JP2024048691A - Catalyst and method for producing butadiene - Google Patents

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俊明 谷池
ピンディ ジャヤクマル テジキラン
宣利 柳橋
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Abstract

【課題】エタノールを原料としてブタジエンをより高い収率(エタノールの転化率及び/又はブタジエンの選択率)で製造し得る触媒、及びかかる触媒を使用したブタジエンの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様によれば、エタノールから、直接、ブタジエンを製造するのに使用される触媒が提供される。この触媒における触媒は、触媒活性を示す活性成分を有する。活性成分は、周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む。【選択図】なし[Problem] To provide a catalyst capable of producing butadiene at a higher yield (ethanol conversion rate and/or butadiene selectivity) using ethanol as a raw material, and a method for producing butadiene using such a catalyst. [Solution] According to one aspect of the present invention, a catalyst used for producing butadiene directly from ethanol is provided. The catalyst in this catalyst has an active component that exhibits catalytic activity. The active component includes element A selected from the elements belonging to Group 3 of the periodic table, element B selected from the elements belonging to Group 4 of the periodic table, element C selected from the elements belonging to Group 12 of the periodic table, and element D selected from the elements belonging to Groups 5 and 11 of the periodic table. [Selected Figure] None

Description

本発明は、触媒及びブタジエンの製造方法に関し、より詳しくは、エタノールから直接ブタジエンを製造し得る触媒、及びかかる触媒を使用したブタジエンの製造方法に関する。 The present invention relates to a catalyst and a method for producing butadiene, and more specifically to a catalyst capable of producing butadiene directly from ethanol, and a method for producing butadiene using such a catalyst.

近年、合成ゴムの原料として有用なブタジエンを、エタノールから製造することが検討されている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載の触媒は、金属(A)と金属(B)と金属(C)とを担体に担持してなる固体触媒である。かかる固体触媒は、金属(A)が、第12族から選択される金属であり、金属(B)が、第4族から選択される金属であり、金属(C)が、第2族、スカンジウム、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、第6族、第7族、第9族、パラジウム、及び第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属である。
In recent years, the production of butadiene, which is useful as a raw material for synthetic rubber, from ethanol has been investigated (see Patent Document 1).
The catalyst described in Patent Document 1 is a solid catalyst in which metal (A), metal (B) and metal (C) are supported on a carrier. In this solid catalyst, metal (A) is a metal selected from Group 12, metal (B) is a metal selected from Group 4, and metal (C) is at least one metal selected from the group consisting of Group 2, scandium, cerium, neodymium, gadolinium, Group 6, Group 7, Group 9, palladium, and Group 13.

特開2020-998号公報JP 2020-998 A

特許文献1に記載の触媒でも、比較的高い収率でブタジエンを製造し得るが、さらにブタジエンの流率の高い触媒の開発が求められている。
本発明では上記事情に鑑み、エタノールを原料としてブタジエンをより高い収率(エタノールの転化率及び/又はブタジエンの選択率)で製造し得る触媒、及びかかる触媒を使用したブタジエンの製造方法を提供することとした。
Although the catalyst described in Patent Document 1 can produce butadiene in a relatively high yield, there is a demand for the development of a catalyst that can produce butadiene at an even higher flow rate.
In view of the above circumstances, the present invention provides a catalyst capable of producing butadiene in a higher yield (ethanol conversion rate and/or butadiene selectivity) using ethanol as a raw material, and a method for producing butadiene using such a catalyst.

本発明の一態様によれば、エタノールから、直接、ブタジエンを製造するのに使用される触媒が提供される。この触媒における触媒は、触媒活性を示す活性成分を有する。活性成分は、周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む。 According to one aspect of the present invention, a catalyst is provided for use in producing butadiene directly from ethanol. The catalyst in this catalyst has an active component that exhibits catalytic activity. The active component includes element A selected from the elements belonging to Group 3 of the periodic table, element B selected from the elements belonging to Group 4 of the periodic table, element C selected from the elements belonging to Group 12 of the periodic table, and element D selected from the elements belonging to Groups 5 and 11 of the periodic table.

かかる態様によれば、より高い収率でエタノールから、直接、ブタジエンを製造することができる。 According to this embodiment, butadiene can be produced directly from ethanol with a higher yield.

以下、本発明の触媒及びブタジエンの製造方法について、好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
1.1 触媒
本発明の触媒は、エタノールから、直接、ブタジエンを製造するのに使用される(すなわち、本発明のブタジエンの製造方法に使用される)。
この際、好ましくは、本発明の触媒を反応管に充填してなる反応床(反応容器)に、エタノールを含むガスを通過させることにより、エタノールが、直接、ブタジエンに変換される。
The catalyst and the method for producing butadiene of the present invention will be described in detail below based on preferred embodiments.
1.1 Catalyst The catalyst of the present invention is used to produce butadiene directly from ethanol (i.e., it is used in the method for producing butadiene of the present invention).
In this case, preferably, ethanol is directly converted into butadiene by passing a gas containing ethanol through a reaction bed (reaction vessel) in which the catalyst of the present invention is packed in a reaction tube.

本発明の触媒は、触媒活性を示す活性成分(触媒成分)を有する。
この活性成分は、周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む。
かかる元素A~Dを含む触媒によれば、十分に高い収率で、エタノールからブタジエンを製造することができる。
The catalyst of the present invention has an active component (catalytic component) that exhibits catalytic activity.
The active ingredient comprises element A selected from the elements belonging to Group 3 of the periodic table, element B selected from the elements belonging to Group 4 of the periodic table, element C selected from the elements belonging to Group 12 of the periodic table, and element D selected from the elements belonging to Groups 5 and 11 of the periodic table.
The catalyst containing these elements A to D makes it possible to produce butadiene from ethanol in a sufficiently high yield.

ここで、エタノールからのブタジエンの収率は、エタノールが他の化合物に転化された割合(エタノールの転化率)×転化された他の化合物に占めるブタジエンの割合(ブタジエンの選択率)により計算される値である。
したがって、ブタジエンの収率が高いとは、エタノールの転化率が高い場合、ブタジエンの選択率が高い場合、エタノールの転化率及びブタジエンの選択率の双方が高い場合のいずれをも含む。
Here, the yield of butadiene from ethanol is a value calculated by multiplying the ratio of ethanol converted to other compounds (ethanol conversion rate) by the ratio of butadiene to the other converted compounds (butadiene selectivity).
Therefore, a high yield of butadiene includes any of the cases where the ethanol conversion is high, the selectivity of butadiene is high, and both the conversion of ethanol and the selectivity of butadiene are high.

[元素A]
元素Aは、周期表の第3族に属する元素から選択される元素である。なお、以下では、「周期表の第X族に属する元素」を、単に「第X族元素」と記載する。
第3族元素としては、例えば、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第3族元素としては、イットリウム、ランタンが好ましい。
[Element A]
The element A is an element selected from the elements belonging to Group 3 of the periodic table. In the following, an "element belonging to Group X of the periodic table" will be simply referred to as an "element of Group X".
Examples of Group 3 elements include scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), samarium (Sm), and gadolinium (Gd).
Among these, yttrium and lanthanum are preferred as the Group 3 elements since they provide a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれるイットリウムの量は、2モル%以上25モル%以下であることが好ましく、7モル%以上25モル%以下であることがより好ましい。
活性成分に含まれるランタンの量は、0モル%以上20モル%以下であることが好ましく、0モル%以上13モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上12モル%以下であることがさらに好ましく、0モル%以上10モル%以下であることが特に好ましい。
また、活性成分に含まれる第3族元素の量は、9モル%以上32%モル%以下であることが好ましく、9モル%以上29モル%以下であることがより好ましい、14モル%以上29モル%以下であることがさらに好ましく、14モル%以上25モル%以下であることが特に好ましい。
The amount of yttrium contained in the active component is preferably 2 mol % or more and 25 mol % or less, and more preferably 7 mol % or more and 25 mol % or less.
The amount of lanthanum contained in the active ingredient is preferably 0 mol% or more and 20 mol% or less, more preferably 0 mol% or more and 13 mol% or less, even more preferably 0 mol% or more and 12 mol% or less, and particularly preferably 0 mol% or more and 10 mol% or less.
The amount of Group 3 element contained in the active ingredient is preferably 9 mol% or more and 32 mol% or less, more preferably 9 mol% or more and 29 mol% or less, even more preferably 14 mol% or more and 29 mol% or less, and particularly preferably 14 mol% or more and 25 mol% or less.

[元素B]
元素Bは、第4族元素から選択される元素である。
第4族元素としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第4族元素としては、ジルコニウム、ハフニウムが好ましい。
[Element B]
The element B is an element selected from the Group 4 elements.
Examples of Group 4 elements include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).
Among these, zirconium and hafnium are preferred as the Group 4 elements since they provide a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれるジルコニウムの量は、0モル%以上33モル%以下であることが好ましく、0モル%以上18モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上14モル%以下であることがさらに好ましい。
活性成分に含まれるハフニウムの量は、0モル%以上24モル%以下であることが好ましく、7モル%以上24モル%以下であることがより好ましい。
また、活性成分に含まれる第4族元素の量は、4モル%以上42モル%以下であることが好ましく、7モル%以上38モル%以下であることがより好ましく、7モル%以上32モル%以下であることがさらに好ましく、7モル%以上27モル%以下であることが特に好ましい。
The amount of zirconium contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 33 mol % or less, more preferably 0 mol % or more and 18 mol % or less, and even more preferably 0 mol % or more and 14 mol % or less.
The amount of hafnium contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 24 mol % or less, and more preferably 7 mol % or more and 24 mol % or less.
The amount of the Group 4 element contained in the active component is preferably 4 mol% or more and 42 mol% or less, more preferably 7 mol% or more and 38 mol% or less, even more preferably 7 mol% or more and 32 mol% or less, and particularly preferably 7 mol% or more and 27 mol% or less.

[元素C]
元素Cは、第12族元素から選択される元素である。
第12族元素としては、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第12族元素としては、亜鉛が好ましい。
[Element C]
The element C is an element selected from the Group 12 elements.
Examples of Group 12 elements include zinc (Zn), cadmium (Cd), and mercury (Hg).
Among these, zinc is preferred as the Group 12 element since it leads to a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれる亜鉛の量は、1モル%以上26モル%以下であることが好ましく、6モル%以上26モル%以下であることがより好ましく、6モル%以上16モル%以下であることがさらに好ましい。
また、活性成分に含まれる第12族元素の量は、1モル%以上26モル%以下であることが好ましく、6モル%以上26モル%以下であることがより好ましく、6モル%以上16モル%以下であることがさらに好ましい。
The amount of zinc contained in the active ingredient is preferably 1 mol % or more and 26 mol % or less, more preferably 6 mol % or more and 26 mol % or less, and even more preferably 6 mol % or more and 16 mol % or less.
The amount of the Group 12 element contained in the active component is preferably 1 mol % or more and 26 mol % or less, more preferably 6 mol % or more and 26 mol % or less, and even more preferably 6 mol % or more and 16 mol % or less.

なお、活性成分に含まれる元素A、元素B及び元素Cの合計量は、40モル%以上であることが好ましく、45モル%以上80モル%以下であることがより好ましく、50モル%以上75モル%以下であることがさらに好ましく、55モル%以上70モル%以下であることが特に好ましい。この場合、ブタジエンの収率(特に、エタノールの転化率)を更に高めることができる。 The total amount of element A, element B, and element C contained in the active ingredient is preferably 40 mol% or more, more preferably 45 mol% to 80 mol%, even more preferably 50 mol% to 75 mol%, and particularly preferably 55 mol% to 70 mol%. In this case, the butadiene yield (particularly the ethanol conversion rate) can be further increased.

[元素D]
元素Dは、第5族元素及び第11族元素から選択される元素である。
第5族元素としては、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等が挙げられる。
第11族元素としては、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第5族元素としては、ニオブが好ましく、第11族元素としては、銅、銀が好ましい。
[Element D]
The element D is an element selected from the group 5 elements and the group 11 elements.
Examples of Group 5 elements include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta).
Examples of Group 11 elements include copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au).
Among these, niobium is preferred as the Group 5 element, and copper and silver are preferred as the Group 11 elements, because the yield of butadiene is higher.

活性成分に含まれるニオブの量は、0モル%以上12モル%以下であることが好ましく、1モル%以上12モル%以下であることがより好ましい。
また、活性成分に含まれる第5族元素の量は、0モル%以上12モル%以下であることが好ましく、1モル%以上12モル%以下であることがより好ましい。
The amount of niobium contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 12 mol % or less, and more preferably 1 mol % or more and 12 mol % or less.
The amount of the Group 5 element contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 12 mol % or less, and more preferably 1 mol % or more and 12 mol % or less.

活性成分に含まれる銅の量は、0モル%以上20モル%以下であることが好ましく、5モル%以上8モル%以下であることがより好ましく、7モル%以上8モル%以下であることがさらに好ましい。
活性成分に含まれる銀の量は、0モル%以上12モル%以下であることが好ましく、0モル%以上7モル%以下であることがより好ましく、4モル%以上7モル%以下であることがさらに好ましい。
また、活性成分に含まれる第11族元素の量は、0モル%以上27モル%以下であることが好ましく、4モル%以上24モル%以下であることがより好ましく、7モル%以上15モル%以下であることがさらに好ましく、11モル%以上15モル%以下であることが特に好ましい。
The amount of copper contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 20 mol % or less, more preferably 5 mol % or more and 8 mol % or less, and even more preferably 7 mol % or more and 8 mol % or less.
The amount of silver contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 12 mol % or less, more preferably 0 mol % or more and 7 mol % or less, and even more preferably 4 mol % or more and 7 mol % or less.
The amount of the Group 11 element contained in the active component is preferably 0 mol% or more and 27 mol% or less, more preferably 4 mol% or more and 24 mol% or less, even more preferably 7 mol% or more and 15 mol% or less, and particularly preferably 11 mol% or more and 15 mol% or less.

[元素E]
ブタジエンの収率をさらに高める観点から、活性成分は、さらに、元素Eを含むことが好ましい。
元素Eは、第6族元素から選択される元素である。
第6族元素としては、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第6族元素としては、クロム、モリブデンが好ましい。
[Element E]
From the viewpoint of further increasing the yield of butadiene, it is preferable that the active component further contains element E.
The element E is an element selected from the Group 6 elements.
Examples of Group 6 elements include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).
Among these, chromium and molybdenum are preferred as the Group 6 elements since they provide a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれるクロムの量は、0モル%以上12モル%以下であることが好ましく、0モル%以上9モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上1モル%以下であることがさらに好ましい。
活性成分に含まれるモリブデンの量は、0モル%以上14モル%以下であることが好ましく、0モル%以上12モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上1モル%以下であることがさらに好ましい。
また、活性成分に含まれる第6族元素の量は、0モル%以上24モル%以下であることが好ましく、1モル%以上10モル%以下であることがより好ましく、1モル%以上2モル%以下であることがさらに好ましい。
The amount of chromium contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 12 mol % or less, more preferably 0 mol % or more and 9 mol % or less, and even more preferably 0 mol % or more and 1 mol % or less.
The amount of molybdenum contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 14 mol % or less, more preferably 0 mol % or more and 12 mol % or less, and even more preferably 0 mol % or more and 1 mol % or less.
The amount of the Group 6 element contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 24 mol % or less, more preferably 1 mol % or more and 10 mol % or less, and even more preferably 1 mol % or more and 2 mol % or less.

[元素F]
ブタジエンの収率をさらに高める観点から、活性成分は、さらに、元素Fを含むことが好ましい。
元素Fは、第2族元素から選択される元素である。
第2族元素としては、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第2族元素としては、マグネシウムが好ましい。
[Element F]
From the viewpoint of further increasing the yield of butadiene, it is preferable that the active component further contains the element F.
The element F is an element selected from the Group 2 elements.
Examples of Group 2 elements include beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba).
Among these, magnesium is preferred as the Group 2 element since it leads to a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれるマグネシウムの量は、0モル%以上26モル%以下であることが好ましく、8モル%以上26モル%以下であることがより好ましい。
また、活性成分に含まれる第2族元素の量は、0モル%以上26モル%以下であることが好ましく、8モル%以上26モル%以下であることがより好ましい。
The amount of magnesium contained in the active ingredient is preferably 0 mol % or more and 26 mol % or less, and more preferably 8 mol % or more and 26 mol % or less.
The amount of the Group 2 element contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 26 mol % or less, and more preferably 8 mol % or more and 26 mol % or less.

[元素G]
ブタジエンの収率をさらに高める観点から、活性成分は、さらに、元素Gを含むことが好ましい。
元素Gは、第13族元素から選択される元素である。
第13族元素としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)。タリウム(Tl)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第13族元素としては、アルミニウム、ガリウムが好ましい。
[Element G]
From the viewpoint of further increasing the yield of butadiene, it is preferable that the active component further contains element G.
The element G is an element selected from the Group 13 elements.
Examples of Group 13 elements include boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl).
Among these, aluminum and gallium are preferred as the Group 13 elements since they provide a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれるアルミニウムの量は、0モル%以上10モル%以下であることが好ましく、0モル%以上9モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上8モル%以下であることがさらに好ましく、0モル%以上7モル%以下であることが特に好ましい。
活性成分に含まれるガリウムの量は、0モル%以上43モル%以下であることが好ましく、0モル%以上8モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上2モル%以下であることがさらに好ましく、1モル%以上2モル%以下であることが特に好ましい。
また、活性成分に含まれる第13族元素の量は、0モル%以上47モル%以下であることが好ましく、0モル%以上13モル%以下であることがより好ましく、0モル%以上10モル%以下であることがさらに好ましく、2モル%以上4モル%以下であることが特に好ましい。
The amount of aluminum contained in the active component is preferably 0 mol% or more and 10 mol% or less, more preferably 0 mol% or more and 9 mol% or less, even more preferably 0 mol% or more and 8 mol% or less, and particularly preferably 0 mol% or more and 7 mol% or less.
The amount of gallium contained in the active ingredient is preferably 0 mol% or more and 43 mol% or less, more preferably 0 mol% or more and 8 mol% or less, even more preferably 0 mol% or more and 2 mol% or less, and particularly preferably 1 mol% or more and 2 mol% or less.
The amount of the Group 13 element contained in the active component is preferably 0 mol% or more and 47 mol% or less, more preferably 0 mol% or more and 13 mol% or less, even more preferably 0 mol% or more and 10 mol% or less, and particularly preferably 2 mol% or more and 4 mol% or less.

[元素H]
ブタジエンの収率をさらに高める観点から、活性成分は、さらに、元素Hを含むことが好ましい。
元素Hは、第10族元素から選択される元素である。
第10族元素としては、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等が挙げられる。
これらの中でも、ブタジエンの収率がより高くなることから、第10族元素としては、ニッケルが好ましい。
[Element H]
From the viewpoint of further increasing the yield of butadiene, it is preferable that the active component further contains the element H.
The element H is an element selected from the group 10 elements.
Examples of Group 10 elements include nickel (Ni), palladium (Pd), and platinum (Pt).
Among these, nickel is preferred as the Group 10 element since it leads to a higher yield of butadiene.

活性成分に含まれるニッケルの量は、0モル%以上16モル%以下であることが好ましく、0モル%以上8モル%以下であることがより好ましい。
また、活性成分に含まれる第10族元素の量は、0モル%以上16モル%以下であることが好ましく、0モル%以上8モル%以下であることがより好ましい。
The amount of nickel contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 16 mol % or less, and more preferably 0 mol % or more and 8 mol % or less.
The amount of the Group 10 element contained in the active component is preferably 0 mol % or more and 16 mol % or less, and more preferably 0 mol % or more and 8 mol % or less.

ブタジエンの収率が特に高い触媒が得られる元素の組み合わせとしては、
I:元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び/又は第11族元素)、元素E(第6族元素)、元素F(第2族元素)、及び元素G(第13族元素)の組み合わせ、
II:元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び/又は第11族元素)、元素E(第6族元素)、元素F(第2族元素)、元素G(第13族元素)、及び元素H(第10族元素)の組み合わせ、
III:元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び/又は第11族元素)、元素F(第2族元素)、及び元素G(第13族元素)の組み合わせ、
IV:元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び/又は第11族元素)、元素E(第6族元素)、元素G(第13族元素)、及び元素H(第10族元素)の組み合わせ、
V:元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び/又は第11族元素)、元素E(第6族元素)、元素F(第2族元素)、及び元素H(第10族元素)の組み合わせ、
が挙げられる。
The combination of elements that can produce a catalyst with a particularly high butadiene yield is as follows:
I: a combination of element A (Group 3 element), element B (Group 4 element), element C (Group 12 element), element D (Group 5 element and/or Group 11 element), element E (Group 6 element), element F (Group 2 element), and element G (Group 13 element);
II: a combination of element A (Group 3 element), element B (Group 4 element), element C (Group 12 element), element D (Group 5 element and/or Group 11 element), element E (Group 6 element), element F (Group 2 element), element G (Group 13 element), and element H (Group 10 element);
III: a combination of element A (Group 3 element), element B (Group 4 element), element C (Group 12 element), element D (Group 5 element and/or Group 11 element), element F (Group 2 element), and element G (Group 13 element);
IV: a combination of element A (Group 3 element), element B (Group 4 element), element C (Group 12 element), element D (Group 5 element and/or Group 11 element), element E (Group 6 element), element G (Group 13 element), and element H (Group 10 element);
V: a combination of element A (Group 3 element), element B (Group 4 element), element C (Group 12 element), element D (Group 5 element and/or Group 11 element), element E (Group 6 element), element F (Group 2 element), and element H (Group 10 element);
Examples include:

これらの中でも、元素の組み合わせとしては、II:元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び/又は第11族元素)、元素E(第6族元素)、元素F(第2族元素)、元素G(第13族元素)、及び元素H(第10族元素)の組み合わせが好ましく、元素A(第3族元素)、元素B(第4族元素)、元素C(第12族元素)、元素D(第5族元素及び第11族元素)、元素E(第6族元素)、元素F(第2族元素)、元素G(第13族元素)、及び元素H(第10族元素)の組み合わせがより好ましい。 Among these, the combination of elements is preferably the combination of II: element A (group 3 element), element B (group 4 element), element C (group 12 element), element D (group 5 element and/or group 11 element), element E (group 6 element), element F (group 2 element), element G (group 13 element), and element H (group 10 element), and more preferably the combination of element A (group 3 element), element B (group 4 element), element C (group 12 element), element D (group 5 element and group 11 element), element E (group 6 element), element F (group 2 element), element G (group 13 element), and element H (group 10 element).

活性成分に含まれる各元素の量は、以下の表1中において、1の範囲が好ましく、2の範囲がより好ましく、3の範囲がさらに好ましく、4の範囲が特に好ましく、5の範囲が最も好ましい。
なお、表1中「Y~Z」は、Y以上Z以下を示す。以降、同様である。
The amount of each element contained in the active ingredient is preferably in the range of 1, more preferably in the range of 2, even more preferably in the range of 3, particularly preferably in the range of 4, and most preferably in the range of 5 in Table 1 below.
In addition, "Y to Z" in Table 1 indicates Y or more and Z or less. The same applies hereinafter.

具体的な元素の組み合わせとしては、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ランタン(La)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)、ガリウム(Ga)、ニオブ(Nb)、及びモリブデン(Mo)の組み合わせが好適である。 Specific combinations of elements that are suitable include magnesium (Mg), zinc (Zn), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al), lanthanum (La), yttrium (Y), hafnium (Hf), zirconium (Zr), chromium (Cr), gallium (Ga), niobium (Nb), and molybdenum (Mo).

活性成分に含まれる各元素の量は、以下の表2中において、1の範囲が好ましく、2の範囲がより好ましく、3の範囲がさらに好ましく、4の範囲が特に好ましく、5の範囲が最も好ましい。
The amount of each element contained in the active ingredient is preferably in the range of 1, more preferably in the range of 2, even more preferably in the range of 3, particularly preferably in the range of 4, and most preferably in the range of 5 in Table 2 below.

本発明の触媒は、活性成分単独で構成されてもよいが、活性成分と活性成分を担持する担体とで構成されてもよい。この場合、触媒の形状保持性をより高めることができるとともに、触媒の比表面積も調整し易くなる。
触媒が担体を有する場合、担体1gに担持される活性成分の量(以下、「担持量」とも記載する。)は、1.05mmol以上1.56mmol以下であることが好ましく、1.05mmol以上1.47mmol以下であることがより好ましく、1.05mmol以上1.46mmol以下であることがさらに好ましい。活性成分が上記範囲の担持量(Loading)である触媒であれば、その高い形状保持性を維持しつつ、ブタジエンの収率をより向上させることができる。
The catalyst of the present invention may be composed of the active component alone, or may be composed of the active component and a carrier supporting the active component. In this case, the shape retention of the catalyst can be improved and the specific surface area of the catalyst can be easily adjusted.
When the catalyst has a carrier, the amount of the active component supported on 1 g of the carrier (hereinafter also referred to as "supported amount") is preferably 1.05 mmol to 1.56 mmol, more preferably 1.05 mmol to 1.47 mmol, and even more preferably 1.05 mmol to 1.46 mmol. If the catalyst has a loading amount (loading) of the active component within the above range, it is possible to further improve the yield of butadiene while maintaining its high shape retention.

担体の構成材料としては、エタノールを含むガスとの接触や反応条件等に応じて変性し難い化合物であればよく、特に限定されないが、例えば、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物のような無機材料、炭素材料(グラファイト、グラフェン等)等が挙げられる。
これらの中でも、担体としては、酸化物であることが好ましく、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)及びケイ素(Si)のうちの少なくとも1種を含む酸化物であることがより好ましく、酸化ケイ素であることがさらに好ましい。これらの酸化物は、熱に対する安定性が高く、かつ活性成分を安定的に担持し易いことから好ましい。
The constituent material of the carrier is not particularly limited as long as it is a compound that is not easily denatured in response to contact with a gas containing ethanol or reaction conditions, and examples of the material include inorganic materials such as oxides, nitrides, oxynitrides, and carbides, and carbon materials (graphite, graphene, etc.).
Among these, the support is preferably an oxide, more preferably an oxide containing at least one of magnesium (Mg), titanium (Ti), zirconium (Zr), aluminum (Al) and silicon (Si), and even more preferably silicon oxide. These oxides are preferred because they have high thermal stability and can easily support the active component stably.

担体は、緻密質体であってもよいが、多孔質体であることが好ましい。
この場合、担体の平均細孔直径は、2nm以上50nm以下であることが好ましく、2nm以上30nm以下であることがより好ましく、2nm以上15nm以下であることがさらに好ましい。この場合、活性成分の担持量を十分に高めて、触媒によるブタジエンの収率をより向上させることができる。
担体の全細孔容積は、0.1mL/g以上2mL/g以下であることが好ましく、0.5mL/g以上2mL/g以下であることがより好ましく、0.75mL/g以上2mL/g以下であることがさらに好ましい。この場合、触媒の内部にまでエタノールを含むガスを誘導することができ、エタノールと活性成分との接触面積を十分に確保して、ブタジエンの収率をより高めることができる。
The support may be a dense body, but is preferably a porous body.
In this case, the average pore diameter of the carrier is preferably 2 nm to 50 nm, more preferably 2 nm to 30 nm, and even more preferably 2 nm to 15 nm, in which case the amount of the active component supported can be sufficiently increased, and the yield of butadiene produced by the catalyst can be further improved.
The total pore volume of the carrier is preferably 0.1 mL/g or more and 2 mL/g or less, more preferably 0.5 mL/g or more and 2 mL/g or less, and even more preferably 0.75 mL/g or more and 2 mL/g or less. In this case, the ethanol-containing gas can be guided to the inside of the catalyst, and the contact area between the ethanol and the active component can be sufficiently secured, thereby further increasing the yield of butadiene.

また、担体のBET比表面積は、50m/g以上1200m/g以下であることが好ましく、50m/g以上1000m/g以下であることがより好ましく、100m/g以上1000m/g以下であることがさらに好ましい。BET比表面積が上記範囲内であれば、上記効果をより向上させることができる。
また、担体の形状としては、特に限定されないが、例えば、粒状が好ましい。
ここで、粒状とは、粉末状、粒子状、塊状、ペレット状等を含む概念であり、その形態も球状、板状、多角状、破砕状、柱状、針状、鱗片状等のいずれでもよい。
The BET specific surface area of the carrier is preferably 50 m2/g or more and 1200 m2 /g or less, more preferably 50 m2/g or more and 1000 m2 /g or less, and even more preferably 100 m2/g or more and 1000 m2/g or less. If the BET specific surface area is within the above range, the above effects can be further improved.
The shape of the carrier is not particularly limited, but is preferably, for example, granular.
Here, granular is a concept including powder, particle, lump, pellet, etc., and the form may be any of spherical, plate-like, polygonal, crushed, columnar, needle-like, and scale-like.

担体の平均粒径は、1μm以上10mm以下であることが好ましく、100μm以上10mm以下であることがより好ましく、100μm以上5mm以下であることがさらに好ましい。かかる平均粒径を有する触媒であれば、そのBET比表面積を上記範囲に調整し易い。
なお、本明細書において、平均粒径とは、電子顕微鏡で観察される一視野中の任意の200個の担体の粒径の平均値を意味する。この際、「粒径」とは、担体の輪郭線上の2点間の距離のうち最大の長さを意味する。なお、担体が柱状である場合、その端面の輪郭線上の2点間の距離のうち最大の長さを「粒径」とする。
また、平均粒径は、例えば、塊状などであり、一次粒子が凝集している場合には、二次粒子の平均粒径を意味する。
The average particle size of the carrier is preferably 1 μm to 10 mm, more preferably 100 μm to 10 mm, and even more preferably 100 μm to 5 mm. If the catalyst has such an average particle size, it is easy to adjust the BET specific surface area to the above range.
In this specification, the average particle size means the average particle size of 200 randomly selected carriers in one visual field observed under an electron microscope. In this case, the "particle size" means the maximum distance between two points on the contour line of the carrier. In addition, when the carrier is cylindrical, the maximum distance between two points on the contour line of the end face is taken as the "particle size".
Furthermore, the average particle size refers to the average particle size of secondary particles when the primary particles are aggregated, for example in a lump form.

本発明の触媒によるブタジエンの収率は、40%以上であることが好ましく、45%以上であることがより好ましく、50%以上であることがより好ましく、55%以上であることがさらに好ましく、60%以上であることがさらに好ましく、65%以上であることが特に好ましく、70%以上であることが最も好ましい。
なお、このように高いブタジエンの収率が得られる触媒は、これまでに見出されていない。
The yield of butadiene using the catalyst of the present invention is preferably 40% or more, more preferably 45% or more, more preferably 50% or more, even more preferably 55% or more, still more preferably 60% or more, particularly preferably 65% or more, and most preferably 70% or more.
Incidentally, no catalyst capable of producing such a high yield of butadiene has been found so far.

1.2 触媒の製造方法
次に、触媒の製造方法について説明する。
触媒の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、含侵法、ゾル-ゲル法、共沈法、固相法、水熱合成法等が挙げられる。
触媒は、一例として、例えば、次のようにして製造することができる。まず、活性成分を構成する元素(構成元素)の塩を適当な溶媒に溶解して溶液を調製する。次いで、この溶液に必要に応じて担体を添加した後、攪拌しながら加熱下に減圧乾燥することにより、金属塩を含侵させる。その後、必要に応じて上記加熱の温度より高温で乾燥し、更に焼成する。すなわち、本発明の触媒は、いわゆる含侵法により、容易かつ確実に製造することができる。
なお、溶液には、例えば、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、酒石酸、塩酸、硝酸又はこれらの混合物等を添加してもよい。
1.2 Method for Producing Catalyst Next, a method for producing the catalyst will be described.
The method for producing the catalyst is not particularly limited, but examples thereof include an impregnation method, a sol-gel method, a coprecipitation method, a solid phase method, and a hydrothermal synthesis method.
As an example, the catalyst can be produced as follows. First, a salt of an element (constituent element) constituting the active component is dissolved in a suitable solvent to prepare a solution. Next, a carrier is added to this solution as necessary, and the solution is dried under reduced pressure while being heated with stirring, thereby impregnating the metal salt. Thereafter, the solution is dried at a temperature higher than the heating temperature as necessary, and further calcined. That is, the catalyst of the present invention can be produced easily and reliably by the so-called impregnation method.
In addition, for example, citric acid, acetic acid, malic acid, tartaric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or a mixture thereof may be added to the solution.

構成元素の塩としては、例えば、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、水酸化物、炭酸塩又はこれらの複合物等が挙げられるが、これらの中でも硝酸塩、塩化物であることが好ましい。また、元素の塩には、必要に応じて、水和物を使用してもよい。
硝酸塩の場合、溶媒には、水が好適に使用される。塩化物の場合、溶媒には、例えば、エタノール等のアルコール類が好適に使用される。
Examples of salts of the constituent elements include nitrates, sulfates, chlorides, hydroxides, carbonates, and compounds thereof, among which nitrates and chlorides are preferred. Hydrates of the salts of the elements may also be used as needed.
In the case of nitrates, water is preferably used as the solvent, and in the case of chlorides, alcohols such as ethanol are preferably used as the solvent.

含侵時の温度(乾燥温度)は、好ましくは20℃以上150℃以下、より好ましくは50℃以上100℃以下である。溶媒が水の場合、乾燥温度は90℃程度であり、溶媒がエタノールの場合、70℃程度である。
また、含侵時の時間(乾燥時間)は、好ましくは0.5時間以上15時間以下、より好ましくは1時間以上10時間以下である。
このように乾燥することで、金属塩が含侵した担体を均一に乾燥させることができる。なお、乾燥は、大気圧下で行ってもよく、減圧下に行ってもよいが、減圧下に行うことが好ましい。
The temperature during impregnation (drying temperature) is preferably 20° C. or higher and 150° C. or lower, more preferably 50° C. or higher and 100° C. or lower. When the solvent is water, the drying temperature is about 90° C., and when the solvent is ethanol, the drying temperature is about 70° C.
The time for impregnation (drying time) is preferably from 0.5 hours to 15 hours, more preferably from 1 hour to 10 hours.
By drying in this manner, the support impregnated with the metal salt can be dried uniformly. The drying may be performed under atmospheric pressure or under reduced pressure, but is preferably performed under reduced pressure.

金属塩が含侵した担体の焼成時の温度(焼成温度)は、好ましくは200℃以上800℃以下、より好ましくは300℃以上600℃以下である。
金属塩が含侵した担体の焼成時の時間(焼成時間)は、好ましくは1時間以上24時間以下、より好ましくは1.5時間以上20時間以下である。金属塩は、焼成により活性成分に変換され得る。また、上記焼成条件で焼成すれば、活性成分(触媒)の過度の粒子成長を防ぐこともできる。
上記焼成温度に到達するまでは、昇温速度1℃/分以上20℃/分以下、好ましくは昇温速度2℃/分以上10℃/分以下で昇温するとよい。これにより、活性成分(触媒)の粒子の成長を促進させるとともに、結晶(粒子)の割れを回避することもできる。
The temperature during calcination of the carrier impregnated with the metal salt (calcination temperature) is preferably 200°C or higher and 800°C or lower, more preferably 300°C or higher and 600°C or lower.
The time for calcining the carrier impregnated with the metal salt (calcination time) is preferably 1 hour or more and 24 hours or less, more preferably 1.5 hours or more and 20 hours or less. The metal salt can be converted into an active component by calcination. Moreover, calcination under the above calcination conditions can prevent excessive particle growth of the active component (catalyst).
Until the calcination temperature is reached, the temperature is increased at a rate of 1° C./min to 20° C./min, preferably 2° C./min to 10° C./min, which promotes the growth of particles of the active component (catalyst) and also prevents cracking of the crystals (particles).

構成元素の塩の具体例としては、例えば、硝酸マグネシウム(II)六水和物、硝酸亜鉛六水和物、硝酸銅(II)三水和物、硝酸銀、硝酸ニッケル(II)六水和物、硝酸アルミニウム九水和物、硝酸ランタン(III)六水和物、硝酸イットリウム(III)六水和物、塩化ハフニウム(IV)、硝酸ジルコニウム二水和物、塩化ジルコニウム(IV)、オキシ塩化ジルコニウム八水和物、硝酸クロム(III)九水和物、塩化クロム(III)六水和物、硝酸ガリウム(III)、塩化ニオブ(V)、塩化モリブデン(V)等が挙げられる。 Specific examples of salts of the constituent elements include magnesium (II) nitrate hexahydrate, zinc nitrate hexahydrate, copper (II) nitrate trihydrate, silver nitrate, nickel (II) nitrate hexahydrate, aluminum nitrate nonahydrate, lanthanum (III) nitrate hexahydrate, yttrium (III) nitrate hexahydrate, hafnium (IV) chloride, zirconium nitrate dihydrate, zirconium (IV) chloride, zirconium oxychloride octahydrate, chromium (III) nitrate nonahydrate, chromium (III) chloride hexahydrate, gallium (III) nitrate, niobium (V) chloride, and molybdenum (V) chloride.

[ブタジエンの製造方法]
本発明のブタジエンの製造方法は、エタノールを触媒と接触させることにより、直接、ブタジエンを製造する方法である。具体的には、触媒を反応管に充填してなる反応床に、エタノールを含むガスを供給することにより行われる。
本発明のブタジエンの製造方法において使用される触媒は、触媒活性を示す活性成分を有している。この活性成分は、第3族元素から選択される元素Aと、第4族元素から選択される元素Bと、第12族元素から選択される元素Cと、第5族及び第11族元素から選択される元素Dとを含む。
なお、触媒についての好適な構成、形状及び特性等は、上述したのと同様である。
[Production method of butadiene]
The method for producing butadiene of the present invention is a method for directly producing butadiene by contacting ethanol with a catalyst. Specifically, the method is carried out by supplying a gas containing ethanol to a reaction bed in which a reaction tube is filled with the catalyst.
The catalyst used in the method for producing butadiene of the present invention has an active component exhibiting catalytic activity, which includes element A selected from the Group 3 elements, element B selected from the Group 4 elements, element C selected from the Group 12 elements, and element D selected from the Groups 5 and 11 elements.
The preferred configuration, shape, characteristics, etc. of the catalyst are the same as those described above.

エタノールを触媒に接触する際の温度(反応温度)は、200℃以上600℃以下であることが好ましく、300℃以上500℃以下であることがより好ましい。
供給するガスに含まれるエタノールの濃度は、5体積%以上20体積%以下であることが好ましい。
供給するガスの流速は、1mL/min以上30mL/min以下であることが好ましく、5mL/min以上25mL/min以下であることがより好ましい。
かかる条件に設定することにより、ブタジエンの収率を十分に高めることができる。
The temperature (reaction temperature) when ethanol is brought into contact with the catalyst is preferably 200°C or higher and 600°C or lower, and more preferably 300°C or higher and 500°C or lower.
The concentration of ethanol contained in the gas to be supplied is preferably 5% by volume or more and 20% by volume or less.
The flow rate of the gas to be supplied is preferably 1 mL/min or more and 30 mL/min or less, and more preferably 5 mL/min or more and 25 mL/min or less.
By setting such conditions, the yield of butadiene can be sufficiently increased.

以上のような本発明では、エタノールを原料としてブタジエンをより高い収率(エタノールの転化率及び/又はブタジエンの選択率)で製造し得る触媒、及びかかる触媒を使用したブタジエンの製造方法を提供することができる。
さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
As described above, the present invention can provide a catalyst capable of producing butadiene in a higher yield (ethanol conversion rate and/or butadiene selectivity) using ethanol as a raw material, and a method for producing butadiene using such a catalyst.
Furthermore, it may be provided in the following aspects:

(1)エタノールから、直接、ブタジエンを製造するのに使用される触媒であって、前記触媒は、触媒活性を示す活性成分を有し、前記活性成分は、周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む、触媒。 (1) A catalyst used to directly produce butadiene from ethanol, the catalyst having an active component exhibiting catalytic activity, the active component including element A selected from the elements belonging to Group 3 of the periodic table, element B selected from the elements belonging to Group 4 of the periodic table, element C selected from the elements belonging to Group 12 of the periodic table, and element D selected from the elements belonging to Groups 5 and 11 of the periodic table.

(2)上記(1)に記載の触媒において、前記活性成分に含まれる前記元素A、前記元素B及び前記元素Cの合計量は、40モル%以上である、触媒。 (2) The catalyst described in (1) above, in which the total amount of the element A, the element B, and the element C contained in the active component is 40 mol% or more.

(3)上記(1)又は(2)に記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素Eを含む、触媒。 (3) A catalyst according to (1) or (2) above, in which the active component further contains an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table.

(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第2族に属する元素から選択される元素Fを含む、触媒。 (4) A catalyst according to any one of (1) to (3) above, wherein the active component further contains element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table.

(5)上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第13族に属する元素から選択される元素Gを含む、触媒。 (5) A catalyst according to any one of (1) to (4) above, wherein the active component further contains an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table.

(6)上記(1)~(5)のいずれか1つに記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。 (6) A catalyst according to any one of (1) to (5) above, wherein the active component further contains an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.

(7)上記(1)に記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、及び周期表の第13族に属する元素から選択される元素Gを含む、触媒。 (7) In the catalyst described in (1) above, the active component further includes an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, and an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table.

(8)上記(1)に記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、周期表の第13族に属する元素から選択される元素G、及び周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。 (8) In the catalyst described in (1) above, the active component further includes an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table, and an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.

(9)上記(1)に記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、及び周期表の第13族に属する元素から選択される元素Gを含む、触媒。 (9) The catalyst according to (1) above, wherein the active component further comprises an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, and an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table.

(10)上記(1)に記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第13族に属する元素から選択される元素G、及び周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。 (10) In the catalyst described in (1) above, the active component further includes an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table, and an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.

(11)上記(1)に記載の触媒において、前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、及び周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。 (11) In the catalyst described in (1) above, the active component further includes an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, and an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.

(12)エタノールを触媒と接触させることにより、直接、ブタジエンを製造する製造方法であって、前記触媒は、触媒活性を示す活性成分を有し、前記活性成分は、周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む、ブタジエンの製造方法。
もちろん、この限りではない。
(12) A method for directly producing butadiene by contacting ethanol with a catalyst, the catalyst having an active component exhibiting catalytic activity, the active component including element A selected from the elements belonging to Group 3 of the periodic table, element B selected from the elements belonging to Group 4 of the periodic table, element C selected from the elements belonging to Group 12 of the periodic table, and element D selected from the elements belonging to Groups 5 and 11 of the periodic table.
Of course, this is not the case.

既述のとおり、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を何ら限定するものではない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 As mentioned above, various embodiments of the present invention have been described, but these are presented as examples and do not limit the scope of the invention in any way. The novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. The embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents set forth in the claims.

例えば、本発明の触媒及びブタジエンの製造方法は、上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成(工程)と置換されていてよく、一部の構成(工程)が省略されていてもよい。 For example, the catalyst and butadiene production method of the present invention may have any other additional configurations compared to the above-mentioned embodiments, may be replaced with any configurations (steps) that exhibit similar functions, and some configurations (steps) may be omitted.

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

1.触媒の製造
まず、構成元素の塩を、それぞれ所定量、計量した。
次いで、計量した構成元素の塩化物を、エタノール5mLに溶解して、溶液を調製した。
次に、この溶液に、多孔質担体としてシリカ粒子(平均粒径:2μm、平均細孔直径:9nm、全細孔容積:1.5mL/g、比表面積:550m/g)を添加し、50℃で2時間攪拌した。
その後、70℃で、4時間減圧乾燥した。
1. Preparation of Catalyst First, a predetermined amount of each of the salts of the constituent elements was weighed out.
Next, the weighed chlorides of the constituent elements were dissolved in 5 mL of ethanol to prepare a solution.
Next, silica particles (average particle size: 2 μm, average pore diameter: 9 nm, total pore volume: 1.5 mL/g, specific surface area: 550 m 2 /g) were added as a porous carrier to this solution, and the mixture was stirred at 50° C. for 2 hours.
Thereafter, the mixture was dried under reduced pressure at 70° C. for 4 hours.

次いで、計量した構成元素の硝酸塩を、水5mLに溶解して、溶液を調製した。
次に、この溶液に、前記4時間減圧乾燥した後の試料を添加し、50℃で2時間攪拌した。
その後、90℃で、4時間減圧乾燥した後、400℃で3時間焼成した。
以上のようにして、活性成分が担体に担持されてなる触媒を得た。
各触媒1~228の活性成分を構成する元素の比率は、表3~表12に示す通りである。
Next, the weighed nitrates of the constituent elements were dissolved in 5 mL of water to prepare a solution.
Next, the sample that had been dried under reduced pressure for 4 hours was added to this solution, and the mixture was stirred at 50° C. for 2 hours.
Thereafter, the mixture was dried under reduced pressure at 90° C. for 4 hours, and then calcined at 400° C. for 3 hours.
In this manner, a catalyst in which the active component was supported on the carrier was obtained.
The ratio of elements constituting the active components of each of Catalysts 1 to 228 is as shown in Tables 3 to 12.

2.ブタジエンの収率の評価
まず、円筒状をなすガラス製の反応管に、触媒を高さ2cmとなるように充填して反応床を作製した。
次に、反応床の温度を400℃とし、反応床の圧力を0.1MPaとし、酸素含有ガスを反応管に通過させる前処理を行った。
その後、反応温度を300℃以上400℃以下の温度に設定し、エタノールを含むガスを反応管に供給した。
2. Evaluation of butadiene yield First, a cylindrical glass reaction tube was filled with the catalyst to a height of 2 cm to prepare a reaction bed.
Next, the temperature of the reaction bed was set to 400° C., the pressure of the reaction bed was set to 0.1 MPa, and a pretreatment was carried out by passing an oxygen-containing gas through the reaction tube.
Thereafter, the reaction temperature was set to a temperature of 300° C. or more and 400° C. or less, and a gas containing ethanol was supplied to the reaction tube.

なお、反応管に供給するガスには、エタノールを不活性ガスで希釈した混合ガスを使用した。この混合ガスに含まれるエタノールの濃度は、9体積%、18体積%とし、混合ガスの流速は、2mL/分とした。なお、エタノールの濃度を18体積%に調製した混合ガスは、触媒226の評価に使用した。
そして、反応管から流出するガスを回収して、質量分析計により分析し、エタノールの転化率、ブタジエンの選択率、ブタジエンの収率をそれぞれ求めた。
その結果を、以下の表3~表12に示す。
触媒1~94の評価例は実施例に相当し、触媒95、128及び226の評価例は比較例に相当し、その他の評価例は参考例に相当する。
The gas supplied to the reaction tube was a mixed gas in which ethanol was diluted with an inert gas. The ethanol concentration in the mixed gas was 9% by volume and 18% by volume, and the flow rate of the mixed gas was 2 mL/min. The mixed gas with the ethanol concentration adjusted to 18% by volume was used to evaluate the catalyst 226.
The gas flowing out from the reaction tube was collected and analyzed by a mass spectrometer to determine the ethanol conversion rate, butadiene selectivity, and butadiene yield.
The results are shown in Tables 3 to 12 below.
The evaluation examples of catalysts 1 to 94 correspond to Examples, the evaluation examples of catalysts 95, 128 and 226 correspond to Comparative Examples, and the other evaluation examples correspond to Reference Examples.

本発明の触媒の効果を確認すべく、触媒1~3、24、27、45、62、63、95、128及び226の評価例の結果を、以下の表13にまとめて示す。 To confirm the effectiveness of the catalyst of the present invention, the results of evaluation examples of catalysts 1 to 3, 24, 27, 45, 62, 63, 95, 128 and 226 are summarized in Table 13 below.

表13に示すように、各実施例の触媒は、ブタジエンの収率が高かった。これに対して、各比較例の触媒は、ブタジエンの収率が低かった。
実施例の中でも、第5族元素又は第11族元素(元素D)を含有しない触媒(実施例7及び8)は、ブタジエンの収率が低くなる傾向を示した。
また、比較例の中でも、第4族元素を含有しない触媒(比較例3)は、ブタジエンの収率が極端に低下した。これは、第4族元素が触媒活性に重要な元素であることを示唆している。
As shown in Table 13, the catalyst of each Example had a high yield of butadiene. In contrast, the catalyst of each Comparative Example had a low yield of butadiene.
Among the Examples, the catalysts not containing a Group 5 element or a Group 11 element (element D) (Examples 7 and 8) tended to have a low yield of butadiene.
Furthermore, among the comparative examples, the catalyst not containing a Group 4 element (Comparative Example 3) showed an extremely low yield of butadiene, suggesting that the Group 4 element is an important element for catalytic activity.

Claims (12)

エタノールから、直接、ブタジエンを製造するのに使用される触媒であって、
前記触媒は、触媒活性を示す活性成分を有し、
前記活性成分は、
周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、
周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、
周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、
周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む、触媒。
A catalyst used for producing butadiene directly from ethanol, comprising:
The catalyst has an active component that exhibits catalytic activity,
The active ingredient is
an element A selected from the elements of group 3 of the periodic table;
an element B selected from the elements of group 4 of the periodic table;
an element C selected from the elements belonging to group 12 of the periodic table;
and element D selected from the elements belonging to groups 5 and 11 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分に含まれる前記元素A、前記元素B及び前記元素Cの合計量は、40モル%以上である、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
A catalyst, wherein the total amount of the element A, the element B and the element C contained in the active component is 40 mol % or more.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素Eを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
A catalyst, wherein the active component further comprises an element E selected from the elements belonging to group 6 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第2族に属する元素から選択される元素Fを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
A catalyst, wherein the active component further comprises an element F selected from the elements belonging to group 2 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第13族に属する元素から選択される元素Gを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
A catalyst, wherein the active component further comprises an element G selected from the elements belonging to group 13 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
A catalyst, wherein the active component further comprises an element H selected from the elements belonging to group 10 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、及び周期表の第13族に属する元素から選択される元素Gを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
The catalyst, wherein the active component further comprises an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, and an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、周期表の第13族に属する元素から選択される元素G、及び周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
The catalyst, wherein the active component further comprises an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table, and an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、及び周期表の第13族に属する元素から選択される元素Gを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
The catalyst, wherein the active component further comprises an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the Periodic Table, and an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the Periodic Table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第13族に属する元素から選択される元素G、及び周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
The catalyst, wherein the active component further comprises an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element G selected from the elements belonging to Group 13 of the periodic table, and an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.
請求項1に記載の触媒において、
前記活性成分は、さらに、周期表の第6族に属する元素から選択される元素E、周期表の第2族に属する元素から選択される元素F、及び周期表の第10族に属する元素から選択される元素Hを含む、触媒。
2. The catalyst according to claim 1 ,
The catalyst, wherein the active component further comprises an element E selected from the elements belonging to Group 6 of the periodic table, an element F selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table, and an element H selected from the elements belonging to Group 10 of the periodic table.
エタノールを触媒と接触させることにより、直接、ブタジエンを製造する製造方法であって、
前記触媒は、触媒活性を示す活性成分を有し、
前記活性成分は、
周期表の第3族に属する元素から選択される元素Aと、
周期表の第4族に属する元素から選択される元素Bと、
周期表の第12族に属する元素から選択される元素Cと、
周期表の第5族及び第11族に属する元素から選択される元素Dとを含む、ブタジエンの製造方法。
A process for directly producing butadiene by contacting ethanol with a catalyst, comprising the steps of:
The catalyst has an active component that exhibits catalytic activity,
The active ingredient is
an element A selected from the elements of group 3 of the periodic table;
an element B selected from the elements of group 4 of the periodic table;
an element C selected from the elements belonging to group 12 of the periodic table;
and element D selected from the elements belonging to groups 5 and 11 of the periodic table.
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