JPS581629B2 - Ethylene oxide sagebrush - Google Patents
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- C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
- C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
- C07D301/04—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen
- C07D301/08—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the gaseous phase
- C07D301/10—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the gaseous phase with catalysts containing silver or gold
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多孔質耐火性担体上に担持させた銀を包含する
エチレンオキシド製造用銀触媒に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a silver catalyst for the production of ethylene oxide comprising silver supported on a porous refractory support.
本発明はまたこれらの触媒の製法およびこれらの触媒の
存在下でエチレンオキシドを製造する方法に関する。The invention also relates to processes for making these catalysts and for producing ethylene oxide in the presence of these catalysts.
担体に担持させた銀からなる物質は、エチレンを分子状
酸素で制御された不完全酸化をすることによりエチレン
オキシドを製造する有用な触媒として知られている。A substance consisting of silver supported on a carrier is known as a useful catalyst for producing ethylene oxide through controlled incomplete oxidation of ethylene with molecular oxygen.
これらの触媒の活性および選択性を改良する多数の改良
法が提案されている。A number of improvements have been proposed to improve the activity and selectivity of these catalysts.
これらの改良法は、たとえば使用担体、製造法、担体上
の銀の物理的形状および触媒に加える添加剤の添加など
を包含する。These modifications include, for example, the carrier used, the method of manufacture, the physical form of the silver on the carrier, and the addition of additives to the catalyst.
アルカリ金属およびそれらの塩は、エチレンオキシド製
造用の各種の銀触媒の添加剤としてくり返えし提案され
ている。Alkali metals and their salts have repeatedly been proposed as additives for various silver catalysts for the production of ethylene oxide.
この問題に関する早期の出版物である米国特許第212
5333号明細書は、銀触媒中にアルカリ金属(ナトリ
ウムまたはカリウムの両者を含む)を「少量」含ませる
ことを開示している。U.S. Pat. No. 212, an early publication on the subject.
No. 5,333 discloses the inclusion of "small amounts" of alkali metals (including both sodium or potassium) in the silver catalyst.
その後の特許はこの発明を修飾したものであるが、しか
しこれと矛盾する教示を含むことも多かった。Subsequent patents modified this invention, but often contained teachings that contradicted it.
たとえば米国特許第2238474号明細書は、ナトリ
ウムで攻良した銀触媒の重量比24%にカリウムまたは
セシウムの水酸化物を重量比1000ppm加えると、
この量では触媒の性能に有害作用を及ぼしたと教示して
いる。For example, US Pat. No. 2,238,474 discloses that when 1000 ppm by weight of potassium or cesium hydroxide is added to 24% by weight of a silver catalyst enriched with sodium,
They teach that this amount had a detrimental effect on the performance of the catalyst.
広い重量範囲で有用な多数の促進剤が米国特許第261
5900号明細書に引用されているが、各種の促進剤の
有効性における差別が示されていない。A number of accelerators useful over a wide weight range are disclosed in U.S. Pat.
No. 5900, no differentiation in the effectiveness of the various promoters is shown.
アルカリ金属硫酸塩を大量に使用することが米国特許第
2671764号明細書に記載されている。The use of large amounts of alkali metal sulfates is described in US Pat. No. 2,671,764.
さらに米国特許第2765283号明細書には銀を加え
る前に触媒担体に無機塩素化合物(たとえば塩化ナトリ
ウム)重量比1〜2000ppmを加えると、得られた
触媒の性能が改善されることを開示している。Further, U.S. Pat. No. 2,765,283 discloses that adding an inorganic chlorine compound (e.g., sodium chloride) in a weight ratio of 1 to 2000 ppm to the catalyst support before adding silver improves the performance of the resulting catalyst. There is.
しかし、米国特許第2799687号明細書は、無機ハ
ロゲン化物(塩化ナトリウムまたは好ましくは塩化カリ
ウム)重量比20ppm〜1.6%を別の固体粒子とし
て担持銀触媒の流動床に加えると、ハロゲン化物が抑制
剤として作用して触媒活性を抑制することを開示してい
る。However, U.S. Pat. No. 2,799,687 discloses that when 20 ppm to 1.6% by weight of an inorganic halide (sodium chloride or preferably potassium chloride) is added as separate solid particles to a fluidized bed of supported silver catalyst, the halide is It is disclosed that it acts as an inhibitor to inhibit catalyst activity.
米国特許第3144416号明細書には、多数の助触媒
物質力司囲されているが、それらの濃度に致命的な制限
は与えられていない。U.S. Pat. No. 3,144,416 covers a large number of promoter materials, but does not impose critical limits on their concentrations.
助触媒としてアルカリ金属およびアルカリ土類金属を使
用するのは、米国特許第3563913号明細書に特に
リチウムをとりあげて一般的に開示されているがセシウ
ム、ルビジウムまたはカリウムは引用されていない。The use of alkali metals and alkaline earth metals as cocatalysts is generally disclosed in US Pat. No. 3,563,913, with particular reference to lithium, but no mention of cesium, rubidium or potassium.
これらの助触媒は触媒担体が銀化合物を含む溶液で含浸
処理される前に触媒担体に加えるのが好ましい。These promoters are preferably added to the catalyst support before it is impregnated with a solution containing a silver compound.
0.15〜0.30m2/gの範囲内の孔容積と10m
2/g以下の表面積を有する酸化アルミニウム担体の使
用が米国特許第3575888号明細書に記載されてい
る。pore volume within the range of 0.15-0.30 m2/g and 10 m
The use of aluminum oxide supports with a surface area of 2/g or less is described in US Pat. No. 3,575,888.
触媒担体上に一様に間隔を隔てて密着した半球状の沈着
物を得るために、ある種の有機アミン可溶化/還元剤を
使用することが、米国特許第3702259号明細書に
開示されている。The use of certain organic amine solubilizing/reducing agents to obtain uniformly spaced, closely spaced hemispherical deposits on a catalyst support is disclosed in U.S. Pat. No. 3,702,259. There is.
オランダ国特許出願第7300162号によれば、触媒
1kgにつき1種または2種以上のアルカリ金属すなわ
ちカリウム、ルビジウムおよび/またはセシウムをアル
カリ金属0.35〜3.0ミリグラム原子(mgat)
の分量で含有し、これらの金属が触媒担体上に銀と同時
に沈着されている触媒が使用できる。According to Dutch Patent Application No. 7300162, one or more alkali metals, namely potassium, rubidium and/or cesium, are added per kg of catalyst to 0.35 to 3.0 milligram atoms of alkali metal (mgat).
Catalysts can be used in which these metals are co-deposited with silver on the catalyst support.
カリウム、ルピジウムおよび/またはセシウムを上記範
囲外の分量加えるのは有利ではなく、また銀を添加する
前にアルカリを加えても有利性は少ないかまたは全く生
じない。Adding potassium, lupidium and/or cesium in amounts outside the above ranges is not advantageous, and adding alkali before adding silver provides little or no advantage.
従来技術はアルカリ金属化合物の添加は、良くなる場合
でも悪くなる場合でもエチレンオキシド用銀触媒の性格
を変えることを認めている。The prior art recognizes that the addition of alkali metal compounds changes the character of the silver catalyst for ethylene oxide, either for the better or for the worse.
銀を沈着させる前に、カリウム、ルビジウムまたはセシ
ウムを担体表面積に比例する臨界的分量で沈着させると
、すぐれたエチレンオキシド触媒が得られることが見出
された。It has been found that excellent ethylene oxide catalysts are obtained if potassium, rubidium or cesium is deposited in critical amounts proportional to the support surface area before the silver is deposited.
本発明は銀と1種または2種以上のアルカリ比合物とを
多孔質耐火物担体上に担持させた銀触媒において、上記
触媒が下記工程すなわち
(イ)0.03〜10m2/gの範囲内の表面積を有す
る多孔質耐火物担体を、原子番号19〜55のアルカリ
金属の化合物の溶液が、下記工程(ロ)または(ハ)の
いずれかを行なったあと、そして必要に応じて溶剤で抽
出したのちに、最終触媒中で、触媒担体1gあたりの担
持表面積1平方メートルにつき、全触媒1kgあたりア
ルカリ金属含量が1〜9■当量の重さ〔(■ew/kg
)/(m2/g)]となる如き濃度である上記溶液で含
浸処理を行ない、
(ロ)工程(イ)の含浸担体を少なくとも一部分乾燥し
、(ハ)工程(ロ)の生成物を、溶解銀化合物または銀
粒子のスラリーまたは銀化合物を、全触媒を基準として
重量比1〜25%の銀を担体表面上に沈着せしめるのに
十分な分量で含有する液相と接触せしめ、かつ
(ニ)工程(ハ)の生成物を、熱処理して銀化合物を銀
金属に転化せしめる
ことを包含する方法により製造された上記銀触媒に関す
るものと定義することができる。The present invention provides a silver catalyst in which silver and one or more alkali ratio compounds are supported on a porous refractory carrier, in which the above catalyst is used in the following process, i.e. (a) in the range of 0.03 to 10 m2/g. After carrying out either of the following steps (b) or (c), a porous refractory support having a surface area of After extraction, in the final catalyst, the alkali metal content is 1 to 9 equivalents per kg of total catalyst per square meter of supported surface area per gram of catalyst support [(■ew/kg
)/(m2/g)]; (b) the impregnated carrier of step (a) is at least partially dried; (c) the product of step (b) is contacting the dissolved silver compound or slurry of silver particles or the silver compound with a liquid phase containing a sufficient amount to deposit 1 to 25% by weight of silver, based on the total catalyst, on the support surface; ) The product of step (c) may be defined as relating to the above-mentioned silver catalyst prepared by a process comprising heat treatment to convert the silver compound to silver metal.
本発明の触媒は担体の外面および内面(細孔面)上に全
触媒を基準として重量比1〜25%の銀を沈着させてあ
る多孔質耐火物担体とある一定量のカリウムイオン、ル
ピジウムイオンおよび/またはセシウムイオンを含有す
る。The catalyst of the present invention consists of a porous refractory support on which silver is deposited in an amount of 1 to 25% by weight based on the total catalyst on the outer and inner surfaces (pore surfaces) of the support, and a certain amount of potassium ions, lupidium, etc. ions and/or cesium ions.
アルカリ金属すなわちリチウム、ナトリウム、カリウム
、ルビジウムおよびセシウムのうちで、原子番号19〜
55のアルカリ金属すなわちカリウム、ルビジウムおよ
びセシウムが適している。Of the alkali metals lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, atomic numbers 19 to
The 55 alkali metals potassium, rubidium and cesium are suitable.
別段の記載なき限り、これら3種の好適な金属を本明細
書では今後「高級アルカリ金属」と称することとなる。Unless otherwise specified, these three preferred metals will hereinafter be referred to as "higher alkali metals."
これら3種の高級アルカリ金属を使用すると、それぞれ
すぐれた結果が達成される。Excellent results are achieved using each of these three higher alkali metals.
カリウムは費用の点で有利となり、またセシウムは最大
の触媒改良が得られる。Potassium offers cost advantages and cesium offers the greatest catalyst improvement.
ルビジウムはカリウムよりも大きな触媒改良が得られる
。Rubidium provides greater catalyst improvement than potassium.
高級アルカリ金属の混合物もまた有用である。Mixtures of higher alkali metals are also useful.
高級アルカリ金属は触媒上において、極度に活性の強い
遊離アルカリ金属としてよりもむしろそれらの陽イオン
の形で存在する。Higher alkali metals are present on the catalyst in their cationic form rather than as highly active free alkali metals.
他方銀は生成触媒上に金属銀として存在する。Silver, on the other hand, is present as metallic silver on the product catalyst.
触媒表面上に存在する高級アルカリ金属(または金属類
)の量は表面積の臨界的関数である。The amount of higher alkali metal (or metals) present on the catalyst surface is a critical function of surface area.
本発明の高級アルカリ金属の量は担体の表面積に直接比
例し、最適含有量は触媒担体1gあたり表面積各1平方
メートルにつき全触媒1kgあたり5±4、好ましくは
5±3mg当量[(mgew/kg)/(m2/g))
〕の重さである。The amount of higher alkali metal according to the invention is directly proportional to the surface area of the support, the optimum content being 5 ± 4, preferably 5 ± 3 mg equivalent [(mgew/kg) per kg of total catalyst for each square meter of surface area per gram of catalyst support. /(m2/g))
] is the weight of
換言すると、最適高級アルカリ金属含有量を表面積で割
った値はほぼ一定値である。In other words, the value obtained by dividing the optimum higher alkali metal content by the surface area is approximately a constant value.
アルカリ金属含有量が0から増加されるに従って、触媒
の選択性は最高値になるまで増加し、最高値に達した後
の含有量では再び選択性は減少する。As the alkali metal content is increased from 0, the selectivity of the catalyst increases until a maximum value is reached, after which the selectivity decreases again at contents after reaching the maximum value.
選択性においてこの最高値が表われる含有量を本明細書
では最適アルカリ金属含有量と称することとする。In this specification, the content at which this maximum value of selectivity appears is referred to as the optimum alkali metal content.
さらに最適選択性への接近は段階状に行なわれるよりも
むしろ漸進的であるから、最適値以上および以下のアル
カリ金属含有量でもまた触媒選択性の商業上有意義な改
善が得られ、これらの含有量も本発明の範囲内に属する
ものとする。Furthermore, since the approach to optimal selectivity is gradual rather than stepwise, alkali metal contents above and below the optimum also result in commercially meaningful improvements in catalyst selectivity; Amounts are also considered to be within the scope of the invention.
従ってアルカリ金属含有量は好ましくは最適含有量の2
5〜175%さらに好ましくは25〜150%、最も好
ましくは50〜150%の範囲内の含有量を包含する。Therefore, the alkali metal content is preferably 2
It includes a content within the range of 5-175%, more preferably 25-150%, most preferably 50-150%.
本発明の触媒がエチレンをエチレンオキシドに一部酸化
するのに使用される場合に最適選択性が得られる本発明
の高級アルカリ金属のそれぞれの含有量の範囲には、小
さい変動が見うけられる。Small variations are observed in the range of content of each of the higher alkali metals of the present invention at which optimum selectivity is obtained when the catalysts of the present invention are used to partially oxidize ethylene to ethylene oxide.
しかしこれらの小さい差異は未測定実験差またはその他
の未知の変数のためであると考えられるが、しかしこれ
らは重要であるとは思われない。However, these small differences may be due to unmeasured experimental differences or other unknown variables, but these do not appear to be significant.
最適アルカリ金属含有量は触媒担体の表面積に直接に比
例するが、表面積全部が商業上有用な触媒を与えるもの
ではない。Although the optimum alkali metal content is directly proportional to the surface area of the catalyst support, not all surface area provides a commercially useful catalyst.
本発明に対して臨界的であると判明している触媒表面は
1gにつき0.03〜10平方米(m2/g)の範囲内
である。The catalyst surface which has been found to be critical to the present invention is within the range of 0.03 to 10 square meters per gram (m2/g).
沈着されたカリウム、ルビジウムおよび/またはセシウ
ムの量は必ずしも触媒中に存在するこれらの金属の全量
ではない事を明らかにしておかなければならない。It must be made clear that the amount of potassium, rubidium and/or cesium deposited is not necessarily the total amount of these metals present in the catalyst.
これらは触媒の表面に存在し、銀を加える前に触媒にわ
ざと加えられるこれらのアルカリ金属の量である。These are the amounts of these alkali metals that are present on the surface of the catalyst and are intentionally added to the catalyst before adding silver.
天然に存在するアルカリ金属を含有する担体物質を使用
することにより、または担体製造中に1昌然なアルカリ
金属の添加により、多孔質担体中にかなり多量のしばし
ば1重量%までもの高級アルカリ金属(通常はカリウム
)が存在することは異列なことではない。By using support materials containing naturally occurring alkali metals, or by adding a single alkali metal during the manufacture of the support, significant amounts of higher alkali metals (often up to 1% by weight) can be introduced into the porous support. The presence of potassium (usually potassium) is not unusual.
流し取ることのできない形で担体中に存在する高級アル
カリ金属のこれらの分量は本発明の触媒の改良された性
能に貢献するとは思われず、アルカリ金属濃度の測定に
おいて無視される。These amounts of higher alkali metals present in the support in non-flushable form do not appear to contribute to the improved performance of the catalysts of the invention and are ignored in the measurement of alkali metal concentration.
しかし流し出すことのできる形で担体中に存在する高級
アルカリ金属の分量は担体上に沈着された高級アルカリ
金属の量を測定するのに考慮に入れなければならない。However, the amount of higher alkali metal present in the carrier in washable form must be taken into account in determining the amount of higher alkali metal deposited on the carrier.
事実上、高級アルカリ金属の所望量の全部または一部を
加える別の方法は、担体の製造中高級アルカリ金属を担
体内に流し出せる(leachable)形で加えるこ
とである。In fact, another method of adding all or part of the desired amount of higher alkali metal is to add the higher alkali metal in reachable form into the support during manufacture of the support.
本発明の触媒は銀金属として銀を全触媒基準で重量比1
〜25%含有する。The catalyst of the present invention contains silver as silver metal in a weight ratio of 1 based on the total catalyst.
Contains ~25%.
好ましくは触媒は銀を重量比2〜20%、最も好ましく
は4〜16%含有する。Preferably the catalyst contains 2-20% silver by weight, most preferably 4-16% silver.
重量比25%以上多くの量の銀の使用は排除されてはい
ないが、通常経済的に興味がない。Although the use of silver in amounts greater than 25% by weight is not precluded, it is usually not economically interesting.
銀は触媒担体の内面と外面にわたって沈着させ、これら
の表面上に平等に分散させなければならない。The silver must be deposited over the inner and outer surfaces of the catalyst support and must be evenly distributed over these surfaces.
担体上の銀の正確な物理的形状は変化していてもよく、
本発明にとって重大なものとは思われない。The exact physical form of the silver on the carrier may vary;
It is not believed to be critical to the invention.
しかし銀が1ミクロン(10000Å)以下の一様な直
径をもつ一様に間隔を隔てた不連続的な、粘着性の離れ
離れの粒子の形をして存在する場合に、本発明の制御さ
れた表面アルカリ金属含有触媒を使用すると非常にすぐ
れた結果が得られる。However, when the silver is present in the form of uniformly spaced, discontinuous, cohesive discrete particles with uniform diameters of less than 1 micron (10,000 Å), the controlled Very good results are obtained using surface alkali metal containing catalysts.
銀粒子が1000〜10000Åの直径をもつ場合にこ
の種の触媒を使用して最良の結果が得られ、最も好まし
い触媒は平均直径が1500〜7500Åの範囲内の銀
粒子を含む。Best results are obtained using this type of catalyst when the silver particles have a diameter of 1000 to 10000 Å, with the most preferred catalysts containing silver particles having an average diameter in the range of 1500 to 7500 Å.
本発明の触媒で使用される担体は、エチレンオキシド原
料、製品および反応条件の存在下で必然的に不活性であ
る多数の慣用の多孔質耐火物触媒担体または担持物質か
ら選ばれる。The support used in the catalyst of the present invention is selected from a number of conventional porous refractory catalyst supports or support materials that are necessarily inert in the presence of the ethylene oxide feedstock, product and reaction conditions.
上記慣用物質は天然産でも合成品のものでもよく、好ま
しくは巨大多孔質構造のものすなわち表面積10m2/
g以下好ましくは7m2/g以下の構造のものである。The above-mentioned commonly used substances may be natural or synthetic, and preferably have a macroporous structure, that is, a surface area of 10 m2/
The structure is preferably 7 m2/g or less.
これらの担持物質は代表的には20%より大きい見掛け
の気孔率をもつ。These support materials typically have an apparent porosity of greater than 20%.
非常に好適な担体はけい酸質および/またはアルミナ質
の組成のものからなる。A highly preferred support is of silicic and/or aluminous composition.
好適な担体の個々の列をあげると、それらぱ酸化アルミ
ニウム(「アランタム」という商品名で販売されている
物質を含む)、木炭、軽石、マグネシア、ジルコニア、
けいそう土、フーラー土、炭化シリコン、けい素および
/または炭化けい素を含む多孔質集塊岩、マグネシア、
選ばれた粘土、人造および天然ゼオライトおよびセラミ
ックスである。A particular list of suitable carriers are aluminum oxide (including the material sold under the trade name "alantum"), charcoal, pumice, magnesia, zirconia,
diatomaceous earth, Fuller's earth, silicon carbide, porous conglomerate rock containing silicon and/or silicon carbide, magnesia,
Selected clays, man-made and natural zeolites and ceramics.
本発明の触媒製造において特に有用な耐火物担体はアル
ミナ質の物質特にα−アルミナを含有するものからなる
。Refractory supports particularly useful in the preparation of the catalysts of this invention consist of aluminous materials, particularly those containing alpha-alumina.
α−アルミナ含有担体の場合には、B.E.T.法によ
り測定した比表面積が0.1〜7m2/gの範囲内で慣
用の水銀または水吸着技法により渥淀された見掛けの気
孔率が容量比10〜50%の範囲内のものが好ましい。In the case of α-alumina containing supports, B. E. T. Preferably, the specific surface area measured by the method is in the range of 0.1 to 7 m2/g, and the apparent porosity as determined by conventional mercury or water adsorption techniques is in the range of 10 to 50% by volume.
比表面積を測定するB.E.T.法はブルナウエルエス
(Brunauer、S.)、エメットピーエイチ(E
mmett、P.H.)およびテラーイー(Telle
r,E.)の論文〔米国化学会誌(J.Am.Chem
. Soc.)第60巻(1938)、309〜319
ページ〕に詳細に記載されている。B. Measuring specific surface area. E. T. Brunauer, S., Emmett P.H.
mmett, P. H. ) and Telle
r, E. ) article [Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem
.. Soc. ) Volume 60 (1938), 309-319
page].
使用される担体の性格には関係なく、触媒は固定床の装
置で使用するのに適する大きさの粒子、大片、小片、ベ
レット、リング、球などに成形するのが好ましい。Regardless of the nature of the support used, the catalyst is preferably formed into particles, pieces, pellets, pellets, rings, spheres, etc. of a size suitable for use in fixed bed equipment.
慣用の市販固定床エチレンオキシド反応器は代表的には
触媒を充填された直径約2.5〜5 cm、長さ約7〜
14mの複数個の平行な引伸管(適当な外殻に入れた)
の形をしている。Conventional commercial fixed bed ethylene oxide reactors are typically about 2.5 to 5 cm in diameter and about 7 to 5 cm long, packed with catalyst.
Several 14m parallel enlarger tubes (encased in suitable shells)
It has the shape of
上記反応器内では、円い形たとえば直径2.5〜20m
mの球、ペレット、環、タブレットなどに成形された担
体を使用するのが望ましい。In the above reactor, the shape is circular, for example, 2.5 to 20 m in diameter.
It is preferable to use carriers shaped into m spheres, pellets, rings, tablets, etc.
本発明の触媒は所望の高級アルカリ金属が銀を沈着させ
る前に触媒担体表面上に沈着される技法により製造され
る。The catalyst of the present invention is made by a technique in which the desired higher alkali metal is deposited on the surface of the catalyst support prior to depositing the silver.
従って本発明はまた下記すなわち
(イ)0.03〜10m2/gの範囲内の表面積を有す
る多孔質耐火物担体を、原子番号19〜55のアルカリ
金属化合物の溶液が、恣意的には下記工桓(ロ)または
(ハ)のいずれかを行なったあと溶剤で抽出したのちに
、最終触媒中に、触媒担体1gあたりの担持表面積1平
方メートルにつき、全触媒1kgあたりアルカリ金属含
量が1〜9■当量重量((mgew/kg)/( m2
/g)]となる如き濃度である上記溶液で含浸処理を行
ない、(ロ)工程(イ)の含浸担体を少なくとも一部分
乾燥し、(ハ)工程(ロ)の生成物を、溶解銀化合物ま
たは銀粒子のスラリーまたは銀化合物を含有する液相と
接触させ、全触媒を基準として重量比1〜25%の銀を
担体表面上に沈着せしめ、かつ
(ニ)工程(ハ)の生成物を熱処理して、銀化合物を銀
金属に転化せしめる
ことを包含する本発明に従って銀触媒を製造する方法に
関する。Therefore, the present invention also provides that (a) a porous refractory support having a surface area within the range of 0.03 to 10 m2/g is treated with a solution of an alkali metal compound having an atomic number of 19 to 55, arbitrarily by the following process. After performing either step (B) or (C) and extraction with a solvent, the final catalyst contains an alkali metal content of 1 to 9 cm per 1 kg of total catalyst per 1 m2 of supported surface area per 1 g of catalyst carrier. Equivalent weight ((mgew/kg)/(m2
(b) the impregnated carrier of step (a) is at least partially dried; and (c) the product of step (b) is treated with the dissolved silver compound or contacting with a slurry of silver particles or a liquid phase containing a silver compound to deposit 1 to 25% by weight of silver, based on the total catalyst, on the surface of the support, and (d) heat-treating the product of step (c). The present invention relates to a method of making a silver catalyst comprising converting a silver compound to silver metal.
沈着される高級アルカリ金属化合物と銀化合物の分量は
一部分は触媒担体の気孔率と表面積とにより異なるので
、上記工程(イ)および(ハ)で使用される含浸溶液に
使用される高級アルカリ金属化合物と銀化合物との正確
な濃度は、通常若干のおきまりの実験が必要である。Since the amounts of higher alkali metal compounds and silver compounds deposited depend in part on the porosity and surface area of the catalyst support, the higher alkali metal compounds used in the impregnation solutions used in steps (a) and (c) above The exact concentrations of silver and silver compounds usually require some routine experimentation.
しかし沈着している高級アルカリ金属と銀の分量を変え
る方法は、丁度実際に存在している物質の分量を分析測
定するのと同様にありきたりのものである。However, methods for varying the amounts of higher alkali metals and silver deposited are just as commonplace as analytically measuring the amounts of the substances actually present.
今一つの方法は、上記一般製法の所要量よりも多い量の
高級アルカリ金属塩を沈着させ、次に得られた触媒粒子
を、上記工程(ロ)または工程(ニ)のいずれかののち
に、適当な溶剤たとえば1分子につき炭素数1〜2個の
無水アルカノール、酢酸メチルまたは酢酸エチルまたは
テトラヒドロフランと接触させることを包含する。Another method is to deposit a higher alkali metal salt in an amount larger than that required by the above general production method, and then subject the obtained catalyst particles to either the above step (b) or step (d). This includes contacting with a suitable solvent such as anhydrous alkanol having 1 to 2 carbon atoms per molecule, methyl or ethyl acetate or tetrahydrofuran.
高級アルカリ金属は上記溶剤に可溶であって、これらの
溶剤で1回または2回以上洗浄すると過剰の高級アルカ
リ金属が除去され、丁度担体表面上にそのまま残留する
分量が本発明に対して臨界的な濃度範囲内になるような
十分な程度まで可溶である。Higher alkali metals are soluble in the above solvents, and when washed with these solvents once or twice, excess higher alkali metals are removed, and just the amount remaining on the surface of the carrier is critical for the present invention. It is soluble to a sufficient extent that it is within a range of suitable concentrations.
従ってこの方法は高級アルカリ金属濃度を、故意または
過失行為のいずれかの結果、9(■ew/kg)/(m
2/g)の含量よりも過剰の水準から1〜9 (mge
w/kg)/(m2/g)の範囲内の特定濃度に、大型
プラントの運転に容易に適用できる方法により調整する
調法な手段を提供するものである。This method therefore reduces the concentration of higher alkali metals to 9 (■ew/kg)/(m
2/g) to a level in excess of 1 to 9 (mge
w/kg)/(m2/g) by a method that can be easily applied to the operation of large plants.
所望の高級アルカリ金属を加つるすぐれた方法は、担体
がそれと接触した場合に、最終触媒に所要のアルカリ金
属が添加するように調整された分量で高級アルカリ金属
の化合物を水相に溶解することである。An excellent method of adding the desired higher alkali metal is to dissolve the compound of the higher alkali metal in the aqueous phase in an amount adjusted to add the desired alkali metal to the final catalyst when the support comes into contact with it. It is.
好適な高級アルカリ金属化合物には通常水相に可溶であ
るすべての化合物が含まれる。Suitable higher alkali metal compounds include all compounds that are normally soluble in the aqueous phase.
従って、アルカリ金属化合物にどの陰イオンが使用され
ていても特別の効果は何ら認められない。Therefore, no particular effect is observed no matter which anion is used in the alkali metal compound.
たとえば水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、塩化物、よう化
物、臭素酸塩、重炭酸塩、蓚酸塩、酢酸塩、酒石酸塩、
乳酸塩またはイソプロボキシドを使用してもよい。For example, hydroxides, nitrates, nitrites, chlorides, iodides, bromates, bicarbonates, oxalates, acetates, tartrates,
Lactate or isoproboxide may also be used.
高級アルカリ金属を含浸させたのち、担体は任意の適当
な方法で、好ましくは温度を100〜200℃の範囲内
の値に上昇させ、たとえば0.5〜8特に0.5〜4時
間かけて温度を好適には何段にも変えて上昇させ、加熱
された担体上に不活性ガスを導入することにより乾燥す
ることができる。After impregnation with the higher alkali metal, the support is heated in any suitable manner, preferably by increasing the temperature to a value within the range of 100-200°C, for example over a period of 0.5-8, especially 0.5-4 hours. Drying can be carried out by increasing the temperature, preferably in stages, and introducing an inert gas onto the heated carrier.
好適な不活性ガスは窒素、空気、水素、貴ガス類、二酸
化炭素、メタンおよびこれらのガスの混合物である。Suitable inert gases are nitrogen, air, hydrogen, noble gases, carbon dioxide, methane and mixtures of these gases.
乾燥は大気圧、大気圧以下および大気圧以上の圧力で行
なうことができる。Drying can be carried out at atmospheric, subatmospheric and superatmospheric pressures.
真空乾燥および凍結乾燥もまた好適に使用することがで
きる。Vacuum drying and freeze drying can also be suitably used.
担体に銀を加える多数の各種方法が知られている。A number of different methods of adding silver to a carrier are known.
代表的な方法では、米国特許第3575888号明細書
記載の如く担体は硝酸銀水溶液で含浸処理をされ、乾燥
され、銀は水素またはヒドラジンで還元されることがで
きる。In a typical method, the support is impregnated with an aqueous solution of silver nitrate, dried, and the silver can be reduced with hydrogen or hydrazine, as described in US Pat. No. 3,575,888.
また他の技法では、担体は蓚酸銀または炭酸銀のアンモ
ニア溶液で含浸処理をし、銀金属は熱を加えて塩を分解
することにより形成させることができる。In another technique, the support can be impregnated with an ammonia solution of silver oxalate or silver carbonate, and the silver metal can be formed by applying heat to decompose the salt.
銀または米国特許第3702259号明細書に開示され
ている技法により加えてもよく、その場合担体は、銀塩
とアンモニア、ビシナルアルカノールアミン類および/
またはピシナルアルキルジアミン類の組み合わせの特殊
な水溶液で含浸処理をされ、次に熱処理をされる。Silver or may be added by the techniques disclosed in U.S. Pat. No. 3,702,259, in which the carrier is a silver salt and ammonia, vicinal alkanolamines and/or
Alternatively, it is impregnated with a special aqueous solution of a combination of picinal alkyl diamines, and then heat treated.
銀を加える他の実施可能な方法は、日本特許公告昭46
−19606号明細書に開示されている如く、担体を銀
塩のエタノールアミン含有溶液で含浸処理をするか、ま
たは米国特許第3043854号明細書記載の如く担体
に炭酸銀の微粒子のスラリーを加え、次に熱分解させる
か、または米国特許第3781317号明細書記載の方
法のように銀を「房」状の銀を形にして加える方法があ
る。Other possible methods of adding silver are described in Japanese Patent Publication 1973.
impregnating the carrier with an ethanolamine-containing solution of silver salts, as disclosed in U.S. Pat. The silver can then be thermally decomposed, or silver can be added in the form of "tassels" of silver, as described in US Pat. No. 3,781,317.
これらの技法ではそれぞれ、銀は担体が銀溶液または銀
粒子のスラリーまたは銀化合物のいずれかを含む液相と
接触させる場合に、担体に加えられる。In each of these techniques, silver is added to the carrier when the carrier is contacted with a liquid phase containing either a silver solution or a slurry of silver particles or a silver compound.
銀を沈着させる特に有効な方法は、銀が担体に塩基性溶
液から、特に窒素塩基含有塩基性溶液から加えられる場
合である。A particularly effective method of depositing silver is when the silver is added to the support from a basic solution, especially a nitrogen base-containing basic solution.
これらの窒素塩基の例をあげると、それらはアンモニア
、アルキルアミン類およびアルカノールアミン類である
。Examples of these nitrogenous bases are ammonia, alkylamines and alkanolamines.
特に好ましい変形法では、触媒担体への銀の添加は米国
特許第3702259号明細書に開示されているような
技法により行なわれる。In a particularly preferred variant, the addition of silver to the catalyst support is carried out by a technique such as that disclosed in US Pat. No. 3,702,259.
この好ましい製法は、アルミナ担体をある種の銀塩水溶
液で含浸させ、次に銀塩を熱還元させることを包含する
。This preferred process involves impregnating an alumina support with an aqueous solution of some silver salt and then thermally reducing the silver salt.
銀含浸溶液は必然的に(イ) カルボン酸の銀塩
(ロ)有機アミンアルカリ性可溶化/還元剤および(ハ
)所望の銀レベルに到達するのに必要とされる追加の水
性溶剤
からなる。The silver impregnation solution necessarily consists of (a) a silver salt of a carboxylic acid, (b) an organic amine alkaline solubilizing/reducing agent, and (c) any additional aqueous solvent needed to reach the desired silver level.
好適なカルボン酸の銀塩ぱ炭酸銀および一分子につき約
16個までの炭素原子を含む一塩基性および多塩基性の
カルボン酸およびヒドロキシカルボン酸の銀塩を包含す
る。Suitable silver salts of carboxylic acids include silver carbonate and silver salts of monobasic and polybasic carboxylic acids and hydroxycarboxylic acids containing up to about 16 carbon atoms per molecule.
炭酸銀と蓚酸銀が特に有用な銀塩で、蓚酸銀が最も好ま
しい。Silver carbonate and silver oxalate are particularly useful silver salts, with silver oxalate being the most preferred.
有機アミン可溶化/還元剤はこの製法で使用される含浸
溶液に含まれて存在する。An organic amine solubilizing/reducing agent is present in the impregnating solution used in this process.
好適な有機アミン銀一可溶化/還元剤は、一分子につき
炭素数1〜5個の低級アルキレンジアミン類、炭素数1
〜5個の低級アルカノールアミンと炭素数1〜5個の低
級アルキレンジアミンとの混合物、ならびにアンモニア
と炭素数1〜5個の低級アルカノールアミン類または低
級アルキレンージアミン類との混合物を包含する。Suitable organic amine silver solubilizing/reducing agents include lower alkylene diamines having 1 to 5 carbon atoms per molecule;
-5 lower alkanolamines and lower alkylene diamines having 1 to 5 carbon atoms, and mixtures of ammonia and lower alkanolamines or lower alkylene diamines having 1 to 5 carbon atoms.
4種類の有機アミン可溶化/還元剤が好ましい。Four types of organic amine solubilizing/reducing agents are preferred.
それらは下記の通りである。(イ)炭素数2〜4個のビ
シナルアルキレンジアミン類
(ロ)(1) 炭素数2〜4個のビシナルアルカノー
ルアミン類と
(2) 炭素数2〜4個のビシナルアルキンンジアミン
類との混合物
(ハ)炭素数2〜4個のビシナルアルキレンジアミミン
類とアンモニアとの混合物、および
(ニ)炭素数2〜4個のビシナルアルカノールアミン類
トアンモニアの混合物
これらの好ましい可溶化/還元剤は通常含有銀1モルに
つき0.1〜10モルの範囲内の分量加えられる。They are as follows. (a) Vicinal alkylene diamines having 2 to 4 carbon atoms (b) (1) Vicinal alkanolamines having 2 to 4 carbon atoms and (2) Vicinal alkylene diamines having 2 to 4 carbon atoms (c) A mixture of vicinal alkylene diamimines having 2 to 4 carbon atoms and ammonia, and (d) A mixture of vicinal alkanolamines having 2 to 4 carbon atoms and ammonia. Preferred solubilization of these /The reducing agent is usually added in an amount within the range of 0.1 to 10 moles per mole of silver contained.
可溶化/還元剤として非常に好ましいものは下記の通り
である。Highly preferred solubilizing/reducing agents are as follows.
(イ)エチレンジアミン
(ロ)エタノールアミンと組み合わせたエチレンジアミ
ン
(ハ)アンモニアと組み合わせたエチレンジアミン、お
よび
(ニ)アンモニアと組み合わせたエタノールアミンエチ
レンジアミン単独またはエタノールアミンとの組み合わ
せたエチレンジアミンが最も好ましい。(a) Ethylenediamine (b) Ethylenediamine in combination with ethanolamine (c) Ethylenediamine in combination with ammonia, and (d) Ethanolamine in combination with ammoniaEthylenediamine alone or in combination with ethanolamine is most preferred.
エチレンジアミンを可溶化/還元剤として単独に使用す
る際には、アミンの分量を銀1モルにつきエチレンジア
ミン0.1〜5.0モルの範囲内で加える必要がある。When ethylenediamine is used alone as a solubilizing/reducing agent, it is necessary to add the amine in amounts ranging from 0.1 to 5.0 moles of ethylenediamine per mole of silver.
エチレンジアミンとエタノールアミントヲ一緒に可溶化
/還元剤として使用する際には、銀1モルにつきエチレ
ンジアミン0.1〜3.0モルおよび銀1モルにつきエ
タノールアミン0.1〜2.0モルを使用するのが好適
である。When using ethylenediamine and ethanolamine together as solubilizing/reducing agents, use 0.1 to 3.0 moles of ethylenediamine per mole of silver and 0.1 to 2.0 moles of ethanolamine per mole of silver. is preferable.
エチレンジアミンまたはエタノールアミンをアンモニア
と一緒に使用する際は、銀1モルにつきアンモニアを少
なくとも約2モル、非常に好適には銀1モルにつきアン
モニアを約2〜約10モル加えるのが通常有用である。When ethylenediamine or ethanolamine is used with ammonia, it is usually useful to add at least about 2 moles of ammonia per mole of silver, and most preferably from about 2 to about 10 moles of ammonia per mole of silver.
既に述べた如く、本発明の高級アルカリ金属はその一定
の制限された分量だけ存在させることが必要で、これら
の分量は触媒担体の表面積の関数である。As already mentioned, the higher alkali metals of the present invention need to be present in limited amounts, and these amounts are a function of the surface area of the catalyst support.
これらの分量は最初の含浸工程でアルカリ金属を担体に
加えるのを制御するか、または銀を含浸させる工程の前
または後のいずれかにおいて、過剰のアルカリ金属を含
浸された触媒担体かも除去するのを制御することにより
達成される。These quantities control the addition of alkali metal to the support during the initial impregnation step, or remove excess alkali metal from the impregnated catalyst support either before or after the silver impregnation step. This is achieved by controlling the
工程(ニ)の熱処理は100〜500℃好ましくは10
0〜375℃、さらに好ましくは125〜325℃の範
囲内の温度でもって、銀塩を分解し、表面に金属銀の付
着粒子沈着を生ずるのに必要な時間、代表的には0.5
〜8時間行なうのがよい。The heat treatment in step (d) is from 100 to 500°C, preferably at 10°C.
The time necessary to decompose the silver salt and produce adherent particle deposits of metallic silver on the surface at a temperature in the range of 0 to 375°C, more preferably 125 to 325°C, typically 0.5°C.
It is best to do this for ~8 hours.
温度が低いと銀塩を十分分解せず、これは避けなければ
ならない。Low temperatures do not fully decompose the silver salt and must be avoided.
2種以上の温度を使用することができる。More than one temperature can be used.
高級アルカリ金属で促進された銀触媒は、分子状酸素を
使用してエチレンをエチレンオキシドに直接酸化するの
に特に選択的な触媒であることが判明している。Silver catalysts promoted with higher alkali metals have been found to be particularly selective catalysts for the direct oxidation of ethylene to ethylene oxide using molecular oxygen.
本発明の銀触媒の存在下で上記酸化反応を実施するだめ
の条件は広く当業界において報告されている諸条件を包
含する。Conditions for carrying out the above oxidation reaction in the presence of the silver catalyst of the present invention include conditions widely reported in the art.
これは、たとえば好適な温度、圧力、帯留時間、窒素、
二酸化岸素、水蒸気、アルゴン、メタンまたはその他の
飽和炭化水素の如き希釈物質、触媒作用を制御する緩和
剤たとえば1,2−ジクロルエタン、塩化ビニルまたは
塩素化ポリフエニル化合物の存在または不在、再循環作
業をさせまたは別の反応器で連続転化をさせてエチレン
オキシドの収量を増加する意図、およびその他のエチレ
ンオキシド製造法において選択されうる任意の他の特別
条件にあてはまることである。This includes, for example, suitable temperatures, pressures, residence times, nitrogen,
The presence or absence of carbon dioxide, diluents such as water vapor, argon, methane or other saturated hydrocarbons, moderating agents that control catalytic activity, such as 1,2-dichloroethane, vinyl chloride or chlorinated polyphenyl compounds, and the presence or absence of recirculation operations. The intention is to increase the yield of ethylene oxide by continuous conversion or in a separate reactor, and any other special conditions that may be selected in other ethylene oxide production processes.
約一気圧ないし約35バール(絶対)の範囲内の圧力が
通常使用される。Pressures in the range of about 1 atmosphere to about 35 bar (absolute) are typically used.
しかしそれよりも高い圧力を本発明の範囲内で使用して
もよい。However, higher pressures may be used within the scope of the invention.
好適な酸素原料は比較的純粋な酸素、大部分が酸素で、
少量の1種または2種以上の希釈剤たとえば窒素、アル
ゴンなどを含む濃厚な酸素気流または空気のような別種
の酸素含有気流から必然的に構成される。The preferred oxygen source is relatively pure oxygen, mostly oxygen;
It necessarily consists of a rich oxygen stream or another oxygen-containing stream such as air, containing small amounts of one or more diluents such as nitrogen, argon, etc.
エチレン酸化反応に本発明の新規銀触媒の使用は有効で
あると知られている条件のうち、決して特定の条件の使
用にのみ限定されるものではない。The use of the novel silver catalyst of the present invention in the ethylene oxidation reaction is by no means limited to the use of specific conditions among those known to be effective.
本発明のエチレンオキシドの銀触媒の好ましい利用は、
95%よりも少なくない酸素ガスを含む酸素を、本発明
の触媒の存在下で、210〜285℃好ましくは225
〜270℃の範囲内の温度でエチレンと接触させる場合
に行なわれる。Preferred uses of the silver catalyst of ethylene oxide of the present invention include:
Oxygen containing not less than 95% oxygen gas in the presence of the catalyst of the invention at 210-285°C, preferably at 225°C.
Contact with ethylene is carried out at a temperature in the range of ~270°C.
得られるエチレンオキシドは当業界既知でありかつ使用
されている慣用の方法により分離され、反応生成物から
回収される。The resulting ethylene oxide is separated and recovered from the reaction product by conventional methods known and used in the art.
エチレンオキシド製造法において本発明の銀触媒を使用
すると、慣用の触媒を使用して得られるよりも、所定の
エチレン転化においてエチレンオキシドへの一層高度の
全体的エチレン酸化の選択性が得られる。Use of the silver catalyst of the present invention in an ethylene oxide production process provides a higher degree of overall ethylene oxidation selectivity to ethylene oxide for a given ethylene conversion than is obtained using conventional catalysts.
本発明の触媒を使用して認められるこれらの一層高度の
選択性の生ずる理由は完全には解明されていないが、実
験によると、慣用の銀触媒(高級アルカリ金属を含まな
い)は、形成された後にエチレンオキシドを燃焼させる
が、他方本発明の高級アルカリ金属を含有する銀触媒は
、さらにエチレンオキシドの燃焼を起こすことはない。Although the reasons for these higher selectivities observed using the catalysts of the present invention are not completely understood, experiments have shown that conventional silver catalysts (free of higher alkali metals) However, the higher alkali metal-containing silver catalyst of the present invention does not cause further combustion of ethylene oxide.
次に本発明をさらに詳細に説明するため下記実施例を示
す。Next, the following examples will be shown to explain the present invention in more detail.
列 ■
表面積の異なるアルミナ担体を使用して一連の触媒を製
造した。Column ■ A series of catalysts were prepared using alumina supports with different surface areas.
これらの担体の物理的性質は第1表に示す通りである。The physical properties of these carriers are shown in Table 1.
触媒A−1、A−2……………B−1などは本発明に従
って、すなわちアルカリ金属と銀とを順々に沈着させて
製造した。Catalysts A-1, A-2...B-1 etc. were prepared according to the invention, ie by sequentially depositing alkali metal and silver.
触媒NA−0、NB−0、…………NI−0などはアル
カリ金属を含まない点で本発明に基づかないものであっ
た。Catalysts NA-0, NB-0, . . . NI-0, etc. were not based on the present invention in that they did not contain an alkali metal.
触媒NA−1、NA−2…………NB−1などはアルカ
リ金属と銀とを同時に沈着させた点でこれらもまた本発
明に基くものではなかった。Catalysts NA-1, NA-2...NB-1, etc. were also not based on the present invention in that they deposited alkali metal and silver at the same time.
本発明に基づく触媒の製造を説明するために、担体Cを
使用した触媒の製造を下記に示す。To illustrate the preparation of the catalyst according to the invention, the preparation of the catalyst using support C is shown below.
その他の本発明の触媒は同様の方法で製造された。Other inventive catalysts were prepared in a similar manner.
表面積1.07m2/gの担体C30gを先ず回転式蒸
発器に入れて溶液1mlにつき水酸化セシウム3■を含
む水溶液8. 5 mlで圧力0.04バール(絶対)
のもとで含浸処理をした。30 g of carrier C with a surface area of 1.07 m2/g was first placed in a rotary evaporator to form an aqueous solution containing 3 cm of cesium hydroxide per ml of solution. 5 ml with a pressure of 0.04 bar (absolute)
Impregnation treatment was carried out under
含浸された担体を110℃で30分間加熱し、次に窒素
気流内で150℃で2時間加熱して乾燥した。The impregnated support was dried by heating at 110° C. for 30 minutes and then at 150° C. for 2 hours in a nitrogen stream.
担体は次に銀塩の水溶液で含浸処理をした。The carrier was then impregnated with an aqueous solution of silver salt.
この溶液は下記の技法により製造された。This solution was prepared by the following technique.
すなわち無水の硝酸銀6gと蓚酸カリウム(K2C20
4・/H20)3.3gを別々に水100mlに溶解し
た。That is, 6 g of anhydrous silver nitrate and potassium oxalate (K2C20
4./H20) was separately dissolved in 100 ml of water.
得られた溶液を混合して、蒸気浴上で加熱した。The resulting solutions were mixed and heated on a steam bath.
蓚酸銀の沈殿を遠心分離にかけ、表面に存在する液を傾
斜して除いた。The silver oxalate precipitate was centrifuged and the liquid present on the surface was decanted.
次に沈殿を熱い(60〜90℃)蒸留水100mlで5
回洗浄した。The precipitate was then dissolved in 100 ml of hot (60-90°C) distilled water.
Washed twice.
沈殿を遠心分離して、それぞれ洗浄したのちに水を傾斜
して除いた。The precipitate was centrifuged and the water was decanted after each wash.
次に沈殿を1,2−ジアミノエタン75容量%と水25
容量%とからなり、氷の中で冷却されている混合物10
mlに溶解した。Next, the precipitate was mixed with 75% by volume of 1,2-diaminoethane and 25% of water.
A mixture consisting of 10% by volume and cooled in ice
ml.
セシウム含有担体30gを次に回転式蒸非器に入れて後
者の液8.5mlで圧力0.04バール(絶対)の下で
つづけて含浸させ、熱湯との間接式熱交換により回転を
与えながら再び0.04バール(絶対)で温度60℃に
あたためて、一部分溶剤を除去し、大きな濾紙の上に注
いで出し、静かに振盪して過剰の湿分を除き、窒素気流
内で温度300℃になるまで2時間加熱し、さらに30
0℃で2時間保った。30 g of the cesium-containing support are then placed in a rotary evaporator and impregnated with 8.5 ml of the latter liquid under a pressure of 0.04 bar (absolute), while being rotated by indirect heat exchange with boiling water. Warm again to a temperature of 60°C at 0.04 bar (absolute) to partially remove the solvent, pour out onto a large filter paper, shake gently to remove excess moisture and heat to a temperature of 300°C in a stream of nitrogen. Heat for 2 hours until
It was kept at 0°C for 2 hours.
次に触媒を環境温度まで冷却した。セシウム含量は触媒
1kgにつき3.35mgewに達した。The catalyst was then cooled to ambient temperature. The cesium content amounted to 3.35 mgew/kg of catalyst.
電子顕微鏡で触媒を調べた結果、銀は0.05〜0.3
ミクロン(500〜3000Å)の一様な直径をもつ離
れ離れになっている粒子として担体上に沈着されていた
ことが判明した。As a result of examining the catalyst with an electron microscope, the silver content was 0.05 to 0.3.
It was found that they were deposited on the support as discrete particles with uniform diameters of microns (500-3000 Å).
銀粒子は担体表面上で一様に間隔を隔ててっていた。The silver particles were evenly spaced on the support surface.
アルカリ金属をいずれも含まないNA−0…………NI
−0系列の触媒を造るには、上記の水酸化セシウム溶液
での最初の含浸工程を除外したが後続の工程はほぼ同様
である。NA-0…………NI that does not contain any alkali metals
To make the -0 series of catalysts, the initial impregnation step with the cesium hydroxide solution described above was omitted, but the subsequent steps were generally similar.
本発明に基づかないNA−1,NA−2,…………NB
−5系列の触媒を造るには、上記の水酸化セシウムでの
最初の含浸工程はこれもまた除外した。NA-1, NA-2, ......NB not based on the present invention
To make the -5 series of catalysts, the first impregnation step with cesium hydroxide described above was also omitted.
後続の工程はほぼ同様なやり方に従ったが、ただし水酸
化セシウムを最終触媒生成物中に所望のアルカリ金属含
有量を与えるのに十分な分量で銀一エチレンジアミンー
水の溶液に加えた。Subsequent steps followed a similar procedure except that cesium hydroxide was added to the silver-ethylenediamine-water solution in an amount sufficient to provide the desired alkali metal content in the final catalyst product.
上記のようにして製造された触媒は、エチレンオキシド
の製造に対して比較試験を行なった。The catalyst prepared as described above was tested comparatively for the production of ethylene oxide.
反応器は内径5mmの管からなり、各実験で大きさが0
.4〜0.8mの範囲内の触媒粒子で12cmの長さに
允填した。The reactor consisted of a tube with an internal diameter of 5 mm, and in each experiment the size was 0.
.. A length of 12 cm was filled with catalyst particles ranging from 4 to 0.8 m.
これらの触媒粒子は上記のようにして製造された触媒粒
子を粉砕して得た。These catalyst particles were obtained by pulverizing the catalyst particles produced as described above.
酸素とエチレンを含む混合物を、緩和剤とじて少量の塩
化ビニルの存在下で下記の条件のもとに触媒を通過させ
た。A mixture containing oxygen and ethylene was passed over the catalyst in the presence of a small amount of vinyl chloride as a softening agent under the following conditions.
圧力 14.5バール(絶対)
空間速度 3300h−1原料中の
エチレン 30モル%
原料中の酸素 8.5モル%原料中の窒素
61.5モル%緩和剤濃度、原料10
0万
部につき塩化ビニルの容 10ppm量部
反応温度は52%の酸素転化が起こるように調節され、
エチレンオキシドへの選択性が測定された。Pressure 14.5 bar (absolute)
Space velocity 3300h-1 Ethylene in raw material 30 mol% Oxygen in raw material 8.5 mol% Nitrogen in raw material
61.5 mol% relaxant concentration, raw material 10
10 ppm by volume of vinyl chloride per 0,000 parts The reaction temperature was adjusted so that 52% oxygen conversion occurred;
Selectivity to ethylene oxide was determined.
百分率で表わされたエチレンオキシドへの選択性は、1
00モルの転化エチレンかも形成されたエチレンオキシ
ドのモル数として定義される。The selectivity to ethylene oxide expressed as a percentage is 1
00 moles of converted ethylene is also defined as the number of moles of ethylene oxide formed.
上記の実験の結果は第2表〜第6表に示す通りである。The results of the above experiments are shown in Tables 2 to 6.
これらの表から知ることができるように、使用された最
も小さい担体表面積では、本発明の順次沈着方法は同時
沈着方法と同様の結果を与える。As can be seen from these tables, at the smallest carrier surface area used, the sequential deposition method of the invention gives similar results to the simultaneous deposition method.
しかしさらに一層望ましい表面積の大きい担体では、本
発明の手法は、本発明に基づかないで製造されたものよ
りはるかにすぐれた触媒を生ずる。However, with the even more desirable high surface area supports, the approach of the present invention yields catalysts that are far superior to those made not in accordance with the present invention.
上記の結果は、また触媒のppmで表わされたセシウム
含有量が水平軸に沿って画かれ、エチレンオキシドへの
係で表わされた選択性が垂直軸に沿って画かれている添
付の線図で示されている。The above results are also reflected in the attached line in which the cesium content in ppm of the catalyst is plotted along the horizontal axis and the selectivity in terms of ethylene oxide is plotted along the vertical axis. Shown in the figure.
第1表で示されている5種の異なるアルミナから造られ
た触媒の選択性は5種の異なる記号で線図に示されてい
る。The selectivities of catalysts made from five different aluminas shown in Table 1 are shown in the diagram with five different symbols.
それぞれ一組の記号を基準にして画かれた5本の線は、
選択性をそれぞれの線の近くに記入されている表面積に
対するセシウム含有量の関数として表わしている。Five lines, each drawn based on a set of symbols, are
The selectivity is expressed as a function of the cesium content versus the surface area drawn near the respective line.
表面積0.19,0.51,1.07および1.32m
2/gに対する4本の線は左側と下方の目盛に基づいて
いて、他方表面積6.55m2/gの線は左側と上方の
目盛に基づいている。Surface area 0.19, 0.51, 1.07 and 1.32m
The four lines for 2/g are based on the left and lower scales, while the line for surface area 6.55 m2/g is based on the left and upper scales.
5本の曲線のそれぞれを指している垂直の矢印は4種の
触媒のそれぞれの最適のセシウム含有量を示している。The vertical arrows pointing to each of the five curves indicate the optimal cesium content for each of the four catalysts.
これらの最適のセシウム含有量は第7表に示してある。These optimum cesium contents are shown in Table 7.
例 ■
例■の原料と一般製造技法を使用して、高級アルカリ金
属成分として各種の分量のカリウムを含む本発明の触媒
を製造した。EXAMPLE ■ Using the raw materials and general manufacturing techniques of Example ■, catalysts of the invention containing various amounts of potassium as the higher alkali metal component were prepared.
最初の含浸溶液にセシウムを加える代りにカリウムを水
酸化カリウムとして添加した。Instead of adding cesium to the initial impregnation solution, potassium was added as potassium hydroxide.
このようにして製造された触媒組成物を例■の装置と手
法を使用してエチレンオキシド触媒として試験した。The catalyst composition thus prepared was tested as an ethylene oxide catalyst using the equipment and procedure of Example 1.
これらの触媒の組成ならびに試験結果は第8表に示す通
りである。The compositions and test results of these catalysts are shown in Table 8.
例■
例■の原料と一般製造技法を使用して、高級アルカリ金
属成分として各種の分量のルビジウムを含む本発明の触
媒を製造した。EXAMPLE ■ Using the raw materials and general manufacturing techniques of Example ■, catalysts of the invention containing various amounts of rubidium as the higher alkali metal component were prepared.
最初の含浸溶液に水酸化セシウムを加える代りに、ルビ
ジウムを水酸化ルビジウムとして加えた。Instead of adding cesium hydroxide to the initial impregnation solution, rubidium was added as rubidium hydroxide.
このようにして製造された触媒組成物を例■の装置と手
法を使用して、エチレンオキシド触媒として試験した。The catalyst composition thus prepared was tested as an ethylene oxide catalyst using the equipment and procedure of Example 1.
触媒の組成ならびに試験結果は第9表に示す通りである
。The composition of the catalyst and the test results are shown in Table 9.
例 ■
第1表記載の担体B,C,DおよびEから出発して例I
記載と同じ方法で、ただし水酸化セシウムの代りに硝酸
セシウムを使用して一連の触媒を製造した。Example ■ Starting from supports B, C, D and E as listed in Table 1, Example I
A series of catalysts were prepared in the same manner as described, but using cesium nitrate instead of cesium hydroxide.
セシウムを全く含まない触媒A,F,KおよびPを比較
のために第10表に記入した。Catalysts A, F, K and P, which contain no cesium, are included in Table 10 for comparison.
触媒は第10表に示した諸性質をもつものであった。The catalyst had the properties shown in Table 10.
製造された触媒は固定床内でエチレンオキシド製造の比
較試験を行なった。The prepared catalyst was subjected to comparative tests for ethylene oxide production in a fixed bed.
反応器は内径5mmの管からなり、最大直径が0.4〜
0.8mmの範囲内で変化している媒粒子で長さ16c
mまで充満した。The reactor consists of a tube with an inner diameter of 5 mm, with a maximum diameter of 0.4~
Length 16c with medium particles varying within a range of 0.8mm
It was filled to m.
酸素とエチレンを含む混合物を緩和剤として少量の1,
2−ジクロルエタンの存在下で下記の条件下で触媒床を
通じて導入した。A small amount of 1, with a mixture containing oxygen and ethylene as a relaxation agent.
It was introduced through the catalyst bed in the presence of 2-dichloroethane under the following conditions.
圧力 14.5バール(絶対)空
間速度 3000h−1原料中のエチレ
ン 30モル%
原料中の酸素 7.8モル%原料中の窒素
62.2モル%緩和剤濃度、原料100
1.5ppm万部につき塩素の重量部
反応温度は40%の酸素転化が起こるように調節され、
エチレンオキシドへの選択性が測定された。Pressure 14.5 bar (absolute) Space velocity 3000 h-1 Ethylene in feed 30 mol% Oxygen in feed 7.8 mol% Nitrogen in feed
62.2 mol% relaxant concentration, raw material 100
1.5 ppm by weight of chlorine per million parts The reaction temperature was adjusted so that 40% oxygen conversion occurred;
Selectivity to ethylene oxide was determined.
このようにして得られたS40およびT40の値は、測
定の時点において経過した試験時間数とともに第10表
に示す通りである。The values of S40 and T40 thus obtained are shown in Table 10 together with the number of test hours that have elapsed at the time of the measurement.
本発明に基づかない実験
例■の原料と一般製造技法を使用して、本発明の範囲外
のアルカリ金属である各種の分量のナトリウムを含有す
る触媒を製造した。Catalysts containing various amounts of sodium, an alkali metal outside the scope of the present invention, were prepared using the raw materials and general manufacturing techniques of Example 2, which is not based on the present invention.
最初の含浸溶液に水酸化セシウムを加える代りに、ナト
リウムを水酸化ナトリウムとして添加した。Instead of adding cesium hydroxide to the initial impregnation solution, sodium was added as sodium hydroxide.
このようにして製造された触媒組成物を、列■の装置と
手法を使用してエチレンオキシド触媒として試験した。The catalyst composition thus prepared was tested as an ethylene oxide catalyst using the equipment and procedure of Series 1.
これらの触媒の組成ならびに試験結果は下記第11表に
示す通りである。The compositions and test results of these catalysts are shown in Table 11 below.
図は本発明−実施例の触媒の選択性とセシウム含有量と
の関係を示す線図である。The figure is a diagram showing the relationship between the selectivity and cesium content of the catalyst of the present invention-Example.
Claims (1)
質耐火物担体上に担持させたエチレンオキシド製造用銀
触媒において、上記触媒が下記工程すなわち (イ)0.03〜10m2/gの範囲内の表面積を有す
る多孔質耐火物担体に、原子番号19〜55のアルカリ
金属の化合物の溶液が、下記工程(ロ)または(ハ)の
いずれかを行なったあと、そして必要に応じて溶剤で抽
出したのち、最終触媒中で、触媒担体1gあたりの担体
表面積1平方メートルにつき、全触媒1kgあたりアル
カリ金属含量が1〜9mg当量(重量)(( mgew
/kg)/(m2/g))となる如き濃度である上記溶
液で含浸処理を行ない、 (ロ)工程(イ)の含浸担体を少なくとも一部乾燥し、
(ハ)工程(ロ)の生成物と、溶解状態の銀化合物、ま
たは銀または銀化合物の粒子のスラリーを全触媒を基準
として1〜25重量%の銀を担体表面上に沈着せしめる
のに十分な分量で含有する液相とを接触せしめ、かつ (ニ)工程(ハ)の生成物を熱処理して銀化合物を銀金
属に転化せしめる ことを包含する方法により製造されたことを特徴とする
上記銀触媒。[Scope of Claims] 1. A silver catalyst for producing ethylene oxide in which silver and one or more alkali compounds are supported on a porous refractory carrier, in which the above catalyst is used in the following steps, namely (a) 0.03~ After carrying out either of the following steps (b) or (c), a solution of an alkali metal compound having an atomic number of 19 to 55 is applied to a porous refractory carrier having a surface area within the range of 10 m2/g, and if necessary After extraction with a solvent depending on
/kg)/(m2/g)); (b) drying at least a portion of the impregnated carrier in step (a);
(c) a slurry of the product of step (b) and silver compound in solution or particles of silver or silver compound sufficient to deposit 1 to 25% by weight of silver, based on the total catalyst, on the surface of the support; The above-mentioned method is characterized in that it is produced by a method comprising contacting the silver compound with a liquid phase containing an amount of the silver compound and heat-treating the product of step (d) and (c) to convert the silver compound into silver metal. silver catalyst.
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