JP5368791B2 - オレフィンリサイクルでの反応性蒸留 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、少なくとも１種の一価脂肪族パラフィン系アルコールを含む供給原料からのアルケンの製造方法に関するものである。

オレフィンは伝統的に、炭化水素の水蒸気もしくは触媒クラッキングにより製造されている。しかしながら、オイル供給源が減少しているにつれオイルの価格は増大することが避けられず、これは軽質オレフィン製造をコスト高のプロセスにする。従って、Ｃ_２＋オレフィン、特にエチレンおよびプロピレンを製造する非石油ルートにつきニーズが絶えず増大している。この種のオレフィンは、たとえばポリエチレンのようなポリマー製品を含め多くの化学物質のための有用な出発材料である。

近年、Ｃ_２＋オレフィン製造のための代案材料に関する探求は、たとえばメタノール、エタノールおよび高級アルコールのようなアルコール類の使用を導いている。前記アルコール類は、たとえば砂糖および／またはセルロース材料の発酵により製造することができる。

代案として、アルコール類は合成ガスから製造することもできる。合成ガスは、合成ガスプラントにてたとえば天然ガス、石油液体、ビオマスおよび炭素質材料（石炭、リサイクルプラスチック、都市廃棄物もしくは他の有機物質を包含する）のような炭素源から生成された水素と炭素酸化物との組合せと称される。従って、アルコールおよびアルコール誘導体はオレフィンおよび他の関連炭化水素の製造につき非石油系ルートを与えることができる。

一般に、オキシジェネート（主としてメタノール）の製造は３つのプロセス工程を介して行われる。これら３つのプロセス工程は次の通りである：合成ガス作成、メタノール合成およびメタノール精製である。合成ガス作成工程においては追加工程を用いることができ、これにより供給原料を処理し、たとえば供給原料を精製して合成ガスまで変換させる前に硫黄および他の有力な触媒毒を除去する。この処理は更に合成ガス作成の後、たとえば石炭もしくはバイオマスを用いる場合にも行うこともできる。

炭素酸化物と水素との混合物（合成ガス）の製造方法は周知されている。それぞれはその利点および欠点を有し、特定のリフォーミングプロセスを使用する選択は経済的および入手性の供給物流の配慮により支配され、更にリフォーミング反応から生ずる供給原料におけるＨ_２：ＣＯの所望のモル比により支配される。合成ガスは、当業界で知られた任意の方法、たとえば炭化水素の部分酸化、水蒸気リフォーミング、ガス加熱リフォーミング、ミクロチャンネルリフォーミング（たとえば米国特許第６，２８４，２１７号明細書を参考のためここに引用して記載）、プラズマリフォーミング、自熱リフォーミングおよびその任意の組合せを包含する）を用いて作成することができる。これら合成ガス製造技術の検討は「ハイドロカーボン・プロセシング」、Ｖ７８、Ｎ．４、８７−９０、９２−９３（１９９９年４月）および「ペトロール・エ・テクニーク」、Ｎ．４１５、８６−９３（１９９８年７月〜８月）に示されている。更に合成ガスはミクロ構造反応器（たとえば「ＩＭＲＥＴ３：プロシーディング・オブ・サード・インターナショナル・コンフェレンス・オン・ミクロリアクション・テクノロジー」、Ｗ．エールフェルド編、スプリンガー・フェアラーク出版、１９９９、第１８７−１９６頁に例示したようなミクロ構造反応器）にて炭化水素の接触部分酸化により得ることもできる。代案として、合成ガスはたとえば欧州特許第０３０３４３８号明細書に記載されたように炭化水素供給原料の短い接触時間の接触部分酸化によっても得ることができる。好ましくは合成ガスは「ハイドロカーボン・エンジニアリング」、２０００、５（５）、６７−６９；「ハイドロカーボン・プロセシング」、７９／９、３４（２０００年９月）；「ツディス・リファイナリー」、１５／８、９（２０００年８月）；国際公開第９９／０２２５４号パンフレット；および国際公開第２０００／２３６８９号パンフレットに記載されたような「コンパクト・リフォーマー」、プロセスを介しても得られる。

典型的に産業的合成ガス製造については、合成ガスを製造する圧力は約２０〜７５バールの範囲であり、かつ合成ガスがリフォーマーから出る温度は約７００℃〜１１００℃の範囲である。合成ガスは、０．８〜３の範囲の水素と炭素酸化物とのモル比（これは合成ガス供給原料に依存する）を有する。

合成ガス作成（これはリフォーミングとしても知られる）は単一工程にて行うことができ、ここではエネルギー消費リフォーミング反応の全てを単一チューブ状水蒸気リフォーマーにて行う。単一工程リフォーマーは過剰水素の生成をもたらす。好適代案においては合成ガス作成は２工程リフォーミングプロセスにて行うことができ、ここではチューブ状水蒸気リフォーマーにおける第１リフォーミングを水素欠如した合成ガスを生成する酸素促進の第２リフォーミング工程と組合わせる。この組合せにより、メタノール合成につき最も適する組成を得るため合成ガス組成を調整することが可能である。代案として、自熱リフォーミング（スタンド−単独酸素促進リフォーマーが水素欠如した合成ガスを生成し、次いで二酸化炭素を下流で除去して水素と炭素酸化物との所望の比を回復する）はより低い資本コストにて単純なプロセススキームをもたらす。バーナー設計が酸素促進（ｆｉｒｅｄ）工程の重要な部分である。このバーナーは炭化水素と酸素とを混合し、火炎中での燃焼により炭化水素の変換につき熱を供給する。

合成ガスからオキシジェネート（たとえばメタノール）への反応は発熱性の平衡制限反応であって低温度を好適とする。更にメタノールを生成する反応は容積減少を示すので、不均質触媒にわたり高い圧力を必要とする。米国特許第３，３２６，９５６号明細書に開示されたように、低圧メタノール合成は酸化銅−酸化亜鉛−アルミナ触媒に基づいており、これは典型的には５〜１０ＭＰａの正常圧力および約１５０〜４５０℃の範囲の温度にて、各種の触媒（ＣｕＯ／ＺｎＯ／Ａ１２Ｏ３、ＣｕＯ／ＺｎＯ／Ｃｒ２Ｏ３、ＺｎＯ／Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｏｓ、ＰｔおよびＰｄを包含）にわたり操作する。メタノールおよびジメチルエーテルを生産するためＺｎＯに基づく触媒が好適である。低圧の銅系メタノール合成触媒は、たとえばＢＡＳＦ、ＩＣＩリミテッド社（英国）およびハルドール−トップソウのような供給業者から市販入手することができる。銅系触媒からのメタノール収率は一般に、存在する変換ＣＯ＋ＣＯ_２の９９．５％を越える。水が、合成ガスからオキシジェネートへの変換の副生物である。「大型メタノールプラントのための技術の選択」（ヘルジ・ホルム−ラルセン、１９９４年世界メタノール会議、１１月３０日〜１２月１日、１９９４年、ジュネーブ、スイス国（参考のためここに引用する）］と題する刊行物はメタノール生産における開発を検討しており、どのようにメタノール生産のコストにおける更なる減少が１日当たり約１０，０００トンに近い容積を有する極めて大型のプラントの建設をもたらすかを示している。

米国特許第４，５４３，４３５号明細書はメタノール、ジメチルエーテルなどからなるオキシジェネート供給原料をオキシジェネート変換反応器にて、Ｃ２〜Ｃ４オレフィンおよびＣ５＠＋炭化水素からなる液体炭化水素まで変換する方法を開示している。Ｃ２〜Ｃ４オレフィンを圧縮してエチレンリッチなガスを回収する。エチレンリッチなガスをオキシジェネート変換反応器に循環させる。米国特許第４，０７６，７６１号明細書はオキシジェネートをガソリンまで変換する方法を開示しており、水素リッチなガス生成物を合成ガスプラントまたはオキシジェネート変換反応帯域まで戻す。

米国特許第５，１７７，１１４号明細書は天然ガスからガソリン級液体炭化水素および／またはオレフィンまで変換する方法を開示しており、これには天然ガスを合成ガスまで変換すると共に合成ガスを粗製メタノールおよび／またはジメチルエーテルまで変換させ、更に粗製メタノール／ジメチルエーテルをガソリンおよびオレフィンまで変換させる。

クビスル等に係る国際公開第９３／１３０１３号パンフレットは珪素−アルミノ−燐酸塩触媒のための改良製造方法に関するものであり、この触媒はコークス化による失活に対し一層安定である。この特許は、所定時間の後にメタノールをオレフィンまで変換するのに用いる（ＭＴＯ）この種の全ての触媒がメタノールを炭化水素まで変換する活性能力を失うことを開示しており、これは主としてミクロポラスの結晶構造がコークス化され、すなわち気孔構造を閉塞する低揮発性の炭素質化合物で満たされるからである。炭素質化合物は、たとえば空気中での燃焼のような慣用の方法により除去することができる。

欧州特許出願公開第０４０７０３８号Ａ１明細書はジアルキルエーテルの製造方法を記載しており、これは蒸留カラム反応器へのアルキルアルコールを含有する流れを供給物帯域まで供給し、この流れを固定床固体酸性触媒蒸留構造体と接触させて対応するジアルキルエーテルおよび水を形成させ、同時にエーテル生成物を水および未反応物質から分画することを特徴とする。

米国特許第５，８１７，９０６号明細書は、アルコールと水とを含む粗オキシジェネート供給原料からの軽質オレフィンの製造方法を記載している。この方法は２つの反応段階を用いる。先ず最初に、蒸留を伴う反応を用いてアルコールをエーテルまで変換させる。次いでエーテルをその後に金属アルミノシリケート触媒を含有するオキシジェネート変換帯域まで移送して、軽質オレフィン流を生成させる。

メタノールからオレフィンへのＭＴＯプロセスはメタノールからオレフィンへの脱水カップリングとして記載することができ、アルコール類からオレフィン類を生成させるべく用いうる周知の化学である。このメカニズムは、メチルオキソニウム中間体を介して可能なメタノールの酸触媒脱水により発生するＣ１断片のカップリングを介して進行すると思われる。しかしながら、前記ＭＴＯプロセスの主たる欠点は、オレフィンの範囲が芳香族およびアルカン副生物と一緒に同時生成されることであり、これは所望のオレフィン類を回収するのを極めて困難かつ高価にする。

たとえばミクロポラス結晶質ゼオライトおよび非ゼオライト触媒、特にシリコアルミノホスフェート（ＳＡＰＯ）のようなモレキュラシーブは、メタノールからオレフィンへの（ＭＴＯ）化学によりオキシジェネートから炭化水素混合物への変換を促進することが知られている。多くの特許は、各種のこれら触媒につきこのプロセスを記載している：米国特許第３，９２８，４８３号明細書、米国特許第４，０２５，５７５号明細書、米国特許第４，２５２，４７９号明細書（チャング等）；米国特許第４，４９６，７８６号明細書（サンチィリ等）；米国特許第４，５４７，６１６号明細書（アビダン等）；米国特許第４，６７７，２４３号明細書（カイザー）；、米国特許第４，８４３，１８３号明細書（イヌイ）；米国特許第４，４９９，３１４号明細書（セドン等）；米国特許第４，４４７，６６９号明細書（ハルモン等）；米国特許第５，０９５，１６３号明細書（バーガー）；米国特許第５，１９１，１４１号明細書（バーガー）；米国特許第５，１２６，３０８号明細書（バーガー）；米国特許第４，９７３，７９２号明細書（レウイス）；および米国特許第４，８６１，９３８号明細書（レウイス）。

しかしながら、この反応は高活性化エネルギー工程を恐らくメタノールもしくはジメチルエーテル生成工程にて有し、従って高い変換率を達成するには反応を前進させるため高温度（たとえば４５０℃）を必要とする。従来、たとえば加熱触媒リサイクルおよび下流加熱システムのような各種の手段がこの種のシステムで実施されて、これら高温度条件を得ている。残念ながら、これら高温度における操作はたとえば触媒失活、コークス化および副生物生成のような主たる問題をもたらす。これら問題を回避するため反応をより低温度で操作しうるが、これは中間体および反応体の高価なリサイクルを必要とする。

この方法に関連する他の主たる欠点は、芳香族およびアルカン副生物がオレフィンと一緒に同時生成されると共に両者は所望生成物から分離するのが困難かつ高価につき、たとえばエチレンおよびエタンの分離が高価なプロセスとなる点である。

従来技術のこれらおよび他の欠点は、アルコール類からＣ２＋オレフィンの製造につき改良されたおよび／または代案のプロセスにつきニーズが存在することを示す。

本発明は、特にアルコールからオレフィンを生産するためのＭＴＯプロセス以外の他の方法に関するものである。本発明の化学は、オレフィンを生産するためのＣ２＋アルコールの脱水を介して進行すると思われる。

本発明は、少なくとも１種の一価脂肪族パラフィン系第一（もしくは第二）アルコール（エタノールもしくはプロパノールまたはその混合物よりなる）を含む供給原料からのアルケンの製造方法に関するものであり、この方法は工程；
１．一価脂肪族パラフィン系第一（もしくは第二）アルコールを反応性蒸留カラムにて高められた圧力および温度で対応する同じ炭素数のアルケンまで変換し、前記反応性蒸留カラムの頂部から抽出されるヘッド流は実質的に前記アルケンからなり、
２．工程１からのヘッド流を次いで最高沸点を有するアルケンの少なくとも１部を凝縮させるのに充分な温度まで冷却し、
３．工程２からの凝縮アルケンの少なくとも１部を次いでリフラックス・リターンとして前記反応性蒸留カラムに循環させ、
４．同時に残留するアルケンを回収する
ことを特徴とする。

好適実施形態によれば本発明は炭化水素からアルケンへの変換方法を提供し、この方法は工程：
ａ．合成ガス反応器にて炭化水素を炭素酸化物と水素との混合物に変換し、
ｂ．工程（ａ）からの炭素酸化物と水素との前記混合物を反応器中の微粒子触媒の存在下に２００〜４００℃の温度および５０〜２００バールの圧力下でエタノールもしくはプロパノールまたはその混合物よりなる少なくとも１種の第一（もしくは第二）一価脂肪族パラフィン系アルコールからなる供給原料まで変換させ、
ｃ．本発明による前記工程１〜４により進行させて前記アルケンを生成させる
ことを特徴とする。

本発明によれば、アルコールからアルケンを製造する方法はＣ２＋アルコールの脱水を介して進行し；これを生ぜしめるため１つもしくはそれ以上のα水素を存在させねばならず、たとえばフェノール、ネオペンチルグリコール、たとえば２，２−ジメチル−プロパン−１−オールはこのメカニズムを介して脱水しないのに対し、エタノール、ｎ−プロパノールおよびｔ−ブタノールは脱水する。これら脱水反応は前記ＭＴＯプロセスから区別され、炭素断片のカップリングは脱水プロセスにて必要とされないが、Ｃ−Ｃ二重結合が水の除去に際し形成されると共にその結果として極めて高い選択率が達成されうる。一般に、ＭＴＯプロセスに用いる条件はアルコール脱水で用いるものよりもずっと過酷である。

有利には本発明の方法（すなわち供給原料からエーテルおよび／またはアルケンへの変換）は単一の反応性蒸留カラムにて行われ、これにより資本コストおよびエネルギーコストが減少する。供給原料の脱水はアルケンおよび水への直接的脱水により進行すると思われる；
式１

またはエーテル中間体を介し；
式２

式３

［式中、ＲおよびＲ′はエチル、プロピル、ブチルもしくはペンチル基である］。

方程式１はアルコールからアルケンおよび水への吸熱性直接排除を示している。方程式１との競合は式２および３である。発熱性エーテル化反応（式２）およびアルケンおよびアルコールを生成するエーテルの吸熱性除去（式３）である。しかしながら、アルコールからアルケンへの全体的脱水は吸熱性プロセスである。

反応性蒸留カラムで生ずる全ての主たる反応（上記に示す）は酸触媒により触媒される。上記メカニズムは第一および第二アルコールにつき当てはまると思われる一方、これは第三アルコールについてはその場合でないと認めるべきである。たとえばｔーブタノールのような第三アルコールはイソブテンにのみ直接的に脱水し（方程式１を介し）、従ってメチル第三ブチルエーテルはこのプロセスでは生成されない。従って本発明は、アルケンだけでなくエーテルについても生成すると共にコピーする目的で設計されると言う追加利点を有する（方程式２および３を介し生成される）。

方程式１、２および３は全て平衡限界である。しかしながら本発明によれば、全て３種の反応は反応性蒸留カラムで生ずるので、蒸留を介する生成物の連続的除去の結果として平衡制限反応につき増大する変換率が存在する。この利点はル・シャテルエールス・原理に基づくと予想され、この原理は平衡にてシステムに何らかの障害が課されればシステムはそれ自体で平衡を再取得するよう調整すると述べている。従って、本発明において平衡制限反応の変換率は、蒸留を介する生成物の連続的除去のためおよび反応体の増大濃度が存在するという結果として熱力学的制限を越えて増大する。従って、オレフィン生成物は反応性蒸留カラムの頂部にて濃縮されるようになり、これはヘッド生成物と呼ばれ、更に水は底部生成物として知られるように反応性蒸留カラムの底部にて濃縮される。水共沸物を有するアルコールおよびエーテルは中間沸点を有し、反応性蒸留カラムの反応帯域にて濃縮される。

蒸気相にて不均質触媒を用いる場合はエタノールがその強力な触媒相互作用によりジエチルエーテルの除去を阻止することが周知されている。これは各反応の順序をもたらしうる。たとえばエタノールを脱水触媒と共に流動反応器に供給する場合、方程式１および２はエタノール濃度がエーテルを効果的に触媒部位に対し競合しうるようなレベルに低下するまで優位となる。活性部位に関する２つの反応体の競合は、ラングマイヤ・ヒンシェルウッド・メカニズム（たとえばケミカル・キネチックス、第３版、Ｋ．Ｊ．ライドラー編、第２４９−２５１頁、ハーパー・アンド・ロウ・パブリッシャーズ、ニューヨーク）により記載することができる。バッチ式もしくは流動式反応器に関するこの相互作用の効果は、エタノールが殆ど消費されるまでエチレン生産の速度を減少されることが突き止められている（コレクション・オブ・エゼコスラボク・ケミカル・コミュニケーション（１９８６）、５１（４）巻、第７６３−７３頁、Ｖ．モラペックおよびＭ．クラウス）。

しかしながら本発明によれば反応および蒸留の組合せを介し、この限界を克服することができる。たとえば反応性蒸留カラムにおいてエーテルおよびアルコールはその共沸物によりおよびその沸点により分離される。エーテルは、アルコールとは異なる位置にて触媒上に濃縮され、従ってこれは反応の減少したアルコールの阻止をもたらす。

このプロセスを行う反応性蒸留カラムは、蒸留カラムと反応器との組合せと称せられる。反応性蒸留カラムの内部は、反応体から種々の生成物の分離を促進する複数の「理論的プレート数」を与えるよう配置される。カラムの内部は一般に、慣用の蒸留に使用されるもの、たとえばシーブプレート、未構成および構成パッキング、バブルキャップおよびその混合物である。この特定装置は、蒸気−液体接触および従って各反応体からの生成物の分画蒸留を促進するのに極めて効果的である。用いる触媒は均質もしくは不均質のいずれであってもよく、均質触媒が好適な選択である。

不均質触媒を使用する本発明によれば、触媒はこれらが反応体および反応中間体との最大相互作用を有するよう設置される。これは触媒をカラム内部に支持することにより達成することができ、たとえばイオン交換樹脂を；布ベール、シーブプレート、ファイヤグラス袋、メチル第三ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）反応性蒸留プラントに支持する。触媒は更にカラムパッキングを与えることもでき、たとえばこれらを被覆し、押出し、ラッシングリングもしくはカラムパッキングなどの任意の他の公知の種類のカラムパッキングまで成形することができる。更に触媒は、未改変カラムパッキングと相互分散することもできる。不均質触媒は、反応体および生成物の分離が少ないこと、すなわち物理的分離（濾過）により行われると言う追加利点を有する。

本発明によれば、適する不均質触媒は限定はしないが不溶性ヘテロポリ酸、スルホン化支持体（たとえばナフィオンおよびイオン交換樹脂）ゼオライト、金属改質ゼオライト、モルデナイトおよびその混合物を包含し、好ましくはヘテロポリ酸およびイオン交換樹脂；より好ましくはヘテロポリ酸；特に好ましくは１２−タングスト珪酸および１８−タングスト燐酸の塩類を包含する。

本発明のヘテロポリ酸は、酸素結合多価金属原子からなる複合高分子量アニオンである。典型的には、各アニオンは１２〜１８個の酸素結合多価金属原子を含む。周辺原子として知られた多価金属原子は１個もしくはそれ以上の中心原子を対称的に包囲する。周辺原子はモリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタルまたは他の任意の多価金属の１種もしくはそれ以上とすることができる。中心原子は好ましくは珪素もしくは燐であるが、代案として多数の種類の元素周期律表第Ｉ〜ＶＩＩＩ族からの原子を含むことができる。これらは銅、ベリリウム、亜鉛、コバルト、ニッケル、硼素、アルミニウム、ガリウム、鉄、セリウム、砒素、アンチモン、ビスマス、クロム、ロジウム、珪素、ゲルマニウム、錫、チタン、ジルコニウム、バナジウム、硫黄、テルル、マンガン、ニッケル、白金、トリウム、ハフニウム、セリウム、砒素、バナジウム、アンチモンの各イオン、テルルおよび沃素を包含する。適するヘテロポリ酸はケギン、ウエルスーダウソンおよびアンダーソン−エバンス−ペルロップのヘテロポリ酸類を包含する。適するヘテロポリ酸の特定例は次の通りである：
１８−タングスト燐酸 − Ｈ６［Ｐ_２Ｗ１８Ｏ６２］・ｘＨ２Ｏ
１２−タングスト燐酸 − Ｈ３［ＰＷ１２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ
１２−モリブド燐酸 − Ｈ３［ＰＭｏ１２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ
１２−タングスト珪酸 − Ｈ４［ＳｉＷ１２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ
１２−モリブド珪酸 − Ｈ４［ＳｉＭｏ１２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ
セシウム水素タングスト珪酸塩 − Ｃｓ３Ｈ［ＳｉＷ１２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ
並びに次のヘテロポリ酸類の遊離酸もしくは部分塩である：
タングスト燐酸カリウム − Ｋ６［Ｐ２Ｗ１８Ｏ６２］・ｘＨ２Ｏ
モリブド燐酸ナトリウム − Ｎａ３［ＰＭｏ１２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ
モリブド二燐酸アンモニウム − （ＮＨ４）６［Ｐ２Ｍｏ１８Ｏ６２］・ｘＨ２Ｏ
モリブド二バナジウム燐酸カリウム − Ｋ５［ＰＭｏＶ２Ｏ４０］・ｘＨ２Ｏ

本発明で用いるヘテロポリ酸は７００より大かつ８５００より小、好ましくは２８００より大かつ６０００より小の分子量を有する。この種のヘテロポリ酸は更にダイマー錯体を包含する。

本発明で有利に使用しうる触媒を作成するには、触媒支持体にヘテロポリ酸の非水溶液を含浸させると共に、触媒を低溶解性塩をその場で作成することにより沈殿させる。この種の溶液は、ヘテロポリ酸を非水性溶剤に溶解して作成される。適する溶剤は極性溶剤、たとえばアルコール、ケトンおよびアルデヒドを包含する。適するアルコールはＣ_１〜Ｃ_８アルコール、好ましくはＣ_１〜Ｃ_４アルコール、特に好ましくはメタノールおよびエタノールを包含する。適するケトンはＣ_２〜Ｃ_４ケトン、たとえばアセトンである。溶液におけるヘテロポリ酸の濃度は好ましくは１０〜８０重量％、より好ましくは２０〜６０重量％、特に好ましくは３０〜５０重量％である。

含浸は初期湿潤化技術を用いて行うことができ、不溶性触媒を作成するには部分中和段階を伴う。任意適する乾燥技術を用いうると共に、標準ベンチ回転蒸発器における蒸発が好適である。

代案として、触媒支持体を水溶液に浸漬させることもできると共に、浸漬させ続け、次いでカウンタイオンの溶液を添加してＨＰＡを支持体上へ沈着させる。含浸支持体を次いで洗浄すると共に乾燥させることができる。これは、たとえばデカンテーションおよび／または濾過を包含する任意慣用の分離技術を用いて達成することができる。回収した後、含浸支持体を好ましくはオーブン内に支持体を設置して乾燥させることができる。代案として或いは追加的に、デシケータを用いることもできる。支持体に含浸されるヘテロポリ酸の量は好適には、ヘテロポリ酸と支持体との合計重量に対し１０〜６０重量％、好ましくは３０〜５０重量％の範囲である。

適する触媒支持体はシリカ支持体、たとえばシリカゲル支持体、並びにＳｉＣｌ４の火炎加水分解により製造される支持体を包含する。好適支持体は、システムの触媒活性に悪影響を及ぼさない外部金属もしくは元素を実質的に含まない。すなわち適するシリカ支持体は少なくとも９９重量％純粋である。不純物は１重量％未満、好ましくは０．６０重量％未満、より好ましくは０．３０重量％未満の量である。支持体の気孔容積は０．３〜１．２ｍｌ／ｇ、好ましくは０．６〜１．０ｍｌ／ｇである。支持体の平均気孔半径（使用前）は１０〜５００Å（オングストローム）、好ましくは３０〜１００Åである。支持体は少なくとも２Ｋｇ力の破砕強度、好ましくは少なくとも５Ｋｇの力、好適には少なくとも６Ｋｇ、より好ましくは少なくとも７Ｋｇの力の破砕強度を有する。支持体の嵩密度は少なくとも３８０ｇ／リットル、好ましくは少なくとも４４０ｇ／リットルである。

適するシリカゲル支持体はグレース５７および１３７１であり、グレースＮｏ．１３７１が好適である。グレースＮｏ．１３７１は０．１〜３．５ｍｍの平均粒子寸法を有する。しかしながら、これら粒子は所望ならばたとえば０．５〜２ｍｍの一層小さい寸法まで破砕すると共に篩分けすることができる。

ＳｉＣｌ_４の火炎加水分解により生成される適する支持体は、エアロシル（登録商標）２００（デグッサ社）のペレット化により作成することができる。この種の支持体の例は支持体３５０である。適するペレット化手順は、米国特許第５，０８６，０３１号明細書、特にその例に記載されている。ペレットの平均粒子直径は２〜１０ｍｍ、好ましくは４〜６ｍｍである。

前記発明の更なる実施形態は本発明で使用するような触媒支持体を先ず最初に弗素化剤で処理することであり、弗素の高電気陰性に基づき得られる作用は触媒支持体の電子特性が改変されると共に、これは次の利点を可能にすると思われる：支持体の不活性度および／または向上された酸度、すなわち全体的選択率および／または触媒の活性を向上させる。

支持体を処理すべく使用しうる弗素化剤は限定はしないが弗化水素、ヒドロフルオリック酸の水溶液、ヒドロフルオリック酸と少量の他の酸（たとえば塩酸もしくは酢酸）との混合物または或る種のアルミニウム塩が添加されている酸溶液またはアルミニウム塩を含有するヒドロフルオロ珪酸の弱酸性溶液を含有する。ヒドロ弗素酸水溶液での前記触媒の処理は、触媒粒子を１〜８％の酸の溶液に１〜２４時間にわたり浸漬して行うことができる。弗素化された支持体を次いで、選択に応じた触媒で含浸することができる。

本発明によれば、均質触媒も反応性蒸留カラムにて用いることができる。好適均質触媒は反応体および生成物よりも高い沸点を有し、その結果としてカラム液相中に主として残留し、最終的に反応ケトルで濃縮される。反応帯域におけるこれら触媒と反応体との間の相互作用は反応性蒸留カラムに循環される触媒の量を変化させることにより、および液体保持力を高めるべくカラムの内部を変化させることにより調節することができる。レボイラに蓄積する水からの均質触媒の分離は、レボイラの上部で主として純粋の蒸気流を凝縮することにより達成することができる。均質触媒を用いる追加利点は、触媒の濃度を自由に変化させることができ、および失活した触媒を容易にシステムから排除して新鮮触媒により置換しうる点である。レボイラから回収された均質触媒溶液を次いでカラムに循環させる。必要とされる場合、触媒を濃縮するには１つもしくはそれ以上の追加点を用いることができる。

適する均質触媒は限定はしないがスルホン酸、たとえばメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、トリフリック酸、硫酸、ヘテロポリ酸および燐酸を包含し、燐酸および有機スルホン酸が好適である。

本発明によれば、反応性蒸留カラムの頂部から抽出されるアルケンのヘッド流は１種もしくはそれ以上のアルケン、実質的にプロピレンおよび／またはエチレンよりなり、主としてオキシジェネート（水、エーテルおよびアルコール類）を含まない。この流れを次いで最高沸点を有するアルケンの少なくとも１部を凝縮するのに充分な温度まで冷却する。凝縮されない蒸気フラクションを純アルケン流として回収する。凝縮アルケンの少なくとも１部を次いで反応性蒸留カラムに循環して戻し、残留する液体アルケンをも回収する。アルケンの少なくとも１部の循環は本発明に必須である。何故なら、これは前記脱水反応から存在しうるエーテル、水およびアルコールを有利に除去し、従って生成物選択率を向上させるからである。本出願人は、反応性蒸留カラムの内部における反応メカニズムがエーテル中間体を介して進行する一方、回収アルケンは不純物を含有しなかったことを予想外に突き止めた。

ヘッド流のアルケンを冷却すべく使用する装置は直列接続された１個もしくはそれ以上の凝縮器である。有利にはヘッド流は常に部分的にのみ凝縮されてプロセスの経済性を向上させると共に氷形成を防止する（これは汚染物および／または遮蔽物の形成をもたらしうる）。

本発明によれば重量リフラックス比ｘ／ｙ［ここでｘはアルケンをヘッド流から反応器中へ循環して戻す速度（Ｋｇ／ｈ）であり、ｙはアルケン（液体およびガス）をヘッド流から回収する速度（Ｋｇ／ｈ）である］は０．５より大であるが２０より小、好ましくは１より大であるが１０より小、特に好ましくは１より大であるが５より小である。

反応性蒸留カラム内で生成されるエーテルは実質的にＣ２〜Ｃ３アルコール由来のエーテル（たとえばジエチルエーテル、ｎ−プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ブチルエーテルおよび混合エーテル、たとえばエチル−イソプロピルエーテルである。

熱力学的検討が示したところでは、本発明はエタノールとｎ−プロパノールとの混合物から対応アルケンへの脱水をずっと高い選択率および予想外に高い変換率で行うことを可能にする。この一層高い変換率は、副生物が存在しないことに基づきもはやＭＴＯプロセスにおけるように副生物および生成物の高価な分離を行う必要性がないので、劇的にこの方法の経済性を向上させる。

反応性蒸留カラムの底部からの出口は、主として過剰の水を排除してカラム内のバランスの取れた媒体を維持する。

反応性蒸留カラムに導入される粗オキシジェネート供給原料は少なくとも１種のＣ_２〜Ｃ_３アルコールを含み、これはたとえばエタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノールおよびその混合物とすることができる。典型的には少なくとも２種のアルコールの混合物を用い、これは２個もしくは３個の炭素原子を有する一価脂肪族パラフィン系第一（もしくは第二）アルコールから選択され、好ましくはエタノールとｎ−プロパノールとの混合物が使用される。

本発明の実施形態によれば、粗オキシジェネート供給原料に存在するアルコールはエタノールとプロパノールとの混合物よりなり、ここでエタノールとプロパノールとのモル比は２と５との間である。

本発明によれば、粗オキシジェネート供給原料には水を許容することができ、好適操作方式において粗オキシジェネート供給原料は５０重量％までの水を含むことができる。水を効果的に分離すべく反応性蒸留カラムの能力を用いる他の方式においては、粗バイオエタノールおよび殆どの水を含みうる他のバイオアルコールを用いることもできる。

最も好適な本発明の実施形態によれば、Ｃ２〜Ｃ３アルコールは水と一緒に反応性蒸留カラムに導入される粗オキシジェネート供給原料の少なくとも９０重量％を示す。

他の実施形態によれば、反応性蒸留は前記したようにエーテルの流れを同時供給物として有することができる。

本発明の他の実施形態によれば、反応性蒸留カラムが作動する圧力は１．５ＭＰａより大であるが４．０ＭＰａより小、好ましくは１．８ＭＰａより大であるが２．７ＭＰａより小である。カラムで用いる温度は所定圧力における特定成分の沸点により制御され、これは好ましくは１５０℃〜２５０℃の範囲である。しかしながら上記限界以外の温度および圧力も排除されないが、これら本発明の好適実施形態には入らない。

図１は本発明によるプロセススキームの１実施形態を示す。この実施形態は本発明による任意および／または好適なプロセス工程で構成される。

本発明によるプロセススキームの１実施形態を示す。

Claims (17)

1. エタノール、プロパノール、イソプロパノールおよびその混合物から選択される少なくとも１種のＣ _２ 〜Ｃ _３ アルコールを含む供給原料からのアルケンの製造方法において、工程；
   １．それらのアルコールを、反応性蒸留カラムにて高められた圧力および温度で酸触媒により触媒されて対応する同じ炭素数のアルケンまで変換し、前記反応性蒸留カラムの頂部から抽出されるヘッド流は実質的に前記アルケンを含み、
   ２．工程１からのヘッド流を次いで、最高沸点を有するアルケンの少なくとも１部を凝縮させるのに充分な温度まで冷却し、
   ３．工程２からの凝縮アルケンの少なくとも１部を次いでリフラックスリターンとして前記反応性蒸留カラムに循環させ、
   ４．同時に残留するアルケンを回収する
   ことを特徴とするアルケンの製造方法。
2. ａ．合成ガス反応器にて炭化水素を炭素酸化物と水素との混合物まで変換させ、
   ｂ．工程ａからの炭素酸化物と水素との前記混合物を反応器における微粒子触媒の存在下に２００〜４００℃からなる温度および５０〜２００バールの圧力の下で、エタノール、プロパノール、イソプロパノールおよびその混合物から選択される少なくとも１種のＣ _２ 〜Ｃ _３ アルコールを含む供給原料まで変換させ、
   ｃ．請求項１による上記工程１〜４を進行させて前記アルケンを生成させる
   工程からなる炭化水素からアルケンへの変換方法。
3. 反応性蒸留カラムにて使用する触媒が、不溶性ヘテロポリ酸、スルホン化支持体、ゼオライト、金属改質ゼオライト、モルデナイトおよびその混合物から選択される不均質触媒である請求項１または２に記載の方法。
4. 反応性蒸留カラムにて使用する触媒が、ヘテロポリ酸およびイオン交換樹脂の中から選択される不均質触媒である請求項３に記載の方法。
5. 反応性蒸留カラムにて使用する触媒が、ヘテロポリ酸の中から選択される不均質触媒である請求項３に記載の方法。
6. 反応性蒸留カラムにて使用する触媒が、１２−タングスト珪酸および１８−タングスト燐酸の塩の中から選択される不均質触媒である請求項３に記載の方法。
7. 反応性蒸留カラムにて使用する触媒が均質触媒である請求項１または２に記載の方法。
8. 反応性蒸留カラムにて使用する触媒が反応体および生成物よりも高い沸点の均質触媒である請求項７に記載の方法。
9. 触媒をスルホン酸、硫酸、ヘテロポリ酸および燐酸から選択する請求項７に記載の方法。
10. 触媒を燐酸および有機スルホン酸の中から選択する請求項９に記載の方法。
11. 反応性蒸留カラムの頂部から抽出されるアルケンヘッド流が１種もしくはそれ以上のアルケン、実質的にプロピレンおよびエチレンよりなる請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. リフラックス比ｘ／ｙ［ここでｘはアルケンをヘッド流から反応性蒸留カラムまで循環させる割合であり、ｙはアルケンをヘッド流から回収する割合である］を０．５より大であるが２０より小とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. リフラックス比ｘ／ｙは１より大であるが１０より小とする請求項１２に記載の方法。
14. リフラックス比ｘ／ｙは１より大かつ５より小とする請求項１３に記載の方法。
15. 供給原料に存在するアルコールがエタノールとプロパノールとの混合物よりなる請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 供給原料が水を含み、反応性蒸留カラムに導入される供給原料の少なくとも９０重量％がＣ _２ −Ｃ _３ アルコールおよび水である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 追加エーテル供給物をエタノール、プロパノール、イソプロパノールおよびその混合物から選択される少なくとも１種のＣ _２ 〜Ｃ _３ アルコールを含む供給原料に添加する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。

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