JP2012510445A - 酸触媒存在下で使用前にアルコールを精製する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記使用の例としてはエタノールによりイソブテンおよびイソアミレンをエーテル化してETBEおよびETAEを作る方法や、アルコールの自己エーテル化または脱水によりオレフィンを作る方法がある。
特許文献1(米国特許第US 4207424号明細書)には、有機シリル化剤で高温度で予め処理したアルミナ触媒の存在下でアルコールを脱水して不飽和有機化合物を作るアルコールの接触脱水プロセスが記載されている。
(1)エーテル化反応に適した条件下にある酸タイプの触媒の存在する反応域中で、少なくとも一種のアルコールと触媒を不活性化できる量の窒素−含有化合物を含む軽オレフィンがリッチな炭化水素とを接触させる。
(2)上記反応域からの流れを分離して、エーテルリッチな少なくとも一つの第1フラクションと、残留アルコールのメジャーな部分と、窒素−含有化合物とを含む第2のフラクションとを作り、
(3)第2フラクションをする。
このプロセスの特徴は、反応域へ再循環する前に第2フラクションを酸吸着剤と接触させる少なくとも一つの段階を有する処理をして窒素−含有化合物の濃度を少なくとも50%だけ下げる点にある。
(1)ミクロポーラス・アルミノ珪酸塩、例えばシリカライト、モルデナイト、Xゼオライト、好ましくはYゼオライト、
(2)酸基、例えばスルホン酸がグラフクされたマクロポーラス樹脂、
(3)酸(例えばリン酸または硫酸)を含浸したシリカ、
(4)酸(例えばリン酸または硫酸)で未変成または含浸した活性炭、
(5)活性アルミナ、
(6)変成または酸処理したクレー、
(7)モレキュラーシーブ、
(8)結晶質かつミクロポーラスなアルミノホスフェート、
(9)メソポーラスなアルミノ−シリカ。
(1) 酸タイプの触媒を収容した反応域(C)を用意し、
(2) 収着剤および/または吸収剤の組合せを収容した反応域(B)を用意し、
(3) 不純物を含むアルコール流を用意し、
(4)(3)のアルコール流を反応域(B)に導入して、反応域(C)の酸タイプの触媒に悪影響を与える不純物の量を減らすのに有効な条件下で上記吸収剤と接触させ、
(5)段階(4)からアルコール流を取出し、それを反応域(C)に導入し、
(6) 必要に応じて一種または複数の反応物(R)を反応域(C)へ導入し、
(7) 有価物の流出流を回収するのに有効な条件下で反応域(C)を運転する。
R1−C=N−R2
(ここで、R1はヒドロカルビル単位または水素であり、R2はヒドロカルビル単位、水素、ヒドロキシル単位またはアルコキシ単位である)、例えばイミン。
(1)ミクロポーラスなアルミノ−シリケート、例えばシリカライト、モルデナイト、Xゼオライト、好ましくはYゼオライト、
(2)酸基をグラフトしたマクロ孔質樹脂(例えばスルホン酸)、
(3)アニオン能を強化した強酸性イオン交換樹脂(例えば第四アミンをグラフトした高分子樹脂)
(4)酸(例えばリン酸または硫酸)を含浸したシリカ、
(5)未変成または酸(例えばリン酸または硫酸)を含浸した活性炭、
(6)活性アルミナ、
(7)未変成または酸で処理したクレー、
(8)モレキュラーシーブ、
(9)結晶性のミクロポーラス・アルミノホスフェート、
(10)メソポーラスアルミノ−シリカ。
上記酸吸着剤は約400℃に加熱するか、酸性水溶液でイオン交換して容易に再生できる。
他のアルコール流とそのプロセスとしては、エタノール、メタノール、t-アミルアルコールが挙げられる。
(1)H+またはNH4 +-形のMFI、MEL、FER、MOR、クリノプチロライトの中からゼオライトを選択する(Si/Al比は4〜500が好ましい)、
(2)少なくとも0.05重量%のPを導入するのに有効な条件でPを導入し、
(3)固体がある場合には、液耐から固形物を分離し、
(4)必要に応じて洗浄段階または乾燥段階または乾燥段階後に水洗段階を行い、
(5)か焼段階(XTOの触媒およびOCPの触媒は同じものか、異なる)。
低Si/Al比のゼオライトは有機テンプレートを直接添加するか、せずに予め製造する。
(1)H+またはNH4 +-形のMFI、MEL、FER、MOR、クリノプチロライトの中からゼオライト(この実施例ではSi/Al比は4〜500、好ましくは4〜30)を選択し、
(2)400〜870℃の温度で0.01〜200時間スチーム処理し、
(3)ゼオライトからAlの実質的部分を除去するのに有効な条件下で酸性水溶液でリーチングし、
(4)少なくとも0.05重量%のPを導入するのに有効な条件下でPの供給源を含む水溶液を用いてPを導入し、
(5)液体からの固形物を分離し、
(6)任意の洗浄段階または任意の乾燥段階または任意の乾燥段階後の任意の洗浄段階を行い、
(7)か焼する段階。
エタノールを全く精製なし製造する
脱水触媒は市販のシリカライト(S115、UOP、Si/Al=150)をスチーム処理と酸処理とを組み合わせた脱アルミ化処理してSi/ Al比を270にした。次いで、脱アルミ化されたゼオライトをバインダとしてのシリカと一緒に押出した。顆粒中の70%はゼオライトである。この触媒の詳細な製造方法は特許文献10(欧州特許第EP 1194502-B1号公報)に記載されている(実施例1)。
[表3]は粗バイオエタノールを処理する前に高純度のエタノールを処理したときの触媒活性を示している。
[表4]は粗エタノールを処理した後に高純度のエタノールを処理し、触媒を再生させた時の触媒活性を示している。
[表3]と[表4]とを比較すると、触媒性能はほぼ同じであることを示している。
従って、触媒の劣化は回収不能ではないことを示している。触媒劣化の原因は触媒の酸サイトに選択的に反応する化合物のためであろう。
本発明によって上流で精製するエタノールの脱水
触媒の酸サイトと選択的に反応する化合物を除去するために、上流側で精製段階を実行した。この精製段階は下記を含む:
(1)ニトリルおよびアルデヒド化合物の水素化すなわち両性の化学種を塩基性有機化合物へ変換する。この段階はNi-ベースの触媒を用いて下記運転条件で行う:Ni−ベース触媒、LHSV(EtOH)=12h-1、H2/EtOH=3.3N1/I、外界温度、絶対圧力=2バール
(2)次いで、得られた塩基性化合物を下記条件下で酸吸着剤上での吸着によって除去する:A15 Wetスルホン酸樹脂、LHSV(EtOH)=6h-1、外界温度および圧力。
精製されたバイオ-エタノールは市販のシリカライト(S115、UOP、Si/Al=150)を用いた脱水部へ送る。リカライト(S115、UOP、Si/Al=150)をスチーム処理と酸処理とを組み合わせた脱アルミ化処理してSi/ Al比を270にした。
次いで、脱アルミ化されたゼオライトをバインダとしてのシリカと一緒に押出した。顆粒中の70%はゼオライトである。この触媒の詳細な製造方法は特許文献10(欧州特許第EP 1194502-B1号公報)に記載されている(実施例1)。
LHSV(EtOH)=7h-1、EtOH/H2O混合物95/5重量%、380℃および400℃、絶対圧力2バール下。
[表5]、[図2]および[図3]は上流側で精製した粗バイオエタノールを処理した時の触媒の触媒性能をまとめてしめしたものである。精製処理のおかげで、触媒性能は高純度のエタノールを用いて得られるものに非常に近いものになる。
エタノール精製部が無いと、触媒は非常に急速に失活する。絶対圧力2バール下、7h-1のLSHV(EtOH)、400℃、EtOH/H20混合物95/5重量%を使用した場合、脱水触媒は10時間運転した後に不活性化し始め、10時間以内にエタノール変換率(C-基準)は100重量%から60重量%まで低下し、C2=収率も同じ傾向を示し、96重量%Cから(図4)46重量%Cに落ちる(図4)。
この実験では改良された精製部を使用するとの利点を示す。精製段階は以下を含む:
(1)ニトリルおよびアルデヒド化合物を水素化して、両性の化学種を塩基性有機化合物へ変換する。この段階はNi-ベースの触媒で下記運転条件で行う:Niベース触媒、LHSV(EtOH)=2.4h-1、H2/EtOH=5.6 N1/1、外界温度および絶対圧力15バール下。
(2)得られた塩基性化合物は下記条件で酸性吸着剤上の吸着によって除去した: H-Y ゼオライト収着剤(Si/Al=2.7)、LHSV(EtOH)=1.2h-1、外界温度および絶対圧力15バール。
(3)次いで、エタノールを強アニオンイオン交換樹脂と強酸性イオン交換樹脂とを組み合わせたものを通して、脱水触媒の活性に悪得依拠を与える残留汚染物を除去する。
上記精製粗バイオエタノールを処理した時の下記運転条件下で得た脱水結果は[表7]に記載されている:絶対圧力2バール、400℃、LSHV(EtOH)=7h-1、EtOH/H2O混合物95/5重量%。
極めて優れた触媒性能が得られている。脱水触媒は120時間の触媒テスト時間中、非常に良好な安定性を示した。
Claims (11)
- 下記(1)〜(7)を含むアルコールの精製方法:
(1) 酸タイプ触媒を収容した反応域(C)を用意し、
(2) 収着剤および/または吸収剤の組合せを収容した反応域(B)を用意し、
(3) 不純物を含むアルコール流を用意し、
(4)(3)のアルコール流を反応域(B)に導入して、反応域(C)の酸タイプの触媒に悪影響を与える不純物の量を減らすのに有効な条件下で上記吸収剤と接触させ、
(5) 段階(4)からアルコール流を取出し、それを反応域(C)に導入し、
(6) 必要に応じて一種または複数の反応物(R)を反応域(C)へ導入し、
(7) 有価物の流出流を回収するのに有効な条件下で反応域(C)を運転する。 - 不純物がニトリル、アルデヒド、ケトン、カルボキン酸、カルボン酸エステル、アミド、対応するチオ化合物およびイミンからなる群の中から選択される請求項1に記載の方法。
- 段階(4)で段階(3)のアルコール流れの一部のみを処理し、未処理の部分と混合して反応域(C)に導入する請求項1または2に記載の方法。
- 段階(4)の前に、段階(3)のアルコール流を水素化触媒を収容した反応域(A)へ導入して、水素の存在下で、(i)不純物の一部または全部を反応域(B)の酸吸着剤に保持可能な変成された不純物に変換するのに有効な条件下または(ii)不純物一部または全部を反応域(C)酸タイプの触媒に悪影響を与えない変成された不純物へ変換するのに有効な条件下でまたは(i)+(ii)の両方の条件下で、上記触媒と接触させる請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 段階(3)のアルコール流の一部のみを反応域(A)で処理し、未処理の部分と混合して反応域(B)に導入する請求項4に記載の方法。
- 反応域(B)中で酸性吸着剤を水素化触媒としても働かせる請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 反応域(A)がなく、反応域(B)中でアルコール流を上記触媒と接触させ、水素の存在下で、(i) 不純物の全部または一部が反応域(B)の触媒に保持可能な変成された不純物に変換される条件下または(ii) 不純物の全部または一部を反応域(C)の酸タイプの触媒に悪影響を与えない変成された不純物に変換するのに有効な条件下または(i)+(ii)の両方の条件下で、上記触媒と接触させる請求項6に記載の方法。
- 段階(3)のアルコール流の一部のみを反応域(B)で処理し、未処理の部分と混合して反応域(C)に導入する請求項7に記載の方法。
- 反応域(C)でアルコールの脱水を行う請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 反応域(C)でオレフィンをエーテル化し、段階(6)の反応物(R)がそのオレフィンである請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 反応域(C)でアルコールの自己エーテル化を行う請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
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