JPH032126B2 - - Google Patents
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- JPH032126B2 JPH032126B2 JP58108281A JP10828183A JPH032126B2 JP H032126 B2 JPH032126 B2 JP H032126B2 JP 58108281 A JP58108281 A JP 58108281A JP 10828183 A JP10828183 A JP 10828183A JP H032126 B2 JPH032126 B2 JP H032126B2
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- Japan
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- catalyst
- reaction
- monoolefin
- butene
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
本発明は酸化脱水素法による共役ジオレフイン
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インを分子状酸素により
気相で酸化脱水素せしめ、当該モノオレフインに
対応する共役ジオレフインを製造するに際し、新
規な触媒を用いることにより効率よく目的物を製
造する方法に関する。
正ブテンや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インを触媒の存在下
に分子状酸素により気相で酸化脱水素せしめるこ
とにより、当該モノオレフインに対応する共役ジ
オレフイン(すなわち1,3−ブタジエンやイソ
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49−3498号、同49−5321号、同
52−39006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51−93793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インの異性体間
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インの
異性体混合物にこの触媒系を適用すると目的とす
る共役ジオレフインの収率が大巾に低下するとい
う欠点があつた。
そこで本発明者はかねてから原料モノオレフイ
ンのいずれの異性体によつ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56−140931号、
同56−150023号など)。
しかしながら、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、反応温度がやゝ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つて反応系がつまりやす
いこと等の新たな問題点が判明した。
そこで本発明者はより低い反応温度で原料モノ
オレフインのいずれの異性体によつても反応性に
ほとんど差がなく、効率よく共役ジオレフインを
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つた。
かくして本発明によれば、炭素原子数4以上の
モノオレフインを分子状酸素により気相において
酸化脱水素せしめ、当該モノオレフインに対応す
る共役ジオレフインを製造するに際し、一般組成
物
MoaBibCrcNidZreFefXgYhOi
(ここでXは周期律表の第a族金属元素、第
族金属元素Tl及びPから選ばれた一種以上の
元素を表わし、YはAl,In,Ag,Ti,Nb,Ta,
Co,La,Ce,Nd及びMnから選ばれた一種以上
の元素を表わし、a,b,c,d,e,f,g,
h及びiはそれぞれMo,Bi,Cr,Ni,Zr,Fe,
X,Y及びOの原子数であり、a=12とした場
合、b=0.05〜20、好ましくは0.1〜8、c=0.05
〜20、好ましくは0.1〜10、d=0.1〜30、好まし
くは1〜20、e=0.01〜20、好ましくは0.05〜
10、f=0.01〜20、好ましくは0.05〜5、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、i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
レフイ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
オレフインは従来から酸化脱水素反応によつて共
役ジオレフインを合成するための原料として用い
られている炭素原子数4以上のものであればいず
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、3−
メチルブテン−1、2,3−ジメチルブテン−
1、2,3−ジメチルブテン−2などが挙げられ
る。これらのモノオレフイ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−
ブタジエ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、ナフサ分解で副生するC4留分から1,3
−ブタジエン及びイソブチレンを分離して得られ
るブテン−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
たは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、その場合であつても高純度
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−ペンタジエ
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C5モノオレフイン留
分を原料とすることによりイソプレンと1,3−
ペンタジエ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56−140931号で公知のMo
−Bi−Cr−Ni−X−Y系触媒のY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
ツケル、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、ニツ
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イ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、モノオレフイン
の異性体間の反応性の差はほとんど認められない
が、同一触媒性能(ジオレフイン収率)を示す反
応温度が高くなり、副生す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。
一方、Y成分は必ずしも必要ではないが、この
成分の存在によつて副生する高沸点物の生成を更
に減少させることができる。Y成分及びY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K,Rb,Cs,
Tl,Ba,Zn,Cd及びP,Y成分としてAl,Nd
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Y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、必要に応じて二種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、共沈法等によつ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、焼成によつ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、金属塩等のヘ
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300〜900℃、好ま
しくは450〜700℃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
成処理を行つてもよい。
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、ニツケル、ビスマス、ジルコニウム、鉄
及びY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
液によりPH2〜9の範囲になるよう調節し、攪拌
する。生ずる泥状懸濁液に、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。
本発明の触媒はそのまゝ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、ゾル状またはゲル状等の状態にした担体
(希釈剤)により希釈して使用することもできる。
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、ケイ藻土、炭化ケ
イ素、アルミナ、軽石、シリカ−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。触媒は粉状として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インと分子状酸素と
の反応は、前記したごとき新規触媒を使用するこ
と以外、常法に従つて行われる。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素類を除去したあとの廃ガ
スなど)で希釈することができる。さらに反応温
度は250〜700℃、好ましくは300〜600℃、反応圧
力は常圧〜10気圧、全供給原料ガスの空間速度
(SV)200〜10000hr-1、好ましくは300〜
6000hr-1(STP基準)、供給原料ガス中のモノオレ
フイン濃度は0.5〜30容量%、モノオレフイン対
酸素比は1:0.1〜7、好ましい供給ガス組成は
モノオレフイン:空気:水蒸気=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インから効率
よく対応する共役ジオレフイン、例えば正ブテ
ン、イソペンテン、正ペンテン、2,3−ジメチ
ルブテンなどからそれぞれ1,3−ブタジエン、
イソプレン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジ
メチルブタジエ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
オレフインの異性体間で反応性にほとんど差が見
られず、しかもパラフイ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
とパラフイ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、この場合であつても単一の異性体より成るモ
ノオレフインを原料とする場合と同等の収率で共
役ジオレフイ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、長期間にわたつて安定した反応を行
うことができ、さらにモノオレフイン濃度を高め
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
流収率は次式に従つて算出した。その際、原料と
して使用したモノオレフイン中に対応する共役ジ
オレフインが存在する場合には生成した共役ジオ
レフイン量からその分を除去し、また一部異性化
されたモノオレフインは未反応モノオレフインと
して取扱つた。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。
モノオレフイン反応率(%)=反応したモノオレフイ
ン(モル)/供給したモノオレフイン(モル)×100
ジオレフイン単流収率(%)=生成した対応する共役
ジオレフイン(モル)/供給したモノオレフイン(モル
)×100
ジオレフイン選択率(%)=生成した対応する共役ジ
オレフイン(モル)/反応したモノオレフイン(モル)
×100
また副生高沸点物は次の様にして測定した。す
なわち反応管出口に内径8mm、長さ3mの銅管を
取り付け、これを湯浴で95℃に保ち、100時間反
応ガスを通過させ、その後、室温にて重量変化が
なくなるまで減圧乾燥させる。この重量から前以
つて測定しておいた銅管重量を差し引いたものを
副生高沸点物量とした。
実施例 1
硝酸ビスマス48.5g、硝酸ジルコニル26.7g、
硝酸第二鉄4.04g、硝酸ニツケル232.6g、硝酸
クロム45.6g及び硝酸カリウム2.02gを150mlの
水に加えて加温溶解したものをA液とし、モリブ
デン酸アンモニウム212gを400mlの温水に溶解し
たものをB液とした。
A液を充分に加温攪拌した後、B液を加えて激
しく攪拌する。これに3重量%アンモニア水を加
えてPH5とした後、50時間室温で静置し油浴上に
て蒸発乾固する。これを120℃で8時間乾燥した
後、350℃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100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40重量%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%相当量のシリカ(20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擂漬器にて混練し、
これを直径3mm、長さ1cmに押し出し成形し、
120℃で16時間乾燥する。
これを空気流通下に400℃で2時間、更に570℃
で6時間焼成した。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、
Mo12Bi1Cr3Ni8Zr1Fe0.1K0.2
で示される〔触媒No.(1)〕。
こうして得られた触媒100mlを内径2.5cm、長さ
60cmのステンレス製反応管に充てんし、金属浴で
310℃に加熱し、表1の成分組成を有する正ブテ
ン類をそれぞれ使用してこれらに含まれる正ブテ
ンの流量が毎時18(ガス状、NTP基準)、空気
の流量が毎時132(NTP基準)となる様にして
触媒層を通過させた。反応開始5時間後に得られ
た結果を表2に示す(以下同じ)。
表2の結果から、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−ブタジエン
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つて
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つた。
The present invention relates to a method for producing a conjugated diolefin by an oxidative dehydrogenation method, and more specifically,
The present invention relates to a method for efficiently producing a target product by using a novel catalyst in producing a conjugated diolefin corresponding to the monoolefin by oxidizing and dehydrogenating the monoolefin having the above in the gas phase with molecular oxygen. A monoolefin having 4 or more carbon atoms, such as normal butene or isopentene, is oxidized and dehydrogenated in the gas phase with molecular oxygen in the presence of a catalyst to form a conjugated diolefin (i.e., 1,3- Methods for producing (butadiene, isoprene) are known. Specific examples of such known techniques include, for example, multicomponent catalysts containing molybdenum, bismuth and iron as essential components (for example, Japanese Patent Publications No. 49-3498, No. 49-5321, No. 49-5321,
52-39006, JP-A-50-64202, etc.), multicomponent catalysts containing molybdenum, bismuth and chromium as essential components (e.g. JP-A-50-64191, etc.), and catalysts containing molybdenum, bismuth and zirconium as essential components. Multi-component catalyst (for example, JP-A No. 51-93793, etc.)
However, when using these catalyst systems, there is a large difference in reactivity between the isomers of monoolefin, which is the raw material. When this catalyst system was applied to a mixture of isomers, there was a drawback that the yield of the desired conjugated diolefin was drastically reduced. Therefore, the inventors of the present invention have long focused on developing a catalyst that does not cause any difference in reactivity depending on the isomer of the raw material monoolefin. It was discovered that some of the catalysts in the system are effective (for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 140931/1983,
56-150023, etc.). However, as a result of further investigation, we found that, although the use of these catalysts has the above advantages, the reaction temperature is rather high, the reactor material is expensive, and the reaction time is not long. If the process was continued, new problems were discovered, such as the tendency for the reaction system to become clogged due to by-products of high-boiling substances. Therefore, the inventor of the present invention has found that there is almost no difference in reactivity depending on the isomer of the raw monoolefin at a lower reaction temperature, and that it is possible to efficiently obtain a conjugated diolefin with a high boiling point even when used for a long time. As a result of intensive study to develop a catalyst that does not produce by-products, the present invention was completed. Thus, according to the present invention, when a monoolefin having 4 or more carbon atoms is oxidized and dehydrogenated in the gas phase with molecular oxygen to produce a conjugated diolefin corresponding to the monoolefin, the general composition Mo a Bi b Cr c Ni d Zr e Fe f ,Ag,Ti,Nb,Ta,
Represents one or more elements selected from Co, La, Ce, Nd and Mn, a, b, c, d, e, f, g,
h and i are respectively Mo, Bi, Cr, Ni, Zr, Fe,
The number of atoms of X, Y and O, when a = 12, b = 0.05 to 20, preferably 0.1 to 8, c = 0.05
~20, preferably 0.1~10, d=0.1~30, preferably 1~20, e=0.01~20, preferably 0.05~
10, f=0.01-20, preferably 0.05-5, g=
0.001-20, preferably 0.01-10, h=0-20,
It preferably takes a value of 0.01 to 5, where i is the number of oxygen atoms that satisfies the valences of other elements. ) A method for producing a conjugated diolefin is provided, which is characterized by using a catalyst represented by: The monoolefin used as a reaction raw material in the present invention may be any monoolefin having 4 or more carbon atoms, which has been conventionally used as a raw material for synthesizing conjugated diolefin by oxidative dehydrogenation reaction. As an example, butene-1,
Butene-2, Pentene-1, Pentene-2, 2-
Methylbutene-1,2-Methylbutene-2,3-
Methylbutene-1,2,3-dimethylbutene-
Examples include 1,2,3-dimethylbutene-2. These monoolefins do not necessarily have to be used in an isolated form, but can be used in any mixture form as required. For example 1,3-
When trying to obtain butadiene, high-purity butene-1 or butene-2 can be used as a raw material, but 1,3
-Using a fraction containing butene-1 and butene-2 as main components obtained by separating butadiene and isobutylene (hereinafter referred to as BBRR) and a butene fraction produced by dehydrogenation or oxidative dehydrogenation of normal butane. Even in that case, it is possible to obtain a yield equivalent to that obtained when a single highly purified raw material is used. In addition, when trying to obtain isoprene or 1,3-pentadiene, it is possible to similarly use a fraction containing isopentene as the main component or a distillate containing normal pentene as the main component. Isoprene and 1,3-
Pentadiene can also be synthesized at the same time. In the present invention, a catalyst represented by the general compositional formula described above is used. The major structural feature of this catalyst system is the well-known Mo
- Select zirconium from the Y components of the Bi-Cr-Ni-X-Y catalyst, and combine it with iron, which was considered to be a component to be excluded in the above publication, to make chromium, nickel, zirconium, and iron essential components. If any one of these four essential elements, chromium, nickel, and zirconium, is missing, the difference in reactivity between the monoolefin isomers cannot be resolved, and moreover, the high boiling point substance I can't even hold back my life. In addition, in the absence of iron, there is almost no difference in reactivity between monoolefin isomers, but the reaction temperature at which the same catalytic performance (diolefin yield) is obtained is higher, and high-boiling by-products are also produced. There will be more. Furthermore, the X component is also an essential component of the present catalyst, and in the absence of the X component, the reaction becomes unstable and the reactivity decreases. On the other hand, although the Y component is not necessarily required, the presence of this component can further reduce the production of high-boiling by-products. The Y component and each element constituting the Y component have the same effect, but among them, K, Rb, Cs,
Tl, Ba, Zn, Cd and P, Al, Nd as Y components
When Mn and Mn are used, a catalyst exhibiting particularly excellent performance can be obtained. Further, each element constituting the X component and the Y component does not necessarily need to be used alone, and two or more types can be used in combination as necessary. The catalyst used in the present invention can be prepared by various methods known in the art, such as evaporation to dryness, oxide mixing, coprecipitation, and the like. As the raw material for each element used in the preparation of the catalyst, any material can be used as long as it forms the catalyst of the present invention by calcination. Examples of these include ammonium salts of each element, nitrates, carbonates, organic acid salts, salts such as halides, free acids, acid anhydrides, condensed acids, and molybdenum such as phosphomolybdic acid and silimolybdic acid. Examples include heteropolyacids and heteropolyacid salts such as ammonium salts and metal salts thereof. The calcination treatment carried out for the purpose of converting the catalyst raw material into the catalyst of the present invention or activating the catalyst is usually performed at a temperature of about 300 to 900°C, preferably 450 to 700°C, under the flow of a gas containing molecular oxygen. It lasts from 4 hours to 16 hours.
Further, if necessary, a primary firing treatment may be performed at a temperature equal to or lower than this firing temperature, and then a firing treatment may be performed at the above temperature. To show an example of the method for preparing the catalyst of the present invention, an element of component X is added to an aqueous solution of ammonium molybdate,
After adding an aqueous solution in which salts of the elements of chromium, nickel, bismuth, zirconium, iron, and Y component are dissolved, the pH is adjusted to a range of 2 to 9 with an ammonia aqueous solution or a nitric acid aqueous solution, and the mixture is stirred. The resulting slurry suspension is dried with a suitable carrier material added if necessary, and the resulting cake-like material is dried in air and then calcined at the above-mentioned calcination temperature. The catalyst of the present invention can be used as it is, but it can also be used by attaching it to a carrier of an appropriate shape or diluting it with a carrier (diluent) in the form of powder, sol, or gel. You can also do it.
As the carrier or diluent, known carriers or diluents may be used, such as titanium dioxide, silica gel, silica sol, diatomaceous earth, silicon carbide, alumina, pumice, silica-alumina, bentonite, zeolite, talc, refractories, etc., and in particular, carriers containing silicon. A carrier is preferred. At this time, the amount of carrier can be appropriately selected. The catalyst can be in a suitable form as powder or tablets and can be used in any fixed bed, moving bed or fluidized bed method. The reaction between monoolefin and molecular oxygen in the present invention is carried out according to a conventional method except for using the above-mentioned novel catalyst. For example, the source of molecular oxygen does not necessarily have to be highly purified oxygen; rather, air is industrially practical. If necessary, an inert gas that does not adversely affect the reaction (e.g. water vapor, nitrogen, argon, carbon dioxide,
It can be diluted with waste gas (e.g., after removing hydrocarbons from reaction products). Furthermore, the reaction temperature is 250 to 700°C, preferably 300 to 600°C, the reaction pressure is normal pressure to 10 atm, and the space velocity (SV) of the total feed gas is 200 to 10000 hr -1 , preferably 300 to
6000hr -1 (STP standard), monoolefin concentration in feed gas is 0.5-30% by volume, monoolefin to oxygen ratio is 1:0.1-7, preferred feed gas composition is monoolefin:air:steam=1:2 ~30:0
~50 (molar ratio). According to the present invention, 1,3-butadiene, 1,3-butadiene, and 1,3-butadiene can be obtained from monoolefins, such as conjugated diolefins, such as normal butene, isopentene, normal pentene, and 2,3-dimethylbutene, respectively.
Isoprene, 1,3-pentadiene, 2,3-dimethylbutadiene, etc. can be synthesized.
In particular, the catalyst system used in the present invention shows almost no difference in reactivity between the monoolefin isomers, and no decrease in activity is observed due to paraffins. It is suitable when using industrially inexpensively available fractions as raw materials, such as mixtures of We can obtain the conjugated diolefin with . In addition, the catalyst system used in the present invention has a long catalyst life and produces fewer high-boiling point substances that can clog the reactor outlet tube.
In addition, even if the catalyst strength is increased, the catalyst activity is not adversely affected, so the reaction can be carried out stably over a long period of time.It also has the advantage that the yield does not decrease even when the monoolefin concentration is increased and the space velocity is increased. have The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below. In addition, the reaction rate, selectivity, and single flow yield in Examples were calculated according to the following formula. At that time, if a corresponding conjugated diolefin was present in the monoolefin used as a raw material, that amount was removed from the amount of conjugated diolefin produced, and the partially isomerized monoolefin was treated as an unreacted monoolefin. . Furthermore, the representation of oxygen in the catalyst components has been omitted for the sake of brevity. Monoolefin reaction rate (%) = Reacted monoolefin (mol) / Supplied monoolefin (mol) x 100 Diolefin single stream yield (%) = Corresponding conjugated diolefin produced (mol) / Supplied monoolefin (mol) ) x 100 Diolefin selectivity (%) = Corresponding conjugated diolefin produced (mol)/Reacted monoolefin (mol)
×100 In addition, by-product high-boiling substances were measured as follows. That is, a copper tube with an inner diameter of 8 mm and a length of 3 m is attached to the outlet of the reaction tube, kept at 95° C. in a hot water bath, a reaction gas is passed through it for 100 hours, and then dried under reduced pressure at room temperature until there is no weight change. The weight of the copper tube measured in advance was subtracted from this weight to determine the amount of by-product high boiling point substances. Example 1 48.5g of bismuth nitrate, 26.7g of zirconyl nitrate,
4.04 g of ferric nitrate, 232.6 g of nickel nitrate, 45.6 g of chromium nitrate, and 2.02 g of potassium nitrate were added to 150 ml of water and dissolved under heating to form Solution A, and 212 g of ammonium molybdate was dissolved in 400 ml of warm water. This was used as liquid B. After sufficiently heating and stirring Solution A, Add Solution B and stir vigorously. After adding 3% by weight aqueous ammonia to adjust the pH to 5, the mixture was allowed to stand at room temperature for 50 hours and evaporated to dryness on an oil bath. After drying this at 120°C for 8 hours, it was primarily fired at 350°C for 4 hours in an air stream, and the obtained primary fired product was pulverized into 100 meshes or less.
Next, 40% by weight of silicon carbide powder (1500 mesh or less) and 3% by weight of silica (20% by weight of silica sol) were added to the pulverized primary fired product, and lubricants (ethylene glycol and methyl cellulose) were added to the pulverized primary fired product. After adding an appropriate amount of warm water solution), knead with a pickler until it is sufficiently homogeneous.
This is extruded to a diameter of 3 mm and a length of 1 cm.
Dry at 120°C for 16 hours. This was heated to 400℃ for 2 hours under air circulation, and then heated to 570℃.
It was baked for 6 hours. The composition of the elements (the same applies hereinafter) excluding oxygen and the carrier of the obtained catalyst is shown as Mo 12 Bi 1 Cr 3 Ni 8 Zr 1 Fe 0.1 K 0.2 [Catalyst No. ( 1 )]. 100 ml of the catalyst obtained in this way has an inner diameter of 2.5 cm and a length of
Fill a 60cm stainless steel reaction tube and place in a metal bath.
Heated to 310℃, using each of the regular butenes having the composition shown in Table 1, the flow rate of the regular butene contained in these was 18 per hour (gaseous, NTP standard), and the flow rate of air was 132 per hour (NTP standard) It was passed through the catalyst layer in the following manner. The results obtained 5 hours after the start of the reaction are shown in Table 2 (the same applies below). The results in Table 2 show that when the catalyst of the present invention is used, there is almost no difference in the reactivity of butene-1 and butene-2, and both give 1,3-butadiene in high yield. Furthermore, it is a very unique phenomenon that even when using BBRR, which is industrially available at low cost and in large quantities, as a raw material, the yield is comparable to that when using high-purity butene. Furthermore, the production of by-products with high boiling points was small, and during the collection period of these high-boiling points, no troubles due to clogging of the pipes were observed when any of the raw materials were used.
【表】【table】
【表】
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〔No.(2)〜No.(19)〕を調製した。
X元素の触媒原料としてリンについては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。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に示してある
BBRR−1を用いて反応を行い、得られた結果
を表3に示した。[Table] Example 2 Catalysts shown in Table 3 [No. (2) to No. (19 )] was prepared.
As the catalyst raw material for element X, 85% phosphoric acid was used for phosphorus, and nitrates were used for other elements. For each catalyst thus prepared,
As shown in Table 1 in a similar manner to Example 1
The reaction was carried out using BBRR-1, and the obtained results are shown in Table 3.
【表】
比較例 1
実施例1で用いた触媒No.(1)についてCr,Ni,
ZrまたはFeを適宜削除した他は全く同様にして
比較触媒No.(c−1)〜(c−7)を調製した。
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
れぞれ反応を行つた。得られた結果を表4に示
す。[Table] Comparative Example 1 Regarding catalyst No. (1) used in Example 1, Cr, Ni,
Comparative catalyst Nos. (c-1) to (c-7) were prepared in exactly the same manner except that Zr or Fe was deleted as appropriate. For each of the catalysts thus prepared, reactions were carried out in the same manner as in Example 1 using butene-1, trans-butene-2 and BBRR-1 shown in Table 1. The results obtained are shown in Table 4.
【表】【table】
【表】
この結果から、触媒構成成分のうちCr,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
が副生することがわかる。また比較触媒No.(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
に劣つており、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
エン収率を得ることができない。
比較触媒No.(c−4)は特開昭56−140931号明
細書にも記載されている様に反応器の金属浴を
350℃とすると優れた性能を示すが、本比較例の
様に反応器の金属浴を310℃とすると触媒性能は
大巾に低下する。
尚、比較触媒の反応では副生高沸点物を捕集
中、いずれも3回以上、捕集用の銅管が閉塞し、
そのつど反応を一時停止せざるを得なかつた。
実施例 3
Y成分を加えること以外は実施例1と同様の方
法によつてMo12Bi1Cr3Ni8Zr1Fe0.1K0.2Yhなる組
成の触媒を調製した。Y成分の触媒原料はNb及
びTaについては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、Tiについて
は塩化物水溶液をA液に加え、その他のY成分に
ついては硝酸塩水溶液を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を用いて反応を行つ
た。得られた結果を表5に示す。[Table] From this result, among the catalyst components, Cr, Ni,
It can be seen that if even one of Zr and Fe is missing, the catalyst performance is significantly reduced, and at the same time, a large amount of high boiling point substances are produced as by-products. Also, comparative catalyst No. (c-
In all comparative catalysts except 4), the reactivity of butene-2 is significantly inferior to that of butene-1, and it can be obtained industrially in large quantities and at low cost.
When BBRR is used as a raw material, a satisfactory butadiene yield cannot be obtained. Comparative catalyst No. (c-4) was prepared using a metal bath in the reactor as described in JP-A-56-140931.
When the temperature is set to 350°C, excellent performance is shown, but when the metal bath in the reactor is set to 310°C as in this comparative example, the catalytic performance is significantly reduced. In addition, in the reaction using the comparative catalyst, the copper pipe for collection was blocked three or more times during the collection of high-boiling by-products.
Each time I had to pause my reaction. Example 3 A catalyst having the composition Mo 12 Bi 1 Cr 3 Ni 8 Zr 1 Fe 0.1 K 0.2 Yh was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Y component was added. As the catalyst raw material for the Y component, fine powder oxides are used for Nb and Ta, which are suspended in warm water and added to Solution A. For Ti, an aqueous chloride solution is added to Solution A, and other Y As for the ingredients, an aqueous nitrate solution was added to Solution A. Example 1 for each catalyst thus prepared
The reaction was carried out using BBRR-1 in the same manner as described above. The results obtained are shown in Table 5.
【表】
実施例 4
実施例1で得られた触媒100mlを内径2.5cm、長
さ60cmのステンレス製反応管に充てんし、金属浴
で320℃に加熱し、BBRR−1を使用してBBRR
−1:空気:水蒸気=15:53:32(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93.8%、1,3−ブタジエン収率85.7%、
1,3−ブタジエン選択率91.4%であつた。ま
た、実施例1と同様の方法で捕集した副生高沸点
物は0.65gであつた。
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つ
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%、
1,3−ブタジエン収率は85.1%、1,3−ブタ
ジエン選択率は90.5%であつた。また実施例1と
同様の方法で捕集した副生高沸点物は1.32gであ
つた。
実施例 6
実施例1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BBRR−1中の正ブテ
ンの反応率は92.2%、1,3−ブタジエン収率は
85.1%、1,3−ブタジエン選択率は92.3%であ
り、反応開始した当初の活性と実質的に同一であ
つた。また副生高沸点物は0.85g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の成分や組成は原料交換のつどかな
り変動したが、反応は常に安定して推移し、反応
成績は実質的に一定であつた。
比較例 2
比較例1で行つた比較触媒No.(c−1)、No.
(c−3)及びNo.(c−4)によるBBRR−1を
使用した反応はそのまま継続し、実施例6と並行
して長期間連続運転を行つた。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
mmの銅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つた。
実施例 7
実施例1において正ブテン類のかわりに表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)及びイソペンテン(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ソペン
テンの流量が合わせて毎時18(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、同一の方法によつて反応を行つた。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67.1%、イソプレン選択率は86.1%であ
り、また正ペンテンの反応率は81.6%、1,3−
ペンタジエン収率は71.2%、1,3−ペンタジエ
ン選択率は87.3%であつた。実施例1と同様の方
法で測定した副生高沸点物は0.88gであつた。[Table] Example 4 Fill a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 2.5 cm and a length of 60 cm with 100 ml of the catalyst obtained in Example 1, heat it to 320°C in a metal bath, and perform BBRR using BBRR-1.
-1: Air: Water vapor = 15:53:32 (molar ratio) supply gas was passed for a contact time of 2 seconds (NTP standard), the reaction rate of normal butene contained in BBRR-1 was 93.8%, 1 , 3-butadiene yield 85.7%,
The 1,3-butadiene selectivity was 91.4%. Further, the amount of high-boiling by-products collected in the same manner as in Example 1 was 0.65 g. Example 5 A reaction was carried out in the same manner as in Example 4, except that a waste gas obtained by removing hydrocarbons from the reaction product gas was used instead of water vapor as the feed gas. In this case, the waste gas contained unreacted oxygen and byproducts carbon monoxide and carbon dioxide in addition to nitrogen, but the reaction rate of normal butene was 94.0%.
The 1,3-butadiene yield was 85.1%, and the 1,3-butadiene selectivity was 90.5%. Further, the amount of high-boiling by-products collected in the same manner as in Example 1 was 1.32 g. Example 6 The reaction was started in the same manner as experiment number (1-5) in Example 1, and after 100 hours had passed, the reaction was continued to test the life of the catalyst. the result,
After 2000 hours, the reaction rate of normal butene in BBRR-1 was 92.2%, and the yield of 1,3-butadiene was
The selectivity for 1,3-butadiene was 85.1% and 92.3%, which was substantially the same as the activity at the beginning of the reaction. Furthermore, the amount of high-boiling by-products was 0.85 g, which had decreased since the beginning of the reaction. During this period, we supplied
Although the components and composition of BBRR-1 varied considerably each time the raw materials were exchanged, the reaction was always stable and the reaction results were essentially constant. Comparative Example 2 Comparative catalyst No. (c-1) and No. used in Comparative Example 1
The reactions using BBRR-1 according to No. (c-3) and No. (c-4) were continued as they were, and continuous operation was performed for a long period of time in parallel with Example 6. As a result, the inner diameter of the reactor outlet due to by-product high-boiling substances in both catalysts was 8.
Due to frequent blockages in the piping, which is made of copper pipes with a diameter of 1.5 mm, operation had to be shut down after 500 hours. Example 7 In Example 1, normal pentenes (pentene-1 and pentene-2) and isopentene (3-methyl-
Using a hydrocarbon mixture containing 1-butene-1, 2-methyl-butene-1 and 2-methyl-butene-2), the combined flow rate of orthopentene and isopentene contained therein was 18 (gaseous, NTP
The reaction was carried out using the same catalyst and the same method as in Example 1, except that a feed gas with an air flow rate of 132/hour (NTP standard) was used. As a result, the reaction rate of isopentene was 77.9%, the isoprene yield was 67.1%, and the isoprene selectivity was 86.1%, and the reaction rate of normal pentene was 81.6%, 1,3-
The pentadiene yield was 71.2%, and the 1,3-pentadiene selectivity was 87.3%. The amount of high-boiling by-products measured in the same manner as in Example 1 was 0.88 g.
【表】【table】
【表】
比較例 3
比較触媒No.(C−3)を使用した他は実施例7
と同様にして反応を行つたところ、イソペンテン
の反応率は46.3%、イソプレン収率は30.3%、イ
ソプレン選択率は65.4%であり、また正ペンテン
の反応率は47.1%、1,3−ペンタジエン収率は
31.8%、1,3−ペンタジエン選択率は67.5%で
あつた。副生高沸点物は8.68gであり、捕集中に
6回配管が閉塞し、そのつど配管を交替した。[Table] Comparative Example 3 Example 7 except that comparative catalyst No. (C-3) was used
When the reaction was carried out in the same manner as above, the reaction rate of isopentene was 46.3%, the isoprene yield was 30.3%, and the isoprene selectivity was 65.4%.The reaction rate of normal pentene was 47.1%, and the yield of 1,3-pentadiene was 65.4%. The rate is
The selectivity for 1,3-pentadiene was 31.8% and 67.5%. The amount of high-boiling by-products was 8.68 g, and the piping was blocked six times during collection, and the piping was replaced each time.
Claims (1)
分子状酸素により気相で酸化脱水素せしめ、対応
する共役ジオレフイ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特
徴とする共役ジオレフインの製造法。 Moa Bib Crc Nid ZreFef Xg Yh Oi (ここでXは周期律表の第a族金属元素、第
族金属元素、Tl及びPから選ばれた一種以上
の元素を表わし、YはAl、In、Ag、Ti、Nb、
Ta、Co、La、Ce、Nd及びMnから選ばれた一
種以上の元素を表わし、a、b、c、d、e、
f、g、h及びiはそれぞれMo、Bi、Cr、Ni、
Zr、Fe、X、Y及びOの原子数であり、a=12
とした場合、b=0.05〜20、c=0.05〜20、d=
0.1〜30、e=0.01〜20、f=0.01〜20、g=
0.001〜20、h=0〜20の値をとり、iは他の元
素の原子価を満足する酸素の原子数である。)[Scope of Claims] 1. A catalyst represented by the following general compositional formula is used when producing a corresponding conjugated diolefin by oxidizing and dehydrogenating a monoolefin having 4 or more carbon atoms in the gas phase with molecular oxygen. A method for producing a conjugated diolefin, characterized by: Mo a Bi b Cr c Ni d Zr e Fe f where Y is Al, In, Ag, Ti, Nb,
Represents one or more elements selected from Ta, Co, La, Ce, Nd and Mn, a, b, c, d, e,
f, g, h and i are respectively Mo, Bi, Cr, Ni,
The number of atoms of Zr, Fe, X, Y and O, a=12
In this case, b=0.05~20, c=0.05~20, d=
0.1~30, e=0.01~20, f=0.01~20, g=
It takes a value of 0.001 to 20, h=0 to 20, and i is the number of oxygen atoms satisfying the valences of other elements. )
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58108281A JPS601139A (en) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | Method for producing conjugated diolefin |
| US06/618,922 US4547615A (en) | 1983-06-16 | 1984-06-08 | Process for producing conjugated diolefins |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58108281A JPS601139A (en) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | Method for producing conjugated diolefin |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS601139A JPS601139A (en) | 1985-01-07 |
| JPH032126B2 true JPH032126B2 (en) | 1991-01-14 |
Family
ID=14480666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58108281A Granted JPS601139A (en) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | Method for producing conjugated diolefin |
Country Status (1)
| Country | Link |
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