JP2006517957A - パラキシレンの製造法 - Google Patents
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Abstract
Description
たとえば、高い反応物供給速度、小さなサイズの触媒層、またはフォーム状の触媒担体を使用することによって、あるいは反応物に希釈剤を加えることによって、より短い接触時間を達成することができる。本発明の製造法は、固定触媒層、移動触媒層、もしくは流動触媒層(独立しているか、あるいは多層触媒反応器を形成するよう連結される)において行うことができる。所望により、多層集成体において、層間の反応混合物中に追加のメタノールを導入して転化率を高めることができる。
メタノール蒸気: 1.85cm3分-1
トルエン蒸気: 14.8cm3分-1
スチーム: 16.65cm3分-1
水素: 99.9cm3分-1
トータル: 133.2cm 3 分 -1 または2.22cm 3 s -1
0.3gの触媒粒子を、目盛り付きメスシリンダー中にて自然な充填密度に落ち着かせた。粒子は0.6cm3の体積を占めた。
接触時間=活性触媒の体積/反応物の供給速度
=0.6cm3/2.22cm3s-1
=0.27s 。
(i) 触媒の変色;
(ii) パラキシレンへの比較的低いメタノール選択率(たとえば、<60%や<50%等の<70%)。ここで言う“パラキシレンへのメタノール選択率”とは、先行技術における“メタノール利用率(methanol utilization)”を表わしている;および
(iii) トルエン転化率の低下。
本発明の製造法は高い転化率をもたらす。供給メタノールの量(モル表示)の百分率として表わすと、一般には75%を超える転化率が達成され、特定のケースでは、実質的に完全な転化率(100%)が達成される。供給トルエンの量の百分率として表わすと、転化率の数値は低くなるが、これは、反応物混合物中におけるトルエン対メタノールの比によるものである。たとえば、トルエン対メタノールの比が8である場合、反応混合物中の供給トルエンに関して12.5%の転化率は、供給メタノールに関して100%(12.5×8)の転化率に相当する。
実施例1(未改質のZSM-5ゼオライトを短い接触時間にて使用した場合の、本発明によらない比較例)
80/1のシリカ/アルミナ比を有するHZSM-5の工業的に製造されたサンプルをプレスしてデイスクにし、次いでこれを圧潰し、ふるい分けて、250μm〜850μmのサイズ範囲の粒子を得た。0.3gの粒子と0.7gの粉末状キン青石(触媒的に不活性な充填剤)とを混合し、石英管反応器を垂直に保持しながら、混合物をその長さに沿って中ほどに装入することによって、触媒の充填層を作製した。この触媒充填層を、石英ウールのプラグによって所定の位置に保持した。触媒層が管状炉の半径中心(radial centre)かつ軸中心(axial centre)になるよう、反応器を管状炉の内部に水平に据え付けた。
80/1のシリカ/アルミナ比を有するHZSM-5の工業的に製造されたサンプルを、硝酸マグネシウムの水溶液を含浸させることによって改質した。加えた含浸溶液の量から、マグネシウムの組み込み量が10重量%であることを算出した。含浸したZSM-5ゼオライトを乾燥し(空気中にて120℃で16時間)、焼成した(空気中にて500℃で2時間)。
10%Mg/ZSM-5のサンプル(実施例2に記載の方法によって作製)をプレスしてデイスクにし、次いでこれを圧潰し、ふるい分けて、250μm〜850μmのサイズ範囲の粒子を得た。0.3gの粒子と0.7gの粉末状キン青石とを混合し、そして実施例1に記載のように、混合物を石英管反応器の長さに沿って中ほどに装入することによって触媒の充填層を作製した。
実施例3において達した最大水素流量において(接触時間0.17秒)、供給物中のトルエンがパラキシレンで置き換えられた。このとき反応物供給物は、置き換わったトルエンの濃度に等しい濃度のパラキシレンを含有した。15分後、出口流れを分析し、パラキシレンをキシレンの主要な形態物として含有していることがわかった。このことは、パラ異性体がいったん形成されると、パラ異性体は、こうした短い接触時間では10%Mg/ZSM-5によって異性化されない、ということを示している。
接触時間が短い場合は、パラキシレンが生成すると、それがオルトキシレンやメタキシレンに異性化する前に触媒層から押し流される。接触時間が長い場合は、パラキシレンが10%Mg/ZSM-5の外面上の部位に再吸着し、そこで異性化が起こることがある。
反応物供給物中の水素を窒素で置き換えたこと以外は、実施例3に記載の手順を繰り返した。触媒は、実施例3において観察されたのと同じ性能傾向を示した。パラキシレンに対する選択率は、最も少ない窒素流量において40%未満であり、最も多い窒素流量において99%に達した。この結果は、高い選択率を達成する触媒にとって水素の存在が必須ではない、ということを示している。
反応器に送る前の反応物供給物中の水素の流量を66.6cm3/分に減少させたこと(このことは接触時間を0.38秒に増大させる効果を示した)以外は、実施例2に記載の手順を繰り返した。表1に示すように、触媒の性能が安定化すると、トルエンの転化率が完全なメチル化に対して予測される値を超えており、このことは幾らかの不均化が起こっていることを示している。パラキシレンに対する選択率は90%未満であった。
80/1のシリカ/アルミナ比を有するNH4ZSM-5の工業的に製造されたサンプルをB2O3と共に乾燥粉砕した。B2O3の量を算出して、ホウ素の組み込み量が10重量%であることがわかった。粉砕混合物を500℃で2時間焼成して、10%B/ZSM-5触媒を作製した。
触媒層中の10%B/ZSM-5の重量を0.1gに減らし、キン青石の重量を0.9に増やしたこと以外は、実施例7に記載の手順を繰り返した。これらの条件下では、トルエンの重量空間速度は上記試験のそれの3倍であり、接触時間は、トルエン/メタノール比が8/1のときに0.12秒であった。表1からわかるように、触媒の高い選択率は高い重量空間速度において保持された。
Claims (15)
- トルエン、メタノール、および付加水を含んだ反応物混合物と酸化物改質されたZSM-5ゼオライト触媒とを、触媒上におけるコークスの形成を抑制するよう選定された条件にて、そして反応物混合物と触媒との接触時間が1秒未満にて流通反応器中で接触させることを含む、トルエンの選択的メチル化によるパラキシレンの製造法。
- 付加水が、メタノール1モル当たり水1モル〜メタノール1モル当たり水70モルの範囲にて反応物混合物中に存在する、請求項1記載の製造法。
- 付加水が、メタノール1モル当たり水4モル〜メタノール1モル当たり水12モルの範囲にて存在する、請求項1または2記載の製造法。
- 反応物混合物と触媒との接触時間が0.6秒未満である、請求項1、2、または3記載の製造法。
- 反応物混合物と触媒との接触時間が0.3秒未満である、請求項1、2、3、または4記載の製造法。
- 触媒がフォーム担体を含む、請求項1〜5記載の製造法。
- 250℃〜500℃の温度で行われる、請求項1〜6記載の製造法。
- 300〜500℃の温度で、好ましくは350〜450℃の温度で行われる、請求項7記載の製造法。
- 酸化物改質剤が、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、ランタン、リン、アンチモン、およびこれらのいずれか2種以上の混合物からなる群から選択される、請求項1〜8記載の製造法。
- 酸化物改質剤がホウ素である、請求項1〜9記載の製造法。
- 酸化物改質剤が全触媒重量に対して5〜15重量%にて存在する、請求項9または10記載の製造法。
- 反応物混合物におけるトルエン対メタノールの比が1〜10、さらに好ましくは4〜10である、請求項1〜11記載の製造法。
- 供給するメタノールの量の百分率として表示される場合の転化率が75%より多い、請求項1〜12記載の製造法。
- 生成物混合物が、転化率に関して表示される場合に、85%より多いパラキシレンを、さらに好ましくは90%より多いパラキシレンを含む、請求項1〜13記載の製造法。
- 反応物混合物が水素を含む、請求項1〜14記載の製造法。
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