SE463807B - Katalysatorsystem, foerfarande foer dess framstaellning samt anvaendning av detsamma vid selektiv alkylering av toluen med propen - Google Patents

Description

463 807 2 Martens et al. (Scientific bases for the prepa- ration of heterogeneous catalysts, 4th Internat. Symp., Belgium, 1986, F3.l-3.11, och Preparation and catalytic properties of ionic sodium clusters in zeolites, Nature, 315, (1985), sid 568-570) har antytt att en natrium- azid (NaN3) bryts ned vid 350-400°C till tre olika modi- fikationer, nämligen metalliskt natrium (Nag), kristal- lina metallanhopningar (Naç) och joniska anhopningar (Naå+). När NaN3 på detta sätt termiskt dispergerades på ytan av en zeolit, erhölls sålunda en basisk kataly- sator som var lämplig för användning vid isomerisering av cis-2-buten. Av aziden och bärarämnet framställdes antingen en mekanisk blandning eller metanolsuspension, från vilken aziden i en tubreaktor bröts ned till natrium på bärarens yta. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att utnyttja en nedbrytningsreakion, såsom beskrivits ovan, för fram- ställning av en katalysator för användning vid en toluen- alkyleringsreaktion.

Katalysatorsystemet enligt uppfinningen känneteck- nas sålunda av att den innehåller metalliskt natrium, som har brutits ned termiskt från en natriuminnehållande förening på ytan av fast KZCO3 Nedbrytningen av natriumazid och av NaN3/K2CO3- -blandningen studerades till en början gravimetriskt (resultaten från termoanalysen visas i fig 1). De grafiskt framställda kurvorna visar att natriumazid i rent till- stånd bryts ned explosivt vid 400°C. Blandningen med K CO 2 3 äger rum vid en något högre temperatur. Nedbrytning gör nedbrytningen mindre våldsam och gör att den till kvävgas och metalliskt natrium sker enligt ekvation l: zNan3ï-æ 2Na+3N2 (1) Eftersom katalysatorn kan framställas på plats i reaktorn, undviks besvärliga katalysatoröverflyttningar, och risken för deaktivering av den för luft och fukt känsliga alkalimetallkatalysatorn minskar. Det är också 10 15 20 25 30 463 807 3 en fördel att inga lättantändliga, i luft oxiderbara alkalimetaller behöver hanteras.

På det ovan beskrivna sättet framställdes en alka- limetallkatalysator, där NaN3 bröts ned termiskt för avsättning på ytan av fast kaliumkarbonat (KZCO3). Dess- utom framställdes en alkalimetallkatalysator, på vilken NaO2 bröts ned termiskt för avsättning på ytan av fast KZCO3.

Den på så sätt framställda katalysatorns egenskaper provades genom alkylering av toluens sidokedja med propen, och de erhållna resultaten jämfördes med motsvarande resultat som erhållits vid användning av en s k basisk katalysator. I den basiska katalysatorn hade metalliskt natrium dispergerats på ytan av kaliumkarbonat vid hög temperatur i kväveatmosfär.

Framställning av katalysatorerna A. Azidkatalysatorer Tre katalysatorer framställdes genom användning av olika azidhalter i NaN3/KZCO3-blandningarna. Katalysa- torerna ATS 4 och ATS 5 framställdes i en tubreaktor.

NaN3/KZCO3-blandningen sattes i form av en mekanisk blandning eller i form av en metanolsuspension till en tubreaktor, genom vilken ett N2-flöde kunde ledas eller vakuum bildas. Reaktorn upphettades i en rörugn, och reaktorns innertemperatur mättes. Nedbrytningen av NaN3 observerades genom ökad gasbildning. Nedbrytningen ägde rum med de olika katalysatorerna i temperaturområdet 350-420°C.

Katalysatorn ATS 6 framställdes i en med omröring försedd satsreaktor av volymer 2 liter. I tabell 1 visas en sammanfattning av betingelserna vid vilka katalysa- torerna framställdes, av mängderna utgångsmaterial och av tillverkningsförfarandena. 463 807 10 15 20 25 30 35 4 Tabell 1. Sammanfattning av azidkatalysatorframställning kataly- NaN3, KZCO , Na 3, Na, nedryt- tillverk- Suspensflon/ sator g g % % ningstenp, ningsför- mek.blandning C° fannfle ATS 4 10,2 40,8 20,0 8,1 360 tubreaktor suspensio ATS 5 14,3 21,5 40,0 19,1 390 tubreaktor suspensi ATS 6 68,0 176,0 28,0 12,0 420 satsreaktor mek.b1and- mng B. Na2O/KZCO3-katalysator Katalysatorn av Na2O och KZCO3 framställdes genom tillsättning av en Na2O/KZCO3-blandning i kväveatmosfär i en Parr-autoklav av volymen 1 liter. Blandningen upp- hettades till 270°C. 6 g Na20 och 225 g K2C03 vilket gav en Na-halt i blandningen av 16%, beräknad användes, med avseende på ren natrium.

Provning av katalysatorerna.

Katalysatorernas effektivitet beträffande alkyle- ring av sidokedjan i toluen provades i satsvisa försök.

En Parr-autoklav av volymen 1 liter och med en blandare användes såsom provningsapparat. Provningsbetingelserna valdes enligt följande. För azidkatalysatorer var reak- tionstemperaturen 170°C, reaktionstiden 20 h, katalysator- mängden ca 20,0 g och molförhållandet mellan toluen och propen ca l, och för oxidkatalysatorer var reaktions- temperaturen 175°C, reaktionstiden 23 h, katalysator- mängden 28,5 g och molförhållandet 0,7. Produkten ana- lyserades med hjälp av gaskromatografi. Resultaten av försöken visas i tabell A.

Resultaten jämfördes med provningar som genomförts , vid samma betingelser med den s k basiska katalysatorn.

I den basiska katalysatorn hade metalliskt natrium dis- , pergerats på fast kaliumkarbonat.

Tabell A visar att omsättningen av utgångsmaterialen till produkter var bäst vid försöket som gjorts med kata- lysator ATS 5. Natriumhalten i katalysatorn var 15 vikt% 10 15 463 807 5 under förutsättning att all använd azid bröts ned. Kata- lysatorernas aktiviteter med avseende på isobutylbensen är nästan samma som för azidkatalysatorerna och den basiska katalysatorn, vilket visar att azidkatalysatorerna är väl användbara till selektiv alkylering av toluen.

Med användning av azidkatalysatorerna blir andelen 4- -metyl-1-penten i produktblandningen avsevärt mindre än med användning av den basiska katalysatorn, medan andelen av andra hexener ökar på motsvarande sätt.

Sålunda visar de erhållna resultaten att genom termisk nedbrytning av natriumazid eller natriumoxid på fast kaliumkarbonat, erhålls en katalysator som selek- tivt katalyserar alkyleringen av toluens sidokedja med propen. Den vid reaktionen erhållna huvudprodukten är isobutylbensen. Dessutom innehåller produkten N-butyl- bensen och, såsom propendimeriseringsprodukter, hexener, vilka är olika metylpentenisomerer och rakkedjiga hexener. 463 807 %| oH_o mH_o æm.H mN.o Hm.o ßw.m oN.o æm.o oß.m mo.o Hw~o Hw.w mo.o HN.o mfl.N mfläw mmlfl QNH BHBH>HBM< mN~m mN.m NN.ß Hw~m ww.ß w cwmcwn |Hæ#5n|G |Hæu5nowH »ma m\mv wm.mw wm.mß mß.oß wm_o> vw.mß w QÜMCÜQ .HÜGÜNQE >o.« om.« o@.m mw.m Hm.> «w.m ww.@ o«.H @>.« m~.m w w mnønæ mfizw mmamaH>Hsmmqmw Gwuflwmnfilfiæuwšlw H mfiâv flwwcwnfiæuflâlø H mmlfl GmmGwQH>uSQ0mH H mmH «H_@H ww_q~ mou~m\o~mz -.w~ -_H« Ho@mw>Hmpmx xmfiwmm >o_mm ~m_wm w maa m~_mm «~.«m m maa NH.ßH mm.Hm wlmëm æ w Qwflfioa øwmonm wZHZBBMm2O mOB nmuouæmæfimumx mxwfio >m mcflcUcw>cø wfi> swfifimsuw mcflcflmwummuxøwonm .< Hflwnmfi

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 463 807 PATENTKRAV

1. Katalysatorsystem för selektiv alkylering av toluen med propen, vilket katalysatorsystem innehåller metalliskt natrium som har brutits ned termiskt från en natriuminnehållande förening på ytan av fast KZCO3, k ä n n e t e c k n a t därav, att den natriuminne- hållande föreningen har valts från gruppen natriumazid (NaN3) och natriumoxid (Na20).

2. Förfarande för framställning av ett katalysator- system enligt patentkravet l, i vilket förfarande föreningen som innehåller natrium bryts ned termiskt på ytan av fast KZCO3, k ä n n e t e c k n a t därav, att man som natriuminnehållande förening använder en förening som har valts från gruppen natriumazid (NaN3) och natriumoxid (Na20).

3. Förfarande för selektiv alkylering av toluen med propen i närvaro av ett katalysatorsystem, i vilket förfarande katalysatorsystemet bildas av en förening som innehåller natrium, som brutits ned termiskt på ytan av fast KZCO3, k ä n n e t e c k n a t därav, att man som natriuminnehållande förening använder en förening som har valts från gruppen natriumazid (NaN3) och natriumoxid (Na20).