JP2004298871A - エチレンの1,2−ジクロロエタンへのオキシクロル化用触媒 - Google Patents

エチレンの1,2−ジクロロエタンへのオキシクロル化用触媒 Download PDF

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Abstract

【課題】 比較的低温での操作時においてさえも、DCEの収量および生産性の点において、良好な性能を確実にする触媒を提供する。
【解決手段】 金属として表される銅が7〜12重量%の量で存在し、Mg/Cu比が0.05〜1であり、表面におけるAl/Cu比により示される銅の濃度と、触媒の全粒子中のAl/Cu比により示されるものとの間の比が、0.8〜1.3である、アルミナ上に担持された銅およびマグネシウムの化合物を含む、エチレンの1,2−ジクロロエタンへのオキシクロル化用触媒により、上記の問題を解決する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、エチレンの1,2−ジクロロエタン(1,2−DCE)へのオキシクロル化用触媒、その製造法およびオキシクロル化方法におけるその使用に関する。
銅化合物、一般に塩化第2銅と、アルカリおよび/またはアルカリ−土類ならびに希土類金属の塩をベースにした助触媒を含む、エチレンの1,2−DCEへのオキシクロル化用触媒は、文献の中で周知である。
これらの触媒の銅の含有量は、一般に6〜8重量%より高くない。
12〜14重量%に達し得る銅の含有量を有する触媒も公知である。これらの触媒の例はイギリス特許第1,189,815号(特許文献1)に開示されている。
この触媒は、アルミナおよび銅のヒドロゲルの共沈、次いで10〜40℃で少なくとも10時間の沈殿物のエージング、乾燥および洗浄、最後にアルミナヒドロゲルをガンマアルミナに変換するのに十分な時間、300〜600℃の間の温度における焼成により製造される。
この触媒は好ましくは流動床において使用される。
上記の引用した特許に従って、銅塩の溶液でのアルミナの含浸により得られる高い銅の含有量(12重量%)を有し、塩酸の低い変換ならびにエチレンのCOおよびCO2への多量の酸化を提供する触媒とは異なり、共沈により製造される触媒は、本特許に記載の作業条件において、変換および選択性に関して、ならびに流動床の安定性に関して、良好な性能を得ることを可能にする。
イギリス特許第1,189,815号公報
しかしながら、これらの触媒の欠点は、高い空間速度で、すなわち短い接触時間で、したがって未変換エチレンの相当な再利用を伴って、作用させる必要があるという事実に起因している。
高い銅の含有量(12〜13重量%)を有する市販の触媒は公知であり、おそらく共沈法により製造され、比較的低い温度(210℃)で操作するときでも、エチレンの相当な酸化を引き起こす。
本発明は、上記の問題の解決を課題とする。
今回、予期せぬことに、共沈により得られる、公知技術の触媒の欠点がなく、それどころか1,2−DCEへの分子選択性の点および生産性(時間当たりの触媒の2-DCE/kgのkg)の両方の点で良好な性能を提供し、アルミナの含浸により製造され、高い銅の含有量を有する、エチレンの1,2−DCEへのオキシクロル化用触媒の入手が可能であることを見出した。
本触媒の高い活性銅の含有量は、上記の比較的低温での操作時においてさえも、DCE収量の点および生産性の点において、良好な性能を確実にする。
本発明による触媒の銅の含有量は、7〜12重量%の間を変動し;そのような触媒は、銅化合物に加えて、Mg/Cu比が0.05〜1からなるそのような量のマグネシウム化合物を含む。
これらの触媒における銅の分布は、X/Y比(ここで、XはXPS(X線光電子放出分光)により決定されるAl/Cu比であり、Yは全粒子内のAl/Cu比である)が、0.8〜1.3の範囲内であるようなものである。
好適に用いられる銅およびマグネシウム化合物は塩化物である。
本触媒は、銅およびマグネシウム化合物に加えて、アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属の化合物またはそれらの混合物の中から選択される助触媒も含むことができる。カリウム、ルビジウムおよびセシウムの塩化物、ならびにそれらの混合物が好ましい。
アルミナは90〜260m2/gからなる表面積および0.4〜0.6cm3/gの細孔容積を有する。本触媒の表面積は、60〜150m2/gの間を変動する。好ましくは、0.15〜0.35cm3/gの細孔容積を有するガンマアルミナが用いられる。
好ましくは、アルミナの粒子径分布は、60〜125ミクロンの大きさを有する、少なくとも60%の粒子からなる。
本触媒は、2以上の工程で、アルミナを含浸することにより製造され、その工程では、用いられる銅塩およびマグネシウムの溶液の量は、第1の含浸時にはアルミナの細孔容積に等しいか、好ましくはそれより少なく、第2の含浸時には第1の含浸に用いた量よりも少なく(例えば細孔容積の60%)、第3の含浸時にはさらに少ない(例えば細孔容積の40%)。
担持されるべき化合物の銅の含有量が9〜10重量%より高い場合には、3回の含浸が好ましくは用いられる。
第1の含浸の粉末を、100〜130℃で、十分な時間、例えば16時間乾燥炉中で乾燥し;続いて第2の含浸および得られた粉末を乾燥炉中で乾燥し、このようにしてその後の含浸も行う。
塩の溶液は、穏やかな加熱により溶解を促進しながら、前記の塩を蒸留水中に溶解することにより調製し:次いで、該溶液を回転式容器に配置したアルミナに散布する。流動床で作業をすることも可能である。
この溶液は、好ましくは、銅のグラム原子当り0.1〜1当量の量で用いられる塩酸または他の強酸の酸である。これらの溶液は、特に固定される銅が、9〜10%より多い場合に用いられる。
銅分布を、2〜3nmの表層における銅原子の濃度(すなわちAl/Cu比)を測定するのに用いられるXPS方法により決定する。
XPS方法の詳細に関しては、米国特許第4,587,230号および第4,871,707号を参照されたい。
本オキシクロル化法は、好ましくは、公知の方法に従って、190〜235℃の温度で操作し、触媒のマグネシウム含有量が増加するにつれて上昇する温度を用いる流動床にて行われる。
本触媒の高い活性銅の含有量は、上記の比較的低温での操作時においてさえも、DCEの収量および生産性の点において、良好な性能を確実にする。
本方法は、好ましくは、Cl/C反応比0.60〜0.65、O2/エチレン分子反応比0.4〜0.5、ならびに線状速度20〜22cm/sおよび接触時間5〜6秒で行われる。
以下の実施例は、本発明の請求範囲を説明するために供されるが、それを限定するものではない。
実施例 1
5リットルの回転式ジャー中、室温で、1200mlの全量を有し:
CuCl22H2O: 481.5g
MgCl26H2O: 187.7g
残分: 1200mlの量に至るまでの脱塩水
を含む水性溶液の720mlを最初に用いて、ガンマアルミナ1600gを噴霧含浸した。
ジャーに720mlの容量を徐々に加えた。
予め選択温度にした乾燥炉中で、含浸した粉末を110℃で16時間乾燥した。
次いで、溶液の残量(480ml)を用いて2度目の含浸を行い、最後に110℃で16時間乾燥した。
使用したアルミナは、以下の特徴を有していた。
表面積: 218m2/g
細孔容積: 0.50cm3/g
粒子が有する直径と粒子径分布:
− 125ミクロンより大きい=4.8%
− 90〜125ミクロン=35.2%
− 63〜90ミクロン=44.4%
− 40〜63ミクロン=13.9%
− 40ミクロンより小さい=1.7%
本触媒は、表面積119m2/g、細孔容積0.22cm3/g、平均細孔半径3.7nm、見掛け密度1.77g/cm3、嵩密度1.16g/cm3を有し;粒子の78%は63〜125ミクロンの間、8%は40〜63ミクロンの間、2.2%は125ミクロンより大きく、1.9%は40ミクロンより小さい大きさを有していた。
Cuの重量含有率は7.82%であり;Mgの含有率は1.02%であった。
Al/Cuの嵩比(Y)は12.7であり、Al/CuのXPS比(2〜3nm層)は11.6であり;X/Y比は0.91であった。
試薬の供給および投与量を調整するシステム、ならびに凝縮および凝縮可能な生成物の回収用の冷却システムを備えたガラス反応器中で、本触媒を試験した。
非凝縮画分をガスクロマトグラフィーにより測定した。
テスト中、水性のものおよび有機性のものの、2相に凝縮した生成物を収集した。この2相を分離し、秤量した;DCE純度を決定し、塩素化された副生成物の量を確認するために、ガスクロマトグラフィにより塩酸を分析した。
反応器の寸法は、内径20.6mm;高さ3200mmであった。
210〜230℃の温度で稼動し、1.6気圧の圧力、21〜22cm/sの線状速度で、テストを行った。酸素を酸化剤として用い、Cl/C比は0.60〜0.65、O2/C24比は0.41〜0.44であった。
本触媒の生産性を、時間当たり、触媒のリットルについて、純粋なDCEのkgで表す。
その達成結果を表に示す。
実施例 2
5リットルの回転式ジャー中、室温で:
CuCl22H2O: 777.9g
MgCl26H2O: 303.9g
37重量% HCl: 65.0ml
残分: 1500mlの量に至るまでの脱塩水
を含む1500mlの全量を有する水性溶液の675mlを最初に用いて、実施例1の特性を有するガンマアルミナ1500gを含浸した。
この粉末を、予め選択温度にした乾燥炉中、110℃で16時間乾燥した。
次いで、溶液の残っている量450mlを用いて第2の含浸を行い、引き続き乾燥炉中、110℃で16時間乾燥した。
次いで、溶液の残量375mlで3度目の含浸を行い、乾燥炉中、110℃で16時間乾燥した。
本触媒は、Cu11.49重量%およびMg1.47重量%を含み;Y比は7.6であり、X比は9であり;X/Yは1.18であった。表面積は90.6m2/gであり、細孔容積0.19cm3/g、平均半径4.2nm、見掛け密度1.89g/cm3、嵩密度は1.21g/cm3であった。
粒子径分布は、次の直径(ミクロン)を有する粒子から構成されていた:77%は63〜125ミクロンの間の直径を有し;15.8%は40〜63ミクロンの間の直径を有し;6.2%は40ミクロンより小さい直径を有していた。
本触媒を、実施例1の条件のオキシクロル化テストに使用した。
本触媒の生産性を、時間当たり、触媒のリットルについて、純粋なDCEのkgで表す。
その結果を表に示す。
比較例 1
5リットルの回転式ジャー中:
CuCl22H2O: 282.1g
MgCl26H2O: 135.3g
37重量% HCl: 48.0ml
を含む溶液の540mlを用いて、実施例1の特性を有するアルミナ1200gを含浸した。
次いで、この粉末を、実施例1の条件で乾燥した。
この触媒は、Cu6.31重量%、Mg1.00重量%を含んでいた。X/Y比は1.8であり、表面積は93m2/g、細孔容積は0.26cm3、そして平均半径は5.6nmであった。粒子径分布は実施例1と同様であった。
この触媒を、実施例1の条件でオキシクロル化テストに使用した。
その結果を表に記載する。
この比較例および比較例2の触媒の生産性を、時間当り、触媒のリットルについて、純粋なDCEのkgで表す。
比較実施例 2
銅12.50重量%、塩素5.58重量%を含み、X/Y比が3であり、表面積237m2/g、細孔容積0.34cm3/g、平均細孔半径2.9nm、見掛け密度1.56g/cm3であり、58%の粒子が63〜125ミクロンの大きさを有し、20.5%が40〜63ミクロン、15.9%が40ミクロンより小さいと測定されたガンマアルミナ上で担持される市販の触媒を、実施例1の条件で試験した。その結果を表に示す。
Figure 2004298871
本触媒の高い活性銅の含有量は、比較的低温での操作時においてさえも、DCEの収量および生産性の点において、良好な性能を確実にする。

Claims (9)

  1. 金属として表される銅が7〜12重量%の量で存在し、Mg/Cu比が0.05〜1であり、触媒粒子中の銅の分布が、表面(20〜30Aの層)でのAl/Cu比(X)により示される表面での銅原子の濃度と、全粒子中のAl/Cu比(Y)により示される濃度との間の比X/Yが、0.8〜1.3であるような分布であることを特徴とする、アルミナ上に担持された銅およびマグネシウムの化合物を含む、エチレンの1,2−ジクロロエタンへのオキシクロル化用触媒。
  2. 銅化合物が塩化第2銅であり、マグネシウム化合物が塩化マグネシウムである、請求項1に記載の触媒。
  3. 銅の含有量が9〜12重量%であり、Mg/Cu比が0.1〜0.5である、請求項1〜2のいずれかに記載の触媒。
  4. 表面積60〜150m2/gを有する請求項1〜3のいずれかに記載の触媒。
  5. 助触媒としてアルカリ金属化合物を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の触媒。
  6. ガンマアルミナ上に担持されている、請求項1〜5のいずれかに記載の触媒。
  7. 第一工程ではアルミナの細孔容積に等しいか、またはそれより少ないCuおよびMg化合物の水溶液の量を用い、その後の工程では、第一工程で使用した量に関して、量を徐々に減らして使用する、より多くの工程でのアルミナの含浸を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の触媒の製造方法。
  8. 各含浸工程の前に、含浸された粉末を乾燥する、請求項7に記載の方法。
  9. 酸素を酸化剤として用い、反応Cl/Cモル比0.6〜0.7、O2/C24モル比0.4〜0.5を有し、190〜235℃の温度で、流動床で作用させる、請求項1〜6のいずれかに記載の触媒を用いる、エチレンの1,2−ジクロロエタンへのオキシクロル化方法。
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