JPS634813B2 - - Google Patents

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JPS634813B2
JPS634813B2 JP56133388A JP13338881A JPS634813B2 JP S634813 B2 JPS634813 B2 JP S634813B2 JP 56133388 A JP56133388 A JP 56133388A JP 13338881 A JP13338881 A JP 13338881A JP S634813 B2 JPS634813 B2 JP S634813B2
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JP
Japan
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catalyst
supplied
toluene
stage
weight
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JP56133388A
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Japanese (ja)
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JPS5835128A (en
Inventor
Kimihiko Sato
Atsuji Sakai
Yasuo Yamazaki
Tamio Onodera
Koji Sumitani
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Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5835128A publication Critical patent/JPS5835128A/en
Publication of JPS634813B2 publication Critical patent/JPS634813B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はp−キシレンの改良製造方法に関し、
さらに詳しくは、トルエンを気相においてメチル
化剤でメチル化してp−キシレンを製造するため
の工業的に有利な方法に関する。 種々のキシレンの中でp−キシレンは、ポリエ
ステルの原料であるテレフタル酸またはテレフタ
ル酸ジメチルエステルへ誘導することができるの
で工業的に極めて有用な化合物である。 従来p−キシレンは、石油化学誘導品である炭
素数8の芳香族炭化水素を主として含む留分(所
謂C8留分)からの分離および異性化を経て得る
方法が知られており、この方法により工業的に大
量に製造されている。 一方、p−キシレンの如きジ−アルキル置換ベ
ンゼンの製造法として、近時ベンゼン又はモノ−
アルキル置換ベンゼンを種々のアルキル化剤でア
ルキル化する方法も多く提案されている。例え
ば、その一つとして、米国特許第4117026号には、
ある種の特定の結晶性アルミノシリケートゼオラ
イトから成る触媒を使用し、C1〜C4のモノアル
キルベンゼンをC2〜C15のオレフインおよび/ま
たはC3〜C60のパラフインでアルキル化する方法
が開示されている。この方法はトルエン自身の不
均化によるキシレンおよびベンゼンの製造も含包
している。しかし、上記提案方法は、得られた反
応混合物に含まれるジアルキルベンゼン中のp−
ジアルキルベンゼンの割合p−ジアルキルベンゼ
ンの選択率において工業的に未だ充分に満足すべ
きものとは云えない。 また、米国特許第4086287号には、ある種の結
晶性アルミノシリケートゼオライト触媒の存在下
に、トルエンまたはエチルベンゼンを、エチレ
ン、エチルアルコール、ハロゲン化エチル、ジエ
チルエーテルなどのエチル化剤でエチル化して、
エチルトルエンまたはジエチルベンゼンを製造す
る方法が開示されている。この方法は従来法に比
べてオルソジ−置換体の生成量が少なく、比較的
高い選択率でp−エチルトルエンまたはp−ジエ
チルベンゼンが製造されるという点では優れてい
るが、しかし、この方法はキシレン類、就中p−
キシレンの製造には適用できない。 また、米国特許第3965207号には、シリカ/ア
ルミナのモル比が少なくとも約12のある種の特定
の結晶性アルミノシリケートゼオライトからなる
触媒の存在下に、約500℃〜約750℃の間の温度で
トルエンをメチル化してp−キシレンを選択的に
製造する方法が開示されている。 一方、米国特許第4034053号及び米国特許第
4158024号には、マグネシウムもしくはその酸化
物によつて変性された結晶性アルミノシリケート
ゼオライト触媒の存在下に、トルエンをメチル化
剤でメチル化してp−キシレンを製造する方法が
開示されている。 しかし、上記提案方法はいずれも反応混合物に
含まれるキシレン異性体混合物中のp−キシレン
の割合およびトルエンのキシレンへの転化率が比
較的高い点では優れているが、未だ工業的に満足
すべき程度に高いp−キシレン濃度およびトルエ
ン転化率は得られていない。 トルエンのメチル化によるp−キシレンの合成
においては、キシレン中のp−キシレン濃度およ
びトルエン転化率が工業的に重要な意味を有して
おり、就中、p−キシレン濃度が出来るだけ高
く、望ましくは85%以上、特に90%以上であるこ
とがその方法の工業的価値を大きく左右する。 本発明者らが既に提案した如く(特開昭54−
144324公報参照)、このメチル化反応を結晶性ア
ルミノシリケート触媒を使用して行なう場合、接
触時間を短くしてトルエン転化率を低い値に抑え
て反応する場合には、比較的高いp−キシレン濃
度のキシレン異性体混合物が反応生成物として得
られる。しかし、接触時間を長くしてトルエン転
化率を高くするに従つて、次第に生成キシレン異
性体混合物中のp−キシレンの濃度は低下する傾
向が認められる。従つて、トルエン転化率および
p−キシレン濃度が共に工業的に満足すべき程度
に高い値でトルエンからp−キシレンを製造する
ことができれば、工業的に極めて有利であること
は自明の理であり、そのような製造方法の開発が
強く望まれている。 本発明の目的は、トルエンのメチル化によつて
p−キシレン濃度が高いキシレン混合物を製造す
る工業的方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、トルエン転化率が高く且
つ、p−キシレン濃度が高いキシレン混合物を製
造する工業的方法を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、メチル化剤のキシ
レンへの高い転化率でp−キシレンを製造する工
業的方法を提供することにある。 本発明のさらに他の目的及び利点は以下の説明
から明らかとなるであろう。 本発明に従えばトルエンを気相においてメチル
化剤でメチル化してp−キシレンを製造する方法
において、 (a) 該メチル化を相互に区分された複数の直列的
に連結された固定触媒層からなる多段反応系を
用い、中間で生成するキシレンを分離除去する
ことなく連続的に行ない、 (b) 該トルエンは水素ガスと共に、第1段の固定
触媒層にのみ供給し、且つ後続の固定触媒層中
を順次通過させ、その際のトルエンの供給量
は、全重量時間空間速度が1〜300hr-1の範囲
となるような量であり、 (c) 該メチル化剤は上記固定触媒層の各々に、必
要に応じて水素ガスと共に供給し、その際メチ
ル化剤の各触媒層への供給は、該第1段の触媒
層に供給されるトルエン1モル当り0.01/tモル
〜1/tモル(ここでtは該メチル剤中のメチル
基の数である)の範囲内であり、且つ全触媒層
に供給されるメチル化剤の合計は、上記第1段
の触媒層に供給されるトルエン1モル当り0.1/
tモル〜2/tモル(ここでtは前記の意味を有す
る)の範囲内にあり、そして (d) 各固定触媒層には、酸化マグネシウム又は酸
化ランタニドを含有する結晶性アルミノシリケ
ートから成る触媒が充填されている ことを特徴とする方法が提供される。 本発明の方法の原理の理解を容易ならしめるた
めに、先ず簡単な或るモデル実験例を挙げて説明
する。すなわち、(i)或る一定量の触媒を用いて一
定割合のトルエンおよびメタノールの混合物を用
いてトルエンをメチル化した実験(実施例2中の
実験a)と(ii)実験aで使用したのと同じ触媒を2
等分して相互に区分された2つの直列に連結され
た触媒層の第1の触媒層に、実験aと同じ量のト
ルエンおよび1/2の量のメタノールを供給し、第
1の触媒層から排出された反応混合物中へ残りの
1/2の量のメタノールを導入しつつ第2の触媒層
へ供給し、メチル化を行なう実験(実施例2中の
実験b)を行なつた。実験aおよび実験bにおけ
る温度、触媒接触時間、その他の条件は出来るだ
け同一にして行なつた。その結果、実験は使用し
た触媒量、トルエン量、メタノール量が同じであ
るにも拘らず、実験bは実験aに比べてトルエン
の転化率は高くなり、また、生成するキシレン異
性体混合物中のp−キシレン濃度は向上するとい
う結果が得られた。さらに消費されたメタノール
のキシレンへの転化率も改良されるという優れた
効果ももたらされることがわかつた。 このように本発明によれば、該メチル化を相互
に区分された複数の直列的に連絡された触媒層か
らなる多段反応系において連続的に行なうことに
よつて、トルエン転化率を高くすることが容易に
可能になるばかりでなく、生成するキシレン異性
体混合物中のp−キシレン濃度を高水準に維持す
ることが出来、しかもメチル化剤のキシレンへの
転化率を著しく向上させることが可能である。す
なわち、本発明の方法によれば、単一の触媒層を
用いて反応を行なう前述した如き従来の方法と比
較して、同じトルエン転化率ではp−キシレン濃
度のより高いキシレン異性体混合物を得ることが
でき、また、同じp−キシレン濃度のキシレン異
性体混合物を得ようとする場合には、より高いト
ルエン転化率およびより高いメチル化剤のキシレ
ンへの転化率で反応を行なうことが可能になると
いう工業的に顕著な利点が得られる。 以下、本発明をさらに詳細に説明する。 本発明は、前述したように、基本的には相互に
区分された複数の直列的に連結された固定触媒層
の各触媒層毎にメチル化剤を供給しつつ、トルエ
ンのメチル化を行なうものである。 かかる本発明の方法に使用される各固定触媒層
を構成する触媒は、酸化マグネシウム又は酸化ラ
ンタニドを含有する結晶性アルミノシリケートか
ら成る。 該触媒のベースとなる結晶性アルミノシリケー
ト(以下ゼオライトと略称することがある)とし
ては、従来からトルエンのメチル化において使用
されているものがいずれも使用可能であるが、一
般にはカチオンサイトに主として水素イオン又は
アンモニウムイオンの如き水素イオン前駆体を含
み、且つシリカ/アルミナのモル比が少なくとも
10、好ましくは15〜5000、特に好ましくは20〜
3000であるものが好適である。云い変えると、ア
ルミナに対してシリカの含有量の高い、所謂高シ
リカゼオライトが触媒のベースとして使用され
る。これまでにこのような高シリカゼオライトが
数多く提案されている。 また、シリカ/アルミナ比が5000のような極め
てシリカ含有量の高いゼオライトも知られてい
る。シリカ/アルミナ比が前記特定の範囲内であ
る限り、どのような高シリカゼオライトであつて
も本発明に使用できる。 本発明で使用する結晶性アルミノシリケートを
変性した触媒は、ゼオライトの相対的活性に影響
を与えるα値が、一般に1〜1000の範囲内、好ま
しくは5〜800の範囲内、さらに好ましくは10〜
600の範囲内にあることが好ましい。そのような
α値の定義及び測定法はジヤーナル・オブ・キヤ
タリシス(Journal of Catalysis)第4巻527頁
(1965)及び同第6巻278頁(1966)に記載されて
いる。本方法に従つて日揮(株)製シリカアルミナ触
媒N631−HNを基準に測定を実施した。 また、本発明で使用する結晶性アルミノシリケ
ートを変性した触媒は、比較的小さい孔を有する
ものが適しており、25℃におけるn−ヘキサンに
対するシクロヘキサンの吸蔵容量比が一般に0.05
〜0.7の範囲内、好ましくは0.1〜0.6の範囲内、さ
らに好ましくは0.2〜0.6の範囲内にあるものが有
利に使用される。本明細書において、使用する
“25℃におけるn−ヘキサンに対するシクロヘキ
サンの吸蔵容量比(重量)”なる言葉は、一定の
炭化水素圧力下においてゼオライト単位重量当り
に吸着されるシクロヘキサン吸着量のn−ヘキサ
ン吸着量に対する比として定義される(シクロヘ
キサン重量%/n−ヘキサン重量%)。シクロヘ
キサン及びn−ヘキサン吸着量は、ゼオライト触
媒を定量秤量し25℃、120±20mmHg減圧下6時間
被吸着物質を飽和吸着させた後、付着物を除くべ
く、更に25℃、120±20mmHgで2時間排気して、
重量増加により求めたものである。本方法により
測定したZSM−5ゼオライトのn−ヘキサンに
対するシクロヘキサンの吸蔵容量比(重量)は
0.7であつた。 さらに上記触媒は、触媒の性質上一般に0.1〜
4ミクロン、好ましくは0.15〜3.5ミクロン、さ
らに好ましくは0.2〜3ミクロンの範囲内の平均
結晶サイズを有していることが望ましい。 本発明において触媒のベースとして使用するこ
とができる以上に述べた如き特性をする結晶性ア
ルミノシリケート又はゼオライトの代表例として
は、モービル・オイル・コーポレーシヨンによつ
て開発された種々のZSM系のゼオライトおよび
インペリアル・ケミカル・インダストリー・リミ
テツドより開発されたゼータ系ゼオライトを挙げ
ることができるが、ZSM系ゼオライトが好適で
ある。 ZSM系ゼオライトとしては、例えばZSM−5
(米国特許第3702886号参照)、ZSM−11(米国特
許第3709979号参照)、ZSM−12(米国特許第
3832449号参照)、ZSM−35(米国特許第4046859
号参照)およびZSM−38(米国特許第4046859号
参照)があり、ゼータ系ゼオライトとしては例え
ばゼータ1(西独特許公開第2548697号参照)およ
びゼータ3(西独特許公開第2548695号参照)があ
る。 本発明者らによつて高シリカゼオライトとして
開発されたTP−1系ゼオライトも使用すること
ができる(特開昭54−137500号参照)。これらTP
−1系ゼオライトは、チオール、サルフアイド、
スルホオキサイド、スルホンまたはチオフエンの
ような有機硫黄化合物を使用することによつて、
シリカ、アルミナ、アルカリ金属および水を含有
する原料混合物を結晶性アルミノシリケートが形
成されるに充分な温度および時間加熱することに
よつて製造することができる。これらTP−1系
ゼオライトの性質および製造法は、前記特開昭54
−137500公報に詳細に説明されている。 これらゼオライトは、カチオンサイトにアルカ
リ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含
有した形で一般的に利用し得る。本発明におい
て、これらゼオライトはH型ゼオライトに変換さ
れ、カチオンサイトに主として水素イオンまたは
水素イオン前駆体を含む形で使用される。従つ
て、本明細書では特にことわらない限り、“ゼオ
ライト”はH型ゼオライトを意味する。 触媒ベースとしてZSM−5ゼオライトを使用
すると、最もすぐれた効果が得られることが見出
された。かくして、本発明の最も好ましい態様に
よれば、ZSM−5がメチル化触媒のベースとし
て使用される。 上記の如きゼオライトは、酸化マグネシウム又
は酸化ランタニドにより変性した後にメチル化触
媒として本発明の方法に供される。ゼオライトを
酸化マグネシウム又は酸化ランタニド(以下これ
らを“変性剤A”ということがある)で変性する
ことにより、生成するキシレン異性体混合物中の
p−キシレンの濃度、すなわちp−キシレンの選
択性を著しく向上させることができる。 上記酸化ランタニドは、ランタニド系金属の酸
化物であり、例えば酸化ランタン、酸化セリウ
ム、酸化イツテルビウム、酸化ジスプロジウム、
酸化ネオジウム等が包含され、これらの中酸化ラ
ンタン及び酸化セリウムが好適である。 変性成分としての酸化マグネシウム及び酸化ラ
ンタニドはゼオライト上にそれぞれ単独で存在す
ることができ、或いは2種又はそれ以上組合わせ
て存在することができる。 これら酸化マグネシウム及び酸化ランタニドの
含有量は厳密に制限されるものではなく、変性す
べきゼオライトの種類等に応じて広範に変えるこ
とができるが、一般には、結晶性アルミノシリケ
ートの重量を基準にして、酸化マグネシウムは1
〜100重量%、好ましくは2〜80重量%、さらに
好ましくは5〜50重量%の含有量で存在すること
ができ、酸化ランタニドは1〜200重量%、好ま
しくは10〜150重量%、さらに好ましくは20〜100
重量%の含有量で存在することができる。 このように酸化マグネシウム又は酸化ランタニ
ドによつて変性された結晶性アルミノシリケート
から成る本発明に従う触媒は、さらに白金、ロジ
ウム及びイリジウムから選ばれる1種もしくはそ
れ以上の金属(以下、これらを“変性剤B”とい
うことがある)で変性されていることができる。
この変性により触媒の寿命を著しく伸ばすことが
できる。 上記金属は、触媒の使用中においては、ゼオラ
イト上で少なくとも一部は元素の形で存在する
が、残りの一部は金属酸化物その他の金属化合物
の状態で存在することもできる。 白金、ロジウム及び/又はイリジウムが存在す
る場合、触媒中の含有量は限定的でないが、一般
には結晶性アルミノシリケートの重量を基準にし
て、金属の形で換算し0.1〜10重量%、好ましく
は0.1〜8重量%、さらに好ましくは0.1〜5重量
%の範囲内で存在することができる。 さらに、本発明によれば酸化マグネシウム又は
酸化ランタニド及び白金、ロジウム及び/又はイ
リジウムの両者で変性された結晶性アルミノシリ
ケートはさらに白金、ロジウム及びイリジウム以
外の周期律表第族の金属もしくはレニウム又は
それらの酸化物(以下、これらを“変性剤C”と
いうことがある)で変性されていてもよく、それ
によつて、該アルミノシリケートからなる触媒の
反応初期におけるトルエン転化率を大巾に改善し
うることが見い出された。 かかる白金、ロジウム及びイリジウム以外の周
期律表第族の金属としては、鉄、コバルト、ニ
ツケル、ルテニウム、パラジウム、オスミウムが
包含される。 これら金属又はその酸化物の触媒中における含
有量は、限定的でなく広い範囲で変えることがで
きるが、一般に結晶性アルミノシリケートの重量
を基準にして0.01〜10重量%、好ましくは0.01〜
8重量%、さらに好ましくは0.01〜5重量%の範
囲内で存在することができる。 ここで金属もしくは金属酸化物で“変性され
た”という言葉は、ゼオライトのカチオンサイト
に金属もしくは金属酸化物がイオン交換されるも
のおよび/または金属もしくは金属酸化物がゼオ
ライトの表面上に物理的に担持しているものを意
味している。 上記変性剤A、又は変性剤AおよびB、又は変
性剤A、BおよびCで変性されたゼオライトは、
ゼオライトを金属もしくは金属酸化物で変性する
ための一般に公知の方法によつて製造することが
できる。 例えば変性剤A、すなわち酸化マグネシウム又
は酸化ランタニドで変性されたゼオライトは、前
述の米国特許第4034053号および特開昭54−
144323に記載の方法によつて製造することができ
る。 他方、前述の変性剤AおよびB、または変性剤
A、BおよびCで変性されたゼオライトを製造す
る場合、変性剤A、BおよびCの各変性剤による
変性は任意の順序で別々に、または同時に行なう
ことができる。変性剤AおよびBによる変性は同
時に行なうことが好ましい。 理解を容易ならしめるために、変性方法の具体
例を以下詳細に述べる。商業的に入手し得るゼオ
ライトは一般にそのカチオンサイトに置換された
ナトリウム、カリウムまたはカルシウムの如きア
ルカリ金属またはアルカリ土類金属を有してい
る。それ故、このアルカリ金属またはアルカリ土
類金属は水素イオンまたはアンモニウムイオンで
交換される。この交換は変性剤による変性の前に
行なうのがよい。 一つの方法によれば、アルカリ金属またはアル
カリ土類金属がカチオンサイト置換されたゼオラ
イトを、アンモニウムイオンを含む水溶液に浸漬
し、カチオンサイトの大部分がアンモニウムイオ
ンで置換された生成物を得、このアンモニウムイ
オン型のゼオライトを約200〜600℃の温度で焼成
することによつて水素イオン型のゼオライトとな
る。 他の方法によれば、カチオンサイトがアルカリ
金属またはアルカリ土類金属で置換されたゼオラ
イトを、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸または修酸の如
き無機酸または有機酸で処理してカチオンサイト
の大部分を水素イオン型に変換することができ
る。 但し、上記方法によつてイオン交換を実施して
もゼオライト中のすべてのカチオンサイトを水素
イオン型にすることはできず、一般に少量のアル
カリ金属またはアルカリ土類金属イオンが残存し
ている。 ゼオライトを変性剤A(酸化マグネシウムまた
は酸化ランタニド)および変性剤B(白金、ロジ
ウムまたはイリジウム)で変性するには、通常の
変性方法に従つて酸素雰囲気下で焼成することに
よつて変性剤Aになりうる化合物(以下これを
“前駆体A”と呼ぶ)と還元雰囲下で焼成するこ
とによつて金属の変性剤Bになりうる化合物(以
下これを“前駆体B”と呼ぶ)を用いて同時に又
は別個に変性することが出来る。 すなわち、同時に変性するには処理されるべき
ゼオライトを所望の前駆体Aおよび前駆体Bを溶
解した水性媒体または非水性媒体を接触させる。
例えば変性剤A(酸化マグネシウム)および変性
剤B(白金)で変性する場合には、ゼオライトを
水可溶性の前駆体A〔例えばMg(NO32・6H2O〕
および前駆体B〔例えばH2PtCl6・6H2O〕の混合
水溶液に浸漬し、次いで水を蒸発させてゼオライ
ト上に前駆体Aおよび前駆体Bを担持させる。 また、別個に変性するには米国特許第4034053
号および特開昭54−144323号記載の方法により変
性剤Aで変性されたゼオライトを前駆体Bを含む
水溶液もしくは非水溶液に浸漬し、その後溶媒を
蒸発させることによつて変性剤Aにより変性され
たゼオライト上に前駆体Bを担持させる。 かくして前駆体Aおよび前駆体Bまたは変性剤
Aおよび前駆体Bが担持されたゼオライトを空気
の如き酸素含有雰囲気下100〜700℃、好ましくは
200〜600℃の温度で約1時間〜約24時間加熱す
る。 使用に際して、上記方法で変性されたゼオライ
トを水素ガスの如き還元雰囲気下200〜600℃、好
ましくは250〜550℃の温度で処理する。この処理
は通常触媒を反応器中に充填して後実施される。 ゼオライトを変性剤A(酸化マグネシウムまた
は酸化ランタニド)、変性剤B(白金、ロジウム、
イリジウム)および変性剤C(鉄、コバルト、ニ
ツケル、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、
レニウム)で変性するには、前述の変性剤Aおよ
び変性剤Bにより変性する方法と同様に前駆体
A、前駆体Bおよび変性剤Cを含む化合物(以下
これを“前駆体C”と呼ぶ)の混合水溶液もしく
は非水溶液にゼオライトを浸漬させ、次いで溶媒
を蒸発させ、前駆体A、前駆体Bおよび前駆体C
をゼオライト上に担持させる。または前述の方法
により変性剤Aおよび変性剤Bにより変性したゼ
オライトを、前駆体Cを含む水溶液または非水溶
液に浸漬させ、次いで溶媒を蒸発させ変性剤Aお
よび変性剤Bにより変性されたゼオライト上に前
駆体Cを担持させ、その後100〜700℃、好ましく
は200〜600℃の温度で酸素を含む雰囲気(例えば
空気)下焼成する。 使用に際して上記方法で変性されたゼオライト
は、水素ガスの如き還元性雰囲気下100〜700℃、
好ましくは250〜550℃の温度で処理される。この
処理は通常触媒を反応器中に充填して後実施され
る。かくすることによつてゼオライトを変性剤
A、変性剤Bおよび変性剤Cで変性することがで
きる。 ゼオライトを変性するために使用される種々の
前駆体A、前駆体Bおよび前駆体Cの例を下記に
示す。これらの例は単に説明のためであつて、そ
れぞれの変性剤のいかなる水可溶性または溶媒可
溶性の化合物であつても、特にことわらない限り
同等に使用されるものであることを理解されるべ
きである。かかる化合物は、ハライド、オキサイ
ド、サルフアイド、オキシ酸塩および錯体を含包
している。 (1) マグネシウム化合物;硝酸マグネシウム、酢
酸マグネシウム、塩化マグネシウム (2) ランタン化合物;硝酸ランタン、硫酸ランタ
ン、三塩化ランタン (3) セリウム化合物;硝酸セリウム、硫酸セリウ
ム (4) ジスプロジウム化合物;硝酸ジスプロジウ
ム、硫酸ジスプロジウム (5) イツテルビウム化合物;硝酸イツテルビウ
ム、硫酸イツテルビウム (6) 白金化合物;6塩化白金酸、2塩化白金、2
塩化テトラアンミン白金錯体 (7) ロジウム化合物;3塩化ロジウム (8) イリジウム化合物;4塩化イリジウム (9) 鉄化合物;硝酸第1鉄、硝酸第2鉄 (10) コバルト化合物;硝酸コバルト (11) ニツケル化合物;硝酸ニツケル、硫酸ニツケ
ル、2塩化ニツケル (12) ルテニウム化合物;3塩化ルテニウム、酸化
ルテニウム (13) オスミウム化合物;オスミン酸、四塩化オ
スミウム (14) パラジウム化合物;2塩化パラジウム、硫
酸パラジウム、硝酸パラジウム、2塩化テトラ
アンミンパラジウム錯体 (15) レニウム化合物;酸化レニウム、3塩化レ
ニウム 得られた変性ゼオライトは、微粉体の形でもし
くは場合によつて一般に使用されるようなペレツ
トやタブレツトの如き種々の所望の形に成型して
後アルキル化変性ゼオライトの成形体は、通常の
方法に従つて、変性ゼオライトをシリカ、アルミ
ナ、シリカ−アルミナ、カオリンまたはシリカ−
マグネシアの如きゼオライト触媒のバインダーと
して一般に使用されている合成もしくは天然の耐
火性の無機酸化物と混合し、その混合物を所望の
形態に成形し、次いでその成形体を焼成する。成
形体中の活性触媒成分としての変性ゼオライトの
量は、一般に成形体の重量に基いて1〜99(重量)
%、好ましくは10〜90(重量)%であるのが有利
である。 以上に述べた如くして調製された触媒は、本発
明の方法に従い、相互に区分された複数の直列的
に連結された固定触媒層を構成するために単独に
又は組合わせて使用される。この場合、触媒が充
填された1つの反応器全体を1つの触媒層単位と
することができ、或いは反応器内をいくつかに区
画し、各区画に触媒を充填した場合の反応器内の
各1つの触媒充填区画を1つの触媒層単位とする
ことも可能である。 いずれの態様の触媒層単位を採用するにして
も、各触媒層単位は、第1段の触媒層に供給され
るガスが、後続の各触媒層を順次連続的に通過す
るよう直列的に連絡される。各触媒層の連結は、
1つの触媒層から次の触媒層へ反応混合物を移動
させる場合、中間で該反応混合物から生成キシレ
ンを分離除去せず、前段階の触媒層から排出され
る反応混合物はそのまま又は後述する量のメチル
化剤を添加しただけで、次段階の触媒層に供給
し、生成キシレンの分離回収は最終段の触媒層か
ら排出された反応混合物についてのみ行なうよう
に行なわれる。 本発明の方法の実施において望まれる固定触媒
層の数は少なくとも2個であり、多ければ多い程
達成される効果も大きいが、実際上無制限に増す
ことは不可能であり、工業的には20個以下で充分
であり、好ましくは2〜20個の範囲内、さらに好
ましくは4〜20個の範囲内とすることができる。 また、各触媒層の形状及び大きさは、該触媒層
を通過する気体のピストンフローに必要なD/L
〔ここでDは該触媒層の直径を表わし、Lは該触
媒層の長さを表わす〕を確保できるように設計す
ることが望ましく、このように設計された各触媒
層中に、前述したペレツト状又はタブレツト状に
成形された触媒を常法に従つて充填することがで
きる。 各触媒層への前記触媒の充填量は、本発明の方
法を実施するためのプラントの規模、反応器の大
きさ、供給されるトルエンに対して要求される重
量時間空間速度(以下WHSVと略称することが
ある)等に大きく依存するため一概に規定するこ
とはできないが、当業者であれば本発明の開示か
ら容易に決定しうるであろう。 特に本発明においては、各触媒層中の触媒充填
量は相互に大巾に相違しない方が望ましく、極く
一般的に言つて、第i段の固定触媒層中の触媒充
填量(Wi)は、下記不等式(1) 〔ここでWiは第i段の固定触媒層の触媒充填重
量であり、Wmは第m段の固定触媒層の触媒充填
重量であり、nは本発明方法に使用する触媒層の
合計数である。〕 を満足するように調節することが好ましく、一層
有利には下記不等式(2) 〔式中、Wi、Wm、m及びnは上記の意味を有
する。〕 を満足するように調節することができる。 本発明において「触媒充填重量」とは、触媒の
一部を構成しうるバインダー等の触媒的に不活性
成分を除いた触媒活性成分の実質重量を云う。 上記の如く連結された複数個の固定触媒層に対
し、原料となるトルエンが、キヤリアー及び触媒
の活性劣化抑制の役割を果す水素ガスと共に、第
1段の触媒層に供給される。この際のトルエンの
供給量は限定的ではなく、各触媒層の規模や充填
されている触媒の性能、反応条件等に応じて広範
に変えることができるが、一般には、本発明に従
う多段反応系におけるトルエンの全WHSVが1
〜300hr-1の範囲内、好ましくは2〜200hr-1、さ
らに好ましくは2〜100hr-1の範囲内に入るよう
にトルエンの供給量をコントロールすることが有
利である。 本発明において用いる「重量時間空間速度」
(WHSV)なるは、触媒単位量(g)当り、単位
時間(hr)に触媒上に供給される物質の量(g)
として定義される。 また、第1段の触媒層への水素ガスの供給量も
厳密に制限されるものではなく、触媒層の大きさ
等に応じて広範に変えることができるが、一般に
は上記供給されるトルエンの量を基準にして、該
トルエン1モル当り0.5〜20モルの範囲、好まし
くは0.5〜15モル、さらに好ましくは1〜10モル
の範囲内の量で供給するのが好適である。 トルエンは第1段の触媒層に供給する前に予め
気化するが、上記水素ガスの少なくとも一部をこ
の気化されたトルエンと予め混合した後に第1段
の触媒層に供給するようにすることができ、或い
は該水素ガスの一部又は全部をトルエンとは別個
に第1段の触媒層に供給するようにしてもよい。 他方、トルエンのメチル化に使用されるメチル
化剤は、本発明の方法に従い、前述の如く連結さ
れた複数個の一連の固定触媒層の各々に分配供給
される。 トルエンのメチル化に使用しうるメチル化剤と
しては、芳香族炭化水素の核メチル化のために従
来から使用されているメチル化剤はいずれも使用
可能であり、例えばメタノール、ハロゲン化メチ
ル、ジメチルエーテル等が挙げられるが、中でも
メタノール、ジメチルエーテル及びこれらの混合
物、殊にジメチルエーテル又はメタノールとジメ
チルエーテルの任意の割合の混合物が好適であ
る。 本発明の目的の1つは前述したように、かかる
メチル化剤のキシレンへの転化率を高くすること
であるが、そのようにするためには、各触媒層に
おけるトルエンに対するメチル化剤の相対的割合
を低くすることが望ましく、理論的には、各触媒
層に供給するメチル化剤の割合は、該触媒層に供
給されるトルエン1モル当り1/tモル以下、好ま
しくは0.02/t〜0.5/tモル、さらに好ましくは0.0
2/t〜0.3/tモルの範囲内にコントロールするのが
有利である。ここでtはメチル化剤中のメチル基
の数であり、メタノール及びハロゲン化メチルで
はt=1であり、ジメチルエーテルではt=2で
ある。そのためには、第2段目以後の各触媒層に
供給される反応混合物中のトルエンの量を定量的
に測定し、その測定結果に応じて、各触媒層への
メチル化剤の供給量を決定するのが理想的である
が、それは工業的に面倒で装置も複雑化し、実際
的ではない。 本発明者らの研究の結果、各触媒層へのメチル
化剤の供給量は、第1段の触媒層へ供給されるト
ルエンの量を基準にし、該トルエン1モル当り、
0.01/t〜1/tモルの範囲内、好ましくは0.02/t〜
0.5/tモル、さらに好ましくは0.02/t〜0.3/tモル
の範囲内、ここでtは前述の意味を有する、にす
れば、前述した本発明の目的が充分に達成される
ことが判明した。 また、全触媒層へ供給されるメチル化剤の合計
は、上記第1段の触媒層に供給されるトルエン1
モル当り0.1/t〜2/tモル、好ましくは0.1/t〜1.
5/tモル、さらに好ましくは0.1/t〜1/tモルの範
囲内(ここでtは前記の意味を有する)になるよ
うにすべきである。 従つて、各触媒層に供給すべきメチル化剤の量
は、その合計量が上記の範囲内に入る限り、前述
した範囲内で自由に選ぶことができる。しかしな
がら、各触媒層に供給するメチル化剤の量は相互
に極端に大きな差がない方がよく、最も好ましく
は、各触媒層に供給されるメチル化剤の量はほぼ
同等か或いは後段の触媒層にいくに従つて漸増す
るような量でメチル化剤を供給する。しかして、
第i段に供給するメチル化剤の量(Qi)は下記
の不等式(3) 〔ここで、Qiは第1段に供給されるトルエン1
モル当りの第i段に供給されるメチル化剤のモル
数を表わし、Qmは第1段に供給されるトルエン
1モル当り第m段に供給されるメチル化剤のモル
数を表わし、tは前記と同じ意味を有する。〕 を満足することが望ましく、殊に下記の不等式(4) 〔式中、Qi、Qm及びtは上記の意味を有する。〕 を満足することが非常に有利である。 上記量のメチル化剤は気化した後、各触媒層に
直接供給することもできるが、通常、第1段の触
媒層に対してはトルエン及び水素ガスと別個に供
給してもよいが、予めトルエンと混合して供給す
るようにするのが適当であり、また、第2段以後
の触媒層に対しては、前段の触媒層から排出され
る反応混合物に対して予め添加混合し、所定の触
媒層に供給するようにするのが好都合である。こ
れによつて該所定の触媒層へ供給される該反応混
合物とメチル化剤との均一混合が達成され、しか
も該反応混合物の冷却にも役立つ。 なお、トルエンの触媒的メチル化反応は発熱反
応であり、触媒層から排出される反応混合物はか
なり高温になつている。従つて、次の触媒層に供
給するに際して、反応混合物が所望の反応温度よ
りかなり高温に達している場合、必要に応じて、
上記メチル化剤と共に水素ガスを、該過度に高温
化した反応混合物に添加して、該反応混合物の温
度が後述する所期の反応温度に低下する迄冷却す
るようにしてもよい。 或いはまた、上記過度に高温化した反応混合物
の所期の反応温度への冷却は、上記水素ガスによ
る冷却と組合わせて又は単独で、最終段の触媒層
から排出された反応混合物を冷却し、キシレン及
び未反応トルエン等を除去した後の循環ガスを用
いて行なつてもよい。 各触媒層におけるメチル化反応の条件として
は、前述した公知方法において用いられていると
同様の条件を用いることができる。例えば、各触
媒層における反応温度は一般に250〜700℃の範囲
内、好ましくは300〜600℃の範囲内にすることが
でき、また、圧力は1気圧〜20気圧の範囲内、好
ましくは1〜15気圧の範囲内に保つことが適当で
ある。 最終段の触媒層から排出される反応混合物から
のキシレンの回収は、それ自体公知の方法によつ
て行なうことができ、例えば反応混合物を冷却器
で充分冷却し、気−液分離器で濃縮したものとガ
スとを分離する。次いで濃縮したオイル/水を分
離しオイルを蒸留塔へ供給し、未反応トルエン、
キシレン及び他の副反応生成物を分離することに
よりキシレンを容易に回収できる。 また、本発明の方法の実施により活性劣化した
触媒は再生した後、再び本発明の方法の実施に使
用することができる。触媒の再生は、例えば反応
器を分離し、燃焼性ガスを除去した後、不活性ガ
ス例えば窒素ガスを通しながら昇温し、次いで触
媒床の温度が制御できる空気を添加し触媒上に担
持した炭素質物質を除去し、最終的には500〜550
℃に昇温することにより容易に行なうことができ
る。 以上述べた本発明の方法によれば、後記実施例
から明らかなように、トルエン及びメチル化剤の
キシレンへの非常に高い転化率が達成され、同時
に生成キシレン異性体混合物中の高いp−キシレ
ン濃度、すなわち高p−キシレン選択率が得られ
る。例えば本発明の方法によれば、好適条件下で
はトルエン転化率は少なくとも10%、通常20〜60
%にも達し、また生成キシレン異性体混合物中の
p−キシレン濃度は、従来知られている熱力学組
成値よりはるかに高い値、例えば80%以上、通常
70〜95%になる。 また、本発明の方法では、各触媒層は固定触媒
層から成るので、接触時間を任意に変化させるこ
とが出来、さらに各触媒層に冷却ガスを導入して
発熱を伴なう本反応の温度制御を容易に行なうこ
とが出来る。本反応はメチル化剤とトルエンとの
反応が早く、接触時間が短い方が有利である一
方、接触時間を短くするとトルエン転化率が低下
するという工業的に不利益な結果となる。この不
利益を改良するため触媒層を多数の層に分割し、
各層にメチル化剤を供給する結果、トルエンの転
化率の格段の向上が可能となるわけであるが、本
発明の方法においても反応の特性上接触時間を任
意に変化させうることが要求される。流動床につ
いても検討を行なつたが、本発明の反応の特性
上、また反応の制御性上、固定床が最も好まし
く、本発明の方法に到達したわけである。 以上記載した如く、本発明によれば多層に触媒
が区分されるために反応熱の除去が容易になり、
部分的な過熱を回避することができ、その上触媒
の再生操作も簡単になるという工業的な利点が持
たらされる。 本発明の方法を工業的に利用されるフローで説
明すると、例えばトルエンを供給ポンプで所望の
供給速度に設定して気−液分離器で分離したガス
を循環ガス上圧機で昇圧した水素含有ガス(以下
“循環ガス”と呼ぶ)とトルエンとの混合流を熱
交換器、加熱炉の順に加熱する。 所望の温度まで高めたトルエン含有循環ガス流
に予め温度、圧力を調整したメチル化剤と混合し
て下方流で固定床式流通反応器に供給する。固定
床反応器は1個の反応器の内部を複数個の触媒層
に分割してもよく、また複数個の反応器にし、ま
たは複数個の触媒層に分割してもよい。各触媒層
の温度を測定する熱電対を設置し、反応温度の制
御(再生時にあつては再生条件の制御)を容易に
することができる。第1触媒層からの流れを第2
層へ供給する流路にメチル化剤及び冷却するため
に必要な循環ガスを供給するノズルを設置し、第
1触媒層からの流れとメチル化剤及び冷却ガスと
の混合を完全にする工夫をすることが望ましい。
一般に用いられる触媒層入口の分配器及び出口に
設置する集合器を用いることができる。 各反応層の間にメチル化剤及び冷却用ガスの吹
込み設備を設置し、所望のメチル化剤及び冷却ガ
スを供給するが、冷却ガスの量は反応器に設置さ
れた熱電対の指示との関係で決めることができ
る。一連の反応層を出た流れは熱交換器で冷却
し、更に冷却器を通つて凝縮液とガスとの混合流
として気−液分離器へ導かれる。 気−液分離器で分離されたガスは、壌環ガス上
圧機で昇圧され、トルエンと混合する流れ及び冷
却ガスとして供給され余剰ガスは系外へ取り出さ
れる。 所望の水素/トルエンのモル比がより水素が低
い場合には、循環ガス上圧機の前又は後から水素
を導入する必要がある。メチル化剤が酸素含有化
合物の場合には、気−液分離器に水が分離するこ
とがあり、この場合には、油水分離のための設備
を設置することが望ましい。 気−液分離器で凝縮された油層は蒸留塔へ供給
され、主にトルエンとキシレン類とを分離する。
蒸留塔の塔頂からはガス及び大部分がトルエンか
らなる凝縮物に分離される。 大部分がトルエンである凝縮物をそのままメチ
ル化用の原料としてもよいし、または低沸留分を
分離して後、殆んどがトルエンである留分をメチ
ル化し供給してもよい。 蒸留塔の塔底留分はキシレン分離器へ供給さ
れ、キシレン類とC+ 9芳香族類に分離することが
できる。キシレン類はp−キシレン分離装置へ供
給され、最終的に99%以上のp−キシレンとな
る。p−キシレン分離のための方法としては例え
ばモレキユラーシーブを用いる所謂p−キシレン
吸着法またはp−キシレンの結晶化を用いる結晶
化法の最適供給口へ供給して精製することができ
る。 また、該p−キシレンの分離のためのプロセス
へ供給する流通液中のp−キシレン濃度は通常の
方法では約20重量%であるが、本発明の方法では
約80重量%以上となり、p−キシレンの分離のた
めのプロセスの装置効率ガス巾に改善されること
が容易に理解されよう。 以下、実施例を掲げて本発明方法を詳述する。 実施例 1 米国特許第3965207号の実施例1に従つてゼオ
ライトZSM−5(以下単にZSM−5という)を合
成した。ZSM−5を500℃で16時間空気中で焼成
した後、20gを1M−NH4Cl溶液200c.c.と80℃で
24時間イオン交換を行なつた。しかる後十分水洗
し、100℃で乾燥、更に空気中500℃で16時間焼成
した。このH型ZSM−5は0.1〜2ミクロンの範
囲内の結晶径を有し、SiO3/Al2O3のモル比は、
65、α−値は少なくとも10000、25℃におけるシ
クロヘキサン/n−ヘキサンの吸蔵容量比(重
量)は0.7であつた。 また、残存するアルカリ金属及びアルカリ土類
金属の含有量は0.01重量%であつた。 このα値は、540℃におけるZSM−5の活性
(200〜250℃の温度における活性を測定し、活性
化エネルギーが30Kcal/モルと仮定して算出し
た値)と、540℃におけるシリカアルミナ触媒
〔日揮(株)製N631−HN〕の活性とを比較すること
によつて求められた。 触媒Aの合成 水10mlにMg(NO32・6H2Oの0.64gを入れた
溶液に上記H型ZSM−5粉末0.5gを懸濁させた。
これを80℃で加熱しながら一晩放置した後、蒸発
器を用いて4時間かけて水分を蒸発させた。しか
る後、空気雰囲気下500℃にて16時間焼成を行な
つた。この結果、MgOで変性された触媒Aが得
られた。この触媒はH型のZSM−5の重量を基
準にして20.0重量%のマグネシウムもしくはその
酸化物を含んでいた。焼成物を成型し、10〜20メ
ツシユの大きさに粉砕して使用した。この触媒の
α値は60、シクロヘキサン/n−ヘキサンの吸蔵
容量比(重量)は0.44であつた。 触媒Bの合成 触媒Aの合成法に従つて5.0重量%のマグネシ
ウムもしくはその酸化物を含む触媒Bを合成し
た。 触媒Cの合成 水10mlにLa(NO33・6H2Oの0.50gを入れた溶
液に上記H型ZSM−5粉末0.5gを懸濁させた。
これを80℃で加熱しながら一晩放置した後水分を
蒸発させた。しかる後空気中500℃で16時間焼成
を行なつた。この結果、La2O3で変性された触媒
Cが得られた。この触媒CはH型ZSM−5の重
量を基準にして37.6重量%のランタンもしくはそ
の酸化物を含んでいた。焼成物を成型し10〜20メ
ツシユに粉砕して使用した。 触媒Dの合成 触媒Cの合成法に従つて20.2重量%のランタン
もしくはその酸化物を含む触媒Dを合成した。 触媒Eの合成 Dy(NO33・5H2Oの0.46gを用いた以外は触媒
Cの合成法に従つて39.4重量%のジスプロジウム
もしくはその酸化物を含む触媒Eを合成した。 触媒Fの合成 Ce(NO33・6H2Oの0.49gを用いた以外は触媒
Cの合成法に従つて37.1重量%のセリウムもしく
はその酸化物を含む触媒Fを合成した。 触媒Gの合成 Yb(NO33・4H2Oの0.44gを用いた以外は触
媒Cの合成法に従つて40.4重量%のイツテルビウ
ムもしくはその酸化物を含む触媒Gを合成した。 触媒Hの合成 水10mlにMg(NO32・6H2Oの0.16g及び
H2PtCl6・6H2Oの6.63gを入れた溶液に上記のH
型ZSM−5粉末0.5gを懸濁させた。これを80℃
で加熱しながら一晩放置した後、水分を蒸発させ
た。しかる後、空気雰囲気下500℃で16時間焼成
を行なつた。焼成物を成型し10〜20メツシユに粉
砕することにより触媒Hを合成した。 触媒Iの合成 水10mlにLa(NO33・6H2Oの0.27g及び
H2PtCl6・6H2Oの6.63mgを入れた溶液を用いた以
外は触媒Hの合成法に従つて触媒Iを合成した。 触媒Jの合成 水10mlにMg(NO32・6H2Oの0.16g及び
RhCl3・3H2Oの6.41mgを入れた溶液を用いた以外
は触媒Hの合成法に従つて触媒Jを合成した。 触媒Kの合成 水10mlにMg(NO32・6H2Oの0.16g及びIrCl4
の4.34mgを入れた溶液に上記のZSM−5粉末0.5
gを懸濁させた。これを室温で一晩放置した後水
分を蒸発させた。しかる後空気雰囲気下500℃16
時間焼成を行なつた。焼成物を成型し10〜20メツ
シユに粉砕することにより触媒Kを合成した。 触媒Lの合成 水10mlにMg(NO32・6H2Oの0.16g、
H2PtCl6・6H2Oの6.63mg及びIrCl4の2.13mgを入れ
た溶液に上記H型ZSM−5粉末0.5gを懸濁させ
た。これを室温で一晩放置した後水分を蒸発させ
た。しかる後、空気雰囲気下500℃で16時間焼成
を行なつた。焼成物を成型し10〜20メツシユに粉
砕することにより触媒Lを合成した。 触媒Mの合成 水10mlにMg(NO32・6H2Oの0.16g、
H2PtCl6・6H2Oの6.63mg及びNi(NO32・6H2O
の1.86mgを入れた溶液に上記H型ZSM−5粉末
0.5gを懸濁させた。これを80℃で一晩放置した
後、水分を蒸発させた。しかる後、空気雰囲気下
500℃16時間焼成を行なつた。焼成物を成型し10
〜20メツシユに粉砕することにより触媒Mを合成
した。 実施例 2 触媒層を10段重ねることが出来、且つ各触媒層
に原料を供給出来る反応管を備えた多段固定床流
通式反応装置の第1段に触媒Aを2.0g充填し、
常圧下500℃にてトルエンを20.0g/HR、メタノ
ールを3.5g/HRの速度で供給した(実験a)。
次に上記多段固定床流通式反応装置の第1段及び
第2段に触媒Aを各々1.0gずつ充填し、常圧下
500℃にて第1段にはトルエンを20g/HRおよ
びメタノールを1.75g/HRの速度で、また第2
段にはメタノールを1.75g/HRの速度で供給し
た(実験b)。実験a及び実験bの結果を下記の
第1表に掲げる。実験bは実験aに比べてトルエ
ン転化率、p−キシレン選択性、メタノール選択
性、キシレン収率ともすぐれていることがわか
る。 ここでトルエン転化率、p−キシレン選択率、
メタノール選択率及びキシレン収率とは各々下記
式により定義され、以下の実施例においても同様
に定義される。 トルエン転化率(%)=〔転化したトルエンのモル数
/フイードしたトルエンのモル数〕×100 p−キシレン選択率(%)=〔生成したp−キシレンの
モル数/生成したキシレンのモル数〕×100 メタノール選択率(%)=〔生成したキシレンのモル数
/フイードしたメタノールのモル数〕×100 キシレン収率(%)=〔生成したキシレンのモル数/
転化したトルエンのモル数〕×100
The present invention relates to an improved method for producing p-xylene,
More specifically, the present invention relates to an industrially advantageous method for producing p-xylene by methylating toluene with a methylating agent in the gas phase. Among various xylenes, p-xylene is an industrially extremely useful compound because it can be derived into terephthalic acid or terephthalic acid dimethyl ester, which is a raw material for polyester. Conventionally, it has been known that p-xylene can be obtained through separation and isomerization from a petrochemical derivative that mainly contains aromatic hydrocarbons having 8 carbon atoms (so-called C8 fraction). It is manufactured industrially in large quantities. On the other hand, recently, benzene or mono-
Many methods have also been proposed for alkylating alkyl-substituted benzenes with various alkylating agents. For example, US Pat. No. 4,117,026 includes:
Discloses a method for alkylating C1 - C4 monoalkylbenzenes with C2 - C15 olefins and/or C3 - C60 paraffins using catalysts comprising certain specific crystalline aluminosilicate zeolites. has been done. This process also includes the production of xylene and benzene by disproportionation of toluene itself. However, in the above proposed method, p-
The selectivity of p-dialkylbenzene is still not industrially satisfactory. U.S. Pat. No. 4,086,287 also discloses ethylation of toluene or ethylbenzene with an ethylating agent such as ethylene, ethyl alcohol, ethyl halide, diethyl ether, etc. in the presence of certain crystalline aluminosilicate zeolite catalysts.
A method for producing ethyltoluene or diethylbenzene is disclosed. This method is superior to conventional methods in that it produces less orthodi-substituted products and p-ethyltoluene or p-diethylbenzene is produced with relatively high selectivity. Classes, especially p-
Not applicable to xylene production. U.S. Pat. No. 3,965,207 also discloses that the zeolites are prepared at temperatures between about 500°C and about 750°C in the presence of a catalyst comprising certain crystalline aluminosilicate zeolites having a silica/alumina molar ratio of at least about 12. A method for selectively producing p-xylene by methylating toluene is disclosed. On the other hand, U.S. Patent No. 4034053 and U.S. Patent No.
No. 4158024 discloses a method for producing p-xylene by methylating toluene with a methylating agent in the presence of a crystalline aluminosilicate zeolite catalyst modified with magnesium or its oxide. However, although the above-mentioned proposed methods are excellent in that the proportion of p-xylene in the xylene isomer mixture contained in the reaction mixture and the conversion rate of toluene to xylene are relatively high, they are still unsatisfactory industrially. Moderately high p-xylene concentrations and toluene conversions have not been obtained. In the synthesis of p-xylene by methylation of toluene, the p-xylene concentration in xylene and the toluene conversion rate have important industrial meanings, and in particular, it is desirable that the p-xylene concentration is as high as possible. The value of 85% or more, particularly 90% or more, greatly influences the industrial value of the method. As already proposed by the present inventors
144324), when this methylation reaction is carried out using a crystalline aluminosilicate catalyst, and when the reaction is carried out by shortening the contact time and suppressing the toluene conversion to a low value, a relatively high p-xylene concentration is required. A mixture of xylene isomers is obtained as the reaction product. However, as the toluene conversion rate is increased by increasing the contact time, the concentration of p-xylene in the produced xylene isomer mixture tends to gradually decrease. Therefore, it is obvious that it would be extremely advantageous industrially if p-xylene could be produced from toluene with both the toluene conversion rate and the p-xylene concentration industrially high. , development of such a manufacturing method is strongly desired. It is an object of the present invention to provide an industrial method for producing xylene mixtures enriched in p-xylene by methylation of toluene. Another object of the present invention is to provide an industrial method for producing a xylene mixture with high toluene conversion and high p-xylene concentration. Yet another object of the present invention is to provide an industrial method for producing p-xylene with a high conversion rate of methylating agent to xylene. Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. According to the present invention, in the method for producing p-xylene by methylating toluene with a methylating agent in the gas phase, (a) the methylation is carried out from a plurality of series-connected fixed catalyst beds separated from each other; (b) The toluene is supplied together with hydrogen gas only to the first-stage fixed catalyst layer, and the subsequent fixed catalyst layer is (c) The methylating agent is passed through the fixed catalyst layer in sequence, and the amount of toluene supplied at that time is such that the total weight hourly space velocity is in the range of 1 to 300 hr -1 . If necessary, the methylating agent is supplied to each catalyst layer together with hydrogen gas, and the methylating agent is supplied to each catalyst layer from 0.01/t mol to 1/t mol per 1 mol of toluene supplied to the first stage catalyst layer. mol (where t is the number of methyl groups in the methyl agent), and the total amount of the methylating agent supplied to all catalyst layers is supplied to the first stage catalyst layer. 0.1/mol of toluene
t mol to 2/t mol, where t has the meaning given above, and (d) each fixed catalyst layer comprises a catalyst comprising a crystalline aluminosilicate containing magnesium oxide or lanthanide oxide. A method is provided, characterized in that the method is filled with: In order to facilitate understanding of the principle of the method of the present invention, a simple model experiment will be explained first. That is, (i) an experiment in which toluene was methylated using a certain amount of catalyst and a mixture of toluene and methanol in a certain proportion (experiment a in Example 2); and (ii) the experiment used in experiment a. The same catalyst as 2
The same amount of toluene and 1/2 amount of methanol as in experiment a were supplied to the first catalyst layer of two serially connected catalyst layers that were equally divided from each other, and the first catalyst layer An experiment (experiment b in Example 2) was conducted in which 1/2 of the remaining amount of methanol was introduced into the reaction mixture discharged from the reactor and supplied to the second catalyst layer to perform methylation. The temperature, catalyst contact time, and other conditions in Experiments a and B were kept as similar as possible. As a result, although the amounts of catalyst, toluene, and methanol used were the same in the experiments, the conversion rate of toluene was higher in experiment b than in experiment a. The results showed that the p-xylene concentration was improved. Furthermore, it was found that the excellent effect of improving the conversion rate of consumed methanol to xylene was also brought about. As described above, according to the present invention, the toluene conversion rate can be increased by continuously performing the methylation in a multistage reaction system consisting of a plurality of serially connected catalyst layers separated from each other. Not only is this possible, but the p-xylene concentration in the resulting xylene isomer mixture can be maintained at a high level, and the conversion rate of the methylating agent to xylene can be significantly improved. be. That is, according to the method of the present invention, a xylene isomer mixture with a higher concentration of p-xylene can be obtained at the same toluene conversion rate compared to the conventional method as described above in which the reaction is carried out using a single catalyst layer. Moreover, when trying to obtain a mixture of xylene isomers with the same p-xylene concentration, it is possible to conduct the reaction with a higher toluene conversion and a higher conversion of the methylating agent to xylene. This provides a significant industrial advantage. The present invention will be explained in more detail below. As described above, the present invention basically performs methylation of toluene while supplying a methylating agent to each catalyst layer of a plurality of series-connected fixed catalyst layers that are separated from each other. It is. The catalyst constituting each fixed catalyst layer used in the method of the present invention is made of crystalline aluminosilicate containing magnesium oxide or lanthanide oxide. As the crystalline aluminosilicate (hereinafter sometimes abbreviated as zeolite) that forms the base of the catalyst, any of those conventionally used in toluene methylation can be used, but in general contains a hydrogen ion precursor such as hydrogen ion or ammonium ion, and the silica/alumina molar ratio is at least
10, preferably 15 to 5000, particularly preferably 20 to
3000 is preferred. In other words, so-called high-silica zeolites, which have a high content of silica relative to alumina, are used as the basis of the catalyst. Many such high-silica zeolites have been proposed so far. Zeolites with extremely high silica content, such as those with a silica/alumina ratio of 5000, are also known. Any high silica zeolite can be used in the present invention as long as the silica/alumina ratio is within the specified ranges. The crystalline aluminosilicate-modified catalyst used in the present invention generally has an α value of 1 to 1000, preferably 5 to 800, more preferably 10 to 800, which affects the relative activity of zeolite.
Preferably, it is within the range of 600. The definition and measurement method of such α value are described in Journal of Catalysis, Vol. 4, p. 527 (1965) and Vol. 6, p. 278 (1966). According to this method, measurements were carried out using silica alumina catalyst N631-HN manufactured by JGC Corporation as a standard. In addition, the catalyst modified with crystalline aluminosilicate used in the present invention is suitably one having relatively small pores, and the storage capacity ratio of cyclohexane to n-hexane at 25°C is generally 0.05.
~0.7, preferably 0.1-0.6, more preferably 0.2-0.6 are advantageously used. As used herein, the term "occlusion capacity ratio (weight) of cyclohexane to n-hexane at 25°C" refers to the amount of n-hexane adsorbed per unit weight of zeolite under a constant hydrocarbon pressure. It is defined as the ratio to the amount of adsorption (wt% cyclohexane/wt% n-hexane). The amount of cyclohexane and n-hexane adsorbed is determined by quantitatively weighing the zeolite catalyst, allowing the adsorbed substance to be saturated for 6 hours at 25℃ under a reduced pressure of 120±20mmHg, and then heating it at 25℃ and 120±20mmHg for 2 hours to remove deposits. Exhaust the time,
It was determined based on the weight increase. The storage capacity ratio (weight) of cyclohexane to n-hexane of ZSM-5 zeolite measured by this method is
It was 0.7. Furthermore, the above catalyst generally has a
It is desirable to have an average crystal size within the range of 4 microns, preferably 0.15 to 3.5 microns, more preferably 0.2 to 3 microns. Typical examples of crystalline aluminosilicate or zeolite having the above-mentioned properties that can be used as the base of the catalyst in the present invention include various ZSM-based zeolites developed by Mobil Oil Corporation. and zeta-based zeolite developed by Imperial Chemical Industries Limited, with ZSM-based zeolite being preferred. Examples of ZSM-based zeolites include ZSM-5
(see U.S. Patent No. 3702886), ZSM-11 (see U.S. Patent No. 3709979), ZSM-12 (see U.S. Patent No.
3832449), ZSM-35 (U.S. Patent No. 4046859)
Examples of zeta-based zeolites include Zeta 1 (see German Patent Publication No. 2,548,697) and Zeta 3 (see German Patent Publication No. 2,548,695). TP-1 series zeolite developed by the present inventors as a high-silica zeolite can also be used (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 137500/1983). These TP
-1 series zeolite contains thiol, sulfide,
By using organosulfur compounds such as sulfoxides, sulfones or thiophenes,
It can be made by heating a raw material mixture containing silica, alumina, an alkali metal, and water to a temperature and time sufficient to form a crystalline aluminosilicate. The properties and manufacturing method of these TP-1 zeolites are described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 54
It is explained in detail in the -137500 publication. These zeolites can generally be used in a form containing alkali metal ions or alkaline earth metal ions at cation sites. In the present invention, these zeolites are converted to H-type zeolites and used in a form containing mainly hydrogen ions or hydrogen ion precursors at cation sites. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, "zeolite" means H-type zeolite. It has been found that the best results are obtained using ZSM-5 zeolite as the catalyst base. Thus, according to the most preferred embodiment of the invention, ZSM-5 is used as the basis for the methylation catalyst. The zeolite as described above is used as a methylation catalyst in the method of the present invention after being modified with magnesium oxide or lanthanide oxide. By modifying zeolite with magnesium oxide or lanthanide oxide (hereinafter sometimes referred to as "modifier A"), the concentration of p-xylene in the resulting xylene isomer mixture, that is, the selectivity of p-xylene, can be significantly increased. can be improved. The above-mentioned lanthanide oxide is an oxide of a lanthanide metal, such as lanthanum oxide, cerium oxide, ytterbium oxide, dysprosium oxide,
Neodymium oxide and the like are included, of which lanthanum oxide and cerium oxide are preferred. Magnesium oxide and lanthanide oxide as modifying components can each be present on the zeolite alone, or two or more kinds can be present in combination. The content of magnesium oxide and lanthanide oxide is not strictly limited and can be varied widely depending on the type of zeolite to be modified, etc., but in general, it is based on the weight of crystalline aluminosilicate. , magnesium oxide is 1
It can be present in a content of ~100% by weight, preferably 2-80% by weight, more preferably 5-50% by weight, and lanthanide oxides from 1-200% by weight, preferably 10-150% by weight, even more preferably is 20-100
It can be present in a content of % by weight. The catalyst according to the invention comprising crystalline aluminosilicate modified with magnesium oxide or lanthanide oxide can be further treated with one or more metals selected from platinum, rhodium and iridium (hereinafter referred to as "modifier"). (sometimes referred to as "B").
This modification can significantly extend the life of the catalyst. During use of the catalyst, at least a portion of the above metals is present on the zeolite in elemental form, but the remaining portion can also be present in the form of metal oxides or other metal compounds. If platinum, rhodium and/or iridium is present, the content in the catalyst is not critical, but is generally between 0.1 and 10% by weight in metal form, based on the weight of the crystalline aluminosilicate, preferably It may be present in the range of 0.1 to 8% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight. Furthermore, according to the invention, the crystalline aluminosilicate modified with both magnesium oxide or lanthanide oxide and platinum, rhodium and/or iridium may furthermore be a metal of group 1 of the periodic table other than platinum, rhodium and iridium, or rhenium, or rhenium. may be modified with an oxide of (hereinafter sometimes referred to as "modifier C"), thereby greatly improving the toluene conversion rate at the initial stage of the reaction of the catalyst made of the aluminosilicate. It was discovered that Such metals of group of the periodic table other than platinum, rhodium and iridium include iron, cobalt, nickel, ruthenium, palladium and osmium. The content of these metals or their oxides in the catalyst is not limited and can vary within a wide range, but is generally from 0.01 to 10% by weight, preferably from 0.01 to 10% by weight, based on the weight of the crystalline aluminosilicate.
It may be present in an amount of 8% by weight, more preferably 0.01-5% by weight. The term "modified" with metals or metal oxides herein refers to those in which metals or metal oxides are ion-exchanged to the cation sites of the zeolite and/or the metals or metal oxides are physically attached to the surface of the zeolite. It means what it carries. Zeolite modified with the above modifier A, or modifiers A and B, or modifiers A, B, and C,
It can be produced by generally known methods for modifying zeolites with metals or metal oxides. For example, zeolites modified with modifier A, i.e. magnesium oxide or lanthanide oxide, are disclosed in the aforementioned U.S. Pat.
It can be produced by the method described in No. 144323. On the other hand, when producing zeolites modified with the aforementioned modifiers A and B or modifiers A, B and C, the modification with modifiers A, B and C can be carried out separately in any order, or Can be done at the same time. It is preferable that the modification with modifiers A and B is carried out simultaneously. For ease of understanding, specific examples of modification methods will be described in detail below. Commercially available zeolites generally have alkali metals or alkaline earth metals such as sodium, potassium or calcium substituted at their cation sites. This alkali or alkaline earth metal is therefore exchanged with hydrogen or ammonium ions. This exchange is preferably performed before modification with a modifier. According to one method, a zeolite in which alkali metals or alkaline earth metals have been substituted on cation sites is immersed in an aqueous solution containing ammonium ions to obtain a product in which most of the cation sites have been replaced with ammonium ions. By firing ammonium ion type zeolite at a temperature of approximately 200 to 600°C, it becomes hydrogen ion type zeolite. According to another method, zeolites in which the cation sites have been replaced with alkali metals or alkaline earth metals are treated with an inorganic or organic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid or oxalic acid to remove most of the cation sites. can be converted into hydrogen ion form. However, even if ion exchange is carried out by the above method, it is not possible to convert all the cation sites in the zeolite into hydrogen ion type, and generally a small amount of alkali metal or alkaline earth metal ions remain. To modify zeolite with Modifier A (magnesium oxide or lanthanide oxide) and Modifier B (platinum, rhodium or iridium), Modifier A can be modified by calcining under an oxygen atmosphere according to conventional modification methods. (hereinafter referred to as "precursor A") and a compound that can become metal modifier B (hereinafter referred to as "precursor B") by firing in a reducing atmosphere. can be modified simultaneously or separately. That is, for simultaneous modification, the zeolite to be treated is brought into contact with an aqueous or non-aqueous medium in which the desired precursors A and B are dissolved.
For example, when modifying zeolite with modifier A (magnesium oxide) and modifier B (platinum), zeolite is modified with water-soluble precursor A [e.g. Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O].
and Precursor B (for example, H 2 PtCl 6 .6H 2 O), and then water is evaporated to support Precursor A and Precursor B on the zeolite. Also, to modify separately, U.S. Patent No. 4034053
The zeolite modified with modifier A is immersed in an aqueous or non-aqueous solution containing precursor B, and then the solvent is evaporated. Precursor B is supported on the zeolite. The zeolite on which precursor A and precursor B or modifier A and precursor B are supported is heated at 100 to 700°C, preferably in an oxygen-containing atmosphere such as air.
Heat at a temperature of 200 to 600°C for about 1 hour to about 24 hours. In use, the zeolite modified by the above method is treated under a reducing atmosphere such as hydrogen gas at a temperature of 200-600°C, preferably 250-550°C. This treatment is usually carried out after charging the catalyst into the reactor. Zeolite is treated with modifier A (magnesium oxide or lanthanide oxide) and modifier B (platinum, rhodium,
iridium) and modifier C (iron, cobalt, nickel, ruthenium, osmium, palladium,
For modification with rhenium), a compound containing precursor A, precursor B, and modifier C (hereinafter referred to as "precursor C") is used in the same manner as the method of modifying with modifier A and modifier B described above. The zeolite is immersed in a mixed aqueous or non-aqueous solution of , and then the solvent is evaporated to form precursor A, precursor B, and precursor C.
is supported on zeolite. Alternatively, zeolite modified with Modifier A and Modifier B by the method described above is immersed in an aqueous or non-aqueous solution containing Precursor C, and then the solvent is evaporated and the zeolite modified with Modifier A and Modifier B is immersed. Precursor C is supported and then fired at a temperature of 100 to 700°C, preferably 200 to 600°C, in an atmosphere containing oxygen (for example, air). When used, the zeolite modified by the above method is heated at 100 to 700°C in a reducing atmosphere such as hydrogen gas.
Preferably it is treated at a temperature of 250-550°C. This treatment is usually carried out after charging the catalyst into the reactor. In this way, the zeolite can be modified with Modifier A, Modifier B, and Modifier C. Examples of various Precursors A, Precursors B and Precursors C used to modify zeolites are shown below. It should be understood that these examples are merely illustrative and that any water-soluble or solvent-soluble compound of each modifier may be used equivalently unless otherwise specified. be. Such compounds include halides, oxides, sulfides, oxyalt salts and complexes. (1) Magnesium compounds; magnesium nitrate, magnesium acetate, magnesium chloride (2) Lanthanum compounds; lanthanum nitrate, lanthanum sulfate, lanthanum trichloride (3) Cerium compounds; cerium nitrate, cerium sulfate (4) Dysprodium compounds; dysprosium nitrate , dysprosium sulfate (5) Ytterbium compound; Ytterbium nitrate, Ytterbium sulfate (6) Platinum compound; Hexachloroplatinic acid, Platinum dichloride, 2
Tetraammine chloride platinum complex (7) Rhodium compound; Rhodium trichloride (8) Iridium compound; Iridium tetrachloride (9) Iron compound; Ferrous nitrate, ferric nitrate (10) Cobalt compound; Cobalt nitrate (11) Nickel compound ; Nickel nitrate, nickel sulfate, nickel dichloride (12) Ruthenium compounds; Ruthenium trichloride, ruthenium oxide (13) Osmium compounds; Osmic acid, osmium tetrachloride (14) Palladium compounds; Palladium dichloride, palladium sulfate, palladium nitrate, Tetraamminepalladium dichloride complex (15) Rhenium compound; rhenium oxide, rhenium trichloride The modified zeolite obtained can be in the form of a fine powder or optionally in various desired forms such as pellets or tablets as commonly used. After molding the alkylated modified zeolite into a molded body, the modified zeolite is molded into silica, alumina, silica-alumina, kaolin or silica according to a conventional method.
It is mixed with a synthetic or natural refractory inorganic oxide commonly used as a binder for zeolite catalysts such as magnesia, the mixture is shaped into the desired form, and the shaped body is then calcined. The amount of modified zeolite as active catalyst component in the compact is generally between 1 and 99 (by weight) based on the weight of the compact.
%, preferably from 10 to 90% (by weight). The catalysts prepared as described above are used alone or in combination to constitute a plurality of series-connected fixed catalyst beds separated from each other according to the method of the invention. In this case, one entire reactor filled with a catalyst can be one catalyst layer unit, or if the reactor is divided into several sections and each section is filled with a catalyst, each of the reactors in the reactor can be It is also possible for one catalyst-packed section to be one catalyst layer unit. Regardless of which type of catalyst layer unit is adopted, each catalyst layer unit is connected in series so that the gas supplied to the first stage catalyst layer passes successively through each subsequent catalyst layer. be done. The connection of each catalyst layer is
When the reaction mixture is transferred from one catalyst layer to the next, the generated xylene is not separated and removed from the reaction mixture in the middle, and the reaction mixture discharged from the catalyst layer in the previous stage is left as it is or with the amount of methyl as described below. Just by adding the converting agent, the reaction mixture is supplied to the next stage catalyst layer, and the produced xylene is separated and recovered only for the reaction mixture discharged from the final stage catalyst bed. The desired number of fixed catalyst beds in carrying out the method of the present invention is at least two, and the greater the number, the greater the effect achieved. The number is sufficient, and the number is preferably from 2 to 20, more preferably from 4 to 20. In addition, the shape and size of each catalyst layer are determined by the D/L required for the piston flow of gas passing through the catalyst layer.
[Here, D represents the diameter of the catalyst layer, and L represents the length of the catalyst layer.] It is desirable to design the catalyst layer so that the above-mentioned pellets are contained in each catalyst layer designed in this way. The catalyst, which is shaped into a shape or a tablet, can be packed in a conventional manner. The amount of the catalyst loaded into each catalyst bed depends on the scale of the plant for carrying out the method of the present invention, the size of the reactor, and the weight hourly space velocity (hereinafter abbreviated as WHSV) required for the toluene to be supplied. However, those skilled in the art will be able to easily determine this based on the disclosure of the present invention. In particular, in the present invention, it is preferable that the catalyst loading amount in each catalyst layer does not differ greatly from each other, and very generally speaking, the catalyst loading amount (Wi) in the fixed catalyst layer of the i-th stage is , the following inequality (1) [Here, Wi is the catalyst packing weight of the i-th stage fixed catalyst bed, Wm is the catalyst packing weight of the m-th stage fixed catalyst bed, and n is the total number of catalyst beds used in the method of the present invention. . ] It is preferable to adjust so as to satisfy the following inequality (2). [In the formula, Wi, Wm, m and n have the above meanings. ] can be adjusted to satisfy. In the present invention, the term "catalyst filling weight" refers to the actual weight of the catalytically active components excluding catalytically inactive components such as binders that may constitute a part of the catalyst. Toluene, which is a raw material, is supplied to the first-stage catalyst layer of the plurality of fixed catalyst layers connected as described above, together with hydrogen gas, which serves as a carrier and suppresses deterioration of catalyst activity. The amount of toluene supplied at this time is not limited and can be varied widely depending on the scale of each catalyst bed, the performance of the packed catalyst, reaction conditions, etc., but in general, the amount of toluene supplied in the multistage reaction system according to the present invention is The total WHSV of toluene in
It is advantageous to control the amount of toluene fed so that it falls within the range of ~300 hr -1 , preferably 2-200 hr -1 , more preferably 2-100 hr -1 . “Weight time space velocity” used in the present invention
(WHSV) is the amount (g) of substance fed onto the catalyst per unit time (hr) per unit amount (g) of catalyst.
is defined as Furthermore, the amount of hydrogen gas supplied to the first stage catalyst layer is not strictly limited and can be varied widely depending on the size of the catalyst layer, etc., but in general, the amount of toluene supplied is Suitably, on a quantity basis, it is provided in an amount ranging from 0.5 to 20 mol, preferably from 0.5 to 15 mol, more preferably from 1 to 10 mol, per mol of said toluene. Although toluene is vaporized in advance before being supplied to the first stage catalyst layer, it is possible to mix at least a portion of the hydrogen gas with this vaporized toluene before supplying it to the first stage catalyst layer. Alternatively, part or all of the hydrogen gas may be supplied to the first stage catalyst layer separately from toluene. On the other hand, according to the method of the present invention, the methylating agent used for toluene methylation is distributed to each of a plurality of series of fixed catalyst beds connected as described above. As the methylating agent that can be used to methylate toluene, any methylating agent conventionally used for nuclear methylation of aromatic hydrocarbons can be used, such as methanol, methyl halide, and dimethyl ether. Among them, methanol, dimethyl ether and mixtures thereof, particularly dimethyl ether or a mixture of methanol and dimethyl ether in any ratio are preferred. As mentioned above, one of the objects of the present invention is to increase the conversion rate of the methylating agent to xylene. Theoretically, the ratio of the methylating agent supplied to each catalyst layer is 1/t mole or less, preferably 0.02/t to 1 mole of toluene supplied to the catalyst layer. 0.5/tmol, more preferably 0.0
It is advantageous to control it within the range of 2/t to 0.3/t mol. Here, t is the number of methyl groups in the methylating agent, t=1 for methanol and methyl halide, and t=2 for dimethyl ether. To do this, the amount of toluene in the reaction mixture supplied to each catalyst layer after the second stage is quantitatively measured, and the amount of methylating agent supplied to each catalyst layer is determined according to the measurement result. Ideally, it would be difficult to determine this, but it would be industrially troublesome and the equipment would be complicated, making it impractical. As a result of the research conducted by the present inventors, the amount of methylating agent supplied to each catalyst layer is based on the amount of toluene supplied to the first stage catalyst layer, and per 1 mole of toluene,
Within the range of 0.01/t to 1/t mole, preferably 0.02/t to
0.5/t mol, more preferably within the range of 0.02/t to 0.3/t mol, where t has the above-mentioned meaning, the above-mentioned object of the present invention can be fully achieved. found. In addition, the total amount of methylating agent supplied to all catalyst layers is 1 toluene supplied to the first stage catalyst layer.
0.1/t to 2/t mole per mole, preferably 0.1/t to 1.
5/tmol, more preferably in the range from 0.1/t to 1/tmol, where t has the meaning given above. Therefore, the amount of methylating agent to be supplied to each catalyst layer can be freely selected within the above-mentioned range as long as the total amount falls within the above-mentioned range. However, it is better that the amount of methylating agent supplied to each catalyst layer is not extremely different from each other, and most preferably, the amount of methylating agent supplied to each catalyst layer is approximately the same, or the amount of methylating agent supplied to each catalyst layer is approximately equal to that of the catalyst in the subsequent stage. The methylating agent is provided in increasing amounts as the layers progress. However,
The amount of methylating agent (Qi) supplied to the i-th stage is determined by the following inequality (3). [Here, Qi is toluene 1 supplied to the first stage
represents the number of moles of the methylating agent supplied to the i-th stage per mole, Qm represents the number of moles of the methylating agent supplied to the m-th stage per mole of toluene supplied to the first stage, and t has the same meaning as above. ] It is desirable to satisfy the following, especially the following inequality (4) [In the formula, Qi, Qm and t have the above meanings. ] It is very advantageous to satisfy the following. The above amount of methylating agent can be supplied directly to each catalyst layer after being vaporized, but usually it can be supplied to the first stage catalyst layer separately from toluene and hydrogen gas, but It is appropriate to supply the mixture with toluene, and for the catalyst layers after the second stage, the reaction mixture discharged from the previous stage catalyst layer is added and mixed in advance, and a predetermined amount of water is supplied. Advantageously, it is supplied to the catalyst bed. This achieves uniform mixing of the reaction mixture and methylating agent supplied to the given catalyst bed, and also serves to cool the reaction mixture. Note that the catalytic methylation reaction of toluene is an exothermic reaction, and the reaction mixture discharged from the catalyst layer is at a considerably high temperature. Therefore, when feeding the next catalyst layer, if the reaction mixture has reached a temperature significantly higher than the desired reaction temperature, if necessary,
Hydrogen gas may be added together with the methylating agent to the excessively high temperature reaction mixture to cool the reaction mixture until the temperature drops to the desired reaction temperature described below. Alternatively, the cooling of the excessively high temperature reaction mixture to the desired reaction temperature is performed by cooling the reaction mixture discharged from the final stage catalyst layer, in combination with or alone with the cooling with hydrogen gas, The reaction may be carried out using a recycled gas from which xylene, unreacted toluene, etc. have been removed. As the conditions for the methylation reaction in each catalyst layer, the same conditions as used in the above-mentioned known method can be used. For example, the reaction temperature in each catalyst layer can generally be within the range of 250 to 700°C, preferably within the range of 300 to 600°C, and the pressure may be within the range of 1 atm to 20 atm, preferably 1 to 700°C. It is appropriate to maintain the pressure within the range of 15 atmospheres. Recovery of xylene from the reaction mixture discharged from the final stage catalyst bed can be carried out by a method known per se. For example, the reaction mixture is sufficiently cooled in a cooler and concentrated in a gas-liquid separator. Separate substances and gases. Next, the concentrated oil/water is separated and the oil is fed to a distillation column to remove unreacted toluene,
Xylene can be easily recovered by separating xylene and other side reaction products. Moreover, the catalyst whose activity has deteriorated due to implementation of the method of the present invention can be regenerated and then used again for implementation of the method of the present invention. To regenerate the catalyst, for example, after separating the reactor and removing the combustible gas, the temperature is raised while passing an inert gas such as nitrogen gas, and then air is added to control the temperature of the catalyst bed and supported on the catalyst. Remove carbonaceous material and finally 500-550
This can be easily done by raising the temperature to ℃. According to the method of the present invention described above, as is clear from the examples below, a very high conversion rate of toluene and methylating agent to xylene is achieved, and at the same time, a high conversion rate of p-xylene in the xylene isomer mixture produced is achieved. concentration, ie high p-xylene selectivity. For example, according to the process of the invention, under suitable conditions toluene conversion is at least 10%, typically between 20 and 60%.
%, and the concentration of p-xylene in the xylene isomer mixture produced is much higher than the previously known thermodynamic composition value, e.g. 80% or more, usually
It will be 70-95%. In addition, in the method of the present invention, since each catalyst layer consists of a fixed catalyst layer, the contact time can be changed arbitrarily, and cooling gas is introduced into each catalyst layer to increase the temperature of the main reaction accompanied by heat generation. Control can be performed easily. In this reaction, the reaction between the methylating agent and toluene is rapid, and while it is advantageous to shorten the contact time, shortening the contact time results in a decrease in toluene conversion, which is disadvantageous from an industrial perspective. In order to improve this disadvantage, the catalyst layer is divided into many layers,
As a result of supplying a methylating agent to each layer, it is possible to significantly improve the conversion rate of toluene, but the method of the present invention also requires that the contact time can be changed arbitrarily due to the characteristics of the reaction. . Although a fluidized bed was also investigated, a fixed bed was the most preferable in view of the characteristics of the reaction of the present invention and the controllability of the reaction, and thus the method of the present invention was arrived at. As described above, according to the present invention, since the catalyst is divided into multiple layers, the reaction heat can be easily removed.
This has the industrial advantage that partial overheating can be avoided and, moreover, the regeneration operation of the catalyst can be simplified. To explain the method of the present invention in terms of an industrially used flow, for example, toluene is set at a desired supply rate with a supply pump, separated with a gas-liquid separator, and the gas is pressurized with a circulating gas pressurizer to produce a hydrogen-containing gas. A mixed flow of toluene (hereinafter referred to as "circulating gas") is heated in a heat exchanger and then in a heating furnace. A toluene-containing circulating gas stream heated to a desired temperature is mixed with a methylating agent whose temperature and pressure have been adjusted in advance and is fed in a downward flow to a fixed bed flow reactor. In a fixed bed reactor, the inside of one reactor may be divided into a plurality of catalyst beds, or the reactor may be divided into a plurality of reactors or a plurality of catalyst beds. A thermocouple for measuring the temperature of each catalyst layer is installed to facilitate control of reaction temperature (control of regeneration conditions during regeneration). The flow from the first catalyst layer is
A nozzle for supplying the methylating agent and the circulating gas necessary for cooling is installed in the flow path that supplies the layer to ensure complete mixing of the flow from the first catalyst layer with the methylating agent and cooling gas. It is desirable to do so.
A commonly used distributor at the inlet of the catalyst bed and a collector installed at the outlet can be used. Blow equipment for methylating agent and cooling gas is installed between each reaction layer to supply the desired methylating agent and cooling gas, but the amount of cooling gas is determined according to the indication from the thermocouple installed in the reactor. It can be decided based on the relationship. The stream exiting the series of reaction beds is cooled in a heat exchanger and then passed through a cooler to a gas-liquid separator as a mixed stream of condensate and gas. The gas separated by the gas-liquid separator is pressurized by a ring gas pressurizer and supplied as a flow to be mixed with toluene and cooling gas, and excess gas is taken out of the system. If the desired hydrogen/toluene molar ratio is lower than hydrogen, it is necessary to introduce hydrogen before or after the recycle gas pressurizer. When the methylating agent is an oxygen-containing compound, water may be separated in the gas-liquid separator, and in this case, it is desirable to install equipment for oil-water separation. The oil layer condensed in the gas-liquid separator is supplied to a distillation column to mainly separate toluene and xylenes.
At the top of the distillation column, a gas and a condensate consisting mostly of toluene are separated. The condensate containing mostly toluene may be used as a raw material for methylation as it is, or the low-boiling fraction may be separated and then the fraction containing mostly toluene may be methylated and supplied. The bottom fraction of the distillation column is fed to a xylene separator and can be separated into xylenes and C + 9 aromatics. The xylenes are fed to a p-xylene separation device, and finally become more than 99% p-xylene. As a method for separating p-xylene, for example, the so-called p-xylene adsorption method using a molecular sieve or the crystallization method using crystallization of p-xylene can be used for purification by supplying the p-xylene to an optimal supply port. In addition, the p-xylene concentration in the circulating liquid supplied to the process for separating p-xylene is about 20% by weight in a normal method, but it becomes about 80% by weight or more in the method of the present invention, It will be readily appreciated that the equipment efficiency of the process for the separation of xylene is improved in gas width. The method of the present invention will be described in detail below with reference to Examples. Example 1 Zeolite ZSM-5 (hereinafter simply referred to as ZSM-5) was synthesized according to Example 1 of US Pat. No. 3,965,207. After baking ZSM-5 in air at 500℃ for 16 hours, 20g was heated to 80℃ with 200c.c. of 1M-NH 4 Cl solution.
Ion exchange was performed for 24 hours. Thereafter, it was thoroughly washed with water, dried at 100°C, and further baked in air at 500°C for 16 hours. This H-type ZSM-5 has a crystal diameter within the range of 0.1 to 2 microns, and the molar ratio of SiO 3 /Al 2 O 3 is
65, the α-value was at least 10,000, and the storage capacity ratio (weight) of cyclohexane/n-hexane at 25°C was 0.7. Further, the content of remaining alkali metals and alkaline earth metals was 0.01% by weight. This α value is based on the activity of ZSM-5 at 540°C (a value calculated by measuring the activity at a temperature of 200 to 250°C and assuming the activation energy is 30 Kcal/mol) and the silica alumina catalyst at 540°C. The activity was determined by comparing the activity with that of N631-HN (manufactured by JGC Corporation). Synthesis of Catalyst A 0.5 g of the above H-type ZSM-5 powder was suspended in a solution containing 0.64 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O in 10 ml of water.
This was left overnight while being heated at 80°C, and then water was evaporated over 4 hours using an evaporator. Thereafter, firing was performed at 500° C. for 16 hours in an air atmosphere. As a result, catalyst A modified with MgO was obtained. The catalyst contained 20.0% by weight of magnesium or its oxide, based on the weight of ZSM-5 in Form H. The fired product was molded and ground into 10 to 20 mesh pieces for use. The α value of this catalyst was 60, and the storage capacity ratio (weight) of cyclohexane/n-hexane was 0.44. Synthesis of Catalyst B Catalyst B containing 5.0% by weight of magnesium or its oxide was synthesized according to the synthesis method of Catalyst A. Synthesis of Catalyst C 0.5 g of the above H-type ZSM-5 powder was suspended in a solution of 0.50 g of La(NO 3 ) 3.6H 2 O in 10 ml of water.
This was left overnight while being heated at 80°C, and then the moisture was evaporated. Thereafter, it was fired in air at 500°C for 16 hours. As a result, Catalyst C modified with La 2 O 3 was obtained. Catalyst C contained 37.6% by weight of lanthanum or its oxide, based on the weight of Form H ZSM-5. The fired product was molded and ground into 10 to 20 mesh pieces for use. Synthesis of Catalyst D Catalyst D containing 20.2% by weight of lanthanum or its oxide was synthesized according to the synthesis method of Catalyst C. Synthesis of Catalyst E Catalyst E containing 39.4% by weight of dysprosium or its oxide was synthesized according to the synthesis method of Catalyst C, except that 0.46 g of Dy(NO 3 ) 3 ·5H 2 O was used. Synthesis of Catalyst F Catalyst F containing 37.1% by weight of cerium or its oxide was synthesized according to the synthesis method of Catalyst C, except that 0.49 g of Ce(NO 3 ) 3 ·6H 2 O was used. Synthesis of Catalyst G Catalyst G containing 40.4% by weight of ytterbium or its oxide was synthesized according to the synthesis method of Catalyst C, except that 0.44 g of Yb(NO 3 ) 3.4H 2 O was used. Synthesis of Catalyst H 0.16 g of Mg (NO 3 ) 2.6H 2 O in 10 ml of water and
Add the above H into a solution containing 6.63 g of H 2 PtCl 6 .
0.5 g of type ZSM-5 powder was suspended. This is 80℃
After leaving it overnight while heating, the water was evaporated. Thereafter, baking was performed at 500° C. for 16 hours in an air atmosphere. Catalyst H was synthesized by molding the calcined product and pulverizing it into 10 to 20 meshes. Synthesis of Catalyst I 0.27 g of La(NO 3 ) 3.6H 2 O in 10 ml of water and
Catalyst I was synthesized according to the synthesis method for Catalyst H, except that a solution containing 6.63 mg of H 2 PtCl 6 .6H 2 O was used. Synthesis of Catalyst J 0.16 g of Mg (NO 3 ) 2.6H 2 O in 10 ml of water and
Catalyst J was synthesized according to the synthesis method of Catalyst H, except that a solution containing 6.41 mg of RhCl 3 .3H 2 O was used. Synthesis of catalyst K 0.16 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O and IrCl 4 in 10 ml of water
Add 0.5 of the above ZSM-5 powder to a solution containing 4.34 mg of
g was suspended. This was left overnight at room temperature, and then the water was evaporated. After that, heat at 500℃16 in an air atmosphere.
Time firing was performed. Catalyst K was synthesized by molding the calcined product and pulverizing it into 10 to 20 meshes. Synthesis of catalyst L 0.16 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O in 10 ml of water,
0.5 g of the above H-type ZSM-5 powder was suspended in a solution containing 6.63 mg of H 2 PtCl 6 .6H 2 O and 2.13 mg of IrCl 4 . This was left overnight at room temperature, and then the water was evaporated. Thereafter, firing was performed at 500° C. for 16 hours in an air atmosphere. Catalyst L was synthesized by molding the calcined product and pulverizing it into 10 to 20 meshes. Synthesis of catalyst M 0.16 g of Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O in 10 ml of water,
6.63 mg of H2PtCl6.6H2O and Ni ( NO3 ) 2.6H2O
Add the above H-type ZSM-5 powder to a solution containing 1.86 mg of
0.5g was suspended. After this was left at 80°C overnight, the water was evaporated. After that, under an air atmosphere
Firing was performed at 500°C for 16 hours. Mold the baked product 10
Catalyst M was synthesized by grinding to ~20 meshes. Example 2 2.0 g of catalyst A was packed into the first stage of a multi-stage fixed bed flow reactor equipped with reaction tubes capable of stacking 10 catalyst layers and supplying raw materials to each catalyst layer.
Toluene was supplied at a rate of 20.0 g/HR and methanol at 3.5 g/HR at 500° C. under normal pressure (experiment a).
Next, 1.0 g each of catalyst A was packed into the first and second stages of the multi-stage fixed bed flow reactor, and
Toluene was added to the first stage at a rate of 20 g/HR and methanol was added to the second stage at a rate of 1.75 g/HR at 500°C.
Methanol was fed to the stage at a rate of 1.75 g/HR (experiment b). The results of experiments a and b are listed in Table 1 below. It can be seen that experiment b was superior to experiment a in terms of toluene conversion, p-xylene selectivity, methanol selectivity, and xylene yield. Here, toluene conversion rate, p-xylene selectivity,
The methanol selectivity and the xylene yield are each defined by the following formulas, and are similarly defined in the following examples. Toluene conversion rate (%) = [Number of moles of toluene converted/Number of moles of toluene fed] x 100 p-xylene selectivity (%) = [Number of moles of p-xylene produced/Number of moles of xylene produced] ×100 Methanol selectivity (%) = [Number of moles of xylene produced/Number of moles of methanol fed] ×100 Xylene yield (%) = [Number of moles of xylene produced/
Number of moles of toluene converted〕×100

【表】 注) 反応時間 1時間
実施例 3 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
に触媒Aを充填し、下記実験a〜dを実施した。
反応はいずれの場合とも常圧下500℃にて実施し
た。又、実験a〜dの全メタノール/トルエンモ
ル比はいずれの場合も1/2である。 実験a:反応器の第1層に触媒1.0gを充填し、
WHSV値10〜100の範囲でメタノール/トルエ
ンモル比が1/2の混合物を供給した。 実験b:反応器の第1層及び第2層に触媒1.0g
を充填し、第1層にはWHSV値10〜100の範囲
でメタノール/トルエンモル比が1/4の混合
物をを供給し、第2層には第1層に供給したの
と同量のメタノールを供給した。 実験c:反応器の第1層から第5層に触媒1.0g
を充填し、第1層にはWHSV値10〜100の範囲
でメタノール/トルエンモル比が1/10の混合
物を供給し、第2層から第5層には第1層に供
給したのと同量のメタノールを供給した。 実験d:反応器の第1層から第10層に触媒1.0g
を充填し、第1層にはWHSV値10〜100の範囲
でメタノール/トルエンモル比が / の混合
物を供給し、第2層から第10層には第1層に供
給したのと同量のメタノールを供給した。ここ
でWHSVとは単位時間(hr)当り単位触媒量
(g)に供給されるトルエンの量(g)であり、
以下の実施例においても同様である。 下記の第2表および第3表には実験a〜dの反
応混合物のキシレン中のp−キシレン濃度が各々
80%および85%時のトルエン転化率、メタノール
選択性、キシレン収率を示した。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour Example 3 Catalyst A was packed into the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2, and the following experiments a to d were conducted.
The reaction was carried out at 500° C. under normal pressure in all cases. Further, the total methanol/toluene molar ratio in experiments a to d was 1/2 in all cases. Experiment a: The first layer of the reactor was filled with 1.0 g of catalyst,
A mixture with a methanol/toluene molar ratio of 1/2 was supplied with a WHSV value in the range of 10 to 100. Experiment b: 1.0 g of catalyst in the first and second layers of the reactor
A mixture with a methanol/toluene molar ratio of 1/4 with a WHSV value of 10 to 100 is supplied to the first layer, and the same amount of methanol as supplied to the first layer is supplied to the second layer. supplied. Experiment c: 1.0 g of catalyst in the first to fifth layers of the reactor
A mixture with a methanol/toluene molar ratio of 1/10 with a WHSV value in the range of 10 to 100 is supplied to the first layer, and the same amount as that supplied to the first layer is supplied to the second to fifth layers. of methanol was supplied. Experiment d: 1.0 g of catalyst in the 1st to 10th layers of the reactor
, and the first layer is supplied with a mixture of methanol/toluene molar ratio / with a WHSV value in the range of 10 to 100, and the second to tenth layers are supplied with the same amount of methanol as that supplied to the first layer. was supplied. Here, WHSV is the amount (g) of toluene supplied per unit catalyst amount (g) per unit time (hr),
The same applies to the following examples. Tables 2 and 3 below show the concentrations of p-xylene in the xylene of the reaction mixtures of experiments a to d, respectively.
The toluene conversion rate, methanol selectivity, and xylene yield at 80% and 85% are shown.

【表】 注) 反応時間 1時間
[Table] Note) Reaction time 1 hour

【表】 注) 反応時間 1時間
下記の第4表には実験a〜dのトルエン転化率
16%時のp−キシレン選択性、メタノール選択
性、キシレン収率を示した。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour Table 4 below shows toluene conversion rates for experiments a to d.
The p-xylene selectivity, methanol selectivity, and xylene yield at 16% are shown.

【表】 注) 反応時間 1時間
第2表〜第4表が示すとおり、触媒層を多層で
使用することで同じトルエン転化率ではp−キシ
レン選択率を高くすることができ、また同じp−
キシレン選択性のキシレン混合物を得る場合に
は、より高いトルエン転化率およびより高いメタ
ノール選択率とすることが可能になる。 実施例 4 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層〜第5層に触媒Bを1.0gずつ充填し、
第1層にはメタノール/トルエンモル比1/10の
混合物をWHSV値10〜200の範囲で供給し、第2
層〜第5層には第1層に供給したのと同量のメタ
ノールを供給した。なお、反応は常圧下、500℃
にて実施した。結果を下記の第5表に掲げる。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour As shown in Tables 2 to 4, p-xylene selectivity can be increased at the same toluene conversion rate by using multiple catalyst layers, and the p-xylene selectivity can be increased at the same toluene conversion rate.
If a xylene selective xylene mixture is obtained, higher toluene conversion and higher methanol selectivity are possible. Example 4 1.0 g each of catalyst B was packed into the first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2,
A mixture of methanol/toluene with a molar ratio of 1/10 is supplied to the first layer and the WHSV value ranges from 10 to 200.
The same amount of methanol as that fed to the first layer was fed to the layers to the fifth layer. The reaction was conducted at 500℃ under normal pressure.
It was carried out at The results are listed in Table 5 below.

【表】 実施例 5 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層〜第5層に触媒Cを1.0gずつ充填し、
第1層にはメタノール/トルエンモル比1/10の
混合物をWHSV値100〜2000の範囲で供給し、第
2層〜第5層には第1層に供給したのと同量のメ
タノールを供給した。なお、反応は常圧下500℃
にて実施した。結果を下記の第6表に掲げる。
[Table] Example 5 The first to fifth layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2 were each filled with 1.0 g of catalyst C.
A mixture with methanol/toluene molar ratio of 1/10 was supplied to the first layer with a WHSV value in the range of 100 to 2000, and the same amount of methanol as supplied to the first layer was supplied to the second to fifth layers. . The reaction was carried out at 500℃ under normal pressure.
It was carried out at The results are listed in Table 6 below.

【表】 第5表及び第6表に示されている通り、
WHSVを大きくすることによりp−キシレン選
択率を、また、WHSVを小さくすることにより
トルエン転化率及びメタノール選択率を高くする
ことができる。 実施例 6 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層及び第2層に触媒Aを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃、WHSV値25でメタノール/トルエ
ンモル比が1/20〜1/1の範囲の混合物を第1
層に供給し、第2層には各々第1層に供給したの
と同量のメタノールを供給した。 結果を下記の第7表に掲げる。
[Table] As shown in Tables 5 and 6,
By increasing WHSV, p-xylene selectivity can be increased, and by decreasing WHSV, toluene conversion rate and methanol selectivity can be increased. Example 6 1.0 g each of catalyst A was packed into the first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2,
A mixture with a methanol/toluene molar ratio in the range of 1/20 to 1/1 at 500°C under normal pressure and a WHSV value of 25 was first prepared.
The second layer was each fed the same amount of methanol as was fed to the first layer. The results are listed in Table 7 below.

【表】 注) 反応時間 1時間
実施例 7 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第10層に触媒Aを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃、WHSV値25でメタノール/トルエ
ンモル比が1/20〜1/4の範囲の混合物を第1
層に供給し、第2層〜第10層には各々第1層に供
給したのと同量のメタノールを供給した。結果を
下記の第8表に掲げる。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour Example 7 1.0 g each of catalyst A was packed into the 1st to 10th layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2.
A mixture with a methanol/toluene molar ratio in the range of 1/20 to 1/4 at 500°C under normal pressure and a WHSV value of 25 was first prepared.
The same amount of methanol as that supplied to the first layer was supplied to each of the second to tenth layers. The results are listed in Table 8 below.

【表】 注) 反応時間 1時間
第7表及び第8表に示される通り、メタノー
ル/トルエン比を大きくすることによりトルエン
転化率を高く、また小さくすることによりメタノ
ール選択率を高くすることができる。 実施例 8 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層及び第2層に触媒Aを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃、WHSV値23でメタノール/トルエ
ンモル比1/4の混合物とともに水素/トルエン
モル比0〜8.75の範囲で水素を第1層に供給し、
第2層には第1層に供給したのと同量のメタノー
ルを供給した。結果を下記の第9表に掲げる。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour As shown in Tables 7 and 8, increasing the methanol/toluene ratio can increase the toluene conversion rate, and decreasing the methanol/toluene ratio can increase the methanol selectivity. . Example 8 1.0 g each of catalyst A was packed into the first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2,
Supplying hydrogen to the first layer at a hydrogen/toluene molar ratio of 0 to 8.75 together with a mixture of methanol/toluene molar ratio 1/4 at 500°C under normal pressure and a WHSV value of 23,
The second layer was fed with the same amount of methanol as was fed to the first layer. The results are listed in Table 9 below.

【表】 注) 反応時間 1時間
上記第9表からキヤリアーとして水素を使用す
ることによりp−キシレン選択率、メタノール選
択率、キシレン収率を高くすることができること
がわかる。 実施例 9 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層及び第2層に触媒Aを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃、WHSV値23でメタノール/トルエ
ンモル比1/4の混合物を第1層に供給し、第2
層には第1層に供給したのと同量のメタノールを
供給した。さらにフイードしたトルエン量の3倍
モルに相当する水素を第1層及び第2層に分割し
て供給した。結果を下記第10表に掲げる。
[Table] Note: Reaction time: 1 hour From Table 9 above, it can be seen that p-xylene selectivity, methanol selectivity, and xylene yield can be increased by using hydrogen as a carrier. Example 9 The first and second layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2 were each filled with 1.0 g of catalyst A,
A mixture with a methanol/toluene molar ratio of 1/4 was supplied to the first layer at 500°C under normal pressure and a WHSV value of 23.
The layer was fed with the same amount of methanol as was fed to the first layer. Furthermore, hydrogen equivalent to three times the mole amount of the fed toluene was divided and supplied to the first layer and the second layer. The results are listed in Table 10 below.

【表】 注) 反応時間 1時間
第10表により示される通り、キヤリアーとして
水素は第1層に出来るだけ多く供給することが好
ましい。 実施例 10 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層及び第2層に触媒Aを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃、WHSV値23でトルエンを第1層に
供給した。さらにフイードしたトルエン量の/モ
ルに相当するメタノールを第1層及び第2層に分
割して供給した。結果を下記第11表に掲げる。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour As shown in Table 10, it is preferable to supply hydrogen as a carrier to the first layer as much as possible. Example 10 The first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2 were each filled with 1.0 g of catalyst A,
Toluene was supplied to the first layer at 500° C. and a WHSV value of 23 under normal pressure. Furthermore, methanol corresponding to the amount of toluene fed/mole was divided and supplied to the first layer and the second layer. The results are listed in Table 11 below.

【表】 注) 反応時間 1時間
実施例 11 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第3層に触媒Aを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃、WHSV値23でトルエンを第1層に
供給した。さらにメタノール/トルエンフイード
したトルエン量の1/2モルに相当するメタノール
を第1層から第3層に分割して供給した。結果を
下記第12表に掲げる。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour Example 11 1.0 g each of catalyst A was packed into the first to third layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2.
Toluene was supplied to the first layer at 500° C. and a WHSV value of 23 under normal pressure. Furthermore, methanol equivalent to 1/2 mole of the amount of toluene in the methanol/toluene feed was divided and supplied from the first layer to the third layer. The results are listed in Table 12 below.

【表】 注) 反応時間 1時間
第11表及び第12表から、各層に供給するメチル
化剤は後段になるに従つて増加させる方が好まし
いことがわかる。 実施例 12 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
を用い、触媒Aの0.8gを分割して充填し、常圧
下500℃にて第1層にはトルエンを9.21g/HRの
速度で供給し、第2層にはメタノールを0.80g/
HRの速度で供給した。結果を下記の第13表に掲
げる。
[Table] Note) Reaction time: 1 hour From Tables 11 and 12, it can be seen that it is preferable to increase the amount of methylating agent supplied to each layer as it approaches the later stages. Example 12 Using the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2, 0.8 g of catalyst A was charged in portions, and toluene was added to the first layer at a rate of 9.21 g/HR at 500°C under normal pressure. 0.80g/methanol is supplied to the second layer.
Feed at HR rate. The results are listed in Table 13 below.

【表】 この第13表から、各段における充填触媒量はほ
ぼ均等であることがよいことがわかる。 実施例 13 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Eを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃にて、第1層にWHSV値775でメタ
ノール/トルエンモル比1/10の混合物を供給
し、第2層から第5層には第1層に供給したのと
同量のメタノールを供給した。その結果を下記第
14表に掲げる。 実施例 14 触媒Fを使用した以外は実施例13の方法に従つ
て反応を実施した。その結果を下記第14表に掲げ
る。
[Table] From Table 13, it can be seen that the amount of catalyst packed in each stage is preferably approximately equal. Example 13 1.0 g each of catalyst E was packed into the first to fifth layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2,
At 500°C under normal pressure, a mixture with a WHSV value of 775 and a molar ratio of methanol/toluene of 1/10 was supplied to the first layer, and the same amount of methanol as supplied to the first layer was supplied to the second to fifth layers. supplied. The results are shown below.
Listed in Table 14. Example 14 The reaction was carried out according to the method of Example 13, except that catalyst F was used. The results are listed in Table 14 below.

【表】 この第14表から酸化ランタニドを含む触媒を使
用することにより、p−キシレンの選択率を通常
の熱力学的平衡濃度よりはるかに高くすることが
できることがわかる。 実施例 15 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Bを1.0gずつ充填し、
常圧下500℃にて第1層にWHSV値68でメタノー
ル/トルエンモル比=1/10の混合物を水素/ト
ルエン=10.5の水素とともに供給し、第2層から
第5層には第1層に供給したのと同量のメタノー
ルを供給した。結果を下記第15表に掲げる。
Table 14 shows that by using a catalyst containing lanthanide oxide, the selectivity of p-xylene can be made much higher than the normal thermodynamic equilibrium concentration. Example 15 1.0 g each of catalyst B was packed into the first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2,
At 500℃ under normal pressure, a mixture of methanol/toluene molar ratio = 1/10 with a WHSV value of 68 is supplied to the first layer together with hydrogen of hydrogen/toluene = 10.5, and the second to fifth layers are supplied to the first layer. The same amount of methanol was supplied. The results are listed in Table 15 below.

【表】 実施例 16 触媒Dを使用した以外は、実施例15と同様の方
法に従つて反応を実施した。その結果を下記第16
表に掲げる。
[Table] Example 16 The reaction was carried out in the same manner as in Example 15, except that catalyst D was used. The results are shown in Section 16 below.
Listed in the table.

【表】 上記第15表及び第16表から、触媒B及び触媒D
の活性寿命は比較的短い。 実施例 17 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Hを1.0gずつ充填し、
常圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
この結果、触媒はゼオライトに対して0.5重量%
の白金及び5.0重量%のマグネシウムもしくはそ
の酸化物を含む。次に常圧下、500℃にてWHSV
値68でメタノール/トルエンモル比= / の混
合物を水素/トルエンモル比=10.5の水素ととも
に供給し、第2層から第5層には第1層に供給し
たのと同量のメタノールを供給した。結果を下記
第17−1表に掲げる。
[Table] From Tables 15 and 16 above, catalyst B and catalyst D
has a relatively short active life. Example 17 1.0 g each of catalyst H was packed into the first to fifth layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2,
Reduction was carried out in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
As a result, the catalyst was 0.5% by weight based on the zeolite.
of platinum and 5.0% by weight of magnesium or its oxide. Next, WHSV at 500℃ under normal pressure
At a value of 68, a mixture of methanol/toluene molar ratio = / was fed together with hydrogen in a hydrogen/toluene molar ratio = 10.5, and the second to fifth layers were fed with the same amount of methanol as was fed to the first layer. The results are listed in Table 17-1 below.

【表】 上記第17−1表から理解出来るように、酸化マ
グネシウムで変性した触媒をさらに白金で変性す
ることにより更に触媒の寿命を伸ばすことができ
る。 また、反応時間106時間における物質収支を下
記第17−2表に掲げる。
[Table] As can be understood from Table 17-1 above, the life of the catalyst can be further extended by further modifying the catalyst modified with magnesium oxide with platinum. In addition, the material balance for a reaction time of 106 hours is listed in Table 17-2 below.

【表】 上記第17−1表に記載の如く、本発明方法は供
給トルエン100重量部当り、トルエン転化率27.9
重量部、p−キシレン生成25.1重量部となり、通
常のキシレン異性化で供給100重量部当り、p−
キシレン10重量部、トルエンのトランスアルキル
化法で供給トルエン100重量部当りトルエン転化
率45重量部、p−キシレン生成11重量部の方法と
較べてp−キシレン合成の目的のために装置効率
が高く、工業的に有利な方法であることを理解す
べきである。 実施例 18 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Iを1.0gずつ充填し、
常圧下400℃にて2時間、水素雰囲気下で還元し
た。触媒はゼオライトに対して0.5重量%の白金
及び5.0重量%のランタン、もしくはその酸化物
を含む。次に実施例17と同一条件下反応を実施し
た。結果を下記の第18表に掲げる。
[Table] As shown in Table 17-1 above, the method of the present invention has a toluene conversion rate of 27.9 per 100 parts by weight of toluene supplied.
parts by weight, p-xylene production is 25.1 parts by weight, and per 100 parts by weight supplied in normal xylene isomerization, p-
10 parts by weight of xylene, toluene transalkylation method, which has a toluene conversion rate of 45 parts by weight per 100 parts by weight of toluene supplied and 11 parts by weight of p-xylene, has higher equipment efficiency for the purpose of synthesizing p-xylene. It should be understood that this is an industrially advantageous method. Example 18 1.0 g each of catalyst I was packed into the first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2,
Reduction was carried out in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours. The catalyst contains 0.5% by weight of platinum and 5.0% by weight of lanthanum or its oxide based on the zeolite. Next, a reaction was carried out under the same conditions as in Example 17. The results are listed in Table 18 below.

【表】 第18表から酸化ランタンで変性した触媒をさら
に白金で変性することにより触媒の活性寿命を伸
ばすことができることがわかる。 実施例 19 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Jを1.0gずつ充填し、
常圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
この結果、触媒はゼオライトに対して0.5重量%
のロジウム及び5.0重量%のマグネシウムもしく
はその酸化物を含む。次に実施例17と同一条件下
反応を実施した。結果を下記の第19表に掲げる。
[Table] Table 18 shows that the active life of the catalyst can be extended by further modifying the catalyst modified with lanthanum oxide with platinum. Example 19 1.0 g each of catalyst J was packed into the first to fifth layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2,
Reduction was carried out in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
As a result, the catalyst was 0.5% by weight based on the zeolite.
of rhodium and 5.0% by weight of magnesium or its oxide. Next, a reaction was carried out under the same conditions as in Example 17. The results are listed in Table 19 below.

【表】 第19表から酸化マグネシウムで変性した触媒を
さらにロジウムで変性することにより触媒の寿命
を伸ばすことができる。 実施例 20 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Kを1.0gずつ充填し、
常圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
この結果、触媒はゼオライトに対して0.5重量%
のイリジウム及び5.0重量%のマグネシウムもし
くはその酸化物を含む。次に実施例17と同一条件
下反応を実施した。結果を下記の第20表に掲げ
る。
[Table] From Table 19, the life of the catalyst can be extended by further modifying the catalyst modified with magnesium oxide with rhodium. Example 20 The first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2 were each filled with 1.0 g of catalyst K.
Reduction was carried out in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
As a result, the catalyst was 0.5% by weight based on the zeolite.
of iridium and 5.0% by weight of magnesium or its oxide. Next, a reaction was carried out under the same conditions as in Example 17. The results are listed in Table 20 below.

【表】 第20表が示すとおり、酸化マグネシウムで変性
した触媒をさらにイリジウムにより変性すること
で触媒の寿命をのばすことが出来る。 実施例 21 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Lを1.0g充填し、常
圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
この結果、触媒はゼオライトに対して0.5重量%
の白金、0.25重量%のイリジウムおよび5.0重量
%のマグネシウムもしくはその酸化物を含む。次
に実施例17と同一条件下反応を実施した。結果を
下記の第21表に掲げる。
[Table] As shown in Table 20, the life of the catalyst can be extended by further modifying the catalyst modified with magnesium oxide with iridium. Example 21 The first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2 were filled with 1.0 g of catalyst L, and reduced in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
As a result, the catalyst was 0.5% by weight based on the zeolite.
of platinum, 0.25% by weight of iridium and 5.0% by weight of magnesium or its oxide. Next, a reaction was carried out under the same conditions as in Example 17. The results are listed in Table 21 below.

【表】 第21表が示すとおり、酸化マグネシウムで変性
した触媒をさらに白金及びイリジウムにより変性
することで触媒の寿命を伸ばすことが出来、さら
に白金のみで変性した場合に比べて反応初期のト
ルエン転化率を高くすることが出来る。 実施例 22 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Mを1.0g充填し、常
圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
この結果、触媒はゼオライトに対して0.5重量%
の白金、0.08重量%のニツケルおよび5.0重量%
のマグネシウムもしくはその酸化物を含む。次に
実施例17と同一条件下反応を実施した。結果を下
記の第22表に掲げる。
[Table] As shown in Table 21, by further modifying the catalyst modified with magnesium oxide with platinum and iridium, the life of the catalyst can be extended, and the toluene conversion at the initial stage of the reaction is greater than when modified with platinum alone. It is possible to increase the rate. Example 22 The first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2 were filled with 1.0 g of catalyst M, and reduced in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
As a result, the catalyst was 0.5% by weight based on the zeolite.
of platinum, 0.08% nickel and 5.0% by weight
Contains magnesium or its oxide. Next, a reaction was carried out under the same conditions as in Example 17. The results are listed in Table 22 below.

【表】 第22表が示すとおり、酸化マグネシウムで変性
した触媒をさらに白金及びニツケルにより変性す
ることで触媒の寿命を伸ばすことが出来、さらに
白金で変性した場合に比べて反応初期のトルエン
転化率を高くすることが出来る。 実施例 23 触媒Bを実施例2で使用した多段固定床流通式
反応装置の第1〜第7層に各々1.0gずつを充填
し、第1層にはメタノール/トルエンモル比1/
10の混合物をWHSV値75で通した。第2層から
第7層には第1層に供給したのと同量のメタノー
ルを供給した。なお、反応は常圧下450℃および
500℃にて実施した。結果を下記の第23表に掲げ
る。
[Table] As shown in Table 22, by further modifying the catalyst modified with magnesium oxide with platinum and nickel, the life of the catalyst can be extended, and the toluene conversion rate at the initial stage of the reaction is higher than when modified with platinum. can be made higher. Example 23 Catalyst B was packed at 1.0 g each into the first to seventh layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2, and the first layer was charged with a methanol/toluene molar ratio of 1/1.
A mixture of 10 was passed with a WHSV value of 75. The same amount of methanol as that supplied to the first layer was supplied to the second to seventh layers. The reaction was carried out at 450℃ and under normal pressure.
It was carried out at 500℃. The results are listed in Table 23 below.

【表】 実施例 24 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層から第5層に触媒Hを1.0gずつ充填し、
常圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
触媒はゼオライトに対して0.5重量%の白金及び
5.0重量%のマグネシウムもしくはその酸化物を
含む。次に反応圧力2Kg/cm2G、500℃にて第1
層にトルエン基準WHSV値68でメタノール/ト
ルエンモル比=1/10の混合物を水素/トルエン
モル比=10.5の水素とともに供給し、第2層から
第5層には第1層に供給したのと同量のメタノー
ルを供給した。結果を下記第24表に掲げる。
[Table] Example 24 1.0 g each of catalyst H was packed into the first to fifth layers of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2,
Reduction was carried out in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
The catalyst is 0.5% by weight of platinum and zeolite.
Contains 5.0% by weight of magnesium or its oxide. Next, the first reaction was carried out at a reaction pressure of 2 Kg/cm 2 G and 500°C.
A mixture of methanol/toluene molar ratio = 1/10 with a toluene standard WHSV value of 68 was supplied to the layer together with hydrogen of a hydrogen/toluene molar ratio = 10.5, and the same amount as that supplied to the first layer was supplied to the second to fifth layers. of methanol was supplied. The results are listed in Table 24 below.

【表】 実施例 25 実施例2で使用した多段固定床流通式反応装置
の第1層及び第2層に触媒Fを1.0gずつ充填し、
常圧下400℃にて2時間水素雰囲気下で還元した。
触媒はゼオライトに対して0.5重量%の白金及び
5.0重量%のマグネシウムもしくはその酸化物を
含む。次に常圧下500℃にて第1層にWHSV値34
でトルエンをジメチルエーテル/トルエン比=
1/8のジメチルエーテル及び水素/トルエン比
=8.8の水素とともに供給し、第2層には第1層
に供給したのと同量のジメチルエーテルを供給し
た。結果を下記第25表に掲げる。
[Table] Example 25 The first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2 were each filled with 1.0 g of catalyst F.
Reduction was carried out in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours.
The catalyst is 0.5% by weight of platinum and zeolite.
Contains 5.0% by weight of magnesium or its oxide. Next, the first layer was heated to 500℃ under normal pressure with a WHSV value of 34.
Toluene to dimethyl ether/toluene ratio=
It was fed together with 1/8 dimethyl ether and hydrogen at a hydrogen/toluene ratio of 8.8, and the second layer was fed with the same amount of dimethyl ether as the first layer. The results are listed in Table 25 below.

【表】 ここでジメチルエーテル選択率とは下記式によ
り定義される。 ジメチルエーテル選択率 =〔生成したキシレンのモル数/フイードしたジメチ
ルエーテルのモル数〕×100/2 第25表はジメチルエーテルがメチル化剤として
有利であることを示している。 実施例 26 触媒A及びBを用いて下記実験a〜dを実施し
た。 実験a:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層及び第2層に触媒Aを各々1.0
gずつ充填し、常圧下500℃にて第1層にはメ
タノール/トルエン=1/4の混合物をトルエ
ン基準WHSV値11.5で供給し、第2層には第
1層に供給したのと同量のメタノールを供給し
た。 実験b:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層に触媒Aを1.0g、第2層に触
媒Bを1.0g充填し、実験aと同一条件下反応
を実施した。 実験c:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層に触媒Bを1.0g、第2層に触
媒Aを1.0g充填し、実験aと同一条件下反応
を実施した。 実験d:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層及び第2層に触媒Bを各々1.0
gずつ充填し、実験aと同一条件下反応を実施
した。 実験a〜dの結果を下記第26表に掲げる。
[Table] Here, dimethyl ether selectivity is defined by the following formula. Dimethyl ether selectivity = [moles of xylene produced/moles of dimethyl ether fed] x 100/2 Table 25 shows that dimethyl ether is advantageous as a methylating agent. Example 26 The following experiments a to d were conducted using catalysts A and B. Experiment a: 1.0% of catalyst A was added to each of the first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2.
A mixture of methanol/toluene = 1/4 was supplied to the first layer at a WHSV value of 11.5 based on toluene at 500°C under normal pressure, and the same amount as that supplied to the first layer was supplied to the second layer. of methanol was supplied. Experiment b: The first layer of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2 was filled with 1.0 g of catalyst A, and the second layer was filled with 1.0 g of catalyst B, and a reaction was carried out under the same conditions as in experiment a. Experiment c: The first layer of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2 was filled with 1.0 g of catalyst B, and the second layer was filled with 1.0 g of catalyst A, and the reaction was carried out under the same conditions as in experiment a. Experiment d: 1.0% of catalyst B was added to each of the first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2.
The reaction was carried out under the same conditions as in experiment a. The results of experiments a to d are listed in Table 26 below.

【表】 第26表が示すとおり、各触媒層に異種の触媒を
充填することによりメチル化反応のパーフイーマ
ンスを変化させることが出来る。 実施例 27 触媒H、K、Lを用いて下記実験a〜cを実施
した。 実験a:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層及び第2層に触媒Hを各々1.0
gずつ充填した。常圧下400℃にて2時間水素
雰囲気下還元した後、常圧下500℃にて第1層
にはWHSV値35でメタノール/トルエン=
1/4の混合物を水素/トルエン=10.5の水素
とともに供給し、第2層には第1層に供給した
のと同量のメタノールを供給した。 実験b:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層に触媒Hを1.0g、第2層に触
媒Kを1.0g充填し、実験aと同一条件下水素
還元後反応を実施した。 実験c:実施例2で使用した多段固定床流通式反
応装置の第1層に触媒Hを1.0g、第2層に触
媒Lを1.0g充填し、実験aと同一条件下水素
還元後反応を実施した。 実験a、b、cの結果を下記第27表に掲げる。 実験b、cは実験aに比べて反応初期のトルエ
ン転化率がすぐれている。
[Table] As shown in Table 26, the performance of the methylation reaction can be changed by filling each catalyst layer with different types of catalysts. Example 27 The following experiments a to c were conducted using catalysts H, K, and L. Experiment a: 1.0% of catalyst H was added to each of the first and second layers of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2.
gram each. After reduction in a hydrogen atmosphere at 400°C under normal pressure for 2 hours, methanol/toluene = methanol/toluene was added to the first layer at 500°C under normal pressure with a WHSV value of 35.
A 1/4 mixture was fed with hydrogen in a hydrogen/toluene ratio of 10.5, and the second layer was fed with the same amount of methanol as was fed to the first layer. Experiment b: The first layer of the multi-stage fixed bed flow reactor used in Example 2 was filled with 1.0 g of catalyst H, and the second layer was filled with 1.0 g of catalyst K, and the reaction after hydrogen reduction was carried out under the same conditions as in experiment a. carried out. Experiment c: The first layer of the multistage fixed bed flow reactor used in Example 2 was filled with 1.0 g of catalyst H, and the second layer was filled with 1.0 g of catalyst L, and the reaction after hydrogen reduction was carried out under the same conditions as in experiment a. carried out. The results of experiments a, b, and c are listed in Table 27 below. In experiments b and c, the toluene conversion rate at the initial stage of the reaction was superior to that in experiment a.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 トルエンを気相においてメチル化剤でメチル
化してp−キシレンを製造する方法において、 (a) 該メチル化を相互に区分された複数の直列的
に連結された固定触媒層からなる多段反応系を
用い、中間で生成するキシレンを分離除去する
ことなく連続的行ない、 (b) 該トルエンは水素ガスと共に、第1段の固定
触媒層にのみ供給し、且つ後続の固定触媒層中
を順次通過させ、その際のトルエンの供給量
は、全重量時間空間速度が1〜300hr-1の範囲
となるような量であり、 (c) 該メチル化剤は上記固定触媒層の各々に供給
し、その際メチル化剤の各触媒層への供給は、
該第1段の触媒層に供給されるトルエン1モル
当り0.01/tモル〜1/t(ここでtは該メチ
ル剤中のメチル基の数である)の範囲内であ
り、且つ全触媒層に供給されるメチル化剤の合
計は、上記第1段の触媒層に供給されるトルエ
ン1モル当り0.1/tモル〜2/tモル(ここ
でtは前記の意味を有する)の範囲内にあり、
そして (d) 各固定触媒層には、酸化マグネシウム又は酸
化ランタニドを含有する結晶性アルミノシリケ
ートから成る触媒が充填されている ことを特徴とする方法。 2 該多段反応系が2〜20個の固定触媒層から成
る第1項の方法。 3 該トルエンの供給量が、全重量時間空間速度
が2〜200hr-1の範囲となるような量である第1
項の方法。 4 第1段の固定触媒層への水素ガスの供給量
が、第1段の固定触媒層に供給されるトルエン1
モル当り0.5〜20モルである第1項の方法。 5 該メチル化剤の各触媒層への供給量が、第1
段の触媒層に供給されるトルエン1モル当り
0.02/tモル〜0.5/tモル(ここでtは前記の
意味を有する)の範囲である第1項の方法。 6 第i段に供給されるメチル化剤の量(Qi)
が下記式 〔ここで、Qiは第1段に供給されるトルエン1
モル当りの第i段に供給されるメチル化剤のモル
数を表わし、Qmは第1段に供給されるトルエン
1モル当り第m段に供給されるメチル化剤のモル
数を表わし、tは前記と同じ意味を有する。〕 を満足する第1項の方法。 7 全触媒層に供給されるメチル化剤の合計が、
第1段に供給されるトルエン1モル当り0.1/t
モル〜1.5/tモルの範囲内である第1項の方法。 8 該メチル化剤がメタノールもしくはジメチル
エーテル又はこれらの混合物である第1項の方
法。 9 該結晶性アルミノシリケートが少なくとも10
のシリカ/アルミナのモル比を有する第1項の方
法。 10 該触媒が該アルミノシリケートの重量を基
準にして1〜100重量%の酸化マグネシウムを含
有する第1項の方法。 11 該触媒が該アルミノシリケートの重量を基
準にして1〜200重量%の酸化ランタニドを含有
する第1項の方法。 12 該触媒が1〜1000の範囲内のα値を有する
第1項の方法。 13 該触媒が25℃における0.05〜0.7の範囲の
n−ヘキサンに対するシクロヘキサンの吸蔵容量
比(重量)を有する第1項の方法。 14 該触媒がさらに白金、ロジウム又はイリジ
ウムを含有する第1項の方法。 15 該触媒が、該アルミノシリケートの重量を
基準にして0.1〜5重量%の白金、ロジウム及
び/又イリジウムを含有する第14項の方法。 16 該結晶性アルミノシリケートがゼオライト
ZSM−5である第1項の方法。 17 第i段の固定触媒層の触媒充填量(Wi)
が下記式 〔ここでWiは第i段の固定触媒層の触媒充填重
量であり、Wmは第m段の固定触媒層の触媒充填
重量であり、nは本発明方法に使用する触媒層の
合計数である。〕 を満足する第7項の方法。 18 各触媒層内の温度を250℃〜700℃の範囲内
に維持する第1項の方法。 19 各触媒層内の圧力を1気圧〜20気圧の範囲
内に維持する第1項の方法。
[Claims] 1. A method for producing p-xylene by methylating toluene with a methylating agent in the gas phase, comprising: (a) a plurality of fixed catalysts connected in series separated from each other; (b) The toluene is supplied together with hydrogen gas only to the first fixed catalyst bed, and the subsequent fixation (c) The methylating agent is passed through the fixed catalyst layer in sequence, and the amount of toluene supplied at that time is such that the total weight hourly space velocity is in the range of 1 to 300 hr -1 . The methylating agent is supplied to each of the catalyst layers, and the methylating agent is supplied to each of the catalyst layers.
Within the range of 0.01/t mol to 1/t (where t is the number of methyl groups in the methyl agent) per mol of toluene supplied to the first stage catalyst layer, and The total amount of the methylating agent supplied is within the range of 0.1/t mol to 2/t mol (where t has the above meaning) per 1 mol of toluene supplied to the first stage catalyst layer. can be,
and (d) a method characterized in that each fixed catalyst bed is filled with a catalyst made of crystalline aluminosilicate containing magnesium oxide or lanthanide oxide. 2. The method of item 1, wherein the multistage reaction system comprises 2 to 20 fixed catalyst beds. 3. The first toluene is supplied in an amount such that the total weight hourly space velocity is in the range of 2 to 200 hr -1 .
Section method. 4 The amount of hydrogen gas supplied to the fixed catalyst bed in the first stage is equal to the amount of toluene supplied to the fixed catalyst bed in the first stage.
The method of paragraph 1, wherein the amount is 0.5 to 20 moles per mole. 5 The amount of the methylating agent supplied to each catalyst layer is the first
per mole of toluene supplied to the stage catalyst layer
2. The method of claim 1, wherein t has the meaning given above. 6 Amount of methylating agent supplied to stage i (Qi)
is the following formula [Here, Qi is toluene 1 supplied to the first stage
represents the number of moles of the methylating agent supplied to the i-th stage per mole, Qm represents the number of moles of the methylating agent supplied to the m-th stage per mole of toluene supplied to the first stage, and t has the same meaning as above. ] The method of the first term that satisfies the following. 7 The total amount of methylating agent supplied to all catalyst layers is
0.1/t per mole of toluene supplied to the first stage
The method of item 1, wherein the amount is within the range of mol to 1.5/t mol. 8. The method of item 1, wherein the methylating agent is methanol or dimethyl ether or a mixture thereof. 9 The crystalline aluminosilicate contains at least 10
The method of claim 1, having a silica/alumina molar ratio of . 10. The method of claim 1, wherein the catalyst contains 1 to 100% by weight magnesium oxide, based on the weight of the aluminosilicate. 11. The method of paragraph 1, wherein the catalyst contains 1 to 200% by weight of lanthanide oxide, based on the weight of the aluminosilicate. 12. The method of paragraph 1, wherein the catalyst has an alpha value within the range of 1 to 1000. 13. The method of clause 1, wherein the catalyst has a storage capacity ratio (by weight) of cyclohexane to n-hexane at 25°C ranging from 0.05 to 0.7. 14. The method of item 1, wherein the catalyst further contains platinum, rhodium or iridium. 15. The process of claim 14, wherein the catalyst contains from 0.1 to 5% by weight of platinum, rhodium and/or iridium, based on the weight of the aluminosilicate. 16 The crystalline aluminosilicate is a zeolite
The method of the first term which is ZSM-5. 17 Catalyst loading amount of i-stage fixed catalyst bed (Wi)
is the following formula [Here, Wi is the catalyst packing weight of the i-th stage fixed catalyst bed, Wm is the catalyst packing weight of the m-th stage fixed catalyst bed, and n is the total number of catalyst beds used in the method of the present invention. . ] The method of paragraph 7 that satisfies the following. 18. The method of item 1, wherein the temperature within each catalyst layer is maintained within the range of 250°C to 700°C. 19. The method of item 1, wherein the pressure within each catalyst layer is maintained within the range of 1 atm to 20 atm.
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