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JPH11253809A - Ga-beta zeolite catalyst for alkylation of aromatic compound - Google Patents

Ga-beta zeolite catalyst for alkylation of aromatic compound

Info

Publication number
JPH11253809A
JPH11253809A JP10059675A JP5967598A JPH11253809A JP H11253809 A JPH11253809 A JP H11253809A JP 10059675 A JP10059675 A JP 10059675A JP 5967598 A JP5967598 A JP 5967598A JP H11253809 A JPH11253809 A JP H11253809A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zeolite
catalyst
ion
present
alkylation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10059675A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eizaburo Ueno
英三郎 上野
Hiroshi Ishida
浩 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP10059675A priority Critical patent/JPH11253809A/en
Publication of JPH11253809A publication Critical patent/JPH11253809A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To develop higher activity while maintaining high deterioration resistance and selectivity by making Ga present outside the crystal lattice of a zeolite to be used for alkylation of aromatic compds. SOLUTION: The Ga atoms do not form the zeolite crystalline lattice but are present outside the zeolite crystalline lattice. namely, in the pores and on the surface of the structure. The state of Ga is not limited, and for example, may be in a metal, compd. and ion state. Ga is preferably present as an ion considering that Ga is hardly detached from the zeolite. The kinds and valences of the ion are not limited, and for example, various states such as Ga(OH)2 <+> , GaO<+> , Ga<3+> , Ga(OH)<2+> may be used. Further, Ga is preferably present in a small radius state so as not to inhibit diffusion in the zeolite pores. The amt. of Ga present outside the zeolite crystal lattice is preferably >=0.05 mmol per the unit dry weight of the zeolite.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種ポリマー原料
として有用なアルキルベンゼンを製造する為、芳香族炭
化水素をアルキル化する反応に利用される触媒に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalyst used for a reaction for alkylating an aromatic hydrocarbon in order to produce an alkylbenzene useful as a raw material for various polymers.

【0002】[0002]

【従来の技術】芳香族炭化水素のアルキル化は、工業的
方法では、塩化アルミニウム、三フッ化硼素などのフリ
ーデルクラフト型触媒を用いていた。しかしながら、こ
れらの物質は、腐食性が高い上に、廃棄に際しても環境
的に問題が存在した。フリーデルクラフト触媒に代わる
非腐食性固体触媒の研究の結果、種々のゼオライト触媒
が提案されてきた。
2. Description of the Prior Art In industrial processes, alkylation of aromatic hydrocarbons has been carried out using Friedel-craft type catalysts such as aluminum chloride and boron trifluoride. However, these materials are highly corrosive and have environmental problems when disposed. As a result of research on non-corrosive solid catalysts replacing Friedel-Crafts catalysts, various zeolite catalysts have been proposed.

【0003】米国特許第3,641,177号明細書に
は、ベンゼンとオレフィンのアルキル化反応の触媒とし
て、蒸気により安定化したH−Y又は希土類で一部交換
したH−Yゼオライトが示されている。米国特許第3,
751,504号及び第3,751,506号明細書に
は、気相における、芳香族炭化水素のアルキル化、及び
トランスアルキル化反応の触媒として、ZSM−5ゼオ
ライトが示されている。
US Pat. No. 3,641,177 discloses steam-stabilized HY zeolites or HY zeolites partially exchanged with rare earths as catalysts for the alkylation reaction of benzene with olefins. ing. U.S. Patent No. 3,
751,504 and 3,751,506 show ZSM-5 zeolite as a catalyst for the alkylation and transalkylation reactions of aromatic hydrocarbons in the gas phase.

【0004】米国特許第5,334,795号明細書に
は、ベンゼンとエチレンによるアルキル化反応によりエ
チルベンゼンを製造するための触媒として、MCM−2
2が記載されている。特開平3−181424号公報に
は、液相における、芳香族炭化水素とオレフィンのアル
キル化反応、及び芳香族炭化水素のトランスアルキル化
反応の触媒として、βゼオライトが示されている。ここ
において、βゼオライトは、他のゼオライト触媒と比較
して、長時間に亘り高収率でモノアルキル化生成物を与
える特徴を有することが記載されている。
[0004] US Pat. No. 5,334,795 discloses MCM-2 as a catalyst for producing ethylbenzene by an alkylation reaction with benzene and ethylene.
No. 2 is described. JP-A-3-181424 discloses β zeolite as a catalyst for an alkylation reaction of an aromatic hydrocarbon with an olefin and a transalkylation reaction of an aromatic hydrocarbon in a liquid phase. Here, it is described that β zeolite has a feature of providing a monoalkylated product in a high yield over a long period of time as compared with other zeolite catalysts.

【0005】芳香族炭化水素のアルキル化反応の触媒と
して、βゼオライトは、他のゼオライト触媒と比較して
高活性、高選択性であり、耐劣化性を有する触媒であ
る。しかし、高い耐劣化性及び選択性を維持しつつ、好
ましくは更に高い耐劣化性や選択性を発揮し、さらに触
媒の活性を向上させる事が出来れば、プラントで使用す
る触媒量を少なくする事が可能であり、その結果、設備
をよりコンパクトできる等のメリットが存在する。ま
た、触媒の再生又は交換の周期を長くして、生産性を向
上させる事も可能となる。
[0005] As a catalyst for the alkylation reaction of aromatic hydrocarbons, β zeolite is a catalyst having higher activity, higher selectivity and degradation resistance than other zeolite catalysts. However, if high degradation resistance and selectivity can be exhibited while maintaining high degradation resistance and selectivity, and the activity of the catalyst can be further improved, the amount of catalyst used in the plant should be reduced. Therefore, there is an advantage that the equipment can be made more compact. In addition, it is possible to increase the cycle of regeneration or replacement of the catalyst to improve the productivity.

【0006】欧州特許出願第507,761号明細書に
は、芳香族のアルキル化反応触媒として、Laでイオン
交換したβゼオライトが記載されている。また、特開平
7−53415号公報には、ベンゼンとプロピレンから
クメンを製造する触媒として、アルカリ金属、アルカリ
土類金属又はNiをイオン交換することにより変性した
βゼオライトが記載されている。しかし、これらの触媒
は、選択率の向上を目的に開発されており、特にアルカ
リ金属でイオン交換を行った場合、顕著な活性低下が予
想される。
[0006] EP-A-507,761 describes β zeolite ion-exchanged with La as an aromatic alkylation catalyst. JP-A-7-53415 describes a β zeolite modified by ion exchange of an alkali metal, an alkaline earth metal or Ni as a catalyst for producing cumene from benzene and propylene. However, these catalysts have been developed for the purpose of improving the selectivity, and a remarkable decrease in activity is expected especially when ion exchange is performed with an alkali metal.

【0007】特開平3−181424号公報には、液相
でのアルキル化反応及びトランスアルキル化反応の触媒
としてβゼオライトを用いている。ここにおいて、周期
律表第IA族、第IIA族、第IIIA族又は遷移金属
によるイオン交換が示されており、陽イオン点の少なく
ても80%が水素イオン及び/又は希土類金属で占めら
れている事が好ましいとしている。
JP-A-3-181424 uses β zeolite as a catalyst for an alkylation reaction and a transalkylation reaction in a liquid phase. Here, ion exchange by groups IA, IIA, IIIA or transition metals of the periodic table is shown, with at least 80% of the cation points being occupied by hydrogen ions and / or rare earth metals. Is preferred.

【0008】また、特開平8−103658号公報に
は、芳香族化合物のアルキル化またはアルキル交換反応
に用いる触媒として、アルカリ金属及び/又はアルカリ
土類金属をイオン交換法で導入することにより改質した
βゼオライトが記載されている。アルカリ金属等でイオ
ン交換した場合、耐劣化性の向上は期待できるが、合わ
せて顕著な活性低下が予想される。
JP-A-8-103658 discloses that an alkali metal and / or alkaline earth metal is introduced by an ion exchange method as a catalyst used in the alkylation or transalkylation reaction of an aromatic compound. Described β zeolite. When ion exchange is performed with an alkali metal or the like, improvement in deterioration resistance can be expected, but a marked decrease in activity is also expected.

【0009】以上のごとく、従来、βゼオライト触媒に
は、本来βゼオライトが持つ高い耐劣化性、選択性を維
持しつつ、更に高い活性を発揮させる技術は存在しなか
った。
As described above, there has hitherto not been any technique for β-zeolite catalysts to exhibit higher activity while maintaining the high degradation resistance and selectivity inherent to β-zeolite.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、芳香族炭化
水素のアルキル化反応において、他のゼオライトと比較
して、高活性、高選択性である、βゼオライト本来の特
性を損なう事なく、より優れた活性を発揮するGa−β
ゼオライト触媒を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a β-zeolite which has high activity and high selectivity as compared with other zeolites in the alkylation reaction of aromatic hydrocarbons, without impairing the intrinsic properties of β-zeolite. Ga-β exerts better activity
It is an object to provide a zeolite catalyst.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討を重ねた結果、本来βゼオラ
イトが持つ高い耐劣化性及び選択性を維持しつつ、高い
活性を発揮する、Gaをゼオライト結晶格子外に持つ、
Ga−βゼオライト触媒を見出し、本発明を完成するに
至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have exerted high activity while maintaining the high deterioration resistance and selectivity inherent in β zeolite. Have Ga outside the zeolite crystal lattice,
The inventors have found a Ga-β zeolite catalyst and have completed the present invention.

【0012】即ち、本発明は下記の通りである。 1)芳香族のアルキル化に用いられる、ゼオライトの結
晶格子外にGaを有するβゼオライト触媒。 2)Gaが、イオンの状態で存在することを特徴とする
上記1に記載のβゼオライト触媒。
That is, the present invention is as follows. 1) β zeolite catalyst having Ga outside the crystal lattice of zeolite, which is used for alkylation of aromatics. 2) The β zeolite catalyst as described in 1 above, wherein Ga exists in an ion state.

【0013】3)Gaが、ゼオライト乾燥重量当たり
0.05mmol以上存在することを特徴とする上記1
または2に記載のβゼオライト触媒。 以下、本発明につき詳述する。本発明で言う活性とは、
同一の条件で芳香族炭化水素のアルキル化反応を行った
時のオレフィンの転化率であり、選択性とは、生成物中
におけるモノアルキル化物の割合である。
(3) The above (1), wherein Ga is present in an amount of 0.05 mmol or more per zeolite dry weight.
Or the β zeolite catalyst according to 2. Hereinafter, the present invention will be described in detail. The activity referred to in the present invention is
The conversion of olefin when the alkylation reaction of the aromatic hydrocarbon is performed under the same conditions, and the selectivity is the ratio of the monoalkylated product in the product.

【0014】ゼオライトとは、珪酸塩の縮合酸の構造を
とり、Siを中心にしたSiO4四面体と、SiをAl
に置換したAlO4四面体を基本構造に、そのOを2つ
の四面体で共有した結晶構造を形成している。βゼオラ
イトの場合、これらの基本構造が12個連結して形成さ
れる空洞(細孔)を有する格子構造を有している。本発
明で言うゼオライト結晶格子とは、上記の空洞(細孔)
を有する格子構造を指す。また、4価であるSiを3価
であるAlで置換した構造であるため、該結晶構造には
格子内Al量に対応するアニオン部位が存在し、該アニ
オン部位に陽イオンが作用して、ゼオライト全体として
は電気的中性が保たれている。
Zeolite has a structure of a condensed acid of silicate, and is composed of SiO 4 tetrahedron centered on Si and Si
A substituted AlO 4 tetrahedra the basic structure, forming a crystal structure sharing the O 2 single tetrahedral have to. β zeolite has a lattice structure having cavities (pores) formed by connecting 12 of these basic structures. The zeolite crystal lattice referred to in the present invention is the above-mentioned cavity (pore)
Refers to a lattice structure having In addition, since the tetravalent Si is substituted with trivalent Al, the crystal structure has an anion site corresponding to the amount of Al in the lattice, and a cation acts on the anion site, The zeolite as a whole is electrically neutral.

【0015】本発明において、Gaは、ゼオライト結晶
格子を形成せず、ゼオライト結晶格子の外、即ち、上記
細孔内及び構造体表面に存在している。特に、Gaがイ
オンとして存在している場合、該イオンは、上記ゼオラ
イト結晶格子のアニオン部位と結合して存在している。
本発明において、Gaの存在量は、蛍光X線(2θ=3
8.920、1次フィルター:F−Ni、ターゲット:
Rh、管電圧:50kV、管電流:50mA、分光結
晶:LiF、検出:SC)により求めた含有量を元に計
算される。尚、該値は、ゼオライト乾燥重量当たりの値
であり、TGAで求めた、300℃迄昇温を行った時の
重量減少率を水分率として、その値を元に換算して求め
られる。
In the present invention, Ga does not form a zeolite crystal lattice but exists outside the zeolite crystal lattice, that is, in the pores and on the surface of the structure. In particular, when Ga is present as an ion, the ion is present in combination with the anion site of the zeolite crystal lattice.
In the present invention, the abundance of Ga is determined by the fluorescent X-ray (2θ = 3
8.920 Primary filter: F-Ni, target:
Rh, tube voltage: 50 kV, tube current: 50 mA, spectral crystal: LiF, detection: SC). This value is a value per zeolite dry weight, and is obtained by converting the weight reduction rate when the temperature is raised to 300 ° C., determined by TGA, as the moisture content and converting the value to the original value.

【0016】Gaが反応活性因子となった場合、Bro
nsted酸であるプロトンに比較して、酸強度の弱い
Lewis酸として作用することが考えられる。よっ
て、ゼオライト結晶格子外にGaを導入することによ
り、触媒の耐劣化性を損なうことなく、更には、より高
い耐劣化性を付与して、触媒の活性を向上させることが
できると考えられる。
When Ga becomes a reaction activating factor, Bro
It is considered that it acts as Lewis acid having a weak acid strength as compared with the proton which is an nsted acid. Therefore, it is considered that by introducing Ga outside the zeolite crystal lattice, the activity of the catalyst can be improved without impairing the deterioration resistance of the catalyst and further imparting higher deterioration resistance.

【0017】ゼオライト結晶格子外に存在するGaの量
は、ゼオライトの乾燥重量当たり0.05mmol以上
が好ましく、更に好ましくは0.15mmol以上であ
る。Gaの量がゼオライトの重量当たり0.05mmo
l未満の場合、ゼオライトのSiO2 /Al2 3 によ
っては、十分な触媒活性が得られない場合がある。ま
た、Ga量の上限としては、Gaが全てイオンとして存
在する場合は、ゼオライト結晶格子のアニオン部位の量
と等しくなる。それ以外の場合では、Gaの状態、その
分布の仕方などにより異なるが、導入したGaが、ゼオ
ライトの細孔への物質の出入りや、細孔内での物質の移
動を阻害することにより、触媒の活性を低下させない最
大値である。
The amount of Ga existing outside the zeolite crystal lattice is preferably at least 0.05 mmol, more preferably at least 0.15 mmol, based on the dry weight of the zeolite. The amount of Ga is 0.05 mmo per weight of zeolite.
If it is less than 1, sufficient catalytic activity may not be obtained depending on the SiO 2 / Al 2 O 3 of the zeolite. Further, the upper limit of the amount of Ga is equal to the amount of anion sites in the zeolite crystal lattice when Ga is present as ions. In other cases, it depends on the state of Ga, its distribution, etc., but the introduced Ga inhibits the movement of substances into and out of the pores of the zeolite and the movement of the substance in the pores, resulting in a catalyst. Is the maximum value that does not decrease the activity of

【0018】本発明に於いて、Gaの状態は特に限定さ
れるものではなく、例えば、金属、化合物、及びイオン
の形をとり得る。ゼオライトから脱離し難いという観点
では、Gaがイオンの状態で存在する方が好ましい。該
イオンの種類及びその価数は、特に限定されるものでは
ないが、例えば、Ga(OH)2 + 、GaO+ 、G
3+、Ga(OH)2+の様な種々の状態をとり得る。ま
た、ゼオライト細孔内の拡散をより阻害しないという観
点では、半径の小さな状態がより好ましい。
In the present invention, the state of Ga is not particularly limited.
, For example, metals, compounds, and ions
In the form of Difficulty of desorption from zeolite
In this case, Ga is preferably present in an ion state. The
The type of ion and its valence are not particularly limited.
No, for example, Ga (OH)Two +, GaO+, G
a 3+, Ga (OH)2+Various states such as can be taken. Ma
In addition, it was observed that diffusion in zeolite pores was not hindered more.
In terms of point, a state having a small radius is more preferable.

【0019】βゼオライトは、米国特許第3,308,
069号明細書に最初に記載された公知の合成結晶性ア
ルミノ珪酸塩であり、以下の組成を有する。 [(x/n)M(1±0.1−x)TEA]AlO2
ySiO2 ・wH2 O (式中、x<1未満、5<y<100、Mは金属陽イオ
ン、nはMの価数、wは脱水条件及び金属陽イオンの種
類により4までの値、TEAはテトラエチルアンモニウ
ムを表す) 尚、本発明でいうβゼオライトは、上記組成のものの他
に、有機アンモニウム塩をか焼などにより、取り除いた
ものを含む。このゼオライトの製法及び性質について
は、上記米国特許の明細書に記載されている。合成され
たβゼオライトは、米国特許第3,308,069号に
記載されたX線回折のd値により同定される。上記βゼ
オライトにおいて、Mは、Naイオン等の合成からの金
属陽イオンであるが、陽イオン交換を行い、種々の金属
イオンを導入することができる。
Β zeolite is disclosed in US Pat. No. 3,308,
No. 069 is a known synthetic crystalline aluminosilicate first described in the specification and has the following composition: [(X / n) M (1 ± 0.1-x) TEA] AlO 2.
ySiO 2 · wH 2 O (where x <1 and 5 <y <100, M is a metal cation, n is the valence of M, w is a value up to 4 depending on dehydration conditions and the type of metal cation, (TEA stands for tetraethylammonium.) In addition, the β zeolite in the present invention includes, in addition to those having the above composition, those obtained by removing organic ammonium salts by calcination or the like. The preparation and properties of this zeolite are described in the specification of the aforementioned U.S. Patent. The synthesized β zeolite is identified by an X-ray diffraction d value described in US Pat. No. 3,308,069. In the above-mentioned β zeolite, M is a metal cation from the synthesis of Na ion or the like, but various metal ions can be introduced by performing cation exchange.

【0020】本発明のGa−βゼオライト触媒は、上記
のβゼオライト触媒の結晶格子外にGaを導入する事に
より得られる。その方法は、特に限定されるものではな
いが、その例としては、Ga金属またはGa化合物をゼ
オライトに担持させる方法、Gaイオンでイオン交換す
る方法がある。Ga化合物をゼオライトに担持する方法
は、特に限定されるものでなく、例えば、Ga2 3
ようなGa化合物を分散した液で、βゼオライトを処理
し、濾過、乾燥する方法、Ga化合物を溶解した溶液で
処理し、溶媒を蒸発させた後か焼する方法などがある。
ここにおいて、担持するGa金属及びその化合物は微粒
子であることがより好ましい。
The Ga-β zeolite catalyst of the present invention can be obtained by introducing Ga outside the crystal lattice of the above β zeolite catalyst. The method is not particularly limited, and examples thereof include a method of supporting Ga metal or a Ga compound on zeolite and a method of performing ion exchange with Ga ions. The method for supporting the Ga compound on the zeolite is not particularly limited. For example, a method in which β zeolite is treated with a liquid in which a Ga compound such as Ga 2 O 3 is dispersed, filtered, dried, and the Ga compound is used. There is a method of treating with a dissolved solution, evaporating the solvent and then calcining.
Here, the supported Ga metal and its compound are more preferably fine particles.

【0021】イオン交換によりゼオライトにGaイオン
を導入する方法は、特に限定されるものではなく、その
例としては、Ga塩の水溶液を用いて、合成、か焼後の
βゼオライトを直接イオン交換する方法がある。ここ
で、Ga塩は特に限定されるものでないが、例えば、G
2 (SO4 3 ・18H2 OやGa(NO3 3 ・n
2 Oが用いられる。また、βゼオライトは、他のゼオ
ライトと比較して、熱力学的に結晶格子内のAlが不安
定であり脱離し易いため、SiO2 /Al2 3によっ
ては、Ga塩によるイオン交換中に格子内のAlが脱離
し、一部がAlにイオン交換される場合もある。
The method of introducing Ga ions into the zeolite by ion exchange is not particularly limited. For example, the β-zeolite after synthesis and calcination is directly ion-exchanged using an aqueous solution of a Ga salt. There is a way. Here, the Ga salt is not particularly limited.
a 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O or Ga (NO 3 ) 3 .n
H 2 O is used. In addition, β zeolite is thermodynamically unstable in Al in the crystal lattice and is easily desorbed as compared with other zeolites. Therefore, depending on SiO 2 / Al 2 O 3 , during the ion exchange with the Ga salt, β zeolite depends on In some cases, Al in the lattice is desorbed and a part is ion-exchanged to Al.

【0022】他の金属を、Gaと合わせてゼオライトに
導入する事もできる。その方法は特に限定されるもので
ないが、Gaと同時に、または別処理で、ゼオライトに
担持、またはイオン交換する方法がある。また、一部プ
ロトンにする事もできる。ここに於いて、Ga以外の金
属及びプロトンの量は特に限定されるものでない。特開
平4−187647号公報には、芳香族転化方法及びそ
の触媒が記載されているが、ここで用いるβゼオライト
のNa量をNa2Oとして0.04重量%より少ないも
のと規定している。本発明では、特にNa量を規定する
ものではないが、Naが存在する場合、反応に影響する
ことは明らかであり、より少ない方が好ましい。
Other metals may be introduced into the zeolite together with Ga. Although the method is not particularly limited, there is a method of carrying on zeolite or ion-exchanging simultaneously with Ga or by another treatment. Also, some protons can be used. Here, the amounts of metals and protons other than Ga are not particularly limited. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-187647 describes an aromatic conversion method and a catalyst thereof. However, the amount of Na in the β zeolite used here is specified to be less than 0.04% by weight as Na 2 O. . In the present invention, although the amount of Na is not particularly limited, it is clear that the presence of Na affects the reaction, and the smaller the amount, the more preferable.

【0023】本発明のGa−βゼオライト触媒を芳香族
のアルキル化反応に用いる場合、純粋なゼオライトを触
媒として用いてもよいが、一般的には、ゼオライト粉末
を、アルミナ、シリカ、クレイなどの無機酸化物を、単
独でまたは混合して結合剤として用いる。触媒には、通
常10〜90重量%、好ましくは60〜80重量%のゼ
オライトを含む。触媒は、打錠成型や押し出し成型など
通常行われる方法により、成型して用いることもでき
る。この時、成型体内の物質移動を円滑にするため、結
果として反応活性を低下させないため、表面積を増大さ
せる特別な形状にする事もできる。
When the Ga-β zeolite catalyst of the present invention is used for an aromatic alkylation reaction, a pure zeolite may be used as a catalyst, but generally, zeolite powder is used as a catalyst such as alumina, silica or clay. Inorganic oxides are used alone or in combination as a binder. The catalyst usually contains 10 to 90% by weight, preferably 60 to 80% by weight of zeolite. The catalyst can be molded and used by a commonly used method such as tablet molding or extrusion molding. At this time, in order to facilitate the mass transfer in the molded body and not to decrease the reaction activity as a result, a special shape that increases the surface area can be used.

【0024】本発明のGa−βゼオライト触媒を用いて
アルキル化する事が出来る芳香族炭化水素は、例えば、
ベンゼン、トルエン、キシレンであり、その混合物も含
まれる。最も好ましい芳香族炭化水素は、ベンゼンであ
る。アルキル反応に用いるオレフィンは、炭素数2〜4
のものであり、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブ
テン、及びそれらの混合物、メタン、エタン、水素など
を含有するダイリュートエチレンである。最も好ましい
オレフィンは、エチレン及びダイリュートエチレンであ
る。通常、原料の影響で触媒活性が低下する事を防ぐた
め、これら供給原料中に存在する可能性がある、ジエ
ン、窒素化合物、硫黄化合物、水などを除去して反応に
使用する。アルキル化反応により得られる反応生成物
は、例えば、ベンゼンとエチレンとの反応によるエチル
ベンゼン、ベンゼンとプロピレンによるクメンがある。
The aromatic hydrocarbons that can be alkylated using the Ga-β zeolite catalyst of the present invention include, for example,
Benzene, toluene and xylene, including mixtures thereof. The most preferred aromatic hydrocarbon is benzene. The olefin used for the alkyl reaction has 2 to 4 carbon atoms.
For example, dilute ethylene containing ethylene, propylene, 1-butene, and mixtures thereof, methane, ethane, hydrogen, and the like. Most preferred olefins are ethylene and dilute ethylene. Usually, in order to prevent the catalytic activity from being reduced by the influence of the raw materials, a diene, a nitrogen compound, a sulfur compound, water and the like which may be present in these feed materials are removed and used in the reaction. The reaction products obtained by the alkylation reaction include, for example, ethylbenzene by the reaction of benzene and ethylene, and cumene by benzene and propylene.

【0025】本発明のGa−βゼオライトを触媒として
用いる反応は、気相、液相または気液混合相において行
われる。ここでより好ましいのは、気液混合相及び液相
である。反応を行う方法としては、例えば、バッチで撹
拌器付きオートクレーブを用いる方法、上昇流または下
降流方式で行われる固定床反応器、または流動床反応器
を用いる方法がある。反応条件としては、例えば、温度
が120〜300℃、圧力が10〜50気圧、反応原料
の供給速度が0.1〜200hr-1の範囲から自由に選
択される。
The reaction using the Ga-β zeolite of the present invention as a catalyst is carried out in a gas phase, a liquid phase or a gas-liquid mixed phase. More preferred here are a gas-liquid mixed phase and a liquid phase. Examples of the method for performing the reaction include a method using an autoclave with a stirrer in batch, a method using a fixed-bed reactor performed in an upflow or downflow method, or a method using a fluidized-bed reactor. As the reaction conditions, for example, the temperature is freely selected from the range of 120 to 300 ° C., the pressure is 10 to 50 atm, and the supply rate of the reaction raw material is 0.1 to 200 hr −1 .

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明を説
明する。なお、試料の作成、評価法等は次の通りであ
る。 〔βゼオライトの合成〕以下の方法で、2種類のβゼオ
ライト粉末試料を合成した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to examples. In addition, preparation of a sample, an evaluation method, etc. are as follows. [Synthesis of β zeolite] Two kinds of β zeolite powder samples were synthesized by the following method.

【0027】水酸化テトラエチルアンモニウムの20%
水溶液85g、水酸化ナトリウム4.5gと、所定量の
アルミン酸ナトリウムNaAlO2 を、200gのイオ
ン交換水にゆっくりと添加し、80℃に加熱して溶解す
る。このようにして得られた溶液に、所定量の融合シリ
カ、ニップシール(日本シリカ工業製;NV−3)をゆ
っくりと添加し、更に種結晶としてβゼオライト7gを
添加した後、ホモジナイザーを用いて5000回転で3
0分撹拌した。
20% of tetraethylammonium hydroxide
85 g of an aqueous solution, 4.5 g of sodium hydroxide and a predetermined amount of sodium aluminate NaAlO 2 are slowly added to 200 g of ion-exchanged water, and dissolved by heating to 80 ° C. To the solution thus obtained, a predetermined amount of fused silica, nip seal (Nippon Silica Kogyo; NV-3) is slowly added, and 7 g of β zeolite as a seed crystal is further added. 3 by rotation
Stirred for 0 minutes.

【0028】次に、この混合物を500ミリリットルの
オートクレーブに入れ、撹拌することなしに152℃で
10日間放置すると、大量の結晶性物質が生成した。こ
の物質を濾過、洗浄し、120℃で一昼夜乾燥させるこ
とにより、結晶性の粉末を得た。次に、この粉末を35
0〜550℃迄徐々に昇温し、最終的には550℃で5
時間か焼した。か焼した後の粉末は、X線回折によりβ
ゼオライトであることが同定された。また同粉末の組成
分析は、蛍光X線を用いて決定した。
The mixture was then placed in a 500 milliliter autoclave and left at 152 ° C. for 10 days without stirring, producing a large amount of crystalline material. This material was filtered, washed, and dried at 120 ° C. for 24 hours to obtain a crystalline powder. Next, this powder was added to 35
The temperature is gradually raised to 0 to 550 ° C.
Time calcined. The powder after calcination is converted to β by X-ray diffraction.
It was identified as a zeolite. The composition analysis of the powder was determined using fluorescent X-rays.

【0029】尚、表1に、各々の試料に関して、合成に
使用したアルミン酸ナトリウムと融合シリカの量、及び
蛍光X線により決定されたSiO2 /Al2 3 を示
す。
Table 1 shows the amounts of sodium aluminate and fused silica used in the synthesis and SiO 2 / Al 2 O 3 determined by X-ray fluorescence for each sample.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】〔アルキル化反応の評価方法〕アルキル化
反応の評価は、以下の条件で行った。試料粉末を錠剤成
型器を用いて圧縮成型し、粉砕し、分級して8〜12m
eshの成型触媒を得た。内径20mm、長さ800m
mで、余熱のため300mmの熱媒ジャケットを設けた
ステンレス製反応管を反応器として用いた。尚、反応部
出口に圧力制御弁を備え、圧力制御弁より先に製品液抜
取りバルブを設けた。
[Evaluation method of alkylation reaction] The alkylation reaction was evaluated under the following conditions. The sample powder is compression molded using a tablet molding machine, pulverized, and classified to 8 to 12 m.
The molded catalyst of esh was obtained. Inner diameter 20mm, length 800m
m, a stainless steel reaction tube provided with a 300 mm heat medium jacket for residual heat was used as a reactor. A pressure control valve was provided at the outlet of the reaction section, and a product liquid extracting valve was provided before the pressure control valve.

【0032】この反応器に、成型した触媒を30g充填
した。触媒の充填は、ジャケット部と反応部の境より2
00mmの位置から行い、触媒層の上下には、3mmφ
のステンレス製ディクソンパッキングを充填した。反応
器のジャケット部側入り口より、ベンゼンを供給速度1
5.5mol/hrで供給した。反応器出口の圧力制御
弁を調整して、反応器内を14kg/cm2Gとし、系
内を完全に液封状態とした。その後、余熱ジャケットに
130℃の熱媒を循環し、触媒部の温度を125℃とし
た。
The reactor was charged with 30 g of the molded catalyst. Packing of the catalyst is performed at 2
It is performed from the position of 00 mm, and 3 mmφ above and below the catalyst layer.
Stainless steel Dickson packing. Feed rate of benzene from the jacket side entrance of the reactor is 1
It was supplied at 5.5 mol / hr. The pressure in the reactor was adjusted to 14 kg / cm 2 G by adjusting the pressure control valve at the outlet of the reactor, and the inside of the system was completely sealed. Thereafter, a heating medium of 130 ° C. was circulated through the residual heat jacket, and the temperature of the catalyst section was set to 125 ° C.

【0033】しかる後に、反応器の入り口手前にて、エ
チレンを5.4mol/hrの供給速度でベンゼンに供
給して反応を行った。上記の条件の下、反応器の上下を
入れ替えることにより、上昇流方式及び下降流方式の反
応を行った。回収された製品液の組成は、ガスクロマト
グラフにより分析し、エチルベンゼン選択率とエチレン
転化率をそれぞれ計算した。尚、耐劣化性の指標として
は、エチレン転化率が、触媒層中間部で測定した温度が
最高に達した時点から10%低下するまでの時間で表す
こととする。この時間が長いほど、該触媒の耐劣化性は
高いと判断する。
Thereafter, just before the entrance to the reactor, ethylene was supplied to benzene at a supply rate of 5.4 mol / hr to carry out the reaction. Under the above conditions, the reaction was performed in an upflow mode and a downflow mode by exchanging the top and bottom of the reactor. The composition of the recovered product liquid was analyzed by gas chromatography, and the ethylbenzene selectivity and the ethylene conversion were calculated. In addition, as an index of deterioration resistance, the ethylene conversion is represented by the time from when the temperature measured in the middle part of the catalyst layer reaches the maximum to when it decreases by 10%. It is determined that the longer the time is, the higher the deterioration resistance of the catalyst is.

【0034】[0034]

【実施例1】〔Ga−βゼオライトの調製〕表1に示す
試料1を用い、以下の方法でイオン交換を行った。8g
のGa(NO3 3 ・nH2 O(n=7〜9)を200
ミリリットルのイオン交換水に溶解し、その溶液を60
℃に昇温した。その溶液に、βゼオライトの粉末を50
g入れ、撹拌しながら60℃で3時間イオン交換を行っ
た。交換後、濾過を行い、洗液が中性になるまでイオン
交換水で水洗を行った。しかる後に、120℃で一晩燥
を行い、Ga−βゼオライトを得た。
Example 1 [Preparation of Ga-β zeolite] Using sample 1 shown in Table 1, ion exchange was carried out by the following method. 8g
Of Ga (NO 3 ) 3 .nH 2 O (n = 7 to 9)
Dissolve in milliliters of deionized water and add the solution to 60
The temperature was raised to ° C. To the solution is added 50 powder of β zeolite.
g, and ion-exchanged at 60 ° C. for 3 hours while stirring. After the exchange, the mixture was filtered and washed with ion-exchanged water until the washing liquid became neutral. Thereafter, drying was performed at 120 ° C. overnight to obtain Ga-β zeolite.

【0035】得られたGa−βゼオライトを、上記に示
す方法で評価した結果、Gaの含有量は0.21mmo
l/gであった。 〔アルキル化反応の評価〕ジャケット部が下になるよう
に反応器を設置し、上昇流方式で反応を行った。反応器
に触媒を充填したところ、触媒層は212mmであっ
た。触媒層における最高到達温度は、その中間部で21
1℃であり、その時点におけるエチレン転化率は、7
9.2%であった。また、耐劣化性指標は、15hrで
あった。
As a result of evaluating the obtained Ga-β zeolite by the method described above, the Ga content was found to be 0.21 mmo.
1 / g. [Evaluation of alkylation reaction] A reactor was set up so that the jacket portion was at the bottom, and the reaction was carried out in an upflow manner. When the reactor was filled with the catalyst, the catalyst layer was 212 mm. The highest temperature reached in the catalyst layer is 21
1 ° C., at which point the ethylene conversion was 7
9.2%. The deterioration resistance index was 15 hours.

【0036】[0036]

【実施例2】〔Ga−βゼオライトの調製〕表1に示す
試料2を用い、以下の方法でイオン交換を行った。18
gのGa(NO3 3 ・nH2 O(n=7〜9)を45
0ミリリットルのイオン交換水に溶解し、その溶液を6
0℃に昇温した。その溶液に、βゼオライトの粉末を5
0g入れ、撹拌しながら60℃で3時間イオン交換を行
った。交換後、濾過を行い、洗液が中性になるまでイオ
ン交換水で水洗を行った。しかる後に、120℃で一晩
燥を行い、Ga−βゼオライトを得た。
Example 2 [Preparation of Ga-β zeolite] Using sample 2 shown in Table 1, ion exchange was carried out by the following method. 18
g of Ga (NO 3 ) 3 .nH 2 O (n = 7 to 9)
Dissolve in 0 ml of deionized water, and dissolve the solution in 6 ml.
The temperature was raised to 0 ° C. Add 5 beta zeolite powder to the solution.
0 g was added, and ion exchange was performed at 60 ° C. for 3 hours with stirring. After the exchange, the mixture was filtered and washed with ion-exchanged water until the washing liquid became neutral. Thereafter, drying was performed at 120 ° C. overnight to obtain Ga-β zeolite.

【0037】得られたGa−βゼオライトを、上記に示
す方法で評価した結果、Gaの含有量は0.38mmo
l/gであった。 〔アルキル化反応の評価〕ジャケット部が上になるよう
に反応器を設置し、下降流方式で反応を行った。反応器
に触媒を充填したところ、触媒層は211mmであっ
た。触媒層における最高到達温度は、その中間部で21
8℃であり、その時点におけるエチレン転化率は、8
0.9%であった。また、耐劣化性指標は、14hrで
あった。
The obtained Ga-β zeolite was evaluated by the method described above. As a result, the Ga content was 0.38 mmo.
1 / g. [Evaluation of Alkylation Reaction] The reactor was set up so that the jacket portion was on the top, and the reaction was carried out in a downward flow system. When the reactor was filled with the catalyst, the catalyst layer was 211 mm. The highest temperature reached in the catalyst layer is 21
8 ° C., at which point the ethylene conversion was 8
0.9%. Further, the deterioration resistance index was 14 hr.

【0038】[0038]

【比較例1】〔βゼオライトのイオン交換〕表1に示す
試料2を用い、以下の方法でイオン交換を行った。12
0gのNH4Clを450ミリリットルのイオン交換水
に溶解し、60℃に昇温した。その溶液に、β−ゼオラ
イトの粉末を50g入れて、撹拌しながら60℃で4時
間イオン交換を行った。交換後、濾過を行い、イオン交
換水で水洗後、120℃で一晩乾燥した。しかる後、5
00℃で3時間か焼した。
Comparative Example 1 [Ion Exchange of β Zeolite] Using Sample 2 shown in Table 1, ion exchange was carried out by the following method. 12
0 g of NH 4 Cl was dissolved in 450 ml of ion-exchanged water, and the temperature was raised to 60 ° C. 50 g of β-zeolite powder was added to the solution, and ion exchange was performed at 60 ° C. for 4 hours with stirring. After the exchange, the mixture was filtered, washed with deionized water, and dried at 120 ° C. overnight. After a while, 5
Calcination at 00 ° C. for 3 hours.

【0039】得られたβゼオライトを、上記に示す方法
で評価した結果、Gaは存在しなかった。 〔アルキル化反応の評価〕このゼオライトを用い、実施
例2と同様の方法で反応を評価した。反応器に触媒を充
填したところ、触媒層は212mmであった。触媒層に
おける最高到達温度は、その中間部で196℃であり、
その時点でのエチレン転化率は、58.3%であった。
また、耐劣化性指標は、14.5hrであった。
As a result of evaluating the obtained β zeolite by the method described above, Ga was not present. [Evaluation of alkylation reaction] Using this zeolite, the reaction was evaluated in the same manner as in Example 2. When the reactor was filled with the catalyst, the catalyst layer was 212 mm. The highest temperature reached in the catalyst layer is 196 ° C. in the middle,
The ethylene conversion at that time was 58.3%.
Further, the deterioration resistance index was 14.5 hr.

【0040】本比較例は、現在一般的に行われている、
アンモニウム塩によるイオン交換で調製したβゼオライ
トである。ゼオライトの結晶格子外にはGaは存在しな
い。本発明の触媒と比較して、耐劣化性指標は同程度で
あるものの、エチレン転化率は低くなっている。
This comparative example is generally performed now.
Β zeolite prepared by ion exchange with ammonium salt. Ga does not exist outside the crystal lattice of zeolite. Compared with the catalyst of the present invention, the deterioration resistance index is almost the same, but the ethylene conversion is lower.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明のGa−βゼオライトは、芳香族
炭化水素のアルキル化反応において、他のゼオライトと
比較して、高活性、高選択性である、βゼオライト本来
の特性を損なう事なく、より優れた活性を発揮する。よ
って、工業的には、触媒の再生又は交換の周期を長くし
て生産性を向上させる事ができ、また、触媒量を削減し
て設備をよりコンパクトにできる等のメリットが存在す
る、きわめて有用な触媒である。
EFFECT OF THE INVENTION The Ga-β zeolite of the present invention has higher activity and higher selectivity than other zeolites in the alkylation reaction of aromatic hydrocarbons, without impairing the intrinsic properties of β zeolite. Demonstrate better activity. Therefore, industrially, there is an advantage that the productivity can be improved by increasing the cycle of regeneration or replacement of the catalyst, and there is an advantage that the amount of the catalyst can be reduced and the equipment can be made more compact. Catalyst.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 芳香族のアルキル化に用いられる、ゼオ
ライトの結晶格子外にGaを有するβゼオライト触媒。
1. A β-zeolite catalyst having Ga outside the crystal lattice of zeolite, which is used for aromatic alkylation.
【請求項2】 Gaが、イオンの状態で存在することを
特徴とする請求項1に記載のβゼオライト触媒。
2. The β zeolite catalyst according to claim 1, wherein Ga exists in an ion state.
【請求項3】 Gaが、ゼオライト乾燥重量当たり0.
05mmol以上存在することを特徴とする請求項1ま
たは2に記載のβゼオライト触媒。
3. The method according to claim 1, wherein Ga is contained in an amount of 0.
3. The β zeolite catalyst according to claim 1, wherein the β zeolite catalyst is present in an amount of at least 05 mmol.
JP10059675A 1998-03-11 1998-03-11 Ga-beta zeolite catalyst for alkylation of aromatic compound Pending JPH11253809A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015509082A (en) * 2011-12-22 2015-03-26 ユーオーピー エルエルシー Conversion reaction of aromatic compounds using UZM-39 aluminosilicate zeolite

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