JPH07504611A - 形状選択性転化触媒 - Google Patents
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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】
形状選択性転化触媒
本発明は、トルエンからバラキシレンへの転化等の形状選択的転化のための触媒
に関する。
形状選択性触媒という用語はゼオライトにおいて予期されなかった触媒的選択性
を説明している。形状選択性触媒の背景の原理は、例えば、エフ・ワイ・チェノ
(N、 Y、 Chen) 、ダブリュー・イー・ガーウッド(W、 E、 G
arvood)およびエフ・ジー・ドワイヤー(F、 G、 Dvyer)によ
る[シエイブ・セレクティブ・キャタリシス・イン・インダストリアル・アプリ
ケーションズ(Shape 5electiveCatalysis in I
ndustrial Applications) J 、第36号、マーセル
・デツカ−社(Marcel Dekker、 Inc、 ) 1989年に広
く概説されている。ゼオライト孔の内部において、パラフィンの異性化、オレフ
ィンの骨格構造異性化または二重結合異性化、オリゴマー化および芳香族不均化
、アルキル化またはトランスアルキル化反応等の炭化水素転化反応は、チャンネ
ル寸法(channel 5ize)により生じる拘束に支配される。供給原料
の画分(fraction)が大きすぎて、ゼオライト孔に入って反応すること
ができない場合に反応体の選択性が現われ、また生成物のうちにゼオライトチャ
ンネルから出られないものが生じた場合に生成物の選択性が現れる。反応遷移状
態がゼオライト孔またはゼオライトケージ(cage)の内部で形成されるには
大きすぎるために特定の反応が起こることができないというように、遷移状態の
選択性によって生成物分布が変わることもある。別の型の選択性は、分子の寸法
がゼオライト孔組織(syste■)の大きさに近い場合の形状的な拡がりに起
因する。分子またはゼオライト孔の寸法が少し変化しても、拡がりが太き(変化
して異なった生成物分布を導(ことがある。この種の形状選択性触媒を、例えば
トルエンからバラキシレンへの選択的不均化において説明する。
バラキシレンは、ポリエステル繊維の製造において有用な、非常に価値のある商
品である。バラキシレンの接触的(catalytic)製造は科学界において
大いに注目されており、触媒のパラ選択性を増大させる様々な方法が報告されて
いる。
バラキシレンの合成は、一般に、適当な触媒の存在下、トルエンをメチル化して
行われる。その例は、チェノ(Chen)らによりジャーナル・オブ・アメリカ
ン・ケミカル−ソサイエティ(J、^mer、Chew、 Sac、 ) 19
79年、第101巻、6783頁に記載されているトルエンとメタノールの反応
、ノ々インズ(P 1nes)により「ザ・ケミストリー・オブ・キャタリテイ
ツク・/1イドロカーボン・コンノく一ションズ(The Chemistry
of Catalytic Hydrocarbon Conversion
s) Jアカデミツク・プレス(^cademic Press) 、ニューヨ
ーク、1981年、72頁に記載されているトルエンの不均化などである。この
ような方法によれば、一般に、/(ラキシレン、オルトキシレンおよびメタキシ
レンを含む混合物を製造することになる。触媒のパラ選択性および反応条件に応
じて、異なる割合の(ラキシレンが得られる。収率、即ち、実際にキシレンに転
化する供給原料の量も触媒および反応条件の影響を受ける。
トルエンからキシレンおよびベンゼンへの不均化するための平衡反応は以下のよ
うに進行する。
バラキシレンの収率=選択性×転化率
= (15,03/108.72)Xo、59=8.2%バラキシレンの純度=
100X (15,03/62.63)=24%ゼオライト触媒のパラ選択性を
増大させる既知の方法の一つは、[選択性化剤(Selectivating
agent) Jを用いた処理により触媒を変性することである。使用前にシリ
カ被膜を施す処理により触媒の変性を行う変性方法が提案されている。
例えば、米国特許第4.477.583号および同第4,127.616号は、
触媒を、炭化水素溶媒または水性乳化液中、周囲条件においてフェニルメチルシ
リコーン等の変性化合物と接触させ、続いて焼成する方法を開示している。この
ような変性処理は約90%までのパラ選択性を得ることに成功したが、その場合
にトルエンの転化率が犠牲になって、商業的に認容されない約10%程度でしか
なく、その結果、収率は約9%(即ち、10%X90%)を越えない。このよう
な方法は、かなりの量のオルトキシレンおよびメタキシレンも生成するので、バ
ラキシレンを他の異性体から分離するための分別結晶化および吸着分離等のコス
トのかかる分離工程が必要になる。他のキシレン異性体は通常再循環されるので
、再循環されるキシレン異性体を、バラキシレンを含む平衡キシレン混合物に更
に転化するためのキシレン異性化装置が必要となる。
当業者は、分離工程の費用が必要とされる分離の程度に比例することを認識して
いる。それ故、商業的に許容される転化レベルを維持しつつバラ異性体への選択
性を増大させることによって、相当なコスト削減が達成される。
使用する触媒の形状選択性により利益が得られる他の転化方法には、炭化水素供
給原料の脱ロウ、アルキル芳香族の異性化、ガソリン、留出油、潤滑油または化
学製品を製造するためのオレフィンのオリゴマー化、芳香族化合物のアルキル化
、酸素化物の炭化水素への転化、酸素化物の転位ならびに軽質パラフィンおよび
オレフィンの芳香族化合物への転化が含まれる。
従って、本発明の目的は、改良された形状選択性転化触媒を提供することである
。
本発明は、トルエンをキシレンに転化する反応条件において、選択性化剤とトル
エンとの混合物により処理された、1〜30の拘束指数を有する分子@(モレキ
ュラーシーブ)を含む形状選択性転化触媒に存する。
本発明の方法において使用する分子篩触媒は、1〜30、好ましくは1〜20、
更に好ましくは1〜12の初期拘束指数を有することが好ましく、ZSM−5、
ZSM−11、ZSM−22、ZSM−23またはZSM−35等の中間孔寸法
ゼオライト、最も好ましくはZSM−5を含むことが好ましい。触媒は、100
を越える、例えば150〜2000のアルファ値および100未満、好ましくは
20〜80のシリカ−アルミナ比を有することが好ましい。米国特許第4.32
6.994号において述べられているように、触媒のアルファ値は、触媒を硝酸
により処理することにより、または緩やかなスチーミング(steaming)
することにより増大させることができる。
アルファ値は、標準的触媒と比較した触媒の接触分解活性のおよその指標であり
、相対速度定数(触媒体積当たり、単位時間当たりのn−ヘキサンの転化速度)
を与える。無定形シリカ−アルミナクラッキング触媒の活性のアルファ値を1(
速度定数=0.016sec一つとして基準としている。アルファ試験は米国特
許第3゜354.078号およびザ・ジャーナル・オブ・キャタリシス(The
Journal ofCatalysis) 、第4巻、第522〜529頁
(1965年8月)、第6巻、第278頁(1966年)および第61巻、第3
95頁(1980年)に記載されている。多(の酸触媒反応について固有の速度
定数が特定の結晶性ケイ酸塩触媒についてのアルファ値に比例するということに
注目すべきである(「ジ・アクティブ・サイト・オブ・アジディック・アルミノ
シリケート・キャタリシスツ(TheActive 5ite of Ac1d
ic^luminosilicate Catalysts)J 、ネイチャー
(Nature)A
第309巻、第5959号、第589〜591頁、1984年6月14日参照)
。
ここで適用する試験の実施条件には、ジャーナル・オブ・キャタリシス(Jou
rnalof Catalysis) 、第61巻、第395頁に詳細に記載さ
れているように、538℃の一定温度および可変流量が含まれる。拘束指数およ
びその測定方法は、米国特許第4.016,218号に記載されている。
本発明の方法において使用する分子篩触媒は、例えば多孔質の無機酸化物担体ま
たはクレイバインダーなどのような担体またはバインダー物質と組み合わせて使
用してよい。好ましいバインダーは主としてシリカである。バインダー物質の他
の例は、一般に、乾燥した無機酸化物のゲルまたはゼラチン状析出物の状態のア
ルミナ、ジルコニア、マグネシア、トリア、チタニア、ボリアおよびそれらの組
み合わせが含まれるが、これらに限定されない。適当なりレイ物質には、例えば
、ベントナイトおよびケイソウ土が含まれる。触媒およびバインダーまたは担体
の全組成に対する適当な結晶分子篩の相対的な割合は、組成物の30〜90重量
%であってよ(、好ましくは50〜80重量%である。組成物は押出物、ビーズ
、または流動可能な微小球の形態であってよい。
分子篩触媒は、トルエンからキシレンへの不均化を行うのに十分な条件下におい
て、選択性化剤およびトルエンの混合物により処理(以下、「トリム選択性化(
trim−selectivation) Jという)されることによって、必
要な形状選択性を付与される。選択性化剤はトルエンの0.1〜50重量%、好
ましくは0.1〜20重量%の量で供給される。トリム選択性化剤は揮発性有機
ケイ素化合物が好ましく、反応条件は100〜600℃、好ましくは300〜5
00℃の温度、100〜14000kPa (0−2000psig) 、好ま
しくは200〜5600kPa (15〜800 psig)の圧力、0(すな
わち水素が存在しない)〜10、好ましくは1〜4の水素/炭化水素モル比、0
.1〜100、好ましくは0.1〜10の重量時間空間速度(WH3V)を含む
ことが好適である。トリム選択性化の方法は、触媒作用させる転化プロセスに使
用する反応容器中のその場において行うことが好ましく、50〜300時間、最
も好ましくは170時間未満の時間続けることが好ましい。熱分解の際に、ケイ
酸質のコーティングがゼオライト表面に付着して表面活性が低下ないし除去され
、形状選択性が向上する。
好ましくは、トリム選択性化の前に、分子篩触媒を外部で、ケイ素含有化合物の
形態の選択性化剤による前処理(以下、「プレ選択性化(pre−select
ivation)」という)に付す。プレ選択性化では、いずれかの適当な方法
によりケイ素化合物を触媒の外部表面に付着させる。例えば、ケイ素化合物を溶
剤中に溶解して触媒と混合した後、乾燥させる等により行う。使用するケイ素化
合物は、ゼオライトとの接触条件下において溶液、液体または気体の形態であっ
てよい。ゼオライトの表面にケイ素を付着させる方法の例は、米国特許第4,0
90,981号、同第4,127,616号、同第4,465,886号および
同第4.477.583号に見られる。
プレ選択性化においてケイ素含有化合物を付着させた後、触媒を焼成することが
好ましい。例えば、触媒を酸素含有雰囲気、好ましくは空気中において、300
℃を越えるがゼオライトの結晶性に悪影響を及ぼす温度よりは低い温度まで0゜
2〜b
い温度であろう。焼成温度は約350〜550℃の範囲が好ましい。生成物は焼
成温度に、通常、1〜24時間保持される。
触媒をプレ選択性化に付することにより、触媒をトリム選択性化するのに必要な
時間が短縮され、必要とされる選択性化剤の量が減少することが判った。
プレ選択性化および/またはトリム選択性化に使用するケイ素化合物には、シリ
コーンを含むポリシロキサン、シロキサン、ならびにジシランおよびアルコキシ
ンランを含むシランが含まれる。
本発明において使用し得るシリコーン化合物は、一般式、[式中、RIは水素、
フッ素、ヒドロキシル基、アルキル基、アルアルキル基、アルカリル基(alk
aril=アルキルアリール)またはフルオロアルキル基である。
炭化水素置換基は一般に1〜10の炭素原子を含有し、メチル基またはエチル基
が好ましい。R2はR4と同じ群から選択され、nは少な(とも2であり通常、
2〜1000の範囲の整数である。]によって特徴付けられる。使用するシリコ
ーン化合物の分子量は、一般に、80〜20000、好ましくは150〜100
00である。代表的なシリコーン化合物には、ジメチルシリコーン、ジエチルシ
リコーン、フェニルメチルシリコーン、メチルハイドロジエンシリコーン、エチ
ルハイドロジエンシリコーン、フェニルハイドロジエンシリコーン、メチルエチ
ルシリコーン、フェニルエチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、メチルトリ
フルオロプロピルシリコーン、エチルトリフルオロプロピルシリコーン、テトラ
クロロフェニルメチルシリコーン、テトラクロロフェニルエチルシリコーン、テ
トラクロロフェニルハイドロジエンシリコーン、テトラクロロフェニルフェニル
シリコーン、メチルビニルシリコーンおよびエチルビニルシリコーンが含まれる
。
シリコーン化合物は直鎖である必要はなく、例えばヘキサメチルシクロトリシロ
キサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロ
キサンおよびオクタフェニルシクロテトラシロキサンなどのように環状であって
よい。これらの化合物の混合物を他の官能基を有するシリコーンと同様に使用し
てもよい。
有用なシロキサンまたはポリシロキサンの例には、ヘキサメチルシクロトリシロ
キサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキ
サン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテ
トランロキサン、ヘキサエチルシクロトリシロキサン、オクタエチルシクロテト
ラシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサンおよびオクタフェニルシク
ロテトラシロキサンが含まれるが、これに限定されない。
有用なシラン、ジシランまたはアルコキシシランは、一般式、[式中、Rは水素
、アルコキシ、ハロゲン、カルボキシ、アミ八アセトアミド、トリアルキルシリ
ル等の反応基である。R1、R1およびR8はRと同じであってもよいし、また
は1〜40個の炭素原子を有するアルキル基、アルキル基の有機るアルキルまた
はアリールカルボン酸、更に置換されていてよい6〜24個の炭素原子を有する
アリール基、7〜30個の炭素原子を有するアルキルアリールおよびアリールア
ルキル基を含む有機基であってよい。アルキルシランのアルキル基が、1〜4の
炭素鎖長であることが好ましい。混合物を使用することもできる。
シランまたはジシランの例には、ジメチルフェニルシラン、フェニルトリメチル
シラン、トリエチルシランおよびヘキサメチルジシランが含まれるが、これに限
定されない。有用なアルコキシシランは、少な(とも一つのケイ素−水素結合を
有するものである。
理論により拘束されるものではないが、本発明の利点は、触媒のくねり度(to
rtuosity)が増加する一方で、触媒の外部表面の酸部位に反応物が実質
的に接近できなくなるようにすることによって得られると考えられる。触媒の外
部表面上に存在する酸部位は、触媒孔を出るバラキシレンを異性化して他の二種
の異性体との平衡レベルに戻し、それによってキシレン中のバラキシレンの量が
僅か約24%に減少する。触媒孔を出るバラキシレンに対してこれらの酸部位が
作用する可能性を減少させることにより、バラキシレンを比較的高いレベルに維
持することができる。本発明の選択性化剤は、酸部位を化学的に変性させること
により、これら外側の酸部位をブロックしたり、バラキシレンに対して作用でき
ないようにさせるものであると考えられる。
触媒内部の活性を低下させないために、選択性化剤の動的直径(kinetic
dia+*eter)がゼオライト孔の直径より大きいことが好ましい。
また、シリコーン化合物をトリム選択化剤として使用する場合には、反応ゾーン
に水素が存在することが重要であるとも考えられている。
本発明の選択性化された触媒は、種々の形状選択的炭化水素転化プロセスに使用
するのに適しており、その例には、300〜700℃の温度、10〜3000k
Pa(0,1〜30気圧)の圧力および領1〜20の重量時間空間速度を含む反
応条件による炭化水素のクラッキング、300〜700℃の温度、10〜100
QkPa(0,1〜10気圧)の圧力および0.1〜20の重量時間空間速度を
含む反応条件による炭化水素化合物の脱水素、300〜700℃の温度、10〜
6000kPa (0,1〜60気圧)の圧力、0.5〜400の重量時間空間
速度および0〜20の水素/炭化水素モル比を含む反応条件によるパラフィンの
芳香族化合物への転化、100〜700℃の温度、10〜6000kPa (0
,1〜60気圧)の圧力および0.5〜400の重量時間空間速度および0〜2
0の水素/炭化水素モル比を含む反応条件によるオレフィンから例えばベンゼン
、トルエンおよびキシレンなどの芳香族化合物への転化、275〜600℃の温
度、50〜5000kPa (0,5〜50気圧)の圧力および0.5〜100
の液体時間空間速度を含む反応条件によるメタノールなどのアルコールもしくは
ジメチルエーテルなどのエーテルまたはこれらの混合物の、オレフィンおよび/
または芳香族化合物を含む炭化水素への転化、230〜510℃の温度、300
〜3500kPa (3〜35気圧)の圧力、0.1〜200の重量時間空間速
度および0〜100の水素/炭化水素モル比を含む反応条件によるキシレン供給
原料成分の異性化、200〜760℃の温度、100〜6000kPa (大気
圧〜60気圧)の圧力および0゜08〜20の重量時間空間速度を含む反応条件
によるトルエンの不均化、250〜500℃の温度、100〜20000kPa
(大気圧〜200気圧)の圧力、2〜2000の重量時間空間速度および1/1
〜20/1の芳香族炭化水素/アルキル化剤モル比を含む反応条件による、オレ
フィン、ホルムアルデヒド、アルキルハライドおよびアルコールなどのアルキル
化剤の存在下における例えばベンゼンおよびアルキルベンゼンなどの芳香族炭化
水素のアルキル化、ならびに340〜500℃の温度、100〜20000kP
a(大気圧〜200気圧)の圧力、10〜1000の重量時間空間速度および1
/1〜16/1の芳香族炭化水素/ポリアルキル芳香族炭化水素モル比を含む反
応条件による、ポリアルキル芳香族炭化水素の存在下における芳香族炭化水素の
トランスアルキル化などが含まれるが、これらに限定されない。
従って、一般に、本発明の変性ゼオライト触媒を用いた触媒転化の条件は、10
0〜760℃の温度、10〜20000kPa (0,1〜200気圧)の圧力
、0.08〜2000の重量時間空間速度および0〜100の水素/有機化合物
、例えば炭化水素化合物が含まれる。
本発明の変性触媒を、ピリジンの合成に使用することも有用である。ピリジン基
剤は、アルデヒドおよびケトンをアンモニアと反応させることによって製造する
ことができる。不均一系触媒の存在下、350〜550℃におけるアセトアルデ
ヒドとアンモニアとの反応は、2−および4−メチルビリジンを生ずる。アセト
アルデヒド、ホルムアルデヒドおよびアンモニアが反応してピリジンおよび3−
メチルピリジンを生ずる。ピリジン合成は、例えばフエイトラー(Feitle
r)による米国特許第4.675.410号およびチャン(Chang)らによ
る米国特許第4,220,783号に記載されている。
本発明の選択性化された触媒のその他の用途として、カプロラクタムの合成があ
る。カプロラクタムはナイロンの工業的製造に使用されている。カプロラクタム
の製造はゼオライトを含む酸触媒上でシクロへクサンオキシムをベックマン転位
させて行うことができる。カプロラクタムの合成は、例えば米国特許第4.35
9.421号に記載されている。
本発明の触媒は、トルエンからバラキシレンへの不均化において特に有用である
。例えば、全C8生成物基準で、90%以上、好ましくは少なくとも95%のパ
ラキシレン純度が得られ、その際のトルエン転化率は15%以上、好ましくは少
なくとも20%、最も好ましくは少なくとも25%である。さらに、オルトキシ
レン異性体を全キシレン含量の約15%以下に減少させ、メタキシレン異性体を
全キシレン含量の約5%未満に減少させることができる。加えて、反応系が、分
子篩上に白金を付着するなどの適当な処理に付された場合、存在するエチルベン
ゼンを、例えばC8生成物の約2%未満に著しく減少させることができる。
本発明のトルエン不均化プロセスのための操作条件は、350〜540℃、好ま
しくは400℃を越える温度、100〜35000kPa(大気圧〜5000p
sig) 、好ましくは800〜7000kPa (100〜101000ps
iの圧力、0゜1〜20、好ましくは2〜4のWH3V(重量時間空間速度)、
および0.1〜20、好ましくは2〜4の水素/炭化水素モル比を含む。このプ
ロセスは、固定床または流動床方式のいずれで行うこともでき、いずれの操作に
よってもその利益が容易に得られる。
流出物を分離および蒸留して、所望の生成物、すなわちバラキシレンが他の副生
成物を伴って取り出される。反応しなかった反応体、すなわちトルエンは更に反
応させるためにリサイクルすることが好ましい。ベンゼンは価値の有る副生成物
である。
本発明の好ましい態様に従って、トルエンの不均化に使用する場合は、望ましく
ない副生成物、特にエチルベンゼンの量を減少させるため、触媒を更に変性する
。その技術の程度は、トルエンの不均化反応により得られる反応器流出物が典型
的に約0,5%のエチルベンゼン副生物を含むようにするものである。反応生成
物を蒸留する際の、C8画分中のエチルベンゼンのレベルは、しばしば3〜4%
に増大する。このエチルベンゼンのレベルはポリマーグレードのバラキシレンに
とって許容し難いものであり、その理由は、C6生成物中のエチルベンゼンを、
除去しなければ、バラキシレン生成物から最終的に製造された繊維の品質が低下
するからである。従って、エチルベンゼン含量は低(抑えなければならない。
C8生成物中のエチルベンゼンの規格は、工業的に、0.3%未満に定められて
いる。エチルベンゼンは異性化または超分留(superfractionat
ion)プロセスによって実質的に除去することができる。常套の異性化による
エチルベンゼンの除去は、本発明に関しては非実用的であろう。それは同時に、
90%以上のバラキシレンを含むキシレンストリームが異性化されて平衡キシレ
ンとなり、このキシレンストリーム中のバラキシレンの量が約24%に減少する
ためである。更に、エチルベンゼンを分離するもう一つの方法である超分留は非
常に高コストであることが知られている。
下流でエチルベンゼンを除去する必要を避けるために、白金等の金属化合物を添
加して触媒に水素化−脱水素化機能を組み込むことにより、エチルベンゼン副生
成物のレベルを低下させることが有利である。白金は好ましい金属であるが、他
の金属、例えばパラジウム、ニッケル、銅、コバルト、モリブデン、ロジウム、
ルテニウム、銀、金、水銀、オスミウム、鉄、亜鉛、カドミウムおよびこれらの
混合物を利用することもできる。金属は、0.01〜2%の量で、典型的に約1
5%の量でカチオン交換により添加することができる。金属は続いて行う焼成工
程に耐えるため、触媒の孔に進入可能でなければならない。例えば白金変性触媒
の調製は、触媒をアンモニウム型にするために触媒にまず硝酸アンモニウムの溶
液を加え、次いで活性を高めるためにテトラアミン白金(II)硝酸塩水溶液を
加えて行うことができる。その後触媒を濾別し、水洗し、250〜500℃の温
度で焼成することができる。
本発明を実施例および添付図面により更に詳しく説明する。
図1は、水素(実施例1)または窒素の存在下、シリコーントリム選択性化され
たZSM−5触媒を使用したキシレンバラ選択性およびトルエン転化率を、スト
リーム(流通)時間の関数として比較したグラフである。
図2は、図1と同様のグラフであって、実施例2において用いたやや低い温度で
の水素の同時供給の結果を示す。
図3もまた図1と同様のグラフであって、水素の同時供給がない場合(実施例3
)に得られた結果を示す。
図4は、バラキシレンおよびトルエンの転化率をストリーム時間の関数として示
すグラフである。
図5は、10%Sin、によりプレ選択性化されたゼオライトの場合のバラ選択
性および転化速度を示す。
図6は、5%SiO2によりプレ選択性化されたゼオライトの場合のバラ選択性
および転化速度を示す。
実施例1
シリカ/アルミナ比26、結晶寸法0.1ミクロン、アルファ値731のシリカ
結合H2SM−5触媒2gを用いて、トルエン不均化を固定床反応器において行
った。反応器へのフィードは、フェニルメチルシリコーンのジメチルシリコーン
に対する割合が1=1であるシリコーン化合物を1%含有するトルエンとした。
操作条件ハ、4.0WH3V、480℃、3550kPa (500psig)
および水素/炭化水素(モル比)=2であった。表1に、トルエン転化率および
バラキシレン選択性を、トリム選択性化の間およびその後のオンストリーム時間
の関数としてまとめて示す。
174* 25 91
342* 25 91
*シリコーンの同時供給を中断
シリコーントリム選択性化により、バラキシレン選択性が初期の22%がら90
%以上にまで実質的に増加するということに注目すべきである。オンスドリーム
の174時間目で、フィードを100%トルエンに変えた。すなわち、シリコー
ンの同時供給を中断した。その後の1週間の試験期間中、トルエン転化率は25
%で一定に保たれ、バラキシレン選択性は91%で一定で保たれた。
以上の結果を図1に示しているが、そこには水素でなく窒素の存在下における選
択性化を行った結果も示している。窒素の存在下においては、触媒は急速に失活
し、転化率は急速にゼロに近づいた。
実施例2
4.0WH3V、446℃、3550kPa (500psig)および水素/
炭化水素(モル比)=2においてトルエン不均化工程を実施例1と同様に行った
。表2にトルエン転化率およびバラキシレン選択性をオンストリーム時間の関数
としてま239* 25 97
本シリコーンの同時供給を中断
ノリコーントリム選択性化により、25%のトルエン転化率におけるバラキシレ
ン選択性が24%(熱力学的値)から97%の高い値まで増加した。シリコーン
の同時供給を中断した場合、バラキシレン選択性およびトルエン転化率はそれぞ
tl、97%および25%と変らなかった。結果を図2に示す。
実施例3
4.0WH5V、420℃、100 kPa (Opsig)および水素/炭化
水素(モル比)=0においてトルエン不均化プロセスを実施例1と同様に行った
。表3および図3にトルエン転化率およびバラキシレン選択性をオンストリーム
時間の関数としてまとめて示す。転化率が、オンストリーム184時間で本質的
にOに低下しているが、これは水素の存在下で操作した場合にオンストリーム1
84時間で転化率が25%で安定したのと対照的である点に注目すべきである。
184 0.1 97
実施例4
トリム選択性化剤として1%のオクタメチルシクロテトラシロキサンを含むトル
エンフィードを用いてSiO2H2SM 5によるトルエン不均化を行った。
操作条件は、446℃、3550kPa (500psig) 、4.0WH8
Vおよび山/HC=2であった。表4に結果をまとめて示す。
実施例5
トリム選択性化によるトルエンの不均化を、ヘキサメチルジシロキサン(HMD
S)を用いて実施例4と同様に行った。結果を表5および図4にまとめて示す。
図4は、高いパラキシレン選択性およびトルエン転化率が350時間のオンスド
リームにわたることを示している。時間を長期化しても、パラキシレン選択性が
99%で、トルエン転化率が約18〜20%に保たれた。HMDSの供給は約5
0時間後に中止した。
実施例6〜14
表6に記載するシロキサンを用いるトリム選択性化により、実施例4と同様のプ
ロセスを繰り返した。操作条件は、446℃、3550kPa (500psi
g)、4.0WH3VおよびH2/HC=2であった。24時間後の結果を表6
に示す。
表6
6 メチルヒドロシクロシロキサン 89 137 ヘキ号メチルノクロトリ7
0キ号7 84” 208 1.3.5−)リフチル−1す3.5−トリフエニ
ルツク叶リノロキすン 85 31
9 tクタメチルノクロテトランロキ号ン 88 2310 デカメチルシクロ
ペンクシロキ号7 90 2811 デカメチルテトラノロキサン 98 24
12 ヘキ号メチルノノロ+サン 98 2413 1.1,3.3.5.5−
へキ号メチルトリノロキ号7 96 1414 オクタメチルトリンロキ千ン
(41時間後) 81“ 20
a−記載の時間を越えて選択性化を続けた場合、バラキシレン選択性は90%以
上になりトルエン転化率は少なくとも15%であった。
実施例15〜19
表7に記載するシランを用いて、トリム選択性化を実施例4および5と同様に行
った。操作条件は、446℃、3550pKa (500psig) 、4.0
WH3VおよびH2/HC=2であった。24時間後の結果を表7に示す。
17 フェニルトリメチルシラン 86° 1918 トリエチルシラン 85
− 2119 ヘキサメチルジシラン 95 23a−24時間を過ぎて選択性
化を続けた場合、ノ(ラキシレン選択性(より0%以上であった。
実施例20〜24
比較の目的で、表8に記載した化合物を実施例6〜19と同様に試験し、その結
果を表8に示す。
20 ヘキサフェニルンクロトリシロキサン 43 2921 オクタフェニル
シクロテトラシロキサン 66 2822 テトラ−(n−ブチル)−オルトケ
イ酸塩 36 223 テトラ−エチル−オルトケイ酸塩 38 3ンリ力プレ
選択性化ZSM−5触媒の調製を、ヘキサン4Qcclこフェニルメチルポリシ
ロキサン1.26gを溶解し、これl:823M−5を5.00 g添加して行
った。溶媒を蒸留し、触媒の空気焼成を、538℃まで1℃/分で昇温しtこ後
538℃で6時間行った。プレ選択性化した触媒(ま、公称10%添加シ1ツカ
を含有していた。
10%5iOz H2SM 5のシリコーントリム選択性化を446℃、355
0kPa(500psig) 、4.0WH3V、水素/炭化水素(モル比)=
2で行った。
表9および図5に、10%SiO2H2SM 5についてのトルエン転化率およ
びバラキシレン選択性をストリーム時間の関数で示す。
表9
10%SiO2H2SM 5のシリコーン選択性化シリコ一ントリム選択性化に
より、28時間のオンスドリームでパラキシレン選択性が33%から98%に実
質的に上昇した。その後、フィードを100%トルエンに変えた。その後の10
時間では、16%の転化率で選択性は99%に上昇した。更に転化率を上げる為
に、温度を457℃に上昇させ、そのすぐ後に468℃に上昇させた。転化率は
21%に上昇したが、その後の80時間で20%に僅かに低下した。同じ80時
間で、パラキシレン選択性は99.2%から99゜6%に上昇した。
実施例1のH2SM−5と比較した場合、実施例25のSiO2H2SM 51
0%触媒(プレ選択性化済)は実質的により高い選択性化速度を示した。プレ選
択性化したH2SM−5では、89%のパラキシレン選択率がわずか10時間の
オンストリーム後に達成された(処理前のH2SM−5の170時間よりも17
倍早い)。また、最適なパラキシレン選択性化に達するのに必要な時間は、Hz
SM−5の方がより高い選択性化温度であるにもかかわらず(480℃対446
℃) 、HzSM−5の1週間に対してプレ選択性化した823M−5では1日
であり、プレ選択性化した823M−5の方が短かった。
全フェニルメチルシリコーン消費は、823M−5では1gあたり6.80gの
シリコーンであり、プレ選択性化した823M−5では1gあたり1.42gの
シリコーンであった。従って、プレ選択性化した823M−5のトリム選択性化
に消費されたシリコーンは、プレ選択性化していない触媒の場合のほぼ115倍
(1/4.79倍)である。
実施例26
わずか5%の添加シリカを含むプレ選択性化された触媒を使用する以外は、実施
例25と同様の操作を行った。表10および図6は、5%のSin、−H25M
−5についてのトルエン転化率およびバラキシレン選択性をストリーム時間の関
数で示す。
表10
5%SiO2823M 5のシリコーン選択性化シリコ一ントリム選択性化によ
り、26時間のオンスドリームでバラキシレン選択性が25%から98%に実質
的に増加した。10%5iOz 823M 5と比較すると、5%5iOz触媒
は、1日の選択性化時間で一貫してより高い転化率を示した。その後、フィード
を100%トルエンに変えた。続く6時間では、24%の転化率で選択性が99
%に上昇し、温度を468℃に上げ、WH8Vを3に下げた。転化率は27%に
上昇した後、徐々に低下し、6日間(146時間)で21%の一定値を維持した
。これに応じて、バラキシレン選択性は、最初99%で変わらなかったが、その
後徐々に上昇し、任意に運転(run)を終了した6日間にわたり99.6〜9
9.9%の一定値を維持した。
実施例27
実施例25で調製した10%SiO2−H25M 5の2.5gを1M硝酸アン
モニウム溶液12.5ccに加えることにより0.05%Pt−10%Sin、
−H25M−5触媒を調製した。1.5時間後、テトラアミン白金(II)硝酸
塩0.0025gを約0.5ccの水に溶解した水溶液を加えた。−晩放置後、
触媒を濾別し、水洗、空気焼成を5℃/分で350℃まで昇温した後350℃で
3時間行った。
得られた触媒2.00gを用いて、446℃、3550kPa (500psi
g) 、4WH3Vおよび水素/炭化水素(モル比)=2.0でトルエン不均化
を行った。
表11は同じ操作条件下で試験した実施例25の、白金無含有シリカ変性H2S
M−5と比較した生成物の分布を示す。白金触媒を用いた場合、同程度のトルエ
ン転化率において、エチルベンゼン生成物はほぼ1/12まで減少した。望まし
くないCe十芳香族生成物もまたほぼ1/2まで減少した。
表11
ベンゼン 45.84 41.65
エチルベンゼン 0.05 0.59
キシレン 43.12 55.98
Cg+芳香族 0.99 1.78
100.00 100.0O
CO中のエチルベンゼン(重量%) 0.10 1.18キシレン中のp−キシ
レン(重量%)25.8 29.8トルエン転化率(重量%) 35 34実施
例28
実施例27の触媒を446℃、3550kPa (500psig) 、4WH
3Vおよび水素/炭化水素(モル比)=20で、フェニルメチルポリシロキサン
の1%トルエン溶液を用いてその場で処理した。オンスドリーム32時間後、フ
ィードを100%トルエンに変えた。表12は、同じ操作条件下で試験した白金
鎖含有−シロキサン処理−ノリカ変性H2SM−5と比較した生成物の分布を示
す。
ベンゼン 46.62 38.43
エチルベンゼン 0.33 1.18
キシレン 52.35 58.56
C9,芳香族 0.70 1.83
100.00 100.0O
Cs中のエチルベンゼン(重量%) 0.63 1.98キシレン中のp−キシ
レン(重量%) 98,4 98.7トルエン転化率(重量%)25 22
同程度のトルエン転化率において、白金触媒を用いた場合、エチルベンゼン生成
物はほぼ1/3.6まで減少したが、バラキルン選択性は98.4〜98.7%
と非常に高い値のままであった。望ましくないC0十芳香族生成物もまたほぼ1
/3まで減少した。
実施例29〜31の結果を表13に示しているが、白金を触媒分子篩に加えるこ
とによる生成物ストリーム中のエチルベンゼンにおける有利な効果が示されてい
る。
実施例29
10%SiO2823M−5のシリコーントリム選択性化を446℃、3550
kPa(500psig) 、4.0WH8Vおよび水素/炭化水素(モル比)
=2でトルエンフィード中にフェニルメチルシリコーン1%を用いて行った。オ
ンスドリーム31時間でフィードをトルエン100%に変えた。52時間のオン
スドリームで温度を468℃に上げ、165時間でWH3Vを3.0に下げた。
オンスドリーム39日間のデータを表13の1列目に示す。
実施例30
0、025%Pt−10%5iOz 823M−5のシリコーン選択性化を、4
46℃、3550kPa (500psig) 、4.0WH8Vおよび水素/
炭化水素(モル比)=2でトルエンフィード中にフェニルメチルシリコーン1%
を用いて行った。
56時間のオンスドリームでフィードをトルエン100%に変えた。73時間の
オンスドリームで温度を468℃に上げた。オンスドリーム7日間のデータを表
13の2列目に示す。
実施例31
硝酸活性化0.05%Pt−10%5iC)z 823M−5のシリコーン選択
性化を、446℃、3550kPa (500psig) 、4.0WH3Vお
よび水素/炭化水素(モル比)=2にてトルエンフィード中にフェニルメチルシ
リコーン1%を用いて行った。27時間のオンスドリームでフィードをトルエン
100%に変えた。温度、WH3Vおよび水素/炭化水素比を運転の途中で変更
した。オンストリーム13日間のデータを表13の3列目に示す。
表よ旦
実施例29 実施例30 実施例31
反応条件
温度(’C) 468 468 431圧力(psig) 500 500 5
00H1/HC228
WH8V 3 4 4
オンスドリ一ム時間(日数) 39 7 13トルエン転化率(重量%) 23
20 21生成物(重量%)
C,−2,52,52,5
ベンゼン 43,0 43.6 47.2エチルベンゼン 1.9 0.2 0
.1キンレン 50.4 53.1 50.0エチルトルエン 1.9 0.5
0.2C+o+ o、a o、i o、。
100.0 100.0 100.O
p−キシレン 99.7 98.7 99.7m−キシレン 0.3 1.3
0.30−キシレン 痕跡量 痕跡量 痕跡量100.0 100.0 100
.0
キンレン中のベンゼン(m/m) 1.2 1.1 1.3p−キシレン純度(
重量%)97.8 98.3 99.5実施例29〜31は、触媒分子篩中に組
み込まれた白金のような水素化/脱水素作用を有する触媒分子篩を用いることに
よって、本発明の反応生成物中のエチルベンゼンのレベルを低下させることがで
きることを示している。生成物ストリーム中のエチルベンゼンのレベルは工業的
に認容できるレベルである13%以下であることが好ましく、約0.2%を越え
ないことが最も好ましい。
上述のように、本発明は他の08生成物に関して高いバラキシレン純度の生成物
ストリームを提供するという利点を有する。表14は他の生成物の種々の組み合
わせに対するバラキシレンの相対的な割合を示す。
表14
生成物パラメーターの比較
実施例29 実施例30 実施例31
p−キルン/エチルヘンセン 26.4 262 498 2.5トルエン基準
)
実施例32
446℃、500psig、 4WHS VおよびH2/HC=2にてトルエン
中のフェニルメチルシリコーン1%を用いてトリム選択性化したS i 01
HZ S M −5触媒1.0gを使用して、エチレンによるトルエンのアルキ
ル化を468℃および800kPa (100psig)で行った。トルエンを
4WH3Vでポンプ供給した。
トルエン/エチレン/水素(モル比)=8/1/3を維持するようにエチレンと
水素を同時に供給した。10%のトルエン転化率(理論上最高の転化率である1
2.5%の80%にあたる)において、p−エチルトルエンに対する選択率は9
9.1%と大変高(、m−エチルトルエンは僅か0.9%であった。
実施例33
上述のようにトリム選択性化した5iOz 828M 5触媒2.00gを用い
て、メタノールによるトルエンのアルキル化を448℃および3550kPa
(500psig)で行った。トルエンを4WH3Vでポンプ供給した。トルエ
ン/メタノール/水素(モル比)=4/1/8を維持するようにメタノールと水
素を同時に供給した。14%のトルエン転化率(理論上最高の転化率である25
%の56%に相当)において、p−キシレンに対する選択率は99.9%と非常
に高く、m−キシレンは0.1%に過ぎなかった。
実施例34
上述のようにトリム選択性化したSin2−HzSM−5触媒2.OOgを用い
て、n−へブタンの転化を446℃、100 kPa (Opsig)および4
WH5Vで行った。21%へブタン転化率における芳香族生成物の分布を以下の
表に示す。
キシレン画分におけるバラキシレン選択率は99.3%と非常に高(、m−キシ
レンは0.7%でに過ぎなかった。
藍 里員旦
エチルベンゼン 4.7
キシレン 39.5
p−エチルトルエン 5.0
上述のようにトリム選択性化した5if2 H2S’M 5触媒1.OOgを用
いて、メタノールの転化を371℃、100 kPa (Opsig)およびI
WH3Vで行った。100%のメタノール転化率における液体生成物の分布を以
下の表に示す。
成分 重量%
エチルベンゼン 2.2
上述のようにトリム選択性化したSi0S102−H2S触媒を用いて、酢酸フ
ェニルのフリース反応を400℃、800kPa (100psig)およびI
WHSVで行った。4−ヒドロキシアセトフェノン生成物が高い選択性で得られ
る。
実施例37
上述のようにトリム選択性化したSiO2−828M−5触媒を用いて、プロピ
レンのオリゴマー化を200℃、4200kPa (600psig)および0
.25WH8■で行った。望ましい直鎖炭化水素の選択性の高いディーゼル油お
よび潤滑油生成物が得られた。
実施例38
上述のようにトリム選択性化したSiOSiO2−H2S触媒を用いて、留出油
の脱ロウを343℃(650°F) 、2900kPa (400psig)お
よびIWH3Vで行った。生成物の品質は、直鎖のロウ質炭化水素の選択的クラ
ッキングによって実質的に向上した。重質軽油の流動点は35℃(95°F)か
ら−7℃(20゜F)へと改善された。
特表千7−504611 (9)
特表千7−504611 (1の
フロントページの続き
(5]、) Int、 C1,’ 識別記号 庁内整理番号CO7C2/86
15108 9280−4H
C10G 50100 6958−4H501026958−4H
731022115−4H
//C07B61100 300
(31)優先権主張番号 939,752(32)優先臼 1992年9月2日
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、 PT、 S
E)、 AU、 CA、JP、 KRI
(72)発明者 ロードウオルト、ポール・ジャーハード・ジュニア
アメリカ合衆国 08553 ニューシャーシー、ロッキー・ヒル、メリット・
レイン4番
Claims (11)
- 1.トルエンをキシレンに転化するための反応条件下において選択性化剤および トルエンの混合物により処理された、拘束指数1〜30の分子篩を含んでなる形 状選択性転化触媒。
- 2.反応条件が、350〜540℃の温度、100〜34500kPa(大気圧 〜5000psig)の圧力、0.1〜20のWHSVおよび0.1〜20の水 素/炭化水素にモル比を含んでなる請求の範囲1記載の触媒。
- 3.混合物が、少なくとも80重量%のトルエンおよび少なくとも0.1重量% の選択性化剤を含んでなる請求の範囲1記載の触媒。
- 4.混合物により処理する前に、分子篩をケイ素含有選択性化剤により処理する 請求の範囲1記載の触媒。
- 5.選択性化剤がオルガノシリコン化合物を含んでなる請求の範囲1または4記 載の触媒。
- 6.オルガノシリコン化合物が、ポリシロキサン、シロキサン、シラン、ジシラ ンおよびアルコキシランから選ばれる請求の範囲5記載の触媒。
- 7.分子篩触媒が1〜20の拘束指数を有する請求の範囲1記載の触媒。
- 8.触媒の分子篩がZSM−5を含んでなる請求の範囲1記載の触媒。
- 9.転化させる有機反応ストリームを請求の範囲1に記載の触媒と接触させるこ とを含んでなる形状選択的な有機物の転化方法。
- 10.形状選択的な有機物転化が、炭化水素の脱ロウ、アルキル芳香族化合物の 異性化、オレフィンのオリゴマー化、芳香族化合物のトランスアルキル化、芳香 族化合物のアルキル化、酸素化物から炭化水素への転化、酸素化物の転位ならび にパラフィンおよびオレフィンから芳香族化合物への転化から選ばれる請求の範 囲9記載の方法。
- 11.接触を100〜760℃の温度、10〜20000kPa(0.1〜20 0気圧)の圧力、0.08〜2000の重量時間空間速度および0〜100の水 素/炭化水素モル比で行う請求の範囲9記載の方法。
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