JP3994164B2 - Propylene oxide production method - Google Patents

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Description

プロピレンの気相直接酸化によるプロピレンオキシドの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing propylene oxide by vapor phase direct oxidation of propylene.

現在、プロピレンオキシドは主要な基幹化学品になっており、主としてポリエーテル、ポリオール及びプロピレングリコールの原料などとして広く利用されている。プロピレンオキシドの工業的製造法としては、主にクロロヒドリン法、過酸化物法が採用されているが、クロロヒドリン法では大量の塩化カルシウム及び有害な有機塩素化合物が副生する点、また、過酸化物法では副生するアルコール類の需要量に応じて経済性が変動する点が欠点として指摘されている。   Currently, propylene oxide has become a major basic chemical and is widely used mainly as a raw material for polyethers, polyols and propylene glycol. As industrial production methods for propylene oxide, the chlorohydrin method and the peroxide method are mainly used. However, the chlorohydrin method produces a large amount of calcium chloride and harmful organic chlorine compounds as by-products, and the peroxide. The law points out that the economy varies depending on the amount of alcohol produced as a by-product.

プロピレンオキシドを製造する理想的な反応はC+1/2O→COの反応式で示されるプロピレンと分子状酸素を原料とする直接エポキシ化法である。この反応は、エチレンと酸素からエチレンオキシドを合成する方法とは反応機構が異なり、酸素アニオンによる親核的攻撃によりアリル水素の引抜きが優先的に起こる傾向があるため、プロピレンオキシドを高選択率で得ることは極めて困難であることが知られている。 An ideal reaction for producing propylene oxide is a direct epoxidation method using propylene and molecular oxygen represented by a reaction formula of C 3 H 6 + 1 / 2O 2 → C 3 H 6 O as raw materials. This reaction is different from the method of synthesizing ethylene oxide from ethylene and oxygen. Propylene oxide is obtained with high selectivity because allylic hydrogen abstraction tends to occur preferentially by nucleophilic attack by oxygen anions. This is known to be extremely difficult.

従来、プロピレンの直接エポキシ化反応によりプロピレンオキシドを製造する方法に用いられる公知触媒は、銀系、硝酸塩溶融塩系及びチタン系の3種類に大別される。その銀系触媒の代表的な例としては、下記する文献(非特許文献1〜3、特許文献1参照)が挙げられ、また、硝酸塩溶融塩系触媒では、下記する文献(非特許文献4及び5、特許文献2参照)が挙げられる。さらに、アルカリ金属・重金属含有シリケートを硝酸アンモニウム及び/又はアンモニアの水溶液にてイオン交換処理した後、焼成して得られるシリケート担体に、硝酸塩及び/又は亜硝酸塩を担持させ、次いで水素ガス気流下に焼成させた触媒(特許文献4参照)、およびマイクロウェーブ照射して得られる触媒(特許文献5参照)などが提案されている。
さらに、チタン系触媒としては、下記する文献(非特許文献6及び7、特許文献3参照)などが知られており、なかでも、シリカ担持チタニアのような不均質触媒を用いたプロピレンのエポキシ化方法(特許文献3参照)が提案されている。
Conventionally, known catalysts used in a method for producing propylene oxide by direct epoxidation reaction of propylene are roughly classified into three types: silver-based, nitrate molten salt-based, and titanium-based. As typical examples of the silver-based catalyst, the following documents (see Non-patent Documents 1 to 3 and Patent Document 1) can be cited. 5, Patent Document 2). Furthermore, after the silicate containing alkali metal / heavy metal is ion-exchanged with an aqueous solution of ammonium nitrate and / or ammonia, the silicate carrier obtained by firing is supported with nitrate and / or nitrite, and then fired in a hydrogen gas stream There are proposed catalysts prepared (see Patent Document 4), catalysts obtained by microwave irradiation (see Patent Document 5), and the like.
Further, as titanium-based catalysts, the following documents (see Non-Patent Documents 6 and 7, Patent Document 3) are known, and among them, epoxidation of propylene using a heterogeneous catalyst such as silica-supported titania. A method (see Patent Document 3) has been proposed.

米国特許第4992567号明細書US Pat. No. 4,992,567 特開平7−97378号公報JP-A-7-97378 特表2002−508779号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-508779 特開平10−316669号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-316669 特開平10−314594号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-314594 Catal.Lett.58、p67−70、1999Catal. Lett. 58, p67-70, 1999 Applied Catalysis A:General 237、p11〜19、2002Applied Catalysis A: General 237, p11-19, 2002 Journal of Catalysis 207、p331〜340、2002Journal of Catalysis 207, p331-340, 2002 Appl.Catal.A:General 196、p217−224、2000Appl. Catal. A: General 196, p217-224, 2000 Catal.Today 71、p169−176、2001Catal. Today 71, p169-176, 2001 Chemical Communications 15、p1356〜1357、2001Chemical Communications 15, p 1356-1357, 2001. Fourth Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology(TOCAT4)2002、Program/Abstracts,p128Fourth Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT4) 2002, Program / Abstracts, p128

ところが、上記した銀触媒では、高価な銀を用いなければならないこと、共沈法などではアルカリ廃液や洗浄液を排出する調製法を用いる必要があることなどの欠点がある。また、溶融塩法では、爆発の恐れのある硝酸塩を多量に用いる必要があること、原料ガスとの接触効率が低いこと及び高転化率を達成するには25気圧という比較的高圧を要することなどの欠点がある。   However, the above silver catalyst has disadvantages such as expensive silver must be used, and coprecipitation method and the like need to use a preparation method for discharging alkaline waste liquid and cleaning liquid. Further, in the molten salt method, it is necessary to use a large amount of nitrate which may explode, the contact efficiency with the raw material gas is low, and a relatively high pressure of 25 atm is required to achieve a high conversion rate, etc. There are disadvantages.

さらに、チタン系触媒を用いる方法では、ハイドロカーボン類の生成が多いこと及びハイシリカゼオライトのように高価な担体を用いなければならないことなどの欠点があり、また、前記の特許文献3の方法は、液相法であるため、プロピレンを液化させて高圧下で反応させる必要があること及び有機溶媒を用いること、酸化剤として好ましく用いられるのは過酸化水素や有機ヒドロペルオキシドのような高価な活性酸素種であることなどから、高コストで作業性に劣るなどの問題がある。   Furthermore, the method using a titanium-based catalyst has disadvantages such as a large amount of hydrocarbons generated and the need to use an expensive carrier such as high silica zeolite. Because it is a liquid phase method, it is necessary to liquefy propylene and react under high pressure, and an organic solvent is used, and it is preferable to use expensive activities such as hydrogen peroxide and organic hydroperoxide as an oxidizing agent. Since it is an oxygen species, there are problems such as high cost and poor workability.

本発明は、従来技術の上記した課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、プロピレンの気相酸化反応でプロピレンオキシドを製造する際、環境汚染物質の発生を抑制し、良好な触媒活性が持続し、安全かつ低コストで比較的に高選択率及び高収率でプロピレンオキシドを製造する方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, the object of the present invention is to suppress the generation of environmental pollutants when producing propylene oxide by the gas phase oxidation reaction of propylene, maintain good catalytic activity, and have a relatively high selectivity at a safe and low cost. And providing a method for producing propylene oxide in high yield.

本発明者らは、プロピレンの分子状酸素による直接エポキシ化によりプロピレンオキシドを得る方法の開発について鋭意検討を重ねた結果、特定の安価な金属化合物を併用した触媒を用いると同時に、原料ガス中に特定のガス成分を混合することにより、比較的に反応の選択率が高く、また高い収率でプロピレンオキシドが得られるとともに、触媒活性が長く保持されることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive investigations on the development of a method for obtaining propylene oxide by direct epoxidation of propylene with molecular oxygen, the present inventors have used a catalyst combined with a specific inexpensive metal compound, and at the same time, in the raw material gas By mixing specific gas components, it has been found that the selectivity of the reaction is relatively high and that propylene oxide is obtained in a high yield and that the catalytic activity is maintained for a long time, and the present invention has been completed. It was.

すなわち、本発明は、プロピレンの気相酸化によるプロピレンオキシドの製造方法であって、プロピレン及び酸素を含有するガスを、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物を無機担体に担持させた触媒と接触させるとともに、前記プロピレン及び酸素を含有するガスに、更に一酸化窒素及び/又は二酸化窒素を、原料ガス全体を100として0.1%以上含有させることを特徴とするプロピレンオキシドの製造方法である。その触媒の調製には、アルカリ金属化合物としてアルカリ金属硝酸塩を用い、アルカリ土類金属化合物としてアルカリ土類金属硝酸塩を用いて得られたものであることが好ましい。また、その触媒としては、カリウム化合物とカルシウム化合物を二酸化珪素に担持したものが好ましい。 That is, the present invention is a method for producing propylene oxide by vapor phase oxidation of propylene, wherein a gas containing propylene and oxygen is brought into contact with a catalyst in which an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound are supported on an inorganic carrier. In addition, the propylene oxide production method is characterized in that the gas containing propylene and oxygen further contains nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide in an amount of 0.1% or more based on 100 % of the entire raw material gas. The catalyst is preferably prepared using an alkali metal nitrate as the alkali metal compound and an alkaline earth metal nitrate as the alkaline earth metal compound. As the catalyst, a catalyst in which a potassium compound and a calcium compound are supported on silicon dioxide is preferable.

本発明によれば、プロピレンの気相酸化によるプロピレンオキシドを製造する際、環境汚染物質の排出や有価成分の副性を抑制できるうえに、触媒寿命を延長し、安全かつ低コストで比較的に高選択率及び高収率でプロピレンオキシドを得ることができる。   According to the present invention, when producing propylene oxide by vapor phase oxidation of propylene, it is possible to suppress the discharge of environmental pollutants and secondary components of valuable components, and to extend the catalyst life, and to be relatively safe and low cost. Propylene oxide can be obtained with high selectivity and high yield.

本発明は、プロピレンの気相酸化反応により、プロピレンを直接エポキシ化させてプロピレンオキシドを製造する方法において、原料ガス中に一酸化窒素及び/又は二酸化窒素を導入すると共に、触媒としてアルカリ金属化合物とアルカリ土類金属化合物を無機担体に担持させたものを用いるものである。この反応系内に、一酸化窒素及び/又は二酸化窒素とアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物を存在させることが、プロピレンの直接エポキシ化に有効に機能するものと推定される。   The present invention relates to a method for producing propylene oxide by directly epoxidizing propylene by a gas phase oxidation reaction of propylene, and introducing nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide into a raw material gas, and an alkali metal compound as a catalyst. A material in which an alkaline earth metal compound is supported on an inorganic carrier is used. Presence of nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide, an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound in this reaction system is presumed to function effectively for the direct epoxidation of propylene.

本発明に用いる触媒は、無機担体にアルカリ金属化合物とアルカリ土類金属化合物を担持するものである。その触媒成分として用いられるアルカリ金属化合物に含まれるアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムが例示される。また、そのアルカリ金属化合物としては、酸化物、塩化物、フッ化物、臭化物、ヨウ化物、硫化物、窒化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩などが例示されるが、なかでも硝酸塩が好ましい。   The catalyst used in the present invention is one in which an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound are supported on an inorganic carrier. Examples of the alkali metal contained in the alkali metal compound used as the catalyst component include lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium. Examples of the alkali metal compound include oxides, chlorides, fluorides, bromides, iodides, sulfides, nitrides, nitrates, sulfates, carbonates, phosphates, and silicates. Of these, nitrate is preferable.

また、アルカリ金属化合物と同時に触媒成分として用いられるアルカリ土類金属化合物に含まれるアルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムが例示される。また、そのアルカリ土類金属の化合物としては、酸化物、塩化物、フッ化物、臭化物、ヨウ化物、硫化物、窒化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩などが例示されるが、なかでも硝酸塩が好ましい。   Examples of the alkaline earth metal contained in the alkaline earth metal compound used as a catalyst component simultaneously with the alkali metal compound include magnesium, calcium, strontium, and barium. Examples of the alkaline earth metal compounds include oxides, chlorides, fluorides, bromides, iodides, sulfides, nitrides, nitrates, sulfates, carbonates, phosphates, and silicates. Of these, nitrates are preferred.

本発明に用いる触媒は、上記したように、アルカリ金属化合物とアルカリ土類金属化合物の両者を必須成分とする触媒であるが、その触媒成分として用いるアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物は、必ずしも1種類づつを用いる必要はなく、いずれか一方の複数種を組み合わせて用いても良く、或いは両種とも複数種を組み合わせて用いても良い。このような組合せの具体例としては、アルカリ金属化合物である硝酸ナトリウムと塩化カリウム、アルカリ土類金属化合物である硫酸カルシウムと炭酸バリウムの合計4成分を無機担体に担持した4成分担持触媒、アルカリ金属化合物として硝酸カリウムを用いアルカリ土類金属化合物として硝酸カルシウムを無機担体に担持した2成分担持触媒などが例示されるが、これらは1例として示すものであって、これらに限られるものではない。なお、アルカリ金属化合物単独またはアルカリ土類金属化合物単独では良好な触媒性能は得られない。   As described above, the catalyst used in the present invention is a catalyst containing both an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound as essential components. However, the alkali metal compound and alkaline earth metal compound used as the catalyst component are not necessarily It is not necessary to use one type at a time, and any one of plural types may be used in combination, or both types may be used in combination. Specific examples of such combinations include a four-component supported catalyst in which a total of four components of sodium nitrate and potassium chloride, which are alkali metal compounds, and calcium sulfate and barium carbonate, which are alkaline earth metal compounds, are supported on an inorganic carrier, alkali metal Examples thereof include a two-component supported catalyst in which potassium nitrate is used as a compound and calcium nitrate is supported on an inorganic carrier as an alkaline earth metal compound. However, these are shown as examples and are not limited thereto. In addition, good catalytic performance cannot be obtained with an alkali metal compound alone or an alkaline earth metal compound alone.

また、これらの触媒成分を担持させる無機担体としては、通常、触媒担体として公知のものであれば使用可能であって、例えば金属化合物、炭素材料、珪素化合物、ゼオライト系化合物などが挙げられるが、これらに限定されない。その金属化合物の例としては、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)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、ニオブ(Nb)、亜鉛(Zn)、セリウム(Ce)、ランタン(La)、ガリウム(Ga)の酸化物が好ましい例として例示されるが、これらに限定されない。   In addition, the inorganic carrier for supporting these catalyst components can be used as long as it is known as a catalyst carrier, and examples thereof include metal compounds, carbon materials, silicon compounds, and zeolite compounds. It is not limited to these. Examples of the metal compound include magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), zirconium (Zr), aluminum (Al), niobium (Nb), zinc ( Zn, cerium (Ce), lanthanum (La), and gallium (Ga) oxides are exemplified as preferred examples, but are not limited thereto.

その炭素材料としては、活性炭、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、ダイヤモンドなどが例示される。また、珪素化合物としては二酸化珪素、シリカゲル、窒化珪素、炭化珪素、シリカアルミナ、シリカライトが例示され、また、ゼオライト系化合物はアルミノシリケートとしてY型(国際ゼオライト学会が規定した構造コード:FAU構造)、モルデナイト(MOR)、ベータ型(BEA)、ZSM−5(MFI)、ZSM−11(MEL)が代表的な例として例示され、アルミノフォスフェート系としてAlPO−n(nは1〜60の整数)、SAPO−n(nは1〜60の整数)などが例示される。シリカ/アルミナ比や珪素含有率は特に限定されない。これらの中で、二酸化珪素が好ましい。   Examples of the carbon material include activated carbon, graphite, fullerene, carbon nanotube, carbon nanohorn, and diamond. Examples of the silicon compound include silicon dioxide, silica gel, silicon nitride, silicon carbide, silica alumina, and silicalite, and the zeolite compound is Y-type as aluminosilicate (structure code defined by the International Zeolite Society: FAU structure). , Mordenite (MOR), beta type (BEA), ZSM-5 (MFI), ZSM-11 (MEL) are exemplified as typical examples, and AlPO-n (n is an integer of 1 to 60) as an aluminophosphate system. ), SAPO-n (n is an integer of 1 to 60) and the like. The silica / alumina ratio and silicon content are not particularly limited. Of these, silicon dioxide is preferred.

無機担体の中で好適な二酸化珪素について、さらに詳しく説明する。二酸化珪素は化学式SiOで示される化合物であり、シリカ、シリカゲルなどと呼称されているものである。本発明に用いる二酸化珪素担体は、市販の容易に入手可能なもの、また文献などに報告されている公知の種々の調製法により調製したものなどが含まれる。その純度は高純度のものが望ましいが、触媒活性に悪影響を及ぼさない限り、微量の不純物または製造時に混入する微量成分を含んでいても良い。その微量成分の元素としては、ナトリウム、カリウムに代表されるアルカリ金属類、マグネシウム、カルシウムに代表されるアルカリ土類金属類、アルミニウム、リン、鉄、チタン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅などが例示され、その好ましい濃度は1ppbから1重量%程度の範囲であるが、この範囲に限定されない。また、その構造は特に限定されないが、代表的な例として無定形(アモルファス状)、メソポーラス型、ゼオライト型が挙げられる。無定形の例としては富士シリシア化学製のキャリアクトシリーズ(Q−3、Q−6、Q−10、Q−15、Q−30、Q−50)、旭硝子社製のサンスフェアシリーズ(H−31、51、121、201、32、52、122 )、触媒学会から提供されている参照触媒(JRC−SIO4、JRC−SIO5、JRC−SIO6、JRC−SIO7、JRC−SIO8)などが例示される。その他、種々の製品が市販または提供されており容易に入手し利用できる。メソポーラス型はMCM−41、SBA−15、FSM−16などが例示されるが、その他にも種々のメソポーラス構造を持つ二酸化珪素の調製法が知られており、利用可能である。また、ゼオライト型はシリカライト−1、シリカライト−2が代表的なものとして例示されるが、それ以外にも種々のゼオライト様の結晶構造を持つ二酸化珪素の調製法が報告されており公知となっており、これらも本発明の触媒担体として利用できる。 Silicon dioxide suitable as an inorganic carrier will be described in more detail. Silicon dioxide is a compound represented by the chemical formula SiO 2 and is called silica, silica gel or the like. Examples of the silicon dioxide carrier used in the present invention include commercially available ones and those prepared by various known preparation methods reported in the literature. The purity is preferably a high purity, but may contain a trace amount of impurities or a trace component mixed during production as long as it does not adversely affect the catalyst activity. As elements of the trace components, alkali metals represented by sodium and potassium, magnesium and alkaline earth metals represented by calcium, aluminum, phosphorus, iron, titanium, zinc, gallium, germanium, vanadium, chromium, Manganese, cobalt, nickel, copper and the like are exemplified, and the preferred concentration is in the range of about 1 ppb to 1% by weight, but is not limited to this range. The structure is not particularly limited, but typical examples include amorphous (amorphous), mesoporous type, and zeolite type. As examples of amorphous, the carrier sect series (Q-3, Q-6, Q-10, Q-15, Q-30, Q-50) manufactured by Fuji Silysia Chemical, Sunsphere series (H- 31, 51, 121, 201, 32, 52, 122), reference catalysts (JRC-SIO4, JRC-SIO5, JRC-SIO6, JRC-SIO7, JRC-SIO8) provided by the Catalysis Society of Japan are exemplified. . In addition, various products are commercially available or provided and can be easily obtained and used. Examples of the mesoporous type include MCM-41, SBA-15, FSM-16 and the like, but other methods for preparing silicon dioxide having various mesoporous structures are known and can be used. Further, the zeolite type is exemplified by silicalite-1 and silicalite-2, but other methods for preparing silicon dioxide having various zeolite-like crystal structures have been reported. These can also be used as the catalyst carrier of the present invention.

触媒担体に対する、触媒成分とするアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の含有率は特に限定されないが、好ましい含有率の範囲を例示すれば、無機担体1gに対し、アルカリ金属とアルカリ土類金属の原子数の和が0.01〜100mmolである。また、アルカリ金属とアルカリ土類金属の比率は、両者の原子数の和を100%としたとき、アルカリ金属の比率が0.1〜99.9%の範囲が好ましく、より好ましくは1〜99%である。   The content of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound as the catalyst component with respect to the catalyst carrier is not particularly limited. However, if the range of the preferred content is exemplified, alkali metal and alkaline earth metal are contained in 1 g of the inorganic carrier. The sum of the number of atoms is 0.01 to 100 mmol. The ratio of alkali metal to alkaline earth metal is preferably such that the ratio of alkali metal is 0.1 to 99.9%, more preferably 1 to 99, where the sum of the number of atoms is 100%. %.

次に、触媒の調製方法について詳しく説明する。触媒はアルカリ金属化合物とアルカリ土類金属化合物を無機担体に担持することにより調製される。担持方法としては含浸法、気相蒸着法、液相吸着法、ゾルゲル法など公知の方法を用いて適宜行うことができるが、なかでも、含浸法を用いることが好ましい。   Next, the method for preparing the catalyst will be described in detail. The catalyst is prepared by supporting an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound on an inorganic carrier. As a supporting method, a known method such as an impregnation method, a vapor deposition method, a liquid phase adsorption method, or a sol-gel method can be used as appropriate. Among them, the impregnation method is preferably used.

以下、触媒の調製法の一例として、触媒成分に硝酸カリウム及び硝酸カルシウムを用い、無機担体に二酸化珪素を用いて含浸法で行う場合について、具体的に説明する。これは、その他のアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、無機担体及び調製法を用いた際にも同様にして行うことができる。
まず、硝酸カリウムと硝酸カルシウムを溶媒に溶解させた均一な溶液を得る。この際の溶媒としては水、アルコールが例示される。この溶液に二酸化珪素の粉末またはペレットを分散し充分に撹拌する。均一なスラリーまたは懸濁液になり二酸化珪素を溶液に充分に馴染ませた後、減圧、加熱、電磁波照射などにより溶媒を除去し乾燥する。取り扱いを容易化するためには充分な乾燥を行うことが望ましい。その際、減圧、加熱、電磁波によるエネルギーを付与しすぎると担持された化合物が分解されることがあるので、適宜温度、圧力及び出力を調整することが望ましい。加熱減圧乾燥条件としては、0〜200℃の温度範囲、0〜760mmHgの圧力範囲が好ましいが、これらに限定されるものではない。
Hereinafter, as an example of a catalyst preparation method, a case where potassium nitrate and calcium nitrate are used as a catalyst component and silicon dioxide is used as an inorganic carrier will be specifically described. This can be done in the same manner when other alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds, inorganic carriers and preparation methods are used.
First, a uniform solution in which potassium nitrate and calcium nitrate are dissolved in a solvent is obtained. Examples of the solvent at this time include water and alcohol. Disperse silicon dioxide powder or pellets in this solution and stir well. After becoming a uniform slurry or suspension and fully incorporating silicon dioxide into the solution, the solvent is removed by drying under reduced pressure, heating, electromagnetic wave irradiation, and the like. In order to facilitate handling, it is desirable to perform sufficient drying. At this time, if too much energy is applied due to reduced pressure, heating, or electromagnetic waves, the supported compound may be decomposed, so it is desirable to appropriately adjust the temperature, pressure and output. The heating and vacuum drying conditions are preferably a temperature range of 0 to 200 ° C. and a pressure range of 0 to 760 mmHg, but are not limited thereto.

本発明における原料ガスには、プロピレン及び酸素の他に、一酸化窒素及び/又は二酸化窒素含有ガスを用いるものである。この酸素としては、純酸素のほか、空気などの不活性ガスで希釈された酸素が用いられる。また、一酸化窒素(NO)及び二酸化窒素(NO)は、酸素存在下では平衡状態にあって容易に相互に酸化または分解を起こすものであるから区別する必要性は少ない。一酸化窒素及び/又は二酸化窒素の含有率は、原料ガス全体を100%として0.1%以上である。一酸化窒素及び/又は二酸化窒素含有ガスとしては、一酸化窒素及び/又は二酸化窒素のみの他に、反応に悪影響を及ぼさないヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気などを含むものが用いられる。 In addition to propylene and oxygen, nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide-containing gas is used as the raw material gas in the present invention. As this oxygen, in addition to pure oxygen, oxygen diluted with an inert gas such as air is used. In addition, since nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are in an equilibrium state in the presence of oxygen and easily oxidize or decompose each other, there is little need to distinguish them. The content rate of nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide is 0.1% or more with 100% of the entire raw material gas. Examples of the nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide-containing gas include not only nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide, but also inert gases such as helium, argon, and nitrogen that do not adversely affect the reaction, carbon dioxide, carbon monoxide, What contains water vapor | steam etc. is used.

原料ガス中のプロピレンの含有率は0.1〜99.9%であるが、好ましくは10〜90%であり、また、酸素の含有率は0.1〜99.9%であるが、好ましくは10〜90%である。プロピレンと酸素の組成比は、プロピレンと酸素の含有量の合計を100%とすると、プロピレンの比率が0.1〜99.9%、好ましくは10〜90%である。プロピレンの気相酸化の反応装置としては、固定床、流動床、流通式、回分式または半回分式など公知の形式の反応器を適宜用いることができる。   The propylene content in the raw material gas is 0.1 to 99.9%, preferably 10 to 90%, and the oxygen content is 0.1 to 99.9%, preferably Is 10 to 90%. The composition ratio of propylene and oxygen is such that the ratio of propylene is 0.1 to 99.9%, preferably 10 to 90%, where the total content of propylene and oxygen is 100%. As a reactor for the gas phase oxidation of propylene, a known type of reactor such as a fixed bed, a fluidized bed, a circulation type, a batch type or a semibatch type can be used as appropriate.

反応温度は30〜500℃の範囲であり、好ましくは100〜350℃である。低すぎると反応が十分に進行しないし、他方、高すぎると副反応の進行、活性成分の分解による失活、原料中のプロピレンと酸素の反応による爆発など好ましくない現象が発生する恐れがある。また、反応圧力は、常圧を含むあらゆる圧力範囲で行うことができるが、好ましい圧力は1〜50気圧である。原料ガスの流量は、触媒1gに対して毎分0.1〜10000mLの範囲であるが、好ましくは毎分1〜100mLである。   The reaction temperature is in the range of 30 to 500 ° C, preferably 100 to 350 ° C. If it is too low, the reaction does not proceed sufficiently. On the other hand, if it is too high, undesirable phenomena such as progress of side reactions, deactivation due to decomposition of active ingredients, and explosion due to reaction of propylene and oxygen in the raw material may occur. Moreover, although reaction pressure can be performed in all the pressure ranges including a normal pressure, a preferable pressure is 1-50 atmospheres. The flow rate of the raw material gas is in the range of 0.1 to 10,000 mL per minute with respect to 1 g of the catalyst, but preferably 1 to 100 mL per minute.

以下、本発明を実施例等によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples.

(製造例1)
触媒成分としての硝酸カリウム1.5g(0.015モル)と硝酸カルシウム4水和物3.6g(0.015モル)を50mLの蒸留水に完全に溶解させた。その溶液中に二酸化珪素(キャリアクトQ−30 富士シリシア化学社製、表面積100m/g、細孔容積1mL/g)5.0gを導入して分散させ、その分散液を30分間に亘りマグネチックスターラーで撹拌した。その後、80℃で減圧乾燥を行うことにより白色の触媒粉末を得た。
(Production Example 1)
1.5 g (0.015 mol) of potassium nitrate as a catalyst component and 3.6 g (0.015 mol) of calcium nitrate tetrahydrate were completely dissolved in 50 mL of distilled water. 5.0 g of silicon dioxide (Caractect Q-30, manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., surface area 100 m / g, pore volume 1 mL / g) is introduced and dispersed in the solution, and the dispersion is magnetic for 30 minutes. Stir with a stirrer. Then, white catalyst powder was obtained by drying under reduced pressure at 80 degreeC.

(参考例)
製造例1で調製した触媒粉末1.0gと石英砂(ナカライテスク社製)3.0gを乳鉢で充分に混合し、その混合粉末4gを石英製内管(内径1.2cm、長さ50cm)を持つステンレス製流通式反応器に充填した。
次に、その反応器の一方の口から原料ガスとして、酸素5mL/分、プロピレン10mL/分及び一酸化窒素0.2%を含むヘリウム10mL/分からなる混合ガスを供給しながら、282℃、3.5気圧で反応させてプロピレンオキシド(PO)を得た。一酸化窒素の原料ガス全体に占める割合は、0.08%(計算値)であった。反応を開始して25分経過後、反応温度と系内の圧力が安定していることを確認し、その後、TCDとFIDのディテクタを持つオンラインガスクロマトグラフを用いて生成物の分析を行った。
(Reference example)
1.0 g of the catalyst powder prepared in Production Example 1 and 3.0 g of quartz sand (manufactured by Nacalai Tesque) were thoroughly mixed in a mortar, and 4 g of the mixed powder was placed in a quartz inner tube (inner diameter 1.2 cm, length 50 cm). Filled into a stainless steel flow reactor.
Next, while supplying a mixed gas consisting of 10 mL / min of helium containing 5 mL / min of oxygen, 10 mL / min of propylene and 0.2% of nitric oxide as a source gas from one port of the reactor, Propylene oxide (PO) was obtained by reaction at 0.5 atm. The proportion of nitric oxide in the total raw material gas was 0.08% (calculated value). After 25 minutes from the start of the reaction, it was confirmed that the reaction temperature and the pressure in the system were stable, and then the product was analyzed using an online gas chromatograph having TCD and FID detectors.

なお、分析に用いたディテクタ、カラム及びカラム温度は下記のとおりである。(1)FIDディテクタ、TC−FFAPキャピラリカラム、30m、40℃。(2)TCDディテクタ、ポラパックQ、2m、40℃。
(3)FIDディテクタ、ガスクロパック54、2m、90℃。
(4)TCDディテクタ、モレキュラシーブ5A、2m、90℃。
その後、同条件で反応を継続し330分間のプロピレンの転化率及びPOの選択率を測定した。その結果を表1に示す。
The detector, column, and column temperature used in the analysis are as follows. (1) FID detector, TC-FFAP capillary column, 30 m, 40 ° C. (2) TCD detector, Polapack Q, 2 m, 40 ° C.
(3) FID detector, gas chromatography pack 54, 2 m, 90 ° C.
(4) TCD detector, molecular sieve 5A, 2 m, 90 ° C.
Thereafter, the reaction was continued under the same conditions, and the propylene conversion rate and PO selectivity for 330 minutes were measured. The results are shown in Table 1.

さらに、触媒の耐久性に対する効果を調べるために参考例に用いた触媒を330分後も継続して反応に用いた。強制劣化処理として反応開始からの通算時間340〜400分の間、酸素10mL/分と一酸化窒素0.2%を含むヘリウムガス30mL/分の混合ガスと380℃で接触させて酸素処理を行った。酸素による強制劣化処理の終了後、前記の原料ガスを再度供給し、その後、反応開始から430分後に温度および圧力が酸素処理前と同条件になったことを確認し、転化率及び選択率を測定したところ、プロピレンの転化率は0.57%であり、POの選択率は2.8%であった。 Furthermore, in order to investigate the effect on the durability of the catalyst, the catalyst used in the Reference Example was continuously used for the reaction after 330 minutes. As a compulsory deterioration treatment, oxygen treatment is performed by contacting a mixed gas of 10 mL / min of oxygen and 30 mL / min of helium gas containing 0.2% of nitric oxide at 380 ° C. for a total time of 340 to 400 minutes from the start of the reaction. It was. After the forced deterioration treatment with oxygen is completed, the raw material gas is supplied again. After that, after 430 minutes from the start of the reaction, it is confirmed that the temperature and pressure are the same as those before the oxygen treatment. When measured, the conversion of propylene was 0.57% and the selectivity for PO was 2.8%.

(実施例)
参考例に用いた原料ガス中の一酸化窒素0.2%を含むヘリウムを、一酸化窒素2%を含むヘリウムに代えたこと以外は、参考例と同様にして反応を行い、同様にして生成物の分析を行った。その結果を表2に示す。この場合は、310−370分の間に参考例と同様の強制劣化のために、酸素10mL/分と一酸化窒素2%を含むヘリウムガス30mL/分の混合ガスを用いて380℃で60分の酸化処理を行っている。180〜300分にかけてプロピレンの転化率が上昇または安定に推移し、一酸化窒素を混入した効果がはっきりと現れている。また、390分後の測定値に示されている強制劣化処理後の結果も劣化が少なく耐久性が向上していることが確認できた。
(Example)
The reaction is performed in the same manner as in the reference example except that helium containing 0.2% nitric oxide in the source gas used in the reference example is replaced with helium containing 2% nitric oxide. Analysis of the product was performed. The results are shown in Table 2. In this case, for the same forced degradation as in the reference example between 310 and 370 minutes, a mixed gas of 10 mL / min of oxygen and 30 mL / min of helium gas containing 2% nitric oxide was used at 380 ° C. for 60 minutes. Oxidation treatment is performed. The conversion rate of propylene increases or stabilizes over 180 to 300 minutes, and the effect of mixing nitric oxide clearly appears. In addition, it was confirmed that the result after the forced deterioration treatment shown in the measurement value after 390 minutes was less deteriorated and the durability was improved.

(比較例)
製造例1で得た触媒を用い、原料ガスには酸素5mL/分、プロピレン10mL/分及びヘリウム10mL/分の混合ガスを供給した。反応温度は290℃とし、反応圧力は3.5気圧で反応を行った。150分後から1時間380℃で酸素10mL/分とヘリウムガス30mL/分の混合ガスを用いて強制劣化のための酸化処理を行った。35分後のプロピレン転化率は8.8%、PO選択率は18.8%であった。60分後はプロピレン転化率は4.8%、PO選択率は15.9%であり、また135分後はプロピレン転化率は1.8%、PO選択率は11.9%であった。また、強制劣化のための酸化処理後の240分後はプロピレン転化率は0.06%、PO選択率は0%であった。
この結果より、NOを添加した場合に比べほぼ同等の初期性能を得るためにはより高い温度が必要であることが確認され、また、強制劣化のための酸化処理後にPOの生成活性がゼロになることから、反応ガス中にNOを添加することの有効性が確認された。
(Comparative example)
The catalyst obtained in Production Example 1 was used, and a mixed gas of oxygen 5 mL / min, propylene 10 mL / min and helium 10 mL / min was supplied to the raw material gas. The reaction was carried out at a reaction temperature of 290 ° C. and a reaction pressure of 3.5 atm. After 150 minutes, oxidation treatment for forced deterioration was performed using a mixed gas of oxygen 10 mL / min and helium gas 30 mL / min at 380 ° C. for 1 hour. After 35 minutes, the propylene conversion was 8.8%, and the PO selectivity was 18.8%. After 60 minutes, the propylene conversion was 4.8% and the PO selectivity was 15.9%. After 135 minutes, the propylene conversion was 1.8% and the PO selectivity was 11.9%. Further, after 240 minutes after the oxidation treatment for forced deterioration, the propylene conversion was 0.06% and the PO selectivity was 0%.
From this result, it was confirmed that a higher temperature was required to obtain almost the same initial performance as compared with the case where NO was added, and the PO generation activity became zero after the oxidation treatment for forced deterioration. Therefore, the effectiveness of adding NO to the reaction gas was confirmed.

本発明のプロピレンオキシドの製法は、環境に易しいうえに、用いる触媒は安価で入手の容易な金属化合物であるにもかかわらず触媒活性が長期に亘り維持されて、比較的に高い原料転化率及び目的物の選択率を達成できるから、工業的利用に有用である。   The method for producing propylene oxide of the present invention is environmentally friendly, and the catalytic activity is maintained over a long period of time despite the fact that the catalyst used is an inexpensive and readily available metal compound. Since the selectivity of the object can be achieved, it is useful for industrial use.

Claims (5)

プロピレンの気相酸化によるプロピレンオキシドの製造方法において、プロピレン及び酸素を含有するガスを、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物を無機担体に担持させた触媒と接触させるとともに、前記プロピレン及び酸素を含有するガスに、更に一酸化窒素及び/又は二酸化窒素を、原料ガス全体を100として0.1%以上含有させることを特徴とするプロピレンオキシドの製造方法。 In a method for producing propylene oxide by vapor phase oxidation of propylene, a gas containing propylene and oxygen is brought into contact with a catalyst in which an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound are supported on an inorganic carrier, and the propylene and oxygen are contained. A method for producing propylene oxide, further comprising adding 0.1% or more of nitrogen monoxide and / or nitrogen dioxide to the gas to be 100 % of the total raw material gas. アルカリ金属化合物としてアルカリ金属硝酸塩を用い、またアルカリ土類金属化合物としてアルカリ土類金属硝酸塩を用いて調製された触媒であることを特徴とする請求項1に記載のプロピレンオキシドの製造方法。   2. The method for producing propylene oxide according to claim 1, wherein the catalyst is prepared using an alkali metal nitrate as the alkali metal compound and an alkaline earth metal nitrate as the alkaline earth metal compound. アルカリ金属がカリウムであることを特徴とする請求項1または2に記載のプロピレンオキシドの製造方法。   The method for producing propylene oxide according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal is potassium. アルカリ土類金属がカルシウムであることを特徴とする請求項1または2に記載のプロピレンオキシドの製造方法。   The method for producing propylene oxide according to claim 1 or 2, wherein the alkaline earth metal is calcium. アルカリ金属化合物がカリウム化合物で、アルカリ土類金属化合物がカルシウム化合物であり、かつ無機担体が二酸化珪素からなる触媒であることを特徴とする請求項1または2に記載のプロピレンオキシドの製造方法。   3. The method for producing propylene oxide according to claim 1, wherein the alkali metal compound is a potassium compound, the alkaline earth metal compound is a calcium compound, and the inorganic carrier is a catalyst made of silicon dioxide.
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