JPH05502436A - 炭化水素の脱水素又は脱水素環式化方法及び触媒 - Google Patents

炭化水素の脱水素又は脱水素環式化方法及び触媒

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の 番 ′ ゛ 本発明はアルカリ及び/又はアルカリ土金属化合物より成る群の内の1つ又はそ れ以上の助触媒及び少なくとも1つの更に他の助触媒を有する酸化クロム及び酸 化アルミニウムより成る再生可能の触媒による炭化水素の脱水素又は脱水素環式 化方法及び触媒に関する。
炭化水素が高温状態で適切な触媒の存在下に脱水素され得るることが一般に知ら れている。特に鎖の長さに関係してパラフィンの状態の、供給される炭化水素の 種類によって、モノ又はジオレフィンへの脱水素、又は情況によっては同時に環 式化、従って同時の水素分解を行いながら主として芳香族への環の形成、即ち所 謂脱水素環式化が行われるのである。
以下に於て、「脱水素」なる概念によって、脱水素生成物が直鎖又は枝分れ鎖を 形成するか否か、脱水素生成物が環式であるか否か、又は単純又は多重不飽和で あるか否かを考慮することな(、水素が任意の種類の炭化水素から分解されるよ うな全船釣な反応が理解されなければならない。
例えば米国特許第3,719.5721号に記載されているように、このような 脱水素方法に対しては酸化アルミニウムー酸化クロム−触媒が供給されるのであ る。
しかし、酸化アルミニウムを存する触媒は担体材料として望ましくない異性化反 応或いはクランキング反応を生ずる酸性の特性を有するから、これらの公知の触 媒は附加的に、塩基性に働いて、従って触媒の選択性を改善する少量のアルカリ 及び/又はアルカリ土金属酸化物を含んでいる。
更に他の助触媒として、公知の触媒は酸化ニオビウム又は酸化タンタル又は比較 例として触媒の活性を向上させるのに寄与する酸化セリウムを含んでいる。
酸化クロム触媒の選択性及び活性が改善されるにも拘わらず、前述の米国特許の 方法による脱水素に於ては、炭素或いはコークスが発生し、これが触媒上に沈澱 して触媒の活性を連続的に劣化させるから、このことは経済性及び投資費用に関 する著しい欠点を意味するのである。
上述の公知の方法は更に、触媒の選択性或いは活性が、副生成物の形成量を最良 に低い状態に保持し、−特に多重脱水素を阻止し、−又適当な供給量の流れにて 純粋なモノオレフィン脱水素生成物を得る為には充分でない欠点を有するのであ る。
従って、冒頭に述べた種類の方法及び触媒を、コークスの形成量を最少限にする と同時に投資及び稼働費用を最良になし得るように構成することが本発明の目的 である。
上述の目的は、本発明によって、少なくとも1つのアルカリ及び/又はアルカリ 土の助触媒と共に更に他の助触媒として周期系の第3及び/又は第4の副群の元 素(原子番号5日乃至71を有する元素を除いて)の内の少なくとも1つの金属 化合物を含む触媒による脱水素又は脱水素環式化を行うことによって解決される のである。
本発明による触媒は、その活性が大きいにも拘わらず、コークスの形成量及び例 えばプロパンの脱水素の場合に望ましくないプロパジエンを形成するような例え ば多重脱水素のような副反応が最少限に減少されるようになす特殊性を特徴とす るのである。
本発明の方法に対して適当なアルカリ又はアルカリ土化合物の群から得られる助 触媒どしては、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はバリウム化合物が指摘さ れる。就中助触媒としてセシウム化合物によって達成出来る結果が優れている。
又C320として計算して0.1乃至10、望ましくは1乃至5重量%のセシウ ム化合物を含む触媒が特に有効であることが証明されている。
しかしながら、更に他の助触媒として個々に又は組合された状態の、スカンジウ ム、イツトリウム又はランタン化合物又はチタン、ジルコニウム又はハフニウム 化合物を含む本発明による触媒が特に適当であることが証明されている。特にジ ルコニウム化合物をZrO++ とじて計算して0.1乃至15、特に0.1乃 至5或いは0.5乃至1.5重量%を形成する場合のジルコニウム化合物が全く 特別に有効なものであることが証明されている。
本発明の思想の更に他の構成によれば、本発明の触媒は、触媒全量に対してCr zOlとして81算して10乃至50、特に20乃至30重量%の酸化クロムを 有するA1.203担体を含むようになされるのである。
このような本発明による触媒によって、適切な助触媒の選択及び最良の濃度に於 けるこれの使用との組合せによって最少限のコークスの形成量及び同時の大なる 触媒の活性を得ることが出来るのである。
特に、使用することが望ましいZrO□のような周期系の第4の副群の元素の金 属酸化物が熱的安定剤として働き、触媒の活性を向上させるのである。
本発明による触媒は、脱水素の為に希釈又は不希釈状態で供給されることが出来 る。後者は反応の為の容積を僅かになし得る利点及びこれにより投資費用を僅か になし得る利点を有するのである。
脱水素反応の強烈な吸熱性の為に、400乃至700°Cの間の低い反応温度で 可能な限り等温反応を行うことが推奨される。その為に例えば天井燃焼装置によ る直接加熱を有する「薄黒リフオーマー型式」の反応装置が特に適している。
本発明による脱水素方法を周期的に行い、供給される触媒を適当な時間間隔で再 生することが特に有利であることが証明されている。その場合、反応装置の長さ にわたって温度を実質的に同し値に保持し、従って等温的に行い、但しその際に 1つのサイクルの経過時に徐々に温度を上昇させて1つのサイクルの経過の間に 劣化される触媒の活性を補償するようになすことが有利であることが証明されて いる。
脱水素の為の作業圧力としては、1乃至5バールの間の圧力が目的に適すること が証明されている。
この場合更に、供給量に対するコークス形成量の関係が成立し、1時間当りの触 媒1リットル当り100乃至2000規定リツトルの炭化水素の時間当りの空間 速度(G)IsV)によって脱水素が有利に行われることが示されている。
本発明による方法にて供給可能の素材物質は望まれる生成物の種類に関係する。
従ってモノオレフィンの製造の為にC□、04又はC1炭化水素成分又はその混 合物が供給されるが、一方BTX芳香族(rBTX J =ペンゾール、]・ル オール、キジロール)の製造の為にはC6乃至C3゜炭化水素成分が投入される のである。
本発明による方法は、特に上述の等温作業方法の場合、本発明による触媒と組合 せて例えばモノオレフィンの製造の場合に公知の方法で必要と考えられている重 合反応の前に選択的水素添加工程を中間接続しな+3ればならない必要性を伴わ ずに、直接に重合処理工程に導入出来る程純粋な生成物を供給するのである。
本発明による触媒は適当な時間間隔にて著しく、安価に再生出来、その全部の活 性を再度得ることが出来る。その場合再生は、大気中の空気に比較して酸素の少 ない空気を導入することによって行われる。2乃至20容積%の間の酸素含有量 が目的に適することが証明されている。本発明による触媒を再生しなければなら ない期間は脱水素方法の種類及び望まれる最終生成物に関係するが、一般的には 1乃至50、特に3乃至7時間が実際上実用的であることが証明されている。
本発明による触媒の製造はそれ自体公知の方法で行われることが出来る。一般に 本発明による触媒は酸化クロム及び助触媒を別個に製造された担体材料上に付着 させることによって得ることが出来る。しかしながら、酸化クロムを負荷された 酸化アルミニウムを1つの工程、即ち助触媒の沈澱の前又は沈澱と同時に製造す ることも同様に可能である。
触媒の1&礎成分は、酸化クロムが付着されたA1□0□担体である。この担体 材料は夫ノア触媒技術によって公知の状態の形態を有することが出来るゆ担体は 例えば粉末として存在し、又はリング、タブレット等の形状及び押出し体の形態 に形成されることが出来るゆ担体材料上に酸化クロムを付着させることは、それ 自体公知の方法で、例えばアルミニウム及びクロムイオンを含む水性溶液から酸 化アルミニウム及び酸化クロムを同時に沈澱させることによって行うことが出来 る。他方に於て、触媒の前駆材料(プレカーサー)も又クロム化合物が含浸又は 沈澱技術を利用して付着されたA1□0□から製造されることが出来るのである 。
助触媒を触媒前駆材料上に付着させる為に、公知の沈澱技術を実施することが出 来る。例えば担体材料を助触媒の成分を含む溶液に懸濁させ、その後に金属化合 物の沈澱を行うようになすことも可能である。この技術によって利用出来る方法 の有用な説明が米国特許第4,113.658号に記載されている。
望ましい実施形態にによれば、助触媒を形成する金属イオンが、既に酸化クロム を含み得る担体上に付着され、その際に担体が1つ又は総ての助触媒及び場合に よりクロム塩の、錯体の形態の金属イオンを含み得る溶液によって含浸され、そ の後に水を溶液から除去し、必要に応じて金属化合物を必要な活性状態に変換す るのに役立つ熱処理が続けられるのである。担体材料の含浸の為に投入される溶 液の量は、担体材料の多孔性容積を溶液で充満させるのに丁度充分であるような 量になすのが望ましい。しかしながら、過剰な液体があってはならない(「初期 湿式」方法) (”Incipient、 Wetness”−Methode )。
他の望ましい実施形態にによれば、本発明による触媒は多数の段階にて完成され るのである。実際上先ずAI!osを含む担体材料が「初期湿式」方法の後で第 1の助触媒の塩の水性溶液及びクロム塩を含浸されるのである。その後でこのよ うに含浸された材料が熱処理を施されて材料が乾燥され、類焼(kalzi − niert)されるのである。最後にこのように類焼された材料は他の助触媒( 1つ又は複数の)の水性溶液を含浸される。このようにして2回の含浸を施され た材料は次に乾燥されるのが望ましいが、附加的な類焼工程を受けてはならない 。驚くべきことには、唯1回の類焼を施された触媒の活性或いは選択性が2回の ■焼を施された触媒の活性及び選択性よりも良好であることが確認されたのであ る。
以下に於て、種々の本発明により供給可能の触媒の製造方法が簡単に説明される 。
総ての例にて触媒の組成が(水性−)酸化物((Hydr−)Oxide)の形 態の個々の成分に関して与えられている。しかし、このことは必ずしも総ての金 属イオンが(水性−)酸化物の特定された化学式に対応する結合状態で存在しな ければならないことを意味するものではない。従って、例えばクロムは触媒中に Cr2O2としてのみならずCrO3としても存在することが出来るのである。
■土 触媒担体は総ての場合酸化アルミニウムより成っていた。このような担体は市場 でバーショーAI 3982 TI/8”の名称で販売されている。
触媒Iはこの担体を利用して532.8 gのCrO+及び28.0 gのジル コニウムオキシアセテート(Zirconiumoxyacetat) (52 重量%のZr(hに相当)を含む溶液にて「初期式」方法によって1200gの タブレットの形状に製造された。浸漬(Tranken)の後で生成物は3時間 140°Cにて真空中に、又16時間110°Cにて空気中で乾燥され、2時間 空気中で740°Cにて鍜焼された。その後で、触媒に対するカリウムアセテー トの含浸及び2段階の乾燥、即ち最初に140″C°にて真空中で3時間、引続 いて110”Cにて空気中で16時間の乾燥が行われた。最後に生成物は空気中 で740°Cにて2時間鍜焼された。
最終的に72.1重量%のAh Os 、25重量%のCrz 03.0.9重 量%のZrO□及び2重量%のに、Oの触媒の組成を得た。
土I 触媒■と同様に製造されたが、含浸はNaOH溶液によって行われた。
触媒IIの組成は、 72.1重量%のAlz Ch 、25重量%のCrz Os 、0.9重量% のZr0z及び2重量%のNag○、 であった。
■1 触媒Iと同様に製造されたが、含浸はNaN0.溶液によって行われた。
触媒IIIの組成は、 72.1重量%のAli Os 、25重量%のcr、 Ox 、0.9重量% のZr0z及び2重量%のNag○、 であった。
拠土 触媒Iと同様に製造されたが、含浸はBa(No□)2溶液によって行われた。
触媒IVの組成は、 72.1重量%のAh O:+ 、25重量%のCr203.0.9重量%のZ r0t及び2重量%のBaO1 であった。
号[ε 触媒■と同様に製造されたが、含浸はCa(NO3) 2溶液によって行われた 。
触媒■の組成は、 73.1重量%のAh 03.25重量%のCrz O3,0,9重量%のZr 0z及び1重量%のCab。
であった。
■旦 触媒Vlは触媒Iと同様の方法で製造されたが、鍜焼の後でNaOH溶液によっ て含浸された。引続いて生成物は先ず真空中で100°Cにて3時間、その後で 空気中で100°Cにて16時間乾燥された。実質的には、触媒Vlは乾燥後に 再度■焼土札星カニ太。
触媒V+の組成は、 72.2重量%のaiz O8,25重量%のCr、 O,,0,9重量%のZ rO,及び2重量%のNaOH。
であった。
■工 触媒Vlと同様に製造されたが、含浸はCsOH溶液によって行われた。
触媒VUの組成は、 72.3重量%のA1203.25重量%のCr2 off 、0.9重量%の Zr0t及び1.8重量%のCs0)l、であった。
五主 触媒v■と同様に製造されたが、含浸はCsOH溶液によって行われた。
触媒Vlllの組成は、 71.4重量%のA120s 、25重量%ノCrz 03.0.9重量%のZ r0z及び2.7重量%のCs0H1であった。
土工万至■ 触媒IX乃至XVI は触媒Vlと同様な方法で製造されたが、異なる点は唯触 媒IX乃至XVIがCrO3及びジルコニウムオキシアセテートの溶液によって 含浸される代りにCrO+及びジルコニウムアセテートの溶液によって含浸され たことである。その他、触媒IX乃至XVIはCsOHの含有量が異なっていた 。
従って、これらの触媒は次の組成を有していた。
触媒IX 71.7重量%のA1203.25重量%のCrz 03.0.9重 量%のZr0z 、2.4重量%のCs0H1触媒X 73.4重量%のAh  O,,25重量%のcrz Os 、O−9重量%(7)ZrOz 、0.7重 量%(DCsO)1゜触媒X1 72.9重量%のAlt off 、25重量 %のCr、 Os 、0.9重量%のZrOx 、1.2重量%のCsOH2触 媒X11 72.3重量%ノAli 03.25重量%(7)Cr20s 、0 .9重量%のZr01.1.8重量%のCsOH。
触媒X1ll 71.1重量%(7)Alz Os 、25重量%171Crz  Os 、0.9重量%のZrO,,3,0重量%のCsOH。
触媒XIV 70.5重量%ノAlt Off 、25重量%(7)Crz O ,,0,9重量%のZrOx 、3.6重量%のCsOH。
触媒XV 69.7重量%のAli O2,25重量%のCrz 03.0.9 重量%のZrOx 、4.4重量%のCsOH。
触媒XVr 69.4重量%ノA1.○1.25重量%(7)Crz Ox 、 0.9重量%のZr0z 、4.7重量%のCs OI(、この場合全体的な重 量%のデータは触媒の総量に関係している。
これらの触媒は脱水素の間に表面に生ずるコークスの形成を考慮して調査された が、このことは長い稼働期間の間の触媒の活性に対する重要な基準である。この 為に脱水素される炭化水素としてプロパンによる研究室的調査が行われたのであ る。その場合、脱水素サイクルは夫々6時間の長さであって、前型反応装置が利 用され、この反応装置にて850 Nl/lhのG)ISVにて30%の反応量 の場合殆ど等温的な反応条件に調節された。
調査の結果は表Tに与えられているが、この表には種々の本発明による助触媒が 示されている。
表± コークス形成に関する塩基性助触媒の作用が、触媒がアルカリ又はアルカリ土溶 液の含浸の後で更に1回類焼されるか否か(触媒I乃至■を触媒VI乃至χVl  と比較されたい)に関係することは明らかである。
更に、表丁からセシウム化合物がその他のアルカリ及びアルカリ土と比較してコ ークスの形成を最も強力に阻止することが判るつしかじ、このような効果は確か に触媒中のセシウム化合物の濃度に関係するのである。
第1図に於て、触媒中のCs0)lの濃度に対する供給されたプロパンに関する コークス形成の百分率が示されている。この図面から判るように、2乃至3重量 %のCsoHO間に最少限のコークス形成量があるのである。このようなプロパ ンによって行われた試験に際して、コークスの形成量が某だ少量であったことと は別に、著しく大なる選択性(選択性=所望の脱水素生成物×100:炭化水素 供給量)が得られたのである。生成物プロピレンはs ppm以下のプロパジエ ンしか含んでいなかった。従って脱水素の際に発生する生成物が選択的脱水素装 置を中間接続しないでポリプロピレン回収設備に導入されることが可能になり、 これにより後に接続される選択的脱水素装置を表とする公知の脱水素方法に比較 して更に良好な利点が得られるのであるつこのようにして本発明による方法は総 合的に、簡単で費用のか−らないようにして、同時にコークスの発生を最少限に して炭化水素を脱水素或いは脱水素環式化し、これにより一連の化学的生成物の 為の費用の安い出発勧賞を供給することを可能になすのである。
本発明による触媒の大なる活性により、又本発明による等温作業方法によって、 触媒を強力に加熱(t、hsrvisch belasten)する必要がなく なるのである。これによって得られる穏やかな反応条件は作業及び投資費用を減 少させるだけでなく、副生成物の形成に対する積極的な影響を有して、副反応を 著しく抑制するのである。
国際調査報告 国際調査報告

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.アルカリ及び/又はアルカリ土金属化合物の群から選ばれた1つ又はそれ以 上の助触媒を有し、又少なくとも1つの更に他の助触媒を有する、酸化クロム及 び酸化アルミニウムより成る再生可能の触媒による炭化水素の脱水素又は脱水素 環式化方法に於て、前記脱水素又は脱水素環式化が、少なくとも1つのアルカリ 及び/又はアルカリ土類の助触媒と共に更に他の助触媒として周期系の第3及び /又は第4の副群の内の少なくとも1つの元素(原子番号58乃至71を有する 元素を除く)の金属化合物を含んでいることを特徴とする脱水素又は脱水素環式 化方法。
  2. 2.アルカリ助触媒としてナトリウム化合物が供給されることを特徴とする請求 の範囲第1項記載の方法。
  3. 3.アルカリ助触媒としてカリウム化合物が供給されることを特徴とする請求の 範囲第1項又は第2項記載の方法。
  4. 4.アルカリ助触媒としてセシウム化合物が供給されることを特徴とする請求の 範囲第1項乃至第3項の何れかに記載の方法。
  5. 5.前記セシウム化合物がCs2Oとして計算して触媒の0.1乃至10、特に 1乃至5重量%を形成していることを特徴とする請求の範囲第4項記載の方法。
  6. 6.アルカリ土助触媒としてカルシウム化合物が供給されることを特徴とする請 求の範囲第1項乃至第5項の何れかに記載の方法。
  7. 7.アルカリ土助触媒としてバリウム化合物が供給されることを特徴とする請求 の範囲第1項乃至第6項の何れかに記載の方法。
  8. 8.前記更に他の助触媒としてジルコニウム化合物が供給されることを特徴とす る請求の範囲第1項乃至第7項の何れかに記載の方法。
  9. 9.前記ジルコニウム化合物がZrO2として計算して触媒の0.1乃至15、 特に0.5乃至5重量%を形成していることを特徴とする請求の範囲第8項記載 の方法。
  10. 10.Cr2O3として計算して10乃至50、特に20乃至30重量%の酸化 クロム、ZrO2として計算して0.1乃至5、特に0.5乃至1.5重量%の ジルコニウム化合物及びCs2Oとして計算して0.1乃至10、特に1乃至5 重量%のセシウム化合物を有するAl2O3担体を含む触媒が使用されることを 特徴とする請求の範囲第1項乃至第9項の何れかに記載の方法。
  11. 11.前記脱水素又は脱水素環式化が希釈されない触媒によって行われることを 特徴とする請求の範囲第1項乃至第10項の何れかに記載の方法。
  12. 12.前記脱水素又は脱水素環式化が400乃至700℃の温度で実質的に等温 の条件にて行われることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第11項の何れかに 記載の方法。
  13. 13.前記脱水素又は脱水素環式化が周期的に夫々のサイクルの経過中に温度が 上昇されるようにして行われることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第12項 の何れかに記載の方法。
  14. 14.前記脱水素又は脱水素環式化が1乃至5バールの間の圧力状態で行われる ことを特徴とする請求の範囲第1項乃至第13項の何れかに記載の方法。
  15. 15.前記脱水素又は脱水素環式化が1時間当り触媒1リットル当り100乃至 200規定リットルの炭化水素の一時間当りの空間速度(GHSV)にて行われ ることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第14項の何れかに記載の方法。
  16. 16.モノオレフィンの製造の為の炭化水素としてC3、C4又はC5の炭素成 分又はその混合物が供給されることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第15項 の何れかに記載の方法。
  17. 17.BTX芳香族の製造の為の炭化水素としてC6乃至C10の炭化水素成分 が供給されることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第15項の何れかに記載の 方法。
  18. 18.モノオレフィンの製造の際に発生する生成物が選択的水素添加の中間接続 をしないで重合工程に導入されることを特徴とする請求の範囲第16項記載の方 法。
  19. 19.前記触媒が2乃至20容積%のO2を有する空気によって再生されること を特徴とする請求の範囲第1項乃至第18項の何れかに記載の方法。
  20. 20.前記触媒が総て1乃至50、特に総て3乃至7時間で再生されることを特 徴とする請求の範囲第19項記載の方法。
  21. 21.請求の範囲第1項記載の方法を実施する為の触媒に於て、前記触媒が少な くとも1つのアルカリ及び/又はアルカリ土の助触媒と共に更に他の助触媒とし て少なくとも1つの周期系の第3及び/又は第4の副群の元素(原子番号58乃 至71を除く)の少なくとも1つの金属化合物を含んでいることを特徴とする触 媒。
  22. 22.前記触媒がアルカリ助触媒としてナトリウム化合物を含んでいることを特 徴とする請求の範囲第21項記載の触媒。
  23. 23.前記触媒がアルカリ助触媒としてカリウム化合物を含んでいることを特徴 とする請求の範囲第21項乃至第22項の何れかに記載の触媒。
  24. 24.前記触媒がアルカリ助触媒としてセシウム化合物を含んでいることを特徴 とする請求の範囲第21項乃至第23項の何れかに記載の触媒。
  25. 25.前記セシウム化合物がCs2Oとして計算して触媒の0.1乃至10、特 に1乃至5重量%を形成していることを特徴とする請求の範囲第24項記載の触 媒。
  26. 26.前記触媒がアルカリ土助触媒としてカルシウム化合物を含んでいることを 特徴とする請求の範囲第21項乃至第25項の何れかに記載の触媒。
  27. 27.前記触媒がアルカリ土の助触媒としてバリウム化合物を含んでいることを 特徴とする請求の範囲第21項乃至第26項の何れかに記載の触媒。
  28. 28.前記触媒が前記更に他の助触媒としてジルコニウム化合物を含んでいるこ とを特徴とする請求の範囲第21項乃至第27項の何れかに記載の触媒。
  29. 29.前記ジルコニウム化合物がZrO2として計算して触媒の0.1乃至15 、特に0.5乃至5重量%を形成していることを特徴とする請求の範囲第28項 記載の触媒。
  30. 30.前記触媒がCr2O3として計算して10乃至50、特に20乃至30重 量%の酸化クロム、ZrO2として計算して0.1乃至5、特に0.5乃至1. 5重量%のジルコニウム化合物及びCs2Oとして計算して0.1乃至10、特 に1乃至5重量%のセシウム化合物を有するAl2O3担体を含んでいることを 特徴とする請求の範囲第21項乃至第29項の何れかに記載の触媒。
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