RU2722302C1 - Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты - Google Patents
Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722302C1 RU2722302C1 RU2019136911A RU2019136911A RU2722302C1 RU 2722302 C1 RU2722302 C1 RU 2722302C1 RU 2019136911 A RU2019136911 A RU 2019136911A RU 2019136911 A RU2019136911 A RU 2019136911A RU 2722302 C1 RU2722302 C1 RU 2722302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- xylene
- catalyst
- para
- terephthalic acid
- oxidation
- Prior art date
Links
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N Para-Xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 102
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 58
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 26
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 12
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 6
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- GOUHYARYYWKXHS-UHFFFAOYSA-N 4-formylbenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C=O)C=C1 GOUHYARYYWKXHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 2
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 2
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- LPNBBFKOUUSUDB-UHFFFAOYSA-N p-toluic acid Chemical compound CC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 LPNBBFKOUUSUDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000032 aromatic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000412 dendrimer Substances 0.000 description 1
- 229920000736 dendritic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021404 metallic carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- FXLOVSHXALFLKQ-UHFFFAOYSA-N p-tolualdehyde Chemical compound CC1=CC=C(C=O)C=C1 FXLOVSHXALFLKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- 229920000962 poly(amidoamine) Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012686 silicon precursor Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N terephthalaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=C(C=O)C=C1 KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003738 xylenes Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
- B01J29/03—Catalysts comprising molecular sieves not having base-exchange properties
- B01J29/035—Microporous crystalline materials not having base exchange properties, such as silica polymorphs, e.g. silicalites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
- B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
- B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
- B01J29/064—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
- B01J29/068—Noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
- C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
- C07C51/255—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
- C07C51/265—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гетерогенному катализатору окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, состоящий из носителя, содержащего, % масс.: упорядоченный мезопористый оксид кремния типа МСМ-41 20,0-70,0; алюмосиликатные нанотрубки 30,0-80,0, и оксида металла, выбранного из ряда, включающего Mn, Со, Fe, Cu, Pd или их смесь, нанесенного на носитель в количестве 0,5-15,0% от массы катализатора, причем указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал. Использование: нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли промышленности. Достигаемый технический результат заключается в повышении селективности по целевой терефталевой кислоте за счет сформированной системы пор и каналов наноструктурированного композитного носителя, обеспечивающего при окислении молекулярно-ситовой эффект благодаря бимодальному распределению пор по размерам. Высокая удельная площадь поверхности описываемого катализатора и, как следствие, увеличение площади контакта молекул сырья с каталитически-активными центрами, позволяет увеличить конверсию пара-ксилола и выход целевой терефталевой кислоты. 1 табл., 11 пр.
Description
Данное изобретение относится к гетерогенным катализаторам окисления ксилолов и может быть использовано в таких отраслях промышленности, как нефтехимия и нефтепереработка.
Процесс окисления ароматических соединений С-8 традиционно используют в получении терефталевой кислоты, которая является мономером для производства полиэтилентерефталата и полиэфирных волокон.
В качестве катализаторов окисления ксилолов и ароматического сырья используют, в основном, гомогенные каталитические системы. Процесс проводят при повышенных температурах и давлении в среде уксусной кислоты в присутствии солей марганца или кобальта, активированных бромом или его солями. Окислителями являются такие соединения, как пероксид водорода, кислород, воздух. Впервые жидкофазное окисление алкилароматических углеводородов было описано в патенте US 2245528 (А). В патентах US 2833816 (A), RU 2128641 (CI), RU 2171798 (С2), US 656299 (А) описаны различные способы использования метода жидкофазного окисления алкилароматических углеводородов. Исследования в этой области продолжаются и в настоящее время (CN 106187750 (В), US 7348452 (В2), RU 2362762 (С2) RU 2524947 (С2)).
Перспективным способом получения ароматических кислот является процесс гетерогенного каталитического окисления, характеризующийся легкостью отделения катализатора от продуктов реакции и возможностью его повторного использования, что особенно важно в промышленности.
При этом в патентной литературе практически отсутствуют сведения об использовании гетерогенных катализаторов в окислении ароматических углеводородов С-8 до терефталевой кислоты.
В патенте CN 109096090 (А) окисление п-ксилола проводят на гетерогенных каталитических системах, представляющих собой неметаллический углеродный материал. Сырье, растворитель и катализатор равномерно смешивают и пропускают через окислитель, содержащий молекулярный кислород, массовое соотношение катализатора и п-ксилола составляет (0,001-0,12):1. В патенте SU 789505 (А1) каталитической системой является оксид ванадия в количестве 0,4-1,6%. Процесс проводят при атмосферном давлении в реакторе, в который загружается необходимое соотношение алкилароматического углеводорода, катализатора и воздуха. В данных работах окислению подвергается лишь одна из двух метальных групп в молекуле п-ксилола, а образование терефталевой кислоты является побочной реакцией.
В научной литературе есть сведения о возможности использования некоторых твердых носителей в процессе получения терефталевой кислоты окислением п-ксилола. Среди них Al2O3, бентонит, цеолиты различной серии, в том числе ZSM-5, и упорядоченный мезопористый оксид кремния типа МСМ-41.
Так, предложено иммобилизировать соли Mn и Со на бентоните, модифицированном полиамидоаминными дендримерами (Ghiaci М., Mostajeran М., Gil А. // Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 15821-15831). Синтезированный таким образом катализатор при соотношении Со:Mn~10:1 показывает хороший выход целевого продукта в присутствии ледяной уксусной кислоты и KBr (в качестве промотора).
Возможность селективного получения терефталевой кислоты с выходом 99% в присутствии гетерогенных каталитических систем была продемонстрирована на примере мостиковых μ3-оксосвязанных полиядерных комплексов Со и Mn, инкапсулированных в полости цеолита Y (Chavan S. А., Srinivas D., Ratnasamy P. // J. Catal. 2001, 204, 409-419). Однако для достижения высоких скоростей реакции и количественных выходов целевого продукта требуется давление воздуха более 6 МПа.
На данный момент перспективными считаются системы на основе цеолита ZSM-5 (Khan N.A., Kennedy Е.М., Dlugogorski В.Z., Adesina А.А., Stockenhuber М. // Catal. Commun. 2014, 53, 42-46) и упорядоченного мезопористого оксида кремния типа MCM-41 (Li Yi., Duan D., Wu M., Li J., Yan Zh., Wang W., Zi G., Wang J. // Chem. Eng. J. 2016, 306, 777-783). В сравнении с ZSM-5 упорядоченный мезопористый оксид кремния типа МСМ-41 обладает мезопористой структурой, облегчающей диффузию углеводородного сырья к активным центрам катализатора и приводящей к увеличению конверсии ксилолов.
Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению является работа по окислению п-ксилола на катализаторах М-МСМ-41, где M=Fe (Li Yi., Duan D., Wu M., Li J., Yan Zh., Wang W., Zi G., Wang J. // Chem. Eng. J. 2016, 306, 777-783). Каталитическую систему получают пропиткой носителя раствором соли металла с последующей сушкой и прокалкой на воздухе при 550°C в течение 24 часов. В качестве предшественника каталитически активного металла используют нитрат железа (II). Готовый катализатор содержит от 1 до 2% масс. переходного металла в пересчете на общую массу каталитической системы. Окисление проводят в реакторе периодического действия, в который последовательно загружают п-ксилол, катализатор, смешанный растворитель, содержащий уксусную кислоту, ацетонитрил в соотношении 2:8 и воду, при температуре 80°C, атмосферном давлении, времени реакции 5 ч. В указанных условиях конверсия субстрата составляет 10,1%, а селективность по терефталевой кислоте достигает 3,1%. Известный катализатор обладает низкой эффективностью, связанной с морфологическими особенностями, в том числе с мономодальным распределением пор по размерам, а также недостаточно высокой площадью поверхности катализатора.
Проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании гетерогенного катализатора окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, обладающего повышенной эффективностью, в частности, более высокой активностью, приводящей к увеличению конверсии сырья и выхода целевой терефталевой кислоты.
Указанная проблема решается созданием гетерогенного катализатора окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, состоящего из носителя, содержащего, % масс.:
| - упорядоченный мезопористый | |
| оксид кремния типа МСМ-41 | 20,0-70,0 |
| - алюмосиликатные нанотрубки | 30,0-80,0 |
и оксида металла, выбранного из ряда, включающего Mn, Со, Fe, Cu, Pd или их смесь, нанесенного на носитель в количестве 0,5-15,0% от массы катализатора, причем указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Достигаемый технический результат заключается в повышении селективности по целевой терефталевой кислоте, минимизации выходов побочных продуктов (4-карбоксибензальдегид, терефталевый альдегид, пара-толуиловая кислота, пара-толуиловый альдегид) за счет сформированной системы пор и каналов структурированного композитного носителя, обеспечивающего при окислении молекулярно-ситовой эффект благодаря бимодальному распределению пор по размерам. Высокая удельная площадь поверхности описываемого катализатора и, как следствие, увеличение площади контакта молекул сырья с каталитически-активными центрами, позволяет увеличить конверсию пара-ксилола и выход целевой терефталевой кислоты.
Описываемый катализатор получают следующим образом.
К водной дисперсии природных или синтетических алюмосиликатных нанотрубок с общей формулой Al2Si2(OH)4*nH20, где n равно 0-2, добавляют галогенид цетилтриметиламмония и кремниевый прекурсор, в качестве которого используют, например, пирогенный оксид кремния, силикат натрия или тетраэтилортосиликат. Полученную смесь доводят до щелочной среды в присутствии неорганического основания, водного аммиака. Образовавшийся гель выдерживают при температуре 80-140°C в течение 12-72 часов в закрытой емкости, после чего осадок отфильтровывают, промывают до отсутствия галогенид-ионов в маточном растворе, сушат при 60-120°C в течение 6-48 часов и прокаливают на воздухе при температуре 450-650°C. В результате получают носитель представляющий собой единый структурированный композитный материал - композит, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния, армированного алюмосиликатными нанотрубками. На полученный носитель наносят оксиды металлов Mn, Со, Fe, Cu, Pd или их смесь в количестве 0,5-15,0% от массы катализатора, более предпочтительны оксиды Со и Mn.
Окисление пара-ксилола проводят в среде уксусной кислоты в реакторе периодического действия в диапазоне температур 150-250°C, диапазоне давлений окислителя (кислород или воздух) 0,5-10,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор, равном 1-10:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия, равном 50-150:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол, равном 50-250:1 (н.у.), в течение 1-5 часов.
Ниже представлены примеры, иллюстрирующие изобретение, но не ограничивающие его.
Пример 1
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 70,0, алюмосиликатных нанотрубок - 30,0 и оксид кобальта, нанесенный на носитель в количестве 15,0% от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 200°C, давлении воздуха 1,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 1:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 50:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 250:1 (н.у.). Время реакции 3 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 78,5%, селективность по терефталевой кислоте - 5,6%. Результаты приведенного опыта и опытов, описанных в последующих примерах, приведены в таблице.
Пример 2
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 60,0, алюмосиликатных нанотрубок - 40,0 и оксид марганца, нанесенный на носитель в количестве 0,5% от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 150°C, давлении воздуха 5,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 6:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 120:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 180:1 (н.у.). Время реакции 4 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 61,3%, селективность по терефталевой кислоте - 4,6%.
Пример 3
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 30,0, алюмосиликатных нанотрубок - 70,0 и оксиды железа и марганца, нанесенные на носитель в количестве 2,6 и 1,3%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 150°C, давлении кислорода 0,5 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 10:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 150:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 50:1 (н.у.). Время реакции 1 час. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 81,4%, селективность по терефталевой кислоте - 15,8%.
Пример 4
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 60,0, алюмосиликатных нанотрубок - 40,0 и оксиды меди и палладия, нанесенные на носитель в количестве 8,7 и 6,1%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 180°C, давлении кислорода 1,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 2:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 60:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 70:1 (н.у.). Время реакции 2 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 54,2%, селективность по терефталевой кислоте - 19,1%.
Пример 5
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 20,0, алюмосиликатных нанотрубок - 80,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 14,5 и 0,5%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 180°C, давлении кислорода 2,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 4:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 130:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 190:1 (н.у.). Время реакции 3 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 87,2%, селективность по терефталевой кислоте - 82,9%.
Пример 6
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 60,0, алюмосиликатных нанотрубок - 40,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 8,8 и 0,8%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 200°C, давлении кислорода 2,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 3:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 100:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 200:1 (н.у.). Время реакции 3 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 98,7%, селективность по терефталевой кислоте - 86,2%.
Пример 7
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 60,0, алюмосиликатных нанотрубок - 40,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 6,9 и 0,8%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 250°C, давлении воздуха 10,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 3:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 100:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 200:1 (н.у.). Время реакции 3 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 100%, селективность по терефталевой кислоте - 97,6%.
Пример 8
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 60,0, алюмосиликатных нанотрубок - 40,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 8,4 и 1,5%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 200°C, давлении кислорода 2,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 3:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 100:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 200:1 (н.у.). Время реакции 5 часов. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 99,9%, селективность по терефталевой кислоте - 88,2%.
Пример 9
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 60,0, алюмосиликатных нанотрубок - 40,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 8,0 и 1,8%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 200°C, давлении воздуха 8,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 3:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 100:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 200:1 (н.у.). Время реакции 1 час. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 99,0%, селективность по терефталевой кислоте - 94,7%.
Пример 10
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 50,0, алюмосиликатных нанотрубок - 50,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 10,3 и 0,6%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 230°C, давлении воздух 9,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 4:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 110:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 210:1 (н.у.). Время реакции 5 часов. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 98,6%, селективность по терефталевой кислоте - 82,3%.
Пример 11
Используют катализатор, содержащий, % масс.: носитель, состоящий из упорядоченного мезопористого оксида кремния типа МСМ-41 - 30,0, алюмосиликатных нанотрубок - 70,0 и оксиды кобальта и марганца, нанесенные на носитель в количестве 11,4 и 0,5%, соответственно, от массы катализатора. При этом указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Окисление проводят при температуре 250°C, давлении кислорода 3,0 МПа, массовом соотношении субстрат/катализатор 3:1, мольном соотношении пара-ксилол/бромид калия 90:1, объемном соотношении окислитель/пара-ксилол 220:1 (н.у.). Время реакции 3 часа. При этом получают следующие результаты: конверсия пара-ксилола составляет 99,8%, селективность по терефталевой кислоте - 87,4%.
Из представленных данных следует, что используемый в приведенных примерах катализатор проявляет высокую активность в реакции окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты.
Так, конверсия пара-ксилола составляет 54,2-100%, что примерно на 44-90% выше, чем при использовании известного катализатора; содержание в продукте окисления терефталевой кислоты - 4,6-97,6%, что на 1,5-94,5% выше, чем при использовании известного катализатора.
Использование описываемого катализатора, содержащего компоненты в иных концентрациях, входящих в заявленный интервал, приводит к аналогичным результатам. Использование компонентов в количествах, выходящих за данный интервал, не приводит к желаемым результатам.
Claims (3)
- Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты, состоящий из носителя, содержащего, % масс.:
-
упорядоченный мезопористый оксид кремния типа МСМ-41 20,0-70,0 алюмосиликатные нанотрубки 30,0-80,0 - и оксида металла, выбранного из ряда, включающего Mn, Со, Fe, Cu, Pd или их смесь, нанесенного на носитель в количестве 0,5-15,0% от массы катализатора, причем указанный носитель представляет собой единый структурированный композитный материал.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136911A RU2722302C1 (ru) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136911A RU2722302C1 (ru) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2722302C1 true RU2722302C1 (ru) | 2020-05-28 |
Family
ID=71067884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019136911A RU2722302C1 (ru) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2722302C1 (ru) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676704C1 (ru) * | 2018-06-28 | 2019-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Катализатор для изомеризации ароматических углеводородов с-8 |
-
2019
- 2019-11-18 RU RU2019136911A patent/RU2722302C1/ru active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676704C1 (ru) * | 2018-06-28 | 2019-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Катализатор для изомеризации ароматических углеводородов с-8 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ying Li et al. "One-step synthesis of 2,5-dihydroxyterephthalic acid by the oxidation of p-xylene over M-MCM-41 (M=Fe, Fe/Cu, Cu) catalysts" Chemical Engineering Journal, 2016, p. 1-37. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hoelderich | Environmentally benign manufacturing of fine and intermediate chemicals | |
| JP6021905B2 (ja) | Ｃ１〜ｃ８アルコールを用いた芳香族炭化水素のアルキル化のための方法 | |
| JP5979140B2 (ja) | ３，３’，４，４’−テトラアルキルシクロヘキシルベンゼン及びその製造方法 | |
| JP3755955B2 (ja) | 低級炭化水素の芳香族化触媒及び該触媒を用いた芳香族化合物の製造方法 | |
| JP3745885B2 (ja) | メタンを原料とする芳香族化合物の製造方法 | |
| US20090234145A1 (en) | Method and catalysts for the epoxidation of olefinic compounds in the presence of oxygen | |
| JP2772046B2 (ja) | 化学プロセスおよび触媒 | |
| US5756802A (en) | Ammoxidation process for producing acetonitrile | |
| CN101421208B (zh) | 丙烯的制造方法 | |
| US5959124A (en) | Method of preparing maleic anhydride by vapor phase oxidation of hydrocarbon | |
| US4316856A (en) | Molybdenum-promoted antimony phosphate oxide complex catalysts also containing at least one of bismuth and tellurium | |
| KR20070004700A (ko) | 선택적 제올라이트 촉매 변형 | |
| JP4861190B2 (ja) | 芳香族炭化水素類の酸化における活性剤としてのアントラセン及び他の多環式芳香族化合物 | |
| JP2002537085A (ja) | エタンから酢酸への酸化用触媒 | |
| RU2722302C1 (ru) | Гетерогенный катализатор окисления пара-ксилола до терефталевой кислоты | |
| CN1333200A (zh) | 选择性氧化二甲苯成甲基苯甲醛、甲基苯甲醇和甲基苯甲酸的方法 | |
| JP3961834B2 (ja) | 低級オレフィンの不飽和アルデヒドへの酸化のための触媒、その製造方法および使用方法 | |
| JP5296549B2 (ja) | アルキル化芳香族化合物の製造方法およびフェノールの製造方法 | |
| US4208352A (en) | Oxidation process for alkylaromatics | |
| JP4331433B2 (ja) | 不飽和アルデヒドを酸化してカルボン酸を生成するための触媒、その製造方法および使用方法 | |
| US5306858A (en) | Oxidizing paraffin hydrocarbons | |
| EP0105591B1 (en) | Catalytic conversion of methanol into light olefins | |
| RU2790246C1 (ru) | Катализатор и способ получения высших 2-кетонов С5-С10 | |
| WO2019185730A1 (en) | Catalytic synthesis of biarylic compounds | |
| JP2007277216A (ja) | 脱アルミニウム処理したゼオライトベータ触媒を用いる１，５−ジメチルテトラリンの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201005 Effective date: 20201005 |