JP5053493B2 - エチレンを塩化ビニルに転化する方法および該方法のために有用な新規触媒組成物 - Google Patents

エチレンを塩化ビニルに転化する方法および該方法のために有用な新規触媒組成物 Download PDF

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Description

【0001】
塩化ビニルモノマー(VCM)は、大量に使われ用途が広いプラスチック材料であるポリ塩化ビニル(PVC)樹脂の製造に際してモノマーとして広く用いられている。本明細書において開示する本発明は、エチレン含有ストリームからVCMを触媒により製造するための方法および触媒に関する。本方法は、単一反応器系内でのVCMの直接的製造を可能にする新規触媒を用いる。実質的な別の利点として、エタンもこの反応器系への原料として含めてよい。
【0002】
現在、VCMは、最初にエチレンを塩素化して1,2−ジクロロエタンを生成させることによりエチレンと塩素から最も一般的に製造されている。次に、1,2−ジクロロエタンは、熱的に脱塩酸されてVCMと塩化水素(HCl)副生物が生成する。脱塩酸反応器内で生成するHClは一般に捕捉され、オキシクロリネーション反応器に供給される。オキシクロリネーション法は、エチレン、HClおよび酸素を1,2−ジクロロエタンに触媒により転化し、この1,2−ジクロロエタンはまた脱塩酸されてVCMが生成する。従って、上述した方法は、一般に、三つの別個の反応器セクション、すなわち、直接塩素化セクション、オキシクロリネーションセクションおよび脱塩酸セクションを含む。この方式で運転されるプラントは、エチレン、塩素および酸素を導入し、実質的にVCMと水を生成させる。三つの反応器セクションの複雑さのゆえに、単一反応器セクション内で炭化水素原料から直接VCMを製造する方法が探索されてきた。
【0003】
さらに、エチレンは製造するのに資本集約的材料であり、エチレンのコストは、一般に、上述した方法によるVCM製造の全コストの中で重要な要素である。まさに従来のバランス技術のこの最後に記載した欠点のゆえに、出発材料としてエタンからVCMを製造する方法を商業化することも長く探索されてきた。
【0004】
エタンによる方法とエチレンによる方法の両方に共通しているVCMの直接製造に関する先行技術の別の欠点は、VCMに対する望ましいとは言えない選択性(多くの場合、30%未満)に関するものである。このVCMに対する望ましいとは言えない選択性は、主として、オキシクロリネーション反応中に副生物が生成することによる。副生物の大部分は、エタンなどの炭化水素が酸化して主としてCOおよびCO2(それらの組み合わせをCOXと呼ぶ)が生じることにより発生する燃焼生成物から由来するか、あるいは副生物は種々の塩素化炭化水素誘導体(一般には、塩化エチレン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、1,1−ジクロロエチレン、シス−1,2−ジクロロエチレン、トランス−1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレンおよびパークロロエチレン)である。三塩素化物質、四塩素化物質、五塩素化物質および六塩素化物質の生成は、毒性および物理的特性のために特に好ましくない。先行技術では、主としてベントし処分するか、あるいは塩素化副生物を選択的に分離し一部をオキシクロリネーション反応器に再循環して戻すかのいずれかによって、これらの副生物を処理することが提案されてきた。一般に、再循環には、再循環生成物をオキシクロリネーション反応器内で利用する前に多くの精製・転化工程を必要とする。例えば、不飽和塩素化炭化水素は、一般に、水素添加工程によって飽和形態に転化される。
【0005】
本発明には、上述したような公知のVCM製造方法にある欠点がない。本発明の第1の態様において、VCMをエチレンから製造できる「バランスVCM法」と比べて、エタンとエチレンから、あるいは生成物ストリームからエチレンを再循環することで本質的にエタンからVCMを製造できる単純化VCM法が得られる。この第1の態様による塩化ビニルの製造方法は、必須工程として(a)塩化ビニル、エチレンおよび塩化水素を含む生成物ストリームを製造するのに充分な条件下で、触媒を含む反応器内でエチレン、酸素源および塩素源を含む反応物を組み合わせる工程と、(b)工程(a)において用いるために前記生成物ストリーム中のエチレンを再循環して戻す工程とを含む。工程(a)のための対象エチレンは、別の炭化水素出発物質としてエタンを伴うことが可能であり、そして事実上エタンを必須C2炭化水素原料として経時的に単独で用いるように生成物ストリームからの再循環エチレンのみを含むことが可能である。好ましい実施形態において本方法のために用いられる触媒は、この特定の実施形態において触媒が鉄および銅を実質的に含まないことを条件とし、セリウムが存在する時、触媒はセリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素をさらに含むことをさらに条件として、多孔質希土類元素含有材料(「希土類材料」)として特徴づけてよい。
【0006】
本発明の第2の関連態様において、前述した方法のための触媒として有用な物質の組成物が得られる。本組成物は式MOClの組成物であり、式中、Mは、セリウムが存在する時、セリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素も存在することを条件として、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、ルテチウムまたはそれらの混合物から選択された少なくとも一種の希土類元素である。この組成物を形成する方法は、(a)水、アルコールまたはそれらの混合物のいずれかを含む溶媒中で希土類元素または二種以上の希土類元素の塩化物塩の溶液を調製する工程と、(b)沈殿物の生成を引き起こすために窒素含有塩基を添加する工程と、(c)MOCl組成物を形成するために前記沈殿物を収集し、乾燥し、カ焼する工程とを含む。
【0007】
本発明の第3の関連態様において、前述した方法のための触媒として有用な物質の別の組成物が得られる。本組成物は式MCl3の組成物であり、式中、Mは、セリウムが存在する時、セリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素も存在することを条件として、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、ルテチウムまたはそれらの混合物からの少なくとも一種の希土類元素である。この組成物を形成する方法は、(a)水、アルコールまたはそれらの混合物のいずれかを含む溶媒中で希土類元素または二種以上の希土類元素の塩化物塩の溶液を調製する工程と、(b)沈殿物の生成を引き起こすために窒素含有塩基を添加する工程と、(c)前記沈殿物を収集し、乾燥し、カ焼する工程と、(d)前記カ焼した沈殿物を塩素源と接触させる工程とを含む。
【0008】
前述したように、本発明の方法を区別する重要な特徴は、第1の工程を実施する反応器に生成物ストリームからエチレンを再循環して戻すことである。好ましくは、技術上知られている方法による乾燥後、生成物ストリーム中に生成した塩化水素も第1の工程中で用いるために再循環して戻される。生成物ストリーム中に存在する一酸化炭素も本方法の第1の工程に再循環して戻してよい。
【0009】
公知の方法とは異なり、本明細書に記載された特性をもつ触媒の使用によって、エチレン含有原料から本発明の方法により高いVCM選択性をもたらすことが可能である。一般に、本方法に関するVCM選択性は、転化されたC2に基づいて50%より高い。C2は、単独の炭化水素源として、あるいはエタンと組み合わせて反応器系にフィードされるエチレンを指す。好ましくは、VCM選択性は、転化されたC2に基づいて60%より高い。より好ましくは、VCM選択性は、転化されたC2に基づいて65%より高く、最も好ましくは、本方法に関するVCM選択性は、転化されたC2に基づいて70%より高い。より高いVCM選択性の一つの理由は、本方法のための代表的な運転温度(VCMを製造するための比較先行技術法において開示された温度より一般に低い)で、本明細書において開示された触媒が三塩素化物質、四塩素化物質、五塩素化物質および六塩素化物質などの、より高度な好ましくない塩素化物質の大幅に低いレベルを可能にするという事実による。
【0010】
本方法の別の利点は、炭化水素源としてエチレンと合わせてエタンを用いてよいことである。好ましくは、エタンの多くは、反応器内で酸化により脱水素され、エチレンになる。本発明の触媒および方法は、生成物ストリームからエチレンの一部または全部を直接的に反応物ストリームに再循環して戻すことを可能にする。生成物ストリーム中に存在する一切の未反応エタンを本方法の第1の工程に有利に再循環して戻すことも可能である。任意に、燃焼生成物などの他の軽質ガスを再循環ストリーム中に含有することが可能である。エタンの共原料を用いる時、本プロセスは、好ましくは、生成物ストリーム中のエチレンの全モル/分(すなわち、「流束」)が反応器に入るエチレンの全モル/分に実質的に等しいようなエチレン収支(balance)で運転される。実際上、エチレンは、消費されずに連続的に再循環される様相を呈する一方で、エタンは反応器内で実質的に消費される。従って、本発明を実施する好ましい態様は、再循環ストリームが第1の工程のための唯一のエチレン源となり、エタンが本プロセスへの新しいC2炭化水素の供給源となることである。
【0011】
好ましい塩素源および酸素源は気体である。最も好ましい酸素源は酸素である。好ましい塩素源は、塩化水素、塩素、反応活性塩素を含有する塩素化炭化水素およびそれらの混合物を含む。「反応活性塩素を含有する塩素化炭化水素」と考えられる好ましい塩素源には、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、塩化エチルおよびそれらの混合物が挙げられる。最も好ましくは、塩素ガス(Cl2)の少なくとも多少の量は反応物ストリーム中に連続的に存在する。Cl2を塩素源として反応物ストリーム中で用いる時、いかなる条件組についても、塩素をそれほど用いない場合に比べて燃焼生成物(COX)の量を減少させることができることがこの点に関して結論づけられた。あるいは、もう一つの塩素源、例えば、塩化水素(生成物ストリームから回収され再循環される塩化水素を含む)を通常運転における唯一の塩素源として用いようと考慮している場合、初期と本プロセスの中断後の両方でCl2を触媒に供給した後、触媒を処理するか状態調節するためにCl2を用いなかった状況に比べて、Cl2による処理(または前処理)後にこれらの燃焼生成物を生じさせる触媒の傾向を実質的に減少させることができるということをさらに見出すと、本プロセスをオンラインに完全に戻す。
【0012】
本明細書における開示を考慮すると、当業者は、塩化ビニル、エチレンおよび塩化水素を含む生成物ストリームを製造するのに条件が充分であるように反応器内の条件を変えることが可能である。一般に当業者が変える条件には、反応物のモル原料比、温度、圧力および空間時間が挙げられる。反応器は、好ましくは350℃より高い温度、より好ましくは375℃より高い温度と、500℃より低い温度、より好ましくは450℃より低い温度との間に維持される。反応器は、一般に、大気圧と3.5メガパスカル(MPa)ゲージ(500ポンド/平方インチゲージ(psig))の間で維持される。加圧運転は下流処理運転に相当な融通性を可能にする。より高い圧力が分離装置の運転への材料の移動、および分離装置の運転を通した材料の移動のために推進力を提供するからである。運転圧力は、好ましくは大気圧と2.1MPaゲージ(300psig)との間、最も好ましくは大気圧と1.11MPaゲージ(150psig)との間である。本方法は、固定層方式または流動層方式のいずれかで実施することが可能である。但し、流動法は好ましい。
【0013】
もう一つの態様は、本発明の方法のために用いられる触媒に関わる。前述した方法が本明細書において開示されている触媒について主として焦点を当てている一方で、本触媒は、例えば、触媒前駆物質、再生可能吸収剤、触媒担体および他の方法のための触媒として、確かに別の有用性を有する。例として、希土類オキシ塩化物は、それらのオキシ塩化物をHClにさらすことにより再生可能塩基として用いることが可能である。ここで希土類オキシ塩化物は水を遊離して、希土類塩化物に転化される。希土類塩化物を水にさらすと、HClを遊離して希土類オキシ塩化物に逆に転化する。希土類オキシ塩化物の粒子およびペレットが塩素化後に形の過度な変化も寸法の過度な変化も受けないことは注目に値する。それに反して、希土類の純酸化物は、塩素化後に過度な変化を受ける可能性があり、その変化は、製造された粒子の激しい破損を引き起こす。希土類塩化物はメタノールとも反応して塩化メチルを生成させる。従って、HClのない塩化メチルの製造のための触媒プロセス中で本触媒を用いることが可能である。
【0014】
本触媒は、エタン、酸素およびHClなどの塩素源のストリームを本触媒と接触させると主としてエチレンとHClを含むストリームを生成させるので、エタンの脱水素のためにも有用でありうる。さらに、塩化エチル、1,2−ジクロロエタンおよび1,1,2−トリクロロエタンの一種以上を含有するストリームと本触媒を接触させると、これらの材料の水素化脱塩素が生じて、HClとそれぞれの対応する不飽和炭化水素またはクロロ炭化水素を生成させる。さらに、銅塩を本触媒と接触させる時(沈降中に溶液中に銅塩が存在することにより、あるいはカ焼した触媒に銅含有溶液を導入することによるのいずれかにより)、本触媒をHClで処理すると、1,2−ジクロロエタンへのエチレンのオキシクロリネーションのために有用である触媒をもたらす。本触媒は、COXの生成を増加させずに、より高い温度で作用する能力のゆえに特に望ましい。
【0015】
前述したように、本発明の触媒は、少なくとも一種の希土類材料を含む。希土類は、スカンジウム(原子番号21)、イットリウム(原子番号39)およびランタニド(原子番号57〜71)から成る17個の元素の群である[James B.Hedrick,U.S.Geological Survey-Minerals Information-1997,「Rare-Earth Metals」]。本触媒を多孔質バルク材料として提供できるか、あるいは本触媒を適する担体上に担持することが可能である。好ましい希土類材料は、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウムおよびルテチウムに基づく材料である。前述したVCMプロセスにおいて用いるために最も好ましい希土類材料は、一価の材料であると一般に考えられる希土類元素に基づく。多価材料の触媒性能は、一価である材料より望ましくないようである。例えば、セリウムは、3+安定酸化状態と4+安定酸化状態の両方を取る能力を有する酸化還元触媒であることが知られている。これが、希土類材料がセリウムに基づく場合、本発明の触媒がセリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素をさらに含む一つの理由である。好ましくは、触媒中に用いられた希土類の一種がセリウムである場合、セリウムは、触媒中に存在する他の希土類の全量より少ないモル比で提供される。しかし、より好ましくは、触媒中にセリウムは実質的に存在しない。「セリウムは実質的に存在しない」とは、一切のセリウムが希土類成分の33原子%未満、好ましくは20原子%未満、最も好ましくは10原子%未満の量であることを意味する。
【0016】
本発明の触媒用の希土類材料は、より好ましくは、ランタン、ネオジム、プラセオジムまたはこれらの混合物に基づく。最も好ましくは、触媒中で用いられる希土類の少なくとも一種はランタンである。さらに、本発明のVCMプロセスへのエチレン含有原料に関しては、触媒は鉄および銅を実質的に含まない。一般に、酸化還元(レドックス)が可能である材料の存在は、触媒のために好ましくない。二つ以上の安定酸化状態を有する他の遷移金属を触媒が実質的に含まないことも好ましい。例えば、マンガンは、好ましくは触媒から排除されるもう一つの遷移金属である。「実質的に含まない」とは、触媒中の希土類元素対レドックス金属の原子比が1より大きい、好ましくは10より大きい、より好ましくは15より大きい、最も好ましくは50より大きいことを意味する。
【0017】
上述したように、触媒を不活性担体上に沈着させてもよい。好ましい不活性担体には、アルミナ、シリカゲル、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、ボーキサイト、マグネシア、炭化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、珪酸ジルコニウムおよびそれらの組み合わせが挙げられる。しかし、最も好ましい実施形態において、担体はゼオライトではない。不活性担体を用いる時、触媒の希土類材料成分は、一般に、触媒および担体の全重量の3重量%(wt%)〜85重量%を構成する。技術上既に知られている方法を用いて、触媒を担体上に担持してよい。
【0018】
多孔質バルク材料と担持形態の両方の触媒内に他の元素を含めることも有利な可能性がある。例えば、好ましい元素添加剤には、アルカリ土類、硼素、燐、硫黄、珪素、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウムおよびそれらの組み合わせが挙げられる。これらの元素は組成物の触媒性能を変えるため、あるいは材料の機械的特性(例えば、耐摩耗性)を改善するために存在することが可能である。
【0019】
本発明のVCMプロセス実施形態のための反応器内でエチレン含有原料、酸素源および塩素源を組み合わせる前に、触媒が鉄および銅を実質的に含まないことを条件とし、セリウムを用いる時、前記触媒がセリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素をさらに含むことをさらに条件として、触媒組成物が少なくとも一種の希土類元素の塩を含むことが好ましい。少なくとも一種の希土類元素の塩は、触媒が鉄および銅を実質的に含まないことを条件とし、セリウムを用いる時、前記触媒がセリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素をさらに含むことをさらに条件として、好ましくは、希土類オキシ塩化物、希土類塩化物、希土類酸化物およびそれらの組み合わせから選択される。より好ましくは、塩は式MOClの希土類オキシ塩化物を含み、式中、Mは、セリウムが存在する時、セリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素も存在することを条件として、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、ルテチウムまたはそれらの混合物から選択された少なくとも一種の希土類元素である。最も好ましくは、塩は多孔質バルクオキシ塩化ランタン(LaOCl)材料である。前述したように、この材料は、有利には、このプロセスにおいて現場(in situ)で塩素化された時に過度な変化(例えば、破損)を受けないし、使用期間後このプロセスの内容物に水溶性(LaOClは、最初は水不溶性である)の有利な追加的特性を与えるので、使用済み触媒を流動層反応器、固定層反応器あるいは他のプロセス装置または容器から除去する必要がある場合、対象反応器から使用済み触媒を水で単にフラッシングすることにより、ハイドロブラスティングも従来の労働集約的な機械的技術も用いずに、これを行うことが可能である。
【0020】
塩が希土類オキシ塩化物(MOCl)である時、塩は、一般には少なくとも12m2/g、好ましくは少なくとも15m2/g、より好ましくは少なくとも20m2/g、最も好ましくは少なくとも30m2/gのBET表面積を有する。一般に、BET表面積は200m2/g未満である。上述したこれらの測定値に関して、窒素吸着等温線を77Kで測定し、BET法(Brunauer,S.,Emmett,P.H.,Teller,E.,J.Am.Chem.Soc.,60,309(1938))を利用して表面積を等温線データから計算した。さらに、MOCl相はMCl3相とは異なる特徴的な粉末X線回折(XRD)パターンをもつことが注目される。
【0021】
幾つかの例で前に示したように、MOCl組成物内で希土類(M)の混合物を有することも可能である。例えば、Mは、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウムおよびルテチウムから選択された少なくとも二種の希土類の混合物であることが可能である。同様に、異なるMOCl組成物の混合物を有することも可能である。ここでMは混合物中のMOClの各組成物間で異なる。
【0022】
エチレン含有原料、酸素源および塩素源を反応器内で一旦組み合わせると、触媒は、少なくとも一種の希土類元素の塩から現場(in situ)で形成される。この特徴(characterization)は本発明の組成物または方法をいかにしても限定するべきでないけれども、現場形成触媒が希土類成分の塩化物を含むことが考えられる。こうした塩化物の例はMCl3であり、式中、Mは、セリウムが存在する時、触媒がセリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素をさらに含むことを条件として、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウム、ルテチウムおよびそれらの混合物から選択された希土類成分である。塩が希土類塩化物(MCl3)である時、塩は、一般には少なくとも5m2/g、好ましくは少なくとも10m2/g、より好ましくは少なくとも15m2/g、より好ましくは少なくとも20m2/g、最も好ましくは少なくとも30m2/gのBET表面積を有する。
【0023】
オキシクロリネーションは、HClまたは他の還元された塩素源からエチレンへの二個の塩素原子の酸化添加として従来から関連づけられている。この化学反応を行うことが可能な触媒は、変性ディーコン触媒として分類されてきた[Olah,G.A.,Molnar,A.,Hydrocarbon Chemistry,John Wiley & Sons(New York,1995),pg226]。ディーコン化学反応はディーコン反応、すなわち、元素である塩素および水を生じさせるHClの酸化を指す。
【0024】
以後に請求するような本発明を制限することなく、オキシクロリネーションとは異なり、上述した好ましい方法および触媒は、エタン含有ストリームおよびエチレン含有ストリームを高度な選択性でVCMに転化するに当たって酸化脱水塩素化を利用すると考えられる。酸化脱水塩素化は、(酸素および塩素源を用いる)炭化水素の塩素化炭化水素への転化であり、ここで炭素はその初期原子価を維持するか、あるいはその原子価を低下させる(すなわち、sp3炭素はsp3のままであるか、またはsp2に移行し、そしてsp2炭素はsp2のままであるか、またはspに移行する)。これは、炭素原子価の正味増加(すなわち、sp2炭素はsp3炭素に移行する)を伴ってエチレンが1,2−ジクロロエタンに転化されるというオキシクロリネーションの従来の定義とは異なる。
【0025】
本明細書における開示を考慮すると、当業者は本発明の組成物を調製する別法を明白に知るであろう。しかし、希土類オキシ塩化物(MOCl)を含む組成物を形成するために現在好ましいと感じられる方法は、(a)水、アルコールまたはそれらの混合物のいずれかを含む溶媒中で希土類元素または二種以上の希土類元素の塩化物塩の溶液を調製する工程と、(b)沈殿物の生成を引き起こすために窒素含有塩基を添加する工程と、(c)MOCl材料を形成するために前記沈殿物を収集し、乾燥し、カ焼する工程とを含む。一般に、窒素含有塩基は、水酸化アンモニウム、アルキルアミン、アリールアミン、アリールアルキルアミン、水酸化アルキルアンモニウム、水酸化アリールアンモニウム、水酸化アリールアルキルアンモニウムおよびそれらの混合物から選択される。窒素含有塩基は、窒素含有塩基と窒素を含有しない他の塩基との混合物として提供してもよい。好ましくは、窒素含有塩基は水酸化テトラアルキルアンモニウムである。工程(a)の溶媒は、好ましくは水である。触媒として有用な組成物の乾燥は、噴霧乾燥、パージオーブン内での乾燥および公知の他の方法を含め、いかなる方式でも行うことが可能である。現在好ましい流動層運転方式に関して、噴霧乾燥された触媒は好ましい。
【0026】
希土類塩化物(MCl3)を含む触媒組成物を形成するために現在好ましいと感じられる方法は、(a)水、アルコールまたはそれらの混合物のいずれかを含む溶媒中で希土類元素または二種以上の希土類元素の塩化物塩の溶液を調製する工程と、(b)沈殿物の生成を引き起こすために窒素含有塩基を添加する工程と、(c)前記沈殿物を収集し、乾燥し、カ焼する工程と、(d)前記カ焼した沈殿物を塩素源と接触させる工程とを含む。例えば、(説明のためにLaを用いる)この方法の一つの利用法(application)は、窒素含有塩基を用いてLaCl3溶液を沈殿させ、それを乾燥し、それを反応器に添加し、反応器内で400℃にそれを加熱してカ焼を行い、その後、カ焼した沈殿物を塩素源と接触させて、反応器内で現場(in situ)で触媒組成物を形成することである。
【0027】
実施例
純粋に例であることを意図している以下の例を考慮することによって本発明は一層明らかになるであろう。
【0028】
例1
エチレンを含むストリームからの塩化ビニルの製造を実証するために、ランタンを含む多孔質耐熱性組成物を調製した。脱イオン水8部に市販の水和塩化ランタン(J.T.ベーカーケミカル(J.T.Baker Chemical Company)から得られたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。中性pH(万能試験紙による)に向けて水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィック(Fisher Scientific)から得られる認定ACS仕様)を攪拌しながら滴下するとゲルが生成した。混合物を遠心分離し、溶液を固形物からデカントした。脱イオン水約150mlを添加し、ゲルを激しく攪拌して固形物を分散させた。得られた溶液を遠心分離し、溶液をデカントした。この洗浄工程をもう二回繰り返した。集め洗浄したゲルを120℃で2時間にわたり乾燥し、その後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩って、別の試験のために適する粒子を生じさせた。この手順によって、LaOClのX線粉末回折パターンに一致する固形物が生成した。
【0029】
粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、O2および不活性物質(HeとArの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。アルゴンの機能は、ガスクロマトグラフィーによる反応器フィードおよびエフルエントの分析のための内部標準としての機能であった。空間時間は、触媒の体積を標準条件での流量で除すとして計算する。フィード比率はモル比である。反応器系にエタン1、HCl1および酸素1の化学量論比でエタン含有ストリームを直ちにフィードした。これは、エチレンからのVCMの製造のために均衡の取れた化学量論比をもたらした。
【0030】
以下の表1は、この組成物を用いる反応器試験の結果を記載している。
【0031】
表1の欄1は、HClの存在する状態で酸化条件下において触媒ストリームにエチレンをフィードする時に高い塩化ビニル選択性を示している。組成物は、酸化剤ガスとして空気で運転される反応器を模擬するためにヘリウムを含有している。
【0032】
表1の欄2は、HClの存在する状態で酸化条件下において触媒ストリームにエチレンをフィードする時に高い塩化ビニル選択性を示している。組成物は、可燃性によって課された限界を避けるために今燃料リッチであり、そしてヘリウムを含有していない。
【0033】
表1の欄3は、HClの存在する状態で酸化条件下において触媒ストリームにエタンをフィードする時に塩化ビニルおよびエチレンに対する高い選択性を示している。組成物は、酸化剤ガスとして空気で運転される反応器を模擬している。原料中にエチレンはない。反応器内に存在するエチレンは、エタンの部分酸化の生成物である。
【0034】
表1の欄4は、エタンとエチレンの両方をフィードする時の結果を示している。反応器に入るエチレンと反応器から出るエチレンの量が等しいことを確実にするような方式で反応器を運転する。エチレンは、この方式で運転して、不活性希釈剤の様相を呈し、エタンだけが転化される。結果は、高い収率の塩化ビニルおよび1,2−ジクロロエタンを示している。アルゴンは、反応器に入るエチレン流束と反応器から出るエチレン流束が等しいことを確実にするための内部標準として用いられる。エチレン対アルゴンの積分されたクロマトグラフピークの比は反応器フィードおよび生成物ストリームに関して同じである。このようにして、エチレンの再循環を反応器デバイス内で模擬する。
【0035】
【表1】
Figure 0005053493
【0036】
例2
組成物の有用性をさらに実証するために、種々の塩素源を用いてエチレンを酸化により塩化ビニルに転化する。脱イオン水6.6部に市販の水和塩化ランタン(アボカドリサーチケミカルズ(Avocado Research Chemicals Ltd.)から購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィック(Fisher Scientific)から得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、HCl、酸素、1,2−ジクロロエタン、四塩化炭素およびヘリウムを反応器にフィードできるように反応器を構成した。空間時間は、触媒の体積を標準温度および圧力での流量で除すとして計算する。フィード比率はモル比である。組成物を400℃に加熱し、1:1:3のHCl:O2:He混合物で2時間にわたり処理した後、運転を開始した。
【0037】
400℃でエチレン、塩素源および酸素をフィードすることにより、形成された組成物を作用させて塩化ビニルを生じさせた。以下の表は、異なる塩素源を用いて運転中に82時間と163時間との間で得られたデータを示している。HCl、四塩化炭素および1,2−ジクロロエタンとして塩素を供給する。VCMは塩化ビニルを表す。空間時間は、触媒の体積を標準温度および圧力での流量で除すとして計算する。反応器出口を大気圧として反応器を運転する。エチレンと1,2−ジクロロエタンの両方をC2化学種と呼ぶ。
【0038】
【表2】
Figure 0005053493
【0039】
これらのデータは、ビニルの酸化による製造において種々の塩素源を使用できることを示している。四塩化炭素、1,2−ジクロロエタンおよびHClを使用すると、すべて主たる生成物として塩化ビニルを生成させる。
【0040】
例3
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ランタン(アボカドリサーチケミカルズから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成し、8.85の最終pHが生じた。混合物を濾過して固形物を集めた。集めた材料を550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。
【0041】
表3は、反応器に入るエチレンの流束(モル/分)および反応器から出るエチレンの流束が実質的に等しいように反応器フィードを調節したデータを示している。反応器に入るHClの流束および反応器から出るHClの流束が実質的に等しいように反応器フィードを同様に調節した。触媒活性の監視を可能にするために、酸素の転化率を完全転化率より若干低く設定した。このようにして運転して、消費された原料はエタン、酸素および塩素である。エチレンとHClの両方は、生じたようにも消費されたようにも見えなかった。空間時間は、触媒の体積を標準温度および圧力での流量で除すとして計算する。この例は、塩化ビニルの製造における塩素源としての塩素ガスの使用をさらに説明している。
【0042】
【表3】
Figure 0005053493
【0043】
本明細書におけるすべての例に共通して、VCMは塩化ビニルを表す。C24Cl2は1,2−ジクロロエタンのみである。COXはCOとCO2の組み合わせである。
【0044】
例4
触媒性能に及ぼす温度の影響を示すために例1で調製された触媒組成物を作用させた。結果を表4に示している。
【0045】
【表4】
Figure 0005053493
【0046】
これらのデータは、温度の上昇により塩化ビニルを生成させる組成物の能力が殆ど変化しないことを示している。より低い温度は速度(rate)を低下させるが、選択性は僅か変化するだけである。
【0047】
例5〜例12
例5〜例12は、各々が只一種の希土類材料を含有する多数の希土類組成物の調製を説明している。これらの組成物の性能を示すデータを表5に記載している。
【0048】
例5
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ランタン(アルドリッチケミカル(Aldrich Chemical Company)から購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。ゲルを脱イオン水6.66部中で再懸濁させた。遠心分離によりゲルの収集が可能となった。集めたゲルを120℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。粉末X線回折によると、材料がLaOClであることが示されている。BET表面積は42.06m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0049】
例6
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ネオジム(アルファアエサー(Alfa Aesar))1部を溶解することにより、水中のNdCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。粉末X線回折によると、材料がNdOClであることが示されている。BET表面積は22.71m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0050】
例7
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化プラセオジム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のPrCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。粉末X線回折によると、材料がPrOClであることが示されている。BET表面積は21.37m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0051】
例8
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化サマリウム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のSmCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、500℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。粉末X線回折によると、材料がSmOClであることが示されている。BET表面積は30.09m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0052】
例9
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ホルミウム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のHoCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、500℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は20.92m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0053】
例10
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化エルビウム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のErCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、500℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は19.80m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0054】
例11
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化イッテルビウム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のYbCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、500℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は2.23m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0055】
例12
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化イットリウム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のYCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、500℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は29.72m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表5で以下に記載している。
【0056】
【表5】
Figure 0005053493
【0057】
これらのデータは、エチレン含有ストリームを塩化ビニルに転化させるためのバルク希土類含有組成物の有用性を示している。
【0058】
例13〜例17
例13〜例17は、各々が希土類材料の混合物を含有する多数の希土類組成物の調製を説明している。これらのデータの性能を示すデータを表6に記載している。
【0059】
例13
脱イオン水13.33部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツ(Spectrum Quality Products)から購入されたもの)1部および市販の水和塩化ネオジム(アルファアエサー)0.67部を溶解することにより、水中のLaCl3およびNdCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。最終pHは8.96と測定された。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は21.40m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表6で以下に記載している。
【0060】
例14
脱イオン水13.33部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部および市販の水和塩化サマリウム(アルファアエサー)0.67部を溶解することにより、水中のLaCl3およびSmCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。最終pHは8.96と測定された。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は21.01m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表6で以下に記載している。
【0061】
例15
脱イオン水13.33部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部および市販の水和塩化イットリウム(アルファアエサー)0.52部を溶解することにより、水中のLaCl3およびYCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。最終pHは8.96と測定された。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は20.98m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表6で以下に記載している。
【0062】
例16
脱イオン水13.33部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部および市販の水和塩化ホルミウム(アルファアエサー)1部を溶解することにより、水中のLaCl3およびHoCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。最終pHは8.64と測定された。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は19.68m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表6で以下に記載している。
【0063】
例17
脱イオン水13.33部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部および市販の水和塩化イッテルビウム(アルファアエサー)0.75部を溶解することにより、水中のLaCl3およびYbCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。最終pHは9.10と測定された。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は20.98m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表6で以下に記載している。
【0064】
【表6】
Figure 0005053493
【0065】
これらのデータは、エチレン含有ストリームを塩化ビニルに転化させるための希土類材料混合物を含有するバルク希土類含有組成物の有用性を示している。
【0066】
例18〜例25
例18〜例25は、他の添加剤を伴った希土類材料を含有する組成物である。
【0067】
例18
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ランタン(アルドリッチケミカル(Aldrich Chemical Company)から購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィック)0.48部を商業的に製造されたCeO2粉末(ローヌ・プーラン(Rhone-Poulenc))0.35部に添加した。ランタンおよびセリウム含有混合物を攪拌しながら互いに添加してゲルが生成した。得られたゲル含有混合物を濾過し、集めた固形物を550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0068】
例19
例5の方法を用いて調製されたランタン含有組成物を乳鉢と乳棒で粉砕して微細粉末を生じさせた。粉砕した粉末1部をBaCl2粉末0.43部と混ぜ、乳鉢と乳棒を用いてさらに粉砕して均質混合物を生じさせた。ランタンおよびバリウム含有混合物をプレスして、チャンクが生成した。チャンクを800℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0069】
例20
Grace Division Grade57乾燥シリカを120℃で2時間にわたり乾燥した。市販の水和塩化ランタンを用いて、水中のLaCl3の飽和溶液を生成させた。乾燥したシリカに初期の湿り点までLaCl3溶液を含浸させた。含浸したシリカを放置して室温で二日にわたり空気乾燥した。それを120℃で1時間にわたりさらに乾燥した。得られた材料を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0070】
例21
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。ゲルをアセトン(フィッシャーサイエンティフィック)中で再懸濁し、遠心分離し、液体をデカントし、捨てた。アセトン8.3部を用いてアセトン洗浄工程をさらに4回繰り返した。ゲルをアセトン12.5部中で再懸濁し、ヘキサメチルジシリザン(アルドリッチケミカルから購入されたもの)1.15部を添加し、溶液を1時間にわたり攪拌した。混合物を遠心分離してゲルを集めた。集めたゲルを放置して室温で空気乾燥した後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。BET表面積は58.82m2/gであると測定されている。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0071】
例22
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(アルファアエサー)1部および市販のHfCl4(アクロスオーガニックス(Across Organics)から購入されたもの)0.043部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で一晩乾燥した後、550℃で4時間にわたりカ焼した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0072】
例23
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(アルファアエサー)1部および市販のHfCl4(アクロスオーガニックスから購入されたもの)0.086部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。集めたゲルを80℃で一晩乾燥した後、550℃で4時間にわたりカ焼した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0073】
例24
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(アルファアエサー)1部および市販のZrOCl2(アクロスオーガニックスから購入されたもの)0.043部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。ゲルを脱イオン水6.67部中に再懸濁し、その後遠心分離した。溶液をデカントし、捨てた。集めたゲルを550℃で4時間にわたりカ焼した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0074】
例25
脱イオン水に市販の水和塩化ランタンを溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製して、2.16M溶液が生じた。商業的に製造された酸化ジルコニウム(エンゲルハルト(Engelhard))を350℃で一晩乾燥した。酸化ジルコニウム1部にLaCl3溶液0.4部を含浸させた。サンプルを室温において空気中で乾燥し、その後、550℃で4時間にわたり空気中でカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。エチレン、エタン、HCl、酸素および不活性物質(ヘリウムとアルゴンの混合物)を反応器にフィードできるように反応器を構成した。この例に関する特定の性能データを表7で以下に記載している。
【0075】
【表7】
Figure 0005053493
【0076】
これらのデータは、他の元素を含有するか、あるいは担持されているランタン系触媒を用いるエチレン含有ストリームからの塩化ビニルの製造を示している。
【0077】
例26〜例31
例26〜例31は、有用な希土類組成物の調製を変えることが可能な変形の幾つかを示している。
【0078】
例26
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。溶液をゲルからデカントし、捨てた。脱イオン水中のベンジルトリエチルアンモニウムクロリド(アルドリッチケミカルから購入されたもの)0.61部の飽和溶液を調製した。溶液をゲルに添加し、攪拌した。集めたゲルを550℃で4時間にわたりカ焼した。この例に関する特定の性能データを表8で以下に記載している。この例は、希土類組成物の調製を変更するために、添加されたアンモニウム塩を用いることを説明している。
【0079】
例27
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。氷酢酸1部をゲルに添加し、ゲルを再溶解させた。溶液をアセトン26部に添加すると沈殿物が生じた。溶液をデカントし、固形物を550℃で4時間にわたりカ焼した。この例に関する特定の性能データを表8で以下に記載している。この例は、塩素含有希土類化合物のカルボン酸付加体の分解による有用なランタン組成物の調製を示している。
【0080】
例28
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(スペクトラムクオリティプロダクツから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。集めたゲルを脱イオン水3.33部中で再懸濁させた。燐酸試薬(フィッシャーサイエンティフィックから購入されたもの)0.0311部を後で添加すると、懸濁したゲルに認めうる変化が生じなかった。混合物を再び遠心分離し、溶液を燐含有ゲルからデカントした。集めたゲルを550℃で4時間にわたりカ焼した。カ焼した固形物のBET表面積は33.05m2/gであった。この例に関する特定の性能データを表8で以下に記載している。この例は、ホスフェートとして燐も含有する希土類組成物の調製を示している。
【0081】
例29
脱イオン水6.66部に市販の水和塩化ランタン(アクロスオーガニックスから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。脱イオン水2.6部に溶解した市販のDABCO、すなわち、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(ICNファーマシューティカルズ(ICN Pharmaceuticals)から購入されたもの)0.95部を混合することにより溶液を生じさせた。二種の溶液を攪拌しながら迅速に混合するとゲルが生成した。混合物を遠心分離して固形物を集めた。集めたゲルを脱イオン水6.67部中で再懸濁させた。混合物を再び遠心分離し、溶液をゲルからデカントした。集めたゲルを550℃で4時間にわたりカ焼した。カ焼した固形物のBET表面積は38.77m2/gであった。この例に関する特定の性能データを表8で以下に記載している。この例は、有用な希土類組成物の調製におけるアルキルアミンの有用性を示している。
【0082】
例30
脱イオン水10部に市販の水和塩化ランタン(アクロスオーガニックスから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。この溶液に、市販の水酸化テトラメチルアンモニウム(アルドリッチケミカルから購入されたもの)2.9部を迅速に且つ攪拌しながら添加しゲルが生成した。混合物を遠心分離し、溶液をデカントした。集めたゲルを脱イオン水6.67部中で再懸濁させた。混合物を再び遠心分離し、溶液をゲルからデカントした。集めたゲルを550℃で4時間にわたりカ焼した。カ焼した固形物のBET表面積は80.35m2/gであった。この例に関する特定の性能データを表8で以下に記載している。この例は、有用な希土類組成物の形成に関するアルキルアンモニウム水酸化物の有用性を示している。
【0083】
例31
脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ランタン(アボカドリサーチケミカルズから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。この溶液に、市販の5N・NaOH溶液(フィッシャーサイエンティフィック)を迅速に且つ攪拌しながら添加しゲルが生成した。混合物を遠心分離し、溶液をデカントした。集めたゲルを550℃で4時間にわたりカ焼した。カ焼した固形物のBET表面積は16.23m2/gであった。この例に関する特定の性能データを表8で以下に記載している。この例は、触媒として興味深い材料の形成に関する非窒素含有塩基の有用性を示している。潜在的に機能的であるけれども、試験された材料は、窒素含有塩基を用いて製造されたものに比べて劣っていると思われる。
【0084】
【表8】
Figure 0005053493
【0085】
例32
組成物の有用性をさらに実証するために、触媒として組成物を使用することにより1,2−ジクロロエタンを脱塩酸して塩化ビニルを生じさせた。脱イオン水6.67部に市販の水和塩化ランタン(アボカドリサーチケミカルズから購入されたもの)1部を溶解することにより、水中のLaCl3の溶液を調製した。水中の6M水酸化アンモニウム(フィッシャーサイエンティフィックから得られる希釈認定ACS試薬)を攪拌しながら迅速に添加するとゲルが生成した。混合物を濾過して固形物を集めた。集めたゲルを120℃で乾燥した後、550℃で4時間にわたりカ焼した。得られた固形物を粉砕し、篩った。篩った粒子を純ニッケル(合金200)反応器内に入れた。1,2−ジクロロエタンおよびヘリウムを反応器にフィードできるように反応器を構成した。空間時間は、触媒の体積を流量で除すとして計算する。フィード比率はモル比である。組成物を400℃に加熱し、1:1:3のHCl:O2:He混合物で2時間にわたり処理した後、運転を開始した。塩化ビニルを製造するためにエタンおよびエチレン含有原料を用いて400℃の温度で134時間にわたり反応器系を運転した。この時点で、400℃の温度を用いて5:1の比でHeおよび1,2−ジクロロエタンのみを含有するように原料組成を変えた。16.0秒の空間時間を生じるように流量を調節した。生成物分析によると、1,2−ジクロロエタンが99.98%を超える転化率であり、モル塩化ビニル選択性が99.11%を超えることが示された。定常状態で(on stream)4.6時間後に実験を終了した。この時点での生成物ストリームの分析によると、1,2−ジクロロエタンの転化率が99.29%であり、塩化ビニルに対するモル選択性が99.45%を超えることが示された。
【0086】
本発明の他の実施形態は、本明細書または本明細書において開示された本発明の実施技術の考慮から当業者に対して明らかであろう。本発明の真の範囲および精神を以下の請求の範囲によって指示し、明細書および例を例としてのみ考慮することが意図されている。

Claims (20)

  1. 式MOClまたはMCl3(式中、Mは、セリウムが存在する時、セリウム以外の少なくとももう一種の希土類元素も存在することを条件として、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウムおよびルテチウムからの少なくとも一種の希土類元素である。)の化合物を含む、塩化ビニル製造用の触媒的に有用な組成物であって、さらに、式がMOClである場合前記組成物のBET表面積が少なくとも12m2/gであることを条件とし、そして式がMCl3である場合前記組成物のBET表面積が少なくとも5m2/gであることを条件とする、組成物。
  2. Mが、ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、ジスプロシウム、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、テルビウム、ユーロピウム、ツリウムおよびルテチウムからの少なくとも二種の希土類元素の混合物である請求項1に記載の組成物。
  3. 前記組成物が鉄および銅を含まない請求項1に記載の組成物。
  4. 前記組成物のBET表面積が少なくとも30m2/gである請求項1に記載の組成物。
  5. 前記組成物が式MOClの化合物を含み、そして前記組成物が不活性担体上に沈着している請求項1に記載の組成物。
  6. 前記組成物が式MOClの化合物を含み、そして前記組成物が多孔質バルク材料である請求項1に記載の組成物。
  7. 前記組成物がLaOClを含む請求項1、5および6のいずれか1項に記載の組成物。
  8. 請求項1および5〜7のいずれか1項に記載の組成物を製造する方法であって、前記組成物が式MOClの化合物を含み、そして:
    (a)水、アルコールまたはそれらの混合物のいずれかを含む溶媒中で希土類元素または二種以上の希土類元素の塩化物塩の溶液を調製する工程と、
    (b)沈殿物の生成を引き起こすために窒素含有塩基を添加する工程と、
    (c)MOCl組成物を形成するために前記沈殿物を収集し、乾燥し、カ焼する工程と
    を含む方法。
  9. 前記組成物がLaCl3を含む請求項1に記載の組成物。
  10. 請求項1に記載の組成物を製造する方法であって、前記組成物が式MCl3またはLaCl3の化合物を含み、そして:
    (a)水、アルコールまたはそれらの混合物のいずれかを含む溶媒中で希土類元素または二種以上の希土類元素の塩化物塩の溶液を調製する工程と、
    (b)沈殿物の生成を引き起こすために窒素含有塩基を添加する工程と、
    (c)前記沈殿物を収集し、乾燥し、カ焼する工程と、
    (d)前記カ焼した沈殿物を塩素源と接触させる工程と、
    を含む方法。
  11. 前記塩素源が気体であり、HCl、Cl2およびそれらの混合物から選択される請求項10に記載の方法。
  12. 請求項1〜7および9のいずれか1項に記載の組成物を、エチレンから塩化ビニルを製造するために使用する方法であって、前記組成物が鉄および銅を含まないことを条件とし:
    (a)反応器温度が350℃以上500℃以下、および反応器圧力が大気圧から3.5メガパスカルの間で、前記組成物を含む反応器内でエチレン、酸素源および塩素源を含む反応物を組み合わせて、塩化ビニルおよびエチレンを含む生成物ストリームを製造する工程と、
    (b)工程(a)において用いるために前記生成物ストリームからエチレンを再循環して戻す工程と
    を含む方法。
  13. 前記組成物は、アルカリ土類、硼素、燐、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびそれらの組み合わせから選択された元素をさらに含む請求項12に記載の方法。
  14. 前記塩素源は気体であり、塩化水素、塩素、反応活性塩素を含む塩素化炭化水素およびそれらの混合物の少なくとも一種を含む請求項12または13に記載の方法。
  15. エタンも前記反応器内で前記エチレン、前記酸素源および前記塩素源と組み合わせる請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法。
  16. 前記反応器に入るエチレン全モル/分は、前記生成物ストリーム内で前記反応器から出るエチレン全モル/分に等しく、さらに前記反応器から出るエチレンの全部を再循環する請求項15に記載の方法。
  17. 生成物ストリーム内に存在する一切のエタンも前記方法の工程(a)において用いるために再循環して戻す請求項15または16に記載の方法。
  18. 工程(b)において、前記生成物ストリームからの前記塩化水素も前記方法の工程(a)において用いるために再循環して戻す請求項12〜17のいずれか1項に記載の方法。
  19. 前記生成物ストリームは一酸化炭素を含有し、一酸化炭素を前記方法の工程(a)において用いるために前記生成物ストリームから再循環して戻す請求項12〜18のいずれか1項に記載の方法。
  20. 請求項1〜7および9のいずれか1項に記載の組成物を用いて、塩化エチル、1,2−ジクロロエタンおよび1,1,2−トリクロロエタンの一種以上を含有する原料を触媒脱塩化水素する方法。
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