JPH08224477A - 酸化エチレン触媒の製造方法 - Google Patents
酸化エチレン触媒の製造方法Info
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Abstract
を有する酸化エチレンを製造するのに適した銀含有触媒
を製造することを課題とする。 【解決手段】 向上した選択率安定性を有する酸化エチ
レン触媒の製造方法に関し、カリウム、リチウムおよび
その混合物よりなる群から選択される促進量の第I族元
素を多孔質耐火性支持体に沈着させ、支持体を少なくと
も部分的に乾燥させ、次いで触媒上有効量の銀と促進量
のアルカリ金属と促進量のレニウムと必要に応じ硫黄、
モリブデン、タングステン、クロム、燐、硼素およびそ
の混合物から選択される促進量のレニウム補助促進剤と
を支持体に沈着させ、次いで支持体を乾燥させることか
らなる上記方法。
Description
造するのに適する銀含有触媒の製造方法および酸化エチ
レンを製造するための触媒の使用に関するものである。
ンを製造するための触媒は一般に支持銀触媒である。こ
の種の触媒は典型的にはアルカリ金属で促進される。少
量のアルカリ金属カリウム、ルビジウムおよびセシウム
が支持銀触媒における有用な促進剤であると米国特許発
明明細書第3,962,136号(1976年6月8日
付け発行)および米国特許発明明細書第4,010,1
15号(1977年3月1日付け発行)に記載されてい
る。たとえばレニウムまたはレニウムと硫黄、モリブデ
ン、タングステンおよびクロムとの組合せなど他の補助
促進剤の使用も米国特許発明明細書第4,766,10
5号(1988年8月23日付け発行)および米国特許
発明明細書第4,808,738号(1989年2月2
8日付け発行)に開示されている。米国特許発明明細書
第4,908,343号(1990年3月13日付け発
行)は、セシウム塩と1種もしくはそれ以上のアルカリ
金属およびアルカリ土類金属塩との混合物を含有する支
持銀触媒を開示している。今回、好ましくはリチウム、
カリウムおよびセシウムよりなる群から選択される促進
量の1種もしくはそれ以上のアルカリ金属でプレドー
プ、予備処理もしくは予備含浸された触媒は、このよう
にプレドープされてない触媒で得られるよりも向上した
選択性および/または選択率安定性を有することが突き
止められた。
び/または選択率安定性が向上した酸化エチレンを製造
するのに適する銀含有触媒の製造を課題とする。
相にてエチレンと分子状酸素とから酸化エチレンを製造
するための触媒を製造するに際し、好ましくはリチウ
ム、カリウムおよびセシウムよりなる群から選択される
プレドープ量の少なくとも1種のアルカリ金属を多孔質
耐火性支持体に沈着させ、この支持体を少なくとも部分
的に乾燥させ、次いで触媒上有効量の銀と促進量のアル
カリ金属と必要に応じ促進量のレニウムと必要に応じ硫
黄、モリブデン、タングステン、クロム、燐、硼素およ
びその混合物よりなる群から選択される促進量のレニウ
ム補助促進剤とを支持体に沈着させ、次いで支持体を乾
燥させることを特徴とする触媒の製造方法に関するもの
である。
ためのエチレンと酸素との気相反応においては、エチレ
ンを酸素と比較して少なくとも2倍量(モル基準)で存
在させるが、しばしばずっと多量である。したがって変
換率は、酸化エチレンおよび任意の酸素化副生物を生成
する反応で消費された酸素のモル%にしたがって計算さ
れる。酸素変換率は反応温度に依存し、反応温度は用い
る触媒の活性の尺度となる。数値T40は反応器における
40モル%酸素変換率の際の温度を示し、℃で表され
る。任意所定の触媒に関するこの温度は、酸素の変換率
が高ければ高くなる。さらに、この温度は用いる触媒お
よび反応条件に著しく依存する。選択率(酸化エチレン
に対する)は、変換されるエチレンの全モル量と対比し
た反応生成物における酸化エチレンのモル量を示す。本
明細書において選択率はS40として示され、これは40
モル%酸素変換率における選択率を意味し、活性はT40
として示される。触媒の選択率は如何に効率的に工程が
進行するかを決定するため重要である。たとえば最高の
効率につき、高選択率を有する触媒を用いて工程の望ま
しくない副反応を最小化させることが望ましい。さら
に、触媒の選択率安定性も全効率およびしたがって経済
性に対し重要である。触媒は長時間にわたりその選択率
を維持することが望ましく、さらに高レベルの選択率を
維持して触媒の有効寿命を増大させる改良が効率および
経済性を操作する点で極めて重要である。
のアルカリ金属と促進量のレニウムと必要に応じ硫黄、
クロム、モリブデン、タングステン、燐、硼素およびそ
の混合物から選択される促進量のレニウム補助促進剤と
からなり、これらをプレドープ量の好ましくはリチウ
ム、カリウム、セシウムおよびその混合物よりなる群か
ら選択される第I族元素で予備処理された多孔質耐火性
支持体に支持させる。
体に好ましくはリチウムおよび/またはカリウムおよび
/またはセシウムの化合物、錯体および/または塩から
選択されるアルカリ金属プレドープ剤を含浸させて調製
され、このプレドープ剤は全触媒の重量に対し10〜5
000ppm、好ましくは15〜500ppmのアルカ
リ金属プレドープ剤を支持体に沈着させるのに充分な適
する溶剤に溶解される。次いで多孔質耐火性支持体を少
なくとも部分乾燥させ、次いで銀のイオンもしくは化合
物、錯体および/または塩を含浸させ、これは全触媒の
重量に対し1〜40重量%、好ましくは1〜25重量%
の銀を支持体上に沈着させるのに充分な適する溶剤に溶
解される。含浸された支持体を次いで溶液から分離する
と共に、沈着した銀化合物を金属銀まで還元する。さら
に支持体には、銀の沈着に先立ち或いはそれと同時に或
いは沈着後に、適する溶剤に溶解されたアルカリ金属の
適するイオンもしくは化合物および/または塩をも沈着
させる。必要に応じ支持体には、銀および/またはアル
カリ金属の沈着に先立ち或いはそれと同時に或いは沈着
後に、適する溶剤に溶解された適するレニウムのイオン
もしくは化合物、錯体および/または塩を沈着させる。
必要に応じ支持体には、銀および/またはアルカリ金属
および/またはレニウムの沈着に先立ち或いはそれと同
時に或いは沈着後に、適する溶剤に溶解された硫黄、モ
リブデン、タングステン、クロム、燐および/または硼
素の適するイオンまたは塩、錯体および/または化合物
を沈着させる。
ャリヤもしくは支持体は多数の任意慣用の多孔質耐火性
触媒キャリヤもしくは支持体材料とすることができ、こ
れらはエチレン酸化供給物、生成物および反応条件の下
で比較的不活性であると考えられる。この種の慣用の材
料は当業者に公知であり、天然源もしくは合成源とする
ことができ、好ましくは巨孔質構造、すなわち約10m
2 /g未満の表面積、好ましくは約3m2 /g未満の表
面積を有する構造である。特に適する支持体はアルミニ
ウム組成のものであるが、たとえばチャコール、軽石、
マグネシア、ジルコニア、珪藻土、酸性白土、炭化珪
素、多孔質凝集体(シリカおよび/または炭化珪素から
なる)、シリカ、マグネシア、選択粘土、人工および天
然ゼオライト、並びにセラミックのような他の材料も支
持体として使用することができる。本発明による触媒の
製造に特に有用な耐火性支持体は酸化アルミニウム、特
にα−アルミナからなるもので構成される。α−アルミ
ナ含有支持体の場合、好ましくはB.E.T法で測定し
て0.03〜10m2 /g、好ましくは0.05〜5m
2 /g、より好ましくは0.1〜3m2 /gの比表面積
と、慣用の吸水技術により測定して0.1〜0.75m
L/g容積の水孔容積とを有するものが挙げられる。比
表面積のB.E.T測定法はS.ブルナウアー、P.
Y.エメットおよびE.テラー、ジャーナル・オブ・ア
メリカン・ケミカル・ソサエティ、第60巻、第309
〜316頁(1938)に詳細に記載されている。
ス、ペレット、リング、球体、ワゴン車輪状など固定床
反応器で使用するのに適する寸法に成形される。慣用の
市販固定床反応器は典型的には触媒を充填した複数の平
行な細長いチューブ(適するシェル内)の形態である。
この種の反応器においては、約2.5〜約20mmの直
径を有する丸味形状(たとえば球体、ペレット、リン
グ、タブレットなど)に形成された支持体を使用するの
が望ましい。本発明の触媒は、可溶性塩および/または
化合物としてのアルカリ金属プレドープ剤を支持体上に
沈着させ、次いでこれをカリウムおよび/またはリチウ
ム塩の沈着を可能にするのに充分な部分乾燥または熱処
理にかけ、特定の理論に拘束されるものでないが触媒の
表面にて陰イオン成分と錯形成させることにより調製さ
れる。その後、アルカリ金属促進剤とレニウム促進剤と
必要に応じレニウム補助促進剤とを可溶性塩および/ま
たは化合物の形態で触媒および/または支持体に、銀お
よび互いの沈着に先立ち或いはそれと同時に或いは沈着
後に沈着させる。好適方法は銀とアルカリ金属促進剤と
レニウムと必要に応じレニウム補助促進剤とを支持体上
に同時に、すなわち単一の含浸工程で沈着させる。好ま
しくはリチウム、カリウムおよび/またはセシウムから
選択されるアルカリ金属を支持体上に他の全触媒成分に
先立ち沈着させねばならず、次いで支持体を他の触媒成
分の沈着前に支持体上へアルカリ金属を固定するのに充
分な程度まで少なくとも部分乾燥させねばならない。
質的に水溶液に溶解された塩、化合物もしくはカリウム
錯体型におけるアルカリ金属プレドープ剤、好ましくは
リチウムおよび/またはカリウムおよび/またはセシウ
ムと接触させ、200〜1000℃の範囲の温度で乾燥
させ、次いで予め水溶液に溶解された塩、化合物もしく
は錯体型としての銀と接触させてキャリヤに前記水溶液
を含浸させ、次いで含浸したキャリヤを水溶液からたと
えば遠心分離もしくは濾過により分離し、次いで乾燥さ
せる。このようにして得られた含浸キャリヤを加熱して
銀を金属銀まで還元する。便利には銀の塩、化合物もし
くは錯体を金属銀まで還元すると共に微細な銀の層を形
成するのに充分な時間にわたり50〜600℃の範囲の
温度まで加熱して銀をキャリヤの表面、外部および細孔
表面に結合させる。空気または他の酸化性ガス、還元性
ガス、不活性ガスまたはその混合物をこの加熱工程に際
しキャリヤ上に導くことができる。アルカリ金属は純粋
な金属状態でも存在しうるが、その形態で使用するのは
適していない。アルカリ金属は、含浸目的に適する溶剤
に溶解されたイオンもしくは化合物として使用される。
カリウムの酢酸塩、硝酸塩、塩化物、酸化物、水酸化
物、修酸塩およびその混合物よりなる群から選択され、
カリウムの硝酸塩、修酸塩、酢酸塩およびその混合物が
特に好適である。特に好適なカリウム促進剤は硝酸カリ
ウムおよび酢酸カリウムである。好適実施形態において
リチウム化合物はリチウムの水酸化物、酸化物、塩化
物、炭酸塩、酢酸塩、修酸塩およびその混合物よりなる
群から選択され、リチウムの水酸化物、酸化物、酢酸塩
およびその混合物が特に好適である。特に好適なリチウ
ム促進剤は水酸化リチウムおよび酢酸リチウムである。
好適実施形態において、カリウム化合物はカリウムの酢
酸塩、硝酸塩、塩化物、酸化物、水酸化物、修酸塩およ
びその混合物よりなる群から選択され、カリウムの硝酸
塩、修酸塩、酢酸塩およびその混合物が特に好適であ
る。特に好適なカリウム促進剤は硝酸カリウムおよび酢
酸カリウムである。好適実施形態において、リチウム化
合物はリチウムの水酸化物、酸化物、塩化物、炭酸塩、
酢酸塩、修酸塩およびその混合物から選択され、リチウ
ムの水酸化物、酸化物、酢酸塩およびその混合物が特に
好適である。特に好適なリチウム促進剤は水酸化リチウ
ムおよび酢酸リチウムである。好適実施形態において、
セシウム化合物はセシウムの酢酸塩、アセチルアセトン
酸塩、塩化物、炭酸塩、硝酸塩、修酸塩、水酸化物およ
びその混合物よりなる群から選択され、セシウムの硝酸
塩、酢酸塩、塩化物およびその混合物が特に好適であ
る。特に好適なセシウム促進剤は硝酸セシウムおよび酢
酸セシウムである。
進剤を、適する溶液を用いてプレドープされた支持体に
沈着させる。プレドープされた支持体に沈着させるアル
カリ金属促進剤の量は一般に、全触媒の重量に対し10
〜5000ppm、好ましくは15〜2000ppm、
より好ましくは20〜1500ppmの範囲である。特
に好ましくは、この量は全触媒の重量に対し50〜10
00ppmの範囲である。アルカリ金属促進剤は触媒上
に極めて活性な遊離アルカリ金属としてではなく陽イオ
ンもしくは化合物、または錯体または表面化合物もしく
は表面錯体として存在させるが、便宜上本明細書ではこ
れらを「アルカリ金属」または「アルカリ金属促進剤」
と称する。便宜上、支持体上に沈着させる或いは触媒上
に存在させるアルカリ金属の量は金属として表す。好適
実施形態において、アルカリ金属促進剤の少なくとも主
たる比率(50%より大)はより高価のアルカリ金属か
らなっている。ここで用いる「より高価のアルカリ金
属」と言う用語およびその同意語はカリウム、ルビジウ
ム、セシウムおよびその混合物よりなる群から選択され
るアルカリ金属を意味する。好適なアルカリ金属促進剤
はセシウムである。特に好適なアルカリ金属促進剤はセ
シウムと少なくとも1種の追加アルカリ金属である。追
加アルカリ金属は好ましくはナトリウム、リチウムおよ
びその混合物から選択され、リチウムが好適である。
ン、塩、化合物および/または錯体をも含浸させる。こ
れはアルカリ金属促進剤を添加すると同時に或いはその
前または後に行うことができ、或いは銀を添加すると同
時に或いはその前またはその後に行うことができ;さら
にレニウム補助促進剤(存在させる場合)を添加すると
同時に或いはその前またはその後に行うことができる。
好ましくは、レニウムとアルカリ金属とレニウム補助促
進剤(存在させる場合)と銀とを同じ含浸溶液に存在さ
せる。キャリヤもしくは触媒に沈着もしくは存在させる
レニウムの好適量は(金属として計算)全触媒1g当り
0.1〜10マイクロモル、より好ましくは0.2〜5
マイクロモルの範囲であり、換言すれば全触媒の重量に
対し19〜1860ppm、好ましくは37〜930p
pmの範囲である。本発明による触媒の製造に使用する
のに適するレニウム化合物は、適する溶剤に溶解させう
るレニウム化合物である。好ましくは、溶剤は水含有溶
剤である。より好ましくは、溶剤は銀およびアルカリ金
属促進剤を沈着させるべく使用するのと同じ溶剤であ
る。適するレニウム化合物の例はたとえばレニウムのハ
ロゲン化物、オキシハロゲン化物、レニウム酸塩、過レ
ニウム酸塩、酸化物および酸のようなレニウム塩を包含
する。含浸溶液に使用するのに好適な化合物は過レニウ
ム酸塩、好ましくは過レニウム酸アンモニウムである。
しかしながら、アルカリ金属の過レニウム酸塩、アルカ
リ土類金属の過レニウム酸塩、過レニウム酸銀、他の過
レニウム酸塩および七酸化レニウムも好適に使用するこ
とができる。本発明の好適実施形態において、触媒に存
在させるレニウムは希塩基水溶液で抽出しうる形態で存
在させる。
号は、レニウム補助促進剤をアルカリ金属/レニウムド
ープ支持銀触媒に添加すれば初期選択率における改善が
得られることを教示している。適する触媒はレニウム補
助促進剤の不存在下で調製しうるが、これら触媒はレニ
ウム補助促進剤を含有することが好ましい。補助促進剤
を使用する場合、これは硫黄、モリブデン、タングステ
ン、クロム、燐、硼素およびその混合物(好ましくはそ
の化合物)よりなる群から選択される。現在好適な実施
形態において、補助促進剤はオキシアニオン型で触媒に
添加される。硫酸イオン、モリブデン酸イオン、タング
ステン酸イオン、クロム酸イオン、燐酸イオンおよび硼
酸イオンが好適である。これら陰イオンは各種の対イオ
ンと共に供給することができる。アンモニウム、アルカ
リ金属、アルカリ金属と水素との混合物(すなわち酸
型)が好適である。支持体もしくは触媒に存在もしくは
沈着させるレニウム補助促進化合物の好適量は全触媒1
g当り元素として表して0.1〜10マイクロモル、好
ましくは0.2〜5マイクロモルの範囲である。銀含有
触媒の1つの製造方法は米国特許発明明細書第3,70
2,259号に見ることができる。より高価のアルカリ
金属促進剤をも含有する銀含有触媒の他の製造方法は米
国特許発明明細書第4,010,115号;米国特許発
明明細書第4,353,312号;米国特許発明明細書
第3,962,136号および米国特許発明明細書第
4,012,425号に見ることができる。より高価の
アルカリ金属とレニウム促進剤とを含有する銀含有触媒
の製造方法は米国特許発明明細書第4,761,394
号に見ることができ、より高価のアルカリ金属とレニウ
ム促進剤と硫黄、クロム、モリブデンおよび/またはタ
ングステンから選択されるレニウム補助促進剤とを含有
する銀含有触媒の製造方法は米国特許発明明細書第4,
766,105号に見ることができる。
好ましくはカリウム、リチウム、セシウムおよびその混
合物よりなる群から選択される少なくとも1種の第I族
元素からなる1種もしくはそれ以上の溶液で予備含浸
し、含浸支持体を少なくとも部分乾燥させ、このように
プレドープされた支持体を銀とアルカリ金属促進剤と必
要に応じリニウムと必要に応じレニウム補助促進剤とか
らなる1種もしくはそれ以上の溶液で含浸し、次いで支
持体を乾燥させることからなっている。本明細書で用い
る「支持体を銀、アルカリ金属、レニウムおよび/また
はレニウム補助促進剤からなる1種もしくはそれ以上の
溶液で含浸する」という表現および同様もしくは同意義
の表現は、支持体を1回もしくは複数回の含浸にて銀と
アルカリ金属とレニウムとレニウム補助促進剤とを異な
る量で含有する1つの溶液で含浸し;或いは複数回の含
浸にて各溶液が銀、アルカリ金属、レニウムおよびレニ
ウム補助促進剤から選択される少なくとも1種の成分を
含有するが、ただし全ての成分が個々に少なくとも溶液
の1つに存在する2種もしくはそれ以上の溶液で含浸す
ることを意味する。予備含浸工程の目的で、第1族元素
の濃度(元素として表す)は1回の予備含浸工程を用い
る場合は1×10-5〜1、好ましくは5×10-4〜0.
1g/Lの範囲である。含浸工程において銀含有溶液に
おける銀(金属として表す)の濃度は、1回の含浸を用
いる場合は1g/L〜溶解度限界までの範囲である。ア
ルカリ金属促進剤(金属として表す)の濃度は、1回の
含浸工程を用いる場合は1×10-3〜12、好ましくは
10×10-3〜12g/Lの範囲である。存在させる場
合、レニウム(金属として表す)の濃度は1回の含浸工
程を用いる場合は5×10-3〜20、好ましくは50×
10-3〜20g/Lの範囲である。存在させる場合、レ
ニウム補助促進剤(元素として表す)の濃度は1回の含
浸工程を用いる場合は1×10-3〜20、好ましくは1
0×-3〜20g/Lの範囲である。上記範囲内で選択さ
れる濃度は触媒の細孔容積、最終触媒に所望される最終
量、および含浸を1回もしくは複数回とするかどうかに
依存する。適する濃度は日常の実験により容易に決定す
ることができる。
体上に存在する銀の量は触媒上有効量の銀、すなわちエ
チレンと酸素との反応を触媒して酸化エチレンを生成さ
せる量とすべきである。好ましくは、この量は全触媒の
重量に対し1〜40重量%、より好ましくは1〜25重
量%、さらに好ましくは5〜20重量%の範囲である。
本発明による銀触媒は、酸化エチレンへのエチレンと分
子状酸素との直接的酸化における酸化エチレンの製造に
つき高い初期選択率および/または高い選択率安定性を
有することが示された。本発明による銀触媒の存在下に
この種の酸化反応を行う条件は、広義には従来技術に既
に記載された通りである。これは、たとえば適する温
度、圧力、滞留時間、たとえば窒素、二酸化炭素、水蒸
気、アルゴン、メタンもしくは他の飽和炭化水素のよう
な希釈剤物質、触媒作用を制御する調節剤(たとえば
1,2−ジクロルエタン、塩化ビニル、塩化エチルもし
くは塩素化ポリフェニル化合物)の存在、酸化エチレン
の収率を増大させるべくリサイクル操作を用い或いは異
なる反応器にて順次に変換を行う所望性、並びに酸化エ
チレンの製造法に選択しうる他の任意の特殊条件に適用
される。大気圧〜約3500kPaの範囲の圧力が一般
に用いられる。しかしながら、それより高い圧力も排除
されない。反応体として使用する分子状酸素は慣用の供
給源から得ることができる。適する酸素供給源は実質的
もしくは比較的に純粋な酸素、多量の酸素と少量の1種
もしくはそれ以上の希釈剤(たとえば窒素もしくはアル
ゴン)とからなる濃厚酸素流または他の酸素含有流(た
とえば空気)で構成することができる。したがって、酸
化エチレン反応における本発明により触媒の使用は、決
して有効であることが知られた特定条件の使用に限定さ
れないことが明かである。例示の目的で、下表は現在市
販されている酸化エチレン反応装置でしばしば使用され
る条件の範囲を示す。
酸素含有ガスをエチレンと本発明による触媒の存在下に
約180〜約330℃、好ましくは200〜325℃の
範囲の温度で接触させれば酸化エチレンが生成する。
らに説明する。実施例1 部A:触媒製造に使用する保存修酸銀/エチレンジアミ
ン溶液の調製: (1)415gの試薬級の水酸化ナトリウムを2340
mLの脱イオン水に溶解し、温度を50℃に調整した。 (2)1699gの「スペクトルピュア」(高純度)の
硝酸銀を2100mLの脱イオン水に溶解し、温度を5
0℃に調整した。 (3)水酸化ナトリウム溶液を硝酸銀溶液に攪拌しなが
ら50℃の温度を維持してゆっくり添加した。添加が完
了した後、15分間攪拌し、次いで温度を40℃まで低
下させた。 (4)綺麗なフィルタ材を挿入し、できるだけ多量の水
を工程(3)で生成した沈殿物から抜き取ってナトリウ
ムイオンと硝酸イオンとを除去した。除去された水の伝
導度を測定すると共に、フィルタ材で除去されたと同じ
できるだけ多量の新たな脱イオン水を添加した。40℃
にて15分間攪拌し、この過程を除去された水の伝導度
が90μmho/cm未満となるまで反復した。次いで
1500mLの脱イオン水を添加した。 (5)630gの高純度の修酸二水塩を約100gづつ
添加した。温度を40℃に保ち、充分に攪拌混合した。
修酸二水塩の最後の部分をゆっくり添加し、pHを監視
してpHが7.8以下に低下しないように確保した。 (6)綺麗なフィルタ材を用い混合物からできるだけ多
量の水を除去して高濃度の銀含有スラリーを形成させ、
この修酸銀スラリーを30℃まで冷却した。 (7)699gの92重量%エチレンジアミン(8%脱
イオン水)を添加した。添加に際し温度が30℃を越え
ないようにした。 上記手順により約27〜33重量%の銀を含有する溶液
を得た。
14ppm(2.0マイクロモル/g)のリチウムイオ
ンを沈着させるため次の溶液を調製した。30mLのモ
ノエタノールアミンを570mLの脱イオン水で希釈し
て全量で600mLにした。水酸化リチウム一水塩
(0.1083g)を上記溶液に溶解させた。次いで4
00gの触媒キャリヤI(99重量%のα−アルミナ、
B.E.T表面積0.48m2 /g、水孔容積0.46
5mL/g)を3.33〜6.66kPaの減圧にて3
分間にわたり減圧含浸させた。この時間の後、減圧を解
除して過剰の溶液をキャリヤからデカントした。次いで
キャリヤを8500L/hrの空気流にて270℃で7
分間にわたり連続振とうすることにより乾燥させ、次い
で流動空気オーブン内で600℃にて4時間にわたり焼
成した。触媒Bについては上記手順を反復したが、ただ
し硝酸カリウム(0.2764g)(4マイクロモル/
g)を水酸化リチウム一水塩の代わりに使用して支持体
上に156ppmのカリウムイオンを沈着させた。触媒
Cについては触媒キャリヤIのプレドープを行わなかっ
た。触媒Dについては14ppm(2.0マイクロモル
/g)のリチウムイオンを沈着させるため、次の溶液を
調製した。12.5gのモノエタノールアミンを23
7.5gの脱イオン水で希釈して全重量を250gにし
た。水酸化リチウム一水塩(0.0548g)を上記溶
液に溶解させた。150gの触媒キャリヤII(α−ア
ルミナ98.5重量%、B.E.T表面積0.51m2
/g、水孔容積0.38mL/g)を次いで3.33〜
6.66kPaの減圧にて3分間にわたり減圧含浸させ
た。この時間の後、減圧を解除して過剰の溶液をキャリ
ヤからデカントした。次いでキャリヤを8500L/h
rの空気流にて270℃で7分間にわたり連続振とうす
ることにより乾燥させ、次いで流動空気オーブン内で6
00℃にて4時間にわたり焼成した。
ドープを行わなかった。触媒Fについては345ppm
(最終触媒に対し)のセシウムイオンを沈着させるた
め、次の溶液を調製した。46.5重量%のセシウムを
含有する保存水酸化セシウム水溶液を、0.463gの
この保存溶液を200gの全重量まで脱イオン水に溶解
することにより希釈した。40gの触媒キャリヤIII
(α−アルミナ>98重量%、B.E.T表面積0.6
8m2 /g、水孔容積0.37mL/g)を次いで3.
33〜6.66kPaの減圧下に3分間にわたり減圧含
浸させた。この時間の後、減圧を解除して過剰の溶液を
キャリヤからデカントした。次いでキャリヤを8500
L/hrの空気流にて270℃で、120〜150℃で
3分間および250℃で4分間にわたり連続振とうする
ことにより乾燥させた。この乾燥工程に続き空気中で約
2時間かけて焼成を行い、室温から700℃まで加熱し
た。温度を700℃に4時間維持し、次いで室温まで約
2時間かけて冷却した。触媒Gについては触媒キャリヤ
IIIのセシウムプレドープを行わなかった。触媒Hに
ついては500ppmのセシウムイオンを沈着させるた
め、次の溶液を調製した。50gのモノエタノールアミ
ンを950gの脱イオン水で希釈した。2.466gの
水酸化セシウム(50%溶液)を上記溶液と混合した。
600gの触媒キャリヤIVを次いで3.33〜6.6
6kPaの減圧にて3分間にわたり減圧含浸させた。こ
の時間の後、減圧を解除して過剰の溶液をキャリヤから
デカントした。次いでキャリヤを8500L/hrの空
気流にて10分間にわたり250℃で100gバッチづ
つ連続振とうすることにより乾燥させた。次いでキャリ
ヤを800℃にて4時間にわたり焼成した。触媒Iにつ
いては触媒キャリヤIVのプレドープを行わなかった。
するため、水酸化セシウム(0.1939g)を350
gの上記で調製された修酸銀/エチレンジアミン溶液
(比重=1.553g/mL)に添加することにより溶
液を調製した。50gの得られた溶液を用いて、315
ppmの目標セシウムレベルを有する触媒を調製した。
触媒Aについては、約30gのリチウムプレドープされ
た上記で調製したキャリヤを3.33kPaの減圧下に
室温にて3分間置いた。約50gのドープされた含浸溶
液を次いで導入してキャリヤを浸漬させ、減圧を3.3
3kPaにさらに3分間維持した。この時間の後、減圧
を解除し、過剰の含浸溶液をキャリヤから500rpm
での2分間の遠心分離により除去した。次いで、含浸さ
れたキャリヤを8500L/hrの空気流にて約19〜
32m2 の断面積に流動させながら250℃で5分間に
わたり連続振とうすることにより硬化させた。次いで硬
化した触媒を試験に供した。触媒Bについては上記手順
にしたがったが、ただしカリウムドープされたキャリヤ
を支持体として使用した。さらに、水酸化セシウム
(0.2424g)を350gの上記で調製された修酸
銀/エチレンジアミン溶液に添加して330ppmの目
標セシウムレベルを得た。触媒Cについては上記手順を
用いたが、ただし未改変キャリヤIを支持体として使用
した。さらに、水酸化セシウム(0.1873g)を3
50gの上記で調製した修酸銀/エチレンジアミン溶液
に添加して255ppmの目標セシウムレベルを得た。
触媒A、BおよびCにつき上記した手順はこのキャリヤ
における各触媒を与えたが、これらは約13.5重量%
のAgを以下の大凡のドープ剤レベル(全触媒の重量に
対するppm、すなわちppmwとして表す)で含有す
ると共に、下記する試験条件下で初期選択率に関し所定
の銀レベルおよび支持体につきセシウムがほぼ最適であ
った。
0mLのビーカーに0.3222gの(NH4 )ReO
4 と約3.0gのエチレンジアミン/H2 O(50/5
0重量比)を添加し、この混合物を攪拌しながら溶解さ
せた。0.1572gのLi2 SO4 ・4H2 Oを秤量
皿にて2mLの水に溶解させ、次いで過レニウム酸塩溶
液に添加した。0.6777gのLiNO3 を3mLの
水に溶解し、過レニウム酸塩溶液に添加した。過レニウ
ム酸塩/硫酸塩/硝酸塩溶液を攪拌して、完全に溶解さ
せた。この溶液を366gの上記で調製された銀溶液
(比重=1.476g/mL)に添加し、得られた溶液
を水で402gの全重量まで希釈した。0.1872g
のCsOH水溶液(46.5%Cs)を100gの修酸
銀/ドープ剤溶液に添加して最終含浸溶液を調製し、こ
れは約430ppmの最終触媒セシウムレベルを目標と
した。このセシウムドープされた溶液の半分を用いて触
媒を調製した。触媒Dについては、約30gのリチウム
プレドープされたキャリヤIIを3.33kPaの下に
室温にて3分間置いた。次いで約50gの上記で調製し
たドープされた含浸溶液を導入してキャリヤを浸漬さ
せ、減圧を3.33kPaにてさらに3分間維持した。
この時間の後、減圧を解除し、過剰の含浸溶液を500
rpmでの2分間にわたる遠心分離によりキャリヤから
除去した。次いで、含浸されたキャリヤを8500L/
hrの空気流にて約19〜32cm2 の断面積に流動さ
せながら260〜270℃にて6分間にわたり連続振と
うすることにより硬化させた。硬化した触媒を次いで試
験に供した。触媒Eについては上記手順にしたがった
が、ただし未改変触媒キャリヤIIを用いた。触媒Dお
よびEにつき上記した手順はこのキャリヤにおける各触
媒を与えたが、これらは約13.5重量%のAgを以下
の大凡のドープ剤レベル(全触媒の重量に基づく重量p
pm、すなわちppmwで表す)にて含有すると共に、
下記する試験条件下で初期選択率に関し所定の銀レベル
および支持体につきセシウムがほぼ最適であった。
Cs) 含浸触媒Fを調製するため、10mLのビーカーに0.
168gの(NH4 )ReO4 と約3gの脱イオン水と
を添加し、混合物を攪拌しながら溶解させた。0.08
0gのLi2 SO4 ・H2 Oを秤量皿にて1mLの水に
溶解させ、次いで過レニウム酸塩溶液に添加した。0.
345gのLiNO3 を2mLの水に溶解させ、過レニ
ウム酸塩溶液に添加した。過レニウム酸塩/硫酸リチウ
ム/硝酸リチウム溶液を攪拌して完全な溶解を確保し
た。次いで、このドープ剤溶液を189.7gの上記で
調製した銀溶液(比重=1.55g/mL)に添加し、
得られた溶液を水により204gの全重量まで希釈し
た。この溶液の1/4を使用して触媒を調製した。4
6.5重量%のセシウムを含有する0.0923gの保
存CsOH溶液を51gの修酸銀/ドープ剤溶液に添加
して最終含浸溶液を調製した。このように調製した最終
含浸溶液を次いで、下記するようにセシウムプレドープ
されたキャリヤを含浸すべく使用した。触媒Fにつき上
記した約30gのセシウムプレドープされたキャリヤを
3.33kPaの減圧下に室温にて3分間置いた。次い
で約50gのドープされた含浸溶液を導入してキャリヤ
を浸漬させ、減圧を3.33kPaにさらに3分間維持
した。この時間の後、減圧を解除し、過剰の含浸溶液を
500rpmでの2分間にわたる遠心分離によりキャリ
ヤから除去した。次いで、含浸されたキャリヤを850
0L/hrの空気流にて約19〜32cm2 の断面積に
流過させながら250〜270℃にて5〜6分間にわた
り連続振とうすることにより硬化させた。硬化したセシ
ウムプレドープ触媒(触媒F)を次いで試験に供した。
いCs) 触媒Gを触媒Fと同様に調製したが、ただし触媒キャリ
ヤをセシウムによりプレドープせず、0.128gの保
存CsOH溶液を51gの銀保存溶液に添加した。触媒H (非レニウムのプレドープされたCs) 含浸触媒Hを調製するため水酸化セシウム(0.312
9g、43.6%セシウム)を350gの上記で調製さ
れた修酸銀/エチレンジアミン溶液(比重=1.553
g/mL)に添加して溶液を調製した。次いで、このよ
うに調製した含浸溶液を下記するようにセシウムプレド
ープされたキャリヤを含浸すべく使用した。触媒Hにつ
き上記部Bに記載した約30gのセシウムプレドープさ
れたキャリヤを3.33kPaの減圧下に室温にて3分
間置いた。次いで約50gのセシウムドープされた含浸
溶液を導入してキャリヤを浸漬させ、減圧を3.33k
Paにさらに3分間維持した。この時間の後、減圧を解
除し、過剰の含浸溶液を500rpmでの2分間にわた
る遠心分離によりキャリヤから除去した。次いで、含浸
されたキャリヤを8500L/hrの空気流にて250
℃で5分間にわたり連続振とうして硬化させた(約19
〜32cm2 の断面積にわたり流動)。硬化したセシウ
ムプレドープ触媒(触媒H)を次いで試験に供した。
s) 触媒Iを触媒Hと同様に調製したが、ただし触媒キャリ
ヤをセシウムでプレドープせず、水酸化セシウムの量を
270ppmのセシウムを完成触媒に沈着させるよう調
整した。触媒F、G、HおよびIにつき上記した手順は
このキャリヤにおける各触媒を与え、これらは約13.
5〜14.5重量%のAgを次の大凡のドープ剤レベル
(全触媒の重量に対する重量ppm、すなわちppmw
として表す)で含有すると共に、下記する試験条件下で
初期選択率に関し所定の銀およびレニウム(存在させる
場合)および硫黄レベル並びに支持体につきセシウムが
ほぼ最適である。
の標準的公開方法により測定することができる。上記手
順により調製された触媒におけるレニウムの実レベル
は、水での抽出に続く抽出物におけるレニウムの分光光
度測定によって決定することができる。触媒におけるセ
シウムの実レベルは、触媒調製物における保存水酸化セ
シウム溶液(これは予めセシウムの放射性同位元素によ
り標識される)を用いて決定することができる。次いで
触媒のセシウム含有量は、触媒の放射能を測定して決定
することができる。また、触媒のセシウム含有量は触媒
を沸騰脱イオン水でリーチングさせて決定することがで
きる。この抽出工程においてセシウム並びに他のアルカ
リ金属は、10gの全触媒を20mLの水中で5分間に
わたり沸騰させ、これをさらに2回反復し、これら抽出
物を合し、さらに存在するアルカリ金属の量を原子吸収
分光測定(パーキン・エルマー・モデル100B型もし
くは均等物)を用いる基準アルカリ金属の標準溶液と対
比して決定することにより、触媒からの抽出で測定され
る。
なわち14〜20メッシュ)を直径1/4インチのステ
ンレス鋼U字管に充填した。このU字管を溶融金属浴
(熱媒体)に浸漬し、端部をガス流システムに接続し
た。使用した触媒の重量および流入ガス流速を触媒1m
L当り毎時3300mLのガス空時速度を得るよう調整
した。流入ガス圧力は1550kPaである。全試験操
作(始動を含む)に際し触媒床を通過させたガス混合物
(操作に際し1回)は30%エチレンと8.5%酸素と
5%二酸化炭素と54.5%窒素と2.0〜6.0pp
mv塩化エチルとで構成した。初期反応器(熱媒体)温
度は225℃とした。この初期温度にて1時間の後、温
度を1時間かけて235℃まで上昇させ、次いで1時間
かけて245℃に調整した。次いで温度を40%の一定
酸素変換レベルを得るよう調整した。この変換レベルに
おける性能データは、一般に触媒を全部で少なくとも1
〜2日間にわたり操作した際に得られた。供給ガス組
成、ガス流量、並びに供給および生成ガス組成を測定す
べく使用した分析装置の検量における僅かな差に基づ
き、所定の触媒に関する測定された選択率および活性は
試験毎に僅かに変化しうる。異なる時点で試験した触媒
の性能に関する有意の比較を可能にすべく、この実施例
に記載した全触媒を比較触媒と同時に試験した。この実
施例に記載した全ての性能データを比較触媒の平均初期
性能(S40=81.0%;T40=230℃)と対比して
補正した。これら結果を下表IIに示す。全ての選択率
値は%として表す。
れたリチウムキャリヤを用いて調製した触媒(触媒A)
はプレドープされたカリウムキャリヤを用いずに調製し
た触媒(触媒C)よりも高い初期選択率を有し、したが
って有利であった。さらに、プレドープされたカリウム
キャリヤを用いて調製した触媒(触媒B)はプレドープ
したリチウムキャリヤを用いずに調製された触媒(触媒
C)よりも高い初期選択率を有することも見られ、した
がって有利であった。
0%変換率における選択率につき初期性能値を得た後、
これら触媒を高苛酷の老化条件にかけた。これら条件下
で触媒を85%変換率または最高285℃まで10日間
加熱して触媒の老化を加速させた。この10日間の老化
期間の後、触媒を再び40%変換率に戻し、標準条件下
に再び最適化させた。選択率を再び測定して、新鮮な触
媒の初期値と比較した。新たな選択率値を測定した後、
このサイクルを反復すると共に、触媒の選択率低下を標
準40%変換率の条件下で10日間のサイクルにわたり
新鮮な初期性能と対比して連続測定した。結果を下表I
IIに示す。全選択率値は%として表す。触媒Dおよび
Eの初期性能は実験誤差内にて同一であると決定され
た。86.4%±0.4%の初期S40値および264℃
±3℃のT40値が得られた。
されたリチウムキャリヤを用いずに調製した触媒Dは、
プレドープされたリチウムキャリヤを用いて調製された
触媒Eよりもずっと速く選択率が減少した。
ただし使用した破砕触媒の量は1.5〜2gとし、ガス
空時速度は6800とし、一定酸化エチレン生成レベル
は1.5%とした。1.5〜2gの破砕触媒(0.84
1〜0.595mm、すなわち20〜30メッシュ)を
直径1/4インチのステンレス鋼U字管に充填した。全
試験操作(始動を含む)に際し触媒床に通過させたガス
混合物(操作に際し1回)は25%エチレン、7%酸
素、5%二酸化炭素、63%窒素および1.0〜6.0
ppmv塩化エチルで構成した。この実施例に記載した
全選択率データは、比較触媒の平均初期性能(S1.5 =
81.7%)に対し補正する。1.5%酸化エチレン生
成における選択率の初期性能値を得た後、触媒を高苛酷
老化条件にかけた。初期性能値を測定した後、触媒Fお
よびGを延長時間にわたり試験して触媒の安定性を決定
した。結果を下表IVに示す。
の実施例に記載した全性能データは、比較触媒の平均初
期性能(S40=81.0%;T40=230℃)と対比し
て補正する。触媒FおよびGの初期性能は実験誤差内に
て同じであると決定された。40%変換率における選択
率の初期性能値を得た後、触媒を高苛酷老化条件にかけ
た。高苛酷老化試験は次の条件下で行った:30,00
0GHSV、7%CO2 、8.5%O2 、30%エチレ
ン、5.6ppmEC、残部N2 。反応器圧力を155
0kPaにすると共に、酸素変換率を25%の一定値に
保った。結果を下表Vに示す。全選択率値は%として表
す。
ドープされたセシウムキャリヤを用いて調製した触媒、
すなわちレニウム含有触媒(触媒F)およびレニウムを
含有しない触媒(触媒H)の両者は、プレドープされた
セシウムキャリヤを用いずに調製したレニウム含有触媒
およびレニウムを含有しない触媒、すなわちそれぞれ触
媒GおよびIよりも遅く劣化し、したがって顕著に有利
であった。
Claims (10)
- 【請求項1】 エチレンと酸素とから酸化エチレンを気
相製造するための酸化エチレン触媒を製造するに際し、
好ましくはリチウム、カリウムおよびセシウムよりなる
群から選択されるプレドープ量の少なくとも1種のアル
カリ金属を多孔質耐火性支持体に沈着させ、この支持体
を少なくとも部分的に乾燥させ、次いで触媒上有効量の
銀と促進量のアルカリ金属と必要に応じ促進量のレニウ
ムとを前記支持体に沈着させ、さらに必要に応じ硫黄、
モリブデン、タングステン、クロム、燐、硼素およびそ
の混合物よりなる群から選択される促進量のレニウム補
助促進剤を沈着させ、次いで支持体を乾燥させることを
特徴とする酸化エチレン触媒の製造方法。 - 【請求項2】 アルカリ金属プレドープ剤が水酸化リチ
ウム、酸化リチウム、塩化リチウム、炭酸リチウム、酢
酸リチウム、修酸リチウムおよびその混合物から選択さ
れるリチウム化合物である請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 アルカリ金属プレドープ剤が酢酸カリウ
ム、硝酸カリウム、塩化カリウム、酸化カリウム、水酸
化カリウム、修酸カリウムおよびその混合物から選択さ
れるカリウム化合物である請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 アルカリ金属プレドープ剤が酢酸セシウ
ム、アセチルアセトン酸セシウム、塩化セシウム、炭酸
セシウム、硝酸セシウム、修酸セシウム、水酸化セシウ
ムおよびその混合物から選択されるセシウム化合物であ
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 支持体が0.05m2 /g〜約10m2
/gの範囲の表面積を有するα−アルミナからなる請求
項1に記載の方法。 - 【請求項6】 アルカリ金属促進剤がカリウム、ルビジ
ウム、セシウムおよびその混合物から選択される請求項
1に記載の方法。 - 【請求項7】 アルカリ金属促進剤がセシウムと少なく
とも1種の追加アルカリ金属とからなる請求項6に記載
の方法。 - 【請求項8】 アルカリ金属促進剤がセシウムとリチウ
ムである請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 アルカリ金属プレドープ剤のリチウム促
進剤の量が全触媒の重量に対し元素として表して10〜
5000ppmの範囲であり、銀の量が全触媒の重量に
対し1〜40重量%の範囲であり、アルカリ金属促進剤
の量が全触媒の重量%に対し金属として表して約10〜
約1500ppmの範囲であり、レニウム促進剤の適宜
の量が全触媒1g当り金属として表して0.1〜10マ
イクロモルのレニウムの範囲であり、レニウム補助促進
剤の適宜の量が全触媒1g当り元素として表して0.1
〜10マイクロモルの補助促進剤の範囲である請求項1
に記載の方法。 - 【請求項10】 エチレンを気相にて酸素含有ガスと酸
化エチレン生成条件下で180〜330℃の範囲の温度
にて、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法により
製造された触媒の存在下に接触させることを特徴とする
酸化エチレンの製造方法。
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