JP5739519B2 - 触媒の再生及び長期使用のための方法 - Google Patents

Description

関連出願へのクロスリファレンス
本発明は、２００９年９月２８日に申請された出願番号第１２／５６８００７号パンフレットへの一部継続出願である。

分野
本発明の態様は、一般的に芳香族化合物のアルキル化に関する。

背景
アルキル化反応は一般的に、触媒の存在下で第１の芳香族化合物をアルキル化剤と接触させて第２の芳香族化合物を生成させることを含む。１つの重要なアルキル化反応は、エチルベンゼンの生産におけるベンゼンとエチレンの反応である。次いでエチルベンゼンを脱水素してスチレンを生成させることができる。

触媒の寿命は、アルキル化反応において考慮すべき重要な事柄である。触媒自身に関連するコスト、例えば触媒の単価、触媒の有効寿命、使用済み触媒の再生能力及び使用済み触媒の廃棄のコストがある。触媒を置き換えるため、及び／又は触媒床を再生するためのアルキル化反応器の運転停止に関連するコストもあり、それは労働力、材料及び生産性の損失を含む。

触媒の不活性化は、転換率のレベル、選択率のレベル又はその両方を低下させる傾向があり得、それらのそれぞれは望ましくないプロセス効率の損失を生じ得る。アルキル化触媒の不活性に関して種々の理由があり得る。これらには、炭化と呼ばれ得るコークス又はタールによるような触媒表面の閉塞；触媒構造の物理的な破壊；及び触媒からの促進剤又は添加剤の喪失が含まれ得る。用いられる触媒及び種々の運転パラメーターに依存して、これらの機構の１つもしくはそれより多くが当てはまり得る。

触媒の不活性化の別の原因は、アミン又はアンモニア化合物のような、アルキル化系への投入流中に存在する毒の結果であり得る。毒は触媒の成分と反応し、成分を不活性化するか、又は触媒構造内のその成分に近づくのを制限し得る。毒はさらに、収率を低下させ、コストを増加させるように働き得る。従って、アルキル化触媒の不活性化を減少させることができるアルキル化系又は有効な方法でアルキル化触媒の不活性化を処理する方法を開発する必要がある。触媒の不活性化の影響を逆転させ、不活性化を経験したアルキル化触媒を再活性化するのが望ましい。

上記の観点から、触媒の不活性化が減少した、又はそれがない接触アルキル化反応を介して、商業的な量でエチルベンゼンを生産する有効な方法を得ることが望ましい。その方法が、再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく、触媒の不活性化の影響を逆転させ、不活性化を経験したアルキル化触媒を再活性化ことができたら、それはさらに望ましいであろう。

概略
本発明の態様は、ベンゼン及びエチレンの接触アルキル化反応による、商業的な量のエチルベンゼンの生産方法を含む。

本発明の態様は、芳香族化合物及びアルキル化剤のアルキル化による、アルキル芳香族化合物の生産方法を含み、その方法は、Ｈ−ベータゼオライト触媒を含有する少なくとも１つの反応領域を与え、その中に芳香族化合物及びアルキル化剤を含んでなる供給流を導入することを含む。芳香族化合物の少なくとも一部はアルキル化条件下で反応し、アルキル芳香族化合物を生ずる。次いでアルキル芳香族化合物を含有する第１の生成物流を取り出すことができる。続く（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ）アルキル化反応器は、Ｈ−ベータゼオライト触媒を含有する少なくとも１つの反応領域が稼働中である時に触媒再活性化を経験する。芳香族化合物はベンゼンであることができ、アルキル化剤はエチレンであることができ、アルキル芳香族化合物はエチルベンゼンであることができる。アルキル芳香族化合物生産量は、１日当たり少なくとも５０万ポンドであることができ、１日当たり少なくとも５０万ポンド〜１日当たり１千万ポンドであることができる。

少なくとも１つの反応領域は、少なくとも１つの予備アルキル化反応器及び少なくとも１つの主アルキル化反応器を含むことができる。少なくとも１つの予備アルキル化反応器は、Ｈ−ベータゼオライト触媒を少なくとも５，０００ポンド〜５０，０００ポンドの量で含有することができる。少なくとも１つの予備アルキル化反応器及び少なくとも１つの主アルキル化反応器の１つもしくはそれより多くは、Ｈ−ベータゼオライト触媒を少なくとも１種の他の触媒に加えて含む混合触媒を含有することができる。１つの態様において、主アルキル化反応器は、Ｈ−ベータゼオライト触媒を含有する予備アルキル化反応器が稼働中である時に触媒再活性化を経験する。１つの態様において、主アルキル化反応器は、少なくとも１年間に及んでＨ−ベータゼオライト触媒を含有する予備アルキル化反応器が稼働中である時に、触媒不活性化を経験しない。

１つの態様は、不活性化を経験したアルキル化触媒の再活性化法であり、それはいくらかの不活性化を経験した触媒を含有する反応領域の上流にＨ−ベータゼオライト触媒を含有する追加の反応領域を与えることを含む。ベンゼン及びエチレンを含む供給流を導入し、ベンゼンの少なくとも一部を両反応領域内においてアルキル化条件下でエチレンと反応させ、エチルベンゼンを生産する。１つの態様において、アルキル化触媒はその活性化（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）の少なくとも１％を回復し、場合によりアルキル化触媒はその活性化の少なくとも５％を回復する。供給流は平均で少なくとも５ｐｐｂ、場合により少なくとも３０ｐｐｂ又は少なくとも７５ｐｐｂの触媒毒を含むことができる。追加の反応領域内のＨ−ベータ触媒の量は少なくとも３，０００ポンドであることができ、３，０００ポンド〜５０，０００ポンドの範囲であることができ、第１予備アルキル化系中に置かれることができる。

アルキル化／トランスアルキル化プロセスの態様の略ブロック図。 予備アルキル化段階を含むアルキル化／トランスアルキル化プロセスの態様の略ブロック図。 予備アルキル化段階のために用いられ得る並列反応器系の略図。 複数の触媒床を有するアルキル化反応器の１つの態様。 本発明の実施例における触媒床から得られるパーセント温度上昇データのグラフ。

詳細な記述
モレキュラーシーブ触媒上で行われる芳香族化合物転換法は、化学工業において周知である。エチルベンゼンのような多様なアルキル−ベンゼン誘導体を生産するための、ベンゼンのような芳香族化合物のアルキル化反応は極めて一般的である。

本発明の態様は一般的に、アルキル化触媒不活性化及びその結果としての触媒再生又は置き換えの故のプロセス混乱を最小にするように適応させられるアルキル化系に関する。本発明の１つの態様において、１つの反応領域内にＨ−ベータ触媒が存在し、触媒不活性化を経験した触媒を有する少なくとも１つの続くアルキル化反応領域が続く。続くアルキル化反応領域の触媒は、再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく、再活性化を経験する。

本発明の１つの態様において、ベンゼン及びエチレンから商業的な量のエチルベンゼンを生産するために、アルキル化プロセス内で商業的な量のＨ−ベータ触媒が用いられる。プロセス内で、Ｈ−ベータ触媒の少なくとも一部の下流に、アルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域があり、それは再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく触媒再活性化を経験する。プロセスは、アルキル化生産速度への有意な混乱なくその場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）、又は取り出して（ｅｘ−ｓｉｔｕ）再生され得るＨ−ベータの１つもしくはそれより多くの固定触媒床を含むことができる。

本明細書で用いられる場合、Ｈ−ベータアルキル化触媒の商業的な量は、エチルベンゼン生産のためのように、アルキル化プロセス内におけるアルキル化系として用いられる３，０００ポンド〜５０，０００ポンドもしくはそれより多くの触媒の量を意味する。Ｈ−ベータアルキル化触媒は、エチルベンゼン生産のためのアルキル化プロセス内で予備アルキル化系として用いられ得る。予備アルキル化系は例えば、多床反応器中の最初の単数又は複数の床であることができるか、あるいは多反応器アルキル化プロセスにおける最初の反応器又は反応器のグループであることができる。Ｈ−ベータアルキル化触媒が予備アルキル化系及び主アルキル化系の両方のために用いられる本発明の態様において、プロセス全体のための触媒量は最高で１００，０００ポンド又はそれより多くの範囲であることができる。本明細書で用いられる場合、アルキル化プロセスからのエチルベンゼンの商業的な量は、５０万ポンドから最高で１千万ポンドのエチルベンゼンの平均の１日の生産量かもしくはそれより多くの範囲であることができる。

ゼオライトベータ触媒は本発明において用いられるのに適しており、当該技術分野において周知である。ゼオライトベータ触媒は、典型的には例えば約１０〜約３００又は約１５〜約７５のシリカ／アルミナモル比（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３として表わされる）を有する。１つの態様において、ゼオライトベータは低いナトリウム含有率、例えばＮａ_２Ｏとして表わされる約０．２重量％より低い、又は例えば約０．０６重量％より低いナトリウム含有率を有することができる。ナトリウム含有率を、例えばイオン交換を介するような、当該技術分野における熟練者に既知のいずれかの方法により低下させることができる。ゼオライトベータ触媒は、結合剤のような補足的な成分に関係なく、結晶形に基づいて少なくとも４００ｍ^２／ｇの高い表面積を有することを特徴とする。１つの態様において、ゼオライトベータは少なくとも６００ｍ^２／ｇの表面積を有することができる。ゼオライトベータ触媒の調製は、Ｗａｄｌｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌへの米国特許第３，３０８，０６９号明細書及びＣａｌｖｅｒｔ ｅｔ ａｌへの米国特許第４，６４２，２２６号明細書にさらに記載されており、それらの記載事項は引用することにより本明細書の内容となる。

Ｈ−ベータ型ゼオライト触媒は、その公称カチオン形態（ｎｏｍｉｎａｌ ｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｍ）として水素を有する特徴を持つ。１つの特定の態様内で、ベンゼン及びエチレンのアルキル化反応によるエチルベンゼンの生産のために、Ｚｅｏｌｙｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから商業的に入手可能な、Ｚｅｏｌｙｓｔ ＣＰ ７８７ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｈ−Ｂｅｔａ Ｅｘｔｒｕｄａｔｅの商品名を有するＨ−ベータ触媒が商業的な量で用いられる。Ｈ−ベータ触媒の少なくとも一部の下流にアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域があり、それは再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく触媒再活性化を経験する。

１つの態様において、Ｈ−ベータ触媒の少なくとも一部の下流に、Ｈ−ベータ触媒の使用の前に触媒不活性化を経験したアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域があり、Ｈ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく再活性化を経験する。

別の態様において、Ｈ−ベータ触媒の少なくとも一部の下流に、Ｈ−ベータ触媒の使用の前に最初の触媒不活性化の程度（ｒａｔｅ）を経験したアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域があり、Ｈ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は少なくとも１年間に及んで、さらなる不活性化を経験しなかった。別の態様において、Ｈ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は１８カ月を超える期間に及んで、場合により２４カ月を超える期間に及んで、さらなる不活性化を経験しなかった。

別の態様において、Ｈ−ベータ触媒の少なくとも一部の下流に、Ｈ−ベータ触媒の使用の前に最初の触媒不活性化の程度を経験したアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域があり、Ｈ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は触媒不活性化の程度の低下を経験した。

図１は、アルキル化／トランスアルキル化プロセス１００の態様の略ブロック図を示す。プロセス１００は一般的に、アルキル化系１０４（例えば第１アルキル化系）に投入流１０２（例えば第１投入流）を供給することを含む。アルキル化系１０４は一般に、投入流１０２をアルキル化触媒と接触させてアルキル化産出流１０６（例えば第１産出流）を形成するように適応させられる。

アルキル化産出流１０６の少なくとも一部は第１分離系１０８に通過する。頭上画分は一般にライン１１０を介して第１分離系１０８から回収されるが、底画分の少なくとも一部はライン１１２を介して第２分離系１１４に通過する。

頭上画分は一般に第２分離系１１４からライン１１６を介して回収されるが、底画分の少なくとも一部はライン１１８を介して第３分離系１１５に通過する。底画分は一般に第３分離系１１５からライン１１９を介して回収されるが、頭上画分の少なくとも一部はライン１２０を介してトランスアルキル化系１２１に通過する。頭上画分１２０に加え、追加の芳香族化合物のような追加の投入流が一般にライン１２２を介してトランスアルキル化系１２１に供給され、トランスアルキル化触媒に接触し、トランスアルキル化産出流１２４を形成する。

本明細書に示されていないが、プロセス流の流れを装置最適化に基づいて修正することができる。例えばいずれかの頭上画分の一部をプロセス内の他のいずれかの系に投入流としてリサイクルすることができる。また、本明細書に記載されるプロセス全体を通じて、熱交換器のような追加のプロセス装置を用いることができ、プロセス装置の配置は一般的に当該技術分野における熟練者に既知の通りであることができる。さらに、主成分に関して記載されているが、示される流れは当該技術分野における熟練者に既知のいずれの追加の成分を含むこともできる。

投入流１０２は一般に芳香族化合物及びアルキル化剤を含む。芳香族化合物は置換もし
くは非置換芳香族化合物を含むことができる。芳香族化合物は、例えばベンゼンのような炭化水素を含むことができる。芳香族化合物上の置換基は、もし存在するなら、例えばアルキル、アリール、アルカリール、アルコキシ、アリールオキシ、シクロアルキル、ハライド及び／又はアルキル化反応を妨げない他の基から独立して選ばれ得る。芳香族化合物及びアルキル化剤を、図４に示される態様におけるように多数の位置において投入することができる。

アルキル化剤には、例えばエチレン又はプロピレンのようなオレフィンが含まれ得る。１つの態様において、芳香族化合物はベンゼンであり、アルキル化剤はエチレンであり、それらは反応して例えばエチルベンゼンを有意な成分として含む生成物を形成する。

芳香族化合物及びアルキル化剤に加え、投入流１０２はさらに他の化合物を少量で含むことができる（例えば毒又は不活性化合物と言及されることもある）。毒は、例えばアンモニア、アミン化合物又はニトリルのような窒素成分であることができる。これらの毒はパーツ・パー・ビリオン（ｐｐｂ）範囲内の量で存在し得るが、触媒性能に有意な影響を有し得、その有効寿命を短縮させ得る。１つの態様において、投入流１０２は最高で１００ｐｐｂもしくはそれより多くの毒を含む。１つの態様において、投入流１０２は典型的に１０ｐｐｂ〜５０ｐｐｂの範囲の毒を含む。１つの態様において、毒含有率は典型的に平均で２０ｐｐｂ〜４０ｐｐｂである。

不活性（ｉｎｅｒｔ）化合物と言及され得る不活性（ｉｎａｃｔｉｖｅ）化合物、例えばＣ_６〜Ｃ_８脂肪族化合物が存在することもできる。１つの態様において、投入流１０２は、例えば約５％より少ない又は約１％より少ないそのような化合物を含む。

アルキル化系１０４は、複数の多段階反応容器を含むことができる。１つの態様において、多段階反応容器はアルキル化触媒を含有する複数の操作可能的に（ｏｐｅｒａｂｌｙ）連結された触媒床を含むことができる。多段階反応容器の例を図４に示す。そのような反応容器は一般に、液相におけるアルキル化反応を保持するのに十分な反応器温度及び圧力で運転される液相反応器であり、すなわち芳香族化合物は液相にある。そのような温度及び圧力は一般に、個々のプロセスパラメーターにより決定される。例えば反応容器温度は６５℃〜３００℃、又は例えば２００℃〜２８０℃であることができる。反応容器圧力は、アルキル化反応が液相で起こるいずれかの適した圧力、例えば３００ｐｓｉｇ〜１，２００ｐｓｉｇであることができる。

１つの態様において、アルキル化系１０４内の反応容器の空間速度（ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）は、芳香族化合物供給速度に基づき、床当たり１０〜２００時^−１の液空間速度（ｌｉｑｕｉｄ ｈｏｕｒｌｙ ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）（ＬＨＳＶ）である。別の態様において、ＬＨＳＶは床当たり１０〜１００時^−１又は１０〜５０時^−１又は１０〜２５時^−１の範囲であることができる。単数又は複数の予備アルキル化反応器及び単数又は複数の主アルキル化反応器のアルキル化床のすべてを含むアルキル化プロセス全体に関し、空間速度は１〜２０時^−１のＬＨＳＶの範囲であることができる。

アルキル化産出流１０６は一般的に第２の芳香族化合物を含む。１つの態様において、第２の芳香族化合物は、例えばエチルベンゼンを含む。

第１分離系１０８は、芳香族化合物の分離のための当該技術分野における熟練者に既知のいずれのプロセス又はプロセスの組み合わせを含むこともできる。例えば第１分離系１０８は、直列又は並列における１つもしくはそれより多くの蒸留カラムを含むことができる（示されていない）。そのようなカラムの数は、通過するアルキル化産出流１０６の体積に依存する。

第１分離系１０８からの頭上画分１１０は、一般に例えばベンゼンのような第１の芳香族化合物を含む。

第１分離系１０８からの底画分１１２は、一般に例えばエチルベンゼンのような第２の芳香族化合物を含む。

第２分離系１１４は、当該技術分野における熟練者に既知のいずれのプロセスも含むことができ、例えば直列又は並列における１つもしくはそれより多くの蒸留カラムを含むことができる（示されていない）。

第２分離系１１４からの頭上画分１１６は一般にエチルベンゼンのような第２の芳香族化合物を含み、それを回収して例えばスチレンの生産のような適した目的のために用いることができる。

第２分離系１１４からの底画分１１８は一般に、例えばポリエチルベンゼン、クメン及び／又はブチルベンゼンのようなより重い芳香族化合物を含む。

第３分離系１１５は一般に当該技術分野における熟練者に既知のいずれかのプロセスを含み、例えば直列又は並列における１つもしくはそれより多くの蒸留カラムを含む（示されていない）。

特定の態様において、第３分離系１１５からの頭上画分１２０は、例えばジエチルベンゼン及びトリエチルベンゼンを含むことができる。底画分１１９（例えば重化学品（ｈｅａｖｉｅｓ））を、さらなる処理及び回収のために（示されていない）第３分離系１１５から回収することができる。

トランスアルキル化系１２１は一般に、中にトランスアルキル化触媒が配置された１つもしくはそれより多くの反応容器を含む。反応容器は、当該技術分野における熟練者に既知のいずれの反応容器、反応容器の組み合わせ及び／又は複数の反応容器（並列又は直列における）を含むこともできる。

トランスアルキル化産出流１２４は一般に第２の芳香族化合物、例えばエチルベンゼンを含む。トランスアルキル化産出流１２４を、トランスアルキル化産出流１２４の成分の分離のために、第２分離系１１４のような分離系の１つに送ることができる。

１つの態様において、トランスアルキル化系１２１は液相条件下で運転される。例えばトランスアルキル化系１２１を約６５℃〜約２９０℃の温度及び約８００ｐｓｉｇ又はそれより低い圧力において運転することができる。

特定の態様において、投入流１０２はベンゼン及びエチレンを含む。例えば新しい（ｆｒｅｓｈ）ベンゼン源及び／又は多様なリサイクル源のような多様な源からベンゼンを供給することができる。本明細書で用いられる場合、「新しいベンゼン源」という用語は、例えば少なくとも約９５重量％のベンゼン、少なくとも約９８重量％のベンゼン又は少なくとも約９９重量％のベンゼンを含む源を指す。１つの態様において、ベンゼン対エチレンのモル比は、例えばアルキル化床のすべてを含むアルキル化プロセス全体に関し、約１：１〜約３０：１又は約１：１〜約２０：１であることができる。個々のアルキル化床に関するベンゼン対エチレンのモル比は、例えば１０：１〜１００：１の範囲であることができる。

特定の態様において、ベンゼンはライン１１０を介して回収され、アルキル化系１０４への投入流としてリサイクルされるが（示されていない）、エチルベンゼン及び／又はポリアルキル化ベンゼンはライン１１２を介して回収される。

前に議論した通り、アルキル化系１０４は一般にアルキル化触媒を含む。投入流１０２、例えばベンゼン／エチレンはアルキル化反応の間にアルキル化触媒に接触し、アルキル化産出流１０６、例えばエチルベンゼンを形成する。

不運なことに、アルキル化触媒系は一般に、再生又は置き換えを必要とする不活性化を経験する。さらに、アルキル化プロセスは一般に周期的なメンテナンスを必要とする。両方の状況は一般に液相アルキル化プロセスに関する混乱を生ずる。不活性化は複数の因子から生ずる。それらの因子の１つは、投入流１０２中に存在する毒、例えば自然に存在するか又は前のプロセスの結果である窒素、硫黄及び／又は酸素含有不純物がアルキル化触媒の活性化を低下させ得ることである。

本発明の態様は、触媒再生及びメンテナンスの間の継続的な生産を達成することができる方法を提供する。例えば１つの反応器をその場法（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｍｅｔｈｏｄ）もしくは取り出し法（ｅｘ−ｓｉｔｕ ｍｅｔｈｏｄ）による触媒の再生のためにオフ−ラインとする（ｂｅ ｔａｋｅｎ ｏｆｆ −ｌｉｎｅ）ことができ、一方残る反応器は生産のためにオン−ラインに留まる（ｒｅｍａｉｎ ｏｎ−ｌｉｎｅ）ことができる。いつそのような再生が必要となるかの決定は、特定の系条件に依存し得るが、一般にあらかじめ決定される設定値（例えば触媒生産性、温度又は時間）である。

その場再生が不可能な場合、再生のために反応器から触媒を取り出す時、触媒を置き換え、反応器をオン−ラインに置きながら、取り出された／不活性化した触媒を再生することができる。そのような態様において、触媒の置き換えのコストは大きくなり得、従ってそのような触媒は再生前に長い寿命を有しているべであるのが有益である。本発明の態様は、長い触媒寿命及び長い生産運転（ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｕｎ）が可能なアルキル化系を提供することができる。

図２に言及すると、アルキル化／トランスアルキル化系１００は、さらに予備アルキル化系１０３を含むことができる。予備アルキル化系１０３は、例えばアルキル化条件に保持されることができる。予備アルキル化投入流１０１は、アルキル化系１０４中に入る前に予備アルキル化系１０３を通過し、例えば投入流１０２中の毒のレベルを低下させることができる。１つの態様において、毒のレベルは、例えば少なくとも１０％又は少なくとも２５％又は少なくとも４０％又は少なくとも６０％又は少なくとも８０％低下する。例えば予備アルキル化系１０３を犠牲的系として用い、それによりアルキル化系１０４中のアルキル化触媒に接触する毒の量を減少させ、必要なアルキル化系１０４中のアルキル化触媒の再生の頻度を減少させることができる。

１つの態様において、予備アルキル化投入流１０１は、プロセスへの全ベンゼン供給材料及びプロセスへのエチレン供給材料の一部を含む。この供給材料は、アルキル化系１０４中のアルキル化触媒に接触する毒のレベルを低下させるために、アルキル化系１０４中に入る前にゼオライトベータ触媒を含有する予備アルキル化系１０３を通過する。予備アルキル化系１０３からの産出流１０２は、未反応ベンゼン及び予備アルキル化系１０３から生産されるエチルベンゼンを含み得る。未反応ベンゼンと反応させるために、追加のエチレンをアルキル化系１０４に加えることができる（図２中に示されていない）。この態様において、予備アルキル化系１０３は、ベンゼン及びエチレン供給材料中の予備アルキル化投入流１０１中でプロセスに加えられる分における毒のレベルを低下させることができる。予備アルキル化系１０３の後に、例えばアルキル化系１０４に加えられるエチレン
は、毒のレベルにおいて、予備アルキル化系１０３から低下していないであろう。

予備アルキル化系１０３を液相条件下で運転することができる。例えば予備アルキル化系１０３を約１００℃〜約３００℃又は２００℃〜約２８０℃の温度及び液相条件を保証する圧力、例えば約３００ｐｓｉｇ〜約１２００ｐｓｉｇにおいて運転することができる。

予備アルキル化系１０３は一般に、その中に配置される予備触媒（示されていない）を含む。アルキル化触媒、トランスアルキル化触媒及び／又は予備触媒は、同一か又は異なることができる。一般にそのような触媒は、例えばゼオライトベータ触媒のようなモレキュラーシーブ触媒から選ばれる。

予備アルキル化投入流１０１中に存在する毒のレベルの結果として、予備アルキル化系１０３中の予備触媒は不活性化した状態になり得、再生及び／又は置き換えを必要とする。例えば予備触媒はアルキル化触媒より急速に不活性化を経験し得る。

本発明の態様は、予備アルキル化系１０３中でＨ−ベータゼオライト触媒を使用することができる。さらにアルキル化反応もそのようなＨ−ベータ触媒を使用することができる。態様は、Ｈ−ベータゼオライト触媒及び１種もしくはそれより多い他の触媒を含む混合触媒装入材料を有する予備アルキル化系を含むことができる。混合触媒装入材料は、例えば間に障壁又は分離壁（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を有するか又は有していない種々の触媒の層であることができるか、あるいはまた、種々の触媒が互いと接触している物理的混合物を含むことができる。

本発明の態様は、予備アルキル化系１０３中でＨ−ベータゼオライト触媒を使用することができ、アルキル化系１０４はアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域を含有することができ、それは再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく触媒再活性化を経験する。

別の態様において、アルキル化系１０４は触媒不活性化を経験したアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域を含有することができ、予備アルキル化系１０３中のＨ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は再生又は置き換え法のために触媒を非稼働状態にする必要なく再活性化を経験した。

別の態様において、アルキル化系１０４は触媒不活性化を経験したアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域を含有することができ、予備アルキル化系１０３中のＨ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は少なくとも１年間に及んで、さらなる不活性化を経験しなかった。別の態様において、Ｈ−ベータ触媒の導入後、アルキル化触媒は１８カ月を超える期間に及んで、場合により２４カ月を超える期間に及んで、さらなる不活性化を経験しなかった。

別の態様において、アルキル化系１０４は触媒不活性化を経験したアルキル化触媒を含有する１つもしくはそれより多くの反応領域含有することができ、予備アルキル化系１０３中のＨ−ベータ触媒の導入後、アルキル化系１０４中のアルキル化触媒は、さらなる触媒不活性化なく長時間を経験した。１つの態様において、アルキル化系１０４中のアルキル化触媒は、予備アルキル化系１０３中のＨ−ベータ触媒の導入前より高い触媒活性を経験した。

系内のいずれかの触媒の再生が望ましい場合、再生法は一般に不活性化した触媒を高められた温度で処理することを含むが、再生は当該技術分野における熟練者に既知のいずれ
の再生法も含むことができる。

反応器をオフ−ラインにしたら、その中に配置された触媒をパージすることができる。オフ−ライン反応器中の触媒をパージ流と接触させることにより、オフ−ストリーム（ｏｆｆ−ｓｔｒｅａｍ）反応器パージを行うことができ、パージ流は、例えばいずれかの適した不活性ガス（例えば窒素）を含むことができる。オフ−ストリーム反応器パージ条件は一般に個々のプロセスパラメーターにより決定され、一般的に当該技術分野における熟練者に既知である。

次いで触媒は再生を経ることができる。再生条件は、少なくとも部分的に触媒を再活性化するのに有効ないずれの条件であることもでき、一般に当該技術分野における熟練者に既知である。例えば再生は、アルキル化触媒をある温度又は一系列の温度に、例えばパージ又はアルキル化反応温度より高い約２００℃〜約５００℃の再生温度に加熱することを含むことができる。

１つの態様において、例えば窒素及び２モル％かもしくはそれより少量の酸素を含有するガスを用い、約０．１モル％の酸素含有率を有する産出流を与えるのに十分な時間、アルキル化触媒を第１の温度（例えば４００℃）に加熱する。再生条件は一般にアルキル化系の制限及び／又は発光制御（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）のためにフレア（ｆｌａｒｅ）に送られ得る酸素の許される含有率のような条件を規定し得る運転を可能にする必要条件により支配される。次いでアルキル化触媒を第２の温度（例えば５００℃）に、ある酸素含有率を有する産出流を与えるのに十分な時間加熱することができる。触媒をさらにある時間、第２の温度又は例えば第２の温度より高い第３の温度に保持することができる。触媒が再生されたら、反応器を冷まし、次いで継続する生産のためにオン−ラインに置く準備をすることができる。

図３は、アルキル化系２００の制限ではない態様を示し、それは予備アルキル化系であることができる。示されているアルキル化系２００は、並列で運転される複数のアルキル化反応器、例えば２つのアルキル化反応器２０２及び２０４を含む。同じ型の反応容器であることができるか、又はある態様においては異なる型の反応容器であることができるアルキル化反応器２０２及び２０４の１つ又は両方を同時に稼働させることができる。例えば１つだけのアルキル化反応器がオンラインであり、他は触媒再生のようなメンテナンスを経ていることができる。１つの態様において、投入流２０６が分かれて各アルキル化反応器２０２及び２０４にだいたい同じ投入流を供給するように、アルキル化系２００を形作ることができる。しかしながら、そのような流量はそれぞれ個々の系により決定されるであろう。

例えば、両反応器２０２及び２０４がオン−ラインである系２００の通常の運転の間に、投入流２０６を両反応器に供給し（例えばライン２０８及び２１０を介して）、投入流２０６全体を１つの反応器に送っている場合より小さい空間速度を与えることができる。産出流２１６は、各反応器からの（例えばライン２１２及び２１４を介する）合された流れであることができる。１つの反応器がオフ−ラインにされ、供給量が減じられないままである場合、残る反応器に関する空間速度はだいたい二倍となり得る。

特定の態様において、複数のアルキル化反応器の１つもしくはそれより多くは複数の相互連結された触媒床を含むことができる。複数の触媒床は、例えば２〜１５個の床又は５〜１０個の床又は特定の態様において５〜８個の床を含むことができる。態様は、Ｈ−ベータゼオライト触媒及び１種もしくはそれより多い他の触媒を含む混合触媒装入材料を有する１つもしくはそれより多くの触媒床を含むことができる。混合触媒装入材料は、例えば間に障壁又は分離壁を有するか又は有していない種々の触媒の層であることができるか
、あるいはまた、種々の触媒が互いと接触している物理的混合物を含むことができる。

図４は、アルキル化反応器３０２の制限ではない態様を示す。アルキル化反応器３０２は、床Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥと称される５個の直列に連結された触媒床を含む。投入流３０４（例えばベンゼン／エチレン）は反応器３０２に導入され、触媒床のそれぞれを通過してアルキル化触媒に接触し、アルキル化産出流３０８を形成する。ライン３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃを介し、追加のアルキル化剤を反応器３０２中の段の間の位置（ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ）に供給することができる。例えばライン３１０ａ、３１０ｂ及び３１０ｃを介し、追加の芳香族化合物を段の間の位置に導入することもできる。

実施例１において、商業的な量のＨ−ベータゼオライトを用いるエチルベンゼンの生産方法は、約２２，０００ポンドのＨ−ベータゼオライト触媒が装入された１つの反応器を有する予備アルキル化系を含む。プロセスはさらに予備アルキル化系の後に主アルキル化系を含み、それはＨ−ベータゼオライト触媒以外の触媒を含有する。

プロセスへの供給流は、例えばアセトニトリル、アンモニア及び／又はアミン化合物のような不純物を、１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂかもしくはそれより多くまでの範囲であるか、又は典型的に平均で２０ｐｐｂ〜４０ｐｐｂであり得る量で含有し得る。予備アルキル化系は、主アルキル化系の前にプロセスへのベンゼン供給材料中及びエチレン供給材料の一部中の不純物を除去することができる。Ｈ−ベータ触媒はＺｅｏｌｙｓｔ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌからＺｅｏｌｙｓｔ ＣＰ ７８７ Ｚｅｏｌｙｔｅ Ｈ−Ｂｅｔａ Ｅｘｔｒｕｄａｔｅの商品名で商業的に入手可能である。

ベンゼン供給材料は１時間当たり約７００，０００〜７５０，０００ポンドの速度で予備アルキル化反応器に加えられ、予備アルキル化反応器を介し、次いで主アルキル化系に通過する。ベンゼン供給材料は、予備アルキル化反応器に関して約１５〜２０時^−１のＬＨＳＶに等しい。

エチレンは予備アルキル化反応器及び主アルキル化系の両方に加えられる。エチレンは、予備アルキル化反応器及び主アルキル化系内の各触媒床に関し、典型的に１５：１〜２０：１の範囲のベンゼン：エチレンのモル比でプロセスに加えられる。予備アルキル化反応器及び主アルキル化系を含むプロセスは、典型的に２．７：１〜３．７：１の範囲の全体的なベンゼン：エチレンのモル比を有する。予備アルキル化反応器におけるエチルベンゼンへのベンゼンの転換は、１日当たり約百万ポンドの合計エチルベンゼン生産を生ずる。予備アルキル化反応器及び主アルキル化系を含むプロセスは、１日当たり約７百５０万ポンドのエチルベンゼンの全体的な生産速度を有する。

実施例１の最初の１５０日のオン−ストリーム（ｏｎ−ｓｔｒｅａｍ）の間、予備アルキル化反応器は断続的に用いられ、主アルキル化反応床は不活性化の有意な徴候を示した。約１５０日のオン−ストリームに、予備アルキル化反応器を一定の方法で用い、主アルキル化反応床は次の１００日に及んで不活性化の低下の徴候を示した。２５０日のオン−ストリームから３００日のオン−ストリームに、主アルキル化反応床は再活性化の徴候を示した。３００日のオン−ストリームから７００日のオン−ストリームに、主アルキル化反応床は認識可能な不活性化の徴候を示さず、予備床がベンゼン供給材料中に存在する毒を含有しているか、それと反応しているか、又はそれを不活性化していることを示した。

表１は、実施例１の最初の３００日から得られる選ばれたデータを提供している。データは、特定の位置で起こった（温度上昇の）、主アルキル化反応器床＃１における全体的
な温度上昇に対するパーセンテージとして与えられる。熱電対＃１（ＴＷ ＃１）は、主アルキル化反応器触媒床＃１の長さ中への約２１％の点における温度読み取り値を与え、それにより床の最初の２１％において起こった反応の量の指標を与えることができる。熱電対＃２（ＴＷ ＃２）は、主アルキル化反応器触媒床＃１を通って約５１％にある。表１中のデータは、最大パーセントが１００％に増加するように強制するための標準化が成されていない。１００％を超える値は、種々の計測器の間の温度読み取り値変動の故であり得る。

表１のデータにおける変動は、反応器を介する処理量の増加又は減少のような運転条件の故であり得る。１０／３／２００７から１０／９／２００７のような増加した処理量の場合、床＃１の温度上昇は約５０^ｏＦから約６４^ｏＦに増加した。この期間の間、ＴＷ ＃１における％上昇は３０％より小さい値に減少したが、この減少は触媒の不活性化の指標ではなく、単に増加した処理量の影響である。運転の変化により影響され得る特定のデータ点ではなくて、触媒活性化についての一般化された傾向を考慮するべきである。

主アルキル化反応器触媒床の温度分布は、どこで触媒反応が起きているか及び床の長さに沿った触媒不活性化の程度を示す。触媒が不活性化し、活性反応領域が活性である触媒に向かって床の長さを下って進むと共に、温度上昇分布が反応器を下って進行するのが観察され得る。例えばＴＷ ＃１におけるパーセント上昇が７０％である場合、その床全体を通じての合計温度上昇の約７０％が床の最初の２１％内で起こっている。後にＴＷ ＃１におけるパーセント上昇の値が４０％に減少したら、それは、温度上昇のわずか４０％が床長の最初の２１％内で起こっており、上昇の残る６０％が触媒床長の最初の２１％の後で起こっている程度まで、床の最初の２１％内の触媒が不活性化したことを示す。

実施例１の間に、Ｈ−ベータゼオライト触媒を含有する予備アルキル化反応器は、継続的を基本とする（ｏｎ ａ ｃｏｎｔｉｎｕａｌ ｂａｓｉｓ）５５０日を超える期間を含む７００日を超える期間、再生の必要なく稼働していた。図５は、実施例１の最初の７００日間の主アルキル化反応器触媒床のＴＷ ＃１及びＴＷ ＃２に関する温度傾向データを示す。示されるデータ点は、約１０日毎におけるパーセント上昇である。プラントの混乱又は異常な処理量があった日も、図５のグラフの作成に用いられなかった。図５は単に実施例１の結果における傾向を示すためであり、全く表１に取って替わると理解されるべきではない。Ｈ−ベータゼオライト触媒を含有する予備アルキル化反応器の継続的な使用のない最初の１５０日、ＴＷ ＃１（反応器の長さ中に２１％）におけるパーセント上昇は初期の７６％から約４５％に減少したが、ＴＷ ＃２（反応器の長さ中に５１％）におけるパーセント上昇は認識可能な減少を示さなかった。１５０日にＨ−ベータゼオライト触媒を含有する予備アルキル化反応器を継続的に使用すると、ＴＷ ＃１におけるパーセント上昇は、比較的急こう配ではない速度であるが約４０％に減少してから、約５０％に増加し、試験の残りの期間、一般的に約５０％〜５５％に留まった。

本明細書で種々の用語が用いられ、用いられる用語が本明細書で定義されてない限り（ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｔ）、それは、印刷出版物及び発行された特許中に反映される通り、関係する技術分野における者がその用語に与えてきた最も広い定義を与えられるべきである。

「活性」という用語は、標準的な条件の組において、反応の時間当たりプロセスで用いられる触媒の重量当たりに生産される生成物の量を指す（例えばグラム生成物／グラム触媒／時）。

「アルキル」という用語は、単結合した炭素及び水素原子のみから成る官能基又は側鎖、例えばメチル又はエチル基を指す。

「アルキル化」という用語は、別の分子へのアルキル基の付加を指す。

「転換率」という用語は、転換された投入材料のパーセンテージを指す。

「不活性化された触媒」という用語は、特定のプロセスにおいてもはや有効でないまでに、十分な触媒活性を失った触媒を指す。

「高毒供給流」という用語は、典型的に１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｂかもしくはそれより多くまでの範囲であり、典型的には平均で２０ｐｐｂ〜４０ｐｐｂであることができる量で触媒を不活性化する不純物を含有する供給流を指す。

「モレキュラーシーブ」という用語は、通常は結晶性の固定された開放網目構造を有す
る材料を指し、それは１種もしくはそれより多い成分の選択的な吸収により炭化水素又は他の混合物を分離するために用いられ得るか、あるいは接触転換法において触媒として用いられ得る。

「再活性化」という用語は、触媒活性の向上を指す。

「リサイクル」という用語は、系の産出流をプロセス内の同じ系又は他の系に投入流として戻すことを指す。当該技術分野における熟練者に既知のいずれの方法においても、例えば産出流を投入流と合わせることにより、又は産出流を系中に直接供給することにより、産出流を系にリサイクルすることができる。さらに、多数の投入流を当該技術分野における熟練者に既知のいずれかの方法で系に供給することができる。

「再生された触媒」という用語は、特定のプロセスにおいて有効であるのに十分な活性を回復した触媒を指す。そのような有効性は、個々のプロセスパラメーターにより決定される。

「再生」という用語は、触媒の活性が許容され得ないレベルに達した後に、触媒活性を取り戻す及び／又は触媒を再使用可能にするためのプロセスを指す。そのような再生の例には、例えば触媒床上に蒸気を通過させるか、又は炭素残留物を焼き払うことが含まれ得る。

「トランスアルキル化」という用語は、１つの芳香族分子から他の芳香族分子へのアルキル基の移動を指す。

「ゼオライト」という用語は、通常例えばいくらかのアルミニウム、ホウ素、ガリウム、鉄及び／又はチタンと一緒にケイ酸塩格子を含有するモレキュラーシーブを指す。以下の議論において、及び本開示全体を通じて、モレキュラーシーブ及びゼオライトという用語は多少互換的に用いられるであろう。当該技術分野における熟練者は、ゼオライトに関連する記載が、モレキュラーシーブと呼ばれるもっと一般的な種類の材料にも適用可能であることを認識するであろう。

状況に依存して、本明細書における「本発明」へのすべての言及は、いくつかの場合にある特定の態様のみを指し得る。他の場合それは、請求項の必ずしもすべてではないが１つもしくはそれより多くにおいて言及される主題を指し得る。前記は、本特許中の情報を入手可能な情報及び技術と組み合わせると、当該技術分野における通常の熟練者が本発明を作り且つ使用することを可能にするために含まれる本発明の態様、変形及び実施例に向けられているが、本発明はこれらの特定の態様、変形及び実施例にみに制限されない。本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の及びさらなる態様、変形及び実施例を案出することができる。

Claims (24)

1. アルキル化触媒を再活性化しながらアルキル化剤を用いて芳香族化合物をアルキル化することによるアルキル芳香族化合物の生産方法であって、
   少なくとも１つの主アルキル化反応器の上流に少なくとも１つの予備アルキル化反応器を含む少なくとも１つの反応領域を与え、ここで該少なくとも１つの予備アルキル化反応器はＨ−ベータゼオライト触媒を含有しており、該少なくとも１つの主アルキル化反応器はアルキル化触媒を含んでいる；
   芳香族化合物及びアルキル化剤を含んでなる供給流を反応領域に導入し；そして
   芳香族化合物の少なくとも一部をアルキル化条件下で反応させてアルキル芳香族化合物を生産する
   ことを含んでなり；
   ここで主アルキル化反応器の中のアルキル化触媒は、予備アルキル化反応器が継続的に稼働中である時に、アルキル化触媒をアルキル化触媒の再活性化のために非稼働状態にすることなく触媒再活性化を経験する方法。
2. 供給流が平均で少なくとも５ｐｐｂの、アンモニア、アミン化合物又はニトリルから選ばれる触媒毒をさらに含む請求項１の方法。
3. 供給流が平均で少なくとも３０ｐｐｂの、アンモニア、アミン化合物又はニトリルから選ばれる触媒毒をさらに含む請求項１の方法。
4. 供給流が平均で少なくとも７５ｐｐｂの、アンモニア、アミン化合物又はニトリルから選ばれる触媒毒をさらに含む請求項１の方法。
5. 少なくとも１つの反応領域内のＨ−ベータゼオライト触媒の量が少なくとも１,３６０
   ｋｇ（３,０００ポンド）である請求項１の方法。
6. 少なくとも１つの反応領域内のＨ−ベータゼオライト触媒の量が第１予備アルキル化反応器中において１,３６０ｋｇ〜２２,６７９ｋｇ（３,０００ポンド〜５０,０００ポンド）である請求項１の方法。
7. アルキル芳香族化合物生産量が１日当たり少なくとも２２.６７９万ｋｇ（５０万ポンド）である請求項１の方法。
8. アルキル芳香族化合物がエチレンベンゼンであり、芳香族化合物がベンゼンであり、アルキル化剤がエチレンである請求項１の方法。
9. 主アルキル化反応器が触媒不活性化を経験したアルキル化触媒を含み、少なくとも１つの予備アルキル化反応器におけるＨ−ベータゼオライト触媒の導入の後、主アルキル化反応器の中のアルキル化触媒が少なくとも１年間に及んでさらなる不活性化を経験しない請求項１の方法。
10. 主アルキル化反応器の中のアルキル化触媒が少なくとも１８ケ月間に及んでさらなる不活性化を経験しない請求項９の方法。
11. 主アルキル化反応器の中のアルキル化触媒が少なくとも２４ケ月間に及んでさらなる不活性化を経験しない請求項９の方法。
12. 少なくとも１つの予備アルキル化反応器が少なくとも１,３６０ｋｇ〜２２,６７９ｋｇ（３,０００ポンド〜５０,０００ポンド）の量でＨ−ベータゼオライト触媒を含有する請求項９の方法。
13. 少なくとも１つの主アルキル化反応器を非稼働状態にすることなく、少なくとも１つの予備アルキル化反応器の少なくとも一部を触媒再生のために迂回することができる請求項９の方法。
14. 少なくとも１つの反応領域がＨ−ベータゼオライト触媒及び少なくとも１種の他の触媒を含む混合触媒を含有する請求項１の方法。
15. 予備アルキル化反応器がＨ−ベータゼオライト触媒及び少なくとも１種の他の触媒を含む混合触媒を含有する請求項９の方法。
16. 主アルキル化反応器がＨ−ベータゼオライト触媒及び少なくとも１種の他の触媒を含む混合触媒を含有する請求項９の方法。
17. 不活性化を経験したアルキル化触媒の再活性化法であって
    不活性化を経験したアルキル化触媒を含有する第１の反応領域を与え；
    第１の反応領域の上流にＨ−ベータゼオライト触媒を含有する第２の反応領域を与え；ベンゼン及びエチレンを含んでなる供給流を反応領域に導入し；そして
    ベンゼンの少なくとも一部を第１及び第２の反応領域の両方においてアルキル化条件下でエチレンと反応させてエチルベンゼンを生産する
    ことを含んでなり、第２の反応領域が継続的に操作されている時に、アルキル化触媒は、アルキル化触媒をアルキル化触媒の再活性化のために非稼働状態にすることなく触媒再活性化を経験する方法。
18. 第２の反応領域が継続的に操作されている時に、アルキル化触媒がその活性化（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）の少なくとも１％を回復し、アルキル化触媒をアルキル化触媒の再活性化のために非稼働状態にすることがない請求項１７の方法。
19. 第２の反応領域が継続的に操作されている時に、アルキル化触媒がその活性化の少なくとも５％を回復し、アルキル化触媒をアルキル化触媒の再活性化のために非稼働状態にすることがない請求項１７の方法。
20. 供給流が平均で少なくとも５ｐｐｂの、アンモニア、アミン化合物又はニトリルから選ばれる触媒毒をさらに含む請求項１７の方法。
21. 供給流が平均で少なくとも３０ｐｐｂの、アンモニア、アミン化合物又はニトリルから選ばれる触媒毒をさらに含む請求項１７の方法。
22. 供給流が平均で少なくとも７５ｐｐｂの、アンモニア、アミン化合物又はニトリルから選ばれる触媒毒をさらに含む請求項１７の方法。
23. 第２の反応領域内のＨ−ベータゼオライト触媒の量が少なくとも１,３６０ｋｇ（３,０００ポンド）である請求項１７の方法。
24. 第２の反応領域内のＨ−ベータゼオライト触媒の量が第１予備アルキル化反応器中において１,３６０ｋｇ〜２２,６７９ｋｇ（３,０００ポンド〜５０,０００ポンド）である請求項１７の方法。

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