JPS60193934A - アルケニルベンゼンの製造方法 - Google Patents

アルケニルベンゼンの製造方法

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JPS60193934A
JPS60193934A JP59048454A JP4845484A JPS60193934A JP S60193934 A JPS60193934 A JP S60193934A JP 59048454 A JP59048454 A JP 59048454A JP 4845484 A JP4845484 A JP 4845484A JP S60193934 A JPS60193934 A JP S60193934A
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potassium
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猿丸 浩平
Tomoatsu Iwakura
岩倉 具敦
Akikazu Watanabe
渡辺 昭和
Mikio Mori
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

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】 本発明は、スチレン、バラメチルスチレン等のアル、ケ
ニルベ/ゼンの製造方法に関するものである。
きる。
エチルベンゼンツ諷チスチレンヘ−’#L−1?tノく
ラメチルエチルベンゼンからパラメチルスチレン等への
アルキルベンゼンの脱水素反応は、工業的に極めて重要
な反応である。
これらの反応は、通常原料アルキルベンゼンを高温加熱
水蒸気(スチーム)と共に、脱水素触媒に接触させるこ
とにより、断熱系或いは等理系の反応器を用いて行われ
ている。
上記反応に用いられる脱水素触媒としては、カリウム含
有触媒が活性及び選択性に優れ、広く知られている。
このカリウム含有触媒としては、KgO−F620gを
主成分とするKgO−Fezes ergOs系及びに
2O−Fezes −Ce0g 系触媒が工業的に有用
であり、これらの系の触媒として多くのものが提案され
ており、又多くの市販触媒もある。
しかしながら、これらの多くの触媒は、それぞれ優れた
点を有するものであるが、他方問題点も有している。即
ち、工業触媒として高活性、高選択性、長寿命及び低価
格等の要件を全て満足するものは未だ知られていないと
言える。
特に、工業的により実際的な断熱系反応器を使用し、上
記反応を行わせてアルケニルベンゼンを製造する場合、
その製造コストの低減を図る為にスチーム使用量、即ち
スチーム/原料アルキルベンゼン(モル比)を低下せし
めた反応条件を採用することが要求される。この場合、
上記公知の触媒における高選択性触媒を使用してアルケ
ニルベンゼンを高収率で製造しようとすると、その使用
触媒の寿命が極めて短かくなり、工業生産用の触媒とし
て不満足なものであるのが現状であった。
本発明者らは、断熱系固定床反応器を用いてカリウム含
有触媒及び水蒸気の共存下に、高温にてアルキルベンゼ
ンを非酸化的に接触脱水素反応させてアルケニルベンゼ
ンを製造する場合に、使用する水蒸気の量を低減した条
件においても高収率に、かつ触媒寿命を低下することな
くアルケニルベンゼンを製造することを可能とすべく、
触媒挙動の詳細な解析を行った。
本発明者らはまず、FegOs−に20を主成分とする
Fears −に2O−Cr20a系及びFe 2os
 −K2O−Ce0z系の各種市販触媒の反応特性と触
媒組成の関係について検討を実施した。その結果、これ
らの触媒は、上記の主な触媒成分の他に多種多様な添加
成分を含有しており、それら添加成分の影響も受けるが
・特に含有されるに20の含有量が触媒の反応特性を大
きく支配していることを見い出した。即ち、K2Oの含
有量の高いものは高選択性であるが比較的活性が低く、
K20含有量の低いものは高活性であるが比較的選択性
が低いことである。
次に、本発明者らは、K20含有量と触媒寿命の関係に
ついて、各種市販触媒(全て押出成形品で、直径約17
8インチ)を用いてモデルテストによる検討を次の様に
行った。
触媒50ゴを、流動浴加熱器に設置された5US304
製1/2インチUチューブ反応管に充填した。反応浴温
600℃、圧力IKf/cJG、スチーム/原料エチル
ベンゼンの供給モル比6、LH8V I Hr−”の条
件下に、約600時間連続的にスチレンの製造反応を実
施した。
反応後の触媒を全量抜出し、lOメツシュ金網にて粉化
物をふるい分け、その重量を測定した。
又、粉化していない部分については、触媒中のに20含
有量を理学電機■製「3064型螢光X線分析装置」に
て測定した。
このモデルテストの結果を図1〔フレッシュ触媒のに2
0含有率(wt%)〜モデルテスト後のに20含有率(
wt、% ) :l %及び図2〔フレッシュ触媒のに
20含有率(wt%)〜モデルテスト後の触媒粉化率(
wtチ)〕に示した。
図1から、カリウム含有触媒であるFe 208−に2
0− Cr20a系及びFe2es −に2O−CeO
z系はどちらも、カリウムの飛散に関する挙動淫近似し
たものであることが示唆される。又、図2からは、K2
Oの含有量に応じたそれぞれの触媒の粉化が生じること
が示される。
上記モデルテストの結果は、極めて重要なかつ新しい知
見を示している。即ち、従来これら触媒系の劣化要因に
ついては各種の推論がなされているが核心をつくものは
無く、本発明者らが見い出した上述の新たな知見である
カリウムの飛散に伴なう触媒の粉化現象が、極めて重大
な触媒劣化要因の一つと考えられると言うことである。
この新らたな知見は、特に断熱系固定床反応器における
、スチームの低減によるアルケニルベンゼン製造コスト
の低減を図る時、極めて重要な因子となってくる。即ち
、断熱系反応器におけるスチームの低減は、この脱水素
反応が大きな吸熱反応であり、又、スチームは熱容量が
大きいものであるので、同一のアルケニルベンゼン生産
量を得るためには、反応器入口温度を高める必要が生じ
ることは、熱収支計算から容易に導き出される。
一方、カリウムの飛散は、K2Oの還元により生じると
考えることが合理的であり、KtOの水素による還元の
温度依存性が極めて大きいことは無機化学の知識があれ
ば容易に考えられる。このことは、 K2COg+ルー−−→に+COz +HsO・・・・
−・ 0)或いは、 3KFeOz+2&−+に+FeaO4+2HgO−−
(Illによるカリウムの平衡分圧の、温度依存性の熱
力学的計算によっても確認された、 又、スチーム分圧も上式(1)及び【r1]から明らか
なごとく、カリウムの飛散を支配する大きな因子であり
、スチーム低減はカリウムの飛散を増加させることにな
る。即ち、低スチームの採用は、温度的にも平衡分圧的
にもカリ“ラムの飛散を増加させることになる。
次に、カリウムの飛散と触媒の粉化の関係について考案
を行った。市販の押出し成型により製造されたカリウム
含有触媒の強度は、K20含有量の少ないものはもとも
とに20の結合剤的機能に触媒強度が依存する面が少な
いのに対し、にρ含有量の多いものはに20含有景の多
いものはに20の結合剤的機能に触媒強度が大きく依存
していることが考えられる。
上述したモデルテストから得られた知見とに20含有量
と反応特性との関係を単純に総括すると、低スチーム/
原料アルキルベンゼン比(モル比)の条件下においては
、使翔する触媒の要求性能として高収率及び長寿命をと
りあげる時、それぞれの触媒の要求性能の好ましい方向
は、K11Oの含有量に対して逆の関係にあることが導
き出される。
即ち、長寿命の触媒はKgO含有量が少なく高活性型で
なければならず、高収率の触媒はkO含有量が多く高選
択性型でなければならない。この結論は基本的に矛盾す
るものであシ、単一触媒で低スチーム/原料アルキルベ
ンゼン比(モル比)の条件下で、高収率及び長寿命を同
時に達成することは基本的に困難であると結論された。
特にカリウムの飛散による粉化け、反応器内において重
大な障害を引き起こすことがある。例えば反応器入口部
の触媒層の消失であり、又粉化した触媒の触媒層内への
流入と飛散したカリウムの沈積に起因する触媒層内部の
固結である。
触媒層内の固結現象は、ガス流れの偏流を生じることと
な9、更に触媒寿命を短かくす石。
この固結現象は、断熱系固定床反応器の特性であるとも
考えられる。即ち、断熱系固定床反応器を用いた非酸化
的脱水素反応は、その大きな吸熱反応である特性から触
媒層入口部は高温であるが、脱水素反応の進行に伴って
急激に触媒層内温度は低下し、触媒層出口部に近づくほ
ど低温となる。
従って、触媒層入口部から飛散したカリウムは、触媒層
内部及び出口部に沈積されるものと考えられる。
しかしながら、本発明者らは上述の結論及び問題点を解
消する手法を見い出したのである。
即ち、反応器内に用いるカリウム含有脱水素触媒を、K
20含有量の少ない触媒と、[10含有量の多い触媒を
2種以上混合して用いる手法である。
この手法を用いることにより触媒層入口部からのカリウ
ム飛散量を抑制することができ、又触媒層内部の固結も
抑制されることが明らかとなった。
上記手法による上述の問題点の解消は、完全に予測され
るものでは無かったが、結果的に触媒層内の個々の触媒
粒子間で、K20含有量の少ないものはkO含有量の多
いものに対し粒子表面及び粒子内部温度はより低温とな
り、この為気相のカリウムは隣接するKtO含有量の少
ない粒子に沈積し、触媒全体的には、含有されるKlI
oの均一化が生じ、固結が抑制されているものと推定さ
れている。
即ち、本発明は、断熱系固定床反応器を用いてカリウム
含有脱水素触媒及び水蒸気の共存下に、高温罠てアルキ
ルベンゼンを非酸化的に接触脱水素反応させてアルケル
ニルベンゼンを製造する方法において、該反応器内に2
種以上のカリウム含量の異なる脱水素触媒を混合して配
置することを特徴とするアルケニルベンゼンの製造方法
を提供するものである。
伺、本発明に用いられるアルケニルベンゼンの脱水素反
応における触媒の配置を特徴とする公知技術として米国
特許第3,223,743号明細書がある。この明細書
には、反応器触媒層を分割し、入口部にはより選択性の
高い触媒を配置し、出口部にはよシ高活性の触媒を配置
して高収率でアルケニルベンゼンを製造する方法が開示
されている、即ち、上記公知技術は、本発明の方法とは
全く異る触媒の配置を推奨しているものである。
本発明の方法に用いられるカリウム含有脱水素触媒は、
Fe *Oa −KxOを主成分とするFe+On −
KzO−CrzOs系及びFe 208− K2O−C
dDs系脱水素触媒である。この様な触媒としては、例
えば特公昭43−18361、同43−19864、特
開昭49−65998、同49−120887、同49
−120888、同52−7889、同52−5380
3、同53−942(15、同53−129190、同
53−129191、同54−90102各号公報等に
記載されているものが挙げられる。
この様な触媒の具体例としては、5hel1社製I”5
−tosJ、「S−015j、「3−005jなど、G
irdler社製[Q−64CJ、「Q −64E」、
「G−64IJ、「G−64Fj、等がある。
本発明に方法は、スチーム/原料アルキルベンゼンのモ
ル比に関係なく適用することもできるが、例えばエチル
ベンゼンからスチレンを発生する場合には、スチーム/
エチルベンゼンのモル比が12以下、好ましくは10以
下に適用されると、本発明の効果は顕著であり、高い収
率を維持しながら長期間にわたってスチレンを製造する
ことができる。
本発明の方法においては、反応器内に2種以上のカリウ
ム含量の異なるカリウム含有触媒を、混合して配置すれ
ばよい。
この場合、混合して使用するカリウム含有量の異なる触
媒のカリウム濃度に、KsOとして好ましくは5 wt
%以上、特に好ましくは8 wt%以上の差があると、
アルケニルベンゼン収率及び触媒寿命の上でより好まし
い結果が得られる。
本発明の方法におけるアルキルベンゼンの非酸化的接顧
水素反応は、公知の反応条件下に行わせることができる
が、例えばエチルベンゼンの脱水素反応によるスチレン
製造の場合は570〜660℃の温度範囲、0.2〜2
.5Kf/cJAの圧力範囲、L HS V O,1−
1,5I(r−”の範囲で行われる。
以下に実施例、比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明
する。
比較例1 通常のスチレン工業製造用断熱系固定床ラジアル型反応
器(約20万ton 7年能力)内に、一部10メツシ
ュのステンレス金網で仕切りを入れ、K20含有量約1
0.6 vtrt%のFe2es −K2O−Cr2O
5系触媒(Shel1社製、rS−105J)をガスの
流れ方向に対し入口から出口迄充填した。これを他の本
プラント充填触媒と一緒に、スチーム/エチルベンゼン
モル比12以下の工業的運転条件下にて約11ケ月間連
続使用した。
その後この触媒を抜出し評価を行った。ガス入口部から
出口部迄、触媒粉化は極めて少ない状態であった。この
使用済触媒を入口部から出口部まで均一に混合したもの
を用いて触媒の反応性能を評価した。評価条件は圧力ニ
常圧、スチーム/エチルベンゼンモル比:11、LH8
V : I Hr 。
触媒舒50m1.反応温度600℃であり評価に用いた
反応装置は前述したモデルテストに用いたものと同じで
ある。
評価結果は、エチルベンゼン転化率60%、スチレン選
択率91%であった。
比較例2 比較例1と同様にして、同じ本プラント反応器内に一部
10メツシ予のステンレス金銅にて仕切りを入れ、K2
0含有量約22.5 %のFears −に20− C
e0Jの触媒(Girdler社製、[G−64IJ 
)をガスの流れ方向入口から出口まで充填した。これを
比較例1と全く同じ条件下で使用し、抜出し品の評価を
行った。
この使用済触媒は、ガス入口部の2割相轟分が全く粉化
しており存在していなかった。又中央部には入口部粉化
によると考えられる飛散粉体と、飛散カリウムの結合に
よる触媒の固結現象が生じていた。
実施例1 比較例1と同様にして、同じ本プラント反応器内に一部
10メツシュステンレス金銅にて仕切りを入れ、次に比
較例1に用いた触媒と比較例2に用いた触媒を3ニアの
比率にて混合し、ガスの流れ方向入口から出口まで充填
した。これを比較例1と全く同じ条件下で使用し、抜出
し品の評価を行った。
ガス入口部の粉化は比較例2に較べて極めて少なかった
。又固結現象は全く生じていなかった。
この使用済触媒の均一混合品を用いて、比較例1と同様
にして等温等圧反応による反応性評価を実施した。但し
反応温度は620℃とした。
反応の結果はエチルベンゼン転化率64チ、スチレン選
択率93チであった。
上記実施例及び比較例より、本発明の方法によレバ低ス
チーム/原料アルキルベンゼン比条件下でも、アルケニ
ルベンゼンが高収率で得られ、用いた触媒も長寿命とな
ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
図1は、エチルベンゼンの脱水素反応モデルテスト後ル
テスト、フレッシュ触媒のに20含有率とモデルテスト
後のKzO含有率の関係を示す図であり、図2は、フレ
ッシュ触媒のに20含有率とそデルテスト後の触媒粉化
率の関係を示す図である。 図1及び図2において用いた記号はそれぞれ、△−= 
Fe2rs −K2O−Cent系触媒’ −Fe2e
s −K2O−Ce0g系触媒金触媒。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)断熱系固定床反応器を用いてカリウム含有脱水素
    触媒及び水蒸気の共存下に、高温にてアルキルベンゼン
    を非酸化的に接触脱水素反応させてアルケニルベンゼン
    を製造する方法において、該反応器内に2種以上のカリ
    ウム含量の異なる脱水素触媒を混合して配置することを
    特徴とするアルケニルベンゼンの製造方法。
JP59048454A 1984-03-14 1984-03-14 アルケニルベンゼンの製造方法 Granted JPS60193934A (ja)

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JP59048454A JPS60193934A (ja) 1984-03-14 1984-03-14 アルケニルベンゼンの製造方法
US06/708,743 US4551571A (en) 1984-03-14 1985-03-06 Production of alkenylbenzenes

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JPH0380134B2 JPH0380134B2 (ja) 1991-12-24

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