(57)【要約】［課題］脱水素触媒を用いて炭化水素を脱水素して不飽和炭化水素を製造する方法において、脱水素触媒上からの亜鉛の揮散を効果的に抑制することにより、長期に亘って安定的に不飽和炭化水素、すなわちオレフィンおよびまたはジエンを製造する方法を提供すること。［解決手段］炭化水素を含む原料含有ガス（１）を、金属亜鉛もしくは亜鉛化合物またはその両方と接触させ、次いで活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含む、不飽和炭化水素の製造方法。
2015152160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含む原料含有ガス（１）を、金属亜鉛もしくは亜鉛化合物またはその両方と接触させ、次いで活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含む、不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項２】
前記原料含有ガス（１）が水蒸気をさらに含む請求項１に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項３】
前記原料含有ガス（１）が水素をさらに含む請求項１または２に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項４】
炭化水素を含む原料含有ガス（１）を、金属亜鉛もしくは亜鉛化合物またはその両方と接触させて炭化水素および亜鉛蒸気を含む原料含有ガス（２）を得て、該原料含有ガス（２）を、活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含む、請求項１に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項５】
前記原料含有ガス（２）に含まれる亜鉛蒸気の分圧が、前記脱水素反応の反応温度における亜鉛の蒸気圧以下である請求項４に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項６】
前記原料含有ガス（２）が水蒸気をさらに含む請求項４または５に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項７】
前記原料含有ガス（２）が水素をさらに含む請求項４〜６のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項８】
前記脱水素反応の際の反応温度が３００〜８００℃、かつ反応圧力が０．０１〜１ＭＰａの範囲にある請求項１〜７のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項９】
前記亜鉛化合物が酸化亜鉛である請求項１〜８のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１０】
前記炭化水素が、プロパン、ｎ−ブタンおよびイソブタンから選ばれる少なくとも１種の炭化水素である請求項１〜９のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１１】
前記炭化水素が、ｎ−ブテンである請求項１〜９のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１２】
前記脱水素触媒が、ゼオライトを担体とし、活性成分として亜鉛および第VIIIＡ族金属を担持した触媒である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１３】
前記脱水素触媒に含まれる亜鉛の量が、該触媒全体の重量を１００重量％とすると、０．０１〜１５重量％である請求項１２に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１４】
前記脱水素触媒に含まれる第VIIIＡ族金属の量が、該触媒全体の重量を１００重量％とすると、０．０１〜５重量％である請求項１２または１３に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１５】
前記第VIIIＡ族金属が白金である請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１６】
前記ゼオライトがシリカライトまたはボロシリケートである請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１７】
前記シリカライトまたはおよび前記ボロシリケートがＭＦＩ構造を有する請求項１６に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１８】
前記ゼオライトがＭＦＩ型ボロシリケートからホウ素原子の少なくとも一部を除去して得られるシリケートである請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【請求項１９】
前記シリケート中のホウ素原子残存率が、前記ＭＦＩ型ボロシリケート中のホウ素原子全量の８０％以下である請求項１８に記載の不飽和炭化水素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素の脱水素反応を行うことによって不飽和炭化水素を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不飽和炭化水素、特にオレフィンおよびジエンは、石油化学工業における種々の誘導体の基礎原料として大変有用である。代表的な低級オレフィンおよびジエンとして、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、１，３−ブタジエンなどが挙げられる。これらの低級オレフィンおよびジエンは、対応するパラフィンおよびまたはオレフィンを脱水素することによっても製造されることが知られており、例えばアルミナ担体上に酸化クロムを担持した触媒、アルミナ担体もしくはアルミン酸亜鉛のようなスピネル担体上に白金を担持した触媒などが、その製造に好適であることが知られている（非特許文献１）。また、特許文献１〜９には、ゼオライト担体上に白金と亜鉛を担持した触媒は、他の触媒系に比べて長期に亘って高い活性を示すことが開示されている。【０００３】
一方、金属亜鉛の融点は約４２０℃と低く、しかも高い蒸気圧を有することから、活性成分として金属亜鉛を含む脱水素触媒の場合、高温低圧を要する典型的な脱水素反応条件下では金属亜鉛が継続的に触媒上から揮散し続け、その結果として触媒には非可逆的な劣化が引き起こされる。【０００４】
触媒上からの亜鉛の揮散を抑制する方法として、例えば特許文献７の本文中にはジルコニウムのような第IVＢ族元素の添加が効果的であると記載されている。また特許文献１０には、プロパンの芳香族化触媒として亜鉛が担持されたゼオライトにガリウムを添加する方法が、特許文献１１には低級炭化水素の芳香族化触媒として亜鉛を含有するゼオライトを用い、原料ガスとともに二酸化炭素やスチーム、チオフェンなどを供給する方法が開示されている。さらに特許文献１２には、芳香族化触媒中に含まれる亜鉛成分とアルミナの反応によるアルミン酸亜鉛の形成が、亜鉛の安定化に大きく貢献することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，９６２，２６６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１２６，５０２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２０８，２０１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３２４，７０２号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４５３，５５８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１９７，７１７号明細書
【特許文献７】米国特許第６，５５５，７２４号明細書
【特許文献８】国際公開２０１２／０２０７４３号
【特許文献９】特開２０１２−０２６１９７号公報
【特許文献１０】米国特許第４，４９０，５６９号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，８４９，５６８号明細書
【特許文献１２】特開平１０−５２６４６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ｗｉｌｅｙ，２１４ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らが、これら芳香族化触媒の開発において見出された亜鉛の揮散抑制技術を脱水素触媒に応用したところ、いずれも得られる効果が小さい、もしくは活性の大幅な減少を伴うなど、上記の亜鉛揮散抑制技術は、決して満足できるとは言い難いことが分かった。それゆえ、脱水素触媒に適用可能な、効果的な亜鉛の安定化方法の確立が望まれる。【０００８】
したがって本発明は、脱水素触媒を用いて炭化水素を脱水素して不飽和炭化水素を製造する方法において、脱水素触媒上からの亜鉛の揮散を効果的に抑制することにより、長期に亘って安定的に不飽和炭化水素、すなわちオレフィンまたはジエンを製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、原料含有ガスを金属亜鉛および／または亜鉛化合物と接触させた後に触媒と接触させることにより、あるいは亜鉛蒸気を含む原料含有ガスを触媒と接触させることにより、触媒からの亜鉛の揮散を効果的に抑制し、結果として長期に亘って安定的に不飽和炭化水素すなわちオレフィン、ジエンを製造できることを見出した。【００１０】
すなわち本発明の一つの態様は、炭化水素を含む原料含有ガス（１）を、金属亜鉛もしくは亜鉛化合物またはその両方と接触させ、次いで活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含む不飽和炭化水素の製造方法（以下「製造方法（１）」ともいう。）である。【００１１】
また、本発明の他の態様は、炭化水素および亜鉛蒸気を含む原料含有ガス（２）を、活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含む不飽和炭化水素の製造方法（以下「製造方法（２）」ともいう。）である。
前記原料含有ガス（２）は、前記原料含有ガス（１）を金属亜鉛もしくは亜鉛化合物またはその両方と接触させることにより、得ることができる。【００１２】
前記脱水素反応の反応温度が３００〜８００℃、かつ反応圧力が０．０１〜１ＭＰａであることが好ましい。
前記原料含有ガス（２）に含まれる亜鉛蒸気の分圧は、前記脱水素反応の反応温度における亜鉛の蒸気圧以下である。亜鉛蒸気の供給源としては、金属亜鉛もしくは酸化亜鉛またはその両方が好ましい。【００１３】
原料である前記炭化水素は、好ましくはプロパン、ｎ−ブタンおよびイソブタンから選ばれる少なくとも１種であるか、またはｎ−ブテンである。
前記製造方法（１）において、前記原料含有ガス（１）は、好ましくは水蒸気および／または水素をさらに含有する。
前記製造方法（２）において、前記原料含有ガス（２）は、好ましくは水蒸気および／または水素をさらに含有する。【００１４】
また、前記脱水素触媒として好ましい形態は、ゼオライトを担体とし、活性成分として亜鉛および第VIIIＡ族金属が担持された触媒である。このような触媒に含まれる亜鉛の量は、該触媒全体の重量を１００重量％とすると、好ましくは０．０１〜１５重量％であり、第VIIIＡ族金属の量は、該触媒全体の重量を１００重量％とすると、好ましくは０．０１〜５重量％である。また前記第VIIIＡ族金属としては白金が好ましい。【００１５】
前記ゼオライトとしてはシリカライトまたはボロシリケートが好ましく、ＭＦＩ構造を有するものがより好ましい。さらに好ましいゼオライト担体は、ＭＦＩ型ボロシリケートからホウ素原子の少なくとも一部を除去して得られるシリケートであり、シリケート中のホウ素原子残存率が、ＭＦＩ型ボロシリケート中のホウ素原子全量の８０％以下であるものが特に好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、脱水素触媒上からの亜鉛の揮散を非常に簡便な方法で効果的に抑制でき、その結果として長期に亘って該脱水素触媒の高い活性が得られるため、経済上著しく優位に不飽和炭化水素、すなわちオレフィンまたはジエンを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】触媒層に対する、反応管内のガスの流れの上流側に酸化亜鉛を充填した場合（実施例１、○でプロット）と、充填しなかった場合（比較例１、●でプロット）のプロピレン収率の経時変化の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明に係る不飽和炭化水素の製造方法（製造方法（１））は、炭化水素を含む原料含有ガス（１）を、金属亜鉛もしくは亜鉛化合物またはその両方と接触させ、次いで活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含んでいる。
【００１９】
本発明の他の態様においては、本発明に係る不飽和炭化水素の製造方法（製造方法（２））は、炭化水素および亜鉛蒸気を含む原料含有ガス（２）を、活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒と接触させて、該炭化水素の脱水素反応を行い不飽和炭化水素を製造する工程を含んでいる。
なお以下の記載内容は、特に断りのない限り、前記製造方法（１）および前記製造方法（２）の両方に適用される。
【００２０】
前記脱水素反応の際の反応温度の範囲は、好ましくは３００〜８００℃であり、さらに好ましくは４００〜７００℃であり、特に好ましくは４５０〜６５０℃である。反応温度が前記の下限値以上であると、原料である炭化水素が高い平衡転化率で不飽和炭化水素に転化するため、ワンパスで高い収率で不飽和炭化水素が製造される。また、反応温度が前記の上限値以下であると、コーキング速度が大きくならず、触媒の活性劣化が抑えられる。
【００２１】
反応圧力の範囲は、好ましくは０．０１〜１ＭＰａであり、さらに好ましくは０．０１〜０．５ＭＰａである。反応圧力が低いほど原料である炭化水素の平衡転化率は高くなり、ワンパスでの不飽和炭化水素の収率は大きくなる。
【００２２】
本発明の製造方法は気相で実施されるため、連続式の反応装置にて反応を実施することが好ましい。このとき、触媒の使用量は重量空間速度ＷＨＳＶ（単位重量の触媒および単位時間当たりの、原料である炭化水素の供給重量）で表すのが簡便であり、また適切である。本発明においてＷＨＳＶの範囲は、特に限定されないが、好ましくは０．０１〜５０ｈ-1であり、さらに好ましくは０．１〜２０ｈ-1である。
【００２３】
本発明は、前記製造方法（２）においては、亜鉛蒸気を含む原料含有ガスを、活性成分の１つとして亜鉛を含む触媒と接触させることを特徴とする。触媒に亜鉛蒸気を接触させることにより、触媒上からの亜鉛の揮散が抑制される結果、触媒は長期に亘って安定した性能を示すことが可能になる。触媒と接触する原料含有ガス中に含まれる亜鉛蒸気の分圧は、反応温度における亜鉛の蒸気圧以下であり、原料含有ガス中に含まれる亜鉛蒸気の濃度（体積基準）は０％を超える濃度であり、好ましくは０．０１％以上であり、さらに好ましくは０．０５％以上である。
【００２４】
亜鉛蒸気の供給源としては、例えば金属亜鉛、酸化亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸亜鉛、アルミン酸亜鉛などが挙げられ、亜鉛蒸気を容易に発生させることから金属亜鉛もしくは酸化亜鉛またはその両方が好ましい。
【００２５】
亜鉛蒸気の供給源は所定の分圧の亜鉛蒸気を発生させるために加熱されるが、その温度範囲は好ましくは３００℃以上かつ反応温度以下であり、さらに好ましくは４００℃以上反応温度以下であり、特に好ましくは４５０℃以上かつ反応温度以下である。
【００２６】
原料含有ガスへの亜鉛蒸気の供給方法に特に制限はなく、例えば反応器（すなわち、炭化水素の脱水素反応を行う容器）とは別の室で金属亜鉛および／または亜鉛化合物を所定温度まで加熱し、そこに原料である炭化水素のガスと任意に使用される不活性ガスからなる混合ガスを通過させることによって、最大で蒸気圧分の亜鉛蒸気を原料である炭化水素のガスと不活性ガスからなる混合ガスに含ませてもよい。また、反応管内に、前記触媒を含む触媒層を形成し、この触媒層に対する、反応管内のガスの流れの上流側に酸化亜鉛またはアルミン酸亜鉛の層を設け、この層を還元性ガス（たとえば、水素ガス）の存在下で加熱することによりこの層から亜鉛蒸気を発生させ、原料である炭化水素のガス、任意に使用される不活性ガス、および任意に未反応の前記還元性ガスを含む混合ガスが触媒層と接触する直前に、最大で蒸気圧分の亜鉛蒸気をこの混合ガスに含有させてもよい。
【００２７】
亜鉛蒸気の供給は連続的でも断続的でもよいが、断続的に供給する場合は、反応器とは別の室を設ける必要がある。
本発明では、脱水素反応により不飽和炭化水素へと変換される炭化水素が反応器に供給される。本発明で製造される不飽和炭化水素は、工業的な有用性の観点から好ましくはオレフィン（二重結合が１分子内に１つ存在する不飽和炭化水素）およびジエン（二重結合が１分子内に２つ存在する不飽和炭化水素）である。すなわち本発明の不飽和炭化水素の製造方法は、好ましくはオレフィンまたはジエンの製造方法である。
【００２８】
原料である炭化水素として特に好ましい化合物はプロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、１−ブテン、２−ブテンおよびこれらの混合物であり、上記不飽和炭化水素として特に好ましい化合物は、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、１，３−ブタジエンおよびこれらの混合物である。１−ブテンと２−ブテンとの混合物は通常、ｎ−ブテンと呼ばれる。
【００２９】
原料である炭化水素のガスは、本発明の効果を阻害しない他のガスとともに反応器に供給されても良く、前記他のガスの例として水蒸気、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、メタンガスなどを挙げることができる。このうち特に、脱水素触媒の寿命を長くできる点で水蒸気が好ましい。また、他のガスとして、酸化亜鉛から亜鉛蒸気を発生させるために用いられた水素ガスの残分が供給されてもよい。炭化水素ガスと前記他のガスとの混合方法および混合比率については特に制限されない。
【００３０】
本発明で用いられる反応形式は特に限定されず、公知の方法を採用することができ、例えば固定床、移動床、流動床などが挙げられる。プロセス設計の容易さの観点から、特に好ましくは固定床形式である。
【００３１】
本発明では、活性成分の１つとして亜鉛を含む脱水素触媒が用いられ、好ましくはゼオライトを担体とし、活性成分として亜鉛および第VIIIＡ族金属を担持した触媒が用いられる。
【００３２】
亜鉛および第VIIIＡ族金属は、例えば対応する金属硝酸塩、金属塩化物または金属錯体などの金属化合物を使用して、ゼオライトに担持することが可能である。ゼオライトへの担持は、イオン交換法あるいは含浸法など公知の方法により実施することができ、担持の序列についても特に制限されない。
【００３３】
前記の亜鉛化合物としては、例えば硝酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸亜鉛などが挙げられる。前記の第VIIIＡ族金属化合物としては、例えば塩化白金酸、塩化テトラアンミン白金、水酸化テトラアンミン白金、硝酸テトラアンミン白金などが挙げられる。
【００３４】
前記脱水素触媒に含まれる亜鉛の量の範囲は、触媒全体の重量（１００重量％）に対する亜鉛金属原子の重量の割合として、好ましくは０．０１〜１５重量％、さらに好ましくは０．０５〜５重量％、特に好ましくは０．１〜３重量％である。
【００３５】
前記脱水素触媒に含まれる第VIIIＡ族金属の量の範囲は、触媒全体の重量（１００重量％）に対する第VIIIＡ族金属原子の重量の割合として、好ましくは０．０１〜５重量％、さらに好ましくは０．０５〜３重量％、特に好ましくは０．１〜１．５重量％である。
【００３６】
亜鉛と第VIIIＡ族金属との割合は、モル比（Ｚｎのモル数／第VIIIＡ族金属のモル数）として通常０．５以上、好ましくは０．５〜５０、より好ましくは１〜３０、さらに好ましくは１〜２０である。
【００３７】
前記第VIIIＡ族金属とは、旧ＩＵＰＡＣ方式の表記であり、ＩＵＰＡＣ方式で言えば、第８〜１０族の金属である。第VIIIＡ族の金属として、例えば白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、ニッケルなどが挙げられる。これらの中でも、触媒活性の観点から白金が好ましい。
【００３８】
前記脱水素触媒の製造方法の一例では、前記亜鉛化合物および任意に第VIIIＡ族金属化合物をゼオライトに担持した後、乾燥および焼成を行う。乾燥条件は特に制限されないが、乾燥は、通常は８０〜１５０℃で所定の時間実施される。焼成条件も特に制限されないが、焼成は、通常は４００〜６００℃で所定の時間実施される。焼成時の雰囲気も特に制限されないが、通常は空気流通下で乾燥および焼成が実施される。
【００３９】
前記ゼオライトとは、結晶性の多孔質アルミノケイ酸塩の総称として用いられる名前であり、トポロジーに従った構造コードにより分類される。各構造コードに対しては構造、組成、結晶学的データに関する情報が知られている（例えばＡｔｌａｓ  ｏｆ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｔｙｐｅｓ、４ｔｈ  Ｅｄ．、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  １９９６、他にＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ＸＲＤ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｆｏｒ  Ｚｅｏｌｉｔｅｓ、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  １９９６）。また、同様の結晶構造を有するアルミノケイ酸塩以外の化合物として、アルミニウムを含まないシリカライトや、アルミニウムの代わりに鉄、ガリウム、チタンなどを含むメタロケイ酸塩などもゼオライトに含まれる（例えばゼオライトの科学と工学、講談社サイエンティフィク）。
【００４０】
本発明においては、アルミニウムを含まないシリカライトもしくはアルミニウムの代わりにホウ素を含むメタロケイ酸塩であるボロシリケートを、触媒担体として用いることが好ましい。
【００４１】
本発明で用いられるシリカライトもしくはボロシリケート中のアルミニウム含有量は特に限定されないが、これらゼオライト中のシリカ／アルミナモル比（ＳｉＯ2のモル数／Ａｌ2Ｏ3のモル数）は１００以上であることが好ましく、５００以上であることがより好ましく、１０００以上であることが特に好ましく、２０００以上であることが最も好ましい。シリカ／アルミナモル比が１００以上であると、アルミニウムに起因する酸点上で進行するオリゴマー化などの副反応が抑制される。シリカ／アルミナモル比が２０００以上であれば、こうした副反応をさらに効果的に抑制できる。
【００４２】
ボロシリケート中のホウ素含有量は特に限定されないが、１００〜３００００ｐｐｍが好ましく、５００〜１００００ｐｐｍがより好ましく、１０００〜８００００ｐｐｍが特に好ましい。
【００４３】
シリカライトもしくはボロシリケート中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の含有量は特に限定されないが、これらの金属が実質的に存在しないことが好ましい。「実質的に存在しない」とは、シリカライトもしくはボロシリケート中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の含有量が各々３００ｐｐｍ以下であることを指す。
【００４４】
さらには、前記シリカライトおよび前記ボロシリケートがＭＦＩ構造を有していることが好ましい。
ＭＦＩ構造を有するボロシリケート（以下「ＭＦＩ型ボロシリケート」ともいう。）をそのまま担体として用いてもよいが、前記ＭＦＩ型ボロシリケートからホウ素原子の少なくとも一部を除去して得られるシリケートを担体として用いることが好ましい。
【００４５】
前記ＭＦＩ型ボロシリケートからホウ素原子の少なくとも一部を除去した後のシリケート中のホウ素原子残存率は、前記ボロシリケート中のホウ素原子全量の８０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることが特に好ましく、２０％以下であることが最も好ましい。
【００４６】
ホウ素原子残存率は、ホウ素原子を除去する前のボロシリケートにおけるホウ素原子の含有量と、ホウ素原子を除去した後のシリケートにおけるホウ素原子の含有量との比較により算出される。前記ボロシリケートからホウ素原子の少なくとも一部を除去する方法に制限はなく、公知の方法、例えば無機酸もしくは有機酸の水溶液で処理する方法などが採用される。
【００４７】
反応器に充填する触媒は、粉末状であってもよく、成型体であってもよい。成型方法について制限はなく、押し出し成型、打錠成型、コーティング成型など公知の方法が採用される。
【００４８】
触媒を反応器に充填した後および反応開始前に、触媒を活性化するための前処理を実施しても良く、前処理では、通常は、前記触媒に水素あるいは一酸化炭素などの還元性ガスを接触させる。これらの還元性ガスは希釈せずに用いても良いし、上述の不活性ガスで適宜希釈して用いても良い。
【００４９】
反応開始より一定時間が経過し、触媒活性の低下が確認された場合には反応を中止し、再生処理と呼ばれる方法によって触媒を再活性化してもよい。その方法は特に制限されないが、通常は所定の温度で酸素を含むガスを触媒と接触させることにより、触媒表面上に付着したコークとよばれる炭化水素の重質物を燃焼除去する方法がとられる。
【実施例】
【００５０】
以下に実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（触媒調製１）
ホウ素原子を３２００ｐｐｍ含有するＭＦＩ型ボロシリケート１０ｇを、１Ｎ硝酸水溶液２００ｍｌ中で８０℃、２時間攪拌した後、ろ過してケーキとろ液に分別した。さらに、ろ別されたケーキを、１Ｎ硝酸水溶液２００ｍｌ中で８０℃、２時間攪拌した後、ろ過してケーキとろ液に分別する、という操作を２回繰り返し、次いでろ別されたケーキを、使用された洗浄液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。洗浄されたケーキを、空気を流通させ１２０℃に保持した静置式電気炉内で３時間かけて乾燥させた後、引き続いて５００℃で４時間焼成し、ＭＦＩ型ボロシリケートからホウ素原子の少なくとも一部を除去したシリケートを得た。得られたシリケート中のホウ素原子量は２６０ｐｐｍであり、このときのホウ素原子残存率は８％であった。【００５１】
（触媒調製２）
触媒調製１で得たシリケート２ｇに、硝酸亜鉛六水和物０．０５８ｇを含む水溶液０．６６ｇを添加して、ｉｎｃｉｐｉｅｎｔ−ｗｅｔｎｅｓｓ法にて亜鉛イオンを含浸させた。亜鉛イオンが含浸されたシリケートを、空気を流通させ１２０℃に保持した静置式電気炉内で３時間かけて乾燥させた後、引き続いて５００℃、４時間焼成して亜鉛が担持されたシリケートを調製した。【００５２】
（触媒調製３）
触媒調製２で得た亜鉛が担持されたシリケート１．５ｇに、塩化白金酸六水和物０．０１２７ｇを含有する水溶液０．３７５ｇを添加して、ｉｎｃｉｐｉｅｎｔ−ｗｅｔｎｅｓｓ法にて白金イオンを含浸させた。白金イオンが含浸されたシリケートを、空気を流通させ１２０℃に保持した静置式電気炉内で３時間かけて乾燥させた後、引き続いて５００℃、４時間焼成して白金および亜鉛が担持されたシリケート触媒の粉末を得た。このシリケート触媒の白金担持量は０．３２重量％、亜鉛担持量は０．６４重量％であった。【００５３】
［実施例１］
内径６ｍｍのアルミナの内挿管が装着されたＳＵＳ製チューブに、触媒調製３で得た白金および亜鉛が担持されたシリケート触媒０．２ｇを充填し、次いでシリカウールを挟んで触媒の上流側に酸化亜鉛（シグマアルドリッチ製）０．１ｇを充填し、それらの前後にアルミナボールを充填して触媒および酸化亜鉛を固定することにより反応管を製作した。反応管に、６００℃、常圧で水素２０ｓｃｃｍと水蒸気０．０６４ｇ／分とからなる混合ガスを２時間流して触媒を前処理した後、水素２．１ｓｃｃｍ、プロパン１３．５５ｓｃｃｍ、および水蒸気０．０２２ｇ／分を供給してプロパンの脱水素反応を開始した。また、反応開始とともに反応温度を６５０℃まで上げた。
触媒は長期に亘って安定した活性を示し、約１２０時間に亘ってプロピレン収率６０％を示した。【００５４】
［比較例１］
酸化亜鉛を充填しなかった以外は実施例１と同じ方法で反応管を製作し、実施例１と同じ前処理条件および反応条件でプロパンの脱水素反応を開始した。触媒は約６０時間に亘ってプロピレン収率６０％を示した。【００５５】
［比較例２］
シリケート触媒を充填しなかった以外は実施例１と同じ方法で反応管を製作し、実施例１と同様に、反応管に、６００℃、常圧で水素２０ｓｃｃｍと水蒸気０．０６４ｇ／分とからなる混合ガスを２時間流した後、６５０℃で、水素２．１ｓｃｃｍ、プロパン１３．５５ｓｃｃｍ、および水蒸気０．０２２ｇ／分を供給した。酸化亜鉛は、プロパンの脱水素反応における触媒活性を全く示さなかった。
以上の結果から、触媒の上流に充填された酸化亜鉛自体に触媒活性はない一方、酸化亜鉛の存在によって触媒が長期に亘って高い活性を示すことは明らかである。【００５６】
［参考例］
アルミナ内挿管が装着されたＳＵＳ製チューブの代わりに、触媒を固定するための加工を施した石英製チューブを用い、アルミナボールを充填しなかった以外は比較例２と同じ方法で反応管を製作し、比較例２と同様に、反応管に、６００℃、常圧で水素２０ｓｃｃｍと水蒸気０．０６４ｇ／分とからなる混合ガスを２時間流した後、６５０℃で、水素２．１ｓｃｃｍ、プロパン１３．５５ｓｃｃｍ、および水蒸気０．０２２ｇ／分を供給した。比較例２と同様、酸化亜鉛はプロパンの脱水素反応における触媒活性を全く示さなかったが、反応後の石英チューブ下部には銀色かつ帯状の膜が形成されていた。この膜を希硝酸で溶かした後の溶液をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）で分析した結果、銀色かつ帯状の膜は亜鉛であることが確認された。【００５７】
以上の結果から、酸化亜鉛の少なくとも一部が前処理中および反応中に還元されて金属亜鉛となり、さらにそこから亜鉛蒸気が発生して気相中を移動したことが明らかである。またこのときの亜鉛蒸気の分圧は、反応温度である６５０℃における亜鉛の蒸気圧以下であることも明らかである。
【図１】
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【国際調査報告】
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