JP4791246B2 - Glycerin dehydration catalyst and method for producing acrolein - Google Patents

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Description

本発明は、グリセリン脱水用触媒に関し、特にグリセリンの脱水によるアクロレイン製造に適したグリセリン脱水用触媒に関するものである。   The present invention relates to a glycerol dehydration catalyst, and more particularly to a glycerol dehydration catalyst suitable for acrolein production by dehydration of glycerin.

植物油から製造されるバイオディーゼルは、化石燃料の代替燃料としてだけではなく、二酸化炭素の排出量が少ない点でも注目され、需要の増大が見込まれている。このバイオディーゼルを製造するとグリセリンが副生するため、その有効利用を図る必要がある。グリセリンの利用の一態様としては、グリセリンをアクロレインの原料に使用することが挙げられる。   Biodiesel produced from vegetable oil is attracting attention not only as a substitute for fossil fuels but also because it emits less carbon dioxide, and demand is expected to increase. When this biodiesel is produced, glycerin is produced as a by-product, so it is necessary to make effective use of it. One embodiment of the use of glycerin includes the use of glycerin as a raw material for acrolein.

グリセリンを原料にしたアクロレインの製造方法は、例えば、特許文献1および非特許文献1に開示されている。特許文献1には、酸強度関数が+2以下のH−MFIを使用してグリセリンを脱水し、アクロレインを製造することが開示されているが、この開示されている方法は、液相脱水で有用であり、気相脱水では有用ではないと特許文献1に記載されている。他方の非特許文献1には、グリセリンの気相脱水反応を、触媒を使用して行ったことが開示されている。この非特許文献1に開示されている触媒は、20質量%のベントナイトおよび80質量%のH−MFIで構成され、触媒構成であるH−MFIは、Na2Oを0.55質量%含有する。 Methods for producing acrolein using glycerin as a raw material are disclosed in, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1. Patent Document 1 discloses that H-MFI having an acid strength function of +2 or less is used to dehydrate glycerin to produce acrolein, but this disclosed method is useful for liquid phase dehydration. Patent Document 1 describes that it is not useful in vapor phase dehydration. The other Non-Patent Document 1 discloses that a gas phase dehydration reaction of glycerin was performed using a catalyst. The catalyst disclosed in Non-Patent Document 1 is composed of 20% by mass of bentonite and 80% by mass of H-MFI, and H-MFI that is a catalyst configuration contains 0.55% by mass of Na 2 O. .

上記特許文献1や非特許文献1に開示されているように、触媒を使用したグリセリン脱水反応でアクロレインを製造できるが、この場合、アクロレイン収率の経時変化が少なければ、製造計画を立て易く、アクロレインの製造量の不足および過剰を防止できることが見込まれる。また、アクロレインを高収率で製造することができれば、従来からアクロレインを原料として製造できることが知られているアクリル酸、1,3−プロパンジオール、アリルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、メチオニン等のアクロレイン誘導体を低コストで製造できることが見込まれる。
特開平06−211724号公報 Le H.Dao,Reaction of Model Compounds of Biomass-Pyrolysis Oils Over ZSM-5 Zeolite Catalysts,American Chemical Society,1988,376,p.328-341
As disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, acrolein can be produced by a glycerin dehydration reaction using a catalyst. In this case, if there is little change in the acrolein yield with time, it is easy to make a production plan. It is expected that the shortage and excess of acrolein production can be prevented. In addition, if acrolein can be produced in high yield, acrylic acid, 1,3-propanediol, allyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylic acid salt, methionine, which are conventionally known to be produced using acrolein as a raw material, are known. It is expected that acrolein derivatives such as these can be produced at low cost.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-211724 Le H. Dao, Reaction of Model Compounds of Biomass-Pyrolysis Oils Over ZSM-5 Zeolite Catalysts, American Chemical Society, 1988, 376, p.328-341

本発明は、上記事情に鑑み、アクロレイン収率の経時変化を抑制するグリセリン脱水用触媒の提供を目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a catalyst for glycerol dehydration that suppresses a change in acrolein yield over time.

本発明者は、グリセリンを脱水することができる酸性の結晶性メタロシリケートを有する触媒において、Si/Tが所定範囲であり、かつ、バインダー量が制限されていれば、アクロレイン収率の経時変化を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。   In the catalyst having an acidic crystalline metallosilicate that can dehydrate glycerin, the Si / T is within a predetermined range, and the amount of the binder is limited, the acrolein yield changes with time. The inventors have found that it can be suppressed, and have completed the present invention.

即ち本発明は、Al、B、Ti、Cu、In、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、およびGaから選択された一種または二種以上のT原子を含む結晶性メタロシリケートを有するグリセリン脱水用触媒であって、前記結晶性メタロシリケートにおけるSi/Tが800以下、前記触媒におけるバインダー量が15質量%以下であることを特徴とするグリセリン脱水用触媒である。   That is, the present invention is for dehydrating glycerin having a crystalline metallosilicate containing one or more T atoms selected from Al, B, Ti, Cu, In, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, and Ga. A catalyst for glycerin dehydration, characterized in that Si / T in the crystalline metallosilicate is 800 or less and the binder amount in the catalyst is 15% by mass or less.

本発明の触媒においては、バインダー含有量の上限を15質量%としているが、バインダーを含んでいると触媒活性を示す結晶性メタロシリケートが希釈されてアクロレインの収率が下がることがあるので、バインダーを有していないことが好適である。   In the catalyst of the present invention, the upper limit of the binder content is 15% by mass, but if the binder is included, the crystalline metallosilicate showing catalytic activity may be diluted and the yield of acrolein may be reduced. It is preferable not to have.

前記結晶性メタロシリケートは、結晶格子外カチオンにH+を有することが好適である。また、アクロレインの収率変化が抑制されるだけではなく、アクロレインを高収率で製造するためには、前記T原子は、Alであると好適であり、前記結晶性メタロシリケートは、MFI型の結晶構造を有していると好適である。 The crystalline metallosilicate preferably has H + as a cation outside the crystal lattice. In addition to suppressing the yield change of acrolein, in order to produce acrolein with high yield, the T atom is preferably Al, and the crystalline metallosilicate is of MFI type. It preferably has a crystal structure.

前記触媒において、アクロレインの収率を高めるためには、Na2Oに換算したNaの含有量が1.0質量%以下であると好適である。 In the catalyst, in order to increase the yield of acrolein, it is preferable that the content of Na converted to Na 2 O is 1.0% by mass or less.

前記触媒を使用すれば、グリセリンの液相脱水反応でアクロレインを製造する場合のみならず、グリセリンの気相脱水反応でアクロレインを製造する場合にも、アクロレイン収率の経時変化を抑制することができる。   If the catalyst is used, not only when acrolein is produced by a liquid phase dehydration reaction of glycerin but also when acrolein is produced by a gas phase dehydration reaction of glycerin, it is possible to suppress a time-dependent change in acrolein yield. .

また、本発明は、前記本発明に係る触媒の共存下においてグリセリンを脱水してアクロレインを製造する方法である。この方法は、グリセリンと触媒を接触させる気相反応によりグリセリンを脱水するものであっても良い。   Further, the present invention is a method for producing acrolein by dehydrating glycerin in the presence of the catalyst according to the present invention. In this method, glycerin may be dehydrated by a gas phase reaction in which glycerol and a catalyst are brought into contact with each other.

また、本発明は、前記本発明に係るアクロレインの製造方法を使用してアクロレインを製造する工程を有するアクロレイン誘導体の製造方法である。この方法で製造することができるアクロレイン誘導体としては、例えば、従来からアクロレインを原料として製造されているアクリル酸、1,3−プロパンジオール、アリルアルコール、メチオニン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩を挙げることができる。   Moreover, this invention is a manufacturing method of the acrolein derivative which has the process of manufacturing acrolein using the manufacturing method of the acrolein which concerns on the said this invention. Examples of the acrolein derivative that can be produced by this method include acrylic acid, 1,3-propanediol, allyl alcohol, methionine, polyacrylic acid, and sodium polyacrylate that are conventionally produced using acrolein as a raw material. Mention may be made of polyacrylates.

本発明に係るグリセリン脱水用触媒によれば、Si/Tが所定範囲である上、バインダー量の上限値を設けているので、収率変化を抑制しつつアクロレインを製造することができる。   According to the glycerol dehydration catalyst of the present invention, Si / T is in a predetermined range, and an upper limit value of the binder amount is provided, so that acrolein can be produced while suppressing a yield change.

本発明を実施形態に基づき以下に説明する。本実施形態の触媒は、結晶性メタロシリケートを有するグリセリン脱水用触媒である。この触媒は、メタロシリケート結晶が複数集合した成形体として構成されている。   The present invention will be described below based on embodiments. The catalyst of the present embodiment is a glycerol dehydration catalyst having a crystalline metallosilicate. This catalyst is configured as a molded body in which a plurality of metallosilicate crystals are assembled.

上記触媒は、Na2Oに換算したNaの含有量が1.0質量%以下であると好ましい。この濃度範囲の触媒は、アクロレイン収率に優れる。Na2Oが少量であるほどアクロレイン収率は高まる傾向があるので、Na2Oは、0.05質量%以下がより好ましく、0.01質量%以下が更に好ましい。 The catalyst preferably has a Na content in terms of Na 2 O of 1.0% by mass or less. A catalyst in this concentration range is excellent in acrolein yield. Since the acrolein yield tends to increase as the amount of Na 2 O decreases, the amount of Na 2 O is more preferably 0.05% by mass or less, and still more preferably 0.01% by mass or less.

本実施形態の触媒の細孔径(二次細孔径)は、特に限定されるものではないが、0.80μm以下であると良く、好ましくは、アクロレイン収率に優れた0.08〜0.40μmである。このモード径は、測定圧力を絶対圧で6.9〜4.1×10 kPa(1〜60000psia、接触角を130°、水銀表面張力を485.0mN/m、水銀密度を13.5335g/cmとした場合に測定できる水銀圧入法による測定値である。なお、本実施形態における触媒に関して、アクロレイン収率が結晶性メタロシリケートの細孔径(一次細孔径)に依存することは小さい。 The pore diameter (secondary pore diameter) of the catalyst of the present embodiment is not particularly limited, but may be 0.80 μm or less, preferably 0.08 to 0.40 μm excellent in acrolein yield. It is. The mode diameter is 6.9 to 4.1 × 10 5 kPa (1 to 60000 psia ) in absolute pressure , the contact angle is 130 °, the mercury surface tension is 485.0 mN / m, and the mercury density is 13.5335 g. It is a measured value by a mercury intrusion method that can be measured when it is / cm 3 . In addition, regarding the catalyst in the present embodiment, the acrolein yield hardly depends on the pore size (primary pore size) of the crystalline metallosilicate.

また、触媒の比表面積は、特に限定されるものではないが、BET法による窒素吸着で測定した場合、300〜550m2/gであると良く、好ましくは315〜500m2/gである。 The specific surface area of the catalyst is not particularly limited, as measured by nitrogen adsorption according to the BET method, well with a 300~550m 2 / g, preferably from 315~500m 2 / g.

本実施形態における結晶性メタロシリケートは、正四面体構造のSiO4およびTO4を基本構成単位とし、これらSiO4およびTO4が3次元に連結した結晶である。本実施形態の触媒における結晶性メタロシリケートとしては、国際ゼオライト学会構造委員会が構造コードで分類している結晶構造のメタロシリケート、並びに、「ZEOLITES,Vol.12,No.5,1992」および「HANDBOOK OF MOLECULAR SIEVES,R.Szostak著,VAN NOST RAND REINHOLD出版」等に記載された構造のメタロシリケートを挙げることができ、結晶構造が特に限定されるものではない。この結晶性メタロシリケートを国際ゼオライト学会構造委員会の命名に基づき例示すれば、LTA、CHA、ERI、KFI等の細孔の入り口が8員酸素環の結晶性メタロシリケート;FER、MFI等の細孔の入り口が10員酸素環の結晶性メタロシリケート;MOR、BEA、FAU、LTL、GME、OFF、MTW等の細孔入り口が12員酸素環の結晶性メタロシリケートである。この例示した結晶性メタロシリケート中、高収率でアクロレインを製造することができるMFIが好適である。 The crystalline metallosilicate in the present embodiment is a crystal in which regular tetrahedral structure SiO 4 and TO 4 are used as basic structural units, and these SiO 4 and TO 4 are three-dimensionally connected. As the crystalline metallosilicate in the catalyst of the present embodiment, the metallosilicate of the crystal structure classified by the structure code of the International Society of Zeolite Society, and “ZEOLITES, Vol. 12, No. 5, 1992” and “ Metallosilicates having the structure described in “HANDBOOK OF MOLECULAR SIEVES, R. Szostak, VAN NOST RAND REINHOLD publication” and the like can be mentioned, and the crystal structure is not particularly limited. When this crystalline metallosilicate is illustrated based on the name of the International Zeolite Society Structural Committee, the inlet of the pore of LTA, CHA, ERI, KFI, etc. is a crystalline metallosilicate with an 8-membered oxygen ring; FER, MFI, etc. Crystalline metallosilicate with a 10-membered oxygen ring at the entrance of the pore; Crystalline metallosilicate with a 12-membered oxygen ring at the pore entrance of MOR, BEA, FAU, LTL, GME, OFF, MTW, etc. Among the exemplified crystalline metallosilicates, MFI capable of producing acrolein with high yield is preferable.

結晶性メタロシリケートは、結晶格子外にイオン交換可能なカチオンを有する。本実施形態におけるメタロシリケート結晶格子外カチオンとしては、H+、Li+、Na+、Rb+、Cs+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Sc3+、Y3+、およびLa3+等を例示することができる。特に、格子外カチオンの一部または全部がH+であるH型結晶性メタロシリケートが好適である。 The crystalline metallosilicate has a cation capable of ion exchange outside the crystal lattice. The metallosilicate crystal lattice cation in the present embodiment includes H + , Li + , Na + , Rb + , Cs + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Sc 3+ , Y 3. + , La 3+ and the like can be exemplified. In particular, H-type crystalline metallosilicates in which some or all of the extra-lattice cations are H + are suitable.

結晶性メタロシリケートの構成単位TO4におけるT原子は、Siを除く原子であり、Al、B、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、およびInから選択された一種または二種以上が挙げられる。このT原子中、Al、B、Fe、Ga、およびInから選択されていると好適であり、Alが選択されていると更に好適である。 The T atom in the structural unit TO 4 of the crystalline metallosilicate is an atom excluding Si, and one or two selected from Al, B, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, and In More than species. Among these T atoms, it is preferable that Al, B, Fe, Ga, and In are selected, and it is more preferable that Al is selected.

結晶性メタロシリケート中のSi原子とT原子のモル比Si/Tは、800以下である。Si/Tが800を超える場合、アクロレイン収率の経時変化が大きいか、アクロレイン収率が極めて低くなる。また、アクロレイン収率の経時変化を抑制するための好ましいSi/Tは、10〜600である。一方、アクロレインを高収率で製造するための好ましいSi/Tは、10〜400であり、更に好ましくは、20〜300である。   The molar ratio Si / T between Si atoms and T atoms in the crystalline metallosilicate is 800 or less. When Si / T exceeds 800, the acrolein yield changes with time, or the acrolein yield becomes extremely low. Moreover, preferable Si / T for suppressing the time-dependent change of an acrolein yield is 10-600. On the other hand, the preferred Si / T for producing acrolein in high yield is 10 to 400, more preferably 20 to 300.

結晶性メタロシリケートの結晶化度は、85%以上が好ましく、95%以上がより好ましく、98%以上が更に好ましい。   The crystallinity of the crystalline metallosilicate is preferably 85% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more.

結晶性メタロシリケートの結晶格子に組み込まれていないT原子(以下、「結晶性メタロシリケートの結晶格子に組み込まれていないT原子」を「結晶格子外へテロ原子」と称することがある)が存在しない結晶性メタロシリケートと結晶格子外へテロ原子が存在する結晶性メタロシリケートでは、両結晶性メタロシリケートのSi/Tが同じであっても、結晶格子外へテロ原子が存在する結晶性メタロシリケートの方が熱的に不安定であるので、結晶性メタロシリケートにおける結晶格子外へテロ原子の含量は、制限されていることが好ましい。また、メタロシリケート結晶格子に組み込まれたT原子がグリセリン脱水反応の活性点となるが、同じSi/Tの結晶格子外へテロ原子が存在する結晶性メタロシリケートと結晶格子外へテロ原子が存在しない結晶性メタロシリケートでは、実質的な活性点量が変るので、結晶性メタロシリケートにおける結晶格子外へテロ原子の含量は、制限されていることが好ましい。そして、例えばT原子がAlの場合、触媒における全Alに対するメタロシリケート結晶格子外アルミニウムの含量は、3質量%以下であると良く、2質量%以下であることが好ましく、分析機器により検出できない(実質的に含まれない)ことが更に好ましい。この結晶格子外アルミニウム含量は、酸素が通常六配位している結晶格子外アルミニウムと酸素が四配位している結晶格子内アルミニウムを27Al MAS‐NMRで測定することにより算出できる。即ち、四配位アルミニウムに帰属するσ=50〜70ppmの範囲に測定されるピークの面積と、六配位アルミニウムに帰属するσ=0〜10ppmの範囲に測定されるピークの面積を求め、この面積比に基づいて結晶格子外アルミニウムの含量を算出することができる。 There is a T atom that is not incorporated in the crystal lattice of the crystalline metallosilicate (hereinafter, “T atom that is not incorporated in the crystal lattice of the crystalline metallosilicate” may be referred to as “hetero atom outside the crystal lattice”). Crystalline metallosilicates in which heteroatoms are present and crystalline metallosilicates in which heteroatoms are present outside the crystal lattice are crystalline metallosilicates in which heteroatoms are present outside the crystal lattice, even if both crystalline metallosilicates have the same Si / T. Since is more thermally unstable, the content of heteroatoms outside the crystal lattice in the crystalline metallosilicate is preferably limited. In addition, the T atom incorporated in the metallosilicate crystal lattice becomes the active site of the glycerin dehydration reaction, but the same Si / T crystal heterohetero atom exists in the crystalline metallosilicate and the crystal lattice hetero atom exists. In crystalline metallosilicates, the amount of active sites varies, so the content of heteroatoms outside the crystal lattice in the crystalline metallosilicate is preferably limited. For example, when the T atom is Al, the content of metallosilicate out-of-lattice aluminum in the catalyst is preferably 3% by mass or less, preferably 2% by mass or less, and cannot be detected by an analytical instrument ( More preferably, it is not substantially included). This out-of-crystal aluminum content can be calculated by measuring the out-of-crystal aluminum in which oxygen is normally six-coordinated and the in-crystal aluminum in which oxygen is four-coordinated by 27 Al MAS-NMR. That is, the area of the peak measured in the range of σ = 50 to 70 ppm attributed to tetracoordinated aluminum and the area of the peak measured in the range of σ = 0 to 10 ppm attributed to hexacoordinated aluminum were determined. The content of aluminum outside the crystal lattice can be calculated based on the area ratio.

本実施形態の触媒を使用してグリセリンの脱水反応を工業的に行うとき、成形した結晶性メタロシリケートを触媒として使用する場合がある。この場合の触媒は、バインダーと結晶性メタロシリケートで構成された成形体、または結晶性メタロシリケートだけで構成された成形体を使用できる。触媒における成形体がバインダーを構成に有している場合、バインダー量とアクロレイン収率の経時的変動が相関しており、触媒におけるバインダー量は、15質量%以下であると好ましい。バインダー量が少量であるほど、アクロレイン収率の変動が抑制されるので、バインダー量は、10質量%以下であるとより好ましく、5質量%以下であると更に好ましい。最適なバインダー量は、0質量%である。つまり、バインダーを有さず、触媒活性を示す結晶性メタロシリケートが希釈されていない結晶性メタロシリケート成形体が最適である。   When the glycerol dehydration reaction is industrially performed using the catalyst of the present embodiment, the molded crystalline metallosilicate may be used as a catalyst. As the catalyst in this case, a molded body composed of a binder and a crystalline metallosilicate or a molded body composed only of a crystalline metallosilicate can be used. When the molded body in the catalyst has a binder, the amount of binder and the acrolein yield change with time are correlated, and the amount of binder in the catalyst is preferably 15% by mass or less. The smaller the amount of the binder, the more the variation of the acrolein yield is suppressed. Therefore, the amount of the binder is more preferably 10% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less. The optimum binder amount is 0% by mass. That is, a crystalline metallosilicate molded article which does not have a binder and is not diluted with a crystalline metallosilicate exhibiting catalytic activity is optimal.

ここで、触媒がバインダーを有している場合の「バインダー」とは、隣接するメタロシリケート結晶の間に存在する焼結性無機化合物をいう。そして、本実施形態において好適なバインダーは、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア等の無機の焼結性酸化物;ベントナイト、活性白土等の粘土鉱物を挙げることができる。なお、粘土鉱物がバインダーになっている場合、アルカリ金属およびアルカリ土類金属に属する1種以上のカチオンがその組成中に含まれている場合がある。この場合、成形される結晶性メタロシリケートのイオン交換サイトのモル数が粘土鉱物に含有されているカチオンのモル数(但し、アルカリ土類金属では含有されているモル数の1/2倍のモル数)よりも多くないと、過剰のカチオンによりグリセリンの脱水反応が阻害されるため、好ましくない。   Here, the “binder” when the catalyst has a binder refers to a sinterable inorganic compound existing between adjacent metallosilicate crystals. Examples of suitable binders in this embodiment include inorganic sinterable oxides such as silica, alumina, and titania; and clay minerals such as bentonite and activated clay. In addition, when the clay mineral is used as the binder, one or more cations belonging to alkali metals and alkaline earth metals may be included in the composition. In this case, the number of moles of ion exchange sites of the formed crystalline metallosilicate is the number of moles of cations contained in the clay mineral (however, the number of moles of ½ times the number of moles contained in the alkaline earth metal). If it is not more than the number), the dehydration reaction of glycerin is inhibited by excess cations, which is not preferable.

次に本実施形態のグリセリン脱水用触媒の製造方法を、結晶性メタロシリケート粒子にバインダー成分を追加して結晶性メタロシリケート成形体を調製する第一触媒製造方法、およびバインダー成分を追加せずに結晶性メタロシリケート成形体を調製する第二触媒製造方法に基づき説明する。   Next, the manufacturing method of the catalyst for glycerin dehydration of this embodiment is the first catalyst manufacturing method for preparing a crystalline metallosilicate molded body by adding a binder component to the crystalline metallosilicate particles, and without adding the binder component. Description will be made based on a second catalyst production method for preparing a crystalline metallosilicate molded article.

先ず、結晶性メタロシリケート粒子にバインダー成分を追加して結晶性メタロシリケート成形体を調製する第一触媒製造方法について説明する。第一触媒製造方法は、結晶性メタロシリケート粒子をバインダーで結着すると共に、所望の形状に成形する簡易な方法である。この方法では、市販の結晶性メタロシリケート粒子、水熱合成法等の公知の方法により合成した結晶性メタロシリケート粒子、又は後述の第二触媒製造方法により製造した結晶性メタロシリケート粒子を材料結晶性メタロシリケート粒子として使用すると良い。また、バインダーには、シリカ、アルミナ等の無機バインダーを使用すると良い。   First, a first catalyst production method for preparing a crystalline metallosilicate molded body by adding a binder component to crystalline metallosilicate particles will be described. The first catalyst production method is a simple method in which crystalline metallosilicate particles are bound with a binder and molded into a desired shape. In this method, a commercially available crystalline metallosilicate particle, a crystalline metallosilicate particle synthesized by a known method such as a hydrothermal synthesis method, or a crystalline metallosilicate particle produced by a second catalyst production method described later is used as a material crystallinity. It is good to use as metallosilicate particles. Moreover, it is good to use inorganic binders, such as a silica and an alumina, for a binder.

次に、バインダー成分を追加しないで結晶性メタロシリケート成形体を調製する第二触媒製造方法を説明する。本方法における「バインダー成分を追加しない」とは、結晶性メタロシリケートを調製した後にバインダー成分を追加しないことを意味する。本製造方法は、結晶粒子径が微細で、高い触媒活性のMFI構造のメタロシリケートを製造するための方法である。そして、本製造方法は、成形したシリカに所定の成分を担持させる担持工程、担持工程後のシリカを水蒸気と接触させてMFI構造のメタロシリケートを合成する結晶化工程、NH4型MFIメタロシリケートを製造するイオン交換工程、およびH型MFIメタロシリケートを製造する焼成工程からなる。この製造方法を、工程毎に以下に説明する。 Next, a second catalyst production method for preparing a crystalline metallosilicate molded body without adding a binder component will be described. “Do not add a binder component” in the present method means that a binder component is not added after the crystalline metallosilicate is prepared. This production method is a method for producing a metallosilicate having an MFI structure having a fine crystal particle size and high catalytic activity. The production method includes a supporting step of supporting a predetermined component on the formed silica, a crystallization step of synthesizing a metallosilicate having an MFI structure by bringing the silica after the supporting step into contact with water vapor, and an NH 4 type MFI metallosilicate. It consists of an ion exchange process to manufacture and a firing process to manufacture H-type MFI metallosilicate. This manufacturing method is demonstrated below for every process.

担持工程では、所定の成分を含有した水溶液(以下、「含浸液」)をシリカ成形体に含浸し、次に、シリカ成形体を乾燥し、メタロシリケート前駆体を製造する。   In the supporting step, an aqueous solution containing a predetermined component (hereinafter referred to as “impregnating liquid”) is impregnated into a silica molded body, and then the silica molded body is dried to produce a metallosilicate precursor.

担持工程で使用するシリカ成形体は、特に限定されるものではない。市販されているシリカ成形体を使用しても良い。また、成形体形状および大きさも特に限定されない。成形体の形状としては、球状、シリンダー型、リング型を例示できる。大きさは、通常、直径相当が0.5〜10mmである。   The silica molded body used in the supporting step is not particularly limited. A commercially available silica molded body may be used. Further, the shape and size of the molded body are not particularly limited. Examples of the shape of the molded body include a spherical shape, a cylinder shape, and a ring shape. The size is usually 0.5 to 10 mm in diameter.

また、シリカ成形体の機械的強度は、特に限定されるものではないが、木屋式硬度計で測定した場合、9.8N以上(シリカ成形体10個の平均値)であると良く、9.8〜490Nであると好ましい。シリカ成形体の機械的強度は製造するグリセリン脱水用触媒の機械的強度と相関があるので、高機械的強度のシリカ成形体を使用すれば、実用に耐えうる強度を備えるグリセリン脱水用触媒を製造することができる。   Further, the mechanical strength of the silica molded body is not particularly limited, but it is preferably 9.8 N or more (an average value of 10 silica molded bodies) when measured with a Kiya hardness meter. It is preferable in it being 8-490N. Since the mechanical strength of the silica molded product has a correlation with the mechanical strength of the glycerol dehydrating catalyst to be produced, if a high mechanical strength silica molded product is used, a glycerin dehydrating catalyst having strength that can withstand practical use is produced. can do.

含浸液に含まれている所定成分は、T原子成分、テトラアルキルアンモニウム成分、およびアルカリ金属成分のうち一種乃至三種である。含浸液における所定成分の含有量は、シリカ成形体に担持させる量に応じて適宜設定される。   The predetermined component contained in the impregnating liquid is one to three of T atom component, tetraalkylammonium component, and alkali metal component. The content of the predetermined component in the impregnating liquid is appropriately set according to the amount carried on the silica molded body.

含浸液にT原子成分を含ませる場合、Al、B、Ti、Cu、In、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、およびGaから選択された一種または二種以上を有するT原子成分を含浸液に含ませると良い。例えば、T原子がアルミニウムであるアルミノシリケートを製造する場合、アルミン酸塩、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、ハロゲン化アルミニウム、水酸化アルミニウム等のAl原子含有化合物がT原子成分として使用されると良く、アルミン酸ナトリウムを使用することが好ましい。また、B、Ti、Cu、In、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、またはGaをT原子とするメタノシリケートを製造する場合、該当するT原子を含むホウ酸、塩化チタン、硝酸銅、硝酸インジウム、硝酸クロム、硝酸鉄、硝酸コバルト、硝酸ニッケル、硝酸亜鉛、または硝酸ガリウムをT原子成分として使用すると良い。   When the impregnating liquid contains a T atom component, the impregnating liquid contains one or more T atom components selected from Al, B, Ti, Cu, In, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, and Ga. It is good to include. For example, when producing an aluminosilicate in which the T atom is aluminum, an Al atom-containing compound such as aluminate, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum halide, or aluminum hydroxide may be used as the T atom component. Preference is given to using sodium acid. Further, when producing a methanosilicate having B, Ti, Cu, In, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, or Ga as a T atom, boric acid, titanium chloride, copper nitrate, nitric acid containing the corresponding T atom. Indium, chromium nitrate, iron nitrate, cobalt nitrate, nickel nitrate, zinc nitrate, or gallium nitrate may be used as the T atom component.

含浸液中のT原子成分の量は、製造目的物である結晶性メタロシリケートのSi/Tに応じた量に設定する。   The amount of the T atom component in the impregnation liquid is set to an amount corresponding to Si / T of the crystalline metallosilicate that is the production target.

また、テトラアルキルアンモニウム成分を含浸液に含有させる場合には、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラ-n-プロピルアンモニウム、テトライソプロピルアンモニウム、テトラ-n-ブチルアンモニウム、テトラ-n-ペンチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、トリエチル-n-プロピルアンモニウム、トリ-n-プロピルメチルアンモニウム、トリ-n-ブチルメチルアンモニウム等のハロゲン化物または水酸化物が使用されていると良い。MFI構造のアルミノシリケートを効率よく合成するためには、アルキル基の炭素数が1〜5であるテトラアルキルアンモニウムを構成に有しているテトラアルキルアンモニウム化合物を使用することが好ましく、テトラ-n-プロピルアンモニウムを構成に有しているテトラアルキルアンモニウム化合物を使用することがより好ましく、テトラ-n-プロピルアンモニウムヒドロキシドを使用することが最適である。   When the tetraalkylammonium component is contained in the impregnation liquid, for example, tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetra-n-propylammonium, tetraisopropylammonium, tetra-n-butylammonium, tetra-n-pentylammonium, It is preferable to use halides or hydroxides such as triethylmethylammonium, triethyl-n-propylammonium, tri-n-propylmethylammonium, tri-n-butylmethylammonium. In order to efficiently synthesize an aluminosilicate having an MFI structure, it is preferable to use a tetraalkylammonium compound having a tetraalkylammonium whose alkyl group has 1 to 5 carbon atoms in its structure. It is more preferable to use a tetraalkylammonium compound having propylammonium as a constituent, and it is most preferable to use tetra-n-propylammonium hydroxide.

そして、含浸液にアルカリ成分を含有させる場合には、リチウム、ナトリウム、カリウム等の水酸化物やハロゲン化物を含浸液に含ませると良い。なお、ナトリウム成分を含有させる場合、T原子成分にもなるアルミン酸ナトリムを含有させることが好ましい。   And when making an impregnation liquid contain an alkaline component, it is good to contain hydroxides and halides, such as lithium, sodium, and potassium, in an impregnation liquid. In addition, when a sodium component is contained, it is preferable to contain sodium aluminate which also becomes a T atom component.

含浸液をシリカ成形体に含浸させる場合、T原子成分、テトラアルキルアンモニウム成分、およびアルカリ金属成分の全てをシリカ成形体に含浸担持させる。含浸液にT原子成分、テトラアルキルアンモニウム成分、およびアルカリ金属成分の全てが含まれていないとき、含浸操作を複数回に分けてT原子成分、テトラアルキルアンモニウム成分、およびアルカリ金属成分の全てをシリカ成形体に担持させても良い。このように複数回に分けてT原子成分等を担持させる場合、T原子成分等の担持順序が製造する触媒に影響を与えることはない。   When impregnating the impregnating liquid into the silica compact, all of the T atom component, tetraalkylammonium component, and alkali metal component are impregnated and supported on the silica compact. When the impregnating solution does not contain all of the T atom component, tetraalkylammonium component, and alkali metal component, the impregnation operation is divided into multiple times to remove all of the T atom component, tetraalkylammonium component, and alkali metal component. You may make it support on a molded object. In this way, when the T atom component or the like is loaded in a plurality of times, the loading order of the T atom component or the like does not affect the catalyst to be manufactured.

シリカ成形体に含浸させる含浸液の総量は、シリカ成形体が吸水できる量に応じた量であると良い。   The total amount of the impregnating liquid impregnated into the silica molded body is preferably an amount corresponding to the amount that the silica molded body can absorb water.

含浸後のシリカ成形体の乾燥は、減圧および常圧で行われると良く、常圧の空気気流下で行われても良い。シリカ成形体の乾燥では、次工程の結晶化工程における担持成分の溶出を抑制するため、シリカ成形体中の水含量が30質量%以下になるまで乾燥を行うと良く、0.1〜20質量%になるまで乾燥を行うことが好ましい。そして、このときの乾燥温度は、テトラアルキルアンモニウムの分解が少ない20〜120℃の範囲であると良く、好ましくは、50℃以上である。   The silica molded body after impregnation may be dried under reduced pressure and normal pressure, or may be performed under a normal pressure air stream. In the drying of the silica molded body, in order to suppress elution of the supported component in the crystallization process of the next step, it is preferable to dry until the water content in the silica molded body is 30% by mass or less. It is preferable to carry out drying until it reaches to%. And the drying temperature at this time is good in the range of 20-120 degreeC with few decomposition | disassembly of tetraalkylammonium, Preferably, it is 50 degreeC or more.

シリカ成形体を乾燥することにより、担持工程の製造目的物であるメタロシリケート前駆体が得られる。メタロシリケート前駆体は、含浸液を含ませた後に乾燥したシリカ成形体であるので、T原子成分、テトラアルキルアンモニウム成分、およびアルカリ金属成分が均一に担持されている。   By drying the silica molded body, a metallosilicate precursor which is a production object of the supporting process is obtained. Since the metallosilicate precursor is a silica molded body that is dried after the impregnation liquid is contained, the T atom component, the tetraalkylammonium component, and the alkali metal component are uniformly supported.

乾燥したシリカ成形体にはT原子成分等が担持されており、これがメタロシリケート前駆体となる。この前駆体の組成は、下記式(1)で表される。
Si1TxMy(SDA)z (1)
式(1)中、Mはアルカリ金属、SDAはテトラアルキルアンモニウム、xは0.00125以上(好ましくは0.00167〜0.1、より好ましくは0.0025〜0.1、更に好ましくは0.0033〜0.05)、yは0.0001〜1(好ましくは、0.0005〜0.5)、zは0.001〜1(好ましくは、0.002〜1、更に好ましくは0.003〜0.8)である。ここで、アルカリ金属(M)の組成比率(y)が少なすぎると、シリカの加水分解が進行せず、結晶化工程における結晶性メタロシリケートへの転化が生じにくくなり、一方、アルカリ金属(M)の組成比率(y)が多すぎると、シリカの加水分解が進みすぎて、シリカ成形体が溶解してしまう。そのため、yの数値範囲は、上記の通りとなっている。また、テトラアルキルアンモニウム(SDA)の組成比率(z)が少なすぎると、結晶化工程で加水分解したシリカが結晶性メタロシリケートに構築されにくく、一方、テトラアルキルアンモニウム(SDA)の組成比率(z)が多すぎると、テトラアルキルアンモニウムが無駄になる上、含浸液が高粘度化して結晶性メタロシリケートに構築されにくくなることがある。そのため、zの数値範囲は、上記の通りとなっている。
The dried silica molded article carries a T atom component and the like, which becomes a metallosilicate precursor. The composition of this precursor is represented by the following formula (1).
Si 1 TxMy (SDA) z (1)
In formula (1), M is an alkali metal, SDA is a tetraalkylammonium, x is 0.00125 or more (preferably 0.00167 to 0.1, more preferably 0.0025 to 0.1, still more preferably 0.00. 0033 to 0.05), y is 0.0001 to 1 (preferably 0.0005 to 0.5), z is 0.001 to 1 (preferably 0.002 to 1, more preferably 0.003). ~ 0.8). Here, when the composition ratio (y) of the alkali metal (M) is too small, the hydrolysis of the silica does not proceed, and the conversion to the crystalline metallosilicate in the crystallization step hardly occurs, while the alkali metal (M If the composition ratio (y) is too large, the silica is too hydrolyzed and the silica compact is dissolved. Therefore, the numerical range of y is as described above. On the other hand, when the composition ratio (z) of tetraalkylammonium (SDA) is too small, silica hydrolyzed in the crystallization process is hardly built into a crystalline metallosilicate, while the composition ratio (z of tetraalkylammonium (SDA)) ) Is excessive, tetraalkylammonium is wasted, and the impregnating solution may become highly viscous, making it difficult to build a crystalline metallosilicate. Therefore, the numerical range of z is as described above.

結晶化工程は、メタロシリケート前駆体を飽和水蒸気と接触させることにより行われる。この結晶化工程では、前駆体細孔内における水蒸気の凝縮熱がシリカの加水分解を進行させ、SDAの周囲でアルミニウムを含んだシリカ結晶が構築され、メタロシリケート前駆体がMFIに転化する。本結晶化工程は、メタロシリケートの製造方法として一般的な水熱合成法と異なり、メタロシリケート前駆体を飽和水蒸気中に置く工程であるので、メタロシリケート前駆体の形状を保持し、かつ、SiやT原子がメタロシリケート前駆体から溶出することを抑制しつつMFI結晶構造のメタロシリケートを合成できる。   The crystallization step is performed by contacting the metallosilicate precursor with saturated steam. In this crystallization step, the heat of condensation of water vapor in the pores of the precursor advances the hydrolysis of silica, silica crystals containing aluminum are built around SDA, and the metallosilicate precursor is converted to MFI. This crystallization step is a step of placing a metallosilicate precursor in saturated steam, unlike a general hydrothermal synthesis method as a method for producing a metallosilicate, so that the shape of the metallosilicate precursor is maintained, and Si It is possible to synthesize a metallosilicate having an MFI crystal structure while suppressing the elution of T and T atoms from the metallosilicate precursor.

結晶化工程では、上記の通り、メタロシリケート前駆体に飽和水蒸気を接触させる。この接触手法としては、例えば、(1)メタロシリケート前駆体を耐圧容器の中空部に設置し、温度と容器の容積によって定まる飽和水蒸気量に相当する水を耐圧容器の下部に注入した後、封止した耐圧容器を恒温槽内で加熱する方法、(2)内容器と外容器で構成される二重容器を使用し、内容器内にメタロシリケート前駆体を設置し、外容器に水を入れ、二重容器を密閉した後に加熱してアルミノシリケート前駆体を水蒸気に接触させる方法、(3)メタロシリケート前駆体を飽和水蒸気中に連続的に送り込む移動床式方法、がある。   In the crystallization step, saturated steam is brought into contact with the metallosilicate precursor as described above. As this contact method, for example, (1) a metallosilicate precursor is placed in a hollow portion of a pressure vessel, water corresponding to a saturated water vapor amount determined by temperature and volume of the vessel is injected into the lower portion of the pressure vessel, and then sealed. (2) Use a double container composed of an inner container and an outer container, install a metallosilicate precursor in the inner container, and put water in the outer container There are a method in which the double container is sealed and heated to bring the aluminosilicate precursor into contact with water vapor, and (3) a moving bed method in which the metallosilicate precursor is continuously fed into saturated water vapor.

結晶化工程における温度は、メタロシリケート前駆体がMFIに転化する温度であれば特に限定されるものではないが、前駆体に担持されているテトラアルキルアンモニウムの分解が少なく、結晶化度の高いMFIを製造することができる80〜260℃であると良い。好ましい温度は、100〜230℃である。シリカ成形体を飽和水蒸気と接触させる時間は、結晶化度を十分に進行させるため、2時間以上であることが好ましい。時間の上限値は、MFI以外の結晶との混晶化を抑制するため、150時間以内であることが好ましい。   The temperature in the crystallization step is not particularly limited as long as the metallosilicate precursor is converted to MFI, but MFI having a high degree of crystallinity with little decomposition of the tetraalkylammonium supported on the precursor. It is good that it is 80-260 degreeC which can be manufactured. A preferred temperature is 100 to 230 ° C. The time for which the silica molded body is brought into contact with saturated water vapor is preferably 2 hours or more in order to sufficiently advance the crystallinity. The upper limit of time is preferably within 150 hours in order to suppress mixed crystallization with crystals other than MFI.

結晶化工程を経て得られるMFI構造のメタロシリケートは、上記の結晶化工程における温度および時間であれば、通常、結晶化度が85%以上の結晶性メタロシリケートとなり得る。また、上記結晶工程において、温度および時間を調整すれば、結晶化度が98%以上の結晶性メタロシリケートを製造することも可能である。ここで、飽和水蒸気との接触時間が長いほど結晶化度が高くなり、逆に短いほど結晶化度が低くなるので、結晶化度の高低を調整することができる。従って、飽和水蒸気との接触時間を長時間とすることで、バインダーを実質的に有さない結晶化度が100%の結晶性メタロシリケートを製造できる。   The metallosilicate having the MFI structure obtained through the crystallization step can be usually a crystalline metallosilicate having a crystallinity of 85% or more as long as the temperature and time in the above crystallization step. In the crystallization step, a crystalline metallosilicate having a crystallinity of 98% or more can be produced by adjusting the temperature and time. Here, the longer the contact time with saturated water vapor, the higher the crystallinity, and conversely, the shorter the time, the lower the crystallinity, so that the degree of crystallinity can be adjusted. Therefore, by setting the contact time with saturated steam to a long time, a crystalline metallosilicate having a crystallinity of 100% substantially free of binder can be produced.

イオン交換工程では、結晶化工程で合成したM型結晶性メタロシリケート(Mは、Na等のアルカリ金属を表す)のM原子をNH4とイオン交換して、NH4型結晶性メタロシリケートが製造される。このイオン交換は、NH4水溶液にM型結晶性メタロシリケートを浸漬させることにより行われる。 In the ion exchange step, NH 4 type crystalline metallosilicate is produced by ion exchange of M atom of M type crystalline metallosilicate (M represents an alkali metal such as Na) synthesized in crystallization step with NH 4. Is done. This ion exchange is performed by immersing the M-type crystalline metallosilicate in an NH 4 aqueous solution.

使用するNH4水溶液には、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等のアンモニウム塩水溶液が使用される。水溶液中のNH4濃度が低濃度過ぎる場合、イオン交換時間が長くなり、高濃度のアンモニウム塩水溶液を使用した場合、イオン交換されないアンモニウム塩が無駄になる。そのため、この水溶液は、NH4が交換容量と当量〜100倍当量であって、アンモニウム塩濃度が0.01〜5.0mol/Lであると良い。好ましくはNH4が2倍当量〜30倍当量であって、アンモニウム塩濃度が0.05〜2.0mol/Lである。 As the NH 4 aqueous solution to be used, an aqueous ammonium salt solution such as ammonium nitrate or ammonium chloride is used. When the NH 4 concentration in the aqueous solution is too low, the ion exchange time becomes long, and when a high concentration aqueous ammonium salt solution is used, the ammonium salt that is not ion-exchanged is wasted. Therefore, in this aqueous solution, NH 4 is preferably equivalent to 100 times equivalent to the exchange capacity and the ammonium salt concentration is 0.01 to 5.0 mol / L. Preferably, NH 4 is 2 to 30 times equivalent and the ammonium salt concentration is 0.05 to 2.0 mol / L.

イオン交換工程におけるアンモニウム塩水溶液の温度は、室温以上100℃未満であると良い。アンモニウム塩水溶液の温度が高温であるとイオン交換速度を速めることが可能であるが、100℃以上であると水の蒸発が早く、水の蒸発を抑制するための圧力容器が必要となって好ましくない。一方、アンモニウム水溶液の温度が低温であるとイオン交換速度が遅くなって好ましくない。   The temperature of the aqueous ammonium salt solution in the ion exchange step is preferably room temperature or higher and lower than 100 ° C. If the temperature of the aqueous ammonium salt solution is high, the ion exchange rate can be increased, but if it is 100 ° C. or higher, the evaporation of water is fast, and a pressure vessel for suppressing the evaporation of water is required. Absent. On the other hand, if the temperature of the aqueous ammonium solution is low, the ion exchange rate is undesirably slowed.

イオン交換工程における浸漬時間は、15分〜6時間、好ましくは30分から2時間である。この時間が短い場合、メタロシリケートにおけるM原子の交換が終結せず、時間が長い場合、交換平衡のため一定以上にイオン交換を進めることができない。   The immersion time in the ion exchange step is 15 minutes to 6 hours, preferably 30 minutes to 2 hours. When this time is short, the exchange of M atoms in the metallosilicate does not end, and when the time is long, the ion exchange cannot proceed beyond a certain level due to the exchange equilibrium.

アンモニウム塩水溶液にM型結晶性メタロシリケートを浸漬することにより、本イオン交換工程が行われるが、平衡によるイオン交換阻害を抑制しつつ結晶性メタロシリケートのM原子を効率良くNH4に交換するには、浸漬とアンモニウム塩水溶液の入れ換え又は交換を繰り返し行うことが好適である。 This ion exchange step is performed by immersing the M-type crystalline metallosilicate in an aqueous ammonium salt solution. In order to efficiently exchange M atoms of the crystalline metallosilicate with NH 4 while suppressing ion exchange inhibition due to equilibrium. It is preferable to repeatedly perform immersion and replacement or exchange of the aqueous ammonium salt solution.

なお、本実施形態の第二触媒製造方法は、M型結晶性メタロシリケートのM原子をNH4とイオン交換するものであるが、塩酸、硝酸等の鉱酸水溶液を使用して、メタロシリケートのM原子をH原子に交換することも可能である。この場合の鉱酸等の濃度、水溶液温度等の諸条件は、上記アンモニウム塩を使用したイオン交換と同条件であると良い。鉱酸の濃度に関しては、高濃度であると、イオン交換されない鉱酸が無駄になるだけではなく、メタロシリケートが破壊されることがある。 In the second catalyst production method of the present embodiment, the M atom of the M-type crystalline metallosilicate is ion-exchanged with NH 4 , but an aqueous metal acid such as hydrochloric acid or nitric acid is used for the metallosilicate. It is also possible to exchange M atoms for H atoms. In this case, the conditions such as the concentration of the mineral acid and the temperature of the aqueous solution are preferably the same as the ion exchange using the ammonium salt. Regarding the concentration of the mineral acid, if the concentration is high, the mineral acid that is not ion-exchanged is not only wasted, but the metallosilicate may be destroyed.

最終工程である焼成工程では、イオン交換工程で製造したNH4型結晶性メタロシリケートをH型結晶性メタロシリケートに変換する。この変換と共に、メタロシリケートにおける残存有機物が燃焼して消失する。 In the final firing step, NH 4 type crystalline metallosilicate produced in the ion exchange step is converted to H type crystalline metallosilicate. Along with this conversion, residual organic substances in the metallosilicate burn and disappear.

焼成工程は、空気気流下で行われると良い。焼成温度が低すぎると有機物およびNH4が残存する場合があり、焼成温度が高すぎるとメタロシリケート結晶が破壊されることがあるので、焼成温度は、350〜600℃であると良い。また、焼成時間が短すぎると有機物およびNH4が残存する場合があり、焼成時間が長すぎると結晶が破壊する場合があるので、焼成時間は、2〜10時間であると良い。 The firing step may be performed under an air stream. If the calcination temperature is too low, organic matter and NH 4 may remain, and if the calcination temperature is too high, the metallosilicate crystals may be destroyed. Therefore, the calcination temperature is preferably 350 to 600 ° C. Further, if the firing time is too short, organic matter and NH 4 may remain, and if the firing time is too long, the crystals may be destroyed. Therefore, the firing time is preferably 2 to 10 hours.

第二触媒製造方法は、上記の通りである。この第二触媒製造方法により製造された触媒は、結晶化度が85%以上となる。また、第二触媒製造方法により製造された触媒において、MFI結晶格子内のT原子およびMFI結晶格子外へテロ原子の全量に対するMFI結晶格子外へテロ原子の含量は、3%質量以下となる。   The second catalyst production method is as described above. The catalyst produced by this second catalyst production method has a crystallinity of 85% or more. In the catalyst produced by the second catalyst production method, the content of heteroatoms outside the MFI crystal lattice relative to the total amount of T atoms in the MFI crystal lattice and heteroatoms outside the MFI crystal lattice is 3% by mass or less.

上記の第二触媒製造方法は、MFI構造のメタロシリケートを製造するためのものであるが、MFI以外の結晶性メタロシリケートを構成とする触媒を製造するためには、特開2001−180928号公報、特開2001−139324号公報、又は特開2001−114512号公報等に開示されている公知の方法を使用して触媒を製造すると良い。   The above-mentioned second catalyst production method is for producing a metallosilicate having an MFI structure. To produce a catalyst comprising a crystalline metallosilicate other than MFI, JP-A-2001-180928 is disclosed. The catalyst may be produced using a known method disclosed in JP 2001-139324 A, JP 2001-114512 A, or the like.

次に、本実施形態の触媒を使用したアクロレインの製造方法について説明する。本実施形態におけるアクロレインの製造方法は、固定床反応器、移動床反応器等から任意に選択した反応器内でグリセリンを含んだ反応ガスと触媒を接触させる気相脱水反応によりアクロレインを製造するものである。なお、本発明に係る触媒は、反応ガスと触媒を接触させるアクロレイン製法用途に限定されるものではなく、グリセリン溶液と触媒とを接触させる製法用途にも使用することが可能である。この場合、反応器には流動床反応器等が選択される。   Next, a method for producing acrolein using the catalyst of the present embodiment will be described. The method for producing acrolein in the present embodiment is to produce acrolein by a gas phase dehydration reaction in which a reaction gas containing glycerin is brought into contact with a catalyst in a reactor arbitrarily selected from a fixed bed reactor, a moving bed reactor and the like. It is. The catalyst according to the present invention is not limited to an acrolein manufacturing method in which a reaction gas and a catalyst are brought into contact with each other, and can also be used in a manufacturing method in which a glycerin solution and a catalyst are brought into contact with each other. In this case, a fluidized bed reactor or the like is selected as the reactor.

反応ガスは、グリセリンのみで構成されているガスであっても良く、反応ガス中のグリセリン濃度を調整するためにグリセリン脱水反応において不活性なガスを含んでいても良い。不活性ガスには、水蒸気や窒素ガスを例示することができる。この反応ガスにおけるグリセリン濃度は、0.1〜100モル%であると良く、好ましくは1モル%以上であり、アクロレインの製造を経済的かつ高効率で行うためには、10モル%以上である。   The reaction gas may be a gas composed only of glycerin, and may contain an inert gas in the glycerin dehydration reaction in order to adjust the glycerin concentration in the reaction gas. Examples of the inert gas include water vapor and nitrogen gas. The glycerin concentration in the reaction gas is preferably 0.1 to 100 mol%, preferably 1 mol% or more, and 10 mol% or more in order to produce acrolein economically and highly efficiently. .

上記触媒が高効率のグリセリン脱水用触媒であるので、反応性ガスの流量を多量に設定してもアクロレインを高収率で得ることができる。反応性ガスの流量は、単位触媒容積あたりの反応ガス流量(GHSV)で表すと100〜10000hr-1であると良い。好ましくは、5000hr-1以下であり、アクロレインの製造を経済的かつ高効率で行うためには、3000hr-1以下である。 Since the catalyst is a highly efficient glycerol dehydration catalyst, acrolein can be obtained in a high yield even when the flow rate of the reactive gas is set to be large. The flow rate of the reactive gas is preferably 100 to 10,000 hr −1 in terms of the reactive gas flow rate (GHSV) per unit catalyst volume. Preferred is a 5000 hr -1 or less, in order to perform the production of acrolein economically and efficiently is 3000 hr -1 or less.

反応温度は、200〜500℃であると良く、好ましくは、250〜450℃、更に好ましくは、300〜400℃である。   The reaction temperature may be 200 to 500 ° C, preferably 250 to 450 ° C, and more preferably 300 to 400 ° C.

反応ガスの圧力は、グリセリンが凝縮しない範囲の圧力であれば特に限定されない。通常、常圧〜1MPaであると良く、好ましくは、0.5MPa以下である。   The pressure of the reaction gas is not particularly limited as long as the pressure is within a range where glycerin does not condense. Usually, it is good that it is normal-pressure-1MPa, Preferably, it is 0.5 MPa or less.

以上の方法により、アクロレインを製造することが可能である。製造されたアクロレインは、既に公知となっている通り、アクリル酸、1,3−プロパンジオール、アリルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、メチオニン等のアクロレイン誘導体の製造原料として使用可能である。従って、上記アクロレインの製造方法は、アクロレイン誘導体の製造方法中に取り入れることが当然可能である。   Acrolein can be produced by the above method. The produced acrolein can be used as a raw material for producing acrolein derivatives such as acrylic acid, 1,3-propanediol, allyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylate, methionine and the like as already known. Therefore, it is naturally possible to incorporate the acrolein production method described above into the acrolein derivative production method.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and may be appropriately modified and implemented within a range that can meet the purpose described above and below. All of which are within the scope of the present invention.

(実施例1)
次の担持工程、結晶化工程、およびイオン交換工程を実行することにより、各実施例および比較例の触媒(T原子がAlである結晶性メタノシリケート成形体)を作製した。
Example 1
By carrying out the following supporting step, crystallization step, and ion exchange step, the catalyst of each example and comparative example (crystalline methanosilicate molded body in which T atoms are Al) was produced.

(担持工程)
0.58gのNaOHと1.95gのNaAlO2を蒸留水15.00gに順次溶解し、更に、10.15gの40質量%水酸化テトラ-n-プロピルアンモニウム水溶液を蒸留水に添加した。そして、この溶液に蒸留水を加えて、全量が30mlの含浸液を調製した。
(Supporting process)
0.58 g of NaOH and 1.95 g of NaAlO 2 were sequentially dissolved in 15.00 g of distilled water, and 10.15 g of 40 mass% tetra-n-propylammonium hydroxide aqueous solution was added to the distilled water. Then, distilled water was added to this solution to prepare an impregnating solution having a total amount of 30 ml.

次に、シリカ成形体としてシリカビーズ(富士シリシア化学社製「キャリアクトQ−50」、10〜20メッシュ、平均細孔径50nm)を使用し、120℃で1日間乾燥した30gのシリカビーズを含浸液に1時間含浸させた。その後、シリカビーズを100℃の湯浴上に設置した蒸発皿上で乾燥させた後、更に80℃、窒素気流下で5時間乾燥して、結晶化に必要なNa、Al結晶化剤をシリカビーズに担持させ、結晶性メタノシリケート前駆体を得た。   Next, silica beads ("Caractect Q-50" manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., 10 to 20 mesh, average pore diameter 50 nm) are used as the silica molded body, and impregnated with 30 g silica beads dried at 120 ° C for 1 day. The liquid was impregnated for 1 hour. Thereafter, the silica beads were dried on an evaporating dish placed on a 100 ° C. hot water bath, and further dried at 80 ° C. under a nitrogen stream for 5 hours to obtain Na and Al crystallizing agents necessary for crystallization. A crystalline methanosilicate precursor was obtained by supporting it on beads.

(結晶化工程)
担持工程で得た前駆体を容積100mlのテトラフルオロエチレン製のジャケット付坩堝の中空部に配置し、坩堝の底部に1.00gの蒸留水を入れ、この坩堝を180℃の電気炉に8時間静置した。
(Crystallization process)
The precursor obtained in the supporting step is placed in the hollow part of a tetrafluoroethylene jacketed crucible having a volume of 100 ml, and 1.00 g of distilled water is placed at the bottom of the crucible, and this crucible is placed in an electric furnace at 180 ° C. for 8 hours. Left to stand.

(イオン交換工程)
結晶化工程を経た固形物を、60℃の1mol/L硝酸アンモニウム水溶液300gに浸漬して1時間攪拌した後、上澄み液を廃棄した。この操作を複数回繰り返した。その後、固形物を水洗した。
(Ion exchange process)
The solid after the crystallization step was immersed in 300 g of a 1 mol / L aqueous ammonium nitrate solution at 60 ° C. and stirred for 1 hour, and then the supernatant was discarded. This operation was repeated several times. Thereafter, the solid was washed with water.

(焼成工程)
イオン交換工程後の固形物を、空気気流中において540℃で3.5時間焼成した。この焼成により、実施例1のH型MFI触媒を得た。
(Baking process)
The solid after the ion exchange step was baked at 540 ° C. for 3.5 hours in an air stream. By this calcination, an H-type MFI catalyst of Example 1 was obtained.

(実施例2)
結晶性メタロシリケート粉体(ZEOLYST社製NH4型MFI「5524G」、T原子:Al)を加圧成形した後、粗粉砕し、次いで分級した。この分級した0.7〜2.0mmの結晶性メタロシリケートを空気気流中において540℃で3時間焼成して、実施例2のH型MFI触媒を得た。
(Example 2)
A crystalline metallosilicate powder (NH 4 type MFI “5524G” manufactured by ZEOLYST, T atom: Al) was pressure-molded, coarsely pulverized, and then classified. This classified 0.7-2.0 mm crystalline metallosilicate was calcined in an air stream at 540 ° C. for 3 hours to obtain an H-type MFI catalyst of Example 2.

(実施例3)
担持工程においてNaOHを1.29g使用し、NaAlO2を0.67g使用した以外は、実施例1と同様にして実施例3のH型MFI触媒を得た。
(Example 3)
An H-type MFI catalyst of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1.29 g of NaOH and 0.67 g of NaAlO 2 were used in the supporting step.

(実施例4)
担持工程においてNaOHを1.40g使用し、NaAlO2を0.47g使用した以外は、実施例1と同様にして実施例4のH型MFI触媒を得た。
Example 4
An H-type MFI catalyst of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1.40 g of NaOH and 0.47 g of NaAlO 2 were used in the supporting step.

(実施例5)
担持工程においてNaOHを1.53g使用し、NaAlO2を0.23g使用した以外は、実施例1と同様にして実施例5のH型MFI触媒を得た。
(Example 5)
An H-type MFI catalyst of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1.53 g of NaOH and 0.23 g of NaAlO 2 were used in the supporting step.

(実施例6)
担持工程においてNaOHを1.61g使用し、NaAlO2を0.094g使用した以外は、実施例1と同様にして実施例6のH型MFI触媒を得た。
(Example 6)
An H-type MFI catalyst of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1.61 g of NaOH and 0.094 g of NaAlO 2 were used in the supporting step.

(実施例7)
結晶性メタロシリケート成形体にNH4型BEA(ZEOLYST社製「CP814E」、T原子:Al)を使用した以外は実施例2と同様にして、実施例7のH型BEA触媒を得た。
(Example 7)
An H-type BEA catalyst of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 2 except that NH 4 type BEA (“CP814E” manufactured by ZEOLYST, T atom: Al) was used for the crystalline metallosilicate molded body.

(比較例1)
担持工程においてNaOHを1.64g使用し、NaAlO2を0.047g使用し、80℃窒素気流下乾燥を7時間とした以外は、実施例1と同様にして比較例1のH型MFI触媒を得た。
(Comparative Example 1)
The H-type MFI catalyst of Comparative Example 1 was used in the same manner as in Example 1, except that 1.64 g of NaOH, 0.047 g of NaAlO 2 were used in the supporting step, and drying was performed under a nitrogen stream at 80 ° C. for 7 hours. Obtained.

(比較例2)
担持工程における窒素気流下乾燥を0.5時間とし、イオン交換工程における硝酸アンモニウム水溶液への浸漬および上澄み液の廃棄操作回数を比較例1よりも少なくした以外は、比較例1と同様にして比較例2のH型MFI触媒を得た。
(Comparative Example 2)
Comparative Example as in Comparative Example 1, except that drying under a nitrogen stream in the supporting process was performed for 0.5 hour, and the number of times of immersion in the aqueous ammonium nitrate solution and discarding of the supernatant liquid in the ion exchange process was less than in Comparative Example 1. 2 H-type MFI catalyst was obtained.

(比較例3)
担持工程における窒素気流下乾燥を5時間とし、イオン交換工程における硝酸アンモニウム水溶液への浸漬および上澄み液の廃棄操作回数を比較例2よりも少なくした以外は、比較例2と同様にして比較例3のH型MFI触媒を得た。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 was the same as Comparative Example 2 except that drying under a nitrogen stream in the supporting process was performed for 5 hours, and the number of immersion operations in the aqueous ammonium nitrate solution and the discarding operation of the supernatant liquid was less than in Comparative Example 2. An H-type MFI catalyst was obtained.

(比較例4)
担持工程においてNaOHを1.99g使用し、NaAlO2を0.0094g使用し、40質量%水酸化テトラ-n-プロピルアンモニウム水溶液を16.92g使用した以外は、実施例1と同様にして比較例4のH型MFI触媒を得た。
(Comparative Example 4)
Comparative Example as in Example 1 except that 1.99 g of NaOH, 0.0094 g of NaAlO 2 and 16.92 g of 40% by weight tetra-n-propylammonium hydroxide aqueous solution were used in the supporting step. 4 H-type MFI catalyst was obtained.

(比較例5)
70質量部のNH4型MFI粉体(ゼオリストインターナショナル社製「CBV5524G」、T原子:Al)と30質量部のバインダーであるシリカをイオン交換水中に分散させた後、ペースト状になるまで濃縮した。この濃縮物を110℃で乾燥して得られた固形物を500℃で5時間焼成し、粗粉砕後、0.7〜2.0mmに分級して比較例5のH型MFI触媒を得た。
(Comparative Example 5)
70 parts by mass of NH 4 type MFI powder (“CBV5524G” manufactured by Zeolist International Co., Ltd., T atom: Al) and 30 parts by mass of silica as binder are dispersed in ion-exchanged water, and then concentrated to a paste. did. The solid obtained by drying this concentrate at 110 ° C. was calcined at 500 ° C. for 5 hours, coarsely pulverized, and classified to 0.7 to 2.0 mm to obtain an H-type MFI catalyst of Comparative Example 5. .

(比較例6〜8)
α−アルミナをバインダーに使用して成形された市販のメタロシリケート成形体を500℃で3時間焼成し、粗粉砕後、0.7〜2.0mmに分級して比較例6〜8のH型MFI触媒を得た。なお、使用した市販の結晶性メタロシリケートは、比較例6がNH4型MFI(ゼオリストインターナショナル社製「CBV5524GCY」、T原子:Al)、比較例7がNH4型MFI(SUD−CHEIE社製「SN486 H/99」、T原子:Al)、比較例8がNH4型MFI(ゼオリストインターナショナル社製「CBV3024ECY」、T原子:Al)である。また、使用した各結晶性メタロシリケート成形体における(結晶性メタロシリケート)/(バインダー)の質量比は、70/30である。
(Comparative Examples 6-8)
A commercially available metallosilicate molded body molded using α-alumina as a binder was fired at 500 ° C. for 3 hours, coarsely pulverized, and then classified into 0.7 to 2.0 mm, and the H type of Comparative Examples 6 to 8 An MFI catalyst was obtained. In addition, as for the commercially available crystalline metallosilicate used, Comparative Example 6 was NH 4 type MFI (“CBV5524GCY” manufactured by Zeolis International, T atom: Al), and Comparative Example 7 was NH 4 type MFI (manufactured by SUD-CHEIE). “SN486 H / 99”, T atom: Al), and Comparative Example 8 is NH 4 type MFI (“CBV3024ECY” manufactured by Zeolis International, T atom: Al). The mass ratio of (crystalline metallosilicate) / (binder) in each crystalline metallosilicate molded body used is 70/30.

上記実施例および比較例の触媒を蛍光X線分析装置(PHILPS社製「PW2404」、Na2Oの検出限界:75ppm)で分析して、Na2Oに換算した触媒中におけるNaの含有量およびSi/Tを算出した。 The catalysts of the above Examples and Comparative Examples were analyzed with a fluorescent X-ray analyzer (“PW2404” manufactured by PHILPS, detection limit of Na 2 O: 75 ppm), and the Na content in the catalyst converted to Na 2 O and Si / T was calculated.

また、次に述べる通り、上記実施例および比較例の触媒を使用して、グリセリンを脱水し、アクロレインを製造した。   In addition, as described below, acrolein was produced by dehydrating glycerin using the catalysts of the above Examples and Comparative Examples.

(アクロレインの製造)
実施例および比較例の触媒を固定床にする反応器を使用した次の方法により、グリセリンを脱水してアクロレインを合成した。
(Manufacture of acrolein)
Acrolein was synthesized by dehydrating glycerol by the following method using a reactor in which the catalysts of Examples and Comparative Examples were fixed beds.

先ず、実施例または比較例の触媒15mlを充填したステンレス製反応管(内径10mm、長さ500mm)を固定床反応器として準備し、この反応器を360℃の塩浴に浸漬した。その後、反応器内に窒素を61.5ml/minの流量で30分間流通させた後、80質量%グリセリン水溶液の気化ガスと窒素からなる反応ガス(反応ガス組成:グリセリン27mol%、水34mol%、窒素39mol%)を632hr-1の流量で流通させた。反応器内に反応ガスを流通させてから30〜60分および150〜180分の各30分間における流出ガスを冷却液化して捕集した(以下、「捕集した流出ガスの冷却液化物」を「流出物」と称する)。 First, a stainless steel reaction tube (inner diameter: 10 mm, length: 500 mm) filled with 15 ml of the catalyst of Example or Comparative Example was prepared as a fixed bed reactor, and this reactor was immersed in a salt bath at 360 ° C. Thereafter, nitrogen was circulated in the reactor at a flow rate of 61.5 ml / min for 30 minutes, and then a reaction gas composed of a vaporized gas of 80 mass% glycerin aqueous solution and nitrogen (reaction gas composition: glycerin 27 mol%, water 34 mol%, Nitrogen (39 mol%) was circulated at a flow rate of 632 hr −1 . The effluent gas for 30 to 60 minutes and 150 to 180 minutes after flowing the reaction gas through the reactor was cooled and liquefied and collected (hereinafter referred to as “cooled liquefied product of the collected effluent gas”). Referred to as “spill”).

そして、ガスクロマトグラフィ(GC)により、流出物の定性および定量分析を行った。GCによる定性分析の結果、グリセリン、アクロレインと共に1−ヒドロキシアセトンが検出された。また、定量分析結果から、転化率、アクロレイン収率、およびアクロレイン収率の変動を算出した。ここで、転化率は、(1−(捕集流出物中のグリセリンのモル数)/(30分間で反応器に流入させたグリセリンのモル数))×100、で算出される値である。また、アクロレインの収率は、((アクロレインのモル数)/(30分間に反応器に流入させたグリセリンのモル数))×100、で算出される値である。また、アクロレイン収率の変動は、(150〜180分のアクロレイン収率)/(30〜60分のアクロレイン収率)×100−100、で算出される値である。   Then, qualitative and quantitative analysis of the effluent was performed by gas chromatography (GC). As a result of qualitative analysis by GC, 1-hydroxyacetone was detected together with glycerin and acrolein. Moreover, the conversion rate, the acrolein yield, and the fluctuation of the acrolein yield were calculated from the quantitative analysis results. Here, the conversion rate is a value calculated by (1− (number of moles of glycerin in the collected effluent) / (number of moles of glycerin introduced into the reactor in 30 minutes)) × 100. The yield of acrolein is a value calculated by ((molar number of acrolein) / (molar number of glycerin introduced into the reactor in 30 minutes)) × 100. The fluctuation of the acrolein yield is a value calculated by (acrolein yield of 150 to 180 minutes) / (acrolein yield of 30 to 60 minutes) × 100-100.

表1に、実施例および比較例の触媒のSi/T、およびNa2O含量、並びに、転化率、アクロレイン収率、およびアクロレインの収率変動を示す。 Table 1 shows the Si / T and Na 2 O contents of the catalysts of Examples and Comparative Examples, and the conversion rate, acrolein yield, and yield variation of acrolein.

Figure 0004791246
Figure 0004791246

表1に示す通り、Si/Tが800を超える比較例1および2の触媒を使用したアクロレイン収率変動の絶対値は、何れも33%を超えた大きな変動となっている(Si/Tが1000の比較例3の触媒、およびSi/Tが5000の比較例4の触媒を使用したアクロレイン収率は、アクロレイン収率が2%程度であるので、アクロレインの製造に適したグリセリン脱水用触媒と呼べるものではない)。また、バインダー含有率が15質量%を越える比較例5〜8の触媒を使用したアクロレイン収率変動の絶対値も、何れも26%を超えた大きな変動となっている。一方で、Si/Tが800以下、バインダー含有量が15質量%以下の実施例の触媒を使用したアクロレイン収率変動の絶対値は、何れも12%以下の小さな変動である。従って、実施例の触媒を使用することにより、収率変動を抑えてアクロレインを製造したことを確認することができる。   As shown in Table 1, the absolute values of the acrolein yield fluctuations using the catalysts of Comparative Examples 1 and 2 with Si / T exceeding 800 are both large fluctuations exceeding 33% (Si / T is Since the acrolein yield using the catalyst of Comparative Example 3 of 1000 and the catalyst of Comparative Example 4 having Si / T of 5000 is about 2%, the glycerol dehydration catalyst suitable for the production of acrolein It ’s not something you can call.) Moreover, the absolute value of the acrolein yield fluctuation | variation using the catalyst of Comparative Examples 5-8 in which binder content exceeds 15 mass% is also a big fluctuation | variation in which all exceeded 26%. On the other hand, the absolute values of the acrolein yield fluctuations using the catalyst of the example having Si / T of 800 or less and the binder content of 15% by mass or less are all small fluctuations of 12% or less. Therefore, by using the catalyst of the example, it can be confirmed that the acrolein was produced while suppressing the yield fluctuation.

Claims (6)

T原子としてAlを含む結晶性メタロシリケートを有し、グリセリンの気相脱水に使用する触媒であって、前記結晶性メタロシリケートにおけるSi/Tが800以下、前記触媒がバインダーを有しないことを特徴とするグリセリン脱水用触媒。   A catalyst having a crystalline metallosilicate containing Al as a T atom and used for vapor phase dehydration of glycerin, wherein Si / T in the crystalline metallosilicate is 800 or less, and the catalyst has no binder. A catalyst for dehydration of glycerin. 前記結晶性メタロシリケートの結晶格子外カチオンにHを有する請求項1に記載のグリセリン脱水用触媒。 The catalyst for dehydration of glycerol according to claim 1, wherein the crystalline metallosilicate has an H + in an extra-lattice cation. 前記結晶性メタロシリケートがMFI型の結晶構造を有する請求項1または2に記載のグリセリン脱水用触媒。   The glycerol dehydration catalyst according to claim 1 or 2, wherein the crystalline metallosilicate has an MFI type crystal structure. NaOに換算したNaの含有量が1.0質量%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のグリセリン脱水用触媒。 Catalyst for glycerin dehydration according to any one of claims 1 to 3 content of Na in terms of Na 2 O is less than 1.0 wt%. 触媒の共存下において気相反応によりグリセリンを脱水してアクロレインを製造する方法であって、前記触媒が請求項1〜4のいずれか1項に記載のグリセリン脱水用触媒であることを特徴とするアクロレインの製造方法。 A method for producing acrolein by dehydrating glycerol by gas phase reaction in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is the glycerol dehydrating catalyst according to any one of claims 1 to 4. A method for producing acrolein. 触媒の共存下において気相反応によりグリセリンを脱水してアクロレインを製造する工程を有するアクロレイン誘導体の製造方法であって、前記触媒が請求項1〜4のいずれか1項に記載のグリセリン脱水用触媒であることを特徴とするアクロレイン誘導体の製造方法。 A method for producing an acrolein derivative comprising a step of producing acrolein by dehydrating glycerol by gas phase reaction in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is a catalyst for dehydrating glycerol according to any one of claims 1 to 4. A process for producing an acrolein derivative, characterized in that
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