JP6770824B2 - 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法 - Google Patents

脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6770824B2
JP6770824B2 JP2016082119A JP2016082119A JP6770824B2 JP 6770824 B2 JP6770824 B2 JP 6770824B2 JP 2016082119 A JP2016082119 A JP 2016082119A JP 2016082119 A JP2016082119 A JP 2016082119A JP 6770824 B2 JP6770824 B2 JP 6770824B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dehydrogenation catalyst
dehydrogenation
catalyst
carrier
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016082119A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017189754A (ja
Inventor
瀬川 敦司
敦司 瀬川
信啓 木村
信啓 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Eneos Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eneos Corp filed Critical Eneos Corp
Priority to JP2016082119A priority Critical patent/JP6770824B2/ja
Priority to PCT/JP2017/015317 priority patent/WO2017179708A1/ja
Priority to US16/093,329 priority patent/US10786804B2/en
Publication of JP2017189754A publication Critical patent/JP2017189754A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6770824B2 publication Critical patent/JP6770824B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56Platinum group metals
    • B01J23/62Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead
    • B01J23/622Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead with germanium, tin or lead
    • B01J23/626Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead with germanium, tin or lead with tin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/10Magnesium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/005Spinels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • B01J37/0205Impregnation in several steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201Impregnation
    • B01J37/0213Preparation of the impregnating solution
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0236Drying, e.g. preparing a suspension, adding a soluble salt and drying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02Alkenes
    • C07C11/08Alkenes with four carbon atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/12Alkadienes
    • C07C11/16Alkadienes with four carbon atoms
    • C07C11/1671, 3-Butadiene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333Catalytic processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333Catalytic processes
    • C07C5/3335Catalytic processes with metals
    • C07C5/3337Catalytic processes with metals of the platinum group
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals
    • C07C2523/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups C07C2523/02 - C07C2523/36
    • C07C2523/56Platinum group metals
    • C07C2523/62Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

本発明は、脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法に関する。
近年のアジアを中心としたモータリゼーションによって、ブタジエンをはじめとする共役ジエンは、合成ゴムの原料等として需要の増加が見込まれている。共役ジエンの製造方法としては、例えば、脱水素触媒を用いたn−ブタンの直接脱水素化反応により共役ジエンを製造する方法(特許文献1)やn−ブテンの酸化的脱水素化反応により共役ジエンを製造する方法(特許文献2〜4)が知られている。
特開2014−205135号公報 特開昭57−140730号公報 特開昭60−1139号公報 特開2003−220335号公報
共役ジエン等の不飽和炭化水素の需要増加に伴って、製造装置の要求特性、運転コスト、反応効率等の特色の異なる、多様な不飽和炭化水素の製造方法の開発が求められている。
本発明は、不飽和炭化水素の製造に好適に利用可能な脱水素触媒の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記脱水素触媒を用いた不飽和炭化水素の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、脱水素触媒の製造方法に関する。この製造方法は、担体に、スズ源を溶解させた第一の溶液を含浸させて、担体にスズを担持させる工程と、担体に、活性金属源を溶解させた第二の溶液を含浸させて、担体に活性金属を担持させる工程と、を備える。また、この製造方法において、スズ源は、スズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種であり、活性金属源は、白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の活性金属を有し、且つ、塩素原子を有しない。
このような製造方法では、スズ源及び活性金属源がいずれも塩素原子を含まないため、塩素原子の含有量が著しく少ない、又はゼロの脱水素触媒が得られる。本発明者らの知見によれば、脱水素触媒が塩素原子を所定量以上含有すると、水が共存する反応下で塩酸が発生し、反応容器の腐食の一因となる。上記製造方法によれば、水が共存し得る反応に適用しても、塩酸の発生及びそれによる反応容器の腐食を十分に抑制することが可能な、脱水素触媒が得られる。
また、上記製造方法では、スズ源としてスズ酸ナトリウム又はスズ酸カリウムを用いている。これにより、担体上でのスズの分散状態が脱水素触媒として好適な状態となり、脱水素触媒が反応性に優れ、且つ劣化の少ないものとなる。
一態様において、第一の溶液は水溶液であってよい。スズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムは、いずれも水溶性であるため、溶媒として水を用いることで容易に第一の溶液を調整できる。また、溶媒として水を用いることで、有機溶媒を用いた場合と比較して、環境負荷の低減、コストの抑制等を図ることができる。
一態様において、脱水素触媒は、アルカンから、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも1種の不飽和炭化水素を得る脱水素反応用の触媒であってよい。上記製造方法により製造された脱水素触媒は、アルカンの脱水素能に優れており、アルカンから不飽和炭化水素を得る脱水素反応用の触媒として、好適に用いることができる。
一態様において、脱水素触媒は、オレフィンから共役ジエンを得る脱水素反応用の触媒であってよい。上記製造方法により製造された脱水素触媒は、オレフィンの脱水素能に優れており、オレフィンから共役ジエンを得る脱水素反応用の触媒として、好適に用いることができる。
本発明の他の一側面は、不飽和炭化水素の製造方法に関する。この不飽和炭化水素の製造方法は、脱水素触媒を用いてアルカンの脱水素反応を行い、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも1種の不飽和炭化水素を得る工程を備え、脱水素触媒として上記脱水素触媒の製造方法で製造された脱水素触媒を用いる。
この不飽和炭化水素の製造方法では、脱水素触媒として上述の製造方法で製造された触媒を用いているため、脱水素反応における反応性及び触媒寿命に優れ、効率よく不飽和炭化水素を製造できる。また、この不飽和炭化水素の製造方法では、脱水素触媒の塩素含有量が著しく少ない又はゼロのため、脱水素反応に水が共存していても、塩酸の発生が抑えられ、反応容器の腐食が十分に抑制される。
本発明の更に他の一側面は、共役ジエンの製造方法に関する。この共役ジエンの製造方法は、脱水素触媒を用いてオレフィンの脱水素反応を行い、共役ジエンを得る工程を備え、脱水素触媒として上記脱水素触媒の製造方法で製造された脱水素触媒を用いる。
この共役ジエンの製造方法では、脱水素触媒として上述の製造方法で製造された触媒を用いているため、脱水素反応における反応性及び触媒寿命に優れ、効率よく共役ジエンを製造できる。また、この共役ジエンの製造方法では、脱水素触媒の塩素含有量が著しく少ない又はゼロのため、脱水素反応に水が共存していても、塩酸の発生が抑えられ、反応容器の腐食が十分に抑制される。
本発明によれば、不飽和炭化水素の製造に好適に利用可能な脱水素触媒の製造方法が提供される。また、本発明によれば、上記脱水素触媒を用いた不飽和炭化水素の製造方法は提供される。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではない。
(脱水素触媒の製造方法)
本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法は、担体に、スズ源を溶解させた第一の溶液を含浸させて、担体にスズを担持させる工程(スズ担持工程)と、担体に、活性金属源を溶解させた第二の溶液を含浸させて、担体に活性金属を担持させる工程(活性金属担持工程)と、を備える。本実施形態において、スズ源は、スズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種であり、活性金属源は、白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の活性金属を有し、且つ、塩素原子を有しない。
本実施形態では、スズ源及び活性金属源がいずれも塩素原子を含まないため、塩素原子の含有量が著しく少ない、又はゼロの脱水素触媒が得られる。なお、本発明者らの知見によれば、脱水素触媒が塩素原子を所定量以上含有すると、水が共存する反応下で塩酸が発生し、反応容器の腐食の一因となる。この点、本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法によれば、水が共存し得る反応に適用しても、塩酸の発生及びそれによる反応容器の腐食を十分に抑制することが可能な、脱水素触媒が得られる。
また、本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法では、スズ源としてスズ酸ナトリウム又はスズ酸カリウムを用いている。これにより、担体上でのスズの分散状態が脱水素触媒として好適な状態となり、脱水素触媒が反応性に優れ、且つ劣化の少ないものとなる。
以下、本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法における各工程について詳述する。
<スズ担持工程>
スズ担持工程は、担体に、スズ源を溶解させた第一の溶液を含浸させて、担体にスズを担持させる工程である。スズ源は、スズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種である。
第一の溶液における溶媒は、スズ源を溶解できる溶媒であればよいが、環境負荷の低減及びコストの低減が図れる観点からは、水が好ましい。本実施形態では、スズ源のスズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムが水溶性であり、第一の溶液における溶媒が水であっても、容易にスズ源を溶解させることができる。また、本実施形態では、スズ源がスズ酸ナトリウム又はスズ酸カリウムであることで、第一の溶液における溶媒として水を用いた場合でも、担体上に分散性良くスズを担持させることができる。
第一の溶液のpHは、8〜14であってよく、好ましくは10〜13である。本実施形態では、スズ源がスズ酸ナトリウム又はスズ酸カリウムであるため、このようなpHの溶液中に溶解状態で安定して存在できる。なお、スズ源を水に溶解させることで、上記範囲のpHは達成できる。すなわち、本実施形態においては、第一の溶液を作製するために酸、塩基等の添加は不要であり、スズ源を水に溶解させるだけで、容易に第一の溶液を調製できる。
第一の溶液におけるスズ源の配合量は、担体へのスズ担持量、担持方法等に応じて適宜調整してよい。例えば、第一の溶液におけるスズ原子の含有量は、0.01質量%以上であってよく、0.1質量%以上であってもよい。また、第一の溶液におけるスズ原子の含有量は、20質量%以下であってよく、10質量%以下であってもよい。
スズ担持工程では、担体に第一の溶液を含浸させ、担体にスズを担持させる。担体への第一の溶液の含浸は、例えば、第一の溶液の溶媒をエバポレータ等で除去しつつ行ってよい。
また、含浸後の担体は、乾燥及び焼成してよい。乾燥の条件は、第一の溶液の溶媒に応じて、適宜選択できる。焼成温度は、例えば300〜900℃であってよく、好ましくは400〜800℃である。焼成時間は、例えば1〜10時間であってよく、好ましくは2〜5時間である。
担体は、無機酸化物担体であることが好ましい。無機酸化物担体としては、例えば、アルミナ、アルミナマグネシア、マグネシア、チタニア、シリカ、シリカアルミナ、シリカマグネシア、フェライト、スピネル型構造物(マグネシウムスピネル、鉄スピネル、亜鉛スピネル、マンガンスピネル)等の無機酸化物を含む担体が挙げられる。
担体としては、アルミニウム(Al)を含む担体が好ましい。担体におけるAlの含有量は、担体の全質量基準で25質量%以上であってよく、50質量%以上であることが好ましい。
担体は、スピネル型構造を有するスピネル型構造体、例えばマグネシウムスピネル(MgAl)であることが好ましい。これにより、担体の酸性度が小さくなり、炭素析出が抑制されるという効果が奏される。
本実施形態では、スズ担持工程で担体にスズを担持させた後に、後述する活性金属担持工程で担体に活性金属を担持させてよい。また、後述する活性金属担持工程で担体に活性金属を担持させた後に、スズ担持工程で担体にスズを担持させてもよい。
<活性金属担持工程>
活性金属担持工程は、担体に、活性金属源を含む第二の溶液を含浸させて、担体に活性金属を担持させる工程である。活性金属は、白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種である。また、活性金属源は、白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の活性金属を有し、且つ、塩素原子を有しない。
活性金属源は、白金源、ルテニウム源及びイリジウム源からなる群より選択される少なくとも1種ということもできる。白金源、ルテニウム源及びイリジウム源は、いずれも塩素原子を有しない。
白金源は、白金(Pt)を有し、塩素原子を有しない化合物であればよい。白金源としては、例えば、テトラアンミン白金(II)酸、テトラアンミン白金(II)酸塩(例えば、硝酸塩等)、テトラアンミン白金(II)酸水酸化物溶液、ジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硝酸溶液、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸エタノールアミン溶液等が挙げられる。
ルテニウム源は、ルテニウム(Ru)を有し、塩素原子を有しない化合物であればよい。ルテニウム源としては、例えば、硝酸ルテニウム(III)、ルテニウム(IV)酸ナトリウム、ルテニウム(IV)酸カリウム等が挙げられる。
イリジウム源は、イリジウム(Ir)を有し、塩素原子を有しない化合物であればよい。イリジウム源としては、例えば、硝酸イリジウム(IV)、ヘキサンアンミンイリジウム(III)水酸化物溶液等が挙げられる。
第二の溶液における溶媒は、活性金属源を溶解できる溶媒であればよい。第二の溶液における溶媒は、例えば、水、エタノール等であってよい。
第二の溶液における活性金属源の配合量は、担体への活性金属の担持量、担持方法等に応じて適宜調整してよい。例えば、第二の溶液における活性金属の含有量は、0.01質量%以上であってよく、0.1質量%以上であってもよい。また、第二の溶液における活性金属の含有量は、10質量%以下であってよく、5質量%以下であってもよい。
活性金属担持工程では、担体に第二の溶液を含浸させ、担体に活性金属を担持させる。担体への第二の溶液の含浸は、例えば、第二の溶液の溶媒をエバポレータ等で除去しつつ行ってよい。
また、含浸後の担体は、乾燥及び焼成してよい。乾燥の条件は、第二の溶液の溶媒に応じて、適宜選択できる。焼成温度は、例えば200〜700℃であってよく、好ましくは300〜600℃である。焼成時間は、例えば1〜10時間であってよく、好ましくは2〜5時間である。なお、活性金属がルテニウムを含有する場合、焼成は窒素流通下で実施することが好ましい。
本実施形態では、上述のスズ担持工程で担体にスズを担持させた後に、活性金属担持工程で担体に活性金属を担持させてよい。また、活性金属担持工程で担体に活性金属を担持させた後に、上述のスズ担持工程で担体にスズを担持させてもよい。
本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法により製造された脱水素触媒は、担体と、担体に担持されたスズと、担体に担持された白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の活性金属と、を含む。
脱水素触媒は、アルカンを原料とする脱水素反応の触媒として、好適に利用することができる。この脱水素反応では、アルカンから、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも1種の不飽和炭化水素が得られる。
また、脱水素触媒は、オレフィンを原料とする脱水素反応の触媒としても好適に利用することができる。この脱水素反応では、オレフィンから共役ジエンが得られる。
アルカンを原料とする脱水素反応用とする場合、脱水素触媒におけるスズ担持量は、例えば、脱水素触媒の全質量基準で1質量%以上であってよく、1.3質量%以上であることが好ましく、9質量%以下であってよく、7質量%以下であることが好ましい。このようなスズ担持量とすることで、アルカンを原料とする脱水素反応における脱水素能が向上するとともに、該脱水素反応におけるコークの析出を抑制して触媒の長寿命化を図ることができる。
オレフィンを原料とする脱水素反応用とする場合、脱水素触媒におけるスズ担持量は、例えば、脱水素触媒の全質量基準で5質量%以上であってよく、7質量%以上であることが好ましく、25質量%以下であってよく、18質量%以下であることが好ましい。このようなスズ担持量とすることで、オレフィンを原料とする脱水素反応における脱水素能が向上するとともに、該脱水素反応におけるコークの析出を抑制して触媒の長寿命化を図ることができる。
脱水素触媒における活性金属の担持量は、例えば、脱水素触媒の全質量基準で0.1質量%以上であってよく、0.5質量%以上であることが好ましい。これにより脱水素触媒の触媒活性が一層向上する。また、脱水素触媒における活性金属の担持量は、例えば、脱水素触媒の全質量基準で5質量%以下であってよく、2質量%以下であることが好ましい。これにより脱水素触媒において活性金属の分散性が向上し、担持量当たりの活性が向上する傾向がある。
なお、脱水素触媒におけるスズ及び活性金属の担持量は、高周波誘導結合プラズマ(ICP)を光源とする発光分光分析法により測定できる。測定では、試料溶液を霧状にしてArプラズマに導入し、励起された元素が基底状態に戻る際に放出される光を分光し、その波長から元素の定性を行い、その強度から元素の定量を行う。
脱水素触媒では、活性金属とスズとが相互作用していてよく、例えば合金を形成していてよい。これにより脱水素触媒の耐久性が向上する傾向がある。
脱水素触媒は、上述のように、アルカンを原料とする脱水素反応用の触媒、又は、オレフィンを原料とする脱水素反応用の触媒として、好適に用いることができる。なお、脱水素触媒は、これら以外の用途に用いてよく、例えば、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸等の含酸素化合物の脱水素反応用の触媒、脱水素反応の逆反応である水素化反応用の触媒等として、用いてもよい。
脱水素触媒は、還元処理を施してから反応に使用してよい。還元処理は、例えば、還元ガス雰囲気下、40〜600℃に脱水素触媒を保持することで行うことができる。保持時間は、例えば0.05〜24時間であってよい。還元性ガスは、例えば、水素、一酸化炭素等であってよい。
(不飽和炭化水素の製造方法)
本実施形態に係る不飽和炭化水素の製造方法は、脱水素触媒を用いてアルカンの脱水素反応を行い、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも1種の不飽和炭化水素を得る工程(脱水素工程)を含む。脱水素触媒は、上述の製造方法で製造された脱水素触媒である。
脱水素工程は、例えば、アルカンを含む原料ガスを脱水素触媒に接触させて、不飽和炭化水素を含む生成ガスを得る工程であってよい。
アルカンの炭素数は、目的とする不飽和炭化水素の炭素数と同じであってよい。すなわち、アルカンは、目的とする不飽和炭化水素中に存在する二重結合を水素化した場合に得られる飽和炭化水素であってよい。アルカンの炭素数は、例えば3〜10であってよく、3〜6であってよい。
アルカンは、例えば、鎖状であってよく、環状であってもよい。鎖状アルカンとしては、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等が挙げられる。より具体的には、直鎖状アルカンとしては、n−ブタン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−デカン等が挙げられる。また、分岐状アルカンとしては、イソブタン、イソペンタン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2、3−ジメチルペンタン、イソヘプタン、イソオクタン、イソデカン等が挙げられる。環状アルカンとしては、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、メチルシクロヘキサン等が挙げられる。原料ガスは、アルカンを一種含むものであってよく、二種以上含むものであってもよい。
原料ガスにおいて、アルカンの分圧は1.0MPa以下としてよく、0.1MPa以下としてもよく、0.01MPa以下としてもよい。原料ガスのアルカン分圧を小さくすることでアルカンの転化率が一層向上しやすくなる。
また、原料ガスにおけるアルカンの分圧は、原料流量に対する反応器サイズを小さくする観点から、0.001MPa以上とすることが好ましく、0.005MPa以上とすることがより好ましい。
原料ガスは、窒素、アルゴン等の不活性ガスを更に含有していてもよい。また、原料ガスは、スチームを更に含有していてもよい。
原料ガスがスチームを含有するとき、スチームの含有量は、アルカンに対して1.0倍モル以上とすることが好ましく、1.5倍モル以上とすることがより好ましい。スチームを原料ガスに含有させることで、触媒の活性低下が抑制される場合がある。なお、スチームの含有量は、例えば、アルカンに対して50倍モル以下であってよく、好ましくは10倍モル以下である。
原料ガスは、上記以外に水素、酸素、一酸化炭素、炭酸ガス、オレフィン類、ジエン類等の他の成分を更に含有していてもよい。
本実施形態において、生成ガスは、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも一種の不飽和炭化水素を含む。オレフィン及び共役ジエンの炭素数は、いずれもアルカンの炭素数と同じであってよく、例えば4〜10であってよく、4〜6であってよい。
オレフィンとしては、例えば、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン等が挙げられ、これらはいずれの異性体であってもよい。共役ジエンとしては、例えば、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、1,3−ヘプタジエン、1,3−オクタジエン、1,3−ノナジエン、1,3−デカジエン等が挙げられる。生成ガスは、不飽和炭化水素を一種含むものであってよく、二種以上の不飽和炭化水素を含むものであってよい。例えば、生成ガスは、オレフィン及び共役ジエンを含むものであってよい。
脱水素工程は、例えば、脱水素触媒を充填した反応器を用い、当該反応器に原料ガスを流通させることにより実施してよい。反応器としては、固体触媒による気相反応に用いられる種々の反応器を用いることができる。反応器としては、例えば、固定床型反応器、ラジアルフロー型反応器、管型反応器等が挙げられる。
脱水素反応の反応形式は、例えば、固定床式、移動床式又は流動床式であってよい。これらのうち、設備コストの観点からは固定床式が好ましい。
脱水素反応の反応温度、すなわち反応器内の温度は、反応効率の観点から300〜800℃であってよく、500〜700℃であってよい。反応温度が500℃以上であれば、不飽和炭化水素の生成量が一層多くなる傾向がある。反応温度が700℃以下であれば、高い活性がより長期にわたって維持される傾向がある。
反応圧力、すなわち反応器内の気圧は0.01〜1MPaであってよく、0.05〜0.8MPaであってよく、0.1〜0.5MPaであってよい。反応圧力が上記範囲にあると、脱水素反応がより進行し易くなり、一層優れた反応効率が得られる傾向がある。
脱水素工程を、原料ガスを連続的に供給する連続式の反応形式で行う場合、重量空間速度(以下、「WHSV」という。)は、0.1h−1以上であってよく、1.0h−1以上であってもよく、100h−1以下であってよく、30h−1以下であってもよい。ここで、WHSVとは、連続式の反応装置における、脱水素触媒の質量Wに対する原料ガスの供給速度(供給量/時間)Fの比(F/W)である。なお、原料ガス及び触媒の使用量は、反応条件、触媒の活性等に応じて更に好ましい範囲を適宜選定してよく、WHSVは上記範囲に限定されるものではない。
脱水素工程では、反応器に本実施形態に係る脱水素触媒(以下、第一の脱水素触媒ともいう。)以外の触媒を更に充填してもよい。
例えば、本実施形態では、反応器の第一の脱水素触媒より後段に、オレフィンから共役ジエンへの脱水素反応を触媒する第二の脱水素触媒が更に充填されていてもよい。第一の脱水素触媒は、アルカンからオレフィンへの脱水素反応の反応活性に優れるため、第一の脱水素触媒の後段に第二の脱水素触媒を充填することで、得られる生成ガス中の共役ジエンの割合を高めることができる。
また、本実施形態に係る製造方法は、脱水素工程で得られたオレフィンを含む生成ガス(以下、第一の生成ガスともいう。)を、第二の脱水素触媒に接触させてオレフィンの脱水素反応を行い、共役ジエンを含む第二の生成ガスを得る工程を更に備えていてもよい。このような製造方法によれば、共役ジエンをより多く含む生成ガスを得ることができる。
第二の脱水素触媒としては、オレフィンの脱水素反応の触媒であれば、特に制限無く用いることができる。例えば、第二の脱水素触媒としては、貴金属触媒、Fe及びKを含有する触媒、Mo等を含有する触媒等を用いることができる。また、第二の脱水素触媒としては、本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法により製造された脱水素触媒を用いてもよい。
(共役ジエンの製造方法)
本実施形態に係る共役ジエンの製造方法は、脱水素触媒を用いてオレフィンの脱水素反応を行い、共役ジエンを得る工程(脱水素工程)を含む。脱水素触媒は、上述の製造方法で製造された脱水素触媒である。
脱水素工程は、例えば、オレフィンを含む原料ガスを脱水素触媒に接触させて、共役ジエンを含む生成ガスを得る工程であってよい。
オレフィンの炭素数は、目的とする共役ジエンの炭素数と同じであってよい。すなわち、オレフィンは、目的とする共役ジエン中に存在する二重結合の一つを水素化した場合に得られる炭化水素化合物であってよい。オレフィンの炭素数は、例えば4〜10であってよく、4〜6であってよい。
オレフィンは、例えば、鎖状であってよく、環状であってもよい。鎖状のオレフィンは、例えば、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン及びデセンからなる群より選択される少なくとも一種であってよい。鎖状のオレフィンは、直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。直鎖状のオレフィンは、例えば、n−ブテン、n−ペンテン、n−ヘキセン、n−ヘプテン、n−オクテン、n−ノネン及びn−デセンからなる群より選択される少なくとも一種であってよい。分岐状のオレフィンは、例えば、イソペンテン、2−メチルペンテン、3−メチルペンテン、2、3−ジメチルペンテン、イソヘプテン、イソオクテン、イソノネン及びイソデセンからなる群より選択される少なくとも一種であってよい。原料ガスは、上記オレフィンの一種を単独で含むものであってよく、二種以上を含むものであってもよい。
原料ガスにおいて、オレフィンの分圧は1.0MPa以下としてよく、0.1MPa以下としてもよく、0.01MPa以下としてもよい。原料ガスのオレフィンの分圧を小さくすることで、オレフィンの転化率が一層向上し易くなる。
また、原料ガスにおけるオレフィンの分圧は、原料流量に対する反応器サイズを小さくする観点から、0.001MPa以上とすることが好ましく、0.005MPa以上とすることがより好ましい。
原料ガスは、窒素、アルゴン等の不活性ガスを更に含有していてもよく、スチームを更に含有していてもよい。
原料ガスがスチームを含有するとき、スチームの含有量は、オレフィンに対して、1.0倍モル以上とすることが好ましく、1.5倍モル以上とすることがより好ましい。スチームを原料ガスに含有させることで、触媒の活性低下がより顕著に抑制される場合がある。なお、スチームの含有量は、例えば、オレフィンに対して50倍モル以下であってよく、好ましくは10倍モル以下である。
原料ガスは、上記以外に、水素、酸素、一酸化炭素、炭酸ガス、アルカン類、ジエン類等の他の成分を更に含有していてもよい。
脱水素工程で得られる共役ジエンとしては、例えば、ブタジエン(1,3−ブタジエン)、1,3−ペンタジエン、イソプレン、1,3−ヘキサジエン、1,3−ヘプタジエン、1,3−オクタジエン、1,3−ノナジエン、1,3−デカジエン等が挙げられる。生成ガスは、共役ジエンを一種含むものであってよく、二種以上の共役ジエンを含むものであってよい。
脱水素工程は、例えば、脱水素触媒を充填した反応器を用い、当該反応器に原料ガスを流通させることにより実施してよい。反応器としては、固体触媒による気相反応に用いられる種々の反応器を用いることができる。反応器としては、例えば、固定床断熱型反応器、ラジアルフロー型反応器、管型反応器等が挙げられる。
脱水素反応の反応形式は、例えば、固定床式、移動床式又は流動床式であってよい。これらのうち、設備コストの観点から固定床式が好ましい。
脱水素反応の反応温度、すなわち反応器内の温度は、反応効率の観点から300〜800℃であってよく、400〜700℃であってよく、500〜650℃であってよい。反応温度が300℃以上であれば、オレフィンの平衡転化率が低くなりすぎないため、共役ジエンの収率が一層向上する傾向がある。反応温度が800℃以下であれば、コーキング速度が大きくなりすぎないため、脱水素触媒の高い活性がより長期にわたって維持される傾向がある。
反応圧力、すなわち反応器内の気圧は0.01〜1MPaであってよく、0.05〜0.8MPaであってよく、0.1〜0.5MPaであってよい。反応圧力が上記範囲にあれば脱水素反応が進行し易くなり、一層優れた反応効率が得られる傾向がある。
脱水素工程を、原料ガスを連続的に供給する連続式の反応形式で行う場合、WHSVは、例えば0.1h−1以上であってよく、0.5h−1以上であってもよい。また、WHSVは、20h−1以下であってよく、10h−1以下であってもよい。ここで、WHSVは、脱水素触媒の質量Wに対する原料ガスの供給速度(供給量/時間)Fの比(F/W)である。WHSVが0.1h−1以上であると、反応器サイズをより小さくできる。WHSVが20h−1以下であると、オレフィンの転化率をより高くすることができる。なお、原料ガス及び触媒の使用量は、反応条件、触媒の活性等に応じて更に好ましい範囲を適宜選定してよく、WHSVは上記範囲に限定されるものではない。
脱水素工程では、反応器に本実施形態に係る脱水素触媒(以下、第一の脱水素触媒ともいう。)以外の触媒を更に充填してもよい。
例えば、本実施形態では、反応器の第一の脱水素触媒より前段に、アルカンからオレフィンへの脱水素反応を触媒する固体触媒(以下、「第二の脱水素触媒」ともいう。)を更に充填することにより、反応器内で原料ガスを得てもよい。換言すれば、脱水素工程は、第一の脱水素触媒及び第二の脱水素触媒が充填された反応器を用い、当該反応器に、アルカンを含むガスを流通させることにより実施してもよい。また、脱水素工程は、アルカンを含むガスを、第二の脱水素触媒が充填された反応器と第一の脱水素触媒が充填された反応器に順々に流通させることにより実施してもよい。
第二の脱水素触媒としては、アルカンの脱水素反応の触媒であれば、特に制限無く用いることができる。例えば、第二の脱水素触媒としては、クロム酸/アルミナ触媒、ニッケルカルシウムリン酸触媒、鉄クロム触媒、クロムアルミナマグネシア触媒等を用いることができる。また、第二の脱水素触媒としては、本実施形態に係る脱水素触媒の製造方法により製造された脱水素触媒を用いてもよい。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
市販のγ−アルミナ(水澤化学工業製ネオビードGB−13)20.0gと、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)11.8gを約240mlの水に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、テトラアンミン白金(II)硝酸塩の水溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH](NO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−1を得た。
得られた脱水素触媒A−1を、高周波誘導結合プラズマ(ICP)を光源とする発光分光分析法(以下、ICP法ともいう。)で分析したところ、Ptの担持量は0.94質量%、Snの担持量は15質量%であった。
(実施例2)
テトラアンミン白金(II)硝酸塩の水溶液に代えて、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、脱水素触媒A−2を作製した。得られた脱水素触媒A−2をICP法で分析したところ、Ptの担持量は1.02質量%、Snの担持量は15質量%であった。
(実施例3)
テトラアンミン白金(II)硝酸塩の水溶液に代えて、硝酸イリジウム水溶液(フルヤ金属製、Ir(NO、Ir:8.4質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、脱水素触媒A−3を作製した。得られた脱水素触媒A−3をICP法で分析したところ、Irの担持量は0.95質量%、Snの担持量は9.7質量%であった。
(実施例4)
テトラアンミン白金(II)硝酸塩の水溶液に代えて、硝酸ルテニウム水溶液(フルヤ金属製、Ru(NO、Ru:4.5質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、脱水素触媒A−4を作製した。得られた脱水素触媒A−4をICP法で分析したところ、Ruの担持量は0.91質量%、Snの担持量は9.5質量%であった。
(実施例5)
市販のγ−アルミナ(水澤化学工業製、ネオビードGB−13)20.0gと、硝酸マグネシウム六水和物(和光純薬工業製、Mg(NO・6HO)25.1gを水(約150ml)に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、続けて800℃で3時間焼成を行った。得られた焼成物と、硝酸マグネシウム六水和物(和光純薬工業製、Mg(NO・6HO)25.1gを水(約150ml)に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、続けて800℃で3時間焼成を行った。これにより、スピネル型構造を有するアルミナ−マグネシア担体を得た。なお、得られたアルミナ−マグネシア担体は、X線回折測定により、2θ=36.9、44.8、59.4、65.3degにMgスピネルに由来する回折ピークが確認された。
上記アルミナ−マグネシア担体10.0gと、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)3.7gを約100mlの水に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−5を得た。
得られた脱水素触媒A−5をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.90質量%、Snの担持量は8.1質量%であった。
(実施例6)
実施例5と同様にしてアルミナ−マグネシア担体を調製した。
得られたアルミナ−マグネシア担体10.0gに対し、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)0.41gを約6mlの水に溶解した水溶液と混合し、含浸法にて担持を行った。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−6を得た。
得られた脱水素触媒A−6をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.92質量%、Snの担持量は1.5質量%であった。
(実施例7)
実施例5と同様にしてアルミナ−マグネシア担体を調製した。
得られたアルミナ−マグネシア担体10.0gに対し、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)0.62gを約6mlの水に溶解した水溶液と混合し、含浸法にて担持を行った。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−7を得た。
得られた脱水素触媒A−7をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.87質量%、Snの担持量は2.2質量%であった。
(実施例8)
実施例5と同様にしてアルミナ−マグネシア担体を調製した。
得られたアルミナ−マグネシア担体10.0gに対し、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)0.62gを約30mlの水に溶解した水溶液と混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−8を得た。
得られた脱水素触媒A−8をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.86質量%、Snの担持量は2.2質量%であった。
(実施例9)
実施例5と同様にしてアルミナ−マグネシア担体を調製した。
得られたアルミナ−マグネシア担体10.0gに対し、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)0.82gを約30mlの水に溶解した水溶液と混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−9を得た。
得られた脱水素触媒A−9をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.92質量%、Snの担持量は3.0質量%であった。
(実施例10)
市販のγ−アルミナ(水澤化学工業製、ネオビードGB−13)10.0gと、スズ酸ナトリウム(昭和化工製、NaSnO ・3HO)1.65gを約50mlの水に溶解した水溶液とを混合し、エバポレータにて約50℃で水を除去した。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH3)(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒A−10を得た。
得られた脱水素触媒A−10をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.90質量%、Snの担持量は6.7質量%であった。
(比較例1)
スズ酸ナトリウム水溶液に代えて、硫酸スズ(キシダ化学製、SnSO)10.0gを約200mlの水に溶解した水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、脱水素触媒B−1を作製した。得られた脱水素触媒B−1をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.87質量%、Snの担持量は15質量%であった。
(比較例2)
スズ酸ナトリウム水溶液に代えて硫酸スズ(キシダ化学製、SnSO)10.0gを約200mlの水に溶解した水溶液を用い、テトラアンミン白金(II)硝酸塩の水溶液に代えてヘキサヒドロキソ白金(IV)酸のエタノールアミン溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、脱水素触媒B−2を作製した。得られた脱水素触媒B−2をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.88質量%、Snの担持量は15質量%であった。
(比較例3)
実施例5と同様にしてアルミナ−マグネシア担体を調製した。
得られたアルミナ−マグネシア担体10.0gに対し、ジニトロジアンミン白金(II)の硝酸溶液(田中貴金属工業製、[Pt(NH(NO]/HNO)を用いて、白金担持量が約1質量%になるよう白金を含浸担持し、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行った。
次いで、硫酸スズ(キシダ化学製、SnSO)0.52gを約6mlの水に溶解した水溶液と混合し、含浸法にて担持を行った。その後、130℃で一晩乾燥させ、550℃で3時間焼成を行い、脱水素触媒B−3を得た。
得られた脱水素触媒B−3をICP法で分析したところ、Ptの担持量は0.90質量%、Snの担持量は2.2質量%であった。
(比較例4)
スズ酸ナトリウムに代えて酢酸スズ(アルドリッチ製、CSn)を用いたところ、酢酸スズが十分に水に溶解せず、触媒調製が困難となった。
(比較例5)
スズ酸ナトリウムに代えてメタスズ酸(昭和化工製、HSnO)を用いたところ、メタスズ酸が十分に水に溶解せず、触媒調製が困難となった。
<脱水素反応1>
実施例1〜5及び比較例1〜2で得られた脱水素触媒を用いて、以下の方法で脱水素反応を行った。
1.00gの脱水素触媒を内径10mmφの流通式リアクターに充填し、550℃にて3時間の水素還元した後、反応温度600℃、常圧にてブテンの脱水素反応を行った。原料には2−ブテン(trans−2−ブテンとcis−2−ブテンの混合物)を用い、原料ガス組成は2−ブテン:窒素:水=1.5:5.3:3.2(モル比)とした。WHSVは、実施例1〜3及び比較例1〜2では1.5h−1とし、実施例4〜5では1.0h−1とした。
反応開始から0.5時間後、1時間後及び2時間後に、それぞれ生成ガスを採取し、ガスクロマトグラフ(Agilent社GC−6850、FID+TCD検出器)にて分析し、各反応時間におけるブテン転化率及びブタジエン収率を求めた。また、ブテン転化率及びブタジエン収率の単位時間当たりの変化量を、劣化度として求めた。得られた結果を表1に示す。
Figure 0006770824
表1に示すとおり、実施例1〜5で得られた脱水素触媒A−1〜A−5は、触媒劣化が抑制されており、長時間にわたって良好な反応性が得られることが確認された。一方、比較例1で得られた脱水素触媒B−1は、初期活性は高いものの、触媒劣化が早く、長時間にわたって反応性を維持することができなかった。また、比較例2で得られた脱水素触媒B−2は、初期活性が低く、触媒劣化も早かった。
<脱水素反応2>
実施例6〜10及び比較例3で得られた脱水素触媒を用いて、以下の方法で脱水素反応を行った。
1.00gの脱水素触媒を内径10mmφの流通式リアクターに充填し、550℃にて3時間の水素還元した後、反応温度550℃、常圧にてブタンの脱水素反応を行った。原料にはn−ブタンを用い、顔料ガス組成はn−ブタン:窒素:水=1.0:5.3:3.2(モル比)とし、WHSVは1.0h−1とした。
反応開始から1時間後、2時間後及び4時間後に、それぞれ生成ガスを採取し、ガスクロマトグラフ(Agilent社GC−6850、FID+TCD検出器)にて分析し、各反応時間におけるブタン転化率及び不飽和炭化水素(ブテン+ブタジエン)収率を求めた。得られた結果を表2に示す。
Figure 0006770824
<脱水素反応3>
実施例5及び8で得られた脱水素触媒を用いて、以下の方法で脱水素反応を行った。
1.20gの脱水素触媒A−8及び0.80gの脱水素触媒A−5を、内径10mmφの流通式リアクターにA−8、A−5の順番で積層して充填し、550℃にて3時間の水素還元した。反応温度を、脱水素触媒A−8の充填箇所では550℃、脱水素触媒A−5の充填箇所では600℃として、常圧にて脱水素反応を行った。原料にはn−ブタンを用い、原料ガス組成はn−ブタン:窒素:水=1.0:5.3:3.2(モル比)とし、WHSVは触媒A−8に対して0.67h−1、触媒A−5に対して1.0h−1とした。
反応開始から1時間後、3時間後、5時間後、11時間後及び14時間後に、それぞれ生成ガスを採取し、ガスクロマトグラフ(Agilent社GC−6850、FID+TCD検出器)にて分析し、各反応時間におけるブタン転化率、不飽和炭化水素(ブテン+ブタジエン)収率、及びブタジエン収率を求めた。得られた結果を表3に示す。
Figure 0006770824

Claims (6)

  1. 担体に、スズ源を溶解させた第一の溶液を含浸させて、前記担体にスズを担持させる工程と、
    前記担体に、活性金属源を溶解させた第二の溶液を含浸させて、前記担体に活性金属を担持させる工程と、
    を備える、アルカンから、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも1種の不飽和炭化水素を得る脱水素反応用の脱水素触媒の製造方法であって、
    前記スズ源が、スズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種であり、
    前記活性金属源が、白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の活性金属を有し、且つ、塩素原子を有さず、
    前記脱水素触媒におけるスズ担持量が、前記脱水素触媒の全質量基準で1質量%以上である、製造方法。
  2. 前記第一の溶液が、水溶液である、請求項1に記載の製造方法。
  3. 担体に、スズ源を溶解させた第一の溶液を含浸させて、前記担体にスズを担持させる工程と、
    前記担体に、活性金属源を溶解させた第二の溶液を含浸させて、前記担体に活性金属を担持させる工程と、
    を備える、オレフィンから共役ジエンを得る脱水素反応用の脱水素触媒の製造方法であって、
    前記スズ源が、スズ酸ナトリウム及びスズ酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種であり、
    前記活性金属源が、白金、ルテニウム及びイリジウムからなる群より選択される少なくとも1種の活性金属を有し、且つ、塩素原子を有さず、
    前記脱水素触媒におけるスズ担持量が、前記脱水素触媒の全質量基準で1質量%以上である、製造方法。
  4. 前記第一の溶液が、水溶液である、請求項3に記載の製造方法。
  5. 請求項1又は2に記載の製造方法により製造された脱水素触媒を用いてアルカンの脱水素反応を行い、オレフィン及び共役ジエンからなる群より選択される少なくとも1種の不飽和炭化水素を得る工程を備える、不飽和炭化水素の製造方法。
  6. 請求項3又は4に記載の製造方法により製造された脱水素触媒を用いてオレフィンの脱水素反応を行い、共役ジエンを得る工程を備える、共役ジエンの製造方法。
JP2016082119A 2016-04-15 2016-04-15 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法 Active JP6770824B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016082119A JP6770824B2 (ja) 2016-04-15 2016-04-15 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法
PCT/JP2017/015317 WO2017179708A1 (ja) 2016-04-15 2017-04-14 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法
US16/093,329 US10786804B2 (en) 2016-04-15 2017-04-14 Method for producing dehydrogenation catalyst, method for producing unsaturated hydrocarbon, and method for producing conjugated diene

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016082119A JP6770824B2 (ja) 2016-04-15 2016-04-15 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017189754A JP2017189754A (ja) 2017-10-19
JP6770824B2 true JP6770824B2 (ja) 2020-10-21

Family

ID=60042023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016082119A Active JP6770824B2 (ja) 2016-04-15 2016-04-15 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10786804B2 (ja)
JP (1) JP6770824B2 (ja)
WO (1) WO2017179708A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018177750A (ja) * 2017-04-21 2018-11-15 Jxtgエネルギー株式会社 不飽和炭化水素の製造方法及び脱水素触媒の再生方法
JP2019156757A (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 Jxtgエネルギー株式会社 インダンの製造方法
JP2019156758A (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 Jxtgエネルギー株式会社 インデンの製造方法
US11213804B2 (en) * 2018-03-19 2022-01-04 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Dehydrogenation catalysts and methods of making and using the same
JP7060994B2 (ja) * 2018-03-30 2022-04-27 Eneos株式会社 p-キシレンの製造方法
JP7060993B2 (ja) * 2018-03-30 2022-04-27 Eneos株式会社 p-キシレンの製造方法
JP2019189585A (ja) * 2018-04-27 2019-10-31 Jxtgエネルギー株式会社 不飽和炭化水素の製造方法
CN114588899A (zh) * 2020-12-04 2022-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种催化剂及其制备与应用
CN113694921B (zh) * 2021-05-28 2022-10-25 中国科学院金属研究所 纳米金刚石/石墨烯复合载体负载原子级分散铱团簇催化剂及其制备方法和应用
CN113620784B (zh) * 2021-07-26 2022-09-27 武汉工程大学 一种耦合烷烃脱氢和木质素基醚类加氢反应工艺

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3576766A (en) * 1969-07-09 1971-04-27 Universal Oil Prod Co Dehydrogenation method and catalytic composite for use therein
GB1347475A (en) * 1970-04-10 1974-02-20 Shell Int Research Process for increasing the activity of supported catalysts
JPS57140730A (en) 1981-02-24 1982-08-31 Nippon Zeon Co Ltd Preparation of 1,3-butadiene
NL8202647A (nl) * 1982-07-01 1984-02-01 Shell Int Research Werkwijze voor de bereiding van een katalysator.
JPS601139A (ja) 1983-06-16 1985-01-07 Nippon Zeon Co Ltd 共役ジオレフインの製造法
FR2713957B1 (fr) * 1993-12-16 1996-02-02 Inst Francais Du Petrole Catalyseurs de déshydrogénation de paraffines C3-C20 et sa préparation.
JP4280797B2 (ja) 2001-11-21 2009-06-17 三菱化学株式会社 複合酸化物触媒の製造方法
KR101452102B1 (ko) * 2013-04-11 2014-10-16 삼성토탈 주식회사 노르말-부탄의 직접 탈수소화 반응용 백금-주석-알루미나 촉매의 제조 방법
JP6803729B2 (ja) * 2016-11-16 2020-12-23 Eneos株式会社 p−キシレンの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190201874A1 (en) 2019-07-04
JP2017189754A (ja) 2017-10-19
US10786804B2 (en) 2020-09-29
WO2017179708A1 (ja) 2017-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6770824B2 (ja) 脱水素触媒の製造方法、不飽和炭化水素の製造方法、及び共役ジエンの製造方法
WO2018193668A1 (ja) 不飽和炭化水素の製造方法及び脱水素触媒の再生方法
JP5837062B2 (ja) 混成マンガンフェライトがコートされた触媒の製造方法及びそれを用いた1,3−ブタジエンの製造方法
KR20100075997A (ko) 올레핀의 이성질화 방법
JP2017210461A (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
Rassolov et al. Catalytic properties of nanostructured Pd–Ag catalysts in the liquid-phase hydrogenation of terminal and internal alkynes
EP1071508A1 (en) Dehydrogenation catalysts comprising at least iron, alkali metal and a noble metal
WO2017159371A1 (ja) 共役ジエンの製造方法
WO2015152159A1 (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
JP6300281B2 (ja) 共役ジエンの製造方法及び反応装置
JP6300280B2 (ja) 共役ジエンの製造方法
JP6236344B2 (ja) 芳香族炭化水素用の水素化触媒、及び環状飽和炭化水素の製造方法
WO2017138667A1 (ja) 不飽和炭化水素の製造方法及び共役ジエンの製造方法
JP7064897B2 (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
CN112912174A (zh) 用于烷烃脱氢的氧化钒负载的催化剂
US10723674B2 (en) Unsaturated hydrocarbon production method and conjugated diene production method
JP2019043943A (ja) 1,3−ブタジエン及びアセトアルデヒドジエチルアセタールの製造方法
KR20150031692A (ko) 부탄의 산화탈수소용 촉매, 그 제조방법 및 부탄의 산화탈수소 방법
JP2018197215A (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
JP2019137663A (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
CN111569861B (zh) 一种将异构烷烃转化为正构烷烃的反应用催化剂及其制备方法
JP2018135291A (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
JP2019189585A (ja) 不飽和炭化水素の製造方法
Chatterjee et al. Porous Inorganic Nanomaterials as Heterogeneous Catalysts for the Dehydrogenation of Paraffin
KR20230108557A (ko) 단일 원자의 세륨이 도핑된 금속산화물에 담지된 소결 저항성 금속 촉매, 그 제조방법 및 용도

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170512

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191217

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200214

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200602

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200709

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20200709

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20200807

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20200811

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200901

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200928

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6770824

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250