KR19980042063A - Regeneration of Waste Acid Catalyst Resin - Google Patents

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KR19980042063A
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catalyst resin
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빅우드마이클피터
런드퀴스트에릭구스타프
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에들러마크에스.
롬앤드하스캄파니
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Abstract

사용 후(spent) 에테르화 촉매 수지는 상기 사용 후 수지를 술폰화 조건하에 술폰화제로 처리함으로써 거의 촉매 활성까지 재생시킬 수 있다.The spent etherified catalyst resin can be regenerated to almost catalytic activity by treating the spent resin with a sulfonating agent under sulfonation conditions.

Description

폐 산 촉매 수지의 재생 방법Regeneration Method of Waste Acid Catalyst Resin

본 발명은 산 촉매로서 양이온 교환수지의 사용에 관한 것이며, 보다 상세하게는 폐 산 촉매 수지의 재생 및 재활용에 관한 것이다.The present invention relates to the use of cation exchange resins as acid catalysts, and more particularly to the regeneration and recycling of spent acid catalyst resins.

양이온 교환수지는 메탄올과 이소부틸렌으로부터 메틸 t-부틸 에테르(MTBE)의 형성, 또는 이소아밀렌과 메탄올로부터 t-아밀 메틸 에테르(TAME)의 형성과 같은 에테르화 반응을 포함하여, 촉매 반응에 종종 사용한다. 가솔린 첨가제로서 MTBE의 중요성, 및 이 물질의 대량 생산 때문에, 대량의 양이온 교환수지를 이 반응을 촉매하는데 사용한다. 사용시, 촉매수지는 공급 물질에 존재하는 중합체 물질 및 금속 이온과 질소-함유 물질과 같은 촉매 억제 물질에 의해 오염된다. 이와 같은 오염은 촉매의 기공성 및 표면적을 감소시키고, 차례로 산 촉매 부위의 이용가능성을 감소시킨다고 생각된다. 질소-함유 물질의 존재는 산 촉매 수지의 활성을 감소시키는 경향이 있는데, 이 조건을 질소 중독이라 한다. 촉매 활성 손실의 주요 원인은 아니지만, 상기 촉매 수지는 또한 어떤 제한된 탈술폰 이탈을 진행시킨다. 따라서 촉매 수지가 폐기물로 간주되는 때인, 그들이 사용되는 공정에서의 사용이 더 이상 적합하지 않을 때까지 그 촉매 효과의 점진적인 열화가 진행된다.Cation exchange resins are subject to catalytic reactions, including the formation of methyl t-butyl ether (MTBE) from methanol and isobutylene, or the formation of t-amyl methyl ether (TAME) from isoamylene and methanol. Often used. Because of the importance of MTBE as a gasoline additive, and the mass production of this material, large amounts of cation exchange resins are used to catalyze this reaction. In use, the catalytic resin is contaminated by polymeric materials present in the feed material and catalyst inhibitors such as metal ions and nitrogen-containing materials. Such contamination is thought to reduce the porosity and surface area of the catalyst, which in turn reduces the availability of acid catalyst sites. The presence of nitrogen-containing materials tends to reduce the activity of the acid catalyzed resin, which condition is called nitrogen poisoning. Although not a major cause of catalyst activity loss, the catalyst resin also undergoes some limited desulfon leaving. Thus, the gradual deterioration of the catalytic effect proceeds until the catalyst resins are considered waste, until they are no longer suitable for use in the process in which they are used.

예를들어 MTBE 공업에서 발생되는 것과 같이, 사용후 양이온 교환 수지의 발생량을 감소시키는 것이 경제적으로나 환경적으로 유리하며, 이를 위한 한가지 방법은 수지를 재생시켜 원래의 촉매 공정에서 유용하기에 충분한 활성을 갖는 촉매 수지로 재생시키는 것이다.It is economically and environmentally beneficial to reduce the amount of cation exchange resins used after use, for example in the MTBE industry, and one way to do this is to regenerate the resin to provide sufficient activity to be useful in the original catalytic process. It is made to regenerate with the catalyst resin which has.

이에 본 발명인은 폐 산 촉매 수지를 술폰화 조건하에서 유효량의 술폰화제로 처리하고, 이어서 상기 술폰화제로부터 촉매 수지를 분리시키는 것을 포함하는 산 촉매 폐수지 재생방법을 발견하였다.The present inventors have thus found an acid catalyst waste resin regeneration method comprising treating a waste acid catalyst resin with an effective amount of a sulfonating agent under sulfonation conditions, and then separating the catalyst resin from the sulfonating agent.

나아가 본 발명인은 촉매 수지가 술폰산-작용화 양이온 교환수지이고 보다 바람직하게는 상기 술폰화제가 최소 85 중량%의 농도를 갖는 황산인 실시예를 발견하였다.The inventors further found an example wherein the catalyst resin is a sulfonic acid-functionalized cation exchange resin and more preferably the sulfonating agent is sulfuric acid having a concentration of at least 85% by weight.

본 발명인은 술폰화제가 삼산화황 함량이 10 ~ 40 중량%인 발연 황산(oleum)이며, 사용후 촉매 수지가 폴리술폰화된 촉매 수지로 재생되는 또다른 보다 바람직한 실시예를 발견하였다.The inventors have found another more preferred embodiment in which the sulfonating agent is fumed sulfuric acid (oleum) with a sulfur trioxide content of 10 to 40% by weight, wherein after use the catalyst resin is regenerated into a polysulfonated catalyst resin.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명인은 그 활성이 에테르화 반응을 촉매하는데 더 이상 유용하지 않을 때까지 에테르화 촉매 수지로 사용되었던 술폰산-작용화된 촉매 수지를 술폰화제로 60℃ ~ 140℃ 온도에서 1.5 ~ 6 시간 동안 처리하는 것을 포함하는 에테르화 촉매 폐수지 재생 방법을 발견하였다. 본 발명에 의한 특히 유리한 측면은 공중합체를 양이온 교환수지로 술폰화하는 기존의 설비 및 절차를 촉매 수지 재생에 사용할 수 있다는 것이다. 이는 예를 들어 에테르화 촉매 작용과 같은 넓은 촉매 작용중에 술폰산기의 제한된 손실의 관점에서 놀라운 일이며; 소수 ~ 최대 10 중량%의 술폰산기의 관측 손실은 에테르화 촉매 활성의 관측된, 큰 손실을 설명하리라고 기대하지 못했다. 역으로, 술폰화 조건하에서 촉매 수지를 처리하면, 그 몇%의 손실된 술폰산기를 재생시키는 이상은 기대하지 못했으며, 공중합체의 이미 술폰화된 방향족 핵에 더 많은 술폰화기를 첨가하는 것도, 에테르화와 같은 상기 촉매화 반응에서 양이온 교환 수지의 촉매 활성에 또 다른 유익한 효과를 갖는 것도 기대치 못했을 것이다.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the inventors have described sulfonic acid-functionalized catalyst resins which have been used as etherification catalyst resins until their activity is no longer useful for catalyzing etherification reactions with 60 to 140 An etherification catalyst waste resin regeneration method comprising treatment at 1.5 ° C. for 1.5-6 hours was discovered. A particularly advantageous aspect of the present invention is that existing equipment and procedures for sulfonating copolymers with cation exchange resins can be used for catalyst resin regeneration. This is surprising in view of the limited loss of sulfonic acid groups during broad catalysis such as, for example, etherification catalysis; Observational losses of sulfonic acid groups of minority up to 10% by weight were not expected to explain the observed, large losses of etherification catalyst activity. Conversely, treatment of the catalyst resin under sulfonation conditions did not envision the ideal of regenerating its few percent lost sulfonic acid groups, and adding more sulfonated groups to the already sulfonated aromatic nuclei of the copolymer, It would not have been expected to have another beneficial effect on the catalytic activity of the cation exchange resin in such catalysation reactions such as oxidation.

본 발명에 유용한 촉매 수지는 산 촉매 폐수지, 바람직하게는 강산 촉매 수지이며, 술폰산-작용화 촉매 수지를 형성하도록 대공극성, 교차결합된, 스티렌 공중합체를 단일술폰화 또는 폴리술폰화하여 제조된 것들을 포함한다. 이러한 촉매 수지는 유기 화학 반응을 촉매, 바람직하게는 예를 들어, 메탄올과 이소부틸렌의 MTBE로의 에테르화, 또는 메탄올과 이소아밀렌의 TAME로의 에테르화와 같은 에테르화 반응을 계속된 사용이 더 이상 실용적이지 않은 촉매 활성의 충분한 부분을 잃을 때까지 촉매화 하는데 사용된다. 이러한 촉매 수지는 전형적으로 촉매 용량을 감소시켰는데, 이는 중합체, 공급 모액내의 오염물 및 기타 물질에 의한 다소 덜한 정도로 술폰산기의 미소량부터 소량까지의 손실로 오염되는 것으로부터 기인된다고 믿어지며, 이를 본 명세서에서는 촉매 폐 수지라 한다.Catalyst resins useful in the present invention are acid catalyst waste resins, preferably strong acid catalyst resins, prepared by monosulfonating or polysulfonating a macroporous, crosslinked, styrene copolymer to form a sulfonic acid-functionalized catalyst resin. Include things. Such catalyst resins are further subjected to continued use of an organic chemical reaction as a catalyst, preferably for example etherification of methanol and isobutylene to MTBE, or etherification of methanol and isoamylene to TAME. It is used to catalyze until it loses a sufficient portion of its catalytic activity that is no longer practical. Such catalyst resins typically have reduced catalyst capacity, which is believed to result from contamination from a small to small loss of sulfonic acid groups to a lesser extent by polymers, contaminants in the feed mother liquor and other materials. In the specification, it is referred to as catalyst waste resin.

실제로, 촉매 수지의 사용자는 촉매 수지가 사용되고 현재의 촉매로의 공정의 연속 조작이 더 이상 실속이 없는 시점까지 반응 전환율이 저하되었을 때 대체되어야 한다고 결정한다. 상기 사용자는 전형적으로, 예를 들어 에테르화 반응에서의 반응성 올레핀과 같은 반응물의 농도를 반응 물이 촉매 수지의 베드를 통과하기 전후에 모두 모니터할 것이며, 전환율은 반응물 농도에서의 감소 %이다. 물론, 베드를 출입하는 반응물을 모니터하는 대신에 촉매 수지 베드로부터 나오는 반응 생성물의 농도를 모니터하는 것을 선택해도 된다.In practice, the user of the catalyst resin determines that the catalyst resin should be replaced when the reaction conversion is lowered to the point where the catalyst resin is used and the continuous operation of the process with the current catalyst is no longer stalled. The user will typically monitor the concentration of the reactants, such as, for example, reactive olefins in the etherification reaction, both before and after the reactants pass through the bed of catalyst resin, and the conversion is a percent reduction in reactant concentration. Of course, instead of monitoring the reactants entering and leaving the bed, one may choose to monitor the concentration of the reaction product exiting the catalyst resin bed.

촉매 수지가 소모된 때를 어떻게 결정하는 지를 예시할 목적으로, 이소부틸렌과 메탄올을 MTBE로 에테르화하고 이소부틸렌의 공급 농도는 16%인 공정에서 촉매 수지를 작동시킬 수 있다. 새로운 촉매 수지로 조작 초기에 95%의 전환율을 얻을 수 있는데, 이는 반응기 출구에서 이소부틸렌의 농도가 0.8% 밖에 되지 않는다는 것을 의미한다. 반응이 진행됨에 따라, 촉매 수지의 촉매 활성이 감소할 것이고, 반응기 출구에서의 이소부틸렌 농도가 증가할 것이다. 예를 들어, 반응기 출구에서 이소부틸렌의 농도가 1.92%로 증가하고, 상응하여 전환율이 88%로 감소될 때, 촉매 수지를 대체해야한다고 결정할 수 있다.For the purpose of illustrating how to determine when the catalyst resin is consumed, the catalyst resin can be operated in a process in which isobutylene and methanol are etherified with MTBE and the feed concentration of isobutylene is 16%. The new catalyst resin gives a conversion of 95% at the beginning of the operation, which means that the concentration of isobutylene at the reactor outlet is only 0.8%. As the reaction proceeds, the catalytic activity of the catalyst resin will decrease and the isobutylene concentration at the reactor outlet will increase. For example, when the concentration of isobutylene increases to 1.92% at the reactor outlet and correspondingly reduces the conversion to 88%, it may be determined that the catalyst resin should be replaced.

구체적 결정은 촉매 수지의 사용자에 따라 좌우되며, 전환되지 않은 반응물을 처리하는 하류 처리 단위 능력, 생성물로부터 반응물을 분리하는 비용 및 최종 산물의 감소된 순도와 같은 사항들에 영향을 받는다. 하지만, 어떤 시점에서, 산 촉매 수지의 각 사용자는 계속 작동하는 것보다 수지를 교체하는 것이 경제적인 시점 때까지 수지의 촉매 활성이 저하했다고 판단한다. 공정 설비에서 제거된 수지는 사용후 촉매 수지이다.The specific decision depends on the user of the catalyst resin and is influenced by such things as the downstream processing unit's ability to treat unconverted reactants, the cost of separating the reactants from the product and the reduced purity of the final product. However, at some point, each user of the acid catalyst resin determines that the catalytic activity of the resin has decreased until it is economical to replace the resin rather than continue to operate. The resin removed in the process equipment is a spent catalyst resin.

본 명세서에서 사용된 용어 술폰화 조건은 평균 반응 조건, 즉, 술폰산 작용기를 미리 술폰화되어 있지 않은 교차결합된, 방향족 공중합체의 방향족 핵내에 편입시키는데 적합한 온도, 압력 및 시간을 의미하며, 예를 들어, 승온에서 공중합체를 농축된 황산으로 처리하는 것과 같이, 공중합체를 단일술폰화시키는데 적합한 조건 및 예를 들어 승온에서 공중합체를 고농도 발열 황산으로 처리하는 것과 같이, 공중합체를 폴리술폰화하는데 적합한 조건을 포함한다. 사용후 수지의 처리 시간은 사전에 술폰화되지 않은 유사한 방향족 공중합체를 술폰화하는데 적당한 시간과 거의 같다. 이러한 조건은 이 기술분야에서 숙련된 기술자에게 잘 알려져 있다. 술폰화 조건의 선택된 세트의 처리 시간은 점진적으로 보다 긴 시간동안 사용후 촉매 수지의 시료를 처리하고, 촉매로서 사용전에 거의 원촉매 수지의 촉매 활성까지 복귀하는데 요구되는 시간을 결정함으로써 보다 정확하게 결정할 수 있다.As used herein, the term sulfonation conditions means average reaction conditions, ie temperatures, pressures and times suitable for incorporation of sulfonic acid functional groups into the aromatic nucleus of crosslinked, aromatic copolymers that are not previously sulfonated, e.g. For example, polysulfonation of the copolymer may be carried out under conditions suitable for monosulfonation of the copolymer, such as treatment of the copolymer with concentrated sulfuric acid at elevated temperatures, and treatment of the copolymer with high concentration exothermic sulfuric acid, for example, at elevated temperatures. Suitable conditions are included. The treatment time of the used resin is approximately equal to the time suitable for sulfonating similar aromatic copolymers which have not been sulfonated beforehand. Such conditions are well known to those skilled in the art. The treatment time of a selected set of sulfonation conditions can be determined more accurately by gradually processing a sample of the spent catalyst resin for a longer time and determining the time required to return to the catalytic activity of the near-catalyst resin before use as a catalyst. have.

본 발명의 사용후 수지를 재생하는데 황산이 사용되는 경우, 상기 황산은 최소 85 중량%의 농도를 가진다. 사용후 촉매 수지를 황산으로 처리하는 온도는 60℃ ~ 150℃, 바람직하게는 80℃ ~ 140℃, 그리고 보다 바람직하게는 110℃ ~ 135℃이다. 사용후 촉매 수지를 황산으로 처리하는 압력은 100 ~ 200 kPa, 보다 바람직하게는 주위 압력에서 처리하는 것이다. 처리 시간은 촉매 수지의 촉매 활성을 재생시키는데 충분해야하며, 바람직하게는 0.5시간 ~ 6시간, 보다 바람직하게는 1 ~ 3시간 정도이다.When sulfuric acid is used to regenerate the resin after use of the present invention, the sulfuric acid has a concentration of at least 85% by weight. The temperature at which the catalyst resin is treated with sulfuric acid after use is 60 ° C to 150 ° C, preferably 80 ° C to 140 ° C, and more preferably 110 ° C to 135 ° C. The pressure for treating the catalyst resin with sulfuric acid after use is 100 to 200 kPa, more preferably at ambient pressure. The treatment time should be sufficient to regenerate the catalytic activity of the catalyst resin, preferably 0.5 hours to 6 hours, more preferably about 1 to 3 hours.

본 발명의 촉매 폐수지를 처리하는데 발연 황산을 사용할 경우, 폴리술폰화된 촉매 수지를 생성 또는 재생하기 위해서, 상기 발연 황산은 황산 100%에 용해된 삼산화황 10 ~ 40 중량%의 농도를 갖는다. 사용 후 촉매 수지를 발연 황산으로 처리하는 온도는 40℃ ~ 150℃, 바람직하게는 60℃ ~ 140℃, 그리고 보다 바람직하게는 80℃ ~ 130℃ 이다. 사용후 촉매 수지를 발연 황산으로 처리하는 압력은 100 ~ 200 kPa, 보다 바람직하게는 주위 압력에서 처리하는 것이다. 처리 시간은 폴리술폰화된 촉매 수지의 촉매 활성을 생성 또는 재생하기에 충분해야 하며, 바람직하게는 0.5시간 ~ 6시간, 보다 바람직하게는 1 ~ 3시간 정도이다. 폴리술폰화된 촉매 수지는 이용가능한 방향족 고리당, 즉 술폰화에 이용가능한 방향족 고리당 평균 1개 이상의 술폰산기를 갖는 것이다. 고도로 교차결합한 공중합체 및 수지에서 모든 방향족 고리가 술폰화에 이용되지는 않기 때문에, 폴리술폰화된 수지의 실제 술폰산 작용기는 단일술폰화된 수지에 대한 이론적 최대치보다 적을 것이다. 이에 대한 보다 상세한 사항은 Maroldo 등의 미국 특허번호 4,839,331에서 기술하였다.When fuming sulfuric acid is used to treat the catalyst waste resin of the present invention, the fuming sulfuric acid has a concentration of 10 to 40% by weight of sulfur trioxide dissolved in 100% of sulfuric acid in order to generate or regenerate the polysulfonated catalyst resin. The temperature at which the catalyst resin is treated with fuming sulfuric acid after use is 40 ° C to 150 ° C, preferably 60 ° C to 140 ° C, and more preferably 80 ° C to 130 ° C. The pressure for treating the catalyst resin with fuming sulfuric acid after use is 100 to 200 kPa, more preferably at ambient pressure. The treatment time should be sufficient to produce or regenerate the catalytic activity of the polysulfonated catalyst resin, preferably 0.5 to 6 hours, more preferably 1 to 3 hours. Polysulfonated catalyst resins are those having an average of at least one sulfonic acid group per available aromatic ring, ie per aromatic ring available for sulfonation. Since not all aromatic rings are used in sulfonation in highly crosslinked copolymers and resins, the actual sulfonic acid functionality of polysulfonated resins will be less than the theoretical maximum for monosulfonated resins. More details on this are described in US Pat. No. 4,839,331 to Maroldo et al.

물론 단일술폰화된 촉매 폐수지, 즉, 에테르화 반응에서 촉매 수지로 사용되었던 폴리술폰화된 양이온 교환수지를 복합술폰화하는 것이 가능하며, 동시에 그 촉매 활성을 저하시켰던 오염물을 재생시키고 그것을 폴리술폰화된 촉매 수지로 전환시키는 것도 본 발명의 범위내이다.Of course, it is possible to complex sulfonate a monosulfonated catalytic waste resin, i.e., a polysulfonated cation exchange resin used as a catalyst resin in an etherification reaction, at the same time regenerating contaminants that reduced its catalytic activity and It is also within the scope of the present invention to convert to fonned catalyst resin.

일단 술폰화 조건하에 술폰화제로 처리하여 재생시킨 다음, 촉매 수지를 술폰화제로부터 분리시킨다. 이는 예를 들어, 술폰화제를 제거하기 위하여 촉매 수지를 물 또는 다른 용매로 세정함으로써 수행한다. 순수한 물 또는 용매로 세정하기 전에 물 또는 다른 용매내에 각각 술폰화제를 점차적으로 적게 함유한 1회 또는 2회 이상 세정하든간에, 희석 술폰화제로 초기 세정하는 것과 같은, 이 기술분야에서 숙련된 기술자들에게 알려진 방법이 사용될 수 있다. 그런 다음 여과,배수 또는 기타 알려진 방법으로 물 또는 용매로부터 촉매 수지를 분리한다.Once regenerated by treatment with a sulfonating agent under sulfonating conditions, the catalyst resin is separated from the sulfonating agent. This is done, for example, by washing the catalyst resin with water or another solvent to remove the sulfonating agent. Those skilled in the art, such as initial cleaning with dilute sulfonating agents, whether one or two or more times with progressively less sulfonating agents in water or other solvents, respectively, before washing with pure water or solvents Methods known to the art can be used. The catalyst resin is then separated from the water or solvent by filtration, drainage or other known methods.

사용후 촉매 수지를 본 방법에 따라 처리하는 경우, 중합체 오염, 함질소 물질에 의한 오염 및 탈술폰 이탈 효과가 훨씬 제거되며, 사용 후 촉매는 촉매 사용에 있어 사용하지 않은 촉매 수지와 같은 촉매 활성 및 수명을 갖는 유용한 촉매 수지로 재생된다.When the used catalyst resin is treated according to the present method, polymer contamination, contamination by nitrogen-containing materials and desulfon leaving effect are much eliminated, and the used catalyst has the same catalytic activity as the unused catalyst resin in the use of the catalyst and It is regenerated into a useful catalyst resin with a long lifetime.

다음 실시예에서, 특정한 언급이 없으면 사용된 모든 시약들은 우수한 공업용 품질을 갖으며, 다른 표시가 없으면 모든 % 및 비율은 중량에 의한 것이다.In the following examples, all reagents used are of good industrial quality unless otherwise stated, and all percentages and percentages are by weight unless otherwise indicated.

실시예1Example 1

본 실시예는 MTBE 제조시 사용된, 단일술폰화된 산 촉매 폐수지를 황산으로 재생을 예시한다.This example illustrates the regeneration of monosulfonated acid catalyzed waste resin with sulfuric acid used in the preparation of MTBE.

98% 황산 8616 kg을 함유하는 반응기에 MTBE 제조시 에테르화 촉매 수지로서 사용된 술폰산-작용화 사용후 촉매 수지 1524kg을 첨가하였다. 혼합물을 122℃로 가열하고 3시간동안 그 온도를 유지한 후에, 황산의 농도가 10% 미만이 될 때까지 혼합물의 온도를 80℃~ 110℃를 유지하는 속도로 물을 첨가하였다. 그런 다음 재생된 술폰산-작용화 촉매 수지를 역세척탑내에서 탈이온수로 세척하고 꺼내었다. 상기 재생된 촉매 수지는 새 촉매 수지의 양이온 교환능력이 4.8 meq/g , 그리고 재생전 양이온 교환 능력이 4.40 meq/g 에 비교하면 양이온 교환능력 4.9 meq/g을 갖는다. 상기 재생된 촉매 수지는 황갈색인데 비해 암갈색내지 흑색이다.To the reactor containing 8616 kg 98% sulfuric acid was added 1524 kg of sulfonic acid-functionalized used catalyst resin used as etherification catalyst resin in the preparation of MTBE. After the mixture was heated to 122 ° C. and maintained at that temperature for three hours, water was added at a rate that kept the temperature of the mixture between 80 ° C. and 110 ° C. until the concentration of sulfuric acid became less than 10%. The regenerated sulfonic acid-functionalized catalyst resin was then washed with deionized water in a backwash tower and taken out. The regenerated catalyst resin had a cation exchange capacity of 4.8 meq / g, and a cation exchange capacity of 4.40 meq / g before regeneration, of 4.9 meq / g. The regenerated catalyst resin is yellowish brown to black in contrast to yellowish brown.

실시예2Example 2

본 실시예는 MTBE를 제조하기 위한 다른 공급 모액의 에테르화에 사용된 사용후 촉매 수지의 다른 시료의 재생을 예시한다.This example illustrates the regeneration of another sample of spent catalyst resin used for etherification of another feed mother liquor to prepare MTBE.

실시예 1의 절차에 따랐다. 재생된 촉매 수지는 새 촉매 수지의 양이온 교환능력이 4.8 meq/g, 그리고 재생전 양이온 교환 능력이 4.76 meq/g 에 비교하여, 양이온 교환능력 4.8 meq/g을 가졌다.The procedure of Example 1 was followed. The regenerated catalyst resin had a cation exchange capacity of 4.8 meq / g compared to the cation exchange capacity of the new catalyst resin was 4.8 meq / g, and the precation cation exchange capacity was 4.76 meq / g.

실시예 3Example 3

본 실시예는 발연 황산으로 MTBE의 제조시 사용된 단일술폰화된 폐 산 촉매 수지의 폴리슬포네이트화 촉매 수지를 재생하는 것을 예시한다.This example illustrates the regeneration of polysulfonated catalyst resin of the monosulfonated spent acid catalyst resin used in the preparation of MTBE with fuming sulfuric acid.

사용 후 촉매 수지 매 kg에 대해 황산을 20% 발연 황산 15kg으로 대체하고 혼합물을 130℃로 가열하여 그 온도를 4시간 동안 유지한 것을 제외하고는 실시예 1의 절차에 따랐다. 새로운 폴리술폰화 촉매 수지의 양이온 교환 능력이 5.4 meq/g인데 비해, 결과물인 폴리술폰화 촉매 수지는 5.5 meq/g였다.The procedure of Example 1 was followed except that for every kg of catalyst resin after use, sulfuric acid was replaced with 15 kg of 20% fuming sulfuric acid and the mixture was heated to 130 ° C. and its temperature maintained for 4 hours. The resulting polysulfonated catalyst resin was 5.5 meq / g, while the cation exchange capacity of the new polysulfonated catalyst resin was 5.4 meq / g.

실시예 4Example 4

본 실시예는 이소부틸렌과 메탄올을 메틸 t-부틸 에테르로 에테르화하기 위해 실시예 1의 재생된 촉매 수지를 사용하는 것을 예시한다.This example illustrates the use of the regenerated catalyst resin of Example 1 to etherify isobutylene and methanol with methyl t-butyl ether.

실시예 1에서 재생된 약 900 ml 부피의 물-수화된 촉매 수지의 시료를 점차적으로 보다 농축된, 수성 메틴올 용액, 처음에는 메탄올 10 중량%, 다음으로 메탄올 각각 20 및 30 중량%, 최종적으로는 순수한 메탄올에, 각 약 2 L에 슬러리화하고, 다음 메탄올 용액을 첨가 하기전에 촉매로부터 과량의 액체는 버리면서, 메탄올로 포화시켰다.A sample of approximately 900 ml volume of water-hydrated catalyst resin regenerated in Example 1 was gradually concentrated in an aqueous methol solution, initially 10 wt% methanol, then 20 and 30 wt% methanol respectively, and finally Was slurried in pure methanol, about 2 L each, and saturated with methanol, discarding excess liquid from the catalyst before adding the next methanol solution.

그런 다음 촉매 수지를 2개의 152 cm 반응기 섹션에 슬러리로서 충진한 다음 연속적으로 연결하고 반응기 섹션 주의의 물자킷을 통하여 온수를 순환시켜 가열하였다. 단시간 동작후에 효과적인 촉매 수지 배드를 약 274cm 깊이에 놓았다. 초기에는 반응기 색션을 55℃로 가열하고, 하기 표 1에 나타낸 조성물을 가진 공급액을 3.3 ~ 3.8 액체 시간당 공간 속도(즉,공급액의 부피/촉매의 부피˙시간)로 반응기 유입구에 공급하였다. 반응기내의 온도를 75℃로 상승(발열반응으로부터)시켜 이소부틸렌의 전환율은 총 공급액이 각각 80kg인 3개의 연속 조작에 대해 각각 94.6±1.50, 94.0±0.50 및 96.1± 1.44 몰%였다. 각 조작에 대한 분별 선택율(메틸 t-부틸 에테르로의 전환)은 0.996이었다.The catalyst resin was then charged as slurry in two 152 cm reactor sections and then connected in series and heated by circulating hot water through a kit of attention to the reactor section. After a short run the effective catalyst resin bed was placed at a depth of about 274 cm. Initially the reactor section was heated to 55 ° C. and the feed liquid with the composition shown in Table 1 was fed to the reactor inlet at a 3.3 to 3.8 liquid hourly space velocity (ie, volume of feed / volume of catalyst). By raising the temperature in the reactor to 75 ° C. (from the exothermic reaction) the conversion of isobutylene was 94.6 ± 1.50, 94.0 ± 0.50 and 96.1 ± 1.44 mol%, respectively, for three consecutive operations with a total feed of 80 kg each. The fractional selectivity (conversion to methyl t-butyl ether) for each operation was 0.996.

비교를 위해, 유사한 조건하에서 새로운 촉매 수지를 0.996의 동일한 분획 선택율을 갖으며, 이소부틸렌 전환율이 약 92몰%을 생성하였다. 전형적인 조작에서, 상기 촉매 수지는 이소부틸렌의 메틸 t-부틸 에테르로의 전환율이 약 88몰%로 떨어졌을 때 잘 대체될 것이다.For comparison, under similar conditions the new catalyst resin had the same fractional selectivity of 0.996 and the isobutylene conversion yielded about 92 mol%. In a typical operation, the catalyst resin will be well replaced when the conversion of isobutylene to methyl t-butyl ether drops to about 88 mole percent.

재생된 촉매 수지 평가를 위한 공급액 조성Feed solution composition for regenerated catalyst resin evaluation 성 분ingredient 분 자 량Molecular Weight 중량%weight% 몰%mole% n-펜탄프로판메탄올이소부틸렌이소부탄n-부탄물n-pentanepropanemethanolisobutyleneisobutanen-butane 72.1544.1132.0456.1158.1258.1272.1544.1132.0456.1158.1258.12 0.4110.3985.2498.02142.67843.24320 ppm0.4110.3985.2498.02142.67843.24320 ppm 0.31650.50139.01237.942540.798641.33880.31650.50139.01237.942540.798641.3388

실시예 5Example 5

본 실시예는 메탄올로 이소아밀렌의 t-아밀 메틸 에테르의 에테르화를 촉매하는 본 발명의 재생된 촉매 수지의 사용을 예시하고, 새로운, 사용후 그리고 재생된 단일술폰화 촉매 수지와 새로운 그리고 재생된 폴리술폰화된 촉매 수지간의 비교를 나타낸다.This example illustrates the use of the regenerated catalyst resin of the present invention to catalyze the etherification of t-amyl methyl ether of isoamylene with methanol, a novel and post-use and regenerated monosulfonated catalyst resin and a new and regenerated The comparison between the polysulfonated catalyst resins is shown.

새로운, 사용후, 그리고 재생된 형태의, 실시예 1 및 3의 촉매 수지를 t-아밀 메틸 에테르 에테르화 반응에 사용하였다. 이소아밀렌과 메탄올을 함유한 공급 모액을 새로운, 사용후, 단일술폰화 촉매의 분리 베드에 걸쳐 승온에서 반응시켰고 사용후 촉매는 실시예 1에 따라 재생하였으며; 새로운 폴리술폰화 촉매 및 사용후 폴리술폰화 촉매는 실시예 3에 따라 재생하였다. 각 합성 조건을 대략 같게하여, 몇몇 공정간의 비교를 하게 하였다. 각각 촉매로 각각 합성 조작에 의한 t-아밀 메틸 에테르의 총 생산량을 30분 및 60분에 기록하고 하기 표 2에 나타내었다.The catalyst resins of Examples 1 and 3, in fresh, post-use and regenerated form, were used in the t-amyl methyl ether etherification reaction. The feed mother liquor containing isoamylene and methanol was reacted at elevated temperature over a separate bed of fresh, used, monosulfonated catalyst and the spent catalyst was regenerated according to Example 1; The new polysulfonated catalyst and the spent polysulfonated catalyst were regenerated according to Example 3. Each synthesis condition was approximately equal, allowing for comparison between several processes. The total production of t-amyl methyl ether by the synthesis operation with the catalyst, respectively, was recorded at 30 and 60 minutes and is shown in Table 2 below.

t-아밀 메틸 에테르의 합성Synthesis of t-amyl Methyl Ether 시 간분Hour 실시예 1새로운 촉매Example 1 Fresh Catalyst 실시예 1사용후 촉매Example 1 Post-Use Catalysts 실시예 1재생된 촉매Example 1 Regenerated Catalyst 실시예 3새로운 촉매Example 3 Fresh Catalyst 실시예 3재생된 촉매Example 3 Regenerated Catalyst 30603060 0.1550.2550.1550.255 0.0900.1800.0900.180 0.1600.2700.1600.270 0.2200.2950.2200.295 0.2250.3000.2250.300

어떤 시간에서도 재생된 촉매 수지의 에테르 생성(촉매 활성)은 최소한 새로운 촉매 수지의 활성만큼 높았으며, 사용후 촉매 수지의 활성보다는 월등히 우수했다.At any time, the ether production (catalytic activity) of the regenerated catalyst resin was at least as high as the activity of the new catalyst resin and was much better than the activity of the catalyst resin after use.

상기한 바에 따르면, 본 발명은 사용후 에테르화 촉매 수지를 술폰화 조건하에술폰화제로 처리함으로써 상기 수지의 활성을 거의 원래값까지 재생시킬 수 있다.According to the above, the present invention can regenerate the activity of the resin to almost original value by treating the used etherification catalyst resin with a sulfonating agent under sulfonation conditions.

Claims (8)

폐 산 촉매 수지를 술폰화 조건하에 유효량의 술폰화제로 처리하는 단계,Treating the spent acid catalyst resin with an effective amount of sulfonating agent under sulfonation conditions, 이어서 상기 촉매 수지를 술폰화제로부터 분리하는 단계,를 포함하는 폐 산 촉매 수지의 재생 방법.Then separating the catalyst resin from the sulfonating agent. 제1항에 있어서, 상기 폐 산 촉매 수지는 술폰산-작용화 양이온 교환수지임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the spent acid catalyst resin is a sulfonic acid-functionalized cation exchange resin. 제2항에 있어서, 상기 술폰화제는 최소 85 중량%의 농도를 갖는 황산임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2 wherein the sulfonating agent is sulfuric acid having a concentration of at least 85% by weight. 제2항에 있어서, 상기 술폰화제는 삼산화황의 함량이 10 ~ 40 중량%인 발연 황산임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the sulfonating agent is fuming sulfuric acid having a content of sulfur trioxide of 10 to 40% by weight. 제2항에 있어서, 상기 촉매 수지는 에테르화 촉매로 사용되었으며, 승온은 60 ∼ 140℃, 그리고 촉매에 촉매 활성을 회복시키기에 충분한 시간은 0.5시간 ~ 6시간임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the catalyst resin is used as an etherification catalyst, the temperature rise is 60 to 140 ℃, and a time sufficient to restore the catalyst activity to the catalyst is 0.5 hours to 6 hours. 이들의 활성이 에테르화 반응을 촉매하는데 더 이상 유용하지 않을 때까지 에테르화 촉매로 사용되고, 사용후 촉매를 술폰화제로 처리하여 재생된,Used as etherification catalysts until their activity is no longer useful for catalyzing etherification reactions and regenerated by treating the spent catalysts with sulfonating agents, 재생된 에테르화 촉매 수지.Recycled etherification catalyst resin. 제6항에 있어서, 상기 술폰화제는 최소 85 중량%의 농도를 갖는 황산이고 상기 재생된 촉매 수지는 단일술폰화된 촉매 수지임을 특징으로 하는 재생된 촉매 수지.7. The regenerated catalyst resin of claim 6, wherein the sulfonating agent is sulfuric acid having a concentration of at least 85% by weight and the regenerated catalyst resin is a monosulfonated catalyst resin. 제6항에 있어서, 상기 술폰화제는 삼산화황의 농도가 10 ~ 40 중량%인 발연 황산이고, 상기 재생된 촉매 수지는 폴리술폰화된 촉매 수지임을 특징으로 하는 재생된 촉매 수지.The regenerated catalyst resin of claim 6, wherein the sulfonating agent is fuming sulfuric acid having a concentration of sulfur trioxide of 10 to 40 wt%, and the regenerated catalyst resin is a polysulfonated catalyst resin.
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