JP2019189585A - Production method of unsaturated hydrocarbon - Google Patents

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信啓 木村
Nobuhiro Kimura
信啓 木村
透容 吉原
Toyo Yoshihara
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Abstract

To provide a production method of unsaturated hydrocarbons capable of efficiently converting hydrocarbons by a dehydrogenation reaction with less catalyst degradation, as a novel production method of unsaturated hydrocarbons.SOLUTION: A production method of unsaturated hydrocarbons includes a step of dehydrogenating at least a part of hydrocarbons by flowing a raw material gas containing hydrocarbons having 4 to 9 carbons to a reactor having a catalyst layer in which a dehydrogenation catalyst is filled, in which the dehydrogenation catalyst has a carrier containing aluminum and a carrier metal carried by the carrier, the carrier metal contains tin and platinum, and at an inlet of the catalyst layer, the pressure is 101 kPa or larger and a partial pressure of the hydrocarbon is 17 kPa or lower.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、不飽和炭化水素の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an unsaturated hydrocarbon.

不飽和炭化水素は、様々な分野で、例えば工業製品の出発材料として、大量に必要とされている。例えば、不飽和炭化水素は、洗浄剤、ハイオクタンガソリン、薬品等の製造に使用されるほか、プラスチックの製造等にも利用されている。また、特にブテンは、メチルエチルケトン、アルキレートガソリン等の出発材料として広く利用されており、その製造方法としては、例えば、不均一脱水素触媒を用い、n−ブタンを直接脱水素する方法が知られている(例えば、特許文献1〜4)。   Unsaturated hydrocarbons are required in large quantities in various fields, for example as starting materials for industrial products. For example, unsaturated hydrocarbons are used for manufacturing detergents, high-octane gasoline, chemicals, etc., and also for manufacturing plastics. In particular, butene is widely used as a starting material for methyl ethyl ketone, alkylate gasoline, etc., and as its production method, for example, a method of directly dehydrogenating n-butane using a heterogeneous dehydrogenation catalyst is known. (For example, Patent Documents 1 to 4).

特開2014−205135号公報JP 2014-205135 A 特開2015−027669号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-027669 米国特許出願公開第2014/0309470号明細書US Patent Application Publication No. 2014/0309470 米国特許第6,433,241号明細書US Pat. No. 6,433,241

不飽和炭化水素の需要増加に伴って、製造装置の要求特性、運転コスト、反応効率等の特色の異なる、多様な不飽和炭化水素の製造方法の開発が求められている。   With the increase in demand for unsaturated hydrocarbons, development of various methods for producing unsaturated hydrocarbons having different characteristics such as required characteristics, operating costs, reaction efficiency, etc. of production equipment is required.

本発明は、不飽和炭化水素の新規製造方法として、触媒劣化が少なく、脱水素反応により炭化水素を効率良く転化可能な、不飽和炭化水素の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing an unsaturated hydrocarbon, which is a novel method for producing an unsaturated hydrocarbon, which has little catalyst deterioration and can efficiently convert hydrocarbons by a dehydrogenation reaction.

本発明者らは、特定の脱水素触媒及び特定の反応条件において、高い脱水素活性が長期間維持されることを見出し、本発明を完成させるに至った。一般的に、脱水素反応は分子数が増加する反応であるため、反応圧力及び炭化水素の分圧が低いほど反応が進行しやすい。しかし、本発明者らは、特定の脱水素触媒を用いたとき、反応圧力及び炭化水素の分圧を所定値以上とすることで、触媒劣化が抑制され、結果として、効率良く脱水素反応を進行させることができることを見出した。   The present inventors have found that a high dehydrogenation activity is maintained for a long time under a specific dehydrogenation catalyst and a specific reaction condition, and have completed the present invention. In general, since the dehydrogenation reaction is a reaction in which the number of molecules increases, the reaction proceeds more easily as the reaction pressure and the hydrocarbon partial pressure are lower. However, when using a specific dehydrogenation catalyst, the inventors set the reaction pressure and the partial pressure of hydrocarbons to a predetermined value or more to suppress catalyst deterioration, and as a result, efficiently perform the dehydrogenation reaction. I found out that it can be advanced.

本発明の一側面は、炭素数4〜9の炭化水素を含む原料ガスを、脱水素触媒が充填された触媒層を有する反応器に流通させて、上記炭化水素の少なくとも一部を脱水素する工程を備える、不飽和炭化水素の製造方法に関する。この製造方法において、上記脱水素触媒は、アルミニウムを含有する担体と当該担体に担持された担持金属とを有し、上記担持金属はスズ及び白金を含む。また、上記触媒層の入口において、圧力は101kPa以上、上記炭化水素の分圧は17kPa以上である。   In one aspect of the present invention, a raw material gas containing a hydrocarbon having 4 to 9 carbon atoms is passed through a reactor having a catalyst layer filled with a dehydrogenation catalyst to dehydrogenate at least a part of the hydrocarbon. The present invention relates to a method for producing an unsaturated hydrocarbon, comprising a step. In this production method, the dehydrogenation catalyst has a carrier containing aluminum and a supported metal supported on the carrier, and the supported metal contains tin and platinum. The pressure at the inlet of the catalyst layer is 101 kPa or more, and the partial pressure of the hydrocarbon is 17 kPa or more.

一態様において、上記触媒層の入口における圧力は130kPa以上であってよく、上記触媒層の入口における上記炭化水素の分圧は30kPa以上であってよい。この場合、触媒劣化がより顕著に抑制される。   In one embodiment, the pressure at the inlet of the catalyst layer may be 130 kPa or higher, and the partial pressure of the hydrocarbon at the inlet of the catalyst layer may be 30 kPa or higher. In this case, catalyst deterioration is more significantly suppressed.

一態様において、上記脱水素触媒におけるスズと白金の原子比(Sn/Pt)は、3.0以上6.0以下であってよく、上記脱水素触媒における白金の含有量は、上記脱水素触媒の全量基準で0.6質量%以上3.0質量%以下であってよい。この場合、上述の効果が一層顕著に奏される。   In one embodiment, the atomic ratio (Sn / Pt) of tin and platinum in the dehydrogenation catalyst may be 3.0 or more and 6.0 or less, and the platinum content in the dehydrogenation catalyst is the dehydrogenation catalyst. It may be 0.6 mass% or more and 3.0 mass% or less on the basis of the total amount. In this case, the above-described effect is more remarkably exhibited.

一態様において、上記脱水素触媒は、塩素原子を含まない金属源を用いてスズ及び白金を上記担体に担持させた触媒であってよい。   In one embodiment, the dehydrogenation catalyst may be a catalyst in which tin and platinum are supported on the support using a metal source containing no chlorine atom.

一態様において、上記触媒層の入口における温度は500℃以上であってよい。   In one embodiment, the temperature at the inlet of the catalyst layer may be 500 ° C. or higher.

本発明によれば、不飽和炭化水素の新規製造方法として、触媒劣化が少なく、脱水素反応により炭化水素を効率良く転化可能な、不飽和炭化水素の製造方法が提供される。   According to the present invention, as a novel method for producing an unsaturated hydrocarbon, there is provided a method for producing an unsaturated hydrocarbon in which catalyst deterioration is small and the hydrocarbon can be efficiently converted by a dehydrogenation reaction.

以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described.

本発明に係る不飽和炭化水素の製造方法は、炭素数4〜9の炭化水素を含む原料ガスを、脱水素触媒が充填された触媒層を有する反応器に流通させて、炭化水素の少なくとも一部を脱水素して、不飽和炭化水素を得る工程を備える。   In the method for producing an unsaturated hydrocarbon according to the present invention, a raw material gas containing a hydrocarbon having 4 to 9 carbon atoms is circulated through a reactor having a catalyst layer filled with a dehydrogenation catalyst, so that at least one of the hydrocarbons. And dehydrogenating a portion to obtain an unsaturated hydrocarbon.

本実施形態において、脱水素触媒は、アルミニウム(Al)を含有する担体と、当該担体に担持された担持金属とを有している。また、担持金属は、スズ(Sn)及び白金(Pt)を含んでいる。   In this embodiment, the dehydrogenation catalyst has a support containing aluminum (Al) and a supported metal supported on the support. The supported metal contains tin (Sn) and platinum (Pt).

また、本実施形態において、触媒層の入口における圧力(以下、反応圧力ともいう。)は、101kPa以上であり、触媒層の入口における炭化水素の分圧(以下、原料分圧ともいう。)は、17kPa以上である。   In this embodiment, the pressure at the inlet of the catalyst layer (hereinafter also referred to as reaction pressure) is 101 kPa or more, and the partial pressure of hydrocarbon at the inlet of the catalyst layer (hereinafter also referred to as raw material partial pressure). 17 kPa or more.

本実施形態に係る製造方法によれば、触媒劣化が少なく、脱水素反応により炭化水素を効率良く転化することができる。なお、一般的に、脱水素反応は分子数が増加する反応であるため、反応圧力及び炭化水素の分圧が低いほど反応が進行しやすい。しかし、本発明者らは、特定の脱水素触媒を用いたとき、反応圧力及び炭化水素の分圧を所定値以上とすることで、触媒劣化が抑制され、結果として、効率良く脱水素反応を進行させることができることを見出した。   According to the production method according to the present embodiment, the catalyst is less deteriorated and the hydrocarbon can be efficiently converted by the dehydrogenation reaction. In general, since the dehydrogenation reaction is a reaction in which the number of molecules increases, the reaction proceeds more easily as the reaction pressure and the hydrocarbon partial pressure are lower. However, when using a specific dehydrogenation catalyst, the present inventors set the reaction pressure and the partial pressure of hydrocarbons to a predetermined value or more to suppress catalyst deterioration, and as a result, efficiently perform the dehydrogenation reaction. I found out that it can be advanced.

本実施形態で用いる脱水素触媒は、炭化水素の脱水素反応を触媒する固体触媒であり、Alを含む担体にSn及びPtを含む担持金属が担持された触媒である。   The dehydrogenation catalyst used in the present embodiment is a solid catalyst that catalyzes a hydrocarbon dehydrogenation reaction, and is a catalyst in which a supported metal including Sn and Pt is supported on a support including Al.

担体は、少なくともAlを含有している無機酸化物担体であることが好ましい。担体は、例えば、アルミナ(Al)を含む担体であってよく、Alと他の金属との複合酸化物を含む担体であってもよい。より具体的には、例えば、金属酸化物担体は、アルミナ、AlとMgとの複合酸化物、AlとSnとの複合酸化物、AlとPbとの複合酸化物、AlとZn、Se、Fe、In等との複合酸化物などの金属酸化物を含む担体であってよい。担体におけるAlの含有量は、担体の全質量基準で25質量%以上であってよく、50質量%以上であることが好ましい。Alを含有する無機酸化物担体としては、例えば、アルミナ、アルミナマグネシア、シリカアルミナ、ジルコニアアルミナ、スピネル型構造物(マグネシウムスピネル)等の無機酸化物を含む担体が挙げられる。 The support is preferably an inorganic oxide support containing at least Al. The support may be, for example, a support containing alumina (Al 2 O 3 ) or a support containing a composite oxide of Al and another metal. More specifically, for example, the metal oxide support includes alumina, a composite oxide of Al and Mg, a composite oxide of Al and Sn, a composite oxide of Al and Pb, Al and Zn, Se, and Fe. It may be a carrier containing a metal oxide such as a composite oxide with In or the like. The content of Al in the support may be 25% by mass or more based on the total mass of the support, and is preferably 50% by mass or more. Examples of the inorganic oxide carrier containing Al include a carrier containing an inorganic oxide such as alumina, alumina magnesia, silica alumina, zirconia alumina, and spinel structure (magnesium spinel).

担体の調製方法は特に制限されず、例えば、ゾルゲル法、共沈法、水熱合成法等が挙げられる。   The method for preparing the carrier is not particularly limited, and examples thereof include a sol-gel method, a coprecipitation method, and a hydrothermal synthesis method.

担体の比表面積は、例えば30m/g以上であってよく、50m/g以上であることが好ましい。これにより、炭化水素の転化率が一層向上する傾向がある。また、担体の比表面積は、例えば1000m/g以下であってよく、500m/g以下であることが好ましい。これにより、工業的に好適に利用可能な十分な強度を有する担体とすることができる。 The specific surface area of the carrier may be, for example, 30 m 2 / g or more, and preferably 50 m 2 / g or more. Thereby, there exists a tendency for the conversion rate of a hydrocarbon to improve further. The specific surface area of the carrier may be, for example, 1000 m 2 / g or less, and preferably 500 m 2 / g or less. Thereby, it can be set as the support | carrier which has sufficient intensity | strength which can be utilized industrially suitably.

脱水素触媒において、スズ及び白金を含む担持金属は、それぞれが単一の酸化物として存在していてよく、他の金属との複合酸化物として存在していてもよく、金属塩又は金属単体として存在していてもよい。   In the dehydrogenation catalyst, each of the supported metals including tin and platinum may exist as a single oxide, or may exist as a composite oxide with other metals, as a metal salt or a metal simple substance. May be present.

脱水素触媒は、担体に、金属源(担持金属を含有する化合物)を用いて担持金属を担持したものであってよい。金属源としては、例えば、後述の担持金属の前駆体が挙げられる。   The dehydrogenation catalyst may be one in which a supported metal is supported on a carrier using a metal source (a compound containing a supported metal). Examples of the metal source include a supported metal precursor described below.

白金源としては、例えば、テトラアンミン白金(II)酸、テトラアンミン白金(II)酸塩(例えば、硝酸塩等)、テトラアンミン白金(II)酸水酸化物溶液、ジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硝酸溶液、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸エタノールアミン溶液等が挙げられる。白金源は、白金(白金)を有し、塩素原子を有しない化合物であることが好ましい。   Examples of the platinum source include tetraammineplatinum (II) acid, tetraammineplatinum (II) acid salt (eg, nitrate), tetraammineplatinum (II) acid hydroxide solution, dinitrodiammine platinum (II) nitric acid solution, hexahydroxo Examples thereof include a platinum (IV) acid nitric acid solution and a hexahydroxoplatinum (IV) acid ethanolamine solution. The platinum source is preferably a compound having platinum (platinum) and not having a chlorine atom.

脱水素触媒における白金(Pt)の担持量は、脱水素触媒の全量基準で、例えば0.6質量%以上であってよく、好ましくは0.9質量%以上である。また、Ptの担持量は、脱水素触媒の全量基準で、例えば5.0質量%以下であってよく、好ましくは3.0質量%以下である。このような担持量であると、触媒上で形成されるPt粒子が脱水素反応により好適なサイズとなり、単位白金重量あたりの白金表面積が大きくなるため、より効率的な反応系が実現できる。   The supported amount of platinum (Pt) in the dehydrogenation catalyst may be, for example, 0.6% by mass or more, and preferably 0.9% by mass or more, based on the total amount of the dehydrogenation catalyst. The amount of Pt supported may be, for example, 5.0% by mass or less, preferably 3.0% by mass or less, based on the total amount of the dehydrogenation catalyst. With such a loading amount, the Pt particles formed on the catalyst have a suitable size due to the dehydrogenation reaction, and the platinum surface area per unit platinum weight increases, so a more efficient reaction system can be realized.

スズ源としては、例えば、スズ酸ナトリウム、スズ酸カリウム等が挙げられる。スズ源は、スズ(Sn)を有し、塩素原子を有しない化合物であることが好ましい。   Examples of the tin source include sodium stannate and potassium stannate. The tin source is preferably a compound having tin (Sn) and not having a chlorine atom.

脱水素触媒におけるスズ(Sn)と白金(Pt)の原子比(Sn/Pt)は、例えば1.0以上であってよく、好ましくは3.0以上であり、例えば15.0以下であってよく、好ましくは6.0以下である。SnとPtの原子比が上記範囲であると、炭化水素の転化率が一層向上しやすくなるだけでなく、触媒劣化がより顕著に抑制され、高い活性がより長時間にわたり維持される傾向がある。   The atomic ratio (Sn / Pt) of tin (Sn) and platinum (Pt) in the dehydrogenation catalyst may be, for example, 1.0 or more, preferably 3.0 or more, for example, 15.0 or less. It is preferably 6.0 or less. When the atomic ratio of Sn and Pt is in the above range, not only the conversion rate of hydrocarbons is further improved, but also catalyst deterioration is more significantly suppressed, and high activity tends to be maintained for a longer time. .

脱水素触媒は、第14族金属元素及び白金以外の他の金属元素を更に含有してもよい。他の金属元素としては、例えば、Li、Na,K、Mg、Ca、Zn、Fe、In、Se、Sb、Ni、Ga等が挙げられる。   The dehydrogenation catalyst may further contain a metal element other than the Group 14 metal element and platinum. Examples of other metal elements include Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, Fe, In, Se, Sb, Ni, and Ga.

担持金属の担持方法は特に限定されず、例えば、含浸法、沈着法、共沈法、混練法、イオン交換法、ポアフィリング法等が挙げられる。   The supporting method of the supporting metal is not particularly limited, and examples thereof include an impregnation method, a deposition method, a coprecipitation method, a kneading method, an ion exchange method, and a pore filling method.

担持方法の一態様を以下に示す。まず、担持金属の前駆体(金属源)を含む溶液に担体を加え、溶液を含んだ担体を混練する。その後、乾燥により溶媒を除去し、得られた固体を焼成することで、担持金属を担体上に担持させることができる。   One aspect of the loading method is shown below. First, a carrier is added to a solution containing a precursor of a supported metal (metal source), and the carrier containing the solution is kneaded. Thereafter, the solvent is removed by drying, and the obtained solid is fired, whereby the supported metal can be supported on the support.

上記担持方法において、担持金属の前駆体は、例えば、金属塩又は錯体であってよい。担持金属の金属塩は、例えば、無機塩、有機酸塩又はこれらの水和物であってよい。無機塩は、例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、リン酸塩、炭酸塩等であってよい。有機酸塩は、例えば、酢酸塩、しゅう酸塩等であってよい。担持金属の錯体は、例えば、アルコキシド錯体、アンミン錯体等であってよい。   In the above supporting method, the supporting metal precursor may be, for example, a metal salt or a complex. The metal salt of the supported metal may be, for example, an inorganic salt, an organic acid salt, or a hydrate thereof. Inorganic salts may be, for example, sulfates, nitrates, chlorides, phosphates, carbonates and the like. The organic acid salt may be, for example, acetate, oxalate and the like. The supported metal complex may be, for example, an alkoxide complex or an ammine complex.

担持金属の前駆体は、塩素原子を含まない金属源であることが好ましい。塩素原子を含まない金属源を前駆体に用いることで、触媒調整時の装置の腐食を防止できる。   The precursor of the supported metal is preferably a metal source containing no chlorine atom. By using a metal source that does not contain chlorine atoms as a precursor, corrosion of the apparatus during catalyst preparation can be prevented.

焼成は、例えば、空気雰囲気下又は酸素雰囲気下で行うことができる。焼成は一段階で行ってもよく、二段階以上の多段階で行ってもよい。焼成温度は、担持金属の前駆体を分解可能な温度であればよく、例えば200〜1000℃であってよく、400〜800℃であってもよい。なお、多段階の焼成を行う場合、少なくともその一段階が上記焼成温度であればよい。他の段階での焼成温度は、例えば上記と同じ範囲であってよく、100〜200℃であってもよい。   Firing can be performed, for example, in an air atmosphere or an oxygen atmosphere. Firing may be performed in one stage, or may be performed in two or more stages. The firing temperature may be any temperature as long as the precursor of the supported metal can be decomposed, and may be, for example, 200 to 1000 ° C or 400 to 800 ° C. In addition, when performing multi-stage baking, at least one step should just be the said baking temperature. The firing temperature at the other stage may be in the same range as described above, for example, and may be 100 to 200 ° C.

脱水素触媒は、成形性を向上させる観点から、成形助剤を更に含有していてもよい。成形助剤は、例えば、増粘剤、界面活性剤、保水材、可塑剤、バインダー原料等であってよい。   The dehydrogenation catalyst may further contain a molding aid from the viewpoint of improving moldability. The molding aid may be, for example, a thickener, a surfactant, a water retention material, a plasticizer, a binder material, or the like.

脱水素触媒の形状は特に限定されず、例えば、ペレット状、顆粒状、ハニカム状、スポンジ状等の形状であってよい。   The shape of the dehydrogenation catalyst is not particularly limited, and may be, for example, a pellet shape, a granule shape, a honeycomb shape, a sponge shape, or the like.

脱水素触媒は、前処理として還元処理が行われたものを用いてもよい。還元処理は、例えば、還元性ガスの雰囲気下、40〜600℃で脱水素触媒を保持することで行うことができる。保持時間は、例えば0.05〜24時間であってよい。還元性ガスは、例えば、水素、一酸化炭素等を含むものであってよい。還元処理を行った脱水素触媒を用いることで、脱水素反応の初期の誘導期を短くすることができる。なお、初期の誘導期とは、脱水素触媒中の担持金属のうち、還元されて活性状態にあるものが非常に少なく、触媒の活性が低い状態をいう。   A dehydrogenation catalyst that has been subjected to a reduction treatment as a pretreatment may be used. The reduction treatment can be performed, for example, by holding the dehydrogenation catalyst at 40 to 600 ° C. in a reducing gas atmosphere. The holding time may be, for example, 0.05 to 24 hours. The reducing gas may contain hydrogen, carbon monoxide, etc., for example. By using the dehydrogenation catalyst subjected to the reduction treatment, the initial induction period of the dehydrogenation reaction can be shortened. The initial induction period means a state in which the supported metal in the dehydrogenation catalyst is reduced and is in an active state, and the activity of the catalyst is low.

次いで、本実施形態における脱水素工程について詳述する。   Next, the dehydrogenation process in this embodiment will be described in detail.

脱水素工程は、炭素数4〜9の炭化水素を脱水素触媒に接触させて、炭化水素の脱水素反応により不飽和炭化水素を得る工程である。本実施形態では、炭素数4〜9の炭化水素を含む原料ガスを、脱水素触媒が充填された触媒層を有する反応器に流通させて、炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に変換する。   The dehydrogenation step is a step of obtaining unsaturated hydrocarbons by contacting hydrocarbons having 4 to 9 carbon atoms with a dehydrogenation catalyst and performing hydrocarbon dehydrogenation. In the present embodiment, a raw material gas containing a hydrocarbon having 4 to 9 carbon atoms is passed through a reactor having a catalyst layer filled with a dehydrogenation catalyst to convert at least a part of the hydrocarbon into an unsaturated hydrocarbon. To do.

原料の炭化水素は、分子内に脱水素され得る部位がある炭化水素であれば特に限定されない。原料の炭化水素は、飽和炭化水素であってよく、不飽和炭化水素であってもよい。すなわち、本実施形態に係る製造方法は、飽和炭化水素から、当該飽和炭化水素の脱水素化物である不飽和炭化水素を得る方法であってよく、第一の不飽和炭化水素から、当該第一の不飽和炭化水素の脱水素化物である第二の不飽和炭化水素を得る方法であってもよい。   The raw material hydrocarbon is not particularly limited as long as it is a hydrocarbon having a portion that can be dehydrogenated in the molecule. The raw material hydrocarbon may be a saturated hydrocarbon or an unsaturated hydrocarbon. That is, the production method according to the present embodiment may be a method for obtaining an unsaturated hydrocarbon that is a dehydrogenated product of the saturated hydrocarbon from the saturated hydrocarbon, and from the first unsaturated hydrocarbon, the first The method of obtaining the 2nd unsaturated hydrocarbon which is a dehydrogenation thing of this unsaturated hydrocarbon may be sufficient.

原料の炭化水素のうち、飽和炭化水素は、例えば鎖状(直鎖状又は分枝状)であってよく、環状であってもよい。飽和炭化水素としては、例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、メチルシクロヘキサン、オクタン、オクタヒドロインデン等が挙げられる。これらは、いずれの異性体であってもよく、複数の異性体の混合物であってもよい。   Among the hydrocarbons of the raw material, the saturated hydrocarbon may be, for example, a chain (straight or branched), or may be cyclic. Examples of the saturated hydrocarbon include butane, pentane, hexane, cyclohexane, heptane, methylcyclohexane, octane, octahydroindene and the like. These may be any isomer or a mixture of a plurality of isomers.

原料の炭化水素のうち、不飽和炭化水素は、例えば鎖状(直鎖状又は分枝状)であってよく、環状であってもよい。不飽和炭化水素としては、例えば、ブテン、ペンテン、ヘキセン、シクロヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、テトラヒドロインデン、ヘキサヒドロインデン、インダン等が挙げられる。これらは、いずれの異性体であってもよく、複数の異性体の混合物であってもよい。   Among the hydrocarbons of the raw material, the unsaturated hydrocarbon may be, for example, a chain (straight or branched), or may be cyclic. Examples of the unsaturated hydrocarbon include butene, pentene, hexene, cyclohexene, heptene, octene, nonene, tetrahydroindene, hexahydroindene, indane and the like. These may be any isomer or a mixture of a plurality of isomers.

原料ガスは、炭化水素を一種含むものであってよく、二種以上含むものであってもよい。   The source gas may contain one kind of hydrocarbon, or may contain two or more kinds.

原料ガスは、炭化水素以外に、窒素、アルゴン等の不活性ガスを更に含有していてもよい。また、原料ガスは、スチームを更に含有していてもよい。スチームを共存させることで、触媒の活性低下がより顕著に抑制される傾向がある。   The source gas may further contain an inert gas such as nitrogen or argon in addition to the hydrocarbon. The source gas may further contain steam. By coexisting steam, the catalyst activity tends to be more significantly suppressed.

原料ガスがスチームを含有するとき、スチームの含有量は、炭化水素に対して0.1倍モル以上とすることが好ましく、1.0倍モル以上とすることがより好ましい。また、スチームの含有量は、例えば10倍モル以下であってよく、好ましくは4倍モル以下である。   When the raw material gas contains steam, the steam content is preferably 0.1 times mole or more, more preferably 1.0 times mole or more with respect to the hydrocarbon. Further, the steam content may be, for example, 10 times mol or less, preferably 4 times mol or less.

原料ガスは、上記以外に、水素、酸素、一酸化炭素、炭酸ガス、オレフィン類、ジエン類等の他の成分を更に含有していてもよい。   In addition to the above, the source gas may further contain other components such as hydrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide gas, olefins, and dienes.

脱水素反応において、反応温度、すなわち触媒層の入口における温度は、500℃以上であることが好ましい。これにより、反応活性が向上し、炭化水素をより効率良く転化することができる。反応温度の上限は特に限定されないが、触媒劣化がより顕著に抑制され、高い活性をより長期にわたって維持できる観点からは、800℃以下が好ましく、700℃以下がより好ましい。   In the dehydrogenation reaction, the reaction temperature, that is, the temperature at the inlet of the catalyst layer is preferably 500 ° C. or higher. Thereby, reaction activity improves and it can convert a hydrocarbon more efficiently. The upper limit of the reaction temperature is not particularly limited, but it is preferably 800 ° C. or lower, more preferably 700 ° C. or lower, from the viewpoint that catalyst deterioration is more significantly suppressed and high activity can be maintained over a longer period.

脱水素反応において、反応圧力、すなわち触媒層の入口における圧力は、101kPa以上であり、好ましくは130kPa以上である。これにより、触媒劣化がより顕著に抑制され、高い活性がより長期にわたって維持される。反応圧力の上限は特に限定されないが、上述の効果がより顕著に得られる観点からは、1000kPa以下が好ましく、500kPa以下がより好ましく、300kPa以下が更に好ましい。   In the dehydrogenation reaction, the reaction pressure, that is, the pressure at the inlet of the catalyst layer is 101 kPa or more, preferably 130 kPa or more. Thereby, catalyst deterioration is suppressed notably and high activity is maintained over a long period of time. The upper limit of the reaction pressure is not particularly limited, but is preferably 1000 kPa or less, more preferably 500 kPa or less, and even more preferably 300 kPa or less, from the viewpoint that the above-described effects can be obtained more remarkably.

脱水素反応において、原料分圧、すなわち触媒層の入口における炭化水素の分圧は、17kPa以上であり、好ましくは30kPa以上である。これにより、触媒劣化がより顕著に抑制され、高い活性がより長期にわたって維持される。炭化水素の分圧の上限は特に限定されないが、上述の効果がより顕著に得られる観点からは、200kPa以下が好ましく、100kPa以下がより好ましい。   In the dehydrogenation reaction, the raw material partial pressure, that is, the hydrocarbon partial pressure at the inlet of the catalyst layer is 17 kPa or more, preferably 30 kPa or more. Thereby, catalyst deterioration is suppressed more significantly and high activity is maintained over a longer period. The upper limit of the partial pressure of hydrocarbon is not particularly limited, but is preferably 200 kPa or less, more preferably 100 kPa or less, from the viewpoint that the above-described effects can be obtained more remarkably.

脱水素工程を、原料ガスを連続的に供給する連続式の反応形式で行う場合、重量空間速度(以下、「WHSV」という。)は、0.1h−1以上であってよく、0.5h−1以上であってもよく、50h−1以下であってよく、20h−1以下であってもよい。ここで、WHSVとは、連続式の反応装置における、触媒質量に対する原料ガス中の炭化水素の供給速度(供給量/時間)の比(供給速度/触媒質量)である。なお、原料ガス及び触媒の使用量は、反応条件、触媒の活性等に応じて更に好ましい範囲を適宜選定してよく、WHSVは上記範囲に限定されるものではない。 When the dehydrogenation step is performed in a continuous reaction mode in which the raw material gas is continuously supplied, the weight space velocity (hereinafter referred to as “WHSV”) may be 0.1 h −1 or more, and 0.5 h it may also be -1 or more, may be at 50h -1 or less, may be 20h -1 or less. Here, WHSV is the ratio (supply rate / catalyst mass) of the supply rate (supply amount / time) of hydrocarbons in the raw material gas to the catalyst mass in a continuous reactor. In addition, the usage amount of the raw material gas and the catalyst may be appropriately selected in a more preferable range according to the reaction conditions, the activity of the catalyst, etc., and WHSV is not limited to the above range.

脱水素工程では、炭化水素の少なくとも一部が不飽和炭化水素に変換されることで、当該不飽和炭化水素を含有する生成物が得られる。生成物は、不飽和炭化水素を一種含んでいてよく、二種以上の不飽和炭化水素を含んでいてもよい。   In the dehydrogenation step, a product containing the unsaturated hydrocarbon is obtained by converting at least a part of the hydrocarbon into the unsaturated hydrocarbon. The product may contain one kind of unsaturated hydrocarbon and may contain two or more kinds of unsaturated hydrocarbons.

炭化水素の脱水素により生じる不飽和炭化水素としては、例えば、ブテン、ペンテン、ヘキセン、シクロヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、テトラヒドロインデン、ヘキサヒドロインデン、インダン、インデン、ブタジエン、ペンタジエン、イソプレン、ヘキサジエン、ヘプタジエン、オクタジエン、ノナジエン等が挙げられる。   Examples of unsaturated hydrocarbons produced by hydrocarbon dehydrogenation include butene, pentene, hexene, cyclohexene, heptene, octene, nonene, tetrahydroindene, hexahydroindene, indane, indene, butadiene, pentadiene, isoprene, hexadiene, heptadiene. , Octadiene, nonadiene and the like.

脱水素工程で用いる反応器は、固体触媒による気相反応に用いられる種々の反応器を用いることができる。反応器としては、例えば、固定床型反応器、ラジアルフロー型反応器、管型反応器等が挙げられる。脱水素反応の反応形式は、例えば、固定床式、移動床式又は流動床式であってよい。これらのうち、設備コストの観点からは固定床式が好ましい。   As the reactor used in the dehydrogenation step, various reactors used for a gas phase reaction using a solid catalyst can be used. Examples of the reactor include a fixed bed reactor, a radial flow reactor, and a tubular reactor. The reaction type of the dehydrogenation reaction may be, for example, a fixed bed type, a moving bed type, or a fluidized bed type. Among these, the fixed bed type is preferable from the viewpoint of equipment cost.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to an Example.

[触媒合成例1]
<脱水素触媒Aの調製>
市販のγ−アルミナ(日揮触媒化成製)20.0gと、硝酸マグネシウム六水和物(和光純薬工業製、Mg(NO・6HO)25.1gを水(約150ml)に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、続けて800℃で3時間焼成を行った。得られた焼成物と、硝酸マグネシウム六水和物(和光純薬工業製、Mg(NO・6HO)25.1gを水(約150ml)に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、続けて800℃で3時間焼成を行った。これにより、スピネル型構造を有するアルミナ−マグネシア担体を得た。なお、得られたアルミナ−マグネシア担体は、X線回折測定により、2θ=36.9、44.8、59.4、65.3degにMgスピネルに由来する回折ピークが確認された。
[Catalyst Synthesis Example 1]
<Preparation of dehydrogenation catalyst A>
And commercial γ- alumina (Nikki manufactured by Shokubai Kasei) 20.0 g, magnesium nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O) and 25.1g of water (approximately 150ml) The dissolved aqueous solution was mixed, and water was removed at about 50 ° C. with an evaporator. Thereafter, the film was dried at 130 ° C. overnight, baked at 550 ° C. for 3 hours, and then baked at 800 ° C. for 3 hours. The obtained calcined product and an aqueous solution in which 25.1 g of magnesium nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is dissolved in water (about 150 ml) are mixed, and an evaporator is mixed. The water was removed at about 50 ° C. Thereafter, the film was dried at 130 ° C. overnight, baked at 550 ° C. for 3 hours, and then baked at 800 ° C. for 3 hours. Thereby, an alumina-magnesia carrier having a spinel structure was obtained. The obtained alumina-magnesia carrier was confirmed to have diffraction peaks derived from Mg spinel at 2θ = 36.9, 44.8, 59.4, and 65.3 deg by X-ray diffraction measurement.

上記アルミナ−マグネシア担体5.0gに対し、あらかじめスズ酸ナトリウム(キシダ化学製、NaSnO・3HO)0.37gを10mlの水に溶解した水溶液を混合し、脱水素触媒が調製された後の最終的なスズ担持量が2.7質量%になるようスズを含浸担持した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行ったのち、繰り返し水で洗浄した。次いで、ジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金の担持量が1.0質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒Aを得た。 The alumina - to magnesia carrier 5.0 g, pre sodium stannate (Kishida Chemical Ltd., Na 2 SnO 3 · 3H 2 O) and 0.37g mixed aqueous solution prepared by dissolving in water of 10 ml, the dehydrogenation catalyst is prepared After that, tin was impregnated and supported so that the final amount of tin supported was 2.7% by mass. Thereafter, the film was dried at 130 ° C. overnight, calcined at 550 ° C. for 3 hours, and then repeatedly washed with water. Next, using a dinitrodiammine platinum (II) nitric acid solution (Tanaka Kikinzoku Kogyo, [Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 ] / HNO 3 ), the supported amount of platinum is 1.0 mass%. Platinum was impregnated and supported, dried at 130 ° C. overnight, and calcined at 550 ° C. for 3 hours to obtain a dehydrogenation catalyst A.

(実施例1)
1.0gの触媒Aを管型反応器に充填し、反応管を固定床流通式反応装置に接続した。次に、水素及びNの混合ガス(水素:N=1:1(mol比))を100mL/minで流通させながら、反応管を550℃まで昇温し、当該温度で2時間保持した。続いて、反応管を550℃に保持しながら、N及びスチーム(水)の混合ガス(N:スチーム=3.0:1.0(モル比))を138mL/minで30分間流通した。その後、n−ブタン及びスチーム(水)の混合ガス(原料ガス)を反応器に供給し、原料ガス中のn−ブタンの脱水素反応を行った。ここで、原料ガスにおけるn−ブタン及びスチームのモル比は、1.0:3.2に調整した。管型反応器への原料ガスの供給速度は、27mL/minに調整した。触媒全量に対するWHSVは1.0h−1に調整した。触媒層入口の圧力は101kPa(大気圧)、温度は550℃に調整した。
(Example 1)
1.0 g of catalyst A was charged into a tubular reactor, and the reaction tube was connected to a fixed bed flow reactor. Next, while flowing a mixed gas of hydrogen and N 2 (hydrogen: N 2 = 1: 1 (mol ratio)) at 100 mL / min, the temperature of the reaction tube was increased to 550 ° C. and held at that temperature for 2 hours. . Subsequently, while maintaining the reaction tube at 550 ° C., a mixed gas of N 2 and steam (water) (N 2 : steam = 3.0: 1.0 (molar ratio)) was circulated at 138 mL / min for 30 minutes. . Thereafter, a mixed gas (raw material gas) of n-butane and steam (water) was supplied to the reactor, and n-butane in the raw material gas was dehydrogenated. Here, the molar ratio of n-butane and steam in the raw material gas was adjusted to 1.0: 3.2. The feed rate of the raw material gas to the tubular reactor was adjusted to 27 mL / min. The WHSV with respect to the total amount of the catalyst was adjusted to 1.0 h- 1 . The pressure at the catalyst layer inlet was adjusted to 101 kPa (atmospheric pressure), and the temperature was adjusted to 550 ° C.

反応開始時から60分が経過した時点で、脱水素反応の生成物(生成ガス)を管型反応器から採取した。また、反応開始時間から360分が経過した時点で、脱水素反応の生成物(生成ガス)を管型反応器から採取した。なお、反応開始時とは、原料ガスの供給が開始された時間である。各時点において採取された生成ガスを、熱伝導度検出器を備えたガスクロマトグラフ(TCD−GC)を用いて分析した。分析の結果、生成ガスがブテン及び1,3−ブタジエンを含有することが確認された。上記ガスクロマトグラフに基づき、各時点において採取された生成ガス中のブタン濃度(単位:質量%)を定量した。   When 60 minutes passed from the start of the reaction, the product (product gas) of the dehydrogenation reaction was collected from the tubular reactor. Further, when 360 minutes passed from the reaction start time, the product (product gas) of the dehydrogenation reaction was collected from the tubular reactor. The reaction start time is the time when the supply of the source gas is started. The product gas collected at each time point was analyzed using a gas chromatograph (TCD-GC) equipped with a thermal conductivity detector. As a result of analysis, it was confirmed that the product gas contained butene and 1,3-butadiene. Based on the gas chromatograph, the butane concentration (unit: mass%) in the product gas collected at each time point was quantified.

生成ガス中のブタン濃度から、60分経過時点及び360分経過時点におけるブタン転化率を算出した。なお、60分経過時点及び360分経過時点のブタン転化率はそれぞれ下記式(1)及び(2)により定義される。
=(1−M/M)×100 (1)
=(1−M/M)×100 (2)
式(1)におけるRは、60分経過時点のブタン転化率であり、Mは、原料ガス中のn−ブタンのモル数であり、Mは、60分経過時点の生成ガス中のn−ブタンのモル数である。式(2)におけるRは、360分経過時点のブタン転化率であり、Mは、原料ガス中のn−ブタンのモル数であり、Mは、360分経過時点の生成ガス中のn−ブタンのモル数である。
From the butane concentration in the product gas, the butane conversion rate at the time of 60 minutes and at the time of 360 minutes was calculated. In addition, the butane conversion rate at the time of 60 minutes and the time of 360 minutes is defined by the following formulas (1) and (2), respectively.
R 1 = (1−M 1 / M 0 ) × 100 (1)
R 2 = (1-M 2 / M 0 ) × 100 (2)
R 1 in the formula (1) is the butane conversion rate after 60 minutes, M 0 is the number of moles of n-butane in the raw material gas, and M 1 is in the product gas after 60 minutes. The number of moles of n-butane. R 2 in Formula (2) is the butane conversion rate at the time when 360 minutes have elapsed, M 0 is the number of moles of n-butane in the raw material gas, and M 2 is the product gas at the time when 360 minutes have elapsed. The number of moles of n-butane.

その結果、ブタン転化率は、反応開始時から60分経過時点で68.5%、360分経過時点で62.7%であり、後者を前者で割った触媒の耐久性を示す値(R/R)は0.91であった。 As a result, the butane conversion was 68.5% after 60 minutes from the start of the reaction and 62.7% after 360 minutes, and the latter was divided by the former (R 2). / R 1 ) was 0.91.

(実施例2)
触媒層入口の圧力を150kPaに調整したこと以外は、実施例1と同様の操作により、n−ブタンの脱水素反応及び生成ガスの分析を行った。ブタン転化率は、反応開始時から60分経過時点で53.7%、360分経過時点で57.3%であり、後者を前者で割った触媒の耐久性を示す値(R/R)は1.07であった。
(Example 2)
Except that the pressure at the catalyst layer inlet was adjusted to 150 kPa, n-butane dehydrogenation reaction and product gas analysis were performed in the same manner as in Example 1. The butane conversion rate was 53.7% after 60 minutes from the start of the reaction, and 57.3% when 360 minutes had elapsed. The latter was divided by the former (R 2 / R 1). ) Was 1.07.

(比較例1)
触媒層入口の圧力を50kPa(減圧)に調整したこと以外は、実施例1と同様の操作により、n−ブタンの脱水素反応及び生成ガスの分析を行った。ブタン転化率は、反応開始時から60分経過時点で63.1%、360分経過時点で45.6%であり、後者を前者で割った触媒の耐久性を示す値(R/R)は0.72であった。
(Comparative Example 1)
Except that the pressure at the catalyst layer inlet was adjusted to 50 kPa (reduced pressure), n-butane dehydrogenation reaction and analysis of the generated gas were performed in the same manner as in Example 1. The butane conversion was 63.1% after 60 minutes from the start of the reaction, and 45.6% after 360 minutes. The latter was divided by the former (R 2 / R 1). ) Was 0.72.

(比較例2)
1.0gの触媒Aを管型反応器に充填し、反応管を固定床流通式反応装置に接続した。次に、水素及びNの混合ガス(水素:N=1:1(mol比))を100mL/minで流通させながら、反応管を550℃まで昇温し、当該温度で2時間保持した。続いて、反応管を550℃に保持しながら、N及びスチーム(水)の混合ガス(N:スチーム=3.0:1.0(モル比))を138mL/minで30分間流通した。その後、n−ブタン、N及びスチーム(水)の混合ガス(原料ガス)を反応器に供給し、原料ガス中のn−ブタンの脱水素反応を行った。ここで、原料ガスにおけるn−ブタン、N及びスチームのモル比は、1.0:5.3:3.2に調整した。管型反応器への原料ガスの供給速度は、61mL/minに調整した。触媒全量に対するWHSVは1.0h−1に調整した。触媒層入口の圧力は101kPa(大気圧)、温度は550℃に調整した。
(Comparative Example 2)
1.0 g of catalyst A was charged into a tubular reactor, and the reaction tube was connected to a fixed bed flow reactor. Next, while flowing a mixed gas of hydrogen and N 2 (hydrogen: N 2 = 1: 1 (mol ratio)) at 100 mL / min, the temperature of the reaction tube was increased to 550 ° C. and held at that temperature for 2 hours. . Subsequently, while maintaining the reaction tube at 550 ° C., a mixed gas of N 2 and steam (water) (N 2 : steam = 3.0: 1.0 (molar ratio)) was circulated at 138 mL / min for 30 minutes. . Thereafter, a mixed gas (raw material gas) of n-butane, N 2 and steam (water) was supplied to the reactor, and n-butane in the raw material gas was dehydrogenated. Here, the molar ratio of n-butane, N 2 and steam in the raw material gas was adjusted to 1.0: 5.3: 3.2. The feed rate of the raw material gas to the tubular reactor was adjusted to 61 mL / min. The WHSV with respect to the total amount of the catalyst was adjusted to 1.0 h- 1 . The pressure at the catalyst layer inlet was adjusted to 101 kPa (atmospheric pressure), and the temperature was adjusted to 550 ° C.

その結果、ブタン転化率は、反応開始時から60分経過時点で72.7%、360分経過時点で57.7%であり、後者を前者で割った触媒の耐久性を示す値(R/R)は0.79であった。 As a result, the butane conversion rate was 72.7% after 60 minutes from the start of the reaction, and 57.7% after 360 minutes. The latter was divided by the former (R 2). / R 1 ) was 0.79.

実施例1〜2及び比較例1〜2の結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2.

Figure 2019189585
Figure 2019189585

Claims (5)

炭素数4〜9の炭化水素を含む原料ガスを、脱水素触媒が充填された触媒層を有する反応器に流通させて、前記炭化水素の少なくとも一部を脱水素する工程を備え、
前記脱水素触媒が、アルミニウムを含有する担体と当該担体に担持された担持金属とを有し、
前記担持金属がスズ及び白金を含み、
前記触媒層の入口において、圧力が101kPa以上、前記炭化水素の分圧が17kPa以上である、
不飽和炭化水素の製造方法。
Comprising a step of dehydrogenating at least a part of the hydrocarbon by flowing a raw material gas containing a hydrocarbon having 4 to 9 carbon atoms through a reactor having a catalyst layer filled with a dehydrogenation catalyst,
The dehydrogenation catalyst has a carrier containing aluminum and a supported metal supported on the carrier;
The supported metal includes tin and platinum;
At the inlet of the catalyst layer, the pressure is 101 kPa or more, and the partial pressure of the hydrocarbon is 17 kPa or more.
A method for producing unsaturated hydrocarbons.
前記触媒層の入口において、圧力が130kPa以上、前記炭化水素の分圧が30kPa以上である、請求項1に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein at the inlet of the catalyst layer, the pressure is 130 kPa or more and the partial pressure of the hydrocarbon is 30 kPa or more. 前記脱水素触媒におけるスズと白金の原子比(Sn/Pt)が、3.0以上6.0以下であり、
前記脱水素触媒における白金の含有量が、前記脱水素触媒の全量基準で0.6質量%以上3.0質量%以下である、請求項1又は2に記載の製造方法。
The atomic ratio (Sn / Pt) of tin and platinum in the dehydrogenation catalyst is 3.0 or more and 6.0 or less,
The production method according to claim 1 or 2, wherein the platinum content in the dehydrogenation catalyst is 0.6 mass% or more and 3.0 mass% or less based on the total amount of the dehydrogenation catalyst.
前記脱水素触媒が、塩素原子を含まない金属源を用いてスズ及び白金を前記担体に担持させた触媒である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the dehydrogenation catalyst is a catalyst in which tin and platinum are supported on the support using a metal source not containing a chlorine atom. 前記触媒層の入口における温度が、500℃以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
The manufacturing method as described in any one of Claims 1-4 whose temperature in the inlet_port | entrance of the said catalyst layer is 500 degreeC or more.
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