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Title:
PROCESS FOR REACTIVATION OF METATHESIS CATALYSTS AND PROCESS FOR PRODUCTION OF OLEFINS COMPRISING THE REACTIVATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/013964
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention provides a process for reactivating a metathesis catalyst which is composed of a catalyst (1) consisting of a compound containing at least one metal element selected from among tungsten, molybdenum, and rhenium and a catalyst (2) consisting of at least one member selected from between magnesium oxide and burned hydrotalcite and which is in a state deteriorated by long-term repetition of reaction and regeneration treatment involving the removal of poisoning substances and coke by burning at high temperature to a level equivalent to that of fresh one or a required level easily, simply and efficiently and a process for the production of olefins by metathesis which comprises the step of the reactivation. A deteriorated metathesis catalyst can be easily, simply and effectively reactivated by bringing the catalyst into contact either with water at 50°C or below or with steam at 170°C or below.

Inventors:
IKENAGA HIROKAZU (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/061399
Publication Date:
January 29, 2009
Filing Date:
June 23, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MITSUI CHEMICALS INC (JP)
IKENAGA HIROKAZU (JP)
International Classes:
B01J23/92; B01J23/30; B01J38/06; B01J38/48; C07C6/04; C07C11/06; C07B61/00
Domestic Patent References:
WO2005023420A12005-03-17
WO2006093058A12006-09-08
Foreign References:
JPS62197147A1987-08-31
JPH11217340A1999-08-10
JPS596698B21984-02-14
US4575575A1986-03-11
JPS596698B21984-02-14
Other References:
See also references of EP 2184106A4
Attorney, Agent or Firm:
SUZUKI, Shunichiro (Gotanda Yamazaki Bldg. 6F13-6, Nishigotanda 7-chom, Shinagawa-ku Tokyo 31, JP)
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Claims:
オレフィンのメタセシス反応で原料のオレフィンとは異なるオレフィンを製造するにあたり、劣化したタングステン、モリブデン、レニウムから選ばれた少なくとも1種以上の金属元素を含む化合物からなる触媒1および、酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト焼成体から選ばれた少なくとも1種以上の触媒2からなるメタセシス触媒を50℃以下の水もしくは170℃以下の水蒸気と接触させる工程を含むことを特徴とするメタセシス触媒の再活性化方法。
請求項1に記載の触媒1および触媒2からなるメタセシス触媒の再活性化工程を含むことを特徴とするメタセシス反応によるオレフィン類の製造方法。
請求項1に記載の方法で再活性化した触媒1および触媒2からなるメタセシス触媒。
請求項1に記載の方法で再活性化した触媒1および触媒2からなるメタセシス触媒を用いてエチレンおよびn-ブテンのメタセシス反応を行うことを特徴とするプロピレンの製造方法。
Description:
メタセシス触媒の再活性化方法 よびその再活性化工程を含むオレフィン類 製造方法

 本発明は、劣化したタングステン、モリ デン、レニウムから選ばれた少なくとも1種 以上の金属元素を含む化合物からなる触媒1 よび、酸化マグネシウム、ハイドロタルサ ト焼成体から選ばれた少なくとも1種以上の 媒2からなるメタセシス触媒を50℃以下の水 しくは170℃以下の水蒸気と接触させること より簡便かつ効果的に再活性化する方法お びその再活性化工程を含むことを特徴とす メタセシス反応によるオレフィン類の製造 法に関する。

 同種または異種のオレフィン同士が反応 、異なる構造のオレフィンを与えるメタセ ス反応は、オレフィンの需要構造の変化に 応して大きな利益をもたらす。 

 メタセシス反応によるオレフィンの製造方 として、例えば特許文献1には、シリカ担体 上に酸化タングステンを担持したWO 3 /SiO 2 触媒と、酸化マグネシウム触媒からなる混合 触媒を用いた、エチレンと2-ブテンのメタセ ス反応によるプロピレンの製造法が記載さ ている。また、特許文献2には、WO 3 /SiO 2 と酸化マグネシウムまたはハイドロタルサイ ト焼成体からなる混合触媒を用いるエチレン とn-ブテンのメタセシス反応に少量の水素を 存させることにより、触媒活性を飛躍的に 上させたプロピレンの製造方法が開示され いる。

 一方、メタセシス触媒の活性は、反応条 や使用する原料、触媒の種類により程度は なるものの、いずれも経時的に低下すると う問題がある。たとえば、反応物中に含ま る微量の有害物質による触媒の被毒や、副 した重質物が触媒上に堆積するコーキング どにより、触媒活性が経時的に低下する。 の問題に対しては、酸素を含むガスを高温 流通させることにより、被毒物質もしくは ークを燃焼除去する触媒の再生方法が知ら ている。しかしながら、短期的には効果が るものの、長期にわたって反応と再生を繰 返すと活性が要求水準まで戻らず、定期的 触媒を交換する以外に方法がなかった。

 酸化マグネシウム触媒の再生方法として、 えば特許文献3には、フェノールとメタノー ルのアルキル化反応において、Mn 2 O 3 -MgO触媒を300℃以下の温度で水と接触させて 生する方法が開示されている。しかしなが 、該アルキル化反応は水を2当量生成する反 であることから、Mn 2 O 3 は水に対して耐性の高い触媒であると考えら れる。さらに、反応温度も475~600℃と高いた 、生成する水は反応中、容易に触媒から脱 するであろう。これに対し、メタセシス反 の触媒であるタングステン、モリブデン、 ニウムにとって水は触媒毒であり、また反 温度も通常350℃以下と比較的低温であるた 、水との接触によりこれらの触媒への悪影 が懸念される。

USP4,575,575号明細書

WO2006/093058号明細書

特公昭59-006698号公報

 本発明は、反応と高温で被毒物質やコー を燃焼除去する再生処理を長期間繰り返す とにより劣化した、タングステン、モリブ ン、レニウムから選ばれた少なくとも1種以 上の金属元素を含む化合物からなる触媒1お び、酸化マグネシウム、ハイドロタルサイ 焼成体から選ばれた少なくとも1種以上の触 2からなるメタセシス触媒を、簡便かつ効果 的に新品同等または要求水準まで再活性化す る方法およびその再活性化工程を含むことを 特徴とするメタセシス反応によりオレフィン 類を製造する方法を提供することを課題とす る。本願発明においては、空気焼成による再 生方法などの従来技術によるメタセシス触媒 の再生を単に「再生」といい、本願発明によ る再生を「再活性化」という。

 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭 検討した結果、劣化したメタセシス触媒を5 0℃以下の水もしくは170℃以下の水蒸気と接 させた後、乾燥および焼成により水を十分 除去することで、タングステン、モリブデ 、レニウムから選ばれた少なくとも1種以上 金属元素を含む化合物からなる触媒1および 、酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト焼 成体から選ばれた触媒2からなるメタセシス 媒において、触媒1と触媒2を同時に新品同等 まで再活性化することができることを見出し 、本発明を完成するに至った。

 すなわち本発明は、オレフィンのメタセ ス反応で原料のオレフィンとは異なるオレ ィンを製造するにあたり、劣化した、タン ステン、モリブデン、レニウムから選ばれ 少なくとも1種以上の金属元素を含む化合物 からなる触媒1および、酸化マグネシウム、 イドロタルサイト焼成体から選ばれた少な とも1種以上の触媒2からなるメタセシス触媒 を50℃以下の水もしくは170℃以下の水蒸気と 触させることにより再活性化する方法およ その再活性化工程を含むことを特徴とする タセシス反応によるオレフィン類の製造方 である。

 また、前記のような方法で再活性化され 触媒1および触媒2からなるメタセシス触媒 用いてエチレンおよびn-ブテンのメタセシス 反応を行うことを特徴とするプロピレンの製 造方法である。

 本発明の方法によれば、メタセシス触媒 活性化処理のための特別な設備を必要とせ 、さらに使用する化合物が水だけであるに 関わらず、効果的に上記メタセシス触媒の 能を再生することができるため、安全上、 ロセス上および経済上著しく優位にオレフ ン類を製造することができる。

図1は、本発明の実施例における水処理 温度とブテン転化率の関係を示すグラフであ る。

 本発明で使用する触媒1とは、タングステン 、モリブデン、レニウムから選ばれた金属元 素を少なくとも1種以上含むものである。タ グステン、モリブデン、レニウムの構造に 限はなく、例えば酸化物、硫化物、水酸化 等を使用できるが、中でも、WO 3 、MoO 3 、Re 2 O 7 等の酸化物が好ましく、さらにはWO 3 が好ましい。また、これらの酸化物、硫化物 、水酸化物等を担体とよばれる無機化合物に 担持して使用することもできる。担体の種類 についても制限はなく、例えば、シリカ、ア ルミナ、チタニアなどを使用することができ 、中でもシリカが好ましく使用される。担持 方法は、当業者の間で公知の方法を用いるこ とができるが、本発明を制限するものではな い。担体に対する金属元素の担持量は、酸化 物換算で、0.01重量%~50重量%の範囲であれば良 く、さらに好ましくは0.1重量%~20重量%の範囲 ある。

 本発明で使用する触媒2とは、酸化マグネシ ウム、ハイドロタルサイト焼成体から選ばれ 、少なくともそのうち1種以上を含むもので る。本発明におけるハイドロタルサイト焼 体とは、以下に示す式1で表される、マグネ ウムとアルミニウムの層状複水酸化物であ ハイドロタルサイトを、300℃以上で焼成す ことによって得られるMgO・Al 2 O 3 固溶体を指す。

 但し、Aはアニオンの種類、nはアニオンA 価数であり、xは通常0.20~0.33の範囲である。 mは、脱水の程度により大きく異なるが、通 は0~4程度の整数を表す。 

 アニオンの種類として、例えば炭酸イオ 、硫酸イオン、水酸化物イオン、フッ化物 オン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ 物イオンなどが挙げられる。

 酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト 構造は単体でもよいし、もしくはこれらの 化物を担体とよばれる無機化合物に担持し ものでもよい。単体を得るには当業者の間 公知の方法、例えば水酸化物、炭酸塩など 高温で分解する方法を用いることができ、 持方法についても、当業者の間で公知の方 を用いることができるが、いずれの方法も 発明を制限するものではない。担体の種類 ついても制限はなく、例えば、シリカ、ア ミナ、チタニアなどを使用することができ 。この中でもシリカが好ましく使用される

 触媒1および触媒2とも、その形状に制限 なく、またその大きさも反応器の大きさに じて選定すればよい。また、触媒を成型す 方法も、当業者の間で公知の方法を用いる とができるが、本発明を制限するものでは い。

 触媒1と触媒2は物理混合されてもよいし 1つの担体上に触媒1と触媒2が担持されても い。全触媒中に占める触媒1と触媒2の構成比 率について特に制限されないが、触媒2の重 が全触媒重量に対し50%以上である触媒が、 タセシス反応を効率的に進行させる。

 本発明におけるメタセシス反応の原料と るオレフィンとして、炭素数が2~10の鎖状あ るいは環状のオレフィンを使用できる。例え ば、エチレンとブテンからのプロピレンの合 成や、ブテンとペンテンからのヘキセンの合 成などが挙げられる。また、原料オレフィン がメタン、エタン、プロパン、ブタンおよび ヘキサンといったパラフィンや水素を含有し ていても構わない。水素の共存により、メタ セシス反応は著しく促進される。

 メタセシス反応の温度、圧力は通常25~500℃ 0.1~20MPaGの範囲であり、好ましくは100~400℃ 0.1~10MPaGの範囲である。また、使用する触媒 量についても特に制限されないが、例えば 固定床流通装置を用いて反応を行う場合、 位時間あたりの原料供給量(重量)を触媒重 で割った値、即ちWHSVで示すと、1~500h -1 の範囲であることが好ましく、さらに好まし くは1~250h -1 の範囲である。

 メタセシス反応の反応形式についても制 されないが、特に気相流通式反応が好まし 。触媒の充填方式としては、固定床、流動 、懸濁床等種々の方式が採用され、いずれ 方式で実施してもよい。

  本願の再活性化工程は、通常の再生工 の前もしくは後で実施され、より好ましく 通常の再生工程の後で実施される。

 メタセシス反応における通常の再生処理 は、酸素を含むガスを高温で流通させるこ により、被毒物質もしくはコークを触媒か 燃焼除去する。その方法は当業者の間で公 の方法を用いることができるが、いずれの 法も本発明を制限するものではない。

 また、再活性化工程終了後についても通 と同様、一酸化炭素や水素といった還元性 スを用いて還元処理を行った後にメタセシ 反応を開始することが望ましく、その方法 当業者の間で公知の方法を用いることがで るが、いずれの方法も本発明を制限するも ではない。

 本発明の方法で使用する50℃以下の水と 、液相の水であり、その接触方法は触媒1お び触媒2を水中に浸漬させる方法、触媒1お び触媒2に水を流通させる方法のいずれも使 することができる。水の温度は0~50℃が好ま しく、さらには20~40℃が好ましい。水の温度 50℃を超えると触媒の再活性化を十分に行 ことが出来ない。圧力は特に制限されない 、処理上の簡便性から室温で常圧が好まし 。

 50℃以下の水との接触に要する時間は特 制限されないが、好ましくは30分~1週間、さ に好ましくは1時間~24時間である。接触後は 、水分を十分に除去するために乾燥および焼 成を実施することが好ましい。乾燥は、通常 100~300℃、1~120時間の範囲で行い、特に、100℃ ~200℃、1~24時間の範囲で行うことが好ましい 焼成は、通常350~700℃、1~120時間の範囲で行 、特に400~600℃、1~24時間の範囲で行うこと 好ましい。乾燥雰囲気および焼成雰囲気に いて特に限定されることはなく、たとえば 空排気、不活性ガス流通、空気や水素ガス 通の下で実施される。

 本発明の方法で使用する170℃以下の水蒸 とは、触媒1および触媒2と接触させるため 用いる気相の水であり、その接触方法は、 えば触媒1および触媒2を水蒸気中に静止する 、あるいは触媒1および触媒2に水蒸気を連続 に流通させる方法を使用することができる 水蒸気の温度は100~170℃が好ましく、さらに は110~160℃が好ましい。水蒸気の温度が170℃ 超えると触媒の再活性化を十分に行うこと 出来ない。圧力は特に制限されないが、処 温度での水の飽和蒸気圧に近いほど、触媒 速やかに再活性化される。

 170℃以下の水蒸気との接触に要する時間 特に制限されないが、好ましくは30分~1週間 、さらに好ましくは1時間~24時間である。接 後は、水分を十分に除去するために乾燥お び焼成を実施することが好ましい。乾燥は 通常100~300℃、1~120時間の範囲で行い、特に 100℃~200℃、1~24時間の範囲で行うことが好ま しい。焼成は、通常350~700℃、1~120時間の範囲 で行い、特に400~600℃、1~24時間の範囲で行う とが好ましい。乾燥雰囲気および焼成雰囲 について特に限定されることはなく、たと ば真空排気、不活性ガス流通、空気や水素 ス流通の下で実施される。しかしながら、 記の接触方法、乾燥、焼成方法は本発明を 限するものではない。

  本発明の方法は、上記触媒をメタセシ 反応器内で再活性化処理できる点で有用で る。すなわち触媒の再活性化は、反応器か 触媒を抜き出して、別に用意した再活性化 理用容器に入れて行ってもよいし、反応器 水または水蒸気を供給する配管等を設置す ことにより、反応器から触媒を抜き出さず 、触媒を充填した状態で行ってもよいが、 応/触媒再活性化切り替えの操作性の点から 、後者のように反応器内で行うことが好ま い。

 以下、実施例に基づいて本発明をさらに 体的に説明するが、本発明はこれらの実施 に限定されるものではない。

 (実施例1)
 エチレンと2-ブテンのメタセシス反応によ プロピレンの生成を検討するため、SiO 2 担体上にWO 3 を担持したWO 3 /SiO 2  12gと、酸化マグネシウム48gを物理混合して 填した反応器内を、前処理として550℃で空 焼成し、次いで550℃で水素還元した後、反 温度である350℃まで降温した。エチレンと2 -ブテンのモル比が1.5、かつエチレンと2-ブテ ンの流速の和とWO 3 /SiO 2 使用量の比によって表される空間速度WHSVが30 h -1 となるようにエチレンと2-ブテンを供給し、 応圧力は0MPaGとした。転化率は反応により 費されたn-ブテンの割合から計算した。主生 成物はプロピレンであった。反応開始10時間 の転化率は43.5%であった。

 反応開始20時間後に原料の供給を停止し 550℃で10時間空気焼成して触媒を再生した。 空気焼成による再生後、再び反応を行ったと ころ、反応開始10時間後の転化率は43.0%であ 、再生1回ではわずかに活性は低下した。引 続きこのようなメタセシス反応と再生を同 間隔で20回繰り返し、20回目の空気焼成によ る再生を終えた触媒で反応を行ったところ、 反応開始10時間後の転化率は0.5%と著しく低い 値を示した。このようにして劣化触媒を得た 。

 次に、劣化した上記該触媒0.6gを、25℃の 留水約50ml中に浸漬させ、24時間静置した後 130℃で8時間乾燥、500℃で2時間空気焼成す ことにより再活性化触媒を得た。該再活性 触媒を用いてメタセシス反応を行ったとこ 、反応開始10時間後の転化率は44.5%と新品同 の値を示した。その結果を図1に示す。

 (実施例2)
 実施例1において処理温度を40℃とした以外 、同様にして水中浸漬による再活性化処理 行った触媒を用いてメタセシス反応を行っ ところ、反応開始10時間後の転化率は20.0%を 示した。その結果を図1に示す。

 (実施例3)
 実施例1において処理温度を50℃とした以外 、同様にして水中浸漬による再活性化処理 行った触媒を用いてメタセシス反応を行っ ところ、反応開始10時間後の転化率は8.5%を した。その結果を図1に示す。

 (実施例4)
 実施例1において劣化した触媒0.6gに、150℃ 0.2MPaGで水蒸気を0.0125g/分の速度で24時間流通 させた。次いで流通ガスを水蒸気から空気に 切り換えて150℃で2時間乾燥し、さらに500℃ 2時間焼成することにより再活性化触媒を得 。該再活性化触媒を用いてメタセシス反応 行ったところ、反応開始10時間後の転化率 39.3%と新品同等の値を示した。その結果を図 1に示す。

 (実施例5)
 実施例4において処理温度を170℃とし、圧力 を0.6MPaGとした以外は、同様にして水蒸気に る再活性化処理を行った触媒を用いてメタ シス反応を行ったところ、反応開始10時間後 の転化率は32.4%を示した。その結果を図1に示 す。

 (実施例6)
 エチレンと2-ブテンのメタセシス反応によ プロピレンの生成を検討するため、SiO 2 担体上にWO 3 を担持したWO 3 /SiO 2  12gと、ハイドロタルサイト焼成体48gを物理 合して充填した反応器内を、前処理として5 50℃で空気焼成し、次いで550℃で水素還元し 後、反応温度である350℃まで降温した。エ レンと2-ブテンのモル比が1.5、かつエチレ と2-ブテンの流速の和とWO 3 /SiO 2 使用量の比によって表される空間速度WHSVが30 h -1 となるようにエチレンと2-ブテンを供給し、 応圧力は0MPaGとした。転化率は反応により 費されたn-ブテンの割合から計算した。主生 成物はプロピレンであった。反応開始17時間 の転化率は64.4%であった。

 反応開始20時間後に原料の供給を停止し 550℃で10時間空気焼成して触媒を再生した。 再生後、再び反応を行ったところ、反応開始 10時間後の転化率は64.0%であり、再生1回では ずかに活性は低下した。引き続きこのよう メタセシス反応と再生を同じ間隔で20回繰 返し、20回目の再生を終えた触媒で反応を行 ったところ、反応開始10時間後の転化率は50.8 %と著しく低い値を示した。このようにして 化触媒を得た。

 次に、劣化した上記該触媒0.6gを、25℃の 留水約50ml中に浸漬させ、24時間静置した後 130℃で8時間乾燥、500℃で2時間空気焼成す ことにより再活性化触媒を得た。該再活性 触媒を用いてメタセシス反応を行ったとこ 、反応開始10時間後の転化率は62.9%と新品同 の値を示した。

 (比較例1)
 実施例1において処理温度を80℃および100℃ した以外は、同様にして水中浸漬による再 性化処理を行った触媒を用いてメタセシス 応を行ったところ、反応開始10時間後の転 率は、80℃で2.0%、100℃で1.2%であった。その 果を図1に示す。

 (比較例2)
 実施例4において処理温度を200℃とし、圧力 を0.2MPaGとした以外は、同様にして水蒸気に る再活性化処理を行った触媒を用いてメタ シス反応を行ったところ、反応開始10時間後 の転化率は5.0%であった。その結果を図1に示 。