JPS601139A - 共役ジオレフインの製造法 - Google Patents

共役ジオレフインの製造法

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JPS601139A
JPS601139A JP58108281A JP10828183A JPS601139A JP S601139 A JPS601139 A JP S601139A JP 58108281 A JP58108281 A JP 58108281A JP 10828183 A JP10828183 A JP 10828183A JP S601139 A JPS601139 A JP S601139A
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monoolefin
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butene
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化脱水素法による共役ジオレフィンの製造法
に関し、さらに詳しくは、炭素原子数4以上を有するモ
ノオレフィンを分子状酸素により気相で酸化脱水素せし
め、当該モノオレフィンに対応する共役ジオレフィンを
製造するに際し、新規な触媒を用いることによp効率よ
く目的物を製造する方法に関する□ 正ブテンfイソペンテンなどのごとき炭素原子数4以上
を有するモノオレフィンを触媒の存在下に分子状酸素に
より気相で酸化脱水素せしめることによシ、当該モノオ
レフィンに対応する共役ジオレフィン(すなわち1.3
−ブタジェンやイソプレン)を製造する方法は公知であ
る□ かかる公知技術の具体例として、例えばモリブデン、ビ
スマス及び鉄を必須成分とする多元系触媒(例えば特公
昭49−5498号、同49−5321号、同52−3
9006号、特開昭50−64202号など)、モリブ
デン、ビスマス及びクロムを必須成分とする多元系触媒
(例えば特開昭50−64191号など)、モリブデン
、ビスマス及びジルコニウムを必須成分とする多元系触
媒(例えば特開昭51−95793号など)などが知ら
れているが、これらの触媒系を使用する場合、その原料
たるモノオレフィンの異性体間に反応性の面で大きな差
があり、そのため工業的に安価な原料として入手可能な
モノオレフィンの異性体混合物にこの触媒系を適用する
と目的とする共役ジオレフィンの収率が大巾に低下する
という欠点があった。
そこで本発明者はかねてから原料モノオレフィンのいず
れの異性体によっても反応性に差の生じないような触媒
の開発に注力した結果、モリブデン、ビスマス及びクロ
ムを必須成分とし、かつ鉄を含まない系統の触媒のなか
に有効なものがあることを見い出した(例えば特開昭5
6−140931号、同56−150025号など)。
しかしながら1、その後さらに検討を進めた結果、これ
らの触媒を使用した場合には、上記の利点の反面、反応
温度かや\高目になるため反応器材質がコスト高となる
こと、長時間反応を継続すると高沸点物の副生によって
反応系がつまシやすいこと等の新たな問題点が判明した
〇 そこで本発明者はより低い反応温度で原料モノオレフィ
ンのいずれの異性体によっても反応性にほとんど差がな
く、効率よく共役ジオレフィンを得ることができ、しか
も長時間使用していても高沸点物質が副生しない触媒を
開発すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに到っ
た。
かくして本発明によれば、炭素原子数4以上のモノオレ
フィンを分子状rR素によシ気相において酸化脱水素せ
しめ、当該モノオレフィンに対応する共役ジオレフィン
を製造するに際し、一般組成式 %式%) (ここでXは周期律表の第1.族金属元素、第M族金へ
元素TI及びPから選ばれた一種以上の元素を表わし、
yFiAL Inn Age Sit TL NbtT
a、 Co、 IJIL、 Os、 )Jl及びMnか
ら選ばれた一種以上の元素を表わし、”t b# cl
 dr ”P fy g、h及び1はそれぞれMo、 
Bi、 Or、 Ni、 Zr、 ?@、 X、Y及び
Oの原子数であル、a−12とした場合、b −0,0
5〜20、好ましくは0.1〜8、C目O,OS〜20
゜好ましくは0.1〜10、a−0,1〜50、好まし
くは1〜20、o−0,01〜20.好ましくは0.0
5〜10゜r−0,01〜20、好ましくは[LO5〜
5、g−0,001〜20、好ましくは0.01〜10
. h = 0〜20.好ましくは0.01〜5の値を
とり、1は他の元素の原子価を満足する酸素の原子数で
ある。)で表わされる触媒を使用することを特徴とする
共役ジオレフィンの製造法が提供される。
本発明において反応原料として用いられるモノオレフィ
ンは従来から酸化脱水素反応によって共役ジオレフィン
を合成する/Cめの原料として用いられている炭素原子
数4以上のもめであればいずれでもよく、その具体的な
例としてブテン−1、ブテン−2、ペンテン−1、ペン
テン−2,2−メチルブテン−1,2−メチルブテン−
2,6−メチルブテン−1,2,3−ジメチルブテン−
1,2,5−ジメチルブテン−2などが挙けられる0こ
れらのモノオレフィンは必ずしも単離した形で使用する
必要はなく、必要に応じて任意の混合物の形で用いるこ
とができる。例えば1.3−ブタジェンを得ようとする
場合には高純度のブテン−1またはブテン−2を原料と
することもできるが、ナフサ分解で副生ずるC4留分か
ら15−ブタジェン及びインブチレンを分離して得られ
るプテン−1及びブテン−2を主成分とする留分(以下
、BBRRと称する)や正ブタンの脱水素またL酸化脱
水素反応により生成するブテン留分を使用することもで
き、その場合であっても高純度の単一原料を用いる場合
と同等の収率を得ることができる。またイソプレンや1
3−ペンメジエンを得ようとする場合にも同様にイソペ
ンテンを主成分とする留分、正ペンテンを主成分とする
留分を使用することができ、さらにイソペンテンと正ペ
ンテンを主成分とするC、モノオレフィン留分を原料と
することによりイソプレンと13−ペンタジェンを同時
に合成することもできる。
本発明においては前記したごとき一般組成式で示される
触媒が使用され゛る。この触媒系の構成上の大きな特徴
は特開昭5(S−140951号で公知のλ4o−Bl
−Or−ML −X−Y系触媒のX成分のなかからジル
コニウムを選択し、かつ前記公報では排除すべき成分と
されていた鉄を組合せてクロム、ニッケル、ジルコニウ
ム及び鉄を必須成分とした点にあり、この4つの必須元
素のうちクロム、ニッケル及びジルコニウムのいずれか
が一つでも欠ける場合にはモノオレフィンの異性体間の
反応性の差を解消できず、しかも高沸点物質の副生も抑
えることができない。
また鉄が存在しない場合には、モノオレフィンの異性体
間の反応性の差はほとんど昭められないが、同一触媒性
能(ジオレフィン収率)を示す反応温度が高くなシ、副
生ずる高沸点物も多くなる・さらにX成分も本触媒の必
須成分であり、X成分が存在しない場合には反応が不安
定になるとともに反応性が低下する〇 一方、X成分は必ずしも必要ではないが、この成分の存
在によって副生ずる高沸点物の生成を更に減少させるこ
とができる。X成分及びX成分を構成する各元素はそれ
ぞれ同等の効果を奏するものであるが、なかでもX成分
としてL R1++ Os、 T/。
Ea、 Zn、 O(1及びP、 X成分としてA48
1. IJI及びMnを使用する場合にとくに優れた性
能を示す触媒が得られる。またX成分及びX成分を構成
 −する各元素は必ずしも単独で使用する必要はなく、
必要に応じて二穏以上を組合せて使用することができる
本発明に使用される触媒は、この分野で公知のいろいろ
の方法、例えば蒸発乾固法、酸化物混合法、共沈法等に
よって調製することができる。触媒の調製に用いられる
各元素の原料物質としては、酸化物のみならず、焼成に
よって本発明の触媒を構成するものであれば、いかなる
ものも使用できる。これらの例としては、各元素のアン
モニウム塩、硝酸塩、炭酸塩、有機酸塩、ハロゲン化物
等の塩類、遊離酸、酸無水物、縮合酸、あるいはリンモ
リブデン酸、ケイモリブデン酸等のモリブデンを含むヘ
テロポリ酸又はそのアンモニウム塩、金用塩等のへテロ
ポリ酸塩を挙げることができる。
触媒原料を用いて本発明の触媒へ変換、または触媒の活
性化等の目的で行う焼成処理は、分子状酸素を含む気体
の流通下に通常500〜900C1好ましくは450〜
700Cで約4時間〜16時間行われる。また必要に応
じ、この焼成温度以下の温度により一次焼成処理をほど
こし、その後に上記温度で焼成処理を行ってもよい。
本発明の触媒の調製方法の一例を示すと、モリブデン酸
アンモニウムの水溶液にX成分の元素、クロム、ニッケ
ル、ビスマス、ジルコニウム、鉄及びX成分の元素のそ
れぞれの塩を溶解した水溶液を加えた後、アンモニア水
溶液または硝酸水溶液によシPH2〜9の範囲になるよ
う詞節し、攪拌する。生ずる泥状W&濁液に、必要に応
じ適当な担体物質を加えて乾燥し、生成したケーキ状物
質を空気中で乾燥させ、次いで上記焼成温度で焼成する
〇 本発明の触媒はそのま\使用することもできるが、適当
な形状の担体に付着せしめ、あるいは粉末状、ゾル状ま
7?、祉ゲル状等の状態にした担体(希釈剤)によシ希
釈して使用することもできる0担体あるいは希釈剤とし
ては、例えば二酸化チタン、シリカゲル、シリカゾル、
ケイ雌土、炭化ケイ素、アルミナ、軽石、ンリカーアル
ミナ、ベントナイト、ゼオライト、タルク、耐火物等公
知のものが用いられ、特にケイ素を含む担体が好ましい
。この際、担体の量は適当に選ぶことができる。
触媒は粉状としであるいは錠剤として適当な形状とし、
固定床、移動床ある−いは流動床のいずれの方法におい
ても使用できる。
本発明におけるモノオレフィンと分子状酸素との反応は
、前記したごとき新規触媒を使用すること以外、常法に
従って行われる0例えば分子状酸素の供給源は必ずしも
高純度の酸素である必要はなく、むしろ工業的には空気
が実用的である。また必要に応じ反応に悪影響を及ぼさ
ない不活性ガス(例えば水蒸気、窒素、アルゴン、炭酸
ガス、反応生成物から炭化水−索類を除去したあとの反
ガスなど)で希釈することができる。さらに反応温度は
250〜700 G、好ましくは600〜600C1反
応圧力は常圧〜10気圧、全供給原料ガスの空間速度(
sv)200〜10000 hr−’、好ましくは30
0〜60−00 hr−’ (S T P基準)、供給
原料ガス中のモノオレフィン濃度は0,5〜60容f%
、モジオレフィン対或素比はi:o、i〜7、好ましい
供給ガス組成はモノオレフィン:空気:水蒸気欺1:2
〜30:0〜50(モル比)である。
かかる本発明によればモノオレフィンから効率よく対応
する共役ジオレフィン、例えば正ブテン、イソペンテン
、正ペンテン、2.6−ジメテルプテンなどからそれぞ
れ1.3−ブタジェン、イソプレン、1.3−ペンタジ
ェン、2.3−ジメチルブタジェンなどを合成すること
ができる。とくに本発明で使用する触媒系はそれぞれの
モノオレフィンの異性体間で反応性にほとんど差が見ら
れず、しかもパラフィン類による活性低下も見られない
ためこれ等の異性体混合物またはこれらとパラフィンと
の混合物などのごとき工業的に安価に入手可能な留分を
原料とする場合に好適であり、この場合であっても単一
の異性体よシ成るモノオレフィンを原料とする場合と同
等の収率で共役ジオレフィンを得ることができる。また
本発明で用いる触媒系は触媒寿命が長く、反応器出口の
管を閉塞するような高沸点物質の副生が少なく、かつ触
媒強度を高めても触媒活性に悪影響を及ぼさないため、
長期間にわたって安定した反応を行う仁とができ、さら
にモノオレフィン濃度を高め空間速度を速めても収率を
低下させないという利点を有する。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する
。なお、実施例中の反応率、選択率、単流収率は次式に
従って算出した。その際、原料として使用したモノオレ
フィン中に対応する共役ジオレフィンが存在する場合に
は生成した共役ジオレフィン量からその分を除去し、ま
た一部異性化されたモノオレフィンは未反応モノオレフ
ィンとして取扱った。また触媒成分中の酸素の表示につ
いては簡略化のため省略した。
コ0 〕O O また副生高沸点物は次の様にして測定し友。すなわち反
応管出口に内径8mm、長さ5rrL−の銅管を取シ付
け、これを湯浴で70cに保ち、100時間反応ガスを
通過させ、その後、5室温にて重量変化がなくなるまで
減圧乾燥させる。この重量から前取って測定しておいた
銅管重量を差し引いたものを副生高沸点物欲とした。
実施例1 硝酸ビスマス48.5y−、硝酸ジルコニル26.7?
、硝酸第二鉄4.04 P、硝酸ニッケル232.6z
1硝酸クロム45.6 f及び硝酸カリウム2.021
−を15o1nA!の水に加えて加温8#したものをA
液とし、モリブデン酸アンモニウム212 jil−を
400ゴの温水に溶済したものをB液とした。
A液を充分に加温撹拌した後、B液を加えて激しく攪拌
する。これに6重量係アンモニア水を加えてpasとし
た後、50時間室温で静1ぺし油浴上にて蒸発乾固する
。これを120Cで8時間乾燥した後、550Cで4時
間空気気流中で一次焼成し、得られた一次焼成物を10
0メツシユ以下に粉砕した◇次いで粉砕された一次焼成
物にその40M量%相当量のシリコンカーバイド粉末(
1500メツシユ以下)及び3重量%相当愈のシリカ(
20重重量相当量のシリカゾル)を加え、更に滑剤(エ
チレングリコール及びメチルセルロース温水液)を適当
量添加後、充分均一となるまで摺濱器にて混線し、これ
を直径5鰭、長さ1儂に押〔出し成形し、120Cで1
6時間乾燥するOこれを空気流通下に400Cで2時間
、更に570υで6時間焼成したO得られた触媒の酸素
および担体を除く元素の組成(以下同じ)は、MO12
Bil 0r3 Ni6Zr11’+1(11K(12
で示される〔触媒j4α(11〕。
こうして得られた触媒1oomtを内径2.5(至)、
長さ60曝のステンレス製反応管に充てんし、金屈浴で
310Cに加熱し、表1の成分組成を有する正プデン頑
をそれぞれ使用してこれらに含まれる正プデンの流量が
毎時18.e(ガス状、NTP基Jvs )、空気の流
量が毎時152.、e(NTP、i準)となる(ニ口に
して触媒層を通過させた。反応開始5時間後に肖られ7
’c結果を表2に示す(以下同じ)0表2の結シ15か
ら゛、本発明の触媒を使用するとブテン−1及びブテン
−2の反応性にほとんど差が見られず、いずれも高収率
で1.3−プメジエンを与えることがわかる。また工業
的に安価で大量に入手されるBBRRを原料とする場合
であっても高純度のブテンを使用する場合と同等の収率
を示すことはきわめて特異な現象といえる。さらに副生
高沸点物の生成も少なく、この高沸点物の捕集期間中、
いずれの原料を用いた場合も配管の閉塞によるトラブル
は一切認められなかった。
表 1 表 2 実施例2 カリウムの他に種々のX元素を使用し、かつ触媒組成比
をいろいろ変えた他は実施例1に準じて表3に示す触媒
(N(L(21〜町(19) )を調製した。
X元素の触媒原料としてリンについてれ85%リン酸を
使用し、その他の元素については硝酸塩を使用した0こ
うして調製した各々の触媒について、実施例1と同様の
方法で表1に示しであるBBRR−1を用いて反応を行
い、得られた結果を表3に示し7C0 比較例1 実施例1で用いた触媒点(!)について(jr、 Ni
、 Zsまたはp’eを適宜削除した他は全く同様にし
て比較触媒Na(C−1)〜(c −7)を調製したO
こうして調製した各々の触媒について、実施例1と同様
の方法で表1に示されるブテン−1、トランス−ブテン
−2及びBBRR−1を用いてそれぞれ反応を行ったO
得られた結果を表4に示すOこの結果から、触媒構成成
分のうちOr、 Ni、 Zr及びFeのいずれかが一
つでも欠けると触媒性能は著るしく低下すると同時に、
多量の高沸点物が副生ずることがわかる。また比較触媒
穐(c −4)を除き、いずれの比較触媒においてもブ
テン−1の反応性に較べてブテン−2の反応性が大巾に
劣っており、工業的に大量、安価に得られるBBRRを
原料としたときには満足しうるブタジェン収率を得るこ
とができない。
比較触熱)!a(C−4)はl特開昭56−14093
1号明細書にも記載されている様に反応器の金属浴を3
50t、″とすると侵れた性能を示すが、本比較例の様
に反応器の金属浴を3100とすると触媒性能れ大巾に
低下する。
尚、比dN−(l fd媒の反応では副生高沸点物を捕
集中、いずれもS同以上、捕集用の鋼管が閉塞し、その
つど反応を一時停止せざるを得なかった。
実施例3 Y成分を加えること以外は実施例1と同揉の方法によっ
てMO12Bi 1 erg Ni6 ZrI Fe1
LI K、2 Yhなる組成の触媒を調製した。Y成分
の触媒原料はN”t+及びTaについて社微粉末状の酸
化物を使用し、これを温中水に懸濁してA液に加え、8
1及びT1についてれ塩化膨水溶液をA液に加え、その
他のY成分について轄硝酸塩水溶液をA液に加えた。
こうして調製した各々の触媒について実施例1と同様の
方法でBBRR−1を用いて反応を行った。得られた結
果を表5に示す。
表 5 実施例4 実施例1で得られた触媒IDOmJ!!を内径2.50
1゜長さ60蒔のステンレス製反応管に充てんし、金属
浴で320Cに加熱し、BBRR−1を使用してBBR
R−1空気:水蒸気−15:55:52(モル比)の供
給ガスを接触時間2秒(NTP基準)で通過させたとこ
ろ、BBRR−1に含まれる正ブテンの反応率は95.
8優、1,3−ブタジェン収率85.7チ、1.3−ブ
タジェン選択率91.4%であった。
また、実施例1と同様の方法で捕集した副生高沸点物は
0.65 L!−であった。
実施例5 実施例4において供給ガスの水蒸気のかわりに反応生成
ガスから炭化水素を除去した廃ガスを使用した他は、実
施例4と同様の方法で反応を行った。この場合、廃ガス
中には窒素の他に未反応の酸素や副生成物である一酸化
炭素や二酸化炭素が含まれていたが、正ブテンの反応率
は94.0チ、t3−ブタジェン収率扛85.1チ、1
.6−ブタジェン選択率は90.5チであった。また実
施例1と同様の方法で捕集した副生高沸点物は1.32
1−であった。
実施例6 実施f′l11における実験番号(1−5)と同様にし
て反応を開始し、100時間経過したのちも反応を継続
して触媒の寿命を試験した。その結果、2000時間経
過後におけるBERR”−1中の正ブテンの反応率は9
2.2%、1.5−ブタジェン収率は85.1チ、1,
6−ブタジェン選択率は92.6チであり、反応開始し
た当初の活性と実質的に同一であったCまた副生高沸点
物は0.85 pであり、反応開始当初より減少してい
た。この間、供給したBBRR−’1 の成分や組成は
FA料交換のつどかなり変動したが、反応は常に安定し
て推移し、反応成績は実質的に一足であった。
比較例2 比較例1で行った比較触媒N[L(C−1)、階(c−
5)及び随(a−4)によるBBRR−1を使用した反
応をそのまま継続し、実施例6と並行して長期間連続運
転を行った。その結果、いずれの触媒も副生高沸点物に
よる反応器出口の内径8順の鋼管よりなる配管の閉塞が
頻発し、500時間後に運転を停止せざるを得なかった
実施例7 実施例1において正ブテン類のかわ9に表6の成分組成
を有する正ペンテン(ペンテン−1及びペンテン−2)
及びインペンテン(3−メチル−ブテン−1,2−メチ
ル−ブテン−1及び2−メチル−ブテン−2)を含む炭
化水素混合物を使用して、これ等に含まれる正ペンテン
及びインペンテンの流量が合わせて毎時1B!(ガス状
、NTP基準→、空気の流量が毎時132#(nTp基
準)である供給ガスを使用した他は実施例1と同一の触
媒、同一の方法によって反応を行った。その結果、イソ
ペンテンの反応率は77.9%、イソプレン収率は67
.1qb、イソプレン選択率は86.1%で65、ii
た正ペンテンの反応率は816 %、t3−ペンタジエ
ン収率は71.2%、1.3−ペンタジェン選択率は8
7.3%であった。実施例1と同様の方法で測定した副
生高沸点物は0.889−であった〇表 6 比較触媒j(α(0−3)を使用した他は実施例7と同
様にして反応を行ったところ、イソペンテンの反応率は
514%、イソプレン収率は32.7%、イソグレン選
択率は63.6 %であシ、また正ペンテンの反応率は
52.9%、1.3−ペンタジェン収率は33.O裂、
1.6−ペンタジェン選択率は62.4チであった0副
生高沸点物は7.247であり、捕集中に5回配管が閉
塞し、そのっど配管を又替した。
特許出願人 日本ゼオン株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 炭素原子数4以上を有するモノオレフィンを分子
    状酸素によシ気相で酸化脱水素せしめ、対応する共役ジ
    オレフィンを製造するに際し、下記の一般組成式で表わ
    される触媒を使用することを11″ゲ徴とする共役ジオ
    レフィンの製造法。 λ・τOa f3 i bOr 6 N i 6 Z 
    r @ F e fX g Y hOi(ここでXは周
    期ぞ1!表の第1−族金属元素。 第11族金h5元素、T/及びPがら2Aばれた一種以
    上の元素を表わし、YはA/、■n、 Ag、 Si。 1’i、 Nb、 Ta、、 (3o、 La、 O”
    e、 Ha及びMnがら選ばれた一種以上の元素を表わ
    し、a、 b、 c、 a。 ’l f+ gr h及び1はそれぞれ” o+ B 
    i、 Or、 N i。 Zr、 Fe、 X、 Y及び0の原子数であり、a=
    12とした場合、b=0.05〜20.a==0.05
    〜20゜a−0,1〜30.e=0.01〜20.t−
    0,01〜20゜g−0,001〜20. h−0〜2
    0の値をとシ、1は他の元素の原子価を満足する酸素の
    原子数である。) 2、a−’12とした場合、b=0.1〜8、c = 
    0.1〜10、d−1〜20、e=0.05〜101f
    =0.05〜10、g−[101〜10、h=0〜20
     の値をとり、1は他の元素の原子価を満足する酸素の
    原子数である特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 モノオレフィンが炭素原子数4〜乙のものである特
    許請求の範囲第1項記載の方法。 4、 モノオレフィンが正ブテン、イソペンテンまたは
    正ペンテンである特許請求の範囲第3項記載の方法。
JP58108281A 1983-06-16 1983-06-16 共役ジオレフインの製造法 Granted JPS601139A (ja)

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JP58108281A JPS601139A (ja) 1983-06-16 1983-06-16 共役ジオレフインの製造法
US06/618,922 US4547615A (en) 1983-06-16 1984-06-08 Process for producing conjugated diolefins

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