JPH08245432A - アルキン含有供給物の選択的水素添加方法 - Google Patents
アルキン含有供給物の選択的水素添加方法Info
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Abstract
キンを含有する供給物を、アルカリ金属弗化物で促進さ
せた担持パラジウム触媒の存在下に、相当するアルケン
に水素化する方法を提供する。 【解決手段】 不純物として少なくとも1種の硫黄化合
物も含む1分子当り2〜6個の炭素原子を含有する少な
くとも1種のアルキン(好ましくはアセチレン)を、水
素ガスを使用して2〜6個の炭素原子を有する少なくと
も1種の相当するアルケン(好ましくはエチレン)に選
択的に水素化する方法であって、該供給物を水素ガスと
共に、パラジウム、少なくとも1種のアルカリ金属弗化
物および無機支持体を含有する触媒と接触させることを
特徴とする。該触媒は好ましくは銀またはその化合物も
含有する。現在好ましいアルカリ金属弗化物は弗化カリ
ウムである。
Description
れるアルキン−含有供給物の接触水素化法に関する。
アルキン(例えば、エタンの熱分解器からのエチレン流
に含まれているアセチレンのような)の選択的水素化
は、商業用としてはアルミナ担持パラジウム触媒の存在
下に行なわれる。アセチレンのエチレンへの選択的水素
化の場合には、U.S.P.4,404,124および
その分割特許U.S.P.4,484,015の開示に
よるアルミナ−担持パラジウム/銀触媒が好ましい。こ
の水素化工程用の作業温度は、本質的にすべてのアセチ
レンが水素化されてエチレンになる(従って、供給流か
ら除去される)、同時に極く少量のエチレンのみが水素
化されてエタンになる(エチレン損失を最小にし、か
つ、上記の特許に指摘されているように制御不可能な無
制御反応を回避するために)ように選択する。
存在する場合の硫黄不純物(H2 S、COS、メルカプ
タンおよび有機硫化物のような)は、これらのパラジウ
ム−含有触媒の毒となり、かつ、これらを失活させるこ
とは当業界の熟練者によって一般に知られている。本発
明は、硫黄−含有不純物の存在下においてアルキンのア
ルケンへの、特にアセチレンのエチレンへの選択的水素
化における改良されたパラジウム触媒の使用を目的とし
ている。
れたパラジウム−含有触媒を使用して不純物として硫黄
化合物の存在下に、アセチレンをエチレンにするような
C2 〜C6 アルキンの相当するアルケンへの選択的水素
化を行う方法が提供される。
合物も含まれる供給物中に存在する1分子当り2〜6個
の炭素原子を含有する少なくとも1種のアルキンを、水
素ガスを使用して1分子当り2〜6個の炭素原子を含有
する相当するアルケンに選択的に水素化する方法であっ
て、該供給物と該水素とをパラジウム、少なくとも1種
のアルカリ金属弗化物および無機支持体物質を含む触媒
と接触させることを特徴とする前記の方法が提供され
る。触媒が銀も含有することが好ましい。現在好ましい
アルカリ金属弗化物は、弗化カリウムである。好ましく
は少なくとも1種のアルキンがアセチレン(エチン)で
あり、少なくとも1種のアルケンがエチレン(エテン)
である。
る触媒は、好ましくは弗化カリウムである少なくとも1
種のアルカリ金属弗化物も含有する任意の担持パラジウ
ム触媒組成物である。銀も触媒組成物中に存在すること
が好ましい。この触媒組成物は新鮮のものでよく、また
はこれは使用されたものでその後に酸化再生されたもの
でもよい。この触媒は、任意の好適な無機支持体物質を
含有できる。好ましくは、無機支持体物質は、アルミ
ナ、チタニア、ジルコニアおよびこれらの混合物から成
る群から選ばれる。現在比較的好ましい支持体物質はア
ルミナであり、最も好ましくはα−アルミナである。こ
の触媒は、一般に、好ましくは約3:1〜約30:1の
F:Pd重量比で、約0.01〜1(好ましくは約0.
01〜0.2)重量%のパラジウムおよび約0.05〜
1.5(好ましくは約0.1〜0.4)重量%の弗素
(アルカリ金属弗化物として化合している)を含有す
る。好ましくは、約0.01〜10(さらに好ましくは
約0.02〜2)重量%の銀も該触媒中に存在する。触
媒中におけるAg:Pd重量比は、好ましくは約2:1
〜約10:1である。この触媒の粒子は、一般に、約1
〜10mm(好ましくは約2〜6mm)の寸法を有し、
かつ、任意の好適な形状(好ましくは球状または円筒
状)を有することができる。一般にこの触媒の表面積
(N2 使用のBET法によって測定した)は、約1〜1
00m2 /gである。
記の触媒は、任意の好適な、有効な方法によって製造で
きる。アルカリ金属弗化物は、支持体を好適なPd化合
物で含浸、および好ましくは好適な銀化合物で含浸する
前に支持体物質中に配合(含浸または噴霧によって)で
きる。または、アルカリ金属弗化物は、好適なPd化合
物を含浸させるのと同時にまたはその後に触媒中に配合
(含浸または噴霧によって)することができる。触媒組
成物中に銀も存在する場合には、アルカリ金属化合物は
PdおよびAg含浸工程の間またはPdおよびAg化合
物の含浸後に配合することができる。現在好ましい触媒
製造法は、Pd/Ag/Al2 O3 触媒物質[さらに好
ましくは、U.S.P.4,404,124および4,
484,015に記載されている方法によって得られる
「スキン」(Skin)触媒である]を弗化カリウム
(KF)の水性溶液で含浸し、次に、乾燥およびか焼
(好ましくは、空気中で約300〜450℃、さらに好
ましくは約350〜400℃の温度で一般的には1〜1
0時間)する方法である現在のところ好ましくははない
が、「湿式還元」工程(すなわち、ヒドラジン、アルカ
リ金属ボロハイドライド、ホルムアルデヒドのようなア
ルデヒド、蟻酸またはアスコルビン酸のようなカルボン
酸、デキストロースのような還元糖などのような溶解還
元剤で処理する方法もある。
うにか焼した)かように製造した触媒組成物は、少なく
とも1種の硫黄化合物の存在下に、好ましくはアセチレ
ンである少なくとも1種のアルキンを少なくとも1種の
相当するアルケンに水素化するために本発明において使
用できる。所望によって、この触媒をアルキン水素化の
前に水素ガスまたは気体状炭化水素と、一般に約30°
〜約100℃の範囲内の温度で約4〜20時間最初に接
触させる。選択的水素化を開始する前のH2 または炭化
水素とのこの接触では、乾燥工程および所望のか焼工程
(上記した)後の触媒組成物中に存在するパラジウムお
よび銀化合物(主として酸化物)がパラジウムおよび銀
金属に実質的に還元される。この所望の還元工程を実施
しない場合には、PdおよびAgの酸化物のこの還元
は、本発明のアルキン水素化反応の初期段階の間に反応
混合物中に存在する水素ガスによって行なわれる。
くとも1種のC2 〜C6 アルキン(好ましくは前記の少
なくとも1種のアルキンを不純物として一般に約1〜約
50,000重量ppmアルキンの量で含有するC2 〜
C6 アルケン流)および少なくとも1種の硫黄化合物を
含有する供給ガスおよび(b)水素ガスと、(c)P
d、Ag、少なくとも1種のアルカリ金属弗化物および
無機支持体を含有する触媒組成物とを接触させることに
よって行う。好ましい供給アルキンには、アセチレン、
プロピン、ブチン−1、ブチン−2およびこれらの混合
物が含まれる。特に好ましいのはアセチレンである。こ
れらのアルキンは、相当するアルケンに主として水素化
される。すなわち、アセチレンは主としてエチレンに水
素化され、プロピンは主としてプロピレンに水素化さ
れ、そしてブチンは相当するブテン(ブテン−1,ブテ
ン−2)に水素化される。アルキンを実質的に完全に除
去するためには、存在するアルキンの各モル当り少なく
とも1モルの水素がなくてはならない。気体(a)およ
び(b)は、触媒組成物(c)と接触させる前に、一般
に予備混合しておく。
ずしもこれらに限定されないが)には、硫化水素、硫化
カルボニル(COS)、メルカプタン(RSH)、有機
硫化物(R−S−R)、有機二硫化物(R−S−S−
R)などおよびこれらの混合物(上式中の各Rは1〜1
0個の炭素原子を含有するアルキン、シクロアルキンま
たはアリール基である)が含まれる。供給気体中に付加
的の化合物(メタン、エタン、プロパン、ブタン、一酸
化炭素、水、アルコール、エーテル、ケトン、カルボン
酸、エステルおよび他の酸化化合物のような)が存在す
る場合でも、これらがアルキンのアルケンへの選択的水
素化を有意に妨害しない限り本発明の範囲内である。一
般に、硫黄化合物は供給気体中に痕跡量、好ましくは約
1重量%未満の硫黄量、そして好ましくは約1〜1,0
00重量ppmの硫黄量(すなわち、百万重量部の供給
物当り約1〜1,000重量部のS)で存在する。
要な温度は、触媒の活性度、選択性、供給物中における
硫黄不純物の量およびアルキン除去の所望程度に大部分
依存する。一般に、約40°〜約200℃の範囲内の温
度が使用される。好ましくは、反応温度は約60°〜1
50℃である。任意の好適な反応圧力が使用できる。一
般に、全圧力は、約7.03〜約70.3kg/cm2
ゲージ(約100〜約1,000in2 psig)の範
囲内である。炭化水素供給ガスの気体空間速度(GHS
V)も大幅に変化できる。典型的には、空間速度は約
1,000〜約10,000m3 供給物/m3 触媒/時
間、さらに好ましくは約2,000〜約8,000m3
/m3 /時間の範囲内である。水素ガスのGHSVは、
H2 対前記の少なくとも1種のアルキンのモル比が約
0.5:1〜約100:1、好ましくは約1:1〜約5
0:1の範囲内になるように選ぶ。
した任意の硫黄化合物有機物質および(または)炭を燃
焼除去するために触媒組成物を空気中において加熱(好
ましくは約700℃を超えない温度で)することによっ
て達成される。所望によって、酸化再生させた組成物
を、本発明の選択的アルキン水素化において再使用する
前に、H2 または好適な炭化水素(上記したような)で
還元する。
るものであり、本発明の範囲を不当に限定するものでは
ない。
チレン水素化用に使用するための)の製造を例示する。
d.0.065重量%のAgおよび約99重量%のアル
ミナを含有する商用のPd/Ag/Al2 O3 触媒であ
った。この触媒は、3〜5m2 /gのBET/N2 表面
積を有し、かつ、U.S.P.4,404,124(カ
ラム4、32〜45行)に記載されている方法に実質的
に基づいて製造されたものである。触媒Aは、製品名
「G−83C」の下にUnited Catalysts Inc.(UCI), Lo
usville, KY から供給されたものである。
21.9gの蒸留水中の0.51gのKOHの溶液中に
1時間浸漬することによって製造した。かように含浸さ
せた触媒物質を82℃で3時間乾燥させ、次いで空気
中、370℃で3時間か焼することによって製造したも
のである。
10.0gのKF(弗化カリウム)を含有する水性溶液
100cc中に1.5時間浸漬することによって製造し
た。かように含浸させた触媒物質を蒸留水で3回洗浄
し、一晩蒸留水中に浸漬し、かつ、82℃で2時間乾燥
させた。その後に、触媒物質を21.5gの水中に0.
53gのKFを含有する水性溶液で再び1.5時間含浸
した。2回含浸させた触媒物質を82℃で乾燥させ、次
いで空気中、370℃で3時間か焼した。
l2 O3 触媒(約0.02重量%のPdを含有し、Ag
を含まず;商品名「G−83A」の下にUCIによって
供給されたものである)を7.06gの蒸留水中の0.
157gのKOHの溶液で浸漬し、次いで82℃で数時
間乾燥させ、かつ、空気中、370℃で2時間か焼した
ものである。触媒Dは、0.5重量%のKを含有した。
3」(Pd/Al2 O3 )を100ccのH2 O中の
4.33gのKFの溶液中に3時間浸漬することによっ
て製造した。上層のKFをデカントし、次いでKF−処
理触媒物質を蒸留水で数回すすぎ洗いし、かつ、300
ccの蒸留水中に一晩浸漬し、次いで82℃で数時間乾
燥させた。その後に触媒物質を、0.17gのKFおよ
び7.1gのH2 Oを含有する水性KF溶液で再び浸漬
した。2回浸漬した触媒物質を82℃で数時間乾燥さ
せ、かつ、空気中、340℃で数時間か焼した。触媒E
は0.5重量%のKを含有した。
C)の性能に及ぼす硫化水素毒化作用を例示する。
行った。約20ccの触媒BまたはCを、内径1.27
cm(0.5in)および約45.72cm(18i
n)の長さを有するステンレス鋼反応チューブ内に入れ
た。各触媒を、14.06kg/cm2 ゲージ圧(20
0psig)下、流れる水素ガスで約54.4〜65.
5℃(約130〜150°F)の温度で約16時間処理
した。その後に反応チューブを約49℃(120°F)
に冷却し、そして、27.1重量%のメタン、15.9
重量%のエタン、55.3重量%のエチレンおよび0.
30重量%のアセチレンを含有する炭化水素含有供給ガ
スおよび1.35重量%の水素を約900cc/分の速
度で反応チューブに導入した。反応器温度を徐々に所望
反応温度に上昇させ、そして形成生成物の試料を種々の
時間間隔でガスクロマトグラフによって分析した。
を評価するために、約1容量%のH 2 Sを含有する窒素
ガスを、上記の反応チューブ中に入れた各触媒20cc
上に約100cc/分の流量で通過させた。温度は約2
2.8℃(約73°F)であり、圧力は1気圧であっ
た。H2 Sの漏出が検出(黄色CdS沈澱を形成する水
性CdSO4 によって)された後に、N2 /H2 Sガス
の流れを止めた。触媒Bの場合には、約650ccのN
2 /H2 Sガスを反応器に通した後にH2 Sの漏出が検
出された、これに対して触媒Cの場合には、H2 Sの漏
出は反応器に約350ccのN2 /H2 Sガスを通した
後に起った。次に、反応チューブを水素ガス流(流量:
約100cc/分)で約93.3℃(約200°F)の
温度および約3.5kg/cm2 ゲージ(約50psi
g)の圧力で約20時間パージした。その後に、各H2
S−毒化触媒について選択的アセチレン水素化試験(上
記の炭化水素含有ガスおよび上記の試験方法を使用し
て)を開始した。関連する試験結果を表Iに要約する。
媒B(KOH−促進Pd/Ag/Al2 O3 )では約1
48.8℃(300°F)以上の温度でも全アセチレン
は完全に水素化されていなかったが、エチレンの実質的
量がエタンに水素化されている(エチレン/エタン比の
有意な減少に示されているよう)ために選択的アセチレ
ン水素化触媒としては本質的に無効であることを明らか
に示している。しかし、H2 S−毒化触媒(KF−促進
Pd/Ag/Al2 O3 )の場合には、約128.8℃
(約264°F)で本質的に完全なアセチレン水素化が
行なわれているが、エチレン/エタン比が最初の値3.
72から約2%しか減少していないことに立証されるよ
うに、エチレンのエタンへの望ましくない水素化は有意
でない程度にしか起こっていなかった。230.5℃
(447°F)の比較的高い温度ですら、この比は僅か
約5%減少したに過ぎなかった。
したこの相違は、毒化されない触媒BおよびCの性能が
実質的に同じであった(完全なアセチレン水素化が行な
われる本質的に同じ「クリーンアップ温度およびエチレ
ン/エタン比が最初の値から約10%減少した本質的に
同じ「無制御」(runaway)温度に証明されるように)の
に鑑みて全く予想外のことであった。
(アセチレン水素化に関して実施例Iに記載した触媒B
およびC)の性能に及ぼす有機ジサルファイドの毒化の
影響を例示する。
基づき、かつ、この例に記載の炭化水素供給物を使用
し、毒されていない触媒BおよびCを別個のアセチレン
水素化において使用した。次に、液体のジメチルジサル
ファイド(DMDS)を含有するバブラーを通過させた
約2.1リットルの窒素流を、69.4℃(157°
F)の温度で約75cc/分の流量でそれぞれ触媒Bお
よびC上を通過させた。その後に、触媒BまたはCを含
有する反応チューブを、約3.5kg/cm2 ゲージ
(50psig)の圧力、約68.3℃(155°F)
の温度で約100cc/分の流量の水素ガスで一晩パー
ジした。次に、DMDS−毒化触媒を使用してアセチレ
ンの水素化試験(実施例Iに記載の方法によって)を行
った。関連する試験結果を表IIに要約する。
ルファイド(DMDS)に曝露した(によって毒され
た)触媒C(KF−促進Pd/Ag/Al2 O3 )は、
クリーンアップ温度の相違[DMDS−毒化触媒Cの9
8.3℃(209°F)に対し、DMDS−毒化触媒B
の146.1℃(295°F)]およびクリーンアップ
温度でのエチレン/エタン比(DMDS−毒化触媒Cで
は3.66であるのに対して、DMDS−毒化触媒Bで
は3.57未満)によって証明されるようにDMDS−
毒化触媒B(KOH−促進Pd/Ag/Al2 O3 )よ
り選択的アセチレン水素化触媒として有意に良好な性能
を示した。
例Iに記載のAg無しの触媒DおよびE)の性能に及ぼ
すH2 Sの毒化の影響を例示する。
よって行った。1容量%のH2 Sを含有する約900c
cのN2 /H2 Sガス混合物を、それぞれ触媒Dおよび
E上を通過させた。結果を表III に要約する。
化触媒D(KOH−促進Pd/Al 2 O3 )はアセチレ
ンの完全水素化(278℃およびこれ以上の温度での)
の触媒作用が無効になったが、H2 S−毒化触媒E(K
F−促進Pd/Al2 O3 )の場合には、エチレンのエ
タンへの水素化が比較的少なく、アセチレンのエチレン
への完全な選択的水素化(比較的高いエチレン/エタン
比に立証されるように)が約200℃で達成された。こ
れらの試験結果(K−促進Pd/Al2 O3 触媒で得ら
れた)では、K−促進Pd/Ag/Al2 O3 触媒を使
用した実施例IIにおいて得られた結果が確認された。
特願平7−177165(17769/95)におい
て、発明者等は(a)金属パラジウムまたはパラジウム
−含有化合物である少なくとも1種のパラジウム−含有
物質、(b)金属銀または銀化合物である少なくとも1
種の銀含有物質、(c)少なくとも1種のアルカリ金属
弗化物および(d)少なくとも1種の無機支持体を含有
するジエンの水素化用として有用な触媒組成物を開示し
ている。本願の追加の事項は、パラジウム、少なくとも
1種のアルカリ金属弗化物および無機支持体を含有する
組成物であって、2〜6個の炭素原子を含有するアルキ
ンの水素化用の組成物である。しかし、本発明の組成物
は、該組成物はアルキン−含有供給物の水素化における
その使用に限定しない場合には銀は存在しなくてもよ
い。
Claims (18)
- 【請求項1】 少なくとも1種の硫黄化合物も含まれる
供給物中に存在する1分子当り2〜6個の炭素原子を含
有する少なくとも1種のアルキンを、水素ガスで選択的
に水素添加して1分子当り2〜6個の炭素原子を含有す
る少なくとも1種の相当するアルケンを製造する方法で
あって、該供給物および水素ガスを、パラジウム、少な
くとも1種のアルカリ金属弗化物および無機支持体物質
を含有する触媒と接触させることを特徴とする前記の方
法。 - 【請求項2】 前記の少なくとも1種のアルキンが、ア
セチレン、プロピン、ブチン−1またはブチン−2であ
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記の少なくとも1種のアルキンがアセ
チレンであり、そして前記の少なくとも1種のアルケン
がエチレンである請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記の少なくとも1種の硫黄化合物が、
硫化水素、硫化カルボニル、メルカプタン、有機硫化
物、有機ジサルファイドまたは該硫黄化合物の任意の2
種以上の混合物である請求項1〜3の任意の1項に記載
の方法。 - 【請求項5】 前記の少なくとも1種の硫黄化合物が、
約1〜1,000重量ppmの硫黄の量で前記の供給物
中に存在する請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記の触媒中に含まれる前記の少なくと
も1種のアルカリ金属弗化物が弗化カリウムであり、そ
して該触媒中の前記の無機支持体物質が、アルミナであ
る請求項1〜5の任意の1項に記載の方法。 - 【請求項7】 前記の触媒が、約0.01〜1重量%の
パラジウムおよび約0.05〜1.5重量%の弗素を含
有する請求項1〜6の任意の1項に記載の方法。 - 【請求項8】 前記の触媒中における弗素対パラジウム
の重量比が、約3:1〜約30:1である請求項7に記
載の方法。 - 【請求項9】 前記の触媒が、銀を追加として含有する
請求項1〜8の任意の1項に記載の方法。 - 【請求項10】 前記の触媒が、約0.01〜10重量
%の銀も含有する請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記の触媒中における銀対パラジウム
の重量比が、約2:1〜約10:1である請求項10に
記載の方法。 - 【請求項12】 前記の供給物がC2 〜C6 アルケン流
から成り、かつ、前記の少なくとも1種のアルキンが不
純物として該供給物中に存在する請求項1〜11の任意
の1項に記載の方法。 - 【請求項13】 前記の供給物が、約1〜50,000
重量ppmの量で前記の少なくとも1種のアルキンを含
有する請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 前記の接触を、約40〜200℃の反
応温度で行い、かつ、水素ガス対前記の少なくとも1種
のアルキンのモル比が、約0.5:1〜約100:1の
範囲内である請求項1〜13の任意の1項に記載の方
法。 - 【請求項15】 1分子当り2〜6個の炭素原子を含有
するアルキンの水素化用の触媒組成物であって、パラジ
ウム、少なくとも1種のアルカリ金属弗化物および無機
支持体物質を含有することを特徴とする触媒組成物。 - 【請求項16】 前記の触媒中に含まれている前記の少
なくとも1種のアルカリ金属弗化物が弗化カリウムであ
り、そして該触媒中の前記の無機支持体物質がアルミナ
である請求項15に記載の組成物。 - 【請求項17】 前記の触媒が、約0.01〜1重量%
のパラジウムおよび約0.05〜1.5重量%の弗素を
含有する請求項15または16に記載の組成物。 - 【請求項18】 前記の触媒中における弗素対パラジウ
ムの重量比が、約3:1〜約30:1である請求項15
〜17の任意の1項に記載の組成物。
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