JP2013060400A - オレフィンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
反応装置の壁面付着物の堆積に起因すると考えられる熱交換器の序熱能力を低下させることなく、高い選択率でエチレンから特定のオレフィン類を長期安定的に製造する方法を提供する。
【解決手段】
遷移金属触媒の存在下でエチレンの付加反応によりオレフィン類を製造する方法において、反応中に副生する固体状重合体の含有率と、その粒度分布を特定の範囲に制御する。
例えば、遷移金属触媒成分を特定の担体に担持する方法や重合活性の高い遷移金属触媒を用いる方法など、またそれらを組み合わせる方法などを挙げることが出来る。
【選択図】 図1
Description
(A)反応温度が20〜100℃であり、
(B)前記生成したオレフィンを含む液体中の前記固体状重合体成分の割合が0.1〜5重量%であり、
(C)前記固体状重合体成分の粒径が50μm以下の成分の割合が50体積%以下であることを特徴とするオレフィンの製造方法である。
前記オレフィンと固体状重合体を含む液体を外部熱交換器に通過させる線速は、0.1〜10m/sであることが好ましい。
本発明の遷移金属触媒は、後述する固体状重合体の含有率と当該重合体の粒度規定を満たすような触媒であれば、公知の触媒を制限無く用いることが出来る。好ましくは、エチレンの反応活性が遷移金属1mmol当たり70kg以上であることが好ましい。反応活性が低過ぎると粒径の小さい固体状重合体の割合が増加することがある。換言すると、触媒の反応活性が高いと副生する固体状重合体の粒径が大きくなり易く、後述する前記重合体の粒度分布の規定を満たす上で有利である。より好ましくは同-100kg以上、さらに好ましくは同-120kg以上である。本願発明において、前記反応活性の上限の設定は必ずしも必要ではないが、好ましくは遷移金属1mmol当たり800kg以下、より好ましくは同-500kg以下、さらに好ましくは同-300kg以下である。反応活性が余りに高過ぎると反応温度の制御が困難になったり、触媒の操作性が困難になったり、反応系の温度分布が広くなり安定運転が困難になることがある。
本発明に使用される遷移金属触媒は、前記エチレンの付加反応で得られるオレフィンを含む液体(以下、反応液と言う事がある)中で、固体状態であることが好ましい。所謂スラリー状態であることが好ましい。
本発明のエチレンの付加反応を行う温度は20℃〜100℃である。好ましい下限値は25℃であり、より好ましくは30℃、さらに好ましくは35℃である。反応温度が低過ぎると反応速度が低下することがある。また、除熱する場合、より低い温度の冷却媒体が必要になることがある。何れの観点でも生産性の面で不利である。
本発明のオレフィンの製造方法で、オレフィンと共に生成する固体状重合体は主としてエチレン系重合体である。但し、前記の反応触媒を含む場合もある。その含有率は反応液中の0.1〜5重量%である。好ましい下限値は0.3重量%、より好ましくは0.5重量%である。一方、好ましい上限値は4重量%、より好ましくは3重量%である。この重合体の含有率がゼロであることが理想ではあるが、固体状重合体が余りに少な過ぎると長期的には重合体付着が増加する可能性がある。これは、低い反応温度であっても反応液中に溶解している比較的低分子量の低重合体、所謂ローポリマーが微粒子状に析出して、反応容器などに付着、堆積する可能性がある事が考えられる。
本発明のオレフィン中の製造方法では、前記固体状重合体中の粒径が50μm以下の成分の割合が50体積%以下であることが特徴である。より好ましくは45体積%以下である。
本発明のオレフィンの製造方法では、遷移金属触媒の存在下にエチレンの付加反応を行う。実質的には固体状重合体を含む液相で反応は進行する。
測定する試料をメタノールに分散させ、MT3300EX II(Microtrac社製 粒度分布計)を用いたレーザー光回折散乱法にて粒度分布情報を得、常法によって、50μm以下の成分の割合を決定する。測定は2回行い、その平均値を測定値とする。
装置名:GC−14B(島津製作所製)
キャリピラリーカラム:DB−5(アジレント社製、内径0.53mm×長さ60m)
キャリアガス:窒素(15mL/min)
測定温度条件:40℃で10分保持後、5℃/分で昇温させ、100℃に達した後5分間保持させ、更に20℃/分で昇温させ、320℃で保持時間6分間保持して終了とした。
注入口温度:250℃
FID検出器温度:320℃
1−ヘキセン、デセン類、溶媒ほかの使用成分のn−ノナンを内部標準とするGC検量線を予め作成しておく。更に、測定試料中の内部標準物質の濃度も予め測定しておく。
これらの情報と、使用した溶媒量および前記GC測定結果とから常法により、1−ヘキセン類、デセン類の収量を定量した。
固体状重合体は、反応液を濾過後、乾燥重量を測定し、さらに固体状重合体中に含まれる触媒成分を元素分析により定量し、その重量分を減じて算出した。
炭素数12以上の成分(固体状重合体を除く)の割合は、反応液の総量から前記のヘキセン類、デセン類、固体状重合体の割合を減じた。
(担持触媒の調製)
平均粒子径50μmのシリカ(商品名:AGCエスアイテック社製M.S.GEL)8.0kgをトルエン82.0Lに分散させ、50℃に昇温した。このスラリーにトリイソブチルアルミニウムトルエン溶液(東ソー・ファインケム社製;Al濃度2.1重量%)3.4kgをトルエン3.0Lで希釈した溶液を窒素雰囲気下、撹拌しながら添加し、次いでポリメチルアルミノキサンのトルエン溶液(東ソー・ファインケム社製;Al濃度9.1重量%)23.5Lをトルエン23.5Lで希釈した溶液を40分かけて添加した。この間、反応混合物の温度は50〜53℃に保持した。滴下終了後、温度を保持しながらさらに30分間撹拌した後、45分かけて95℃に昇温した。反応混合物の温度を95〜100℃で4時間保持した後、60℃まで降温し、撹拌を停止した。粒子が沈降した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを73L抜き出した。トルエンを95L添加し、30分間撹拌した後、再度、撹拌を停止して静置した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを95L抜き出した。この洗浄操作を60℃で2回、常温で2回行った後、トルエン33Lを添加し、スラリー濃度を126g/Lに調整した。
図1に示した反応装置を用い、下記の様な方法でエチレンの付加反応を行った。
図1の反応装置は、供給配管1〜5、9、完全混合槽型反応器6、反応液循環ポンプ7、多管式熱交換器8(管の内径:33.4mm)、脱エチレン槽10、反応液送液ポンプ11、デカンター12(巴工業社製)から成る設備を有している。供給配管1から所望の圧力に圧縮されたエチレンを28kg/hrで、供給配管2から、トルエンスラリーの前記担持触媒(α)を0.17mmol/hr(チタン換算)で、供給配管3からn−ヘプタンを58.8L/hrで、供給配管4からトリイソブチルアルミニウムのn−ヘプタン溶液を20mmol/hr(アルミニウム換算)で、供給配管5からアデカプルロニックL−71(ADEKA社製)のn−ヘプタン溶液を8.1g/hr(L−71換算)で、反応器6に連続的に供給した。
反応選択率(全生成物中の各組成物の割合):1−ヘキセン;83.5重量%、デセン類;14.6重量%、炭素数12以上の成分(固体状重合体を除く);1.2重量%、固体状重合体;0.7重量%
触媒活性(チタン原子1mmolあたりのエチレンの反応量):77kg/mmol
反応液中の固体状重合体の含有率 : 0.16重量%
固体状重合体中の粒径50μm以下の成分の割合 : 5体積%
全反応生成物中の固体状重合体の割合 : 0.7重量%
(担持触媒の調製)
平均粒子径30μmのシリカ(AGCエスアイテック社製M.S.GEL)7.4kgをトルエン86.0Lに分散させ、50℃に昇温した。このスラリーにトリイソブチルアルミニウムトルエン溶液(東ソー・ファインケム社製;Al濃度2.1重量%)2.4kgをトルエン3.7Lで希釈した溶液を窒素雰囲気下、撹拌しながら添加し、次いでポリメチルアルミノキサンのトルエン溶液(東ソー・ファインケム社製;Al濃度9.0重量%)22.0Lをトルエン22.0Lで希釈した溶液を40分かけて添加した。この間、反応混合物の温度は50〜53℃に保持した。滴下終了後、温度を保持しながらさらに30分間撹拌した後、45分かけて95℃に昇温した。反応混合物の温度を95〜100℃で4時間保持した後、60℃まで降温し、撹拌を停止した。粒子が十分に沈降した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを77L抜き出した。トルエンを90L添加し、30分間撹拌した後、再度、撹拌を停止して静置した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを90L抜き出した。この洗浄操作を60℃で2回、常温で2回行った後、トルエン30Lを添加し、スラリー濃度を125g/Lに調整した。
前記担持触媒(β)を使用して、各原料の供給量、反応温度と圧力、および熱交換器8内での液線速度を実施例1と同様にして、エチレンの付加反応を行った。5日間の連続運転後に開放点検の結果、熱交換器8のチューブ面には、ポリマーの付着がほとんど無いことを確認した。また、反応液のガスクロマトグラフィー分析の結果と反応スラリーから分離されたポリマーの重量から以下のように計算された。
触媒活性(チタン原子1mmolあたりのエチレンの反応量):71kg/mmol
反応液中の固体状重合体の含有率 : 0.12重量%
固体状重合体中の粒径50μm以下の成分の割合 : 44体積%
全反応生成物中の固体状重合体の割合 : 0.5重量%
(担持触媒の調製)
平均粒子径3μmのシリカ(商品名:AGCエスアイテック社製H−31、)4.1kgをトルエン101.5L中に分散させ、このスラリーにトリイソブチルアルミニウムトルエン溶液(東ソー・ファインケム社製;Al濃度2.1重量%)5.1Lを窒素雰囲気下、撹拌しながら30分かけて添加し、次いでメチルアルミノキサンのトルエン溶液(アルベマール社製;Al濃度9.1重量%)24.9Lを30分かけて添加した。この間、反応混合物の温度は0〜5℃に保持した。滴下終了後、温度を保持しながらさらに30分間撹拌した後、60分かけて95℃に昇温した。反応混合物の温度を95〜100℃で4時間保持した後、60℃まで降温し、撹拌を停止した。粒子が十分に沈降した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを83L抜き出した。トルエンを80L添加し、10分間撹拌した後、再度、撹拌を停止して静置した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを80L抜き出した。この洗浄操作を60℃で2回、常温で1回行った後、トルエン10Lを添加し、スラリー濃度を150g/Lに調整した。
前記担持触媒(γ)を使用して、反応温度と圧力を実施例1と同様にして、熱交換器8の管の内径は15.8mmとして、以下に示す供給量で、エチレンの付加反応を行った。
触媒活性(チタン原子1mmolあたりのエチレンの反応量):80kg/mmol
反応液中の固体状重合体の含有率 : 0.15重量%
固体状重合体中の粒径50μm以下の成分の割合 : 55体積%
全反応生成物中の固体重合体の割合 : 0.8重量%
(担持触媒の調製)
平均粒子径12μmのシリカ(商品名:AGCエスアイテック社製H−121)10.0kgをトルエン90.6L中に分散させ、このスラリーにメチルアルミノキサンのトルエン溶液(アルベマール社製;Al濃度9.1重量%)46.0Lを窒素雰囲気下、撹拌しながら30分かけて添加した。この間、反応混合物の温度は0〜5℃に保持した。滴下終了後、温度を保持しながらさらに30分間撹拌した後、90分かけて95℃に昇温した。反応混合物の温度を95〜100℃で4時間保持した後、60℃まで降温し、撹拌を停止した。粒子が十分に沈降した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを55L抜き出した。トルエンを110L添加し、10分間撹拌した後、再度、撹拌を停止して静置した後、ディップノズルから上澄みのトルエンを110L抜き出した。この洗浄操作を60℃で2回、常温で1回行った後、トルエン35Lを添加し、スラリー濃度を151g/Lに調整した。
前記担持触媒(δ)を使用して、反応温度、圧力、熱交換器を比較例1と同様にして、以下に示す供給量で、エチレンの付加反応を行った。
触媒活性(チタン原子1mmolあたりのエチレンの反応量):83kg/mmol
反応液中の固体状重合体の含有率 : 0.15重量%
固体状重合体中の粒径50μm以下の成分の割合 : 62体積%
全反応生成物中の固体重合体の割合 : 0.8重量%
Claims (11)
- 遷移金属触媒の存在下、エチレンの付加反応を行い、生成したオレフィンと固体状重合体とを含む液体から炭素数4以上のオレフィンを得る方法であって、
(A)反応温度が20〜100℃であり、
(B)前記生成したオレフィンを含む液体中の前記固体状重合体成分の割合が0.1〜5重量%であり、
(C)前記固体状重合体成分の粒径が50μm以下の成分の割合が50体積%以下であることを特徴とするオレフィンの製造方法。 - 外部熱交換器を有する反応装置を用いることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの重合方法。
- 前記の熱交換器が、多管式の熱交換器であることを特徴とする請求項2に記載のオレフィンの重合方法。
- 前記多管式熱交換器の管内径が10mm以上であることを特徴とする請求項3に記載のオレフィンの重合方法。
- 前記エチレンの付加反応で生成する全反応生成物中、固体状重合体の割合が0.1〜5重量%であることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの重合方法。
- 前記遷移金属触媒が固体状態で反応に用いられることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの製造方法。
- 前記遷移金属触媒が、粒径が5〜500μmの範囲にある固体形状であることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの製造方法。
- 前記遷移金属触媒はチタン原子を含む触媒であることが好ましい。
- エチレンの反応活性が、遷移金属原子1mmol当たり、70kg以上であることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの重合方法。
- 前記の全反応生成物中の1−ヘキセンの割合が70重量%以上であることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの重合方法。
- 前記オレフィンと固体状重合体を含む液体を外部熱交換器に通過させる時の線速が、0.1〜10m/sであることを特徴とする請求項1に記載のオレフィンの重合方法。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141111 |