WO2015146789A1 - 脱水触媒、及び共役ジエンの製造方法 - Google Patents

脱水触媒、及び共役ジエンの製造方法 Download PDF

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WO2015146789A1
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silica
alumina
dehydration catalyst
dehydration
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瀬川　敦司
竜也 一條
信啓 木村
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Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/12—Silica and alumina
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/20—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
    • C07C1/24—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms by elimination of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2521/00—Catalysts comprising the elements, oxides or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium or hafnium
    • C07C2521/12—Silica and alumina

Definitions

  • the present invention relates to a dehydration catalyst and a method for producing a conjugated diene.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing an olefin by dehydration of ethanol, propanol, butanol, phenylpropanol or the like.
  • Patent Document 2 discloses a method for producing ⁇ -methylstyrene by dehydration of cumyl alcohol.
  • a solid acid catalyst is used for dehydration of the aliphatic saturated alcohol or aromatic alcohol as described above.
  • a solid acid catalyst By bringing the alcohol into contact with a solid acid catalyst, intramolecular dehydration of the alcohol occurs and an olefin is produced.
  • an aliphatic unsaturated alcohol is brought into contact with a conventional solid acid catalyst, not only an intramolecular dehydration reaction but also a side reaction such as an intermolecular dehydration reaction easily occurs. However, it is difficult to selectively convert them.
  • An object of the present invention is to provide a dehydration catalyst capable of selectively converting an aliphatic unsaturated alcohol to a conjugated diene, and a method for producing the conjugated diene.
  • the dehydration catalyst according to one aspect of the present invention includes silica alumina, and the silica vane ratio of silica alumina is 18 or less.
  • silica alumina includes silica alumina, and the silica vane ratio of silica alumina is 18 or less.
  • silicon atoms contained in silica alumina silicon atoms Q not directly bonded to hydroxy groups
  • the ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol having a ratio of 4 of 80 mol% or more and having 4 or more carbon atoms is dehydrated to produce a conjugated diene.
  • the silica alumina may have an acid point, the number of all acid points per unit mass of the silica alumina is N ACID , and the unit per unit mass of the silica alumina.
  • the number of weak points, when it is n W, n W / n ACID may be 0.78 or more.
  • the Keiban ratio may be 11 or less.
  • the number of Bronsted acid sites having silica alumina, a M B, the number of Lewis acid sites having silica alumina, when it is M L, M B / M L may be 0.2 to 0.5.
  • the ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol may be crotyl alcohol and the conjugated diene may be 1,3-butadiene.
  • a method for producing a conjugated diene according to one aspect of the present invention includes dehydrating an ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol having 4 or more carbon atoms using the dehydration catalyst according to the one aspect of the present invention. A step of generating a diene.
  • a dehydration catalyst capable of selectively converting an aliphatic unsaturated alcohol to a conjugated diene and a method for producing a conjugated diene are provided.
  • the method for producing a conjugated diene according to the present embodiment includes the step of dehydrating an ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol having 4 or more carbon atoms to produce a conjugated diene using the dehydration catalyst according to the present embodiment. Is provided.
  • the side reaction for example, intermolecular dehydration reaction
  • the side reaction accompanying the intramolecular dehydration reaction of an aliphatic unsaturated alcohol
  • the aliphatic unsaturated alcohol can be selectively converted into a conjugated diene.
  • the conversion rate defined by the following formula 1 increases, and the selectivity defined by the following formula 2 increases.
  • m 0 is the number of moles of the aliphatic unsaturated alcohol subjected to the dehydration reaction. That is, m 0 is the number of moles of the aliphatic unsaturated alcohol contained in the raw material of the conjugated diene. m 1 is the number of moles of aliphatic unsaturated alcohol remaining in the product of the dehydration reaction. m 2 is the number of moles of conjugated diene contained in the product of the dehydration reaction. (M 0 -m 1 ) may be rephrased as the number of moles of the aliphatic unsaturated alcohol converted into another substance by the dehydration reaction.
  • the dehydration catalyst according to this embodiment is particularly excellent in the activity of dehydrating crotyl alcohol and selectively converting it to 1,3-butadiene.
  • the carbon number of the ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol may be, for example, 4-8.
  • ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohols include, for example, crotyl alcohol, prenol, 1-buten-3-ol, 1-penten-3-ol, 2-penten-3-ol, 1-hexen-3-ol Or 2-hexen-3-ol.
  • the ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol may be appropriately selected from the above substances depending on the type of conjugated diene that is the object of production.
  • the conjugated diene is not particularly limited.
  • 1,3-butadiene isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 2-methyl-1,3-pentadiene, 3-methyl It may be 1,3-pentadiene, 2,3-dimethyl-1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 1,3-heptadiene, 2,4-hexadiene, or the like.
  • the dehydration catalyst according to this embodiment includes silica alumina, which is a kind of solid acid catalyst.
  • the dehydration catalyst may comprise, for example, alumina or silica in addition to silica alumina.
  • the dehydration catalyst may consist only of silica alumina.
  • Silica alumina may contain inevitable impurities.
  • the silica band of silica alumina is 18 or less.
  • the caivan ratio is M Si / M Al It is expressed. The smaller the Keiban ratio, the greater the alumina content in the silica alumina.
  • the Keiban ratio may be greater than 0 and 18 or less, for example.
  • the Keiban ratio may be 11 or less.
  • the cayban ratio is, for example, 2 to 18, 2 to 12, 2 to 11, 2 to 10, 2 to 5, 4 to 18, 4 to 12, 4 to 11, 4 to 10, 4 to 5, 4.1 to It may be 10.9, or 4.1 to 4.5.
  • the ratio of the silicon atom Q 4 that is not directly bonded to the hydroxy group (—OH) among all the silicon atoms contained in silica alumina is 80 mol% or more.
  • the silicon atom Q 4 may be paraphrased as a silicon atom bonded to four neutral oxygen atoms in silica alumina.
  • the neutral oxygen atom may be rephrased as an oxygen atom bonded to only one or both of a silicon atom and an aluminum atom in silica alumina.
  • the neutral oxygen atom may be paraphrased as an oxygen atom not bonded to a hydrogen atom in silica alumina.
  • the ratio of silicon atom Q 4 may be measured, for example, by 29 Si DD / MAS NMR ( 29 Si Dipolar Decoupling / Magic-Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance). To improve the accuracy of measurement of the proportion of silicon atoms Q 4, the adsorbed water dehydration catalyst before the measurement may be removed. When removing water, the dehydration catalyst may be dried, and the dehydration catalyst may be held in an inert gas such as nitrogen or a rare gas. However, the ratio of the silicon atom Q 4 is a value that hardly varies depending on the humidity of the atmosphere in which the dehydration catalyst is placed.
  • the ratio of silicon atoms Q 4 is high, hydroxy groups are less present in the silica-alumina. Therefore, when the ratio of the silicon atoms Q 4 is 80 mol% or more, water produced in the dehydration reaction is not easily adsorbed to a dehydration catalyst, liable to be discharged out of the reaction system, the dehydration reaction is promoted, conversions and selectivities The rate increases.
  • the proportion of silicon atom Q 4 may be, for example, 80 to 100 mol%, 82 to 100 mol%, or 90 to 100 mol%. Silica alumina does not need to have a hydroxy group.
  • the proportion of silicon atoms Q 2 and Q 3 are attached directly to the hydroxy group is less than 0 mol% to 20 mol%, less than 0 mol% to 180 mol%, or It may be 0 mol% or more and less than 10 mol%.
  • the silicon atom Q 2 which are two neutral oxygen atoms and two hydroxy groups directly bonded to silicon atoms.
  • the silicon atoms Q 3 a three neutral oxygen atoms and one hydroxyl group directly bonded to a silicon atom.
  • the proportion of silicon atoms Q 2 and Q 3 may also be measured by 29 Si DD / MAS NMR.
  • the ratio of the silicon atoms Q 2 and Q 3 is a value that easily varies depending on the humidity of the atmosphere in which the dehydration catalyst is placed. Therefore, when measuring the ratio of silicon atoms Q 2 and Q 3, it is better to remove the water adsorbed on the dehydration catalyst before measurement.
  • Silica alumina may have acid sites.
  • N ACID [m mol / g]
  • n W [m mol / g]
  • N W / N ACID may be greater than or equal to 0.78.
  • n W / N ACID is larger, conversion and selectivity tend to increase.
  • the n W / N ACID may be 0.78 to 1.00, 0.84 to 1.00, 0.85 to 1.00, or 0.86 to 1.00.
  • N ACID may be the number of all acid sites per unit mass of silica alumina calculated from the total number of ammonia adsorbed on silica alumina.
  • n W may be the number of acid points per unit mass of silica alumina calculated from the number of ammonia desorbed from silica alumina at 550 ° C. or less among the ammonia adsorbed on silica alumina. That is, n W and N ACID are calculated based on the measurement result of the temperature programmed desorption method (NH 3 -TPD) using ammonia.
  • NH 3 -TPD after ammonia, which is a probe molecule (base), is adsorbed on silica alumina, the temperature of silica alumina is continuously increased, and ammonia desorbed from silica alumina at each temperature (desorption temperature). Is measured by mass spectrometry. The above measurement is continued until the temperature of silica alumina reaches a temperature at which ammonia is no longer detected (maximum temperature). The number (mole number) of ammonia desorbed from the silica alumina from the time when the temperature of the silica alumina starts to reach the maximum temperature is integrated. That is, the total number of ammonia adsorbed on silica alumina is obtained.
  • N ACID may be quantified by dividing the total number of ammonia adsorbed on silica alumina by the mass of silica alumina. By integrating the number (mole number) of ammonia desorbed from the silica alumina during the period from when the temperature of the silica alumina starts to rise until reaching 550 ° C., the integrated value is divided by the mass of the silica alumina to obtain several n W may be quantified.
  • the unit mass of silica alumina is obtained by integrating the amount of ammonia desorbed from silica alumina after the temperature of silica alumina exceeds 550 ° C. and reaching the maximum temperature, and dividing this integrated value by the mass of silica alumina.
  • the number n S of strong acid points per hit may be quantified.
  • N ACID is equal to (n W + n S ).
  • the Bronsted acid point is a part (active point) having a property of giving a proton (H + ) to a reaction substrate ( ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol) among silica alumina parts.
  • the Lewis acid site is a site (active site) having a property of receiving an electron pair from a reaction substrate ( ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol) among sites of silica alumina.
  • M B / M L is 0.2-0.5, conversion and selectivity there is a tendency to increase.
  • M B / M L may be from 0.26 to 0.46.
  • the number is small in ⁇ - alumina B acid sites, therefore M B / M L is too small, it is difficult to achieve high conversion and selectivity using ⁇ - alumina.
  • M B / M L may be measured by the following infrared spectroscopy (IR) method.
  • IR infrared spectroscopy
  • silica alumina About 10 mg is weighed and the silica alumina is molded to produce a disk having a diameter of about 10 mm ⁇ .
  • the molded silica alumina is filled in the heat diffusion reflection cell.
  • the cell is evacuated for about 1 hour while the cell is heated to about 500 ° C.
  • the cell is cooled to 30 ° C. and reference measurement is performed.
  • the cell is heated to about 100 ° C., and pyridine (C 5 H 5 N) vapor is introduced into the cell for about 5 minutes.
  • the vapor pressure may be about 2.5 KPa.
  • a KM absorbance spectrum is calculated from the diffuse reflection spectrum.
  • the KM absorbance spectrum corresponds to the absorbance spectrum in the transmission method.
  • the peak P B having a wave number of about 1540 cm ⁇ 1 in the KM absorbance spectrum is derived from pyridinium ions.
  • Pyridinium ions are formed by adsorption of pyridine to the B acid sites of silica alumina. Therefore, the area of the peak P B corresponds to the number of B acid spots of silica alumina.
  • the peak P L having a wave number of about 1450 cm ⁇ 1 in the KM absorbance spectrum is derived from pyridine coordinated to the L acid point of silica alumina. Therefore, the area of the peak P L corresponds to the number of L acid sites of the silica-alumina. Based on the area of s peak P B and the peak P L ⁇ , M B / M L is calculated.
  • silica alumina used for the dehydration catalyst according to the present embodiment silica alumina having a cayban ratio of 18 or less and a silicon atom Q 4 ratio of 80 mol% or more may be selected from existing silica aluminas. .
  • the reaction temperature of the dehydration reaction of ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol may be, for example, 100 to 350 ° C., or 130 to 250 ° C.
  • the reaction temperature may be paraphrased as the temperature of the dehydration catalyst (dehydration catalyst layer in the reactor), for example.
  • the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the conversion rate and selectivity tend to increase.
  • the reaction temperature is equal to or lower than the upper limit, deterioration of the dehydration catalyst due to carbon deposition tends to be easily suppressed.
  • the dehydration reaction of the ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol may be a gas phase reaction or a liquid phase reaction. That is, a gaseous raw material (reaction substrate) containing ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol may be brought into contact with the dehydration catalyst, and a liquid raw material (reaction substrate) containing ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol is used. You may make it contact with a dehydration catalyst.
  • the reaction substrate may be diluted with gas or liquid. Formation of ether by intermolecular dehydration of ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol is suppressed by dilution of the reaction substrate. As a result, the conversion rate and selectivity are likely to increase.
  • the reaction substrate may be diluted with an organic solvent.
  • the organic solvent is not particularly limited.
  • the organic solvent may be a substance that vaporizes at the reaction temperature of the dehydration reaction, for example.
  • the organic solvent may be a substance that is compatible with the reaction substrate and the product.
  • the organic solvent may be a substance that does not inhibit the dehydration reaction.
  • the organic solvent may be a substance that can be easily separated from the product of the dehydration reaction by fractional distillation using a difference in boiling points.
  • the organic solvent may be, for example, hexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, cyclohexane, decalin, or toluene.
  • the dilution factor may be, for example, 20 times or less. In order to suppress the cost related to dilution, the dilution factor may be 10 times or less, or 5 times or less.
  • the gas space velocity may be, for example, 2 to 6000 h ⁇ 1 .
  • GHSV is defined as V gas / V cat .
  • V cat is the volume of the dehydration catalyst.
  • V gas is the volume (flow rate) of gaseous ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol supplied to the dehydration catalyst per unit time (1 h).
  • the liquid space velocity LHSV
  • LHSV is defined as V liquid / V cat .
  • V liquid is the volume (flow rate) of the liquid ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol supplied to the dehydration catalyst per unit time (1 h).
  • GHSV or LHSV is not less than the above lower limit value, the production of by-products tends to be suppressed.
  • GHSV or LHSV is less than or equal to the above upper limit value, the conversion rate tends to increase.
  • the pressure of the reaction system may be, for example, normal pressure to 3 MPa, or normal pressure to 1 MPa.
  • the pressure of the reaction system is not less than the above lower limit value, there is a tendency to be advantageous in terms of process.
  • the atmospheric pressure of the reaction system is not more than the above upper limit value, it is advantageous in terms of equilibrium, and the conversion tends to increase easily.
  • the reaction mode may be, for example, a flow type using a tubular reactor or the like, or a batch type using an autoclave or the like.
  • Example 1 [Dehydration catalyst]
  • silica alumina “IS-28N” manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd. was used as a dehydration catalyst.
  • “IS-28N” is hereinafter referred to as “silica alumina A” or “A”.
  • Silica alumina A was a particle prepared by crushing and classification. The particle diameter of silica alumina A was 0.85 to 1.4 mm. Table 1 below shows the silica band A and the BET specific surface area of silica alumina A.
  • n W / N ACID The n W / N ACID of silica alumina A was calculated based on the following ammonia temperature programmed desorption method (NH 3 -TPD).
  • Silica alumina A was filled into the measurement cell. While flowing He gas into the cell, the cell was dried under reduced pressure at about 500 ° C. for 1 hour to remove water adsorbed on the silica alumina A. Subsequently, NH 3 was adsorbed on silica alumina A by heating the inside of the cell to about 200 ° C. and introducing NH 3 into the cell as a pulse while flowing He gas into the cell. Subsequently, He gas was circulated in the cell at 200 ° C. for 60 minutes under reduced pressure. Subsequently, the cell was heated to 800 ° C.
  • Crotyl alcohol is a kind of ⁇ , ⁇ -aliphatic unsaturated alcohol having 4 or more carbon atoms.
  • the raw material R2 was prepared by diluting crotyl alcohol with hexane having twice the mass of crotyl alcohol. Crotyl alcohol was diluted with hexane having a mass five times that of crotyl alcohol to prepare raw material R5.
  • reaction tube 3 mL of dehydration catalyst was charged into the reaction tube.
  • the reaction tube was made of SUS, and the inner diameter of the reaction tube was 10 mm.
  • the temperature inside the reaction tube was maintained at 250 ° C., the atmospheric pressure inside the reaction tube was maintained at normal pressure, and the raw material R2 and the raw material R5 were circulated in the reaction tube as a gas phase in the following order.
  • the raw material R5 was circulated in the reaction tube at 0.45 ml / min for 1 hour. Subsequently, the raw material R5 was circulated in the reaction tube at 0.90 ml / min for 30 minutes. Subsequently, the raw material R2 was circulated in the reaction tube at 0.225 ml / min for 2 hours. Subsequently, the raw material R2 was circulated in the reaction tube at 0.45 ml / min for 1 hour. Finally, the raw material R5 was circulated in the reaction tube at 0.45 ml / min for 30 minutes. The gas (product gas) discharged from the reaction tube in the last 30 minutes was collected.
  • the product gas was analyzed by gas chromatography. Gas chromatography was performed under the following conditions. Gas chromatograph: 6850 manufactured by Agilent. Column: HP-1. Detector: Hydrogen flame ion detector (FID). Injection temperature: 250 ° C. Detector temperature: 300 ° C. Hydrogen flow rate: 30 mL / min. Air flow rate 400 mL / min.
  • Gas chromatograph 6850 manufactured by Agilent. Column: HP-1.
  • Detector Hydrogen flame ion detector (FID). Injection temperature: 250 ° C. Detector temperature: 300 ° C. Hydrogen flow rate: 30 mL / min. Air flow rate 400 mL / min.
  • the conversion rate RC was calculated by the following formula 1.
  • the selectivity R S was calculated by the following formula 2.
  • the conversion rate RC and selectivity RS of Example 1 are shown in Table 1 below.
  • m 0 is the number of moles of crotyl alcohol contained in the raw material R5 supplied to the reaction tube in the last 30 minutes.
  • m 0 is a value obtained based on gas chromatography for the raw material R5.
  • m 1 is the number of moles of crotyl alcohol remaining in the product gas.
  • m 2 is the number of moles of 1,3-butadiene contained in the product gas.
  • m 1 and m 2 are values obtained based on gas chromatography on the product gas.
  • Examples 2 and 3 Comparative Examples 1 to 6 Except for the type of dehydration catalyst, the crotyl alcohols of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 6 were dehydrated in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 instead of silica alumina A, silica alumina “N632HN” manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd. was used as the dehydration catalyst. “N632HN” is hereinafter referred to as “silica alumina B” or “B”.
  • Example 3 instead of silica alumina A, silica alumina “N632L” manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd. was used as the dehydration catalyst. “N632L” is hereinafter referred to as “silica alumina C” or “C”.
  • silica alumina D silica alumina D
  • D silica alumina D
  • silica alumina E silica alumina E manufactured by N.E. Chemcat Co., Ltd. was used as the dehydration catalyst.
  • F24x silica alumina E manufactured by N.E. Chemcat Co., Ltd. was used as the dehydration catalyst.
  • F24x is referred to as “silica alumina E” or “E”.
  • silica alumina F25 manufactured by N.E. Chemcat Co., Ltd. was used as the dehydration catalyst.
  • F25 is referred to as “silica alumina F” or “F”.
  • zeolite “HSZ-640HOD1A” manufactured by Tosoh Corporation was used as the dehydration catalyst.
  • zeolite G zeolite G or “G”.
  • ⁇ -alumina “KHO-12” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used in place of silica alumina A as a dehydration catalyst.
  • KHO-12 is hereinafter referred to as “ ⁇ -alumina I” or “I”.
  • Table 1 below shows the ratios of B, C, D, E, F, G, and H respectively.
  • the BET specific surface areas of B, C, D, E, F and I are shown in Table 1 below.
  • the ratio of B, C, D, E, and F each of the silicon atoms Q 4 measured by the same method as in Example 1 is shown in Table 1 below.
  • B calculated in the same manner as in Example 1, C, D, E, F, G, and n W / N ACID H and I ⁇ s, shown in Table 1 below.
  • Table 1 below shows B B and C M B / M L calculated in the same manner as in Example 1.
  • Example 1 shows the gases produced in the dehydration reaction in Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 6 obtained by the same method as in Example 1.
  • Comparative Example 1 using silica alumina D having a Keiban ratio larger than 18 and a small number of acid sites derived from alumina, the silica alumina D was rapidly deteriorated and the conversion rate RS was low.
  • Comparative Examples 2 and 3 using silica aluminas E and F in which the proportion of silicon atom Q 4 not directly bonded to a hydroxy group is small water produced during the dehydration reaction is adsorbed on silica alumina and discharged out of the reaction system. Therefore, the dehydration reaction did not proceed easily, and both the conversion rate RC and the selectivity RS were low.
  • a conjugated diene can be produced with high conversion and selectivity.

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Abstract

　脂肪族不飽和アルコールを共役ジエンへ選択的に転化させることができる脱水触媒を提供する。脱水触媒は、シリカアルミナを備え、シリカアルミナのケイバン比が１８以下であり、シリカアルミナに含まれる全てのケイ素原子のうち、ヒドロキシ基と直接結合していないケイ素原子Ｑ４の割合が、８０モル％以上であり、炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールを脱水して、共役ジエンを生成させる。

Description

脱水触媒、及び共役ジエンの製造方法
　本発明は、脱水触媒、及び共役ジエンの製造方法に関する。
　アルコールの脱水反応によってオレフィンを製造する種々の方法が知られている。例えば、下記特許文献１には、エタノール、プロパノール、ブタノール又はフェニルプロパノール等の脱水によって、オレフィンを製造する方法が開示されている。下記特許文献２には、クミルアルコールの脱水によって、α－メチルスチレンを製造する方法が開示されている。
特表２０１３－５３３２３６号公報 特開２００７－９９７２９号公報
　上記のような脂肪族飽和アルコール又は芳香族アルコールの脱水には、固体酸触媒が用いられる。上記アルコールを固体酸触媒に接触させることにより、アルコールの分子内脱水が起こり、オレフィンが生成する。しかし、脂肪族不飽和アルコールを従来の固体酸触媒に接触させると、分子内脱水反応のみならず、分子間脱水反応等の副反応も起こり易いため、脂肪族不飽和アルコールを、目的とするオレフィンへ、選択的に転化させることが困難である。
　本発明は、脂肪族不飽和アルコールを共役ジエンへ選択的に転化させることができる脱水触媒、及び共役ジエンの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、鋭意研究の結果、特定のシリカアルミナを脱水触媒として用いることにより、特定のアルコールを共役ジエンへ選択的に転化させ易いことを発見し、下記本発明に到った。
　本発明の一側面に係る脱水触媒は、シリカアルミナを備え、シリカアルミナのケイバン比が１８以下であり、シリカアルミナに含まれる全てのケイ素原子のうち、ヒドロキシ基と直接結合していないケイ素原子Ｑ４の割合が、８０モル％以上であり、炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールを脱水して、共役ジエンを生成させる。
　本発明の一側面に係る脱水触媒においては、シリカアルミナは酸点を有してよく、シリカアルミナの単位質量当たりの全ての酸点の数が、ＮＡＣＩＤであり、シリカアルミナの単位質量当たりの弱酸点の数が、ｎＷであるとき、ｎＷ／ＮＡＣＩＤは、０．７８以上であってよい。
　本発明の一側面に係る脱水触媒においては、ケイバン比が１１以下であってよい。
　本発明の一側面に係る脱水触媒においては、シリカアルミナが有するブレンステッド酸点の数が、ＭＢであり、シリカアルミナが有するルイス酸点の数が、ＭＬであるとき、ＭＢ／ＭＬは、０．２～０．５であってよい。
　本発明の一側面においては、α，β－脂肪族不飽和アルコールが、クロチルアルコールであってよく、共役ジエンが、１，３－ブタジエンであってよい。
　本発明の一側面に係る共役ジエンの製造方法は、上記本発明の一側面に係る脱水触媒を用いて、炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールを脱水して、共役ジエンを生成させる工程を備える。
　本発明によれば、脂肪族不飽和アルコールを共役ジエンへ選択的に転化させることができる脱水触媒、及び共役ジエンの製造方法が提供される。
　以下では、本発明の好適な一実施形態に係る脱水触媒、及び当該脱水触媒を用いた共役ジエンの製造方法について説明する。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。
　本実施形態に係る共役ジエンの製造方法は、本実施形態に係る脱水触媒を用いて、炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールを脱水して、共役ジエンを生成させる工程を備える。
　本実施形態によれば、脂肪族不飽和アルコールの分子内脱水反応に伴う副反応（例えば、分子間脱水反応）を抑制し、脂肪族不飽和アルコールを共役ジエンへ選択的に転化させることができる。つまり、下記式１で定義される転化率が増加し、下記式２で定義される選択率が増加する。
転化率ＲＣ（モル％）＝｛１－（ｍ１／ｍ０）｝×１００　　　（式１）
選択率ＲＳ（モル％）＝｛ｍ２／（ｍ０－ｍ１）｝×１００　　　（式２）
ｍ０は、脱水反応に供した脂肪族不飽和アルコールのモル数である。つまりｍ０は、共役ジエンの原料に含まれる脂肪族不飽和アルコールのモル数である。
ｍ１は、脱水反応の生成物中に残存する脂肪族不飽和アルコールのモル数である。
ｍ２は、脱水反応の生成物に含まれる共役ジエンのモル数である。
（ｍ０－ｍ１）は、脱水反応によって他の物質に転化した脂肪族不飽和アルコールのモル数と言い換えてよい。
　本実施形態に係る脱水触媒は、特に、クロチルアルコールを脱水して１，３－ブタジエンへ選択的に転化させる活性に優れる。
　α，β－脂肪族不飽和アルコールの炭素数は、例えば、４～８であってよい。α，β－脂肪族不飽和アルコールは、例えば、クロチルアルコール、プレノール、１－ブテン－３－オール、１－ペンテン－３－オール、２－ペンテン－３－オール、１－ヘキセン－３－オール、又は２－ヘキセン－３－オールなどであってよい。α，β－脂肪族不飽和アルコールは、製造の目的物である共役ジエンの種類に応じて、上記の物質の中から適宜選択されてよい。共役ジエンは、特に限定されないが、例えば、１，３－ブタジエン、イソプレン、２，３－ジメチル－１，３－ブタジエン、１，３－ペンタジエン、２－メチル－１，３－ペンタジエン、３－メチル－１，３－ペンタジエン、２，３－ジメチル－１，３－ペンタジエン、１，３－ヘキサジエン、２，４－ヘキサジエン、１，３－ヘプタジエン、又は２，４－ヘキサジエンなどであってよい。
　本実施形態に係る脱水触媒は、固体酸触媒の一種であるシリカアルミナを備える。脱水触媒は、シリカアルミナに加えて、例えば、アルミナ又はシリカを備えてもよい。脱水触媒は、シリカアルミナのみからなっていてもよい。シリカアルミナは、不可避的な不純物を含んでもよい。
　シリカアルミナのケイバン比が１８以下である。シリカアルミナを構成するシリカ（ＳｉＯ２）のモル数がＭＳｉであり、シリカアルミナを構成するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のモル数がＭＡｌであるとき、ケイバン比は、ＭＳｉ／ＭＡｌと表される。ケイバン比が小さいほど、シリカアルミナ中のアルミナの含有量は多い。したがって、ケイバン比が１８以下である場合、シリカアルミナがアルミナに由来する多数の酸点を有するため、α，β－脂肪族不飽和アルコールの脱水の進行に伴う脱水触媒の劣化が抑制され、転化率が増加する。ケイバン比は、例えば、０より大きく１８以下であってよい。ケイバン比は、１１以下であってもよい。ケイバン比は、例えば、２～１８、２～１２、２～１１、２～１０、２～５、４～１８、４～１２、４～１１、４～１０、４～５、４．１～１０．９、又は４．１～４．５であってもよい。
　シリカアルミナに含まれる全てのケイ素原子のうち、ヒドロキシ基（‐ＯＨ）と直接結合していないケイ素原子Ｑ４の割合は、８０モル％以上である。ケイ素原子Ｑ４とは、シリカアルミナにおいて４つの中性酸素原子と結合しているケイ素原子と言い換えてよい。中性酸素原子とは、シリカアルミナにおいてケイ素原子及びアルミニウム原子のいずれか一方のみ又は両方のみと結合している酸素原子と言い換えてよい。中性酸素原子とは、シリカアルミナ中において水素原子と結合していない酸素原子と言い換えてもよい。ケイ素原子Ｑ４の割合は、例えば、２９Ｓｉ　ＤＤ／ＭＡＳ　ＮＭＲ（２９Ｓｉ　Ｄｉｐｏｌａｒ　Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ　／　Ｍａｇｉｃ－Ａｎｇｌｅ　Ｓｐｉｎｎｉｎｇ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって測定されてよい。ケイ素原子Ｑ４の割合の測定の精度を向上させるために、測定前に脱水触媒に吸着した水を除去してもよい。水を除去する場合、脱水触媒を乾燥させてよく、脱水触媒を窒素又は希ガス等の不活性ガス中に保持してもよい。ただし、ケイ素原子Ｑ４の割合は、脱水触媒が置かれる雰囲気の湿度によって変動し難い値である。
　ケイ素原子Ｑ４の割合が高いほど、シリカアルミナにおいて存在するヒドロキシ基が少ない。したがって、ケイ素原子Ｑ４の割合が８０モル％以上である場合、脱水反応において生成する水が脱水触媒に吸着し難く、反応系外に排出され易いため、脱水反応が促進され、転化率及び選択率が増加する。ケイ素原子Ｑ４の割合は、例えば、８０～１００モル％、８２～１００モル％、又は９０～１００モル％であってよい。シリカアルミナは、ヒドロキシ基を備えなくてもよい。
　シリカアルミナに含まれる全てのケイ素原子のうち、ヒドロキシ基と直接結合しているケイ素原子Ｑ２及びＱ３の割合は、０モル％以上２０モル％未満、０モル％以上１８０モル％未満、又は０モル％以上１０モル％未満であってよい。ケイ素原子Ｑ２とは、２つの中性酸素原子及び２つのヒドロキシ基と直接結合したケイ素原子である。ケイ素原子Ｑ３とは、３つの中性酸素原子及び１つのヒドロキシ基と直接結合したケイ素原子である。ケイ素原子Ｑ２及びＱ３の割合が小さいほど、脱水反応において生成する水が脱水触媒に吸着し難く、反応系外に排出され易いため、脱水反応が促進され、転化率及び選択率が増加する。ケイ素原子Ｑ２及びＱ３の割合もまた、２９Ｓｉ　ＤＤ／ＭＡＳ　ＮＭＲによって測定されてよい。ただし、ケイ素原子Ｑ２及びＱ３の割合は、脱水触媒が置かれる雰囲気の湿度によって変動し易い値である。よって、ケイ素原子Ｑ２及びＱ３の割合を測定する場合、測定前に脱水触媒に吸着した水を除去したほうがよい。
　シリカアルミナは酸点を有してよい。シリカアルミナの単位質量当たりの全ての酸点の数が、ＮＡＣＩＤ［ｍ　ｍｏｌ／ｇ］であり、シリカアルミナの単位質量当たりの弱酸点の数が、ｎＷ［ｍ　ｍｏｌ／ｇ］であるとき、ｎＷ／ＮＡＣＩＤは、０．７８以上であってよい。ｎＷ／ＮＡＣＩＤが大きいほど、転化率及び選択率が増加し易い傾向がある。ｎＷ／ＮＡＣＩＤは、０．７８～１．００、０．８４～１．００、０．８５～１．００、又は０．８６～１．００であってもよい。
　ＮＡＣＩＤは、シリカアルミナに吸着させたアンモニアの全数から算出される、シリカアルミナの単位質量当たりの全ての酸点の数であってよい。ｎＷは、シリカアルミナに吸着させたアンモニアのうち、５５０℃以下でシリカアルミナから脱離するアンモニアの数から算出される、シリカアルミナの単位質量当たりの酸点の数であってよい。つまり、ｎＷ及びＮＡＣＩＤは、アンモニアを用いた昇温脱離法（ＮＨ３－ＴＰＤ）の測定結果に基づき、算出される。ＮＨ3－ＴＰＤでは、シリカアルミナにプローブ分子（塩基）であるアンモニアを吸着させた後、シリカアルミナの温度を連続的に上昇させると共に、各温度（脱離温度）においてシリカアルミナから脱離したアンモニアの数（モル数）を質量分析によって測定する。シリカアルミナの温度が、アンモニアが検出されなくなる温度（最高温度）に達するまで、上記測定を継続する。シリカアルミナの温度が上昇し始めてから最高温度に達するまでの間にシリカアルミナから脱離したアンモニアの数（モル数）を積分する。つまり、シリカアルミナに吸着していたアンモニアの全数を求める。シリカアルミナに吸着していたアンモニアの全数をシリカアルミナの質量で割ることにより、ＮＡＣＩＤを定量してよい。シリカアルミナの温度が上昇し始めてから５５０℃に達するまでの間にシリカアルミナから脱離したアンモニアの数（モル数）を積分して、この積分値をシリカアルミナの質量で割ることにより、数ｎＷを定量してよい。シリカアルミナの温度が５５０℃を超えてから最高温度に達するまでの間にシリカアルミナから脱離したアンモニア量を積分して、この積分値をシリカアルミナの質量で割ることにより、シリカアルミナの単位質量当たりの強酸点の数ｎＳを定量してよい。ＮＡＣＩＤは、（ｎＷ＋ｎＳ）に等しい。
　シリカアルミナが有するブレンステッド酸点（Ｂ酸点）の数（例えば、モル数）がＭＢであり、シリカアルミナが有するルイス酸点（Ｌ酸点）の数（例えば、モル数）がＭＬであるとき、ＭＢ／ＭＬは０．２～０．５であってよい。なお、ブレンステッド酸点とは、シリカアルミナの部位のうち、反応基質（α，β－脂肪族不飽和アルコール）に対してプロトン（Ｈ＋）を与える性質を有する部位（活性点）である。ルイス酸点とは、シリカアルミナの部位のうち、反応基質（α，β－脂肪族不飽和アルコール）から電子対を受け取る性質を有する部位（活性点）である。ＭＢ／ＭＬが０．２～０．５である場合、転化率及び選択率が増加し易い傾向がある。同様の理由から、ＭＢ／ＭＬは０．２６～０．４６であってもよい。γ－アルミナのＢ酸点の数は少なく、そのＭＢ／ＭＬが小さ過ぎるため、γ－アルミナを用いて高い転化率及び選択率を達成することは困難である。プロトン型ゼオライトのＢ酸点の数は多く、そのＭＢ／ＭＬが大き過ぎるため、プロトン型ゼオライトを用いた場合には高い転化率及び選択率を達成することは困難である。
　ＭＢ／ＭＬは、例えば、以下の赤外分光（ＩＲ）法によって測定されてよい。
　約１０ｍｇのシリカアルミナを秤量して、このシリカアルミナを成型して、直径が約１０ｍｍφである円盤を作製する。この成型されたシリカアルミナを加熱拡散反射セル内に充填する。前処理として、セルを５００℃程度に加熱しながら、セル内を１時間程度排気する。前処理後、セルを３０℃まで冷却し、リファレンス測定を実施した後、セルを１００℃程度に加熱し、ピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）の蒸気をセル内に５分程度導入する。蒸気圧は２．５ＫＰａ程度であってよい。ピリジンはシリカアルミナに化学吸着する。一部のピリジンはシリカアルミナに物理吸着する。ピリジンの導入後、セルを１５０℃程度に加熱して、セル内を６０分程度排気する。この加熱及び排気により、物理吸着したピリジンがシリカアルミナから除去される。続いてセルを３０℃まで冷却した後、セル内のシリカアルミナのＩＲスペクトル（拡散反射スペクトル）を測定する。Ｋｕｂｅｌｋａ－Ｍｕｎｋ式（ＫＭ式）に基づき、拡散反射スペクトルからＫＭ吸光度スペクトルを算出する。ＫＭ吸光度スペクトルは、透過法における吸光度スペクトルに相当する。ＫＭ吸光度スペクトルにおいて波数が約１５４０ｃｍ－１であるピークＰＢは、ピリジニウムイオンに由来する。ピリジニウムイオンは、ピリジンがシリカアルミナのＢ酸点に吸着することによって形成される。よって、ピークＰＢの面積は、シリカアルミナのＢ酸点の数に対応する。ＫＭ吸光度スペクトルにおいて波数が約１４５０ｃｍ－１であるピークＰＬは、シリカアルミナのＬ酸点に配位結合したピリジンに由来する。よって、ピークＰＬの面積は、シリカアルミナのＬ酸点の数に対応する。ピークＰＢ及びピークＰＬ其々の面積に基づき、ＭＢ／ＭＬが算出される。
　本実施形態に係る脱水触媒に用いるシリカアルミナとして、既存のシリカアルミナの中から、ケイバン比が１８以下であり、ケイ素原子Ｑ４の割合が８０モル％以上であるシリカアルミナを選定してもよい。
　α，β－脂肪族不飽和アルコールの脱水反応の反応温度は、例えば、１００～３５０℃、又は１３０～２５０℃であってよい。反応温度とは、例えば、脱水触媒（反応器内の脱水触媒層）の温度と言い換えてもよい。反応温度が上記の下限値以上である場合、転化率及び選択率が増加し易い傾向がある。反応温度が上記の上限値以下である場合、炭素の析出による脱水触媒の劣化が抑制され易い傾向がある。
　α，β－脂肪族不飽和アルコールの脱水反応は、気相反応であってもよく、液相反応であってもよい。つまり、α，β－脂肪族不飽和アルコールを含むガス状の原料（反応基質）を脱水触媒に接触させてもよく、α，β－脂肪族不飽和アルコールを含む液状の原料（反応基質）を脱水触媒に接触させてもよい。反応基質をガス又は液体で希釈してもよい。α，β－脂肪族不飽和アルコールの分子間脱水によるエーテルの生成が、反応基質の希釈によって抑制される。その結果、転化率及び選択率が増加し易い。例えば、反応基質を有機溶媒で希釈してよい。有機溶媒は、特に限定されない。有機溶媒は、例えば、脱水反応の反応温度において気化する物質であってよい。有機溶媒は、反応基質及び生成物と相溶する物質であってもよい。有機溶媒は、脱水反応を阻害しない物質であってもよい。有機溶媒は、沸点差を利用した分留等によって、脱水反応の生成物から分離し易い物質であってもよい。有機溶媒は、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、デカリン、又はトルエンなどであってよい。希釈倍率は、例えば、２０倍以下であってよい。希釈に係るコストを抑制するために、希釈倍率は、１０倍以下、又は５倍以下であってもよい。
　脱水反応が気相反応である場合、ガス空間速度（ＧＨＳＶ）は、例えば、２～６０００ｈ－１であってよい。ＧＨＳＶは、Ｖｇａｓ／Ｖｃａｔと定義される。Ｖｃａｔは、脱水触媒の体積である。Ｖｇａｓは、脱水触媒に単位時間（１ｈ）当たりに供給されるガス状のα，β－脂肪族不飽和アルコールの体積（流量）である。脱水反応が液相反応であるとき、液空間速度（ＬＨＳＶ）は、例えば、０．０１～２０ｈ－１、又０．０５～５ｈ－１であってよい。ＬＨＳＶは、Ｖｌｉｑｕｉｄ／Ｖｃａｔと定義される。Ｖｌｉｑｕｉｄは、脱水触媒に単位時間（１ｈ）当たりに供給される液状のα，β－脂肪族不飽和アルコールの体積（流量）である。ＧＨＳＶ又はＬＨＳＶが上記の下限値以上である場合、副生成物の生成が抑制され易い傾向がある。ＧＨＳＶ又はＬＨＳＶが上記の上限値以下である場合、転化率が増加し易い傾向がある。
　脱水反応が気相反応である場合、反応系の気圧（反応器内の気圧）は、例えば、常圧～３ＭＰａ、又は常圧～１ＭＰａであればよい。反応系の気圧が上記の下限値以上である場合、プロセス上有利となる傾向がある。反応系の気圧が上記の上限値以下である場合、平衡上有利となり、転化率が増加し易い傾向がある。
　反応様式は、例えば、管状反応器等を用いる流通式であってよく、オートクレーブ等を用いるバッチ式であってよい。
　以下では実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
　（実施例１）
　［脱水触媒］
　実施例１では、脱水触媒として、日揮触媒化成（株）製のシリカアルミナ「ＩＳ－２８Ｎ」を用いた。「ＩＳ－２８Ｎ」を、以下では「シリカアルミナＡ」又は「Ａ」と記す。シリカアルミナＡは、破砕及び分級によって調製された粒子であった。シリカアルミナＡの粒径は０．８５～１．４ｍｍであった。シリカアルミナＡのケイバン比及びＢＥＴ比表面積を、下記表１に示す。
　＜ケイ素原子Ｑ４の割合の測定＞
　シリカアルミナＡにおけるケイ素原子Ｑ４の割合を、固体高分解能ＮＭＲ（２９Ｓｉ　ＮＭＲ）によって測定した。固体高分解能ＮＭＲ装置としては、Ｖａｒｉａｎ社製の「Ｖａｒｉａｎ　ＮＭＲ　ｓｙｓｔｅｍ　５００」を用いた。測定条件は、以下のように設定した。
２９Ｓｉ共鳴周波数：　９９．２８ＭＨｚ。
測定モード：　　　　ＤＤ／ＭＡＳ。
観測温度：　　　　　３００Ｋ（室温）。
外部基準物質：　　　シリコーンゴム（化学シフト値は－２２．３ｐｐｍである）。
　シリカアルミナＡにおけるケイ素原子Ｑ４の割合の測定値を、下記表１に示す。
　＜ｎＷ／ＮＡＣＩＤの測定＞
　シリカアルミナＡのｎＷ／ＮＡＣＩＤを、下記のアンモニア昇温脱離法（ＮＨ３－ＴＰＤ）に基づき算出した。
　シリカアルミナＡを測定用セル内に充填した。このセル内へＨｅガスを流通させながら、約５００℃で１時間セル内の減圧乾燥を行い、シリカアルミナＡに吸着していた水を除去した。続いて、セル内を約２００℃に加熱し、Ｈｅガスをセル内へ流通させながら、ＮＨ３をパルスとしてセル内へ導入することにより、ＮＨ３をシリカアルミナＡに吸着させた。続いて、減圧下においてＨｅガスを２００℃で６０分セル内に流通させた。続いて、セルを８００℃まで１０℃／分の速度で加熱して、各温度においてシリカアルミナなら脱離するＮＨ３を質量分析計で定量した。２００～５５０℃の範囲でシリカアルミナＡから脱離したＮＨ３の総量から、シリカアルミナＡの単位質量当たりの弱酸点の数ｎＷ［ｍ　ｍｏｌ／ｇ］を算出した。シリカアルミナＡの温度が５５０℃を超えてから８００℃に達するまでの間に脱離したＮＨ３の総量から、シリカアルミナＡの単位質量当たりの強酸点の数ｎＳ［ｍ　ｍｏｌ／ｇ］を算出した。ｎＷ及びｎＳの和から、シリカアルミナＡの単位質量当たりの全酸点の数ＮＡＣＩＤを求めた。
　シリカアルミナＡのｎＷ／ＮＡＣＩＤを、下記表１に示す。
　＜ＭＢ／ＭＬの測定＞
　約１０ｍｇのシリカアルミナを秤量して、このシリカアルミナを成型して、直径が約１０ｍｍφである円盤を作製した。この成型されたシリカアルミナを加熱拡散反射セル内に充填した。前処理として、セルを５００℃程度に加熱しながら、セル内を１時間程度排気した。前処理後、セルを３０℃まで冷却し、リファレンス測定を実施した後、セルを１００℃程度に加熱し、ピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）の蒸気をセル内に５分程度導入した。蒸気圧は２．５ＫＰａ程度であった。ピリジンの導入後、セルを１５０℃程度に加熱して、セル内を６０分程度排気した。この加熱及び排気により、シリカアルミナＡに物理吸着したピリジンをシリカアルミナから除去した。続いてセルを３０℃まで冷却した後、セル内のシリカアルミナＡのＩＲスペクトル（拡散反射スペクトル）を測定した。Ｋｕｂｅｌｋａ－Ｍｕｎｋ式（ＫＭ式）に基づき、拡散反射スペクトルからＫＭ吸光度スペクトルを算出した。ＫＭ吸光度スペクトルにおいて波数が１５４０ｃｍ－１であるピークＰＢの面積を求めた。ＫＭ吸光度スペクトルにおいて波数が１４５４ｃｍ－１であるピークＰＬの面積を求めた。ピークＰＢ及びピークＰＬ其々の面積に基づき、シリカアルミナＡのＭＢ／ＭＬを算出した。
　シリカアルミナＡのＭＢ／ＭＬを、下記表１に示す。
　［クロチルアルコールの脱水反応］
　以下のクロチルアルコールの脱水反応を行った。クロチルアルコールは、炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールの一種である。
　クロチルアルコールを、クロチルアルコールの２倍の質量のヘキサンで希釈して、原料Ｒ２を調製した。クロチルアルコールを、クロチルアルコールの５倍の質量のヘキサンで希釈して、原料Ｒ５を調製した。
　３ｍＬの脱水触媒を、反応管に充填した。反応管はＳＵＳ製であり、反応管の内径は１０ｍｍであった。反応管の内部の温度を２５０℃に維持し、反応管の内部の気圧を常圧に維持して、以下の順序で、原料Ｒ２及び原料Ｒ５を気相として反応管内に流通させた。
　まず原料Ｒ５を、０．４５ｍｌ／ｍｉｎで１時間反応管内に流通させた。続いて、原料Ｒ５を、０．９０ｍｌ／ｍｉｎで３０分間反応管内に流通させた。続いて、原料Ｒ２を、０．２２５ｍｌ／ｍｉｎで２時間反応管内に流通させた。続いて、原料Ｒ２を、０．４５ｍｌ／ｍｉｎで１時間反応管内に流通させた。最後に、原料Ｒ５を、０．４５ｍｌ／ｍｉｎで３０分間反応管内に流通させた。最後の３０分間に反応管から排出されたガス（生成ガス）を採取した。
　生成ガスをガスクロマトグラフィーで分析した。ガスクロマトグラフィーは、下記の条件下で行った。
ガスクロマトグラフ：　　Ａｇｉｌｅｎｔ社　社製の６８５０。
カラム：　　　　　　　　ＨＰ－１。
検出器：　　　　　　　　水素炎イオン検出器（ＦＩＤ）。
インジェクション温度：　２５０　℃。
ディテクター温度：　　　３００　℃。
水素流量：　　　　　　　３０　ｍＬ／分。
Ａｉｒ流量　　　　　　　４００　ｍＬ／分。
　ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、生成ガスは１，３－ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）を含むことが確認された。１，３－ブタジエンは、共役ジエンの一種である。生成ガス中には、未反応のクロチルアルコールが残存していることが確認された。下記式１によって、転化率ＲＣを算出した。下記式２によって、選択率ＲＳを算出した。実施例１の転化率ＲＣ及び選択率ＲＳを下記表１に示す。
転化率ＲＣ（モル％）＝｛１－（ｍ１／ｍ０）｝×１００　　　（式１）
選択率ＲＳ（モル％）＝｛ｍ２／（ｍ０－ｍ１）｝×１００　　　（式２）
ｍ０は、最後の３０分間に反応管へ供給した原料Ｒ５に含まれていたクロチルアルコールのモル数である。ｍ０は、原料Ｒ５についてのガスクロマトグラフィーに基づいて求められた値である。ｍ１は、生成ガス中に残存していたクロチルアルコールのモル数である。ｍ２は、生成ガスに含まれていた１，３－ブタジエンのモル数である。ｍ１及びｍ２は、生成ガスについてのガスクロマトグラフィーに基づいて求められた値である。
　（実施例２，３、比較例１～６）
　脱水触媒の種類を除いて実施例１と同様の方法で、実施例２，３及び比較例１～６其々のクロチルアルコールの脱水反応を行った。
　実施例２では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、日揮触媒化成（株）製のシリカアルミナ「Ｎ６３２ＨＮ」を用いた。「Ｎ６３２ＨＮ」を、以下では「シリカアルミナＢ」又は「Ｂ」と記す。
　実施例３では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、日揮触媒化成（株）製のシリカアルミナ「Ｎ６３２Ｌ」を用いた。「Ｎ６３２Ｌ」を、以下では「シリカアルミナＣ」又は「Ｃ」と記す。
　比較例１では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、富士シリシア化学（株）製のシリカアルミナ「３０８」を用いた。「３０８」を、以下では「シリカアルミナＤ」又は「Ｄ」と記す。
　比較例２では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、エヌ・イー　ケムキャット（株）製のシリカアルミナ「Ｆ２４ｘ」を用いた。「Ｆ２４ｘ」を、以下では「シリカアルミナＥ」又は「Ｅ」と記す。
　比較例３では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、エヌ・イー　ケムキャット（株）製のシリカアルミナ「Ｆ２５」を用いた。「Ｆ２５」を、以下では「シリカアルミナＦ」又は「Ｆ」と記す。
　比較例４では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、東ソー（株）製のゼオライト「ＨＳＺ－６４０ＨＯＤ１Ａ」を用いた。「ＨＳＺ－６４０ＨＯＤ１Ａ」を、以下では「ゼオライトＧ」又は「Ｇ」と記す。
　比較例５では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、東ソー（株）製のゼオライト「ＨＳＺ－８４２ＨＯＤ１Ｃ」を用いた。「ＨＳＺ－８４２ＨＯＤ１Ｃ」を、以下では「ゼオライトＨ」又は「Ｈ」と記す。
　比較例６では、脱水触媒として、シリカアルミナＡの代わりに、住友化学（株）製のγ‐アルミナ「ＫＨＯ－１２」を用いた。「ＫＨＯ－１２」を、以下では「γ-アルミナＩ」又は「Ｉ」と記す。
　Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ及びＨ其々のケイバン比を、下記表１に示す。Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ及びＩ其々のＢＥＴ比表面積を、下記表１に示す。実施例１と同様の方法で測定したＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦ其々のケイ素原子Ｑ４の割合を、下記表１に示す。実施例１と同様の方法で算出したＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ及びＩ其々のｎＷ／ＮＡＣＩＤを、下記表１に示す。実施例１と同様の方法で算出したＢ及びＣ其々のＭＢ／ＭＬを、下記表１に示す。
　実施例１と同様の方法で、実施例２，３及び比較例１～６其々の脱水反応の生成ガスを分析した。実施例２，３及び比較例１～６の生成ガスのいずれも、１，３－ブタジエンを含むことが確認された。また、実施例２，３及び比較例１～６の生成ガスのいずれにおいても、未反応のクロチルアルコールが残存していることが確認された。実施例１と同様の方法で求めた実施例２，３及び比較例１～６其々の転化率ＲＣ及び選択率ＲＳを、下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すに、全実施例の転化率ＲＣ及び選択率ＲＳは全比較例の転化率ＲＣ及び選択率ＲＳよりも高いことが確認された。
　ケイバン比が１８より大きく、アルミナ由来の酸点の数が少ないシリカアルミナＤを用いた比較例１では、シリカアルミナＤの劣化が早く、転化率ＲＳが低かった。ヒドロキシ基と直接結合していないケイ素原子Ｑ４の割合が小さいシリカアルミナＥ，Ｆを用いた比較例２，３では、脱水反応時に生成した水がシリカアルミナに吸着して、反応系外に排出され難かったため、脱水反応が進行し難く、転化率ＲＣ及び選択率ＲＳが共に低かった。
　本発明に係る脱水触媒を用いた脂肪族不飽和アルコールの脱水反応によれば、共役ジエンを高い転化率及び選択率で製造することができる。

Claims (6)

  1. 　シリカアルミナを備え、
    　前記シリカアルミナのケイバン比が１８以下であり、
    　前記シリカアルミナに含まれる全てのケイ素原子のうち、ヒドロキシ基と直接結合していないケイ素原子Ｑ４の割合が、８０モル％以上であり、
    　炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールを脱水して、共役ジエンを生成させる、
    　脱水触媒。
  2. 　前記シリカアルミナは酸点を有し、
    　前記シリカアルミナの単位質量当たりの全ての前記酸点の数が、ＮＡＣＩＤであり、
    　前記シリカアルミナの単位質量当たりの弱酸点の数が、ｎＷであるとき、
    　ｎＷ／ＮＡＣＩＤは、０．７８以上である、
    　請求項１に記載の脱水触媒。
  3. 　前記ケイバン比が１１以下である、
    　請求項１又は２に記載の脱水触媒。
  4. 　前記シリカアルミナが有するブレンステッド酸点の数が、ＭＢであり、
    　前記シリカアルミナが有するルイス酸点の数が、ＭＬであるとき、
    　ＭＢ／ＭＬは、０．２～０．５である、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の脱水触媒。
  5. 　前記α，β－脂肪族不飽和アルコールが、クロチルアルコールであり、
    　前記共役ジエンが、１，３－ブタジエンである、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の脱水触媒。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の脱水触媒を用いて、炭素数が４以上であるα，β－脂肪族不飽和アルコールを脱水して、共役ジエンを生成させる工程を備える、
    　共役ジエンの製造方法。
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