JP2023046749A - Catalyst for producing butadiene, apparatus for producing butadiene, and method for producing butadiene - Google Patents

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Soichiro Suzuki
宣利 柳橋
Nobutoshi Yanagibashi
悠 西山
Yu Nishiyama
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Abstract

To provide a catalyst for producing butadiene, an apparatus for producing butadiene, and a method for producing butadiene, which can suppress variation in productivity of butadiene, where the variation in productivity of butadiene is caused by "bridging" of the catalyst, which makes filling of catalyst in a reaction tube uneven to cause variation of flow quantity of a raw material gas and productivity of butadiene; a phenomenon termed "bridging" sometimes occurs when filling granular catalysts in a reaction tube of a production apparatus due to contact of the catalysts with each other and the catalysts become stuck at a higher position than an intended filling position in the reaction tube.SOLUTION: Provided is a catalyst for producing butadiene, used in a method for producing butadiene, in which butadiene is produced from a raw material including ethanol. The catalyst comprises a group of granular particles and has an average particle size of 1 to 8 mm and an average sphericity of 0.89 to 1.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ブタジエン製造用触媒、ブタジエンの製造装置及びブタジエン製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a butadiene production catalyst, a butadiene production apparatus, and a butadiene production method.

1,3-ブタジエン等のブタジエンは、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)等の原料として用いられている。従来、ブタジエンは、C4留分から精製されていた。C4留分は、石油からエチレンを合成するナフサクラッキングの際に副生する留分である。しかし、シェールガスの利用量の増加に伴って石油の利用量が減少した。その結果、石油のナフサクラッキングで得られるブタジエンの生産量も減少している。このため、1,3-ブタジエンを製造するための代替方法が求められている。 Butadiene such as 1,3-butadiene is used as a raw material for styrene-butadiene rubber (SBR) and the like. Traditionally, butadiene was purified from the C4 fraction. The C4 fraction is a by-product of naphtha cracking to synthesize ethylene from petroleum. However, the use of oil decreased as the use of shale gas increased. As a result, the production of butadiene from naphtha cracking of petroleum is also decreasing. Therefore, alternative methods for producing 1,3-butadiene are sought.

ブタジエンの製造方法としては、例えば、触媒の存在下、エタノールをアセトアルデヒドに転化し、さらにエタノールおよびアセトアルデヒドを1,3-ブタジエンに転化する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for producing butadiene, for example, a method of converting ethanol to acetaldehyde in the presence of a catalyst and then converting ethanol and acetaldehyde to 1,3-butadiene is known (see, for example, Patent Document 1).

特表2017-532318号公報Japanese Patent Publication No. 2017-532318

ブタジエンの製造には、原料となる気体の流量を担保するため、固体、粒状の触媒が用いられる。粒状の触媒を製造装置の反応管に充填する際、触媒同士の接触により、反応管内の意図する充填位置よりも高い位置でつかえる「ブリッジング」と呼ばれる現象が起こる場合がある。
「ブリッジング」が起こると、反応管内における触媒の充填が不均一となり、原料となる気体の流量がばらつき、ブタジエンの生産性にばらつきが生じてしまう。
In the production of butadiene, a solid and granular catalyst is used to ensure the flow rate of the raw material gas. When a granular catalyst is packed into a reaction tube of a manufacturing apparatus, a phenomenon called "bridging" may occur in which the catalysts come into contact with each other and become stuck at a position higher than the intended packing position in the reaction tube.
When "bridging" occurs, the filling of the catalyst in the reaction tube becomes non-uniform, the flow rate of the raw material gas fluctuates, and the productivity of butadiene fluctuates.

そこで、本発明は、ブタジエンの生産性のばらつきを抑制できるブタジエン製造用触媒、ブタジエンの製造装置及びブタジエン製造方法を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst for producing butadiene, an apparatus for producing butadiene, and a method for producing butadiene, which can suppress variations in productivity of butadiene.

上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を有する。
[1]エタノールを含む原料からブタジエンを製造するブタジエン製造方法に用いられるブタジエン製造用触媒であって、
球状の粒子の群であり、
平均粒子径が1~8mmであり、平均真球度が0.89以上1以下である、ブタジエン製造用触媒。
[2]安息角が20°以下である、[1]に記載のブタジエン製造用触媒。
[3]平均圧壊強度が10~150[N]である、[1]又は[2]に記載のブタジエン製造用触媒。
In order to solve the above problems, the present invention has the following aspects.
[1] A butadiene production catalyst used in a butadiene production method for producing butadiene from a raw material containing ethanol,
a group of spherical particles,
A catalyst for producing butadiene, having an average particle diameter of 1 to 8 mm and an average sphericity of 0.89 or more and 1 or less.
[2] The catalyst for producing butadiene according to [1], which has an angle of repose of 20° or less.
[3] The catalyst for producing butadiene according to [1] or [2], which has an average crushing strength of 10 to 150 [N].

[4][1]~[3]のいずれかに記載のブタジエン製造用触媒が充填された反応管と、生成物排出配管と、第1のフィルターとを備えるブタジエンの製造装置であって、
前記生成物排出配管は、前記反応管の出口と接続され、
前記第1のフィルターは、前記反応管と前記生成物排出配管との接続部に位置し、
前記第1のフィルターのメッシュサイズは、前記平均粒子径の50%以下である、ブタジエンの製造装置。
[5]さらに第2のフィルターを備え、
前記第2のフィルターは、前記生成物排出配管内で前記第1のフィルターよりも下流に位置し、
前記第2のフィルターのメッシュサイズは、前記平均粒子径の25%以下である、[4]に記載のブタジエンの製造装置。
[6]さらに第3のフィルターを備え、
前記第3のフィルターは、前記生成物排出配管内で前記第2のフィルターよりも下流に位置し、
前記第3のフィルターのメッシュサイズは、前記ブタジエン製造用触媒が割れた際の破片の平均粒子径の70%以下である、[5]に記載のブタジエンの製造装置。
[4] A butadiene production apparatus comprising a reaction tube filled with the butadiene production catalyst according to any one of [1] to [3], a product discharge pipe, and a first filter,
The product discharge pipe is connected to the outlet of the reaction tube,
The first filter is located at a connection portion between the reaction tube and the product discharge pipe,
The apparatus for producing butadiene, wherein the mesh size of the first filter is 50% or less of the average particle size.
[5] further comprising a second filter;
The second filter is located downstream of the first filter in the product discharge pipe,
The apparatus for producing butadiene according to [4], wherein the mesh size of the second filter is 25% or less of the average particle size.
[6] Further comprising a third filter,
The third filter is located downstream of the second filter in the product discharge pipe,
The apparatus for producing butadiene according to [5], wherein the mesh size of the third filter is 70% or less of the average particle size of fragments when the catalyst for producing butadiene is cracked.

[7][1]~[3]のいずれかに記載のブタジエン製造用触媒に、エタノールを含む原料を接触させ、ブタジエンを生成する工程を有する、ブタジエン製造方法。
[8][4]~[6]のいずれかに記載のブタジエンの製造装置を用いて、エタノールを含む原料からブタジエンを製造するブタジエン製造方法であって、
前記反応管に前記原料を供給し、前記ブタジエン製造用触媒に、前記原料を接触させ、ブタジエンを生成する工程を有する、ブタジエンの製造方法。
[7] A method for producing butadiene, comprising a step of bringing a raw material containing ethanol into contact with the butadiene production catalyst according to any one of [1] to [3] to produce butadiene.
[8] A butadiene production method for producing butadiene from a raw material containing ethanol using the butadiene production apparatus according to any one of [4] to [6],
A method for producing butadiene, comprising a step of supplying the raw material to the reaction tube and bringing the raw material into contact with the catalyst for producing butadiene to produce butadiene.

本発明のブタジエン製造用触媒、ブタジエンの製造装置及びブタジエン製造方法によれば、ブタジエンの生産性のばらつきを抑制できる。 According to the catalyst for producing butadiene, the apparatus for producing butadiene, and the method for producing butadiene of the present invention, variations in productivity of butadiene can be suppressed.

本発明の一実施形態に係るブタジエンの製造装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a butadiene production apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

≪ブタジエン製造用触媒≫
本発明のブタジエン製造用触媒は、エタノールを含む原料からブタジエンを合成するための触媒である。
≪Butadiene production catalyst≫
The catalyst for producing butadiene of the present invention is a catalyst for synthesizing butadiene from a raw material containing ethanol.

本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「粒子径」とは、ブタジエン製造用触媒の長径(D)と短径(D)との平均値((D+D)/2)を意味する。ここで、「長径」は、ブタジエン製造用触媒の粒子を任意の方向から平面視した際の粒子の最長径であり、「短径」は、前記長径に対して垂直な方向の直径である。ブタジエン製造用触媒の長径及び短径は、例えば、光学顕微鏡(例えば、キーエンス社製、デジタルマイクロスコープ VHX-7000)等により測定することができる。
本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「平均粒子径」とは、無作為にブタジエン製造用触媒の粒子を50個選択し、それぞれについて粒子径を測定し、それらの値を平均することにより得ることができる。
As used herein, the “particle diameter” of the butadiene-producing catalyst means the average value ((D L +D S )/2) of the major diameter (D L ) and the minor diameter (D S ) of the butadiene-producing catalyst. do. Here, the "major axis" is the longest diameter of the particles of the catalyst for producing butadiene when viewed in plan from an arbitrary direction, and the "minor axis" is the diameter in the direction perpendicular to the major axis. The major axis and minor axis of the catalyst for producing butadiene can be measured, for example, with an optical microscope (eg, Digital Microscope VHX-7000 manufactured by Keyence Corporation).
In the present specification, the "average particle size" of the catalyst for producing butadiene is obtained by randomly selecting 50 particles of the catalyst for producing butadiene, measuring the particle size of each, and averaging the values. be able to.

本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「真球度」とは、ブタジエン製造用触媒の長径(D)と短径(D)との比(D/D)で表される値である。真球度の上限は1であり、長径と短径が等しい場合、真球度は1となり、真球を意味する。
本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「平均真球度」とは、無作為にブタジエン製造用触媒の粒子を50個選択し、それぞれについて真球度を測定し、それらの値を平均することにより得ることができる。
In the present specification, the “sphericity” of the catalyst for producing butadiene is a value represented by the ratio (D S /D L ) of the major diameter (D L ) and the minor diameter (D S ) of the butadiene production catalyst. is. The upper limit of the sphericity is 1, and when the major axis and the minor axis are equal, the sphericity is 1, which means a true sphere.
In the present specification, the “average sphericity” of a butadiene-producing catalyst means that 50 particles of a butadiene-producing catalyst are randomly selected, the sphericity is measured for each, and the values are averaged. can be obtained by

ブタジエン製造用触媒の平均粒子径は1~8mmであり、1.1~4mmが好ましく、1.18~3mmがより好ましい。ブタジエン製造用触媒の平均粒子径が上記下限値以上であると、原料となる気体との充分な接触面積を確保できる。ブタジエン製造用触媒の平均粒子径が上記上限値以下であると、反応管内におけるブタジエン製造用触媒の充填率を高められる。このため、ブタジエンの製造効率をより高められる。 The average particle size of the catalyst for producing butadiene is 1 to 8 mm, preferably 1.1 to 4 mm, more preferably 1.18 to 3 mm. When the average particle size of the catalyst for producing butadiene is at least the above lower limit, a sufficient contact area with the raw material gas can be ensured. When the average particle size of the butadiene-producing catalyst is equal to or less than the above upper limit, the filling rate of the butadiene-producing catalyst in the reaction tube can be increased. Therefore, the production efficiency of butadiene can be further improved.

本実施形態のブタジエン製造用触媒は、球状の粒子の群である。ブタジエン製造用触媒の形状が球状であることで、ブタジエン製造用触媒の粒子同士が面接触ではなく、点接触する。したがって、充填状態が均一になりやすいため、原料の偏流が発生しにくくなる。さらに粒子同士の固着も抑制される。その結果、ブタジエンの生産性のばらつきを抑制できる。 The catalyst for producing butadiene of the present embodiment is a group of spherical particles. Since the shape of the butadiene-producing catalyst is spherical, the particles of the butadiene-producing catalyst are in point contact, not surface contact. Therefore, since the filling state tends to be uniform, it becomes difficult for the raw material to flow unevenly. Furthermore, sticking between particles is also suppressed. As a result, variations in productivity of butadiene can be suppressed.

ブタジエン製造用触媒の平均真球度は、0.89以上1以下であり、0.91以上1以下が好ましく、0.93以上1以下がより好ましい。ブタジエン製造用触媒の平均真球度が上記下限値以上であると、反応管内における触媒の充填を均一にでき、ブタジエンの生産性のばらつきを抑制できる。 The average sphericity of the catalyst for producing butadiene is 0.89 or more and 1 or less, preferably 0.91 or more and 1 or less, and more preferably 0.93 or more and 1 or less. When the average sphericity of the catalyst for producing butadiene is equal to or higher than the above lower limit, the catalyst can be uniformly filled in the reaction tube, and variations in productivity of butadiene can be suppressed.

ブタジエン製造用触媒の安息角は20°以下が好ましく、18°以下がより好ましく、16°以下がさらに好ましい。ブタジエン製造用触媒の安息角が上記上限値以下であると、充分な流動性を確保でき、反応管内におけるブタジエン製造用触媒の充填率を高められる。このため、ブタジエンの製造効率をより高められる。
本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「安息角」とは、以下の方法で測定される角度を意味する。平らな円筒状の台座(直径6cm)上において、内径5cmの円筒状の補助治具を設置し、補助治具の中に30gのブタジエン製造用触媒を入れる。補助治具を鉛直上向きに移動させ、台座から撤去する。このときに形成されるブタジエン製造用触媒の山が、自発的に崩れることなく安定を保った状態で、台座上の水平面と、前記山の斜面とのなす角度(鋭角)を「安息角」とする。ブタジエン製造用触媒の安息角は、例えば、分度器等を用いて測定できる。ブタジエン製造用触媒の安息角の下限値は特に限定されないが、例えば、5°とされる。
The angle of repose of the catalyst for producing butadiene is preferably 20° or less, more preferably 18° or less, and even more preferably 16° or less. When the angle of repose of the catalyst for producing butadiene is equal to or less than the above upper limit, sufficient fluidity can be ensured, and the filling rate of the catalyst for producing butadiene in the reaction tube can be increased. Therefore, the production efficiency of butadiene can be further enhanced.
As used herein, the "angle of repose" of a catalyst for producing butadiene means an angle measured by the following method. A cylindrical auxiliary jig with an inner diameter of 5 cm is placed on a flat cylindrical pedestal (6 cm in diameter), and 30 g of a catalyst for producing butadiene is placed in the auxiliary jig. Move the auxiliary jig vertically upward and remove it from the pedestal. The angle (acute angle) formed between the horizontal plane on the pedestal and the slope of the mountain while the mountain of the catalyst for producing butadiene formed at this time does not spontaneously collapse and maintains stability is referred to as the "angle of repose." do. The angle of repose of the catalyst for producing butadiene can be measured using, for example, a protractor. Although the lower limit of the angle of repose of the catalyst for producing butadiene is not particularly limited, it is, for example, 5°.

ブタジエン製造用触媒の平均圧壊強度は、10~150[N]が好ましく、30~90[N]がより好ましく、40~80[N]がさらに好ましい。ブタジエン製造用触媒の平均圧壊強度が上記下限値以上であると、ブタジエン製造用触媒が破壊されにくくなり、反応管及び反応管以降の配管の一部を閉塞しにくくなる。結果として、圧力損失、原料の偏流が発生しにくくなり、ブタジエンの製造効率が向上する。ブタジエン製造用触媒の平均圧壊強度が上記上限値以下であると、配管とブタジエン製造用触媒との固着が抑制されるため、触媒交換時に配管の洗浄が容易となり、メンテナンス性が向上する。 The average crushing strength of the catalyst for producing butadiene is preferably 10 to 150 [N], more preferably 30 to 90 [N], even more preferably 40 to 80 [N]. When the average crushing strength of the butadiene-producing catalyst is equal to or higher than the above lower limit, the butadiene-producing catalyst is less likely to be destroyed, and the reaction tube and part of the piping subsequent to the reaction tube are less likely to be clogged. As a result, pressure loss and drift of the raw material are less likely to occur, and the production efficiency of butadiene is improved. When the average crushing strength of the butadiene-producing catalyst is equal to or less than the above upper limit, sticking between the pipes and the butadiene-producing catalyst is suppressed, so that the pipes can be easily washed when replacing the catalyst, and maintainability is improved.

本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「圧壊強度」は、JISZ8841:1993に準拠して測定することができる。
また、ブタジエン製造用触媒の「圧壊強度」は、以下の方法によっても測定できる。ブタジエン製造用触媒の粒子1個を圧縮強度試験機(電動スタンド(型番:MX2-500N-L、製造販売元:株式会社イマダ)、デジタルフォースゲージ(型番:ZTS-100N、製造販売元:株式会社イマダ))の固定圧縮面上の中央にセットする。圧縮強度試験機の固定圧縮面と稼働圧縮面とが前記粒子に接する位置とし、可動加圧盤を一定の速度で稼働させ、粒子に荷重をかける。加圧速度としては、300mm/分とする粒子が完全に破壊されるまでの荷重の最大指示値を記録し、この値をブタジエン製造用触媒の圧壊強度とすることができる。
本明細書において、ブタジエン製造用触媒の「平均圧壊強度」とは、無作為にブタジエン製造用触媒の粒子を50個選択し、それぞれについて圧壊強度を測定し、それらの値を平均することにより得ることができる。
As used herein, the "crushing strength" of the catalyst for producing butadiene can be measured according to JISZ8841:1993.
The "crushing strength" of the catalyst for producing butadiene can also be measured by the following method. Compressive strength tester (electric stand (model number: MX2-500N-L, manufacturer: Imada Co., Ltd.), digital force gauge (model number: ZTS-100N, manufacturer: Corporation) Imada)) is set in the center on the fixed compression surface. The fixed compression surface and the working compression surface of the compressive strength tester are positioned to contact the particles, and the movable pressure platen is operated at a constant speed to apply a load to the particles. The pressurization speed is set to 300 mm/min, and the maximum indicated value of the load until the particles are completely broken is recorded, and this value can be used as the crushing strength of the catalyst for producing butadiene.
As used herein, the “average crushing strength” of a catalyst for producing butadiene is obtained by randomly selecting 50 particles of the catalyst for producing butadiene, measuring the crushing strength of each, and averaging the values. be able to.

ブタジエン製造用触媒の平均粒子径分布はできるだけ狭いことが好ましい。ブタジエン製造用触媒の平均粒子径分布は、特定の平均粒子径を有する粒子の存在割合で表すことができる。
例えば、上述の平均粒子径の測定において無作為に選択した100個のブタジエン製造用触媒の粒子のうち、平均粒子径±33%の粒子径を有する粒子の存在割合は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、96.7%以上がさらに好ましい。平均粒子径±33%の粒子径を有する粒子の存在割合が上記下限値以上であると、ブタジエン製造用触媒の平均粒子径分布が充分狭く、充填状態が均一になりやすい。このため、触媒同士の固着が抑制され、原料の偏流が発生しにくくなる。その結果、ブタジエンの生産性のばらつきをより抑制できる。
It is preferable that the average particle size distribution of the catalyst for producing butadiene is as narrow as possible. The average particle size distribution of the catalyst for producing butadiene can be represented by the existence ratio of particles having a specific average particle size.
For example, among the 100 particles of the catalyst for producing butadiene randomly selected in the measurement of the average particle size described above, the proportion of particles having an average particle size of ±33% is preferably 80% or more, and 90%. % or more is more preferable, and 96.7% or more is even more preferable. When the proportion of particles having an average particle diameter of ±33% is equal to or higher than the above lower limit, the average particle diameter distribution of the catalyst for producing butadiene is sufficiently narrow, and the filling state tends to be uniform. As a result, adhesion of the catalysts to each other is suppressed, and drifting of the raw material is less likely to occur. As a result, variations in productivity of butadiene can be further suppressed.

以下、本実施形態のブタジエン製造用触媒の具体的な構成について説明する。 A specific configuration of the catalyst for producing butadiene of the present embodiment will be described below.

(活性金属)
ブタジエン製造用触媒は、活性金属を含む。活性金属としては、ハフニウム、ジルコニウム、銅、タンタル、ニオブ、マグネシウム、亜鉛、銀等の金属が例として挙げられ、触媒活性の観点から、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、ニオブが好ましく、ハフニウム、ジルコニウムがより好ましい。活性金属は1種類のみを使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
(active metal)
The butadiene production catalyst contains an active metal. Examples of active metals include metals such as hafnium, zirconium, copper, tantalum, niobium, magnesium, zinc, and silver. From the viewpoint of catalytic activity, hafnium, zirconium, tantalum, and niobium are preferred, and hafnium and zirconium are more preferred. preferable. Only one type of active metal may be used, or two or more types may be used in combination.

活性金属の形態としては、酸化物、塩化物、硫化物、硝酸塩、炭酸塩等の無機塩、シュウ酸塩、アセチルアセトナート塩、ジメチルグリオキシム塩、エチレンジアミン酢酸塩等の有機塩又はキレート化合物、カルボニル化合物、シクロペンタジエニル化合物、アンミン錯体、アルコキシド化合物、アルキル化合物等が例示され、その中でもブタジエンの製造効率を高める観点から酸化物が好ましい。活性金属は後述の担体中の酸素以外の元素と複合酸化物を形成してもよい。活性金属を2種類以上併用する場合、これら2種類以上の元素の複合酸化物を形成していてもよい。 Forms of active metals include inorganic salts such as oxides, chlorides, sulfides, nitrates, and carbonates; organic salts such as oxalates, acetylacetonate salts, dimethylglyoxime salts, ethylenediamine acetate salts; Carbonyl compounds, cyclopentadienyl compounds, ammine complexes, alkoxide compounds, alkyl compounds and the like are exemplified, among which oxides are preferred from the viewpoint of increasing the production efficiency of butadiene. The active metal may form a composite oxide with an element other than oxygen in the carrier described below. When two or more active metals are used in combination, a composite oxide of these two or more elements may be formed.

(担体)
ブタジエン製造用触媒は、上述した活性金属が担体に担持された担持触媒であることが好ましい。
ブタジエン製造用触媒の担体としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、ゼオライト、マグネシア、カルシア等が挙げられ、シリカ、チタニア、ジルコニアが好ましく、シリカが特に好ましい。シリカには、比表面積や細孔直径の異なる種々の製品がある。担体の比表面積や細孔直径を組み合せることで、ブタジエン選択率、原料転化率を制御できる。担体は1種類のみを使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
(Carrier)
The butadiene-producing catalyst is preferably a supported catalyst in which the above-described active metal is supported on a carrier.
Examples of the carrier for the butadiene production catalyst include silica, titania, alumina, zirconia, zeolite, magnesia and calcia, with silica, titania and zirconia being preferred, and silica being particularly preferred. Silica has various products with different specific surface areas and pore diameters. Butadiene selectivity and raw material conversion can be controlled by combining the specific surface area and pore diameter of the carrier. Only one type of carrier may be used, or two or more types may be used in combination.

前記担体の中でも多孔質シリカを担体として使用することが好ましい。多孔質シリカとしては、例えば、メソポーラスシリカ等を使用することができる。 Among the above carriers, porous silica is preferably used as the carrier. Mesoporous silica, for example, can be used as the porous silica.

(ブタジエン製造用触媒の組成)
ブタジエン製造用触媒が、活性金属が担体に担持された担持触媒である場合、ブタジエン製造用触媒の総質量に対する、活性金属の酸化物換算の担持量は、0.2~80質量%が好ましく、2~60質量%がより好ましく、4~50質量%がさらに好ましい。活性金属の酸化物換算の担持量が上記下限値以上であると、充分な量の活性金属を担持でき、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。活性金属の酸化物換算の担持量が上記上限値以下であると、活性金属を均一かつ高分散状態にしやすいため、ブタジエン選択率がさらに高まる。
(Composition of catalyst for producing butadiene)
When the butadiene-producing catalyst is a supported catalyst in which an active metal is supported on a carrier, the supported amount of the active metal in terms of oxide is preferably 0.2 to 80% by mass with respect to the total mass of the butadiene-producing catalyst. 2 to 60% by mass is more preferable, and 4 to 50% by mass is even more preferable. When the supported amount of the active metal in terms of oxide is at least the above lower limit, a sufficient amount of the active metal can be supported, and the raw material conversion rate and butadiene selectivity are further increased. When the supported amount of the active metal in terms of oxide is equal to or less than the above upper limit, the active metal is easily dispersed uniformly and highly, so that the butadiene selectivity is further increased.

本実施形態のブタジエン製造用触媒は、ハフニウムと、元素Mとを含むことが好ましい。元素Mは、チタン及びジルコニウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。元素Mとしては、ジルコニウムが好ましい。ブタジエン製造用触媒中のハフニウムのモル数に対する元素Mのモル数の比は、20超500以下であることが好ましく、50超400以下であることがより好ましく、100超400以下であることがさらに好ましく、100超300以下であることが特に好ましい。前記モル数の比が前記範囲内であると、ブタジエン収率が高まる。 The catalyst for producing butadiene of the present embodiment preferably contains hafnium and the element M. Element M is at least one element selected from the group consisting of titanium and zirconium. As the element M, zirconium is preferred. The ratio of the number of moles of the element M to the number of moles of hafnium in the catalyst for producing butadiene is preferably more than 20 and 500 or less, more preferably more than 50 and 400 or less, and further preferably more than 100 and 400 or less. It is preferably more than 100 and 300 or less, particularly preferably. When the molar ratio is within the range, the yield of butadiene increases.

ブタジエン製造用触媒の細孔容積の合計(以下、全細孔容積ともいう)は、0.1~10mL/gが好ましく、0.1~5mL/gがより好ましく、0.1~2mL/gがさらに好ましい。全細孔容積が上記下限値以上であると、エタノールを含む原料のブタジエン製造用触媒内部への拡散性が向上し、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。全細孔容積が上記上限値以下であると、原料とブタジエン製造用触媒との接触面積が充分となりやすく、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。
なお、ブタジエン製造用触媒の全細孔容積は、水滴定法により測定される値である。水滴定法とは、ブタジエン製造用触媒の表面に水分子を吸着させ、分子の凝縮から細孔容積を測定する方法である。
The total pore volume of the butadiene production catalyst (hereinafter also referred to as total pore volume) is preferably 0.1 to 10 mL/g, more preferably 0.1 to 5 mL/g, and 0.1 to 2 mL/g. is more preferred. When the total pore volume is at least the above lower limit, the diffusibility of ethanol-containing raw materials into the catalyst for producing butadiene is improved, and the raw material conversion rate and butadiene selectivity are further increased. When the total pore volume is equal to or less than the above upper limit, the contact area between the raw material and the catalyst for producing butadiene tends to be sufficient, and the raw material conversion rate and butadiene selectivity are further increased.
The total pore volume of the catalyst for producing butadiene is a value measured by a water titration method. The water titration method is a method in which water molecules are adsorbed on the surface of a catalyst for producing butadiene and the pore volume is measured from condensation of the molecules.

ブタジエン製造用触媒の平均細孔直径は、2~50nmが好ましく、2~30nmがより好ましく、2~20nmがさらに好ましく、2~15nmが特に好ましい。平均細孔直径が上記下限値以上であると、エタノールを含む原料のブタジエン製造用触媒内部への拡散性が向上し、原料転化率がさらに高まる。加えて、平均細孔直径が上記下限値以上であると、触媒表面の酸強度が強くなりすぎないため、副反応を抑制することができ、結果としてブタジエンの選択率が高まる。平均細孔直径が上記上限値以下であると、触媒表面に充分な量の活性点が存在するため、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。 The average pore diameter of the catalyst for producing butadiene is preferably 2 to 50 nm, more preferably 2 to 30 nm, still more preferably 2 to 20 nm, and particularly preferably 2 to 15 nm. When the average pore diameter is at least the above lower limit, the diffusibility of the ethanol-containing raw material into the catalyst for producing butadiene is improved, and the raw material conversion rate is further increased. In addition, when the average pore diameter is at least the above lower limit, the acid strength on the surface of the catalyst does not become too strong, so side reactions can be suppressed, and as a result, butadiene selectivity increases. When the average pore diameter is equal to or less than the above upper limit, a sufficient amount of active sites are present on the catalyst surface, so that the raw material conversion rate and butadiene selectivity are further increased.

なお、平均細孔直径は、全細孔容積とBET比表面積とから算出される値である。BET比表面積は、窒素を吸着ガスとし、その吸着量とその時の圧力から算出される値である。具体的には、細孔形状を円筒形であると仮定することにより算出することができる。円筒形の側面積としてBET比表面積A1を、円筒形の体積として全細孔容積V1を使用すると、平均細孔直径Dave1は下記式(I)により算出することができる。
ave1=4V1/A1…(I)
The average pore diameter is a value calculated from the total pore volume and BET specific surface area. The BET specific surface area is a value calculated from the adsorption amount of nitrogen as an adsorbed gas and the pressure at that time. Specifically, it can be calculated by assuming that the pore shape is cylindrical. Using the BET specific surface area A1 as the cylindrical side area and the total pore volume V1 as the cylindrical volume, the average pore diameter Dave1 can be calculated by the following formula (I).
Dave1 = 4V1/A1 (I)

平均細孔直径は、水銀圧入法ポロシメーターによっても測定することができる。水銀圧入法は、水銀を加圧してブタジエン製造用触媒の細孔に圧入し、毛細管現象の原理に基づきその圧力と圧入された水銀量から平均細孔直径を算出する。
水銀を圧入した圧力P、触媒の細孔水銀の表面張力γ、接触角θを使用すると、細孔直径は、下記式(II)により算出することができる。平均細孔直径Dave2は下記式(II)によりPの関数として算出されたDの平均値である。
=-(1/P)4γcosθ…(II)
Average pore diameter can also be measured by a mercury intrusion porosimeter. In the mercury intrusion method, mercury is pressurized and injected into the pores of a catalyst for producing butadiene, and the average pore diameter is calculated from the pressure and the amount of injected mercury based on the principle of capillary action.
Using the pressure P at which mercury is injected, the surface tension γ of the pore mercury of the catalyst, and the contact angle θ, the pore diameter can be calculated by the following formula (II). The average pore diameter D ave2 is the average value of D 2 calculated as a function of P according to formula (II) below.
D 2 =−(1/P)4γ cos θ (II)

ブタジエン製造用触媒の比表面積は、100~10000m/gが好ましく、200~5000m/gがより好ましく、200~1500m/gがさらに好ましい。ブタジエン製造用触媒の比表面積が上記下限値以上であると、触媒表面に充分な量の活性点が存在するため、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。ブタジエン製造用触媒の比表面積が上記上限値以下であると、平均細孔直径が小さくなりすぎず、エタノールを含む原料のブタジエン製造用触媒内部への拡散性が向上し、原料転化率がさらに高まる。
なお、前記比表面積は、窒素を吸着ガスとし、BET式ガス吸着法により測定されるBET比表面積である。
The specific surface area of the catalyst for producing butadiene is preferably 100 to 10000 m 2 /g, more preferably 200 to 5000 m 2 /g, even more preferably 200 to 1500 m 2 /g. When the specific surface area of the catalyst for producing butadiene is equal to or higher than the above lower limit, a sufficient amount of active sites are present on the surface of the catalyst, so that the raw material conversion rate and butadiene selectivity are further increased. When the specific surface area of the catalyst for producing butadiene is equal to or less than the above upper limit, the average pore diameter does not become too small, the diffusibility of the raw material containing ethanol into the catalyst for producing butadiene is improved, and the raw material conversion rate is further increased. .
The specific surface area is a BET specific surface area measured by a BET gas adsorption method using nitrogen as an adsorption gas.

ブタジエン製造用触媒における全細孔容積と比表面積との積は、10~100000mL・m/gが好ましく、20~25000mL・m/gがより好ましく、20~3000mL・m/gがさらに好ましい。全細孔容積と比表面積との積が上記下限値以上であると、触媒表面に充分な量の活性点が存在するため、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。全細孔容積と比表面積との積が上記上限値以下であると、活性点とならない触媒表面が大きくなりすぎず、副反応を抑制することができ、結果としてブタジエン選択率がさらに高まる。 The product of the total pore volume and the specific surface area in the catalyst for producing butadiene is preferably 10 to 100000 mL·m 2 /g 2 , more preferably 20 to 25000 mL·m 2 /g 2 and 20 to 3000 mL·m 2 /g. 2 is more preferred. When the product of the total pore volume and the specific surface area is equal to or higher than the above lower limit, a sufficient amount of active sites are present on the catalyst surface, thereby further increasing the raw material conversion rate and the butadiene selectivity. When the product of the total pore volume and the specific surface area is equal to or less than the above upper limit, the surface of the catalyst that does not become active sites does not become too large, side reactions can be suppressed, and as a result, the butadiene selectivity is further increased.

本実施形態のブタジエン製造用触媒におけるメソ細孔(細孔径が2~50nmの細孔)の細孔容積の合計(以下、全メソ細孔容積ともいう)が、全細孔容積に対して、50~100%であることが好ましく、80~100%であることがより好ましく、90~100%であることがさらに好ましい。
全細孔容積に対する、全メソ細孔容積が上記下限値以上であると、ブタジエン製造用触媒に充分なメソ細孔が存在し、エタノールを含む原料のブタジエン製造用触媒内部への拡散性が向上するため、原料転化率とブタジエン選択率とがさらに高まる。
ブタジエン製造用触媒の全細孔容積は、前述した水滴定法により測定される値である。ブタジエン製造用触媒の全メソ細孔容積は、窒素吸着法により2~50nmの細孔を有する細孔の容積を測定し、それらを合計することによって得ることができる。
The total pore volume of the mesopores (pores with a pore diameter of 2 to 50 nm) in the butadiene production catalyst of the present embodiment (hereinafter also referred to as the total mesopore volume) is, with respect to the total pore volume, It is preferably 50 to 100%, more preferably 80 to 100%, even more preferably 90 to 100%.
When the total mesopore volume relative to the total pore volume is at least the above lower limit, sufficient mesopores are present in the butadiene production catalyst, and the diffusion of the raw material containing ethanol into the butadiene production catalyst is improved. Therefore, the raw material conversion rate and butadiene selectivity are further increased.
The total pore volume of the catalyst for producing butadiene is a value measured by the water titration method described above. The total mesopore volume of the catalyst for producing butadiene can be obtained by measuring the volume of pores having pores of 2 to 50 nm by a nitrogen adsorption method and totaling them.

<ブタジエン製造用触媒の製造方法>
ブタジエン製造用触媒は、例えば、活性金属を担体に担持し、その後、乾燥、焼成を行うことによって製造することができる。
<Method for producing catalyst for producing butadiene>
A catalyst for producing butadiene can be produced, for example, by supporting an active metal on a carrier, followed by drying and calcination.

担体を製造する方法は、特に限定されず、従来公知の製造方法で製造されたものを用いてもよいし、市販品を用いてもよい。 The method for producing the carrier is not particularly limited, and one produced by a conventionally known production method may be used, or a commercially available product may be used.

例えば、担体としてシリカを製造する方法としては、例えば、ケイ素元素を含む化合物と、無機酸とを含む溶液を混合することによるゾルゲル法が挙げられる。前記ケイ素元素を含む化合物としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸アンモニウム等が例として挙げられる。また、前記無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸等が例として挙げられる。 For example, a method for producing silica as a carrier includes, for example, a sol-gel method in which a compound containing silicon element and a solution containing an inorganic acid are mixed. Examples of the silicon-containing compound include sodium silicate, potassium silicate, and ammonium silicate. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, and hydrochloric acid.

得られたシリカを成形し、造粒する。造粒する場合、転動造粒法等で回転しながら造粒する方法、気相成長法や液相成長法で等方的に粒子径を大きくする技術にて球状のシリカを造粒する方法等が挙げられる。また、予め真球度が0.89以上に調整されたシリカを購入して、担体としてもよい。 The silica obtained is shaped and granulated. When granulating, a method of granulating while rotating, such as a tumbling granulation method, or a method of granulating spherical silica by isotropically enlarging the particle size using a vapor phase growth method or a liquid phase growth method. etc. Alternatively, silica whose sphericity has been previously adjusted to 0.89 or more may be purchased and used as a carrier.

得られたシリカ成形体又は造粒体を空気雰囲気下で、焼成することにより担体を製造することができる。焼成温度は、600~1200℃が好ましく、700~1100℃がより好ましく、750~1050℃がさらに好ましい。焼成温度が上記下限値以上であると、上述の圧壊強度を有するブタジエン製造用触媒が得られやすくなる。焼成温度が前記上限値以下であると、比表面積の低下が抑制される。 A carrier can be produced by calcining the obtained silica molded body or granule in an air atmosphere. The firing temperature is preferably 600 to 1200°C, more preferably 700 to 1100°C, even more preferably 750 to 1050°C. When the calcination temperature is equal to or higher than the above lower limit, it becomes easier to obtain a catalyst for producing butadiene having the crushing strength described above. A decrease in the specific surface area is suppressed when the firing temperature is equal to or lower than the upper limit.

上記特性を有するシリカ成形体又は造粒体としては、市販品を使用することもできる。市販品としては、富士シリシア化学株式会社製の製品名キャリアクト Qシリーズ等が例として挙げられる。 Commercially available products can also be used as the silica moldings or granules having the above properties. Examples of commercially available products include Caract Q series manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd. and the like.

触媒活性元素を含む化合物としては、それぞれ、例えば、触媒活性元素の塩化物、塩化酸化物、硫化物、硝酸塩、炭酸塩のような無機塩、シュウ酸塩、アセチルアセトナート塩、ジメチルグリオキシム塩、エチレンジアミン酢酸塩のような有機塩、キレート化合物、カルボニル化合物、シクロペンタジエニル化合物、アンミン錯体、アルコキシド化合物、アルキル化合物等が挙げられる。
中でも、上記化合物としては、塩化物又は塩化酸化物であることが好ましい。また、上記化合物には、必要に応じて、水和物を使用してもよい。
触媒活性元素を含む化合物の具体例としては、塩化ハフニウム(HfCl)、塩化チタン(TiCl、TiCl、TiCl)、チタンアルコキシド、塩化ジルコニウム(ZrCl)、塩化酸化ジルコニウム(ZrClO)、ジルコニウムアルコキシド、ハフニウムアルコキシド等が挙げられる。
なお、上記化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Compounds containing a catalytically active element include, for example, inorganic salts such as chlorides, chloride oxides, sulfides, nitrates, and carbonates of the catalytically active element, oxalates, acetylacetonate salts, and dimethylglyoxime salts. , organic salts such as ethylenediamine acetate, chelate compounds, carbonyl compounds, cyclopentadienyl compounds, ammine complexes, alkoxide compounds, alkyl compounds and the like.
Among them, the above compound is preferably a chloride or a chloride oxide. Moreover, you may use a hydrate for the said compound as needed.
Specific examples of compounds containing catalytically active elements include hafnium chloride (HfCl 4 ), titanium chloride (TiCl 2 , TiCl 3 , TiCl 4 ), titanium alkoxide, zirconium chloride (ZrCl 4 ), and zirconium chloride oxide (ZrCl 2 O). , zirconium alkoxide, hafnium alkoxide and the like.
In addition, the said compound may be used individually and may use 2 or more types together.

活性金属の担体への担持方法としては、本分野で公知の担持方法に準じて行うことができる。このような担持方法としては、例えば、含浸法、共沈法、イオン交換法等が挙げられる。 As a method for supporting the active metal on the carrier, it can be carried out according to a known supporting method in this field. Examples of such a supporting method include an impregnation method, a coprecipitation method, an ion exchange method, and the like.

上記担持方法に使用される活性金属の原料化合物を溶解させる溶媒としては、水、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン等が例として挙げられる。 Water, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, dioxane, hexane, benzene, toluene and the like are examples of the solvent for dissolving the raw material compound of the active metal used in the supporting method.

ブタジエン製造用触媒が、活性金属を2種類以上含む場合、これらの活性金属を担体に担持する方法としては、同時法、逐次法等がある。同時法は、全ての原料化合物を溶解した溶液を担体に上述の方法で担持させる方法である。逐次法は、各原料化合物を別個に溶解した溶液を調製し、逐次的に担体に各溶液を上述の方法で担持させる方法である。 When the catalyst for producing butadiene contains two or more kinds of active metals, methods for supporting these active metals on the carrier include a simultaneous method, a sequential method, and the like. The simultaneous method is a method in which a solution in which all starting compounds are dissolved is supported on a carrier by the method described above. The sequential method is a method in which solutions are prepared by separately dissolving each raw material compound, and each solution is successively supported on the carrier by the method described above.

溶液が含浸された担体を、溶液から分離及び乾燥した後、焼成する。これにより、触媒活性元素が担体に固定され、触媒を得ることができる。
担体の溶液からの分離は、例えば、濾過、デカンテーション、遠心分離等により行うことができる。
乾燥温度は、20~200℃が好ましく、50~150℃がより好ましい。また、乾燥時間は、1時間~10日間が好ましく、2時間~5日間がより好ましい。
焼成温度は、200~800℃が好ましく、400~600℃がより好ましい。また、焼成時間は、10分間~2日間が好ましく、1~10時間がより好ましい。
The support impregnated with the solution is calcined after being separated from the solution and dried. Thereby, the catalytically active element is immobilized on the carrier, and a catalyst can be obtained.
Separation of the carrier from the solution can be performed, for example, by filtration, decantation, centrifugation, or the like.
The drying temperature is preferably 20 to 200°C, more preferably 50 to 150°C. The drying time is preferably 1 hour to 10 days, more preferably 2 hours to 5 days.
The firing temperature is preferably 200 to 800°C, more preferably 400 to 600°C. The firing time is preferably 10 minutes to 2 days, more preferably 1 to 10 hours.

上述した逐次法の場合、第1の担持、乾燥を行った後に、第2の担持を行ってもよいし、第1の担持、乾燥、焼成を行った後に、第2の担持を行ってもよい。 In the case of the sequential method described above, the second loading may be performed after performing the first loading and drying, or the second loading may be performed after performing the first loading, drying and firing. good.

≪ブタジエンの製造装置≫
本実施形態のブタジエンの製造装置は、上述の本実施形態のブタジエン製造用触媒が充填された反応管を備える。
ブタジエンの製造装置は、エタノールを含む原料ガスからブタジエンを製造する。
≪Butadiene manufacturing equipment≫
The butadiene production apparatus of the present embodiment includes a reaction tube filled with the above-described butadiene production catalyst of the present embodiment.
A butadiene production apparatus produces butadiene from a raw material gas containing ethanol.

以下、ブタジエンの製造装置の一例について、図1に基づいて説明する。
図1に示すように、ブタジエンの製造装置100(以下、単に「製造装置100」ともいう。)は、反応管1と原料供給配管3と生成物排出配管4と温度制御部5と圧力制御部6と第1のフィルター7と、第2のフィルター8と、第3のフィルター9と、第4のフィルター10とを備える。
反応管1は、内部に触媒層2を備える。触媒層2には、本実施形態のブタジエン製造用触媒が含まれる。原料供給配管3は反応管1に接続されている。生成物排出配管4は反応管1に接続されている。温度制御部5は反応管1に接続されている。生成物排出配管4は、圧力制御部6を備える。第1~第4のフィルターは、反応管1の内部の触媒層2の下端から生成物排出配管のいずれか適当な部位に順番に設置されていればよく、第1のフィルター7は反応管1の内部の触媒層2の下端と生成物排出配管4の接続部との間に位置していることが好ましい。また、第1のフィルター7は反応管1と生成物排出配管4との接続部に位置することがより好ましい。生成物排出配管4内には、第2のフィルター8、第3のフィルター9、第4のフィルター10が反応器側からこの順で位置している。第2のフィルター8、第3のフィルター9、第4のフィルター10は図1に示す製造装置100のように、鉛直方向に設置されていてもよく、その他の方向に設置されていてもよい。フィルターの設置方向は、設置されている生成物排出配管4の方向に依存する。中でも、第2のフィルター8、第3のフィルター9、第4のフィルター10は図1に示す製造装置100のように、鉛直方向に設置されていることが好ましい。
An example of a butadiene manufacturing apparatus will be described below with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a butadiene production apparatus 100 (hereinafter also simply referred to as "production apparatus 100") includes a reaction tube 1, a raw material supply pipe 3, a product discharge pipe 4, a temperature control unit 5, and a pressure control unit. 6, a first filter 7, a second filter 8, a third filter 9 and a fourth filter 10.
The reaction tube 1 has a catalyst layer 2 inside. The catalyst layer 2 contains the butadiene production catalyst of the present embodiment. A raw material supply pipe 3 is connected to the reaction tube 1 . A product discharge pipe 4 is connected to the reaction tube 1 . A temperature control unit 5 is connected to the reaction tube 1 . The product discharge pipe 4 is provided with a pressure control section 6 . The first to fourth filters may be installed in order from the lower end of the catalyst layer 2 inside the reaction tube 1 to any appropriate portion of the product discharge pipe. It is preferably located between the lower end of the catalyst layer 2 inside the and the connection portion of the product discharge pipe 4 . Moreover, it is more preferable that the first filter 7 be positioned at the connecting portion between the reaction tube 1 and the product discharge pipe 4 . A second filter 8 , a third filter 9 , and a fourth filter 10 are positioned in this order from the reactor side in the product discharge pipe 4 . The second filter 8, the third filter 9, and the fourth filter 10 may be installed vertically like the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1, or may be installed in other directions. The installation direction of the filter depends on the direction of the installed product discharge pipe 4 . Above all, it is preferable that the second filter 8, the third filter 9, and the fourth filter 10 are installed vertically like the manufacturing apparatus 100 shown in FIG.

触媒層2は、本実施形態のブタジエン製造用触媒のみを有してもよいし、本実施形態のブタジエン製造用触媒と希釈材とを有してもよい。希釈材は、触媒が過度に発熱することを防止する。
エタノールを含む原料からブタジエンを合成する反応は吸熱反応である。このため、触媒層2は、希釈材を要しないのが通常である。
希釈材は、例えば、ブタジエン製造用触媒の担体と同様のものや、石英砂、アルミナボール、アルミボール、アルミショット等である。
触媒層2に希釈材を充填する場合、希釈材/ブタジエン製造用触媒で表される質量比は、それぞれの種類や比重等を勘案して決定され、例えば、0.5~5が好ましい。
なお、触媒層は、固定床、移動床、流動床等のいずれでもよい。
The catalyst layer 2 may have only the butadiene production catalyst of the present embodiment, or may have the butadiene production catalyst of the present embodiment and a diluent. The diluent prevents the catalyst from overheating.
The reaction to synthesize butadiene from a raw material containing ethanol is an endothermic reaction. Therefore, the catalyst layer 2 usually does not require a diluent.
The diluent is, for example, the same as the carrier for the catalyst for producing butadiene, quartz sand, alumina balls, aluminum balls, aluminum shot, or the like.
When the catalyst layer 2 is filled with a diluent, the mass ratio represented by the diluent/butadiene-producing catalyst is determined in consideration of the respective types and specific gravities, and is preferably 0.5 to 5, for example.
The catalyst layer may be of fixed bed, moving bed, fluidized bed or the like.

反応管1は、原料ガス及び製造された生成物に対して不活性な材料からなるものが好ましい。反応管1は、100~500℃程度の加熱、又は10MPa程度の加圧に耐え得る形状のものが好ましい。反応管1は、例えば、ステンレス製の略円筒形の部材を例示できる。 The reaction tube 1 is preferably made of a material inert to the raw material gas and the produced product. The reaction tube 1 preferably has a shape capable of withstanding heating at about 100 to 500° C. or pressure at about 10 MPa. The reaction tube 1 can be, for example, a substantially cylindrical member made of stainless steel.

原料供給配管3は、原料を反応管1内に供給する供給手段である。原料供給配管3は、例えば、ステンレス製等の配管である。
生成物排出配管4は、触媒層2で製造された生成物を含むガスを排出する排出手段である。生成物排出配管4は、例えば、ステンレス製等の配管である。
The raw material supply pipe 3 is a supply means for supplying the raw material into the reaction tube 1 . The raw material supply pipe 3 is, for example, a pipe made of stainless steel.
The product discharge pipe 4 is discharge means for discharging gas containing the product produced in the catalyst layer 2 . The product discharge pipe 4 is, for example, a pipe made of stainless steel.

温度制御部5は、反応管1内の触媒層2を任意の温度にできるものであればよい。温度制御部5は、例えば、電気炉等である。
圧力制御部6は、反応管1内の圧力を任意の圧力にできるものであればよい。圧力制御部6は、例えば、公知の圧力弁等である。
なお、製造装置100は、マスフロー等、ガスの流量を調整するガス流量制御部等の周知の機器を備えていてもよい。
The temperature control unit 5 may be any unit as long as it can set the temperature of the catalyst layer 2 in the reaction tube 1 to an arbitrary temperature. The temperature control unit 5 is, for example, an electric furnace.
The pressure control unit 6 may be any device as long as it can set the pressure inside the reaction tube 1 to an arbitrary pressure. The pressure control unit 6 is, for example, a known pressure valve or the like.
In addition, the manufacturing apparatus 100 may be provided with well-known equipment such as a gas flow control unit for adjusting the flow rate of gas such as mass flow.

第1のフィルター7のメッシュサイズは、触媒層2に含まれるブタジエン製造用触媒の平均粒子径の50%以下が好ましく、20~50%がより好ましく、30~50%がさらに好ましい。第1のフィルター7のメッシュサイズが上記上限値以下であると、第1のフィルター7でトラップされたブタジエン製造用触媒を再利用できる。第1のフィルター7のメッシュサイズが上記下限値以上であると、圧損が発生しにくく、生産が安定する。 The mesh size of the first filter 7 is preferably 50% or less, more preferably 20 to 50%, even more preferably 30 to 50% of the average particle size of the catalyst for producing butadiene contained in the catalyst layer 2 . When the mesh size of the first filter 7 is equal to or less than the above upper limit, the catalyst for producing butadiene trapped in the first filter 7 can be reused. When the mesh size of the first filter 7 is equal to or larger than the above lower limit, pressure loss is less likely to occur, and production is stabilized.

第2のフィルター8のメッシュサイズは、触媒層2に含まれるブタジエン製造用触媒の平均粒子径の25%以下が好ましく、10~25%がより好ましく、13~25%がさらに好ましい。第2のフィルター8のメッシュサイズが上記上限値以下であると、触媒が破壊された際にも効率よくトラップできる。第2のフィルター8のメッシュサイズが上記下限値以上であると、圧損が発生しにくく、生産が安定する。 The mesh size of the second filter 8 is preferably 25% or less, more preferably 10 to 25%, even more preferably 13 to 25%, of the average particle size of the butadiene production catalyst contained in the catalyst layer 2 . If the mesh size of the second filter 8 is equal to or less than the above upper limit, even when the catalyst is destroyed, it can be efficiently trapped. When the mesh size of the second filter 8 is equal to or larger than the above lower limit, pressure loss is less likely to occur, and production is stabilized.

第3のフィルター9のメッシュサイズは、触媒層2に含まれるブタジエン製造用触媒が割れた際の破片の平均粒子径の70%以下が好ましく、60%以下がより好ましく、50%以下がさらに好ましい。第3のフィルター9のメッシュサイズが上記上限値以下であると、触媒が破壊された際にも効率よくトラップできる。第3のフィルター9のメッシュサイズが上記下限値以上であると、圧損が発生しにくく、生産が安定する。
なお、触媒層2に含まれるブタジエン製造用触媒が割れた際の破片の平均粒子径は、無作為にブタジエン製造用触媒の破片を50個選択し、それぞれについて粒子径を測定し、それらの値を平均することにより得ることができる。
The mesh size of the third filter 9 is preferably 70% or less, more preferably 60% or less, and even more preferably 50% or less of the average particle size of fragments when the catalyst for producing butadiene contained in the catalyst layer 2 is broken. . When the mesh size of the third filter 9 is equal to or less than the above upper limit, even when the catalyst is destroyed, it can be efficiently trapped. When the mesh size of the third filter 9 is equal to or larger than the above lower limit, pressure loss is less likely to occur, and production is stabilized.
The average particle size of the fragments when the catalyst for producing butadiene contained in the catalyst layer 2 is cracked is obtained by randomly selecting 50 fragments of the catalyst for producing butadiene, measuring the particle diameter of each of them, and calculating the value. can be obtained by averaging

第4のフィルター10のメッシュサイズは、1~400μmが好ましく、5~300μmがより好ましく、10~250μmがさらに好ましい。第4のフィルター10のメッシュサイズが上記下限値以上であると、粉末状に破壊された触媒もトラップできる。第4のフィルター10のメッシュサイズが上記上限値以下であると、圧損が発生しにくく、生産が安定する。 The mesh size of the fourth filter 10 is preferably 1-400 μm, more preferably 5-300 μm, even more preferably 10-250 μm. When the mesh size of the fourth filter 10 is equal to or larger than the above lower limit, even the powdered catalyst can be trapped. When the mesh size of the fourth filter 10 is equal to or less than the above upper limit, pressure loss is less likely to occur, and production is stabilized.

第2のフィルター8、第3のフィルター9及び第4のフィルター10のメッシュサイズが1~700μmの場合、高分子量の副生成物をトラップできる。このため、第2のフィルター8のメッシュサイズは、1~700μmが好ましい。同様に、第3のフィルター9のメッシュサイズは、1~700μmが好ましい。同様に、第4のフィルター10のメッシュサイズは、1~700μmが好ましい。
高分子量の副生成物としては、例えば、δ-ヘキサノラクトン、2,6-ジイソプロピルフェノール等が挙げられる。
When the mesh size of the second filter 8, the third filter 9 and the fourth filter 10 is 1-700 μm, high molecular weight by-products can be trapped. Therefore, the mesh size of the second filter 8 is preferably 1-700 μm. Similarly, the mesh size of the third filter 9 is preferably 1-700 μm. Similarly, the mesh size of the fourth filter 10 is preferably 1-700 μm.
High molecular weight by-products include, for example, δ-hexanolactone, 2,6-diisopropylphenol, and the like.

ブタジエンを連続的に生産できることから、生成物排出配管4は、2以上の分岐を有することが好ましい。生成物排出配管4が分岐を有することで、分岐した配管に第2~第4のフィルターを設け、上記副生成物をトラップできる。分岐の数の上限は特に限定されないが、例えば、10とされる。 Since butadiene can be continuously produced, the product discharge pipe 4 preferably has two or more branches. Since the product discharge pipe 4 has branches, the second to fourth filters can be provided in the branched pipes to trap the above-mentioned by-products. Although the upper limit of the number of branches is not particularly limited, it is set to 10, for example.

第2のフィルター8の厚さは、例えば、1mm以上が好ましい。第2のフィルター8の厚さが上記下限値以上であると、副生成物を効率的にトラップできる。第2のフィルター8の厚さは特に限定されないが、例えば、1cmとされる。
第3のフィルター9の厚さは、第2のフィルター8の厚さと同様である。
第4のフィルター10の厚さは、第2のフィルター8の厚さと同様である。
The thickness of the second filter 8 is preferably 1 mm or more, for example. When the thickness of the second filter 8 is equal to or greater than the above lower limit, by-products can be efficiently trapped. Although the thickness of the second filter 8 is not particularly limited, it is, for example, 1 cm.
The thickness of the third filter 9 is similar to the thickness of the second filter 8 .
The thickness of the fourth filter 10 is similar to the thickness of the second filter 8 .

本明細書において、メッシュサイズとは、フィルターのメッシュにおける開口内寸の部分を意味する。 As used herein, the mesh size means the inner size of the openings in the mesh of the filter.

≪ブタジエン製造方法≫
本発明のブタジエン製造方法は、本実施形態のブタジエン製造用触媒を用いて、エタノールを含む原料からブタジエンを製造する方法である。本実施形態において、製造対象であるブタジエンは、特に限定されないが、1,3-ブタジエンが好ましい。
≪Butadiene production method≫
The method for producing butadiene of the present invention is a method for producing butadiene from a raw material containing ethanol using the catalyst for producing butadiene of the present embodiment. In the present embodiment, butadiene to be produced is not particularly limited, but 1,3-butadiene is preferred.

以下、上述のブタジエン製造装置100を用いてブタジエンを製造する方法を説明する。
まず、温度制御部5及び圧力制御部6を作動して反応管1内を任意の温度及び任意の圧力とする。
任意の温度としては、例えば、50~500℃が挙げられる。
任意の圧力としては、例えば、0~1.0MPaGが挙げられる。
A method for producing butadiene using the above-described butadiene production apparatus 100 will be described below.
First, the temperature control unit 5 and the pressure control unit 6 are operated to set the inside of the reaction tube 1 to an arbitrary temperature and an arbitrary pressure.
Optional temperatures include, for example, 50 to 500.degree.
Arbitrary pressures include, for example, 0 to 1.0 MPaG.

次に、ガス化された原料を原料供給配管3から反応管1内に供給する。
原料は、ブタジエンに変換され得る物質であり、少なくともエタノールを含む。原料は、例えば、エタノール、又はエタノール及びアセトアルデヒドが好ましい。
本実施形態のブタジエン製造方法は、本実施形態のブタジエン製造用触媒に、エタノールを含む原料を接触させ、ブタジエンを生成する工程(生成工程)を有する。
原料とブタジエン製造用触媒とを接触させる態様は、特に限定されず、例えば、反応管1内のブタジエン製造用触媒を含む触媒層2に原料をガスとして通流させ、ブタジエン製造用触媒を含む触媒層2と原料とを接触させる態様が例示できる。
Next, the gasified raw material is supplied into the reaction tube 1 from the raw material supply pipe 3 .
The feedstock is a substance that can be converted to butadiene and includes at least ethanol. The raw material is preferably ethanol, or ethanol and acetaldehyde, for example.
The method for producing butadiene of the present embodiment has a step of bringing a raw material containing ethanol into contact with the catalyst for producing butadiene of the present embodiment to produce butadiene (production step).
The manner in which the raw material is brought into contact with the butadiene-producing catalyst is not particularly limited. A mode of contacting the layer 2 with the raw material can be exemplified.

反応管1内に供給された原料は、触媒層2を通流し、ブタジエン製造用触媒と接触し、反応する。
反応温度としては、例えば、300~400℃が挙げられる。
反応圧力としては、例えば、0~0.5MPaGが挙げられる。
The raw material supplied into the reaction tube 1 flows through the catalyst layer 2, contacts with the butadiene production catalyst, and reacts.
Examples of the reaction temperature include 300 to 400°C.
Examples of the reaction pressure include 0 to 0.5 MPaG.

ブタジエン製造用触媒を含む触媒層2に対する原料のガス空間速度(Gas Hourly Space Velocity:GHSV)は、標準状態換算で、0.1~10000h-1が好ましく、100~5000h-1がより好ましく、200~4000h-1がさらに好ましく、400~3000h-1が特に好ましい。GHSVが上記下限値以上であると、エタノールを含む原料の処理能力が高くなる。GHSVが上記上限値以下であると、ブタジエンの収率が向上する。
上記GHSVは、原料がアセトアルデヒドを含まない場合は、触媒層2に含まれるブタジエン製造用触媒の体積に対するエタノールのGHSVであり、原料がアセトアルデヒドを含む場合は、触媒層2に含まれるブタジエン製造用触媒の体積に対するエタノールとアルデヒドの合計のGHSVを意味する。
以下、本明細書において、GHSVは、標準状態換算の値を意味する。
The gas hourly space velocity (GHSV) of the raw material with respect to the catalyst layer 2 containing the catalyst for producing butadiene is preferably 0.1 to 10000 h -1 , more preferably 100 to 5000 h -1 , and 200 in terms of standard conditions. ~4000 h -1 is more preferred, and 400 to 3000 h -1 is particularly preferred. When the GHSV is equal to or higher than the above lower limit, the processing capacity for raw materials containing ethanol increases. When the GHSV is equal to or less than the above upper limit, the yield of butadiene is improved.
The above GHSV is the GHSV of ethanol with respect to the volume of the butadiene production catalyst contained in the catalyst layer 2 when the raw material does not contain acetaldehyde, and the butadiene production catalyst contained in the catalyst layer 2 when the raw material contains acetaldehyde. means the GHSV of the sum of ethanol and aldehydes per volume of .
Hereinafter, in this specification, GHSV means a value in terms of standard conditions.

反応管1内で反応した原料から、ブタジエンが得られる(生成工程)。ブタジエンを含む生成ガスは、生成物排出配管4から排出される。 Butadiene is obtained from the reacted raw materials in the reaction tube 1 (production step). A product gas containing butadiene is discharged from the product discharge pipe 4 .

生成ガスには、エタノール、ブタジエンの他、アセトアルデヒド、プロピレン、エチレン等の化合物が含まれていてもよい。
ブタジエンを含む生成ガスに対しては、必要に応じて気液分離や蒸留精製等の精製を行い、未反応の原料や副生物を除去する。
The generated gas may contain compounds such as acetaldehyde, propylene, and ethylene in addition to ethanol and butadiene.
The generated gas containing butadiene is subjected to purification such as gas-liquid separation and distillation purification as necessary to remove unreacted raw materials and by-products.

反応管1内の触媒は、第1のフィルター7によって反応管1内に固定されていてもよい。この場合、生成ガスとともに排出されたブタジエン製造用触媒の欠片は、第2のフィルター8、第3のフィルター9、第4のフィルター10で捕集される。また、反応管1内の触媒が固定されている場合、触媒層2の下端から下流側に位置する第2のフィルター8、第3のフィルター9、及び第4のフィルター10により触媒の欠片が捕集される。これら複数のフィルターを設置することで、触媒欠片を段階的に捕集することができ、配管の閉塞を防止することができる。また、第2~第4のフィルターは、1つであってもよい。すなわち、第3のフィルター9及び第4のフィルター10を備えない形態であってもよい。 The catalyst inside the reaction tube 1 may be fixed inside the reaction tube 1 by a first filter 7 . In this case, fragments of the butadiene production catalyst discharged together with the generated gas are collected by the second filter 8, the third filter 9 and the fourth filter 10. FIG. When the catalyst in the reaction tube 1 is fixed, the second filter 8, the third filter 9, and the fourth filter 10 located downstream from the lower end of the catalyst layer 2 catch fragments of the catalyst. be collected. By installing a plurality of these filters, catalyst fragments can be collected step by step, and clogging of pipes can be prevented. Also, the number of the second to fourth filters may be one. That is, a configuration without the third filter 9 and the fourth filter 10 may be used.

本実施形態のブタジエン製造方法は、触媒再生工程を有していてもよい。
触媒再生工程は、所定の温度で、酸素を含むガスをブタジエン製造用触媒に接触させて、ブタジエン製造用触媒を再生する工程である。
触媒再生工程では、例えば、酸素を含むガスを原料供給配管3から反応管1内に供給する。反応管1内において酸素を含むガスがブタジエン製造用触媒に接触して、炭素質が燃焼し、触媒が再生される。
触媒を再生する際の反応管1内の温度としては、例えば、450~550℃が挙げられる。
触媒を再生する際の反応管1内の圧力としては、例えば、0~10MPaGが挙げられる。
The method for producing butadiene of the present embodiment may have a catalyst regeneration step.
The catalyst regeneration step is a step of bringing an oxygen-containing gas into contact with the butadiene-producing catalyst at a predetermined temperature to regenerate the butadiene-producing catalyst.
In the catalyst regeneration step, for example, a gas containing oxygen is supplied into the reaction tube 1 from the raw material supply pipe 3 . In the reaction tube 1, gas containing oxygen comes into contact with the catalyst for producing butadiene, the carbonaceous matter is burned, and the catalyst is regenerated.
The temperature inside the reaction tube 1 when regenerating the catalyst is, for example, 450 to 550.degree.
The pressure inside the reaction tube 1 when regenerating the catalyst is, for example, 0 to 10 MPaG.

ブタジエン製造用触媒を含む触媒層2に対する酸素を含むガスのGHSVは、酸素換算で0.02~10000h-1が好ましく、20~5000h-1がより好ましく、20~4000h-1がさらに好ましく、80~3000h-1が特に好ましい。GHSVが上記下限値以上であると、触媒再生が好適に進行する。GHSVが上記上限値以下であると、再生時の発熱が抑制され、ブタジエン製造用触媒の劣化を抑制しやすい。 The GHSV of the oxygen-containing gas with respect to the catalyst layer 2 containing the catalyst for producing butadiene is preferably 0.02 to 10000 h -1 , more preferably 20 to 5000 h -1 , further preferably 20 to 4000 h -1 in terms of oxygen, and 80 ˜3000 h −1 is particularly preferred. When the GHSV is equal to or higher than the above lower limit, catalyst regeneration proceeds favorably. When the GHSV is equal to or less than the above upper limit, heat generation during regeneration is suppressed, and deterioration of the catalyst for producing butadiene is easily suppressed.

燃焼によって生成した排ガスは、生成物排出配管4から排出される。
排ガスともに反応管から排出されたブタジエン製造用触媒の欠片は、第1のフィルター7、第2のフィルター8、第3のフィルター9、第4のフィルター10で捕集される。
Exhaust gas generated by combustion is discharged from the product discharge pipe 4 .
Fragments of the butadiene-producing catalyst discharged from the reaction tube together with the exhaust gas are collected by the first filter 7 , the second filter 8 , the third filter 9 and the fourth filter 10 .

本実施形態のブタジエン製造用触媒によれば、特定の平均粒子径を有し、特定の平均真球度を有するため、ブタジエン製造用触媒同士が面接触ではなく、点接触する。したがって、充填状態が均一になりやすいため、原料の偏流が発生しにくくなる。さらに触媒同士の固着も抑制される。その結果、ブタジエンの生産性のばらつきを抑制できる。
加えて、本実施形態のブタジエン製造用触媒によれば、特定の平均粒子径を有し、特定の平均真球度を有するため、配管とブタジエン製造用触媒との固着が抑制される。このため、触媒交換時に配管の洗浄が容易となり、メンテナンス性が向上する。
According to the butadiene-producing catalyst of the present embodiment, since it has a specific average particle size and a specific average sphericity, the butadiene-producing catalysts are in point contact, not surface contact. Therefore, since the filling state tends to be uniform, it becomes difficult for the raw material to flow unevenly. Furthermore, adhesion between catalysts is also suppressed. As a result, variations in productivity of butadiene can be suppressed.
In addition, the catalyst for producing butadiene of the present embodiment has a specific average particle size and a specific average sphericity, so sticking between the pipe and the catalyst for producing butadiene is suppressed. Therefore, it becomes easy to wash the pipes when replacing the catalyst, and the maintainability is improved.

本実施形態のブタジエン製造用触媒によれば、特定の安息角を有するため、充分な流動性を確保でき、反応管内におけるブタジエン製造用触媒の充填率を高められる。このため、ブタジエンの製造効率をより高められる。 According to the catalyst for producing butadiene of the present embodiment, since it has a specific angle of repose, sufficient fluidity can be ensured, and the filling rate of the catalyst for producing butadiene in the reaction tube can be increased. Therefore, the production efficiency of butadiene can be further improved.

本実施形態のブタジエン製造用触媒によれば、特定の圧壊強度を有するため、ブタジエン製造用触媒が破壊されにくくなり、反応管及び反応管以降の配管の一部を閉塞しにくくなる。結果として、圧力損失、原料の偏流が発生しにくくなり、ブタジエンの製造効率が向上する。 Since the butadiene-producing catalyst of the present embodiment has a specific crushing strength, the butadiene-producing catalyst is less likely to be broken, and the reaction tube and a portion of the piping subsequent to the reaction tube are less likely to be clogged. As a result, pressure loss and drift of the raw material are less likely to occur, and the production efficiency of butadiene is improved.

次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[ブタジエン製造用触媒の製造]
[実施例1]
まず、7gの塩化酸化ジルコニウム八水和物(ZrClO・8HO:株式会社高純度化学研究所製)と、0.014gの塩化ハフニウム(HfCl:株式会社高純度化学研究所製)とを、水200mLに溶解して、溶液を調製した。
次に、この溶液を、4.0gの多孔質担体(富士シリシア化学株式会社製のシリカ多孔質粒子、平均粒径:1.75mm、平均細孔直径:10nm、全細孔容積:1.01mL/g、比表面積:283m/g、平均真球度0.93)に滴下した。
次に、多孔質担体が浸漬された溶液を、大気圧下、超音波洗浄機で、3時間攪拌した後、濾過により溶液を分離した。
回収された多孔質体を110℃で4時間乾燥した後、さらに400℃で4.5時間焼成して、触媒を製造した。
[Production of catalyst for producing butadiene]
[Example 1]
First, 7 g of zirconium chloride oxide octahydrate (ZrCl 2 O.8H 2 O: manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) and 0.014 g of hafnium chloride (HfCl 4 : manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was dissolved in 200 mL of water to prepare a solution.
Next, this solution was added to 4.0 g of a porous carrier (silica porous particles manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., average particle size: 1.75 mm, average pore diameter: 10 nm, total pore volume: 1.01 mL /g, specific surface area: 283 m 2 /g, average sphericity 0.93).
Next, the solution in which the porous carrier was immersed was stirred under atmospheric pressure with an ultrasonic cleaner for 3 hours, and then the solution was separated by filtration.
The recovered porous material was dried at 110° C. for 4 hours and then calcined at 400° C. for 4.5 hours to produce a catalyst.

[実施例2]
多孔質担体として、富士シリシア化学株式会社製のシリカ多孔質粒子(平均粒径:2.85mm、平均細孔直径:10nm、全細孔容積:1.01mL/g、比表面積:283m/g、平均真球度0.89)の担体を用いた以外は、実施例1と同様の方法で触媒を製造した。
[Example 2]
As a porous carrier, silica porous particles manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd. (average particle size: 2.85 mm, average pore diameter: 10 nm, total pore volume: 1.01 mL / g, specific surface area: 283 m 2 /g A catalyst was produced in the same manner as in Example 1, except that a carrier having an average sphericity of 0.89 was used.

[実施例3]
焼成時間を8時間とした以外は、実施例1と同様の方法で触媒を製造した。
[Example 3]
A catalyst was produced in the same manner as in Example 1, except that the calcination time was 8 hours.

[比較例1]
多孔質担体として、富士シリシア化学株式会社製の円柱状のシリカ多孔質粒子(円柱の直径1.62mm、平均真球度0.34)の担体を用いた以外は、実施例1と同様の方法で触媒を製造した。
[Comparative Example 1]
The same method as in Example 1 except that a support of cylindrical silica porous particles (column diameter 1.62 mm, average sphericity 0.34) manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd. was used as the porous support. to prepare the catalyst.

[比較例2]
多孔質担体として、富士シリシア化学株式会社製の円柱状のシリカ多孔質粒子(円柱の直径3.61mm、平均真球度0.77)の担体を用いた以外は、実施例1と同様の方法で触媒を製造した。
得られた各例のブタジエン製造用触媒について、以下の各測定・評価を行った。結果を表1に併記する。
[Comparative Example 2]
The same method as in Example 1, except that a columnar silica porous particle carrier manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd. (column diameter: 3.61 mm, average sphericity: 0.77) was used as the porous carrier. to prepare the catalyst.
The following measurements and evaluations were performed on the obtained catalysts for producing butadiene of each example. The results are also shown in Table 1.

[ブタジエン製造用触媒の物性分析]
1.平均粒子径の測定
ブタジエン製造用触媒の粒子径は、光学顕微鏡(キーエンス社製、デジタルマイクロスコープ VHX-2000)により、ブタジエン製造用触媒の粒子の長径及び短径を測定することにより求めた。無作為に選択した50個のブタジエン製造用触媒の粒子の粒子径を求め、それらの平均を平均粒子径とした。
2.平均真球度の測定
上記平均粒子径の測定で求めた「長径」及び「短径」から、ブタジエン製造用触媒の真球度を求めた。無作為に選択した50個のブタジエン製造用触媒の粒子の真球度を求め、それらの平均を平均真球度とした。
3.安息角の測定
平らな円筒状の台座(直径6cm)上において、内径5cmの円筒状の補助治具を設置し、補助治具の中に30gのブタジエン製造用触媒を入れた。補助治具を鉛直上向きに移動させ、台座から撤去した。このとき、形成されたブタジエン製造用触媒の山が、自発的に崩れることなく安定を保った状態で、台座上の水平面と、前記山の斜面とのなす角度(鋭角)を分度器で測定した。
4.平均圧壊強度の測定
ブタジエン製造用触媒の圧壊強度は、JISZ8841:1993に準拠して測定した。無作為に選択した50個のブタジエン製造用触媒の粒子の圧壊強度を測定し、それらの平均を平均圧壊強度とした。
[Analysis of physical properties of catalyst for producing butadiene]
1. Measurement of Average Particle Size The particle size of the catalyst for producing butadiene was obtained by measuring the major diameter and minor diameter of the particles of the catalyst for producing butadiene with an optical microscope (manufactured by Keyence Corporation, Digital Microscope VHX-2000). The particle diameters of 50 randomly selected catalyst particles for butadiene production were obtained, and the average of them was taken as the average particle diameter.
2. Measurement of Average Sphericality The sphericity of the catalyst for producing butadiene was determined from the "major axis" and "minor axis" determined by the measurement of the average particle size. The sphericity of 50 randomly selected catalyst particles for producing butadiene was obtained, and the average of them was taken as the average sphericity.
3. Measurement of Angle of Repose A cylindrical auxiliary jig with an inner diameter of 5 cm was placed on a flat cylindrical pedestal (6 cm in diameter), and 30 g of a catalyst for producing butadiene was placed in the auxiliary jig. The auxiliary jig was moved vertically upward and removed from the pedestal. At this time, the angle (acute angle) formed between the horizontal plane on the pedestal and the slope of the mountain was measured with a protractor in a state in which the formed catalyst mountain for producing butadiene remained stable without spontaneously collapsing.
4. Measurement of average crushing strength The crushing strength of the catalyst for producing butadiene was measured according to JISZ8841:1993. The crushing strength of 50 randomly selected butadiene-producing catalyst particles was measured, and the average thereof was taken as the average crushing strength.

[充填性の評価]
各例のブタジエン製造用触媒30gを、鉛直に立てた状態の100mLのメスシリンダーに入れ、充填面の高さを測定した(充填操作)。充填操作を10回行い、充填面の高さが最低値(10回のうちの高さの最低値)に比べて、2%以上の増加が見られた場合を「充填の不具合」とし、充填の不具合の回数をカウントした。下記評価基準に基づいて、充填性の評価を行った。充填の不具合の回数が少ないほど、充填性に優れる。
《評価基準》
◎:充填の不具合の回数が0回。
○:充填の不具合の回数が1回。
△:充填の不具合の回数が2回。
×:充填の不具合の回数が3回以上。
[Evaluation of fillability]
30 g of the catalyst for producing butadiene of each example was put into a 100 mL graduated cylinder placed vertically, and the height of the filling surface was measured (filling operation). When the filling operation is performed 10 times and the height of the filling surface is increased by 2% or more compared to the minimum value (minimum value of height among 10 times), it is regarded as "filling failure". counted the number of failures. Fillability was evaluated based on the following evaluation criteria. The smaller the number of filling failures, the better the filling properties.
"Evaluation criteria"
⊚: The number of filling failures is 0.
◯: The number of filling failures was 1.
Δ: The number of filling failures was 2.
x: The number of filling failures is 3 or more.

Figure 2023046749000001
Figure 2023046749000001

表1に示すように、本発明を適用した実施例1~3は、充填の不具合の回数が「0回」で、充填性に優れることが分かった。
これに対して、触媒の形状が球状ではない比較例1は、充填の不具合の回数が「3回」だった。触媒の形状が球状ではない比較例2は、充填の不具合の回数が「4回」だった。このことは、比較例1~2は、充填性に劣り、原料となる気体の流量がばらつき、ブタジエンの生産性にばらつきが生じることを意味する。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 3 to which the present invention was applied, the number of filling failures was "0", indicating excellent filling properties.
On the other hand, in Comparative Example 1, in which the shape of the catalyst was not spherical, the number of filling failures was "3". In Comparative Example 2, in which the shape of the catalyst was not spherical, the number of filling failures was "4". This means that in Comparative Examples 1 and 2, the filling property is inferior, the flow rate of the raw material gas varies, and the productivity of butadiene varies.

本発明によれば、ブタジエンの生産性のばらつきを抑制できることがわかった。 According to the present invention, it was found that variations in productivity of butadiene can be suppressed.

1 反応管
2 触媒層
3 原料供給配管
4 生成物排出配管
5 温度制御部
6 圧力制御部
7 第1のフィルター
8 第2のフィルター
9 第3のフィルター
10 第4のフィルター
100 ブタジエンの製造装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 reaction tube 2 catalyst layer 3 raw material supply pipe 4 product discharge pipe 5 temperature control section 6 pressure control section 7 first filter 8 second filter 9 third filter 10 fourth filter 100 butadiene manufacturing apparatus

Claims (8)

エタノールを含む原料からブタジエンを製造するブタジエン製造方法に用いられるブタジエン製造用触媒であって、
球状の粒子の群であり、
平均粒子径が1~8mmであり、平均真球度が0.89以上1以下である、ブタジエン製造用触媒。
A butadiene production catalyst used in a butadiene production method for producing butadiene from a raw material containing ethanol,
a group of spherical particles,
A catalyst for producing butadiene, having an average particle diameter of 1 to 8 mm and an average sphericity of 0.89 or more and 1 or less.
安息角が20°以下である、請求項1に記載のブタジエン製造用触媒。 2. The catalyst for producing butadiene according to claim 1, which has an angle of repose of 20° or less. 平均圧壊強度が10~150[N]である、請求項1又は2に記載のブタジエン製造用触媒。 3. The catalyst for producing butadiene according to claim 1, which has an average crushing strength of 10 to 150 [N]. 請求項1~3のいずれか一項に記載のブタジエン製造用触媒が充填された反応管と、生成物排出配管と、第1のフィルターとを備えるブタジエンの製造装置であって、
前記生成物排出配管は、前記反応管の出口と接続され、
前記第1のフィルターは、前記反応管と前記生成物排出配管との接続部に位置し、
前記第1のフィルターのメッシュサイズは、前記平均粒子径の50%以下である、ブタジエンの製造装置。
A butadiene production apparatus comprising a reaction tube filled with the butadiene production catalyst according to any one of claims 1 to 3, a product discharge pipe, and a first filter,
The product discharge pipe is connected to the outlet of the reaction tube,
The first filter is located at a connection portion between the reaction tube and the product discharge pipe,
The apparatus for producing butadiene, wherein the mesh size of the first filter is 50% or less of the average particle size.
さらに第2のフィルターを備え、
前記第2のフィルターは、前記生成物排出配管内で前記第1のフィルターよりも下流に位置し、
前記第2のフィルターのメッシュサイズは、前記平均粒子径の25%以下である、請求項4に記載のブタジエンの製造装置。
further comprising a second filter,
The second filter is located downstream of the first filter in the product discharge pipe,
5. The apparatus for producing butadiene according to claim 4, wherein the mesh size of said second filter is 25% or less of said average particle diameter.
さらに第3のフィルターを備え、
前記第3のフィルターは、前記生成物排出配管内で前記第2のフィルターよりも下流に位置し、
前記第3のフィルターのメッシュサイズは、前記ブタジエン製造用触媒が割れた際の破片の平均粒子径の70%以下である、請求項5に記載のブタジエンの製造装置。
further comprising a third filter,
The third filter is located downstream of the second filter in the product discharge pipe,
6. The apparatus for producing butadiene according to claim 5, wherein the mesh size of said third filter is 70% or less of the average particle diameter of fragments when said catalyst for producing butadiene is cracked.
請求項1~3のいずれか一項に記載のブタジエン製造用触媒に、エタノールを含む原料を接触させ、ブタジエンを生成する工程を有する、ブタジエン製造方法。 A method for producing butadiene, comprising the step of bringing a raw material containing ethanol into contact with the catalyst for producing butadiene according to any one of claims 1 to 3 to produce butadiene. 請求項4~6のいずれか一項に記載のブタジエンの製造装置を用いて、エタノールを含む原料からブタジエンを製造するブタジエン製造方法であって、
前記反応管に前記原料を供給し、前記ブタジエン製造用触媒に、前記原料を接触させ、ブタジエンを生成する工程を有する、ブタジエンの製造方法。
A butadiene production method for producing butadiene from a raw material containing ethanol using the butadiene production apparatus according to any one of claims 4 to 6,
A method for producing butadiene, comprising a step of supplying the raw material to the reaction tube and bringing the raw material into contact with the catalyst for producing butadiene to produce butadiene.
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