JP2015500284A - プロピレン生成を最大化するためのブテン類メタセシスプロセスの混相操作 - Google Patents
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Abstract
Description
「露点」という用語は、ガス状メタセシス反応混合物が所定の圧力で凝縮し始める温度を意味する。また、露点はガス状メタセシス反応混合物が所定の温度で凝縮し始める圧力である。
発明者は、混相反応条件下でメタセシス反応を操作することにより、レニウムメタセシス触媒、例えばRe2O7/Al2O3を使用して、低温メタセシス転化を増加させることができ、よって、プロピレン生産性が増加することを見出した。1つの実施形態では、プロセスは、混合ブテン類(1−ブテンおよび2−ブテン類)の、エチレン、プロピレン、未反応の混合ブテン類、ペンテン類、およびヘキセン類を含む生成混合物へのメタセシスを含む。本明細書で記載される気相および液相での実験は、平衡計算は、予期されるブテン類転化および生成物選択性を正確に予測することを示した。メタセシス転化値は、気相および液相実験の両方でおよそ62%であることが見出された。発明者は、所定の温度(すなわち、50℃および75℃)で露点圧力超だが、沸点圧力未満で操作することにより、ブテン類転化が、約2%と10%の間の量だけ増加し得ることを見出した。50℃および40psigでのブテン類メタセシスの場合、同じ温度での液相反応と比べて、転化は約62%から約67%まで約5%の量だけ増加した。75℃および90psigでのブテン類メタセシスの場合、同じ温度での気相反応と比べて、転化はまた、約62%から約67%まで約5%の量だけ増加した。ある一定の実施形態では、反応は平衡生成混合物の露点曲線直下の圧力で操作される。この圧力での操作により、ブテン類のメタセシスの場合、より重質な生成物、例えばペンテン類およびヘキセン類が、触媒上または触媒の細孔内で優先的に凝縮するが、ブテン類のメタセシスの場合、より軽質な成分、例えばエチレンおよびプロピレンは、凝縮しない傾向があり、またはより低い程度まで凝縮すると考えられる。より重質な生成物の凝縮は、触媒細孔からのより軽質な成分の有効な除去のための駆動力を誘導すると考えられ、ブテン転化を増加させる反応平衡のシフトが得られる。
この発明の方法およびシステムにおいて使用するための好適なオレフィン供給原料ストリームとしては、限定はされないが、C2〜C12オレフィン類の混合物が挙げられる。ある一定の実施形態では、オレフィン類の混合物はエチレンおよびブテン類を含む。他の実施形態では、オレフィン類の混合物は1−ブテンおよび2−ブテン類を含むブテン類を含む。他の実施形態では、オレフィン類の混合物はエチレンおよびペンテン類を含む。
<序論>
混合ブテン類のプロピレンおよびヘキセン類への転化は経済的に非常に魅力的であり、というのは、ブテン類は低価値クラッカ副産物であるからである。混合ブテン類はスチームクラッカユニットからの副産物として現在生成されており、同様に、他の型のクラッカユニットから意図的に生成され得る。より重質な供給物が分解されるので、この発明のメタセシスプロセスにおいて使用するために入手可能なブテン類の量は、将来増加するであろうことが予期される。
メタセシス反応の全体の化学量論は下記である:
3C4H8→2C3H6+C6H12
1964年にフィリップス石油(Philips Petroleum)のバンクス(Banks)およびベイリー(Bailey)により最初に報告されたオレフィンメタセシス反応は、炭素−炭素二重結合の開裂および再形成によるオレフィン類の可逆転位である。この反応では、2つのオレフィン類が反応し、続いて、二重結合の再編成が起こり、2つの再編成されたオレフィン類が形成され−置換基R1−4が交換され、すなわち下記となる。
上記のように、正味の化学量論により、消費される2−ブテン類の各分子に対し2分子の1−ブテンの転化が必要とされる。このため、リサイクルされた2−ブテン類のいくらかを1−ブテンに転化することがおそらく必要であろう。供給物中の1−ブテンの量によって、供給物中の2−ブテン類のいくらかも、同様に異性化することが望ましい可能性がある。この相互転化または二重結合シフト異性化は、比較的容易な反応である。活性触媒としては、アルカリまたはアルカリ土類金属酸化物、とりわけ酸化マグネシウム、貴金属、およびゼオライトが挙げられる。平衡は2−ブテン類異性化に対する主制限である。平衡は圧力に依存しないが、温度には依存し、より高い温度は1−ブテンに好都合である。
我々は50℃の温度にて気相条件および液相条件で操作されたメタセシス反応間の差を調査した。図2は、2つの異なる相で実施した実験間の差を示す。各実験は、同一の、1.5hr−1の単位時間当たりの重量空間速度(WHSV)、2:1の1−ブテン:2−ブテン供給比および50℃の温度で実行した。2つの実験間の唯一の差は操作圧であり、結果として相であった。気相反応は、10psigで操作し、液相反応は400psigで操作した。
我々は50℃の温度にて混相条件および液相条件下で操作されたメタセシス反応間の差を調査した。図5は、2つの異なる条件で実施した実験間の差を示す。各実験は、同一の、1.5hr−1の単位時間当たりの重量空間速度(WHSV)、2:1の1−ブテン:2−ブテン供給比および50℃の温度で実行した。2つの実験間の唯一の差は操作圧であり、結果として相であった。液相反応は400psigで操作し、混相反応は40psigで操作した。2つの重要な差はデータから明らかであり、これは図2および3ならびに図5および6に示され:(1)混相反応では、液相反応よりほぼ10倍長い触媒寿命が得られ、(2)混相反応では、液相反応より高いブテン類転化が示された。
我々はまた75℃の温度にて混相条件および気相条件下で操作されたメタセシス反応間の差を調査した。図7は観察された差を示す。各実験は、同一の、1.5hr−1の単位時間当たりの重量空間速度(WHSV)、2:1の1−ブテン:2−ブテン供給比および75℃の温度で実行した。気相反応は40psigで操作し、混相反応は90psigで操作した。再び、混相条件下で操作すると、およそ62%から67%までの総ブテン類転化の増加が得られたことが明らかに証明された。混相および気相反応は同様の非活性化曲線に従うこともまたわかる。
5wt%Re2O7/Al2O3触媒を液相で100℃にて試験し、ベースライン非活性化挙動を決定した。図8における菱形データ点は、触媒はほぼ14時間、ストリームに対し62%のその平衡転化値を保持し、続いて、およそ30時間の総時間により、ストリームに対して完全に非活性化されることを示した。触媒をその後、500℃でインサイチュー酸化に供した。これに続いて、メタセシス反応条件に再曝露し、完全非活性化曲線を再び決定した。図8における丸データ点から、触媒はそのオリジナル活性の100%を取り戻すが、新たな触媒よりもわずかに早く非活性化されることがわかる。図8における三角形データ点により示されるように、第2の非活性化後、触媒は2度目に再生され、再び、触媒は、そのオリジナル活性の100%に到達することが見出された。このデータは、触媒が効率的にかつ効果的に、初期触媒活性の損失なく、繰り返し再生され得ることを明確に示す。
Claims (25)
- オレフィン供給ストリームを、メタセシス反応器内で、オレフィン反応混合物を液相成分および気相成分を含む混相条件で維持するのに十分な反応温度および反応圧力でメタセシス触媒と接触させ、オレフィン排出ストリームを生成させる工程と、
オレフィン生成物を前記オレフィン排出ストリームから回収する工程と、
を含むオレフィンメタセシスのための方法。 - 前記排出ストリームを分別し、複数の画分ストリームを形成させる工程と、
前記複数の画分ストリームの少なくとも1つの少なくとも一部を前記メタセシス反応器にリサイクルさせる工程と
をさらに含み、
前記オレフィン生成物を回収する工程は、前記オレフィン生成物を前記複数の画分ストリームの少なくとも1つの少なくとも一部から回収する工程を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数の画分ストリームの少なくとも1つの少なくとも一部をオレフィン異性化反応器に向かわせ、その中で、これをオレフィン異性化反応に供する工程をさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 前記複数の画分ストリームの少なくとも1つの少なくとも一部を芳香族化反応器に向かわせ、その中でこれを芳香族化反応に供する工程をさらに含む、請求項2または3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記オレフィン供給ストリームをメタセシス触媒と接触させる前に、前記オレフィン供給ストリームをオレフィン異性化反応器に向かわせ、その中でこれをオレフィン異性化反応に供する工程をさらに含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応圧力は前記反応温度での前記反応混合物の露点圧力より高い圧力である、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応圧力は前記反応温度での前記反応混合物の露点圧力より高く、沸点圧力より低い、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応温度および反応圧力は、前記オレフィン反応混合物が2相系、液相および気相として存在するように選択され、前記オレフィン反応混合物の成分は液相にあり、前記オレフィン反応混合物の成分は気相にある、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応圧力は、前記反応温度での前記オレフィン反応混合物中のより重質なオレフィン類の少なくとも1つの露点圧力より高い、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応温度は40℃から100℃であり、前記反応圧力は、前記オレフィン反応混合物を、オレフィン反応混合物相図の混相領域で維持するのに十分である、請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応温度は40℃から90℃であり、前記反応圧力は、前記オレフィン反応混合物を、オレフィン反応混合物相図の混相領域で維持するのに十分である、請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応温度は、40℃から80℃であり、前記反応圧力は、前記オレフィン反応混合物を、オレフィン反応混合物相図の混相領域で維持するのに十分である、請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応温度は40℃から60℃であり、前記反応圧力は、前記オレフィン反応混合物を、オレフィン反応混合物相図の混相領域で維持するのに十分である、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記オレフィン供給ストリームはC2〜C12オレフィン類の混合物を含む、請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記オレフィン供給ストリームはエチレンおよびブテン類を含む、請求項1から14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記オレフィン供給ストリームはエチレンおよびペンテン類を含む、請求項1から15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記オレフィン供給ストリームは1−ブテンおよび2−ブテン類を含むブテン類ストリームである、請求項1に記載の方法。
- 前記反応圧力は、エチレン、プロピレン、ノルマルブテン類、2−ペンテン、および3−ヘキセンを含む前記オレフィン反応混合物の露点圧力より高い、請求項1から17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応圧力は少なくとも3−ヘキセンの露点より高い、請求項1から17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒はオレフィンメタセシスを可能にする触媒を含む、請求項1から19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒は、担持および非担持モリブデンメタセシス触媒、タングステンメタセシス触媒、レニウムメタセシス触媒、ニオブメタセシス触媒、タンタルメタセシス触媒、テルルメタセシス触媒、ならびにそれらの混合物または組み合わせからなる群より選択される、請求項1から20のいずれか1項に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒は担持モリブデンメタセシス触媒、担持タングステンメタセシス触媒、担持レニウムメタセシス触媒、担持ニオブメタセシス触媒、担持タンタルメタセシス触媒、担持酸化テルルメタセシス触媒、担持モリブデンおよびタングステン硫化物メタセシス触媒、担持モリブデンおよびタングステンヘキサカルボニルメタセシス触媒、ならびにそれらの混合物または組み合わせからなる群より選択される、請求項1から21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒はレニウムメタセシス触媒を含む、請求項1から22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒は担持レニウムメタセシス触媒を含む、請求項1から23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記担持レニウムメタセシス触媒はRe2O7およびAl2O3を含む、請求項24に記載の方法。
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