JPH0639421B2 - Toluene alkylation catalyst and process for producing the same - Google Patents

Toluene alkylation catalyst and process for producing the same

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JPH0639421B2
JPH0639421B2 JP1028532A JP2853289A JPH0639421B2 JP H0639421 B2 JPH0639421 B2 JP H0639421B2 JP 1028532 A JP1028532 A JP 1028532A JP 2853289 A JP2853289 A JP 2853289A JP H0639421 B2 JPH0639421 B2 JP H0639421B2
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sodium oxide
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toluene
sodium
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ペッカ・クヌーチーラ
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ネステ・オー・ワイ
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はトルエンのアルキル化触媒およびその製法に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a toluene alkylation catalyst and a process for producing the same.

[従来の技術と課題] 周知のようにオレフインでアルキル芳香族類の側鎖をア
ルキル化するには、アルカリ金属触媒が好適であり、金
属ナトリウムまたは金属カリウムを無機担体もしくはグ
ラフアイト担体上に分散させた触媒が使用される。例え
ば本発明者によるフインランド特許出願第865362号では
K2CO3担体に金属ナトリウムを含んだ触媒が開示されて
いる。イギリス特許第1,269,280号公報には、非水性カ
リウム化合物上にナトリウムおよび/またはリチウムを
分散させて製造した触媒が開示されている。同じく本発
明によるフインランド特許出願第865363号にはから固形
K2CO3の表面にナトリウム含有化合物から熱的にナトリ
ウムを分散させた触媒に言及している。
[Prior Art and Problems] Alkali metal catalysts are suitable for alkylating side chains of alkylaromatics with olefin, and sodium metal or potassium is dispersed on an inorganic carrier or graphite carrier as is well known. The catalyzed catalyst is used. For example, in the Finnish patent application No. 865362 by the inventor,
A catalyst containing metallic sodium on a K 2 CO 3 carrier is disclosed. British Patent 1,269,280 discloses a catalyst prepared by dispersing sodium and / or lithium on a non-aqueous potassium compound. Also from Finland Patent Application No. 865363 according to the present invention is a solid
Reference is made to a catalyst in which sodium is thermally dispersed from a sodium-containing compound on the surface of K 2 CO 3 .

これらの触媒の欠点の一つは、触媒の製法と取扱が繁雑
であり、高温での活性が比較的に低く、かつタールとコ
ークス化のために活性が急速に低下することである。
One of the drawbacks of these catalysts is that they are cumbersome to prepare and handle, their activity is relatively low at high temperatures, and their activity decreases rapidly due to tar and coking.

[課題を解決するための手段] 上記の触媒に比べて本発明の触媒は出発材料の処理が容
易で、そのうえアルカリ金属触媒同様の活性を有する。
[Means for Solving the Problems] Compared to the above catalysts, the catalyst of the present invention is easier to treat the starting material, and moreover has the same activity as that of the alkali metal catalyst.

本発明の触媒は炭酸カリウム(K2CO3)担体上に酸化ナト
リウム(Na2O)を含有している。
The catalyst of the present invention contains sodium oxide (Na 2 O) on a potassium carbonate (K 2 CO 3 ) support.

本発明の触媒の製法は酸化ナトリウム(Na2O)と炭酸カリ
ウム(K2CO3)とを混合するところに特徴がある。
The method for producing the catalyst of the present invention is characterized in that sodium oxide (Na 2 O) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) are mixed.

トルエンのアルキル化に使用する本発明の触媒は炭酸カ
リウム(K2CO3)担体上に酸化ナトリウム(Na2O)を含有し
ている系から成るのが特徴である。
The catalyst of the present invention used for the alkylation of toluene is characterized by a system containing sodium oxide (Na 2 O) on a potassium carbonate (K 2 CO 3 ) support.

本発明の触媒の製法は、単に酸化ナトリウムと炭酸カリ
ウムとを混合し次いで該混合物を加熱すればよい。加熱
温度は100〜400℃、好ましくは260〜280℃であり、加熱
時間は0.5〜1時間である。この加熱は減圧下で行うの
が有利であるが絶対条件ではない。
The catalyst of the present invention may be prepared by simply mixing sodium oxide and potassium carbonate and then heating the mixture. The heating temperature is 100 to 400 ° C, preferably 260 to 280 ° C, and the heating time is 0.5 to 1 hour. This heating is advantageously performed under reduced pressure, but it is not an absolute condition.

本発明の触媒では、酸化ナトリウムと炭酸カリウムの何
れか単独では何等の触媒活性を示さないことは驚くべき
ことである。また最終触媒のX線回析分析によれば酸化
ナトリウムと炭酸カリウムの何れの相も認められるの
で、酸化ナトリウムと炭酸カリウム間では何等の化学反
応も生起していないのである。
It is surprising that in the catalyst of the present invention, either sodium oxide or potassium carbonate alone does not show any catalytic activity. Further, according to the X-ray diffraction analysis of the final catalyst, both phases of sodium oxide and potassium carbonate are recognized, so that no chemical reaction occurs between sodium oxide and potassium carbonate.

本発明の触媒はプロピレンによるトルエンの側鎖のアル
キル化反応によりで試験を行った。
The catalyst of the present invention was tested by the side chain alkylation reaction of toluene with propylene.

このアルキル化反応は次の反応式で説明できる。This alkylation reaction can be explained by the following reaction formula.

この反応で得られ主生成物はイソブチルベンゼンであ
る。n-ブチルベンゼン、プロピレンダイマーである4-メ
チル-1-ペンテンが副反応の結果副生する。
The main product obtained in this reaction is isobutylbenzene. 4-Methyl-1-pentene, which is n-butylbenzene and propylene dimer, is by-produced as a result of the side reaction.

試験は1dm3の連続式マイクロ反応器中で実施した。The test was carried out in a 1 dm 3 continuous microreactor.

反応後、ガスおよび液相をガスクロマトグラフイーで分
析した。
After the reaction, the gas and liquid phases were analyzed by gas chromatography.

[実施例] 次に実施例により本発明の触媒の製法と該触媒を使用し
たアルキル化反応を述べるが、本発明はこれらのみに限
定されるものではない。
[Examples] Next, the production method of the catalyst of the present invention and the alkylation reaction using the catalyst will be described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例 触媒の製法 触媒を1dm3Paar鋼製反応器中で270℃、減圧下で製造し
た。酸化ナトリウムと炭酸カリウムの所望量を計量して
仕込み、密閉して減圧とした。混合物を260℃〜280℃に
加熱し該温度で0.5〜1.0時間保持した。
Example Catalyst Preparation The catalyst was prepared in a 1 dm 3 Paar steel reactor at 270 ° C. under reduced pressure. A desired amount of sodium oxide and potassium carbonate was weighed and charged, and the mixture was sealed and the pressure was reduced. The mixture was heated to 260 ° C-280 ° C and held at that temperature for 0.5-1.0 hours.

6種の触媒を調製したが、そのナトリウム含有量は0〜
100重量%の範囲で変動させた。
Six catalysts were prepared, but their sodium content was 0-
The range was 100% by weight.

触媒の分析 仕上がり触媒は暗灰色または褐色を示す。14〜90重量%
の酸化ナトリウム含有量の触媒の製造に際しては反応器
の壁に金属相が観察できる。仕上がり触媒の中で酸化ナ
トリウム40重量%含有の触媒につきX線回析法(MRD)を
用いて分析した。この回析分析において触媒中に観察さ
れる相は酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムおよび多分金
属ナトリウムである。酸化ナトリウムは結晶が大きく、
その濃度は高い。炭酸カリウムは小さな結晶かまたは酸
化ナトリウムで被覆されているかの何れかであることは
これらのピークが低く広いことから分かる。
Analysis of Catalyst The finished catalyst is dark gray or brown. 14-90% by weight
A metal phase can be observed on the walls of the reactor during the production of the catalyst having a sodium oxide content of Among the finished catalysts, the catalyst containing 40% by weight of sodium oxide was analyzed by X-ray diffraction (MRD). The phases observed in the catalyst in this diffraction analysis are sodium oxide, sodium carbonate and possibly sodium metal. Sodium oxide has large crystals,
Its concentration is high. It can be seen from these low and broad peaks that potassium carbonate is either small crystals or coated with sodium oxide.

触媒試験 トルエンの側鎖をプロピレンでアルキル化する反応に該
触媒を用いて試験した。この試験は1dm3Parrオートク
レーブおよび連続式マイクロ反応器中で実施した。
Catalyst Test The catalyst was tested in a reaction in which the side chain of toluene was alkylated with propylene. This test was carried out in a 1 dm 3 Parr autoclave and a continuous microreactor.

バッチ式反応器での試験 反応条件を次のように選択した:反応時間t=19時間、
反応温度T=175℃、トルエン/プロピレン モル比n
(T)n(P)=0.7、触媒質量m=23.0g 窒素雰囲気下で触媒をこの反応器中に充填した。反応器
を閉じ減圧にした。反応器蓋のバルブを通じ減圧を利用
してトルエンを装入した。液状でプロピレンを反応器中
に供給した。
Test conditions in batch reactor The reaction conditions were selected as follows: reaction time t = 19 hours,
Reaction temperature T = 175 ° C., toluene / propylene molar ratio n
(T) n (P) = 0.7, catalyst mass m = 23.0 g The catalyst was charged into this reactor under a nitrogen atmosphere. The reactor was closed and a vacuum was applied. Toluene was charged using vacuum through a valve on the reactor lid. Propylene in liquid form was fed into the reactor.

反応後(175℃、19時間)、ガス相および液相をガスク
ロマトグラフイーで分析した。
After the reaction (175 ° C, 19 hours), the gas phase and the liquid phase were analyzed by gas chromatography.

バッチ式試験結果 この反応において得られる主生成物はイソブチルベンゼ
ン(IBB)であった。副反応の結果得られた反応混合物中
にはまたn-ブチルベンゼン(NBB)、プロピレンの二量化
物である4-メチル-1-ペンテン(4M1P)、および4-メチル-
1-ペンテンの異性化物、および各種のヘキセン異性体が
含まれていた。
Batch Test Results The main product obtained in this reaction was isobutylbenzene (IBB). In the reaction mixture obtained as a result of the side reaction was also n-butylbenzene (NBB), propylene dimer 4-methyl-1-pentene (4M1P), and 4-methyl-
It contained isomers of 1-pentene and various hexene isomers.

試験結果を第1表に示した。生成物組成から出発原料の
転化率、各種生成成分の選択率、およびIBBについての
該触媒の活性を計算した。第1図は生成物へのトルエン
とプロピレンの転化率を触媒中の酸化ナトリウムに対し
てプロットした図である。第2図は触媒活性をg・IBB/
(g・Cat)にて示した触媒の活性を示したものである。
The test results are shown in Table 1. From the product composition, the conversion of starting materials, the selectivity of various product components, and the activity of the catalyst for IBB were calculated. FIG. 1 is a diagram in which the conversion rates of toluene and propylene to the product are plotted with respect to sodium oxide in the catalyst. Figure 2 shows the catalytic activity in g · IBB /
(g · Cat) shows the activity of the catalyst.

第1表および第1〜2図から分かるように、該反応にお
ける転化率と活性はナトリウム濃度が60重量%のときに
最高である。しかし酸化ナトリウムが20または40重量%
のところでも結果はそれ程悪くはないことが分かる。
As can be seen from Table 1 and FIGS. 1-2, the conversion and activity in the reaction are highest when the sodium concentration is 60% by weight. But 20 or 40% by weight of sodium oxide
However, it turns out that the result is not so bad.

Na2O/K2CO3触媒を6%Na/K2CO3触媒と比較したとこ
ろ、触媒の活性および転化率について20、40および60重
量%酸化物触媒のほうが格段に良好な結果であった。同
一条件で試験したNa/K2CO3触媒ではトルエンの転化率
は30%、プロピレンの転化率は42%、触媒活性は4〜5・
IBB/(g・Cat)であるのに対して、酸化ナトリウム20〜60
重量%を含む触媒の転化率は46〜65%および64〜74%で
あり、触媒活性は5〜7・IBB/(g・Cat)であった。
A comparison of the Na 2 O / K 2 CO 3 catalyst with the 6% Na / K 2 CO 3 catalyst showed that the catalyst activity and conversion were significantly better with the 20, 40 and 60 wt% oxide catalysts. It was With the Na / K 2 CO 3 catalyst tested under the same conditions, the conversion of toluene was 30%, the conversion of propylene was 42%, and the catalytic activity was 4-5.
IBB / (g ・ Cat), whereas sodium oxide 20-60
The conversion of the catalyst containing wt% was 46-65% and 64-74%, and the catalyst activity was 5-7 · IBB / (g · Cat).

加えて、酸化物触媒は容易に活性化され、誘導期間は観
察されなかった。換言すれば、反応温度が175℃に上昇
した直後に反応圧は降下しはじめた。アルカリ金属触媒
では反応開始に約1時間を必要とした。
In addition, the oxide catalyst was easily activated and no induction period was observed. In other words, the reaction pressure began to drop immediately after the reaction temperature rose to 175 ° C. The alkali metal catalyst required about 1 hour to start the reaction.

アルカリ金属触媒と酸化物触媒との著しい差異は、後者
の場合の4-メチル-1-ペンテンに対する異性化効率であ
る。4-メチル-1-ペンテン異性化物生成の選択率は酸化
物触媒の場合ではアルカリ金属触媒の約2倍である。し
かしながらこの異性化反応は温度を低下させ、反応時間
を短縮することにより低減できる。
A significant difference between the alkali metal catalyst and the oxide catalyst is the isomerization efficiency for 4-methyl-1-pentene in the latter case. The selectivity of 4-methyl-1-pentene isomerate formation is about twice that of alkali metal catalysts in the case of oxide catalysts. However, this isomerization reaction can be reduced by lowering the temperature and shortening the reaction time.

連続式反応試験 連続式マイクロ反応器における試験用として40%Na2O/
K2CO3触媒を選んだ。試験のパラメータは次のようであ
った:トルエン供給速度約9g/hr、プロピレン供給速度
約20g/hr、反応温度170℃、反応圧90バール、触媒量26
g。
Continuous reaction test 40% Na 2 O / for testing in continuous microreactor
K 2 CO 3 catalyst was chosen. The parameters of the test were as follows: Toluene feed rate about 9g / hr, Propylene feed rate about 20g / hr, reaction temperature 170 ° C, reaction pressure 90 bar, catalyst amount 26.
g.

Na2O/K2CO3触媒は連続式反応器でイソブチルベンゼン
を製造するのに特に好適と考えられる。その理由はNBB
よりも重いタール分の生成が特に少ないからである。温
度が増加しても、また触媒がより老化しても、いずれに
場合でもタール分は増加しない。Na2O/K2CO3触媒は寧
ろ微細粉末に近いにも係わらず、触媒のタールによる汚
染がないので反応器での圧力損失は認められない。そこ
で、反応器内の温度を200℃まで上昇することができ
る。Na2O/K2CO3触媒の欠点としては二量化生成物とし
て4-メチル-2-ペンテンを生成する傾向があることであ
る。この異性化傾向は反応温度に著しく依存する。150
℃に温度を低下させると、この異性化レシオはNa/K2
CO3触媒のそれに近くまで低減する。
Na 2 O / K 2 CO 3 catalysts are considered particularly suitable for producing isobutylbenzene in a continuous reactor. The reason is NBB
This is because the generation of a heavier tar component is particularly small. In either case, the tar content does not increase with increasing temperature or the catalyst aging. Despite the fact that the Na 2 O / K 2 CO 3 catalyst is close to a fine powder, there is no tar contamination of the catalyst, so no pressure loss is observed in the reactor. Therefore, the temperature in the reactor can be increased to 200 ° C. A disadvantage of Na 2 O / K 2 CO 3 catalysts is their tendency to form 4-methyl-2-pentene as a dimerization product. This tendency of isomerization depends significantly on the reaction temperature. 150
When the temperature is lowered to ℃, the isomerization ratio becomes Na / K 2
Reduces to close to that of CO 3 catalysts.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は触媒中の酸化ナトリウム濃度に対するトルエン
とプロピレンの転化率を示すグラフ図、第2図は触媒中
の酸化ナトリウムの各種濃度に対するイソブチルベンゼ
ンへの触媒活性を示すグラフ図である。
FIG. 1 is a graph showing the conversion rates of toluene and propylene with respect to the concentration of sodium oxide in the catalyst, and FIG. 2 is a graph showing the catalytic activity of isobutylbenzene with respect to various concentrations of sodium oxide in the catalyst.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭酸カリウム(K2CO3)担体上に酸化ナトリ
ウム(Na2O)を含むトルエンのアルキル化触媒。
1. A toluene alkylation catalyst comprising sodium oxide (Na 2 O) on a potassium carbonate (K 2 CO 3 ) support.
【請求項2】触媒中の酸化ナトリウム濃度が10〜70%で
ある特許請求の範囲第1項記載の触媒。
2. The catalyst according to claim 1, wherein the concentration of sodium oxide in the catalyst is 10 to 70%.
【請求項3】酸化ナトリウム濃度が40〜60%である特許
請求の範囲第1項記載の触媒。
3. The catalyst according to claim 1, which has a sodium oxide concentration of 40 to 60%.
【請求項4】炭酸カリウム(K2CO3)担体上に酸化ナトリ
ウム(Na2O)を含むトルエンのアルキル化触媒の製法であ
って、該方法が酸化ナトリウム(Na2O)と炭酸カリウム(K
2CO3)とを混合することから成る製法。
4. A process for producing a toluene alkylation catalyst containing sodium oxide (Na 2 O) on a potassium carbonate (K 2 CO 3 ) carrier, the process comprising sodium oxide (Na 2 O) and potassium carbonate (Na 2 O). K
2 CO 3 ).
【請求項5】触媒中の酸化ナトリウム濃度を10〜70重量
%とする特許請求の範囲第4項記載の製法。
5. The method according to claim 4, wherein the concentration of sodium oxide in the catalyst is 10 to 70% by weight.
【請求項6】触媒中の酸化ナトリウムの濃度を40〜60重
量%とする特許請求の範囲第4項記載の製法。
6. The method according to claim 4, wherein the concentration of sodium oxide in the catalyst is 40 to 60% by weight.
【請求項7】プロピレンによるトルエンのアルキル化に
使用するための特許請求の範囲第1項記載の触媒。
7. A catalyst according to claim 1 for use in the alkylation of toluene with propylene.
【請求項8】触媒中の酸化ナトリウム濃度が10〜70%で
ある特許請求の範囲第7項記載の触媒。
8. The catalyst according to claim 7, wherein the concentration of sodium oxide in the catalyst is 10 to 70%.
【請求項9】触媒中の酸化ナトリウム濃度が40〜60%で
ある特許請求の範囲第7項記載の触媒。
9. The catalyst according to claim 7, wherein the sodium oxide concentration in the catalyst is 40 to 60%.
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