説明

ハロゲン化プロパンの製造方法

【課題】ハロゲン化プロパンの製造方法においては、原料にプロパンを用いた例は知られておらず、原料にプロパンを用いることができれば、より安価かつ安定的にハロゲン化プロパンを製造することが可能であるため、プロパンを原料に用いたハロゲン化プロパンの製造方法を提供する。
【解決手段】第7族金属、第8族金属、第11族金属およびそれら金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種を含む触媒の存在下、プロパンをハロゲン化水素および酸素と反応させて、ハロゲン化プロパンを製造する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハロゲン化プロパンの製造方法に関し、さらに詳しくはプロパンをオキシハロゲン化してハロゲン化プロパンを製造する、ハロゲン化プロパンの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ハロゲン化プロパンは医薬および農薬等の中間体、溶剤あるいはバルク化学品の原料として有用でありさまざまな用途で使用されている。たとえば2−クロロプロパン、1,3−ジクロロプロパンなどは、医薬および農薬の製造に重要な中間体であり、かつ溶剤としても役立つ。また、 2−クロロプロパン、1,2−ジクロロプロパンなどは、プロピレンの原料として有用であることが知られている。
【0003】
ハロゲン化プロパンを製造する方法として、例えば、特許文献1にはビス(3−ヒドロキシプロピル)エーテルと塩化水素とを、触媒存在下にて反応させて、1,3−ジクロロプロパンを製造する方法が開示され、また、特許文献2では、プロピレンと塩化水素とを触媒存在下で反応させてジクロロプロパンを製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−351743号公報
【特許文献2】特開昭60−178831号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のハロゲン化プロパンの製造方法においては、原料にプロパンを用いた例は知られておらず、原料にプロパンを用いることができれば、より安価かつ安定的にハロゲン化プロパンを製造することが可能となる。そこで、本発明は、プロパンを原料に用いたハロゲン化プロパンの製造方法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、第7族金属、第8族金属、第11族金属およびそれら金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種を含む触媒が、オキシハロゲン化反応を用いたハロゲン化プロパン製造用の触媒に有効であることを見出して本発明を完成させたものである。
【0007】
すなわち、本発明のハロゲン化プロパンの製造方法は、第7族金属、第8族金属、第11族金属およびそれら金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種を含む触媒の存在下、プロパンを、ハロゲン化水素および酸素と反応させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、プロパンから、ハロゲン化プロパンを安価かつ安定的に製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明にかかるハロゲン化プロパンの製造方法の実施の形態について詳細に説明する。なお、特に断らない限り、本発明においては、ハロゲン化プロパンには、1−クロロプロパンおよび2−クロロプロパンからなるモノクロロプロパン類と、1,2−ジクロロプロパン、1,1−ジクロロプロパン、2,2−ジクロロプロパン、1,3−ジクロロプロパンからなるジクロロプロパン類と、1,2,3−トリクロロプロパン、1,1,2−トリクロロプロパン、1,1,3−トリクロロプロパンからなるトリクロロプロパン類が含まれる。本発明では、特に断らない限り、モノクロロプロパン類とジクロロプロパン類とトリクロロプロパン類とを合わせてクロロプロパン類という。また、本発明で用いるオキシハロゲン化反応とは、触媒存在下、アルカンを、ハロゲン化水素源および酸素源と反応させて、アルカンのハロゲン置換体を生成させる反応をいう。
【0010】
本発明に用いる原料であるプロパンは、例えば、天然ガス、石油の分留、石油精製、アルカンのクラッキング等から得られるプロパンを用いることができる。また、プロパンはプロパンを主成分とするガスであってもよく、該ガス中にメタン、エタン、エチレン、プロピレン、ブタン、ブテン等の炭化水素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気などのガスが含まれていても構わない。反応の効率性の観点から、プロパンを主成分とするガス中のプロパンの含有率は、50体積%以上、好ましくは60体積%以上、より好ましくは70体積%以上である。
【0011】
また、ハロゲン化水素としては、塩化水素、臭化水素、フッ化水素またはそれらの混合物を用いることができる。好ましくは、塩化水素または臭化水素、より好ましくは塩化水素である。塩化水素を用いる場合、水素と塩素との反応により生成する塩化水素や、塩酸を加熱して発生する塩化水素や、塩素化合物の熱分解反応や燃焼反応、ホスゲンによる有機化合物のカルボニル化反応、塩素による有機化合物の塩素化反応、クロロフルオロアルカンの製造等により発生する副生塩化水素や、塩化水素の塩素への酸化反応や塩化水素とアルケンの反応による塩素化アルカンの製造等から回収される塩化水素や、焼却炉から発生する燃焼排ガスから回収される塩化水素等を用いることができる。塩化水素を用いる場合、塩化水素は前記の各反応により塩化水素とともに回収されうる未反応原料や反応生成物との混合物として使用してもよい。また、ハロゲン化水素として、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気等のガスにより希釈された、ハロゲン化水素を含むガスを使用してもよい。
【0012】
また、酸素としては、酸素含有ガスを使用することができ、酸素含有ガスとしては、純酸素や、純酸素を窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気等のガスで希釈したものや、空気を使用することができる。純酸素は、空気の圧力スイング法や深冷分離などの通常の工業的な方法によって得ることができる。
【0013】
本発明に用いる触媒は、金属成分として、第7族金属、第8族金属、第11族金属およびそれら金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種を含むものであり、良好な触媒活性および触媒寿命を有するという点から、第11族金属および該金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種が好ましく、より好ましくは第11族金属の化合物である。以下、これらの金属成分を触媒金属成分という。
【0014】
第7族金属としては、マンガンとレニウムを挙げることができる。好ましくはマンガンである。マンガンとしては、金属マンガン、無機系マンガン化合物または有機系マンガン化合物を用いることができる。無機系マンガン化合物としては酸化マンガン、ハロゲン化マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガンおよび水酸化マンガン等を挙げることができる。また、有機系マンガン化合物としては、酢酸マンガン等を挙げることができる。なお、それらの化合物の水和物を用いてもよい。酸化マンガンの具体例としては、MnOやMnOを挙げることができる。また、ハロゲン化マンガンの具体例としてはMnClを挙げることができる。また、硝酸マンガンの具体例としてはMn(NO)を挙げることができる。また、硫酸マンガンの具体例としてはMnSOを挙げることができる。
【0015】
第8属金属としては、鉄、ルテニウムおよびオスニウムを挙げることができる。好ましくは鉄またはルテニウムである。鉄としては、金属鉄、無機系鉄化合物または有機系鉄化合物を用いることができる。無機系鉄化合物としては、酸化鉄、ハロゲン化鉄、硝酸鉄、硫酸鉄および酸化鉄等を挙げることができる。また、有機系鉄化合物としては、酢酸鉄を挙げることができる。なお、それらの化合物の水和物を用いてもよい。酸化鉄の具体例としては、FeOやFeを挙げることができる。また、ハロゲン化鉄の具体例としては、FeClやFeClを挙げることができる。また、硝酸鉄の具体例としてはFe(NO)を挙げることができる。また、硫酸鉄の具体例としては、FeSOやFe(SOを挙げることができる。
【0016】
ルテニウムとしては、金属ルテニウム、無機系ルテニウム化合物または有機系ルテニウム化合物を用いることができる。無機系ルテニウム化合物としては、酸化ルテニウム、ルテニウム塩化物、クロロルテニウム酸塩、クロロルテニウム酸塩水和物、ルテニウム酸塩、ルテニウムオキシ塩化物、ルテニウムオキシ塩化物の塩、ルテニウムアンミン錯体、ルテニウムアンミン錯体の塩化物および臭化物、ルテニウム臭化物、ルテニウムカルボニル錯体、ルテニウムニトロシル錯体およびルテニウムホスフィン錯体を挙げることができる。有機系ルテニウム化合物としては、ルテニウム有機アミン錯体、ルテニウムアセチルアセトナート錯体およびルテニウム有機酸塩を挙げることができる。酸化ルテニウムの具体例としてはRuOを挙げることができる。ルテニウム塩化物の具体例としては、RuClやRuCl水和物を挙げることができる。また、クロロルテニウム酸塩の具体例としては、KRuClおよびKRuClを挙げることができる。また、クロロルテニウム酸塩水和物の具体例としては、KRuCl(HO)やKRuCl(HO)を挙げることができる。また、ルテニウム酸塩の具体例としてはKRuOを挙げることができる。また、ルテニウムオキシ塩化物の具体例としては、RuOCl、RuOClおよびRuOClを挙げることができる。ルテニウムオキシ塩化物の塩の具体例としては、KRuOCl10やCsRuOClを挙げることができる。また、ルテニウムアンミン錯体の具体例としては、〔Ru(NH2+、〔Ru(NH3+および〔Ru(NH)5HO〕2+を挙げることができる。ルテニウムアンミン錯体の塩化物や臭化物の具体例としては、〔Ru(NHCl〕2+、〔Ru(NH〕Cl、〔Ru(NH〕Clおよび〔Ru(NH〕Brを挙げることができる。また、ルテニウム臭化物の具体例としては、RuBrやRuBr水和物を挙げることができる。また、ルテニウムカルボニル錯体の具体例としては、Ru(CO)やRu(CO)12を挙げることができる。また、ルテニウムニトロシル錯体の具体例としては、K〔RuCl(NO)〕、〔Ru(NH(NO)〕Cl、〔Ru(OH)(NH(NO)〕(NOおよびRu(NO)(NOを挙げることができる。また、ルテニウム有機酸塩の具体例としては[RuO(OCOCH(HO)] OCOCH水和物、Ru(RCOO)Cl(Rは炭素数1−3のアルキル基)を挙げることができる。好ましくは、金属ルテニウム、酸化ルテニウム、ルテニウム塩化物およびルテニウム臭化物等のハロゲン化ルテニウム化合物を挙げることができる。
【0017】
第11族金属としては、銅、金および銀を挙げることができる。好ましくは銅である。銅としては、金属銅、無機系銅化合物または有機系銅化合物を用いることができ、中でも、金属銅または無機系銅化合物が好ましく、無機系銅化合物がより好ましい。無機系銅化合物としては、ハロゲン化銅、酸化銅、リン酸銅、チオシアン酸銅、硝酸銅および硫酸銅等を挙げることができ、中でもハロゲン化銅または酸化銅が好ましく、酸化銅がより好ましい。また、有機系銅化合物としては、ギ酸銅、酢酸銅、シュウ酸銅およびテレフタル酸銅等を挙げることができる。なお、それらの化合物の水和物を用いてもよい。ハロゲン化銅の具体例としては、CuCl、CuCl、CuBr、CuFおよびCuIを挙げることができる。また、酸化銅の具体例としては、CuOやCuOを挙げることができる。また、リン酸銅の具体例としてはCuを挙げることができる。また、硝酸銅の具体例としては、Cu(NO)を挙げることができる。また、硫酸銅の具体例としてはCuSOを挙げることができる。好ましくは、金属銅、CuO、CuO、CuClまたはCuCl、より好ましくはCuOである。
【0018】
本発明に用いる触媒は、上記の触媒金属成分に加え、第2成分として、アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を含むことが好ましい。アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物を含むことにより触媒活性およびオキシハロゲン化反応におけるハロゲン化プロパンの選択性が向上すると共に、触媒金属成分の蒸発が抑制され触媒の長寿命化が可能となる。中でもアルカリ金属化合物が好ましい。アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属の炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩および酸化物等を挙げることができ、中でもアルカリ金属ハロゲン化物が好ましい。アルカリ金属ハロゲン化物の具体例としては、NaCl、NaBr、KCl、KBr、CsCl、CsBr、RbClおよびRbBrを挙げることができ、NaCl、KClまたはCsClが好ましく、KClまたはCsClがより好ましく、KClがさらに好ましい。また、アルカリ土類金属化合物としては、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属の炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩および酸化物等を挙げることができ、中でも、アルカリ土類金属ハロゲン化物が好ましい。アルカリ土類金属ハロゲン化物の具体例としては、MgCl、MgBr、CaCl、CaBr、SrCl、SrBr、BaClおよびBaBrを挙げることができる。
【0019】
触媒金属成分と第2成分との好ましい組み合わせとしては、銅化合物と、アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類金属化合物との組み合わせを挙げることができ、銅化合物とアルカリ金属化合物との組み合わせがより好ましい。銅化合物とは、上記のハロゲン化銅、酸化銅、リン酸銅、チオシアン酸銅、硝酸銅、硫酸銅等の無機系銅化合物、およびギ酸銅、酢酸銅、シュウ酸銅、テレフタル酸銅等の有機系銅化合物である。より好ましい組み合わせとしては、銅化合物とアルカリ金属ハロゲン化物である。さらに好ましくは、塩化銅CuClまたは酸化銅CuOとアルカリ金属ハロゲン化物との組み合わせである。
【0020】
また、触媒金属成分と第2成分との比率は、触媒金属成分:第2成分がモル比で、1:0.1〜1:10、好ましくは1:0.1〜1:3である。第2成分のモル比が0.1より小さいとハロゲン化プロパンの選択率が向上せず、モル比が10よりも大きいと触媒の活性が低下するからである。
【0021】
触媒金属成分および含まれる場合の第2成分は、担体に担持させて触媒として使用することが好ましい。触媒金属成分および含まれる場合の第2成分を担体に担持させるには、含浸法、共沈法または混練り法等を用いることができる。例えば、触媒金属成分および含まれる場合の第2成分を含浸法、共沈法または混練り法等により担体に担持させ、例えば50℃〜700℃に加熱して乾燥させることにより調製することができる。また、担持した触媒金属成分を酸化して担持酸化物として用いることもできる。また、担持した触媒金属成分を還元して担持金属触媒として用いることもできる。酸化は、例えば、担体に触媒金属成分を担持した後、酸化性ガスの雰囲気下で焼成することにより行われる。酸化性ガスとは、酸化性物質を含むガスであり、例えば、酸素含有ガスが挙げられる。その酸素濃度は通常1〜30容量%程度である。この酸素源としては、通常、空気や純酸素が用いられ、必要に応じて不活性ガスで希釈される。酸化性ガスは、中でも、空気が好ましい。焼成温度は、通常100〜1000℃、好ましくは200〜650℃である。還元は、例えば、担体に触媒金属成分を担持した後、還元性ガスの雰囲気下で焼成することにより行われる。還元性ガスとは、還元性物質を含むガスであり、例えば、水素含有ガス、一酸化炭素含有ガス、炭化水素含有ガス等が挙げられる。その濃度としては、通常、1〜30容量%程度であり、例えば、不活性ガスや水蒸気で濃度調整される。還元性ガスは、中でも、水素含有ガス、一酸化炭素含有ガスが好ましい。また、焼成温度は、通常、100〜1000℃、好ましくは200〜500℃である。
【0022】
担体としては、γアルミナ、θアルミナ、αアルミナ等のアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、酸化ニオブ、酸化スズ、活性炭等を用いることができる。また、シリカアルミナ等のそれらの複合酸化物またはそれぞれの混合物を用いることもできる。好ましくは、アルミナまたはシリカである。
【0023】
触媒金属成分を担体に担持させる場合、触媒金属成分の担持濃度は、担体に対して金属重量として0.1〜30重量%、好ましくは0.1〜20重量%、より好ましくは0.1〜15重量%が担持されていることが好ましい。
【0024】
担持触媒(触媒金属成分を担体に担持させたものを指し、担体と触媒金属成分を含む。)のBET比表面積は、1〜400m/g、好ましくは5〜100m/gである。BET比表面積が1m/gより小さいと、担持した触媒金属成分の分散度が低下するからである。また、BET比表面積が400m/gより大きいと、担持触媒の熱安定性が低下するからである。ここで、BET比表面積は、窒素吸着法を原理とする比表面積測定装置を用いて測定して得られる値である。なお、触媒に金属酸化物を用いる場合であって、担体を用いない場合のBET比表面積とは、該金属酸化物のBET比表面積をいう。
【0025】
担持触媒の細孔容積としては、0.05〜1.5ml/g、好ましくは0.1〜1.0ml/gである。細孔容積が0.05ml/gより小さいと、細孔径が小さくなりすぎて活性が低くなる場合があるからである。また、細孔容積が1.5ml/gより大きいと、担体の強度が低下して触媒が劣化し易くなるからである。なお、細孔容積は、Hg圧入法で測定して得られる値である。
【0026】
本発明の触媒は、好ましくは成形体として使用される。その形状としては、例えば、球形粒状、円柱状、ペレット状、押出形状、リング形状、ハニカム状あるいは成形後に破砕した適度の大きさの顆粒状等が挙げられる。この際、成形体の直径としては5mm以下が好ましい。成形体の直径が大きすぎると、塩化水素の酸化反応の転化率が低くなることがある。成形体の直径の下限は特に制限はないが、過度に小さくなると、触媒層での圧力損失が大きくなるため、通常は0.5mm以上のものが用いられる。なお、ここでいう成形体の直径とは、球形粒状では球の直径、円柱状では円形断面の直径、その他の形状では断面の最大直径を意味する。
【0027】
本発明においては、反応温度は200〜1200℃で、好ましくは250〜500℃であり、より好ましくは300〜450℃である。反応温度が200℃よりも低いと触媒の活性が低下するからである。一方、反応温度が1200℃よりも高いと触媒の活性劣化を引き起こすからである。
【0028】
反応圧力は、好ましくは0.01〜5MPa、より好ましくは0.01〜2MPa、さらに好ましくは0.05〜0.3MPa、最も好ましくは0.1〜0.2MPaの範囲で反応可能である。反応圧力が0.01MPaより低いと生産性が低くなり、5MPaより高いと高耐圧の反応容器が必要となり設備コストの上昇を招くからである。また、反応圧力が高い程COやCOの生成を引き起こす傾向を生じるからである。
【0029】
本発明の反応方式としては、固定床方式、流動床方式、移動床方式等の各種の方式で実施することができるが、固定床または流動床方式が好ましい。原料であるプロパン、ハロゲン化水素および酸素の反応器への供給は、プロパンを主成分とするガス、ハロゲン化水素を含むガスおよび酸素含有ガスをそれぞれ供給(いわゆる共フィード)することにより行ってもよいし、プロパンと、ハロゲン化水素と、酸素とを含む混合ガスを供給することにより行ってもよい。尚、共フィードする場合には、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気等の不活性ガスをさらに共フィードしてもよい。また、前記混合ガスには、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気等の不活性ガスが含まれていてもよい。
【0030】
なお、反応を固定床方式で行う場合、プロパンの供給速度(L/h;0℃、0.1MPa換算)は、触媒1Lあたりのガス供給速度、すなわちGHSV(Gas Hourly Space Velocity)で表して、10〜20000hr−1、好ましくは100〜10000hr−1である。原料のプロパンに対するハロゲン化水素の使用割合は、生産性の観点から、モル比で、プロパン:ハロゲン化水素が1:0.1〜1:10、好ましくは1:1〜1:3である。また、原料のプロパンに対する酸素の使用割合は、生産性の観点から、モル比で、プロパン:酸素が1:0.1〜1:10、好ましくは1:0.5〜1:5である。
【0031】
以上、本発明にかかる好ましい実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。
【実施例】
【0032】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の実施例中、含有量ないし使用量を表す部および%は、特記ない限り、重量基準である。また、以下の実施例中、ガスの供給速度である(ml/分)は、特別に断らない限り、0℃、0.1MPaの換算値である。
【0033】
実施例1.
(担体の調製)
チタニア粉末〔昭和タイタニウム社製の「F−1R」、ルチル型チタニア比率93%〕100部と、有機バインダー2部〔ユケン工業社製の「YB−152A」〕とを混合し、次いで純水29部と、チタニアゾル〔堺化学工業社製の「CSB」、チタニア含有量40%〕12.5部とを加えて混練し、混合物を得た。
【0034】
この混合物を直径3.0mmφのヌードル状に押出し、60℃で2時間乾燥した後、回転式ノンバブリングニーダー〔日本精機製作所製の「NBK−1」〕を破砕機として使用し、長さ3〜5mm程度に破砕して成形体を得た。得られた成形体を、空気中で室温から600℃まで1.7時間かけて昇温した後、同温度で3時間保持して焼成した。得られた焼成物の内900.0gに、オルトケイ酸テトラエチル〔和光純薬工業社製の「Si(OC」〕31.9gをエタノール137.7gに溶解して調製した溶液を含浸させた。
【0035】
この白色固体を容器に入れ、水分2.3vol%、エタノール0.3vol%を含有する窒素8L/minの流通下、容器を回転させながら、25℃、2.3時間乾燥を行った。得られた固体946.9gを、空気雰囲気下、室温から300℃まで0.8時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成し、シリカの含有量が1.0%である白色のチタニア担体を得た。
【0036】
(触媒の製造)
得られたチタニア担体90.0gに、塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕2.16gを純水20.5gに溶解して調製した水溶液を含浸させ、得られた固体を容器に入れ、2L/minの空気流通下、35℃で6.2時間容器を回転させながら乾燥を行った。得られた乾燥物92.7gを、空気流通下、室温から250℃まで1.3時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算では、0.95%)である青灰色の触媒を得た。
【0037】
(触媒充填)
外径4mmの温度計鞘管が設けられた内径14mmの石英製の反応管の下部に石英ウールを仕切り剤として充填し、ついで得られた触媒5.4gを2mmφのα−アルミナボール〔ニッカトー社製の「SSA995」]18gで希釈し、反応管上部より充填した。
【0038】
(ハロゲン化プロパンの製造)
充填済みの反応器を電気炉で加熱し、反応管入口から窒素ガスを120ml/分の速度で反応管内に供給しながら、反応管を昇温した。
【0039】
そして、窒素ガスの供給を78.5ml/分とし、反応管内に塩化水素ガス(鶴見曹達社製)を42ml/分(0.11モル/時間)、およびプロパン(住友精化社製、純度>99%)を20ml/分(0.054モル/時間、GHSV=300hr−1)流通させた後、酸素ガスを56ml/分(0.15モル/時間)供給し、反応圧力0.1MPaでハロゲン化プロパンの製造を開始した。
【0040】
反応開始後、触媒層のホットスポット温度は発熱により250℃±2℃に維持された。反応開始から60分経過した時点で、反応器出口ガスを30%KI水に吸収させ、未吸収ガスについてはTCD検出器を有するガスクロマトグラフィーにて分析し、各生成物を定量した。吸収液は中和滴定、酸化還元滴定により未反応塩化水素を分析し、定量した。一旦サンプリングを終了した後、次いで、10%苛性ソーダ、四塩化炭素、四塩化炭素に接いだ3段トラップにて、ハロゲン化プロパン類を吸収し、1段目10%苛性ソーダは四塩化炭素による抽出、2段目、3段目はそのまま吸収液をFID検出器を有するガスクロマトグラフィーにて分析し、ハロゲン化プロパン類を定量した。結果を表1に示す。
【0041】
なお、塩化水素の転化率(%)は、以下の式(I)を用いて算出した。
塩化水素の転化率(%)=[(a−b)/a]×100 (I)
a:塩化水素の供給流量(mol/h)
b:反応管出口ガス中の塩化水素流量(mol/h)
【0042】
また、各生成物の選択率(%)は、以下の式(II)を用いて算出した。
各生成物の選択率(%)=〔各生成物の生成速度(mol/h)÷全生成物の合計生成速度(mol/h)〕×100 (II)
【0043】
実施例2.
(担体の調製)
チタニア粉末〔昭和タイタニウム社製の「F−1R」、ルチル型チタニア比率93%〕100部と、有機バインダー2部〔ユケン工業社製の「YB−152A」〕とを混合し、次いで純水29部と、チタニアゾル〔堺化学工業社製の「CSB」、チタニア含有量40%〕12.5部とを加えて混練し、混合物を得た。
【0044】
この混合物を直径3.0mmφのヌードル状に押出し、60℃で2時間乾燥した後、回転式ノンバブリングニーダー〔日本精機製作所製の「NBK−1」〕を破砕機として使用し、長さ3〜5mm程度に破砕して成形体を得た。得られた成形体を、空気中で室温から600℃まで1.7時間かけて昇温した後、同温度で3時間保持して焼成した。
【0045】
(触媒の製造)
得られたチタニア担体20.0gに、塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.48gを純水4.6gに溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から250℃まで1.3時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算では、0.95%)である青灰色の触媒を得た。
【0046】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=300hr−1)。結果を表1に示す。
【0047】
実施例3.
(担体の調製)
ジルコニア粉末〔第一稀元素化学工業社製の「RC−100」〕60部と、有機バインダー1.2部〔信越化学工業社製の「65SH−4000」〕とを混合し、次いで純水21部と、硝酸ジルコニル〔第一稀元素化学工業社製の「ジルコゾールZN」、酸化ジルコニウム含有量25%〕11.9部とを加えて混練し、混合物を得た。
【0048】
この混合物を直径3.0mmφのヌードル状に押出し、60℃で2時間乾燥した後、回転式ノンバブリングニーダー〔日本精機製作所製の「NBK−1」〕を破砕機として使用し、長さ3〜5mm程度に破砕して62.5gの成形体を得た。得られた成形体の内、25.1gを空気中で室温から600℃まで1.7時間かけて昇温した後、同温度で3時間保持して焼成し、22.8gの酸化ジルコニウム担体を得た。
【0049】
(触媒の製造)
得られた酸化ジルコニウム担体10.0gに、塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.24gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から350℃まで1時間かけて昇温した後、同温度で3時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算で、0.95%)である灰色の触媒を得た。
【0050】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=300hr−1)。結果を表1に示す。
【0051】
実施例4.
(触媒の製造)
5%Ru/TiO (1〜2mm球)〔NEケムキャット社製〕50gに2mol/lのKCl水溶液22gを含浸して蒸発乾固後60℃で乾燥、次に350℃、3時間空気雰囲気下で焼成を行い、1lの純水で余分なKClを水洗して60℃、4時間の乾燥を行い黒色の酸化ルテニウム触媒を得た。酸化ルテニウムの含有量は6.6%(金属重量換算で、5%)であった。
【0052】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=300hr−1)。結果を表1に示す。
【0053】
実施例5.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2〜4mm球)〔住友化学社製、NKHD−24〕10gに塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.24gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から350℃まで1時間かけて昇温した後、同温度で3時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算で、0.95%)である青灰色の触媒を得た。
【0054】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=222hr−1)。結果を表1に示す。
【0055】
実施例6.
(触媒の製造)
シリカ粉末〔日本シリカ工業社製、Nipsil E−200A〕20gに塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.48gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から250℃まで1.3時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算で、0.95%)である灰色の触媒を得た。得られた粉末を、打錠成型器にて成型した後、破砕し目開き1.4および2mmのふるいにて1.4〜2mmに分級した。
【0056】
(ハロゲン化プロパンの製造)
希釈用アルミナを6gとした以外は実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した。結果を表1に示す。
【0057】
実施例7.
(触媒の製造)
実施例2で使用した担体20gに塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.48gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、窒素流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、塩化ルテニウムの含有量が1.95%(金属重量換算で、0.95%)である灰色の触媒を得た。
【0058】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=300hr−1)。結果を表1に示す。
【0059】
実施例8.
(触媒の製造)
αアルミナ球(2〜4mm球)〔住友化学社製、HA−24〕10gに塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.24gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から350℃まで1時間かけて昇温した後、同温度で3時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算で、0.95%)である青灰色の触媒を得た。
【0060】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例1と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例1と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=198hr−1)。結果を表1に示す。
【0061】
【表1】


【0062】
表1中、略号のCPは1−クロロプロパンおよび2−クロロプロパンからなるモノクロロプロパン類を、DCPは1,2−ジクロロプロパン、1,1−ジクロロプロパン、2,2−ジクロロプロパン、1,3−ジクロロプロパンからなるジクロロプロパン類を、TCPは1,2,3−トリクロロプロパン、1,1,2−トリクロロプロパン、1,1,3−トリクロロプロパンからなるトリクロロプロパン類を、CP’は1−クロロ−1−プロペン、2−クロロ−1−プロペンおよび3−クロロ−1−プロペンからなるクロロプロペン類を、COXはCOおよびCOを表す。また、表1および以下の表においては、担持濃度は、担体に対する金属化合物重量の割合を示している。また、第2成分を用いる場合には、担体に対する第2成分重量の割合を示している。
【0063】
実施例1から8は担体の影響を調べたものである。担体には、チタニア、ジルコニア、アルミナ、シリカを用いた。いずれの担体を用いた場合でも、クロロプロパン類が生成した。COX成分が多いことはプロパンが完全酸化され易いことを示している。担体にシリカまたはアルミナを用いた場合、プロパンの完全酸化が抑制されることがわかった。
【0064】
実施例9.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕20.0gに、塩化ルテニウム水和物〔NEケムキャット社製の「RuCl・nHO」、Ru含有量40.0%〕0.48gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から380℃まで1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化ルテニウムの含有量が1.25%(金属重量換算で、0.95%)である灰色の触媒を得た。
【0065】
(触媒充填)
外径4mmの温度計鞘管が設けられた内径14mmの石英製の反応管の下部に石英ウールを仕切り剤として充填し、ついで得られた触媒1.0gを2mmφのα−アルミナボール3g〔ニッカトー社製の「SSA995」で希釈し、反応管上部より充填した。
【0066】
(ハロゲン化プロパンの製造)
充填済みの反応器を電気炉で加熱し、反応管入口から窒素ガスを42ml/分の速度で反応管内に供給しながら、反応管を昇温した。
【0067】
そして、窒素ガスの供給を停止し、反応管内に塩化水素ガス(鶴見曹達社製)を42ml/分(0.11モル/時間)、およびプロパン(住友精化社製、純度>99%)を20ml/分(0.054モル/時間、GHSV=540hr−1)流通させた後、酸素ガスを14ml/分(0.0375モル/時間)供給し、反応圧力0.1MPaでハロゲン化プロパンの製造を開始した。
【0068】
反応開始後、触媒層のホットスポット温度は発熱により400℃±2℃に維持された。反応開始から60分経過した時点で、実施例1と同様に分析を行った。結果を表2に示す。
【0069】
実施例10.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕20.0gに、塩化マンガン4水和物〔和光純薬工業社製の「MnCl2・4HO」〕1.55gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化マンガンの含有量が3.0%(金属重量換算で、1.9%)である黒色の触媒を得た。
【0070】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表2に示す。
【0071】
実施例11.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕20.0gに、塩化鉄6水和物〔和光純薬工業社製の「FeCl・6HO」〕2.09gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化鉄の含有量が3.0%(金属重量換算で、2.1%)である赤褐色の触媒を得た。
【0072】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表2に示す。
【0073】
実施例12.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕20.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕1.33gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅の含有量が3.0%(金属重量換算で、2.4%)である薄緑色の触媒を得た。
【0074】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表2に示す。
【0075】
実施例13.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕0.68gと塩化カリウム〔和光純薬(株)製の「KCl」〕0.30gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、薄緑色の酸化銅/塩化カリウム触媒を得た。酸化銅と塩化カリウムの含有量は、それぞれ、3.0%(金属重量換算で、2.4%)と2.8%である。なお、酸化銅と塩化カリウムのモル比は、酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0076】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表2に示す。
【0077】
【表2】

【0078】
実施例9から13は、触媒の金属種の影響を調べたものである。酸化銅CuOを用いた場合、プロパン転化率、HCl転化率およびクロロプロパン類選択率のいずれについても、最も高い値が得られた。さらに、第2成分に塩化カリウムを用いた実施例15では、プロパン転化率、HCl転化率およびクロロプロパン類選択率のいずれもがさらに向上した。
【0079】
実施例14.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、GO−24〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕2.38gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅の含有量が10.0%(金属重量換算で、8.0%)である薄緑色の触媒を得た。
【0080】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=960hr−1)。結果を表3に示す。
【0081】
実施例15.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、GO−24〕20.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕5.19gと塩化ナトリウム〔和光純薬工業社製の「NaCl」〕1.78gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化ナトリウムの含有量がそれぞれ、10.0%(金属重量換算で、8.0%)と7.36%である薄緑色の触媒を得た。なお、酸化銅と塩化カリウムのモル比は、酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0082】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=960hr−1)。結果を表3に示す。
【0083】
実施例16.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、GO−24〕20.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕5.32gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕2.32gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ10.0%(金属重量換算で、8.0%)と9.36%である薄茶緑色の触媒を得た。なお、酸化銅と塩化カリウムのモル比は、酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0084】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=960hr−1)。結果を表3に示す。
【0085】
実施例17.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、GO−24〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕2.70gと塩化セシウム〔和光純薬工業社製の「CsCl」〕1.35gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化セシウムの含有量がそれぞれ10.0%(金属重量換算で、8.0%)と10.68%である黄緑色の触媒を得た。なお、酸化銅と塩化セシウムのモル比は、酸化銅:塩化セシウム=1:0.5である。
【0086】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=960hr−1)。結果を表3に示す。
【0087】
実施例18.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、GO−24〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕2.74gと塩化マグネシウム〔和光純薬工業社製の「MgCl・6HO」〕3.26gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化マグネシウムの含有量がそれぞれ10.0%(金属重量換算で、8.0%)と11.91%である触媒を得た。なお、酸化銅と塩化マグネシウムのモル比は、酸化銅:塩化マグネシウム=1:1である。
【0088】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=960hr−1)。結果を表3に示す。
【0089】
実施例19.
(触媒の製造)
γアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、GO−24〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕2.82gと塩化カルシウム〔和光純薬工業社製の「CaCl・2HO」〕2.42gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化層と塩化カルシウムの含有量がそれぞれ10.0%(金属重量換算で、8.0%)と13.9%である緑色の触媒を得た。なお、酸化銅と塩化カルシウムのモル比は、酸化銅:塩化カルシウム=1:1である。
【0090】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=960hr−1)。結果を表3に示す。
【0091】
【表3】

【0092】
実施例14から19は第2成分の影響を調べたものである。第2成分にアルカリ金属化合物である塩化ナトリウム、塩化カリウムまたは塩化セシウムを用いると、プロパン転化率、HCl転化率およびクロロプロパン類選択率のいずれについても、高い値が得られることがわかった。
【0093】
実施例20.
(触媒の製造)
θアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、HT−24〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕0.68gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕0.30gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ3.0%(金属重量換算で、2.4%)と2.8%である薄緑色の触媒を得た。なお、酸化銅と塩化カリウムのモル比は、酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0094】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=912hr−1)。結果を表4に示す。
【0095】
実施例21.
(触媒の製造)
αアルミナ球(2.0〜4.0mm球)〔住友化学社製、HA−24〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl・2HO」〕0.22gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕0.10gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ1.0%(金属重量換算で、0.8%)と0.94%である薄緑色の触媒を得た。なお、酸化銅と塩化カリウムのモル比は、酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0096】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=996hr−1)。結果を表4に示す。
【0097】
【表4】

【0098】
実施例20と21は、担体にθアルミナとαアルミナを用いた場合を比較したものである。θアルミナとαアルミナでは、生成種の割合が異なり、θアルミナを用いると、αアルミナを用いた場合に比べ、トリクロロプロパン類の選択率が増加し、モノクロロプロパン類の選択率が減少することがわかった。
【0099】
実施例22.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例13の触媒を用いて実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、反応圧力を0.2MPa、反応管をNi製とした以外は実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表5に示す。
【0100】
実施例23.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例13の触媒を用いて実施例9と同様の方法で充填した反応器を電気炉で加熱し、反応圧力を0.4MPa、反応管をNi製とした以外は実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表5に示す。反応圧力が低い方がCOXの生成を抑制できることがわかった。
【0101】
【表5】

【0102】
実施例24.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例13の触媒を実施例9の方法で充填し、充填済みの反応器を電気炉で加熱し、反応管入口から窒素ガスを42ml/分の速度で反応管内に供給しながら、反応管を昇温した。
【0103】
そして、窒素ガスの供給を停止し、反応管内に塩化水素ガス(鶴見曹達社製)を42ml/分(0.11モル/時間)、およびプロパン(住友精化社製、純度>99%)を20ml/分(0.054モル/時間、GHSV=540hr−1)流通させた後、酸素ガスを14ml/分(0.0375モル/時間)供給し、反応圧力0.1MPaでハロゲン化プロパンの製造を開始した。
【0104】
反応開始後、触媒層のホットスポット温度は発熱により400℃±10℃に維持された。反応開始から80時間、236時間、653時間経過した時点における、反応器出口ガスの分析結果を表6に示す。
【0105】
【表6】

【0106】
実施例25.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例13の触媒を実施例9の方法で充填し、充填済みの反応器を電気炉で加熱し、反応管入口から窒素ガスを42ml/分の速度で反応管内に供給しながら、反応管を昇温した。
【0107】
そして、窒素ガスの供給を停止し、反応管内に臭化水素ガス(住友精化社製、純度>99%)を42ml/分(0.11モル/時間)、およびプロパン(住友精化社製、純度>99%)を20ml/分(0.054モル/時間、GHSV=540hr−1)流通させた後、酸素ガスを14ml/分(0.0375モル/時間)供給し、反応圧力0.1MPaでハロゲン化プロパンの製造を開始した。
【0108】
反応開始後、触媒層のホットスポット温度は発熱により300℃±2℃に維持された。反応開始から60分経過した時点で、実施例1と同様に分析を行った。結果を表7に示す。
【0109】
【表7】

【0110】
表7中、略号のBPは1−ブロモプロパンおよび2−ブロモプロパンからなるモノブロモプロパン類を、DBPは1,2−ジブロモプロパン、1,1−ジブロモプロパン、2,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパンからなるジブロモプロパン類を、TBPは1,2,3−トリブロモプロパン、1,1,2−トリブロモプロパン、1,1,3−トリブロモプロパンからなるトリブロモプロパン類を、BP’は1−ブロモ−1−プロペン、2−ブロモ−1−プロペンおよび3−ブロモ−1−プロペンからなるブロモプロペン類を表す。
【0111】
実施例26.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl2・2HO」〕2.66gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕1.16gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ10.0%(金属重量換算8.0%)と9.4%である薄緑色の触媒を得た。なお、塩化銅と塩化カリウムのモル比は酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0112】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表8に示す。
【0113】
実施例27.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl2・2HO」〕0.22gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕0.096gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ1.0%(金属重量換算0.8%)と0.94%である薄緑色の触媒を得た。なお、塩化銅と塩化カリウムのモル比は酸化銅:塩化カリウム=1:1である。
【0114】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表8に示す。
【0115】
実施例28.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl2・2HO」〕0.73gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕1.07gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ3.0%(金属重量換算2.4%)と9.4%である薄緑色の触媒を得た。なお、塩化銅と塩化カリウムのモル比は酸化銅:塩化カリウム=1:3.3である。
【0116】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表8に示す。
【0117】
実施例29.
(触媒の製造)
シリカ球(1.7〜4.0mm球)〔富士シリシア化学社製、Q−50〕10.0gに、塩化銅2水和物〔和光純薬工業社製の「CuCl2・2HO」〕0.67gと塩化カリウム〔和光純薬工業社製の「KCl」〕0.10gを純水に溶解して調製した水溶液を含浸させ、20〜30℃で15時間以上風乾した。得られた固体を、空気流通下、室温から400℃まで1.1時間かけて昇温した後、同温度で2時間保持して焼成した。これにより、酸化銅と塩化カリウムの含有量がそれぞれ3.0%(金属重量換算2.4%)と0.94%である薄緑色の触媒を得た。なお、塩化銅と塩化カリウムのモル比は酸化銅:塩化カリウム=1:0.3である。
【0118】
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=540hr−1)。結果を表8に示す。
【0119】
【表8】

【0120】
実施例30.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例8で製造した触媒の触媒量を5.4gとした以外は、実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=198hr−1)。結果を表9に示す。
【0121】
実施例31.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例8で製造した触媒の触媒量を5.4gとした以外は、実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、反応温度を350℃とした以外は実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=198hr−1)。結果を表9に示す。
【0122】
実施例32.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例8で製造した触媒の触媒量を5.4gとした以外は、実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、反応温度を300℃とした以外は実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=198hr−1)。結果を表9に示す。
【0123】
【表9】

【0124】
実施例33.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例8で製造した触媒を実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、酸素流量を7ml/分(0.0188モル/時間)とした以外は実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=1067hr−1)。結果を表10に示す。
【0125】
実施例34.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例8で製造した触媒を実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=1067hr−1)。結果を表10に示す。
【0126】
実施例37.
(ハロゲン化プロパンの製造)
実施例8で製造した触媒を実施例9と同様に充填した反応器を電気炉で加熱し、酸素流量を19ml/分(0.0509モル/時間)とした以外は実施例9と同様の条件でハロゲン化プロパンの製造を開始した(プロパンのGHSV=1067hr−1)。結果を表10に示す。
【0127】
【表10】

【産業上の利用可能性】
【0128】
以上の通り、本発明によれば、より安価かつ安定的にハロゲン化プロパンを製造することが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第7族金属、第8族金属、第11族金属およびそれら金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種を含む触媒の存在下、プロパンを、ハロゲン化水素および酸素と反応させるハロゲン化プロパンの製造方法。
【請求項2】
上記触媒が、第11族金属または該金属の化合物を含む請求項1記載の製造方法。
【請求項3】
上記触媒が、銅化合物とアルカリ金属化合物を含む請求項2記載の製造方法。
【請求項4】
上記銅化合物が酸化銅である請求項3記載の製造方法。
【請求項5】
上記アルカリ金属化合物が塩化カリウムである請求項3または4に記載の製造方法。
【請求項6】
上記触媒が、第7族金属、第8族金属、第11族金属およびそれら金属の化合物からなる群から選択された少なくとも1種が担体に担持されてなる触媒である請求項1記載の製造方法。
【請求項7】
上記触媒が、銅化合物とアルカリ金属化合物とが担体に担持されてなる触媒である請求項1記載の製造方法。
【請求項8】
上記銅化合物が、酸化銅である請求項7記載の製造方法。
【請求項9】
上記担体が、アルミナおよび/またはシリカである請求項6から8のいずれか一つに記載の製造方法。

【公開番号】特開2012−193130(P2012−193130A)
【公開日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−56671(P2011−56671)
【出願日】平成23年3月15日(2011.3.15)
【出願人】(000002093)住友化学株式会社 (8,981)
【Fターム(参考)】