JP6534216B2 - 共役ジオレフィン製造用触媒の再生方法 - Google Patents
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Description
(1)本発明は、炭素原子数4以上のモノオレフィンを触媒の存在下で気相接触酸化的脱水素反応させて共役ジオレフィンを製造するための再生方法であって、反応に使用する前の触媒における平均細孔直径R1と再生後の触媒における平均細孔直径R2との比率R2/R1が0.59以上となるように再生を実施することを特徴とする再生方法、
(2)下記の式1で表わされる活性成分組成を満たす触媒を用いた上記(1)記載の再生方法、
Mo12BiaFebCocNidXeYfZgOh・・・・(式1)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロビウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、セリウム、タリウムから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.2≦a≦2.0、0.6<b<3.4、5.0<c<8.0、0<d<3.0、0<e<0.5、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)、
(3)触媒が、担体に触媒活性成分をコーティングした成型触媒であり、該成形触媒の平均粒径が3.0以上10.0mm以下であり、触媒活性成分の担持率が20重量%以上〜80重量%以下である(1)または(2)いずれか記載の再生方法、
(4)気相接触酸化的触媒の反応前における平均細孔直径が0.16μm以上0.46μm以下である(1)から(3)いずれか記載の再生方法、
(5)(1)記載のモノオレフィンがn−ブテンであり、共役ジオレフィンが1,3−ブタジエンである(1)から(4)いずれか記載の再生方法、
に関する。
Mo12BiaFebCocNidXeYfZgOh・・・・(式1)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロビウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、セリウム、タリウムから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.2≦a≦2.0、0.6<b<3.4、5.0<c<8.0、0<d<3.0、0<e<0.5、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)
触媒活性成分の原料の混合溶液またはスラリーを調製し、沈殿法、ゲル化法、共沈法、水熱合成法等の工程を経た後、乾燥噴霧法、蒸発乾固法、ドラム乾燥法、凍結乾燥法等の公知の乾燥方法を用いて、本発明の乾燥粉体を得る。この混合溶液またはスラリーは、溶媒として水、有機溶剤、またはこれらの混合溶液のいずれでも良く、触媒の活性成分の原料濃度も制限はなく、更に、この混合溶液またはスラリーの液温、雰囲気等の調合条件および乾燥条件について特に制限はないが、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、20℃以上90℃以下の条件下で触媒の活性成分の原料の混合溶液またはスラリーを形成させ、これを噴霧乾燥器に導入して乾燥器出口が70℃以上150℃以下、得られる乾燥粉体の平均粒径が10μm以上700μm以下となるよう熱風入口温度、噴霧乾燥器内部の圧力、およびスラリーの流量を調節する方法である。
こうして得られた乾燥粉体を200℃以上600℃以下で予備焼成し、本発明の予備焼成粉体を得ることができる。この予備焼成の条件に関しても、予備焼成時間や予備焼成時の雰囲気について特に制限はなく、予備焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明においてトンネル焼成炉において300℃以上600℃以下、予備焼成1時間以上12時間以下、空気雰囲気下による方法が好ましい。
こうして得られた予備焼成粉体をそのまま触媒として使用することもできるが、成形して使用することもできる。成形品の形状は球状、円柱状、リング状など特に制限されないが、一連の調製で最終的に得られる触媒における機械的強度、反応器、調製の生産効率等を考慮して選択するべきである。成形方法についても特に制限はないが、以下段落に示す担体や成形助剤、強度向上剤、バインダー等を予備焼成粉体に添加して円柱状、リング状に成形する際には打錠成形機や押出成形機などを用い、球状に成形する際には造粒機などを用いて成形品を得る。このうち本発明において不活性な球状担体に予備焼成粉体を転動造粒法によりコーティングさせ担持成形する方法が好ましい。
担持率(重量%)=(成形に使用した予備焼成粉体の重量)/{(成形に使用した予備焼成粉体の重量)+(成形に使用した球状担体の重量)}×100
このようにして得られた予備焼成粉体または成形品は、反応に使用する前に300℃以上600℃以下で再度焼成(本焼成)することが好ましい。本焼成に関しても、本焼成時間や本焼成時の雰囲気について特に制限はなく、本焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、トンネル焼成炉において本焼成450℃以上600℃以下、本焼成1時間以上12時間以下、空気雰囲気下による方法である。このとき、昇温時間としては、通常2時間以上20時間以下であり、好ましくは3時間以上15時間以下、さらに好ましくは4時間以上10時間以下の範囲で行うのがよい。
触媒の活性成分を含む溶液またはスラリーを調製し、ここに成形担体または(A)法で得た触媒を含浸させ、成形品を得る。ここで、含浸による触媒の活性成分の担持手法はディップ法、インシピエントウェットネス法、イオン交換法、pHスイング法など特に制限はなく、溶液またはスラリーの溶媒として水、有機溶剤、またはこれらの混合溶液のいずれでも良く、触媒の活性成分の原料濃度も制限はなく、更に、混合溶液またはスラリーの液温、液にかかる圧力、液の周囲の雰囲気についても特に制限はないが、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。また、成形担体および(A)法で得た触媒のいずれも形状は球状、円柱状、リング状、粉末状など特に制限はなく、さらに材質、粒径、吸水率、機械的強度も特に制限はない。
こうして得られた成形品を、蒸発乾固法、ドラム乾燥法、凍結乾燥法等の公知の乾燥方法を用いて20℃以上200℃以下の範囲において熱処理を行い、本発明の触媒成形乾燥体を得る。乾燥時間や乾燥時の雰囲気について特に制限はなく、乾燥の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。
こうして得られた触媒成形乾燥体を、本焼成300℃以上600℃以下で熱処理を行い、本発明の触媒を得る。ここで、本焼成時間や本焼成時の雰囲気について特に制限はなく、本焼成の手法も流動床、ロータリーキルン、マッフル炉、トンネル焼成炉など特に制限はなく、最終的な触媒の性能、機械的強度、成形性や生産効率等を考慮して適切な範囲を選択されるべきである。このうち本発明において最も好ましいのは、トンネル焼成炉において本焼成450℃以上600℃以下、本焼成1時間以上12時間以下、空気雰囲気下による方法である。このとき、昇温時間としては、通常2時間以上20時間以下であり、好ましくは3時間以上15時間以下、さらに好ましくは4時間以上10時間以下の範囲で行うのがよい。
破損率(重量%)
= 触媒片の重量(g)/反応後の抜き出した触媒重量(g)×100
=(反応した1―ブテンのモル数/供給した1―ブテンのモル数)×100
ブタジエン収率(モル%)
=(生成したブタジエンのモル数/供給したn−ブテンのモル数)×100
TOS=混合ガス流通時間(時間)
(触媒の調製)
ヘプタモリブデン酸アンモニウム800重量部を80℃に加温した純水3000重量部に完全溶解させた(母液1)。次に、硝酸セシウム11重量部を純水124mlに溶解させて、母液1に加えた。次に、硝酸第二鉄275重量部、硝酸コバルト769重量部及び硝酸ニッケル110重量部を60℃に加温した純水612mlに溶解させ、母液1に加えた。続いて硝酸ビスマス311重量部を60℃に加温した純水330mlに硝酸(60重量%)79重量部を加えて調製した硝酸水溶液に溶解させ、母液1に加えた。この母液1をスプレードライ法にて乾燥し、得られた乾燥粉体を440℃、5時間の条件で予備焼成した。こうして得られた予備焼成粉体に対して5重量%分の結晶性セルロースを添加し、十分混合した後、転動造粒法にてバインダーとして33重量%グリセリン溶液を用い、不活性の球状担体に、担持率が50重量%となるように球状に担持成形した。こうして得られた球状成形品を、520℃、5時間の条件で焼成し、本発明の触媒を得た。仕込み原料から計算される触媒の原子比は、Mo:Bi:Fe:Co:Ni:Cs=12:1.7:1.8:7.0:1.0:0.15であった。ここで、反応に使用する前の触媒の平均細孔直径R1を測定したところ、0.31μmであった。
得られた触媒53mlをステンレス鋼反応管に充填し、ガス体積比率が1−ブテン:酸素:窒素:水蒸気=1:1:7:1の混合ガスを用い、常圧下、GHSV1200hr−1の条件で、1−ブテン転化率=78.0±1.0%を保持できるよう反応器を循環する熱媒の温度を変化させてTOS400時間まで反応した。その後、1−ブテンおよび酸素、水蒸気の供給を停止し、析出したコーク状物質を除去させる再生目的で、反応器を循環する熱媒を220℃まで下げ、続けて空気を用い、常圧下、空間速度250hr−1で燃焼反応を開始し、空気雰囲気のまま段階的に熱媒が400℃になるまで昇温した。再生後の触媒を抜き出し、平均細孔直径R2を測定し、反応前と比較したところ比率R2/R1は0.78であった。また、破損率を測定したところ、0.05重量%であった。
(反応試験)
実施例1で得られた触媒53mlをステンレス鋼反応管に充填し、ガス体積比率が1−ブテン:酸素:窒素:水蒸気=1:1:7:1の混合ガスを用い、常圧下、GHSV1200hr−1の条件で、1−ブテン転化率=97.0±1.0%を保持できるよう反応器を循環する熱媒の温度を変化させてTOS600時間まで反応した。その時のブタジエン収率は85.4%であった。反応の途中で、1−ブテンと追加窒素ガス供給を停止し、空気のみ流通させながら熱媒の温度を400℃まで昇温する再生を反応と交互に4回行った。最後の再生後に抜き出した触媒の平均細孔直径R2を測定したところ、反応前との比率R2/R1は0.94であった。また、破損率を測定したところ、0.02重量%であった。その後、反応を1−ブテン転化率=97.0±1.0%を保持できるよう再開したところ、ブタジエン収率は85.8%であった。
(反応試験)
実施例1で得られた触媒1.64Lをステンレス鋼反応管に充填し、ガス体積比率が1−ブテン:酸素:窒素:水蒸気=1:1.2:11.1:2.3の混合ガスを用い、常圧下、GHSV2000hr−1の条件で、1−ブテン転化率=92.0±1.0%を保持できるよう反応器を循環する熱媒の温度を変化させてTOS4000時間まで反応した。反応の途中で、1−ブテンと追加窒素ガス、水蒸気の供給を停止し、空気のみ流通させながら熱媒の温度を400℃まで昇温する再生を反応と交互に2回行った。最後の再生後に抜き出した触媒のガス入口部位の平均細孔直径R2を測定したところ、反応前との比率R2/R1は1.05であった。また、破損率を測定したところ、0.03重量%であった。
(反応試験)
実施例3で最後の再生後に抜き出した触媒のガス出口部位の平均細孔直径R2を測定したところ、反応前との比率R2/R1は0.58であった。また、破損率を測定したところ、1.95%であり、目視で触媒の破損が観察された。
Claims (5)
- 炭素原子数4以上のモノオレフィンを触媒の存在下で気相接触酸化的脱水素反応させて共役ジオレフィンを製造するための再生方法であって、反応に使用する前の触媒における平均細孔直径R1と再生後の触媒における平均細孔直径R2との比率R2/R1が0.59以上となるように再生を実施することを特徴とする再生方法。
- 下記の式1で表わされる活性成分組成を満たす触媒を用いた請求項1記載の再生方法、
Mo12BiaFebCocNidXeYfZgOh・・・・(式1)
(式中、Xはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選ばれるアルカリ金属の少なくとも1種の元素を示し、Yはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムから選ばれるアルカリ土類金属の少なくとも1種の元素を示し、Zはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロビウム、アンチモン、タングステン、鉛、亜鉛、セリウム、タリウムから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、a、b、c、d、e、f及びgは各々モリブデン12に対する各成分の原子比を示し、0.2≦a≦2.0、0.6<b<3.4、5.0<c<8.0、0<d<3.0、0<e<0.5、0≦f≦4.0、0≦g≦2.0の範囲にあり、hは他の元素の酸化状態を満足させる数値である。)。 - 触媒が、担体に触媒活性成分をコーティングした成型触媒であり、該成形触媒の平均粒径が3.0mm以上10.0mm以下であり、触媒活性成分の担持率が20重量%〜80重量%である請求項1または請求項2いずれか記載の再生方法。
- 気相接触酸化的触媒の反応前における平均細孔直径が0.16μm以上0.46μm以下である請求項1から請求項3いずれか記載の再生方法。
- 請求項1記載のモノオレフィンがn−ブテンであり、共役ジオレフィンが1,3−ブタジエンである請求項1から請求項4いずれか記載の再生方法。
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