JP3469746B2 - アルミナ質多孔質担体の製造方法 - Google Patents

アルミナ質多孔質担体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は,触媒担体等として使用するアル
ミナ質多孔質担体の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】各種の化学反応の工業用触媒担体の一つと
してアルミナ質多孔質担体が知られている。上記アルミ
ナ質多孔質担体は以下に示すごとく製造することができ
る。アルミナ原料を押出成形し,例えば大きさ数mm程
度,重さ0.数g程度のラシヒリング状の成形体とな
す。上記成形体を焼成容器に充填する。上記焼成容器を
焼成炉に投入し,上記成形体を間接焼成する。焼成終了
後,上記焼成容器から焼成されたアルミナ質多孔質担体
を取り出す。
【0003】上記焼成において均一な物性を有するアル
ミナ質多孔質担体を得るためには,均一な温度で焼成す
ることが重要である。これを実現するために,単独炉で
あればコーナー・ジェット方式のバーナーを使用する方
法が知られている。
【0004】また,上記焼成容器を焼成用台車(後述の
図4参照)に積載し,該焼成用台車を適当な温度勾配
(後述の図5参照)を設けたトンネル中を走行させ,焼
成を行う方法が知られている(トンネル炉)。この方法
においては,焼成容器の形状を工夫するなどして,焼成
容器の内部全体が均一に加熱されるようにする。また,
焼成容器の焼成用台車への積層状態を工夫して,すべて
の焼成容器が均一に加熱されるようにする。
【0005】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来方法
には以下に示す問題がある。一つは,従来方法では高温
(1500℃以上)での焼成が困難であるため,炉内の
温度分布が充分均一とならないおそれがある。このた
め,従来方法では均一な物性を有するアルミナ質多孔質
担体を得ることが困難であった。
【0006】また,従来方法では高温焼成が困難である
ことから,焼成時間が非常に長くなってしまうという問
題があった。特に大容量の焼成炉ではおよそ70〜80
時間,場合によっては1週間〜10日という長時間の焼
成を必要としていた。
【0007】また,焼成炉内の温度制御のぶれ,原材料
の成分の不均一さ等(特に含有水分量)を原因として,
触媒担体としての性能が低いアルミナ質多孔質担体が製
造されてしまうことがある。この問題に対処するため
に,通常は焼成されたアルミナ質多孔質担体を試験し
て,その試験結果に基づいて焼成炉の温度調整,原材料
の成分調整を行っている。
【0008】しかし,焼成に80時間かかる場合には,
最低でも製造開始80時間後にしか上記調整作業を行う
ことができない。しかも,調整作業を行うまでの間,炉
には次々と成形体が投入され,焼成が行われてしまう。
この場合には,低性能又は不良なアルミナ質多孔質担体
が次々と生産されてしまうおそれがあった。よって,よ
り短時間で焼成が終了する製造方法が求められている。
【0009】本発明は,かかる問題点に鑑み,迅速に焼
成可能で,均一な物性を有し,直径が10〜100μm
の気孔を有する,酸化エチレン製造用触媒担体に用いる
α−アルミナ質多孔質担体の製造方法を提供しようとす
るものである。
【0010】
【課題の解決手段】請求項1の発明は,中心粒径35〜
55μm,Na2O含有量0.1重量%以下の低ソーダ
アルミナ二次粒子のα−アルミナ粉末92〜97重量部
ムライト質の無機結合剤3〜8重量部とからなるアル
ミナ原料100重量部に対し, カルボキシルメチルセ
ルロースを2.3〜4.0重量部添加して成形体とな
し,該成形体をローラーハースキルンを用いて温度15
20〜1560℃かつ5〜8時間で焼成することを特徴
とする酸化エチレン製造用触媒担体に用いるα−アルミ
ナ質多孔質担体の製造方法にある。
【0011】上記ローラハースキルンはトンネル炉の一
種で,後述の図1に示すごとく,トンネルと該トンネル
内に多数設けた被焼成物移送用のローラーとよりなる。
上記トンネル内には適当な温度勾配(後述の図1参照)
を付して該トンネル内を加熱する加熱手段が設けてあ
る。この加熱手段としては,液体燃料,ガス燃料の燃焼
によるもの,電熱によるもの等を挙げることができる。
【0012】上記ローラーハースキルンにおいて,被焼
成物(本発明においてはアルミナ原料より得られた成形
物である)は同方向に回転するローラーによって,トン
ネルの入口から出口まで移送される。この移送の間に被
焼成物は徐々に昇温され,次いで一定温度による焼成を
受け,徐々に降温されることとなる。
【0013】また,上記ローラーの回転状態は一定状態
に保持されていることが好ましい。これにより,上記ア
ルミナ原料よりなる成形物を常に一定速度で移送するこ
とができる。よって焼成の条件を常に一定とすることが
できる。なお,上記成形体を焼成容器に充填し,この焼
成容器をローラーハースキルンに投入し,間接焼成を行
うこともできる。
【0014】そして,上記温度が1520℃未満である
場合には,吸水率及び比表面積が大きくなり,所望の物
理的性質が得られず,触媒性能が低下し,かつ機械的強
度が低下するおそれがある。一方,温度が1560℃よ
り大である場合には,吸水率及び比表面積が過小とな
り,所望の物理的性質が得られず,触媒性能が低下する
おそれがある。また,高温による炉及び窯治具の劣化が
早くなるおそれがある。なお,この場合の温度とは,ロ
ーラーハースキルンの内部における最高温度であり,こ
の温度で成形体の焼成が行われる。
【0015】また,上記焼成の時間が5時間未満では,
脱脂及び機械的強度が不足するおそれがある。一方,8
時間を越えた場合には,ローラーの回転スピードが遅く
なるため,ローラーの曲がりや,生産量の低下が生じる
おそれがある。
【0016】上記アルミナ原料としては,アルミナ粉末
である低ソーダアルミナ二次粒子を92〜97重量部,
ムライト質の無機結合材を3〜8重量部の調合比で混合
したものを使用する。また,上記アルミナ原料に対し,
成形助剤,結合材,粘結材,気孔形成材等を添加するこ
ともできる。
【0017】本発明の作用につき,以下に説明する。本
発明の製造方法においては,ローラーハースキルンを使
用して上述した条件にかかる温度及び時間にて焼成を行
う。これにより,短時間で焼成を完了させることができ
る。
【0018】また,本発明の製造方法により得られたア
ルミナ質多孔質担体は物性のばらつきが少なく,触媒担
体として優れた性能を発揮することができる。なお,上
記物性としては,吸水率,比表面積,充填密度等(実施
形態例1参照)を挙げることができる。
【0019】以上のように,本発明によれば,迅速に焼
成可能で,均一な物性を有する,アルミナ質多孔質担体
の製造方法を提供することができる。
【0020】また,特に本発明においては,上記アルミ
ナ原料100重量部に対し,カルボキシルメチルセルロ
ースを2.3〜4.0重量部添加しているそのため
直径が10〜100μmの範囲に属する気孔を多く有
し,優れた酸化エチレン製造用触媒担体として使用可能
なアルミナ質多孔質担体を得ることができる(実施形態
例2参照)。
【0021】次に,請求項の発明のように,上記アル
ミナ原料100重量部に対して,気孔形成材を1〜15
重量部添加することが好ましい。これにより,上記と同
様に,直径が10〜100μmの範囲に属する気孔を多
く有し,優れた酸化エチレン製造用触媒担体として使用
可能なアルミナ質多孔質担体を得ることができる(実施
形態例2参照)。
【0022】なお,上記気孔形成材としてはクルミ粒を
使用することができる。また,このクルミ粒としては粒
径が125〜1000μmであるものを使用することが
好ましい。なお,上記気孔形成材としては,他にナッツ
殻,石油コークス,カーボン粉,グラファイト,ポリエ
チレン等を使用することができる。
【0023】次に,請求項の発明のように,上記アル
ミナ原料はアルミナ粉末と無機結合剤と溶融アルミナと
からなり,上記アルミナ原料100重量部中に上記溶融
アルミナは10〜25重量部含有されていることが好ま
しい。本請求項にかかる製造方法によれば,直径が10
〜100μmの範囲に属する気孔を多く有し,優れた酸
化エチレン製造用触媒担体としての使用可能なアルミナ
質多孔質担体を得ることができる(実施形態例2参
照)。なお,上記溶融アルミナとしては,粒径が125
〜500μmといった粒度の粗いものを使用することが
好ましい。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施形態例1 本発明の実施形態例にかかるアルミナ質多孔質担体の製
造方法及びこれにより得られたアルミナ質多孔質担体の
性能につき,図1〜図5を用いて説明する。本例のアル
ミナ質多孔質担体は,アルミナ粉末と無機結合剤からな
るアルミナ原料を成形体となし,該成形体をローラーハ
ースキルンを用いて温度1520℃,8時間で加熱する
ことにより製造される。
【0025】以下に詳細に説明する。低ソーダアルミナ
二次粒子92.6重量部とムライト質の無機結合材7.
4重量部とを混合し,アルミナ原料を作製した。なお,
上記低ソーダアルミナ二次粒子としては,Al2 3
99.7%以上,中心粒径35〜55μm,α−アルミ
ナ結晶径2〜4μm,Na2 O含有量0.1%以下であ
るものを使用した。また,上記ムライト質の無機結合材
としては,粒径8μm以下の粒子が全体の65%以上
(重量)を占めるものを使用した。
【0026】そして,上記アルミナ原料100重量部に
対し,成形助剤及び結合材としてカルボキシメチルセル
ロース2.0重量部,微結晶性セルロース1.0重量
部,ワックスエマルジョン10重量部,気孔形成材とし
てクルミ粒(粒度#60)5重量部,水を28重量部添
加した。
【0027】得られた調合物をニーダにより混練した
後,押出成形し,外形8mm×内径3mm×長さ8mm
のラシヒリング状の成形体を得た。この成形体を60〜
100℃で2時間乾燥した後,焼成容器に充填した。な
お,図3に示すごとく,上記焼成容器19は焼成用セッ
ター192に焼成用枠191を載置してなり,耐火物で
あるアルミナ,シリカより構成されている。
【0028】次に,ローラーハースキルンを用いた焼成
につき詳細に説明する。この焼成は最高焼成温度152
0℃,焼成時間8時間にて行った。また,この焼成にか
かるヒートカーブ(焼成温度と焼成時間との関係を示す
カーブ)を図5に示した。また,上記ローラーハースキ
ルン1は,図1に示すごとく,トンネル10と該トンネ
ル10内に多数設けた被焼成物移送用のローラー100
とよりなる。図2に示すごとく,上記ローラー100は
トンネル10内を貫通して配置され,上記トンネル10
外に設けた架台111,112により回動可能に支承さ
れている。
【0029】そして,上記トンネル10において,トン
ネル入口101より被焼成物が移送され,トンネル出口
102より焼成の済んだ被焼成物が送出される。本例に
おいては上記焼成容器19に充填された成形体が被焼成
物となる。
【0030】上記トンネル10は鋼板よりなるケーシン
グ109と耐火材料108よりなり,その断面は図2に
示すごとき形状を有する。トンネル10の下方はベース
・アングル118,脚・アングル119が設けてある。
また,上記トンネル10は予熱帯11,焼成帯12,冷
却帯13とよりなり,上記予熱帯11には予熱用温度調
節器A及び冷却装置16,入口側排気装置14が設けて
ある。上記焼成帯12には焼成用バーナーB及び焼成用
温度調節器Dが設けてある。上記冷却帯13には冷却用
温度調節器C,冷却装置16,出口側排気装置15が設
けてある。なお,上記入口側排気装置14及び出口側排
気装置15においては,排気ガス140,150をトン
ネル10の上方及び下方より図示を略した排気ファンを
用いて外部に排気する。
【0031】そして,上記予熱帯11においては図1に
かかる線図に示すごとき温度勾配が上記冷却装置16と
入口側排気装置14とダンパー17とによって実現され
ている。上記冷却装置16はローラー100と焼成容器
19との上方及び下方から冷風160を打ち込んで雰囲
気を必要な温度に制御する。また,入口側排気装置14
でガスを排出している量をそれぞれの位置のダンパー1
7で調節して必要な温度に制御する。
【0032】また,上記冷却帯13においても同様に冷
却装置16と出口側排気装置15とダンパー18とによ
り図1の線図にかかる温度勾配が実現されている。な
お,焼成用バーナーBにはガス燃料が使用されている。
【0033】以上にかかるローラーハースキルン1に対
し焼成容器19を一段積で投入し,トンネル10内を所
定の速度で移送する。上記焼成容器19はトンネル10
内を移送されることにより図1にかかるような温度勾配
を受けて加熱される。焼成容器19内の上記成形体は焼
成され,アルミナ質多孔質担体となる。以上により本例
にかかるアルミナ質多孔質担体を得た。
【0034】次に,本例にかかる製造方法(ローラーハ
ースキルンを利用)により得られたアルミナ質多孔質担
体と,従来方法(トンネル炉を利用)により得られたア
ルミナ質多孔質担体との性能について,比較説明する。
【0035】まず,上述したアルミナ原料より作製した
成形体を焼成容器に充填し,上述したごとくローラーハ
ースキルンを用いて焼成し,アルミナ質多孔質担体を得
た。この時の焼成条件について説明する。本例にかかる
アルミナ質多孔質担体の焼成は,表1〜表3に示すごと
く,最高焼成温度と焼成時間とを様々に組合わせて行っ
た。例えば最高焼成温度を1520℃,焼成時間は5時
間,6時間,7時間あるいは8時間で行った。それぞれ
の焼成において得られたアルミナ質多孔質担体の性能に
ついて,表1〜表3にまとめて記載した。
【0036】また,従来方法にかかるアルミナ質多孔質
担体は以下に示すごとく作製した。上述したアルミナ原
料より作製した成形体を焼成容器19に充填し,図4に
示すごとき焼成用台車90に,四段積,二列に配列し,
重油燃料による燃焼で加熱されたトンネル炉を利用して
焼成した。この焼成は酸化雰囲気下で行い,図5に示す
ごときヒートカーブとなるような条件で行った。
【0037】即ち,室温から1400℃まで30時間か
けて昇温し,1400℃から1470℃までは3時間か
けて昇温し,1470℃から1400℃まで3時間で降
温し,1400℃から室温まで40時間かけて冷却し
た。また,この焼成はトンネル炉中に適当な温度勾配を
設け,該温度勾配中を成形体を充填した焼成容器を搭載
した焼成用台車を一定速度で走行させることにより実現
した。以上により従来製造方法にかかるアルミナ質多孔
質担体を得た。このアルミナ質多孔質担体にかかる性能
を表1〜表3に記した。
【0038】また,上記アルミナ質多孔質担体の性能
は,表1〜表3に示すとごく,吸水率,比表面積,充填
密度について測定した。なお,上記測定は製造されたア
ルミナ質多孔質担体1トンについて行った。上記吸水率
はJIS R2205に準拠して測定した。上記比表面
積はN2 ガス BET法にて測定した。上記充填密度の
測定は,アルミナ質多孔質担体を1リットルメスシリン
ダーのすぐ上により約30秒間で静置充填し,1リット
ルメスシリンダーに充填された重量を測定することによ
り行った。
【0039】そして表1〜表3に示すごとく,本例にか
かるアルミナ質多孔質担体も従来技術にかかるアルミナ
質多孔質担体も共に吸水率,比表面積,充填密度に関し
て殆ど同程度の値を有することが分かった。このため,
いずれのアルミナ質多孔質担体を使用しても,触媒担体
としての性能は殆ど変わらないことが分かった。
【0040】即ち,吸水率がほぼ同じなので(これは細
孔容積がほぼ同じであることを意味する),触媒担体に
担持可能な触媒金属及び助触媒等の担持率が同程度であ
ることが分かった。また,比表面積が同じなので担持可
能な触媒量が,また,反応場となる担体表面の面積が,
それぞれほぼ等しいことが分かった。更に,充填密度が
ほぼ同じであるため,容積の等しい反応容器に上記担体
を充填した場合,充填量がほぼ同じとなることが分かっ
た。
【0041】そして,本例にかかるアルミナ質多孔質体
は吸水率,比表面積,充填密度の値のばらつきが殆どな
い。一方,トンネル炉を利用して作製した従来品は,吸
水率では最高4%,比表面積では0.2m2 /g,充填
密度では0.02kg/リットルのばらつきがあること
が分かった。
【0042】以上の測定結果により,本例にかかる製造
方法,即ちアルミナ原料よりなる成形体を温度1520
〜1560℃,5〜8時間で焼成することにより,従来
品と同性能のアルミナ質多孔質担体を製造できることが
分かった。そして,本例の製造方法は従来製法に比べて
焼成時間を大幅に短縮できるため,生産効率の向上,焼
成結果のフィードバックを利用した各種の調整作業を容
易とできることが分かった。また,本例の製造方法によ
り得られたアルミナ質多孔質担体は物性のばらつきが少
なく,触媒担体として優れた性能を発揮することができ
ることが分かった。
【0043】従って,本例によれば,迅速に焼成可能
で,均一な物性を有するアルミナ質多孔質担体を得るこ
とができる,アルミナ質多孔質担体の製造方法を提供す
ることができる。
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
【表3】
【0047】実施形態例2 本例は図6を用いて酸化エチレンの生成反応に使用可能
なアルミナ質多孔質担体の製造方法及びこれの性能につ
き説明する。本例にかかるアルミナ質多孔質担体も実施
形態例1と同様の方法にて製造されたものである。但
し,アルミナ原料に対し,カルボキシルメチルセルロー
ス,又は気孔形成材,あるいは溶融アルミナを添加す
る。
【0048】以下,詳細に説明する。実施形態例1にか
かるアルミナ原料100重量部に対し,カルボキシメチ
ルセルロースを2.9重量部,成形助剤及び結合材とし
て微結晶性セルロース1重量部,ワックスエマルジョン
10重量部,更に気孔形成材としてクルミ粒(粒度#6
0)5重量部,水を28重量部添加した。得られた調合
物を実施形態例1と同様の手順で成形物となし,ローラ
ーハースキルンを用いて温度1520℃,7時間で焼成
して,アルミナ質多孔質担体を得た。これを試料2−1
とする。
【0049】また,実施形態例1にかかるアルミナ原料
100重量部に対し,カルボキシメチルセルロースを
2.9重量部,成形助剤及び結合材として微結晶性セル
ロース0.6重量部,ワックスエマルジョン10重量
部,更に気孔形成材としてクルミ粒(粒度#60)2.
5重量部,クルミ粒(粒度#36)2.5重量部,水を
28重量部添加した。得られた調合物より上記と同様に
アルミナ質多孔質担体を作製した。これを試料2−2と
する。
【0050】また,実施形態例1と同様の低ソーダアル
ミナ二次粒子77.6重量部とムライト質の無機結合材
7.4重量部,更に溶融アルミナ(Al2 3 99.5
wt%以上,粒度#60,Na2 O含有量0.2wt%
以下)を15重量部添加して100重量部としたアルミ
ナ原料を作製した。このアルミナ原料100重量部に対
し,カルボキシメチルセルロースを2.9重量部,成形
助剤及び結合材としてメチルセルロース1重量部,ワッ
クスエマルジョン10重量部,更に気孔形成材としてク
ルミ粒(粒度#60)5重量部,水を28重量部添加し
た。得られた調合物より上記と同様にアルミナ質多孔質
担体を作製した。これを試料2−3とする。
【0051】また,実施形態例1にかかるアルミナ原料
100重量部に対し,カルボキシメチルセルロースを2
重量部,成形助剤及び結合材として微結晶性セルロース
1重量部,ワックスエマルジョン10重量部,更に気孔
形成材としてクルミ粒(粒度#60)5重量部,水を2
8重量部添加した。得られた調合物よりアルミナ質多孔
質担体を作製した。これを試料2−4とする。また,試
料2−4と同一の調合物を利用して,実施形態例1と同
様にトンネル炉を用いて比較試料C2−1を作製した。
【0052】得られた各試料,比較試料の吸水率,比表
面積,充填密度について,実施形態例1と同様の方法に
て測定し,表3,表4に記載した。また,見かけ気孔率
について,JIS R2205に準拠した方法にて測定
し,表4,表5に記載した。また,Na2 Oの含有率に
ついて,JIS R2212に準拠した方法にて測定
し,表4,表5に記載した。
【0053】更に,各試料及び比較試料を酸化エチレン
生成反応の触媒として使用した場合の性能について測定
した。即ち,酸化エチレン生成反応において,酸化エチ
レンに変化したエチレンのモル数α,反応したエチレン
のモル数βを測定した。そして上記測定値に基づいて,
選択率(%)=(α/β)×100を計算し,表4,表
5に記載した。なお,上記選択率は比較試料C2−1の
値を基準(0)として,この値に対する相対値を記載し
た。また,上記試料2−1〜4について,細孔径分布曲
線を水銀圧入法にて作製し,図6に記載した。
【0054】表4,表5によれば,本発明及び従来製造
方法であるトンネル炉を利用したアルミナ質多孔質担体
はいずれも吸水率,比表面積,充填密度,見掛け気孔
率,Na2 O含有率についてはほぼ同じ値を示した。し
かしながら,図6に示した細孔径分布曲線において10
〜100μmの範囲内にピークを有する試料2−1,2
はピークを持たない試料2−4と比較して選択率が高か
った。なお,上記範囲内になだらかなピークを有する試
料2−3は試料2−1,2と試料2−4との中間程度の
選択率を持っていた。
【0055】これにより,アルミナ原料にカルボキシル
メチルセルロースを微量添加する(試料2−1),アル
ミナ原料に粗い気孔形成材を添加する(試料2−2),
アルミナ原料として溶融アルミナを含有するものを使用
する(試料2−4)ことにより,細孔分布曲線において
10〜100μmの範囲内にピークを有するようなアル
ミナ質多孔質担体を製造することができ,この担体はエ
チレン反応触媒担体として優れた性能を発揮することが
分かった。
【0056】
【表4】
【0057】
【表5】
【0058】
【発明の効果】上記のごとく,本発明によれば,迅速に
焼成可能で,均一な物性を有するアルミナ質多孔質担体
を得ることができる,アルミナ質多孔質担体を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1にかかる,ローラーハースキルン
の構造を示す説明図及びトンネル内の温度勾配を示す線
図。
【図2】実施形態例1にかかる,ローラーハースキルン
の横断面を示す説明図。
【図3】実施形態例1にかかる,焼成容器の説明図。
【図4】実施形態例1にかかる,従来例にかかる試料を
作成する際の焼成容器の積層状態を示す説明図。
【図5】実施形態例1にかかる,本発明にかかる焼成の
ヒートカーブ及び従来方法にかかる焼成のヒートカーブ
を示す線図。
【図6】実施形態例2にかかる,試料2−1〜4にかか
るアルミナ質多孔質担体の細孔分布曲線を示す線図。
【符号の説明】
1...ローラーハースキルン,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−124855(JP,A) 特開 平6−199582(JP,A) 特開 平9−2884(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 38/00 - 38/10 C04B 35/00 - 35/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心粒径35〜55μm,Na2O含有
    量0.1重量%以下の低ソーダアルミナ二次粒子のα−
    アルミナ粉末92〜97重量部ムライト質の無機結合
    3〜8重量部とからなるアルミナ原料100重量部に
    対し, カルボキシルメチルセルロースを2.3〜4.0重量部
    添加して 成形体となし, 該成形体をローラーハースキルンを用いて温度1520
    〜1560℃かつ5〜8時間で焼成することを特徴とす
    酸化エチレン製造用触媒担体に用いるα−アルミナ質
    多孔質担体の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において,上記アルミナ原料1
    00重量部に対して,気孔形成材を1〜15重量部添加
    することを特徴とする酸化エチレン製造用触媒担体に用
    いるα−アルミナ質多孔質担体の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において,上記アルミナ原料は
    アルミナ粉末と無機結合剤と溶融アルミナとからなり, 上記アルミナ原料100重量部中に上記溶融アルミナは
    10〜25重量部含有されていることを特徴とする酸化
    エチレン製造用触媒担体に用いるα−アルミナ質多孔質
    担体の製造方法。
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