JP2000153149A - 吸着分離剤及び置換芳香族異性体の吸着分離方法 - Google Patents

吸着分離剤及び置換芳香族異性体の吸着分離方法

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JP2000153149A
JP2000153149A JP10330514A JP33051498A JP2000153149A JP 2000153149 A JP2000153149 A JP 2000153149A JP 10330514 A JP10330514 A JP 10330514A JP 33051498 A JP33051498 A JP 33051498A JP 2000153149 A JP2000153149 A JP 2000153149A
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Japan
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adsorption
substituted aromatic
adsorbent
separation
separating agent
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JP10330514A
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English (en)
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Masato Yoshikawa
正人 吉川
Masatoshi Watanabe
正敏 渡辺
Kazuyoshi Iwayama
一由 岩山
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】2又は3置換芳香族異性体を効率良く分離する
吸着分離剤。 【解決手段】アルミノフォスフェート系モレキューシー
ブを吸着剤に用いると、2又は3置換芳香族異性体混合
物を効率良く分離できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、置換芳香族異性体
を分離する方法(分離して特定の芳香族異性体を製造す
る方法も含む)とそのための吸着分離剤に関する。
【0002】
【従来の技術】置換芳香族異性体を分離する方法とし
て、精密蒸留法、深冷分離法、吸着分離法が従来知られ
ているが、本発明は、吸着分離法に関する。
【0003】精密蒸留法の場合、置換芳香族異性体間の
沸点の差は小さく非常に高段数を有する精密蒸留塔が必
要であり、深冷分離法では、冷却における設備及びエネ
ルギーコストは多大なものである。このような問題を解
決するものとして、吸着分離法が開発されてきた。この
方法では、吸着分離剤が必須であるが、これに主に用い
られてきたのはX型、Y型のフォージャサイト型ゼオラ
イトであった。例えば、クロロトルエン異性体を分離す
る方法としては、特公昭37−5155号にX型ゼオラ
イトを吸着剤とした吸着分離方法が、また特開昭57−
31627、35528、91933号には、Kイオン
交換Y型ゼオライトを吸着剤とした吸着分離方法が開示
されている。さらに特開昭58−131923号、特開
昭59−176223号には、それぞれAgおよびKイ
オン交換Y型ゼオライト、NaおよびCuイオン交換Y
型ゼオライトを吸着剤としたm−クロロトルエンの分離
法が開示されている。
【0004】
【課題を解決するための手段】これらのような吸着剤で
も分離することは可能であるが、十分な性能が得られな
い。
【0005】すなわち本発明の課題は置換芳香族異性体
混合物の吸着分離剤および効率的分離方法を提供するこ
とである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記課題を解決するた
め、本発明の吸着分離剤は次の構成を有する。すなわ
ち、「アルミノフォスフェート系モレキュラーシーブを
含む吸着分離剤」である。
【0007】また、本発明の置換芳香族異性体の吸着分
離方法は次の構成を有する。すなわち、「アルミノフォ
スフェート系モレキュラーシーブを含む吸着分離剤と下
記に示される2又は3置換芳香族異性体を接触させるこ
とを特徴とする置換芳香族異性体の分離方法。
【0008】
【化2】 (式中X、Yは炭素数1〜6のアルキル基又はハロゲ
ン、Zは水素又はハロゲン又は炭素数1〜6のアルキル
基)」である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では、吸着剤としてアルミ
ノフォスフェート系モレキュラーシーブを用いることが
特徴であるが、それは次式で示される結晶性アルミノフ
ォスフェートを基本とした物質である。
【0010】Al2O3 :P2O5 :x H2O 結晶性アルミノフォスフェートは、3価のAlと5価のP
が酸素を介して交互に並んだ結晶性物質であるが、アル
ミノフォスフェート系モレキュラーシーブは、この結晶
骨格のAl,Pの一部が他の金属、Si,Fe,Co,Mn,Ga,Mg,Crで
置換されたものも含む。上式のxは水和の程度により異
なる。一般に、AlとPだけで構成されたものは、AlPO4-
n,一部Siで置換されたものはSAPO-n,Mgで置換されたも
のはMAPO-n,上記以外の金属で置換されたものは、総称
してMeAPO-nと呼ばれることもある。
【0011】また、発明された場所の名前をとって、VP
I-5(Virginia Polytechnic Institute Five)の様に命名
されているケースもある。このような物質は、Atlas of
Zeolite Structure Types(W. M. Meier, D. H. Olson,
Ch. Baerlocher, Zeolites,Vol17, p1-230(1996))に紹
介されており、本発明吸着剤に用いるアルミノフォスフ
ェート系モレキュラーシーブは、本参考文献に掲載され
ているいずれのアルミノフォスフェート系モレキュラー
シーブであってもよい。但し、置換芳香族の吸着分離剤
であるため、置換芳香族化合物が細孔内にはいることが
好ましく、その細孔の最大入り口径は、5.0オングス
トロームより大きいことが好ましい。更に好ましくは、
6.0オングストローム以上であり、特に好ましくは、
7.0オングストローム以上である。細孔径は、大きい
方が拡散が良く、大きい方が好ましい。細孔の容量も大
きい方が好ましく、この値と関連する骨格密度は、1
9.5T/nm3より小さいことが好ましく、更に好まし
くは18.0以下である。骨格密度とは1 nm3の大きさ
の中に含まれる、結晶中の酸素以外の元素の数である。
【0012】以下に、本発明の吸着剤の成分として好ま
しく利用されるアルミノフォスフェート系モレキュラー
シーブの構造を列挙する。AlPO4-11,AlPO4-8,AlPO4-5,A
lPO4-41,SAPO-40,MAPSO-40,CoAPO-50,AlPO4-31,MAPO-3
6,Cloverite,SAPO-37,VPI-5,AlPO4-54。 これらの骨格
を形成する金属の一部が他の金属で置換されたものでも
構わない。
【0013】上記した細孔入り口径、骨格密度、モレキ
ュラーシーブの構造は、上記したAtlas of Zeolite Str
ucture Types(W. M. Meier, D. H. Olson, Ch. Baerloc
her,Zeolites, Vol17, p1-230(1996))に全て掲載されて
おり、X線回折測定などにより、その構造を同定すれ
ば、細孔径等の情報を得ることができる。結晶性アルミ
ノフォスフェートは、電気的に中性であるが、AlやPの
一部が価数の違う元素で置換された場合(例えばSAPO-
n)は骨格が、負電荷を持つ場合があるが、その場合、プ
ロトンやアルカリ金属、アルカリ土類金属等のカチオン
でその骨格の負電荷を補償していても構わない。またそ
のカチオンを種々のカチオンで交換して用いても良い。
【0014】カチオン交換の方法は通常、目的のカチオ
ンを含む化合物、例えば塩酸塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸
塩、水酸化物などの水溶液にゼオライトを接触させるこ
とにより実施される。イオン交換量はカチオンの種類に
より異なるが水溶液の濃度などにより任意に設定するこ
とができる。イオン交換後には十分に水洗し、交換され
て水溶液中に溶出したナトリウムイオンや例えば塩素イ
オン、硝酸イオンなどを除去する。しかしアルミノフォ
スフェート系モレキュラーシーブを吸着分離剤として用
いる場合の最大の特徴は、このようにイオン交換処理な
どを行わなくても高い吸着選択性が得られることであ
る。従来、吸着剤として用いられているフォージャサイ
トゼオライトは、高い吸着選択性を持たせるために、種
々の金属でイオン交換する必要がある。
【0015】一般に吸着剤は、一般に成型して用いる。
成型したものの大きさはあまり小さいと圧損が高くな
り、実用上好ましくない。吸着剤の平均粒径が0.1mm
より大きいことが、実用上好ましい。しかし、吸着分離
プロセスの改良により、これより小さくても実用上問題
ない場合はこれより小さい成型体でも構わない。成型体
はゼオライトのみを固めたものでも、アルミナ、粘土な
どのバインダ−と共に造粒したものでも良い。造粒の仕
方は、例えばアルミナなどのバインダーと共に混練りし
た後、押し出し機で押しだし、マルメライザーでまるめ
ることによって作ることができる。
【0016】吸着剤は、使用する前に予めゼオライト中
の結晶水を除去する。通常は200〜600℃で加熱す
ることにより、結晶水をほとんど除去することができ
る。
【0017】本発明の吸着剤を用いて、2又は3置換芳
香族異性体混合物を吸着分離するための吸着分離技術
は、いわゆるクロマト分取法であってもよいし、またこ
れを連続化した擬似移動床による吸着分離方法でもよ
い。擬似移動床による吸着分離の方が生産性の点で好ま
しい。
【0018】擬似移動床による連続的吸着分離技術は基
本的操作として、次に示す吸着操作、濃縮操作、脱着操
作を連続的に循環して実施される。
【0019】(1)吸着操作:2又は3置換芳香族異性
体混合物を含む原料供給物が、本発明の吸着剤と接触し
て強吸着成分が選択的に吸着される。強吸着成分はエク
ストラクト成分として後で述べる脱着剤とともに回収さ
れる。
【0020】(2)濃縮操作:弱吸着成分を多く含むラ
フィネ−トはさらに吸着剤と接触させられ、ラフィネ−
ト中の弱吸着成分ほど高純度化される。
【0021】(3)脱着操作:高純度化された弱吸着成
分はラフィネ−トとして回収される一方、強吸着成分は
脱着剤によって吸着剤から追出され、脱着剤をともなっ
てエクストラクト成分として回収される。
【0022】吸着分離される2又は3置換芳香族異性体
は一般に
【化3】 (式中X、Yは炭素数1〜6のアルキル基又はハロゲ
ン、Zは水素又はハロゲン又は炭素数1〜6のアルキル
基)で表される。ここで、ハロゲンとは、F、Cl、B
r,Iである。例えば、キシレン、トリメチルベンゼ
ン、ジエチルベンゼン、ハロゲン化トルエンなどのハロ
ゲン化アルキルベンゼン、、ジハロゲン化ベンゼン、ト
リハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化トルエン等であ
る。本発明吸着剤を用いた場合、特に効果が現れるの
は、X、Y、Zの少なくとも一つがハロゲンである上記
芳香族異性体混合物の分離であり、クロロアルキルベン
ゼン異性体の分離においてはその効果は特に顕著であ
る。中でもクロロアルキルベンゼン異性体混合物からの
メタクロロアルキルベンゼンの分離による製造において
特に効果が大きい。中でもクロロトルエン(以下CTと
略す)において効果は最大となる。
【0023】上記吸着分離方法に使用される脱着剤とし
ては、特に限定されないが、例えばアルキル置換芳香族
炭化水素やハロゲン化芳香族またはハロゲン化アルキル
置換芳香族炭化水素、パラフィン類等が用いられる。ア
ルキル置換芳香族炭化水素の具体例としては、トルエ
ン、エチルベンゼン、キシレン、プロピルベンゼン、ト
リメチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラメチルベ
ンゼンなどを例示できる。ハロゲン化芳香族炭化水素の
具体例としては、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、
トリクロロベンゼンなどを例示できる。またハロゲン化
アルキル置換芳香族炭化水素の具体例としては、クロロ
トルエン、ジクロロトルエン、クロロキシレンなどを例
示できる。パラフィン類としては特に限定されないが、
好ましくは炭素数5から17のパラフィンである。これ
らの脱着剤は、単独でも混合して用いても良い。
【0024】吸着分離方法の操作条件としては、特に限
定されないが、好ましくは温度は室温から350℃、更
に好ましくは50〜250℃であり、また圧力は好まし
くは大気圧から20MPa、更に好ましくは大気圧から
3MPaである。本発明の吸着分離方法は気相でも実施
されうるが、操作温度を低くして原料供給物または脱着
剤の好ましくない副反応を減じるために液相で実施する
のが好ましい。
【0025】本発明における吸着分離方法は、単に分離
する方法だけでなく、分離して、特定の化合物を製造す
るという意味も含むことはいうまでもない。
【0026】
【実施例】以下に、本発明を実施例により説明する。
【0027】実施例中、吸着剤の吸着特性は次式の吸着
選択率 αをもって表した。
【0028】
【数1】 ここで、o,m,pはそれぞれo−CT,m−CT,p
−CTを示し、Aは吸着相、Uは吸着相と平衡にある液
相を示す。
【0029】上式におけるα値が1より大きければ大き
い程、m−CTがo−およびp−CTに比べより吸着さ
れにくく、1より小さければm−CTがo−およびp−
CTに比べより吸着されやすい。即ち、m−CTを分離
回収するのに適した吸着剤は、αo/m、αp/mともに1よ
り大きいか、または1より小さく、0に近いものが好ま
しい。
【0030】(吸着剤の調製) 吸着剤1 コンデア社のSCFアルミナ15.9gを50.7gの水に分散さ
せた。26.7gの85%リン酸(関東化学1級)を18.0g
の水に溶解させた。リン酸水溶液をアルミナ分散液に攪
拌しながら加えた。1時間以上攪拌した。更に2.09gの
fumed silica(Aldrich)を添加した。更に45mlのトリ
プロピルアミンを添加し、3時間攪拌した。これを10
0mlのテフロン製の耐圧容器に入れ、150℃で48
時間静置式で加熱した。冷却した後、生成物は吸引濾過
により、水洗した。80℃で一晩乾燥後、粉末を打錠成
形し、粉砕して、ふるいにかけ、12〜60メッシュの
ものを、500℃で2時間空気中で焼成した。この触媒
は、粉末X線回折装置により、AFI(AlPO4-5)のモレ
キュラーシーブ構造を持っているSAPO-5であることがわ
かった。
【0031】吸着剤2コンデア社のSCFアルミナ15.9
gを50.7gの水に分散させた。26.7gの85%リン酸(関
東化学1級)を18.0g の水に溶解させた。リン酸水溶液
をアルミナ分散液に攪拌しながら加えた。1時間以上攪
拌した。更に2.09gのfumed silica(Aldrich)を添加
した。更に30mlのトリプロピルアミンを添加し、3時間
攪拌した。これを100mlのテフロン製の耐圧容器に
入れ、150℃で48時間静置式で加熱した。冷却した
後、生成物は吸引濾過により、水洗した。80℃で一晩
乾燥後、粉末を打錠成形し、粉砕して、ふるいにかけ、
12〜60メッシュのものを、500℃で2時間空気中で
焼成した。この触媒は、粉末X線回折装置により、AF
I(AlPO4-5)のモレキュラーシーブ構造を持っているAl
PO4-5であることがわかった。
【0032】吸着剤3:0.385gのテトラメチルアンモニ
ウムハイドロキサイド5水和物(Aldrich)をテトラプロ
ピルアンモニウムヒドキサイド水溶液(20〜25%:
東京化成)58.41 gに溶解させた。この溶液を30g(A)
と28g(B)にわけた。溶液(A)30gに9.7gのリン
酸(85%)を溶かし、5.78gのコンデア社のSC
Fアルミナを攪拌しながら加えた。1時間以上攪拌し
た。溶液(B)に1.09gのfumed silica(Aldrich)を加
え、攪拌した。上記のアルミナのスラリーとシリカのス
ラリーを混合攪拌した。これを100mlのテフロン製
の耐圧容器に入れ、200℃で24時間静置式で加熱し
た。冷却した後、生成物は吸引濾過により、水洗した。
80℃で一晩乾燥後、粉末を打錠成形し、粉砕して、ふ
るいにかけ、12〜60メッシュのものを、500℃で2
時間空気中で焼成した。この触媒は、粉末X線回折装置
により、FAUのモレキュラーシーブ構造を持っているSAP
O-37であることがわかった。
【0033】(吸着実験) 実施例1〜3 吸着剤1〜3のCT異性体間の吸着選択性を測定した。
測定方法は、内容積15mlのオ−トクレ−ブに液相混
合物6.4gと500℃で焼成した吸着剤2.6gを充
填し130℃で1時間、ときどき攪拌しながら放置し
た。仕込んだ液相混合物の組成は、1,3,5−トリイ
ソプロピルベンゼン:CT(o:m:p=39.2%:40.2%:20.6%)
=5%:95%である。1,3,5−トリイソプロピル
ベンゼンはガスクロマトグラフィ−分析での内標物質と
して添加したもので上記実験下では実質的に吸着に不活
性な物質である。
【0034】該吸着剤と接触させた後の液相混合物の組
成をガスクロマトグラフィ−より分析し、(1)式を用
いてCT異性体間の吸着選択率を求めた。結果を表1に
示す。
【0035】
【表1】
【0036】αo/m、αp/mともに1より大きく、しかも
低い法のαp/mも高い値を示しており、CT異性体混合
物からm−CTを分離して製造するための吸着分離剤と
して、本発明の吸着分離剤が優れていることを示してい
る。
【0037】
【発明の効果】アルミノフォスフェート系モレキューシ
ーブを吸着剤分離剤とすると、2又は3置換芳香族異性
体を効率良く分離することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D017 AA04 BA05 CA04 CA17 CB01 DA03 EA01 EA03 EB03 4G066 AA20D AA50A AA62B AA63D AB13A BA09 BA31 CA18 CA31 FA03 FA22 FA26 4H006 AA02 AD17 EA21

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミノフォスフェート系モレキュラーシ
    ーブを含む吸着分離剤。
  2. 【請求項2】請求項1記載の吸着分離剤と下記に示され
    る2又は3置換芳香族異性体混合物を接触させることを
    特徴とする置換芳香族異性体の吸着分離方法。 【化1】 (式中X、Yは炭素数1〜6のアルキル基又はハロゲ
    ン、Zは水素又はハロゲン又は炭素数1〜6のアルキル
    基)
JP10330514A 1998-11-20 1998-11-20 吸着分離剤及び置換芳香族異性体の吸着分離方法 Pending JP2000153149A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011202947A (ja) * 2002-08-15 2011-10-13 Denso Corp 吸着ヒートポンプ用吸着材およびこれを用いた吸着ヒートポンプ

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