JP2688486B2 - プソイドクメンとメシチレンの製法及びそれらとキシレンとの混合物の製法 - Google Patents
プソイドクメンとメシチレンの製法及びそれらとキシレンとの混合物の製法Info
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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C9芳香族化合物を、シリカ−アルミナ比が少
なくとも約12及び拘束指数が約１〜12の形状選択性ゼオ
ライト触媒を用いて改質し、プソイドクメン、メシチレ
ン、キシレン及びベンゼンを製造する方法に関する。 ［従来の技術］ キシレン並びにプソイドクメン及びメシチレンのよう
なより高級な芳香族化合物は、ハイドロカーボン・プロ
セッシング（Hydrocarbon Processing）（1972年４月）
の114〜118頁に記載のN.E.オッカーブルーム（Ockerblo
om）の論文「ザイリーズ・アンド・ハイヤー・アロマテ
ィクス（Xylenes and Higher Aromatics）」に開示され
ているような様々な用途を有する望ましい商業生成物で
ある。この論文は、それらの生成物がナフサ分解又は改
質により得られるC9芳香族画分から分留又は抽出を用い
て得ることができることを開示している。 接触分野、改質、不均化、および高級炭化水素の異性
化もまた従来技術において既知である。例えば、タバク
（Tabak）らの米国特許第4,163,028号、同4,218,573号
および同4,236,996号、並びにオルソン（Olson）らの米
国特許第4,159,282号は、ZSM−５又は同様のゼオライト
触媒の存在下におけるC8芳香族化合物原料に含まれるキ
シレンの異性化を開示している。リュー（Ryu）の米国
特許第4,313,021号は、アルミナ−チタン弗化物触媒の
存在下におけるアルキル化、エチルベンゼンのアルキル
交換およびｍ−キシレンの異性化のような反応を開示し
ている。チュー（Chu）の米国特許第4,260,843号は、ZS
M−５の存在下におけるトルエンのアルキル化及びトル
エンの不均化を開示している。ZSM−５は燐又はベリリ
ウムの添加により変性することができる。ファーカシュ
ー（Farcasiu）らの米国特許第4,454,364号は、ベンゼ
ノイド種間における酸触媒アルキル交換を開示してい
る。スギット（Suggitt）らの米国特許第4,127,471号
は、アルキル芳香族炭化水素を水素化分解し、シリカ−
アルミナ比が約12:1の固体アルキル転化触媒の存在下に
１種のアルキル芳香族生成物から他の生成物にアルキル
基を移動させる方法を開示している。ハーグらの米国特
許第4,418,235号は、高アルファ活性を有するゼオライ
ト触媒を用いて、分解、水素化分解、アルキル化、脱ア
ルキル化、アルキル交換、異性化、二量化、オリゴマー
化、不均化、芳香族化および水和のような炭化水素転化
方法を開示している。ゼオライトは、ZSM−５、ZSM−1
1、ZSM−12、ZSM−23、ZSM−35及びZSM−38からなる群
より選ばれる。米国特許第4,041,091号は、トルエンとC
9芳香族化合物の混合物をベンゼン及びC8芳香族化合物
に転化する分別方法を開示している。同様の方法がバー
ガー（Berger）の米国特許第3,996,305号にも記載され
ている。スギットの米国特許第3,784,621号は、トルエ
ンを不均化触媒に接触させ、C8芳香族画分を分離し、C9
芳香族画分を形成するためにC8芳香族画分を不均化触媒
に接触させる方法を開示している。C9芳香族画分はプソ
イドクメン及び／又はメシチレンを含有してよい。ハー
グらの米国特許第4,117,026号は、パラ−ジアルキル−
置換ベンゼンの製法を開示している。アルキル基それぞ
れは炭化原子を１〜４個有している。その方法は、シリ
カ−アルミナ比が少なくとも12で拘束指数が約１〜12の
ゼオライト触媒を使用している。 ［発明の開示］ 本発明においては、プソイドクメンやメシチレンのよ
うなトリメチルベンゼンを転化することなく、プロピル
及びメチルエチルベンゼン等の、不安定なC9芳香族化合
物をキシレン及びベンゼン及びベンゼンに転化する特定
の形状選択性触媒を用いることにより、C9アルキル芳香
族化合物を改質し、価値あるトリメチルベンゼンの高濃
度物を形成するのが可能であることが発見された。本発
明によれば、価値の低いC9芳香族化合物が改質されてプ
ソイドクメン、メシチレン、キシレン及びベンゼンのよ
うなより価値のある芳香族化合物となる。本発明は、原
料を交換し、プソイドクメンとメシチレンの回収のため
の２つの付加的蒸留カラムを備えることによりC9原料を
従来の不均化装置にて処理することができるので簡単で
有利である。更に、C9芳香族化合物原料流れは、所望な
らば、トルエン又はC7〜C9混合芳香族化合物原料と一緒
に処理して、より高いキシレン収率を提供すると同時に
プソイドクメン及びメシチレンを製造することができ
る。 図面に示した本発明の態様は、改質反応器及びベンゼ
ン、キシレン、プソイドクメン及びメシチレンを回収す
るために連結された様々の蒸留カラムを示している。 図面を参照して説明すると、C9アルキル芳香族化合物
を含有する反応体流れがライン５を通じて反応器８内に
導入され、水素がライン６を通じて添加され、その中で
両方の物質が以下に詳説する形状選択性ゼオライト触媒
と接触される。C9芳香族化合物原料流れの主な供給源
は、C9中間カット又は改質物質（典型的改質物質はC9芳
香族化合物全量を基準に57％のトリメチルベンゼンを含
有する）の抽出物がC9アルキルベンゼンに富んでいる接
触改質ナフサである。C9中間カットの組成は、典型的に
は、C8、C9及びC10芳香族化合物がそれぞれ約2.5、87.5
及び10モル％である。C9芳香族化合物原料の他の供給源
は、米国特許第3,931,349号、同3,969,426号、同3,899,
544号、同3,894,104号、同3,904,916号及び同3,894,102
号に記載されているようなメタノールのガソリンへの転
化および、米国特許第4,096,163号、同4,279,830号、同
4,304,871号及び同3,254,023号に記載されているような
合成ガスのガソリンへの転化のようなガソリン製造方法
から誘導される。C7〜C9混合芳香族化合物原料も使用す
ることができ、石油精製原料、コークスを製造するため
の石英の熱分解、タールサンド等を含む様々な起源から
誘導することができる。アルキル交換、異性化及び不均
化のような石油処理操作においては、例えばそのように
製造された生成物流れは、トルエン、キシレン及びトリ
メチルベンゼンのようなアルキルベンゼンの実質量を含
有するアルキル芳香族化合物流れを得るように更に分留
等により処理される。得ることのできる典型的アルキル
芳香族画分は、C7〜C9炭化水素を主成分とし、粗キシレ
ンと呼ばれる。添付図面においては、C7〜C9原料はライ
ン14及び６を経由する蒸留カラム13からの再循環トルエ
ンと共に20900ポンド／時間の流速でライン５を通って
反応器８に達する。原料はまた、ライン６から導入され
る200モル／時間の水素ガス及びライン17から導入され
る8524kg（3870ポンド）／時間のC9芳香族化合物と混合
される。仕込流れの改質は、ZSM−５のような触媒を様
いて、温度370〜593℃（700〜1100゜F）、好ましくは42
7〜538℃（800〜1000゜F）、圧力100〜13800kPaゲージ
圧（15〜2000psig）、好ましくは1030〜5520kPaゲージ
圧（150〜800psig）、重量時間空間速度0.2〜10、好ま
しくは1.0〜5.0、および水素／炭化水素モル比0.5〜1
0、好ましくは１〜５の気相において行なわれる。反応
器８は加熱、ポンプ送り、再循環ガス圧縮および分離手
段等を有するが、それら全てが当技術分野で既知であ
る。反応器８からの反応流出物（分析結果を第１表（但
し、第１表中、「C9芳香族再循環量」とは、第１図にお
いて、ライン17を通り反応器８へ再循環されるC9芳香族
の量を意味し、「トルエン再循環量」とは、第１図にお
いて、ライン14を通り反応器８へ再循環されるトルエン
の量を意味し、「全仕込量」とは、第１図において、反
応器８へ供給される新たな原料（ライン５経由）、再循
環トルエン（ライン14経由）及びC9芳香族（ライン17経
由）の量の総和を意味し、「全流出量」とは、第１図に
おいて、反応器８から出る生成物全体の量を意味す
る。）に記載）は、ライン９を経由して高圧分離器10に
達する。分離器10からは、反応器８に再循環させるため
に180モル／時間の水素再循環流れがライン11を経由し
て引き出される。少量の軽質ガスが反応器８内で形成さ
れるが、水素は再循環の目的のために実質的に純粋であ
る。しかしながら、場合によっては、反応器に再循環す
る前に水素流れを更に精製するのが望ましい。分離器10
からの生成流出は、ライン12を通り第１の蒸留カラム13
に達し、55600kg/時間（25230ポンド／時間）のトルエ
ンを含む第１の頭頂画分がカラム13から除去され、ライ
ン14及び６を通って反応器８に再循環される。C8、C9及
びC10芳香族化合物を除去するカラム13からの底部画分
は、ライン15を経由して第２の蒸留カラム16に送られ、
そこで24200kg/時間（11000ポンド／時間）のキシレン
画分がライン18を経由して回収される。この画分はま
た、少量、例えば1.4重量％の、エチレンベンゼンのよ
うなエチル芳香族炭化水素も含有する。個々の異性体生
成物は、適当な物理的方法、例えば分別結晶により分離
することができる。プロピルベンゼン、メチルエチルベ
ンゼン及びトリメチルベンゼンのようなC9アルキルベン
ゼン、およびC10重質芳香族化合物が、ライン17を経由
して排出され、キシレン収量を最大限にするために反応
器８に再循環されまたは第３の蒸留カラム20にライン19
を経由して送られてよい。 メシチレン及びプロイドクメンを製造するために、C9
芳香族化合物は再循環されず、ライン19を経由して蒸留
カラム20に導入される底部画分がC9及びC10芳香族画分
を含有する。図示するように、メシチレンは上部生成物
として蒸留により分離され、カラム20からライン22を経
由して681ポンド／時間の速度で排出される。C9プソイ
ドクメン及びC10画分を含有する底部画分は、ライン21
を経由して第４の蒸留カラム23に達し、そこでプソイド
クメンは蒸留され、ライン24により通頂生成物として30
92ポンド／時間の流速で回収される。C10＋底部画分
は、ライン25を経由して排出され、反応器８に再循環ま
たはモーターナフサプールに送られてよい。 本発明の方法に好適な反応体は、C9アルキル芳香族化
合物またはC7〜C9混合アルキル芳香族化合物である。C9
アルキル芳香族炭化水素は、好ましくは炭素原子を４個
以上有さない移動可能（transferable、転移可能）なア
ルキル基を少なくとも１つ有するアルキルベンゼンのよ
うな単環状芳香族化合物を主成分とするところに特徴が
ある。C9芳香族炭化水素は、例えば、1,2,3−トリメチ
ルベンゼン（ヘミメリテン）、1,2,4−トリメチルベン
ゼン（プソイドクメン）、1,3,5−トリメチルベンゼン
（メシチレン）、イソプロピルベンゼン（クメン）、1,
2−メチルエチルベンゼン、1,3−メチルエチルベンゼン
および1,4−メチルエチルベンゼンである。上述したよ
うに、本発明の方法に用いるためのC9芳香族化合物は、
メタノールのガソリンへの転化または一酸化炭素と水素
（合成ガス）のガソリンへの転化のようなガソリン製造
方法を含む様々な石油処理操作から生成物流れとして入
手可能である。例えば触媒改質物は、芳香族化合物に富
んでいるので特に好ましく、C9画分は水性グリコールを
用いて、典型的にはユーデックス（Udex）装置による抽
出により非芳香族化合物から容易に分離することができ
る。抽出されたC9改質物質の典型的組成及びその中に含
まれるC9芳香族化合物の沸点を下記第２表に示す。 粗生物の品質は、ナフサ改質物から抽出されたC9芳香
族化合物の量及び種類に影響を与えるが、全C9芳香族化
合物の約57重量％がトリメチルベンゼンであり、プソイ
ドクメン、メシチレン及びヘミメリテンが典型的には以
下の割合で製造される。 プソイドクメン＝１ メシチレン＝0.18 ヘミメリテン＝0.20 C9芳香族化合物は、初期沸点が230〜280゜Fであり、
最終沸点が350〜425゜Fであり、API比重が約35〜60であ
るという点に更に特徴がある。 本発明の実施にあたっては、第２表に示す概略組成を
有するC9アルキル芳香族仕込物流れは、反応器８に仕込
まれ、シリカ−アルミナ比１〜12の形状選択性ゼオライ
ト触媒を用いることにより改質がなされ、プソイドクメ
ン、メシチレン、キシレン及びベンゼンとなる。本発明
の必須要件は、改質のために形状選択性触媒を使用する
ことであり、それにより、トリメチルベンゼンが転化さ
れることはなく、プロピル及びメチルエチルベンゼンの
ような不安定なC9芳香族化合物が選択的に転化され、キ
シレン、トルエン、ベンゼン及び少量の軽質ガスとな
る。 不安定なC9芳香族化合物とトリメチルベンゼンの転化
の相対比定数は、5:1〜20:1であり、プロピル及びメチ
ルエチルベンゼン並びにC9芳香族化合物を、脱アルキ
ル、不均化及びアルキル交換によりプソイドクメンまた
はメシチレンを転化することなく、キシレン、ベンゼン
及び少量の軽質ガスに転化することができる。触媒の形
状選択特性によって、トリメチルベンゼンが農厚化さ
れ、供給材料中の少量のパラフィン及びナフテンを選択
的に分解して、二環式芳香族、ジュレン及びコークス前
駆物質の形成を減少するという利点が更に供給される。
パラフィンの選択的転化はまた、より簡単に蒸留を用い
てトリメチルベンゼン、特にプソイドクメンの回収及び
精製を行うことを可能にする。改質工程において、炭化
水素は、分解、アルキル化、脱アルキル化、異性化、ア
ルキル交換及び不均化を組み合わせた反応に付される。
HZSM−５のような形状選択性触媒により選択的にプソイ
ドクメンが形成され、収率及び純度が向上することが発
見された。 本発明の別の要旨においては、ライン５を通って導入
される仕込物は、トルエン、エチルベンゼン及びキシレ
ンのようなC7〜C8芳香族化合物および上記第２表記載の
C9アルキル芳香族化合物を含む主に炭素原子７〜９個の
アルキル芳香族化合物の混合である。そのような仕込原
料は、触媒改質物質、熱分解ガソリン等から、脂肪族化
合物から芳香族化合物を分離する蒸留及び溶媒抽出によ
って誘導することもできる。好適な仕込原料の他の供給
源には、７〜９個の炭素原子を有するアルキル芳香族化
合物を実際に含む粗キシレン流れならびに、ベンゼン、
キシレン、C9芳香族及びC9より重い芳香族化合物を含有
するトルエンアルキル交換反応ゾーンからの流出物を含
む。トルエン及びC9アルキル芳香族化合物の混合物も使
用可能である。本発明のこの要旨において、トルエンの
ような単一芳香族化合物２モルが不均化により改質さ
れ、２種の異なる芳香族化合物、即ち、キシレン及びベ
ンゼン各１モルとなる。アルキル交換も起き、２種の異
なる芳香族、例えばメチルエチルベンゼン又はプロピル
ベンゼンの各１モル又は２モルが、トルエン又はベンゼ
ンの１モルと反応しキシレンを形成する。すなわち、不
安定なC9芳香族化合物の直接アルキル交換がキシレンの
収率向上に大いに役立つ。さらに、ポリアルキルベンゼ
ンの位置異性化も分子内シフトにより起こり、プソイド
クメンからメシチレンを高収率で得ることができる。典
型的C7〜C9改質物画分を下記第３表に示す。 C7〜C9混合芳香族化合物は、更に初期沸点が66℃（15
0゜F）であり最終沸点が177℃（350゜F）であり、API比
重が約40であることに特徴がある。 本発明の改質の目的に用いられる形状選択性ゼオライ
ト触媒は、少なくとも約12の骨格シリカ−アルミナ比及
び約１〜12の拘束指数により特徴づけられる。この種の
ゼオライトの例は、ZSM−５、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−
22、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−38、ZSM−48、ZSM−50お
よび他の類似物質である。好ましい結晶ゼオライトは、
ZSM−５、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−23、ZSM−35及びZSM
−38であり、ZSM−５が特に好ましい。ZSM−５は、米国
特許第3,702,886号に詳細に記載されている。ZSM−11
は、米国特許第3,709,979号に記載されている。ZSM−12
は米国特許第3,832,449号に記載されている。ZSM−22は
米国特許第4,481,177号に記載されている。ZSM−33は米
国特許第4,076,842号に記載されている。ZSM−35は米国
特許第4,016,245号に記載されている。ZSM−38は米国特
許第4,046,859号に記載されている。ZSM−48は米国特許
第4,375,573号に記載されている。 ZSM−50は、1982年６月８日に出願された米国特許38
6,456の分割出願として1985年４月３日に出願された米
国特許出願719,611に記載されている。 上記結晶ゼオライトの同一性は、夫々のＸ線回折パタ
ーンに基づいて確認される。すなわち本発明は、シリカ
とアルミナのモル比が本質的に限定されない触媒の利用
を意図しているものである。上記特許を組み入れたとし
ても、本発明の結晶ゼオライトを、上記の特許に記載さ
れているような特定のシリカ−アルミナモル比のゼオラ
イトに限定するように解釈すべきではなく、そのような
ゼオライトが実質的にアルミニウム非含有であり、しか
し上述物質と同じ結晶構造を有し、ある適用においては
有用又は好ましくさえあることが知られている。特定の
結晶ゼオライト物質の同定を行うのは、Ｘ線回折パター
ン（指数）から確認されるような結晶構造である。 改質転化方法を実施するに当たって、上述結晶ゼオラ
イトを本方法で用いられる温度及び他の条件に耐性のあ
る別の物質を含むマトリクスと組み合せるのも望まし
い。そのようなマトリクス材料はバインダーとして有用
であり、多くの分解工程において遭遇する厳しい温度、
圧力及び原料流速条件に対する、より強力な耐性を触媒
に付与する。 有用なマトリクス材料は周知であり、合成物質及び天
然物質のいずれでもよく、クレー、シリカ及び／又は金
属酸化物のような無機物質でもよい。後者は天然産で
も、シリカと金属酸化物の混合物を含むゼラチン状沈澱
物又はゲルでもよい。ゼオライトと組み合わせうる天然
クレーも、モンモリロナイトおよび、サブベントナイト
及び主鉱物成分がハロイサイド、カオリナイト、ジッカ
ナイト、ナクライト又はアナウキサイトであり通常ディ
キシー（Dixie）、マクナミー・ジョージア（McNamee−
Georgia）及びフロリダ・クレー（Florida clays）又は
他の物質として知られているカオリンを含むカオリン族
である。そのようなクレーは、採掘された最初の未加工
状態で又は初めに焼成してから酸処理もしくは化学処理
してから使用することができる。 前述の物質に加えて、ここで使用されるゼオライト
は、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−マ
グネシア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリ
カ−ベリリア、シリカ−チタニア、およびシリカ−アル
ミナ−トリア、シリカ−アルミナ−ジルコニア、シリカ
−アルミナ−マグネシア及びシリカ−マグネシア−ジル
コニアのような三成分組成物を多孔質マトリクス物質と
組み合わせてもよい。マトリクスのゼオライト含量は、
無水物基準で、乾燥複合物の１〜99重量％、更に通常は
５〜80重量％の範囲で広く変化してよい。 触媒成分は、好ましくは周期表（ここでいう周期表は
IUPAC及びユナイテッド・ステーツ・ナショナル・ビュ
ーロー・オブ・スタンダーズ［United States National
Bureau of Standards］により承認されたもので、例え
ばフィッサー・サイエンティフィック・カンパニー［Fi
sher Scientific Company］のカタログ番号５−702−10
の周期表が知られている。）のVI A又はVIII A属金属か
ら通常誘導される水素化成分を含有する。好ましくは卑
金属は、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバル
ト及びクロムであり、好ましい貴金属は、白金、パラジ
ウム、イリジウム及びトリウムである。ニッケル、コバ
ルト、モリブデン及びタングステンから選ばれる卑金属
を組み合わせたものは、多くの原料について非常に有用
である。使用される水素化成分の量は、狭い範囲に限定
されず、全触媒を基準に0.01〜5.0重量％の範囲で変化
し得る。卑金属組み合わせ物は酸化物又は硫化物でよ
い。水素化成分は、ゼオライト内で交換、またはゼオラ
イトに含浸又は物理的に混入することができる。金属が
ゼオライト上に含浸又はゼオライト内で交換される場合
は例えばゼオライトを白金含有イオンにより処理する方
法が用いられる。好適な白金化合物としては、塩化白金
酸、塩化白金及び白金アミン錯体を含む様々な化合物が
ある。水素化成分もまた、ゼオライト成分を結合させる
のに用いられるマトリクス材料中に存在してよい。 触媒は、例えば硫化水素の存在下で加熱するなどの外
套の前硫化処理によって処理して、CoO又はNiOのような
酸化物形態の金属を相当する硫化物に転化してもよい。 金属化合物は、金属が化合物のカチオン内に存在する
化合物でも化合物のアニオン内に存在する化合物でもよ
い。両方の種類の化合物を用いることができる。金属が
カチオン状又はカチオン性錯体状に、例えばPt（NH3）4
Cl2として存在する白金化合物が、メタタングステン酸
イオンのようなアニオン性錯体と同様に、特に有用であ
る。他の金属のカチオン性化合物も、ゼオライト上で交
換し又はゼオライトに含浸させることができるので非常
に有用である。 使用する前に、ゼオライトは少なくとも部分的に脱水
すべきである。これは、空気中又は窒素のような不活性
ガス雰囲気中、204℃（400゜F）〜593℃（1100゜F）の
範囲の温度で１〜48時間加熱することにより行うことが
できる。脱水はまた、減圧にするのみで低温において行
うことができるが、十分に脱水するには長い時間が必要
である。 改質反応は、供給材料を触媒の固定床、固定流動床又
は移動床に接触させることにより行なわれる。その後、
触媒をH2、CH4、C3H8、ベンゼン及びトルエンガスによ
り処理することにより、または空気中もしくは他の酸素
含有ガス中で焼くことにより再生させてよい。 ［実施例］ 触媒としてZSM−５（シリカ−アルミナ比は約70、拘
束指数は8.3）を用いて、C7およびC9原料の混合物を下
記条件に従って改質させた。 投入H2純度（％） 92 重量時間空間速度 1.5 H2/供給材料モル比 4.0 反応温度、℃（゜F） 入口 482（900） 出口 499（930） 圧力、kPa（Psig） 入口 3344（485） 出口 3241（470） 結果の要約と分析を下記第４表（但し、第４表中、
「C9芳香属再循環量」および「トルエン再循環量」は、
第１表と同じ意味であり、「反応体仕込量」は第１表の
「全仕込量」と、「反応体流出量」は第１表の「全流出
量」と同じ意味である。）に示す。
なくとも約12及び拘束指数が約１〜12の形状選択性ゼオ
ライト触媒を用いて改質し、プソイドクメン、メシチレ
ン、キシレン及びベンゼンを製造する方法に関する。 ［従来の技術］ キシレン並びにプソイドクメン及びメシチレンのよう
なより高級な芳香族化合物は、ハイドロカーボン・プロ
セッシング（Hydrocarbon Processing）（1972年４月）
の114〜118頁に記載のN.E.オッカーブルーム（Ockerblo
om）の論文「ザイリーズ・アンド・ハイヤー・アロマテ
ィクス（Xylenes and Higher Aromatics）」に開示され
ているような様々な用途を有する望ましい商業生成物で
ある。この論文は、それらの生成物がナフサ分解又は改
質により得られるC9芳香族画分から分留又は抽出を用い
て得ることができることを開示している。 接触分野、改質、不均化、および高級炭化水素の異性
化もまた従来技術において既知である。例えば、タバク
（Tabak）らの米国特許第4,163,028号、同4,218,573号
および同4,236,996号、並びにオルソン（Olson）らの米
国特許第4,159,282号は、ZSM−５又は同様のゼオライト
触媒の存在下におけるC8芳香族化合物原料に含まれるキ
シレンの異性化を開示している。リュー（Ryu）の米国
特許第4,313,021号は、アルミナ−チタン弗化物触媒の
存在下におけるアルキル化、エチルベンゼンのアルキル
交換およびｍ−キシレンの異性化のような反応を開示し
ている。チュー（Chu）の米国特許第4,260,843号は、ZS
M−５の存在下におけるトルエンのアルキル化及びトル
エンの不均化を開示している。ZSM−５は燐又はベリリ
ウムの添加により変性することができる。ファーカシュ
ー（Farcasiu）らの米国特許第4,454,364号は、ベンゼ
ノイド種間における酸触媒アルキル交換を開示してい
る。スギット（Suggitt）らの米国特許第4,127,471号
は、アルキル芳香族炭化水素を水素化分解し、シリカ−
アルミナ比が約12:1の固体アルキル転化触媒の存在下に
１種のアルキル芳香族生成物から他の生成物にアルキル
基を移動させる方法を開示している。ハーグらの米国特
許第4,418,235号は、高アルファ活性を有するゼオライ
ト触媒を用いて、分解、水素化分解、アルキル化、脱ア
ルキル化、アルキル交換、異性化、二量化、オリゴマー
化、不均化、芳香族化および水和のような炭化水素転化
方法を開示している。ゼオライトは、ZSM−５、ZSM−1
1、ZSM−12、ZSM−23、ZSM−35及びZSM−38からなる群
より選ばれる。米国特許第4,041,091号は、トルエンとC
9芳香族化合物の混合物をベンゼン及びC8芳香族化合物
に転化する分別方法を開示している。同様の方法がバー
ガー（Berger）の米国特許第3,996,305号にも記載され
ている。スギットの米国特許第3,784,621号は、トルエ
ンを不均化触媒に接触させ、C8芳香族画分を分離し、C9
芳香族画分を形成するためにC8芳香族画分を不均化触媒
に接触させる方法を開示している。C9芳香族画分はプソ
イドクメン及び／又はメシチレンを含有してよい。ハー
グらの米国特許第4,117,026号は、パラ−ジアルキル−
置換ベンゼンの製法を開示している。アルキル基それぞ
れは炭化原子を１〜４個有している。その方法は、シリ
カ−アルミナ比が少なくとも12で拘束指数が約１〜12の
ゼオライト触媒を使用している。 ［発明の開示］ 本発明においては、プソイドクメンやメシチレンのよ
うなトリメチルベンゼンを転化することなく、プロピル
及びメチルエチルベンゼン等の、不安定なC9芳香族化合
物をキシレン及びベンゼン及びベンゼンに転化する特定
の形状選択性触媒を用いることにより、C9アルキル芳香
族化合物を改質し、価値あるトリメチルベンゼンの高濃
度物を形成するのが可能であることが発見された。本発
明によれば、価値の低いC9芳香族化合物が改質されてプ
ソイドクメン、メシチレン、キシレン及びベンゼンのよ
うなより価値のある芳香族化合物となる。本発明は、原
料を交換し、プソイドクメンとメシチレンの回収のため
の２つの付加的蒸留カラムを備えることによりC9原料を
従来の不均化装置にて処理することができるので簡単で
有利である。更に、C9芳香族化合物原料流れは、所望な
らば、トルエン又はC7〜C9混合芳香族化合物原料と一緒
に処理して、より高いキシレン収率を提供すると同時に
プソイドクメン及びメシチレンを製造することができ
る。 図面に示した本発明の態様は、改質反応器及びベンゼ
ン、キシレン、プソイドクメン及びメシチレンを回収す
るために連結された様々の蒸留カラムを示している。 図面を参照して説明すると、C9アルキル芳香族化合物
を含有する反応体流れがライン５を通じて反応器８内に
導入され、水素がライン６を通じて添加され、その中で
両方の物質が以下に詳説する形状選択性ゼオライト触媒
と接触される。C9芳香族化合物原料流れの主な供給源
は、C9中間カット又は改質物質（典型的改質物質はC9芳
香族化合物全量を基準に57％のトリメチルベンゼンを含
有する）の抽出物がC9アルキルベンゼンに富んでいる接
触改質ナフサである。C9中間カットの組成は、典型的に
は、C8、C9及びC10芳香族化合物がそれぞれ約2.5、87.5
及び10モル％である。C9芳香族化合物原料の他の供給源
は、米国特許第3,931,349号、同3,969,426号、同3,899,
544号、同3,894,104号、同3,904,916号及び同3,894,102
号に記載されているようなメタノールのガソリンへの転
化および、米国特許第4,096,163号、同4,279,830号、同
4,304,871号及び同3,254,023号に記載されているような
合成ガスのガソリンへの転化のようなガソリン製造方法
から誘導される。C7〜C9混合芳香族化合物原料も使用す
ることができ、石油精製原料、コークスを製造するため
の石英の熱分解、タールサンド等を含む様々な起源から
誘導することができる。アルキル交換、異性化及び不均
化のような石油処理操作においては、例えばそのように
製造された生成物流れは、トルエン、キシレン及びトリ
メチルベンゼンのようなアルキルベンゼンの実質量を含
有するアルキル芳香族化合物流れを得るように更に分留
等により処理される。得ることのできる典型的アルキル
芳香族画分は、C7〜C9炭化水素を主成分とし、粗キシレ
ンと呼ばれる。添付図面においては、C7〜C9原料はライ
ン14及び６を経由する蒸留カラム13からの再循環トルエ
ンと共に20900ポンド／時間の流速でライン５を通って
反応器８に達する。原料はまた、ライン６から導入され
る200モル／時間の水素ガス及びライン17から導入され
る8524kg（3870ポンド）／時間のC9芳香族化合物と混合
される。仕込流れの改質は、ZSM−５のような触媒を様
いて、温度370〜593℃（700〜1100゜F）、好ましくは42
7〜538℃（800〜1000゜F）、圧力100〜13800kPaゲージ
圧（15〜2000psig）、好ましくは1030〜5520kPaゲージ
圧（150〜800psig）、重量時間空間速度0.2〜10、好ま
しくは1.0〜5.0、および水素／炭化水素モル比0.5〜1
0、好ましくは１〜５の気相において行なわれる。反応
器８は加熱、ポンプ送り、再循環ガス圧縮および分離手
段等を有するが、それら全てが当技術分野で既知であ
る。反応器８からの反応流出物（分析結果を第１表（但
し、第１表中、「C9芳香族再循環量」とは、第１図にお
いて、ライン17を通り反応器８へ再循環されるC9芳香族
の量を意味し、「トルエン再循環量」とは、第１図にお
いて、ライン14を通り反応器８へ再循環されるトルエン
の量を意味し、「全仕込量」とは、第１図において、反
応器８へ供給される新たな原料（ライン５経由）、再循
環トルエン（ライン14経由）及びC9芳香族（ライン17経
由）の量の総和を意味し、「全流出量」とは、第１図に
おいて、反応器８から出る生成物全体の量を意味す
る。）に記載）は、ライン９を経由して高圧分離器10に
達する。分離器10からは、反応器８に再循環させるため
に180モル／時間の水素再循環流れがライン11を経由し
て引き出される。少量の軽質ガスが反応器８内で形成さ
れるが、水素は再循環の目的のために実質的に純粋であ
る。しかしながら、場合によっては、反応器に再循環す
る前に水素流れを更に精製するのが望ましい。分離器10
からの生成流出は、ライン12を通り第１の蒸留カラム13
に達し、55600kg/時間（25230ポンド／時間）のトルエ
ンを含む第１の頭頂画分がカラム13から除去され、ライ
ン14及び６を通って反応器８に再循環される。C8、C9及
びC10芳香族化合物を除去するカラム13からの底部画分
は、ライン15を経由して第２の蒸留カラム16に送られ、
そこで24200kg/時間（11000ポンド／時間）のキシレン
画分がライン18を経由して回収される。この画分はま
た、少量、例えば1.4重量％の、エチレンベンゼンのよ
うなエチル芳香族炭化水素も含有する。個々の異性体生
成物は、適当な物理的方法、例えば分別結晶により分離
することができる。プロピルベンゼン、メチルエチルベ
ンゼン及びトリメチルベンゼンのようなC9アルキルベン
ゼン、およびC10重質芳香族化合物が、ライン17を経由
して排出され、キシレン収量を最大限にするために反応
器８に再循環されまたは第３の蒸留カラム20にライン19
を経由して送られてよい。 メシチレン及びプロイドクメンを製造するために、C9
芳香族化合物は再循環されず、ライン19を経由して蒸留
カラム20に導入される底部画分がC9及びC10芳香族画分
を含有する。図示するように、メシチレンは上部生成物
として蒸留により分離され、カラム20からライン22を経
由して681ポンド／時間の速度で排出される。C9プソイ
ドクメン及びC10画分を含有する底部画分は、ライン21
を経由して第４の蒸留カラム23に達し、そこでプソイド
クメンは蒸留され、ライン24により通頂生成物として30
92ポンド／時間の流速で回収される。C10＋底部画分
は、ライン25を経由して排出され、反応器８に再循環ま
たはモーターナフサプールに送られてよい。 本発明の方法に好適な反応体は、C9アルキル芳香族化
合物またはC7〜C9混合アルキル芳香族化合物である。C9
アルキル芳香族炭化水素は、好ましくは炭素原子を４個
以上有さない移動可能（transferable、転移可能）なア
ルキル基を少なくとも１つ有するアルキルベンゼンのよ
うな単環状芳香族化合物を主成分とするところに特徴が
ある。C9芳香族炭化水素は、例えば、1,2,3−トリメチ
ルベンゼン（ヘミメリテン）、1,2,4−トリメチルベン
ゼン（プソイドクメン）、1,3,5−トリメチルベンゼン
（メシチレン）、イソプロピルベンゼン（クメン）、1,
2−メチルエチルベンゼン、1,3−メチルエチルベンゼン
および1,4−メチルエチルベンゼンである。上述したよ
うに、本発明の方法に用いるためのC9芳香族化合物は、
メタノールのガソリンへの転化または一酸化炭素と水素
（合成ガス）のガソリンへの転化のようなガソリン製造
方法を含む様々な石油処理操作から生成物流れとして入
手可能である。例えば触媒改質物は、芳香族化合物に富
んでいるので特に好ましく、C9画分は水性グリコールを
用いて、典型的にはユーデックス（Udex）装置による抽
出により非芳香族化合物から容易に分離することができ
る。抽出されたC9改質物質の典型的組成及びその中に含
まれるC9芳香族化合物の沸点を下記第２表に示す。 粗生物の品質は、ナフサ改質物から抽出されたC9芳香
族化合物の量及び種類に影響を与えるが、全C9芳香族化
合物の約57重量％がトリメチルベンゼンであり、プソイ
ドクメン、メシチレン及びヘミメリテンが典型的には以
下の割合で製造される。 プソイドクメン＝１ メシチレン＝0.18 ヘミメリテン＝0.20 C9芳香族化合物は、初期沸点が230〜280゜Fであり、
最終沸点が350〜425゜Fであり、API比重が約35〜60であ
るという点に更に特徴がある。 本発明の実施にあたっては、第２表に示す概略組成を
有するC9アルキル芳香族仕込物流れは、反応器８に仕込
まれ、シリカ−アルミナ比１〜12の形状選択性ゼオライ
ト触媒を用いることにより改質がなされ、プソイドクメ
ン、メシチレン、キシレン及びベンゼンとなる。本発明
の必須要件は、改質のために形状選択性触媒を使用する
ことであり、それにより、トリメチルベンゼンが転化さ
れることはなく、プロピル及びメチルエチルベンゼンの
ような不安定なC9芳香族化合物が選択的に転化され、キ
シレン、トルエン、ベンゼン及び少量の軽質ガスとな
る。 不安定なC9芳香族化合物とトリメチルベンゼンの転化
の相対比定数は、5:1〜20:1であり、プロピル及びメチ
ルエチルベンゼン並びにC9芳香族化合物を、脱アルキ
ル、不均化及びアルキル交換によりプソイドクメンまた
はメシチレンを転化することなく、キシレン、ベンゼン
及び少量の軽質ガスに転化することができる。触媒の形
状選択特性によって、トリメチルベンゼンが農厚化さ
れ、供給材料中の少量のパラフィン及びナフテンを選択
的に分解して、二環式芳香族、ジュレン及びコークス前
駆物質の形成を減少するという利点が更に供給される。
パラフィンの選択的転化はまた、より簡単に蒸留を用い
てトリメチルベンゼン、特にプソイドクメンの回収及び
精製を行うことを可能にする。改質工程において、炭化
水素は、分解、アルキル化、脱アルキル化、異性化、ア
ルキル交換及び不均化を組み合わせた反応に付される。
HZSM−５のような形状選択性触媒により選択的にプソイ
ドクメンが形成され、収率及び純度が向上することが発
見された。 本発明の別の要旨においては、ライン５を通って導入
される仕込物は、トルエン、エチルベンゼン及びキシレ
ンのようなC7〜C8芳香族化合物および上記第２表記載の
C9アルキル芳香族化合物を含む主に炭素原子７〜９個の
アルキル芳香族化合物の混合である。そのような仕込原
料は、触媒改質物質、熱分解ガソリン等から、脂肪族化
合物から芳香族化合物を分離する蒸留及び溶媒抽出によ
って誘導することもできる。好適な仕込原料の他の供給
源には、７〜９個の炭素原子を有するアルキル芳香族化
合物を実際に含む粗キシレン流れならびに、ベンゼン、
キシレン、C9芳香族及びC9より重い芳香族化合物を含有
するトルエンアルキル交換反応ゾーンからの流出物を含
む。トルエン及びC9アルキル芳香族化合物の混合物も使
用可能である。本発明のこの要旨において、トルエンの
ような単一芳香族化合物２モルが不均化により改質さ
れ、２種の異なる芳香族化合物、即ち、キシレン及びベ
ンゼン各１モルとなる。アルキル交換も起き、２種の異
なる芳香族、例えばメチルエチルベンゼン又はプロピル
ベンゼンの各１モル又は２モルが、トルエン又はベンゼ
ンの１モルと反応しキシレンを形成する。すなわち、不
安定なC9芳香族化合物の直接アルキル交換がキシレンの
収率向上に大いに役立つ。さらに、ポリアルキルベンゼ
ンの位置異性化も分子内シフトにより起こり、プソイド
クメンからメシチレンを高収率で得ることができる。典
型的C7〜C9改質物画分を下記第３表に示す。 C7〜C9混合芳香族化合物は、更に初期沸点が66℃（15
0゜F）であり最終沸点が177℃（350゜F）であり、API比
重が約40であることに特徴がある。 本発明の改質の目的に用いられる形状選択性ゼオライ
ト触媒は、少なくとも約12の骨格シリカ−アルミナ比及
び約１〜12の拘束指数により特徴づけられる。この種の
ゼオライトの例は、ZSM−５、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−
22、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−38、ZSM−48、ZSM−50お
よび他の類似物質である。好ましい結晶ゼオライトは、
ZSM−５、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−23、ZSM−35及びZSM
−38であり、ZSM−５が特に好ましい。ZSM−５は、米国
特許第3,702,886号に詳細に記載されている。ZSM−11
は、米国特許第3,709,979号に記載されている。ZSM−12
は米国特許第3,832,449号に記載されている。ZSM−22は
米国特許第4,481,177号に記載されている。ZSM−33は米
国特許第4,076,842号に記載されている。ZSM−35は米国
特許第4,016,245号に記載されている。ZSM−38は米国特
許第4,046,859号に記載されている。ZSM−48は米国特許
第4,375,573号に記載されている。 ZSM−50は、1982年６月８日に出願された米国特許38
6,456の分割出願として1985年４月３日に出願された米
国特許出願719,611に記載されている。 上記結晶ゼオライトの同一性は、夫々のＸ線回折パタ
ーンに基づいて確認される。すなわち本発明は、シリカ
とアルミナのモル比が本質的に限定されない触媒の利用
を意図しているものである。上記特許を組み入れたとし
ても、本発明の結晶ゼオライトを、上記の特許に記載さ
れているような特定のシリカ−アルミナモル比のゼオラ
イトに限定するように解釈すべきではなく、そのような
ゼオライトが実質的にアルミニウム非含有であり、しか
し上述物質と同じ結晶構造を有し、ある適用においては
有用又は好ましくさえあることが知られている。特定の
結晶ゼオライト物質の同定を行うのは、Ｘ線回折パター
ン（指数）から確認されるような結晶構造である。 改質転化方法を実施するに当たって、上述結晶ゼオラ
イトを本方法で用いられる温度及び他の条件に耐性のあ
る別の物質を含むマトリクスと組み合せるのも望まし
い。そのようなマトリクス材料はバインダーとして有用
であり、多くの分解工程において遭遇する厳しい温度、
圧力及び原料流速条件に対する、より強力な耐性を触媒
に付与する。 有用なマトリクス材料は周知であり、合成物質及び天
然物質のいずれでもよく、クレー、シリカ及び／又は金
属酸化物のような無機物質でもよい。後者は天然産で
も、シリカと金属酸化物の混合物を含むゼラチン状沈澱
物又はゲルでもよい。ゼオライトと組み合わせうる天然
クレーも、モンモリロナイトおよび、サブベントナイト
及び主鉱物成分がハロイサイド、カオリナイト、ジッカ
ナイト、ナクライト又はアナウキサイトであり通常ディ
キシー（Dixie）、マクナミー・ジョージア（McNamee−
Georgia）及びフロリダ・クレー（Florida clays）又は
他の物質として知られているカオリンを含むカオリン族
である。そのようなクレーは、採掘された最初の未加工
状態で又は初めに焼成してから酸処理もしくは化学処理
してから使用することができる。 前述の物質に加えて、ここで使用されるゼオライト
は、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−マ
グネシア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリ
カ−ベリリア、シリカ−チタニア、およびシリカ−アル
ミナ−トリア、シリカ−アルミナ−ジルコニア、シリカ
−アルミナ−マグネシア及びシリカ−マグネシア−ジル
コニアのような三成分組成物を多孔質マトリクス物質と
組み合わせてもよい。マトリクスのゼオライト含量は、
無水物基準で、乾燥複合物の１〜99重量％、更に通常は
５〜80重量％の範囲で広く変化してよい。 触媒成分は、好ましくは周期表（ここでいう周期表は
IUPAC及びユナイテッド・ステーツ・ナショナル・ビュ
ーロー・オブ・スタンダーズ［United States National
Bureau of Standards］により承認されたもので、例え
ばフィッサー・サイエンティフィック・カンパニー［Fi
sher Scientific Company］のカタログ番号５−702−10
の周期表が知られている。）のVI A又はVIII A属金属か
ら通常誘導される水素化成分を含有する。好ましくは卑
金属は、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバル
ト及びクロムであり、好ましい貴金属は、白金、パラジ
ウム、イリジウム及びトリウムである。ニッケル、コバ
ルト、モリブデン及びタングステンから選ばれる卑金属
を組み合わせたものは、多くの原料について非常に有用
である。使用される水素化成分の量は、狭い範囲に限定
されず、全触媒を基準に0.01〜5.0重量％の範囲で変化
し得る。卑金属組み合わせ物は酸化物又は硫化物でよ
い。水素化成分は、ゼオライト内で交換、またはゼオラ
イトに含浸又は物理的に混入することができる。金属が
ゼオライト上に含浸又はゼオライト内で交換される場合
は例えばゼオライトを白金含有イオンにより処理する方
法が用いられる。好適な白金化合物としては、塩化白金
酸、塩化白金及び白金アミン錯体を含む様々な化合物が
ある。水素化成分もまた、ゼオライト成分を結合させる
のに用いられるマトリクス材料中に存在してよい。 触媒は、例えば硫化水素の存在下で加熱するなどの外
套の前硫化処理によって処理して、CoO又はNiOのような
酸化物形態の金属を相当する硫化物に転化してもよい。 金属化合物は、金属が化合物のカチオン内に存在する
化合物でも化合物のアニオン内に存在する化合物でもよ
い。両方の種類の化合物を用いることができる。金属が
カチオン状又はカチオン性錯体状に、例えばPt（NH3）4
Cl2として存在する白金化合物が、メタタングステン酸
イオンのようなアニオン性錯体と同様に、特に有用であ
る。他の金属のカチオン性化合物も、ゼオライト上で交
換し又はゼオライトに含浸させることができるので非常
に有用である。 使用する前に、ゼオライトは少なくとも部分的に脱水
すべきである。これは、空気中又は窒素のような不活性
ガス雰囲気中、204℃（400゜F）〜593℃（1100゜F）の
範囲の温度で１〜48時間加熱することにより行うことが
できる。脱水はまた、減圧にするのみで低温において行
うことができるが、十分に脱水するには長い時間が必要
である。 改質反応は、供給材料を触媒の固定床、固定流動床又
は移動床に接触させることにより行なわれる。その後、
触媒をH2、CH4、C3H8、ベンゼン及びトルエンガスによ
り処理することにより、または空気中もしくは他の酸素
含有ガス中で焼くことにより再生させてよい。 ［実施例］ 触媒としてZSM−５（シリカ−アルミナ比は約70、拘
束指数は8.3）を用いて、C7およびC9原料の混合物を下
記条件に従って改質させた。 投入H2純度（％） 92 重量時間空間速度 1.5 H2/供給材料モル比 4.0 反応温度、℃（゜F） 入口 482（900） 出口 499（930） 圧力、kPa（Psig） 入口 3344（485） 出口 3241（470） 結果の要約と分析を下記第４表（但し、第４表中、
「C9芳香属再循環量」および「トルエン再循環量」は、
第１表と同じ意味であり、「反応体仕込量」は第１表の
「全仕込量」と、「反応体流出量」は第１表の「全流出
量」と同じ意味である。）に示す。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の製法を実施する装置の模式図である。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．プロピルベンゼン及びメチルエチルベンゼンを含有
するC9芳香族化合物混合物からメシチレン及びプソイド
クメンを回収するC9アルキル芳香族化合物の改質方法で
あって、 （ａ）C9アルキル芳香族化合物原料の流れを、水素存在
下、温度371〜593℃、圧力103〜13790kPa、水素／炭化
水素モル比0.5〜10.0及び重量時間空間速度0.5〜10.0の
反応条件下に、シリカ−アルミナ比が少なくとも12で、
拘束指数が１〜12の形状選択性結晶ゼオライト触媒に接
触させることにより、プロピルベンゼン及びメチルエチ
ルベンゼンを選択的に転化して、ベンゼン、トルエン、
C8アルキルベンゼン、C9アルキルベンゼン及びC10アル
キルベンゼンを含んでなる生成混合物の流出物を生成
し、 （ｂ）生成混合物を第１の蒸留カラムに導入して、ベン
ゼン及びトルエンを頭頂画分として蒸留し、トルエンよ
り重量の物質を第１の底部画分として分離し、 （ｃ）第１の底部画分を第２の蒸留カラムに導入して、
キシレンを頭頂画分として蒸留し、C9及びC10アルキル
ベンゼンを含むキシレンより重質の物質を第２の底部画
分として分離し、 （ｄ）第２の底部画分を第３の蒸留カラムに導入して、
メシチレンを頭頂画分として蒸留し、C9及びC10アルキ
ルベンゼンを第３の底部画分として分離し、 （ｅ）第３の底部画分を第４の蒸留カラムに導入して、
プソイドクメンを頭頂画分として蒸留し、 C9及びC10アルキルベンゼンを第４の底部画分として分
離することを特徴とする方法。 ２．温度が427〜538℃、圧力が345〜5520kPaおよび重量
時間空間速度が1.0〜5.0である特許請求の範囲第１項記
載の方法。 ３．第１の蒸留カラムからのベンゼン及びトルエン頭頂
画分を改質工程に再循環させる特許請求の範囲第１項記
載の方法。 ４．C9アルキル芳香族化合物原料をトルエン又はC7〜C9
混合アルキル芳香族化合物原料と一緒に処理する特許請
求の範囲第１項記載の方法。 ５．C9アルキル芳香族化合物原料の初期沸点が110〜138
℃で、最終沸点が177〜218℃であり、API重量が35〜60
である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６．第２の蒸留カラムから分離された底部生成物の少な
くとも一部を改質工程に再循環させる特許請求の範囲第
１〜４項のいずれかに記載の方法。 ７．結晶ゼオライトがZSM−５である特許請求の範囲第
１項記載の方法。 ８．ゼオライトが、白金、ニッケル、モリブデン、コバ
ルトおよび亜鉛から群より選ばれる水素化成分約0.01〜
5.0重量％を含有する特許請求の範囲第７項記載の方
法。
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