, the same operation as in Catalyst Preparation Comparative Example 2 was performed to obtain a slurry of silicalite-1. 0.1 g of sodium aluminate is dissolved in 5 g of ion-exchanged water, and 6.5 g of a colloidal silica slurry containing 30% silicon dioxide is added thereto. Next, a solution of 0.21 grams of tetrapropylammonium bromide (TPABr) dissolved in 2 g of ion-exchanged water was added to prepare an additional precursor solution. This was added to the previously synthesized silicalite slurry and heated at 200 ° C. for 24 hours to grow a ZSM-5 layer on the silicalite surface. The obtained reaction product was dried at 110 ° C. in air after filtration and washing with water.

粉末X線回折分析から触媒Aと同じくMFI構造であることが確認された。組成分析からSiO 1モルに対して、 (TPA)Oとして0.016モル、Alとして0.0004モル、NaO 0.012モルであった。これを空気中550℃で5時間焼成して有機物を分解除去し、20%硝酸アンモニウム水溶液で3回イオン交換後、550℃で5時間熱処理した。これを触媒Cとする。 It was confirmed from the powder X-ray diffraction analysis that the MFI structure was the same as that of the catalyst A. From compositional analysis, it was 0.016 mol as (TPA) 2 O, 0.0004 mol as Al 2 O 3 , and 0.012 mol Na 2 O with respect to 1 mol of SiO 2 . This was baked in air at 550 ° C. for 5 hours to decompose and remove organic substances, and after ion exchange three times with a 20% aqueous ammonium nitrate solution, heat treatment was performed at 550 ° C. for 5 hours. This is referred to as catalyst C.

(有機物の変換反応例)
上記A、B、Cの触媒を使用して、固定床反応器を使用した次の方法によりグリセリンを脱水し、アクロレインを製造した。
(Example of organic conversion reaction)
Using the catalysts A, B, and C, glycerin was dehydrated by the following method using a fixed bed reactor to produce acrolein.

触媒5mlを充填したステンレス製反応管(内径10mm、長さ200mm)を固定床反応器として準備し、この反応器を360℃の塩浴に浸漬した。その後、反応器内に窒素を20ml/minの流量で30分間流通させた後、80%グリセリン水溶液の気化ガスと窒素からなる反応ガス(反応ガス組成:グリセリン27mol%、水34mol%、窒素39mol%)を500hr−1の流量で流通させた。反応器内に反応ガスを流通させてから0.5〜1時間、2.5〜3時間の間で30分間における流出ガスを冷却液化して捕集した(以下、「捕集した流出ガスの冷却液化物」を「流出物」と称する)。 A stainless steel reaction tube (inner diameter 10 mm, length 200 mm) filled with 5 ml of catalyst was prepared as a fixed bed reactor, and this reactor was immersed in a salt bath at 360 ° C. Thereafter, nitrogen was circulated in the reactor at a flow rate of 20 ml / min for 30 minutes, and then a reaction gas composed of a vaporized gas of 80% glycerol aqueous solution and nitrogen (reaction gas composition: glycerin 27 mol%, water 34 mol%, nitrogen 39 mol%). ) At a flow rate of 500 hr −1 . The effluent gas was liquefied and collected for 30 minutes between 0.5 to 1 hour and 2.5 to 3 hours after the reaction gas was circulated in the reactor (hereinafter referred to as “the collected effluent gas "Cooled liquefaction" is referred to as "effluent").

そして、ガスクロマトグラフィ(GC)により、流出物の定性および定量分析を行った。GCによる定性分析の結果、グリセリン、アクロレインと共に1一ヒドロキシアセトンなどの副生成物が検出された。また、定量分析結果から、転化率、アクロレイン収率、およびアクロレイン収率を算出した。ここで、転化率は、(1一(捕集流出物中のグリセリンのモル数)/(30分問で反応器に流入させたグリセリンのモル数))×100、で算出される値である。また、アクロレインの収率は、((アクロレインのモル数)/(30分間に反応器に流入させたグリセリンのモル数))×100、で算出される値である。   Then, qualitative and quantitative analysis of the effluent was performed by gas chromatography (GC). As a result of qualitative analysis by GC, by-products such as 1-hydroxyacetone were detected together with glycerin and acrolein. Further, the conversion rate, acrolein yield, and acrolein yield were calculated from the quantitative analysis results. Here, the conversion is a value calculated by (1 ((number of moles of glycerin in the collected effluent) / (number of moles of glycerin introduced into the reactor in 30 minutes))) × 100. . The yield of acrolein is a value calculated by ((molar number of acrolein) / (molar number of glycerin introduced into the reactor in 30 minutes)) × 100.

3時間反応後反応器内に窒素を20ml/minの流量で30分間流通させた後に触媒を抜き出し、熱重量−示差熱分析(TG−DTA)によって触媒に付着したコークを測定した。熱分析は次の2つの方法で行った。
1:室温から600℃まで空気流通下10℃/minで昇温後20分保持
2:室温から400℃まで空気流通下10℃/minで昇温、その後1時間保持し、引き続き10℃/minで600℃まで昇温後20分保持。
After reacting for 3 hours, nitrogen was passed through the reactor at a flow rate of 20 ml / min for 30 minutes, and then the catalyst was extracted, and coke adhered to the catalyst was measured by thermogravimetric-differential thermal analysis (TG-DTA). Thermal analysis was performed by the following two methods.
1: Temperature rise from room temperature to 600 ° C. at 10 ° C./min under air flow and hold for 20 minutes 2: Temperature rise from room temperature to 400 ° C. under air flow at 10 ° C./min, then hold for 1 hour, then 10 ° C./min Held for 20 minutes after raising the temperature to 600 ° C.

(反応結果)
表1に反応結果、コークの分析結果をまとめた。
(Reaction result)
Table 1 summarizes the reaction results and the analysis results of coke.

活性点となるAlがない触媒Bでは反応がほとんど進行せず、コークもほとんど付着しない。ミクロ細孔内部にも活性点のある触媒Aでは、コークの付着量が多く、DTA分析では発熱のピークが380℃と反応温度よりかなり高い530℃の2つ見られ、燃焼除去しにくいコークがあることがわかる。熱分析から400℃1時間保持後もコークは5.5%も残存し反応温度でのコーク除去は困難である。   In the catalyst B having no Al as an active point, the reaction hardly proceeds and coke hardly adheres. Catalyst A, which also has active sites inside the micropores, has a large amount of coke deposition, and DTA analysis shows two exothermic peaks, 380 ° C and 530 ° C, which is considerably higher than the reaction temperature. I know that there is. Even after holding at 400 ° C. for 1 hour from thermal analysis, 5.5% of coke remains and it is difficult to remove coke at the reaction temperature.

本発明にかかる触媒Cでは、ミクロ細孔内部には活性点がないためコークの付着量も少なく、また高温側の発熱ピークも見られない。また400℃1時間保持で大部分のコークが燃焼除去されている。   In the catalyst C according to the present invention, since there are no active sites inside the micropores, the amount of deposited coke is small, and no exothermic peak on the high temperature side is observed. In addition, most of the coke is burned and removed by holding at 400 ° C. for 1 hour.

Figure 2008094685
Figure 2008094685

本発明の結晶の表層部だけに活性点が存在し、ミクロ細孔内部に活性点を持たない結晶性メタロシリケ−トを触媒として用いればコーキングが細孔内部で進行するような化学反応において、細孔内に大量のコークが析出することが避けられる。そのため触媒の再生が容易になり、実用上非常に価値がある。特にグリセリンからアクロレインを生成する反応の触媒として有効に利用することができる。   In a chemical reaction in which coking proceeds inside the pores when a crystalline metallosilicate having active sites only in the surface layer portion of the crystal of the present invention and having no active sites inside the micropores is used as a catalyst. A large amount of coke is avoided in the pores. Therefore, the regeneration of the catalyst becomes easy and it is very valuable in practical use. In particular, it can be effectively used as a catalyst for a reaction for producing acrolein from glycerin.

Claims (7)

実質的にケイ素および酸素からのみ構成されるシリケート結晶の外表面が、ケイ素原子が2価および/または3価の金属元素で置換された同じ結晶構造のメタロシリケート層で被覆されていることを特徴とする結晶性メタロシリケート。 The outer surface of a silicate crystal composed substantially only of silicon and oxygen is covered with a metallosilicate layer having the same crystal structure in which silicon atoms are substituted with divalent and / or trivalent metal elements. Crystalline metallosilicate. 該メタロシリケート層のケイ素を置換する金属元素がAl,Ga,In,B,Ni,Co,Znの中から選ばれる少なくとも一種の元素であることを特徴とする請求項1記載の結晶性メタロシリケート。 2. The crystalline metallosilicate according to claim 1, wherein the metal element substituting silicon in the metallosilicate layer is at least one element selected from Al, Ga, In, B, Ni, Co and Zn. . 該結晶性メタロシリケートの結晶構造がMFI,MEL,BEA,MWWのいずれかであることを特徴とする請求項1ないし2記載の結晶性メタロシリケート。 3. The crystalline metallosilicate according to claim 1, wherein the crystalline metallosilicate has a crystal structure of any one of MFI, MEL, BEA, and MWW. ケイ素源、アルカリ源、構造指示剤を含む原料から、ケイ素以外の金属元素を実質的に含まないシリケート結晶粒子を合成し、しかる後に2価および/または3価の金属元素を含む原料を追加して先に合成したシリケート結晶の表層に同じ結晶構造で2価および/または3価の金属元素を含む結晶性シリケート層を成長させることを特徴とする請求項1ないし3記載の結晶性メタロシリケートの製造方法。 Silicate crystal particles containing substantially no metal element other than silicon are synthesized from a raw material containing a silicon source, an alkali source and a structure directing agent, and then a raw material containing a divalent and / or trivalent metal element is added. The crystalline metallosilicate according to any one of claims 1 to 3, wherein a crystalline silicate layer containing a divalent and / or trivalent metal element having the same crystal structure is grown on the surface layer of the silicate crystal previously synthesized. Production method. 請求項1ないし4記載の結晶性メタロシリケートを用いることを特徴とする有機化合物の変換方法。 5. A method for converting an organic compound, wherein the crystalline metallosilicate according to claim 1 is used. 該有機化合物の変換がアルコール性水酸基を持つ有機化合物からの脱水反応であることを特徴とする請求項5記載の方法。 6. The method according to claim 5, wherein the conversion of the organic compound is a dehydration reaction from an organic compound having an alcoholic hydroxyl group. 該有機化合物の変換がグリセリンからアクロレインを生成する脱水反応であることを特徴とする請求項7記載の方法を用いたアクロレイン製造方法。 The method for producing acrolein using the method according to claim 7, wherein the conversion of the organic compound is a dehydration reaction in which acrolein is produced from glycerin.
JP2006280856A 2006-10-16 2006-10-16 Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst Pending JP2008094685A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006280856A JP2008094685A (en) 2006-10-16 2006-10-16 Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006280856A JP2008094685A (en) 2006-10-16 2006-10-16 Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008094685A true JP2008094685A (en) 2008-04-24

Family

ID=39377916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006280856A Pending JP2008094685A (en) 2006-10-16 2006-10-16 Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008094685A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010095483A (en) * 2008-10-17 2010-04-30 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing acrolein and method for producing acrolein derivative
WO2010107076A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-23 株式会社ジャパンエナジー Catalyst for use in production of para-substituted aromatic hydrocarbon, and process for producing para-substituted aromatic hydrocarbon utilizing the catalyst
US9079163B2 (en) 2010-03-26 2015-07-14 Jx Nippon Oil & Energy Corporation Catalyst and method for producing the same and method for producing paraxylene using the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010095483A (en) * 2008-10-17 2010-04-30 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing acrolein and method for producing acrolein derivative
WO2010107076A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-23 株式会社ジャパンエナジー Catalyst for use in production of para-substituted aromatic hydrocarbon, and process for producing para-substituted aromatic hydrocarbon utilizing the catalyst
US9079163B2 (en) 2010-03-26 2015-07-14 Jx Nippon Oil & Energy Corporation Catalyst and method for producing the same and method for producing paraxylene using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10493440B2 (en) Methods to produce molecular sieves with LTA topology and compositions derived therefrom
KR102048913B1 (en) Zeolite and method for producing same, and cracking catalyst for paraffin
JP6715167B2 (en) Method for producing molecular sieve having SFE structure, molecular sieve having SFE structure and use thereof
KR101509535B1 (en) Catalyst for producing light olefins and process for producing light olefins
JP5668422B2 (en) Method for producing aluminosilicate
JP2021535074A (en) Microporous aluminotitanosilicate crystalline zeolite, its preparation method and utilization
PL173731B1 (en) Oxidation catalysts
Shi et al. Acidic properties of Al-rich ZSM-5 crystallized in strongly acidic fluoride medium
JP2008094685A (en) Crystalline metallosilicate, production method therefor and use of the same as catalyst
JP6407154B2 (en) Production of catalysts based on boron zeolite
TW201036939A (en) Method for producing propylene
JP5646279B2 (en) Production method of light olefin
US20220339611A1 (en) Synthesis and Use of a Zeolitic Material Having the ITH Framework Structure Type
JP2010202613A (en) Method for catalytic cracking of paraffin
Inagaki et al. Preparation of hydrophobic Ti-beta catalyst derived from Al-rich zeolite beta synthesized without using organic structure-directing agent and its enhanced catalytic performance for phenol oxidation
JPWO2010098310A1 (en) Zeolite-palladium complex, method for producing the complex, catalyst containing the complex, and method for producing a coupling compound using the catalyst
JPH0859566A (en) Production of methylamines
CN114426293B (en) SCM-35 molecular sieve, preparation method and application thereof
JP2023529363A (en) Synthesis of SZR scaffold-type molecular sieves
JP5080107B2 (en) Modification of beta zeolite
JP3489869B2 (en) Method for producing methylamines
EP4061769A1 (en) Alkyl halides conversion into ethylene and propylene
JP4089110B2 (en) Method for converting aromatic compounds
JPH0193545A (en) Production of lower olefin
JPH0445551B2 (en)