JP2594463B2 - 脱水素反応用触媒及びその製法 - Google Patents

脱水素反応用触媒及びその製法

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    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333Catalytic processes

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、脱水素反応用触媒、その製法に係る。さら
に、本発明は、直鎖状パラフィンを脱水素して直鎖状オ
レフィンを生成する脱水素反応における使用法にも係
る。
分子中に比較的多数の炭素原子(たとえば9以上)を
含有する直鎖状オレフィンは各種の分野で広く使用され
ている。たとえば、分子中に平均して炭素原子12個を含
有する直鎖状オレフィンは、直鎖状アルキル鎖を有する
アルキルベンゼンの製造で使用されている。これらアル
キルベンゼンは、生物学的に劣化され得る洗剤製造用の
重要な中間体である。
当分野では、直鎖状パラフィンの脱水素による直鎖状
オレフィンの製造に関する多くの方法が知られている。
これらの方法では、水素及び直鎖状パラフィンでなるガ
ス混合物を高温度、大気圧以上の圧力で脱水素反応用触
媒と接触させている。
かかる目的に適する触媒は、一般に、シリカ、アルミ
ナ、天然又は合成のシリコ−アルミネート(silico−al
uminate)等の担体に担持された白金又は白金族の金属
を含有する。
このような触媒がその脱水素活性を発揮する条件下で
は、パラフィン及び/又はオレフィンの熱分解、異性化
及び環化の如き多数の副反応が生ずる。さらに、脱水素
反応が進行して、モノオレフィンよりも大きい不飽和度
を有する生成物、たとえばジオレフィンが生成すること
もある。また、脱水素法で通常生ずる現象は、触媒がか
なり急速に不活性化することである。この現象は一般に
コークスの析出によって伴われ、触媒の寿命を短縮し、
工業的製法にとっての重大な不利益となる。
脱水素反応で発揮される活性及び選択性を改善するこ
とを目的として、従来から、白金又は白金族の金属を1
又はそれ以上の他の金属と組み合せてなる触媒組成物が
提案されている。
たとえば、米国特許第3,745,112号には、担体上に析
出された白金、スズ又はアルカリ金属を含有する脱水素
反応用触媒が開示されている。米国特許第3,892,657号
には、担体上に担持された白金、インジウム及びアルカ
リ金属又はアルカリ土類金属を含有する脱水素反応用触
媒が開示され、英国特許第1,499,297号には、白金、ア
ルカリ金属及びガリウム、インジウム及びタリウムから
選ばれる少なくとも1の元素を含有するアルミナ担持触
媒が開示されている。最後に米国特許第4,486,547号に
は、担体上に担持された白金族の元素、スズ、インジウ
ム及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有する触
媒が開示されている。
しかしながら、従来公知の触媒はすべての点(すなわ
ち、直鎖状パラフィンの脱水素反応で発揮される活性、
有用反応生成物への選択率及び長時間に亘ってこれら活
性及び選択性が持続されること)で必ずしも完全に満足
できるものではない。
発明者らは、白金に対し、相互に特定割合でスズ及び
タリウムを配合する場合、直鎖状パラフィンの直鎖状オ
レフィンへの脱水素反応において良好かつ持続的な活性
を発揮しうる触媒が得られることを見出し、本発明に至
った。
従って、本発明の第1の目的によれば、本発明は、触
媒の全重量に対して、白金0.05ないし1重量%、スズ0.
1ないし1重量%、タリウム0.1ないし1重量%及びアル
カリ金属0ないし1重量%を担持せしめた固状の粒状多
孔性担体からなり、スズ/タリウムの重量比が1/1以下
であり、白金/(スズ+タリウム)の重量比が0.15/1な
いし0.5/1であることを特徴とする脱水素反応触媒に係
る。
代表的な具体例では、本発明による触媒は、触媒の総
重量に対して、構成金属を1.0ないし2.5重量%の合計量
で含有し、各構成金属間において、スズ/タリウムの重
量比は0.4/1ないし0.8/1である。いくつかの場合におい
ては、触媒中にアルカリ金属が存在することが有利であ
る。従って、本発明の触媒は、白金、スズ及びタリウム
に加えてアルカリ金属を含有していてもよい。この場
合、白金/アルカリ金属の重量比が0.2/1ないし2.0/1で
あることが好適であり、原子量の小さいアルカリ金属に
関しては、より小さい重量比を選択する。アルカリ金属
の中でも、リチウムが好ましい。
本発明による触媒に適する担体は、大きい比表面積
(一般に100cm2/g以上)及び高い多孔度(一般に0.5ml/
g以上)を有する固状の粒状担体であり、通常、シリ
カ、アルミナ及び天然又は合成のシリコ−アルミネート
の中から選ばれる。
好適な担体は、比表面積100ないし400m2/g及び全孔容
積0.5ないし1.2ml/gを有するγ結晶形のアルミナであ
り、固定床反応器での使用に適するように粒状である。
触媒の調製法は次の如くして実施される。すなわち、 (a)担体に、水溶性でかつ高温で分解する白金、スズ
及びタリウムの化合物、特に塩及び酸の酸性(特に硝酸
酸性)水溶液を含浸させ、 (b)含浸せしめた担体を乾燥させ、 (c)必要な場合には、乾燥した担体にアルカリ金属水
酸化物を含浸させ、 (d)ダブル含浸処理せしめた担体を乾燥させ、 (e)乾燥した担体をか焼し、及び、 (f)か焼した触媒を還元する。
含浸工程(a)で使用できる化合物の例としては、ク
ロロ白金酸、塩化スズ及び硝酸タリウムである。
含浸は、攪拌しながら、常温(20−25℃)又はこれに
近い温度で操作して、上記水溶液を担体に供給すること
によって好適に行われる。含浸を1回の操作で実施する
ことができ、又は触媒構成金属の所望量が担持されるま
で、数回の連続する操作で実施することもできる。
乾燥工程(b)は、一般に含浸に使用した溶液の容量
が担体の全孔容積よりも大きい場合に必要であり、基本
的には過剰の溶媒(吸収されなかった溶媒)の除去を目
的とする。
このような乾燥工程は、空気流中、温度100−130℃で
有利に行われる。白金、スズ及びタリウム化合物の溶液
を使用して複数回で含浸を行う場合には、乾燥を複数回
行うことができる。
任意の工程(c)では、前述の方法に従って、アルカ
リ金属水酸化物の水溶液を使用して含浸を行い、この含
浸の後、前述の方法に従って乾燥工程(d)を行うこと
ができる。
か焼工程(e)では、空気流下で操作して、触媒を温
度450ないし550℃で2ないし8時間加熱することによ
り、か焼を行う。
還元工程(f)では、高温(350ないし500℃)、大気
圧又は大気圧よりも高い圧力下で操作して、か焼した触
媒を水素ガスと接触させることによって還元する。
好適な1具体例によれば、か焼工程(e)は、アルカ
リ金属水酸化物の含浸工程(c)の前に行われる。この
場合にも、本発明の目的に適合する触媒が得られる。
さらに他の具体例によれば、担体に、すべての触媒構
成金属の化合物(すなわち白金、スズ及びタリウムの化
合物に加えてアルカリ金属化合物をも含む)を含有する
水溶液を含浸させることもできる。この場合、工程
(c)及び(d)は省略される。
還元された触媒を、触媒中におけるイオウ/白金の原
子比が2/1又は2/1程度となる量のスルフィド化剤(たと
えば硫化水素)で処理することが有利である。この処理
は、脱水素反応の代表的な条件下(すなわち温度400な
いし500℃)、反応混合物と共に窒素で希釈した硫化水
素流を還元された触媒に供給して行われる。
このようにして最終的に得られた触媒は、直鎖状パラ
フィンの直鎖状オレフィンへの脱水素反応において高い
活性及び高い選択性を示し、これら特性は長期間に亘っ
て変化することなく保持される。
さらに詳述すれば、脱水素反応に供される直鎖状パラ
フィンは、分子中に炭素原子9個以上、たとえば炭素原
子9ないし20個、さらに好適には炭素原子10ないし14個
を含有するものである。
このようなパラフィンを、固定床反応器の触媒床とし
て充填した触媒に、水素と共にガス流として供給し(水
素/パラフィンのモル比1/1ないし15/1)、脱水素反応
を温度400ないし550℃、圧力好ましくは大気圧以上(0.
5ないし5kg/cm2)、空間速度(液状パラフィンの流量に
対して算定)5ないし100時間-1の条件で行う。
最後に、オレフィンを脱水素反応生成物から常法によ
って分離する。
以下の実施例は本発明を説明するためのものであり、
限定するものではない。
実施例1 下記特性を有する市販のγ−アルミナを触媒の担体と
して使用した。
比表面積 196m2/g 全孔容積 0.75ml/g 粒径 1.25−1.6mm このγ−アルミナ90gに、攪拌しながら、硝酸タリウ
ム(I)0.83g及び65%硝酸6gを原料として調製した水
溶液120mlをゆっくりと添加した。
溶液及び担体を、常温(20−25℃)で攪拌しながら1
時間接触させ、ついで、塊状物を空気流中、120℃に1
時間加熱して過剰の水性溶倍を実質的に完全に留去し
た。
別に、塩化スズ0.9g、クロロ白金酸(白金16重量%)
2.2g及び65%硝酸6gを含有する水溶液120mlを調製し
た。この溶液及び担体を、連続して攪拌しながら、常温
で1時間接触させ、温度120℃、空気流中でさらに1時
間接触させた。
このようにして得られた乾燥固状物を、マッフル炉内
において、空気流下、500℃、4時間でか焼した。
完了後、触媒を冷却させ、第1表に示す組成を有する
触媒を得た。
実施例2 実施例1に記載のようにして、ただしタリウム、スズ
及び白金の化合物を含浸させた後、乾燥担体に、水酸化
リチウム1.35gから調製した水溶液120mlを含浸させるこ
ととして操作を行った。
酸化リチウム溶液の含浸後、前記実施例1と同じ条件
下で操作して、触媒を乾燥、か焼した。第1表に示す組
成を有する触媒を得た。
実施例3 実施例1に記載の市販γ−アルミナ90gに、常温(20
−25℃)で攪拌しながら、硝酸タリウム(I)0.96g及
び65%硝酸6gを原料として調製した水溶液120mlをゆっ
くりと添加した。
常温(20−25℃)において連続して攪拌しながら1時
間接触させた後、塊状物を120℃に加熱し、空気中でこ
の温度に1時間維持した。
塩化スズ1.2g、クロロ白金酸(Pt 16重量%)3.1g及
び65%硝酸6gを含有する水溶液120mlを調製した。
常温で攪拌しながら、この溶液を乾燥した固状物にゆ
っくりと添加した。溶液及び固状物を、連続して攪拌し
ながら、常温で1時間接触させ、空気流中、120℃でさ
らに1時間接触させた。
このようにして得られた乾燥固状物を、マッフル炉に
おいて、空気流中、500℃で4時間か焼した。
その後、触媒を冷却させ、第1表に示す組成を有する
触媒を得た。
実施例4 前記実施例1ないし3で調製した触媒を、直鎖状オレ
フィンを生成する直鎖状パラフィンの脱水素反応テスト
で使用した。
この目的のため、各触媒6mlを固定床形管状ミクロ反
応器に導入し、温度400℃、圧力2kg/cm2、時間5時間で
操作して、水素流中で予め還元した。
ついで、各触媒を、S/Ptの原子比が2/1となるまでス
ルフィド化処理した。この目的のため、触媒に供給する
通常の脱水素反応混合物に加えて、硫化水素5容量%を
含有する窒素混合物を温度460℃、圧力2kg/cm2で触媒に
供給した。
これらの処理の完了後、脱水素反応器に、C10-13直鎖
状パラフィン、水素及び水のガス混合物(H2/直鎖状パ
ラフィンのモル比=5/1及び混合物中における水含量200
0ppm(重量基準))を供給して脱水素反応テストを開始
させた。
脱水素反応を、温度488℃、圧力2kg/cm2、空間速度
(液状パラフィン混合供給物に対して)25時間-1(液状
パラフィンの容量/触媒の容量・時間)で行った。
各テストを20時間行った。第2表は、実施例1ないし
3の各触媒に関する直鎖状パラフィンの変化率及びオレ
フィンの選択率(変化した直鎖状パラフィンに対して算
定)の平均値を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 5/333 6958−4H C07C 5/333 (72)発明者 ジゥセッペ・ベルッシ イタリー国ピアチェンザ市ビア・アルベ ルト・スコート 44

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直鎖状パラフィンを脱水素して直鎖状オレ
    フィンを生成する脱水素反応に活性な触媒において、該
    触媒の全重量に対して、白金0.05ないし1重量%、スズ
    0.1ないし1重量%、タリウム0.1ないし1重量%及びア
    ルカリ金属0ないし1重量%を担持せしめた固状の粒状
    多孔性担体からなり、スズ/タリウムの重量比が1/1以
    下であり、白金/(スズ+タリウム)の重量比が0.15/1
    ないし0.5/1であることを特徴とする、脱水素反応用触
    媒。
  2. 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、白金、ス
    ズ、タリウム及び場合によりアルカリ金属が該触媒に対
    して合計1.0ないし2.5重量%の量で存在し、触媒構成金
    属におけるスズ/タリウムの重量比が0.4/1ないし0.8/1
    であることを特徴とする、脱水素反応用触媒。
  3. 【請求項3】請求項1記載のものにおいて、白金/アル
    カリ金属の重量比が0.2/1ないし2.0/1であることを特徴
    とする、脱水素反応用触媒。
  4. 【請求項4】請求項3記載のものにおいて、アルカリ金
    属がリチウムであることを特徴とする、脱水素反応用触
    媒。
  5. 【請求項5】請求項1記載のものにおいて、前記担体
    が、比表面積100ないし400m2/g及び全孔容積0.5ないし
    1.2ml/gを有するγ−アルミナであることを特徴とす
    る、脱水素反応用触媒。
  6. 【請求項6】請求項1−5記載の脱水素反応用触媒の製
    法において、固状の粒状多孔性担体に、水溶性でかつ高
    温で分解する白金、スズ及びタリウムの化合物を含有す
    る硝酸酸性水溶液を含浸させ、このように処理し、任意
    に乾燥させた担体にアルカリ金属水酸化物の水溶液を含
    浸させ、任意に乾燥したダブル含浸処理担体を空気流
    中、温度350ないし450℃で2ないし8時間か焼し、この
    ようにして、得られた触媒を温度350ないし500℃におい
    て水素流と接触させることによって還元し、還元した触
    媒を温度400ないし500℃において硫化水素と接触させる
    ことによって任意にスルフィド化することを特徴とす
    る、脱水素反応用触媒の製法。
  7. 【請求項7】1分子当たり炭素原子9ないし20個を含有
    する直鎖状オレフィンの製法において、固定床反応器に
    充填した請求項1−5のいずれか1記載の触媒に、水素
    及び1分子当たり炭素原子9ないし20個を含有する直鎖
    状パラフィンでなるガス混合物(モル比1/1ないし15/
    1)を温度400ないし550℃、圧力0.5ないし5kg/cm2、空
    間速度(液状パラフィンに対して算定)5ないし100時
    -1で供給し、脱水素反応生成物から直鎖状オレフィン
    を回収することを特徴とする、直鎖状オレフィンの製
    法。
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