RU2163507C2 - Method of preparing heat-resistant catalysts and method of carrying out acid-catalyzed reactions - Google Patents
Method of preparing heat-resistant catalysts and method of carrying out acid-catalyzed reactions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2163507C2 RU2163507C2 RU99108787A RU99108787A RU2163507C2 RU 2163507 C2 RU2163507 C2 RU 2163507C2 RU 99108787 A RU99108787 A RU 99108787A RU 99108787 A RU99108787 A RU 99108787A RU 2163507 C2 RU2163507 C2 RU 2163507C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- groups
- aromatic groups
- catalyst
- polymer
- aromatic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения термостойких высококислотных твердых катализаторов и к области проведения реакций, протекающих в присутствии кислотных катализаторов. The invention relates to the field of heat-resistant high-acid solid catalysts and to the field of reactions proceeding in the presence of acid catalysts.
Более конкретно изобретение относится к области получения термостойких сульфоионитных катализаторов и к области проведения реакций, протекающих в присутствии кислотных катализаторов при повышенных температурах с использованием твердых кислотных катализаторов. More specifically, the invention relates to the field of producing heat-resistant sulfonic ion catalysts and to the field of reactions proceeding in the presence of acid catalysts at elevated temperatures using solid acid catalysts.
Для получения кислых сульфокатионитов известен способ [Пат. США 2518420, 1948 г.], согласно которому проводят поликонденсацию n- фенолсульфокислоты с формальдегидом. Известен также способ [Пат. ФРГ 824391, 1951 г.] получения кислых сульфокатионитов путем поликонденсации диоксинафталинсульфокислоты с формальдегидом. Недостатком указанных способов является низкая термическая стабильность сульфокатионитов, т.к. при температуре, превышающей 120oC, происходит отщепление сульфогрупп. Это ведет, с одной стороны, к быстрому падению активности сульфокатионита, если его применять в качестве катализатора химических реакций при высоких температурах, и с другой стороны - к образованию в этом случае сильной коррозионной среды.To obtain acid sulfocationite known method [US Pat. USA 2518420, 1948], according to which polycondensation of n-phenolsulfonic acid with formaldehyde is carried out. There is also known a method [Pat. Germany 824391, 1951] to obtain acid sulfocationionites by polycondensation of dioxinaphthalene sulfonic acid with formaldehyde. The disadvantage of these methods is the low thermal stability of sulfocathionites, because at a temperature exceeding 120 o C, there is a cleavage of sulfo groups. This leads, on the one hand, to a rapid decrease in the activity of sulfocathionite, if used as a catalyst for chemical reactions at high temperatures, and on the other hand, to the formation of a strong corrosive medium in this case.
Известен способ ["Иониты", Каталог, г. Черкассы, 1980, с. 10-12] получения сульфокатионитных катализаторов путем сульфирования гранулированного сополимера стирола с дивинилбензолом. The known method ["Ionites", Catalog, Cherkasy, 1980, p. 10-12] obtaining sulfocationic catalysts by sulfonation of a granular copolymer of styrene with divinylbenzene.
Недостатком способа также является относительно низкая термостойкость получаемых ионитных катализаторов. Как указано в цитируемом источнике (с. 10), при использовании катионита в водных растворах при температуре от 120 до 150-170oC относительная потеря обменной емкости вследствие десульфирования в течение 24 час составляет соответственно 6,5 и 19,5%.The disadvantage of this method is the relatively low heat resistance of the obtained ion-exchange catalysts. As indicated in the cited source (p. 10), when using cation exchange resin in aqueous solutions at a temperature of from 120 to 150-170 o C, the relative loss of exchange capacity due to desulfurization within 24 hours is 6.5 and 19.5%, respectively.
В книге [Н. Г.Полянский, "Катализ ионитами", М., Химия, 1973, С. 7-10] описано получение ионитных катализаторов, содержащих кислотные, в т.ч. сернокислотные, группы, присоединенные к ароматическим группам полимера, путем полимеризации (сополимеризации, поликонденсации) мономеров, имеющих ароматическое(ие) кольцо(а) с кислотной группой (в т.ч. с сульфогруппой) или путем сульфирования полимеров, имеющих ароматические группы. Получение полимеров при этом осуществляется путем полимеризации, сополимеризации или поликонденсации мономеров. В частности, описано получение сополимеров стирола и дивинилбензола, содержащих сульфогруппы, присоединенные к ароматическим кольцам. In the book [N. G. Polyansky, "Catalysis by ion exchangers", M., Chemistry, 1973, S. 7-10] describes the preparation of ionic catalysts containing acidic, including sulfuric acid groups attached to the aromatic groups of the polymer by polymerization (copolymerization, polycondensation) of monomers having aromatic ring (s) with an acid group (including a sulfo group) or by sulfonation of polymers having aromatic groups. The preparation of polymers in this case is carried out by polymerization, copolymerization or polycondensation of monomers. In particular, the preparation of copolymers of styrene and divinylbenzene containing sulfo groups attached to aromatic rings is described.
Как указано в работе [М.М. Сенявин, Ионный обмен в технологии и анализе нефтехимических веществ, М. , Химия, 1980, с. 39], при получении сульфокатионитов указанным образом у каждого бензольного кольца имеется одна сульфогруппа. As indicated in the work [M.M. Senyavin, Ion exchange in technology and analysis of petrochemicals, M., Chemistry, 1980, p. 39], upon receipt of sulfocationite in this way, each benzene ring has one sulfo group.
Термостойкость получаемых таким образом сульфокатионитов является относительно низкой. Так на стр. 209 указанной выше книги Н.Г. Полянского приведены данные по потере емкости катионитов КУ-1, являющегося сульфированным поликонденсатом фенола с формальдегидом, и катионита КУ-2, являющегося сульфированным сополимером стирола с дивинилбензолом, в воде, спиртах и углеводородах. Во многих случаях потеря емкости катионита КУ-1 в течение 24 часов при 125oC составляет до 50-60%, а при 150oC - до 90-100%. Потеря емкости катионита КУ-2 при 150oC в течение 48 часов составляет до 15-26%, что свидетельствует о практической невозможности их промышленного использования при указанных высоких температурах.The heat resistance of the sulfocationionites thus obtained is relatively low. So on p. 209 of the above book N. N. Polyansky presents data on the loss of capacity of KU-1 cation exchangers, which is a sulfonated polycondensate of phenol with formaldehyde, and KU-2 cation exchangers, which is a sulfonated copolymer of styrene and divinylbenzene, in water, alcohols and hydrocarbons. In many cases, the loss of capacity of KU-1 cation exchanger for 24 hours at 125 o C is up to 50-60%, and at 150 o C - up to 90-100%. The loss of capacity of KU-2 cation exchanger at 150 o C for 48 hours is up to 15-26%, which indicates the practical impossibility of their industrial use at these high temperatures.
В качестве способа получения термостойких катионитов был предложен способ [Авт.свид. СССР N 418498, 05.03.74, Бюлл.изобр. N 9], согласно которому проводится сульфирование органических полимеров, получаемых поликонденсацией ангидридов, выбранных из группы, состоящей из уксусного, фталевого и малеинового ангидридов. As a method of obtaining heat-resistant cation exchangers, a method was proposed [Autosvid. USSR N 418498, 03.03.74, Bull. N 9], according to which sulfonation of organic polymers obtained by polycondensation of anhydrides selected from the group consisting of acetic, phthalic and maleic anhydrides is carried out.
Несмотря на заявленную авторами Авт.свид. N 418498 высокую термостойкость, экспериментальные данные (в т. ч. приведенные в самом Авт.свид. N 418498) показали, что при температуре 160oC при кипячении в воде уже за 320 час происходит падение статической обменной емкости катализаторов (СОЕ) в 2-3 раза, т.к. происходит их значительное десульфирование.Despite the authors Autosvid. N 418498 high heat resistance, experimental data (including those given in the Autoswitch N 418498 itself) showed that at a temperature of 160 o C when boiling in water for 320 hours, the static exchange capacity of the catalysts (СОЕ) drops by 2 -3 times, because significant desulfurization occurs.
В качестве высококислотных катализаторов с большой термостойкостью были предложены [Pat US N 4503263, 05.03.1985, Pat US N 5364976, 15.11.1994] катализаторы, содержащие перфторалкенсульфоновые группы. Указанные катализаторы действительно являются термостойкими, однако они не нашли широкого промышленного применения из-за сложности их получения и чрезвычайно высокой стоимости, превышающей стоимость катализаторов, получаемых сульфированием сополимеров стирола и дивинилбензола в 50-100 раз. As high-acid catalysts with high heat resistance, [Pat US N 4503263, 03/05/1985, Pat US
Известен и наиболее близок к предлагаемому нами изобретению способ, описанный в Пат. SU N 1075499, A1, 27.02.95. Согласно ему, ионитный формованный катализатор, содержащий сульфированный сополимер стирола с дивинилбензолом, получают путем формования сополимера стирола и дивинилбензола или сульфированного сополимера стирола и дивинилбензола в смеси с полиэтиленом и последующего сульфирования формованного продукта сульфирующим агентом при повышенной температуре, причем в качестве сульфирующего агента рекомендуется 90-100%-ная серная кислота и температура 80-110oC. Как вариант, процесс сульфирования проводят в присутствии дихлорэтана, улучшающего набухание гранул. После сульфирования катализатор промывают дистиллированной водой. В примерах описано получение образцов катализатора, имеющих обменную статическую емкость (СОЕ) 3,5 и 4,0 мг-экв H+/г.Known and closest to our proposed invention, the method described in US Pat. SU N 1075499, A1, 02.27.95. According to it, an ion-exchange molded catalyst containing a sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer is obtained by molding a styrene-divinylbenzene copolymer or a sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer in a mixture with polyethylene and subsequent sulfonation of the molded product with a sulfonating agent at an elevated temperature, and 90- 100% sulfuric acid and a temperature of 80-110 o C. Alternatively, the sulfonation process is carried out in the presence of dichloroethane, which improves n pellet swelling. After sulfonation, the catalyst is washed with distilled water. The examples describe the preparation of catalyst samples having a static exchange capacity (SOE) of 3.5 and 4.0 mEq H + / g.
При сополимеризации стирола с дивинилбензолом, являющимся "сшивающим" агентом, образуются "сшитые" полимеры. Сшивание необходимо для сохранения формы катализатора при последующем использовании. When copolymerization of styrene with divinylbenzene, which is a "cross-linking" agent, "cross-linked" polymers are formed. Crosslinking is necessary to maintain the shape of the catalyst during subsequent use.
Основным недостатком способа является относительно низкая термическая стабильность получаемых катализаторов, не превышающая 120oC. Выше 120oC имеет место значительное десульфирование катализатора.The main disadvantage of this method is the relatively low thermal stability of the resulting catalysts, not exceeding 120 o C. Above 120 o C there is a significant desulfurization of the catalyst.
Мы предлагаем (независимый п. 1 формулы изобретения) способ получения термостойких сульфоионитных катализаторов путем образования сшитых полимеров или их композиций, содержащих сульфированные ароматические группы, заключающийся в том, что среди сульфированных ароматических групп создают преобладание, предпочтительно до 100%-ного, ароматических групп, имеющих как минимум две группы -SO2OH, и исключают или существенно уменьшают содержание ароматических групп, имеющих одну группу -SO2OH, путем использования при получении полимера мономера, имеющего в ароматической группе не менее двух сульфогрупп в H+ или H-замещенной форме, с последующим переводом последних в -SO2OH форму, или/и путем глубокого сульфирования ароматических групп в полимере и/или удаления в сульфированном полимере, содержащем как минимум ди- и моно-сульфированные ароматические группы, сульфогрупп как минимум из большинства ароматических групп, содержащих по одной сульфогруппе, при повышенной температуре, предпочтительно при температуре выше 150oC.We propose (
Как один из вариантов предлагается способ, заключающийся в том, что в процессе образования полимера и/или после него проводят сшивание полимерных цепей любым подходящим агентом или способом, исключающим растворение или чрезмерное набухание полимерной матрицы и сульфированного катализатора в воде, углеводородах, спиртах, эфирах, их смесях и растворах серной кислоты и SO3, например с помощью соединений, с двумя винильными группами, альдегидов или радиационного сшивания.As one of the options, a method is proposed, which consists in the fact that during the formation of the polymer and / or after it crosslinking of the polymer chains is carried out by any suitable agent or method, eliminating the dissolution or excessive swelling of the polymer matrix and sulfonated catalyst in water, hydrocarbons, alcohols, ethers, mixtures thereof and solutions of sulfuric acid and SO 3 , for example using compounds with two vinyl groups, aldehydes or radiation crosslinking.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что осуществляют (со)полимеризацию и/или поликонденсацию производных стирола и/или фенола, содержащих не менее двух групп -SO2OH и/или H-замещенных сульфогрупп в каждой или в большинстве ароматических групп.Alternatively, a method is proposed that consists in (co) polymerizing and / or polycondensing derivatives of styrene and / or phenol containing at least two —SO 2 OH and / or H-substituted sulfo groups in each or in most aromatic groups.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что осуществляют преобладающее введение двух групп -SO2OH в сшитый полимер стирола или алкилстирола и/или сополимер стирола и/или алкилстирола с дивинилбензолом или алкадиеном-1,3.Alternatively, a method is proposed that consists in the predominant incorporation of two —SO 2 OH groups into a crosslinked styrene or alkyl styrene polymer and / or a styrene and / or alkyl styrene copolymer with divinylbenzene or alkadiene-1,3.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что осуществляют преобладающее введение двух групп -SO2OH в ароматические группы сшитого (со)полимера или поликонденсата, нанесенного на поверхность пористых твердых гранул или иных форм с развитой поверхностью.Alternatively, a method is proposed, which consists in the predominant introduction of two —SO 2 OH groups into the aromatic groups of a crosslinked (co) polymer or polycondensate deposited on the surface of porous solid granules or other forms with a developed surface.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что осуществляют преобладающее введение двух групп -SO2OH в ароматические группы пористых гранул или иных форм, содержащих сшитый (со)полимер винилароматического соединения в смеси с формующим полимерным материалом, например полиэтиленом и/или полипропиленом.Alternatively, a method is proposed that consists in the predominant introduction of two —SO 2 OH groups into aromatic groups of porous granules or other forms containing a crosslinked (co) polymer of a vinyl aromatic compound mixed with a molding polymer material, for example polyethylene and / or polypropylene.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что осуществляют дополнительное сульфирование сульфоионитных катализаторов, содержащих как минимум ароматические группы, имеющие одну группу -SO2OH или группу -SO2OX, где X - металл или иной нейтрализующий заместитель.Alternatively, a method is proposed, which consists in additional sulfonation of sulfonic ion catalysts containing at least aromatic groups having one —SO 2 OH group or —SO 2 OX group, where X is a metal or other neutralizing substituent.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что в качестве сульфирующего агента используют влажный SO3 и/или серную и/или хлорсульфоновую кислоты и/или растворы SO3 в указанных кислотах, либо растворы указанных сульфирующих агентов в органических растворителях, и сульфирование проводят при 50-200oC предпочтительно с постепенным повышением температуры.Alternatively, a method is proposed that consists in the use of moist SO 3 and / or sulfuric and / or chlorosulfonic acid and / or solutions of SO 3 in said acids, or solutions of said sulfonating agents in organic solvents, and sulfonation is carried out at 50-200 o C preferably with a gradual increase in temperature.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что в катализаторе, содержащем одновременно ароматические группы с одной и двумя группами -SO2OH, проводят десульфирование ароматических групп, содержащих по одной группе -SO2OH.Alternatively, a method is proposed that consists in the fact that in a catalyst containing at the same time aromatic groups with one and two —SO 2 OH groups, desulfurization of aromatic groups containing one —SO 2 OH group is carried out.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что десульфирование ароматических групп, содержащих по одной группе -SO2OH, проводят путем обработки катализатора водой и/или спиртом(ами) и/или углеводородами при повышенной температуре, предпочтительно при температуре выше 160oC.Alternatively, a method is proposed that desulfurization of aromatic groups containing one -SO 2 OH group each is carried out by treating the catalyst with water and / or alcohol (s) and / or hydrocarbons at elevated temperatures, preferably at temperatures above 160 o C .
Термин "полимер(ы)" и "полимерные" (цепи) используются в формуле и описании изобретения в обобщающем смысле, вне зависимости от способа получения: собственно полимеризацией, сополимеризацией или поликонденсацией исходного(ых) мономера(ов), т.е. включают в себя понятия и собственно полимера и сополимера и поликонденсата, что широко практикуется в литературе, если не возникает специальной необходимости подчеркнуть специфику. The terms "polymer (s)" and "polymer" (chains) are used in the formula and description of the invention in a generalizing sense, regardless of the method of preparation: polymerization, copolymerization or polycondensation of the original monomer (s), i.e. include the concepts of the actual polymer and copolymer and polycondensate, which is widely practiced in the literature, unless there is a special need to emphasize the specifics.
Эффект термостабильности в предлагаемом нами способе достигается за счет того, что присоединение к ароматическому кольцу второй (и третьей) группы -SO2OH резко повышает стабильность связей между соответствующими углеродными атомами и атомами серы групп -SO2OH, снижая их поляризацию.The effect of thermal stability in our method is achieved due to the fact that the addition of the second (and third) —SO 2 OH group to the aromatic ring sharply increases the stability of bonds between the corresponding carbon atoms and sulfur atoms of the —SO 2 OH groups, reducing their polarization.
Термин "композиция" в формуле и описании изобретения понимается как любое совмещение сшитых сульфированных полимеров между собой и/или с другими соединениями, например путем смешения с несульфированными полимерами и/или нанесения сульфированного полимера на поверхность твердого вещества (керамику, силикагель, окислы металлов и т.п.). The term “composition” in the claims and the description of the invention is understood as any combination of cross-linked sulfonated polymers with each other and / or with other compounds, for example, by mixing with non-sulfonated polymers and / or applying a sulfonated polymer to the surface of a solid (ceramic, silica gel, metal oxides, etc. .P.).
Указанный в п. 7 член "X" в принципе обозначает любой заместитель (элемент или группу), способный замещаться на водород (H+) под действием сульфирующих агентов предпочтительно в присутствии воды. Этим заместителем могут быть, в частности, металлы I и II групп Периодической системы Менделеева, железо, аммиак, алкены и другие вещества и элементы основного характера, замещающие водород в сульфогруппах и образующие соли с -SO2OX. Заместителем могут быть также ненасыщенные органические соединения, присоединяющиеся к -SO2O-группе и способные замещаться на водород под действием сульфирующих агентов.The term “X” referred to in paragraph 7 in principle means any substituent (element or group) capable of being replaced by hydrogen (H +) under the action of sulfonating agents, preferably in the presence of water. This substituent can be, in particular, metals of groups I and II of the Mendeleev’s Periodic System, iron, ammonia, alkenes and other substances and basic elements that replace hydrogen in sulfo groups and form salts with —SO 2 OX. Substituents can also be unsaturated organic compounds that attach to the —SO 2 O group and are capable of being replaced by hydrogen under the action of sulfonating agents.
Указанные в п.8 формулы изобретения сульфирующие агенты не исчерпывают круга возможных сульфирующих агентов и возможно применение иных агентов, если они обеспечивают необходимый эффект сульфирования и в то же время не ведут к разрушениям в полимерной матрице. Возможно проведение сульфирования, начиная с относительно низкой концентрации сульфирующего агента в растворителе (что исключает перегрев катализатора при сульфировании в результате быстрого выделения большого количества реакционной теплоты) с последующим повышением концентрации или силы сульфирующего агента. The sulfonating agents indicated in
Для проведения кислотно-катализируемых реакций известен способ [Н.Г. Полянский, "Катализ ионитами", М., Химия, 1973, с. 103-186], согласно которому в качестве катализатора используют кислые сульфокатиониты. При этом описано применение кислых сульфокатионитов для катализа реакций гидратации ненасыщенных соединений, в т.ч. алкенов [там же, с. 104-119), элиминирования, в т. ч. дегидратации спиртов с получением алкенов и/или эфиров [там же, с. 120-129] , синтеза эфиров из кислот и спиртов [там же, с. 129-140], алкилирования [там же, с. 140-157], полимеризации и изомеризации органических веществ, в том числе алкенов (включая их димеризацию) [там же, с. 157-166], гидролиза органических соединений [там же, с. 103-109], конденсации органических соединений [там же, с. 166-183], реакций присоединения, в т.ч. получения алкил-трет-алкиловых эфиров из трет-алкенов и спиртов [там же, с. 185] и других кислотно-катализируемых реакций. To carry out acid-catalyzed reactions, a known method [N. G. Polyansky, "Catalysis by ion exchangers", M., Chemistry, 1973, p. 103-186], according to which acid sulfocathionites are used as a catalyst. At the same time, the use of acid sulfocationites for the catalysis of hydration reactions of unsaturated compounds, including alkenes [ibid., p. 104-119), elimination, including dehydration of alcohols to obtain alkenes and / or esters [ibid., P. 120-129], the synthesis of esters from acids and alcohols [ibid, p. 129-140], alkylation [ibid., P. 140-157], polymerization and isomerization of organic substances, including alkenes (including their dimerization) [ibid, p. 157-166], hydrolysis of organic compounds [ibid, p. 103-109], condensation of organic compounds [ibid., P. 166-183], addition reactions, incl. for preparing alkyl tert-alkyl esters from tert-alkenes and alcohols [ibid., p. 185] and other acid-catalyzed reactions.
Описанное проведение реакций рассчитано на использование обычных (общеизвестных) катионитных катализаторов, содержащих в своем составе моносульфированные (с одной группой -SO2OH) ароматические группы, термостойкость которых официально ограничена температурой 120oC. Фактически уже при температуре выше 100oC наблюдается постепенное отщепление сульфогрупп. В цитируемой книге Н.Г. Полянского в основном описаны реакции, протекающие при температуре не выше 100oC [с. 104, абз.3; с. 110, абз.4 и т.п.], в частности реакции гидратации, димеризации, полимеризации, алкилирования с использованием трет-алкенов.The described reactions are designed to use conventional (well-known) cation exchange catalysts containing monosulfonated (with one group -SO 2 OH) aromatic groups, the thermal stability of which is officially limited to a temperature of 120 o C. In fact, gradual cleavage is already observed at temperatures above 100 o C sulfo groups. In the cited book, N.G. Polyansky mainly described reactions that occur at a temperature not exceeding 100 o C [S. 104, para. 3; from. 110, para. 4, etc.], in particular, hydration, dimerization, polymerization, alkylation reactions using tert-alkenes.
Проведение соответствующих реакций с нетретичными алкенами требует более высоких температур (обычно более 120oC), при которых происходит значительное десульфирование сульфокатионитов. Например, в ["Иониты", Каталог, г. Черкассы, 1980, C. 10] указано, что для катионита КУ-2-8, являющегося сульфированным сополимером стирола с дивинилбензолом, при температуре от 120 до 150-170oC относительные потери обменной емкости вследствие десульфирования в течение 24 часов составляют соответственно 6,5 и 19,5%. Ясно, что в этом случае известный способ не может использоваться для целей непрерывного промышленного производства, а может лишь кратковременно применяться для препаративных целей. Причем не исключено, что в этом случае происходит, а возможно преобладает, катализ не сульфокатионитом, а образовавшейся в результате отщепления свободной серной кислотой (что связано с сильной коррозией аппаратуры).Carrying out the corresponding reactions with non-tretic alkenes requires higher temperatures (usually more than 120 o C), at which there is a significant desulfurization of sulfocationite. For example, in ["Ionites", Catalog, Cherkasy, 1980, C. 10], it is stated that for the KU-2-8 cation exchange resin, which is a sulfonated copolymer of styrene with divinylbenzene, at a temperature of 120 to 150-170 o C, relative losses exchange capacity due to desulfurization within 24 hours are respectively 6.5 and 19.5%. It is clear that in this case the known method cannot be used for the purposes of continuous industrial production, but can only be used briefly for preparative purposes. Moreover, it is possible that in this case, and possibly prevails, catalysis is not caused by sulfocathionite, but formed as a result of cleavage with free sulfuric acid (which is associated with severe corrosion of the equipment).
Мы предлагаем (независимый п.11 формулы изобретения) способ проведения кислотно-катализируемых реакций при температурах до 180oC, заключающийся в том, что используют сульфоионитный катализатор, содержащий сшитый полимер с сульфированными ароматическими группами, в котором среди сульфированных ароматических групп существенно, предпочтительно до 100%, преобладают ароматические группы, имеющие как минимум две группы -SO2OH.We propose (
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что кислотно-катализируемыми реакциями являются реакции превращения нетретичных и/или третичных алкенов путем димеризации, содимериза-ции, олигомеризации, изомеризации со смещением кратной связи, гидратации, взаимодействия со спиртами, карбоновыми кислотами и альдегидами, алкилирования, в том числе ароматических соединений, причем при превращении нетретичных алкенов поддерживают температуру от 100 до 180oC, а при превращении третичных алкенов предпочтительно поддерживают от 50 до 100oC.Alternatively, a method is proposed that the acid-catalyzed reactions are the reactions of the conversion of non-tertiary and / or tertiary alkenes by dimerization, codimerization, oligomerization, isomerization with a multiple bond shift, hydration, interaction with alcohols, carboxylic acids and aldehydes, alkylation , including aromatic compounds, moreover, during the conversion of non-tertiary alkenes maintain a temperature of from 100 to 180 o C, and during the conversion of tertiary alkenes preferably support from 50 to 100 o C.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что кислотно-катализируемыми реакциями являются реакции дегидратации спиртов, разложения эфиров, диоксанов и переэтерификации. Alternatively, a method is proposed that consists in the fact that the acid-catalyzed reactions are the reactions of dehydration of alcohols, decomposition of esters, dioxanes and transesterification.
Как вариант предлагается способ, заключающийся в том, что первоначально проводят реакции при температуре ниже 150oC, предпочтительно ниже 130oC, в присутствии катализатора, содержащего одновременно ароматические группы с двумя и одной группами - SO2OH, возможно с последующей нейтрализацией отделяемой от катализатора реакционной массы, а затем после того, как произойдет отщепление групп -SO2OH как минимум от большей части моносульфированных ароматических групп катализатора, его используют для проведения реакций при температуре до 180oC.Alternatively, a method is proposed that consists in initially conducting reactions at temperatures below 150 o C, preferably below 130 o C, in the presence of a catalyst containing simultaneously aromatic groups with two and one groups - SO 2 OH, possibly followed by neutralization of the separated from catalyst of the reaction mass, and then after the removal of the -SO 2 OH groups from at least most of the monosulfonated aromatic groups of the catalyst, it is used to carry out reactions at temperatures up to 180 o C.
В присутствии катализаторов, получаемых предлагаемым способом, могут осуществляться любые реакции, катализируемые сильными кислотами, протекающие при температурах до 180oC (в т.ч. при относительно невысоких температурах), в частности реакции, протекающие с участием как третичных, так и нетретичных, например нормальных, алкенов: позиционной (по положению кратной связи) изомеризации, димеризации, содимеризации и олигомеризации, алкилирования (в т. ч. ароматических соединений), гидратации, взаимодействия со спиртами и карбоновыми кислотами, реакции дегидратации спиртов и разложения эфиров и эстеров, взаимодействия с альдегидами и разложения диоксанов, межмолекулярной дегидратации спиртов, переэтерификации и т.д.In the presence of catalysts obtained by the proposed method, can be carried out any reactions catalyzed by strong acids, proceeding at temperatures up to 180 o C (including at relatively low temperatures), in particular, reactions involving both tertiary and non-tertiary, e.g. normal, alkenes: positional (by multiple bond position) isomerization, dimerization, codimerization and oligomerization, alkylation (including aromatic compounds), hydration, interaction with alcohols and carboxylic acids, p reactions of dehydration of alcohols and decomposition of esters and esters, interactions with aldehydes and decomposition of dioxanes, intermolecular dehydration of alcohols, transesterification, etc.
Предпочтительной температурной областью для реакций превращения трет-алкенов при этом является область 50-100oC, для реакции превращения нетретичных алкенов (в т.ч. н-алкенов) - область 100-180oC.The preferred temperature range for the reactions of transformation of tert-alkenes in this case is the region of 50-100 o C, for the reaction of conversion of non-tertiary alkenes (including n-alkenes) is the region of 100-180 o C.
Осуществление предлагаемых способов получения термостойких суьфоионитных катализаторов и проведение реакций, протекающих в присутствии кислотных катализаторов при повышенной температуре, иллюстрируется соответственно примерами 1- 17 и 18-23. The implementation of the proposed methods for the production of heat-resistant soufionic catalysts and the carrying out of reactions occurring in the presence of acid catalysts at elevated temperatures is illustrated by examples 1-17 and 18-23, respectively.
Указанные примеры не исчерпывают всех возможных вариантов осуществления изобретения и возможно использование иных технических решений при соблюдении сути изобретения, изложенной в формуле изобретения. These examples do not exhaust all possible embodiments of the invention and it is possible to use other technical solutions while observing the essence of the invention set forth in the claims.
Примеры. Examples.
Во всех приводимых ниже примерах были использованы одинаковые методы определения статической обменной емкости (СОЕ) катализаторов и проверки их термостойкости (сохранения сульфогрупп при высоких температурах). In all the examples below, the same methods were used to determine the static exchange capacity (SOE) of the catalysts and to check their thermal stability (preservation of sulfo groups at high temperatures).
Перед определением СОЕ катализаторы тщательно отмывали дистиллированной водой до практически полного отсутствия свободных сульфирующих агентов, а также других водорастворимых примесей. Before determining the SOE, the catalysts were thoroughly washed with distilled water until there was almost complete absence of free sulfonating agents, as well as other water-soluble impurities.
СОЕ по сульфогруппам определяли путем обработки навески катализатора 01N водным раствором NaCl с последующим титрованием выделившейся кислоты 0,1N водным раствором NaOH. Найденные таким образом и приводимые далее значения СОЕ выражаются в мг-экв H+/г сухой массы катализатора. SOE by sulfo groups was determined by treating a weighed portion of the catalyst 01N with an aqueous NaCl solution, followed by titration of the liberated acid with a 0.1N aqueous NaOH solution. The SOE values found in this way and given below are expressed in mEq H + / g dry weight of the catalyst.
Проверку термостабильности катализаторов при заданной температуре проводили путем перемешивания с 10-кратным (по отношению к массе катализатора) количеством дистиллированной воды в течение 24 часов, а затем вновь с 10-кратным количеством дистиллированной воды в течение 24 часов (всего 48 часов) с последующим отделением полученного водного раствора, тщательной промывкой катализатора дистиллированной водой при комнатной температуре и определением его СОЕ. Далее для сопоставления приведены данные по термостабильности катализаторов при 160oC.The thermal stability of the catalysts at a given temperature was checked by mixing with 10 times (relative to the weight of the catalyst) amount of distilled water for 24 hours, and then again with 10 times the amount of distilled water for 24 hours (total 48 hours), followed by separation the resulting aqueous solution, thoroughly washing the catalyst with distilled water at room temperature and determining its SOE. Further for comparison, data on the thermal stability of the catalysts at 160 o C.
Пример 1. Example 1
Динатриевую соль фенолдисульфокислоты подвергали поликонденсации с формальдегидом (в мольном соотношении 1:1,4) в присутствии NaOH при температуре 90oC с последующим охлаждением, водной промывкой пористых гранул, обработкой разбавленной серной кислотой и тщательной промывкой дистиллированной водой.The phenol disulfonic acid disodium salt was polycondensed with formaldehyde (in a 1: 1.4 molar ratio) in the presence of NaOH at a temperature of 90 ° C, followed by cooling, aqueous washing of porous granules, treatment with dilute sulfuric acid and thorough washing with distilled water.
Полученный сшитый сульфополиконденсат (катализатор) имел статическую обменную емкость СОЕ = 3,0 мг-экв H+/г. Он содержал практически только дисульфированные ароматические группы. The resulting cross-linked sulfopolycondensate (catalyst) had a static exchange capacity of SOE = 3.0 mEq H + / g. It contained practically only disulfonated aromatic groups.
Результаты испытания термостабильности катализатора приведены (в сравнении с другими катализаторами) в табл. 1. The test results of the thermal stability of the catalyst are shown (in comparison with other catalysts) in table. 1.
Пример 2. Example 2
Пористые частицы (0,035 - 1 мм) сшитого сополимера стирола (88%) и дивинилбензола (12%) были подвергнуты во взвешенном состоянии обработке влажной смесью азота (60%) и SO3 (40%) при температуре 70-90oC в течение 2 часов. Далее частицы были продуты азотом и затем тщательно промыты дистиллированной водой для удаления свободного сульфирующего агента.Porous particles (0.035 - 1 mm) of a cross-linked styrene copolymer (88%) and divinylbenzene (12%) were suspended in a suspension with a wet mixture of nitrogen (60%) and SO 3 (40%) at a temperature of 70-90 o C for 2 hours. The particles were then purged with nitrogen and then thoroughly washed with distilled water to remove the free sulfonating agent.
СОЕ полученного катализатора составляла 5,5. The SOE of the resulting catalyst was 5.5.
Относительное содержание дисульфированных (с двумя группами -SO2OH) ароматических групп (ДС), моносульфированных (с одной группой -SO2OH) ароматических групп (МС) и несульфированных ароматических групп (НС) составляло соответственно (отн.%): ДС ~ 50, МС ~ 20, НС ~ 30.The relative content of disulfonated (with two groups -SO 2 OH) aromatic groups (DS), monosulfonated (with one group -SO 2 OH) aromatic groups (MS) and non-sulfonated aromatic groups (HC) was respectively (relative%): DS ~ 50, MS ~ 20, NS ~ 30.
Содержание ароматических групп с тремя группами -SO2OH (ТС) не достигало 1 отн.%.The content of aromatic groups with three groups —SO 2 OH (TS) did not reach 1 rel.%.
Катализатор был проверен на термостабильность, результаты которой приведены в табл. 1. The catalyst was tested for thermal stability, the results of which are given in table. 1.
Пример 3. Example 3
Полученный в примере 2 катализатор был дважды подвергнут обработке при перемешивании 30-кратным (по отношению к катализатору) количеством дистиллированной воды при 165oC суммарно в течение 70 часов.The catalyst obtained in Example 2 was treated twice with stirring with a 30-fold (relative to the catalyst) amount of distilled water at 165 ° C. for a total of 70 hours.
После этого катализатор был тщательно промыт дистиллированной водой при комнатной температуре, определена его СОЕ, а затем проведено его испытание на термостойкость. After that, the catalyst was thoroughly washed with distilled water at room temperature, its SOE was determined, and then it was tested for heat resistance.
СОЕ катализатора составляла 4,9. The SOE of the catalyst was 4.9.
Относительное содержание групп в катализаторе (отн.%): ДС~ 50, НС ~ 50. The relative content of groups in the catalyst (rel.%): DS ~ 50, NS ~ 50.
Результаты испытания на термостабильность даны в табл. 1. The results of the test for thermal stability are given in table. 1.
Пример 4. Example 4
Пористые частицы сшитого полимера стирола и дивинилбензола, аналогичного использованному в примере 2, были подвергнуты обработке 20%-ным раствором SO3 в концентрированной серной кислоте при постепенном повышении температуры от 80 до 100oC в течение 2 часов. Полученный катализатор (после тщательной промывки дистиллированной водой при комнатной температуре) имел СОЕ = 5,8.The porous particles of a crosslinked polymer of styrene and divinylbenzene, similar to that used in example 2, were subjected to treatment with a 20% solution of SO 3 in concentrated sulfuric acid with a gradual increase in temperature from 80 to 100 o C for 2 hours. The resulting catalyst (after thorough washing with distilled water at room temperature) had a SOE = 5.8.
Относительное содержание групп составляло (отн.%): ДС~ 62, МС~3, НС~35. The relative content of the groups was (rel.%): DS ~ 62, MS ~ 3, NS ~ 35.
Результаты испытания на термостабильность - в табл. 1. The results of the test for thermal stability - in table. 1.
Пример 5. Example 5
Катализатор, полученный в примере 4, был дважды подвергнут обработке (при перемешивании) 20-кратным количеством дистиллированной воды при 165oC суммарно в течение 70 часов.The catalyst obtained in example 4 was twice subjected to treatment (with stirring) with a 20-fold amount of distilled water at 165 ° C. for a total of 70 hours.
После этого катализатор был тщательно промыт дистиллированной водой при комнатной температуре, Найдено СОЕ = 5,6. Относительное содержание групп (отн.%): ДС~62, НС~38. After that, the catalyst was thoroughly washed with distilled water at room temperature. Found SOE = 5.6. The relative content of the groups (rel.%): DS ~ 62, NS ~ 38.
Результаты испытания термостабильности приведены в табл. 1. The results of the test of thermal stability are given in table. 1.
Пример 6. Example 6
Пористые частицы сшитого полимера, аналогичного использованному в примере 2, были подвергнуты обработке 98%-ной серной кислотой в течение 6 часов при температуре, постепенно повышаемой от 100 до 130oC. После тщательной промывки дистиллированной водой катализатор имел СОЕ = 5,6.The porous particles of a crosslinked polymer similar to that used in Example 2 were treated with 98% sulfuric acid for 6 hours at a temperature gradually increasing from 100 to 130 ° C. After thorough washing with distilled water, the catalyst had a СОЕ = 5.6.
Относительное содержание групп в катализаторе составляло (отн.%): ДС~55, МС~15, НС~30. The relative content of groups in the catalyst was (rel.%): DS ~ 55, MS ~ 15, NS ~ 30.
Термостабильность катализатора - см. в табл. 1. Thermostability of the catalyst - see table. 1.
Пример 7. Example 7
Катализатор, полученный в примере 6, был дважды подвергнут при перемешивании обработке 30-кратным количеством гептана при температуре 165oC в течение 70 часов, а затем тщательно промыт дистиллированной водой при 40oC.The catalyst obtained in example 6 was subjected to stirring twice with 30 times the amount of heptane at a temperature of 165 o C for 70 hours, and then thoroughly washed with distilled water at 40 o C.
СОЕ катализатора составляла 5,3, относительное содержание групп (отн.%): ДС~55, НС~45. The SOE of the catalyst was 5.3, the relative content of the groups (rel.%): DS ~ 55, HC ~ 45.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 8. Example 8
Суспензионной полимеризацией стирола (80%) и дивинилбензола (20%) получен сополимер, который был смешан с полиэтиленом (в соотношении сополимер : полиэтилен 3: 1) и смесь подвергнута экструзионному формованию в присутствии ~7% воды при температуре 170-190oC.Suspension polymerization of styrene (80%) and divinylbenzene (20%) produced a copolymer that was mixed with polyethylene (copolymer: polyethylene ratio 3: 1) and the mixture was extruded in the presence of ~ 7% water at a temperature of 170-190 o C.
Полученные гранулы в виде колец высотой 6 мм, с наружным диаметром 6 мм были подвергнуты радиационной обработке для сшивания полимерных цепей, затем набуханию в дихлорэтане и обработке 10%-ным раствором SO3 в концентрированной серной кислоте при постепенном повышении температуры от 70 до 90oC в течение 5 часов.The obtained granules in the form of
После этого катализатор был тщательно промыт дистиллированной водой при комнатной температуре. After that, the catalyst was thoroughly washed with distilled water at room temperature.
СОЕ катализатора составляла 4,2. The SOE of the catalyst was 4.2.
Соотношение групп (отн.%): ДС~50, МС~10, НС~40. The ratio of groups (rel.%): DS ~ 50, MS ~ 10, NS ~ 40.
Термостабильность по сульфогруппам - см. табл. 1. Thermostability by sulfo groups - see table. 1.
Пример 9. Example 9
Катализатор, полученный в примере 8, был дважды подвергнут обработке 30-кратным количеством воды при температуре 160oC в течение 70 часов, затем тщательно промыт дистиллированной водой при 30oC.The catalyst obtained in example 8 was twice subjected to treatment with 30 times the amount of water at a temperature of 160 o C for 70 hours, then thoroughly washed with distilled water at 30 o C.
СОЕ катализатора составляла 3,8. The SOE of the catalyst was 3.8.
Соотношение групп (отн.%): ДС~50, НС~50. The ratio of groups (rel.%): DS ~ 50, NS ~ 50.
Термостабильность по сульфогруппам - см. табл. 1. Thermostability by sulfo groups - see table. 1.
Пример 10. Example 10
Промышленный сульфоионитный катализатор КУ-23, являвшийся преимущественно моносульфированным сополимером стирола (88%) и дивинилбензола (12%), имевший СОЕ = 4,0 и примерное соотношение групп (отн.%): ДС~16, МС~49, НС~ 35, был дважды подвергнут обработке 30-кратным количеством воды при 165oC в течение 70 часов и затем тщательно промыт дистиллированной водой при 40oC.The industrial sulfoionite catalyst KU-23, which was predominantly a monosulfonated copolymer of styrene (88%) and divinylbenzene (12%), had SOE = 4.0 and an approximate group ratio (rel.%): DS ~ 16, MS ~ 49, MS ~ 35 , was subjected to double treatment with 30 times the amount of water at 165 o C for 70 hours and then thoroughly washed with distilled water at 40 o C.
СОЕ катализатора составляла 2,3. The SOE of the catalyst was 2.3.
Соотношение групп (отн.%): ДС~16, MC~1, НС~83. The ratio of groups (rel.%): DS ~ 16, MC ~ 1, HC ~ 83.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 11. Example 11
Промышленный сульфоионитный катализатор КУ-23, аналогичный использованному в примере 10, подвергли обработке 10%-ным раствором SO3 в концентрированной серной кислоте при 90-105oC в течение 2 часов.The industrial sulfonic ion catalyst KU-23, similar to that used in example 10, was subjected to treatment with a 10% solution of SO 3 in concentrated sulfuric acid at 90-105 o C for 2 hours.
После этого катализатор тщательно промыт дистиллированной водой при 40oC.After that, the catalyst was thoroughly washed with distilled water at 40 o C.
СОЕ катализатора составляла 5,7. The SOE of the catalyst was 5.7.
Соотношение групп (отн.%): ДС~58, МС~10, НС~32. The ratio of groups (rel.%): DS ~ 58, MS ~ 10, NS ~ 32.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 12. Example 12
Катализатор, полученный в примере 11, был дважды подвергнут обработке 30-кратным количеством воды при 165oC в течение 70 часов и затем тщательно промыт дистиллированной водой при 40oC.The catalyst obtained in Example 11 was treated twice with a 30-fold amount of water at 165 ° C. for 70 hours and then thoroughly washed with distilled water at 40 ° C.
СОЕ катализатора составляла 5,4, относительное содержание групп (отн.%): ДС~58, НС~42. The SOE of the catalyst was 5.4, the relative content of the groups (rel.%): DS ~ 58, HC ~ 42.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 13. Example 13
Промышленный сульфоионитный катализатор, являвшийся сшитым сульфированным сополимером стирола (80%) и дивинилбензола (20%) с размером частиц 0,4-1 мм, имевший СОЕ 5,2 и примерное соотношение групп: ДС~35, МС~35, НС~ 30, был дважды подвергнут обработке 25-кратным количеством октана при 155oC в течение 70 часов, затем катализатор тщательно отмыт дистиллированной водой при 50oC.An industrial sulfoionite catalyst, which was a cross-linked sulfonated copolymer of styrene (80%) and divinylbenzene (20%) with a particle size of 0.4-1 mm, having a SOE of 5.2 and an approximate group ratio: DS ~ 35, MS ~ 35, HC ~ 30 , was subjected to twice processing with a 25-fold amount of octane at 155 o C for 70 hours, then the catalyst was thoroughly washed with distilled water at 50 o C.
СОЕ катализатора составила 4,0, относительное содержание групп (отн.%): ДС~35, НС~65. The SOE of the catalyst was 4.0, the relative content of the groups (rel.%): DS ~ 35, NS ~ 65.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 14. Example 14
Использован отработанный (при синтезе метил-трет- бутилового эфира из изобутена и метанола) промышленный сульфоионитный катализатор КУ-23, имевший остаточное значение СОЕ 2,2 (до начала работы свежий катализатор КУ-23 имел СОЕ= 4,0), при суммарном содержании сульфогрупп в H+ - форме и H-замещенных сульфогрупп, близком к содержанию сульфогрупп в свежем катализаторе. Отработка (падение СОЕ) катализатора произошла в основном в результате замещения атома водорода в сульфоксильных группах азотистыми соединениями и ионами натрия, а также ионами железа и кальция. We used the spent (in the synthesis of methyl tert-butyl ether from isobutene and methanol) industrial sulfonic ion catalyst KU-23, which had a residual SOE of 2.2 (before starting fresh catalyst KU-23 had SOE = 4.0), with a total content of sulfo groups in the H + form and H-substituted sulfo groups close to the content of sulfo groups in the fresh catalyst. The development (decrease in SOE) of the catalyst occurred mainly as a result of the replacement of the hydrogen atom in the sulfoxyl groups by nitrogen compounds and sodium ions, as well as iron and calcium ions.
Катализатор был подвергнут обработке первоначально раствором серной кислоты при 75oC в течение 2 час, а затем 5%-ным раствором SO3 в концентрированной серной кислоте при 100-110oC в течение 0,5 часа. Затем катализатор тщательно промыт дистиллированной водой при 40oC.The catalyst was treated initially with a solution of sulfuric acid at 75 o C for 2 hours, and then with a 5% solution of SO 3 in concentrated sulfuric acid at 100-110 o C for 0.5 hours. Then the catalyst is thoroughly washed with distilled water at 40 o C.
СОЕ катализатора составила 5,4, относительное содержание групп (отн.%): ДС~53, МС~12, НС~35. The SOE of the catalyst was 5.4, the relative content of the groups (rel.%): DS ~ 53, MS ~ 12, HC ~ 35.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 15. Example 15
Катализатор, полученный в примере 14, дважды подвергнут обработке 30-кратным избытком воды при температуре 165oC, а затем промывке дистиллированной водой при 30oC.The catalyst obtained in example 14 was subjected to a double treatment with a 30-fold excess of water at a temperature of 165 o C, and then washing with distilled water at 30 o C.
СОЕ катализатора составила 5,1, относительное содержание групп (отн.%): ДС~53, НС~47. The SOE of the catalyst was 5.1, the relative content of the groups (rel.%): DS ~ 53, NS ~ 47.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 16. Example 16
Проведена сополимеризация α -метилстирола (80%), 1,3-бутадиена (15%) и акрилонитрила (5%) на поверхности пористых гранул силикагеля. The copolymerization of α-methylstyrene (80%), 1,3-butadiene (15%) and acrylonitrile (5%) on the surface of porous silica gel granules was carried out.
После отмывки полученные гранулы подвергали обработке 5%-ным раствором SO3 в концентрированной серной кислоте при постепенном повышении температуры от 80 до 95oC в течение 2 часов. Затем гранулы были тщательно отмыты дистиллированной водой.After washing, the obtained granules were subjected to treatment with a 5% solution of SO 3 in concentrated sulfuric acid with a gradual increase in temperature from 80 to 95 o C for 2 hours. Then the granules were thoroughly washed with distilled water.
СОЕ катализатора составила 1,65, относительное содержание групп в полимере (отн.%): ДС~82, МС~3, НС~15. The SOE of the catalyst was 1.65, the relative content of groups in the polymer (rel.%): DS ~ 82, MS ~ 3, HC ~ 15.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 17. Example 17
Катализатор, полученный в примере 16, дважды подвергнут обработке 30-кратным избытком воды при температуре 165oC, а затем промыт дистиллированной водой при 50oC.The catalyst obtained in example 16 was twice subjected to treatment with a 30-fold excess of water at a temperature of 165 o C, and then washed with distilled water at 50 o C.
СОЕ катализатора = 1,6, относительное содержание групп в полимере (отн. %): ДС~82, НС~18. SOE of the catalyst = 1.6, the relative content of groups in the polymer (rel.%): DS ~ 82, HC ~ 18.
Термостабильность - см. табл. 1. Thermostability - see table. 1.
Пример 18. Example 18
В присутствии катализатора, полученного согласно примеру 5 и имевшего содержание групп (отн.%): ДС~62, МС~0, НС ~38, СОЕ = 5,6, провели в проточном реакторе контактирование пропан (32%)-пропеновой (68%) смеси с водой при 155-160oC. Исходное мольное соотношение пропен : вода составляло 1:1,1, суммарная подача жидкости 2,5 кг/кг катализатора в час, давление в реакторе 135-140 атм.In the presence of a catalyst obtained according to example 5 and having a group content (rel.%): DS ~ 62, MS ~ 0, HC ~ 38, СОЕ = 5.6, propane (32%) - propene (68%) was contacted in a flow reactor %) mixtures with water at 155-160 o C. The initial molar ratio of propene: water was 1: 1.1, the total liquid supply of 2.5 kg / kg of catalyst per hour, the pressure in the reactor 135-140 atm.
Конверсия пропена составила 43%. The propene conversion was 43%.
Реакционная смесь содержала (%): пропана - 24,0; пропена - 29,0; изопропанола - 27,0; диизопропилового эфира - 3,5; воды - 16,2; димеров пропена - 0,3. После отгонки углеводородов C3 на 1 кг исходных веществ (пропан- пропеновой смеси и воды) получено 0,47 кг продукта, содержавшего 57,5% изопропанола, 7,4% диизопропилового эфира, 34,5% воды и 0,6% димеров пропена.The reaction mixture contained (%): propane - 24.0; propene - 29.0; isopropanol - 27.0; diisopropyl ether - 3.5; water - 16.2; propene dimers - 0.3. After distillation of C 3 hydrocarbons per 1 kg of starting materials (propane-propene mixture and water), 0.47 kg of product was obtained containing 57.5% isopropanol, 7.4% diisopropyl ether, 34.5% water and 0.6% dimers propene.
После 300-часового пробега снижение СОЕ катализатора не превышало 1%. After a 300-hour run, the reduction in SOE of the catalyst did not exceed 1%.
Пример 19. Example 19
С катализатором, полученным согласно примеру 7 и имевшим содержание групп (отн.%): ДС~55, МС~0, НС~45 и СОЕ = 5,3, провели в проточном реакторе жидкофазное контактирование бензола и смеси 2-бутенов (соотношение цис- и транс-изомеров~ 1: 1) при температуре 150oC. Исходное мольное соотношение бензола и 2-бутенов составляло 3,5:1, суммарная подача жидкости 1,7 кг/кг катализатора в час.With the catalyst obtained according to example 7 and having a group content (rel.%): DS ~ 55, MS ~ 0, HC ~ 45, and СОЕ = 5.3, liquid-phase contacting of benzene and a mixture of 2-butenes was carried out in a flow reactor (cis - and trans isomers ~ 1: 1) at a temperature of 150 o C. The initial molar ratio of benzene to 2-butenes was 3.5: 1, the total fluid supply of 1.7 kg / kg of catalyst per hour.
Конверсия н-бутенов составила 99,4%. Реакционная смесь содержала 0,1% 2-бутенов, 0,6% димеров 2-бутенов, 60,6% бензола, 17,8% втор-бутилбензола, 0,9% ди-втор-бутилбензола. The conversion of n-butenes was 99.4%. The reaction mixture contained 0.1% 2-butenes, 0.6% 2-butenes dimers, 60.6% benzene, 17.8% sec-butylbenzene, 0.9% di-sec-butylbenzene.
После 300-часового пробега снижение СОЕ катализатора не превышало 1%. After a 300-hour run, the reduction in SOE of the catalyst did not exceed 1%.
Пример 20. Example 20
С катализатором, полученным согласно примеру 9 и имевшим форму колец с высотой 6 мм и наружным диаметром 6 мм, в котором относительное содержание групп составляло (отн.%): ДС~50, МС~0, НС~5, СОЕ = 3,8, была проведена дегидратация втор-бутанола в реакционно-ректификационном колонном аппарате. Катализатор в виде двух слоев был расположен в средней части аппарата, втор-бутанол подавали между слоями катализатора. Сверху аппарата выводили смесь, содержащую преимущественно н-бутены, снизу - поток, содержавший в основном воду. В слое катализатора поддерживали температуру 145-150oC.With the catalyst obtained according to example 9 and having the form of rings with a height of 6 mm and an outer diameter of 6 mm, in which the relative content of the groups was (rel.%): DS ~ 50, MS ~ 0, HC ~ 5, SOE = 3.8 , dehydration of sec-butanol was carried out in a reactive distillation column apparatus. The catalyst in the form of two layers was located in the middle part of the apparatus, sec-butanol was fed between the catalyst layers. A mixture containing predominantly n-butenes was withdrawn from the top of the apparatus, and a stream containing mainly water was below. The temperature of 145-150 o C. was maintained in the catalyst bed.
Нагрузка составляла 0,4 кг исходного втор-бутанола на 1 кг катализатора в час. The load was 0.4 kg of starting sec-butanol per 1 kg of catalyst per hour.
Конверсия втор-бутанола составляла 95%. The conversion of sec-butanol was 95%.
После 300-часового пробега снижение СОЕ катализатора не превышало 1%. After a 300-hour run, the reduction in SOE of the catalyst did not exceed 1%.
Пример 21. Example 21
С катализатором, полученным согласно примеру 12 и имевшим содержание групп (отн. %): ДС~ 58, МС~0, НС ~42, СОЕ = 5,4, в прямоточным аппарате с системой теплосъема проведена ди- и тримеризация пропена в пропан-пропеновой фракции, содержавшей 70% пропена, в смеси с 50% н-бутана. Температура в реакторе составляла 100-110oC, нагрузка 1,2 кг углеводородной смеси на 1 кг катализатора в час. Конверсия пропена - 97%.With the catalyst obtained according to example 12 and having a group content (rel.%): DS ~ 58, MS ~ 0, HC ~ 42, SOE = 5.4, in the once-through apparatus with a heat removal system, di- and trimerization of propene into propane- propene fraction containing 70% propene mixed with 50% n-butane. The temperature in the reactor was 100-110 o C, the load of 1.2 kg of hydrocarbon mixture per 1 kg of catalyst per hour. The conversion of propene is 97%.
Соотношение образовавшихся тримеров и димеров пропена 4:1 (мас.). The ratio of the formed trimers and dimers of propene 4: 1 (wt.).
Пример 22. Example 22
В присутствии катализатора, полученного в примере 5 (СОЕ 5,6 мг/экв H+/г кат, относительное содержание групп ДС/МС/НС составляет 62/0/38), проводят получение трет-бутанола и метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) из изобутан-изобутеновой смеси, содержащей 45% изобутена. In the presence of the catalyst obtained in example 5 (SOE 5.6 mg / equiv H + / g cat, the relative content of the groups DS / MS / HC is 62/0/38), tert-butanol and methyl tert-butyl ether are obtained ( MTBE) from an isobutane-isobutene mixture containing 45% isobutene.
В первый реактор подают указанную углеводородную смесь в количестве 1 кг/час и воду в количестве 0,1 кг/час и поддерживают температуру 85oC на входе и 100oC на выходе.The specified hydrocarbon mixture in an amount of 1 kg / h and water in an amount of 0.1 kg / h are fed to the first reactor and the temperature is maintained at 85 ° C at the inlet and 100 ° C at the outlet.
Нагрузка 0,8 л/л катализатора в час. The load of 0.8 l / l of catalyst per hour.
Из реактора выводят смесь, содержащую преимущественно углеводороды C4 и трет-бутанол, отгоняют углеводороды C4 и выводят трет-бутанол в количестве 0,39 кг/час. Отогнанную в количестве 0,71 кг/ч углеводородную смесь, содержащую 22% изобутена, смешивают с метанолом, подаваемым в количестве 0,09 кг/час, и контактируют с указанным катализатором во второй реакционной зоне при температуре 50-65oC.From the reactor output mixture containing mainly C 4 hydrocarbons and tert-butanol, hydrocarbons distilled C 4 and output the tert-butanol in an amount of 0.39 kg / hour. A hydrocarbon mixture containing 22% isobutene distilled off in an amount of 0.71 kg / h is mixed with methanol supplied in an amount of 0.09 kg / h and contacted with said catalyst in a second reaction zone at a temperature of 50-65 ° C.
Нагрузка 1 л/л кат/час. Load 1 l / l cat / hour.
Из реакционной смеси отгоняют непрореагировавшие углеводороды с примесью метанола (для последующей рекуперации) и получают 0,22 кг/ч МТБЭ. Unreacted hydrocarbons with an admixture of methanol are distilled off from the reaction mixture (for subsequent recovery) and 0.22 kg / h of MTBE is obtained.
После 300-часового пробега уменьшения СОЕ катализатора в реакторе не отмечено. After a 300-hour run, there was no decrease in SOE of the catalyst in the reactor.
Пример 23. Example 23
С промышленным сульфоионитным катализатором, являвшимся сшитым сульфированным сополимером стирола (80%) и дивинилбензола (20%) с размером частиц 0,4-1 мм, СОЕ= 5,2 и соотношением групп (отн.%): ДС~35, МС~35, НС~30, было проведено жидкофазное контактирование бензола и пропан(35%)-пропеновой(65%) смеси при температуре 125-130oC (исходное мольное отношение бензол:пропен 10: 1, конверсия пропена 99,5%, выход изопропилбензола 0,93 мол/мол пропена) в течение 4000 часов.With an industrial sulfoionite catalyst, which is a cross-linked sulfonated copolymer of styrene (80%) and divinylbenzene (20%) with a particle size of 0.4-1 mm, СОЕ = 5.2 and the group ratio (rel.%): DS ~ 35, MS ~ 35, HC ~ 30, liquid-phase contacting of benzene and propane (35%) - propene (65%) mixture was carried out at a temperature of 125-130 o C (initial benzene: propene molar ratio 10: 1, propene conversion 99.5%, yield isopropylbenzene 0.93 mol / mol propene) for 4000 hours.
По окончании пробега катализатор имел СОЕ=4,2 и соотношение групп: ДС~ 35, МС~ 3, НС~62. Затем катализатор был использован для гидратации и этерификации пропена (в диизопропиловый эфир) в аналогичной пропан-пропеновой смеси при температуре 150oC.At the end of the run, the catalyst had SOE = 4.2 and the ratio of the groups: DS ~ 35, MS ~ 3, HC ~ 62. Then the catalyst was used for hydration and esterification of propene (into diisopropyl ether) in a similar propane-propene mixture at a temperature of 150 o C.
Исходное мольное отношение пропен:вода составляло 1,1:1. Суммарная подача жидкости 1,3 кг/кг катализатора в час. Достигнута конверсия пропена 45%. The initial propene: water molar ratio was 1.1: 1. The total fluid supply of 1.3 kg / kg of catalyst per hour. Achieved propene conversion of 45%.
На 1 кг/моль превращенного пропена выход изопропанола (в составе реакционной смеси) составил 0,84 кг-моля, диизопропилового эфира - 0,15 кг-моля. For 1 kg / mol of converted propene, the yield of isopropanol (in the composition of the reaction mixture) was 0.84 kg mol, of diisopropyl ether 0.15 kg mol.
После 400-часового пробега при 150oC снижение СОЕ катализатора не превышало 5%.After a 400-hour run at 150 ° C., the reduction in SOE of the catalyst did not exceed 5%.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108787A RU2163507C2 (en) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | Method of preparing heat-resistant catalysts and method of carrying out acid-catalyzed reactions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108787A RU2163507C2 (en) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | Method of preparing heat-resistant catalysts and method of carrying out acid-catalyzed reactions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99108787A RU99108787A (en) | 2001-02-20 |
RU2163507C2 true RU2163507C2 (en) | 2001-02-27 |
Family
ID=20219111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99108787A RU2163507C2 (en) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | Method of preparing heat-resistant catalysts and method of carrying out acid-catalyzed reactions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2163507C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1970363A4 (en) * | 2005-12-01 | 2010-09-22 | Nippon Oil Corp | Method for hydration of olefin |
EA018157B1 (en) * | 2009-12-30 | 2013-05-30 | Цзянсу Синоргкем Текнолоджи Ко., Лтд. | Solid acid catalyst and method for preparing and using the same |
-
1999
- 1999-04-21 RU RU99108787A patent/RU2163507C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПАССЕТ Б.В. и др. Технология химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков. - М.: Медицина, 1977, с.382. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1970363A4 (en) * | 2005-12-01 | 2010-09-22 | Nippon Oil Corp | Method for hydration of olefin |
EA018157B1 (en) * | 2009-12-30 | 2013-05-30 | Цзянсу Синоргкем Текнолоджи Ко., Лтд. | Solid acid catalyst and method for preparing and using the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3742440B2 (en) | Method for producing high purity bisphenols | |
Chakrabarti et al. | Cationic ion exchange resins as catalyst | |
US5233096A (en) | Acidic catalyst for condensation reactions | |
CN111957346B (en) | Etherification catalyst for preparing methyl tertiary butyl ether from methanol-tertiary butyl alcohol and preparation method thereof | |
CN1331607C (en) | Process for preparing strong acid cation-exchange resin | |
TW200301244A (en) | Metal-doped sulfonated ion exchange resin catalysts | |
JP3312920B2 (en) | Catalyst for condensation reaction and method for producing the same | |
RU2163507C2 (en) | Method of preparing heat-resistant catalysts and method of carrying out acid-catalyzed reactions | |
CN108371956A (en) | A kind of preparation method of catalyst of large porous strong acid cation exchange resin | |
JPS61230743A (en) | Sulfonic acid type ion exchange resin for catalyst | |
US20040236158A1 (en) | Methods, systems and catalysts for the hydration of olefins | |
EP0579153B1 (en) | Process for producing tertiary alcohols | |
CN100523055C (en) | Process for producing bisphenol A | |
US20050119111A1 (en) | Catalytic reactions using thermally stable resins | |
US3116346A (en) | Alkylation process | |
Yadav et al. | Friedel‐crafts alkylation of diphenyl oxide with 1‐decene over sulfated zirconia as catalyst | |
RU2357800C2 (en) | Method for making heat-resistant sulphocation catalyst | |
JP2005068126A (en) | Method, system and catalyst to be used in aromatic alkylation reaction | |
KR930007869A (en) | Isoalkane-olefin alkylation method | |
JP6549146B2 (en) | Catalyst resin | |
JP3508164B2 (en) | Method for producing tertiary alcohol and method for producing catalyst thereof | |
JPH11104498A (en) | Sulfonated aromatic polyether ketone cationic exchangers and use of sufonated poly(phenylene sulfide) cationic exchangers as catalyst | |
EP1574252B1 (en) | Methods, systems and catalysts for use in flow reactors | |
CN117839761A (en) | Preparation method of large Kong Huangsuan cation polystyrene resin catalyst, catalyst and application | |
US20110136926A1 (en) | Catalysts for Olefin Hydration and Method of Preparation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080422 |