JPH08198782A - オレフィン系不飽和化合物を製造するための再生方法 - Google Patents

オレフィン系不飽和化合物を製造するための再生方法

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JPH08198782A
JPH08198782A JP7268704A JP26870495A JPH08198782A JP H08198782 A JPH08198782 A JP H08198782A JP 7268704 A JP7268704 A JP 7268704A JP 26870495 A JP26870495 A JP 26870495A JP H08198782 A JPH08198782 A JP H08198782A
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regenerating
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Alfred Hagemeyer
ハーゲマイアー アルフレート
Otto Watzenberger
ヴァッツェンベルガー オットー
Axel Deimling
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オレフィン不飽和化合物を製造するための再
生方法。 【解決手段】 分子状酸素不在で選択的に酸化可能の炭
化水素を、触媒として作用する酸素担体により交互的か
つ循環復帰的に酸化し、消耗した酸素担体をガス状の分
子状酸化剤で再生することから成る再生方法において、
消耗された触媒を再生ガスの導入前に、脱水素反応の温
度よりも低い温度に冷却し、再生時に達する最高温度が
脱水素の初期反応温度よりも低いままであるように再生
を制御する。 【効果】 脱水素の初期段階におけるガス化の減少、目
的生成物の収率の増大。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分子状酸素不在で
予め酸化された、触媒として作用する酸素担体からの酸
素移動によって接触酸化する、すなわち酸化的に脱水素
することによってオレフィン系不飽和化合物を製造する
方法に関する。本発明は好ましくは、アルキル芳香族化
合物及びパラフィンから相応のアルケニル芳香族化合物
及びオレフィンを生成する触媒酸化的脱水素、特にエチ
ルベンゾールからスチロールを生成する脱水素(水素が
生成される)に関する。
【0002】
【従来の技術】スチロール及びジビニルベンゾールは工
業用プラスチックのための重要なモノマーであり、多量
に使用されている。
【0003】スチロールは、改良された酸化鉄触媒によ
るエチルベンゾールの非酸化的脱水素によって製造さ
れ、スチロール1mol当り1molの水素が生成され
る。この反応は平衡反応である点が不利である。それと
いうのもこの反応は、代表的には600〜700℃の温
度で進行し、約90%のスチロール選択率で約60%の
変換率をもって経過し、変換率の増大及び目的生成物の
濃度の増大とともに逆反応が始まり、変換率を制限する
からである。
【0004】これに対して、変換すべき炭化水素が分子
状酸素、つまり一般には空気と反応される酸化的脱水素
によればほとんど定量的変換が達成される、それという
のもこの場合には水素が生成されるからである。またこ
の反応は非酸化的脱水素よりも低い温度ですでに進行す
る。副反応として進行する完全酸化は、分子状酸素によ
る酸化的脱水素に関しては不利である、つまり二酸化炭
素及びさらに水が生成物流中に生じる。この現象はしば
しば“ガス化(Vergasung)”と称される。
【0005】従って、分子状酸素の代わりに、還元性金
属酸化物から成り、触媒として作用する、つまり反応を
制御する酸素担体を使用することが提案された。この場
合には酸素担体は次第に消耗するので、第二段階で再生
されなければならず、これによって初期活性が回復され
る。古典的方法技術でしばしば行われるこの方法は再生
法と称される。再生段階では例えばまたコークス堆積物
(Koksablagerungen)も焼却されうる。再生は著しく発
熱的であるので、遊離する廃熱を例えば蒸気製造のため
に利用することができる。
【0006】選択率は、還元工程及び酸化工程の脱連結
(Entkopplung)によって著しく増大されうる。技術的
には2つの脱連結方法がある、つまり2つの部分工程の
空間的及び時間的分離である。
【0007】2つの部分工程のうち空間的分離の場合に
は、移動床(Wanderbett)又は循環流動層(Wirbelschi
cht)が使用され、触媒粒子が反応生成物の分離後に脱
水素ゾーンから別の再生反応器に移送され、そこで再酸
化が進行する。再生された触媒は脱水素ゾーンに復帰さ
れる。このような方法は連続的に、つまり循環的に調整
されうる。触媒は高い機械的応力に暴露されるので、十
分な硬さを有しなければならない。
【0008】時間的分離は固定された酸素担体を用い
て、有効反応と再生(場合によっては不活性ガスによる
洗浄段階後)との間で周期的に切換えを行うことによっ
て実施することができる。
【0009】還元及び再生可能の触媒を使用する再生原
理は、先ずプロペンからアクロレイン及びアクリル酸も
しくはアクリルニトリルを生成する酸化もしくはアンモ
酸化(Ammonoxidation)に関して記載され(英国特許第
885422号及び同第999629号明細書:K.Ayka
n,J.Catal.12(1968) 281−190)、この
場合には砒酸塩−及びモリブデン酸塩触媒が使用され
た。同様にモノ−及びジオレフィンを生成する、フェラ
イト触媒を用いる脂肪族アルカンの酸化的脱水素の場合
の再生方法の使用も公知であり、同様に高級炭化水素を
生成するメタンの酸化的カップリングの場合の再生方法
の使用も知られており、この場合には異なる種類の触媒
が使用される[例えば米国特許第4795849号、ド
イツ国特許第3586769号明細書(Mn/Mg/S
i−酸化物を用いる);米国特許第4568789号明
細書(Ru−酸化物を用いる);ヨーロッパ特許第25
4423号明細書(MgO上のMn/B−酸化物を用い
る);英国特許第2156842号明細書(Mn3O4−
スピネルを用いる)]。またBi/In/Ag−酸化物
のような還元性触媒による、遊離酸素の不在でのスチル
ベンを生成するトルオールのデヒドロ二量化(Dehydrod
imerisierung)も公知である(ヨーロッパ特許第308
37号及びドイツ国特許第3062084号明細書)。
最後にベンジン精製のためのパラフィン炭化水素の脱水
素、デヒドロ環化(Dehydrocyclisierung)及びデヒド
ロ芳香族化(Dehydroaromatisierung)に関しても再生
原理は使用される(米国特許第4396537号明細
書:Co/P−酸化物触媒を用いる)。
【0010】ヨーロッパ特許第397637号及び同第
403462号明細書からは、パラフィン炭化水素及び
アルキル芳香族化合物の酸化的脱水素の方法原理を使用
することが公知である。それによると、粘土、ゼオライ
ト及びTi,Zr,Zn,Th,Mg,Ca,Ba,S
i,Alの酸化物から成る担体上に施された、V,C
r,Mn,Fe,Co,Pb,Bi,Mo,U及びSn
の群から選択された還元性金属酸化物を使用する。
【0011】これらの触媒を用いると高い収率が得られ
るというが、脱水素の初期段階で、炭化水素が新しく再
生され、従って極めて活性の触媒と接触すると、極めて
激しいガス化(完全燃焼)が起きる。この場合には、原
料の損失を別にすれば、また、単なる脱水素のためより
も著しく多量の酸素が消費され、その結果酸素担体は予
定より早く消耗し、循環時間が不必要に短縮する。
【0012】従って反応構造の技術的変更のためには、
特に初期完全酸化を可及的に十分に抑制することが決定
的に重要である。
【0013】この目的のために、ヨーロッパ特許第48
2276号明細書では、触媒が脱水素ゾーンで装入炭化
水素と接触される前に、例えばH2又はCOによる新し
く再生された触媒の部分的前反応が提案された。この手
段によって初期選択性が実際に改善されるが、この方法
は付加的な工程及び反応に不利な高価な還元剤の使用を
必要とする。初期ガス化の問題は、明らかにまたレドッ
クス系で行われる他の酸化反応の場合にも存在する、そ
れというのも補助手段としての触媒の部分的前反応はま
た他の場合(JA127819参照)にもすでに提案さ
れたからである。
【0014】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の基礎には、
脱水素の初期段階におけるガス化(Vergasung)を減少
させ、有効生成物の選択率を高めかつ費用のかかる付加
的な方法技術的工程、例えばH2、Co等の高価な還元剤
による部分的前反応を省略することができる方法を見出
す、という課題がある。
【0015】
【課題を解決するための手段】ところが、下記のように
処理する(1,2及び3)と、常用のレドックス触媒
(酸素担体)の再生が、明らかに低減された初期ガス化
傾向を有する新しい触媒をもたらし、ひいては初期選択
性の改善をもたらすことが判明した: 1.消耗された(還元された)触媒を、再酸化前に、つ
まり還元性反応混合物、従って被抽出物(Edukt)
自体の存在で又は好ましくは不活性ガス(洗浄ガスと同
じであってよい)下で再生流の導入前に、反応温度T
Reaktよりも低い温度TRegに冷却する。TReg−TReakt
の差は好ましくは20〜100Kである。
【0016】2.この比較的低い温度で酸化剤、実際に
は特に酵素、空気、希薄空気(Magerluft)又はN2Oの
添加によって再生を始める。再生は、再生時に生じる極
めて高い温度、所謂ホット−スポット温度(hot−s
pot−Temperatur)が再び、酸化/脱水素
が開始される時の初期温度TReakt,0よりも低くなるよ
うに制御する。
【0017】3.再生された触媒を、酸化環境の除去後
に、つまり酸化剤の不在で、好ましくは不活性ガス(や
はり洗浄ガスと同じであってよい)下で初期反応温度T
Reakt ,0に加熱し、次に初めて酸化すべき炭化水素(被
抽出物)の供給によって反応を開始する。
【0018】従って最後に記載した加熱工程(3)で
は、還元剤は添加されているべきではない、それという
のも還元剤は新しい触媒と直ちに反応し、それによって
それ自体消費され、例えばヨーロッパ特許第48227
6号明細書及びJP1278191による部分的前反応
の方法の場合に起こるように、触媒を不必要に前還元
し、従って触媒の酸素負荷を無益に消費するからであ
る。
【0019】次に本発明の前記工程を詳細に説明する:
再生は発熱的であるので、触媒は加熱され、再生の初期
段階が十分に抑制的に進行するように配慮しなければ、
時間的及び空間的な温度ピーク(ホット−スポット)に
達する。
【0020】従って本発明の場合には、再生のピーク
(ホット−スポット)温度が反応の初期温度自体よりも
低いことが重要である。それというのもこの反応工程も
エンタルピー効果と関連している、つまり反応自体の進
行中にも触媒温度は変化するからである:本発明は初期
ガス化の減少にのみ関連しているので、初期反応温度と
の比較だけが重要である。つまり断熱的再生の場合に
は、形成エンタルピー(Bildungsenthalpie)から計算
できる温度上昇よりも低く冷却されなければならない。
この温度上昇は、例えば未発表の提案によれば二酸化チ
タン担体上のビスマスから成る触媒の場合には、負荷
(すなわち例えば反応圧力)、脱水素時に達成される触
媒の還元(消耗)度及び再生ガス中の酸素濃度に応じて
約50〜100Kである。付加的冷却を適用する場合に
は、ホット−スポットの発生をさらに妨害することがで
きる。
【0021】本発明方法の作用方式を予想するに当たっ
ては、触媒表面に化学吸着され、被抽出物(Eduk
t)の完全酸化をもたらす(分子状)酸素が、本発明の
手段によって反応性が弱く、従ってより選択的な格子酸
素(Gittersauerstoff)に変えられる(レドックス触媒
の酸素吸収容量が温度が高くなると大きくなるため)と
いう思想(しかし発明を限定すべきではない)がある。
従ってまた本発明方法は、レドックス活性金属酸化物の
表面における、化学吸着された酸素の除去方法とも称す
ることができる。
【0022】初期ガス化の低減及び初期有効生成物選択
性の改善のための方法は、次にエチルベンゾールの非定
常的(instation r)酸化的脱水素の例において適用さ
れるが、また他の酸化反応に対しても適用されうる。
【0023】前記方法において使用されうる触媒として
は、原則として、還元性金属酸化物、すなわちBi,
V,Ce,Fe,In,Ag,Cu,Co,Mn,P
b,Sn,Mo,W,As,Sbの酸化物、好ましくは
B−,Ce−及びV−酸化物、特に好ましくはBi23
又はCeO2を含有しかつ担体なしに又は担体上に配置
されて使用されうるすべての触媒が適当である。担体と
しては、好ましくは遷移金属の酸化物、例えば酸化チタ
ン又は酸化クロム、好ましくはTiO2及びCr23
使用する。
【0024】有利な触媒は、バナジウム5〜60重量
%、好ましくは10〜45重量%、クロム又はチタン1
0〜95重量%、好ましくは30〜80重量%及びアル
カリ金属及び/又はアルカリ土類金属及び/又は希土類
1〜40重量%、好ましくは3〜20重量%(それぞれ
安定な酸化物として算定)を含有するか又はこれらの金
属から成りかつ担体として酸化クロムを使用する場合に
は、触媒的に作用しない酸化物、つまり無機結合剤、好
ましくは酸化アルミニウム0〜70重量%、好ましくは
10〜50重量%を含有する。前記の量割合は、バナジ
ウムの代わりに使用されうる、前記の他の元素に関して
もあてはまる。
【0025】同様に有利な触媒は、酸化クロム(3)及
び/又は酸化チタン10〜95重量%、好ましくは20
〜80重量%から成り、アルカリ金属及び/又はアルカ
リ土類金属1〜40重量%、好ましくは3〜20重量%
(酸化物として算定)を含む担体上の酸化セリウム
(4)5〜60重量%、好ましくは10〜45重量%を
含有しかつ酸化アルミニウム0〜70重量%、好ましく
は10〜60重量%を含有する。
【0026】特に有利な触媒は、酸化クロム(3)及び
/又は酸化チタン10〜95重量%、好ましくは30〜
80重量%から成り、アルカリ金属及び/又はアルカリ
土類金属1〜40重量%、好ましくは3〜20重量%を
含む担体上の酸化ビスマス(3)5〜60重量%、好ま
しくは10〜45重量%を含有しかつ酸化アルミニウム
0〜70重量%、好ましくは10〜60重量%を含有す
る。
【0027】前記の量割合は、その都度の最も安定な、
つまり所定の酸化段階における完成触媒に関する。従っ
て実際の結合割合については言及すべきでなく、その限
りにおいて本発明を限定すべきではない。例えばカ焼
(Calcinieren)の際には、クロムの高い酸化段階に相
応する相、すなわちカリウム又はビスマスのクロム酸塩
又は重クロム酸塩も形成されうる。
【0028】触媒は、乾式混合、懸濁、含浸、沈殿、噴
霧乾燥等の常法で製造することができる。含有物質は、
例えばそれらの酸化物、水酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝
酸塩又は一般には、加熱(カ焼)時には相応の酸化物に
変わる有機又は無機陰イオンを有する水溶性塩の形で使
用することができる。また例えば遷移金属錯体も使用す
ることができる。カ焼は、200〜1000℃、好まし
くは200〜800℃、特に400〜700℃の温度で
行われる。
【0029】触媒の再生すなわち活性化は、100〜6
00℃、好ましくは250〜500℃の温度で分子状酸
化剤を用いて行う。例えば空気、希薄空気(Magerluf
t)、酸素又はN2Oが適当である。再生は、減圧、大気
圧又は超大気圧( beratmosphaerischer Druck)で行う
ことができる。好ましくは500mbar〜10bar
の圧力である。
【0030】脱水素反応は、空間速度(LHSV=liqu
id hourly space velocity)0.01〜20h-1、好ま
しくは0.1〜5h-1(h=時間)で、200〜800
℃、好ましくは350〜550℃の温度及び例えば10
0mbar〜10bar、好ましくは500mbar〜
2barの大気圧又は少し低下された又は高められた圧
力を必要とする。脱水素すべき炭化水素の他に希釈剤、
例えばCO2,N2、希ガス又は水蒸気を加えてもよい。
【0031】次に本発明方法を、スチロールを生成する
エチルベンゾールの非定常的酸化的脱水素の例により説
明するが、また他の酸化反応にも適用することができ
る。
【0032】スチロールを生成するエチルベンゾールの
触媒酸化的脱水素は、脈動反応器(Pulsreaktor)にお
いて450〜550℃の反応温度で行う。この場合には
微小固定層(Mikrofestbett)(正味触媒:0.3〜0.
6g)を遊離酸素の完全な不在で純粋エチルベンゾール
を用いて脈動的に操作し、生じた反応生成物を脈動[パ
ルス(Pulse)]毎にガスクロマトグラフィーにより検
出する。連続的な2つのエチルベンゾールのパルス(約
1.5分)の間にヘリウム運搬ガス(Ttaegergas)が反
応器中を流れる。個々のパルスはエチルベンゾール38
0μgを含有する。運搬ガスの流速は21.5ml/m
inである。このようにして触媒の不活性化挙動が初め
から不産時間なしに高い時間分析(Zeitaufloesung)に
よって追求することができる。
【0033】反応の開始時には触媒は高活性なので、エ
チルベンゾールの高い変換率が観察される。高い初期活
性は、副生成物形成(例えば酸化炭素を生じるガス化)
の増大のためにしばしばスチロールの選択率の損失をも
たらす。特に化学吸着された酸素が被抽出物(Eduk
t)の完全酸化を起こす。反応がさらに経過するうちに
副生成物形成が減少し、次にスチロールの選択率が連続
的にその都度の触媒にとって代表的な目標値にまで改善
される。実験時間が進むうちに触媒は、その格子酸素が
消費される程度に応じて次第に不活性化され、その結果
エチルベンゾール変換率は低下する。90回のパルス後
には再生される。諸結果から生成物としてのスチロール
の収率は選択率及び変換率から一般には平坦な最大値
(FlachesMaximum)を通る。
【0034】脱水素反応の終了後に、消費された、つま
り還元された触媒の再生が本発明方法により行われる。
次いで再生された触媒による新しい脱水素サイクルが始
まる。合わせて数サイクルが行われる。
【0035】触媒活性は、観察されたすべての触媒に関
して、不活性化され、還元された触媒の再酸化によって
十分に回復された。作業時間と共に進む活性損失は確認
されなかった。表1に記載された数値はそれぞれ個々の
実験からの平均値である。
【0036】比較実験1 K2O 12.5%/La23 15%/Bi23
5%/残りTiO2から成るレドックス触媒を微小固定
層(Mikrofestbett)−脈動反応器(触媒容量約1m
l、90パルス/サイクル、45分間空気で再生)に装
入し、数回の個別実験で反応温度490℃、500℃及
び510℃でスチロールを生成するエチルベンゾールの
酸化的脱水素の変換率、選択率及び収率を測定した。
【0037】再生温度はその都度反応温度と同一であっ
た。
【0038】例1 比較実験1と同じ反応温度(490℃、500℃及び5
10℃)を用いたが、再生は脱水素よりも低い温度で行
った:反応(90パルス)終了後に反応器をヘリウム下
で380℃、400℃及び400℃に冷却し、次いで再
生を始め(空気で45分、ガス流約25ml/mi
n)、次に空気からヘリウムに切換え(Heガス流約2
1ml/min)、ヘリウム下で再びその都度の反応温
度(490℃、500℃及び510℃)に加熱し、次い
で比較実験1の場合と同様に脱水素を始めた。
【0039】比較実験2 K2O 15%/La23 15%/Bi23 25%
/TiO2から成るレドックス触媒を微小固定床−脈動
反応器(触媒容量約1ml、90パルス/サイクル、空
気で45分間再生)に装入し、500℃の反応温度でス
チロールを生成するエチルベンゾールの酸化的脱水素の
変換率、選択率及び収率を測定した。
【0040】再生温度は反応温度と同一であり、同様に
500℃であった。
【0041】例2 比較実験2の場合と同様に操作した、但し再生は脱水素
よりも低い温度で行った:反応(90パルス)終了後に
反応器をヘリウム下で420°に冷却し、次に再生を始
め(空気で45分、ガス流約25ml/min)、次い
で空気からヘリウムに切換え(ヘリウムガス流約21m
l/min)かつヘリウム下で500℃の反応温度に加
熱し、次いで比較実験2の場合と同様に脱水素を始め
た。
【0042】比較実験3 K2O 12.5%/La23 15%/Bi23
5%/TiO2から成るレドックス触媒を微小固定層−
脈動反応器(触媒容量約1ml、90パルス/サイク
ル、空気で45分間再生)に装入し、500℃の反応温
度でスチロールを生成するエチルベンゾールの酸化的脱
水素の変換率、選択率及び収率を測定した。
【0043】本発明方法の場合と同様に比較的低い温度
で再生を行ったが、反応温度への再加熱(触媒の再酸化
後)の間は、不活性ガスの代わりに空気下で維持した。
詳しくは次のように再生を行った:反応(90パルス)
の終了後反応器をヘリウム下で400℃に冷却し、次に
再生を始め(空気で45分、ガス流量約25ml/mi
n)、空気流を遮断せずに空気下で500℃の反応温度
に加熱し、次に比較実験1の場合と同様に脱水素を開始
した。
【0044】
【表1】
【0045】表1には実験結果を総括してある。第1パ
ルスの際、つまり完全酸化がその最大値に達する反応開
始直後の初期ガス化及びスチロール収率を示してある。
また第4及び第7パルス(定期的に記録される)際にも
ガス量の減少はまだ僅かであり、スチロール収率の相応
の増大(〜1%)が認められる。
【0046】反応の経過につれて選択率は90%を越え
る値に達する。スチロールの収率の最大及びサイクル時
間は本発明の再生によって影響されない。スチロールの
最大は比較実験1及び例1ではそれぞれ89%であり、
比較実験2及び例2ではそれぞれ92.5%である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/70 X C07C 5/42 11/02 // C07B 61/00 300 (72)発明者 オットー ヴァッツェンベルガー ドイツ連邦共和国 ルートヴィッヒスハー フェン ダンツィガー プラッツ 18 (72)発明者 アクセル ダイムリング ドイツ連邦共和国 ノイシュタット ライ スベールヴェーク 8

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分子状酸素の不在で触媒として作用する
    酸素担体により温度TReakで選択的に酸化可能の炭化水
    素を、交互的かつ循環復帰的に酸化し;かつ消耗された
    酸素担体を再生することによってオレフィン不飽和化合
    物を製造するに当り、 −消耗された(還元された)触媒を、再生ガス(酸化
    剤)の導入前に還元性反応混合物の存在で又は不活性ガ
    ス下で反応の温度TReaktよりも低い温度TRegに冷却
    し; −再生を温度TRegで酸化剤の供給によって開始しかつ
    再生の際達する最高温度が初期反応温度TReak,0よりも
    低く、次にこの初期反応温度で酸化/脱水素を開始し; −再生された触媒を酸化性環境の除去後に、平均反応温
    度よりも低い初期反応温度TReak,0に加熱し、次に初め
    て酸化すべき炭化水素を導入することを特徴とするオレ
    フィン系不飽和化合物を製造するための再生方法。
  2. 【請求項2】 アルキル芳香族化合物及びパラインから
    相応のアルケニル芳香族化合物及びオレフィンを生成す
    る触媒酸化的脱水素に適用される、請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 スチロールを生成するためのエチルベン
    ゾールの触媒酸化的脱水素に適用される、請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 TReak−TRegの温度差が20〜100
    Kである、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 Bi,V,Ce,Fe,In,Ag,C
    u,Co,Mn,Pb,Sn,Mo,W,As及び/又
    はSbの酸化物から選択された、少なくとも1種の還元
    性金属酸化物を担体なしに又は担体上に配置されて含有
    する触媒を使用する、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 触媒の担体として、酸化チタン又は酸化
    クロムのような遷移金属の酸化物を使用する、請求項5
    記載の方法。
JP7268704A 1994-10-18 1995-10-17 オレフィン系不飽和化合物を製造するための再生方法 Withdrawn JPH08198782A (ja)

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