JPH11193253A - Direct production of styrene - Google Patents

Direct production of styrene

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JPH11193253A
JPH11193253A JP9366889A JP36688997A JPH11193253A JP H11193253 A JPH11193253 A JP H11193253A JP 9366889 A JP9366889 A JP 9366889A JP 36688997 A JP36688997 A JP 36688997A JP H11193253 A JPH11193253 A JP H11193253A
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JP
Japan
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zeolite
catalyst
ethylene
benzene
ethane
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Application number
JP9366889A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Matsuoka
有二 松岡
Sadataka Kanejima
節隆 金島
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11193253A publication Critical patent/JPH11193253A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an efficient one-step process of direct styrene production from benzene and ethylene and/or ethane by using a zeolite catalyst ion- exchanged with a specific metal element. SOLUTION: Over a zeolite catalyst ion-exchanged with metal elements selected from the group consisting of Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, Pb and Bi, the catalytic reactions between benzene and ethylene and or ethane are carried out under the gas-phase conditions. In a preferred embodiment, a ZSM zeolite having the MFI structure can be selected as a zeolite catalyst. The zeolite used for the ion exchange bears an alkali metal cation because the ion-exchange rate can be increased. In this direct styrene production, the reactions are carried out at the molar ratio of benzene to ethylene and/or ethane of 2/1-10/1, the weight space velocity of 0.2-5, at reaction temperature of 500-650 deg.C under the pressure of 0.1-3 kg/cm<2> calculated as a partial pressure of the starting gas.

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、ポリスチレン、ス
チレン/ブタジエンゴム、アクリロニトリル/ブタジエ
ン/スチレン、不飽和ポリエステル等の合成樹脂や合成
ゴムのモノマー原料として有用なスチレンを、ベンゼン
とエチレンおよび/またはエタンとから一段階で製造す
る方法に関するものである。
The present invention relates to styrene, which is useful as a monomer material for synthetic resins and synthetic rubbers such as polystyrene, styrene / butadiene rubber, acrylonitrile / butadiene / styrene and unsaturated polyester, and benzene and ethylene and / or ethane. And a method for manufacturing in one step.

【0002】[0002]

【従来の技術】スチレンの工業的製造法は、ベンゼンと
エチレンとからアルキル化反応によりエチルベンゼンを
製造し、分離、精製して得られたエチルベンゼンから脱
水素反応によりスチレンを製造するいわゆる二段階製造
法が大規模に行われている。前段に相当するエチルベン
ゼンの製造法は、塩化アルミニウムや燐酸等のフリーデ
ル・クラフツ型触媒を用いる液相条件下のアルキル化反
応、YやβやZSM−5等の酸型ゼオライト触媒を用い
る液相又は気相条件下のアルキル化反応が代表的であ
る。この反応はΔH(300K)=−27.2Kcal/mo
lの激しい発熱反応である。エチルベンゼンの収率を上
げるために、アルキル化反応の後でトランスアルキル化
反応を行うことが一般に採用されている。一方、後段に
相当するスチレンの製造法は、媒体としてスチームを使
い、触媒としてFe2O3−Cr2O3−K2CO3等
の酸化鉄系を用いる気相条件下の脱水素反応が代表的で
ある。この反応はΔH(300K)=28.1Kcal/mo
lの激しい吸熱反応であり、反応平衡上500℃以上の
高温条件が採用される。このエチルベンゼン製造を経由
する二段階のスチレン製造法は、現在も改良が進められ
ているものの製造技術的にはほぼ完成された領域に達し
ている。
2. Description of the Related Art An industrial method for producing styrene is a so-called two-step production method in which ethylbenzene is produced from benzene and ethylene by an alkylation reaction, and styrene is produced from ethylbenzene obtained by separation and purification by dehydrogenation. Has been done on a large scale. The method for producing ethylbenzene corresponding to the former stage includes an alkylation reaction under a liquid phase condition using a Friedel-Crafts type catalyst such as aluminum chloride or phosphoric acid, and a liquid phase reaction using an acid type zeolite catalyst such as Y, β or ZSM-5. Alternatively, an alkylation reaction under gas phase conditions is typical. The reaction is ΔH (300K) =-27.2Kcal / mo.
1 violent exothermic reaction. To increase the yield of ethylbenzene, it is generally employed to carry out a transalkylation reaction after the alkylation reaction. On the other hand, the styrene production method corresponding to the latter stage is typically a dehydrogenation reaction under a gas phase condition using steam as a medium and an iron oxide system such as Fe2O3-Cr2O3-K2CO3 as a catalyst. The reaction is ΔH (300K) = 28.1Kcal / mo.
This is a vigorous endothermic reaction, and a high temperature condition of 500 ° C. or more is adopted on the reaction equilibrium. Although the two-stage styrene production method via ethylbenzene production is still being improved at present, the production technology has reached an almost completed area.

【0003】スチレンの製造方法として、上記従来製造
法を凌駕して有意な工業的価値が生じる可能性を持つ製
造方法は、原料であるベンゼンとエチレンからエチルベ
ンゼン製造を経由することなく一段階反応でシンプルに
スチレンを製造する方法である。しかしながら、一段階
反応の製造技術について有意性を示す技術はこれまで開
示されてこなかった。
As a method for producing styrene, there is a possibility that a significant industrial value may be generated over the above-mentioned conventional production method, and the styrene and the raw materials benzene and ethylene are produced in a one-step reaction without going through ethylbenzene production. This is a simple method for producing styrene. However, a technique showing significance in the production technique of the one-step reaction has not been disclosed so far.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、原料として
ベンゼンとエチレン、さらには、ベンゼンとエタンを用
いて一段階の反応で直接スチレンを製造する方法とそれ
に使用する触媒を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing styrene directly in a one-step reaction using benzene and ethylene, and furthermore, benzene and ethane as raw materials, and a catalyst used therefor. And

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意検討した結果、特定の金属元素でイ
オン交換したゼオライト触媒を用いれば、ベンゼンとエ
チレンを反応させることによって、さらには、ベンゼン
とエタンを反応させることによってでもスチレンを効率
よく製造できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, if a zeolite catalyst ion-exchanged with a specific metal element is used, benzene and ethylene can be further reacted. Have found that styrene can be efficiently produced even by reacting benzene with ethane, and have completed the present invention.

【0006】すなわち、本発明は下記に関するものであ
る。 (1)Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、P
b、Biから選ばれる少なくとも1種の金属元素でイオ
ン交換したゼオライト触媒の存在下、ベンゼンとエチレ
ンおよび/またはエタンとを気相条件で接触させること
からなるスチレンの直接製造方法 (2)イオン交換が、アルカリ金属カチオンを有するゼ
オライトを用いて行われることを特徴とする上記(1)
に記載のスチレンの直接製造方法。 (3)ゼオライトが、MFI構造を有するZSMゼオラ
イトであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記
載のスチレンの直接製造方法。
That is, the present invention relates to the following. (1) Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, Tl, P
b. Direct styrene production process comprising contacting benzene with ethylene and / or ethane under gas phase conditions in the presence of a zeolite catalyst ion-exchanged with at least one metal element selected from b and Bi. (2) Ion exchange Is carried out using a zeolite having an alkali metal cation.
The direct production method of styrene according to 1. (3) The method for directly producing styrene according to the above (1) or (2), wherein the zeolite is a ZSM zeolite having an MFI structure.

【0007】以下、本発明を更に詳細に説明する。本発
明の触媒は、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、T
l、Pb、Biから選ばれる少なくとも1種の金属元素
でイオン交換を施したゼオライト種である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The catalyst of the present invention comprises Ga, Ge, As, In, Sn, Sb, T
It is a zeolite species ion-exchanged with at least one metal element selected from l, Pb, and Bi.

【0008】ゼオライト種は、触媒として使用可能なゼ
オライトであれば特に限定されない。例としては、X型
フォージャサイト、Y型フォージャサイト、A、L、β
(ベータ)、オフレタイト、エリオナイト、モルデナイ
ト、フェリエライト、ZSM−5、ZSM−8、ZSM
−11、ZSM−12、ZSM−22、ZSM−23、
ZSM−35、ZSM−38、ZSM−48、シリカラ
イト等の結晶性アルミノシリケートが用いられる。Si
O2/Al2O3のモル比は5〜1000程度、好まし
くは10〜200程度の範囲から選択できる。また、ゼ
オライト骨格内にB、Ga、Ti、Fe、Cu、Ag、
Cr、Ge、P等の元素を含有するメタロアルミノシリ
ケートやメタロシリケートも用いることができる。これ
らゼオライト種の中でより好ましいゼオライト種は、I
UPACの勧告に従った骨格構造タイプでMFI構造タ
イプと表されるZSM系のアルミノシリケート、メタロ
アルミノシリケート、メタロシリケートである。
[0008] The zeolite species is not particularly limited as long as it is a zeolite that can be used as a catalyst. Examples are X-type faujasite, Y-type faujasite, A, L, β
(Beta), offretite, erionite, mordenite, ferrierite, ZSM-5, ZSM-8, ZSM
-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-23,
Crystalline aluminosilicates such as ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, and silicalite are used. Si
The molar ratio of O2 / Al2O3 can be selected from the range of about 5 to 1000, preferably about 10 to 200. Also, B, Ga, Ti, Fe, Cu, Ag,
Metalloaluminosilicate or metallosilicate containing elements such as Cr, Ge, and P can also be used. Among these zeolite species, more preferred zeolite species are I
ZSM-based aluminosilicates, metalloaluminosilicates, and metallosilicates represented by the skeleton structure type and the MFI structure type according to the recommendations of UPAC.

【0009】本発明の触媒は、上記ゼオライト種にイオ
ン交換法により特定の金属元素を少なくとも1種導入す
る。特定の金属元素は、Ga、Ge、As、In、S
n、Sb、Tl、Pb、Biから選ばれる少なくとも1
種の元素である。
In the catalyst of the present invention, at least one specific metal element is introduced into the above zeolite species by an ion exchange method. Specific metal elements are Ga, Ge, As, In, S
at least one selected from n, Sb, Tl, Pb and Bi
It is a seed element.

【0010】少なくとも1種の特定の金属元素をゼオラ
イト種に導入する方法としては、イオン交換法、含浸
法、混練り法等の公知の導入方法がありいずれも採用可
能であるが、これらの方法の中でイオン交換法を用い
る。少なくとも一種類の特定の金属元素をイオン交換法
により導入して得られるゼオライト種は、含浸法や混練
り法のゼオライト種に比べて、本発明の触媒に用いた場
合、ベンゼンとエチレンおよび/またはエタンの反応率
を高め、且つ、得られるスチレンの選択率を高める。こ
のため、イオン交換法を採用したゼオライト種は、本発
明によるスチレンの直接製造方法の触媒として、他の方
法を採用したゼオライト種よりも勝れている。
As a method for introducing at least one specific metal element into the zeolite species, there are known introduction methods such as an ion exchange method, an impregnation method and a kneading method, and any of these methods can be adopted. The ion exchange method is used. The zeolite species obtained by introducing at least one specific metal element by an ion exchange method, when used in the catalyst of the present invention, compared with the zeolite species of the impregnation method or the kneading method, benzene and ethylene and / or It increases the conversion of ethane and the selectivity of the resulting styrene. For this reason, zeolite species employing the ion exchange method are superior to zeolite species employing other methods as catalysts in the direct styrene production process of the present invention.

【0011】イオン交換法に供する金属化合物は、硝酸
塩、硫酸塩、塩酸塩、酢酸塩、蓚酸塩等の金属塩が用い
られる。一方、イオン交換法に供するゼオライトは、陽
イオン種として、プロトン、アンモニウムイオン、Na
・K等のアルカリ金属カチオン、Mg・Ca等のアルカ
リ土類金属カチオン、テトラアルキルアンモニウム類・
アルキルアミン類・ジアミン類等のテンプレート(結晶
化剤)に由来するカチオン等を1種以上有しているもの
が用いられる。また、ゼオライト合成や後処理の過程で
骨格に存在したAl、B、Ga等が骨格から一部脱離し
て陽イオン部位を一部占有したものも用いられる。イオ
ン交換法においては、これらカチオンの一部または全部
を交換するが、一部交換においては、これらカチオン種
が遷移金属元素と共存することになるが触媒として問題
ない。イオン交換法において、イオン交換率を高くでき
る陽イオン種はアルカリ金属カチオンであり、触媒使用
においても、アルカリ金属カチオンは特定の金属と共存
して好ましい触媒性能を示す。
As the metal compound used for the ion exchange method, metal salts such as nitrates, sulfates, hydrochlorides, acetates, oxalates and the like are used. On the other hand, zeolite subjected to the ion exchange method has protons, ammonium ions, and Na as cation species.
Alkali metal cations such as K, alkaline earth metal cations such as Mg and Ca, tetraalkylammoniums
Those having one or more cations derived from a template (crystallization agent) such as alkylamines and diamines are used. Further, a material in which Al, B, Ga, or the like existing in the skeleton during the process of zeolite synthesis or post-treatment is partially desorbed from the skeleton and partially occupies a cation site is also used. In the ion exchange method, some or all of these cations are exchanged. In the partial exchange, these cation species coexist with the transition metal element, but there is no problem as a catalyst. In the ion exchange method, a cation species capable of increasing the ion exchange rate is an alkali metal cation. Even when a catalyst is used, the alkali metal cation exhibits favorable catalytic performance in the presence of a specific metal.

【0012】イオン交換法は公知の方法に従って行うこ
とができ、代表的には水溶媒を使って行う。イオン交換
処理でのゼオライトと金属塩類との使用量比の関係は、
ゼオライトの交換容量に対する金属塩類の総モル数の比
の値で表して通常0.1〜100の範囲である。導入す
る金属を含む金属塩を水溶媒に溶かし、この水溶液にゼ
オライトを投入して静置、または、撹拌してイオン交換
させることが一般的である。導入する金属塩を水溶媒に
溶かす場合の金属塩水溶液の濃度は、用いる金属塩の種
類により異なり、通常0.0001〜10mol/li
terである。イオン交換処理時の圧力は、通常、常圧
で行われるが、減圧下或いは加圧下で行うこともでき
る。イオン交換処理時の水溶液温度は、常圧で行う場
合、通常0〜100℃が用いられる。イオン交換処理時
間は、通常0.1〜100時間が用いられる。また、イ
オン交換処理は、一度のみならず繰り返し行ってもよ
い。イオン交換処理が終了した後、水洗、乾燥し、ま
た、必要に応じて加熱や焼成をして、触媒として使用す
ることができる。このようにして得られた触媒中のゼオ
ライトに対する導入した金属の割合は、ゼオライト種や
イオン交換の仕方にもよるが通常0.1〜10重量%の
範囲内となる。この濃度範囲は厳密なものではなく、
0.1重量%以下では触媒性能が充分でなく、10重量
%以上では金属の使用量に比して触媒性能向上が認め難
いことを表す。
[0012] The ion exchange method can be performed according to a known method, typically using an aqueous solvent. The relationship between the usage ratio of zeolite and metal salts in the ion exchange treatment is as follows:
It is usually in the range of 0.1 to 100, expressed as the ratio of the total number of moles of metal salts to the exchange capacity of zeolite. In general, a metal salt containing a metal to be introduced is dissolved in an aqueous solvent, and zeolite is charged into the aqueous solution and allowed to stand or stirred to perform ion exchange. The concentration of the aqueous metal salt solution when the metal salt to be introduced is dissolved in an aqueous solvent varies depending on the type of the metal salt used, and is usually 0.0001 to 10 mol / li.
ter. The pressure at the time of the ion exchange treatment is usually performed at normal pressure, but may be performed under reduced pressure or under increased pressure. When the aqueous solution temperature at the time of the ion exchange treatment is normal pressure, 0 to 100 ° C. is usually used. The ion exchange treatment time is usually 0.1 to 100 hours. Further, the ion exchange treatment may be performed not only once but also repeatedly. After the completion of the ion exchange treatment, the catalyst can be washed with water, dried, and optionally heated or calcined to be used as a catalyst. The ratio of the introduced metal to the zeolite in the catalyst thus obtained is usually in the range of 0.1 to 10% by weight, depending on the type of zeolite and the method of ion exchange. This concentration range is not strict,
When the content is less than 0.1% by weight, the catalyst performance is not sufficient, and when the content is more than 10% by weight, it is difficult to improve the catalyst performance as compared with the amount of metal used.

【0013】これらゼオライトはそのまま触媒として使
用することができるが、強度を持たせるなど触媒物性改
良のために、ゼオライト粉末を、アルミナ、シリカ、シ
リカ/アルミナ、チタニア、珪藻土、又は天然産粘土の
様な無機酸化物結合剤と混合して使用することができ
る。この場合、触媒中の無機酸化物結合剤の含有量は1
〜99重量%の範囲内であればよく、一般的には10〜
90重量%、より一般的には20〜30重量%の範囲内
であればよい。ゼオライトと無機酸化物結合剤を混合し
た触媒は、公知の方法により所望する大きさと形状を有
する錠剤又は押し出し物等に成型して使用する。
These zeolites can be used as a catalyst as they are. However, in order to improve the physical properties of the catalyst, such as by imparting strength, the zeolite powder is converted to alumina, silica, silica / alumina, titania, diatomaceous earth, or natural clay. It can be used by mixing with various inorganic oxide binders. In this case, the content of the inorganic oxide binder in the catalyst is 1
It may be within the range of ~ 99% by weight, and generally 10 ~ 99% by weight.
It may be in the range of 90% by weight, more usually 20-30% by weight. The catalyst obtained by mixing the zeolite and the inorganic oxide binder is used after being formed into tablets or extrudates having a desired size and shape by a known method.

【0014】本発明の製造法に用いる原料のベンゼン
は、ゼオライト触媒の活性劣化を抑制するために含有水
分量を200重量ppm程度以下、さらには、100重
量ppm程度以下に前もって除去して使用するのが好ま
しい。もう一方の原料である炭素数2個のオレフィンや
アルカンは、精製された純度の高いエチレンガスやエタ
ンガス、又はこれらの混合ガスが代表的である。更に、
純度がより低い炭化水素混合物、例えば、ナフサ熱分解
炉から生成するエチレン濃度約30〜90容量%の粗エ
チレンガスや、接触分解炉(FCC)から発生するエチ
レン濃度約10〜20容量%のオフガスや、天然ガスか
らのエタンリッチガスなども使用することができる。
The raw material benzene used in the production method of the present invention is used after previously removing the water content thereof to about 200 ppm by weight or less and further to about 100 ppm by weight or less in order to suppress the activity deterioration of the zeolite catalyst. Is preferred. The olefin or alkane having two carbon atoms, which is the other raw material, is typically a purified high-purity ethylene gas or ethane gas, or a mixed gas thereof. Furthermore,
A hydrocarbon mixture of lower purity, for example, crude ethylene gas having an ethylene concentration of about 30 to 90% by volume generated from a naphtha pyrolysis furnace or off-gas having an ethylene concentration of about 10 to 20% by volume generated from a catalytic cracking furnace (FCC) Alternatively, ethane-rich gas from natural gas can be used.

【0015】本発明による反応器の形式は特に限定する
ものではなく種々の反応器を用いることができる。代表
的には、流通式の固定床反応器または流動床反応器が採
用できる。ベンゼンと炭素数2個のオレフィンやアルカ
ンは反応器内でいずれも気相状態で存在し、縦型流通式
反応器の場合、ベンゼン蒸気と炭素数2個のオレフィン
やアルカンの両流体の流れ方向により、上昇併流方式、
下降併流方式、向流方式のいずれも採用できる。これら
の反応器は単一の触媒床でもよいが、多重触媒床となっ
ていてもよい。また、並列または直列の複数の反応器を
使用してもよい。反応はやや吸熱で起こるため熱を与え
やすい反応器が採用される。
The type of the reactor according to the present invention is not particularly limited, and various types of reactors can be used. Typically, a flow-type fixed bed reactor or fluidized bed reactor can be employed. Both benzene and two-carbon olefins and alkanes exist in the gas phase in the reactor. In the case of a vertical flow reactor, the flow direction of both benzene vapor and two-carbon olefins and alkanes With the ascending co-current method,
Either a descending cocurrent method or a countercurrent method can be adopted. These reactors may be a single catalyst bed or multiple catalyst beds. Also, multiple reactors in parallel or in series may be used. Since the reaction is slightly endothermic, a reactor which easily gives heat is employed.

【0016】ベンゼンとエチレン(および/またはエタ
ン)の反応器への供給量は、触媒の劣化を防ぐためベン
ゼンを化学量論的に過剰に存在させて供給するのが望ま
しい。ベンゼンとエチレン(および/またはエタン)の
供給モル比は1:1〜20:1、好ましくは2:1〜1
0:1の範囲から選択することができる。反応温度は約
450℃〜700℃ 、好ましくは約500℃〜650
℃の範囲である。反応圧力はベンゼン蒸気とエチレン
(および/またはエタン)から成る原料ガス分圧換算で
約0.1〜10kg/cm2 、好ましくは約0.1〜3
kg/cm2 である。希釈ガスとしてエチレン(および
/またはエタン)に含まれる同伴ガスは勿論のこと、窒
素、二酸化炭素等の不活性もしくは活性の低いガスを積
極的に加えてもよい。エチレン(および/またはエタ
ン)の重量空間速度(WHSV)は約0.1〜10、好
ましくは約0.2〜5の範囲である。但し、これら反応
条件は、それぞれが単独に最適値を取るのではなく相互
に関連する。
The amount of benzene and ethylene (and / or ethane) supplied to the reactor is preferably supplied in the presence of a stoichiometric excess of benzene in order to prevent catalyst deterioration. The supply molar ratio of benzene to ethylene (and / or ethane) is from 1: 1 to 20: 1, preferably from 2: 1 to 1
It can be selected from the range of 0: 1. The reaction temperature is about 450 ° C to 700 ° C, preferably about 500 ° C to 650 ° C.
It is in the range of ° C. The reaction pressure is about 0.1 to 10 kg / cm 2 , preferably about 0.1 to 3 in terms of a partial pressure of a raw material gas composed of benzene vapor and ethylene (and / or ethane).
kg / cm 2 . As the diluent gas, not only the accompanying gas contained in ethylene (and / or ethane) but also an inert or less active gas such as nitrogen or carbon dioxide may be positively added. The weight hourly space velocity (WHSV) of ethylene (and / or ethane) ranges from about 0.1 to 10, preferably from about 0.2 to 5. However, these reaction conditions are not individually taken as optimum values but are interrelated.

【0017】反応後の生成物は、冷却後、ガス成分と液
成分とを分離し、液成分は通常公知の蒸留操作が行われ
る精製工程に供給され目的とするスチレンを得ることが
できる。蒸留操作で分離される未反応ベンゼン留分は反
応器に戻されて循環使用できる。副生してくるエチルベ
ンゼン留分は、副生品として取り出すか、または、反応
器に戻して循環使用することも可能である。
After cooling, the product after the reaction is separated into a gas component and a liquid component, and the liquid component is supplied to a purification step in which a commonly known distillation operation is carried out to obtain a target styrene. The unreacted benzene fraction separated by the distillation operation is returned to the reactor and can be recycled. The ethylbenzene fraction produced as a by-product can be taken out as a by-product or returned to the reactor and recycled.

【0018】[0018]

【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。尚、本発明は、その要旨を越えない限りこれら
の実施例に限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to examples. Note that the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist.

【0019】[0019]

【実施例】(実施例1)公知の方法で水熱合成後、濾
過、水洗、乾燥を行い、空気中550℃で焼成して調製
したZSM−5型ゼオライト(SiO2 /Al2 3
48)を1N硝酸水溶液(10ml/g−ゼオライト)
中で室温、3時間イオン交換し、濾過、水洗後110℃
で乾燥してH+ 型ZSM−5を調製した。このH+ 型Z
SM−510gを4.3wt%硝酸ガリウム水溶液10
0gを用いて、80℃で2時間攪拌しイオン交換処理を
行った。濾過、水洗後、110℃で乾燥後、空気中55
0℃で焼成して、ガリウムを含むH+ 型ゼオライトを調
製した。続いて加圧成型した後、粉砕し、0.6〜1.
0mmに篩い分けをした触媒を調製した。X線マイクロ
アナライザー(EPMA)で分析したところ、ガリウム
を0.4wt%含んでいた。内径15mm、長さ450
mmの石英反応器内に触媒3gを仕込み、600℃、常
圧下でベンゼン/エチレン=10/1の割合で、エチレ
ン空間速度1.0h-1で導入し、1時間反応した。1時
間後のガス組成をガスクロにより分析したところ、表1
の結果を得た。
(Example 1) ZSM-5 type zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 =) prepared by hydrothermal synthesis, filtration, washing, drying and calcining in air at 550 ° C. by a known method.
48) with 1N aqueous nitric acid solution (10 ml / g-zeolite)
Exchanged at room temperature for 3 hours, filtered and washed with water at 110 ° C
To prepare H + type ZSM-5. This H + type Z
SM-510 g in 4.3 wt% gallium nitrate aqueous solution 10
Using 0 g, the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours to perform an ion exchange treatment. After filtration, washing with water and drying at 110 ° C., 55
By calcining at 0 ° C., an H + type zeolite containing gallium was prepared. Subsequently, after pressure molding, pulverization is performed, and 0.6-1.
A catalyst sieved to 0 mm was prepared. As a result of analysis with an X-ray microanalyzer (EPMA), it contained 0.4 wt% of gallium. Inner diameter 15mm, length 450
3 g of the catalyst was charged into a 1 mm quartz reactor, and introduced at 600 ° C. and normal pressure at a ratio of benzene / ethylene = 10/1 at an ethylene space velocity of 1.0 h −1 and reacted for 1 hour. The gas composition after one hour was analyzed by gas chromatography.
Was obtained.

【0020】(実施例2)実施例1で用いたZSM−5
型ゼオライト(SiO2 /Al2 3 =48)を3.4
N塩化ナトリウム水溶液(10ml/g−ゼオライト)
中で90℃、3時間イオン交換し、濾過水洗後110℃
で乾燥してNa+ 型ZSM−5を調製した。このNa+
型ZSM−5 10gを3.7t%塩化インジウム水溶
液100gを用いて、60℃、2時間イオン交換処理を
行った。実施例1と同じ処理、成型を行いインジウムを
含んだNa+ 型ZSM−5触媒を調製した。触媒をX線
マイクロアナライザー(EPMA)で分析したところ、
インジウムを0.4%含んでいた。実施例1と同じ反応
器、方法、条件で反応を行い、表1の結果を得た。
(Example 2) ZSM-5 used in Example 1
Type zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 = 48) 3.4
N sodium chloride aqueous solution (10 ml / g-zeolite)
Ion exchange at 90 ° C for 3 hours in water, 110 ° C after washing with filtered water
To prepare Na + type ZSM-5. This Na +
10 g of type ZSM-5 was subjected to an ion exchange treatment at 60 ° C. for 2 hours using 100 g of a 3.7 t% indium chloride aqueous solution. The same treatment and molding as in Example 1 were performed to prepare a Na + -type ZSM-5 catalyst containing indium. When the catalyst was analyzed with an X-ray microanalyzer (EPMA),
It contained 0.4% indium. The reaction was carried out in the same reactor, method, and conditions as in Example 1, and the results in Table 1 were obtained.

【0021】(実施例3)実施例2で調製したNa+
ZSM−5 10gを8wt%硝酸タリウム水溶液10
0gを用いて、60℃、2時間イオン交換処理を行っ
た。実施例1と同じ処理、成型を行いタリウムを含んだ
Na+ 型ZSM−5触媒を調製した。触媒をX線マイク
ロアナライザー(EPMA)で分析したところ、タリウ
ムを0.3%含んでいた。実施例1と同じ反応器、方
法、条件で反応を行い、表1の結果を得た。
(Example 3) 10 g of Na + type ZSM-5 prepared in Example 2 was added to an 8 wt% aqueous solution of thallium nitrate 10
Using 0 g, an ion exchange treatment was performed at 60 ° C. for 2 hours. The same treatment and molding as in Example 1 were performed to prepare a Na + -type ZSM-5 catalyst containing thallium. When the catalyst was analyzed by an X-ray microanalyzer (EPMA), it contained 0.3% of thallium. The reaction was carried out in the same reactor, method, and conditions as in Example 1, and the results in Table 1 were obtained.

【0022】(実施例4)実施例2で調製したNa+
ZSM−5 10gを5wt%塩化スズ水溶液100g
を用いて、60℃、2時間イオン交換処理を行った。触
媒をX線マイクロアナライザー(EPMA)で分析した
ところ、スズを0.4%含んでいた。実施例1と同じ反
応器、方法、条件で反応を行い、表1の結果を得た。
Example 4 10 g of Na + type ZSM-5 prepared in Example 2 was added to 100 g of a 5 wt% tin chloride aqueous solution.
Was used to perform an ion exchange treatment at 60 ° C. for 2 hours. When the catalyst was analyzed with an X-ray microanalyzer (EPMA), it contained 0.4% tin. The reaction was carried out in the same reactor, method, and conditions as in Example 1, and the results in Table 1 were obtained.

【0023】(実施例5)実施例2で調製したNa+
ZSM−5 10gを8wt%硝酸鉛水溶液100gを
用いて、60℃、2時間イオン交換処理を行った。実施
例1と同じ処理、成型を行い鉛を含んだNa+ 型ZSM
−5触媒を調製した。触媒をX線マイクロアナライザー
(EPMA)で分析したところ、鉛を0.3%含んでい
た。実施例1と同じ反応器、方法、条件で反応を行い、
表1の結果を得た。
Example 5 10 g of Na + type ZSM-5 prepared in Example 2 was subjected to ion exchange treatment at 60 ° C. for 2 hours using 100 g of an 8 wt% aqueous solution of lead nitrate. Na + type ZSM containing lead by performing the same processing and molding as in Example 1.
-5 catalyst was prepared. When the catalyst was analyzed with an X-ray microanalyzer (EPMA), it contained 0.3% of lead. The reaction was carried out in the same reactor, method and conditions as in Example 1,
The results in Table 1 were obtained.

【0024】(実施例6)実施例2で調製したNa+
ZSM−5 10gを7wt%酒石酸アンチモン水溶液
100gを用いて、60℃、2時間イオン交換処理を行
った。実施例1と同じ処理、成型を行いアンチモンを含
んだNa+ 型ZSM−5触媒を調製した。触媒をX線マ
イクロアナライザー(EPMA)で分析したところ、ア
ンチモンを0.3%含んでいた。実施例1と同じ反応
器、方法、条件で反応を行い、表1の結果を得た。
Example 6 10 g of Na + type ZSM-5 prepared in Example 2 was subjected to ion exchange treatment at 60 ° C. for 2 hours using 100 g of a 7 wt% antimony tartrate aqueous solution. The same treatment and molding as in Example 1 were performed to prepare a Na + -type ZSM-5 catalyst containing antimony. When the catalyst was analyzed with an X-ray microanalyzer (EPMA), it contained 0.3% of antimony. The reaction was carried out in the same reactor, method, and conditions as in Example 1, and the results in Table 1 were obtained.

【0025】(実施例7)実施例2で調製したNa+
ZSM−5 10gを7wt%硝酸ビスマス100gを
用いて、60℃、2時間イオン交換処理を行った。実施
例1と同じ処理、成型を行いビスマスを含んだNa+
ZSM−5触媒を調製した。触媒をX線マイクロアナラ
イザー(EPMA)で分析したところ、ビスマスを0.
3%含んでいた。実施例1と同じ反応器、方法、条件で
反応を行い、表1の結果を得た。
Example 7 10 g of Na + type ZSM-5 prepared in Example 2 was subjected to an ion exchange treatment at 60 ° C. for 2 hours using 100 g of 7 wt% bismuth nitrate. The same treatment and molding as in Example 1 were performed to prepare a Na + -type ZSM-5 catalyst containing bismuth. When the catalyst was analyzed with an X-ray microanalyzer (EPMA), bismuth was reduced to 0.
It contained 3%. The reaction was carried out in the same reactor, method, and conditions as in Example 1, and the results in Table 1 were obtained.

【0026】[0026]

【表1】 (実施例8)実施例2で調製したNa+ 型ZSM−5
10gを4.3wt%硝酸ガリウム水溶液100gを用
いて、80℃で2時間攪拌しイオン交換処理を行った。
実施例1と同じ処理、成型を行いビスマスを含んだNa
+ 型ZSM−5触媒を調製した。X線マイクロアナライ
ザー(EPMA)で分析したところ、ガリウムを0.6
wt%含んでいた。実施例1と同じ反応器内に触媒3g
を仕込み、600℃常圧下でベンゼン/エタン=10/
1の割合で、エタン空間速度1.0h-1で導入し、1時
間反応した。1時間後の選択率、反応率は、スチレン選
択率=15%、エチルベンゼン選択率=65%、エタン
反応率=3%であった。
[Table 1] (Example 8) Na + type ZSM-5 prepared in Example 2
10 g was stirred at 80 ° C. for 2 hours using 100 g of a 4.3 wt% gallium nitrate aqueous solution to perform ion exchange treatment.
The same processing and molding as in Example 1 were performed, and Na containing bismuth was used.
A + type ZSM-5 catalyst was prepared. When analyzed with an X-ray microanalyzer (EPMA), gallium was 0.6
wt%. 3 g of catalyst in the same reactor as in Example 1
And benzene / ethane = 10 /
Introduced at a rate of 1 at an ethane space velocity of 1.0 h -1 and reacted for 1 hour. One hour later, the selectivity and the reaction rate were styrene selectivity = 15%, ethylbenzene selectivity = 65%, and ethane reaction rate = 3%.

【0027】(比較例1)実施例1で調製したH+ 型Z
SM−5を実施例1と同じ方法で触媒として成型し、実
施例1と同じ方法で反応を行った。1時間後選択率、反
応率を表2に示した。
(Comparative Example 1) H + type Z prepared in Example 1
SM-5 was molded as a catalyst in the same manner as in Example 1, and reacted in the same manner as in Example 1. After one hour, the selectivity and the reaction rate are shown in Table 2.

【0028】(比較例2)実施例2で調製したNa+
ZSM−5を実施例1と同じ方法で触媒として成型し、
実施例1と同じ方法で反応を行った。1時間後選択率、
反応率を表2に示した。
(Comparative Example 2) The Na + type ZSM-5 prepared in Example 2 was molded as a catalyst in the same manner as in Example 1,
The reaction was performed in the same manner as in Example 1. After 1 hour selectivity,
The conversion is shown in Table 2.

【0029】(比較例3)実施例1で調製したH+ 型Z
SM−5 10gに硝酸ガリウム0.15gを水10g
に溶解した水溶液を加え、十分攪拌した後水分を蒸発さ
せ、更に120℃で乾燥しガリウムをゼオライトに含浸
させた。ガリウムを含浸したゼオライトを空気中600
℃で8時間焼成した。蛍光X線で分析したところ、ガリ
ウムを0.4%含んでいた。実施例1と同じ方法で触媒
として成型し、実施例1と同じ方法で反応を行った。1
時間後選択率、反応率を表2に示した。
Comparative Example 3 H + type Z prepared in Example 1
0.15 g of gallium nitrate and 10 g of water are added to 10 g of SM-5.
Was added, and the mixture was stirred sufficiently, the water was evaporated, and the resultant was further dried at 120 ° C. to impregnate the zeolite with gallium. Gallium impregnated zeolite in air 600
Calcination was performed at 8 ° C. for 8 hours. When analyzed by fluorescent X-ray, it contained 0.4% of gallium. The catalyst was molded in the same manner as in Example 1 and reacted in the same manner as in Example 1. 1
The selectivity and the reaction rate after the time are shown in Table 2.

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の方法による一段階スチレン製造
法は、従来の二段階スチレン製造法に比べ格段にシンプ
ルな製造法を提供できるため、経済的で省エネルギーな
プロセスとなり工業的価値が高い。更に、エチレン原料
に代えてエタン原料を用いることができるため、エチレ
ン生産に依存しない製造が可能になり、また、環境適合
型のアルカン原料への転換も可能になる。
The one-stage styrene production method according to the present invention can provide a much simpler production method than the conventional two-stage styrene production method, so that it is an economical and energy-saving process and has high industrial value. Further, since an ethane raw material can be used in place of the ethylene raw material, production not depending on ethylene production becomes possible, and conversion to an environmentally compatible alkane raw material becomes possible.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、
Tl、Pb、Biから選ばれる少なくとも1種の金属元
素でイオン交換したゼオライト触媒の存在下、ベンゼン
とエチレンおよび/またはエタンとを気相条件で接触さ
せることを特徴とするスチレンの直接製造方法。
1. Ga, Ge, As, In, Sn, Sb,
A direct method for producing styrene, comprising contacting benzene with ethylene and / or ethane in the presence of a zeolite catalyst ion-exchanged with at least one metal element selected from Tl, Pb, and Bi.
【請求項2】 イオン交換が、アルカリ金属カチオンを
有するゼオライトを用いて行われることを特徴とする請
求項1に記載のスチレンの直接製造方法。
2. The method for directly producing styrene according to claim 1, wherein the ion exchange is performed using a zeolite having an alkali metal cation.
【請求項3】 ゼオライトが、MFI構造を有するZS
Mゼオライトであることを特徴とする請求項1又は請求
項2に記載のスチレンの直接製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the zeolite has a ZS having an MFI structure.
The method for producing styrene directly according to claim 1 or 2, wherein the styrene is M zeolite.
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