JP7174947B2 - Solid catalyst and method for producing butadiene - Google Patents

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本発明は、固体触媒およびそれを用いたブタジエンの製造方法に関する。 The present invention relates to a solid catalyst and a method for producing butadiene using the same.

従来、1,3-ブタジエン(以下、「ブタジエン」とも略す。)は、モノマーとしてブタジエンゴム(BR)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)等の合成ゴムの原料として使用されており、主として、ナフサをエチレンクラッカー(ナフサクラッカー)により熱分解してエチレンやプロピレンを生成させる際の副生成物として得られている。
しかしながら、近年の原料のライトフィード化により、ブタジエンの生成量が減少してきている。
そこで、石化代替原料として、バイオマス(トウモロコシやサトウキビ)を発酵させ、ブタンジオール、ブタノール、ブテンまたはエタノールを経由してブタジエンを製造するプロセスが研究されている。
Conventionally, 1,3-butadiene (hereinafter also abbreviated as "butadiene") has been used as a raw material for synthetic rubbers such as butadiene rubber (BR) and styrene-butadiene rubber (SBR) as a monomer. It is obtained as a by-product during the thermal decomposition of ethylene crackers (naphtha crackers) to produce ethylene and propylene.
However, the production amount of butadiene is decreasing due to the recent shift to light feed of raw materials.
Therefore, as a petrochemical alternative raw material, a process of fermenting biomass (corn and sugarcane) to produce butadiene via butanediol, butanol, butene or ethanol is being studied.

ここで、エタノールからブタジエンを1ステップ法で製造する方法としては、例えば、非特許文献1には、ZrとZnをシリカに担持してなる触媒や、CuとZrとZnをシリカに担持してなる触媒などにエタノールを接触させることで、エタノールの転化率が高くなり、また、生成物中のブタジエンの選択率が高くなることが開示されている。 Here, as a method for producing butadiene from ethanol by a one-step method, for example, Non-Patent Document 1 describes a catalyst in which Zr and Zn are supported on silica, and a catalyst in which Cu, Zr and Zn are supported on silica. It is disclosed that contacting ethanol with a catalyst such as a catalyst increases the conversion of ethanol and increases the selectivity of butadiene in the product.

また、特許文献1には、(A)成分:第11族及び第10族からなる群から選択される金属と、(B)成分:第12族及び第3族ランタノイドからなる群から選択される金属と、(C)成分:第4族から選択される金属とを担体に担持してなる固体触媒の存在下で、エタノール又はエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを生成させる工程を含む、ブタジエンの製造方法が開示されている([請求項1])。 Further, in Patent Document 1, (A) component: a metal selected from the group consisting of Groups 11 and 10, and (B) component: selected from the group consisting of Group 12 and Group 3 lanthanides A step of producing butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of a solid catalyst comprising a metal and (C) a metal selected from Group 4 supported on a carrier. A manufacturing method is disclosed ([Claim 1]).

更に、特許文献2には、1,3-ブタジエンを生産するためのプロセスであって、ランタン、ジルコニウム、及び亜鉛含む担持触媒であって、担体がシリカを含むものである担持触媒を用いる方法が開示されている([請求項1])。 Further, Patent Document 2 discloses a process for producing 1,3-butadiene using a supported catalyst comprising lanthanum, zirconium and zinc, wherein the carrier comprises silica. ([Claim 1]).

特開2016-023141号公報JP 2016-023141 A 特表2016-518395号公報Japanese Patent Publication No. 2016-518395

Matthew D. Jones et. al, “Investigations into the conversion of ethanol into 1,3-butadiene”, Catalysis Science & Technology, 2011, 1, 267-272Matthew D. Jones et. al, “Investigations into the conversion of ethanol into 1,3-butadiene”, Catalysis Science & Technology, 2011, 1, 267-272

本発明者らは、特許文献1および2ならびに非特許文献1に記載されたブタジエンの製造方法について、使用する固体触媒について検討したところ、担持させる金属の組み合わせによっては、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率のいずれか一方または両方が低くなるため、ブタジエンの収率向上に改善の余地があることを明らかとした。 The present inventors examined the solid catalysts used in the butadiene production methods described in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1, and found that depending on the combination of metals to be supported, the ethanol conversion rate and butadiene Since one or both of the selectivities are lowered, it has been clarified that there is room for improvement in improving the yield of butadiene.

そこで、本発明は、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率をいずれも高くし、ブタジエンの収率を向上させることができる固体触媒およびそれを用いたブタジエンの製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solid catalyst capable of increasing both the conversion rate of ethanol and the selectivity of butadiene and improving the yield of butadiene, and a method for producing butadiene using the same. .

本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討した結果、第12族から選択される金属(A)と、第4族から選択される金属(B)と、第2族、スカンジウム、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、第6族、第7族、第9族、パラジウム、および、第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属(C)とを担持させた固体触媒を用いることにより、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がいずれも高くなり、ブタジエンの収率が向上することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
As a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above object, the metal (A) selected from Group 12, the metal (B) selected from Group 4, Group 2, scandium, Using a solid catalyst supporting at least one metal (C) selected from the group consisting of cerium, neodymium, gadolinium, group 6, group 7, group 9, palladium, and group 13 The present inventors have found that the conversion rate of ethanol and the selectivity of butadiene are both increased, and the yield of butadiene is improved, thereby completing the present invention.
That is, the inventors have found that the above problems can be solved by the following configuration.

[1] 金属(A)と金属(B)と金属(C)とを担体に担持してなる固体触媒であって、
上記金属(A)が、第12族から選択される金属であり、
上記金属(B)が、第4族から選択される金属であり、
上記金属(C)が、第2族、スカンジウム、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、第6族、第7族、第9族、パラジウム、および、第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属である、固体触媒。
[2] 上記金属(A)が亜鉛であり、上記金属(B)がジルコニウムである、[1]に記載の固体触媒。
[3] 上記金属(C)が、第2族、第6族、第7族、第9族、および、第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属である、[1]または[2]に記載の固体触媒。
[4] 上記金属(A)の含有量が、上記担体の質量に対して0.5~50質量%であり、上記金属(B)の含有量が、上記担体の質量に対して0.5~50質量%であり、上記金属(C)の含有量が、上記担体の質量に対して0.05~5質量%である、[1]~[3]のいずれかに記載の固体触媒。
[5] 上記担体が、シリカである、[1]~[4]のいずれかに記載の固体触媒。
[6] 上記シリカが、平均細孔径が3~15nmの範囲にあるシリカである、[5]に記載の固体触媒。
[7] 触媒の存在下で、エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造方法であって、
上記触媒が、[1]~[6]のいずれかに記載の固体触媒である、ブタジエンの製造方法。
[1] A solid catalyst comprising metal (A), metal (B) and metal (C) supported on a carrier,
The metal (A) is a metal selected from Group 12,
The metal (B) is a metal selected from Group 4,
The metal (C) is at least one metal selected from the group consisting of Group 2, scandium, cerium, neodymium, gadolinium, Group 6, Group 7, Group 9, palladium, and Group 13. is a solid catalyst.
[2] The solid catalyst according to [1], wherein the metal (A) is zinc and the metal (B) is zirconium.
[3] The metal (C) is at least one metal selected from the group consisting of Groups 2, 6, 7, 9, and 13, [1] or The solid catalyst according to [2].
[4] The content of the metal (A) is 0.5 to 50% by mass relative to the mass of the carrier, and the content of the metal (B) is 0.5 relative to the mass of the carrier. to 50% by mass, and the content of the metal (C) is 0.05 to 5% by mass with respect to the mass of the support.
[5] The solid catalyst according to any one of [1] to [4], wherein the carrier is silica.
[6] The solid catalyst according to [5], wherein the silica has an average pore diameter in the range of 3 to 15 nm.
[7] A method for producing butadiene, wherein butadiene is obtained from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of a catalyst, comprising:
A method for producing butadiene, wherein the catalyst is the solid catalyst according to any one of [1] to [6].

本発明によれば、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率をいずれも高くし、ブタジエンの収率を向上させることができる固体触媒およびそれを用いたブタジエンの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the conversion rate of ethanol and the selectivity of butadiene can both be made high, and the solid catalyst which can improve the yield of butadiene, and the manufacturing method of butadiene using the same can be provided.

以下に、本発明の固体触媒、および、本発明のブタジエンの製造方法について説明する。
なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において「ブタジエン」とは、「1,3-ブタジエン」のことを示す。
The solid catalyst of the present invention and the method for producing butadiene of the present invention are described below.
In this specification, the numerical range represented by "-" means a range including the numerical values before and after "-" as lower and upper limits.
In addition, "butadiene" as used herein means "1,3-butadiene".

[固体触媒]
本発明の固体触媒は、金属(A)と金属(B)と金属(C)とを担体に担持してなる固体触媒である。
ここで、上記金属(A)は、第12族から選択される金属であり、上記金属(B)は、第4族から選択される金属であり、上記金属(C)は、第2族、スカンジウム、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、第6族、第7族、第9族、パラジウム、および、第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属である。
本発明においては、金属(A)、金属(B)および金属(C)は、担体上に、金属として存在していてもよいし、金属酸化物等の化合物として存在していてもよい。
[Solid catalyst]
The solid catalyst of the present invention is a solid catalyst in which metal (A), metal (B) and metal (C) are supported on a carrier.
Here, the metal (A) is a metal selected from Group 12, the metal (B) is a metal selected from Group 4, the metal (C) is a metal selected from Group 2, at least one metal selected from the group consisting of scandium, cerium, neodymium, gadolinium, Groups 6, 7, 9, palladium, and Group 13;
In the present invention, the metal (A), metal (B) and metal (C) may be present on the carrier as metals or compounds such as metal oxides.

〔担体〕
本発明の固体触媒に用いる担体は、後述する金属(A)、金属(B)および金属(C)を担持できれば特に限定されず、その具体例としては、シリカ、アルミナ、マグネシアなどが挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、シリカであることが好ましい。
[Carrier]
The carrier used for the solid catalyst of the present invention is not particularly limited as long as it can support the metal (A), metal (B) and metal (C) described below, and specific examples thereof include silica, alumina, magnesia and the like.
Among these, silica is preferred because it provides higher ethanol conversion and butadiene selectivity.

本発明においては、ブタジエンの選択率がより高くなる理由から、担体として、平均細孔径が3~15nmの範囲にあるシリカを用いることが好ましく、平均細孔径が3nm超10nm以下の範囲にあるシリカを用いることがより好ましい。
ここで、「平均細孔径」とは、窒素の吸着等温線からBJH法あるいはDFT法で求めた細孔径分布曲線のピーク値を示す細孔径をいう。
In the present invention, silica having an average pore diameter in the range of 3 to 15 nm is preferably used as the carrier because the selectivity of butadiene is higher, and silica having an average pore diameter in the range of more than 3 nm and 10 nm or less is used. is more preferred.
Here, the "average pore size" refers to the pore size showing the peak value of the pore size distribution curve determined from the nitrogen adsorption isotherm by the BJH method or the DFT method.

〔金属(A)〕
本発明の固体触媒が有する金属(A)は、第12族から選択される金属である。
第12族の金属としては、具体的には、例えば、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、亜鉛であることが好ましい。
[Metal (A)]
The metal (A) that the solid catalyst of the present invention has is a metal selected from Group 12.
Specific examples of Group 12 metals include zinc (Zn), cadmium (Cd), and mercury (Hg).
Of these, zinc is preferred because it provides higher ethanol conversion and butadiene selectivity.

上記金属(A)の原料は特に限定されないが、例えば、第12族から選択される金属の硝酸塩、酢酸塩、およびこれらの水和物などが挙げられる。具体的には、Zn(NO、Zn(NO・6HO、Zn(OCOCHなどが挙げられる。 Although the raw material of the metal (A) is not particularly limited, examples thereof include nitrates, acetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 12. Specific examples include Zn(NO 3 ) 2 , Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O, Zn(OCOCH 3 ) 2 and the like .

上記金属(A)の含有量は、上述した担体の質量に対して、0.1~50質量%であることが好ましく、0.1~40質量%であることがより好ましく、0.2~30質量%であることが更に好ましい。
ここで、金属(A)、後述する金属(B)および金属(C)の「含有量」は、例えば、ICPまたは蛍光X線等により測定することができる。
The content of the metal (A) is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.1 to 40% by mass, and 0.2 to It is more preferably 30% by mass.
Here, the "contents" of metal (A), metal (B) and metal (C) to be described later can be measured by, for example, ICP or fluorescent X-rays.

〔金属(B)〕
本発明の固体触媒が有する金属(B)は、第4族から選択される金属である。
第4族の金属としては、具体的には、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、ジルコニウムが好ましい。
[Metal (B)]
The metal (B) that the solid catalyst of the present invention has is a metal selected from Group 4.
Specific examples of Group 4 metals include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).
Of these, zirconium is preferred because it provides higher ethanol conversion and butadiene selectivity.

上記金属(B)の原料は特に限定されないが、例えば、第4族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、ZrO(NO、ZrO(NO・2HO、ZrO(OCOCHなどが挙げられる。 Although the raw material of the metal (B) is not particularly limited, examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 4, and hydrates thereof. Specifically, ZrO(NO 3 ) 2 , ZrO(NO 3 ) 2.2H 2 O, ZrO(OCOCH 3 ) 2 and the like can be mentioned.

上記金属(B)の含有量は、上述した担体の質量に対して、0.1~50質量%であることが好ましく、0.1~40質量%であることがより好ましく、0.2~30質量%であることが更に好ましい。 The content of the metal (B) is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.1 to 40% by mass, and 0.2 to It is more preferably 30% by mass.

〔金属(C)〕
本発明の固体触媒が有する金属(C)は、第2族、スカンジウム、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、第6族、第7族、第9族、パラジウム、および、第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属である。
[Metal (C)]
The metal (C) of the solid catalyst of the present invention is selected from the group consisting of group 2, scandium, cerium, neodymium, gadolinium, group 6, group 7, group 9, palladium, and group 13. at least one metal that

<第2族>
第2族の金属としては、具体的には、例えば、ベリリウム(Ba)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、マグネシウム、カルシウム、バリウムであることが好ましい。
第2族の金属原料は特に限定されないが、例えば、第2族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸マグネシウム六水和物、硝酸カルシウム四水和物、硝酸バリウムなどが挙げられる。
<Second group>
Specific examples of Group 2 metals include beryllium (Ba), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba).
Among these, magnesium, calcium, and barium are preferred because the ethanol conversion rate and butadiene selectivity are higher.
Group 2 metal raw materials are not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 2, and hydrates thereof. Specific examples include magnesium nitrate hexahydrate, calcium nitrate tetrahydrate, and barium nitrate.

<スカンジウム>
スカンジウム(Sc)の金属原料は特に限定されないが、例えば、第3族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸スカンジウム五水和物などが挙げられる。
<Scandium>
The metal source of scandium (Sc) is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 3, and hydrates thereof. Specific examples include scandium nitrate pentahydrate.

<セリウム>
セリウム(Ce)の金属原料は特に限定されないが、例えば、第3族ランタノイドから選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸セリウム(III)六水和物などが挙げられる。
<ネオジム>
ネオジム(Nd)の金属原料は特に限定されないが、例えば、第3族ランタノイドから選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸ネオジム(III)六水和物などが挙げられる。
<ガドリニウム>
ガドリニウム(Gd)の金属原料は特に限定されないが、例えば、第3族ランタノイドから選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸ガドリニウム六水和物などが挙げられる。
<Cerium>
The metal source of cerium (Ce) is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 3 lanthanides, and hydrates thereof. Specific examples include cerium (III) nitrate hexahydrate.
<Neodymium>
The metal source of neodymium (Nd) is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 3 lanthanides, and hydrates thereof. Specific examples include neodymium (III) nitrate hexahydrate.
<Gadolinium>
The metal source of gadolinium (Gd) is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 3 lanthanides, and hydrates thereof. Specific examples include gadolinium nitrate hexahydrate.

<第6族>
第6族の金属としては、具体的には、例えば、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、クロムであることが好ましい。
第6族の金属原料は特に限定されないが、例えば、第6族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸クロム(III)九水和物、灰重石などが挙げられる。
<6th family>
Specific examples of Group 6 metals include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).
Of these, chromium is preferred because it provides higher ethanol conversion and butadiene selectivity.
The Group 6 metal raw material is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 6, and hydrates thereof. Specific examples include chromium (III) nitrate nonahydrate and scheelite.

<第7族>
第7族の金属としては、具体的には、例えば、マンガン(Mn)、テクネチウム(Tc)、レニウム(Re)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなり、かつ、原料コストが低く、入手容易性などの理由から、マンガンであることが好ましい。
第7族の金属原料は特に限定されないが、例えば、第7族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸マンガン六水和物などが挙げられる。
<Group 7>
Specific examples of Group 7 metals include manganese (Mn), technetium (Tc), and rhenium (Re).
Among these, manganese is preferable because it provides a higher ethanol conversion rate and butadiene selectivity, has a low raw material cost, and is easily available.
The Group 7 metal raw material is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 7, and hydrates thereof. Specific examples include manganese nitrate hexahydrate.

<第9族>
第9族の金属としては、具体的には、例えば、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、コバルトであることが好ましい。
第9族の金属原料は特に限定されないが、例えば、第9族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、塩化物、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸コバルト六水和物、塩化イリジウム水和物、塩化ロジウム三水和物などが挙げられる。
<Group 9>
Specific examples of Group 9 metals include cobalt (Co), rhodium (Rh), and iridium (Ir).
Of these, cobalt is preferred because it provides higher ethanol conversion and butadiene selectivity.
Group 9 metal raw materials are not particularly limited, but include, for example, nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates, chlorides, and hydrates thereof of metals selected from Group 9. Specific examples include cobalt nitrate hexahydrate, iridium chloride hydrate, and rhodium chloride trihydrate.

<パラジウム>
パラジウム(Pd)の金属原料は特に限定されないが、例えば、パラジウムの硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸パラジウム、塩化パラジウムなどが挙げられる。
<Palladium>
The metal raw material for palladium (Pd) is not particularly limited, but examples thereof include palladium nitrate, oxynitrate, acetate, oxyacetate, and hydrates thereof. Specific examples include palladium nitrate and palladium chloride.

<第13族>
第13族の金属としては、具体的には、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)が挙げられる。
これらのうち、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、ガリウムであることが好ましい。
第13族の金属原料は特に限定されないが、例えば、第13族から選択される金属の硝酸塩、オキシ硝酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、硝酸アルミニウム九水和物、硝酸ガリウム水和物、硝酸インジウム三水和物などが挙げられる。
<13th Family>
Specific examples of Group 13 metals include aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In).
Of these, gallium is preferred because it provides higher ethanol conversion and butadiene selectivity.
The Group 13 metal raw material is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates of metals selected from Group 13, and hydrates thereof. Specific examples include aluminum nitrate nonahydrate, gallium nitrate hydrate, and indium nitrate trihydrate.

本発明においては、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がより高くなる理由から、上記金属(C)が、上述した第2族、第6族、第7族、第9族、および、第13族からなる群から選択される少なくとも1種の金属であることが好ましい。 In the present invention, since the conversion of ethanol and the selectivity of butadiene are higher, the metal (C) is selected from the group 2, 6, 7, 9 and 13 preferably at least one metal selected from the group consisting of

上記金属(C)の含有量は、上述した担体の質量に対して、0.1~50質量%であることが好ましく、0.1~40質量%であることがより好ましく、0.2~30質量%であることが更に好ましい。
なお、上述した金属(A)および金属(B)の合計質量に対する金属(C)の質量比〔C/(A+B)〕は、触媒寿命が向上し、ブタジエンの選択率がより向上する理由から、1/9~5/1であることが好ましく、2/8~5/2であることがより好ましい。
The content of the metal (C) is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 0.2 to 50% by mass, relative to the mass of the support. It is more preferably 30% by mass.
The mass ratio of the metal (C) to the total mass of the metal (A) and the metal (B) [C/(A+B)] improves the catalyst life and the butadiene selectivity. It is preferably 1/9 to 5/1, more preferably 2/8 to 5/2.

〔固体触媒の調製方法〕
本発明の固体触媒の調製方法は特に限定されず、例えば、含浸法、ゾルゲル法等の公知の方法を採用することができる。これらの中でも、得られる固体触媒の活性および選択性が高く、また、簡便であることから、含浸法が好ましい。
含浸方法としては、例えば、噴霧法、コーティング法、ポアフィリング法、選択吸着法などの公知の手法を採用することができる。具体的には、上述した金属(A)、金属(B)および金属(C)の原料となる金属の硝酸塩、酢酸塩等を水に溶解させ、得られた水溶液を上述した担体に含浸させ、その後、担体を乾燥させる方法が挙げられる。なお、乾燥方法や乾燥時間は特に限定されないが、60~80℃で減圧乾燥することが好ましい。また、乾燥後に、200~600℃の温度で焼成することが好ましい。
また、上述した調製方法以外にも、例えば、上述した金属(A)、金属(B)および金属(C)の原料となる金属の硝酸塩、酢酸塩等を混合した後に、加熱、濃縮、水熱合成などの処理を施し、乾燥・焼成する方法も挙げられる。
また、調製した触媒は、使用前に、必要に応じて、成型、整粒などを施してもよい。
[Method for preparing solid catalyst]
The method for preparing the solid catalyst of the present invention is not particularly limited, and known methods such as an impregnation method and a sol-gel method can be employed. Among these methods, the impregnation method is preferred because the obtained solid catalyst has high activity and selectivity and is simple.
As the impregnation method, for example, a known technique such as a spraying method, a coating method, a pore filling method, or a selective adsorption method can be employed. Specifically, the metal nitrate, acetate, etc., which are the raw materials for the metal (A), metal (B), and metal (C) described above are dissolved in water, and the obtained aqueous solution is impregnated into the support described above, After that, a method of drying the carrier can be mentioned. The drying method and drying time are not particularly limited, but drying under reduced pressure at 60 to 80° C. is preferable. Moreover, it is preferable to bake at a temperature of 200 to 600° C. after drying.
In addition to the preparation method described above, for example, after mixing the nitrate, acetate, etc. of the metal that is the raw material of the metal (A), metal (B), and metal (C) described above, heating, concentration, hydrothermal A method of applying a treatment such as synthesis, followed by drying and firing may also be used.
In addition, the prepared catalyst may be subjected to molding, sizing, etc., if necessary, before use.

[ブタジエンの製造方法]
本発明のブタジエンの製造方法(以下、「本発明の製造方法」とも略す。)は、上述した本発明の固体触媒の存在下で、エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造方法である。
[Method for producing butadiene]
The method for producing butadiene of the present invention (hereinafter also abbreviated as "the production method of the present invention") comprises producing butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of the solid catalyst of the present invention. The method.

〔原料〕
本発明の製造方法では、目的生成物であるブタジエンの原料として、エタノール、または、エタノールとアセトアルデヒドとの混合物を使用する。
また、原料は、適宜希釈して、固体触媒に接触させてもよい。
また、原料を希釈する媒体(以下、「希釈媒体」ともいう。)としては、具体的には、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。
また、原料は、エタノール、アセトアルデヒド、希釈媒体以外の不純物等を含んでいてもよい。
〔material〕
In the production method of the present invention, ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde is used as a starting material for the target product, butadiene.
Also, the raw material may be appropriately diluted and brought into contact with the solid catalyst.
Specific examples of the medium for diluting the raw material (hereinafter also referred to as "dilution medium") include inert gases such as nitrogen, argon, and helium.
In addition, the raw material may contain ethanol, acetaldehyde, impurities other than the dilution medium, and the like.

本発明の製造方法においては、原料として、エタノールとアセトアルデヒドとの混合物を使用する場合、エタノールとアセトアルデヒドの質量比(エタノール:アセトアルデヒド)は、特に限定されるものではないが、例えば、19:1~1:9の範囲が好ましく、16:4~2:8の範囲が更に好ましい。 In the production method of the present invention, when a mixture of ethanol and acetaldehyde is used as a raw material, the mass ratio of ethanol and acetaldehyde (ethanol:acetaldehyde) is not particularly limited, but for example, 19:1 to A range of 1:9 is preferred, and a range of 16:4 to 2:8 is more preferred.

〔反応条件等〕
本発明の製造方法は、公知の反応形式で実施でき、流通式でも、バッチ式でも、その他でもよいが、生産性の観点から、流通式で実施することが好ましい。
また、本発明の製造方法は、気相で行っても、液相で行ってもよいが、高い反応温度を適用でき、原料の転化率が向上する観点から、気相条件下で行うことが好ましい。
また、所望により、反応開始前に、触媒を還元してもよく、例えば、水素気流中、200~500℃で、触媒を還元した後、原料と接触させて、ブタジエンの生成工程を実施してもよい。
[Reaction conditions, etc.]
The production method of the present invention can be carried out in a known reaction format, and may be a flow system, a batch system, or the like, but from the viewpoint of productivity, it is preferably carried out in a flow system.
In addition, the production method of the present invention may be carried out in a gas phase or a liquid phase, but from the viewpoint of applying a high reaction temperature and improving the conversion rate of the raw material, it is preferable to carry out under gas phase conditions. preferable.
In addition, if desired, the catalyst may be reduced before the start of the reaction. For example, after the catalyst is reduced at 200 to 500° C. in a hydrogen stream, it is brought into contact with the raw material to carry out a butadiene production step. good too.

原料を固体触媒に接触させる方法としては、例えば、懸濁床方式、流動床方式、固定床方式等を挙げることができる。また、本発明は、気相法、液相法のいずれであってもよいが、気相法を用いることが好ましい。 Examples of methods for bringing the raw material into contact with the solid catalyst include a suspended bed method, a fluidized bed method, and a fixed bed method. Further, the present invention may be carried out by either a vapor phase method or a liquid phase method, but the vapor phase method is preferably used.

気相で反応を行う場合、原料ガス(例えば、エタノールガス、好ましくはエタノールガスとアセトアルデヒドガスの混合物)は、希釈することなく反応器に供給してもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、水蒸気、などの不活性ガスにより適宜希釈して反応器に供給してもよい。 When the reaction is carried out in the gas phase, the raw material gas (e.g., ethanol gas, preferably a mixture of ethanol gas and acetaldehyde gas) may be supplied to the reactor without dilution, nitrogen, helium, argon, water vapor, etc. may be appropriately diluted with an inert gas and supplied to the reactor.

反応温度としては、260~500℃であることが好ましく、300~480℃であることがより好ましい。
反応圧力は、常圧から高圧までの広い範囲で適宜設定できるが、製造効率や装置構成などの観点から、1.0MPa以下に設定することが好ましい。
The reaction temperature is preferably 260 to 500°C, more preferably 300 to 480°C.
The reaction pressure can be appropriately set in a wide range from normal pressure to high pressure, but is preferably set to 1.0 MPa or less from the viewpoint of production efficiency, apparatus configuration, and the like.

原料と固体触媒との接触時間は、原料の供給速度を調整することによりコントロールすることができ、単位触媒あたりの重量空間速度(WHSV)は1.0~40g-原料/g-cat・hであることが好ましく、2.0~20g-原料/g-cat・hであることがより好ましい。 The contact time between the raw material and the solid catalyst can be controlled by adjusting the feed rate of the raw material, and the weight hourly space velocity (WHSV) per unit catalyst is 1.0 to 40 g-raw material/g-cat·h. It is preferably 2.0 to 20 g-raw material/g-cat·h.

反応終了後、反応生成物は、例えば、蒸留、抽出、膜分離等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により、軽質ガス、C4留分、重質分、水、エタノール、アセトアルデヒド等に分離精製することができる。 After completion of the reaction, the reaction product is separated into light gas, C4 fraction, heavy fraction, water, ethanol, acetaldehyde, etc. by separation means such as distillation, extraction, membrane separation, or a combination of these separation means. It can be refined.

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容および処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。 The present invention will be described in further detail based on examples below. The materials, amounts used, proportions, treatment details, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed to be limited by the examples shown below.

〔実施例1〕
Ca(NO・4HO(Ca塩)0.021g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させて水溶液1を調製した。
調製した水溶液1を、シリカ(富士シリシア株式会社製、商品名:CARiACT G-6、平均細孔径:6nm)に含浸させた後、110℃で4時間乾燥し、更に500℃で4時間焼成することにより、Ca、ZnおよびZrがシリカに担持されてなる固体触媒1を調製した。
下記表1に、担体の平均細孔径および半値幅、ならびに、担持させる金属の種類および担持量を示す。
[Example 1]
Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O (Ca salt) 0.021 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.183 g, and ZrO ( NO 3 ) 2.2H 2 O ( Zr Aqueous solution 1 was prepared by dissolving 0.108 g of salt) in 1 ml of water.
The prepared aqueous solution 1 is impregnated with silica (trade name: CARiACT G-6, average pore size: 6 nm, manufactured by Fuji Silysia Co., Ltd.), dried at 110 ° C. for 4 hours, and further baked at 500 ° C. for 4 hours. Thus, a solid catalyst 1 in which Ca, Zn and Zr are supported on silica was prepared.
Table 1 below shows the average pore diameter and half width of the carrier, and the type and amount of metal to be supported.

得られた固体触媒1の0.3gを固定床流通式反応器に充填し、Nガスを5~15ml/minで流し、更に、エタノール(EtOH)を0.03ml/minの割合で、Nガス流に添加し、反応温度425℃、大気圧下において、重量空間速度(WHSV)4.7g-原料/g-cat・hの条件で流通させた。下記表1に、原料、反応温度および重量空間速度(WHSV)を示す。
反応を2時間行い、得られた生成物をガスクロマトグラフ(島津製作所社製)を用いて分析した。
また、以下の式に従って、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
原料の転化率=(原料投入量-未反応原料の留出量)/(原料投入量)×100(%)
BD選択率=(ブタジエンの生成量)/(原料投入量-未反応原料の留出量)×100(C-mol%)
BD収率=(原料の転化率)×(BD選択率)÷100(C-mol%)
BD生産性=(1時間あたりのブタジエンの生成質量)/(使用した触媒質量)(g-BD/g-cat・h)
0.3 g of the obtained solid catalyst 1 is packed in a fixed bed flow reactor, N 2 gas is flowed at 5 to 15 ml / min, and ethanol (EtOH) is added at a rate of 0.03 ml / min. It was added to the two gas streams, and allowed to flow under the conditions of a reaction temperature of 425° C., atmospheric pressure, and a weight hourly space velocity (WHSV) of 4.7 g-raw material/g-cat·h. Table 1 below shows raw materials, reaction temperatures and weight hourly space velocities (WHSV).
The reaction was carried out for 2 hours, and the resulting product was analyzed using a gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation).
In addition, the conversion of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated according to the following formulas. These results are shown in Table 1 below.
Raw material conversion rate = (raw material input amount - unreacted raw material distillation amount) / (raw material input amount) x 100 (%)
BD selectivity = (amount of butadiene produced) / (amount of raw material input - amount of unreacted raw material distilled) x 100 (C-mol%)
BD yield = (conversion rate of raw material) × (BD selectivity) ÷ 100 (C-mol%)
BD productivity = (mass of butadiene produced per hour) / (mass of catalyst used) (g-BD/g-cat h)

〔実施例2〕
水溶液1に代えて、Mg(NO・6HO(Mg原料)0.032g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液2を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 2]
Instead of aqueous solution 1, 0.032 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O (Mg raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO ( NO 3 ) 2 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 2 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例3〕
水溶液1に代えて、Ba(NO(Ba原料)0.009g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液3を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 3]
Instead of aqueous solution 1, 0.009 g of Ba(NO 3 ) 2 (Ba raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO ( NO 3 ) 2.2H 2 O In the same manner as in Example 1, except that aqueous solution 3 in which 0.108 g of (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used, conversion of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD Productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例4〕
水溶液1に代えて、Sc(NO(Sc原料)0.022g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液4を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 4]
Instead of aqueous solution 1, 0.022 g of Sc(NO 3 ) 2 (Sc raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO ( NO 3 ) 2.2H 2 O In the same manner as in Example 1, except that an aqueous solution 4 in which 0.108 g of (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. Productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例5〕
水溶液1に代えて、Nd(NO・6HO(Nd原料)0.013g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液5を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 5]
0.013 g of Nd(NO 3 ) 3.6H 2 O (Nd raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO(NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 5 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例6〕
水溶液1に代えて、Gd(NO・6HO(Gd原料)0.012g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液6を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 6]
0.012 g of Gd(NO 3 ) 3.6H 2 O (Gd raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO(NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 6 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例7〕
水溶液1に代えて、Ce(NO・6HO(Ce原料)0.012g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液7を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 7]
0.012 g of Ce(NO 3 ) 3.6H 2 O (Ce raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO(NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 7 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例8〕
水溶液1に代えて、Cr(NO・9HO(Cr原料)0.026g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液8を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 8]
0.026 g of Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O (Cr raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO(NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 8 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例9〕
水溶液1に代えて、Mn(NO・6HO(Mn原料)0.016g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液9を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 9]
Instead of aqueous solution 1, 0.016 g of Mn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Mn raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO ( NO 3 ) 2 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 9 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例10〕
水溶液1に代えて、Co(NO・6HO(Co原料)0.018g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液10を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 10]
0.018 g of Co(NO 3 ) 2.6H 2 O (Co raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO ( NO 3 ) 2 instead of the aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution 10 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例11〕
水溶液1に代えて、Pd(NO(Pd原料)0.009g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液11を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 11]
0.009 g of Pd(NO 3 ) 2 (Pd raw material), 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt), and ZrO(NO 3 ) 2.2H 2 O instead of aqueous solution 1 In the same manner as in Example 1, except that an aqueous solution 11 in which 0.108 g (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. Productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔実施例12〕
水溶液1に代えて、Ga(NO・nHO(Ga原料)0.014g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液12を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Example 12]
Ga(NO 3 ) 2.nH 2 O (Ga raw material) 0.014 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.183 g, and ZrO ( NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution 12 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例1〕
水溶液1に代えて、Cu(NO・3HO(Cu原料)0.015g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液C1を用い、反応温度を下記表1に示す温度(400℃)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 1]
Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O (Cu raw material) 0.015 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.183 g, and ZrO ( NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 - By the same method as in Example 1, except that an aqueous solution C1 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used, and the reaction temperature was changed to the temperature (400°C) shown in Table 1 below. , feedstock conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例2〕
水溶液1に代えて、Ni(NO・3HO(Ni原料)0.019g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液C2を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 2]
Ni(NO 3 ) 2.3H 2 O (Ni raw material) 0.019 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.183 g, and ZrO ( NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution C2 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例3〕
水溶液1に代えて、Cu(NO・3HO(Cu原料)0.015g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液C3を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 3]
Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O (Cu raw material) 0.015 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.183 g, and ZrO ( NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 · Conversion rate of raw material, butadiene (BD) selectivity, BD yield in the same manner as in Example 1 except that aqueous solution C3 in which 0.108 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water was used. , and BD productivity was calculated. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例4〕
水溶液1に代えて、AgNO(Ag原料)0.007g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.183g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.108gを水1mlに溶解させた水溶液C4を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 4]
AgNO 3 (Ag raw material) 0.007 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.183 g, and ZrO(NO 3 ) 2.2H 2 O (Zr salt) instead of aqueous solution 1 The conversion rate of raw materials, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1, except that an aqueous solution C4 in which 0.108 g was dissolved in 1 ml of water was used. did. These results are shown in Table 1 below.

〔比較例5〕
水溶液1に代えて、Cu(NO・3HO(Cu原料)0.0088g、Zn(NO・6HO(Zn塩)0.050g、および、ZrO(NO・2HO(Zr塩)0.105gを水1mlに溶解させた水溶液C5を用い、シリカ(富士シリシア株式会社製、商品名:CARiACT G-6、平均細孔径:6nm)に代えて、シリカ(シグマアルドリッチ社製、商品名:Davisil Grade 636、平均細孔径:6nm)を用い、反応温度を下記表1に示す温度(400℃)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、原料の転化率、ブタジエン(BD)選択率、BD収率、および、BD生産性を算出した。これらの結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 5]
Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O (Cu raw material) 0.0088 g, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) 0.050 g, and ZrO ( NO 3 ) 2 instead of aqueous solution 1 Using an aqueous solution C5 in which 0.105 g of 2H 2 O (Zr salt) was dissolved in 1 ml of water, instead of silica (trade name: CARiACT G-6, manufactured by Fuji Silysia Co., Ltd., average pore size: 6 nm), silica (manufactured by Sigma-Aldrich, trade name: Davisil Grade 636, average pore size: 6 nm), and the reaction temperature was changed to the temperature shown in Table 1 below (400 ° C.). Raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated. These results are shown in Table 1 below.

Figure 0007174947000001
Figure 0007174947000001

表1に示す結果から、第12族から選択される金属(A)と、第4族から選択される金属(B)と、第2族、第3族、第3族ランタノイド、第6族、第7族、第9族、パラジウム、および、第13族からなる群から選択される金属(C)とを担持させた固体触媒を用いた場合、エタノールの転化率およびブタジエンの選択率がいずれも高くなり、ブタジエンの収率が向上することが分かった(実施例1~12)。 From the results shown in Table 1, metal (A) selected from Group 12, metal (B) selected from Group 4, Group 2, Group 3, Group 3 lanthanoids, Group 6, When using a solid catalyst supporting a metal (C) selected from the group consisting of Groups 7, 9, palladium, and Group 13, both ethanol conversion and butadiene selectivity are It was found that the yield of butadiene was improved (Examples 1 to 12).

Claims (4)

エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得る反応で使用する固体触媒であって、
金属(A)と金属(B)と金属(C)とを担体に担持してなる固体触媒であ
前記金属(A)が、亜鉛であり、
前記金属(B)が、ジルコニウムであり、
前記金属(C)が、Ca、Mg、Ba、Sc、Nd、Gd、Ce、Cr、Mn、CoおよびGaからなる群から選択されるいずれかの金属であり、
前記金属(A)の含有量が、前記担体の質量に対して0.5~30質量%であり、
前記金属(B)の含有量が、前記担体の質量に対して0.5~30質量%であり、
前記金属(C)の含有量が、前記担体の質量に対して0.05~5質量%であって前記金属(A)および前記金属(B)のいずれの含有量よりも少ない量である、固体触媒。
A solid catalyst for use in the reaction of butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde, comprising:
A solid catalyst comprising metal (A), metal (B) and metal (C) supported on a carrier,
the metal (A) is zinc ,
The metal (B) is zirconium ,
The metal (C) is any metal selected from the group consisting of Ca, Mg, Ba, Sc, Nd, Gd, Ce, Cr, Mn, Co and Ga ,
The content of the metal (A) is 0.5 to 30% by mass with respect to the mass of the support,
The content of the metal (B) is 0.5 to 30% by mass with respect to the mass of the support,
The content of the metal (C) is 0.05 to 5% by mass with respect to the mass of the support, which is less than the content of either the metal (A) or the metal (B). , solid catalyst.
前記担体が、シリカである、請求項1に記載の固体触媒。 2. The solid catalyst according to claim 1 , wherein said support is silica. 前記シリカが、平均細孔径が3~15nmの範囲にあるシリカである、請求項に記載の固体触媒。 3. The solid catalyst according to claim 2 , wherein the silica has an average pore size in the range of 3-15 nm. 触媒の存在下で、エタノールまたはエタノールとアセトアルデヒドとの混合物からブタジエンを得るブタジエンの製造方法であって、
前記触媒が、請求項1~のいずれかに記載の固体触媒である、ブタジエンの製造方法。
A process for the production of butadiene, wherein butadiene is obtained from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of a catalyst, comprising:
A method for producing butadiene, wherein the catalyst is the solid catalyst according to any one of claims 1 to 3 .
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