JP2681223B2 - 変性モルデナイトをベースとする触媒を用いるアルキルベンゼンの製造方法 - Google Patents

変性モルデナイトをベースとする触媒を用いるアルキルベンゼンの製造方法

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JP2681223B2 JP1279596A JP27959689A JP2681223B2 JP 2681223 B2 JP2681223 B2 JP 2681223B2 JP 1279596 A JP1279596 A JP 1279596A JP 27959689 A JP27959689 A JP 27959689A JP 2681223 B2 JP2681223 B2 JP 2681223B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、モノオレフィン(類)を用いたベンゼンの
アルキル化による少なくとも1つのアルキルベンゼンの
製造方法に関する。出発モノオレフィンまたはモノオレ
フィン混合物は、既知のあらゆる源、例えば水蒸気クラ
ッキング装置、または接触クラッキング装置に由来する
ものであってもよい。
[従来の技術] この反応を実施するために、H型ゼオライト、特にZS
M5の使用が既に提案されている(EP−0.104.729)。
さらに最近になって、別のゼオライト、特に単独また
はフォージャサイトと混合されたいくつかのモルデナイ
ト(US 3,436,432)、場合によっては第VIII族の金属が
上に担持されたいくつかのモルデナイト(US 3,851,00
4)が提案された。日本特許出願公開JP 58−216128およ
びJP 58−159427は、金属イオン、例えばMg、K、Caを
含む、またはH+(JP 041670)の形態の、小さいSi/Al比
(4.5〜5)の単独のモルデナイトを推奨している。
本発明は、形成されるポリアルキルベンゼンの割合を
低下させて、モノアルキルベンゼンのアルキル化収率を
改善することを目的とする。
[発明の構成] この方法によれば、ベンゼンと、少なくとも1つの脂
肪族モノオレフィンを含む仕込原料とを、全体のSi/Al
原子比30〜80、好ましくは40〜80の脱アルミニウムモル
デナイトをベースとする少なくとも1つの触媒との接触
下に反応させ、その生成物を分別して少なくとも1つの
モノアルキルベンゼンを回収する。
この反応を、以下「アルキル化」と呼ぶ。
この方法の好ましい変形例によれば、まずベンゼン
と、少なくとも1つの脂肪族モノオレフィンを含む仕込
原料とを、全体のSi/Al原子比30〜80、好ましくは40〜8
0の脱アルミニウムモルデナイトをベースとする少なく
とも1つの触媒との接触下に反応させ(第一工程または
アルキル化工程)、その生成物を分別して、非転換ベン
ゼンと少なくとも1つのモノアルキルベンゼンとを含む
第一フラクション、および少なくとも1つのポリアルキ
ルベンゼンを含む第二フラクションを別々に回収するよ
うにする。
第二工程(トランスアルキル化工程)において、前記
ポリアルキルベンゼンの少なくとも一部とベンゼン、例
えばその少なくとも一部が第一工程において非転換のベ
ンゼンからなるベンゼン(すなわち第一工程において得
られた前記第一フラクションからの非転換ベンゼン)、
または例えばその少なくとも一部が第一工程において非
転換のベンゼンからなっているのではないベンゼンと
を、全体のSi/Al原子比30〜80、好ましくは40〜80の脱
アルミニウムモルデナイトをベースとする少なくとも1
つの触媒との接触下に反応させ、少なくとも1つのモノ
アルキルベンゼンを回収する(第二工程の触媒は、一般
に第一工程のものと異なる)。
第二工程へ送られない第一工程の過剰ベンゼンは、有
利には第一工程へ再循環され、一方第二工程後、非転換
ポリアルキルベンゼンはこの同じ第二工程に再循環され
てもよい。
従って、本発明による方法の2つの工程での好ましい
変形例によって得られたモノアルキルベンゼンは、一方
で第一工程で得られた第一フラクションからのものであ
り(このフラクションはそれ自体非転換ベンゼンと、少
なくとも1つのモノアルキルベンゼンとに分別されても
よい)、他方で第一工程で得られた第二フラクションと
ベンゼンとの反応(第二工程)からのものである。
脱アルミニウムモルデナイトは、単独で、または一般
に粘土、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、
酸化チタニウム、酸化ホウ素および前記化合物の少なく
とも2つのあらゆる組合わせ、例えばシリカ・アルミ
ナ、シリカ・マグネシア等からなる群から選ばれるバイ
ンダまたはマトリックスと混合して使用される。既知の
あらゆる凝集および成形方法が適用できる。例えば押出
し、ペレット化、液滴凝結(coagulation en gouttes)
等である。
このようにして、本発明による方法において、全体の
Si/Al原子比30〜80、好ましくは40〜80の脱アルミニウ
ムモルデナイトをベースとする少なくとも1つの触媒で
あって、一般に前記脱アルミニウムモルデナイトを1〜
100重量%、好ましくは20〜98重量%、例えば40〜98重
量%、およびマトリックスを0〜99%、好ましくは2〜
80重量%、例えば2〜60重量%含むものを用いる。
脱アルミニウムモルデナイトおよびそれらの製造方法
は知られている。例えば欧州特許EP−0084748、EP−009
7552およびEP−0196965、およびフランス特許出願番号8
7/12932を参考にすることができる。前記特許または特
許出願の脱アルミニウム方法は、モルデナイトのH型ま
たはH型の先駆物質(例えばNH4)を、一連の水蒸気雰
囲気下の加熱および酸処理に付すことからなる。しかし
ながら前記文献の処理との違いによって、ここでは脱ア
ルミニウム率を、全体のSi/Al原子比30〜80に限定する
ものとする。特許EP−0084748の4ページには、その他
に例えば全体のSi/Al原子比が46〜82に達する製造方法
を記載している。好ましくは下記のように操作を行な
う: ・第一工程において、出発モルデナイト中に存在する分
解不可能なカチオン、一般にNa+を除去する。これを行
なうために、酸例えばHClの希釈溶液中、またはNH4 +
液中で1回または複数回のイオン交換を行ない、場合に
よってはその後に(例えば水による)1回または複数回
の洗浄を行なってもよい。重要な点は、脱カチオン化と
呼んでもよいこの第一工程を終えると、アルカリカチオ
ンのほぼ全体が除去されており(Na含量が例えば150〜2
000重量ppm、好ましくは300〜1200重量ppm)、得られた
固体が実質的に脱アルミニウムされていないH形態、ま
たはH型先駆物質(例えばNH4 +)(脱アルミニウム率が
一般に10%以下、好ましくは5%以下)であることであ
る。好ましくは、H型先駆物質としてNH4 +形態を選ぶも
のとする: ・第二工程において、H形態またはH型先駆物質は、温
度450℃以上、例えば450〜650℃、好ましくは550〜600
℃での水蒸気処理に付される。焼成雰囲気の水含量(容
積)は、有利には20%以上、好ましくは40%以上であ
る; ・酸浸蝕は、触媒の第三調製工程である。(焼成後の固
体の)骨組みのSi/Al原子比約50までに対して、好まし
くは酸溶液(HCl、H2SO4、HNO3等)濃度0.5〜5N、好ま
しくは1〜4Nを用いるものとする。より高い骨組みのSi
/Al原子比に対しては、酸溶液濃度5〜20N、好ましくは
7〜12Nを用いるものとする(骨組みのSi/Al原子比は、
10〜50の比に対しては赤外線分光によって、より高い比
に対しては29SiのNMRによって測定することができ
る)。さらに、高い比、すなわち約50以上、より特定す
れば約60以上のSi/Al原子比に達するためには、有利に
は水蒸気下の焼成・酸浸蝕の複数のサイクルを利用する
ことができる。
このように調製された固体は、有利には全体のSi/Al
原子比が30〜80、好ましくは40〜80である。これらは単
位格子容積2.755〜2.730nm3(1nm=10-9m)、好ましく
は2.745〜2.735nm3のものである。これらは好ましくは
構造Al−OHが、弱塩基例えばエチレン(77Kの赤外線測
定)または弱酸性の化合物例えばH2S(25℃における赤
外線測定)と相互作用するのに十分な酸性力を有するも
のである。その他に、これらの固体は好ましくは格子外
カチオン種を含まないものでなければならない。これら
の格子外カチオン種は、マジック角の回転技術(techni
que de rotation de l′angle magique)を用いて測定
された、27AlのNMRスペクトル上において、0ppm(対照A
l(H2O)63+)に位置する微細信号(半分の高さの幅が5
ppm以下、好ましくは2ppm以下である)によって検出さ
れうる。
いわゆるアルキル化反応は、通常、液相、超臨界相ま
たは気相において、固定床として配置された、上に定義
された脱アルミニウムモルデナイトをベースとする少な
くとも1つの触媒の存在下に、温度約50〜450℃(好ま
しくは約100〜350℃)、圧力1〜10MPa(好ましくは2
〜7MPa)、液体炭化水素流量(空間速度)触媒1容あた
り毎時約0.5〜50容で、ベンゼン/モノオレフィンモル
比1〜20(好ましくはプロペンについては3〜7、エチ
レンについては5.5〜12)で実施される。
アルキル化工程の間に形成されたポリアルキルベンゼ
ン類のいわゆるトランスアルキル化反応は、通常、固定
床として配置された、上に定義された脱アルミニウムモ
ルデナイトをベースとする少なくとも1つの触媒の存在
下に、温度約200〜500℃(好ましくは約280〜400℃)、
圧力2〜10MPa(好ましくは3〜7MPa)、液体炭化水素
流量(空間速度)触媒1容あたり毎時約0.5〜5容で、
ベンゼン/ポリアルキルベンゼンモル比0.2〜10で実施
される。
トランスアルキル化工程は、場合によっては水素の存
在下に実施されてもよい(水素/炭化水素モル比が例え
ば2〜6)。
モノオレフィン混合物、例えば接触クラッキング流出
物を用いて本発明を実施することもできるが、その後に
トランスアルキル化を用いて操作を行なう時、モノアル
キルベンゼンとポリアルキルベンゼンとの間の分別を促
進するために、単一のモノオレフィン、例えばエチレ
ン、プロペン、n−ブテンまたはイソブテンを用いて、
より一般的には例えばC2〜20脂肪族モノオレフィンを
用いて操作を行なうのが好ましい。
一酸化炭素を例えば0.1〜2.0重量%含むモノオレフィ
ン混合物の処理は、これはクラッキング流出物の場合が
多いが、特別な利点を有する。実際に一酸化炭素の存在
は、有害な作用をもたらさない。これはニッケルを含む
通常の触媒を用いて見られるものと対照的である。
トランスアルキル化を用いる時、本発明の実施を単純
にするために、当業者によく知られたあらゆる技術に従
う方法(アルキル化およびトランスアルキル化)の、場
合による2つの工程の流出物のための単一の蒸溜帯域を
用いてもよい。
[実 施 例] 下記実施例は本発明を例証するが、その範囲を限定す
るものではない。
実施例1A:3つの触媒B1、B2、B3の調製 これらの種々の触媒を調製するために使用される原料
は、ソシエテ・シミック・ド・ラ・グランド・パロワス
社のAlite 150という名称の小孔モルデナイトである。
その無水状態の化学式は、Na,AlO2(SiO25.5であり、
そのナトリウム重量含量は5.3%である。この粉末500グ
ラムを硝酸アンモニウム2M溶液中に浸し、懸濁液を2時
間95℃にする。導入された硝酸アンモニウム溶液の容積
は、乾燥モルデナイト重量の4倍である(V/P=4g/c
m3)。このカチオン交換操作は3回行なわれる。3回目
のイオン交換後、生成物を水で20℃で20分間、V/P比4g/
cm3で洗浄する。乾燥モルデナイトに対する重量割合で
表示されたナトリウム含量は、0.1%にすぎない。つい
で生成物を濾過し、様々なロットを、得たいと思う骨組
みの脱アルミニウム度に応じて多少なりとも高い温度
で、密閉雰囲気の水蒸気下の焼成(セルフスチーミン
グ)に付す(表1)。焼成時間は2時間に固定されてい
る。焼成雰囲気の水含量(容積)は、90%程度である。
この焼成工程後の種々の固体の結晶度は、90%またはそ
れ以上である。
ついで、固体の各々に対して、先行工程の時に、得ら
れた骨組みの脱アルミニウム率が大きければそれだけ一
層高い濃度の硝酸溶液による酸浸蝕を行なう(表1)。
酸浸蝕の間、このようにして固体は、2時間V/P比8g/cm
3で硝酸溶液中で還流される。次に生成物は濾過され、
ついで豊富な蒸溜水で洗浄される。
モルデナイトの各々について得られたSi/Al原子比
は、表1に示されている。
次に各モルデナイトは、アルミナとの混練によって、
ついで押出しダイスの通過によって成形される。直径1.
2mmの得られた押出し物は、ついで乾燥され、約1時間
の温度安定段階により150〜500℃で焼成される。その
時、モルデナイト80重量%とアルミナ20重量%を含む、
モルデナイトをベースとする触媒B1、B2およびB3が得ら
れる。
実施例1B:3つの触媒B′1、B′2、B′3の調製 これらの触媒は、実施例1Aに記載されたものと下記の
点で異なる。すなわちこれらを調製するために使用され
た原料は、ソシエテ・シミック・ド・ラ・グランド・パ
ロワス社のモルデナイトAlite 150ではなく、東洋ソー
ダ社のTSZ 600 NAAという名称の大孔モルデナイトであ
る。その無水状態の化学式は、Na,AlO2(SiO25.1であ
り、そのナトリウム重量含量は5.7%である。
イオン交換、焼成、酸浸蝕、成形および焼成のすべて
の工程は、実施例1Aに記載されたものと同じ条件下で実
施される。得られたSi/Al原子比は、非常にわずかしか
異ならない(表2)。
得られた触媒(B′1、B′2およびB′3)はま
た、モルデナイト80重量%とアルミナ20重量%を含む。
実施例2A: 実施例1Aで調製された3つの触媒B1、B2、B3は、各々
下記操作条件下において(いわゆる「アルキル化反応
器」と呼ばれる反応器で)、プロペンによるベンゼンの
アルキル化テストを受ける: ・温度:160℃ ・圧力:4.5MPa ・ベンゼンの毎時重量流量は、触媒重量の2.5倍に等し
い。
・ベンゼン/プロペンモル比=5。
仕込原料は下記重量組成を有する: プロパン:0.22% プロペン:9.78% ベンゼン:90% 反応器を出ると、触媒B1、B2、B3の各々を用いて得ら
れた生成物は、表3に示された重量組成を有する。つい
で各生成物は、蒸溜によって分別され、2つのフラクシ
ョンが回収される: ・非転換ベンゼンおよびクメンを含む初留点−160℃フ
ラクション、 ・ポリイソプロピルベンゼンおよび重質芳香族炭化水素
(すなわちHC)を含む、沸点160℃以上のフラクショ
ン。
ついで沸点160℃以上の各フラクションは、下記操作
条件下において(いわゆる「トランスアルキル化反応
器」と呼ばれる反応器で)、(アルキル化において使用
されたものと異なる)同じ触媒B1、B2またはB3の存在下
におけるトランスアルキル化処理を受ける: ・温度:330℃ ・圧力:4.5MPa ・仕込原料(ポリイソプロピルベンゼン+重質芳香族炭
化水素+(アルキル化反応生成物に由来する)追加ベン
ゼン)の重量流量は、触媒重量の2.5倍に等しい。
(トランスアルキル化・脱アルキル化処理によって)
得られた結果を表4に示す。
一方でアルキル化、他方でトランスアルキル化の2つ
の工程を組合わせた全体の結果を表5に示す。
次に経時的な成績の推移を証明するために、長期間の
テストを行なう。2つの工程を組合わせた全体の結果を
表6に示す。
結果を調べると、(全体の結果に関しても、本発明の
2つの工程において得られた特別な結果に関しても)、
本発明によって推奨された触媒を用いて操作を行なうの
が好ましい、すなわち全体のSi/Al原子比が30〜80、好
ましくは40〜80(触媒B2の場合)の脱アルミニウムモル
デナイトを用いなければならないことが確認される。実
際、全体のSi/Al原子比が30以下(触媒B1の場合)のモ
ルデナイトは、少し活性が高いが、明らかに選択性が低
く、ほとんど安定性がない。その代わり、全体のsi/Al
原子比が80以上(触媒B3の場合)のモルデナイトは、す
こし選択性が高いが、活性ははるかに低く、安定性も劣
る。
この型の方法の工業的実施に関しては、トランスアル
キル化工程後に非転換のジイソプロピルベンゼンおよび
トリイソプロピルベンゼンは、トランスアルキル化反応
器に再循環されて消滅する。この場合、(2つの工程に
おいて)触媒B2を使用すると、最終的な成績は下記のと
おりである: 1)転換率: ・ベンゼン:18.7% ・プロペン:100%。
2)選択率: ・転換されたベンゼンに対するクメン:99.4% ・転換されたプロペンに対するクメン:93.2%。
実施例2B: 実施例1Bで調製された3つの触媒B′1、B′2、
B′3はまた、各々触媒B1、B2、B3と同じ操作条件下に
おいて、かつ同じ仕込原料を用いるテストを受ける。
(アルキル化およびトランスアルキル化の)本方法の2
つの工程を組合わせた全体の結果を表7に示す。
実施例2Aの場合のように、本発明によって推奨された
触媒を用いて操作を行なうのが好ましい、すなわち全体
のSi/Al原子比が30〜80、好ましくは40〜80のモルデナ
イトを用いなければならないことが確認できる。
実施例3: 実施例1Aの触媒B2を用いて、かつアルキル化およびト
ランスアルキル化の2つの区域において実施例2Aの操作
条件を用いて、触媒の活性に対する、特に選択性に対す
るこのパラメータの重要性を証明するために、アルキル
化反応器の入口において、ベンゼン/プロペンモル比を
変える。一方でアルキル化、他方でトランスアルキル化
の2つの工程を組合わせた全体の結果を表8に示す。
触媒の選択性に対する、このパラメータの大きな影響
を確認することができる。本発明の枠内で推奨されてい
るように、ベンゼン/プロペンモル比3〜7で操作を行
なうことが好ましい。実際、ベンゼン/プロペンモル比
3以下の場合、選択率は比較的低い。ベンゼン/プロペ
ンモル比7以上の場合、もし選択性が良好であれば、非
常に高いベンゼン再循環率を用いる必要がある。これは
本方法の全体の経済的負担が非常に大きくなる。
実施例4: 実施例1Aで調製された3つの触媒B1、B2、B3の各々
に、下記操作条件において(いわゆる「アルキル化反応
器」と呼ばれる反応器において)エチレンによるベンゼ
ンのアルキル化テストを行なう: ・温度:200℃; ・圧力:4.5MPa; ・ベンゼンの毎時重量流量は触媒重量の2.5倍に等し
い; ・ベンゼン/エチレンモル比=6.7 仕込原料は下記重量組成を有する: エチレン:5.07% ベンゼン:94.93%。
反応器を出ると、得られた各生成物は分別され、下記
の2つのフラクションが回収される: ・非転換ベンゼンおよびエチルベンゼンを含む初留点−
140℃フラクション、 ・ポリエチルベンゼンおよび重質芳香族炭化水素(すな
わちHC)を含む、沸点140℃以上のフラクション。
ついで沸点140℃以上の各フラクションは、下記操作
条件において(いわゆる「トランスアルキル化反応器」
と呼ばれる反応器において)、(アルキル化において用
いられたものとは異なる)同じ触媒B1、B2またはB3の存
在下、トランスアルキル化処理を受ける: ・温度:370℃ ・圧力:4.5MPa ・仕込原料(ポリエチルベンゼン+重質芳香族炭化水素
+(アルキル化反応生成物に由来する)追加ベンゼン)
の重量流量は、触媒重量の1.4倍に等しい。
一方でアルキル化、他方でトランスアルキル化の2つ
の工程を組合わせた全体の結果を表9に示す。
実施例5: 実施例1Aで調製された3つの触媒B1、B2、B3の各々
に、接触クラッキング装置から出たガスによるベンゼン
のアルキル化テストを行なう。これらのガスは下記組成
(重量%)を有する: ・水素: 0.46 ・一酸化炭素(CO): 4.49 ・二酸化炭素(CO2): 0.36 ・窒素: 15.09 ・酸素: 0.26 ・メタン: 23.18 ・エタン: 23.62 ・エチレン: 16.50 ・プロパン: 2.89 ・プロペン: 5.88 ・ブタン: 1.58 ・ブテン: 3.31 ・ペンタン: 0.76 ・ペンテン: 1.62 操作条件は(いわゆる「アルキル化反応器」と呼ばれ
る反応器において)下記のとおりである: ・温度:220℃; ・圧力:4.5MPa; ・ベンゼンの毎時重量流量は触媒重量の2.5倍に等し
い; ・ベンゼン/オレフィン(C2+C3+C4+C5)モル比=7.
2。
アルキル化反応器を出ると、操作の24時間後に、表10
の結果が得られた。
ついで触媒B2を用いて得られた生成物を、蒸溜によっ
て分別し、下記の2つのフラクションが回収された: ・非転換ベンゼン、エチルベンゼンおよびクメンを含む
初留点−160℃のフラクション、 ・高級アルキルベンゼンおよびポリアルキルベンゼンを
含む、終点160℃−のフラクション。このフラクション
は、95%のASTM沸点が224℃である。CFRエンジンで測定
されたそのオクタン価は下記の値を有する: 単味RON:124 単味MON:107。
フロントページの続き (72)発明者 クリスチーヌ・トラヴェール フランス国リュエイユ・マルメゾン (92500)・ブールヴァール・デュ・ジ ェネラル・ドゥ・ゴール 12番地 (72)発明者 ジェルマン・マルチノ フランス国ポワシー(78300)・アブニ ュー・エフ・ルフェーヴル・80・バンチ マン・コンデ(無番地)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベンゼンと、少なくとも1つのモノオレフ
    ィンを含む仕込原料とを、少なくとも1つの触媒の存在
    下に反応させる、少なくとも1つのアルキルベンゼンの
    製造方法において、前記触媒が、全体のSi/Al原子比30
    〜80の脱アルミニウムモルデナイトをベースとすること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記触媒が、全体のSi/Al原子比40〜80の
    脱アルミニウムモルデナイトをベースとすることを特徴
    とする、請求項1による方法。
  3. 【請求項3】ついで反応生成物を分別して、非転換ベン
    ゼンと少なくとも1つのモノアルキルベンゼンとを含む
    第一フラクション、および少なくとも1つのポリアルキ
    ルベンゼンを含む第二フラクションを別々に回収するよ
    うにすること、および前記第二フラクションの少なくと
    も一部とベンゼンとを、全体のSi/Al原子比30〜80の脱
    アルミニウムモルデナイトをベースとする少なくとも1
    つの触媒との接触下に反応させ、少なくとも1つのモノ
    アルキルベンゼンを回収することを特徴とする、請求項
    1または2による方法。
  4. 【請求項4】前記第二フラクションを反応させるベンゼ
    ンの少なくとも一部は、前記第一フラクションに由来す
    る非転換ベンゼンからなる、請求項3による方法。
  5. 【請求項5】ベンゼンと前記第二フラクションの少なく
    とも一部との反応の際に非転換のポリアルキルベンゼン
    をこの工程へ再循環する、請求項3または4による方
    法。
  6. 【請求項6】各触媒が固定床として配置されている、請
    求項1〜5のうちの1つによる方法。
  7. 【請求項7】前記仕込原料が、0.1〜2.0重量%の一酸化
    炭素を含む、請求項1〜6のうちの1つによる方法。
  8. 【請求項8】前記仕込原料が、接触クラッキング流出物
    である、請求項1〜7のうちの1つによる方法。
  9. 【請求項9】ベンゼンと、エチレンを含む仕込原料との
    反応の際、ベンゼン/エチレンのモル比が5.5〜12であ
    る、請求項1〜8のうちの1つによるエチルベンゼンの
    製造方法。
  10. 【請求項10】ベンゼンと、プロペンを含む仕込原料と
    の反応の際、ベンゼン/プロペンのモル比が3〜7であ
    る、請求項1〜8のうちの1つによるクメンの製造方
    法。
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