JP2977333B2 - アルキルベンゼンの製造方法及び触媒 - Google Patents

アルキルベンゼンの製造方法及び触媒

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JP2977333B2
JP2977333B2 JP3203944A JP20394491A JP2977333B2 JP 2977333 B2 JP2977333 B2 JP 2977333B2 JP 3203944 A JP3203944 A JP 3203944A JP 20394491 A JP20394491 A JP 20394491A JP 2977333 B2 JP2977333 B2 JP 2977333B2
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連 長谷部
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はモノアルキルベンゼン又
はジアルキルベンゼンを製造する方法と、その製造方法
に用いられる触媒に関するものである。製造されるモノ
又はジアルキルベンゼンは、種々の化合物の中間製品と
して用いられる。例えばそのうちの1つであるクメン
は、クメン法によりフェノールとアセトンを製造する際
の中間製品として利用されている。
【0002】
【従来の技術】ベンゼンをオレフィンでアルキル化する
実用的な方法に用いられる触媒としては、液相反応又は
気液混合反応では塩化アルミニウム、フッ化ホウ素など
のフリーデル−クラフツ(Friedel-Crafts)触媒が用いら
れている。フリーデル−クラフツ触媒は従来からアルキ
ル化反応に広く用いられているが、この触媒は生成物か
ら分離する工程が煩雑であり、また反応装置に耐食性が
要求され、反応装置の材質面でも制約がある。また、そ
の方法では触媒を比較的多量に使用しており、かつ、触
媒を分離したり回収したりすることなく使い捨てにして
いるため、排水処理などの工程も必要となり、有利な方
法とは言い難い。気相反応での実用的な触媒としては、
固体リン酸触媒が用いられている。固体リン酸を用いる
反応においては、反応中に触媒の活性低下が起こり、触
媒寿命が問題となる。
【0003】実用的な触媒ではないが、気相反応ではゼ
オライトやシリカ−アルミナなどの固体酸触媒が提案さ
れている。ゼオライトやシリカ−アルミナなどの固体酸
触媒を用いる方法としては、ゼオライトZSM−5を用
いる方法(特公昭56−44050号公報参照)、結晶
性アルミノシリケートを用いる方法(特開昭61−12
6041)などがある。それらの方法では、触媒の調整
が煩雑であり、また低活性のため、アルキル化反応には
400℃前後の高温を必要とする。また、反応中にゼオ
ライトの細孔の閉塞による活性低下も起こる。本発明者
のひとりである長谷部は気相でヘテロポリ酸触媒を用い
てベンゼンをエチル化する方法を報告している(「触
媒」 Vol.25,No.2,121−123(198
3)、JOURNAL OF CATALYSIS 84,402−409
(1983)参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】気相でヘテロポリ酸触
媒を用いてベンゼンをエチル化する方法では、触媒活性
が低下する。触媒活性の低下は条件により異なるが、反
応開始後7時間で30〜50%の活性低下が起こるの
で、その方法は実用に供することができない。本発明は
モノアルキルベンゼン又はジアルキルベンゼンを高選択
的、高収率で、安定的に製造することができ、かつ触媒
の回収及び再利用が容易な方法を提供することを目的と
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では、ベンゼンを
原料に、アルキル化剤として炭素数2〜5のオレフィン
を用い、ヘテロポリ酸及び/又はヘテロポリ酸塩を触媒
として液相で150〜300℃で反応させてモノアルキ
ルベンゼン又はジアルキルベンゼンを製造する。本発明
ではまた、モノアルキルベンゼンを原料に、アルキル化
剤として炭素数2〜5のオレフィンを用い、ヘテロポリ
酸及び/又はヘテロポリ酸塩を触媒として液相で150
〜300℃で反応させてジアルキルベンゼンを製造す
る。ベンゼン又はモノアルキルベンゼンと反応させるア
ルキル化剤としては炭素数が2〜5のオレフィンを用い
るが、そのようなオレフィンとしては、具体的にはエチ
レン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペン
テン、イソペンテンなどが挙げられる。
【0006】触媒として用いられるヘテロポリ酸は種々
のものが使用できるが、その中でも一般式 HaX1
1240・nH2O(ここで、Hは水素、Xはリン又は珪
素、Yはタングステン、モリブデン及びバナジウムの中
から選ばれる1種以上の元素、Oは酸素を表わし、aは
X,Yにより定まる数値)で表わされるケギン型ヘテロ
ポリ酸が特に優れた触媒性能を有するので好ましい。ま
た、触媒として用いられるヘテロポリ酸塩としては、前
記一般式のヘテロポリ酸中のHaのHの一部又は全部を
アルカリ金属、アルカリ土類金属、種々の遷移金属又は
アミン類で置換したものが挙げられる。
【0007】これらのヘテロポリ酸及び/又はヘテロポ
リ酸塩をそのまま触媒として用いても目的とするポリア
ルキルベンゼンを選択性よく得ることは可能であるが、
触媒の活性を高め、かつ反応後の触媒を容易に分離して
回収し、再使用できるようにするためには、担体に担持
し、固定して用いる方がよい。この場合の担体として
は、反応に対して悪影響を与えず、ヘテロポリ酸に対し
て安定であり、かつ高表面積を有するものがよく、具体
的にはシリカ、チタニア、活性炭などが挙げられる。担
持方法は含浸法が簡便である。ヘテロポリ酸の担持量
は、担体の表面積にも依り、また担持量とともに活性は
向上するが、全触媒に対するヘテロポリ酸が1〜50重
量パーセントの範囲、より好ましくは10〜40重量パ
ーセントの範囲である。
【0008】この担持ヘテロポリ酸触媒は、担持後その
まま反応に用いてもよいが、反応温度より高温で前処理
して安定化させる方が望ましい。前処理温度はヘテロポ
リ酸の種類にもよるが、100〜400℃の範囲、より
好ましくは150〜300℃の範囲である。反応方法と
しては、反応槽に原料のベンゼン又はモノアルキルベン
ゼンと、担持ヘテロポリ酸触媒又は非担持ヘテロポリ酸
触媒とを仕込み、密閉後、所定量のオレフィンを封入
し、撹拌下で所定の温度に昇温して反応を行なわせる。
また、オレフィンは反応温度に達してから連続的に供給
してもよい。反応温度は100〜300℃の広い範囲で
設定できるが、反応の選択性及び触媒寿命の点から15
0〜200℃の範囲が好ましい。溶媒は特に必要ではな
いが、反応を温和に進行させるために適当な溶媒、例え
ばノルマルデカンなどで希釈することもできる。原料の
ベンゼン又はモノアルキルベンゼンとアルキル化剤のオ
レフィンとの仕込みモル比は、原料や目的とするアルキ
ルベンゼンにもよるが、1分子のベンゼン又はモノアル
キルベンゼンに1分子のオレフィンが付加するモノアル
キル化を目的とする場合は1:0.05〜1:1.20
の範囲、より好ましくは1:0.1〜1:1の範囲であ
り、また2分子のオレフィンが付加するジアルキル化を
目的とする場合は1:1〜1:10の範囲、より好まし
くは1:1.2〜1:3.0の範囲である。
【0009】上述の方法で反応を行なった場合、担持ヘ
テロポリ酸触媒又は非担持ヘテロポリ酸触媒は濾過によ
って反応液から容易に分離し、回収することができる。
このとき、反応液中へのヘテロポリ酸の溶出は認められ
なかった。回収した触媒はそのまま次の反応に使用する
ことができ、活性選択性も未使用触媒と変わらなかっ
た。反応後の触媒の再生処理は特に必要ではないが、触
媒表面に反応液が付着しているので、必要により溶媒で
洗浄した後、加熱して溶媒を蒸発させてから再使用して
もよい。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、モノアルキルベンゼン
又はジアルキルベンゼンを高選択的、高収率で安定的に
製造することができる。また、従来のフリーデル−クラ
フツ触媒に比べて触媒の回収及び再利用が容易である。
【0011】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に詳しく説
明するが、本発明は実施例に限定されるものではな
い。。実施例中の転化率と選択率は次の定義に従うもの
とする。 転化率(モル%)={(消費された原料のモル数)/(供給
された原料のモル数)}×100 選択率(モル%)={(生成した目的アルキルベンゼンの
モル数)/(消費された原料のモル数)}×100 なお、ここでの原料はベンゼン又はモノアルキルベンゼ
ンである。
【0012】(実施例1)担持ヘテロポリ酸触媒の調製 200mlナスフラスコ中で12−タングストケイ酸
(日本無機化学工業製)7.6gをイオン交換水50c
cに溶解し、シリカゲル(富士ダヴィソン製IDゲル、
約300m2/g)15.0gを加えて、ロータリーエバ
ポレータによって40〜50℃の湯浴上で蒸発乾固させ
ることにより、12−タングストケイ酸をシリカゲルに
30重量パーセント担持したヘテロポリ酸触媒(30重
量%SiW12/SiO2と表わす。)を調製した。触媒
は空気中120℃で乾燥後、300℃で2時間焼成して
反応に供した。
【0013】エチル化 内容量100mlのステンレスSUS316製オート
クレーブにベンゼン25g、担持ヘテロポリ酸触媒(3
0重量%SiW12/SiO2)0.65gを仕込み、反応
槽中の空気を窒素で置換した。次にエチレンガスを吹き
込み、ベンゼンとエチレンのモル比が4.5:1になる
ようにした。反応槽を撹拌しながら昇温し、反応温度を
180℃に調節した。このとき、内圧は自然圧で約20
kg/cm 2になった。この状態で2時間保った。反応
後、オートクレーブを室温付近まで冷却し、反応液と触
媒を濾別した。反応液を蛍光X線分析装置で分析した結
果、ヘテロポリ酸の溶出は認められなかった。反応液の
組成をガスクロマトグラフで分析定量したところ、原料
のベンゼンの転化率が20.1モル%、生成物のエチル
ベンゼンの選択率が92.2モル%であった。反応条件
及びその結果を表1に示す。
【0014】(実施例2)実施例2においては、実施例
1において反応後濾別した担持ヘテロポリ酸触媒をその
まま使用し、再度同じ反応を行なわせた。再使用でも触
媒活性は低下しておらず、実施例1と同様の結果が得ら
れた。反応条件とその結果を表1に示す。
【0015】(実施例3)実施例3においては、12−
タングストンケイ酸の代わりに12−モリブドリン酸を
用いた以外は実施例1と同様にして、12−モリブドリ
ン酸をシリカゲルに30重量%担持したヘテロポリ酸触
媒(30重量%PMo12/SiO2と表わす)を調製し
て反応に用いた。反応条件及びその結果を表1に示す。
【0016】(実施例4)実施例4においては、担体を
用いず、ヘテロポリ酸をそのままの状態で触媒として用
いた以外は実施例1と同じ条件で反応を行なった。担持
ヘテロポリ酸を用いた場合と比較して転化率が下がって
いる。反応条件及びその結果を表1に示す。
【0017】(実施例5)実施例5では、エチレンの代
わりにプロピレンをアルキル化剤として用い、他は実施
例1と同様にして反応を行なわせた。反応は160℃で
1時間行ない、内圧は自然発生圧で約4kg/cm2
なった。反応条件及びその結果を表1に示す。
【0018】(実施例6)実施例6においては実施例5
において反応後ろ別した担持ヘテロポリ酸触媒をそのま
ま使用し、再度同じ反応を行なわせた。再使用でも触媒
活性は低下しておらず、実施例5と同様の結果が得られ
た。反応条件及びその結果を表1に示す。
【0019】(実施例7)実施例7においては、触媒と
して30重量%PMo12/SiO2を用い、他は実施例
5と同様にして反応を行なわせた。反応条件及びその結
果を表1に示す。
【0020】(実施例8,9)実施例8,9において
は、12−タングストケイ酸の2個のHをCsで置換し
た部分セシウム塩を触媒として用いて反応を行なわせ
た。触媒は12タングストケイ酸5.2g及び硝酸セシ
ウム0.59gをそれぞれ20ccのイオン交換水に溶
解させ、2つの溶液を混ぜて白沈を生じさせた後、ロー
タリーエバポレータを用いて40〜50℃の湯浴上で蒸
発乾固することにより調製した。触媒は300℃で2時
間焼成して反応に供した。反応条件及びその結果を表1
に示す。
【0021】(実施例10〜13)実施例10〜13に
おいては、ベンゼンにエチル基又はイソプロピル基が2
個付加したジアルキルベンゼンを製造することを目的と
して反応を行なわせた。実施例10及び12では、ベン
ゼンに2個のアルキル基を付加するため、オレフィンを
ベンゼンに対しモル比で2.2倍用いて反応を行なわせ
た。反応条件及びその結果を表2に示す。実施例11及
び13においては、原料としてそれぞれエチルベンゼン
及びクメンをモル比でオレフィンの4.4〜4.6倍用
い、原料にアルキル基を1個付加させることによってジ
アルキルベンゼンを製造する反応を行なわせた。反応条
件及びその結果を表2に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−225326(JP,A) Bull.Chem.Soc.Jp n.,Vol.62,No.7(1989) p.2159−p.2162 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 2/66 C07C 15/02 CA(STN) CAOLD(STN) REGISTRY(STN)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベンゼンを原料に、アルキル化剤として
    炭素数2〜5のオレフィンを用い、ヘテロポリ酸及び/
    又はヘテロポリ酸塩を触媒として液相で150〜300
    ℃で反応させてモノアルキルベンゼン又はジアルキルベ
    ンゼンを製造することを特徴とするアルキルベンゼンの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 モノアルキルベンゼンを原料に、アルキ
    ル化剤として炭素数2〜5のオレフィンを用い、ヘテロ
    ポリ酸及び/又はヘテロポリ酸塩を触媒として液相で
    50〜300℃で反応させてジアルキルベンゼンを製造
    することを特徴とするアルキルベンゼンの製造方法。
  3. 【請求項3】 ヘテロポリ酸及び/又はヘテロポリ酸塩
    は担体に担持させた形態で触媒として用いる請求項1又
    は2に記載のアルキルベンゼンの製造方法。
  4. 【請求項4】 ベンゼンを原料に、アルキル化剤として
    炭素数2〜5のオレフィンを用いて、液相で150〜3
    00℃で反応させてモノアルキルベンゼンもしくはジア
    ルキルベンゼンを製造する方法、又はモノアルキルベン
    ゼンを原料に、アルキル化剤として炭素数2〜5のオレ
    フィンを用いて、液相で150〜300℃で反応させて
    ジアルキルベンゼンを製造する方法に用いられる触媒で
    あって、該触媒がヘテロポリ酸及び/又はヘテロポリ酸
    塩であることを特徴とするアルキルベンゼン製造用触
    媒。
  5. 【請求項5】 該触媒は、ヘテロポリ酸及び/又はヘテ
    ロポリ酸塩が担体に担持されてなる触媒である請求項4
    に記載のアルキルベンゼン製造用触媒。
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WO2007139216A1 (en) * 2006-05-29 2007-12-06 Sumitomo Chemical Company, Limited Heteropolyacid salt catalyst, process for producing heteropolyacid salt catalyst and process for producing alkyl aromatic compound

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Bull.Chem.Soc.Jpn.,Vol.62,No.7(1989)p.2159−p.2162

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