KR920009117B1 - Porous solid phosphoric acid catalyst system and process using same - Google Patents
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- C07C2/54—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
- C07C2/64—Addition to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
[발명의 명칭][Name of invention]
다공성 고형 인산촉매 계 및 그것의 사용방법Porous solid phosphate catalyst system and its use method
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
본 발명은 다공성 고형 인산 촉매복합체에 관한 것으로서, 이 촉매 복합체는 촉매의 전체 세공 부피 중 25.0% 이하가 10,000Å이상의 직경의 세공(pore)들로 구성된다는데 그 특징이 있다.The present invention relates to a porous solid phosphoric acid catalyst complex, which is characterized in that up to 25.0% of the total pore volume of the catalyst is composed of pores (pore) of more than 10,000mm in diameter.
고형 인산이란 키셀구르(kieselguhr), 인푸조리얼토(infusorial earth) 및 규조토와 같은 다공성 결합제와 인산의 하소 혼합물을 일컫는 것으로 붙여진 명칭이다. 수년동안 실제적으로는 고형인산 촉매는 일반적인 액체 탄화 수소를 형성하기 위한 일반적인 기체 올레핀의 중합화에 효과적인 촉매였었다. 프로판과 프로필렌, 부탄과 부틸렌, 및 에탄과 에틸렌의 혼합물들은 중합 공정에 대한 주요한 공급원료들이다. 또한, 고형 인산 촉매들은 방향족 탄화수소를 지방족 탄화수소에 의해 알킬화하는 공정, 특히 벤젠을 프로필렌에 의해 알킬화하여 쿠멘을 생성하는 공정의 촉매로서 매우 유용하다.Solid phosphoric acid is a name given to a calcination mixture of phosphoric acid with a porous binder such as kieselguhr, infusorial earth and diatomaceous earth. For many years practically, solid phosphate catalysts have been effective catalysts for the polymerization of common gas olefins to form common liquid hydrocarbons. Propane and propylene, butane and butylenes, and mixtures of ethane and ethylene are the main feedstocks for the polymerization process. Solid phosphoric acid catalysts are also very useful as catalysts in the process of alkylating aromatic hydrocarbons with aliphatic hydrocarbons, in particular in the process of alkylating benzene with propylene to produce cumene.
어떤 특성, 첨가제, 제형들을 지닌 고형 인산 촉매는 더욱 강하고, 더욱 활성적이고, 더욱 효과가 긴 촉매를 제공하는 것으로서 당 분야에서 잘 알려져 있다. 그러나, 촉매 복합체의 전체 세공 부피 중 25.0%이하가 10000Å이상의 직경의 세공들로 구성됨을 특징으로 하고 촉매 축합 반응시에 개선된 안정성을 나타내는 고형 인산 촉매 복합체는 지금까지 공지된 바 없다.Solid phosphoric acid catalysts with certain properties, additives, and formulations are well known in the art as providing catalysts that are stronger, more active, and more effective. However, no solid phosphoric acid catalyst composite is known so far, characterized in that less than 25.0% of the total pore volume of the catalyst composite consists of pores with a diameter of 10000 mm 3 or more and exhibits improved stability in the catalyst condensation reaction.
고형 인산 촉매 복합체에 대한 기본적인 내용은 예를 들어 카올린, 결정형 실리카 및 인산의 혼합물로 구성된 고형 인산에 대해 기술하고 있는 미합중국 특허 제2,586,852호에 잘 공지되어 있다.The basics of solid phosphoric acid catalyst composites are well known in US Pat. No. 2,586,852, which describes, for example, solid phosphoric acid consisting of a mixture of kaolin, crystalline silica and phosphoric acid.
다공성 결합제는 고형 인산 촉매 복합체의 성능 특성을 개선시키는 것으로 알려져 왔다. 미합중국 특허 제3,044,964호는 인산 및 천연 다공성 실리카 물질로 구성된 고형 인산촉매 복합체에 대해 기술하고 있다. 또한, 상기 촉매는 천연적으로 다공성이 아닌 결합제를 포함할 수 있다.Porous binders have been known to improve the performance properties of solid phosphoric acid catalyst composites. U.S. Patent No. 3,044,964 describes a solid phosphate catalyst composite consisting of phosphoric acid and a naturally porous silica material. In addition, the catalyst may comprise a binder that is not naturally porous.
이용 가능한 세공부피의 제한 때문에 고형 인산 촉매계의 안정성에 대한 조절이 당분야에는 비교적 알려지지 않았다. 미합중국 특허 제3,661,801호는 특별한 세공부피 분포가 얻어지도록 제조된 고형 인산 촉매 복합체에 대해 기술하고 있다. 그러나, 상기의 특허에 개시된 촉매에 있어서, 350Å이상의 직경을 갖는 세공은 0.2 내지 0.4cc/g의 세공부피를 갖고 9000Å이상의 직경을 갖는 것은 0.07 내지 0.20cc/g의 세공부피를 갖는다. 그러므로, 9000Å이상의 직경의 세공으로 구성된 종래 촉매의 촉매 세공의 부피 %는 17.5% 이상이거나 또는 절대량으로 0.07cc/g이다. 또한, 상기 촉매는 구형 촉매만을 산출하는 방법에 의해 제조되는 것으로 기술되어 있다. 그러나, 본 발명의 촉매와, 상기 미합중국 특허 제3,661,801호에 기술된 방법에 의해 제조된 촉매는 상기 모든면에서 구별된다.Due to the limited pore volume available, control over the stability of solid phosphate catalyst systems is relatively unknown in the art. U. S. Patent No. 3,661, 801 describes a solid phosphoric acid catalyst composite prepared to obtain a special pore volume distribution. However, in the catalyst disclosed in the above patent, pores having a diameter of 350 mm 3 or more have a pore volume of 0.2 to 0.4 cc / g and those having a diameter of 9000 mm or more have a pore volume of 0.07 to 0.20 cc / g. Therefore, the volume percentage of the catalyst pores of the conventional catalyst composed of pores having a diameter of 9000 kPa or more is 17.5% or more, or 0.07 cc / g in an absolute amount. It is also described that the catalyst is prepared by a method that yields only spherical catalysts. However, the catalyst of the present invention and the catalyst prepared by the method described in the above-mentioned US Pat. No. 3,661,801 are distinguished in all of these respects.
본 발명의 중요한 목적은 개량된 다공성 고형 인산 촉매를 제공하는데 있다. 개량된 촉매계는 종래의 유사한 촉매에 비해 향상된 안정성을 나타낸다. 상기 안정성의 향상은 본 발명에 따른 촉매의 독특한 세공 부피 분포 때문이다.An important object of the present invention is to provide an improved porous solid phosphoric acid catalyst. The improved catalyst system exhibits improved stability over similar conventional catalysts. The improvement in stability is due to the unique pore volume distribution of the catalyst according to the invention.
따라서, 본 발명의 광범위한 구체예는 다공성 고형 인산 촉매계에 관한 것이다. 상기 고형 인산 촉매 복합체는 고형 인산과 결합제의 복합물로 구성된다. 상기 촉매는 촉매 복합체의 전체 세공 부피 중 25.0%이하가 10000Å이상의 직경의 세공들로 구성된다는데 그 특징이 있다. 또한 고형인산촉매 복합체는 결합제가 무기 산화물, 더욱 바람직하게는 실리카 물질(예를 들며, 규조토, 키셀구르, 또는 인조 실리카 또는 이들의 혼합물)이라는 것을 특징으로 한다.Accordingly, a broad embodiment of the invention relates to a porous solid phosphoric acid catalyst system. The solid phosphoric acid catalyst composite consists of a complex of solid phosphoric acid and a binder. The catalyst is characterized in that less than 25.0% of the total pore volume of the catalyst composite consists of pores having a diameter of 10000 mm 3 or more. The solid phosphate catalyst composite is also characterized in that the binder is an inorganic oxide, more preferably a silica material (eg, diatomaceous earth, kisselgur, or artificial silica or mixtures thereof).
바람직한 구체예에서, 다공성 고형 인산 촉매 조성물은 압출물의 형태이며, 인산과 무기 산화물 결합제로 구성된다 바람직한 촉매는 촉매 복합체 압출물의 전체 세공 부피중 17.5%이하가 10,000Å이상의 직경의 세공으로 구성된다는데 그 특징이 있다. 또한, 상기 촉매는 전체의 촉매 복합체 압출물의 세공부피가 약 0.28cc/g이하이며, 10,000Å이상의 직경을 갖는 세공에 있어서의 절대 세공 부피는 0.07cc/g이하인 것을 특징으로 한다. 끝으로, 본 발명의 촉매 복합체는 적어도 60중량%의 P2O5를 포함하는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment, the porous solid phosphoric acid catalyst composition is in the form of an extrudate and consists of phosphoric acid and an inorganic oxide binder. Preferred catalysts comprise not more than 17.5% of the total pore volume of the catalyst composite extrudate consisting of pores of diameters greater than 10,000 mm 3. There is this. The catalyst is characterized in that the pore volume of the whole catalyst composite extrudate is about 0.28 cc / g or less, and the absolute pore volume in pores having a diameter of 10,000 mm 3 or more is 0.07 cc / g or less. Finally, the catalyst composite of the present invention preferably comprises at least 60% by weight of P 2 O 5 .
또 다른 구체예에서, 본 발명은 탄화수소 전환 조건에서 고형 인산 촉매 복합체와 탄화수소 공급 원료를 접촉시키므로써 상기 고형인산 촉매의 존재하에서 탄화수소를 전환하는 방법에 관한 것이다.In another embodiment, the present invention relates to a process for converting hydrocarbons in the presence of the solid phosphoric acid catalyst by contacting the solid phosphoric acid catalyst complex and the hydrocarbon feedstock in hydrocarbon conversion conditions.
고형인산 촉매는 여러가지의 중요한 탄화수소 전환 공정에서 유용하다고 알려져 있다. 그러나, 촉매 용해, 촉매의 빈약한 물리적 강도, 촉매의 빈약한 안정성 등을 포함한, 상기 공정에서의 고형 인산 촉매의 이용과 관련한 문제점들이 항상 존재해왔다. 그러므로, 고활성 및 안정성을 나타내는 강한 촉매를 항상 필요로 해왔다. 강하고 높은 활성 및 긴 수명의 촉매를 제조하는 목표를 달성하기 위해서는 세공 부피가 고형 인산의 안정성에 있어서 중요한 요인이되며 거대세공의 부피(즉, 10,000Å이상의 직경이 세공들의 부피)의 감소가 크게 중요하다는 것이 이제 발견되었다.Solid phosphoric acid catalysts are known to be useful in many important hydrocarbon conversion processes. However, there have always been problems associated with the use of solid phosphoric acid catalysts in such processes, including catalyst dissolution, poor physical strength of the catalyst, poor stability of the catalyst and the like. Therefore, there has always been a need for strong catalysts that exhibit high activity and stability. To achieve the goal of producing strong, high activity and long lifetime catalysts, the pore volume is an important factor in the stability of solid phosphoric acid, and the reduction of the volume of macropores (ie, the volume of pores with diameters greater than 10,000 mm 3) is of great importance. Is now found.
본 발명의 중요한 면은 촉매의 전체 세공 부피 중 25% 이하가 10,000Å이상의 직경의 세공들로 구성된다는 것이다. 촉매의 전체 세공부피중 17.5%이하가 10,000Å이상의 직경의 세공들로 구성되는 것이 가장 바람직하다. 거대 세공의 부피가 아주 높으면 압출물의 강도는 약화될 뿐만 아니라 거대 다공성(macroporosity)에 의한 향상된 세공 확산 때문에 발생한 사용동안의 탄소축적이 증가되는 것으로 생각된다. 반응동안 탄소축적이 크면 클수록 촉매의 탈활성화 및 촉매 팽창이 더욱 빨라져서 일어나 정상의 반응기 압력 강하보다 더 큰 압력 강하가 발생할 수 있다.An important aspect of the present invention is that up to 25% of the total pore volume of the catalyst consists of pores of diameters greater than 10,000 mm 3. Most preferably, less than 17.5% of the total pore volume of the catalyst consists of pores with a diameter of 10,000 mm 3 or more. A very high volume of macropores is believed to not only reduce the strength of the extrudate but also increase the carbon accumulation during use resulting from improved pore diffusion due to macroporosity. The larger the carbon accumulation during the reaction, the faster the catalyst deactivation and catalyst expansion can result in a larger pressure drop than the normal reactor pressure drop.
또한, 촉매의 전체 세공 부피는 촉매 안정성과 비례하는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 촉매의 전체 세공 부피는 0.28cc/g이하, 바람직하게는 0.23cc/g이하인 것이 바람직하다.It has also been found that the total pore volume of the catalyst is proportional to the catalyst stability. Therefore, the total pore volume of the catalyst is preferably 0.28 cc / g or less, preferably 0.23 cc / g or less.
본 명세서의 고형인산 촉매의 필수적인 활성 성분은 인산(acid of phosphorus), 바람직하게는 인기 +5가를 띠는 인산이다. 상기 산은 제조된 최종 촉매 혼합물중 약 60 내지 약 80중량% 이상을 차지할 수 있다. 여러가지의 인산류중에서 오르토인산(H3PO4) 및 피로인산(H4P2O7)이 저렴한 가격 및 용이한 입수성 때문에 1차 혼합물에서 일반적으로 사용되기는 하지만, 제조된 촉매 복합체는 상기 인산류의 사용으로만 제한되는 것이 아니라 채택가능한 어떠한 다른 인산류도 사용할 수 있다. 그러나, 이용될 수 있는 상이한 인산류는 상이한 산으로부터 약간 수정된 과정에 의한 제조된 촉매 각각이 그 자신의 특징적인 작용을 나타내므로, 소정의 유기 반응에서 동일한 효과를 나타내는 촉매를 제조하게 된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 그러나, 본 명세서에서 기술된 바와 같이 제조된 촉매는 세공 부피 분포가 없는 촉매에 비해 더욱 우수한 탄하수소 전환 특성을 갖게 된다.An essential active ingredient of the solid phosphoric acid catalyst herein is phosphoric acid (acid of phosphorus), preferably phosphoric acid having the popularity +5 value. The acid may comprise about 60 to about 80 weight percent or more of the final catalyst mixture prepared. Among the various phosphates, orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) and pyrophosphoric acid (H 4 P 2 O 7 ) are commonly used in primary mixtures due to their low cost and easy availability, but the catalyst composites produced are In addition to being limited to the use of the class of the present invention, any other acceptable phosphate may be used. However, the different phosphates that can be used mean that each of the catalysts produced by a slightly modified process from a different acid has its own characteristic action, thus producing a catalyst having the same effect in a given organic reaction. It is not. However, catalysts prepared as described herein will have better hydrocarbon conversion properties than catalysts without pore volume distribution.
주성분으로서 오르토인산을 사용할 경우, 이는 수용액중에서 약 75% 내지 100%의 다양한 농도로서 이용될 수 있다. 유리된 5산화인을 함유하는 산도 사용할 수 있다. 이것은 상기 오르토산이 오르토인산 탈수시의 주된 상에 해당하는 일정한 %의 피로산을 함유할 수 있음을 의미한다. 이러한 농도범위내에서, 상기 산은 다양한 점도를 가진 액체이며, 흡착제와 용이하게 혼합될 수 있다. 실제로, 일반식 H4P2O7에 해당하는 피로인산은 이것의 융점(61℃)보다 다소 높은 온도에서 결합제와 혼합될 수 있으며 피로산 흡착제 혼합물에 제공되는 가열 주기는 오르토산을 사용했을때와는 다를 수 있음을 밝혀졌다.When orthophosphoric acid is used as the main component, it can be used at various concentrations of about 75% to 100% in aqueous solution. Acids containing free phosphorus pentaoxide can also be used. This means that the ortho acid may contain a constant percentage of pyroic acid corresponding to the main phase upon dehydration of orthophosphoric acid. Within this concentration range, the acid is a liquid with various viscosities and can be easily mixed with the adsorbent. In fact, the pyrophosphoric acid corresponding to the general formula H 4 P 2 O 7 can be mixed with the binder at a temperature slightly above its melting point (61 ° C.) and the heating cycle provided to the pyroic acid adsorbent mixture is determined when orthoic acid is used. It has been found that can be different from.
또한, 일반식 H5P3O10로 표시되는 삼인산도 본 발명의 촉매 제조를 위한 출발물질로서 사용할 수 있다. 이러한 촉매 조성물은 전술한 실리콘 물질과 오르토인산, 피로인산, 삼인산 및 기타 폴리인산을 함유하는 인산 혼합물로부터 제조할 수 있다.In addition, triphosphate represented by the general formula H 5 P 3 O 10 can also be used as a starting material for preparing the catalyst of the present invention. Such catalyst compositions may be prepared from a phosphoric acid mixture containing the aforementioned silicone materials and orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphate and other polyphosphoric acids.
고형 인산 촉매 복합체의 한 성분으로서 사용할 수 있는 결합제는 촉매 복합체의 인산 성분을 흡착할 수 있거나 또는 그것과 결합할 수 있는 임의의 물질일 수 있다. 이러한 물질의 한가지 그룹은 알루미나, 실리카와 같은 내화성 무기 산화물, 또는 마그네슘, 칼슘, 인, 및 티타늄의 산화물과 같은 기타 금속 산화물, 또는 이들의 혼합물이다.The binder that can be used as one component of the solid phosphoric acid catalyst composite can be any material that can adsorb or bind the phosphoric acid component of the catalyst composite. One group of such materials is refractory inorganic oxides such as alumina, silica, or other metal oxides such as oxides of magnesium, calcium, phosphorus, and titanium, or mixtures thereof.
결합제는 실리콘 물질인 것이 바람직하다. 본 발명의 고형 인산 촉매의 결합제 성분으로서 유용한 실리콘 또는 SiO2-함유 물질로는 키셀구르, 규조토, 적층토, 카올린, 표포토 또는 인조다공성 실리카 또는 이들의 혼합물이 있다. 그러나, 적층토, 키셀구르 및 규조토와 일반적으로 천연에서 생겨나는 다공성 실리콘 물질이라는 용어는 본 발명과 관련하여 상호 교환적으로 동등한 의미로서 사용됨에 유의해야 한다.The binder is preferably a silicone material. Silicones or SiO 2 -containing materials useful as binder components of the solid phosphoric acid catalysts of the present invention include kisselgur, diatomaceous earth, laminated earth, kaolin, table photo or artificial porous silica or mixtures thereof. However, it should be noted that the terms laminated earth, kisselgur and diatomaceous earth and porous silicon materials generally occurring in nature are used interchangeably in the context of the present invention.
본 발명의 촉매의 바람직한 세공부피 특성을 갖는 고형 인산 촉매 복합체는 생성하는데 사용할 수 있는한 방법은 결합제의 입자크기를 엄밀하게 조절하는 것이다. 대부분의 결합제는 일반적으로 크기가 상당히 다양한 입자를 함유한다. 입경이 극히 작은 결합제를 사용하면, 제조된 고형 인산 촉매 복합체는 입경이 큰 결합제 입자를 사용하여 제조했던 촉매에 비해, 더욱 치밀하게 10,000Å이상의 직경의 세공들을 더욱 적은 수로 함유하게 된다는 것이 예상된다.One method that can be used to produce solid phosphoric acid catalyst composites with the desired pore volume characteristics of the catalyst of the present invention is to precisely control the particle size of the binder. Most binders generally contain particles of quite varying sizes. Using a binder having a very small particle size, it is expected that the prepared solid phosphate catalyst composite will contain fewer pores with a diameter of more than 10,000 mm 3, more densely than a catalyst prepared using a binder particle having a large particle size.
작은 결합제입자는 다양한 방법으로 얻을 수 있다. 결합제를 체로 분류하여 가장 작은 입자만을 수득할 수 있다. 선택적으로, 결합제는 큰 입자를 본 발명의 고형 인산 촉매 복합체에 유용한 더욱 작은 입자로 파쇄할 수 있는 아이거 밀(Eiger Mill) 또는 볼 밀(ball mill)등을 사용하여 기계적으로 크기를 만들 수 있다. 결합제 분류(classification)를 본 발명의 촉매를 제조하는데 사용한다면, 결합제의 입경은 1 내지 150 미크론의 범위인 것이 바람직하다.Small binder particles can be obtained in a variety of ways. The binder can be sorted by sieve to obtain only the smallest particles. Optionally, the binder can be mechanically sized using an Eiger Mill or a ball mill or the like that can break up large particles into smaller particles useful in the solid phosphate catalyst composites of the present invention. If binder classification is used to prepare the catalyst of the invention, the particle size of the binder is preferably in the range of 1 to 150 microns.
본 발명에 이용되는 촉매 복합체를 제조함에 있어서, 산소를 함유한 인산과 전술한 고형 결합제 물질은 약 10℃ 내지 약 232℃의 온도, 바람직하게는 약 95℃ 내지 약 180℃의 온도에서 혼합하여 복합체를 형성한다. 만족스러운 결과는, 폴리인산(82% P2O5함량)을 약 170℃의 온도에서 가열한 후, 이 고온의 산을 실온의 규조토와 혼합하므로써 얻어졌다. 폴리인산과 규조토는 규조토 흡착제에 대한 5산화인의 중량비가 약 1.5 내지 약 7.5인 복합체를 형성한다. 상기 복합체를 약간의 습기를 가지므로써 외형은 거의 건조상태이나 복합체를 피스(piece)들로 형성한 후 성형입자들로 절단하는 수압형 또는 아우거(auger)형 압출기에서 압력을 받는 경우에 플라스틱이 된다.In preparing the catalyst composite used in the present invention, the oxygen-containing phosphoric acid and the solid binder material described above are mixed at a temperature of about 10 ° C to about 232 ° C, preferably at a temperature of about 95 ° C to about 180 ° C. To form. Satisfactory results were obtained by heating polyphosphoric acid (82% P 2 O 5 content) at a temperature of about 170 ° C. and then mixing this high temperature acid with room temperature diatomaceous earth. Polyphosphoric acid and diatomaceous earth form a composite having a weight ratio of phosphorus pentoxide to diatomaceous earth adsorbent of about 1.5 to about 7.5. The composite has some moisture so that its appearance is almost dry, but plastic under pressure in a hydraulic or auger extruder, which forms the composite into pieces and then cuts them into shaped particles. .
인산/결합제 혼합물의 압출은 촉매 제조 방법에서의 또 다른 단계이며, 이 단계에서 촉매 복합체의 다공성은 최적화되어 촉매 복합체중 10,000Å이상의 직경의 세공들의 양이 감소될 수 있다. 압출은 압출 배압(back-pressure)을 조절하므로써 다수의 방법으로 촉매다공성을 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 일반적으로, 압출 압력이 클수록, 촉매가 한층 치밀해지거나, 촉매의 다공성, 세공 부피 및 세공 직경이 작아진다. 압출배압을 다양한 방법에 의해 변화시킬 수 있다. 한 방법은 압출기 다이 플레이트(die plate)에서의 구멍들의 단면적을 변화시키는 것이다. 또 다른 방법은 압출되는 반죽(dough)의 수분함량을 변화시키는 것이며, 건조된 반죽은 더욱 높은 배압을 발생시킨다. 그밖의 방법은 촉매 복합체를 압출하는데에 사용된 강도 또는 에너지에 비례한다. 압출물은 회전하는 스크류를 포함하거나, 또는 램(ram)을 포함하는 압출 장치에서 제조될 수 있다. 상기 두 유형의 장치는 다이 플레이트를 통해 압출되기전에 반죽을 치밀하게 한다. 스크류 속도 또는 래밍(ramming)강도를 스크류-배럴 간격, 스크류 피치등과 같은 기타 압출 변수와 함께 변화시키므로써, 촉매 전구체 반죽의 치밀화하고 및 압출시키는데 더욱 높은 압출 에너지를 소비할 수 있다.Extrusion of the phosphoric acid / binder mixture is another step in the catalyst preparation process, in which the porosity of the catalyst composite can be optimized so that the amount of pores with diameters greater than 10,000 mm 3 in the catalyst composite can be reduced. Extrusion can be used to control catalytic porosity in a number of ways by controlling extrusion back-pressure. In general, the higher the extrusion pressure, the denser the catalyst, or the smaller the porosity, pore volume, and pore diameter of the catalyst. The extrusion back pressure can be changed by various methods. One method is to change the cross sectional area of the holes in the extruder die plate. Another method is to change the moisture content of the dough being extruded, and the dried dough produces higher back pressure. Other methods are proportional to the strength or energy used to extrude the catalyst composite. The extrudate can be produced in an extrusion apparatus comprising a rotating screw or including a ram. Both types of apparatus compact the dough before being extruded through the die plate. By varying the screw speed or ramming strength with other extrusion parameters such as screw-barrel spacing, screw pitch, etc., higher extrusion energy can be consumed to densify and extrude the catalyst precursor dough.
촉매에 영향을 미치는 압출 변수 및 기타 변수들에 관하여 관련하여 중요한 것은, (1) 원하는 촉매다공성 분포를 알고 있어야 하고, (2) 최종 촉매에 영향을 미치는 압출 및 기타 공정 변수들을 이해하고 조절할 수 있어야 한다는 것이다. 이와 같은 압출과 관련된 사실들로 말미암아 확대된 촉매 다공성을 조절하는데 있어서 전술한 변수들의 작용을 명확히 이해할 수 있기 때문에 본 발명의 고형 인산 촉매를 일관성 있게 제조하기 위한 변수들을 조절할 수 있다.Regarding the extrusion and other variables affecting the catalyst, it is important to (1) be aware of the desired catalytic porosity distribution, and (2) be able to understand and control the extrusion and other process parameters affecting the final catalyst. Is that. Due to the facts related to such extrusion, it is possible to clearly control the action of the above-mentioned parameters in controlling the expanded catalyst porosity so that the parameters for consistently producing the solid phosphoric acid catalyst of the present invention can be adjusted.
본 발명의 고형 인산 촉매는 압출물 형태로 제조되는 것이 바람직하다. 본 발명의 촉매는 필요한 세공 직경/세공 부피 분포를 가진 다양한 형상으로 제조할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 압출법은 일반적으로 형성된 촉매 입자를 제조하는 효율적이며 저렴한 방법이다.The solid phosphoric acid catalyst of the present invention is preferably prepared in the form of extrudates. It is contemplated that the catalyst of the present invention may be produced in a variety of shapes with the required pore diameter / pore volume distribution. In addition, extrusion is generally an efficient and inexpensive method for producing formed catalyst particles.
압출에 의해 형성된 촉매 복합체는 비결정성(또는 압분체)이며 탄화수소 전환 공정에 사용하기 위한 결정질 형태의 촉매 복합체로 바꾸는 결정화 단계를 받아야 한다. 일반적으로, 결정화 단계는 하소법이다. 비결정성 압출물의 하소는 온도 및 시간과, 임의적으로 하소 영역의 수분 레벨을 조절하는 종래의 공지된 임의의 하소 방법에 따라 달성될 수 있다. 이와 같이, 촉매의 결정화는 단일 하소 영역, 2개의 하소 영역, 또는 3개 이상의 하소 영역을 함유하는 하소 장치에서 일어날 수 있다. 하소 영역은 적어도 영역의 온도를 다른 하소 영역과 다르게 조절할 수 있다는 데에 특징이 있다.The catalyst composite formed by extrusion must be subjected to a crystallization step that is amorphous (or green) and converts to a catalyst composite in crystalline form for use in a hydrocarbon conversion process. In general, the crystallization step is calcination. Calcination of the amorphous extrudate can be accomplished according to any conventionally known calcination method that adjusts the temperature and time and optionally the moisture level of the calcination region. As such, crystallization of the catalyst may occur in a calcination apparatus containing a single calcination region, two calcination regions, or three or more calcination regions. The calcined region is characterized by being able to adjust at least the temperature of the region differently from other calcined regions.
전술한 하소 변수들은 하소된 고형 인산 촉매들의 최종 형태 및 세공의 양 및 세공의 부피에 직접적인 영향을 미치는 것으로 사료된다. 전술한 바와 같이, 최종 고형 인산 촉매는 촉매의 전체 세공 부피 중 25.0%이하가 10,000Å이상의 직경을 갖는 세공들로 구성됨을 특징으로 한다. 또한, 촉매는 전체 세공부피가 0.28cc/g이하인 것이 바람직하다.The above mentioned calcination parameters are believed to have a direct effect on the final form and amount of pores and volume of pores of calcined solid phosphoric acid catalysts. As mentioned above, the final solid phosphoric acid catalyst is characterized by consisting of pores having a diameter of at least 25.0% of the total pore volume of the catalyst of at least 10,000 mm 3. In addition, the catalyst preferably has a total pore volume of 0.28 cc / g or less.
온도는 가장 중요한 하소 조건이다. 온도는 비결정 물질을 탈수시키고 하소결과로서 생성된 결정체의 형태를 조절하는데 있어서 중요한 것이다. 높은 하소온도, 특히 500℃이상의 하소 온도는 실리콘 피로포스페이트의 결정체만으로 본질적으로 구성되는 고형 인산 촉매를 생성하는 것으로 잘 알려져 있다. 실리콘 오르토포스페이트와 실리콘 피로포스페이트 결정체를 갖는 촉매를 얻고자하는 경우, 100℃ 내지 450℃의 하소 온도가 가장 바람직하고 350℃ 내지 450℃가 더욱 바람직한 것으로 결정되었다.Temperature is the most important calcination condition. Temperature is important in dehydrating amorphous material and controlling the form of crystals produced as a result of calcination. High calcination temperatures, in particular calcination temperatures above 500 ° C., are well known to produce solid phosphoric acid catalysts consisting essentially of crystals of silicon pyrophosphate only. When it is desired to obtain a catalyst having silicon orthophosphate and silicon pyrophosphate crystals, it has been determined that calcination temperatures of 100 ° C to 450 ° C are most preferred and 350 ° C to 450 ° C are more preferred.
하소 온도 조절과 관련하여, 하소영역의 증기 또는 습기 함량은 원하는 다공성 및 세공부피를 나타내는 최종의 고형인산 촉매 복합체가 제조되도록 면밀하게 조절될 수 있다는 것이 알려져 있다. 하소 영역(들)의 증기 중 스팀 함량은 원하는 다공성을 촉매에 제공하기 위하여 대한 전체 증기율에 기준하여 5.0몰% 이상인 것이 바람직하다.With regard to calcination temperature control, it is known that the vapor or moisture content of the calcination zone can be carefully controlled to produce the final solid phosphate catalyst composite exhibiting the desired porosity and pore volume. The steam content in the vapor of the calcining region (s) is preferably at least 5.0 mol% based on the total vapor rate for providing the catalyst with the desired porosity.
하소기의 증기 중에서의 스팀 함량을 조절한다는 것은 반드시 하소기에 대한 수증기 총량 또는 일부가 외부 소스(source)로부터 첨가되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 다량의 스팀이 하소 구역에서 증기로 존재할 수 있는데, 이는 하소시 촉매로부터 물의 증발 때문이다. 하소 구역(들)로 수증기의 첨가가 필요하게 되지만, 그 변수는 하소 구역(들)을 통과하는 전체 증기율, 온도 및 그린 촉매 수분함량 등의 변수를 제어하여 조절될 수도 있다.Controlling the steam content in the calciner's steam does not necessarily mean that the total or part of the steam for the calciner must be added from an external source. Large amounts of steam may be present as steam in the calcination zone because of the evaporation of water from the catalyst upon calcination. Although addition of water vapor is required to the calcination zone (s), the parameters may be adjusted by controlling variables such as total vapor rate, temperature and green catalyst moisture content passing through the calcination zone (s).
하소기 시간 또한 중요 변수이다. 일반적으로, 총 하소 시간은 20 내지 120분이다. 하나 이상의 하소 구역을 사용할때, 각각의 총 시간을 조절하여 총 하소 시간이 20 내지 120분이 되도록 한다.Calcining time is also an important variable. In general, the total calcination time is 20 to 120 minutes. When using more than one calcination zone, each total time is adjusted so that the total calcination time is between 20 and 120 minutes.
본 발명은 바람직한 또 다른 측면은 하나 이상의 하소 구역이 존재할때 최소한 하나의 하소 구역은 상기 조건에 따라 작동되어야 한다는 것이다. 다수의 하소 구역을 포함하는 하소기에 있어서 최종 하소 구역은 전술한 소정의 조건으로 작동되는 것이 더욱 바람직하다. 최종 구역외의 다른 하소 구역이 바람직한 작동 조건으로 실시될 수 없다는 것을 뜻하는 것이 아니라, 최고온에서 최종 하소 구역을 작동하는 것이 본 명세서에 기술된 촉매를 제조하는 가장 효율적인 방법이라 생각된다.Another preferred aspect of the present invention is that at least one calcination zone must be operated according to the above conditions when one or more calcination zones are present. In the calciner comprising a plurality of calcining zones, the final calcining zone is more preferably operated under the predetermined conditions described above. It is not meant that other calcination zones other than the final zone cannot be carried out at the desired operating conditions, but it is believed that operating the final calcination zone at the highest temperature is the most efficient way of preparing the catalysts described herein.
또한, 최종 하소 구역은 습윤 정도는 5.0몰%이상인 것이 바람직하다. 상기 방법에 의해 하소된 고형 인산 촉매는 일반적으로 상술된 바의 원하는 다공성을 갖는다. 결과적으로, 본 발명의 촉매 복합체의 총 세공 부피의 25.0% 이하는 수은 관입법에 의해 분석되었을때 10,000Å이상의 직경의 세공들로 구성될 수 있다.In addition, the final calcining zone preferably has a degree of wetness of 5.0 mol% or more. Solid phosphoric acid catalysts calcined by this process generally have the desired porosity as described above. As a result, up to 25.0% of the total pore volume of the catalyst composite of the present invention may be composed of pores with a diameter of 10,000 kPa or more when analyzed by mercury intrusion.
촉매 표면적과 세공 부피 분포는 일반적으로 수은 관입법 및 압출법으로 측정된다. 수은 관입법 및 압출법은 촉매 다공성 특성에 대한 것으로서 촉매학에서 널리 사용된다. 상세한 것은 하기 참고 문헌에서 알 수 있다.Catalyst surface area and pore volume distribution are generally measured by mercury penetration and extrusion. Mercury intrusion and extrusion methods are used for catalytic porosity and are widely used in catalysis. Details can be found in the following references.
참고문헌[H.M.Rootare의 A Review of Mercury Porosimetry in Advanced Experimental Techniques in Powder Metallurgy, pp. 225-252. Plenum Press, 1970 ; R. W. Smithmick의 A Generalized Analysis for Mercury Porosimetry in Powder Technology, 3(1982) pp 201-209 ; 및 D.N.Winslow의 Advances in Experimental Techniques for Mercury Intrusion Porosimetry in Surface Colloid Science, vol. 13]References [A. Review of Mercury Porosimetry in Advanced Experimental Techniques in Powder Metallurgy, pp. 225-252. Plenum Press, 1970; A Generalized Analysis for Mercury Porosimetry in Powder Technology, 3 (1982) pp 201-209 by R. W. Smithmick; And in D.N.Winslow, Advances in Experimental Techniques for Mercury Intrusion Porosimetry in Surface Colloid Science, vol. 13]
본 발명의 촉매는 촉매 축합, 방향족 알킬화 및 고형 인산 촉매가 유용하다고 공지된 여러 형태의 탄화수소 전환 방법에 유용하다. 올레핀계 탄화수소를 올리고머 또는 중합체로 전환할때 사용하면, 상술된 바와 같이 형성된 촉매는 일반적으로 강으로 만든 가열 반응기에서 바람직하게 과립층으로 사용되며, 이것을 통해 예열된 탄화수소 부분이 통과하게 된다. 즉, 이 방법의 고형 촉매를 올레핀-함유 탄화수소 증기의 혼합물을 처리하는데 사용하여 올레핀을 올리고머화하거나 또는 중합화시킬 수 있지만, 동일 촉매는 또한 부틸렌같은 올레핀계 탄화수소를 올리고머화 또는 중합화하는 액상 작용을 유지시키는데 적합한 반응 조건으로 사용되어 가솔린 부분을 생성할 수도 있다.The catalyst of the present invention is useful in several types of hydrocarbon conversion processes in which catalyst condensation, aromatic alkylation and solid phosphoric acid catalysts are known to be useful. When used to convert olefinic hydrocarbons into oligomers or polymers, the catalysts formed as described above are generally used as granular beds in a heating reactor made of steel, through which the preheated hydrocarbon portion passes. That is, the solid catalyst of this process can be used to treat a mixture of olefin-containing hydrocarbon vapors to oligomerize or polymerize olefins, but the same catalyst also provides a liquid phase for oligomerizing or polymerizing olefinic hydrocarbons such as butylene. It may be used with reaction conditions suitable to maintain the action to produce a gasoline fraction.
일반적으로 가스상 올레핀을 중합시키는데 사용된다면, 촉매 입자는 일반적으로 수직 실린더형 처리탑 또는 반응기나 탑의 고정 베드에 위치하고 올레핀 함유가스는 140℃ 내지 290℃의 온도 및 6 내지 102기압의 압력에서 반응기 또는 탑을 통해 아래쪽으로 통과된다. 이들 반응 조건은 특히 프로필렌과 부틸렌을 약 10-50%이상 함유하는 올레핀 함유 물질을 처리할때 적용될 수 있다. 프로필렌과 부틸렌을 포함하는 혼합물을 반응시킬 때, 이 촉매는 약 140℃ 내지 약 250℃의 온도와 약 34 내지 약 102기압의 압력의 조건하에서 효과적이다.If generally used to polymerize gaseous olefins, the catalyst particles are generally placed in a vertical cylindrical treatment tower or reactor or a fixed bed of the tower and the olefin containing gas is reactor or at a temperature of 140 ° C to 290 ° C and a pressure of 6 to 102 atmospheres. Pass down through the tower. These reaction conditions can be especially applied when treating olefin containing materials containing about 10-50% or more of propylene and butylene. When reacting a mixture comprising propylene and butylene, the catalyst is effective under conditions of a temperature of about 140 ° C. to about 250 ° C. and a pressure of about 34 to about 102 atmospheres.
본 발명의 촉매는 또한 알킬화제로서 방향족 탄화수소를 알킬화하는 데에도 유용하다. 알킬화 반응 구역에 충전될 수 있는 알킬화제는 예컨데, 모노올레핀, 다올레핀, 폴리올레핀, 아세틸렌계 탄화수소를 포함하는 다양한 물질 및 알킬할라이드, 알콜, 에테르, 에스테르(예로, 알킬 설페이트, 알킬 포스페이트 및 카르복실산의 각종 에스테르들)의 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 올레핀 작용 화합물은 분자당 하나의 이중 결합을 함유하는 모노올레핀을 비롯한 올레핀계 탄화수소이다. 본 발명의 방법에서 올레핀 작용화합물로 사용되는 모노올레핀은 일반적으로 기체 형태이거나 또는 액상인데, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 2-부텐, 이소부틸렌 및 고분자량의 일반액체 올레핀(예로, 펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐, 및 그 혼합물), 및 더욱 고분자량의 액체 올레핀(분자당 9 내지 18개의 탄소원자를 포함하는 중합체 ; 예로, 프로필렌 삼합체, 프로필렌사합체, 프로필렌오합체 등)을 포함하는 반드시 동일한 결과를 얻지는 못하더라도 시클로펜텐, 메틸시클로펜텐, 시클로헥센, 메틸시클로헥센 등 같은 시클로올레핀이 이용될 수도 있다. 파라핀, 나프텐 및 2 내지 18개의 탄소 원자를 함유하는 화합물 같은 기타 탄화수소도 알킬화제에 포함될 수 있다. 본 발명의 촉매가 방향족 알킬화 반응의 촉매로 사용된다면, 모노올레핀은 2개 내지 14개의 탄소원자를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 모노올레핀은 프로필렌인 것이 바람직하다.The catalyst of the present invention is also useful for alkylating aromatic hydrocarbons as alkylating agents. Alkylating agents that can be charged to the alkylation reaction zone include, for example, various materials including monoolefins, polyolefins, polyolefins, acetylenic hydrocarbons and alkyl halides, alcohols, ethers, esters (eg, alkyl sulfates, alkyl phosphates and carboxylic acids). Various esters). Preferred olefin functional compounds are olefinic hydrocarbons including monoolefins containing one double bond per molecule. Monoolefins used as olefin functional compounds in the process of the invention are generally in gaseous or liquid form, such as ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutylene and high molecular weight general liquid olefins (e.g., pentene, Hexene, heptene, octene, and mixtures thereof), and even higher molecular weight liquid olefins (polymers containing from 9 to 18 carbon atoms per molecule; for example, propylene trimers, propylene tetramers, propylene copolymers, etc.) Although not the same result, cycloolefins such as cyclopentene, methylcyclopentene, cyclohexene, methylcyclohexene and the like may be used. Other hydrocarbons may also be included in the alkylating agents, such as paraffins, naphthenes and compounds containing 2 to 18 carbon atoms. If the catalyst of the present invention is used as a catalyst for an aromatic alkylation reaction, it is preferable that the monoolefin contain 2 to 14 carbon atoms. In particular, the monoolefin is preferably propylene.
알킬화제와 혼합되어 알킬화 반응 구역으로 공급되는 방향족 기질은 방향족 화합물군으로부터 선택되는데. 벤젠 및 7 내지 12개의 탄소원자를 포함하는 하기 구조의 모노시클릭 알킬 치환 벤젠을 각각 및 혼합물 형태로 포함한다.The aromatic substrate mixed with the alkylating agent and fed to the alkylation reaction zone is selected from the group of aromatic compounds. Benzene and monocyclic alkyl substituted benzenes of the following structure comprising 7 to 12 carbon atoms, respectively, and in the form of a mixture.
(상기식에서, R은 메틸, 에틸 또는 이들의 결합물이고 n은 1 내지 5의 정수이다.)(Wherein R is methyl, ethyl or a combination thereof and n is an integer from 1 to 5).
즉, 공급물의 방향족 기질 부분은 벤젠, 1 내지 5메틸 및/또는 에틸기를 함유하는 알킬 방향족 치환체 및 이들의 혼합물 일 수 있다. 그런 공급 화합물의 비제한적 예로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 메시틸렌(1,3,5-트리메틸벤젠) 및 이들의 혼합물이 있다. 특히, 방향족 기질은 벤젠인 것이 바람직하다.That is, the aromatic substrate portion of the feed may be alkyl aromatic substituents containing benzene, 1-5 methyl and / or ethyl groups, and mixtures thereof. Non-limiting examples of such feed compounds are benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, mesitylene (1,3,5-trimethylbenzene) and mixtures thereof. In particular, the aromatic substrate is preferably benzene.
방향족 탄화수소를 올레핀으로 알킬화하는 연속 공정에서, 상기 반응물을 본 발명의 고형 인산 촉매를 포함하는 압력 용기에 계속 공급한다. 공급 혼합물을 일정 속도 또는 다양한 속도로 알킬화 촉매를 포함하는 알킬화 반응 구역으로 공급한다. 일반적으로, 방향족기질과 올레핀계 알킬화제는 약 1:1 내지 20:1, 바람직하게는 약 2:1 내지 8:1의 몰비로 접촉한다. 바람직한 공급몰비는 촉매상에 코우크스와 정 물질의 침착에 의한 촉매의 탈활성화를 극소화하므로서 촉매 수명 사이클을 최대화하는데에 기여한다. 상기 촉매는 반응기 내에서 다수의 층 사이에서 분할되거나, 또는 반응용기내의 한 개의 층에 함유될 수도 있다. 알킬화 반응계는 1개 이상의 반응 용기들을 연속으로 함유할 수도 있다. 반응 구역으로의 공급물은 전형적인 플러그 플로우(plug flow)반응기내의 촉매층을 통해 수직 상향 또는 하향으로 흐르거나, 또는 라디얼(radial)플로우형 반응기내의 촉매층을 수평으로 횡단하여 흐를 수 있다.In a continuous process of alkylating aromatic hydrocarbons with olefins, the reactants are continuously fed to a pressure vessel containing the solid phosphoric acid catalyst of the present invention. The feed mixture is fed to an alkylation reaction zone containing an alkylation catalyst at a constant rate or at various rates. Generally, the aromatic substrate and the olefinic alkylating agent are contacted in a molar ratio of about 1: 1 to 20: 1, preferably about 2: 1 to 8: 1. The preferred feed molar ratio contributes to maximizing the catalyst life cycle by minimizing deactivation of the catalyst by deposition of coke and crystals on the catalyst. The catalyst may be split between multiple layers in the reactor or contained in one bed in the reaction vessel. The alkylation reaction system may contain one or more reaction vessels in series. The feed to the reaction zone may flow vertically upwards or downwards through the catalyst bed in a typical plug flow reactor, or horizontally across the catalyst bed in a radial flow reactor.
몇가지 경우에 있어서, 바람직한 범위의 반응 온도를 유지하고, 불필요한 폴리알킬 방향족 물질의 형성를 감소시키기 위해서는 반응물을 냉각하여 반응열을 없애는 것이 바람직하다. 알킬화제올레핀, 알킬화제 또는 일부의 반응기 유출 또는 이들의 혼합물로 구성된 냉각류는 반응 구역내의 다양한 위치에서 올레핀 알킬화제 및 미반응 방향족기질의 부가적인 양을 공급하고 열을 없애기 위하여 알킬화 반응계에 주입될 수도 있다. 이것은 상기 반응 구역내로 유도되는 주요하게 위치한 입구 라인을 통해 반응 구역에 상기 언급한 냉각류 성분을 다중 주입 하므로서 1단계 반응기에서 달성될 수 있다. 1단계 반응계 또는 다단계 반응계에 주입되는 냉각 물질의 양 및 조성은 필요에 따라서 변화될 수 있다. 다중 냉각주입에 의한 장점으로는, 공정시 고가 냉각 장치의 제거, 소정의 알킬 방향족 화합물의 형성에 대한 향상된 선택도, 더 큰 열저하의 제공, 및 반응 구역을 통한 올레핀과 방향족 화합물의 몰 비의 최적화를 들 수 있다. 그결과 소정의 모노알킬화 방향족 화합물의 수율을 증가시킬 수 있다.In some cases, it is desirable to cool the reactants to dissipate the heat of reaction in order to maintain the desired range of reaction temperatures and reduce the formation of unnecessary polyalkyl aromatics. Alkylating agents The cooling stream consisting of olefins, alkylating agents or some reactor effluents or mixtures thereof may be injected into the alkylation reaction system to supply additional amounts of olefin alkylating agents and unreacted aromatic substrates at various locations within the reaction zone and to dissipate heat. This can be achieved in a one-stage reactor by multiple injection of the above-mentioned cooling flow components into the reaction zone via a principally located inlet line leading into the reaction zone. The amount and composition of the cooling material injected into the one-stage reaction system or the multistage reaction system can be changed as necessary. Advantages of multiple cooling injections include the removal of expensive cooling devices in the process, improved selectivity for the formation of certain alkyl aromatic compounds, provision of greater heat reduction, and the molar ratio of olefins and aromatics through the reaction zone. Optimization. As a result, the yield of certain monoalkylated aromatic compounds can be increased.
본 발명의 공정에서 사용하는데 적합한 온도는 소정의 모노알킬 방향족 화합물을 선택적으로 제조하는데 사용되는 방향족 기질과 특정 올레핀 사이에서 반응을 일으키는 온도이다. 일반적으로, 사용하기에 적합한 온도는 약 100 내기 390℃, 특히 150 내기 275℃이다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 압력은 약 1기압이상이지만, 약 130기압 이상을 초과할 수 없다. 특히, 바람직한 압력 범위는 약 10 내지 40기압이고, 벤젠 공급 비율을 기초로 한 액체시간당 공간 속도(LHSV)는 약 0.5 내지 50hr-1, 특히, 약 1내지 10hr-1이다. 본 명세서에서 사용되는 온도 및 압력의 조합은 알킬화 반응이 액상에서 주로 일어나는 곳을 선택해야 한다. 알킬 방향족 물질을 제조하는 액상 공정에서, 촉매는 반응물로 연속적으로 세척하여 촉매상에 코우크스 전구체의 성장을 방지한다. 이로인해 상기 촉매상에 형성되는 탄소의 양을 감소시킬 수 있고, 코우크스 형성 및 촉매 탈활성화가 주요한 문제가 되는 기체상 알킬화 공정에 비해 촉매 사이클 수명을 연장시킬 수 있다.Suitable temperatures for use in the process of the present invention are those which cause a reaction between the particular olefin and the aromatic substrate used to selectively prepare the desired monoalkyl aromatic compound. In general, suitable temperatures for use are about 100 to 390 ° C., in particular 150 to 275 ° C. Suitable pressures for use in the present invention are at least about 1 atmosphere, but may not exceed about 130 atmospheres. In particular, the preferred pressure range is from about 10 to 40 atmospheres, and a liquid hourly space velocity (LHSV) of the benzene feed rate on the basis of from about 0.5 to 50hr -1, especially, from about 1 to 10hr -1. The combination of temperature and pressure used herein should select where the alkylation reaction occurs primarily in the liquid phase. In the liquid phase process of preparing alkyl aromatics, the catalyst is washed successively with the reactants to prevent the growth of coke precursors on the catalyst. This can reduce the amount of carbon formed on the catalyst and can extend the catalyst cycle life compared to gas phase alkylation processes where coke formation and catalyst deactivation are major problems.
부가적으로, 규정된 양의 물은 알킬화 반응 구역에 첨가하는 것이 바람직하다. 촉매로부터 물의 손실 및 이에 따른 촉매 활성도의 감소를 방지하기 위하여 다량의 물 또는 수증기(예, 스팀)가 장입물에 부가됨으로써 상기의 알킬화 촉매의 수증기압이 실제적으로 평형을 이루게 된다. 이러안 물의 양은 알킬화 반응 구역에 장입된 유기 물질의 부피를 기준으로 약 0.01 내지 6부피 %의 범위에서 변화한다. 그 다음, 물은 제1분리구역에서 회수된 가벼운 부산물류와 함께 일반적으로 제거된다.In addition, a prescribed amount of water is preferably added to the alkylation reaction zone. A large amount of water or steam (eg steam) is added to the charge to prevent the loss of water from the catalyst and thus the reduction in catalyst activity, so that the vapor pressure of the alkylation catalyst is substantially equilibrated. The amount of this water varies in the range of about 0.01 to 6% by volume based on the volume of organic material charged to the alkylation reaction zone. The water is then generally removed along with the light by-products recovered in the first separation zone.
실제적인 부분의 방향족기질 탄화수소와 거의 모든 올레핀 알킬화제는 상기 고형 인산 촉매의 존재하에 알킬화 반응 구역에서 반응하여 모노알킬 방향족 화합물 및 폴리알킬 방향족 화합을 형성한다. 본 발명의 고형 인산 촉매 복합체를 이용한 알킬화 공정의 바람직한 생성물은 큐멘이다.A substantial portion of the aromatic substrate hydrocarbons and almost all olefin alkylating agents react in the alkylation reaction zone in the presence of the solid phosphoric acid catalyst to form monoalkyl aromatic compounds and polyalkyl aromatic compounds. A preferred product of the alkylation process with the solid phosphoric acid catalyst complex of the present invention is cumene.
하기의 실세예는 본 발명의 촉매 복합체 및 촉매의 용도를 나타내며, 청구범위에서 지시된 본 발명의 넓은 범위에 부당하게 제한하는 것으로 간주하지 않는다.The following examples illustrate the use of the catalyst composites and catalysts of the present invention and are not to be considered as unduly limiting the broad scope of the invention as indicated in the claims.
[실시예 Ⅰ]Example I
본 실시예는 나중의 실시예등의 각종 하소 방법에 의해 상이한 양의 거대 세공부피를 가진 결정형의 고형 인산 촉매로 전환되는 비결정 인산 촉매 압출물의 일반적인 제조방법을 예시하고 있다.This example illustrates the general production of amorphous phosphate catalyst extrudates, which are converted to crystalline solid phosphate catalysts having different amounts of macropore volume by various calcination methods such as later examples.
키셀루르 점토와 82% P2O5함량을 가진 인산을 170℃의 온도에서 1:2의 중량비로 결합했다. 이러한 물질을 다이를 통해 압출기로 압출하여 약 5mm의 직경을 가진 압출물을 제조한다. 비결정형 특성을 가진 물질만이 그린(green)압출물의 X-레이 분석에 의해 검출되었다. 이와 같이 제조된 압출물을 다음의 실시예 Ⅱ 내지 Ⅴ에서 기술된 하소 실험에서 사용했다. 하소 조건으로는 100℃ 내지 500℃의 온도, 하소기에서 전체 증기를 기초로 하여 0 내지 25몰의 습윤도, 20 내지 120분의 전체 시간을 들 수 있다. 최종 촉매를 다공성 및 세공 부피 분포에 대하여 분석했다. 세공 부피 분포는 Micromeritic Autopore 9220으로 수은 관입법에 의해 측정되었다.Chiselur clay and phosphoric acid with 82% P 2 O 5 content were combined in a weight ratio of 1: 2 at a temperature of 170 ° C. This material is extruded through a die into an extruder to produce an extrudate with a diameter of about 5 mm. Only materials with amorphous properties were detected by X-ray analysis of green extrudates. The extrudate thus prepared was used in the calcination experiments described in Examples II-V below. The calcination conditions include a temperature of 100 ° C. to 500 ° C., a wetness of 0 to 25 moles and a total time of 20 to 120 minutes based on the total steam in the calciner. The final catalyst was analyzed for porosity and pore volume distribution. Pore volume distribution was determined by mercury intrusion with Micromeritic Autopore 9220.
[실시예 Ⅱ]Example II
본 실시예는 각종 하소 조건이 고형 인산 촉매의 다공성 및 세공부피 분포에 미치는 효과를 나타내고 있다. 실시예 Ⅰ로부터의 비결정성 고형 인산 그린 압출물의 배치(batch)를 100 내지 150g의 배치로 작은 노(furnace)내에서 하소 공정을 받게 하였다 ; 노가 부가되는 공기와 스팀을 조절 비율로 1회 통과시키는 수단 및 노의 온도를 정밀하게 조절하는 수단을 포함했다. 392℃의 노 온도로 예열된 노에서 3%만의 스팀 함량하에 약 50분후, 촉매를 제거하고 그것의 다공성을 분석하였다. 하소된 촉매는 수은 관입법에 의해 측정했을때 0.236cc/g의 전체 세공 부피와 0.071cc/g의 거대 세공 부피 (10,000Å이상의 직경을 갖는 세공들의 부티)를 가졌다. 그러므로, 거대 세공 부피는 전체 세공 부피중 30%를 차지한다. 이러한 촉매는 본 발명의 촉매의 정의와 일치하지 않는다.This example shows the effect of various calcination conditions on the porosity and pore volume distribution of the solid phosphoric acid catalyst. The batch of amorphous solid phosphate green extrudate from Example I was subjected to a calcination process in a small furnace in a batch of 100-150 g; It included means for passing the air and steam to which the furnace was added once at a control rate and means for precisely controlling the temperature of the furnace. After about 50 minutes under a steam content of only 3% in a furnace preheated to a furnace temperature of 392 ° C., the catalyst was removed and its porosity analyzed. The calcined catalyst had a total pore volume of 0.236 cc / g and a macropore volume of 0.071 cc / g (boots of pores having a diameter of greater than 10,000 μs) as measured by mercury intrusion. Therefore, the macropore volume accounts for 30% of the total pore volume. Such catalysts do not match the definition of the catalyst of the present invention.
실시예 Ⅰ로부터의 비결정성 고형 인산 그린 압출물의 제2배치를 실시예Ⅱ에서와 같이 동일한 작은 오븐에서 하소 공정을 받게 하였다. 430℃의 온도로 예열된 로에서 14%의 스팀 비율로 약 50분간 유지시키고 22% 스팀 부가비율로 약 20분간 유지시킨 후, 촉매를 제거하고, 그것의 다공성을 측정하였다. 수은 관입 방법에 의해, 0.23cc/g의 전체 세공 부피와 0.035cc/g의 거대 세공 부피(10,000Å 이상의 직경을 갖는 세공들의 부피)를 측정하였다. 이러한 거대 세공 부피는 전체 세공 부피 중 15%를 차지한다. 이러한 촉매는 본 발명의 촉매의 다공성/세공 부피 분포에 해당한다. 하소 구역에 대한 스팀 비율은 본 발명의 다공성 및 세공 부피 분포를 갖는 촉매를 제조하는데 있어서 결정적이라는 것이 본 실시예로부터 명백해진다.A second batch of amorphous solid phosphate green extrudate from Example I was subjected to a calcination process in the same small oven as in Example II. After holding at a rate of 14% steam for about 50 minutes and holding at a rate of 22% steam addition for about 20 minutes in a furnace preheated to a temperature of 430 ° C., the catalyst was removed and its porosity was measured. By the mercury penetration method, the total pore volume of 0.23 cc / g and the macropore volume of 0.035 cc / g (volumes of pores having a diameter of 10,000 mm or more) were measured. This macropore volume accounts for 15% of the total pore volume. Such catalysts correspond to the porosity / pore volume distribution of the catalysts of the invention. It is evident from this example that the steam ratio to the calcining zone is crucial for preparing a catalyst having the porosity and pore volume distribution of the present invention.
[실시예 Ⅲ]Example III
실시예 Ⅰ에서와 같이 제조된 다수의 고형 인산 촉매를 수은 관입 방법에 의해 전체의 세공 부피와 세공부피 분포에 대하여 분석하였다. 이러한 분석에 의한 결과를 하기 표 1에 나타냈다.A number of solid phosphoric acid catalysts prepared as in Example I were analyzed for total pore volume and pore volume distribution by mercury intrusion method. The results of this analysis are shown in Table 1 below.
이어서, 분석된 촉매를 프로필렌이 공급되는 올레핀 중합 공정 플랜트(plant)내에 위치시킴으로써 촉매 수명에 대하여 시험하였다. 상기 시험은 68기압, 1.8 내지 2.1의 탄화수소 공급물 공간 속도, 및 150 내지 230℃ 온도에서 수행되었다 일정한 전환율로 조작되는 상기의 시험은 시판용 생성물이 생성되었음을 나타냈다. 촉매 수명값은 모두, 짧은 촉매 수명을 가진 촉매 E를 기준하여 기록되어 있다. 촉매의 최종 수명은 촉매층을 통한 입력 강하가 너무 커서 처리를 지속할 수 없을때로 결정되었다.The analyzed catalyst was then tested for catalyst life by placing it in an olefin polymerization process plant fed with propylene. The test was carried out at 68 atm, hydrocarbon feed space velocity of 1.8 to 2.1, and a temperature of 150 to 230 ° C. The test, operated at a constant conversion rate, showed that a commercial product was produced. The catalyst life values are all reported on the basis of catalyst E having a short catalyst life. The final lifetime of the catalyst was determined when the input drop through the catalyst bed was too large to continue treatment.
[표 1]TABLE 1
상기 데이타는 고형 인산 촉매에서 촉매수명과 10,000Å이상의 직경을 갖는 세공들의 부피 % 사이에는 명확한 상관관계가 있음 나타낸다. 상기 상관 관계는 촉매의 전체 세공 부피중에서 10,000Å이상의 직경의 세공이 차지하는 부피 %가 낮으면 낮을 수록, 촉매 수명은 더욱 길어진다는 것을 나타내고 있다.The data indicate that there is a clear correlation between the catalyst life and the volume percentage of pores with diameters greater than 10,000 mm 3 in solid phosphoric acid catalysts. The correlation indicates that the lower the volume% occupied by the pores having a diameter of 10,000 kPa or more in the total pore volume of the catalyst, the longer the catalyst life.
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