説明

凝集ゼオライト吸着剤、それらの製造方法およびそれらの使用

【課題】8個の炭素原子を有する芳香族炭化水素の異性体混合物から非常に純粋なパラキシレンを回収する方法を提供する。
【解決手段】1.15<Si/Al≦1.5であるSi/Al原子比を有し、交換可能な陽イオン部位の少なくとも90%がバリウムイオンによって占められており、数平均直径が0.1および1.7μmの範囲であるゼオライトXの粉末および不活性結合剤からなる凝集ゼオライト吸着剤を用いて、液相中またはガス相中の芳香族C8異性体分画から高純度のパラキシレンを回収する方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、小さな結晶形のゼオライトXに基づき、バリウムで交換されている凝集ゼオライト吸着剤または小さな結晶形のゼオライトXに基づき、バリウムおよびカリウムで交換されている凝集ゼオライト吸着剤に関する。
【0002】
これらの吸着剤は、より具体的に、8個の炭素原子を有する異性体を含む芳香族炭化水素の仕込みから非常に純粋なパラキシレンを製造するために用いられ得る。
【背景技術】
【0003】
(先行技術)
芳香族炭化水素混合物中のパラキシレンを選択的に吸着するために、バリウム、カリウムまたはストロンチウムイオンなどのイオンで交換されているゼオライトXまたはYからなるゼオライト吸着剤単独かまたは混合物としての使用は、当分野で周知である。
【0004】
US3558730,US3558732,US3626020およびUS3663638は、バリウムおよびカリウムまたはバリウム単独(US3960774)で交換されているアルミノケイ酸塩を含む吸着剤が、芳香族C分画からパラキシレンを分離するために有効であることを示している。
【0005】
これらの吸着剤を製造するための方法は、例えばUS3878127中に記載されており、この方法は、ゼオライトの交換可能な陽イオン(プロトンまたは第IIA族の陽イオンなど。)をバリウムまたは(バリウム+カリウム)交換に先立ってナトリウムで置き換えて、ナトリウムとのこの前交換により、バリウムまたは(バリウム+カリウム)イオンの多量がゼオライト構造に加えられることを可能にするために、厳密に0.7未満のNaO/Al比を有する凝集体(ゼオライトX+結合剤)の熱水酸化ナトリウム処理からなる。
【0006】
これらの吸着剤は、液相プロセス、好適には、C芳香族分画(8個の炭素原子を含む芳香族炭化水素を含む分画)にとりわけ適用されるUS2985589に記載されているものと類似の模擬向流型のプロセス中の吸着剤として用いられる。
【0007】
上に挙げた参考文献において、ゼオライト吸着剤は、粉末の形状または大部分ゼオライトおよび不活性結合剤15から20重量%までからなる凝集体の形状である。
【0008】
通常アルミノケイ酸ゲルの核生成および結晶化によるゼオライトXの合成は、粉末を生じ、これは工業的規模で用いることが特に困難(取り扱い中の顕著な損失水頭。)であり、粉体材料に固有の欠点のない顆粒または粒子の形状の凝集体の形状が好適である。
【0009】
これらの凝集体は、ウェハー、ビーズまたは押出物の形状であれ、一般に活性要素(吸着の背景内で)を構成するゼオライト粉末および粒子の形状の結晶への粘着を与え、それらの粒子にそれらの粒子が加工中に受ける振動および運動に耐える十分な機械強度を与えることが意図されている結合剤からなる。
【0010】
これらの凝集体は、例えば、結合剤20から15重量%あたりゼオライト粉末約80から85重量%の割合でゼオライト粉末を粘土ぺ−ストでペーストし、ついでビーズ、ウェハー、または押出物を形成し、粘土を熱で乾燥し、ゼオライトを再活性化するために高温熱処理により製造され、バリウム交換が、粉末ゼオライトと結合剤の凝集前および/または後で行われることが可能である。
【0011】
数ミリメートルの粒径を有するゼオライト体が得られ、本分野の規則に従って結合剤が選ばれ、顆粒化が行われる場合、該ゼオライト体は、多数の満足な特性(特に空隙率、機械強度および摩耗抵抗)を示す。しかし、これらの凝集体の吸着特性は、不活性な凝集結合剤の存在のために活性な出発粉末に比べて明らかに減少している。
【0012】
該結合剤が、吸着剤性能に関して不活性であることのこの欠点を軽減するための様々な手段が提案されており、それらの中に該結合剤の完全なまたは部分的なゼオライトへの転化またはゼオライト化が含まれる。この操作を容易に行うために、事前に500℃および700℃の間の温度で焼成されたカオリンの種類に属するゼオライト化が可能な結合剤が用いられる。
【0013】
変形は、カオリン粒子を成型し、ついで該カオリンをゼオライト化することにある。この原理は、“Zeolite Molecular Sieves”by D.W.Breck,John Wiley & Sons, New York,320ページ以降に詳細に記載されている。この技術は95重量%までのゼオライト自身および転化していない結合剤の残渣からなるゼオライトAまたはゼオライトXの粒子の形成に首尾よく適用されている(例えば、US3119660参照(その中で、ゼオライトXの形成が反応媒体中にシリカ源の添加を要することに気づくであろう。)。
【0014】
US4818508中に、ゼオライトA、ゼオライトXまたはゼオライトYに基づく凝集体が、好適には細孔形成剤の存在下でアルカリ金属酸化物を用いて反応性粘土母材(該粘土は、ハロサイトまたはカオリナイトなどの反応性でない粘土(少なくともその50重量%が、1.5および15μmの間の粒径を有する粒子の形状である。)の熱処理で得られる。)を温浸することによって製造される。ゼオライトXに基づく凝集体の合成に関する実施例は、シリカ源の添加が必要であることを再度示している(これは、ゼオライトAに基づく凝集体の製造の場合に該当しない。)。しかし、このプロセスでは、反応性粘土を温浸した後に形成されるゼオライト結晶の粒径を先験的に制御できない。
【0015】
JP05163015は、1.25未満のSi/Al比を有するLSXゼオライト粉末をカオリン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよびカルボキシメチルセルロースと混合し、次いで押し出し成型操作により1.25未満の低いSi/Al比のゼオライトXの粒子を形成することが可能であることを教示している。このように得られた粒子は、乾燥され、600℃で2時間焼成され、ついで水酸化ナトリウム/水酸化カリウム溶液中に400℃で2日間浸漬される。
【0016】
しかし、上記の特許に記載されている関連のプロセスは、面倒であり、反応の過度の継続によるまたは含まれる段階の数が多いことによるいずれかの欠点を有する。本発明者らによれば、JP05163015に記載され、特許請求されている熱処理が、形成段階後に粒子の非晶化に寄与する可能性があることおよびそれに続く腐食性の温浸が、粒子を再結晶化し、それがこのプロセスの遅さを説明し得ることが懸念される。
【0017】
FR2789914は、ゼオライトXの粉末を結合剤、シリカ源およびカルボキシメチルセルロースと凝集させ、ついで該凝集体をアルカリ性の液体に浸漬することによって結合剤をゼオライト化することによるバリウムおよび場合によりカリウムイオンで交換されている1.15<Si/Al≦1.5であるようなSi/Al比のゼオライトXの凝集体の製造プロセスを記載している。ゼオライトをバリウム(およびカリウム)イオンとイオン交換および活性化後、このように得られた凝集体は、ゼオライトおよび結合剤(この結合剤はゼオライト化されていない。)の同じ量から作られた吸着剤に対して、芳香族分画中に含まれるパラキシレンを吸着する優れた特性を有する。
【0018】
良好な選択性は別として、反応混合物から分離される分子種に関して、Ruthvenが、表題 “Principles of Adsorption and Adsorption Processes”の論文326ページおよび407ページに指摘しているように、混合物中の分子種の有効な分離を行うのに十分な吸着トレイの数を保証するために、吸着剤は、良好な物質移動特性を有さなければならない。243ページに、Ruthvenは、凝集吸着剤の場合、全体の物質移動は、更に結晶内拡散抵抗および結晶間拡散抵抗に依存することを指摘している。結晶内拡散抵抗は、結晶の半径の二乗に比例し、結晶内分子の拡散性に反比例する。結晶間の拡散抵抗(マクロ多孔性抵抗とも云う。)は、それ自身凝集体の半径の二乗に比例し、マクロ多孔中の分子の拡散性に反比例する。所与の凝集体の粒径および所与の操作温度でのゼオライトの構造に関して、拡散性は固定されており、物質移動を改善する唯一の手段は、結晶の直径を減らすことにある。従って、全体の移動は、結晶の粒径を減らすことによって増加することになる。
【0019】
移動動力学におけるこの改善を見積もるために、 “Principles of Adsorption and Adsorption Processes”chapter 8,248−250ページにRuthvenによって記載されているトレイ理論を用い得る。この方法は、理想的に攪拌されている仮想的反応器(理論段)の有限数で表わされているカラムに基づいている。理論的トレイの等価な高さは、このシステムの軸方向分散および物質移動抵抗の直接の評価基準である。
【0020】
ガス精製の具体的な例において、先行技術(EP1105213)は、結晶の粒径の減少により、動的操作における吸着力が増加し、結晶内拡散抵抗が減少することを示している。この目的で、EP1105213は、COを除去するための分子篩の製造プロセスを記載している。この分子篩は、陽イオン部位の97%超がナトリウムイオンで占められている低Si/Al比(LSX)のフォージャサイトX粉末を不活性結合剤、解こう剤および孔形成剤と凝集させて形成される。更に、動的CO吸着力を改善し、結晶内移動抵抗を減らすために、該LSX粉末の80%超が1および2μmの間の粒径を有する結晶から構成されなければならない。
【0021】
模擬向流型の液相分離プロセスの良好な性能を保証するために必要な吸着剤の第3の特性は、良好な機械特性を有することである。これは、この型のプロセスの操作の標準的条件下で、ユニット内の吸着剤に機械的応力が加えられ、微粉が形成されて、性能が低下し(“Primary analysis on state of xylene adsorption unit” by Li et al., Jingxi Shiyou Huagong, 2004 (4), 54−55)、および吸着剤の機械強度が低い場合に性能は一層低下する。
【0022】
吸着剤の機械強度は、Vinci Technologiesにより販売されている“BCSテスター”を用い、“Determination of bulk crushing strength of catalysts;compression−sieve method”1471−74に記載の固体(6mm以下の長さのビーズまたは押出物。)床の破砕強度の測定を可能にするSMS(Small Method Series)と呼ばれる方法(装置と一緒に提供される。)を用いて特性付けられる。
【0023】
バリウムまたは(バリウム+カリウム)で交換されたゼオライトXに基づく凝集ゼオライト吸着剤は、液相中のC芳香族の混合物中のp−キシレンに対して良好なキシレン吸着特性、即ち良好な選択性を示すことが知られている。
【0024】
特に改善された物質移動により、小さな粒径のゼオライト結晶が、一般に大きな粒径の同じゼオライトの結晶よりも良好な物質移動を与えることも知られている。
【0025】
従って、当業者は、小さな結晶からなり、バリウムまたは(バリウム+カリウム)で交換されているゼオライトXに基づく凝集ゼオライト吸着剤は、良好なパラ−キシレン吸着特性、良好な選択性および良好な物質移動を示し得ること、および従って、このような吸着剤が、例えば模擬向流型の液相プロセス中のC芳香族の混合物中に含まれているパラ−キシレンの分離に良好な初期性能を示すことを期待するであろう。
【0026】
しかし、本発明者らは、通常の方法で結合剤と凝集された小さな結晶からなるゼオライトXに基づくゼオライト吸着剤が、良好な機械強度を有さないことおよびC芳香族異性体(特にキシレン)の分離におけるそれらの性能が、経時的に低下し、ゼオライトX
結晶の粒径が小さいほどより急速に低下することを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0027】
【特許文献1】米国特許第3558730号明細書
【特許文献2】米国特許第3558732号明細書
【特許文献3】米国特許第3626020号明細書
【特許文献4】米国特許第3663638号明細書
【特許文献5】米国特許第3960774号明細書
【特許文献6】米国特許第3878127号明細書
【特許文献7】米国特許第2985589号明細書
【特許文献8】米国特許第3119660号明細書
【特許文献9】米国特許第4818508号明細書
【特許文献10】特開平05−163015号公報
【特許文献11】仏国特許発明第2789914号明細書
【特許文献12】欧州特許出願公開第1105213号明細書
【非特許文献】
【0028】
【非特許文献1】“Zeolite Molecular Sieves”by D.W.Breck,John Wiley & Sons, New York,320ページ以降
【非特許文献2】“Principles of Adsorption and Adsorption Processes”by Ruthven,chapter 8,248−250ページ、326ページおよび407ページ
【非特許文献3】“Primary analysis on state of xylene adsorption unit” by Li et al., Jingxi Shiyou Huagong, 2004 (4), 54−55
【非特許文献4】“Determination of bulk crushing strength of catalysts;compression−sieve method”1471−74
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0029】
本発明の主題は、機械強度の損失の問題を改善しながら、C芳香族の混合物からパラ−キシレンを分離するための改善された特性を有するゼオライト吸着剤である。凝集ゼオライト吸着剤は、パラ−キシレンに関して良好な選択特性、良好な物質移動および良好な機械強度を示し、好適には模擬向流型の液相中のパラ−キシレンの分離のためのプロセスにおける使用に特に適している。
【課題を解決するための手段】
【0030】
本発明による凝集ゼオライト吸着剤は:少なくとも90%までがバリウムイオン単独またはバリウムイオンおよびカリウムイオンによって交換されている(カリウムによって占められている交換可能な該部位が、バリウム+カリウムによって占められている交換可能な該部位の1/3までに相当することが可能であり、可能な残余が、一般にバリウム以外のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンによって与えられている。)、1.15<Si/Al≦1.5、好適には、1.2から1.3の範囲であるようなSi/Al原子比を有する、1.7μm以下、好適には0.1から1.7μmの範囲および有利には0.1から1.6μmの直径のゼオライトX結晶および不活性結合剤を含み、300℃で16時間真空脱ガス後に77Kで窒素吸着により測定されたドビニン容量(Dubinin volume)が、0.245cm/g、好適には0.250cm/g以上、および有利には0.253以上であり、1.6mmm未満の粒径を有するゼオライト凝集体に適応されるShell法シリーズSMS1471−74を用い、Vinci Technologiesにより販売されている“BCSテスター”を用いて測定される機械強度が、2MPa以上であることで特徴づけられる。
【0031】
本発明はまた、本発明による凝集体を製造するプロセスに関し、そのプロセスは次の段階を含む:
a)1.7μm以下、好適には0.1から1.7μmの範囲および有利には0.6から1.6μmの直径を有するゼオライトX粉末と、ゼオライト化可能な粘土を少なくとも80重量%およびシリカ源を場合により含む結合剤との凝集、成形、ついで乾燥および焼成;
b)アルカリ性塩基溶液の作用による該結合剤のゼオライト化;
c)ゼオライトXの交換可能部位の少なくとも90%のバリウムによる置換、ついでこのように処理された生成物の洗浄および乾燥;
d)ゼオライトXの交換可能部位の多くとも33%のカリウムによる場合による置換、ついでこのように処理された生成物の洗浄および乾燥ならびに
e)活性化
段階a)において用いられるゼオライトX結晶の粒径及び凝集体中に含まれるゼオライトX結晶の粒径は、走査電子顕微鏡(SEM)によって測定される。
【0032】
SEM顕微鏡はまた、凝集体内の不活性結合剤の存在を確認することを可能にする。
【0033】
本発明の背景内で用いられる直径が1.7μm未満のゼオライトXの結晶は、小さな結晶と考えられる(最も一般に用いられるゼオライトXの市販の結晶は一般的に2μmを超える直径を有する。)。
【0034】
凝集および形成(段階a)は、押し出し、圧縮、凝集等の当業者に知られている任意の技術を用いて行い得る。用いられる結合剤およびゼオライトの割合は、通常、先行技術の割合、即ち、ゼオライト95部から1重量部当たり結合剤5から99重量部である。段階a)から得られる凝集剤は、それらがビーズの形状であれ、または押出物であれ、一般に0.4から2mmの範囲、および特に0.4から0.8mmの間の数平均直径を有する。
【0035】
本文書において、表現“数平均直径”または“粒径”は、ゼオライト結晶およびゼオライト凝集体に対して用いられる。測定の精度は約3%である。
【0036】
段階a)後、最も細かい凝集体粒子はサイクロニングおよび/またはスクリーニングによって除去され得、および/または例えば押出物の場合において、最も粗い粒子は、スクリーニングおよび/または粉砕によって除去され得る。
【0037】
段階a)において用いられる凝集結合剤は、ゼオライト化可能な粘土を少なくとも80重量%を含み、ベントナイトまたはアタパルジャイトなどの他の鉱物結合剤も含み得る。用語“ゼオライト化可能な粘土”は、アルカリ性塩基溶液の作用によりゼオライト材料に転化され得る粘土または粘土の混合物を意味すると理解される。ゼオライト化可能な粘土は、一般に、カオリン、カオリナイト、ナクライト、ディカイト、ハロイサイトおよび/またはメタカオリンの種類に属する。カオリンが通常用いられる。
【0038】
段階a)において用いられるゼオライトX粉末は、NaXまたは13Xゼオライトとも呼ばれるナトリウム交換ゼオライトXの結晶を合成することから得られるが、NaXの形状における合成および段階a)におけるその使用の間に1つ以上の陽イオン交換を受けた粉末を使用することは本発明の範囲外でない。
【0039】
場合によるシリカ源は、コロイダルシリカ、シリケート、ケイソウ土、パーライト、飛散灰、砂または固体シリカの任意の他の型であり得る。
【0040】
段階a)の間に、ゼオライトX粉末および結合剤は別として、例えば、凝集を容易にするかまたは形成された凝集体の硬化を改善することを意図する添加剤も用いられ得る。
【0041】
乾燥に続く焼成は、一般に500および600℃の間の温度で行われる。
【0042】
ゼオライト化段階b)のおかげで、ゼオライト化可能な不活性結合剤の少なくとも50%が、ゼオライト材料に転化される。ゼオライト化の目的は、特に凝集ゼオライト吸着剤の機械強度を増加することである。このゼオライト化は、該凝集体をアルカリ性塩基溶液、一般に水溶液、例えば濃度が好適には0.5Mより大きい水酸化ナトリウムおよび/または水酸化カリウム水溶液に浸漬することにより行われ得る。この操作は、プロセスの動力学を改善し、浸漬時間を8時間未満に減らすために、好適には、熱い温度(室温より上の温度)通常約80−100℃の温度で行われるが、この操作をより低温で、より長い浸漬時間に亘って行うことは、本発明の範囲外でない。この操作方法にしたがって、該結合剤の少なくとも50重量%のゼオライト化(即ち、吸着不活性結合剤の吸着活性材料への転化。)が容易に達成される。ついで、この材料は、乾燥される前に水で洗浄される。
【0043】
ゼオライトの陽イオンをバリウムと交換する段階c)は段階b)(またはd))から得られた凝集体を室温から100℃の間、および好適には80および100℃の間の温度で水溶液中のBaClなどのバリウム塩と接触させて行われる。高度のバリウム交換、即ち90%を超すバリウム交換を素早く得るためには、交換することが望まれるゼオライトの陽イオンに対して、通常、BaO/Al比が約10から12であるように、バリウムの大過剰を用い、および少なくとも90%、好適には少なくとも95%の意図される最低の交換度を達成するために連続的な交換を行うことにより操作することが好適である。この明細書を通して、交換のレベルは、当量で計算され、モル濃度によらない。
【0044】
カリウムとの場合による交換(段階d))は、バリウムイオンおよびカリウムイオンを含む溶液を用いて、バリウム交換(段階c))の前および/または後および/または同時に行い得る。上に示したように、段階a)において、既にカリウムイオンを含むゼオライトX粉末を凝集させることも可能である(段階a))の前にNaXゼオライトをカリウムイオンと前交換することにより、および段階d)を省くことにより(またはなしに)。)。
【0045】
本発明による吸着剤を得るためのプロセスの最後の段階である活性化(段階e))の目的は、吸着剤の水の含量および強熱減量を最適限界内に固定することである。この段階は、一般的に熱活性化であり、所望の水含量および所望の強熱減量に従って、好適には200および300℃の間で一定の時間、通常1から6時間に亘り行われる。
【0046】
段階e)から得られる凝集体は、それらがビーズであれまたは押出物であれ、一般に0.4から2mm、および特に0.4から0.8mmの間の範囲の数平均直径を有する。
【0047】
本発明はまた、バリウムで交換されているゼオライトXに基づくまたはバリウムおよびカリウムで交換されているゼオライトXに基づく、文献に記載されている吸着剤を有利に置き換え得る吸着剤として上述のゼオライト吸着剤の使用、特に以下に挙げる使用に関する:
芳香族異性体、特にキシレンの分離;
砂糖の分離;
多価アルコールの分離;
ニトロトルエン、ジエチルトルエンおよびトルエンジアミンなどの置換トルエン異性体の分離;および
クレゾールの分離。
【0048】
本発明は、液相プロセスのみならず気相プロセスにおいて用いられる本発明によるゼオライト吸着剤をパラ−キシレンの吸着剤として使用することを含むC芳香族異性体分画
からパラ−キシレンを回収する改良された方法に関する。
【0049】
従って、所望の製品は、分取吸着液体クロマトグラフィー(バッチ式)、有利には模擬移動床液体クロマトグラフィー、即ち模擬向流または模擬共向流型および特に模擬向流型の移動床液体クロマトグラフィーによって分離され得る。
【0050】
模擬向流型の工業的吸着ユニットの操作条件は一般に次の通りである。
【0051】
−床数:6から30;
−ゾーン数:4以上;
−温度:100から250℃、好適には150から190℃;
−圧力:該プロセスの温度におけるキシレンのバブル圧および3MPaの間;
仕込み率に対する脱着剤率の比:0.7から2.5(例えば,独立型吸着ユニットでは0.9から1.8および結晶化ユニットと結合された吸着ユニットでは0.7から1.4);および
再循環率:2.5から12、好適には3.5から6。
【0052】
読者はUS2985589、US5284992およびUS5629467の教示を参照し得る。
【0053】
工業的模擬共向流吸着ユニットの操作条件は一般に、通常0.8から7の間である再循環率以外は模擬向流式における操作条件と同じである。読者は特許US4402832およびUS4498991を参照し得る。
【0054】
脱着溶媒は、沸点がトルエンなどの仕込みの沸点未満である脱着剤であり得るが、沸点がパラ−ジエチルベンゼン(PDEB)などの仕込みの沸点を超す脱着剤でもあり得る。C芳香族分画中に含まれているp−キシレンを吸着するための本発明の吸着剤の選択性は、900℃で測定される強熱減量が一般に4.0および7.7%の間、好適には4.7および6.7%の間である場合に最適である。水および少量の二酸化炭素が強熱減量に含まれている。
【0055】
液相中の分子の多孔性固体上での吸着を特性化するための選択できる技術の1つは破過である。論文“Principles of Adsorption and Adsorption Process”の中で、著者Ruthvenは、破過曲線の技術を吸着可能な構成成分の範囲の注入を研究する方法として定義している。
【0056】
Vinci Technologiesにより販売されている“BCSテスター”に結合したSMS1471−74法(Shell Method Series“Determination of bulk crushing strength of catalysts: compression−sieve method”)は、固体の床の破砕強度を測定することを可能にし、以下の原理に基づいている:250℃で少なくとも2時間オーブン中で予め乾燥した凝集吸着剤の20cm試料を内断面の知られた金属シリンダー中に置く。この試料上にピストンにより段階的に増加する力を加える。様々な圧力段階において得られる微粉をスクリーニングによって分離し、重量を測定する。標準的なShell法に用いられるスクリーンは、425μmスクリーンで、これは、200μmのスクリーンが用いられる1.6mmよりも小さい粒径の凝集体に適応されなければならない。床形状の破砕強度は、篩を通過する微粉の累積量が試料の0.5重量%となるメガパスカル(MPa)での圧力により測定される。この値は、得られた微粉の質量を吸着剤床に加えられた力の関数としてグラフ上にプロットし、累積微粉の0.5重量%に内挿することにより得られる。床の破砕抵抗は通常、数百kPaおよび数十MPaの間、一般に0.3および3.2MPaの間である。
【0057】
本発明を実施する方法
A 1.25±0.03のSi/Al比、2.1μmの直径および1のNa/Al比を有するゼオライトX結晶の合成
次のモル組成を有するゲル:
2.72NaO;2.8SiO;AL;150H
を次の反応物:水酸化ナトリウムシリケート、アルミン酸ナトリウムおよび水をタービン混合器を用いて混合して調整する。該ゲルを35℃で20時間放置熟成し、ついで100℃で4時間結晶化する。
【0058】
濾過および洗浄後に得られる結晶をX線回折でフォージャサイトとして同定する。
【0059】
該固体の化学分析は、1.25±0.03のSi/Al比を示す。
【0060】
ゼオライト結晶粒径の分析を走査電子顕微鏡により行う(平均粒径は2.1μmである。)。
【0061】
B 1.25±0.03のSi/Al比、1.6μmの直径および1のNa/Al比を有するゼオライトX結晶の合成
次のモル組成を有するゲル:
3.2NaO;2.8SiO;AL;130H
を次の反応物:水酸化ナトリウムケイ酸塩、アルミン酸ナトリウムおよび水をタービンを用いて混合して調整する。該ゲルを35℃で20時間放置熟成した後、100℃で4時間結晶化する。
【0062】
濾過および洗浄後に得られる結晶をX線回折でフォージャサイトとして同定する。
【0063】
該固体の化学分析は、1.25±0.03のSi/Al比を示す。
【0064】
ゼオライト結晶粒径の分析を走査電子顕微鏡により行う(平均粒径は1.6μmである。)。
【発明を実施するための形態】
【0065】
(比較例1)
Aに記載された操作方法を用いて調製されたゼオライト粉末840g(焼成等価物として表した。)を押し出しによる凝集体を形成するための適切な量の水とともにCharentesのカオリナイト(焼成等価物として表した。)160gと十分混合して凝集させた。0.7mmの等価直径を有する粒子を回収するために、押出物を乾燥し、破砕した。次いで窒素流中550℃で2時間焼成した。
【0066】
これらの顆粒を、0.5M塩化バリウム溶液により95℃において4段階で交換した。各段階において、溶液容量の固体の質量に対する比は、20ml/gであり、各回交換を4時間続けた。それぞれの交換の間、過剰な塩を取り去るために、該固体を数回洗浄した。ついで、それを窒素流中250℃の温度で2時間活性化した。
【0067】
バリウム交換度は、97%であり、強熱減量(900℃で測定された。)は5.9%であった。300℃で16時間真空脱ガス後77Kで窒素の吸着によりドビニン法を用いて測定した微孔の容量は、0.23cm/gであった。
【0068】
ついで、吸着剤の有効性を測定するためにこれらの吸着剤について破過試験(前端クロマトグラフィー)を行った。この試験に用いた吸着剤の量は約81gであった。
【0069】
破過曲線を得るための操作方法は次の通りであった:
・カラムに篩を詰め、該カラムを試験装置に置く;
・室温で溶媒を注入する;
・溶媒流(5cm/分)下での吸着温度の急速な上昇;
・吸着温度に達した時に10cm/分で溶媒を注入;
・仕込みの注入(10cm/分)のための溶媒/仕込み置換;
・仕込みの注入、ついで熱力学的平衡に達するのに十分に長い時間維持;および
・破過流出物の採取および分析。
【0070】
該圧力は、該仕込みが液相に留まるのに十分、即ち1MPaであった。
【0071】
吸着温度は175℃であった。
【0072】
該仕込みの組成は次の通りであった:
パラ−キシレン:45重量%;
メタ−キシレン:45重量%;および
イソオクタン:10重量%(後者は、非選択的容量を推定するためのトレーサーとして用いられ、分離には関係していない。)。
【0073】
破過結果を、下表に示す:
メタ−キシレンに対するパラ−キシレンの選択性は、物質収支により計算する。
【0074】
【表1】

【0075】
機械強度はまた、本発明の明細書に示した方法を用いて測定した。0.5%の微粉を得るために要した圧力は、1.80MPaであった。
【0076】
(比較例2)
Bに記載した操作方法を用いて調製したNaXゼオライト粉末840g(焼成等価物として表した。)をカオリン160g(焼成等価物として表した。)および押し出しにより凝集剤を形成するための水の適量と十分混合することにより凝集させた。押出物を乾燥し、等価直径が0.7mmである粒子を回収するために破砕し、ついで窒素流中550℃において2時間焼成した。
【0077】
BaCl溶液の濃度(その濃度は0.7Mであった。)を除いて比較例1の条件と同じ操作条件下でバリウム交換を行い、ついで洗浄し、ついで80℃で2時間乾燥し、最後に窒素流中250℃で2時間活性化した。
【0078】
バリウム交換度は、97%であり、強熱減量(900℃で測定した。)は5.8%であった。300℃で16時間真空脱ガス後77Kで窒素の吸着によりドビニン法を用いて測定した微孔の容量は、0.235cm/gであった。
【0079】
ついで、吸着剤の有効性を測定するためにこれらの吸着剤について破過試験(前端クロマトグラフィー)を行った。この試験に用いた吸着剤の量は、約73gであった。
【0080】
操作方法および仕込みの組成は比較例1のそれらと同じであった。
【0081】
破過の結果を下表に示す。
【0082】
メタ−キシレンに対するパラ−キシレンの選択性を物質収支により計算する。
【0083】
【表2】

【0084】
機械強度はまた、本発明の明細書に示されている方法を用いて測定した。0.5%の微粉を得るために要した圧力は、1.65MPaであった。
【0085】
比較例1の吸着剤で得られた結果と比べて、物質移動がかなり改善され、等価な理論トレイ高さがかなり低下しているが、機械強度もまた顕著に低下していることが見られ得る。
【0086】
(比較例3)
この例において、先行技術(FR2789914)による吸着剤を製造し、試験した。
【0087】
Aに記載された操作方法を用いて調製されたゼオライトX粉末800g(焼成等価物として表した。)を、押し出しを行うための適量の水とともにカオリン150g(焼成等価物として表した。)および商品名Klebosol(登録商標)30(以前、Cecasol(登録商標)の商品名で販売された。)のコロイダルシリカ65g(SiO30重量%およびNaO0.5%を含む)と十分混合することにより、1.25のSi/Al比および1のNa/Al比を有するNaXゼオライトを凝集させた。押出物を乾燥し、等価直径が0.7mmである粒子を回収するために破砕し、次いで窒素流中550℃で2時間焼成した。
【0088】
このように得られた顆粒200gを100±1℃の温度に制御されたジャケットを装備したガラス反応器に入れ、ついで100g/l濃度の水酸化ナトリウム水溶液1.5lを加え、反応混合物を3時間攪拌放置した。次に、顆粒を3回の連続洗浄操作において水で洗浄し、ついで反応器を水抜きした。洗浄の有効性は、洗浄水の最終のpHを測定することによりチェックした(水のpHは10および10.5の間であった。)。
【0089】
次に、比較例2と同じ操作条件下でバリウム交換を行い、ついで洗浄し、ついで80℃で2時間乾燥し、最後に窒素流下250℃で2時間活性化した。この吸着剤のバリウム交換度は、95%であり、強熱減量は6.0%であった。300℃で16時間真空脱ガス後77Kで窒素の吸着によりドビニン法を用いて測定した微孔の容量は、0.25cm/gであった。
【0090】
上述の操作条件下で調製した吸着剤の有効性を測定するために破過試験(前端クロマトグラフィー)を行った。これらの試験に用いた篩の量は約77gであった。
【0091】
操作方法および仕込みの組成は比較例1のそれらと同じであった。
【0092】
破過の結果を下表に示す。
【0093】
メタ−キシレンに対するパラ−キシレンの選択性は物質収支により計算した。
【0094】
【表3】

【0095】
0.5%の微粉を得るために加えられなければならなかった圧力は2.60MPaであった。
【0096】
(比較例3a)
この例において、先行技術(同一に再現されたFR2789914の実施例2)による吸着剤を製造し、試験した。
【0097】
Aに記載された操作方法によって調製されたゼオライトX粉末800g(焼成等価物として表した。)を、押し出しを行うための適量の水とともにカオリン150g(焼成等価物として表した。)および商品名Klebosol(登録商標)30(以前、Cecasol(登録商標)の商品名で販売された。)のコロイダルシリカ56g(SiO30重量%およびNaO0.5%を含む)およびカルボキシメチルセルロース6gと十分混合することにより、1.25のSi/Al比および1のNa/Al比を有するNaXゼオライトを凝集させた。押出物を乾燥し、等価直径が0.7mmである粒子を回収するために破砕し、ついで窒素流中550℃で2時間焼成した。
【0098】
このように得られた顆粒200gを100±1℃の温度に制御されたジャケットを装備したガラス反応器に入れ、ついで100g/l濃度の水酸化ナトリウム水溶液1.5lを加え、反応混合物を3時間攪拌放置した。次に、顆粒を3回の連続洗浄操作において水で洗浄し、ついで反応器を水抜きした。洗浄の有効性は、洗浄水の最終のpHを測定することによりチェックした(洗浄水のpHは10および10.5の間であった。)。
【0099】
次に、比較例2と同じ操作条件下でバリウム交換を行い、ついで洗浄し、ついで80℃で2時間乾燥し、最後に250℃で2時間窒素流下で活性化した。この吸着剤のバリウム交換度は、97.4%であり、強熱減量は5.2%であった。300℃で16時間真空脱ガス後77Kで窒素の吸着によりドビニン法を用いて測定した微孔の容量は、0.244cm/gであった。
【0100】
上述の操作条件下で調製した吸着剤の有効性を測定するために破過試験(前端クロマトグラフィー)を行った。これらの試験に用いた篩の量は約77gであった。
【0101】
操作方法および仕込みの組成は比較例1のそれと同じであった。
【0102】
破過の結果を下表に示す。
【0103】
メタ−キシレンに対するパラ−キシレンの選択性は物質収支により計算した。結果は、FR2789914の実施例2中に示された結果と異なる(但し、試験方法は異なる。)。
【0104】
【表4】

【0105】
0.5%の微粉を得るために加えられなければならなかった圧力は2.55MPaであった。
【0106】
(本発明による実施例4)
Bに記載された操作方法を用いて調製されたNaXゼオライト粉末800g(焼成等価物として表した。)を、押し出しを行うための適量の水とともにカオリン150g(焼成等価物として表した。)および商品名Klebosol(登録商標)30(以前、Cecasol(登録商標)の商品名で販売された。)のコロイダルシリカ65g(SiO30重量%およびNaO0.5%を含む)と十分混合し、凝集させた。押出物を乾燥し、等価直径が0.7mmである粒子を回収するために破砕し、次いで窒素流中550℃で2時間焼成した。
【0107】
このように得られた顆粒200gを100±1℃の温度に制御されたジャケットを装備したガラス反応器に入れ、ついで100g/l濃度の水酸化ナトリウム水溶液1.5lを加え、反応混合物を3時間攪拌放置した。次に、該顆粒を3回の連続洗浄操作において水で洗浄し、ついで反応器を水抜きした。洗浄の有効性は、洗浄水の最終のpHを測定することによりチェックした(洗浄水のpHは10および10.5の間であった。)。
【0108】
次に、比較例2と同じ操作条件下でバリウム交換を行い、ついで洗浄し、ついで80℃で2時間乾燥し、最後に窒素流下250℃で2時間活性化した。
【0109】
この吸着剤のバリウム交換度は、95%であり、強熱減量は6.0%であった。300℃で16時間真空脱ガス後77Kで窒素の吸着によりドビニン法を用いて測定した微孔の容量は、0.256cm/gであった。
【0110】
吸着剤の有効性を測定するために破過試験(前端クロマトグラフィー)を行った。これらの試験に用いた吸着剤の量は約76gであった。
【0111】
操作方法および仕込みの組成は比較例1のそれらと同じであった。
【0112】
破過の結果を下表に示す。
【0113】
メタ−キシレンに対するパラ−キシレンの選択性は物質収支により計算する。
【0114】
【表5】

【0115】
機械強度はまた、本発明の明細書に示されている方法を用いて測定した。0.5%の微粉を得るため要した圧力は2.40MPaであった。
【0116】
本発明による吸着剤は、先行技術の吸着剤よりも改善された選択性、物質移動および機械強度を同時に兼ね備えることが分かるであろう。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
交換可能な陽イオン部位の少なくとも90%がバリウムイオン単独またはバリウムイオンおよびカリウムイオンのいずれかによって占められている(カリウムによって占められている交換可能な前記部位が、バリウム+カリウムによって占められている交換可能な前記部位の1/3までに相当することが可能であり、可能な残余が、一般にバリウム以外のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンによって与えられている。)、1.15<Si/Al≦1.5であるようなSi/Al原子比を有する、1.7μm以下の数平均直径のゼオライトX結晶および不活性結合剤に基づく凝集ゼオライト吸着剤であり、300℃で16時間真空脱ガス後77Kで測定された前記吸着剤のドビニン容量(Dubinin volume)が、0.245cm/g以上であり、1.6mm未満の粒径を有する凝集体に適応されるShell法シリーズSMS1471−74によって測定される機械強度が、2MPa以上であることを特徴とする、前記凝集ゼオライト吸着剤。
【請求項2】
ドビニン容量が0.250cm/g以上である、請求項1に記載の吸着剤。
【請求項3】
ドビニン容量が0.253cm/g以上である、請求項1に記載の吸着剤。
【請求項4】
バリウム単独またはバリウム+カリウムによる総合的な全体の交換が95%以上である、請求項1から3の1つに記載の吸着剤。
【請求項5】
900℃で測定される強熱減量が広範には4.0および7.7%の間であり、好適には5.2および7.7%の間である、請求項1から4に記載の吸着剤。
【請求項6】
結晶の数平均直径が0.1および1.7μmの間である、請求項1から5に記載の吸着剤。
【請求項7】
結晶の数平均直径が0.1および1.6μmの間である、請求項1から6に記載の吸着剤。
【請求項8】
1.2から1.3までの範囲のSi/Al原子比を有する、請求項1から7に記載の吸着剤。
【請求項9】
次の段階:
a)1.15<Si/Al≦1.5であるようなSi/Al原子比を有する、1.7μm以下の数平均直径のゼオライトX粉末の、ゼオライト化可能な粘土を少なくとも80重量%および場合によりシリカ源を含む結合剤との凝集、成形、ついで乾燥および焼成;
b)アルカリ性塩基溶液の作用による結合剤のゼオライト化;
c)ゼオライトXの交換可能部位の少なくとも90%のバリウムによる置換、ついでこのように処理された生成物の洗浄および乾燥;
d)ゼオライトXの交換可能部位の多くとも33%のカリウムによる場合による置換、ついでこのように処理された生成物の洗浄および乾燥;ならびに
e)活性化(場合によるカリウの交換(段階d))は、バリウム交換の前および/または後および/または同時(段階c))に行われることが可能である。)を含む、請求項1から8のいずれか1項に定義されている吸着剤を得るための方法。
【請求項10】
結晶の数平均直径が0.1および1.7μmの間であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
結晶の数平均直径が0.1および1.6μmの間であることを特徴とする、請求項10に記載の吸着剤を得るための方法。
【請求項12】
Si/Al原子比が1.2および1.3の間であることを特徴とする、請求項9から11の1項に記載の方法。
【請求項13】
段階e)の活性化が200から300℃の温度において行われる熱活性化であることを特徴とする、請求項9から12の1項に記載の方法。
【請求項14】
段階b)のアルカリ溶液が少なくとも0.5Mの濃度を有することを特徴とする、請求項9から13の1項に記載の方法。
【請求項15】
請求項9から14に定義されている方法を用いて得られ得る、請求項1から8に記載の吸着剤。
【請求項16】
脱着剤の存在下で、請求項1から8または15のいずれか1項に記載の吸着剤を用いてパラキシレンを吸着することにより液相中の芳香族C異性体分画からパラキシレンを回収する方法。
【請求項17】
模擬流動床型の、請求項16に記載のパラキシレンを回収する方法。
【請求項18】
模擬向流型の、請求項17に記載のパラキシレンを回収する方法。
【請求項19】
模擬共向流型の、請求項17に記載のパラキシレンを回収する方法。
【請求項20】
脱着剤の存在下で、請求項1から8または15のいずれか1項に記載の吸着剤を用いてパラキシレンを吸着することによりガス相中の芳香族C異性体分画からパラキシレンを回収する方法。
【請求項21】
脱着剤がトルエンまたはパラ−ジエチルベンゼンである、請求項16から20のいずれか1項に記載のパラキシレンを回収する方法。
【請求項22】
請求項1から8または15のいずれか1項に記載の吸着剤を用いて、砂糖を分離する方法。
【請求項23】
請求項1から8または15のいずれか1項に記載の吸着剤を用いて、多価アルコールを分離する方法。
【請求項24】
請求項1から8または15のいずれか1項に記載の吸着剤を用いて、ニトロトルエン、ジエチルトルエン、トルエンジアミンなどの置換トルエン異性体を分離する方法。
【請求項25】
請求項1から8または15のいずれか1項に記載の吸着剤を用いて、クレゾールを分離する方法。

【公開番号】特開2012−176952(P2012−176952A)
【公開日】平成24年9月13日(2012.9.13)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−87419(P2012−87419)
【出願日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【分割の表示】特願2009−520021(P2009−520021)の分割
【原出願日】平成19年7月13日(2007.7.13)
【出願人】(509016999)
【出願人】(509016988)
【Fターム(参考)】