トルエンのメチル化法
【課題】キシレン生成物を調製する方法が、リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器で実施される。
【解決手段】前記方法は、特定のスタートアップ条件で反応器に導入される、トルエン／メタノール供給原料及び一緒に供給される水素と前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応を独特なスタートアップで開始することを含む。このスタートアップ条件を用いることにより、触媒活性は長時間に渡り安定なままで、ｐ−キシレンに対する高い選択性を実現することができる。
【解決手段】前記方法は、特定のスタートアップ条件で反応器に導入される、トルエン／メタノール供給原料及び一緒に供給される水素と前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応を独特なスタートアップで開始することを含む。このスタートアップ条件を用いることにより、触媒活性は長時間に渡り安定なままで、ｐ−キシレンに対する高い選択性を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、芳香族化合物のアルキル化に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラ−キシレンは、それを酸化して、ポリエステル繊維及び樹脂を製造する際の主成分であるテレフタル酸にするという大きな需要があるために、価値のある置換芳香族化合物である。ナフサの水素化精製（接触改質）、ナフサ又は軽油の水蒸気改質、及びトルエンの不均化により、パラ−キシレンを工業的に製造することができる。
【０００３】
メタノールを用いるトルエンのアルキル化は、トルエンのメチル化としても知られており、パラ−キシレンを作り出すために、実験室での研究で用いられてきた。トルエンのメチル化は、酸性触媒上で、特にゼオライト又はゼオライト系触媒上で起こることが知られている。具体的には、ＺＳＭ−５型ゼオライト、ゼオライトベータ及びシリコアルミノホスフェート（ＳＡＰＯ）触媒がこの方法で用いられてきた。通常、トルエンのメチル化により、下の反応により示されるように、オルト（ｏ）−、パラ（ｐ）−、及びメタ（ｍ）−キシレンの熱力学的平衡混合物が生成し得る。
【０００４】
【化１】
【０００５】
約５００℃で反応温度での、ｏ−、ｍ−、及びｐ−キシレンの熱力学的平衡組成はそれぞれ、２５、５０及び２５モル％程度であろう。しかし、このようなトルエンのメチル化は、広い範囲の温度で起こり得る。Ｃ９＋及び他の芳香族化合物のような副生成物が、キシレン生成物の２次的なアルキル化により生成する可能性がある。
【０００６】
吸着と異性化のサイクルにより、混合キシレンからパラ−キシレンを分離することができる。このようなサイクルは、平衡混合物中のその異性体の濃度が低いために、数回繰り返されねばならないであろう。高純度グレード（９９＋％）のｐ−キシレンが、テレフタル酸プロセスでのその酸化にとって望ましい。しかし、このような高純度グレードｐ−キシレンの製造は、非常に高コストであり得る。結晶化法を採用する別の方法を用いることが可能であり、元々のキシレン生成物のｐ−キシレン濃度が、８０％程度、或いはより高い場合、より低コストであり得る。このために、平衡濃度より高いｐ−キシレンが望ましい。
【０００７】
トルエンのメチル化で、触媒が形状選択性をもっていれば、かなり大きな割合でｐ−キシレンを得ることができる。ゼオライトの細孔入口径を狭くすること、ゼオライトの外側表面を不活性化すること、或いは、ゼオライトの酸性度を制御することによる修飾ゼオライト触媒では、形状選択性を実現することができる。トルエンのメチル化は、修飾ＺＳＭ−５又はＺＳＭ−５型ゼオライト触媒上で起こり、熱力学的濃度よりかなり大きな割合でｐ−キシレンを含むキシレン生成物を得ることができる。
【０００８】
Ｋａｅｄｉｎｇ他、「パラ−キシレン製造のための、メタノールによるトルエンの選択的アルキル化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｌｋｙｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｌｕｅｎｅ ｗｉｔｈ Ｍｅｔｈａｎｏｌ ｔｏ Ｐｒｏｄｕｃｅ ｐａｒａ−Ｘｙｌｅｎｅ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ、Ｖｏｌ．６７、ｐｐ．１５９−１７４（１９８１）に、ジフェニル亜ホスフィン酸（ｄｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｏｕｓ ａｃｉｄ）のトルエン溶液を触媒に含浸させる、５％のリンを組み入れたＺＳＭ−５触媒の製造方法が記載されている。こうして修飾されたＺＳＭ−５触媒は、キシレン生成物中に８４〜９０％のパラ異性体を含んでいて、トルエンのメチル化活性を示した。別の方法では、リン酸水溶液試薬により８．５１％のリンを組み入れることにより、触媒が修飾された。この触媒は、９７％の高いｐ−キシレン選択性を示したが、この触媒はコーク堆積（ｃｏｋｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により数時間以内に活性が低下した。
【０００９】
本発明及びその利点をより完全に理解するために、添付図を参照して以下で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
リン含有化合物を用いるＺＳＭ−５型ゼオライト触媒の修飾により、無修飾触媒を用いるトルエンのメチル化における熱力学的平衡値よりかなり大きな割合のｐ−キシレンを生じることが示された。このような修飾により、ｐ−キシレン選択性は８０％を超えることが示された。このようなリン処理（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｔｒｅａｔｅｄ）ＺＳＭ−５触媒は、高いｐ−キシレン選択性をもち得るが、それらは非常に大きな速度で失活する傾向があり、例えば、この触媒は１日以内に、その初期活性の５０％を超える活性を失うことがある。これは触媒上へのコーク堆積による可能性がある。
【００１１】
本明細書では、「ＺＳＭ−５型」という表現は、ＺＳＭ−５ゼオライトと同形であるゼオライトを表そうとするものである。さらに、本明細書ではまた、「ＺＳＭ−５」及び「ＺＳＭ−５型」という表現を、互いに包含されるような、交換可能なものとして用いることができ、これらの表現は限定的な意味で解釈されるべきではない。本明細書では、触媒活性は、供給されたトルエンのモル数に対する、転化されたトルエンのモル％として表すことができ、次のように定めることができる。
トルエン転化モル％＝（Ｔｉ−Ｔｏ／Ｔｉ）×１００ （２）
ここで、Ｔｉは供給されたトルエンのモル数であり、Ｔｏは未反応トルエンのモル数である。本明細書では、全キシレンに対する選択性は次の様に表すことができる。
全キシレン選択性モル％＝（Ｘｔｘ／Ｔｉ−Ｔｏ）×１００ （３）
ここで、Ｘｔｘは、生成物中の全（ｏ−、ｍ−、ｐ−）キシレンのモル数である。本明細書では、ｐ−キシレンに対する選択性を次の様に表すことができる。
ｐ−キシレン選択性モル％＝（Ｘｐ／Ｘｔｘ）×１００ （４）
ここで、Ｘｐはｐ−キシレンのモル数である。
【００１２】
トルエンのメチル化において、特定のスタートアップ条件により、ｐ−キシレンへの選択性は依然として高いままで、リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒の活性が安定することが見出された。本明細書では、「安定な活性」を、一定の温度条件で、ｐ−キシレン選択性の低下が１日あたり５％未満であって、転化率の平均の低下が０．２０モル％未満であるとして定義することができる。具体的に、安定な活性は、メチル化反応のスタートアップ後、ｐ−キシレン選択性を依然として保持したままで、或いは増加さえさせて、２５、５０、１００、５００、７００又は１０００時間或いはそれ以上の時間保持され得る。典型的なｐ−キシレン選択性は、キシレンの全モル数に対して約８０％、８５％、９０％、或いはこれ以上であり、キシレンの全モル数に対して約９５％以上は容易に達成可能である。
【００１３】
ＺＳＭ−５ゼオライト触媒及びそれらの調製は、米国特許第３，７０２，８８６号に記載されており、この特許は本明細書に参照として組み込まれる。本発明において、ＺＳＭ−５ゼオライト触媒には、修飾前のシリカ／アルミナのモル比が２５から３００、より特定すると約３０から約２８０のものを含めることができる。リン酸（Ｈ３ＰＯ４）及びリン酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）のようなリン含有化合物で処理することによりＺＳＭ−５を修飾して、高い形状選択性をもちｐ−キシレン濃度が高くなる、トルエンのメチル化触媒を得ることができる。このような修飾触媒は、リンを、（約０．０１から約０．１５ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）、より特定すると（約０．０２から約０．１３ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）の量で含み得る。リン修飾ゼオライトは約５００から５７０℃の温度で焼成され得る。この触媒は、１７０〜２００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積と、０．１０〜０．１８ｍｌ／触媒１ｇの範囲の細孔容積をもち得る。この触媒は弱い酸性をもち、アンモニア昇温脱離（ＮＨ３−ＴＰＤ）法により特性評価すると、２５０℃と３５０℃の間にピークの極大がある広い（複数の）ピークを示す。
【００１４】
新規なスタートアップ方法は特定の条件又は条件の組合せを含む。これらの条件は、初期液空間速度（ＬＨＳＶ）が約１ｈｒ−１から約５０ｈｒ−１、より特定すると約１から約３５ｈｒ−１となるように、リン処理ＺＳＭ−５触媒を含む反応器にトルエン／メタノールを供給することを含む。反応器に導入する前にトルエンとメタノールの供給原料を単一の混合供給原料の流れとして予め混合してもよい。液体供給原料はまた、少量の、水、Ｃ９＋芳香族化合物及び他の化合物を含んでいてもよい。しかし、本明細書に記載される液空間速度は、他の如何なる成分も含めないトルエン／メタノール供給原料に基づいたものである。供給原料中のトルエン／メタノールのモル比は、０．５から１０．０、より特定すると１．０から５．０の範囲にあり得る。さらに、一緒に供給される水素ガス（Ｈ２）が、初期に、水素／炭化水素（Ｈ２／ＨＣ）モル比を約８未満、より特定すると約０．１から約８として供給される。特に指摘されなければ、本明細書に記載されるすべてのＨ２／ＨＣの比はモル比である。スタートアップ時に、約５００℃から約７００℃の最終反応器温度に達する。
【００１５】
反応は通常、連続流通式（ｃｏｔｉｎｕｏｕｓ ｆｌｏｗ−ｔｙｐｅ）反応器で実施される。１個の、或いは、直列及び／又は並列の複数の反応器が反応を実施するのに適する。スタートアップの間に、反応器の温度を徐々に上げることができる。最初、反応器への供給原料の導入時、反応器温度は約２００℃、或いはそれ以上であろう。次いで、その温度を最終の望みの温度まで上昇させることができる。約１℃／分から約１０℃／分の速度でこの温度を徐々に上昇させて、約５００℃から約７００℃の最終スタートアップ反応器温度とすることができる。
【００１６】
このようなスタートアップ条件は、約半時間から約２０時間、より特定すると約４５分から５時間、さらに特定すると約１から３時間保持される。その後、これらの条件は、定常的な、全キシレン及びｐ−キシレンへのトルエンの転化及び選択性での、「定常運転（ｒｕｎ）条件」に変更される。このような変更は、ＬＨＳＶを約１０ｈｒ−１以下、より特定すると約５ｈｒ−１以下、さらに特定すると約１から約３ｈｒ−１に低下させることを含む。さらに、一緒に供給される水素については、Ｈ２／ＨＣモル比を、少なくとも１以上、より特定すると約２から約８、さらに特定すると約５から約８に変更する。温度については、定常運転条件の間もやはり約５００℃から約７００℃に維持することができる。このようなスタートアップ条件により、約８０％、９０％、９５％或いはそれ以上というｐ−キシレン選択性の著しい向上が実現される。
【００１７】
反応器圧力は、スタートアップ及び通常の定常運転段階のいずれの間でも概ね一定のままである。反応圧力は典型的には、約１０から約５０ｐｓｉｇ、より特定すると約２０から約５０ｐｓｉｇの範囲である。
【００１８】
以下の実施例は本発明をよりよく例示する。
【００１９】
（実施例）
以下の実施例の反応を、下でさらに詳細に記載されるように、トルエンとメタノールが反応器に導入する前に予め混合される下降流方式（ｄｏｗｎｆｌｏｗ ｍｏｄｅ）で、１個の流通式反応器内で実施した。以下の実施例でトルエンのメチル化に用いられたリン酸処理ＺＳＭ−５ゼオライト触媒のシリカ／アルミナ（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）モル比は、リン酸処理前に約２８０であった。実施例１〜６では、アンモニウムイオン交換されたＺＳＭ−５ゼオライトを、最初に脱イオン水でＺＳＭ−５ゼオライトのスラリを調製することにより、リン酸水素アンモニウム（ＡＨＰ）、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を用いて修飾した。ここでは、スラリを約８０℃に加熱し、これにＡＨＰを加えた（０．２４ｇのＡＨＰ／１ｇのＺＳＭ−５粉末）。次に、すべての水を蒸発させるために、スラリを約１００℃に加熱した。次に、得られたゼオライトをオーブン中、約９０から１２０℃の温度で一夜乾燥した。次に、乾燥されたゼオライトを空気中、約５３０℃の温度で焼成した。触媒の形成に如何なるバインダも使用しなかった。修飾されたＺＳＭ−５を大きさによって分け、２０〜４０メッシュのものをトルエンのメチル化反応に用いた。このようにして合成された最終的な触媒は次の性質をもっていた：ＢＥＴ表面積約１９０ｍ２／ｇ、細孔容積約０．１３９ｍｌ／ｇ、平均細孔径約２９Å。実施例５〜６は比較実施例である。
【００２０】
実施例１〜６では、反応器は、直径が約１／２インチのステンレス鋼管からなっていた。１．３５ｍｌから５．４ｍｌの範囲であり、典型的には２．７０ｍｌの装填触媒を、管反応器内のほぼ中間点に置いた。炭化ケイ素、ＳｉＣのような不活性材料の層を、触媒床の両端に添えた。次に、望みの比率でトルエンとメタノールを混合することにより供給原料を作った。次に、予め決められた流量でこの供給原料をポンプで送った。Ｈ２ガスを予め決められた比率で供給原料に加えて、選択されたＨ２／ＨＣ比を維持した。
【実施例１】
【００２１】
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。１／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約１．４４５ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約３２ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を５０ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約６００℃に調節した。流し始めてから１時間後に、稼動条件を定常運転条件に変更した。供給原料流量を約０．０８９ｍｌ／分に下げ、ＬＨＳＶを約２ｈｒ−１とした。また、一緒に供給されるＨ２ガスの流量を５０ｃｃ／分から２２３ｃｃ／分へと増加させて、Ｈ２／ＨＣのモル比を約７に保った。反応器のスタートアップ時と定常運転の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表１と２に要約されている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
図１及び２に見られるように、実施例１では、ｐ−キシレン選択性のレベルはかなり安定していた。スタートアップ時のｐ−キシレン選択性は９６％を超えていたが、最初の２８時間ほどの間に９２％近くまで低下し、次に、最初の５００時間内に９６％を超えるまでに徐々に増加し、流してから５００〜１０００時間の間に約９７％までさらに増加した。転化率は試験された１０００時間の間、約１７．３５モル％の平均転化率をもち、安定していた。トルエン転化率（ｙ）と流通時間（ｘ）は、次の直線の方程式：ｙ＝−０．０００４ｘ＋１７．３５、に従い、転化率が１時間あたり約０．０００４％低下することを示唆している。
【実施例２】
【００２５】
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約０．１０１ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約２ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を５１ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約１．６とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約６００℃に調節した。流し始めてから最初の２７時間後に、一緒に供給されるＨ２ガスの流量を５１ｃｃ／分から２２３ｃｃ／分へと増加させて、Ｈ２／ＨＣのモル比を７．８とした。流し始めてから約９９時間後に、一緒に供給されるＨ２ガスの流量を２２３ｃｃ／分から５１ｃｃ／分へと減少させてＨ２／ＨＣのモル比を１．７とした。Ｈ２／ＨＣのモル比を７．８から１．７に減少させることにより、トルエンの転化率が向上した。反応器のスタートアップ時と通常の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表３と４に要約されている。
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
図１に見られるように、実施例２では、ｐ−キシレン選択性のレベルはかなり安定しており、また時間の経過につれて徐々に増加した。しかし、転化率は、最初の２７時間の間に、１１モル％から約７モル％へと低下した。転化率は、Ｈ２／ＨＣの比を変える変更で、約３モル％へとさらに低下した。次に、転化率は最後のＨ２／ＨＣ比の変更の後、約９モル％へと増加した。９３及び９９時間の運転時間で得られた低転化率のデータを除くと、転化率は、図２の実施例２に示されるように、３００時間近くの運転時間の間、かなり安定していた。トルエン転化率（ｙ）と流通時間（ｘ）は、次の直線の方程式：ｙ＝−０．００００３ｘ＋８．８４、に従い、転化率が１時間あたり約０．００００３％低下することを示唆している。
【実施例３】
【００２９】
１．４０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。約２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約０．１８２ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約８ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を４７１ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約８．０とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約５００℃に調節した。反応器稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表５と６に要約されている。
【００３０】
【表５】
【００３１】
【表６】
【００３２】
図１及び２にさらに見られるように、実施例３では、ｐ−キシレン選択性は、１３９時間の運転時間の間、ほぼ９０％のレベルであった。初期の転化率は約２％であった。流して９１〜１３９時間の間に取られたデータは、１時間あたり平均で０．０２０３の転化率の減少があり、トルエン転化率が約７％から６％へと徐々に減少したことを示していた。
【実施例４】
【００３３】
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。１／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約０．０８８ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約２ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を５０ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約１．６とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約６００℃に調節した。反応器稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表７と８に要約されている。
【００３４】
【表７】
【００３５】
【表８】
【００３６】
図１及び２にさらに見られるように、実施例４では、ｐ−キシレン選択性は、１４８時間の運転時間の間、ほぼ９３モル％のレベルでかなり安定していた。初期の転化率は約８％であり、流して２１〜１４８時間の間に取られたデータでは、トルエン転化率は約１４％から７％へと徐々に減少した。
【００３７】
（比較例５）
前記のように、１．４０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約３．１８ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約１３５ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を９８ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１とした。触媒床の入口温度を１０℃／分でゆっくりと上昇させ、約４５０℃に調節した。反応器のスタートアップ時と定常運転の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表９と１０に要約されている。
【００３８】
【表９】
【００３９】
【表１０】
【００４０】
図１及び２に一層明らかに見られるように、実施例５では、ｐ−キシレン選択性のレベルは、かなり急速に低下し、一方トルエン転化率は、最初の２６時間の間、４〜５モル％のレベルでかなり一定であり、次いで、運転して５０時間以内に、転化率は約３％に低下した。
【００４１】
（比較例６）
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約３．１０ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約６９ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を９８ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約５００℃に調節した。約２１時間の運転の後、供給原料流量を、１．５６ｍｌ／分に減少させ、ＬＨＳＶを約３５ｈｒ−１とした。また、一緒に供給されるＨ２ガスの供給流量を、９８ｃｃ／分から４９ｃｃ／分に減少させて、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１に保った。反応器の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表１１と１２に要約されている。
【００４２】
【表１１】
【００４３】
【表１２】
【００４４】
図１及び２に一層明らかに見られるように、実施例６では、ｐ−キシレン選択性のレベルは、かなり急速に低下した。初期のトルエン転化率は約１４％であったが、約２モル％へと急速に低下した。
【００４５】
実施例１〜６のすべてにおいて、使用された触媒を、トルエンのメチル化反応の間に構成アルミニウムの損失があるかどうかを決めるために続いて試験した。これを、最初に触媒を５１０℃のマッフル炉でデコーキング（ｄｅｃｏｋｉｎｇ）することにより行い、触媒を固体２７Ａｌ ＮＭＲを用いて分析した。新鮮な触媒と比較して、使用された触媒には、構成アルミニウムの損失は、あったとしても、極わずかであることが示された。
【００４６】
本発明が、その形態のいくつかにおいてだけ示されたが、当分野の技術者には、本発明はそのように限定されておらず、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更と改変の余地があることが明らかであろう。したがって、添付の請求範囲は、広く、かつ本発明の範囲と一致するような仕方で解釈されることが相応しい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１〜６におけるｐ−キシレン選択性の経時変化のプロットである。
【図２】実施例１〜６におけるトルエン転化率の経時変化のプロットである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、芳香族化合物のアルキル化に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラ−キシレンは、それを酸化して、ポリエステル繊維及び樹脂を製造する際の主成分であるテレフタル酸にするという大きな需要があるために、価値のある置換芳香族化合物である。ナフサの水素化精製（接触改質）、ナフサ又は軽油の水蒸気改質、及びトルエンの不均化により、パラ−キシレンを工業的に製造することができる。
【０００３】
メタノールを用いるトルエンのアルキル化は、トルエンのメチル化としても知られており、パラ−キシレンを作り出すために、実験室での研究で用いられてきた。トルエンのメチル化は、酸性触媒上で、特にゼオライト又はゼオライト系触媒上で起こることが知られている。具体的には、ＺＳＭ−５型ゼオライト、ゼオライトベータ及びシリコアルミノホスフェート（ＳＡＰＯ）触媒がこの方法で用いられてきた。通常、トルエンのメチル化により、下の反応により示されるように、オルト（ｏ）−、パラ（ｐ）−、及びメタ（ｍ）−キシレンの熱力学的平衡混合物が生成し得る。
【０００４】
【化１】
【０００５】
約５００℃で反応温度での、ｏ−、ｍ−、及びｐ−キシレンの熱力学的平衡組成はそれぞれ、２５、５０及び２５モル％程度であろう。しかし、このようなトルエンのメチル化は、広い範囲の温度で起こり得る。Ｃ９＋及び他の芳香族化合物のような副生成物が、キシレン生成物の２次的なアルキル化により生成する可能性がある。
【０００６】
吸着と異性化のサイクルにより、混合キシレンからパラ−キシレンを分離することができる。このようなサイクルは、平衡混合物中のその異性体の濃度が低いために、数回繰り返されねばならないであろう。高純度グレード（９９＋％）のｐ−キシレンが、テレフタル酸プロセスでのその酸化にとって望ましい。しかし、このような高純度グレードｐ−キシレンの製造は、非常に高コストであり得る。結晶化法を採用する別の方法を用いることが可能であり、元々のキシレン生成物のｐ−キシレン濃度が、８０％程度、或いはより高い場合、より低コストであり得る。このために、平衡濃度より高いｐ−キシレンが望ましい。
【０００７】
トルエンのメチル化で、触媒が形状選択性をもっていれば、かなり大きな割合でｐ−キシレンを得ることができる。ゼオライトの細孔入口径を狭くすること、ゼオライトの外側表面を不活性化すること、或いは、ゼオライトの酸性度を制御することによる修飾ゼオライト触媒では、形状選択性を実現することができる。トルエンのメチル化は、修飾ＺＳＭ−５又はＺＳＭ−５型ゼオライト触媒上で起こり、熱力学的濃度よりかなり大きな割合でｐ−キシレンを含むキシレン生成物を得ることができる。
【０００８】
Ｋａｅｄｉｎｇ他、「パラ−キシレン製造のための、メタノールによるトルエンの選択的アルキル化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｌｋｙｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｌｕｅｎｅ ｗｉｔｈ Ｍｅｔｈａｎｏｌ ｔｏ Ｐｒｏｄｕｃｅ ｐａｒａ−Ｘｙｌｅｎｅ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ、Ｖｏｌ．６７、ｐｐ．１５９−１７４（１９８１）に、ジフェニル亜ホスフィン酸（ｄｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｏｕｓ ａｃｉｄ）のトルエン溶液を触媒に含浸させる、５％のリンを組み入れたＺＳＭ−５触媒の製造方法が記載されている。こうして修飾されたＺＳＭ−５触媒は、キシレン生成物中に８４〜９０％のパラ異性体を含んでいて、トルエンのメチル化活性を示した。別の方法では、リン酸水溶液試薬により８．５１％のリンを組み入れることにより、触媒が修飾された。この触媒は、９７％の高いｐ−キシレン選択性を示したが、この触媒はコーク堆積（ｃｏｋｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により数時間以内に活性が低下した。
【０００９】
本発明及びその利点をより完全に理解するために、添付図を参照して以下で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
リン含有化合物を用いるＺＳＭ−５型ゼオライト触媒の修飾により、無修飾触媒を用いるトルエンのメチル化における熱力学的平衡値よりかなり大きな割合のｐ−キシレンを生じることが示された。このような修飾により、ｐ−キシレン選択性は８０％を超えることが示された。このようなリン処理（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｔｒｅａｔｅｄ）ＺＳＭ−５触媒は、高いｐ−キシレン選択性をもち得るが、それらは非常に大きな速度で失活する傾向があり、例えば、この触媒は１日以内に、その初期活性の５０％を超える活性を失うことがある。これは触媒上へのコーク堆積による可能性がある。
【００１１】
本明細書では、「ＺＳＭ−５型」という表現は、ＺＳＭ−５ゼオライトと同形であるゼオライトを表そうとするものである。さらに、本明細書ではまた、「ＺＳＭ−５」及び「ＺＳＭ−５型」という表現を、互いに包含されるような、交換可能なものとして用いることができ、これらの表現は限定的な意味で解釈されるべきではない。本明細書では、触媒活性は、供給されたトルエンのモル数に対する、転化されたトルエンのモル％として表すことができ、次のように定めることができる。
トルエン転化モル％＝（Ｔｉ−Ｔｏ／Ｔｉ）×１００ （２）
ここで、Ｔｉは供給されたトルエンのモル数であり、Ｔｏは未反応トルエンのモル数である。本明細書では、全キシレンに対する選択性は次の様に表すことができる。
全キシレン選択性モル％＝（Ｘｔｘ／Ｔｉ−Ｔｏ）×１００ （３）
ここで、Ｘｔｘは、生成物中の全（ｏ−、ｍ−、ｐ−）キシレンのモル数である。本明細書では、ｐ−キシレンに対する選択性を次の様に表すことができる。
ｐ−キシレン選択性モル％＝（Ｘｐ／Ｘｔｘ）×１００ （４）
ここで、Ｘｐはｐ−キシレンのモル数である。
【００１２】
トルエンのメチル化において、特定のスタートアップ条件により、ｐ−キシレンへの選択性は依然として高いままで、リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒の活性が安定することが見出された。本明細書では、「安定な活性」を、一定の温度条件で、ｐ−キシレン選択性の低下が１日あたり５％未満であって、転化率の平均の低下が０．２０モル％未満であるとして定義することができる。具体的に、安定な活性は、メチル化反応のスタートアップ後、ｐ−キシレン選択性を依然として保持したままで、或いは増加さえさせて、２５、５０、１００、５００、７００又は１０００時間或いはそれ以上の時間保持され得る。典型的なｐ−キシレン選択性は、キシレンの全モル数に対して約８０％、８５％、９０％、或いはこれ以上であり、キシレンの全モル数に対して約９５％以上は容易に達成可能である。
【００１３】
ＺＳＭ−５ゼオライト触媒及びそれらの調製は、米国特許第３，７０２，８８６号に記載されており、この特許は本明細書に参照として組み込まれる。本発明において、ＺＳＭ−５ゼオライト触媒には、修飾前のシリカ／アルミナのモル比が２５から３００、より特定すると約３０から約２８０のものを含めることができる。リン酸（Ｈ３ＰＯ４）及びリン酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）のようなリン含有化合物で処理することによりＺＳＭ−５を修飾して、高い形状選択性をもちｐ−キシレン濃度が高くなる、トルエンのメチル化触媒を得ることができる。このような修飾触媒は、リンを、（約０．０１から約０．１５ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）、より特定すると（約０．０２から約０．１３ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）の量で含み得る。リン修飾ゼオライトは約５００から５７０℃の温度で焼成され得る。この触媒は、１７０〜２００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積と、０．１０〜０．１８ｍｌ／触媒１ｇの範囲の細孔容積をもち得る。この触媒は弱い酸性をもち、アンモニア昇温脱離（ＮＨ３−ＴＰＤ）法により特性評価すると、２５０℃と３５０℃の間にピークの極大がある広い（複数の）ピークを示す。
【００１４】
新規なスタートアップ方法は特定の条件又は条件の組合せを含む。これらの条件は、初期液空間速度（ＬＨＳＶ）が約１ｈｒ−１から約５０ｈｒ−１、より特定すると約１から約３５ｈｒ−１となるように、リン処理ＺＳＭ−５触媒を含む反応器にトルエン／メタノールを供給することを含む。反応器に導入する前にトルエンとメタノールの供給原料を単一の混合供給原料の流れとして予め混合してもよい。液体供給原料はまた、少量の、水、Ｃ９＋芳香族化合物及び他の化合物を含んでいてもよい。しかし、本明細書に記載される液空間速度は、他の如何なる成分も含めないトルエン／メタノール供給原料に基づいたものである。供給原料中のトルエン／メタノールのモル比は、０．５から１０．０、より特定すると１．０から５．０の範囲にあり得る。さらに、一緒に供給される水素ガス（Ｈ２）が、初期に、水素／炭化水素（Ｈ２／ＨＣ）モル比を約８未満、より特定すると約０．１から約８として供給される。特に指摘されなければ、本明細書に記載されるすべてのＨ２／ＨＣの比はモル比である。スタートアップ時に、約５００℃から約７００℃の最終反応器温度に達する。
【００１５】
反応は通常、連続流通式（ｃｏｔｉｎｕｏｕｓ ｆｌｏｗ−ｔｙｐｅ）反応器で実施される。１個の、或いは、直列及び／又は並列の複数の反応器が反応を実施するのに適する。スタートアップの間に、反応器の温度を徐々に上げることができる。最初、反応器への供給原料の導入時、反応器温度は約２００℃、或いはそれ以上であろう。次いで、その温度を最終の望みの温度まで上昇させることができる。約１℃／分から約１０℃／分の速度でこの温度を徐々に上昇させて、約５００℃から約７００℃の最終スタートアップ反応器温度とすることができる。
【００１６】
このようなスタートアップ条件は、約半時間から約２０時間、より特定すると約４５分から５時間、さらに特定すると約１から３時間保持される。その後、これらの条件は、定常的な、全キシレン及びｐ−キシレンへのトルエンの転化及び選択性での、「定常運転（ｒｕｎ）条件」に変更される。このような変更は、ＬＨＳＶを約１０ｈｒ−１以下、より特定すると約５ｈｒ−１以下、さらに特定すると約１から約３ｈｒ−１に低下させることを含む。さらに、一緒に供給される水素については、Ｈ２／ＨＣモル比を、少なくとも１以上、より特定すると約２から約８、さらに特定すると約５から約８に変更する。温度については、定常運転条件の間もやはり約５００℃から約７００℃に維持することができる。このようなスタートアップ条件により、約８０％、９０％、９５％或いはそれ以上というｐ−キシレン選択性の著しい向上が実現される。
【００１７】
反応器圧力は、スタートアップ及び通常の定常運転段階のいずれの間でも概ね一定のままである。反応圧力は典型的には、約１０から約５０ｐｓｉｇ、より特定すると約２０から約５０ｐｓｉｇの範囲である。
【００１８】
以下の実施例は本発明をよりよく例示する。
【００１９】
（実施例）
以下の実施例の反応を、下でさらに詳細に記載されるように、トルエンとメタノールが反応器に導入する前に予め混合される下降流方式（ｄｏｗｎｆｌｏｗ ｍｏｄｅ）で、１個の流通式反応器内で実施した。以下の実施例でトルエンのメチル化に用いられたリン酸処理ＺＳＭ−５ゼオライト触媒のシリカ／アルミナ（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）モル比は、リン酸処理前に約２８０であった。実施例１〜６では、アンモニウムイオン交換されたＺＳＭ−５ゼオライトを、最初に脱イオン水でＺＳＭ−５ゼオライトのスラリを調製することにより、リン酸水素アンモニウム（ＡＨＰ）、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を用いて修飾した。ここでは、スラリを約８０℃に加熱し、これにＡＨＰを加えた（０．２４ｇのＡＨＰ／１ｇのＺＳＭ−５粉末）。次に、すべての水を蒸発させるために、スラリを約１００℃に加熱した。次に、得られたゼオライトをオーブン中、約９０から１２０℃の温度で一夜乾燥した。次に、乾燥されたゼオライトを空気中、約５３０℃の温度で焼成した。触媒の形成に如何なるバインダも使用しなかった。修飾されたＺＳＭ−５を大きさによって分け、２０〜４０メッシュのものをトルエンのメチル化反応に用いた。このようにして合成された最終的な触媒は次の性質をもっていた：ＢＥＴ表面積約１９０ｍ２／ｇ、細孔容積約０．１３９ｍｌ／ｇ、平均細孔径約２９Å。実施例５〜６は比較実施例である。
【００２０】
実施例１〜６では、反応器は、直径が約１／２インチのステンレス鋼管からなっていた。１．３５ｍｌから５．４ｍｌの範囲であり、典型的には２．７０ｍｌの装填触媒を、管反応器内のほぼ中間点に置いた。炭化ケイ素、ＳｉＣのような不活性材料の層を、触媒床の両端に添えた。次に、望みの比率でトルエンとメタノールを混合することにより供給原料を作った。次に、予め決められた流量でこの供給原料をポンプで送った。Ｈ２ガスを予め決められた比率で供給原料に加えて、選択されたＨ２／ＨＣ比を維持した。
【実施例１】
【００２１】
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。１／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約１．４４５ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約３２ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を５０ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約６００℃に調節した。流し始めてから１時間後に、稼動条件を定常運転条件に変更した。供給原料流量を約０．０８９ｍｌ／分に下げ、ＬＨＳＶを約２ｈｒ−１とした。また、一緒に供給されるＨ２ガスの流量を５０ｃｃ／分から２２３ｃｃ／分へと増加させて、Ｈ２／ＨＣのモル比を約７に保った。反応器のスタートアップ時と定常運転の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表１と２に要約されている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
図１及び２に見られるように、実施例１では、ｐ−キシレン選択性のレベルはかなり安定していた。スタートアップ時のｐ−キシレン選択性は９６％を超えていたが、最初の２８時間ほどの間に９２％近くまで低下し、次に、最初の５００時間内に９６％を超えるまでに徐々に増加し、流してから５００〜１０００時間の間に約９７％までさらに増加した。転化率は試験された１０００時間の間、約１７．３５モル％の平均転化率をもち、安定していた。トルエン転化率（ｙ）と流通時間（ｘ）は、次の直線の方程式：ｙ＝−０．０００４ｘ＋１７．３５、に従い、転化率が１時間あたり約０．０００４％低下することを示唆している。
【実施例２】
【００２５】
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約０．１０１ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約２ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を５１ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約１．６とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約６００℃に調節した。流し始めてから最初の２７時間後に、一緒に供給されるＨ２ガスの流量を５１ｃｃ／分から２２３ｃｃ／分へと増加させて、Ｈ２／ＨＣのモル比を７．８とした。流し始めてから約９９時間後に、一緒に供給されるＨ２ガスの流量を２２３ｃｃ／分から５１ｃｃ／分へと減少させてＨ２／ＨＣのモル比を１．７とした。Ｈ２／ＨＣのモル比を７．８から１．７に減少させることにより、トルエンの転化率が向上した。反応器のスタートアップ時と通常の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表３と４に要約されている。
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
図１に見られるように、実施例２では、ｐ−キシレン選択性のレベルはかなり安定しており、また時間の経過につれて徐々に増加した。しかし、転化率は、最初の２７時間の間に、１１モル％から約７モル％へと低下した。転化率は、Ｈ２／ＨＣの比を変える変更で、約３モル％へとさらに低下した。次に、転化率は最後のＨ２／ＨＣ比の変更の後、約９モル％へと増加した。９３及び９９時間の運転時間で得られた低転化率のデータを除くと、転化率は、図２の実施例２に示されるように、３００時間近くの運転時間の間、かなり安定していた。トルエン転化率（ｙ）と流通時間（ｘ）は、次の直線の方程式：ｙ＝−０．００００３ｘ＋８．８４、に従い、転化率が１時間あたり約０．００００３％低下することを示唆している。
【実施例３】
【００２９】
１．４０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。約２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約０．１８２ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約８ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を４７１ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約８．０とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約５００℃に調節した。反応器稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表５と６に要約されている。
【００３０】
【表５】
【００３１】
【表６】
【００３２】
図１及び２にさらに見られるように、実施例３では、ｐ−キシレン選択性は、１３９時間の運転時間の間、ほぼ９０％のレベルであった。初期の転化率は約２％であった。流して９１〜１３９時間の間に取られたデータは、１時間あたり平均で０．０２０３の転化率の減少があり、トルエン転化率が約７％から６％へと徐々に減少したことを示していた。
【実施例４】
【００３３】
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。１／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約０．０８８ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約２ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を５０ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約１．６とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約６００℃に調節した。反応器稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表７と８に要約されている。
【００３４】
【表７】
【００３５】
【表８】
【００３６】
図１及び２にさらに見られるように、実施例４では、ｐ−キシレン選択性は、１４８時間の運転時間の間、ほぼ９３モル％のレベルでかなり安定していた。初期の転化率は約８％であり、流して２１〜１４８時間の間に取られたデータでは、トルエン転化率は約１４％から７％へと徐々に減少した。
【００３７】
（比較例５）
前記のように、１．４０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約３．１８ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約１３５ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を９８ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１とした。触媒床の入口温度を１０℃／分でゆっくりと上昇させ、約４５０℃に調節した。反応器のスタートアップ時と定常運転の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表９と１０に要約されている。
【００３８】
【表９】
【００３９】
【表１０】
【００４０】
図１及び２に一層明らかに見られるように、実施例５では、ｐ−キシレン選択性のレベルは、かなり急速に低下し、一方トルエン転化率は、最初の２６時間の間、４〜５モル％のレベルでかなり一定であり、次いで、運転して５０時間以内に、転化率は約３％に低下した。
【００４１】
（比較例６）
２．７０ｍｌの装填触媒を反応器に充填した。供給原料を導入する前に、２００℃で少なくとも１時間、Ｈ２を流して触媒を乾燥させた。反応器圧力を２０ｐｓｉｇに保った。２／１のモル比のトルエン／メタノール前混合供給原料を、約３．１０ｍｌ／分の流量で導入し、ＬＨＳＶを約６９ｈｒ−１とした。一緒に供給されるＨ２を９８ｃｃ／分で用い、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１とした。触媒床の入口温度をゆっくりと上昇させ（１０℃／分）、約５００℃に調節した。約２１時間の運転の後、供給原料流量を、１．５６ｍｌ／分に減少させ、ＬＨＳＶを約３５ｈｒ−１とした。また、一緒に供給されるＨ２ガスの供給流量を、９８ｃｃ／分から４９ｃｃ／分に減少させて、Ｈ２／ＨＣのモル比を約０．１に保った。反応器の稼動条件並びにトルエン転化率とｐ−キシレン選択性が、表１１と１２に要約されている。
【００４２】
【表１１】
【００４３】
【表１２】
【００４４】
図１及び２に一層明らかに見られるように、実施例６では、ｐ−キシレン選択性のレベルは、かなり急速に低下した。初期のトルエン転化率は約１４％であったが、約２モル％へと急速に低下した。
【００４５】
実施例１〜６のすべてにおいて、使用された触媒を、トルエンのメチル化反応の間に構成アルミニウムの損失があるかどうかを決めるために続いて試験した。これを、最初に触媒を５１０℃のマッフル炉でデコーキング（ｄｅｃｏｋｉｎｇ）することにより行い、触媒を固体２７Ａｌ ＮＭＲを用いて分析した。新鮮な触媒と比較して、使用された触媒には、構成アルミニウムの損失は、あったとしても、極わずかであることが示された。
【００４６】
本発明が、その形態のいくつかにおいてだけ示されたが、当分野の技術者には、本発明はそのように限定されておらず、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更と改変の余地があることが明らかであろう。したがって、添付の請求範囲は、広く、かつ本発明の範囲と一致するような仕方で解釈されることが相応しい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１〜６におけるｐ−キシレン選択性の経時変化のプロットである。
【図２】実施例１〜６におけるトルエン転化率の経時変化のプロットである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器を供用すること；
トルエン／メタノール供給原料が約２ｈｒ-1以上の液空間速度（ＬＨＳＶ）で前記反応器に導入され、一緒に供給される水素が約８未満の水素／炭化水素（Ｈ2／ＨＣ）モル比で導入され、温度が約５００℃から約７００℃であるスタートアップ条件で前記反応器に導入される前記トルエン／メタノール供給原料及び前記の一緒に供給される水素と、前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応のスタートアップを開始すること；
前記反応器を前記スタートアップ条件で約半時間から約２０時間稼動させること；そして次に、
前記ＬＨＳＶが１０ｈｒ-1以下であり、Ｈ2／ＨＣのモル比が少なくとも１．０であり、また、温度が約５００℃から約７００℃である定常運転条件で前記反応器を稼動させること；
を含むキシレン生成物の調製方法。
【請求項２】
前記リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒が、（０．０１ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）から約（０．１５ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）の全リン含量を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スタートアップのＬＨＳＶが約５０未満である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キシレン生成物中のパラ−キシレン含量が少なくとも９０％である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記スタートアップのＨ2／ＨＣのモル比が約０．１から約８．０である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記反応器が約１０から約５０ｐｓｉｇの圧力で稼動される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記トルエン／メタノール供給原料が、約１：２から約１０：１のトルエン／メタノールのモル比をもつ請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒がリン酸及びリン酸水素アンモニウムの少なくとも一方で処理されている請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応器温度が最初２００℃以上であり、前記トルエン／メタノール供給原料の導入で、前記反応器温度が、１乃至１０℃／分の速度で、徐々に、約５００℃から約７００℃の最終のスタートアップ温度に昇温される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応器又は触媒床入口温度が約５００℃から約７００℃に維持される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記トルエンのメチル化反応のスタートアップ後、少なくとも２５時間、前記触媒が安定な活性を示す請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒が、約２５から約３００の、リン処理の前のシリカ／アルミナのモル比を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トルエンのメチル化反応の間に、前記触媒の構成アルミニウムの損失が実質的にまったくない請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
２５から３００の、リン処理前のシリカ／アルミナのモル比と、約０．０１ｇ／ゼオライト１ｇから約０．１５ｇ／ゼオライト１ｇの全リン含量とを有するリン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器を供用すること；
トルエン／メタノール供給原料が約１から約５０ｈｒ-1の液空間速度（ＬＨＳＶ）で前記反応器に導入され、一緒に供給される水素が約８未満の水素／炭化水素（Ｈ2／ＨＣ）モル比で導入され、温度が約５００℃から約７００℃であるスタートアップ条件で前記反応器に導入される前記トルエン／メタノール供給原料及び前記の一緒に供給される水素と、前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応のスタートアップを開始すること；
前記反応器を前記スタートアップ条件で約１時間から約５時間稼動させること；そして次に、
前記ＬＨＳＶが５０ｈｒ-1以下であり、Ｈ2／ＨＣのモル比が少なくとも５であり、また、温度が約５００℃から約７００℃である定常運転条件で前記反応器を稼動させること；
を含むキシレン生成物の調製方法。
【請求項１５】
前記スタートアップのＨ2／ＨＣのモル比が約０．１から約８．０である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応器が約１０から約５０ｐｓｉｇの圧力で稼動される請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記トルエン／メタノール供給原料が、約１：２から約１０：１のトルエン／メタノールのモル比をもつ請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒がリン酸又はリン酸水素アンモニウムで処理される請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応器温度が最初２００℃以上であり、前記トルエン／メタノール供給原料の導入で、前記反応器温度が、１乃至１０℃／分の速度で、徐々に、約５００℃から約７００℃の最終のスタートアップ温度に昇温され、約５００℃から約７００℃の前記反応器温度が維持される請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記トルエンのメチル化反応のスタートアップ後、少なくとも５００時間、前記触媒が安定な活性を示す請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
キシレン生成物中のパラ−キシレン含量が少なくとも９０％である請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
２５から３００の、リン処理前のシリカ／アルミナのモル比と、約０．０２ｇ／ゼオライト１ｇから約０．１３ｇ／ゼオライト１ｇの全リン含量とを有するリン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器を供用すること；
トルエン／メタノール供給原料が約１から約５０の液空間速度（ＬＨＳＶ）で前記反応器に導入され、一緒に供給される水素が約８未満の水素／炭化水素（Ｈ2／ＨＣ）モル比で導入され、温度が約５００℃から約７００℃であるスタートアップ条件で前記反応器に導入される前記トルエン／メタノール供給原料及び前記の一緒に供給される水素と、前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応のスタートアップを開始すること；
前記反応器を前記スタートアップ条件で約１時間から約２時間稼動させること；そして次に、
前記ＬＨＳＶが５ｈｒ-1以下であり、Ｈ2／ＨＣのモル比が少なくとも２であり、また、温度が約５００℃から約７００℃である定常運転条件で前記反応器を稼動させること；
を含み、
前記トルエンのメチル化反応のスタートアップ後、少なくとも５００時間、前記触媒が安定な活性を示す、キシレン生成物の調製方法。
【請求項１】
リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器を供用すること；
トルエン／メタノール供給原料が約２ｈｒ-1以上の液空間速度（ＬＨＳＶ）で前記反応器に導入され、一緒に供給される水素が約８未満の水素／炭化水素（Ｈ2／ＨＣ）モル比で導入され、温度が約５００℃から約７００℃であるスタートアップ条件で前記反応器に導入される前記トルエン／メタノール供給原料及び前記の一緒に供給される水素と、前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応のスタートアップを開始すること；
前記反応器を前記スタートアップ条件で約半時間から約２０時間稼動させること；そして次に、
前記ＬＨＳＶが１０ｈｒ-1以下であり、Ｈ2／ＨＣのモル比が少なくとも１．０であり、また、温度が約５００℃から約７００℃である定常運転条件で前記反応器を稼動させること；
を含むキシレン生成物の調製方法。
【請求項２】
前記リン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒が、（０．０１ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）から約（０．１５ｇのＰ）／（ゼオライト１ｇ）の全リン含量を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スタートアップのＬＨＳＶが約５０未満である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キシレン生成物中のパラ−キシレン含量が少なくとも９０％である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記スタートアップのＨ2／ＨＣのモル比が約０．１から約８．０である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記反応器が約１０から約５０ｐｓｉｇの圧力で稼動される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記トルエン／メタノール供給原料が、約１：２から約１０：１のトルエン／メタノールのモル比をもつ請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒がリン酸及びリン酸水素アンモニウムの少なくとも一方で処理されている請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反応器温度が最初２００℃以上であり、前記トルエン／メタノール供給原料の導入で、前記反応器温度が、１乃至１０℃／分の速度で、徐々に、約５００℃から約７００℃の最終のスタートアップ温度に昇温される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応器又は触媒床入口温度が約５００℃から約７００℃に維持される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記トルエンのメチル化反応のスタートアップ後、少なくとも２５時間、前記触媒が安定な活性を示す請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒が、約２５から約３００の、リン処理の前のシリカ／アルミナのモル比を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トルエンのメチル化反応の間に、前記触媒の構成アルミニウムの損失が実質的にまったくない請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
２５から３００の、リン処理前のシリカ／アルミナのモル比と、約０．０１ｇ／ゼオライト１ｇから約０．１５ｇ／ゼオライト１ｇの全リン含量とを有するリン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器を供用すること；
トルエン／メタノール供給原料が約１から約５０ｈｒ-1の液空間速度（ＬＨＳＶ）で前記反応器に導入され、一緒に供給される水素が約８未満の水素／炭化水素（Ｈ2／ＨＣ）モル比で導入され、温度が約５００℃から約７００℃であるスタートアップ条件で前記反応器に導入される前記トルエン／メタノール供給原料及び前記の一緒に供給される水素と、前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応のスタートアップを開始すること；
前記反応器を前記スタートアップ条件で約１時間から約５時間稼動させること；そして次に、
前記ＬＨＳＶが５０ｈｒ-1以下であり、Ｈ2／ＨＣのモル比が少なくとも５であり、また、温度が約５００℃から約７００℃である定常運転条件で前記反応器を稼動させること；
を含むキシレン生成物の調製方法。
【請求項１５】
前記スタートアップのＨ2／ＨＣのモル比が約０．１から約８．０である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応器が約１０から約５０ｐｓｉｇの圧力で稼動される請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記トルエン／メタノール供給原料が、約１：２から約１０：１のトルエン／メタノールのモル比をもつ請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒がリン酸又はリン酸水素アンモニウムで処理される請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応器温度が最初２００℃以上であり、前記トルエン／メタノール供給原料の導入で、前記反応器温度が、１乃至１０℃／分の速度で、徐々に、約５００℃から約７００℃の最終のスタートアップ温度に昇温され、約５００℃から約７００℃の前記反応器温度が維持される請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記トルエンのメチル化反応のスタートアップ後、少なくとも５００時間、前記触媒が安定な活性を示す請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
キシレン生成物中のパラ−キシレン含量が少なくとも９０％である請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
２５から３００の、リン処理前のシリカ／アルミナのモル比と、約０．０２ｇ／ゼオライト１ｇから約０．１３ｇ／ゼオライト１ｇの全リン含量とを有するリン処理ＺＳＭ−５型ゼオライト触媒を含む反応器を供用すること；
トルエン／メタノール供給原料が約１から約５０の液空間速度（ＬＨＳＶ）で前記反応器に導入され、一緒に供給される水素が約８未満の水素／炭化水素（Ｈ2／ＨＣ）モル比で導入され、温度が約５００℃から約７００℃であるスタートアップ条件で前記反応器に導入される前記トルエン／メタノール供給原料及び前記の一緒に供給される水素と、前記触媒とを接触させることにより、トルエンのメチル化反応のスタートアップを開始すること；
前記反応器を前記スタートアップ条件で約１時間から約２時間稼動させること；そして次に、
前記ＬＨＳＶが５ｈｒ-1以下であり、Ｈ2／ＨＣのモル比が少なくとも２であり、また、温度が約５００℃から約７００℃である定常運転条件で前記反応器を稼動させること；
を含み、
前記トルエンのメチル化反応のスタートアップ後、少なくとも５００時間、前記触媒が安定な活性を示す、キシレン生成物の調製方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３６７２８（Ｐ２００６−３６７２８Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００４−２２２６８３（Ｐ２００４−２２２６８３）
【出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（５０２０９３３３５）サウジ ベイシック インダストリーズ コーポレイション (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２２６８３（Ｐ２００４−２２２６８３）
【出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（５０２０９３３３５）サウジ ベイシック インダストリーズ コーポレイション (6)
【Ｆターム（参考）】
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