JP7500015B2 - Solid catalyst and method for producing butadiene - Google Patents
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Description
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 monomer as a raw material for synthetic rubbers such as butadiene rubber (BR) and styrene-butadiene rubber (SBR), and is mainly obtained as a by-product when naphtha is thermally decomposed by an ethylene cracker (naphtha cracker) to produce ethylene and propylene.
However, in recent years, the amount of butadiene produced has been decreasing due to the shift to light feed materials.
Therefore, as an alternative raw material to petroleum, a process of fermenting biomass (corn or sugarcane) and producing butadiene via butanediol, butanol, butene or ethanol is being researched.
例えば、特許文献1には、「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)とを担体に担持してなる固体触媒であって、前記担体が、平均細孔径が3nm超10nm以下であり、かつ、細孔径分布における半値幅が6nm以下のシリカである、固体触媒。」が記載されている([請求項1])。 For example, Patent Document 1 describes a solid catalyst comprising a support on which a metal (A) selected from Group 12 and a metal (B) selected from Group 4 are supported, the support being silica having an average pore size of more than 3 nm and not more than 10 nm, and a half-width in the pore size distribution of not more than 6 nm (Claim 1).
本発明者らは、特許文献1に記載された固体触媒について検討したところ、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 inventors have studied the solid catalyst described in Patent Document 1 and have found that there is room for improvement in the yield of butadiene.
そこで、本発明は、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, the objective of the present invention is to provide a solid catalyst that can improve 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11族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属と、第3族および第4族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物とを担持させた固体触媒を用いることにより、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。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive research to achieve the above object, and as a result have found that the yield of butadiene can be improved by using a solid catalyst supporting at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11 and 13, and at least one metal oxide selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3 and 4, and have completed the present invention.
That is, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following configuration.
[1] 金属(A)と金属酸化物(B)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11族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属であり、
上記金属酸化物(B)が、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である、固体触媒。
[2] 上記金属(A)が、第11族に属する金属であり、
上記金属酸化物(B)が、第3族および第4族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である、[1]に記載の固体触媒。
[3] 上記金属(A)が、銀であり、
上記金属酸化物(B)が、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化スカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種である、[1]または[2]に記載の固体触媒。
[4] 上記担体が、シリカである、[1]~[3]のいずれかに記載の固体触媒。
[5] 上記金属(A)の含有量が、上記担体の質量に対して0.1~50質量%であり、
上記金属酸化物(B)の含有量が、上記担体の質量に対して0.1~50質量%である、[1]~[4]のいずれかに記載の固体触媒。
[6] 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]~[5]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 a metal (A) and a metal oxide (B) supported on a support,
The metal (A) is at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11 and 13;
The solid catalyst, wherein the metal oxide (B) is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4 and 5.
[2] The metal (A) is a metal belonging to Group 11,
The solid catalyst according to [1], wherein the metal oxide (B) is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3 and 4.
[3] The metal (A) is silver,
The solid catalyst according to [1] or [2], wherein the metal oxide (B) is at least one selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide and scandium oxide.
[4] The solid catalyst according to any one of [1] to [3], wherein the support is silica.
[5] The content of the metal (A) is 0.1 to 50% by mass based on the mass of the support,
The solid catalyst according to any one of [1] to [4], wherein the content of the metal oxide (B) is 0.1 to 50 mass% based on the mass of the support.
[6] A method for producing butadiene, comprising the steps of: obtaining butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of a catalyst, the method comprising the steps of:
The method for producing butadiene, wherein the catalyst is the solid catalyst according to any one of [1] to [5].
本発明によれば、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。 The present invention provides a solid catalyst that can improve the yield of butadiene and a method for producing butadiene using the same.
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本願明細書において、「~」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。
また、本明細書において、各成分は、各成分に該当する物質を1種単独でも用いても、2種以上を併用してもよい。ここで、各成分について2種以上の物質を併用する場合、その成分についての含有量とは、特段の断りが無い限り、併用した物質の合計の含有量を指す。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
In this specification, "butadiene" refers to "1,3-butadiene".
In the present specification, each component may be used alone or in combination of two or more substances corresponding to each component. When two or more substances are used in combination for each component, the content of the component refers to the total content of the substances used in combination, unless otherwise specified.
[固体触媒]
本発明の固体触媒は、ブタジエンの製造に用いる固体触媒であって、金属(A)と金属酸化物(B)とを担体に担持してなる固体触媒である。
また、本発明の固体触媒は、上記金属(A)が、第11族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属であり、上記金属酸化物(B)が、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である。
なお、本発明においては、金属(A)のうち、第11族に属する金属については、担体上に金属として存在するものであるが、第13族に属する金属については、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 used for producing butadiene, and is a solid catalyst comprising a metal (A) and a metal oxide (B) supported on a carrier.
In the solid catalyst of the present invention, the metal (A) is at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to groups 11 and 13, and the metal oxide (B) is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to groups 3, 4, and 5.
In the present invention, among the metals (A), the metals belonging to Group 11 are present as metals on the support, while the metals belonging to Group 13 may be present as metals on the support or as compounds such as metal oxides.
本発明においては、上述した通り、上記金属(A)と上記金属酸化物(B)とを担体に担持させた固体触媒を用いることにより、ブタジエンの収率が向上する。
これは、詳細には明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
すなわち、後述する比較例1および2について、それぞれの反応温度の条件が同じである実施例1および2との対比から分かるように、第12族に属する金属の酸化物と、第4族に属する金属の酸化物とを担体に担持させた場合には、原料の転化率が低いため、ブタジエンの収率が低くなると考えられる。
そのため、本発明においては、第11族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属(A)が担体上に担持されていることにより、原料が効率よく変換され、ブタジエンの選択率が向上したため、ブタジエンの収率が向上したと考えられる。
In the present invention, as described above, the yield of butadiene is improved by using a solid catalyst in which the metal (A) and the metal oxide (B) are supported on a carrier.
Although the details of this are not clear, the present inventors speculate as follows.
That is, as can be seen from a comparison of Comparative Examples 1 and 2 described later with Examples 1 and 2 in which the reaction temperature conditions were the same, when an oxide of a metal belonging to Group 12 and an oxide of a metal belonging to Group 4 were supported on a carrier, the conversion rate of the raw material was low, and therefore the yield of butadiene was considered to be low.
Therefore, in the present invention, it is considered that since at least one kind of metal (A) selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11 and 13 is supported on the support, the raw material is efficiently converted and the selectivity of butadiene is improved, thereby improving the yield of butadiene.
〔担体〕
本発明の固体触媒に用いる担体は、後述する金属(A)および金属酸化物(B)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。
[Carrier]
The carrier used in the solid catalyst of the present invention is not particularly limited as long as it can support the metal (A) and metal oxide (B) described below, and specific examples thereof include silica, alumina, magnesia, and the like.
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り、ブタジエンの収率がより向上する理由から、担体が、シリカであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the carrier is silica, because this increases the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity, thereby improving the butadiene yield.
また、本発明においては、ブタジエンの選択率が更に高くなり、ブタジエンの収率が更に向上する理由から、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, because the selectivity of butadiene is further increased and the yield of butadiene is further improved, it is preferable to use silica having an average pore diameter in the range of 3 to 15 nm as the carrier, and it is more preferable to use silica having an average pore diameter in the range of more than 3 nm and not more than 10 nm.
The term "average pore diameter" as used herein refers to the pore diameter showing the peak value of the pore diameter distribution curve obtained 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11族および第13族に属する金属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。
第11族に属する金属としては、具体的には、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、Au(金)などが挙げられる。
また、第13族に属する金属としては、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。
[Metal (A)]
The metal (A) contained in the solid catalyst of the present invention is at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11 and 13.
Specific examples of metals belonging to Group 11 include copper (Cu), silver (Ag), and Au (gold).
Specific examples of metals belonging to Group 13 include aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In).
ここで、第11族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第11族から選択される金属の硝酸塩、および、酢酸塩などが挙げられる。具体的には、Ag(NO3)、CH3COOAgなどが挙げられる。
また、第13族に属する金属の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。
Here, the raw material of the metal belonging to Group 11 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates and acetates of metals selected from Group 11. Specific examples thereof include Ag(NO 3 ), CH 3 COOAg, etc.
The raw material of the metal belonging to Group 13 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 13. Specific examples thereof 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り、ブタジエンの収率がより向上する理由から、上記金属(A)が、第11族に属する金属であることが好ましく、銀であることがより好ましい。 In the present invention, the metal (A) is preferably a metal belonging to Group 11, and more preferably silver, because this increases the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity, thereby improving the butadiene yield.
また、本発明においては、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)、後述する金属酸化物(B)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。
In the present invention, the content of the metal (A) is preferably 0.1 to 50 mass%, more preferably 0.1 to 40 mass%, and even more preferably 0.2 to 30 mass%, relative to the mass of the carrier.
Here, the "content" of the metal (A) and the metal oxide (B) described later can be measured, for example, by ICP or fluorescent X-ray.
〔金属酸化物(B)〕
本発明の固体触媒が有する金属酸化物(B)は、第3族、第4族および第5族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である。
第3族に属する金属としては、具体的には、例えば、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)などが挙げられる。
また、第4族に属する金属としては、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)などが挙げられる。
また、第5族に属する金属としては、具体的には、例えば、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)などが挙げられる。
[Metal oxide (B)]
The metal oxide (B) contained in the solid catalyst of the present invention is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3, 4 and 5.
Specific examples of metals belonging to Group 3 include scandium (Sc) and yttrium (Y).
Specific examples of metals belonging to Group 4 include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).
Specific examples of metals belonging to Group 5 include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta).
ここで、第3族に属する金属の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、Sc(NO3)2、硝酸スカンジウム五水和物などが挙げられる。
また、第4族に属する金属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、塩酸塩、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(NO3)2、ZrO(NO3)2・2H2O、ZrO(OCOCH3)2、HfCl4などが挙げられる。
また、第5族に属する金属の原料は特に限定されないが、例えば、第5族から選択される金属の硫酸塩、オキシ硫酸塩、酢酸塩、オキシ酢酸塩、塩酸塩、および、これらの水和物などが挙げられる。具体的には、VOSO4、VOSO4・nH2O、(CH3COO)2Ta、VCl3、NbCl5、TaCl5などが挙げられる。
Here, the raw material of the metal belonging to Group 3 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, oxynitrates, acetates, oxyacetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 3. Specific examples include Sc(NO 3 ) 2 and scandium nitrate pentahydrate.
The raw material of the metal belonging to Group 4 is not particularly limited, but examples thereof include nitrates, hydrochlorides, oxynitrates, acetates, oxyacetates, and hydrates thereof of metals selected from Group 4. Specific examples include ZrO( NO3 ) 2 , ZrO ( NO3 ) 2.2H2O , ZrO( OCOCH3 ) 2 , and HfCl4 .
The raw material of the metal belonging to Group 5 is not particularly limited, but examples thereof include sulfates, oxysulfates, acetates, oxyacetates, hydrochlorides, and hydrates thereof of metals selected from Group 5. Specific examples thereof include VOSO4 , VOSO4.nH2O , ( CH3COO ) 2Ta , VCl3 , NbCl5 , and TaCl5 .
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り、ブタジエンの収率がより向上する理由から、上記金属酸化物(B)が、第3族および第4族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物であることが好ましく、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化スカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。 In the present invention, because the ethanol conversion rate and the butadiene selectivity are higher and the butadiene yield is further improved, the metal oxide (B) is preferably an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3 and 4, and more preferably at least one selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide and scandium oxide.
また、本発明においては、上記金属酸化物(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。 In addition, in the present invention, the content of the metal oxide (B) is preferably 0.1 to 50 mass%, more preferably 0.1 to 40 mass%, and even more preferably 0.2 to 30 mass%, relative to the mass of the carrier.
〔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)および金属酸化物(B)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)および金属酸化物(B)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 for example, known methods such as the impregnation method, the sol-gel method, etc. can be adopted. Among these, the impregnation method is preferred because the activity and selectivity of the resulting solid catalyst are high and the method is simple.
As the impregnation method, for example, known methods such as a spraying method, a coating method, a pore filling method, and a selective adsorption method can be adopted. Specifically, a method is mentioned in which the nitrate, acetate, etc. of the metal that is the raw material of the above-mentioned metal (A) and metal oxide (B) is dissolved in water, the obtained aqueous solution is impregnated into the above-mentioned carrier, and then the carrier is dried. The drying method and drying time are not particularly limited, but it is preferable to dry under reduced pressure at 60 to 80 ° C. In addition, after drying, it is preferable to calcine at a temperature of 200 to 600 ° C.
In addition to the above-mentioned preparation methods, there can also be mentioned a method in which, for example, the above-mentioned metal (A) and a metal nitrate, acetate, or the like, which are raw materials for the metal oxide (B), are mixed, and then the mixture is subjected to treatments such as heating, concentration, and hydrothermal synthesis, and then dried and fired.
The prepared catalyst may be subjected to molding, granulation, etc., before use, if necessary.
[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。
[Production method of butadiene]
The butadiene production method of the present invention (hereinafter also referred to as "the production method of the present invention") is a butadiene production method in which butadiene is obtained from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of the above-mentioned solid catalyst of the present invention.
〔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 the raw material for the target product, butadiene.
The raw material may be appropriately diluted and then contacted with the solid catalyst.
Specific examples of the medium for diluting the raw material (hereinafter also referred to as the "dilution medium") include inert gases such as nitrogen, argon, and helium.
The raw material may also contain impurities other than ethanol, acetaldehyde, and the dilution medium.
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。 When a mixture of ethanol and acetaldehyde is used as a raw material in the production method of the present invention, the mass ratio of ethanol to acetaldehyde (ethanol:acetaldehyde) is not particularly limited, but is preferably in the range of 19:1 to 1:9, and more preferably in the range of 16:4 to 2:8.
〔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 by a known reaction system, which may be a flow system, a batch system, or the like, but is preferably carried out in a flow system from the viewpoint of productivity.
The production method of the present invention may be carried out in either a gas phase or a liquid phase, but is preferably carried out under gas phase conditions, from the viewpoints of being able to apply a high reaction temperature and improving the conversion rate of the raw materials.
If desired, the catalyst may be reduced before the start of the reaction. For example, the catalyst may be reduced in a hydrogen stream at 200 to 500° C., and then the butadiene production step may be carried out by contacting the catalyst with the raw material.
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。 Methods for contacting the raw material with the solid catalyst include, for example, a suspension bed method, a fluidized bed method, a fixed bed method, etc. In addition, the present invention may be either a gas phase method or a liquid phase method, but it is preferable to use a gas phase method.
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, or may be appropriately diluted with an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or water vapor before being 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 from 260 to 500°C, and more preferably from 300 to 480°C.
The reaction pressure can be appropriately set within a wide range from normal pressure to high pressure, but is preferably set to 1.0 MPa or less from the viewpoints of production efficiency and apparatus configuration.
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 preferably 1.0 to 40 g raw material/g-cat·h, and more 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 the reaction is complete, the reaction products can be separated and purified into light gases, C4 fractions, heavy fractions, water, ethanol, acetaldehyde, etc., using separation methods such as distillation, extraction, membrane separation, or a combination of these.
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 more detail below with reference to examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the examples shown below.
〔実施例1〕
AgNO3(Ag塩)0.211gを水5mlに溶解させて水溶液A1を調製した。
別途、HfCl4(Hf塩)0.204gを水5mlに溶解させて水溶液B1を調製した。
調製した水溶液A1を、メソポーラスシリカ(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時間焼成した。
焼成後サンプルに調製した水溶液B1を含浸させた後、110℃で4時間乾燥し、更に500℃で4時間焼成することにより、AgとHfO2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、担持させる金属の種類および担持量を示す。
Example 1
Aqueous solution A1 was prepared by dissolving 0.211 g of AgNO 3 (Ag salt) in 5 ml of water.
Separately, 0.204 g of HfCl 4 (Hf salt) was dissolved in 5 ml of water to prepare an aqueous solution B1.
The prepared aqueous solution A1 was impregnated into mesoporous silica (manufactured by Fuji Silysia Ltd., product name: CARiACT G-6, average pore size: 6 nm), which was then dried at 110° C. for 4 hours and further calcined at 500° C. for 4 hours.
After the calcination, the sample was impregnated with the prepared aqueous solution B1, dried at 110° C. for 4 hours, and further calcined at 500° C. for 4 hours to prepare a solid catalyst 1 in which Ag and HfO 2 were supported on silica.
Table 1 below shows the types and amounts of metals supported.
調製した固体触媒1の0.3gを固定床流通式反応器に充填し、N2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、N2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)5.0g-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 prepared solid catalyst 1 was packed into a fixed-bed flow reactor, N2 gas was flowed at 5 to 15 ml/min, and ethanol (EtOH) was added to the N2 gas flow at a rate of 0.03 ml/min. The reaction was carried out at a reaction temperature of 425° C. under atmospheric pressure and a weight hourly space velocity (WHSV) of 5.0 g-raw material/g-cat·h. Table 1 below shows the raw materials, reaction temperature, and weight hourly space velocity (WHSV).
The reaction was carried out for 2 hours, and the resulting product was analyzed using a gas chromatograph (manufactured by Shimadzu Corporation).
The conversion rate of the 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.
Conversion rate of raw material=(amount of raw material input−amount of unreacted raw material distillate)/(amount of raw material input)×100(%)
BD selectivity=(amount of butadiene produced)/(amount of raw material input−amount of unreacted raw material distilled)×100(C-mol%)
BD yield = (conversion rate of raw material) x (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〕
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。
Example 2
The raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.
〔実施例3〕
反応温度を下記表1に示す温度(375℃)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。
Example 3
The raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was changed to the temperature (375° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.
〔実施例4〕
水溶液B1に代えて、ZrO(NO3)2・2H2O(Zr塩)0.147gを水5mlに溶解させた水溶液B4を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、AgとZrO2がシリカに担持されてなる固体触媒4を調製した。
また、調製した固体触媒4について、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
A solid catalyst 4 in which Ag and ZrO2 were supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1, except that an aqueous solution B4 in which 0.147 g of ZrO( NO3 ) 2.2H2O (Zr salt) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, for the prepared solid catalyst 4, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1. These results are shown in Table 1 below.
〔実施例5〕
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4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
The raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 4, except that the reaction temperature was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.
〔実施例6〕
反応温度を下記表1に示す温度(375℃)に変更した以外は、実施例4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
The raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 4, except that the reaction temperature was changed to the temperature (375° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.
〔実施例7〕
水溶液B1に代えて、Sc(NO3)2(Sc原料)0.108gを水5mlに溶解させた水溶液B7を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、AgとSc2O3がシリカに担持されてなる固体触媒7を調製した。
また、調製した固体触媒7について、実施例2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
A solid catalyst 7 in which Ag and Sc2O3 were supported on silica was prepared in the same manner as in Example 1, except that an aqueous solution B7 in which 0.108 g of Sc( NO3 ) 2 (Sc raw material) was dissolved in 5 ml of water was used instead of the aqueous solution B1.
In addition, for the prepared solid catalyst 7, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 2. These results are shown in Table 1 below.
〔比較例1〕
Zn(NO3)2・6H2O(Zn塩)0.037g、および、ZrO(NO3)2・2H2O(Zr塩)0.022gを水1mlに溶解させて水溶液を調製した。
調製した水溶液を、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、半値幅:1.6nm)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、ZnOとZrO2がシリカに担持されてなる固体触媒C1を調製した。
また、調製した固体触媒C1について、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
An aqueous solution was prepared by dissolving 0.037 g of Zn(NO 3 ) 2 .6H 2 O (Zn salt) and 0.022 g of ZrO(NO 3 ) 2 .2H 2 O (Zr salt) in 1 ml of water.
The prepared aqueous solution was impregnated into silica (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., product name: CARiACT G-6, average pore size: 6 nm, half width: 1.6 nm), which was then dried at 110°C for 4 hours and calcined at 500°C for 4 hours to prepare a solid catalyst C1 in which ZnO and ZrO2 were supported on silica.
In addition, for the prepared solid catalyst C1, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1. These results are shown in Table 1 below.
〔比較例2〕
反応温度を下記表1に示す温度(400℃)に変更した以外は、比較例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
The raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the reaction temperature was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.
〔比較例3〕
Zn(NO3)2・6H2O(Zn塩)0.183g、および、Mg(NO3)2・6H2O(Mg塩)0.125gを水5mlに溶解させて水溶液を調製した。
調製した水溶液を、メソポーラスシリカ(富士シリシア株式会社製、商品名:CARiACT G-6、平均細孔径:6nm、半値幅:1.6nm)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、ZnOとMgOがシリカに担持されてなる固体触媒C3を調製した。
また、調製した固体触媒C3について、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
An aqueous solution was prepared by dissolving 0.183 g of Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O (Zn salt) and 0.125 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O (Mg salt) in 5 ml of water.
The prepared aqueous solution was impregnated into mesoporous silica (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., product name: CARiACT G-6, average pore size: 6 nm, half width: 1.6 nm), which was then dried at 110°C for 4 hours and calcined at 500°C for 4 hours to prepare solid catalyst C3 in which ZnO and MgO were supported on silica.
In addition, for the prepared solid catalyst C3, the raw material conversion rate, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Example 1. These results are shown in Table 1 below.
〔比較例4〕
反応温度を下記表1に示す温度(400℃)に変更した以外は、比較例3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
The raw material conversion, butadiene (BD) selectivity, BD yield, and BD productivity were calculated in the same manner as in Comparative Example 3, except that the reaction temperature was changed to the temperature (400° C.) shown in Table 1 below. These results are shown in Table 1 below.
表1に示す結果から、第12族の金属と、第4族の金属の酸化物とを担持させた固体触媒は、ブタジエンの収率が40%未満となることが分かった(比較例1および2)。
また、第12族の金属と、第2族の金属の酸化物とを担持させた固体触媒は、ブタジエンの収率が10%前後となることが分かった(比較例3および4)。
これに対し、第11族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属と、第3族および第4族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物とを担持させた固体触媒を用いると、ブタジエンの収率が向上することが分かった(実施例1~7)。
From the results shown in Table 1, it was found that the solid catalyst supporting a metal of Group 12 and an oxide of a metal of Group 4 gave a butadiene yield of less than 40% (Comparative Examples 1 and 2).
It was also found that the solid catalyst supporting a Group 12 metal and an oxide of a Group 2 metal gave a butadiene yield of about 10% (Comparative Examples 3 and 4).
In contrast, it was found that the yield of butadiene was improved by using a solid catalyst supporting at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11 and 13 and an oxide of at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 3 and 4 (Examples 1 to 7).
Claims (6)
前記金属(A)が、第11族および第13族に属する金属からなる群から選択される少なくとも1種の金属であり、
前記金属酸化物(B)が、スカンジウム、イットリウムおよびハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である、固体触媒。 A solid catalyst for use in the production of butadiene, comprising a metal (A) and a metal oxide (B) supported on a support, comprising:
The metal (A) is at least one metal selected from the group consisting of metals belonging to Groups 11 and 13;
The solid catalyst, wherein the metal oxide (B) is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of scandium, yttrium and hafnium.
前記金属酸化物(B)が、スカンジウム、イットリウムおよびハフニウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属の酸化物である、請求項1に記載の固体触媒。 The metal (A) is a metal belonging to Group 11,
2. The solid catalyst according to claim 1, wherein the metal oxide (B) is an oxide of at least one metal selected from the group consisting of scandium, yttrium and hafnium.
前記金属酸化物(B)が、酸化ハフニウムおよび酸化スカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1または2に記載の固体触媒。 The metal (A) is silver,
3. The solid catalyst according to claim 1, wherein the metal oxide (B) is at least one selected from the group consisting of hafnium oxide and scandium oxide.
前記金属酸化物(B)の含有量が、前記担体の質量に対して0.1~50質量%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の固体触媒。 The content of the metal (A) is 0.1 to 50% by mass based on the mass of the support,
The solid catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the metal oxide (B) is 0.1 to 50 mass% based on the mass of the support.
前記触媒が、請求項1~5のいずれか1項に記載の固体触媒である、ブタジエンの製造方法。 A method for producing butadiene, comprising the steps of: obtaining butadiene from ethanol or a mixture of ethanol and acetaldehyde in the presence of a catalyst, the method comprising the steps of:
The method for producing butadiene, wherein the catalyst is the solid catalyst according to any one of claims 1 to 5.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013535465A (en) | 2010-07-29 | 2013-09-12 | オブシュチェスティヴォ エス オグラニチェノイ オトヴェツヴェノスユ “ユニジット” | One-step process for producing butadiene |
JP2018008248A (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 積水化学工業株式会社 | Catalyst for synthesizing 1,3-butadiene and apparatus and method for producing 1,3-butadiene |
US20180222813A1 (en) | 2017-02-07 | 2018-08-09 | Battelle Memorial Institute | Single step conversion of ethanol to butadiene |
JP2020000998A (en) | 2018-06-28 | 2020-01-09 | 横浜ゴム株式会社 | Solid catalyst and method for producing butadiene |
-
2020
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013535465A (en) | 2010-07-29 | 2013-09-12 | オブシュチェスティヴォ エス オグラニチェノイ オトヴェツヴェノスユ “ユニジット” | One-step process for producing butadiene |
JP2018008248A (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 積水化学工業株式会社 | Catalyst for synthesizing 1,3-butadiene and apparatus and method for producing 1,3-butadiene |
US20180222813A1 (en) | 2017-02-07 | 2018-08-09 | Battelle Memorial Institute | Single step conversion of ethanol to butadiene |
JP2020000998A (en) | 2018-06-28 | 2020-01-09 | 横浜ゴム株式会社 | Solid catalyst and method for producing butadiene |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DAGLE et al.,Effect of the SiO2 support on the catalytic performance of Ag/ZrO2/SiO2 catalysts for the single-bed production of butadiene from ethanol,Applied Catalysis B: Environmental,2018年,Vol.236,p.576-587 |
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