JP2009541458A - o−キシレンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
o−キシレンを製造する方法であって、a)2−ブテンを3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンに二量化する段階と、b)3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンをキシレンに脱水素芳香族化する段階とを含み、o−キシレンの選択的な製造に適した方法。
Description
本発明は、ブテンを二量化し、得られた生成物を脱水素条件下で芳香族化することによりo−キシレンを製造する方法に関する。
例えば、その用途として可塑剤の製造がある無水フタル酸の合成では、工業規模の量のo−キシレン(1,2−ジメチルベンゼン)が使用されている。
現在、o−キシレンは、コールタールおよび鉱油から得た3つの異性体キシレン(o−キシレン、m−キシレン、およびp−キシレン)の天然混合物から、分別結晶またはモレキュラーシーブによる吸収などの比較的複雑な分離方法によって工業規模で製造するのが通例である。しかし、o−キシレンの自然発生には限界があり、他のキシレン異性体の除去は複雑であることから、特に工業規模での使用に適した新規の効率的なo−キシレンの製造方法を提供することが常に課題となっている。
芳香族炭化水素は、鎖式炭化水素の触媒脱水素芳香族化を行うことにより得られることが知られている(例えば、Catalysis VI,p.535−542,ed.by P.H.Emmet.Reinhold Publishing Co.,New York.1958を参照)。
米国特許第3449461号は、パラジウムまたはプラチナなどの貴金属を含む硫黄触媒を使用した、鎖式C6−C20パラフィンからo−キシレンを含む芳香族炭化水素への脱水素芳香族化について記載している。
米国特許出願公開第2004/0044261(A)号は、第VIII遷移元素の貴金属を含有するモレキュラーシーブを含む触媒を使用してC8イソアルケンまたはアルケンを転化することによってp−キシレンを選択的に製造する方法について記載している。
独国特許出願公開第19727021(A)号は、両性セラミック担体上に少なくとも1つの白金族元素を含む触媒を使用して、工業用のC4断片を二量化することで得られるオレフィン不飽和C8炭化水素混合物を脱水素することにより、ブテンからC8芳香族化合物を製造する方法について記載している。主要な反応生成物はエチルベンゼンであり、さらにo−キシレンも形成される。
o−キシレンは、2−ブテンを3,4−ジメチルヘキセンおよび2,3−ジメチルヘキセンに二量化した後、脱水素環化することにより、選択的に製造できることが、すでに明らかとなっている。
2,3−ジメチルヘキサンの選択的な脱水素芳香族化については、V.I.Komarewsky and W.C.Shand in J.Am.Chem.Soc.66(1944)1118に記載されている。しかし、2−ブテンからo−キシレンを選択的に製造する方法は、これまでのところ知られていない。
したがって、本発明は、o−キシレンを製造する方法であって、
a)2−ブテンを3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンに二量体化する段階と、
b)脱水素条件下で前記3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンを芳香族化して、o−キシレンを得る段階と、
を含む、方法を提供する。
a)2−ブテンを3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンに二量体化する段階と、
b)脱水素条件下で前記3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンを芳香族化して、o−キシレンを得る段階と、
を含む、方法を提供する。
本発明による方法により、良好な収率と高い選択性でo−キシレンを技術的に簡単な方法で製造することが可能となる。
図1では、n−ブタンまたはラフィネートIIもしくはIIIから始めた、本発明に基づく方法を実施するための装置の概略図が示されている。
図2では、n−ブタンまたはラフィネートIIもしくはIIIから始めた、本発明に基づく方法の好適な変形例を実施するための装置であって、ブタン脱水素と脱水素芳香族化が1つの反応器で行われる、装置の概略図が示されている。
図3では、n−ブタンまたはラフィネートIIもしくはIIIから始めた、本発明に基づく方法のさらに好適な変形例を実施するための装置であって、ブタン脱水素と脱水素芳香族化が直列に接続された装置の概略図が示されている。
二量化/段階(a)
第1段階(a)の作業は、供給流に存在する2−ブテンを、最大の転化率および選択性で3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンに転化することである。
第1段階(a)の作業は、供給流に存在する2−ブテンを、最大の転化率および選択性で3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンに転化することである。
n−ブテンから3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンへの二量化は、不均一触媒作用および均一触媒作用、好ましくは不均一触媒作用によって行うことができる。
適切な触媒は、3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンの形成に対して高い選択性を有する触媒である。
このような触媒の例には以下がある。
a)Amberlyst(登録商標)などの合成樹脂を使用したイオン交換体
(このような触媒については、例えば米国特許第4463211号に記載されている)。
b)例えば英国特許第1116474(A)号に記載のようなアルミノケイ酸塩。
c)特にシリカなどの担体材料に適用されるリン酸
(このような触媒については、例えばErdoel und Kohle,1959,549に記載されている)。
d)元素周期表の第VIII族遷移元素の硫酸塩、好ましくはFeおよびCoの硫酸塩(好ましくは、酸化アルミニウム担体に適用される)
(このような触媒については、例えば米国特許第4423267号に記載されている)。
e)硫酸塩および/またはタングステン酸塩で修飾した、Al酸化物、Al/Si酸化物、Ti酸化物およびZr酸化物
(このような触媒については、例えば米国特許第5113034号および第5883036号に記載されている)。
a)Amberlyst(登録商標)などの合成樹脂を使用したイオン交換体
(このような触媒については、例えば米国特許第4463211号に記載されている)。
b)例えば英国特許第1116474(A)号に記載のようなアルミノケイ酸塩。
c)特にシリカなどの担体材料に適用されるリン酸
(このような触媒については、例えばErdoel und Kohle,1959,549に記載されている)。
d)元素周期表の第VIII族遷移元素の硫酸塩、好ましくはFeおよびCoの硫酸塩(好ましくは、酸化アルミニウム担体に適用される)
(このような触媒については、例えば米国特許第4423267号に記載されている)。
e)硫酸塩および/またはタングステン酸塩で修飾した、Al酸化物、Al/Si酸化物、Ti酸化物およびZr酸化物
(このような触媒については、例えば米国特許第5113034号および第5883036号に記載されている)。
好ましいのはグループ(e)の触媒である。好適な酸化物は、酸化アルミニウム、アルミノケイ酸塩、および二酸化チタンであり、より好ましくは酸化アルミニウムおよびアルミノケイ酸塩であり、特に好ましくは酸化アルミニウム(例えば、γ−Al2O3、θ−Al2O3およびδ−Al2O3)である。
好適な修飾アニオンは硫酸塩(SO4 2−)である。また、本発明にしたがって使用される金属酸化物は、好ましくは担体材料としての機能を果たすが、シリカゲルなどの担体材料に適用される場合もある。
酸化物はそのように使用される場合もあれば、前駆体から得られる場合もある。
適切な前駆体は、例えば、特にTiおよびZrの塩溶液(例えば、塩化物、酸塩化物および硝酸塩)である。塩は、好ましくは水溶性であり、塩基を添加した際に金属の水酸化物の沈澱物を形成する。適切な塩基は、例えば水酸化アンモニウムおよび水酸化アルキルアンモニウムを含み、これらは、pHを約9から11に調整して、水酸化物としての金属の沈殿を生じるために添加される。
同様に、例えばジルコニウムn−プロポキシドまたはチタンi−プロポキシドなどの、前述の金属のアルコキシドを使用することも可能であり、その場合、これらは水を使用して、対応する水酸化物に加水分解される。
また、酸化アルミニウム水和物および水酸化ケイ素アルミニウムゲルなどの酸化物水和物が適切である。
前述の金属酸化物を使用して焼成した際に硫酸塩またはタングステン酸塩を形成することができるいずれの材料(すなわち、硫酸塩またはタングステン酸塩の供給材料)も、アニオンとして適切である。例としては、H2S、SO2、メルカプタン、硫黄含有およびハロゲン含有化合物(例えば、フルオロスルホン酸、SOCl2およびSO2Cl2またはそれらの混合物)、さらにメタタングステン酸アンモニウムが含まれる。
アニオンは、例えば、H2SO4(好ましくは水で希釈したもの)または硫酸アンモニウム溶液(好ましくは水溶液)に浸漬するかこれを含浸させた後、100〜150℃にて乾燥させるなどのいずれかの方法によって、酸化物またはその前駆体と混合することができる。
一般的には、アニオン供給材料を酸化物またはその前駆体に吸収させて、場合により乾燥させた後、場合により、適切な前駆体からアニオンを形成するのを促進する雰囲気(例えば、空気などの酸化雰囲気)にて、焼成が行われる。
一般的に焼成は、硫酸塩の場合350〜650℃の温度で、タングステン酸塩の場合は350〜800℃の温度で行われる。好ましいのは約450〜550℃の温度、特に約500℃の温度である。
一般的に焼成期間は0.5〜30時間であり、好ましくは0.5〜24時間、特に0.5〜10時間である。
あるいは、酸化物(例えば、水酸化物)の前駆体は、酸化物に転化させるために、好ましくは350〜600℃の温度で焼成した後、上述のようなアニオン供給材料と混合することができる。
硫酸塩またはタングステン酸塩の濃度は、金属酸化物の質量に対して好ましくは1〜20質量%、より好ましくは3〜10質量%である。
本発明にしたがって使用される触媒は、Fe、Co、NiおよびCr、好ましくはFeおよびCoの群から選択される遷移金属化合物もさらに含む場合がある。
遷移金属は、例えば、酸化物、硫酸塩またはタングステン酸塩として、好ましくは後半2つの候補物質として添加される場合がある。この場合、遷移金属塩もまた硫酸塩またはタングステン酸塩の供給材料である場合がある。また、前述の化合物の混合物を使用することも可能である。
触媒中の遷移金属化合物の濃度は、もしこれが存在する場合、好ましくは金属酸化物に対して0.1〜20質量%、より好ましくは1〜10質量%である。
触媒は、好ましくは固定床に配置されるため、好ましくは小片形状で、例えば、錠剤(5mm×5mm、5mm×3mm、3mm×3mm、1.5×1.5mm)、環(7mm×7mm×3mm、5mm×5mm×3mm、5mm×2mm×2mm)または押出物(直径1.5mm、直径3mm、直径5mm)の形状で配置される。上記の寸法データは単なる例示であり、いかなる制限も構成しない。
特に段階(a)は、2−ブテン、n−ブタン、および多くても少量の1−ブテンおよびイソブテンを含む炭化水素流が、前述の触媒を使用して、好ましくは液相で転化されるような方法で、好ましくは本発明にしたがって行われる。
このような炭化水素流は、一般的に、スチームクラッカー、FCC(流動接触分解)プラントまたはブタンの脱水素反応から得られ、場合により、本発明による方法で使用するためにさらに処理される。
適切なC4炭化水素流は、例えば、以下の組成物との混合物であり:
ブタン:10〜90質量%、
ブテン:90〜10質量%、
前記ブテン部分は以下の組成物を有する場合があり:
1−ブテン:0〜5質量%、
cis−2−ブテン:1〜50質量%、
trans−2−ブテン:1〜99質量%、
イソブテン:0〜5質量%、
前記ブタン部分は以下の組成物を有する場合がある:
n−ブタン:70〜100質量%、
イソブタン:0〜30質量%。
ブタン:10〜90質量%、
ブテン:90〜10質量%、
前記ブテン部分は以下の組成物を有する場合があり:
1−ブテン:0〜5質量%、
cis−2−ブテン:1〜50質量%、
trans−2−ブテン:1〜99質量%、
イソブテン:0〜5質量%、
前記ブタン部分は以下の組成物を有する場合がある:
n−ブタン:70〜100質量%、
イソブタン:0〜30質量%。
使用する好適な供給材料は、ジオレフィン、特に1,3−ブタジエンまたはアセチレンなどの高度不飽和炭化水素を除去した後、その中に含まれるイソブテンを除去することによってスチームクラッカーまたはFCCプラントのC4断片から得た、いわゆるラフィネートIIまたはラフィネートIIIから得られるブタン含有C4炭化水素混合物である。ラフィネートIIIでは、n−ブテンの一部がさらに除去されている。
適切な2−ブテン高含有供給流を得る方法の詳細については、本明細書内で以下に詳しく開示する。
C4炭化水素流は、例えば独国特許出願公開第3914817(A)号より知られている方法で、選択的水素化またはモレキュラーシーブによる吸収によって、ブタジエン、硫黄含有化合物および酸素含有化合物(例えば、アルコール、アルデヒド、ケトンまたはエーテル)を除去する場合がある。
二量化反応は、一般的には10〜280℃の温度で、好ましくは10〜190℃の温度で、特に20〜130℃の温度で、また一般的には1〜300barの圧力で、好ましくは15〜100barの圧力で、特に5〜50barの圧力で行われる。圧力は、供給材料の炭化水素混合物が設定温度にて液体または超臨界状態で存在するように、適切に選択される。一般的に反応器は、触媒を充填した円筒型反応器であり、この中を液体反応混合物が例えば上から下へ流れる。二量化方法は、所望のブテン最終転化率に達するまで個々の反応器にて行うことができ、触媒は、反応器内の単一の固定床または複数の固定床に配置される場合がある。あるいは、本方法は、直列に接続した複数(好ましくは2つ)の反応器からなる反応器群を使用して行うことができ、この場合、好適な実施形態では、反応器群の最後の反応器の上流に接続されている1つ以上の反応器を反応混合物が通過した段階では、反応混合物中のブテンの二量化が部分的な転化率までしか行われず、反応混合物が反応器群の最後の反応器を通過した段階で初めて、所望の最終転化率が達成される。反応器群の個々の反応器には、オリゴマー化触媒が単一の固定触媒床に配置される場合もあれば、複数の固定触媒床に配置される場合もある。
さらに、反応器群の個々の反応器では、圧力および/または温度に応じた種々の反応条件が、上述の圧力および温度の範囲内で設定される場合がある。また、反応器群の個々の反応器で異なる二量化触媒を使用することも可能であるが、反応器群のすべての反応器で同じ触媒を使用するのが好ましい。
好適な実施形態において、反応混合物から除去したブタンと、未転化のブテンは、二量化反応に再利用される(例えば、国際公開第99/25668号を参照)。
本実施形態で単一の二量化反応器を使用する場合は、ブテンが欠乏してブタンを主に含むC4炭化水素混合物を、有利には反応器に入れる前に、利用炭化水素混合物に添加する。しかし、利用炭化水素混合物と再利用C4炭化水素混合物を、別の導管を介してオリゴマー化反応器に導入することも可能である。オリゴマー化反応器において触媒を複数の固定床に配置する場合は、再利用炭化水素流を分割して、反応器の複数の地点に(例えば、反応混合物の流れ方向における第1の固定床の上流に、および/または個々の固定触媒床の間に)導入する場合がある。反応器群を使用する場合も同様であり、この場合も、個々の反応器を使用する場合において記載したように、再利用炭化水素流を反応器群の第1の反応器にすべて供給することもできれば、あるいは再利用炭化水素流を、複数の供給導管を介して、反応器群の個々の反応器の間に分配することもできる。形成されたオリゴマーは、一段階または多段階の反応域を出た後、本来既知の方法で未転化のC4炭化水素から分離され、これらのC4炭化水素は完全に再利用されるか、またはほとんどの場合、好ましくは、反応器のいずれかの地点または(反応器群を使用する場合は)反応器群のいずれかの地点において、転化した反応混合物のオリゴマー含有量が30質量%、好ましくは20質量%を超えないような量で、再利用される。換言すれば、C4炭化水素混合物の好適な再利用は、好ましくは、反応器のいずれかの地点または(反応器群を使用する場合は)反応器群のいずれかの地点において、転化した反応混合物のオリゴマー含有量が30質量%、好ましくは20質量%を超えず、オリゴマーが反応器を出る時または(反応器群を使用する場合は)反応器群を出る時に、転化した反応混合物のオリゴマー含有量が有利には10質量%以下にならないように、制御されなければならない。このような転化した反応混合物のオリゴマー含有量を達成するために、新たに供給された利用炭化水素流に対する再利用炭化水素流の質量比が、一般的には0〜10に、好ましくは0〜7に、特に0〜4に設定されているが、これらのデータは反応系が定常状態にある場合のものである。
原則として、反応混合物の二量体含有量に下限はないが、再利用流が多すぎるためにきわめて少量の二量体含有量が選択される場合には、この方法が不経済となる。したがって、一般的に二量体含有量は、精製前に転化した反応混合物に含まれる二量体の10質量%を下限として、それを下回ることがない。
一実施形態において、本方法は断熱操作で行われる。
発熱反応で生じる熱量が冷却装置または自動温度調節装置(例えば、恒温槽、冷却ジャケット、または熱交換器)を使用して除去され、それによって反応器の温度が一定(すなわち、等温)に維持される等温操作とは対照的に、断熱操作は、発熱反応で放出される熱量が反応器中の反応混合物によって吸収されるため、冷却装置による冷却が行われない操作様式を意味するものとして理解される。発熱反応で放出される熱量は、たとえ無視できるほど少ないとしても一部が、ほとんど不可避的に反応器本体にも吸収され、熱伝導や熱放射によって周囲に放出されることから、「断熱」という用語の理論的かつ学術的な意味において示すところの「完全な断熱操作」を業界で達成するには、不経済なほどに高度な複雑性を伴うことは明らかである。したがって、技術的な意味において示すところの「断熱操作」または「断熱操作様式」とは、自然の熱伝導や熱放射によって反応器から周囲に放出される前記の一部の反応熱は別として、すべての反応熱が反応混合物に吸収され、この混合物とともに反応器から除去される操作または操作様式を意味するものとして理解される。したがって、工業的な意味において示すところの「準断熱」操作という用語も、断熱操作と同義的に使用される。
現在の二量化段階の場合、発熱反応は二量化触媒とブテンが接触したことによってのみ生じるため、熱は触媒床の部分でのみ放出され、また、触媒床の反応温度、すなわち反応器の温度は、原則として反応物の供給によって制御することができる。より多くのブテンが触媒によって転化されるほど、触媒床の温度が高くなり、すなわち反応温度が高くなる。このような断熱操作様式では冷却装置により熱が除去されないため、二量化で生じる反応熱は、ほとんどが触媒床を流れる反応混合物によってのみ除去される。転化率が上昇すると反応温度も上昇することから、このような操作様式では、本発明で使用することが意図される最初の炭化水素混合物を使用すると、追加の措置を講じない限り、処理量、すなわち使用するオリゴマー化触媒の容積単位に基づく単位時間当たりの転化率が、大幅に制限されると考えられる。
再利用炭化水素流は、新たに供給された利用炭化水素流に添加する前に、あるいは(オリゴマー化触媒に直接導入する場合は)その導入前に、より低温に冷却しておく場合があり、それによって反応熱の除去をさらに改善することができる。また、準断熱操作様式は、ブテンから二量体への転化を複数(好ましくは2つ)の二量化反応器からなる反応器群内で配分し、一部転化した反応混合物が、反応器群の一つの反応器を出てから次の反応器に入る前に、従来の冷却装置(例えば、冷却ジャケットまたは熱交換器)によって冷却されるように構成された方法も含む。
段階(a)のさらに好適な実施形態においては、粗生成物流が、一段階または多段階の反応域を出た後、第1および第2の生成物副流に分割される。
第1の生成物副流は、本来既知の方法で、好ましくは蒸留によって、形成される二量体に精製される。
同時に、未転化のアルケンおよび付随するいずれかのアルカンの残留分が「パージ流」として除去され、後述の通りブテン脱水素の出発材料として使用される。
パージ流はまた、一部またはすべてが第1の反応器に再利用される場合がある。パージ流中で反応するアルケンの含有量が少ないと、その作用は、例えば、反応器への流れを増大させ、すなわちアルケンを希釈し、これによって最終的には反応器の温度制御に寄与することとなる。さらに、これによって生成物流中の二量体含有量の上限をより容易に制御することができる。
第2の生成物副流は、ほとんど不変の組成物を使用した方法に再利用される。第2の生成物副流の温度は、反応器に供給する前に、温度調整の目的において知られる装置(例えば、熱交換器)を使用して所望の温度に調節することができる。
通常方法は特定の性質および組成の供給材料に最適化されるため、十分な転化を行うには、反応器入口、またはその近辺で、第2の生成物副流中のアルケン含有量を開始時の数値まで増加させることも一般的に必要である。このため、アルカンと混合して第2の副流を形成することができる新しいアルケンを計測するのが好ましい。
当業者であれば、所望の二量体収率および選択性、ならびにこの目的のために設定される反応器内部の温度に関する簡単な予備実験を行うことで、反応器へ供給する前に、第2の副流に対して求められる新しいアルケン流といずれかの再利用部分のパージ流との比率を容易に決定することができる。
第2の生成物副流および新しいアルケン流は、これらの流れが、例えば別々の導管を介して、またはあらかじめ混合した後に、反応器を同時にかつ個別に通過するように、反応器に供給することができる。
これらの流れを反応器に供給する前に、個々の流れまたは供給材料の流れの混合物の温度を、温度調節の目的において本来既知の装置(例えば、熱交換器)を使用して調節することができる。
触媒を反応器の複数の固定床に配置する場合は、混合した供給流を分割して、反応器の複数の地点に(例えば、反応混合物の流れ方向における第1の固定床の上流に、および/または個々の固定触媒床の間に)導入することができる。例えば反応器群を使用する場合にも、個々の反応器を使用する場合において記載したように、混合した供給流を反応器群の第1の反応器にすべて供給することもできれば、あるいは混合した供給流を、反応器群の、複数の供給導管を介して、反応器群の個々の反応器の間に分割することもできる。
記載の方法により、全体の生成物流に対して5〜100質量%、好ましくは10〜60質量%、特に15〜30質量%の二量体含有量がもたらされる。このような二量体含有量を達成するために、新たに供給された利用炭化水素流に対する再利用炭化水素流の質量比が、一般的には0.5〜10に、好ましくは1〜7に、特に1〜4に設定されるが、これらのデータは反応系が定常状態にある場合のものである。
技術的な目的においては、断熱操作とは対照的に、同様の好適な等温操作では、冷却装置または自動温度調節装置による反応器からの反応熱の排出が、自然な熱伝導と熱放出によって放出される程度よりも制御された形で向上し、一般的には、最初に熱媒体である冷却剤によって反応熱が吸収された後に、この反応熱は周囲に放出されるか、あるいは(例えば、熱交換器を使用する場合は)物質の加熱やエネルギー産生に利用される。
例えば独国特許出願公開第10055036(A)号に記載されている段階(a)のさらに好適な実施形態においては、反応器中で冷却装置や自動温度調節装置を必要とすることなく基本的に一定の温度で反応させることができる方法で、2−ブテンが二量化され、この方法では、
a)基本的に単相の液体形状で存在し、2−ブテンを含む供給材料を提供し、
b)基本的に断熱条件下で、供給材料を粒状の不均一(好ましくはニッケル含有)触媒床に通し、
c)供給材料を好ましくは重力方向に反して触媒床に通し、供給材料の一部が反応熱によって蒸発して気相を形成するように圧力を選択し、この気相を液相との並流の中で触媒床から放出する。
a)基本的に単相の液体形状で存在し、2−ブテンを含む供給材料を提供し、
b)基本的に断熱条件下で、供給材料を粒状の不均一(好ましくはニッケル含有)触媒床に通し、
c)供給材料を好ましくは重力方向に反して触媒床に通し、供給材料の一部が反応熱によって蒸発して気相を形成するように圧力を選択し、この気相を液相との並流の中で触媒床から放出する。
2−ブテンの他に、供給材料は好ましくは不活性溶媒を少なくとも1つ含む。いずれに場合も供給材料の全質量に対して、供給材料の2−ブテン含有量は好ましくは約10〜90質量%であり、希釈剤の含有量は好ましくは約90〜10質量%である。
適切な希釈剤は、例えば、2−ブテン飽和炭化水素以外の使用流の成分である。一般的に希釈剤は、オリゴマー化するオレフィンの沸点と最大で15℃異なる沸点を有する。特に適切なのは、2〜6個の炭素原子を有するアルカン(例えば、エタン、プロパン、n−ブタン、n−ペンタン、またはn−ヘキサン)である。
この好適な変形例において、出発原料は、単相の液体形状で存在する供給材料である。オレフィンの二量化は発熱により行われるが、供給材料は、触媒と接触した際に反応が自然発生的に開始するような温度を有していなければならない。したがって、一般的には、反応圧になるまで供給材料を予め加熱する必要がある。この圧力でも完全には沸点に達しないように、供給材料の温度が選択される。触媒と接触すると、反応液は、二量化で放出される熱によって沸騰を開始し、物質の状態の変化に必要なエネルギーが反応液から放出される。反応温度は反応液の沸騰温度に相当する。蒸気圧は沸点の外圧に相当するため、沸点は圧力に依存しており、圧力が上昇すると沸騰温度も上昇し、圧力が下降すると沸騰温度も下降する。したがって、反応温度は、圧力を制御することによって調節することができる。
この方法は、反応液の少なくともごく一部が反応時に蒸発するものの、反応液が完全に蒸発しないように実施される。圧力の制御の他にも、特に触媒の断面荷重および/または2−ブテン含有原料の組成の変化を制御することによって、これを達成することができる。例えば、不活性希釈剤を追加で使用することによって、供給材料の濃度を減少させることができ、これによって予想される最大の発熱性を制限することができる。
希釈剤が最低沸点成分である場合は、希釈剤が反応時に優先的に蒸発する。さらに十分な量の希釈剤を使用することで、反応液の完全な蒸発を防ぐことができる。また、反応液の発熱性、したがって反応時に蒸発する反応液の部分は、触媒床の断面荷重が変化することによっても影響を受ける可能性があり、断面荷重が増大すると発熱性が高くなる。
この方法は、特に断面荷重および/または原料の組成を適切に選択することによって、触媒床を出る液相の二量体濃度が、液相に対して約5〜80質量%、好ましくは約10〜50質量%、特に約15〜30質量%の範囲内になるように実施されるのが好ましい。
また、一般的に段階(a)から得られる混合物は、三量体および四量体などの副生成物も含み、これらは、場合により精製段階において除去される。精製は蒸留精製であるのが好ましい。
脱水素芳香族化/段階(b)
段階(b)では、(a)で得られた、主に3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンを含む混合物が、脱水素芳香族化反応においてo−キシレンに転化される。この反応は触媒を使用して不均一に行われる。
段階(b)では、(a)で得られた、主に3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンを含む混合物が、脱水素芳香族化反応においてo−キシレンに転化される。この反応は触媒を使用して不均一に行われる。
適切な触媒は、例えば以下の通りである:
a)好ましくは白金族、特に白金に由来し、非酸性担体、好ましくは結晶、微孔性材料、特にゼオライト、SAPOまたはALPOと組み合わせた、好ましくはIn、Sn、TlまたはPbを含む、高脱水素金属
(このような触媒については、例えば米国特許第4910357号に記載されている)。
b)元素周期表の第VIII族遷移元素から選択した貴金属、特にパラジウム、白金、またはロジウム、および/またはレニウム、および/またはスズを含み、これを第3族および第4族典型元素および第4族遷移元素(第IVB族)に由来する元素、およびランタニドの1つ以上のセラミック酸化物、特にAl2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、La2O3、およびCe2O3上に担持した触媒
(このような触媒については、例えば国際出願公開第97/40931号に記載されている)。
c)好ましくはSiO2上に担持し、特に好ましくは担体上のMo2C濃度が1〜20質量%、特に2〜10質量%である、Mo2C触媒。
(このような触媒については、例えばCatalysis Letters 101(2005)p.235−239に記載されている)。
a)好ましくは白金族、特に白金に由来し、非酸性担体、好ましくは結晶、微孔性材料、特にゼオライト、SAPOまたはALPOと組み合わせた、好ましくはIn、Sn、TlまたはPbを含む、高脱水素金属
(このような触媒については、例えば米国特許第4910357号に記載されている)。
b)元素周期表の第VIII族遷移元素から選択した貴金属、特にパラジウム、白金、またはロジウム、および/またはレニウム、および/またはスズを含み、これを第3族および第4族典型元素および第4族遷移元素(第IVB族)に由来する元素、およびランタニドの1つ以上のセラミック酸化物、特にAl2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、La2O3、およびCe2O3上に担持した触媒
(このような触媒については、例えば国際出願公開第97/40931号に記載されている)。
c)好ましくはSiO2上に担持し、特に好ましくは担体上のMo2C濃度が1〜20質量%、特に2〜10質量%である、Mo2C触媒。
(このような触媒については、例えばCatalysis Letters 101(2005)p.235−239に記載されている)。
好ましいとされるのは、以下に詳述するグループ(b)の触媒である。
グループ(b)の触媒について上に記載した元素の他にも、さらなる元素を使用することができ、特に、レニウムおよび/またはスズは、第VIII族遷移元素の付加物であると理解されなければならない。別の構成要素としては、第3族の典型元素または遷移元素(IIIAまたはIIIB)の化合物、またはアルカリ土類(alkali earths)、アルカリ土類(alkaline earths)もしくは希土類などの塩基性化合物、または400℃を超える温度で対応する酸化物に転化することができる化合物のいずれかの添加またはドーピングがあげられる。記載した複数の元素またはそれらの化合物を同時にドーピングすることが可能である。適切な例はカリウムおよびランタン化合物である。さらに、触媒は、硫黄、テルル、ヒ素、アンチモン、またはセレン化合物と混合される場合があり、これによって多くの場合、おそらくは部分的な毒作用(減速剤)による選択性の向上がもたらされる。
触媒(b)を製造するには、いわゆる両性セラミック酸化物、すなわち特にジルコニウムおよびチタンまたはそれらの混合物の酸化物を使用することができ、同様に、焼成によってこれらの酸化物に転化することが可能な対応する化合物も適切である。これらは既知の方法(例えば、ゾル−ゲル方法、塩の沈殿、対応する酸の脱水、乾燥混合、スラリー化、または噴霧乾燥)によって製造することができる。
適切な担体は、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンのすべての修飾体であるが、X線回折によって認められる単斜晶系ZrO2の割合が90%以上である場合には、ZrO2をベースとして触媒を製造するのが有利であることが明らかにされている。単斜晶系ZrO2は、約28.2〜31.5の2θ範囲内の2つの強力な信号によってX線回折図に特性が示される。
塩基性化合物のドーピングは、例えば共沈を行うことによって、あるいは共沈を行った後に、例えばセラミック酸化物をアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物または第3族遷移元素化合物または希土類金属化合物に含浸させることによって、製造中に行うことができる。
アルカリ金属またはアルカリ土類金属、第III族典型元素または遷移元素金属、希土類金属、または亜鉛の含有量は、一般的には最高20質量%、好ましくは0.1〜15質量%で、より好ましくは0.5〜10質量%である。一般的に、使用するアルカリ金属およびアルカリ土類金属供与物質は、焼成によって対応する酸化物に転化することができる化合物である。適切な例は、水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、硝酸塩もしくは混合したヒドロキシカルボン酸塩、またはアルカリ金属およびアルカリ土類金属である。
セラミック担体に第3族典型元素または遷移元素金属を追加でまたは単独でドーピングする場合は、この場合の出発原料も、焼成によって対応する酸化物に転化することができる化合物でなければならない。例えば、ランタンが使用される場合は、有機アニオンを含むランタン化合物(例えば、酢酸ランタン、ギ酸ランタンまたはシュウ酸ランタン)が適切である。
貴金属成分は、種々の方法で適用される場合がある。例えば、担体には、貴金属(すなわちレニウムまたはスズ)の対応する化合物の溶液を含浸させることもできれば、噴霧することもできる。このような溶液を製造するのに適切な金属塩は、例えば貴金属化合物の硝酸塩、ハロゲン化物、ギ酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩である。また、錯陰イオン、またはこれらの錯陰イオンの酸(例えば、H2PtCl6)を使用することも可能である。本発明の触媒を製造するのに特に適切な化合物は、PdCl2、Pd(OAc)2、Pd(NO3)2、およびPt(NO3)2であることが明らかにされている。
また、活性成分のすべてまたは一部がすでに還元した状態で存在する貴金属ゾルを1つ以上の成分とともに使用しても、触媒(b)が得られる。
貴金属ゾルを使用する場合、これらは、例えばポリビニルピロリドンなどの安定剤の存在下で金属塩または複数の金属塩の混合物を還元させるなどの慣例的な方法で予め製造された後、担体に含浸させるか噴霧するかのいずれかによって適用される。製造法については、独国特許出願第19500366.7号に開示されている。
触媒における第VIII族遷移元素および/またはレニウムまたはスズの含有量は、例えば0.005〜5質量%、好ましくは0.01〜2質量%、より好ましくは0.1〜1.5質量%である場合がある。レニウムまたはスズが追加で使用される場合、これらと貴金属成分の比率は、例えば0.1:1〜20:1、好ましくは1:1〜10:1である場合がある。
(触媒の部分的な毒作用の一般的な概念におけるところの)使用する減速添加物は、必要に応じて、硫黄、テルル、ヒ素またはセレンの化合物である場合がある。また、触媒の使用時に一酸化炭素を添加することも可能である。特に硫黄を使用するのが有利であることが明らかにされており、これは硫化アンモニウム((NH4)2S)の形態で適用されるのが好都合である。減速化合物に対する貴金属成分のモル比は、1:0〜1:10、好ましくは1:1〜1:0.05である場合がある。
触媒は、反応器の固定床で使用される場合もあれば、あるいは例えば流動床の形態で使用され、対応する形状を有する場合もある。適切な形状は、例えば、砕片、錠剤、モノリス、球体、または押出物(鎖形、ワゴンホイール形、星形、環形)である。
触媒の製造物は、一般的には最高500m2/g、通常は10〜300m2/g、より好ましくは20〜300m2/gのBET表面積を有する。細孔容積は、一般的には0.1〜1mL/g、好ましくは0.15〜0.6mL/g、より好ましくは0.2〜0.4mL/gである。Hg浸透解析によって測定が可能なメソ細孔の平均細孔直径は、一般的には8〜60nm、好ましくは10〜40nmである。幅が20nmを超える細孔の割合は、一般的には0〜60%の間で変動するが、10%を超えるマクロ細孔比率(すなわち、幅が20nmを超える細孔)を有する担体を使用するのが有利であることが明らかにされている。
グループ(b)の好適な触媒群は、以下に詳述する欧州特許出願公開第1074301(A)号に記載されている系の触媒群である。
これらの触媒は、二元細孔半径分布を有する触媒であり、以下を含む:
a)10〜99.9質量%の二酸化ジルコニウム、ならびに
b)0〜60質量%の酸化アルミニウム、酸化ケイ素および/または酸化チタン、ならびに
c)0.1〜30質量%である、元素周期表の第I族または第II族の典型元素、第III族の遷移元素、第VIII族の遷移元素、セリウム、ランタン、および/またはスズの内の1つ以上の元素
(但し、質量%の合計は100とする)。
これらの触媒は以下を含む:
a)50〜100質量%、好ましくは60〜99質量%、特に好ましくは70〜98質量%が単斜晶および/または正方晶の修飾体である、10〜99.9質量%、好ましくは20〜98質量%、特に好ましくは30〜95質量%の二酸化ジルコニウム、ならびに
b)0.1〜30質量%、好ましくは0.5〜25質量%、特に好ましくは1〜20質量%の二酸化ケイ素、ならびに
c)0〜60質量%、好ましくは0.1〜50質量%、特に好ましくは1〜40質量%、特に5〜30質量%のルチルまたはアナターゼ型の酸化アルミニウム、二酸化ケイ素および/または二酸化チタン、ならびに
d)0.1〜10質量%、好ましくは0.2〜8質量%、特に好ましくは0.5〜5質量%である、元素周期表の第I族または第II族の典型元素、第III族および第VIII族の遷移元素、セリウム、ランタンおよび/またはスズから選択される少なくとも1つの元素
(但し、質量%の合計は100とする)。
a)10〜99.9質量%の二酸化ジルコニウム、ならびに
b)0〜60質量%の酸化アルミニウム、酸化ケイ素および/または酸化チタン、ならびに
c)0.1〜30質量%である、元素周期表の第I族または第II族の典型元素、第III族の遷移元素、第VIII族の遷移元素、セリウム、ランタン、および/またはスズの内の1つ以上の元素
(但し、質量%の合計は100とする)。
これらの触媒は以下を含む:
a)50〜100質量%、好ましくは60〜99質量%、特に好ましくは70〜98質量%が単斜晶および/または正方晶の修飾体である、10〜99.9質量%、好ましくは20〜98質量%、特に好ましくは30〜95質量%の二酸化ジルコニウム、ならびに
b)0.1〜30質量%、好ましくは0.5〜25質量%、特に好ましくは1〜20質量%の二酸化ケイ素、ならびに
c)0〜60質量%、好ましくは0.1〜50質量%、特に好ましくは1〜40質量%、特に5〜30質量%のルチルまたはアナターゼ型の酸化アルミニウム、二酸化ケイ素および/または二酸化チタン、ならびに
d)0.1〜10質量%、好ましくは0.2〜8質量%、特に好ましくは0.5〜5質量%である、元素周期表の第I族または第II族の典型元素、第III族および第VIII族の遷移元素、セリウム、ランタンおよび/またはスズから選択される少なくとも1つの元素
(但し、質量%の合計は100とする)。
触媒は、好ましくは指定された組成で構成される。
触媒は、20nmを超える、好ましくは40〜5000nmの細孔を70〜100%、好ましくは75〜98%、好ましくは80〜95%を含む。
触媒を製造するには、焼成によって酸化物に転化することができる(担体を形成する)ジルコニウム酸化物、チタン酸化物、ランタン酸化物、セリウム酸化物、ケイ素酸化物およびアルミニウム酸化物の前駆体を使用することができる。これらは既知の方法(例えば、ゾル−ゲル方法、塩の沈殿、対応する酸の脱水、乾燥混合、スラリー化、または噴霧乾燥)によって製造することができる。例えば、ZrO2・xAl2O3・xSiO2混合酸化物は、最初に適切なジルコニウム含有前駆体を沈殿させて一般式ZrO2・xH2Oの高含水酸化ジルコニウムを製造することによって製造することができる。適切なジルコニウム前駆体は、例えばZr(NO3)4、ZrOCl2、またはZrCl4である。沈殿自体は、NaOH、Na2CO3およびNH3などの塩基を添加することによって行われ、これについては、例えば欧州特許出願公開第849224(A)号に記載されている。
ZrO2・xSiO2混合酸化物を製造するには、上述の方法で得たZr前駆体を、Si含有前駆体と混合することができる。適切なSiO2前駆体は、例えば、Ludox(登録商標)などの含水SiO2ゾルである。これらの2つの成分は、例えば簡単な機械混合またはスプレー塔の噴霧乾燥によって混合することができる。
混合酸化物を使用する場合は、目的の方法で細孔構造に作用を及ぼすことが可能である。種々の前駆体の粒径が細孔構造に作用を及ぼす。したがって、例えば、強熱減量が少なく、粒径分布が明らかなAl2O3を使用することによって、ミクロ構造のマクロ細孔を生成することができる。この目的に有用であることが判明している酸化アルミニウムは、Puralox(強熱減量が約3%のAl2O3)である。
ZrO2・xSiO2・xAl2O3混合酸化物を製造するには、上述の方法で得たSiO2・xZrO2粉末混合物をAl含有前駆体と混合することができる。これは、例えば混練機による簡単な機械混合によって行うことができる。しかし、ZrO2・xSiO2・xAl2O3混合酸化物はまた、個々の前駆体を乾燥混合することにより一段階で製造することができる。
純粋なZrO2に比べて、混合酸化物は、とりわけ、容易に成形できるという利点を有する。この目的のために、得られた粉末混合物は混練機で濃酸と混合した後、例えばラム押出機やネジ押出機によって成形体に転化させることができる。
上述の触媒に固有の細孔半径分布を有する担体を目的の方法で製造する別の使用可能な方法は、焼成によって一部またはすべてを除去することができる種々のポリマーを製造中に添加して、細孔半径の範囲が明らかな細孔を形成する方法である。ポリマーと酸化物前駆体の混合は、例えば簡単な機械混合またはスプレー塔の噴霧乾燥によって行うことができる。
PVP(ポリビニルピロリドン)の使用は、二元細孔半径分布を有する担体の製造に特に有利であることが明らかにされている。製造段階においてZr、Ti、La、Ce、AlまたはSi元素の内の1つ以上の酸化物前駆体にPVPを添加すると、焼成後に200〜5000nmのマクロ細孔が形成される。PVPを使用するさらなる利点は、比較的容易に担体を成形できる点である。したがって、PVPとギ酸を添加する際にすでに120℃にて乾燥させてある新たに沈殿した含水ZrO2・xH2Oから、さらに酸化物前駆体を加えることなく、良好な機械特性を有する押出物を製造することができる。
一般的に、触媒の混合酸化物担体は、純粋なZrO2担体よりも焼成後のBET表面積が大きい。混合酸化物担体のBET表面積は、一般的には40〜300m2/g、好ましくは50〜200m2/g、特に好ましくは60〜150m2/gである。使用する本発明の触媒の細孔容積は、通常0.1〜0.8mL/g、好ましくは0.2〜0.6mL/gである。本発明の触媒の平均細孔直径は、Hgポロシメトリーによって測定することができ、5〜20nm、好ましくは8〜18nmである。さらに、細孔容積の10〜80%が40nmを超える細孔で構成されるのが有利である。
混合酸化物担体の焼成は、活性成分の使用後に、400〜700℃、好ましくは500〜650℃、特に好ましくは560〜620℃にて行われるのが有利である。通常、焼成温度は、少なくとも脱水素の反応温度と同程度でなければならない。
触媒は二元細孔半径分布を有する。細孔は、大部分が最高20nmの範囲内にあり、そして40〜5000nmの範囲内にある。細孔容積を基準にすると、これらの細孔は少なくとも全細孔の70%を占める。20nm未満の細孔の割合は一般的に20〜60%であり、また40〜5000nmの細孔の割合も一般的に20〜60%である。
塩基性化合物による混合酸化物のドーピングは、例えば共沈を行うことによって、あるいは共沈を行った後に、例えば混合酸化物をアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物または第3族遷移元素化合物または希土類金属化合物に含浸させることによって、製造中に行うことができる。特に適切なドーパントは、K、CsおよびLaである。
一般的に、脱水素活性成分(通常は第VIII族遷移金属)は、焼成によって対応する金属酸化物に転化することができる適切な金属塩前駆体を含浸させることによって適用される。また、含浸の代わりに、脱水素活性成分は、他の方法(例えば、担体に金属塩前駆体を噴霧する方法)で適用することもできる。適切な金属塩前駆体は、例えば、適切な金属の硝酸塩、酢酸塩および塩化物、または使用する金属の錯陰イオンであり、H2PtCl6またはPt(NO3)2などの白金を使用するのが好ましい。金属塩前駆体に使用できる溶媒は、水および有機溶剤である。特に適切な溶媒は、メタノールおよびエタノールなどの低級アルコールである。
脱水素活性成分として貴金属を使用する場合にさらに適切な前駆体は、既知の方法の1つ(例えば、PVPなどの安定剤の存在下で還元剤により金属塩を還元する方法)で製造することができる、対応する貴金属ゾルである。製造法については、例えば独国特許出願公開第19500366(A)号で包括的に考察されている。
一般的には、焼成によって対応する酸化物に転化することができる化合物が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の前駆体として使用される。適切な前駆体の例は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩または混合ヒドロキシカルボン酸塩である。
混合酸化物担体に第III族典型元素または第III族遷移元素の金属を追加でまたは単独でドーピングする場合は、この場合の出発原料も、焼成によって対応する酸化物に転化することができる化合物でなければならない。例えば、ランタンが使用される場合は、炭酸酸化ランタン、La(OH)3、La2(CO3)3、La(NO3)3、または有機アニオンを含有するランタン化合物(例えば、酢酸ランタン、ギ酸ランタンまたはシュウ酸ランタン)が適切な出発化合物である。
脱水素芳香族化(b)は、好ましくは気相で行われる。
芳香族化は、一般的には300〜800℃、好ましくは400〜600℃、より好ましくは450〜550℃の温度で、一般的には100mbar〜100bar、好ましくは1〜30bar、より好ましくは1〜10barの圧力で、そして一般的には0.01〜100h-1、好ましくは0.1〜20h-1のLHSV(液空間速度)で行われる。炭化水素混合物の他にも、CO2、N2、貴ガスまたは水蒸気などの希釈剤が存在する場合がある。同様に、必要に応じて水素も添加することができ、その場合、水素と炭化水素(どちらも気体)の体積比は、0.1〜100、好ましくは0.1〜20である場合がある。添加した水素、または脱水素で形成して適宜再利用した水素は、反応時間が長くなるにつれて触媒の表面に蓄積する炭素を除去するために使用される場合がある。
反応時のコークスの沈着を防ぐガスを継続して(連続して)添加することの他にも、触媒の上に水素または空気を通して適宜触媒を再生することも可能である。再生自体は、300〜900℃、好ましくは400〜800℃の温度で、遊離酸化剤、好ましくは空気または空気−窒素混合物を使用して、および/または還元雰囲気下で、好ましくは水素を使用して行われる。再生は、大気圧、減圧または超大気圧中で行うことができる。適切な圧力は、例えば500mbar〜100barである。
精製は蒸留によって行うことができ、未転化の反応混合物は、好ましくは反応回路に再利用される。
2−ブテン高含有出発流の生成
二量化段階(a)で使用される2−ブテン高含有流は、好ましくは少なくとも20質量%、より好ましくは少なくとも30質量%、特に40〜100質量%の2−ブテンを含む。この流れは、一般的には0〜10質量%、好ましくは0〜2質量%、より好ましくは0〜1質量%の1−ブテンを含む。このような流れを得る目的において、本発明に基づく方法の好適な変形例の出発原料はブタン高含有流であり、これは、第1の段階(a1)において、触媒条件下で脱水素してブタン/ブテン/ブタジエン流を得た後、第2の段階(a2)において、異性化条件下で選択的に水素化して2−ブテン高含有流を得ることにより転化する。
二量化段階(a)で使用される2−ブテン高含有流は、好ましくは少なくとも20質量%、より好ましくは少なくとも30質量%、特に40〜100質量%の2−ブテンを含む。この流れは、一般的には0〜10質量%、好ましくは0〜2質量%、より好ましくは0〜1質量%の1−ブテンを含む。このような流れを得る目的において、本発明に基づく方法の好適な変形例の出発原料はブタン高含有流であり、これは、第1の段階(a1)において、触媒条件下で脱水素してブタン/ブテン/ブタジエン流を得た後、第2の段階(a2)において、異性化条件下で選択的に水素化して2−ブテン高含有流を得ることにより転化する。
その後、段階(a3)として所望のジメチルヘキセンへの二量化が行われる。
段階(a1)は、以下の部分的な段階を含む:
(a1i)n−ブタン含有利用ガス流を提供する、
(a1ii)少なくとも1つの脱水素区域にn−ブタン含有利用ガス流を供給し、触媒によりn−ブタンを水素化して、水蒸気および窒素の有無を問わずn−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、ブタジエン、低沸点二次成分および水素を含む生成ガス流を得る、
(a1iii)水素、低沸点二次成分、および場合により水を除去して、n−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、およびブタジエンから基本的に構成されるC4生成ガス流を得る。
(a1i)n−ブタン含有利用ガス流を提供する、
(a1ii)少なくとも1つの脱水素区域にn−ブタン含有利用ガス流を供給し、触媒によりn−ブタンを水素化して、水蒸気および窒素の有無を問わずn−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、ブタジエン、低沸点二次成分および水素を含む生成ガス流を得る、
(a1iii)水素、低沸点二次成分、および場合により水を除去して、n−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、およびブタジエンから基本的に構成されるC4生成ガス流を得る。
第1の方法段階(a1i)では、n−ブタン含有利用ガス流が提供される。通常の場合、使用される供給材料は、液化石油ガス(LPG)などのn−ブタン高含有ガス混合物である。LPGは基本的にC2−C5炭化水素を含む。さらにまた微量のメタンおよびC6 +炭化水素も含む。LPGの組成は大きく変化する可能性がある。使用するLPGは、少なくとも80質量%のブタンを含むのが有利である。
あるいは、クラッカーまたは精製装置から生成したC4炭化水素流を利用ガス流として使用することも可能である。
本方法の1つの変形例において、n−ブタン含有脱水素利用ガス流を提供する段階は、以下の段階を含む:
−液化石油ガス(LPG)流を提供する、
−LPG流からプロパン、ならびに場合によりメタン、エタンおよびC5 +炭化水素(主にペンタン、さらにまたヘキサン、ヘプタン、ベンゼンおよびトルエン)を除去して、ブタン(n−ブタンおよびイソブタン)含有流を得る、
−ブタン含有流からイソブタンを除去してn−ブタン含有利用ガス流を得て、場合により、除去したイソブタンを異性化してn−ブタン/イソブタン混合物を得て、n−ブタン/イソブタン混合物をイソブタンの除去に再利用する。
−液化石油ガス(LPG)流を提供する、
−LPG流からプロパン、ならびに場合によりメタン、エタンおよびC5 +炭化水素(主にペンタン、さらにまたヘキサン、ヘプタン、ベンゼンおよびトルエン)を除去して、ブタン(n−ブタンおよびイソブタン)含有流を得る、
−ブタン含有流からイソブタンを除去してn−ブタン含有利用ガス流を得て、場合により、除去したイソブタンを異性化してn−ブタン/イソブタン混合物を得て、n−ブタン/イソブタン混合物をイソブタンの除去に再利用する。
プロパン、ならびに場合によりメタン、エタンおよびC5 +炭化水素は、例えば1つ以上の慣例的な精留塔で除去される。例えば、1つの塔の頂部で低沸点溶剤(メタン、エタン、プロパン)除去され、同じ塔または第2の塔の底部で高沸点溶剤(C5 +炭化水素)除去される。得られたブタン(n−ブタンおよびイソブタン)含有流は、例えば慣例的な精留塔でイソブタンが除去される。残ったn−ブタン含有流は、その後ブタンの脱水素に使用される。
除去したイソブタン流は、好ましくは異性化される。この目的のために、イソブタン含有流は異性化反応器に供給される。イソブタンからn−ブタンへの異性化は、英国特許出願公開第2018815号に記載の通りに行うことができる。得られたn−ブタン/イソブタン混合物は、n−ブタン/イソブタン分離塔に供給される。
方法段階(a1ii)では、n−ブタン含有利用ガス流が脱水素区域に供給され、触媒により脱水素される。この段階では、脱水素活性触媒を使用してn−ブタンが脱水素反応器で脱水素されて、一部から1−ブテンおよび2−ブテンが得られ、さらにブタジエンも形成される。さらに、水素のほか、少量のメタン、エタン、エテン、プロパンおよびプロペンも得られる。また、例えば、O2含有ガスを自熱下で添加して脱水素する方法を使用すると、触媒によるn−ブタン脱水素の生成ガス混合物中に酸化炭素(CO、CO2)、水、および窒素が存在する場合がある。さらに、生成ガス混合物中には未転化のn−ブタンも存在する。
触媒によるn−ブタン脱水素は、同時供給材料として酸素ガスを使用して行うこともできれば、前記ガスを使用せずに行うこともできる。
原則として、触媒によるn−ブタン脱水素は、先行技術により知られるすべてのタイプの反応器と方法で行われる場合がある。また、本発明において適切な脱水素方法の包括的な説明については、"Catalytica(登録商標)Studies Division,Oxidative Dehydrogenation and Alternative Dehydrogenation Processes"(Study Number 4192 OD,1993,420 Ferguson Drive,Mountain View,California 94043−5272,USA)に掲載されている。
適切な反応器の形状は、固定床円筒型反応器または管束反応器である。これらの反応器では、固定床として触媒(脱水素触媒、および(同時供給材料として酸素を使用して反応させる場合)場合により特定の酸化触媒)が、反応管または反応管の管束に配置されている。通常、反応管は、反応管を取り囲む空間でガス(例えば、メタンなどの炭化水素)を燃焼させることによって間接的に加熱される。固定床の全体長の最初の約20〜30%にのみこの間接的な加熱を適用し、この間接的な加熱の過程で放出される放射熱によって残りの床長を必要な反応温度に加熱するのが好ましい。典型的な反応管の内径は、約10〜15cmである。典型的な脱水素管束反応器は、約300〜1000の反応管を含む。反応管内部の温度は、通常は300〜1200℃、好ましくは400〜1000℃の範囲内で変動する。使用圧力は、通常は0.5〜8barであり、低蒸気希釈が使用される場合(Lindeのプロパン脱水素方法に相当)はしばしば1〜2barであり、あるいは高蒸気希釈が使用される場合(プロパンまたはブタンを脱水素する、Phillips Petroleum Col.のいわゆる「水蒸気活性改質方法」(STAR方法)に相当。米国特許第4902849号、第4996387号および第5389342号を参照)は3〜8barである。典型的なガス空間速度(GHSV)は、使用する炭化水素を基準にすると、500〜2000h-1である。触媒の形状は、例えば球形である場合もあれば、円筒型である場合がある(空洞または中実)。
また、触媒によるn−ブタン脱水素は、Chem.Eng.Sci.1992b,47(9−11)2313に記載の通り、流動床の不均一触媒下で行われる場合がある。この場合、2つの流動床は互いに並んで適切に使用され、一般的にはその内の一方が再生の状態にある。通常、使用圧力は1〜2barであり、一般的に脱水素温度は550〜600℃にてある。脱水素に必要な熱は、脱水素触媒を予め反応温度に加熱することによって反応系に導入される。酸素を含有する同時供給材料を混合することで、予熱器を省くことができ、酸素の存在下で水素および/または炭化水素を燃焼することによって必要な熱を反応系で直接生成することができる。場合により、酸素を含有する同時供給材料が追加で混合される場合がある。
触媒によるn−ブタン脱水素は、トレー型反応器において、同時供給材料として酸素ガスを使用して行われる場合もあれば、前記ガスを使用せずに行われる場合もある。この反応器は、1つ以上の連続した触媒床を含む。触媒床の数は、1〜20、適切には1〜6、好ましくは1〜4、特に1〜3である場合がある。触媒床は、好ましくは反応ガスによって放射状にまたは軸方向に流される。一般的に、このようなトレー型反応器は、固定触媒床とともに使用される。最も簡単な例では、高炉反応器において、または同心円状に配置された円柱格子の環状間隙において、固定触媒床が軸方向に配置される。高炉反応器は1つのトレーに相当する。単一の高炉反応器で脱水素を行うのが、好適な実施形態に相当し、この実施形態においては、酸素の同時供給材料を使用して反応させることができる。さらに好適な実施形態においては、3つの触媒床を備えたトレー型反応器で脱水素が行われる。同時供給材料として酸素ガスを使用しない方法では、トレー型反応器内の反応混合物を、例えば熱ガスで加熱した熱交換器の表面を通過させるか、または高温の燃焼ガスで加熱した管を通過させることにより、1つの触媒床から次の触媒床へ流れる途中で、中間加熱に供する。
本方法の好適な実施形態においては、触媒を使用したn−ブタン脱水素が自熱によって行われる。この目的のために、酸素を少なくとも1つの反応区域においてn−ブタン脱水素の反応ガス混合物と追加で混合し、反応混合物中に存在する水素および/または炭化水素を少なくとも一部燃焼させて、これにより、必要となる脱水素の熱の少なくとも一部が、反応ガス混合物の少なくとも1つの反応区域に直接発生する。
本方法の詳細については、例えば国際公開第2005/042450号に記載されている。
一般的に、使用する脱水素触媒は、担体と活性組成物を有する。一般的に担体は、耐熱性酸化物または混合酸化物で構成される。脱水素触媒は、二酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化セリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される金属酸化物を担体として含むのが好ましい。前記混合物は、物理的な混合物である場合もあれば、あるいは酸化アルミニウムマグネシウムまたは酸化アルミニウム亜鉛混合酸化物などの化学混合相酸化物である場合もある。好適な担体は、二酸化ジルコニウムおよび/または二酸化ケイ素であり、特に、二酸化ジルコニウムおよび二酸化ケイ素の混合物が好ましい。
脱水素触媒の活性組成物は、一般的には1つ以上の第VIII族遷移元素、好ましくは白金および/またはパラジウム、より好ましくは白金を含む。さらに、脱水素触媒は、1つ以上の第I族および/または第II族典型元素、好ましくはカリウムおよび/またはセシウムを含む場合もある。さらに脱水素触媒は、1つ以上の第III族遷移元素(例えば、ランタニドおよびアクチニド)、好ましくはランタンおよび/またはセリウムを含む場合もある。最後に、脱水素触媒は、1つ以上の第III族および/または第IV族典型元素、好ましくはホウ素、ガリウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズおよび鉛からなる群の1つ以上の元素、より好ましくはスズを含む場合がある。
好適な実施形態において、脱水素触媒は、少なくとも1つの第VIII族遷移元素、少なくとも1つの第I族および/または第II族典型元素、少なくとも1つの第III族および/または第IV族典型元素、および少なくとも1つの第III族遷移元素(例えば、ランタニドおよびアクチニド)を含む。
例えば、国際公開第99/46039号、米国特許第4788371号、欧州特許出願公開第705136(A)号、国際公開第99/29420号、米国特許第5220091号、米国特許第5430220号、米国特許第5877369号、欧州特許第0117146号、独国特許出願公開第19937106号、独国特許出願公開第19937105号、および独国特許出願公開第19937107号に開示されるすべての脱水素触媒が、本発明にしたがって使用される場合がある。上述の自熱によるn−ブタン脱水素の変形例に特に好適な触媒は、独国特許出願公開第19937107号の実施例1、2、3および4に記載の触媒である。
n−ブタン脱水素は水蒸気の存在下で行うのが好ましい。添加した水蒸気は熱媒体の役割を果たし、触媒上の有機沈着物の気化を支援する。
脱水素触媒は、本来既知の方法によって再生される場合がある。例えば、反応ガス混合物に水蒸気を添加する場合もあれば、あるいは適宜温度を上げて、酸素含有ガスを触媒床に通して、沈着した炭素を焼き取る場合もある。水蒸気を使用して希釈すると、平衡が脱水素生成物の方にシフトする。再生後、場合により水素ガスを使用して触媒を還元する。
n−ブタンの脱水素を行うことによって、ブタジエン、1−ブテン、2−ブテンおよび未転化のn−ブタンの他に二次成分も含むガス混合物が得られる。慣例的な二次成分は、水素、水蒸気、窒素、COおよびCO2、メタン、エタン、エテン、プロパン、ならびにプロペンである。第1の脱水素区域を出たガス混合物の組成は、脱水素方法によって大きく異なる可能性がある。例えば、酸素を供給した後に水素を追加する好適な自熱脱水素を行う場合は、生成ガス混合物中における水蒸気および酸化炭素の含有量が比較的高い。酸素を供給しない方法では、触媒脱水素の生成ガス混合物中における水素の含有量が比較的高い。
通常、触媒および自熱によるn−ブタン脱水素の生成ガス流は、0.1〜15容量%のブタジエン、1〜15容量%の1−ブテン、1〜25容量%の2−ブテン、20〜70容量%のn−ブタン、1〜70容量%の水蒸気、0〜10容量%の低沸点炭化水素(メタン、エタン、エテン、プロパンおよびプロペン)、0.1〜40容量%の水素、0〜70容量%の窒素、および0〜5容量%の酸化炭素を含む。
方法段階(a1iii)では、C4炭化水素(n−ブタン、イソブタン、1−ブテン、cis−/trans−2−ブテン、イソブテン、ブタジエン)以外の低沸点二次成分の少なくとも一部を、但し好ましくは基本的にすべてを、n−ブタン脱水素の生成ガス流から除去して、C4生成ガス流を得る。
脱水素区域から出た生成ガス流は、好ましくは2つの副流に分離され、この場合、2つの副流の内の一方のみをさらなる方法段階に供し、他方の副流を脱水素区域に再利用することができる。これに相当する手順については、独国特許出願公開第10211275号に記載されている。しかし、n−ブタン脱水素の全生成ガス流をさらなる方法段階に供することも可能である。
本方法の一実施形態においては、方法段階(a1iii)において最初に水が生成ガス流から除去される。水の除去は、例えば、生成ガス流の冷却および/または圧縮による縮合(b)によって行うことができ、1つ以上の冷却および/または圧縮段階で行うことができる。通常、水の除去は、n−ブタンが自熱により脱水素される場合か、または水蒸気を供給することにより等温にて(プロパンを脱水素するLindeまたはSTAR方法に類似)脱水素される場合に行われるため、生成ガス流は含水量が高い。
低沸点二次成分は、蒸留、精留、膜分離方法、吸収または吸着などの慣例的な分離方法によって生成ガス流から除去することができる。
n−ブタン脱水素の生成ガス流中に存在する水素を除去するためには、例えば間接的な熱交換器において、一般的に管として構成され、水素分子のみを浸透する膜に、生成ガス混合物を(場合により冷却の完了時に)通すことができる。このようにして除去した水素分子は、必要に応じて、少なくとも一部を脱水素またはその後の異性化脱水素に使用することもできれば、あるいは別の用途のために送ることもできる。
脱水素の生成ガス流中に存在する二酸化炭素は、CO2ガスによる洗浄によって除去することができる。二酸化炭素ガスによる洗浄を行う前に、一酸化炭素を二酸化炭素に選択的に酸化する独立した燃焼段階が行われる場合がある。
本方法の好適な実施形態においては、水素、酸化炭素、低沸点炭化水素(メタン、エタン、エテン、プロパン、プロペン)、およびもしあれば窒素などの、非凝縮性または低沸点ガス成分を、吸収/脱離サイクルにおいて高沸点吸収剤を使用して除去し、実質的にC4炭化水素から構成されるC4生成ガス流を得る。一般的にC4生成ガス流は、少なくとも約80容量%、好ましくは少なくとも約90容量%、より好ましくは少なくとも約95容量%のC4炭化水素で構成される。
この目的のために、吸収段階では、生成ガス流を(場合により先行する水除去を行ってから)不活性吸収剤と接触させて、C4炭化水素を不活性吸収剤に吸収させて、C4炭化水素を含有する吸収剤と残りのガス成分を含む排ガスを得る。脱離段階では、吸収剤から再度C4炭化水素が放出される。
一般的に、吸収段階で使用する不活性吸収剤は、除去するC4炭化水素混合物が除去する残りのガス成分よりも明らかに溶解性が高い高沸点の非極性溶媒である。吸収は、生成ガス流を吸収剤に通過させるだけで行われる場合があるが、塔または回転式吸収装置によって行われる場合もある。吸収は並流、反流または逆流で行うことができる。適切な吸収塔の実施例には、バブルキャップ、遠心分離トレーおよび/またはシーブトレーを備えたトレー塔、規則充填物(例えば、Mellapak(登録商標)250Yなどの、比表面積が100〜1000m2/m3である金属薄板充填物)を備えた塔、および不規則充填物を備えた塔が含まれる。しかし、有用な吸収塔には、トリクルおよびスプレー塔、グラファイトブロック吸収装置、厚膜および薄膜吸収装置などの表面吸収装置、そして回転塔、プレートスクラバー、クロススプレースクラバー、および回転式スクラバーも含まれる。
適切な吸収剤は、比較的非極性の有機溶剤(例えば、脂肪族のC5−C18アルケン、またはパラフィンの蒸留から得た中油留分などの芳香族炭化水素、または大型分子基を有するエーテル、またはこれらの溶媒の混合物)であり、それぞれにはフタル酸1,2−ジメチルなどの極性溶媒が添加される場合がある。さらに適切な吸収剤には、安息香酸n−ブチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチルなどの、直鎖C1−C8アルカノールを有する安息香酸エステルおよびフタル酸エステル、ならびにまたビフェニルエーテルおよびジフェニルエーテル、それらの塩素化誘導体、およびトリアリールアルケンなどの熱媒体油が含まれる。有用な吸収剤は、好ましくは共沸組成物中に含まれるビフェニルエーテルとジフェニルエーテルの混合物であり、例えば市販のDiphyl(登録商標)である。多くの場合、この溶媒混合物は、フタル酸ジメチルを0.1〜25質量%含む。さらに適切な吸収剤は、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、およびオクタデカン、あるいは主成分として上述の直鎖アルカンを有する精製流から得た留分である。
C4炭化水素を脱離させるために、これを含有する吸収剤を加熱され、および/またはより低圧に減圧される。あるいは、脱離は、1つ以上の方法段階においてストリッピングを行うか、あるいは減圧と加熱とストリッピングを組み合わせて行うことにより実施される場合もある。脱離段階で再生される吸収剤は、吸収段階に再利用される。
本方法の一変形例では、炭化水素を含有する吸収剤を減圧および/または加熱することによって脱離段階が行われる。
一般的に除去段階(a1iii)は、全くもって完全というわけではないため、除去の種類によっては、少量のまたはごくわずかなさらなるガス成分、特に低沸点炭化水素が、C4生成ガス流中に存在する場合がある。
二次成分を除去した後に得られるC4生成ガス流は、基本的にn−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、およびブタジエンで構成される。一般的に、本ガス流は、10〜80容量%のn−ブタン、5〜40容量%の1−ブテン、10〜50容量%の2−ブテン、および0〜40容量%のブタジエンを含む。ガス流cは、好ましくは15〜65容量%のn−ブタン、10〜30容量%の1−ブテン、15〜45容量%の2−ブテン、および1〜10容量%のブタジエンを含む。さらに本ガス流はまた、イソブタン、イソブテン、C5 +炭化水素、プロパンおよびプロペンなどのさらなるガス成分を少量、一般的には0〜10容量%、好ましくは0〜5容量%含む場合もある。
段階(a1)のさらに好適な実施形態については、例えば、国際公開第2005/042449号、第2005/063657号、および第2005/063658号に記載されている。
本発明に基づく方法のさらに好適な実施形態においては、n−ブタンの脱水素を、ジメチルヘキセンの脱水素芳香族化と同時に同じ反応器で行ってo−キシレンを得るか、またはより好ましくは中間供給経路を介して直列に接続した2つの反応器で行われる。
またこの場合、酸素流は、場合によりブタン脱水素を行う反応器に供給される。この反応の後に、好ましくは蒸留によってC4およびC8の留分を相互に分離する分離段階に移る。
段階(a2)の作業は、1,3−ブタジエンおよび1−ブテンを2−ブテンに転化することである。
したがってこの段階では、以下の反応が水素の存在下で同時に行われる:
−1,3−ブタジエンからn−ブテンへの水素化、
−熱力学的な平衡による1−ブテンから2−ブテンへの異性化、
−微量のアセチレン炭化水素の水素化。
−1,3−ブタジエンからn−ブテンへの水素化、
−熱力学的な平衡による1−ブテンから2−ブテンへの異性化、
−微量のアセチレン炭化水素の水素化。
これらの反応は、担体に沈積した1つ以上の金属(例えば、周期表の第10族(Ni、Pd、Pt))を含む特定の触媒によって実施することができる。アルミナなどの耐熱性鉱物質担体に固定した少なくとも1つのパラジウム化合物を含む触媒を使用するのが好ましい。担体のパラジウム含有量は、0.01〜5質量%、好ましくは0.05〜1質量%である場合がある。1,3−ブタジエンからブテンへの水素化における選択性を改善するために、これらの触媒では当業者に既知の種々の前処理法が使用される場合がある。好適な実施形態において、触媒は、好ましくは0.05〜10質量%の硫黄を含む。特に、アルミナの上にパラジウムを沈積させて形成した、場合により硫黄を含む触媒を使用するのが好ましい。
触媒の硫化はin situにて(反応域で)行うこともできれば、あるいは好ましくはこの方法を行う前に行うこともできる。後者の場合に使用される方法は、例えば仏国特許出願公開第93/09524号に記載の方法である。
好ましくはパラジウムを含有する触媒の構成については重要ではない。一般的には、固定触媒床を備えた少なくとも1つの反応器が使用され、これは下降流で使用されるか、あるいは(より良好な熱除去のために)外循環で使用される。C4流のブタジエン含有量が比較的高い場合、例えばスチームクラッカーの留分である場合、この反応は、水素化の選択性をより良好に制御できるように、直列に接続した2つの反応器で行われるのが有利である。その場合、第2の反応器は、上昇流で使用することができ、反応を完了する役割を果たす。
必要な水素量は流れの組成から計算され、水素は少し過剰なのが好ましい。
使用条件は、好ましくは出発原料と生成物が液相となるように選択される。別の有利な変形例は、生成物が反応器を出た時に一部を蒸発させるものであり、これによって反応の熱制御が可能となる。反応は、一般的には20〜200℃、好ましくは50〜150℃、より好ましくは60〜150℃の温度範囲で行われる。圧力は、出発原料の少なくとも一部が液体形状となるように、一般的には0.1〜5MPa、好ましくは0.5〜4MPa、より好ましくは0.5〜3MPaに調整される。LHSVは、一般的には0.5〜10h-1、好ましくは1〜6h-1である。ジオレフィンに対する水素のモル比は、一般的には0.5〜5、好ましくは1〜3である。
場合により、微量の過剰水素およびメタンは水素異性化後に除去することができる。
段階(a2)に適切な変形例については、例えば、国際公開第2003/035587号、欧州特許出願公開第900773(A)号、第848449(A)号、第671419号、米国特許第4324938号、および国際公開第01/05734号に記載されている。
その中でも後半の資料に記載されている変形例が好ましい。
この変形例では、ブタン、ブタジエン、n−ブテン、ならびに場合によりイソブテンおよびイソブタンなどのさらなる成分を含むC4流から始める反応蒸留が行われる。反応蒸留では、ブタジエンが水素化されてブテンになり、1−ブテンがほとんど完全に(95%超)異性化されて2−ブテンになる。この目的のために、好ましくはパラジウムを含有する担持した触媒を含む反応蒸留塔にC4流が送られ、そしてブタジエンの水素化に必要な水素が同時にこの塔に供給される。塔では、ブタジエンが水素化されてブテンになり、1−ブテンが異性化されて2−ブテンになり、これが塔の底部で放出される。低沸点成分は、主に塔の頂部から抜き取ることができる。2−ブテンが反応域から絶えず除去されるため、平衡点を超えて異性化することも可能である。同様にイソブタンおよびイソブテンは濃縮されて、頂部から除去されるのに対して、n−ブタンは2−ブテンとともに底部生成物として除去される。本発明において、反応蒸留塔とは触媒を追加で含む塔を指し、そのためこの塔では反応と蒸留が同時に行われる。触媒は、好ましくは不規則充填物の形状で使用される。
これらの不規則充填物がとり得る形状の例には、錠剤、押出物、ラシヒリング、ポールリング、またはサドル、そしてまた例えば球体、不規則な形状、平坦な形状、管状、らせん状、袋詰め状または他の構築物などのようなその他の構造物(例えば、米国特許出願公開第4242530(A)号、第4443559(A)号、第5189001(A)号、第5348710(A)号、および第5431890(A)号に記載のもの)、メッキされた格子状または網状、または網状のポリマーフォーム(塔の圧力が大幅に低下しないように、フォームの気泡構造は十分に大きくなければならず、あるいはそれ以外の場合は、例えば排気系や濃縮管などで蒸気輸送ができるような形にしなければならない)がある。例えば、触媒は、例えば米国特許出願公開第5730843(A)号、第5266546(A)号、第4731229(A)号、および第5073236(A)号で開示されるような構造を有する。
反応蒸留塔は、一般的には20〜100℃、好ましくは40℃〜150℃の頂部温度で、そして400〜1000kPaのゲージ圧で使用される。好適な実施形態において、本方法は、1−ブテンが触媒と接触し続ける一方で、2−ブテンが基本的に触媒と接触しないような条件(特に温度および圧力)下で行われる。1−ブテンが2−ブテンに異性化されると、これはすぐに塔の触媒区域から下方へ下降し、底部生成物として除去される。
この系は、好ましくは還流下で使用される。還流比は一般的に1〜100である場合がある。
適切な触媒については、例えば欧州特許出願公開第0992284(A)号に記載されている。
この文献に記載されている触媒は、少なくとも1つの水素化活性金属、好ましくは周期表の第8族、第9族または第10族の金属、より好ましくは白金およびパラジウムをアルミナ担体の上に含み、使用していない状態で、以下の格子面間隔に相当する反射をX線回折図に示す。
また、使用していない状態で、以下の格子面間隔:3.48、2.55、2.38、2.09、1.78、1.74、1.62、1.60、1.57、1.42、1.40および1.37[10-10m]に相当する少なくとも1つのさらなる反射をX線回折図に示すような触媒が好ましい。
水素化活性金属は、パラジウムが特に好ましく、触媒の全質量に対して少なくとも0.05質量%から多くとも2質量%の量が存在する。
さらに好ましいのは、水素化活性金属に加えて、元素周期表の第11族の金属を少なくとも1つ含む触媒であり、この元素周期表の第11族の金属は、好ましくは銅および/または銀、より好ましくは銀であり、触媒の全質量に対して少なくとも0.01質量%から多くとも1質量%の量が存在する。
段階(a2)を実施するに当たっては、水素化と異性化を別々に2段階で、すなわち、例えば異なる触媒を使用した2つの反応域で行うこともできる。
2−ブテン高含有生成流は、方法段階(a3)でさらに転化される。
本発明はさらに、図1の概略図に示すような、本発明に基づく方法を実施するための装置も提供する。
本装置は、n−ブタン高含有流、またはn−ブテンもしくはより高度に不飽和なC4成分(例えば、ラフィネートIIまたはIII)をすでに含む流れを処理するのに適している。出発原料がn−ブタン高含有流である場合、本装置は、n−ブタンを脱水素するための区域101を含み、この区域はさらに、n−ブタン含有流の供給導管106、ならびに水蒸気、再利用n−ブタンおよび場合によりO2含有流それぞれの供給導管107、108および場合により109、ならびに生成流、H2OおよびH2それぞれの抜き取り導管を含む。
この後には、水素化および異性化を行うための区域102が続く。ラフィネートIIまたは類似のC4流が出発原料として使用される場合、この区域はラフィネートIIの供給導管113を含み、これは通常ブタン脱水素の生成流101の供給導管110と接続する。区域102はさらに、H2の供給導管114、ならびに水素化および異性化した2ブテン高含有生成流、および(出発原料がラフィネートIIの場合は)i−ブタンおよび場合によりi−ブテンそれぞれの抜き取り導管115および場合により116も含む。
この後には、2−ブテンからジメチルヘキセンへの二量化(段階(a))が行われる区域103が続く。この区域は、水素化および異性化区域102の生成流の供給導管115、ならびに未転化ブタンの再利用、二量化のジメチルヘキセン高含有生成流、および副生成物として形成された三量体それぞれのための抜き取り導管108、117および118を含む。
またこの後には、ジメチルヘキセンからo−キシレンへの脱水素芳香族化が行われる区域104が続く。この区域104は、二量化の生成流、水蒸気および未転化二量体それぞれの供給導管117、119および120、ならびにo−キシレン含有生成流、H2と排ガス、およびH2Oそれぞれの抜き取り導管121、122および123を含む。
最後にこの後には、得られたo−キシレンを蒸留精製するための区域105が続く。この区域は、脱水素芳香族化の生成流の供給導管121、ならびに未転化ジメチルヘキセン、さらなる高沸点および低沸点溶剤、および所望のo−キシレンそれぞれの抜き取り導管120、124および125を含む。
本発明はさらに、脱水素芳香族化およびブタン脱水素が1つの反応器でまたは中間供給経路を介して直列に接続した2つの反応器で行われる、本発明に基づく方法を実施するための装置も提供する。このような装置については、図2および図3に概略図を示す。
図2または図3に基づく装置は、n−ブタン高含有流、またはn−ブテンもしくはより高度に不飽和なC4成分(例えば、ラフィネートIIまたはIII)をすでに含む流れを処理するのに適している。
出発原料がn−ブタン高含有流である場合、図2に基づく装置は、n−ブタンを脱水素するための区域201を含み、この区域は同時に脱水素芳香族化(段階(b))の役割も果たす。区域201は、n−ブタン含有出発原料、二量化区域204の生成流、再利用ブタン、水蒸気、および場合によりO2含有流それぞれの供給導管206、207、208、209および場合により210、ならびに不飽和C4流とo−キシレン高含有流とで構成される生成流、水素、および水のそれぞれの抜き取り導管211、212および213を含む。
この後には、区域201で得たC4流とC8流とを分離するための区域202が続き、この区域は、供給導管211、ならびにC4流およびC8流それぞれの抜き取り導管214および215を含む。
C4流は、水素化および異性化を行うための区域203へと続いており、この区域は、C4流および水素それぞれの供給導管214および216を有する。n−ブタン高含有出発流の代わりにラフィネートIIまたはラフィネートIIIが使用される場合、区域203はまた、ラフィネートIIまたはラフィネートIIIの供給導管217も含む(場合によりC4流の供給導管214と接続される)。区域203はさらに、2−ブテン高含有生成流、および場合によりi−ブタンおよび/またはi−ブテンそれぞれの抜き取り導管218および場合により219も含む。
その後には、二量化を行うための区域204が続き、この区域は、水素化および異性化の生成流の供給導管218、ならびに二量化のC8生成流、未使用のブタン、および副生成物として形成された三量体それぞれの抜き取り導管207、208および220を含む。抜き取り導管207および208は区域201に通じており、C8生成流(抜き取り導管207)は、適切な場合、蒸留区域205から得た未転化二量体の供給導管221と接続される。
脱水素芳香族化とC4生成物の除去を行うための区域201および202を通過した後、区域202から得られたo−キシレン高含有C8流は、抜き取り導管215を介して区域205へと続き、この区域でo−キシレンが蒸留精製される。供給導管215の他にも、この区域は、未転化二量体、高沸点および低沸点溶剤、および所望の生成物であるo−キシレンそれぞれの抜き取り導管221、222および223を含む。
図3に基づく装置は、n−ブタンを脱水素するための区域301を含み、この区域はさらに、n−ブタン含有流の供給導管307、ならびに水蒸気、再利用n−ブタンおよび場合によりO2含有流それぞれの供給導管308、309および場合により310、ならびに生成流の抜き取り導管311も含む。
この後には、脱水素芳香族化を行うための区域302が続く。区域302は、ブタン脱水素の生成流、二量化の生成流、および場合により水蒸気のそれぞれの供給導管311、312および場合により313、ならびに不飽和C4流とo−キシレン高含有流とで構成される生成流、水素、および水のそれぞれの抜き取り導管314、315および316を含む。
この後には、C4流とC8流とを分離する区域303が続き、この区域は、C4流およびC8流それぞれの供給導管314ならびに抜き取り導管317および318を含む。
C4流は、水素化および異性化を行うための区域304へと続いており、この区域は、C4流および水素それぞれの供給導管317および319を有する。n−ブタン高含有出発流の代わりにラフィネートIIまたはラフィネートIIIを使用する場合、区域304はまた、ラフィネートIIまたはラフィネートIIIの供給導管320も含む(場合によりC4流の供給導管317と接続される)。区域304はさらに、2−ブテン高含有生成流、および場合によりi−ブタンおよび/またはi−ブテンそれぞれの抜き取り導管321および場合により322も含む。
その後には、二量化を行うための区域305が続き、この区域は、水素化および異性化の生成流の供給導管321、ならびに二量化のC8生成流、未転化ブタン、副生成物として形成された三量体それぞれの抜き取り導管309、312および323を含む。抜き取り導管309および312は区域301および302に通じており、C8生成流(抜き取り導管312)は、適切な場合、蒸留区域306から得た未転化二量体の供給導管324と接続される。
脱水素芳香族化とC4生成物の除去を行うための区域302および303を通過した後、区域302から得られたo−キシレン高含有C8流は、抜き取り導管318を介して区域306へと続き、この区域でo−キシレンが蒸留精製される。供給導管318の他にも、この区域は、未転化二量体、高沸点および低沸点溶剤、および所望の生成物であるo−キシレンそれぞれの抜き取り導管324、325および326を含む。
本発明の詳細な例を以下の実施例に示す。
実施例
A 2−ブテン/ブタン混合物の二量化
触媒の製造
実施例1
400gのアルミナ担体(1.5×1.5mmの錠剤D10−21、BASF)を、室温にて81gの96%H2SO4水溶液に含浸させて吸水を行った。120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には500℃で焼成を行った。
A 2−ブテン/ブタン混合物の二量化
触媒の製造
実施例1
400gのアルミナ担体(1.5×1.5mmの錠剤D10−21、BASF)を、室温にて81gの96%H2SO4水溶液に含浸させて吸水を行った。120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には500℃で焼成を行った。
実施例2
本手順は、400gの酸化チタン担体DT51(7.5kgのDT51(Thann et Mulhouse製)から製造した4mmの押出物を、2.5kgの水と420gの85%ギ酸とともにパングラインダーで1時間圧縮し、押し出し機で成形して、500℃にて焼成)を使用する点を除けば、実施例1と同じである。
本手順は、400gの酸化チタン担体DT51(7.5kgのDT51(Thann et Mulhouse製)から製造した4mmの押出物を、2.5kgの水と420gの85%ギ酸とともにパングラインダーで1時間圧縮し、押し出し機で成形して、500℃にて焼成)を使用する点を除けば、実施例1と同じである。
実施例3〜5
本手順は、400gの酸化ケイ素アルミニウムSiral 5、10または40(500gのSiral(Condea製)から製造した4mmの押出物を、380〜400mLのH2Oと15mLの濃HNO3とともに混練機で1時間圧縮し、10gのメチルセルロース(Walocel、Wolff製)と5gのPEO(ポリエチレンオキシド)を添加した後、押出し機で成形し、500℃にて焼成)を使用する点を除けば、実施例1と同じである。
本手順は、400gの酸化ケイ素アルミニウムSiral 5、10または40(500gのSiral(Condea製)から製造した4mmの押出物を、380〜400mLのH2Oと15mLの濃HNO3とともに混練機で1時間圧縮し、10gのメチルセルロース(Walocel、Wolff製)と5gのPEO(ポリエチレンオキシド)を添加した後、押出し機で成形し、500℃にて焼成)を使用する点を除けば、実施例1と同じである。
実施例6
400gの二酸化チタン担体DT51(実施例2を参照)を、室温にて80gのH4SiW12O40水溶液に含浸させて吸水を行った。120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には350℃で焼成を行った。
400gの二酸化チタン担体DT51(実施例2を参照)を、室温にて80gのH4SiW12O40水溶液に含浸させて吸水を行った。120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には350℃で焼成を行った。
実施例7
400gの酸化ケイ素アルミニウム担体(4mmのSiral 40押出物、実施例3を参照)を、800mLの水に100.4gのCoSO4・7H2Oを溶解した溶液に室温にて含浸させた。16時間静置した後、上清溶液を除去して120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には500℃で焼成を行った。
400gの酸化ケイ素アルミニウム担体(4mmのSiral 40押出物、実施例3を参照)を、800mLの水に100.4gのCoSO4・7H2Oを溶解した溶液に室温にて含浸させた。16時間静置した後、上清溶液を除去して120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には500℃で焼成を行った。
実施例8
400gの酸化ケイ素アルミニウム担体(4mmのSiral 40押出物、実施例3を参照)を、800mLの水に104.8gのFeSO4・7H2Oを溶解した溶液に室温にて含浸させた。16時間静置した後、上清溶液を除去して120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には500℃で焼成を行った。
400gの酸化ケイ素アルミニウム担体(4mmのSiral 40押出物、実施例3を参照)を、800mLの水に104.8gのFeSO4・7H2Oを溶解した溶液に室温にて含浸させた。16時間静置した後、上清溶液を除去して120℃にて風乾させた後、300L/時にて2時間送気しながら、回転管にて最終的には500℃で焼成を行った。
実施例9
使用した供給材料は、99.5%の2−ブテン(Gerling−HolzまたはLinde製)であった。反応は、呼称幅10mmの円筒型反応器で、25〜30℃の温度および20barの圧力にて行った。反応器に10gの触媒を充填し、運転開始前に、N2流(10L/時)中で周囲圧力および200℃にて24時間作動させた。約25℃に冷却した後、反応圧力を20barに上昇させて2−ブテンの供給に切り替えた。毎時10gの2−ブテンを供給し、除去した。さらに、毎時1000gの反応混合物を循環させた。解析は、オンライン型のガスクロマトグラフィーを使用して行った。以下の表には、48〜72時間反応させた後に得られた結果の概要を示す。
使用した供給材料は、99.5%の2−ブテン(Gerling−HolzまたはLinde製)であった。反応は、呼称幅10mmの円筒型反応器で、25〜30℃の温度および20barの圧力にて行った。反応器に10gの触媒を充填し、運転開始前に、N2流(10L/時)中で周囲圧力および200℃にて24時間作動させた。約25℃に冷却した後、反応圧力を20barに上昇させて2−ブテンの供給に切り替えた。毎時10gの2−ブテンを供給し、除去した。さらに、毎時1000gの反応混合物を循環させた。解析は、オンライン型のガスクロマトグラフィーを使用して行った。以下の表には、48〜72時間反応させた後に得られた結果の概要を示す。
B ジメチルヘキセンの脱水素芳香族化
実施例10
触媒の製造
触媒(10)は、独国特許出願公開第19937107号の実施例4にしたがって製造した。
実施例10
触媒の製造
触媒(10)は、独国特許出願公開第19937107号の実施例4にしたがって製造した。
反応手順
脱水素芳香族化は、電気で加熱した円筒型反応器で行った。約24gの触媒を反応器に充填し、水素を使用して400℃にて1時間活性化させた。使用した供給材料は、実施例3から得た二量化生成物であり、そのC8留分は約95質量%のo−キシレン前駆体(主に3,4−ジメチル−2−ヘキセンおよび2,3−ジメチル−2−ヘキセン(3,4−DMHおよび2,3−DMH)を含んでいた。以下の表には、450℃の炉温度、1bar(絶対圧)の圧力、0.6h-1のWHSV(全有機体)、16/1mol/molのH2O/DMH、および3/1mol/molのH2/DMHにて1時間脱水素芳香族化を行った後に得られた結果を示す。
脱水素芳香族化は、電気で加熱した円筒型反応器で行った。約24gの触媒を反応器に充填し、水素を使用して400℃にて1時間活性化させた。使用した供給材料は、実施例3から得た二量化生成物であり、そのC8留分は約95質量%のo−キシレン前駆体(主に3,4−ジメチル−2−ヘキセンおよび2,3−ジメチル−2−ヘキセン(3,4−DMHおよび2,3−DMH)を含んでいた。以下の表には、450℃の炉温度、1bar(絶対圧)の圧力、0.6h-1のWHSV(全有機体)、16/1mol/molのH2O/DMH、および3/1mol/molのH2/DMHにて1時間脱水素芳香族化を行った後に得られた結果を示す。
実施例11
触媒の製造
100gのLa−Ce−ZrO2担体(MEL Chemicals、1.5〜2.5mm片、溶媒吸収0.37cm3/g)を、37mLのKOH溶液(濃度5%)を含浸させて吸水を行った。含浸させた担体を、2時間接触させた後に、120℃にて30分間乾燥させた。第2の含浸段階では、33.23gの硝酸テトラアミン白金(II)溶液(Pt含有量3.3%)を脱イオン水によって37mLの全溶液に製造し、担体に添加した。含浸させた担体を、2時間接触させた後に、120℃にて30分間乾燥させた。その後、第3の含浸段階では、5.002gのSnCl2・2H2Oと17.089gのLa(NO3)3・6H2Oとを35mLの脱イオン水に溶解し、これを添加した。この触媒を、2時間接触させた後に、120℃にて30分間乾燥させて、560℃にて3時間焼成した。この触媒(11)は、1%のPt、0.4%のK、2.4%のSn、5%のLa、および91.2%の担体を含んでいた。
触媒の製造
100gのLa−Ce−ZrO2担体(MEL Chemicals、1.5〜2.5mm片、溶媒吸収0.37cm3/g)を、37mLのKOH溶液(濃度5%)を含浸させて吸水を行った。含浸させた担体を、2時間接触させた後に、120℃にて30分間乾燥させた。第2の含浸段階では、33.23gの硝酸テトラアミン白金(II)溶液(Pt含有量3.3%)を脱イオン水によって37mLの全溶液に製造し、担体に添加した。含浸させた担体を、2時間接触させた後に、120℃にて30分間乾燥させた。その後、第3の含浸段階では、5.002gのSnCl2・2H2Oと17.089gのLa(NO3)3・6H2Oとを35mLの脱イオン水に溶解し、これを添加した。この触媒を、2時間接触させた後に、120℃にて30分間乾燥させて、560℃にて3時間焼成した。この触媒(11)は、1%のPt、0.4%のK、2.4%のSn、5%のLa、および91.2%の担体を含んでいた。
反応手順
本手順は実施例10と類似していた。以下の表には、525℃の炉温度、3bar(絶対圧)の圧力、0.6h-1のWHSV(全有機体)、22/1mol/molのH2O/DMH、および1.7/1mol/molのH2/DMHにて1時間脱水素芳香族化を行った後に得られた結果を示す。
本手順は実施例10と類似していた。以下の表には、525℃の炉温度、3bar(絶対圧)の圧力、0.6h-1のWHSV(全有機体)、22/1mol/molのH2O/DMH、および1.7/1mol/molのH2/DMHにて1時間脱水素芳香族化を行った後に得られた結果を示す。
実施例12
触媒の製造
触媒(12)は、実施例11と類似した方法で製造した。この触媒は、0.6%のPt、0.3%のGa、2.4%のSn、5%のLa、および91.7%の担体を含んでいた。第1の含浸段階でPtを添加し、それに応じて第2の含浸段階でSn、LaおよびGa(Ga(NO3)3・9H2Oに溶解した形で)を添加した。
触媒の製造
触媒(12)は、実施例11と類似した方法で製造した。この触媒は、0.6%のPt、0.3%のGa、2.4%のSn、5%のLa、および91.7%の担体を含んでいた。第1の含浸段階でPtを添加し、それに応じて第2の含浸段階でSn、LaおよびGa(Ga(NO3)3・9H2Oに溶解した形で)を添加した。
反応手順
本手順は実施例10と類似していた。以下の表には、500℃の炉温度、1bar(絶対圧)の圧力、0.6h-1のWHSV(全有機体)、16/1mol/molのH2O/DMH、および16/1mol/molのH2/DMHにて1時間脱水素芳香族化を行った後に得られた結果を示す。
本手順は実施例10と類似していた。以下の表には、500℃の炉温度、1bar(絶対圧)の圧力、0.6h-1のWHSV(全有機体)、16/1mol/molのH2O/DMH、および16/1mol/molのH2/DMHにて1時間脱水素芳香族化を行った後に得られた結果を示す。
C n-ブタンの脱水素/2-ブテンへの異性化
実施例13
触媒の製造
この触媒は、独国特許出願公開第19937107号の実施例4にしたがって製造した。
実施例13
触媒の製造
この触媒は、独国特許出願公開第19937107号の実施例4にしたがって製造した。
反応手順
n−ブテンの脱水素芳香族化は、電気で加熱した円筒型反応器で行った。約24gの触媒を反応器に充填し、水素を使用して500℃にて1時間活性化させた。使用した混合物の組成は以下の通りであった:n−C4H10:H2:H2O:N2:O2=8:1:4:0.9:0.2mol/mol。以下の表には、550℃、1.5bar、650h-1のGHSV(n−ブタン)にてn−ブタンの脱水素を行った後の結果を示す。
n−ブテンの脱水素芳香族化は、電気で加熱した円筒型反応器で行った。約24gの触媒を反応器に充填し、水素を使用して500℃にて1時間活性化させた。使用した混合物の組成は以下の通りであった:n−C4H10:H2:H2O:N2:O2=8:1:4:0.9:0.2mol/mol。以下の表には、550℃、1.5bar、650h-1のGHSV(n−ブタン)にてn−ブタンの脱水素を行った後の結果を示す。
実施例14 ブタンの脱水素で得たC 4 混合物の水素化および異性化
この反応は、2−ブテンの一部が平衡点を超えてシフトできるように、反応蒸留法で行う。この目的のために、ブタンの脱水素で得たC4混合物を、Al2O3(1.5mmの押出物)にPdを沈積させた触媒床をマルチチャンネル充填物に充填し、かつ理論上約40段のプレートを備えた直径50mmの塔に流す。この供給材料は、触媒床の上から直接塔に流す。そして触媒区域の上部(1〜5段)と下部(35〜40段)に、蒸留充填物を重点する。
この反応は、2−ブテンの一部が平衡点を超えてシフトできるように、反応蒸留法で行う。この目的のために、ブタンの脱水素で得たC4混合物を、Al2O3(1.5mmの押出物)にPdを沈積させた触媒床をマルチチャンネル充填物に充填し、かつ理論上約40段のプレートを備えた直径50mmの塔に流す。この供給材料は、触媒床の上から直接塔に流す。そして触媒区域の上部(1〜5段)と下部(35〜40段)に、蒸留充填物を重点する。
この塔は約8barの絶対圧(すなわち、反応域において約70℃の温度)にて使用する。供給速度は500g/hであり、充填する触媒の質量は500gであり、水素流量は約1〜3NL/hである。
この塔は完全還流で使用する。上部のC4は、唯一排ガスを介して少量が消失する。底部では、主に2−ブテンとn−ブタンとで構成される混合物が抜き取られる。
以下の結果が得られる。
実施例15 ラフィネートIIの異性化
この反応は、2−ブテンの含有量が平衡点を超えてシフトできるように、反応蒸留法で行う。この目的のために、ラフィネートIIを、Al2O3(1.5mmの押出物)にPdを沈積させた触媒床をマルチチャンネル充填物に充填し、かつ理論上約40段のプレートを備えた直径50mmの塔に流す。この触媒は塔の最上部に充填する。供給材料は触媒床に直接流す。触媒区域の下部には蒸留充填物を充填する。実施例14で得る供給材料とは異なり、ラフィネートIIは、少量のイソブタンとイソブテンもさらに含み、これらは頂部で抜き取られる。
この反応は、2−ブテンの含有量が平衡点を超えてシフトできるように、反応蒸留法で行う。この目的のために、ラフィネートIIを、Al2O3(1.5mmの押出物)にPdを沈積させた触媒床をマルチチャンネル充填物に充填し、かつ理論上約40段のプレートを備えた直径50mmの塔に流す。この触媒は塔の最上部に充填する。供給材料は触媒床に直接流す。触媒区域の下部には蒸留充填物を充填する。実施例14で得る供給材料とは異なり、ラフィネートIIは、少量のイソブタンとイソブテンもさらに含み、これらは頂部で抜き取られる。
この塔は約8.4barの絶対圧(すなわち、反応域において約65℃の温度)にて使用する。供給速度は500g/hであり、充填する触媒の質量は500gであり、水素流量は約1〜3NL/hである。
この塔は、高い還流比と少ない頂部抜き取り量で使用する。底部では、主に2−ブテンとn−ブタンとで構成される混合物が抜き取られる。
以下の結果が得られる。
101 n−ブタンを脱水素するための区域、 102 水素化および異性化を行うための区域、 103 2−ブテンからジメチルヘキセンへの二量化が行われる区域、 104 ジメチルヘキセンからo−キシレンへの脱水素芳香族化が行われる区域、 105 得られたo−キシレンを蒸留精製するための区域、 201 n−ブタンを脱水素するための区域、 202 区域(201)で得たC4流とC8流とを分離するための区域、 203 水素化および異性化を行うための区域、 204 二量化を行うための区域、 205 o−キシレンが蒸留精製される区域、 301 n−ブタンを脱水素するための区域、 302 脱水素芳香族化を行うための区域、 303 C4流とC8流とを分離するための区域、 304 水素化および異性化を行うための区域、 305 二量化を行うための区域、 306 o−キシレンが蒸留精製される区域、 106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、118、119、120、121、122、123、124、125、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221、222、223、307、308、309、310、311、312、313、314、315、316、317、318、319、320、321、322、323、324、325、326 導管
Claims (11)
- o−キシレンを製造する方法であって、
a)2−ブテンを3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンに二量化する段階と、
b)脱水素条件下で前記3,4−ジメチルヘキセンおよび/または2,3−ジメチルヘキセンを芳香族化して、o−キシレンを得る段階と、
を含む方法。 - (a1)ブタンを脱水素して、n−ブタン/n−ブテン/n−ブタジエン混合物を得る段階と、
(a2)異性化条件下で選択的に水素化(a1)を行って、n−ブタン/2−ブテンを含む混合物を得る段階と、
(a3)(a2)で得た2−ブテンを二量化して、C8留分が主に3,4−ジメチルヘキセンおよび2,3−ジメチルヘキセンを含むC8+生成混合物を得る段階と、
(b)(a3)で得たC8留分を脱水素条件下で芳香族化して、o−キシレンを得る段階と、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記ブタン脱水素(a1)および前記脱水素芳香族化(b)が個別の反応器で行われる、請求項2に記載の方法。
- 前記ブタン脱水素(a1)および前記脱水素芳香族化(b)が同じ反応器で行われる、請求項2に記載の方法。
- 前記ブタン脱水素(a1)および前記脱水素芳香族化(b)が直列に接続した2つの反応器で行われる、請求項2に記載の方法。
- (a2)で得た流れが、全ブテンに対して5質量%未満の1−ブテンを含む、請求項2から5までのいずれか1項に記載の方法。
- (a)で得た流れの前記C8留分が、90質量%を超える3,4−ジメチルヘキセンおよび2,3−ジメチルヘキセンで構成される、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- (b)で得た前記o−キシレン流が、50を超える指標[o−キシレンの質量%/(m−キシレンおよびp−キシレンの質量%)]を有する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 請求項3に記載の方法を実施するための装置であって、
n−ブタンを脱水素するための区域(101)と、水素化および異性化を行うための区域(102)と、2−ブテンからジメチルヘキセンへの前記二量化(段階(a))が行われる区域(103)と、前記ジメチルヘキセンからo−キシレンへの脱水素芳香族化が行われる区域(104)と、前記得られたo−キシレンを蒸留精製するための区域(105)とを含み、
− 前記区域(101)はさらに、n−ブタン含有流の供給導管(106)、ならびに水蒸気、水素、再利用n−ブタン、あるいは場合によりO2含有流それぞれの供給導管(107)、(108)および場合により(109)、ならびに前記生成流、排ガス、H2OおよびH2それぞれの抜き取り導管(110、111)および(112)を含み、
− 前記区域(102)は、前記ブタン脱水素(101)の前記生成流の前記供給導管(110)と接続される、ラフィネートIIまたはラフィネートIIIの供給導管(113)、H2の供給導管(114)、ならびに前記水素化および異性化の前記2−ブテン高含有生成流、あるいは、前記出発原料がラフィネートIIまたはIIIである場合は、i−ブタンおよび場合によりi−ブテンそれぞれの抜き取り導管(115)および場合により(116)を含み、
− 前記区域(103)は、前記水素化および異性化区域(102)の前記生成流の供給導管(115)、ならびに未転化ブタンの再利用、前記二量化の前記ジメチルヘキセン高含有生成流、あるいは副生成物として形成された三量体それぞれの抜き取り導管(108、117)および(118)を含み、
− 前記区域(104)は、前記二量化の前記生成流、水蒸気、場合により水素およびO2含有流、および未転化二量体それぞれの供給導管(117、119)および(120)、ならびに前記o−キシレン含有生成流、H2および排ガス、あるいはH2Oそれぞれの抜き取り導管(121、122)および(123)を含み、
− 前記区域(105)は、前記脱水素芳香族化の前記生成流の供給導管(121)、ならびに未転化ジメチルヘキセン、さらなる高沸点および低沸点溶剤、あるいはo−キシレンそれぞれの抜き取り導管(120、124)および(125)を含む装置。 - 請求項4に記載の方法を実施するための装置であって、
n−ブタンを脱水素するための区域(201)と、区域(201)で得た前記C4流とC8流とを分離するための区域(202)と、前記水素化および異性化を行うための区域(203)と、前記二量化を行うための区域(204)と、o−キシレンが蒸留精製される区域(205)とを含み、
− 前記区域(201)は、同時に前記脱水素芳香族化(段階(b))の役割も果たし、かつ前記n−ブタン含有出発原料、前記二量化区域(204)の生成流、再利用ブタン、水蒸気、あるいは場合によりO2含有流および水素それぞれの供給導管(206、207)、(208、209)および場合により(210)、ならびに不飽和C4流とo−キシレン高含有流とで構成される前記生成流、水素、あるいは水のそれぞれの抜き取り導管(211、212)および(213)を含み、
− 前記区域(202)は、供給導管(211)、ならびにC4流あるいはC8流それぞれの抜き取り導管(214)および(215)を含み、
− 前記区域(203)は、前記C4流あるいは水素それぞれの供給導管(214)および(216)を有し、ラフィネートIIまたはラフィネートIIIの供給導管(場合により前記C4流の前記供給導管(214)と接続される)、ならびにまた前記2−ブテン高含有生成流、あるいは場合によりi−ブタンおよび/またはi−ブテンそれぞれの抜き取り導管(218)および場合により(219)を含み、
− 前記区域(204)は、前記水素化および異性化の前記生成流の供給導管(218)、ならびに前記二量化の前記C8生成流、未使用のブタン、あるいは副生成物として形成された三量体それぞれの抜き取り導管(207、208)および(220)を含み、前記抜き取り導管(207)および(208)が前記区域(201)へと通じており、前記C8生成流(抜き取り導管207)が、適切な場合、前記蒸留区域(205)から得た未転化二量体の供給導管(221)と接続され、
− であって、前記区域(205)が、供給材料(215)、ならびに未転化二量体、高沸点および低沸点溶剤、あるいはo−キシレンそれぞれの抜き取り導管(221、222)および(223)を含む装置。 - 請求項5に記載の方法を実施するための装置であって、
n−ブタンを脱水素するための区域(301)と、脱水素芳香族化を行うための区域(302)と、前記C4流とC8流とを分離するための区域(303)と、前記水素化および異性化を行うための区域(304)と、前記二量化を行うための区域(305)と、o−キシレンが蒸留精製される区域(306)とを含み、
− 前記区域(301)はさらに、n−ブタン含有流の供給導管(307)、ならびに水蒸気、再利用n−ブタン、あるいは場合により水素およびO2含有流それぞれの供給導管(308、309)および場合により(310)、ならびに前記生成流の抜き取り導管(311)も含み、
− 前記区域(302)は、前記ブタン脱水素の前記生成流、前記二量化の前記生成流、あるいは場合により水素、O2含有流、および水蒸気それぞれの供給導管(311、312)および場合により(313)、ならびに不飽和C4流とo−キシレン高含有流とで構成される生成流、水素、あるいはH2Oそれぞれの抜き取り導管(314、315)および(316)を含み、
− 前記区域(303)は、供給導管(314)、ならびに前記C4流あるいはC8流それぞれの供給導管(317)および(318)を含み、
− 前記区域(304)は、前記C4流あるいは水素それぞれの供給導管(317)および(319)を有し、ラフィネートIIまたはラフィネートIIIの供給導管(場合により前記C4流の前記供給導管(317)と接続される)、ならびにまた前記2−ブテン高含有生成流、あるいは場合によりi−ブタンおよび/またはi−ブテンそれぞれの抜き取り導管(321)および場合により(322)を含み、
− 前記区域(305)は、前記水素化および異性化の前記生成流の供給導管(321)、ならびに前記二量化の前記C8生成流、未使用ブタン、あるいは副生成物として形成された三量体それぞれの抜き取り導管(309、312)および(323)を含み、前記抜き取り導管(309)および(312)が区域(301)および(302)へと通じており、前記C8生成流(抜き取り導管312)が、適切な場合、前記蒸留区域(306)から得た未転化二量体の供給導管(324)と接続され、
− 前記区域(306)は、前記供給導管(318)の他に、未転化二量体、高沸点および低沸点溶剤、あるいは所望の生成物であるo−キシレンそれぞれの抜き取り導管(324、325)および(326)も含む装置。
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