JP4182330B2 - シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体及び成型方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、該成型体の製造方法、及び該成型体を触媒として用いたメチルアミン類の製造方法に関する。詳細には、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を予備成型し、該予備成型体を破砕整粒した後に圧縮打錠するという、いわゆる圧縮打錠成型法を用いることで、工業用触媒として使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、且つ高い触媒活性を有する圧縮成型体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは、メチルアミン類の製造反応、メタノールからオレフィン類を製造する反応等の固体触媒として有用である。工業的にこれらの製造反応は、反応管内に固体触媒を充填または多段に配置し、原料を反応管内に流通して生成物を得るという固定床流通型の反応形式が用いられている。そのため、反応管内に充填または設置する触媒は、原料等の流通を妨げないような形と大きさを持ったものでなければならない。しかし、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは、通常、平均粒径が0.1μmから200μm程度の微粉末であり、かさ密度も0.3から0.7g/cm3程度と非常にかさ高いため、このままでは固定床流通型反応における実用触媒として用いることが出来ず、何らかの方法で数ミリ以上の形と大きさの触媒成型体とする必要がある。
【０００３】
粉末触媒を成型体にする場合、触媒使用時に破砕や粉化が生じないように、十分な触媒強度を有すること、また、成型体とすることで触媒活性の低下が起こらないことが特に重要であり、一般に、粉末の固体粉末触媒の成型は圧縮打錠成型法、造粒成型法、押し出し成型法等が用いられる。金属酸化物等からなる非晶質固体酸触媒類では、圧縮打錠成型法によって充分な機械強度と触媒性能を持った成型体が得られている。しかし、ゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類はそれ自身では成型性が無いため、圧縮打錠成型を行なうことができず、造粒成型法や押出し成型法により球状や円柱状の成型体にする方法がとられている。これら方法では、触媒粉末を結着するためにバインダーが必要で、バインダーとして合成雲母、アルミナ、シリカ、あるいはカオリン、タルク等の粘土化合物類が一般的に用いられる。しかし、これらバインダーの添加によりモレキュラシーブの有効な細孔が塞がれ触媒活性が低下したり、またアルミナや粘土化合物などはバインダー自身にも酸点が存在し、それが副反応の活性点となって反応選択率の低下を招く場合が多々ある。また、それらを防止する適当なバインダーを選定できたとしても、バインダーの使用量はモレキュラシーブ粉末に対して少なくとも10重量%以上、通常15から30wt%が必要なため、得られる成型体中の有効な触媒量は添加したバインダー分だけ確実に低下する。したがって十分な反応を行なうためにより多くの触媒を要するという大きな欠点がある。
【０００４】
そこで、これら問題点を伴なうことなく数ミリ以上の形と大きさを持つゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類の成型体を製造する方法として、以下に示す方法が提案されてきた。
例えば、USP3,119,956号では、造粒成型法や押出し成型法におけるバインダー添加により生ずる触媒活性の低下を抑えるため、触媒中にバインダーを添加し成型した後、高温処理して該バインダーを除去する方法が提案されている。この方法では、ゼオライト粉末触媒にカオリンバインダーを添加して、押出し成型等で顆粒状、ペレット状とした後、焼成処理によりバインダーを除去してゼオライト成型体触媒を調製する。しかしながら、この方法は、目的とする成型体を得るまでに要する加工条件が複雑であり、焼成中に一部のバインダーが化学的に変化してしまったり、完全に除去されず焼成後も残存してしまったりするため、成型体の触媒性能が粉末の場合に比べ大きく低下してしまう問題点を有する。
【０００５】
EP0,076,034号では、反応性カオリン型粘土とSiO2、NaOH等を混練し、回転成型して成型体とした後、水熱処理、焼成を行ってカオリンと反応させ、結晶質ゼオライトの成型体を得る方法が提案されている。さらに特公H06-76204では、アルミナまたはシリカアルミナの予備成型体と、五酸化リン、有機テンプレートを含む水溶液等を混合し水熱処理を行うことで、予備成型体自身中で非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブを合成し、予備成型体と同等の形と大きさを有する成型体を得る方法が提案されている。これらの方法は、極めて特殊かつ巧妙な方法であるが、製造条件が非常に複雑であり水熱処理時におけるモレキュラシーブ合成反応の安定性が通常の粉末原料を用いた場合に比べ乏しく、触媒として高度に構造が制御されたゼオライト系モレキュラシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブを安定して得ることは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら従来法の問題点を解決し、工業的触媒として使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、かつ原料粉末の場合と同等な高い触媒活性を有するバインダーレスのシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を、効率的に製造する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、バインダーレスのシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を製造する方法に関して、最も簡便かつ優れた方法は圧縮打錠成型法であることに着目し鋭意検討を重ねた。先述のように、金属酸化物等からなる非晶質固体酸触媒類では圧縮打錠成型方法が一般的な成型方法として用いられているが、ゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類を圧縮打錠成型する方法は従来不可能とされており、報告例もない。しかし本発明者らは、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの打錠成型方法について鋭意検討を重ねた結果、遂に当該モレキュラーシーブ原末中の含水率を10wt%以下とし、滑剤と混合し、予備成型した後整粒し、それを圧縮打錠成型することで実用的な機械的強度を持つ成型体が得られることを見い出した。
さらに、本発明者らは圧縮打錠成型の条件を最適化し、該成型体密度を、0.9 から1.3(g/cm3)、BET比表面積を400(m2/g)以上の範囲に保った場合、前駆体である粉末と比べ、活性低下の殆どない優れた成型体が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。ここで”含水率”と”成型体密度”は以下のように定義される。
含水率(wt%)＝吸着した水の重量／完全に乾燥したモレキュラシーブ重量×100
成型体密度(g/cm3)＝触媒成型体1試料あたりの重量(g)／触媒成型体1試料あたりの体積(cm3)
【０００８】
即ち、本発明は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、該成型体の製造方法、及び該成型体を触媒として用いたメチルアミン類の製造方法に関するものであり、
(1)含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型し、得られる成型体密度が0.9 から1.3g/cm3の範囲であり、比表面積が400 m2/g以上であることを特徴とする、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、
(2)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO-34である、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(3)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属を含有する、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(4)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属で置換したものである、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(5)含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末に0.1から5wt%の滑剤を加え混合する工程、その混合物を0.5から5MPaの範囲の圧力で予備成型し、その予備成型品を30メッシュ以下の粒子に整粒する工程、そして、その整粒品を20から200MPaの圧力で圧縮打錠成型する工程を経て、(1)記載の圧縮打錠成型体を得る、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の成型方法、
(6)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO-34である、(5)記載の成型方法、
(7)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属を含有する、(5)記載の成型方法、
(8)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属で置換したものである、(5)記載の成型方法、
(9)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとアンモニアを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造法、
(10)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとモノメチルアミンを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造方法、
(11)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、モノメチルアミンの不均化反応を行なうことを特徴とするメチルアミン類の製造方法、
からなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブはSAPO-34、SAPO-44、SAPO-47の3種類が知られており、これらはケイ素化合物、アルミニウム化合物、リン化合物、有機テンプレート剤及び水からなる混合物を水熱処理することで合成される。そして水熱処理により得られる反応物から結晶成分を分離、洗浄、乾燥し、最終的に分子状酸素の存在下、300℃以上で焼成処理を行なうことにより当該粉末が得られる(USP4,440,871号)。
本発明に使用する前記シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブには、Mg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属を含有、もしくは該金属で置換したものを用いても良い。これら金属は目的の反応における触媒性能(反応活性、目的反応生成物の選択率、触媒寿命)の改善のために添加されるもので、極微量の添加でもその効果を発揮し、バインダーとしてはほとんど作用しない。これら金属を含有したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの調製法は、該モレキュラシーブと該金属化合物を乾式法、または湿式法で混合する方法、水熱合成時に該金属化合物を添加しそれら金属をモレキュラシーブ中に含有させる方法等があり、特に制限されない。
以上のように製造したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは平均粒子径が200μm以下、通常は10μm程度の粉末となる場合がほとんどである。
【００１０】
次に、このようにして得られたシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の含水率が10wt%以下、好ましくは3wt%以下となるようにする。本発明者らは圧縮打錠成型を行なう前に、モレキュラシーブ粉末に吸着した水分を上記の量に制御することが極めて重要であり、該モレキュラーシーブ粉末の含水率が10wt%以下のものを、続く圧縮打錠成型に用いることで実用的な強度を持つ打錠成型体が得られることを見出した。含水量10wt%を超えるものを圧縮打錠成型した場合は、成型体の強度は著しく低いものとなってしまう。一方、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは極めて吸湿性が高く、大気雰囲気下、室温で放置しておくと、容易にその温度、圧力における飽和吸着量まで水分を吸着してしまう。通常、該モレキュラシーブの室温・常圧下における飽和水分吸着率は10から35wt%にも達する。もし、該モレキュラシーブが10wt%以上の含水率であったならば、乾燥処理により吸着した水分の除去を行なう必要がある。吸着した水分はそのほとんどが物理的吸着水であるため、一般的な乾燥機を用い、100℃から150℃程度の温度で該モレキュラシーブ粉末を処理すれば、容易に水分を除去することができる。また、先述のとおり、該モレキュラシーブ粉末は製造の最終工程において、分子状酸素の存在下、300℃以上の温度で焼成処理を行なうことが一般的である。このような焼成処理直後の該モレキュラシーブは実質的に含水率がゼロであり、この粉末をすぐに圧縮打錠工程に使用するか、もしくはこの粉末を水分の無い状態で密閉保管すれば該モレキュラシーブの吸湿を防ぐことができ、この乾燥処理を省くことができる。
【００１１】
次いで、このようにして得られた含水率が10wt%以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型に供する。当該モレキュラシーブは非常に平均粒子径が小さくかさ高い。また成型ダイからの離型性が悪いため、そのまま圧縮打錠成型機にて打錠成型することができず、以下の3つの工程が必要となる。
(1)滑剤とシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の混合工程
(2)予備成型、整粒工程
(3)圧縮打錠成型工程
以下、工程別に実施法の詳細を記述する。
【００１２】
(1)滑剤とシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の混合工程
打錠成型では、最終的に成型ダイから成型体を取り出すことが必要になるが、該モレキュラシ−ブは成型ダイからの離型性が悪いため、離型剤として滑剤を添加することが必要である。滑剤として、例えばステアリン酸の無機塩類や人造黒鉛等が用いられる。滑剤の添加量は当該モレキュラーシーブに対し0.1 から5 wt% が適当である。これら滑剤を該モレキュラーシーブと均一に混合し、打錠成型用の原料粉末を調製する。
【００１３】
(2) 予備成型、整粒工程
先述の方法で製造したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末は粒径が200μm以下であり、かさ密度は0.3から0.7g/cm3程度と非常にかさ高い。このため、このまま圧縮打錠成型を行なっても十分な強度と適当な成型体密度を持つ成型体を得ることができない。そこで予備成型と整粒操作を行ない、打錠成型に適したかさ密度と粒径を有する予備成型体を調製することが必要となる。予備成型はロールコンパクティング型、またはロールプリケッテイング型圧縮成型機等を用い0.5から5MPaの圧力で行なう。ロールコンパクテング型成型機を用いた場合、シート状の予備成型体が得られ、これを更に破砕、整粒する。整粒後の予備成型体粒度は打錠機金型への充填性から３０メッシュ以下とするが、特に２０メッシュ以下に調整するのが好ましい。通常、ロールコンパクティング型成型機には粉砕機および整粒用スクリーンが一体となっており、一連の上記操作は容易に行なうことができる。
【００１４】
(3)圧縮打錠成型工程
このようにして得られた予備成型体を回転型、または単発型圧縮打錠成型機を用い打錠成型する。工業的には多量の成型体を効率的に製造できる回転型圧縮打錠成型機が適している。これら打錠成型機のダイの中に先に調製した予備成型体を充填し、上下のパンチで圧縮打錠成型する。打錠圧力は20から200MPa以下、好ましくは40から100MPa の範囲で行なう。打錠成型体の形状は直径、長さとも2から10mmの円柱タブレットのものが一般的であり、打錠体を充填する反応管のサイズ、目的とする反応の種類、成型体の生産性等を十分に勘案し、最も適した打錠成型体のサイズを選択すればよい。
【００１５】
本発明者らは、最終的に得られた成型体密度を0.9 から1.3(g/cm3)とし、成型体のBET 比表面積を400m2／g以上とすることが、この成型体を反応触媒として用いた場合の触媒活性の低下を引き起こさない点から極めて重要であることを見出した。成型体密度がこの範囲よりはずれると、また成型体のBET表面積が400m2／g以下となると、得られる成型体の触媒活性は著しく低下する。成型体密度は予備成型体のかさ密度、ダイへの充填量、打錠成型圧力等に依存し、これらを調整、最適化することで成型体密度を0.9 から1.3(g/cm3)に制御することができる。またBET表面積は先の該モレキュラシーブ中の含水率や予備成型、打錠圧力に依存し、これらを制御することでBET表面積が400m2／g以上に保つことができる。
【００１６】
以上の打錠成型操作は、該モレキュラーシーブができるだけ吸湿しないよう、低湿度下ですばやく行なう必要がある。可能であれば、各装置を乾燥窒素雰囲気下とし各操作を行なうことが好ましい。
【００１７】
このようにして、工業用触媒として、使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、かつ原料粉末の場合と同等な高い触媒活性を有するバインダーレスのシャバサイト型結晶質アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を製造することができる。本発明の方法により得られた該打錠成型体は、工業的には固定床流通式反応器に充填しメタノールとアンモニア、および／またはメタノールとモノメチルアミンを原料としたメチルアミン合成反応、および／またはモノメチルアミンの不均化反応によるメチルアミン合成反応の触媒として用いることができ、本発明の工業的な意義は極めて大きい。
【００１８】
次に本発明の具体的態様を実施例、及び比較例をもって更に詳細に説明する。尚、原料粉体、成型体の各物性値は以下の方法で測定した。
・平均粒径：湿式レーザー回折型粒度分布計(HORIBA LA-500)で測定した。
・成型体密度：得られた成型体50個(n=50)をおのおの精密重量測定し、その平均値より算出した。
・圧壊強度：破壊強度測定器(大倉理研 DHT-200)で測定した(n=50)。
・粉化率：カゴ試験型粉化率測定装置(千穂田精衡株式会社)で測定した(直径100mm 、高さ90mmの14メッシュSUS 製の円筒状スクリーン内に10gの成型体を入れ、円筒を160rpmで10分間回転させた後、粉化率を測定した)。
・BET比表面積：窒素吸着／脱着等温線測定装置(QANTACHROME社 Autosorb-6)を用い、Multi-point法で測定した。
また、本実施例、比較例では得られた成型体をメタノールとアンモニアからのメチルアミン合成反応触媒として用い、触媒性能を評価した。評価方法は、触媒 2.5gをステンレス製円筒状反応管に充填し、アンモニアとメタノ−ルの１：１重量混合物を 5.19g/hの速度で供給して、反応圧力2MPa、温度320 ℃条件下、メチルアミン合成反応を行った。尚、時空間速度 (GHSV)は約900から1200h-1である。原料流通後12時間後の反応生成物を水に捕集し、ガスクロマトグラフィーにより反応成績を調べた。生成物のメチルアミンはモノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンの三種があり、工業的にはジメチルアミンの選択率が高い触媒が望まれている。尚、記載する略語は以下の通りである
・モノメチルアミン：mMA
・ジメチルアミン ：dMA
・トリメチルアミン：tMA
【００１９】
【実施例】
実施例１
シャバサイト型結晶質アルミノリン酸塩モレキュラーシーブとして、水熱処理時にTiを添加し、テンプレート剤としてテトラエチルアンモニウムヒドロキシドを用い製造したTiSAPO-34粉末を100 ℃で16時間乾燥して含水率を1.1wt%とした。この粉末の平均粒径は2.1μmであった。TiSAPO-34の乾燥重量に対して1.5wt%の人造黒鉛を添加し、混合した。次に、ロ−ラーコンパクティング型圧縮成型機（フロイント産業社製）を用いて1.5MPaの圧力下、予備成型処理を施し、得られた予備成型体を破砕した後16メッシュに整粒した。これを、回転型圧縮打錠成型機（菊水製作所製）を用いて80MPaの圧力下で打錠成型し、直径3.2mm×高さ3.2mmの円柱タブレットの成型体を得た。得られた成型体の物性値は以下のとおりであった。
成型体密度：1.09(g/cm3)
圧壊強度：14.8(MPa)
粉化率：2.5(wt%)
BET 比表面積：470(m2/g)
尚、圧壊強度と粉化率は工業用触媒として使用に耐えうる機械的強度を有するか否かの指標となり、強度5MPa以上、粉化率5wt%以下の値であれば実用触媒として十分な強度である。本実施例で製造した成型体の強度はいずれもこれらの値を満足しており、工業用触媒として用いる上で何ら問題ない水準であった。また、この成型体のメチルアミン合成反応成績は以下の通りであり、触媒活性(メタノール転化率)、dMAの選択率はともに高いものであった。
メタノール転化率：98.2％
アミン選択率：mMA／dMA／tMA＝32 ／64／4(wt%)
以上の結果を表１にまとめた。
【表１】
【００２０】
比較例１
実施例1で製造したTiSAPO-34を粉末のまま用いて、実施例1と同様にメチルアミン合成反応を行なった。結果を表１に示す。反応成績は実施例1の場合とほぼ同等であり、実施例1の成型体は成型前のTiSAPO-34と比べ、活性低下や選択率の変化は起きていないことが明らかである。尚、このような微細な粉末触媒を用いたメチルアミン合成反応は実験室的に実施することは可能であるが、工業的に大きな固定床流通反応管で実施することは不可能である。
【００２１】
実施例2、3、比較例2、(含水率の影響)
TiSAPO-34粉末の含水率を4.8wt%(実施例2)、10.0wt%(実施例3)、25.6wt%(比較例2)のものを用いた以外は、実施例1と同様な操作で成型体を得て、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表１に示す。成型体密度はいずれも1.09〜1.10g/cm3)であり、実施例1とほぼ同等の成型体密度であった。これらの結果より、TiSAPO-34粉末の含水率が高くなるに従って、顕著に成型体の圧壊強度が低下し、粉化率が高くなってしまう現象が観察され、TiSAPO-34粉末の含水率が10wt%より多くなると、触媒としての要求強度から大きく外れた実用には耐えられない水準の成型体となった。またBET比表面積は含水率が多くなるに従って、低下する傾向がある。
比較例2において、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、87.9%であり、他のものと比較して低かった。またBET比表面積も389(m2/g)と小さいものであった。dMAの選択率はいずれも実施例1と同様に高いものであった。
【００２２】
実施例4、5、比較例3、(成型体密度の影響)
回転式圧縮打錠成機の成型圧力を40MPa(実施例4)、100MPa(実施例5)、150MPa(比較例3)とした以外は、実施例1と同様な操作で成型体を得て、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表２に示す。この操作の結果得られた触媒の成型体密度は実施例4で1.00g/cm3、実施例5で1.30g/cm3、比較例3で1.35g/cm3であった。成型体強度はいずれも工業用触媒として用いる上で何ら問題ない水準であったが、比較例3では、BET表面積が低下し、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、他のものと比較して低かった。
【表２】
【００２３】
実施例6〜9、(モレキュラシーブの影響)
水熱合成時にTiを添加しない系で合成(実施例6)、水熱合成時にTiを添加せずテンプレート剤としてシクロヘキシルアミンを用いた系で合成(実施例7)、水熱合成時にTiを添加せずテンプレート剤としてsec-ブチルアミンを用いた系で合成(実施例8)、水熱合成時のTiのかわりにZrを添加した系で合成(実施例9)した以外は実施例1と同様な操作で成型体を得、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表３に示す。各実施例で合成されたSAPOはそれぞれ、SAPO-34(実施例6)、SAPO-44(実施例7)、SAPO-47(実施例8)、ZrSAPO-34(実施例9)であり、合成段階での各SAPOの平均粒子径はすべて4μm以下であった。得られた成型体の密度は1.08から1.1g/cm3であり、成型体強度はいずれも工業的触媒として用いる上で何ら問題ない水準であった。また成型体のBET表面積はすべて400m2/g以上であり、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)、dMA選択率ともに高いものであった。
【表３】
【００２４】
比較例4〜8、(押出し成型法との比較)
実施例1と同様な方法で製造したTiSAPO-34粉末10gに任意の種類と量のバインダーを添加し、水10gを用いて混練した。この混錬物を、注射筒を用いて押出した後、110℃で4時間乾燥し、直径3.2mm×高さ3.2mm の成型体にそろえた。この成型体を空気中、600℃で4時間焼成し、押出し成型品触媒を得、実施例1と同様な方法で成型体強度を測定したのち、メチルアミン合成反応活性を調べた。各比較例で使用したバインダーの種類と量は以下の通りである。
比較例4：膨潤性合成雲母(ME-100コープケミカル社製)をTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
比較例5：膨潤性合成雲母(ME-100コープケミカル社製)をTiSAPO-34粉末に対して25wt%添加
比較例6：カオリンをTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
比較例7：アルミナをTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
比較例8：アタパルジャイトをTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
結果を表４に示す。この操作の結果得られた触媒の成型体強度はいずれも工業用触媒として用いる上で問題ない水準であったが、実施例1の打錠成型体に比較し弱いものであった。尚、比較例4,5よりバインダーの添加量を増やすことで成型体強度は改善される。メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、いずれも実施例1の打錠成型体に比べかなり低いものであった。これは、成型体中のTiSAPO-34触媒の絶対量が添加したバインダーにより少なくなっているためである。またカオリン、アルミナ、アタパルジャイトを用いた比較例6、7、8ではdMAの選択性が低い。これは添加したバインダー自身の酸点により、アミン類の不均化反応が進行しdMAの選択性が下がったものと考えられる。
【表４】
【００２５】
【発明の効果】
本発明の提供する方法に基づく、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体はバインダーレスであるため、バインダーの添加が必要な押出し成型品にみられた活性低下や目的反応物の選択率の低下が殆ど無く、また工業的な使用に耐えうる十分な成型体強度を有する。この様な成型体を製造する方法は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブを対象とする触媒成型の分野において極めて有用であり、本発明の意義は大きい。
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、該成型体の製造方法、及び該成型体を触媒として用いたメチルアミン類の製造方法に関する。詳細には、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を予備成型し、該予備成型体を破砕整粒した後に圧縮打錠するという、いわゆる圧縮打錠成型法を用いることで、工業用触媒として使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、且つ高い触媒活性を有する圧縮成型体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは、メチルアミン類の製造反応、メタノールからオレフィン類を製造する反応等の固体触媒として有用である。工業的にこれらの製造反応は、反応管内に固体触媒を充填または多段に配置し、原料を反応管内に流通して生成物を得るという固定床流通型の反応形式が用いられている。そのため、反応管内に充填または設置する触媒は、原料等の流通を妨げないような形と大きさを持ったものでなければならない。しかし、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは、通常、平均粒径が0.1μmから200μm程度の微粉末であり、かさ密度も0.3から0.7g/cm3程度と非常にかさ高いため、このままでは固定床流通型反応における実用触媒として用いることが出来ず、何らかの方法で数ミリ以上の形と大きさの触媒成型体とする必要がある。
【０００３】
粉末触媒を成型体にする場合、触媒使用時に破砕や粉化が生じないように、十分な触媒強度を有すること、また、成型体とすることで触媒活性の低下が起こらないことが特に重要であり、一般に、粉末の固体粉末触媒の成型は圧縮打錠成型法、造粒成型法、押し出し成型法等が用いられる。金属酸化物等からなる非晶質固体酸触媒類では、圧縮打錠成型法によって充分な機械強度と触媒性能を持った成型体が得られている。しかし、ゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類はそれ自身では成型性が無いため、圧縮打錠成型を行なうことができず、造粒成型法や押出し成型法により球状や円柱状の成型体にする方法がとられている。これら方法では、触媒粉末を結着するためにバインダーが必要で、バインダーとして合成雲母、アルミナ、シリカ、あるいはカオリン、タルク等の粘土化合物類が一般的に用いられる。しかし、これらバインダーの添加によりモレキュラシーブの有効な細孔が塞がれ触媒活性が低下したり、またアルミナや粘土化合物などはバインダー自身にも酸点が存在し、それが副反応の活性点となって反応選択率の低下を招く場合が多々ある。また、それらを防止する適当なバインダーを選定できたとしても、バインダーの使用量はモレキュラシーブ粉末に対して少なくとも10重量%以上、通常15から30wt%が必要なため、得られる成型体中の有効な触媒量は添加したバインダー分だけ確実に低下する。したがって十分な反応を行なうためにより多くの触媒を要するという大きな欠点がある。
【０００４】
そこで、これら問題点を伴なうことなく数ミリ以上の形と大きさを持つゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類の成型体を製造する方法として、以下に示す方法が提案されてきた。
例えば、USP3,119,956号では、造粒成型法や押出し成型法におけるバインダー添加により生ずる触媒活性の低下を抑えるため、触媒中にバインダーを添加し成型した後、高温処理して該バインダーを除去する方法が提案されている。この方法では、ゼオライト粉末触媒にカオリンバインダーを添加して、押出し成型等で顆粒状、ペレット状とした後、焼成処理によりバインダーを除去してゼオライト成型体触媒を調製する。しかしながら、この方法は、目的とする成型体を得るまでに要する加工条件が複雑であり、焼成中に一部のバインダーが化学的に変化してしまったり、完全に除去されず焼成後も残存してしまったりするため、成型体の触媒性能が粉末の場合に比べ大きく低下してしまう問題点を有する。
【０００５】
EP0,076,034号では、反応性カオリン型粘土とSiO2、NaOH等を混練し、回転成型して成型体とした後、水熱処理、焼成を行ってカオリンと反応させ、結晶質ゼオライトの成型体を得る方法が提案されている。さらに特公H06-76204では、アルミナまたはシリカアルミナの予備成型体と、五酸化リン、有機テンプレートを含む水溶液等を混合し水熱処理を行うことで、予備成型体自身中で非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブを合成し、予備成型体と同等の形と大きさを有する成型体を得る方法が提案されている。これらの方法は、極めて特殊かつ巧妙な方法であるが、製造条件が非常に複雑であり水熱処理時におけるモレキュラシーブ合成反応の安定性が通常の粉末原料を用いた場合に比べ乏しく、触媒として高度に構造が制御されたゼオライト系モレキュラシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブを安定して得ることは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら従来法の問題点を解決し、工業的触媒として使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、かつ原料粉末の場合と同等な高い触媒活性を有するバインダーレスのシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を、効率的に製造する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、バインダーレスのシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を製造する方法に関して、最も簡便かつ優れた方法は圧縮打錠成型法であることに着目し鋭意検討を重ねた。先述のように、金属酸化物等からなる非晶質固体酸触媒類では圧縮打錠成型方法が一般的な成型方法として用いられているが、ゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類を圧縮打錠成型する方法は従来不可能とされており、報告例もない。しかし本発明者らは、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの打錠成型方法について鋭意検討を重ねた結果、遂に当該モレキュラーシーブ原末中の含水率を10wt%以下とし、滑剤と混合し、予備成型した後整粒し、それを圧縮打錠成型することで実用的な機械的強度を持つ成型体が得られることを見い出した。
さらに、本発明者らは圧縮打錠成型の条件を最適化し、該成型体密度を、0.9 から1.3(g/cm3)、BET比表面積を400(m2/g)以上の範囲に保った場合、前駆体である粉末と比べ、活性低下の殆どない優れた成型体が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。ここで”含水率”と”成型体密度”は以下のように定義される。
含水率(wt%)＝吸着した水の重量／完全に乾燥したモレキュラシーブ重量×100
成型体密度(g/cm3)＝触媒成型体1試料あたりの重量(g)／触媒成型体1試料あたりの体積(cm3)
【０００８】
即ち、本発明は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、該成型体の製造方法、及び該成型体を触媒として用いたメチルアミン類の製造方法に関するものであり、
(1)含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型し、得られる成型体密度が0.9 から1.3g/cm3の範囲であり、比表面積が400 m2/g以上であることを特徴とする、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、
(2)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO-34である、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(3)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属を含有する、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(4)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属で置換したものである、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(5)含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末に0.1から5wt%の滑剤を加え混合する工程、その混合物を0.5から5MPaの範囲の圧力で予備成型し、その予備成型品を30メッシュ以下の粒子に整粒する工程、そして、その整粒品を20から200MPaの圧力で圧縮打錠成型する工程を経て、(1)記載の圧縮打錠成型体を得る、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の成型方法、
(6)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO-34である、(5)記載の成型方法、
(7)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属を含有する、(5)記載の成型方法、
(8)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属で置換したものである、(5)記載の成型方法、
(9)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとアンモニアを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造法、
(10)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとモノメチルアミンを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造方法、
(11)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、モノメチルアミンの不均化反応を行なうことを特徴とするメチルアミン類の製造方法、
からなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブはSAPO-34、SAPO-44、SAPO-47の3種類が知られており、これらはケイ素化合物、アルミニウム化合物、リン化合物、有機テンプレート剤及び水からなる混合物を水熱処理することで合成される。そして水熱処理により得られる反応物から結晶成分を分離、洗浄、乾燥し、最終的に分子状酸素の存在下、300℃以上で焼成処理を行なうことにより当該粉末が得られる(USP4,440,871号)。
本発明に使用する前記シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブには、Mg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された１種類以上の金属を含有、もしくは該金属で置換したものを用いても良い。これら金属は目的の反応における触媒性能(反応活性、目的反応生成物の選択率、触媒寿命)の改善のために添加されるもので、極微量の添加でもその効果を発揮し、バインダーとしてはほとんど作用しない。これら金属を含有したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの調製法は、該モレキュラシーブと該金属化合物を乾式法、または湿式法で混合する方法、水熱合成時に該金属化合物を添加しそれら金属をモレキュラシーブ中に含有させる方法等があり、特に制限されない。
以上のように製造したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは平均粒子径が200μm以下、通常は10μm程度の粉末となる場合がほとんどである。
【００１０】
次に、このようにして得られたシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の含水率が10wt%以下、好ましくは3wt%以下となるようにする。本発明者らは圧縮打錠成型を行なう前に、モレキュラシーブ粉末に吸着した水分を上記の量に制御することが極めて重要であり、該モレキュラーシーブ粉末の含水率が10wt%以下のものを、続く圧縮打錠成型に用いることで実用的な強度を持つ打錠成型体が得られることを見出した。含水量10wt%を超えるものを圧縮打錠成型した場合は、成型体の強度は著しく低いものとなってしまう。一方、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは極めて吸湿性が高く、大気雰囲気下、室温で放置しておくと、容易にその温度、圧力における飽和吸着量まで水分を吸着してしまう。通常、該モレキュラシーブの室温・常圧下における飽和水分吸着率は10から35wt%にも達する。もし、該モレキュラシーブが10wt%以上の含水率であったならば、乾燥処理により吸着した水分の除去を行なう必要がある。吸着した水分はそのほとんどが物理的吸着水であるため、一般的な乾燥機を用い、100℃から150℃程度の温度で該モレキュラシーブ粉末を処理すれば、容易に水分を除去することができる。また、先述のとおり、該モレキュラシーブ粉末は製造の最終工程において、分子状酸素の存在下、300℃以上の温度で焼成処理を行なうことが一般的である。このような焼成処理直後の該モレキュラシーブは実質的に含水率がゼロであり、この粉末をすぐに圧縮打錠工程に使用するか、もしくはこの粉末を水分の無い状態で密閉保管すれば該モレキュラシーブの吸湿を防ぐことができ、この乾燥処理を省くことができる。
【００１１】
次いで、このようにして得られた含水率が10wt%以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型に供する。当該モレキュラシーブは非常に平均粒子径が小さくかさ高い。また成型ダイからの離型性が悪いため、そのまま圧縮打錠成型機にて打錠成型することができず、以下の3つの工程が必要となる。
(1)滑剤とシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の混合工程
(2)予備成型、整粒工程
(3)圧縮打錠成型工程
以下、工程別に実施法の詳細を記述する。
【００１２】
(1)滑剤とシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の混合工程
打錠成型では、最終的に成型ダイから成型体を取り出すことが必要になるが、該モレキュラシ−ブは成型ダイからの離型性が悪いため、離型剤として滑剤を添加することが必要である。滑剤として、例えばステアリン酸の無機塩類や人造黒鉛等が用いられる。滑剤の添加量は当該モレキュラーシーブに対し0.1 から5 wt% が適当である。これら滑剤を該モレキュラーシーブと均一に混合し、打錠成型用の原料粉末を調製する。
【００１３】
(2) 予備成型、整粒工程
先述の方法で製造したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末は粒径が200μm以下であり、かさ密度は0.3から0.7g/cm3程度と非常にかさ高い。このため、このまま圧縮打錠成型を行なっても十分な強度と適当な成型体密度を持つ成型体を得ることができない。そこで予備成型と整粒操作を行ない、打錠成型に適したかさ密度と粒径を有する予備成型体を調製することが必要となる。予備成型はロールコンパクティング型、またはロールプリケッテイング型圧縮成型機等を用い0.5から5MPaの圧力で行なう。ロールコンパクテング型成型機を用いた場合、シート状の予備成型体が得られ、これを更に破砕、整粒する。整粒後の予備成型体粒度は打錠機金型への充填性から３０メッシュ以下とするが、特に２０メッシュ以下に調整するのが好ましい。通常、ロールコンパクティング型成型機には粉砕機および整粒用スクリーンが一体となっており、一連の上記操作は容易に行なうことができる。
【００１４】
(3)圧縮打錠成型工程
このようにして得られた予備成型体を回転型、または単発型圧縮打錠成型機を用い打錠成型する。工業的には多量の成型体を効率的に製造できる回転型圧縮打錠成型機が適している。これら打錠成型機のダイの中に先に調製した予備成型体を充填し、上下のパンチで圧縮打錠成型する。打錠圧力は20から200MPa以下、好ましくは40から100MPa の範囲で行なう。打錠成型体の形状は直径、長さとも2から10mmの円柱タブレットのものが一般的であり、打錠体を充填する反応管のサイズ、目的とする反応の種類、成型体の生産性等を十分に勘案し、最も適した打錠成型体のサイズを選択すればよい。
【００１５】
本発明者らは、最終的に得られた成型体密度を0.9 から1.3(g/cm3)とし、成型体のBET 比表面積を400m2／g以上とすることが、この成型体を反応触媒として用いた場合の触媒活性の低下を引き起こさない点から極めて重要であることを見出した。成型体密度がこの範囲よりはずれると、また成型体のBET表面積が400m2／g以下となると、得られる成型体の触媒活性は著しく低下する。成型体密度は予備成型体のかさ密度、ダイへの充填量、打錠成型圧力等に依存し、これらを調整、最適化することで成型体密度を0.9 から1.3(g/cm3)に制御することができる。またBET表面積は先の該モレキュラシーブ中の含水率や予備成型、打錠圧力に依存し、これらを制御することでBET表面積が400m2／g以上に保つことができる。
【００１６】
以上の打錠成型操作は、該モレキュラーシーブができるだけ吸湿しないよう、低湿度下ですばやく行なう必要がある。可能であれば、各装置を乾燥窒素雰囲気下とし各操作を行なうことが好ましい。
【００１７】
このようにして、工業用触媒として、使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、かつ原料粉末の場合と同等な高い触媒活性を有するバインダーレスのシャバサイト型結晶質アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を製造することができる。本発明の方法により得られた該打錠成型体は、工業的には固定床流通式反応器に充填しメタノールとアンモニア、および／またはメタノールとモノメチルアミンを原料としたメチルアミン合成反応、および／またはモノメチルアミンの不均化反応によるメチルアミン合成反応の触媒として用いることができ、本発明の工業的な意義は極めて大きい。
【００１８】
次に本発明の具体的態様を実施例、及び比較例をもって更に詳細に説明する。尚、原料粉体、成型体の各物性値は以下の方法で測定した。
・平均粒径：湿式レーザー回折型粒度分布計(HORIBA LA-500)で測定した。
・成型体密度：得られた成型体50個(n=50)をおのおの精密重量測定し、その平均値より算出した。
・圧壊強度：破壊強度測定器(大倉理研 DHT-200)で測定した(n=50)。
・粉化率：カゴ試験型粉化率測定装置(千穂田精衡株式会社)で測定した(直径100mm 、高さ90mmの14メッシュSUS 製の円筒状スクリーン内に10gの成型体を入れ、円筒を160rpmで10分間回転させた後、粉化率を測定した)。
・BET比表面積：窒素吸着／脱着等温線測定装置(QANTACHROME社 Autosorb-6)を用い、Multi-point法で測定した。
また、本実施例、比較例では得られた成型体をメタノールとアンモニアからのメチルアミン合成反応触媒として用い、触媒性能を評価した。評価方法は、触媒 2.5gをステンレス製円筒状反応管に充填し、アンモニアとメタノ−ルの１：１重量混合物を 5.19g/hの速度で供給して、反応圧力2MPa、温度320 ℃条件下、メチルアミン合成反応を行った。尚、時空間速度 (GHSV)は約900から1200h-1である。原料流通後12時間後の反応生成物を水に捕集し、ガスクロマトグラフィーにより反応成績を調べた。生成物のメチルアミンはモノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンの三種があり、工業的にはジメチルアミンの選択率が高い触媒が望まれている。尚、記載する略語は以下の通りである
・モノメチルアミン：mMA
・ジメチルアミン ：dMA
・トリメチルアミン：tMA
【００１９】
【実施例】
実施例１
シャバサイト型結晶質アルミノリン酸塩モレキュラーシーブとして、水熱処理時にTiを添加し、テンプレート剤としてテトラエチルアンモニウムヒドロキシドを用い製造したTiSAPO-34粉末を100 ℃で16時間乾燥して含水率を1.1wt%とした。この粉末の平均粒径は2.1μmであった。TiSAPO-34の乾燥重量に対して1.5wt%の人造黒鉛を添加し、混合した。次に、ロ−ラーコンパクティング型圧縮成型機（フロイント産業社製）を用いて1.5MPaの圧力下、予備成型処理を施し、得られた予備成型体を破砕した後16メッシュに整粒した。これを、回転型圧縮打錠成型機（菊水製作所製）を用いて80MPaの圧力下で打錠成型し、直径3.2mm×高さ3.2mmの円柱タブレットの成型体を得た。得られた成型体の物性値は以下のとおりであった。
成型体密度：1.09(g/cm3)
圧壊強度：14.8(MPa)
粉化率：2.5(wt%)
BET 比表面積：470(m2/g)
尚、圧壊強度と粉化率は工業用触媒として使用に耐えうる機械的強度を有するか否かの指標となり、強度5MPa以上、粉化率5wt%以下の値であれば実用触媒として十分な強度である。本実施例で製造した成型体の強度はいずれもこれらの値を満足しており、工業用触媒として用いる上で何ら問題ない水準であった。また、この成型体のメチルアミン合成反応成績は以下の通りであり、触媒活性(メタノール転化率)、dMAの選択率はともに高いものであった。
メタノール転化率：98.2％
アミン選択率：mMA／dMA／tMA＝32 ／64／4(wt%)
以上の結果を表１にまとめた。
【表１】
比較例１
実施例1で製造したTiSAPO-34を粉末のまま用いて、実施例1と同様にメチルアミン合成反応を行なった。結果を表１に示す。反応成績は実施例1の場合とほぼ同等であり、実施例1の成型体は成型前のTiSAPO-34と比べ、活性低下や選択率の変化は起きていないことが明らかである。尚、このような微細な粉末触媒を用いたメチルアミン合成反応は実験室的に実施することは可能であるが、工業的に大きな固定床流通反応管で実施することは不可能である。
【００２１】
実施例2、3、比較例2、(含水率の影響)
TiSAPO-34粉末の含水率を4.8wt%(実施例2)、10.0wt%(実施例3)、25.6wt%(比較例2)のものを用いた以外は、実施例1と同様な操作で成型体を得て、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表１に示す。成型体密度はいずれも1.09〜1.10g/cm3)であり、実施例1とほぼ同等の成型体密度であった。これらの結果より、TiSAPO-34粉末の含水率が高くなるに従って、顕著に成型体の圧壊強度が低下し、粉化率が高くなってしまう現象が観察され、TiSAPO-34粉末の含水率が10wt%より多くなると、触媒としての要求強度から大きく外れた実用には耐えられない水準の成型体となった。またBET比表面積は含水率が多くなるに従って、低下する傾向がある。
比較例2において、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、87.9%であり、他のものと比較して低かった。またBET比表面積も389(m2/g)と小さいものであった。dMAの選択率はいずれも実施例1と同様に高いものであった。
【００２２】
実施例4、5、比較例3、(成型体密度の影響)
回転式圧縮打錠成機の成型圧力を40MPa(実施例4)、100MPa(実施例5)、150MPa(比較例3)とした以外は、実施例1と同様な操作で成型体を得て、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表２に示す。この操作の結果得られた触媒の成型体密度は実施例4で1.00g/cm3、実施例5で1.30g/cm3、比較例3で1.35g/cm3であった。成型体強度はいずれも工業用触媒として用いる上で何ら問題ない水準であったが、比較例3では、BET表面積が低下し、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、他のものと比較して低かった。
【表２】
実施例6〜9、(モレキュラシーブの影響)
水熱合成時にTiを添加しない系で合成(実施例6)、水熱合成時にTiを添加せずテンプレート剤としてシクロヘキシルアミンを用いた系で合成(実施例7)、水熱合成時にTiを添加せずテンプレート剤としてsec-ブチルアミンを用いた系で合成(実施例8)、水熱合成時のTiのかわりにZrを添加した系で合成(実施例9)した以外は実施例1と同様な操作で成型体を得、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表３に示す。各実施例で合成されたSAPOはそれぞれ、SAPO-34(実施例6)、SAPO-44(実施例7)、SAPO-47(実施例8)、ZrSAPO-34(実施例9)であり、合成段階での各SAPOの平均粒子径はすべて4μm以下であった。得られた成型体の密度は1.08から1.1g/cm3であり、成型体強度はいずれも工業的触媒として用いる上で何ら問題ない水準であった。また成型体のBET表面積はすべて400m2/g以上であり、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)、dMA選択率ともに高いものであった。
【表３】
比較例4〜8、(押出し成型法との比較)
実施例1と同様な方法で製造したTiSAPO-34粉末10gに任意の種類と量のバインダーを添加し、水10gを用いて混練した。この混錬物を、注射筒を用いて押出した後、110℃で4時間乾燥し、直径3.2mm×高さ3.2mm の成型体にそろえた。この成型体を空気中、600℃で4時間焼成し、押出し成型品触媒を得、実施例1と同様な方法で成型体強度を測定したのち、メチルアミン合成反応活性を調べた。各比較例で使用したバインダーの種類と量は以下の通りである。
比較例4：膨潤性合成雲母(ME-100コープケミカル社製)をTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
比較例5：膨潤性合成雲母(ME-100コープケミカル社製)をTiSAPO-34粉末に対して25wt%添加
比較例6：カオリンをTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
比較例7：アルミナをTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
比較例8：アタパルジャイトをTiSAPO-34粉末に対して15wt%添加
結果を表４に示す。この操作の結果得られた触媒の成型体強度はいずれも工業用触媒として用いる上で問題ない水準であったが、実施例1の打錠成型体に比較し弱いものであった。尚、比較例4,5よりバインダーの添加量を増やすことで成型体強度は改善される。メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、いずれも実施例1の打錠成型体に比べかなり低いものであった。これは、成型体中のTiSAPO-34触媒の絶対量が添加したバインダーにより少なくなっているためである。またカオリン、アルミナ、アタパルジャイトを用いた比較例6、7、8ではdMAの選択性が低い。これは添加したバインダー自身の酸点により、アミン類の不均化反応が進行しdMAの選択性が下がったものと考えられる。
【表４】
【発明の効果】
本発明の提供する方法に基づく、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体はバインダーレスであるため、バインダーの添加が必要な押出し成型品にみられた活性低下や目的反応物の選択率の低下が殆ど無く、また工業的な使用に耐えうる十分な成型体強度を有する。この様な成型体を製造する方法は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブを対象とする触媒成型の分野において極めて有用であり、本発明の意義は大きい。
Claims (8)
- 含水率が１０ｗｔ％以下、平均粒子径が２００μｍ以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末に０．１から５ｗｔ％の滑剤を加え混合する工程、その混合物を０．５から５ＭＰａの範囲の圧力で予備成型し、その予備成型品を３０メッシュ以下の粒子に整粒する工程、そして、その整粒品を２０から２００ＭＰａの圧力で圧縮打錠成型する工程を経て、成型体密度が０．９ から１．３ｇ／ｃｍ ３ の範囲であり、比表面積が４００ｍ ２ ／ｇ以上であることを特徴とする、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体を得る、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の成型方法。
- シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがＳＡＰＯ−３４である、請求項１記載の成型方法。
- シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがＭｇ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＰｔの中から選択された１種類以上の金属を含有する、請求項１記載の成型方法。
- シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがＭｇ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＰｔの中から選択された１種類以上の金属で置換したものである、請求項１記載の成型方法。
- 含水率が１０ｗｔ％以下、平均粒子径が２００μｍ以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型し、得られる成型体密度が０．９ から１．３ｇ／ｃｍ ３ の範囲であり、比表面積が４００ｍ ２ ／ｇ以上であるシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとモノメチルアミンを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造方法。
- シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがＳＡＰＯ−３４である、請求項５記載のメチルアミン類の製造方法。
- シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがＭｇ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＰｔの中から選択された１種類以上の金属を含有する、請求項５記載のメチルアミン類の製造方法。
- シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがＭｇ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＰｔの中から選択された１種類以上の金属で置換したものである、請求項５記載のメチルアミン類の製造方法。
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