JP2004049987A - Compression tableted molded object of chabazite crystalline silicoaluminophasphase molecular sieve, and molding method therefor - Google Patents

Compression tableted molded object of chabazite crystalline silicoaluminophasphase molecular sieve, and molding method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compression tableted molded object of a chabazite crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve, a manufacturing method therefor, and a method for manufacturing methylamines using the molded object. <P>SOLUTION: A chabazite crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve raw powder is adjusted to 10 wt.% or less in water content to be mixed with a lubricant. The resulting mixture is preformed to be formed into uniform particles. These particles are subjected to compression tableting molding to obtain a catalyst molded object having mechanical strength and activity fitted to an industrial catalyst, and used for manufacturing methyl amines. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、該成型体の製造方法、及び該成型体を触媒として用いたメチルアミン類の製造方法に関する。詳細には、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を予備成型し、該予備成型体を破砕整粒した後に圧縮打錠するという、いわゆる圧縮打錠成型法を用いることで、工業用触媒として使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、且つ高い触媒活性を有する圧縮成型体を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは、メチルアミン類の製造反応、メタノールからオレフィン類を製造する反応等の固体触媒として有用である。工業的にこれらの製造反応は、反応管内に固体触媒を充填または多段に配置し、原料を反応管内に流通して生成物を得るという固定床流通型の反応形式が用いられている。そのため、反応管内に充填または設置する触媒は、原料等の流通を妨げないような形と大きさを持ったものでなければならない。しかし、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは、通常、平均粒径が0.1μmから200μm程度の微粉末であり、かさ密度も0.3から0.7g/cm程度と非常にかさ高いため、このままでは固定床流通型反応における実用触媒として用いることが出来ず、何らかの方法で数ミリ以上の形と大きさの触媒成型体とする必要がある。
【0003】
粉末触媒を成型体にする場合、触媒使用時に破砕や粉化が生じないように、十分な触媒強度を有すること、また、成型体とすることで触媒活性の低下が起こらないことが特に重要であり、一般に、粉末の固体粉末触媒の成型は圧縮打錠成型法、造粒成型法、押し出し成型法等が用いられる。金属酸化物等からなる非晶質固体酸触媒類では、圧縮打錠成型法によって充分な機械強度と触媒性能を持った成型体が得られている。しかし、ゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類はそれ自身では成型性が無いため、圧縮打錠成型を行なうことができず、造粒成型法や押出し成型法により球状や円柱状の成型体にする方法がとられている。これら方法では、触媒粉末を結着するためにバインダーが必要で、バインダーとして合成雲母、アルミナ、シリカ、あるいはカオリン、タルク等の粘土化合物類が一般的に用いられる。しかし、これらバインダーの添加によりモレキュラシーブの有効な細孔が塞がれ触媒活性が低下したり、またアルミナや粘土化合物などはバインダー自身にも酸点が存在し、それが副反応の活性点となって反応選択率の低下を招く場合が多々ある。また、それらを防止する適当なバインダーを選定できたとしても、バインダーの使用量はモレキュラシーブ粉末に対して少なくとも10重量%以上、通常15から30wt%が必要なため、得られる成型体中の有効な触媒量は添加したバインダー分だけ確実に低下する。したがって十分な反応を行なうためにより多くの触媒を要するという大きな欠点がある。
【0004】
そこで、これら問題点を伴なうことなく数ミリ以上の形と大きさを持つゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類の成型体を製造する方法として、以下に示す方法が提案されてきた。
例えば、USP3,119,956号では、造粒成型法や押出し成型法におけるバインダー添加により生ずる触媒活性の低下を抑えるため、触媒中にバインダーを添加し成型した後、高温処理して該バインダーを除去する方法が提案されている。この方法では、ゼオライト粉末触媒にカオリンバインダーを添加して、押出し成型等で顆粒状、ペレット状とした後、焼成処理によりバインダーを除去してゼオライト成型体触媒を調製する。しかしながら、この方法は、目的とする成型体を得るまでに要する加工条件が複雑であり、焼成中に一部のバインダーが化学的に変化してしまったり、完全に除去されず焼成後も残存してしまったりするため、成型体の触媒性能が粉末の場合に比べ大きく低下してしまう問題点を有する。
【0005】
EP0,076,034号では、反応性カオリン型粘土とSiO、NaOH等を混練し、回転成型して成型体とした後、水熱処理、焼成を行ってカオリンと反応させ、結晶質ゼオライトの成型体を得る方法が提案されている。さらに特公H06−76204では、アルミナまたはシリカアルミナの予備成型体と、五酸化リン、有機テンプレートを含む水溶液等を混合し水熱処理を行うことで、予備成型体自身中で非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブを合成し、予備成型体と同等の形と大きさを有する成型体を得る方法が提案されている。これらの方法は、極めて特殊かつ巧妙な方法であるが、製造条件が非常に複雑であり水熱処理時におけるモレキュラシーブ合成反応の安定性が通常の粉末原料を用いた場合に比べ乏しく、触媒として高度に構造が制御されたゼオライト系モレキュラシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブを安定して得ることは困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら従来法の問題点を解決し、工業的触媒として使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、かつ原料粉末の場合と同等な高い触媒活性を有するバインダーレスのシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を、効率的に製造する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、バインダーレスのシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を製造する方法に関して、最も簡便かつ優れた方法は圧縮打錠成型法であることに着目し鋭意検討を重ねた。先述のように、金属酸化物等からなる非晶質固体酸触媒類では圧縮打錠成型方法が一般的な成型方法として用いられているが、ゼオライト系モレキュラーシーブや非ゼオライト系アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ類を圧縮打錠成型する方法は従来不可能とされており、報告例もない。しかし本発明者らは、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの打錠成型方法について鋭意検討を重ねた結果、遂に当該モレキュラーシーブ原末中の含水率を10wt%以下とし、滑剤と混合し、予備成型した後整粒し、それを圧縮打錠成型することで実用的な機械的強度を持つ成型体が得られることを見い出した。
さらに、本発明者らは圧縮打錠成型の条件を最適化し、該成型体密度を、0.9 から1.3(g/cm)、BET比表面積を400(m/g)以上の範囲に保った場合、前駆体である粉末と比べ、活性低下の殆どない優れた成型体が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。ここで”含水率”と”成型体密度”は以下のように定義される。
含水率(wt%)=吸着した水の重量/完全に乾燥したモレキュラシーブ重量×100
成型体密度(g/cm)=触媒成型体1試料あたりの重量(g)/触媒成型体1試料あたりの体積(cm
【0008】
即ち、本発明は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、該成型体の製造方法、及び該成型体を触媒として用いたメチルアミン類の製造方法に関するものであり、
(1)含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型し、得られる成型体密度が0.9 から1.3g/cmの範囲であり、比表面積が400 m/g以上であることを特徴とする、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体、
(2)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO−34である、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(3)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属を含有する、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(4)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属で置換したものである、(1)記載の圧縮打錠成型体、
(5)含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末に0.1から5wt%の滑剤を加え混合する工程、その混合物を0.5から5MPaの範囲の圧力で予備成型し、その予備成型品を30メッシュ以下の粒子に整粒する工程、そして、その整粒品を20から200MPaの圧力で圧縮打錠成型する工程を経て、(1)記載の圧縮打錠成型体を得る、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の成型方法、
(6)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO−34である、(5)記載の成型方法、
(7)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属を含有する、(5)記載の成型方法、
(8)シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属で置換したものである、(5)記載の成型方法、
(9)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとアンモニアを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造法、
(10)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとモノメチルアミンを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造方法、
(11)(1)から(4)に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、モノメチルアミンの不均化反応を行なうことを特徴とするメチルアミン類の製造方法、
からなる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブはSAPO−34、SAPO−44、SAPO−47の3種類が知られており、これらはケイ素化合物、アルミニウム化合物、リン化合物、有機テンプレート剤及び水からなる混合物を水熱処理することで合成される。そして水熱処理により得られる反応物から結晶成分を分離、洗浄、乾燥し、最終的に分子状酸素の存在下、300℃以上で焼成処理を行なうことにより当該粉末が得られる(USP4,440,871号)。
本発明に使用する前記シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブには、Mg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属を含有、もしくは該金属で置換したものを用いても良い。これら金属は目的の反応における触媒性能(反応活性、目的反応生成物の選択率、触媒寿命)の改善のために添加されるもので、極微量の添加でもその効果を発揮し、バインダーとしてはほとんど作用しない。これら金属を含有したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの調製法は、該モレキュラシーブと該金属化合物を乾式法、または湿式法で混合する方法、水熱合成時に該金属化合物を添加しそれら金属をモレキュラシーブ中に含有させる方法等があり、特に制限されない。
以上のように製造したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは平均粒子径が200μm以下、通常は10μm程度の粉末となる場合がほとんどである。
【0010】
次に、このようにして得られたシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の含水率が10wt%以下、好ましくは3wt%以下となるようにする。本発明者らは圧縮打錠成型を行なう前に、モレキュラシーブ粉末に吸着した水分を上記の量に制御することが極めて重要であり、該モレキュラーシーブ粉末の含水率が10wt%以下のものを、続く圧縮打錠成型に用いることで実用的な強度を持つ打錠成型体が得られることを見出した。含水量10wt%を超えるものを圧縮打錠成型した場合は、成型体の強度は著しく低いものとなってしまう。一方、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブは極めて吸湿性が高く、大気雰囲気下、室温で放置しておくと、容易にその温度、圧力における飽和吸着量まで水分を吸着してしまう。通常、該モレキュラシーブの室温・常圧下における飽和水分吸着率は10から35wt%にも達する。もし、該モレキュラシーブが10wt%以上の含水率であったならば、乾燥処理により吸着した水分の除去を行なう必要がある。吸着した水分はそのほとんどが物理的吸着水であるため、一般的な乾燥機を用い、100℃から150℃程度の温度で該モレキュラシーブ粉末を処理すれば、容易に水分を除去することができる。また、先述のとおり、該モレキュラシーブ粉末は製造の最終工程において、分子状酸素の存在下、300℃以上の温度で焼成処理を行なうことが一般的である。このような焼成処理直後の該モレキュラシーブは実質的に含水率がゼロであり、この粉末をすぐに圧縮打錠工程に使用するか、もしくはこの粉末を水分の無い状態で密閉保管すれば該モレキュラシーブの吸湿を防ぐことができ、この乾燥処理を省くことができる。
【0011】
次いで、このようにして得られた含水率が10wt%以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型に供する。当該モレキュラシーブは非常に平均粒子径が小さくかさ高い。また成型ダイからの離型性が悪いため、そのまま圧縮打錠成型機にて打錠成型することができず、以下の3つの工程が必要となる。
(1)滑剤とシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の混合工程
(2)予備成型、整粒工程
(3)圧縮打錠成型工程
以下、工程別に実施法の詳細を記述する。
【0012】
(1)滑剤とシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の混合工程
打錠成型では、最終的に成型ダイから成型体を取り出すことが必要になるが、該モレキュラシ−ブは成型ダイからの離型性が悪いため、離型剤として滑剤を添加することが必要である。滑剤として、例えばステアリン酸の無機塩類や人造黒鉛等が用いられる。滑剤の添加量は当該モレキュラーシーブに対し0.1 から5 wt% が適当である。これら滑剤を該モレキュラーシーブと均一に混合し、打錠成型用の原料粉末を調製する。
【0013】
(2) 予備成型、整粒工程
先述の方法で製造したシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末は粒径が200μm以下であり、かさ密度は0.3から0.7g/cm程度と非常にかさ高い。このため、このまま圧縮打錠成型を行なっても十分な強度と適当な成型体密度を持つ成型体を得ることができない。そこで予備成型と整粒操作を行ない、打錠成型に適したかさ密度と粒径を有する予備成型体を調製することが必要となる。予備成型はロールコンパクティング型、またはロールプリケッテイング型圧縮成型機等を用い0.5から5MPaの圧力で行なう。ロールコンパクテング型成型機を用いた場合、シート状の予備成型体が得られ、これを更に破砕、整粒する。整粒後の予備成型体粒度は打錠機金型への充填性から30メッシュ以下とするが、特に20メッシュ以下に調整するのが好ましい。通常、ロールコンパクティング型成型機には粉砕機および整粒用スクリーンが一体となっており、一連の上記操作は容易に行なうことができる。
【0014】
(3)圧縮打錠成型工程
このようにして得られた予備成型体を回転型、または単発型圧縮打錠成型機を用い打錠成型する。工業的には多量の成型体を効率的に製造できる回転型圧縮打錠成型機が適している。これら打錠成型機のダイの中に先に調製した予備成型体を充填し、上下のパンチで圧縮打錠成型する。打錠圧力は20から200MPa以下、好ましくは40から100MPa の範囲で行なう。打錠成型体の形状は直径、長さとも2から10mmの円柱タブレットのものが一般的であり、打錠体を充填する反応管のサイズ、目的とする反応の種類、成型体の生産性等を十分に勘案し、最も適した打錠成型体のサイズを選択すればよい。
【0015】
本発明者らは、最終的に得られた成型体密度を0.9 から1.3(g/cm)とし、成型体のBET 比表面積を400m/g以上とすることが、この成型体を反応触媒として用いた場合の触媒活性の低下を引き起こさない点から極めて重要であることを見出した。成型体密度がこの範囲よりはずれると、また成型体のBET表面積が400m/g以下となると、得られる成型体の触媒活性は著しく低下する。成型体密度は予備成型体のかさ密度、ダイへの充填量、打錠成型圧力等に依存し、これらを調整、最適化することで成型体密度を0.9 から1.3(g/cm)に制御することができる。またBET表面積は先の該モレキュラシーブ中の含水率や予備成型、打錠圧力に依存し、これらを制御することでBET表面積が400m/g以上に保つことができる。
【0016】
以上の打錠成型操作は、該モレキュラーシーブができるだけ吸湿しないよう、低湿度下ですばやく行なう必要がある。可能であれば、各装置を乾燥窒素雰囲気下とし各操作を行なうことが好ましい。
【0017】
このようにして、工業用触媒として、使用に耐えうる十分な機械的強度を有し、かつ原料粉末の場合と同等な高い触媒活性を有するバインダーレスのシャバサイト型結晶質アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ成型体を製造することができる。本発明の方法により得られた該打錠成型体は、工業的には固定床流通式反応器に充填しメタノールとアンモニア、および/またはメタノールとモノメチルアミンを原料としたメチルアミン合成反応、および/またはモノメチルアミンの不均化反応によるメチルアミン合成反応の触媒として用いることができ、本発明の工業的な意義は極めて大きい。
【0018】
次に本発明の具体的態様を実施例、及び比較例をもって更に詳細に説明する。尚、原料粉体、成型体の各物性値は以下の方法で測定した。
・平均粒径:湿式レーザー回折型粒度分布計(HORIBA LA−500)で測定した。
・成型体密度:得られた成型体50個(n=50)をおのおの精密重量測定し、その平均値より算出した。
・圧壊強度:破壊強度測定器(大倉理研 DHT−200)で測定した(n=50)。
・粉化率:カゴ試験型粉化率測定装置(千穂田精衡株式会社)で測定した(直径100mm 、高さ90mmの14メッシュSUS 製の円筒状スクリーン内に10gの成型体を入れ、円筒を160rpmで10分間回転させた後、粉化率を測定した)。
・BET比表面積:窒素吸着/脱着等温線測定装置(QANTACHROME社 Autosorb−6)を用い、Multi−point法で測定した。
また、本実施例、比較例では得られた成型体をメタノールとアンモニアからのメチルアミン合成反応触媒として用い、触媒性能を評価した。評価方法は、触媒 2.5gをステンレス製円筒状反応管に充填し、アンモニアとメタノ−ルの1:1重量混合物を 5.19g/hの速度で供給して、反応圧力2MPa、温度320 ℃条件下、メチルアミン合成反応を行った。尚、時空間速度 (GHSV)は約900から1200h−1である。原料流通後12時間後の反応生成物を水に捕集し、ガスクロマトグラフィーにより反応成績を調べた。生成物のメチルアミンはモノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンの三種があり、工業的にはジメチルアミンの選択率が高い触媒が望まれている。尚、記載する略語は以下の通りである
・モノメチルアミン:mMA
・ジメチルアミン  :dMA
・トリメチルアミン:tMA
【0019】
【実施例】
実施例1
シャバサイト型結晶質アルミノリン酸塩モレキュラーシーブとして、水熱処理時にTiを添加し、テンプレート剤としてテトラエチルアンモニウムヒドロキシドを用い製造したTiSAPO−34粉末を100 ℃で16時間乾燥して含水率を1.1wt%とした。この粉末の平均粒径は2.1μmであった。TiSAPO−34の乾燥重量に対して1.5wt%の人造黒鉛を添加し、混合した。次に、ロ−ラーコンパクティング型圧縮成型機(フロイント産業社製)を用いて1.5MPaの圧力下、予備成型処理を施し、得られた予備成型体を破砕した後16メッシュに整粒した。これを、回転型圧縮打錠成型機(菊水製作所製)を用いて80MPaの圧力下で打錠成型し、直径3.2mm×高さ3.2mmの円柱タブレットの成型体を得た。得られた成型体の物性値は以下のとおりであった。
成型体密度:1.09(g/cm
圧壊強度:14.8(MPa)
粉化率:2.5(wt%)
BET 比表面積:470(m/g)
尚、圧壊強度と粉化率は工業用触媒として使用に耐えうる機械的強度を有するか否かの指標となり、強度5MPa以上、粉化率5wt%以下の値であれば実用触媒として十分な強度である。本実施例で製造した成型体の強度はいずれもこれらの値を満足しており、工業用触媒として用いる上で何ら問題ない水準であった。また、この成型体のメチルアミン合成反応成績は以下の通りであり、触媒活性(メタノール転化率)、dMAの選択率はともに高いものであった。
メタノール転化率:98.2%
アミン選択率:mMA/dMA/tMA=32 /64/4(wt%)
以上の結果を表1にまとめた。
【表1】

Figure 2004049987
【0020】
比較例1
実施例1で製造したTiSAPO−34を粉末のまま用いて、実施例1と同様にメチルアミン合成反応を行なった。結果を表1に示す。反応成績は実施例1の場合とほぼ同等であり、実施例1の成型体は成型前のTiSAPO−34と比べ、活性低下や選択率の変化は起きていないことが明らかである。尚、このような微細な粉末触媒を用いたメチルアミン合成反応は実験室的に実施することは可能であるが、工業的に大きな固定床流通反応管で実施することは不可能である。
【0021】
実施例2、3、比較例2、(含水率の影響)
TiSAPO−34粉末の含水率を4.8wt%(実施例2)、10.0wt%(実施例3)、25.6wt%(比較例2)のものを用いた以外は、実施例1と同様な操作で成型体を得て、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表1に示す。成型体密度はいずれも1.09〜1.10g/cm)であり、実施例1とほぼ同等の成型体密度であった。これらの結果より、TiSAPO−34粉末の含水率が高くなるに従って、顕著に成型体の圧壊強度が低下し、粉化率が高くなってしまう現象が観察され、TiSAPO−34粉末の含水率が10wt%より多くなると、触媒としての要求強度から大きく外れた実用には耐えられない水準の成型体となった。またBET比表面積は含水率が多くなるに従って、低下する傾向がある。
比較例2において、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、87.9%であり、他のものと比較して低かった。またBET比表面積も389(m/g)と小さいものであった。dMAの選択率はいずれも実施例1と同様に高いものであった。
【0022】
実施例4、5、比較例3、(成型体密度の影響)
回転式圧縮打錠成機の成型圧力を40MPa(実施例4)、100MPa(実施例5)、150MPa(比較例3)とした以外は、実施例1と同様な操作で成型体を得て、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表2に示す。この操作の結果得られた触媒の成型体密度は実施例4で1.00g/cm、実施例5で1.30g/cm、比較例3で1.35g/cmであった。成型体強度はいずれも工業用触媒として用いる上で何ら問題ない水準であったが、比較例3では、BET表面積が低下し、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、他のものと比較して低かった。
【表2】
Figure 2004049987
【0023】
実施例6〜9、(モレキュラシーブの影響)
水熱合成時にTiを添加しない系で合成(実施例6)、水熱合成時にTiを添加せずテンプレート剤としてシクロヘキシルアミンを用いた系で合成(実施例7)、水熱合成時にTiを添加せずテンプレート剤としてsec−ブチルアミンを用いた系で合成(実施例8)、水熱合成時のTiのかわりにZrを添加した系で合成(実施例9)した以外は実施例1と同様な操作で成型体を得、メチルアミン合成反応活性を調べた。結果を表3に示す。各実施例で合成されたSAPOはそれぞれ、SAPO−34(実施例6)、SAPO−44(実施例7)、SAPO−47(実施例8)、ZrSAPO−34(実施例9)であり、合成段階での各SAPOの平均粒子径はすべて4μm以下であった。得られた成型体の密度は1.08から1.1g/cmであり、成型体強度はいずれも工業的触媒として用いる上で何ら問題ない水準であった。また成型体のBET表面積はすべて400m/g以上であり、メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)、dMA選択率ともに高いものであった。
【表3】
Figure 2004049987
【0024】
比較例4〜8、(押出し成型法との比較)
実施例1と同様な方法で製造したTiSAPO−34粉末10gに任意の種類と量のバインダーを添加し、水10gを用いて混練した。この混錬物を、注射筒を用いて押出した後、110℃で4時間乾燥し、直径3.2mm×高さ3.2mm の成型体にそろえた。この成型体を空気中、600℃で4時間焼成し、押出し成型品触媒を得、実施例1と同様な方法で成型体強度を測定したのち、メチルアミン合成反応活性を調べた。各比較例で使用したバインダーの種類と量は以下の通りである。
比較例4:膨潤性合成雲母(ME−100コープケミカル社製)をTiSAPO−34粉末に対して15wt%添加
比較例5:膨潤性合成雲母(ME−100コープケミカル社製)をTiSAPO−34粉末に対して25wt%添加
比較例6:カオリンをTiSAPO−34粉末に対して15wt%添加
比較例7:アルミナをTiSAPO−34粉末に対して15wt%添加
比較例8:アタパルジャイトをTiSAPO−34粉末に対して15wt%添加
結果を表4に示す。この操作の結果得られた触媒の成型体強度はいずれも工業用触媒として用いる上で問題ない水準であったが、実施例1の打錠成型体に比較し弱いものであった。尚、比較例4,5よりバインダーの添加量を増やすことで成型体強度は改善される。メチルアミン合成反応での触媒活性(メタノール添加率)は、いずれも実施例1の打錠成型体に比べかなり低いものであった。これは、成型体中のTiSAPO−34触媒の絶対量が添加したバインダーにより少なくなっているためである。またカオリン、アルミナ、アタパルジャイトを用いた比較例6、7、8ではdMAの選択性が低い。これは添加したバインダー自身の酸点により、アミン類の不均化反応が進行しdMAの選択性が下がったものと考えられる。
【表4】
Figure 2004049987
【0025】
【発明の効果】
本発明の提供する方法に基づく、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体はバインダーレスであるため、バインダーの添加が必要な押出し成型品にみられた活性低下や目的反応物の選択率の低下が殆ど無く、また工業的な使用に耐えうる十分な成型体強度を有する。この様な成型体を製造する方法は、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブを対象とする触媒成型の分野において極めて有用であり、本発明の意義は大きい。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression-molded tablet of shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve, a method for producing the molded article, and a method for producing methylamines using the molded article as a catalyst. In detail, the so-called compression tableting method, in which shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder is preformed, the preformed body is crushed and sized, and then compressed and compressed, is used. The present invention relates to a method for producing a compression-molded article having sufficient mechanical strength to withstand use as a catalyst for use and having high catalytic activity.
[0002]
[Prior art]
Shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is useful as a solid catalyst for a reaction for producing methylamines and a reaction for producing olefins from methanol. Industrially, these production reactions employ a fixed bed flow type reaction system in which a solid catalyst is filled in a reaction tube or arranged in multiple stages, and a raw material is passed through the reaction tube to obtain a product. Therefore, the catalyst to be filled or placed in the reaction tube must have a shape and a size that do not hinder the flow of the raw materials and the like. However, the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is usually a fine powder having an average particle size of about 0.1 μm to 200 μm and a bulk density of 0.3 to 0.7 g / cm.3Since the catalyst is very bulky, it cannot be used as it is as a practical catalyst in a fixed bed flow type reaction, and it is necessary to form a molded catalyst having a shape and size of several millimeters or more by some method.
[0003]
When a powder catalyst is formed into a molded body, it is particularly important that the catalyst has sufficient catalyst strength so that crushing or pulverization does not occur when the catalyst is used, and that the molded body does not cause a decrease in catalytic activity. In general, the compression of a powdered solid powder catalyst is performed by a compression tableting method, a granulation method, an extrusion method, or the like. In the case of amorphous solid acid catalysts composed of a metal oxide or the like, a molded article having sufficient mechanical strength and catalytic performance has been obtained by compression tableting. However, zeolite-based molecular sieves and non-zeolitic aluminophosphate molecular sieves have no moldability by themselves, and therefore cannot be subjected to compression tableting, and can be formed into spherical or cylindrical shapes by granulation molding or extrusion molding. The method of making it into a molded body is taken. In these methods, a binder is required to bind the catalyst powder, and synthetic mica, alumina, silica, or clay compounds such as kaolin and talc are generally used as the binder. However, the addition of these binders blocks the effective pores of the molecular sieve and reduces the catalytic activity.Also, alumina and clay compounds have acid sites in the binder itself, which become active sites for side reactions. In many cases, the reaction selectivity decreases. Even if an appropriate binder to prevent such a problem can be selected, the amount of the binder to be used should be at least 10% by weight or more based on the molecular sieve powder, usually 15 to 30% by weight. The amount of catalyst is surely reduced by the amount of the added binder. Therefore, there is a significant disadvantage that more catalyst is required to perform a sufficient reaction.
[0004]
Therefore, the following method is proposed as a method for producing a molded body of zeolite-based molecular sieves and non-zeolitic aluminophosphate molecular sieves having a shape and size of several millimeters or more without these problems. It has been.
For example, in US Pat. No. 3,119,956, in order to suppress a decrease in catalytic activity caused by addition of a binder in a granulation molding method or an extrusion molding method, a binder is added to a catalyst, molded, and then subjected to a high temperature treatment to remove the binder. A way to do that has been proposed. In this method, a kaolin binder is added to a zeolite powder catalyst, and granulated or pelletized by extrusion or the like, and then the binder is removed by a calcination treatment to prepare a zeolite molded catalyst. However, in this method, the processing conditions required to obtain a target molded body are complicated, and some binders are chemically changed during firing, or are not completely removed and remain after firing. Therefore, there is a problem that the catalyst performance of the molded body is greatly reduced as compared with the case of powder.
[0005]
In EP 0,076,034, reactive kaolin-type clay and SiO2, NaOH, and the like, are kneaded and rotationally molded to form a molded body, and then subjected to hydrothermal treatment and firing to react with kaolin to obtain a molded body of crystalline zeolite. Further, in Japanese Patent Publication H06-76204, a non-zeolitic aluminophosphate is mixed in the pre-formed body itself by mixing a pre-formed body of alumina or silica-alumina with an aqueous solution containing phosphorus pentoxide and an organic template and performing hydrothermal treatment. There has been proposed a method of synthesizing a molecular sieve to obtain a molded body having the same shape and size as a preformed body. These methods are very special and subtle, but the production conditions are very complicated and the stability of the molecular sieve synthesis reaction during hydrothermal treatment is poorer than when using ordinary powdered raw materials. It is difficult to stably obtain a zeolite-based molecular sieve having a controlled structure or a non-zeolitic aluminophosphate molecular sieve.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the problems of these conventional methods, has sufficient mechanical strength to withstand use as an industrial catalyst, and has a binderless shabasite type having high catalytic activity equivalent to that of raw material powder. An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve molding.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have made intensive studies on the method of producing a binderless shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve molded body, focusing on that the simplest and superior method is a compression tableting method. Stacked. As described above, the compression tableting method is used as a general molding method for amorphous solid acid catalysts composed of metal oxides and the like. However, zeolite-based molecular sieves and non-zeolitic aluminophosphate molecular sieves are used. It has heretofore been impossible to perform compression tableting on such products, and there have been no reports. However, the inventors of the present invention have conducted intensive studies on a tableting method of shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve, and as a result, have finally reduced the water content in the molecular sieve bulk powder to 10 wt% or less, and It has been found that by mixing, pre-molding, sizing, and compressing and compression molding, a molded article having practical mechanical strength can be obtained.
Furthermore, the present inventors have optimized the conditions for compression tableting, and have set the density of the molded product from 0.9 ° to 1.3 (g / cm).3), BET specific surface area of 400 (m2/ G), it was found that an excellent molded body with almost no decrease in activity was obtained as compared with the powder as a precursor, and the present invention was completed. Here, "moisture content" and "mold density" are defined as follows.
Water content (wt%) = weight of adsorbed water / weight of completely dried molecular sieve × 100
Molding density (g / cm3) = Weight (g) per sample of molded catalyst / volume (cm) per sample of molded catalyst3)
[0008]
That is, the present invention relates to a compression-molded tablet of shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve, a method for producing the molded article, and a method for producing methylamines using the molded article as a catalyst. Yes,
(1) Shabazite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder having a water content of 10% by weight or less and an average particle diameter of 200 μm or less is compression-compressed, and the density of the obtained molded body is 0.9 to 1.3 g. / Cm3And the specific surface area is 400 m2/ G or more, characterized in that it is a compression-molded tablet of shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve,
(2) The compressed tablet molded product according to (1), wherein the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is SAPO-34.
(3) Shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve 1 selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Ru, Pd and Pt The compressed tablet molded product according to (1), containing at least one kind of metal,
(4) Shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Ru, Pd and Pt. (1) The compressed tablet molded product according to (1), which is substituted with at least one kind of metal.
(5) A step of adding 0.1 to 5% by weight of a lubricant to a shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder having a water content of 10% by weight or less and an average particle diameter of 200 μm or less, and mixing the mixture. Preforming at a pressure in the range of 5 to 5 MPa, a step of sizing the preformed article to particles of 30 mesh or less, and a step of compression tableting the sized article at a pressure of 20 to 200 MPa. (1) A method for molding a shabazite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder, which obtains the compressed tablet molded article according to (1),
(6) The molding method according to (5), wherein the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is SAPO-34.
(7) Shabasite type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve 1 selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Ru, Pd and Pt The molding method according to (5), wherein the molding method contains more than one kind of metal,
(8) Shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve 1 selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Ru, Pd and Pt The molding method according to (5), wherein the metal is substituted with at least one kind of metal.
(9) A method for producing methylamines, comprising reacting methanol and ammonia in the presence of the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve tableting product according to (1) to (4). ,
(10) Production of methylamines characterized by reacting methanol and monomethylamine in the presence of the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve tableting product according to (1) to (4). Method,
(11) Methylamines characterized by performing a disproportionation reaction of monomethylamine in the presence of a shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve tableting product according to (1) to (4). Manufacturing method,
Consists of
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Three types of SAPA-34, SAPO-44, and SAPO-47 are known as the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve used in the present invention, and these are silicon compounds, aluminum compounds, phosphorus compounds, and organic compounds. It is synthesized by subjecting a mixture consisting of the template agent and water to hydrothermal treatment. Then, the crystal component is separated from the reaction product obtained by the hydrothermal treatment, washed, dried, and finally subjected to a calcination treatment at 300 ° C. or more in the presence of molecular oxygen to obtain the powder (US Pat. No. 4,440,871). issue).
The chabazite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve used in the present invention includes Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Ru, Pd and Pt. Alternatively, a material containing one or more metals selected from the group consisting of or substituted with the metal may be used. These metals are added for the purpose of improving the catalytic performance (reaction activity, selectivity of the target reaction product, and catalyst life) in the target reaction. Does not work. The method of preparing the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve containing these metals includes a method of mixing the molecular sieve and the metal compound by a dry method or a wet method, and adding the metal compound during hydrothermal synthesis. There is a method of including those metals in molecular sieves, and the like is not particularly limited.
The shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve produced as described above often becomes a powder having an average particle diameter of 200 μm or less, usually about 10 μm.
[0010]
Next, the water content of the thus obtained shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder is adjusted to 10% by weight or less, preferably 3% by weight or less. It is very important for the present inventors to control the amount of water adsorbed on the molecular sieve powder to the above-mentioned amount before performing compression tableting, and the molecular sieve powder having a water content of 10 wt% or less, It has been found that a tableting product having practical strength can be obtained by using it for compression tableting. When a tablet having a water content exceeding 10% by weight is subjected to compression tableting, the strength of the molded article becomes extremely low. On the other hand, the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve has extremely high hygroscopicity, and when left at room temperature under an air atmosphere, easily absorbs moisture up to the saturated adsorption amount at the temperature and pressure. . Usually, the saturated water adsorption of the molecular sieve at room temperature and normal pressure reaches 10 to 35 wt%. If the molecular sieve has a water content of 10% by weight or more, it is necessary to remove moisture adsorbed by the drying treatment. Since most of the adsorbed water is physically adsorbed water, the water can be easily removed by treating the molecular sieve powder with a general dryer at a temperature of about 100 ° C. to 150 ° C. In addition, as described above, the molecular sieve powder is generally subjected to a baking treatment at a temperature of 300 ° C. or more in the presence of molecular oxygen in the final step of the production. The molecular sieve immediately after such a baking treatment has substantially zero moisture content, and if the powder is used immediately in the compression tableting process, or if the powder is tightly stored in the absence of moisture, the molecular sieve is Moisture absorption can be prevented, and this drying treatment can be omitted.
[0011]
Next, the thus obtained shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder having a water content of 10 wt% or less and an average particle diameter of 200 μm or less is subjected to compression tableting. The molecular sieve has a very small average particle size and is bulky. In addition, since the releasability from the molding die is poor, it is not possible to perform tableting with a compression tableting machine as it is, and the following three steps are required.
(1) Step of mixing lubricant and shabasite type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder
(2) Preforming and sizing process
(3) Compression tablet molding process
Hereinafter, the details of the implementation method will be described for each step.
[0012]
(1) Step of mixing lubricant and shabasite type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder
In tablet molding, it is necessary to finally remove the molded body from the molding die. However, since the molecular sieve has poor releasability from the molding die, it is necessary to add a lubricant as a releasing agent. is there. As the lubricant, for example, inorganic salts of stearic acid, artificial graphite, and the like are used. The amount of the lubricant to be added is appropriately from 0.1% to 5% by weight based on the molecular sieve. These lubricants are uniformly mixed with the molecular sieve to prepare a raw material powder for tableting.
[0013]
(2) Preliminary molding and sizing process
The shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder produced by the method described above has a particle size of 200 μm or less and a bulk density of 0.3 to 0.7 g / cm.3Very bulky with degree. For this reason, even if compression tableting is performed as it is, a molded product having sufficient strength and an appropriate molded product density cannot be obtained. Therefore, it is necessary to perform preforming and sizing operations to prepare a preformed body having a bulk density and a particle size suitable for tableting. The preforming is performed at a pressure of 0.5 to 5 MPa using a roll compacting type or a roll pre-ketting type compression molding machine or the like. When a roll compacting molding machine is used, a sheet-shaped preform is obtained, which is further crushed and sized. The particle size of the preformed body after sizing is set to 30 mesh or less in view of the filling property into the tableting machine mold, but is particularly preferably adjusted to 20 mesh or less. Usually, a crusher and a screen for sizing are integrated with a roll compacting molding machine, and a series of the above operations can be easily performed.
[0014]
(3) Compression tablet molding process
The preformed body thus obtained is tablet-formed using a rotary or single-shot compression tableting machine. Industrially, a rotary compression tableting machine capable of efficiently producing a large amount of molded articles is suitable. The preforms prepared above are filled in the dies of these tableting machines, and compression tableting is performed with upper and lower punches. Tableting pressure is 20 to 200 MPa or less, preferably 40 to 100 MPa. Perform within the range. The shape of the tablet is generally a cylindrical tablet with a diameter and length of 2 to 10 mm. The size of the reaction tube for filling the tablet, the type of reaction desired, the productivity of the molded product, etc. And the size of the most suitable tableting product may be selected.
[0015]
The present inventors increased the density of the finally obtained molded body from 0.9 ° to 1.3 (g / cm).3) And the BET specific surface area of the molded body is 400 m2/ G or more has been found to be extremely important from the viewpoint that the catalyst activity does not decrease when this molded article is used as a reaction catalyst. If the density of the molded product is out of this range, the BET surface area of the molded product is 400 m2/ G or less, the catalyst activity of the obtained molded article is significantly reduced. The density of the compact depends on the bulk density of the preform, the filling amount in the die, the pressure for tableting, and the like. By adjusting and optimizing these, the density of the compact is 0.9 to 1.3 (g / cm).3) Can be controlled. The BET surface area depends on the water content in the molecular sieve, the preforming, and the tableting pressure. By controlling these, the BET surface area is 400 m.2/ G or more.
[0016]
The above tableting operation needs to be performed quickly under low humidity so that the molecular sieve absorbs as little moisture as possible. If possible, it is preferable to perform each operation in a dry nitrogen atmosphere.
[0017]
Thus, as an industrial catalyst, it has sufficient mechanical strength to withstand use, and has a binderless shabasite type crystalline aluminophosphate molecular sieve having the same high catalytic activity as that of the raw material powder. Body can be manufactured. The molded tablet obtained by the method of the present invention is industrially packed in a fixed-bed flow reactor, and a methylamine synthesis reaction using methanol and ammonia and / or methanol and monomethylamine as raw materials, and / or Alternatively, it can be used as a catalyst for a methylamine synthesis reaction by disproportionation reaction of monomethylamine, and the industrial significance of the present invention is extremely large.
[0018]
Next, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The physical properties of the raw material powder and the molded body were measured by the following methods.
Average particle diameter: Measured with a wet laser diffraction type particle size distribution analyzer (HORIBA @ LA-500).
-Molded body density: 50 obtained molded bodies (n = 50) were each precisely weighed and calculated from the average value.
Crushing strength: Measured with a breaking strength measuring instrument (Okura Riken DHT-200) (n = 50).
Powdering rate: Measured by a basket test type powdering rate measuring device (Chihoda Seiko Co., Ltd.) (10 g of a molded body was placed in a cylindrical screen made of 14 mesh SUS) having a diameter of 100 mm and a height of 90 mm, and the cylinder was rotated at 160 rpm. After rotating for 10 minutes at, the powdering ratio was measured).
-BET specific surface area: Measured by a multi-point method using a nitrogen adsorption / desorption isotherm measuring apparatus (Autosorb-6 from QANTACHROME).
In Examples and Comparative Examples, the obtained molded articles were used as a catalyst for a reaction for synthesizing methylamine from methanol and ammonia, and the catalytic performance was evaluated. The evaluation method was as follows. A catalyst (2.5 g) was charged into a stainless steel cylindrical reaction tube, a 1: 1 weight mixture of ammonia and methanol was supplied at a rate of 5.19 g / h, a reaction pressure of 2 MPa, and a temperature of 320 ° C. Under the conditions, a methylamine synthesis reaction was performed. The space-time velocity (GHSV) is about 900 to 1200 h −1. The reaction product 12 hours after the flow of the raw materials was collected in water, and the reaction results were examined by gas chromatography. There are three types of product, methylamine, monomethylamine, dimethylamine and trimethylamine, and a catalyst having a high selectivity for dimethylamine is industrially desired. Abbreviations described are as follows:
・ Monomethylamine: mMA
・ Dimethylamine: dMA
・ Trimethylamine: tMA
[0019]
【Example】
Example 1
As a shabasite-type crystalline aluminophosphate molecular sieve, TiSAPO-34 powder produced by adding Ti during hydrothermal treatment and using tetraethylammonium hydroxide as a template agent is dried at 100 ° C. for 16 hours to have a water content of 1.1 wt. %. The average particle size of this powder was 2.1 μm. 1.5 wt% artificial graphite based on the dry weight of TiSAPO-34 was added and mixed. Next, using a roller compacting type compression molding machine (manufactured by Freund Corporation), a preforming treatment was performed under a pressure of 1.5 MPa, and the obtained preformed body was crushed and then sized to 16 mesh. . This was tableted under a pressure of 80 MPa using a rotary compression tableting machine (manufactured by Kikusui Seisakusho) to obtain a molded product of a columnar tablet having a diameter of 3.2 mm and a height of 3.2 mm. The physical properties of the obtained molded body were as follows.
Molding density: 1.09 (g / cm3)
Crush strength: 14.8 (MPa)
Powdering rate: 2.5 (wt%)
BET specific surface area: 470 (m2/ G)
The crushing strength and the powdering ratio are indicators of whether or not they have mechanical strength that can be used as an industrial catalyst. If the strength is 5 MPa or more and the powdering ratio is 5 wt% or less, sufficient strength as a practical catalyst is obtained. It is. The strengths of the molded articles produced in this example all satisfied these values, and were at a level that would not cause any problem when used as an industrial catalyst. The results of the methylamine synthesis reaction of this molded product were as follows, and both the catalytic activity (conversion of methanol) and the selectivity for dMA were high.
Methanol conversion: 98.2%
Amine selectivity: mMA / dMA / tMA = 32/64/4 (wt%)
Table 1 summarizes the above results.
[Table 1]
Figure 2004049987
[0020]
Comparative Example 1
A methylamine synthesis reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the TiSAPO-34 produced in Example 1 was used as powder. Table 1 shows the results. The reaction results are almost the same as those in Example 1, and it is clear that the molded article of Example 1 has no activity reduction or change in selectivity as compared with TiSAPO-34 before molding. The methylamine synthesis reaction using such a fine powder catalyst can be carried out in a laboratory, but cannot be carried out industrially in a large fixed bed flow reactor.
[0021]
Examples 2 and 3, Comparative Example 2, (Effect of water content)
Same as Example 1 except that the moisture content of TiSAPO-34 powder was 4.8 wt% (Example 2), 10.0 wt% (Example 3), and 25.6 wt% (Comparative Example 2). A molded article was obtained by a simple operation, and the methylamine synthesis reaction activity was examined. Table 1 shows the results. The molded article density is 1.09 to 1.10 g / cm3), And the molded body density was substantially the same as that of Example 1. From these results, it was observed that as the water content of the TiSAPO-34 powder was increased, the crushing strength of the molded article was remarkably reduced and the powdering rate was increased, and the water content of the TiSAPO-34 powder was 10 wt. %, The molded product was far from the required strength as a catalyst and could not withstand practical use. Further, the BET specific surface area tends to decrease as the water content increases.
In Comparative Example 2, the catalytic activity (methanol addition rate) in the methylamine synthesis reaction was 87.9%, which was lower than the others. The BET specific surface area is 389 (m2/ G). The selectivity of dMA was as high as in Example 1.
[0022]
Examples 4 and 5, Comparative Example 3, (Effect of Density of Molded Body)
Except that the molding pressure of the rotary compression tableting machine was set to 40 MPa (Example 4), 100 MPa (Example 5), and 150 MPa (Comparative Example 3), a molded body was obtained by the same operation as in Example 1, The methylamine synthesis reaction activity was examined. Table 2 shows the results. The density of the molded body of the catalyst obtained as a result of this operation was 1.00 g / cm in Example 4.31.30 g / cm in Example 531.35 g / cm in Comparative Example 33Met. The strength of the molded body was at a level that did not cause any problem when used as an industrial catalyst. However, in Comparative Example 3, the BET surface area was reduced, and the catalytic activity (methanol addition ratio) in the methylamine synthesis reaction was lower than that of other catalysts. It was lower than the one.
[Table 2]
Figure 2004049987
[0023]
Examples 6 to 9, (Effect of molecular sieve)
Synthesis using a system without adding Ti during hydrothermal synthesis (Example 6), synthesis using a system using cyclohexylamine as a template without adding Ti during hydrothermal synthesis (Example 7), adding Ti during hydrothermal synthesis The same as Example 1 except that the synthesis was performed in a system using sec-butylamine as a template agent without using (Example 8) and in a system in which Zr was added instead of Ti in hydrothermal synthesis (Example 9). A molded product was obtained by the operation, and the methylamine synthesis reaction activity was examined. Table 3 shows the results. The SAPOs synthesized in each example are SAPO-34 (Example 6), SAPO-44 (Example 7), SAPO-47 (Example 8), and ZrSAPO-34 (Example 9), respectively. The average particle diameter of each SAPO at each stage was 4 μm or less. The density of the obtained molded body is 1.08 to 1.1 g / cm.3The strength of each of the molded products was at a level that did not cause any problem when used as an industrial catalyst. In addition, the BET surface area of all the moldings is 400m.2/ G or more, and both the catalytic activity (methanol addition rate) and dMA selectivity in the methylamine synthesis reaction were high.
[Table 3]
Figure 2004049987
[0024]
Comparative Examples 4 to 8, (Comparison with extrusion molding method)
An arbitrary type and amount of a binder were added to 10 g of the TiSAPO-34 powder produced in the same manner as in Example 1, and kneaded with 10 g of water. The kneaded product was extruded using a syringe, dried at 110 ° C. for 4 hours, and formed into a molded product having a diameter of 3.2 mm × a height of 3.2 mm. The molded body was calcined in air at 600 ° C. for 4 hours to obtain an extruded molded product catalyst. The molded body strength was measured in the same manner as in Example 1, and the methylamine synthesis reaction activity was examined. The kind and amount of the binder used in each comparative example are as follows.
Comparative Example 4: Addition of 15% by weight of swellable synthetic mica (manufactured by ME-100 Corp Chemical Co., Ltd.) to TiSAPO-34 powder
Comparative Example 5: 25% by weight of swellable synthetic mica (manufactured by ME-100 Corp Chemical Co.) was added to TiSAPO-34 powder.
Comparative Example 6: 15 wt% of kaolin was added to TiSAPO-34 powder.
Comparative Example 7: 15% by weight of alumina was added to TiSAPO-34 powder
Comparative Example 8: Attapulgite was added in an amount of 15% by weight based on TiSAPO-34 powder.
Table 4 shows the results. The strength of the molded body of the catalyst obtained as a result of this operation was at a level without any problem when used as an industrial catalyst, but was weaker than that of the tableting molded body of Example 1. In addition, the strength of the molded body is improved by increasing the amount of the binder added as compared with Comparative Examples 4 and 5. The catalytic activity (methanol addition rate) in the methylamine synthesis reaction was considerably lower than that of the tableting product of Example 1. This is because the absolute amount of the TiSAPO-34 catalyst in the molded body was reduced by the added binder. In Comparative Examples 6, 7, and 8 using kaolin, alumina, and attapulgite, the selectivity of dMA was low. It is considered that the disproportionation reaction of amines progressed due to the acid point of the added binder itself, and the selectivity of dMA was lowered.
[Table 4]
Figure 2004049987
[0025]
【The invention's effect】
Based on the method provided by the present invention, the compression-molded molded product of the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is binderless, and thus has a reduced activity seen in an extruded product requiring the addition of a binder. There is almost no decrease in the selectivity of the target reactant, and the molded product has sufficient strength to withstand industrial use. The method for producing such a molded article is extremely useful in the field of catalyst molding for shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieves, and the present invention is significant.

Claims (11)

含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末を圧縮打錠成型し、得られる成型体密度が0.9 から1.3g/cmの範囲であり、比表面積が400 m/g以上であることを特徴とする、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブの圧縮打錠成型体。Shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder having a water content of 10% by weight or less and an average particle diameter of 200 µm or less is subjected to compression tableting, and the resulting molded body has a density of 0.9 to 1.3 g / cm 3. And a specific surface area of 400 m 2 / g or more, wherein a compression-molded tablet of shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is provided. シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO−34である、請求項1記載の圧縮打錠成型体。The compression tableting product according to claim 1, wherein the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is SAPO-34. シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属を含有する、請求項1記載の圧縮打錠成型体。The shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is at least one selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, YZn, Zr, Ru, Pd and Pt. The compressed tablet molded product according to claim 1, which contains a metal. シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属で置換したものである、請求項1記載の圧縮打錠成型体。The shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is at least one selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, YZn, Zr, Ru, Pd and Pt. The compressed tablet molded product according to claim 1, wherein the molded product is replaced with a metal. 含水率が10wt% 以下、平均粒子径が200μm以下のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末に0.1から5wt%の滑剤を加え混合する工程、その混合物を0.5から5MPaの範囲の圧力で予備成型し、その予備成型品を30メッシュ以下の粒子に整粒する工程、そして、その整粒品を20から200MPaの圧力で圧縮打錠成型する工程を経て、請求項1記載の圧縮打錠成型体を得る、シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ粉末の成型方法。A step of adding 0.1 to 5% by weight of a lubricant to a shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder having a water content of 10% by weight or less and an average particle diameter of 200 μm or less, and mixing the mixture with 0.5 to 5 MPa. Pre-molding at a pressure in the range of, and sizing the pre-formed product to particles of 30 mesh or less, and compression-molding the sized product at a pressure of 20 to 200 MPa. A method for molding a shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve powder to obtain the compression-molded molded article according to the above. シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがSAPO−34である、請求項5記載の成型方法。The molding method according to claim 5, wherein the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is SAPO-34. シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属を含有する、請求項5記載の成型方法。The shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is at least one selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, YZn, Zr, Ru, Pd and Pt. The molding method according to claim 5, further comprising a metal. シャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブがMg、Cs、Sr、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Y 、Zr、Ru、Pd及びPtの中から選択された1種類以上の金属で置換したものである、請求項5記載の成型方法。The shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve is at least one selected from Mg, Cs, Sr, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn, YZn, Zr, Ru, Pd and Pt. The molding method according to claim 5, wherein the metal is substituted. 請求項1から4に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとアンモニアを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造方法。A method for producing methylamines, comprising reacting methanol and ammonia in the presence of the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve tableting product according to claim 1. 請求項1から4に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、メタノールとモノメチルアミンを反応させることを特徴とするメチルアミン類の製造方法。A method for producing methylamines, comprising reacting methanol and monomethylamine in the presence of the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve tableting product according to claim 1. 請求項1から4に記載のシャバサイト型結晶質シリコアルミノリン酸塩モレキュラーシーブ打錠成型体の存在下、モノメチルアミンの不均化反応を行なうことを特徴とするメチルアミン類の製造方法。A process for producing methylamines, comprising performing a disproportionation reaction of monomethylamine in the presence of the shabasite-type crystalline silicoaluminophosphate molecular sieve tableting product according to claim 1.
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