JP2000191566A - アルコ―ルの製造方法 - Google Patents

アルコ―ルの製造方法

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JP2000191566A
JP2000191566A JP10370505A JP37050598A JP2000191566A JP 2000191566 A JP2000191566 A JP 2000191566A JP 10370505 A JP10370505 A JP 10370505A JP 37050598 A JP37050598 A JP 37050598A JP 2000191566 A JP2000191566 A JP 2000191566A
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reaction
reactor
isobutylene
exchange resin
alcohol
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JP10370505A
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Akira Ogawa
朗 小川
Yasutaka Nakajima
泰孝 中島
Kenichi Fujimoto
賢一 藤本
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン交換樹脂を触媒としてオレフィンの水
和反応によりアルコールを生産性良く製造する方法を提
供する。 【解決手段】 イオン交換樹脂を触媒としてオレフィン
の水和反応によりアルコールを製造する方法において、
反応溶媒および/または生成物と同種のアルコールと接
触させたイオン交換樹脂を使用して水和反応を開始す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換樹脂を
触媒としてオレフィンの水和反応によりアルコールを製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン交換樹脂を触媒としてオレフィン
の水和反応によりアルコールを製造する方法としては、
例えば特公昭60-51451号公報、特開昭55-85529号公報、
特開昭55-108825号公報、特開昭56-34643号公報、特開
昭56-87526号公報および特公平3-42250号公報等にイソ
ブチレンの水和反応による第3級ブチルアルコール(以
下、TBAという。)の製造方法が記載されている。
【0003】イソブチレンの水和反応では、原料である
イソブチレンと水の相互溶解性が低く、反応液が有機相
と水相の二相を形成するため、一般に反応速度が遅い。
そこで反応溶媒を工夫して反応液を均一にすることによ
り反応速度を向上させる方法が提案されている。このよ
うな溶媒を工夫した方法としては、例えば特開昭55-855
29号公報、特開昭55-108825号公報、特開昭56-10124号
公報および特公平3-42250号公報ではアルコールを用い
る方法、特開昭56-34643号公報では極性溶媒を用いる方
法、特公昭60-51451号公報では有機酸を用いる方法、特
開昭56-87526号公報ではグライコールを用いる方法等が
挙げられる。
【0004】オレフィンの水和反応の触媒として使用さ
れるイオン交換樹脂は、強度の問題から通常は水で湿潤
した状態で取り扱われ、その際の含水率は通常45〜6
5重量%である。イオン交換樹脂と水に関して、特開昭
55-85529号公報および特開昭55-108825号公報では、使
用するイオン交換樹脂は初めに水で充分膨潤させてから
水和反応に使用することが好ましいと記載されており、
その効果としてイソブチレン重合体の副生が抑制される
こと、および触媒の活性劣化が大幅に改善されることを
挙げている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オレフ
ィンの水和によるアルコールの製造に水で湿潤させたイ
オン交換樹脂を触媒として使用すると、回分操作および
連続操作の何れの場合も所定の転化率が得られるまでに
長時間を要するので生産性が低いという問題があった。
【0006】従って本発明の目的は、イオン交換樹脂を
触媒としてオレフィンの水和反応によりアルコールを生
産性良く製造する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン交換樹
脂を触媒としてオレフィンの水和反応によりアルコール
を製造する方法において、反応溶媒および/または生成
物と同種のアルコールと接触させたイオン交換樹脂を使
用して水和反応を開始することを特徴とするアルコール
の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明において、オレフィンの水
和反応によりアルコールを製造する方法としては、例え
ばイソブチレンからTBAを製造する方法、ノルマルブ
テンから第2級ブチルアルコールを製造する方法等が挙
げられるが、これに限定されるものではない。
【0009】本発明で触媒として使用するイオン交換樹
脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体を骨
格とする多孔性の強酸性型陽イオン交換樹脂が好まし
い。特に、80℃で7時間真空乾燥させたものをBET
法により窒素を用いて測定した表面積が10〜100m
2/g、「化学と工業」第21巻第11号1465(1
968)記載の方法に従って測定した細孔容積が0.1
〜1.0ml/g、JIS Z 8801−1981
(標準網ふるい)のふるいを用いて測定した粒径が0.
1〜2mm、見掛け密度が水銀圧入法により測定した値
で500〜1000g/l、触媒乾燥粒子1g当たりの
スルホン酸基のミリグラム当量を表した交換容量が1.
0meq/g以上、架橋剤であるジビニルベンゼンの添
加量を単量体スチレンに対する質量比で表した架橋度が
8〜18%の強酸性型陽イオン交換樹脂が好ましい。こ
のような強酸性型陽イオン交換樹脂としては、例えばバ
イエル社製の「レバチット」(商品名)やローム・アン
ド・ハース社製の「アンバーリスト」(商品名)等が挙
げられる。
【0010】本発明では、イオン交換樹脂を水和反応に
使用する前に反応溶媒および/または生成物と同種のア
ルコール(以下、前処理剤という。)と接触させる(以
下、前処理という。)。この際、前処理剤は水溶液で使
用することが好ましい。また、イオン交換樹脂の細孔内
に存在する不純物を除去するためには、前処理の前にイ
オン交換樹脂と純水を充分接触させておくことが好まし
い。
【0011】イオン交換樹脂を前処理する方法として
は、例えばイオン交換樹脂を前処理剤や純水等に浸す方
法、イオン交換樹脂を充填した反応器等に前処理剤や純
水等を通液する方法等が挙げられるが、これらに限定さ
れるものではない。特に、水和反応を実施する反応器内
で前処理を行うことは、前処理から反応までの一連の操
作を単純化できるので好ましい。
【0012】通常、前処理は20〜70℃の温度範囲
で、その温度において前処理剤が気化しない圧力で実施
する。
【0013】本発明では、触媒としてこのように前処理
されたイオン交換樹脂を使用してオレフィンの水和反応
によりアルコールを製造する。ここで原料のオレフィン
としては、例えばイソブチレンおよびノルマルブテン等
が挙げられる。オレフィンとしてイソブチレンを用いる
場合、イソブチレン源としてはイソブチレン単独および
イソブチレン含有炭化水素からなる液化ガス(以下、液
化ガスという。)等を使用することができる。イソブチ
レン含有炭化水素としては、例えばイソブチレンを含む
ブテン類、ブタン類等の混合物等が挙げられる。このよ
うなイソブチレン源として、工業的には石油類の熱分
解、水蒸気分解、接触分解等により得られるC4炭化水
素混合物が用いられるが、これからブタジエンを分離除
去したものが好ましい。このような工業的に入手できる
イソブチレン含有炭化水素は通常80重量%以下のイソ
ブチレンの濃度であるが、本発明では入手が容易な15
〜50重量%のイソブチレン含有炭化水素が好ましい。
【0014】本発明において、水和反応は回分操作でも
連続操作でも実施できる。この際に用いる反応器の構造
形式は、槽型、管型、塔型等の固液接触が可能なもので
あればよく、その構造形式は特に限定されない。また、
反応器は1基でも2基以上連結したしたものでもよい。
このような反応器としては、例えば連続流通方式の固定
床式反応器を直列多段に配置したもの等が挙げられる。
【0015】本発明において、水和反応で用いる反応溶
媒としては、有機酸、スルホン、スルホランおよびスル
ホレン等の極性溶媒、炭素数1〜8の脂肪族アルコー
ル、グライコール等が使用できる。また、反応溶媒とし
て生成物のアルコールを使用してもよく、この場合は別
途用意したアルコールでもよいが、本発明の水和反応で
生成したアルコールを利用することが簡便である。
【0016】直列多段反応器を用いる場合、第一反応器
へ生成物であるアルコールを溶媒として加えることは、
第二反応器以降の反応器における断熱温度上昇を抑制す
る効果があるので好ましい。また直列多段反応器では、
第一反応器の出口反応物の一部を第一反応器の入口部へ
循環することにより第一反応器で生成したアルコールの
一部を溶媒として利用することができる。第一反応器の
出口反応物の一部を第一反応器の入口部へ循環する際の
循環比は次式のように定義される。 循環比=(循環量)/(原料供給量+TBA供給量+循
環量) ここで、循環量とは単位時間当たりの第一反応器の出口
反応物の循環量、原料供給量とは単位時間当たりのイソ
ブチレンまたはイソブチレン含有炭化水素および水の供
給量、TBA供給量とは単位時間当たりの外部から新た
に加えられるTBA供給量であり循環液に含まれるTB
Aは含まない。これらは全て重量基準である。
【0017】イソブチレンからTBAを製造する場合、
上記の循環比は、1.8〜10が好ましく、特に2〜5
が好ましい。このような循環比を採用することにより、
外部から新たに加えるTBAが少量またはゼロであって
も、第一反応器の入口部の反応液を均一に近づけること
ができる。また、第一反応器の出口反応物を循環させる
ことは、発熱反応である水和反応による第一反応器の断
熱温度上昇を抑える効果があるので好ましい。
【0018】さらに、直列多段反応器を用いてイソブチ
レンからTBAを製造する場合、本第一反応器の入口部
における液化ガスに対するTBAの重量比は0.5〜
3.5が好ましく、特に0.8〜3が好ましい。このよ
うな重量比になるように循環比や外部から新たに加える
TBAの量を調節すると、反応液が不均一であっても工
業的に十分満足のできる反応速度が得られる。第一反応
器の入口部における液化ガスに対するTBAの重量比
は、第一反応器を循環せずに外部から新たに加えるTB
Aだけでも好ましい範囲に調整することができるが、イ
ソブチレンと水の水和反応によるTBA合成反応は平衡
反応であり、生成物であるTBAを外部より多量に反応
系へ添加することは平衡上問題がある。
【0019】本発明において、水和反応の反応温度は、
使用する原料の種類や量、溶媒、反応器の形式等の条件
により異なるので一概に言えないが、例えば直列多段反
応器を用いてイソブチレンからTBAを製造する場合、
全ての反応器の反応温度は通常65℃以下で行うことが
好ましい。なお、反応温度とは反応器内の一番温度の高
い部分の温度を指すものとする。
【0020】本発明において、水和反応の反応圧力は、
その反応温度において原料であるオレフィンおよび水が
液状を呈する圧力が採用され、この圧力は通常200〜
5000kPaである。
【0021】本発明によれば、前処理を施したイオン交
換樹脂を使用してオレフィンの水和反応によりアルコー
ルを製造すると、前処理を行わない場合と比較して、短
い時間で所定の転化率が得られる。このような効果が得
られる理由を、本発明者らは次のように推定している。
すなわち、前処理においてイオン交換樹脂の細孔内部で
は、予め存在していた水の一部または全部が相互拡散作
用により前処理剤と置換される。その結果、原料である
オレフィンと細孔内部の液との相互溶解性が向上し、イ
オン交換樹脂の細孔内部にある活性点へのオレフィンの
拡散が容易になるものと推定している。
【0022】
【実施例】以下に本発明を実施例および比較例を用いて
説明する。なお、原料のイソブチレン含有炭化水素、
水、および生成したTBA、並びに不純物であるイソブ
チレン2量体、第2級ブチルアルコール等の定量分析に
はキャピラリーカラムを装着したガスクロマトグラフィ
ーを使用した。
【0023】イソブチレンのTBAへの転化率(以下、
単に転化率という。)は次式により算出した。 転化率(%)=(A−B)/A ここで、反応を回分操作で実施した実施例1および比較
例1において、Aは反応前に反応系内に仕込んだイソブ
チレンのモル数、Bは反応後に反応系内に残存していた
イソブチレンのモル数を表す。また、反応を連続操作で
実施した実施例2、実施例3および比較例2において、
Aは反応系内に供給したイソブチレンのモル数、Bは反
応系内から排出されたイソブチレンのモル数を表す。
【0024】また、各化合物の生成速度(g/h)とは、
1時間当たりの当該化合物のg単位の平均生成量をい
う。
【0025】[実施例1]図1に示した反応装置を用い
てイソブチレンの水和反応によるTBAの製造を行っ
た。反応器3は内径40mm、内容積400mlの円筒
型反応器である。反応器3にはジャケットが備えられて
おり、所定の反応温度になるように熱媒を循環させるこ
とができる構造となっている。
【0026】反応器3にはローム・アンド・ハース社製
の強酸性型イオン交換樹脂「アンバーリスト15WE
T」(商品名)を350mlを充填し、水和反応を実施す
る前に、30℃の純水1750mlを反応器に通液して
イオン交換樹脂を洗浄した。さらに30℃の40重量%
TBA水溶液1750mlを通液した。通液後のイオン
交換樹脂に含まれるTBA水溶液の濃度は20重量%で
あった。
【0027】次に、予め原料タンク1に仕込んでおいた
表1に示した組成のイソブチレン含有炭化水素480
g、水231gおよびTBA316gからなる反応液
を、反応器内空塔基準の線速度が10mm/sで反応器
3に供給し、反応温度65℃、反応圧力1160kPa
反応を行った。反応開始5時間後のイソブチレン転化率
は65%で、このときのTBAの生成量は198gであ
った。
【0028】
【表1】
【0029】[比較例1]水和反応を実施する前のイオン
交換樹脂にTBA水溶液を通液しなかった以外は実施例
1と同様にしてTBAの製造を行ったところ、反応開始
5時間後のイソブチレン転化率は35%で、このときの
TBAの生成量は105.5gであった。
【0030】[実施例2]図2に示した反応装置を用い
てイソブチレンの水和反応によるTBAの製造を行っ
た。各反応器は直径52.7mm、内容積12Lの円筒
型反応器であり、この反応器3基を直列に並べ使用し
た。各反応器にはバイエル社製の強酸性型陽イオン交換
樹脂「K−2621」(商品名)を12L充填し、純水を
LHSV=1h-1で2時間通液して洗浄した。この操作
と同時に、反応器の温度を室温から反応温度に昇温する
操作を開始した。純水の通液に続いて、86.5重量%
のTBA水溶液をLHSV=1h-1で4時間通液した。
通液後のイオン交換樹脂に含まれるTBA水溶液の濃度
は20重量%であった。
【0031】続いて、表2に示した組成のイソブチレン
含有炭化水素を2.8kg/h、水を0.6kg/hで
第一反応器5に供給し、第一反応器5から第三反応器1
0の反応温度をそれぞれ59℃、62℃、59℃として
反応を行った。また、反応生成物であるTBAを第一反
応器5へ添加して第一反応器5の入口部における液化ガ
スに対するTBAの重量比を0.8、第一反応器の出口
反応物の一部を第一反応器5へ循環する際の循環比を
3.2とした。
【0032】反応開始8時間後の転化率は84.4%
で、このときのTBAの生成速度は1403g/h、イ
ソブチレン2量体の生成速度は0.2g/h、第2級ブ
チルアルコールの生成速度は0.6g/hであり、イソ
ブチレン2量体や第2級ブチルアルコールの生成量はき
わめて少なかった。
【0033】
【表2】
【0034】[比較例2]水和反応を実施する前のイオ
ン交換樹脂に純水で洗浄する時間を6時間とし、TBA
水溶液の通液を行わなかったこと以外は実施例2と同様
にしてTBAの製造を行ったところ、反応開始8時間後
の転化率は75%で、このときのTBAの生成速度は1
247g/h、イソブチレン2量体の生成速度は0.2
g/h、第2級ブチルアルコールの生成速度は0.4g
/hであり、転化率およびイソブチレン生成速度が低く
生産性が悪かった。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、オレフィンの水和によ
りアルコールを製造する場合、生産性よくアルコールを
製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を回分操作で実施する際に用いられる反
応装置の一例
【図2】本発明を連続操作で実施する際に用いられる反
応装置の一例
【符号の説明】 1 原料タンク 2 循環ポンプ 3 反応器 4 第一反応器 5 ポンプ 6 熱交換器 7 熱交換器 8 第二反応器 9 熱交換器 10 第三反応器 11 オレフィン源供給管 12 水供給管 13 溶媒供給管 14 第一反応器入口 15 第一反応器出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4H006 AA02 AC41 BA72 BA81 DA80 FE11 4H039 CA19 CA60 CF10

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン交換樹脂を触媒としてオレフィン
    の水和反応によりアルコールを製造する方法において、
    反応溶媒および/または生成物と同種のアルコールと接
    触させたイオン交換樹脂を使用して水和反応を開始する
    ことを特徴とするアルコールの製造方法。
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