JP6538033B2 - 選択的水素化プロセス - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年６月２５日に出願された仮出願第６１／８３９，０９９号の優先権を主張し、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、ヒドロホルミル化プロセスへの供給ストリームを精製するためのプロセスに関する。

一般的に実践されるヒドロホルミル化プロセスは、オレフィンをＣＯ及び水素と反応させてアルデヒドを作製する。市販のオレフィン供給原料は、一般的にＭＡＰＰガスと称されるメチルアセチレン（プロピン）及びプロパジエン、ならびに１，３−ブタジエンといった不飽和の不純物を含有し得る。これらの不純物は、毒物質／阻害物質としてヒドロホルミル化触媒と強力に結合し得る。これらの不純物を除去するために、液体供給原料は、選択的水素化触媒を使用して低レベルの多価不飽和汚染物質を反応させるように設計された（ＭＡＰＰ床と称される）クリーンアップ床を通じて送られる場合がある。１，３−ブタジエンの濃度が高すぎる場合、従来のＭＡＰＰ床動作では、供給原料中に存在する線状（１−ブテン）を保護すると同時に、ヒドロホルミル化活性に有害であろうレベルを下回るようにその濃度を低減するのに不十分である。

不飽和炭化水素不純物の量をヒドロホルミル化供給原料から低減するための改善されたプロセスを有することが望ましくあるだろう。

本発明のプロセスは、オレフィンストリームの総重量に基づいて、２００ｐｐｍ〜２重量％の１，３−ブタジエンを含有する液相オレフィンストリームを、一酸化炭素の実質的な不在下で、単一の触媒及び水素と接触させることを含み、該接触は、（ａ）水素がプロセス中に、少なくとも２つの異なる水素供給点において供給され、少なくとも１つの供給点へ供給される水素の量は、ブタジエンの量に対して準化学量論的な量であるように、かつ（ｂ）プロセスの少なくとも１つの流出ストリームにおいて、１，３−ブタジエンの濃度を、１００ｐｐｍ未満まで低減するのに十分な水素化条件下で実施される、プロセスである。

驚くべきことに、反応の開始において単一の注入口を介して同量の水素を導入するのではなく、水素の段階的添加によって多成分Ｃ_４炭化水素ストリームから低レベルの１，３−ブタジエンを除去することにより、より多くの１−ブテンを保存しながらその１，３−ブタジエンがより低いレベルへ低減される。

本明細書で使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１つの」、及び「１つ以上の」は、交換可能に使用される。用語「含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、及びそれらの変化形は、これらの用語が説明及び特許請求項に現れる場合に、限定的な意味を有しない。したがって、例えば、「１つの（ａ）」疎水性ポリマーの粒子を含む水性組成物は、組成物が、「１つ以上の」疎水性ポリマーの粒子を含むという意味に解釈され得る。

また本明細書において、終点による数値範囲の列挙は、その範囲において包含される全ての数字を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５等を含む）。本発明の目的のため、当業者が、数値範囲がその範囲において含まれる全ての潜在的な部分範囲を含み、支持することを意図することを理解し得ることと一致することを理解されたい。例えば、１〜１００の範囲は、１．０１〜１００、１〜９９．９９、１．０１〜９９．９９、４０〜６０、１〜５５等を伝えることを意図する。

また、本明細書において、特許請求項におけるかかる列挙を含む数値範囲及び／または数値の列挙は、用語「約」を含むように解釈され得る。かかる例において、用語「約」は、本明細書で列挙されるものと実質的に同様である数値範囲及び／または数値を指す。

その反対が述べられるか、または文脈から暗示されない限り、全ての部及び百分率は、重量に基づき、全ての試験方法は、本出願の出願日現在のものである。米国特許実務の目的のため、いかなる参照特許の内容、特許出願、または公開が、特に定義（特に本開示で提供されるいかなる定義とも矛盾しない範囲で）及び当該技術分野における一般知識の開示に対するそれらの全てにおいて参照によって組み込まれる（またはその同等物の米国版が参照により確かに組み込まれる）。

本明細書で使用される場合、用語「ｐｐｍ」は、重量による百万分率を意味する。

本発明の目的のため、用語「炭化水素」は、少なくとも１つの水素及び１つの炭素原子を有する全ての許容可能な化合物を含むことを意図する。かかる許容可能な化合物はまた、１つ以上のヘテロ原子を有し得る。広い態様において、許容可能な炭化水素は、置換または非置換であり得る非環式（ヘテロ原子を伴う、または伴わない）及び環式の、分枝状及び非分枝状の、炭素環式及びヘテロ環式の、芳香族及び非芳香族の有機化合物を含む。

本明細書で使用される場合、用語「置換」は、特筆のない限り有機化合物の全ての許容可能な置換基を含むことを意図する。広い態様において、許容可能な置換基は、有機化合物の非環式及び環式、分枝状及び非分枝状、炭素環式及びヘテロ環式、芳香族及び非芳香族置換基を含む。例示的な置換基は、例えば、炭素の数が１〜２０個以上、好ましくは、１〜１２個の範囲であり得る、アルキル、アルキルオキシ、アリール、アリールオキシ、ヒドロキシアルキル、アミノアルキル、ならびにヒドロキシ、ハロ、及びアミノを含む。許容可能な置換基は、適切な有機化合物について１つ以上あり得、また同じであっても異なってもよい。本発明は、有機化合物の許容可能な置換基によっていかなる様式においても制限されることを意図しない。

本明細書で使用される場合、用語「ヒドロホルミル化」は、１つ以上の置換または非置換オレフィン化合物または１つ以上の置換または非置換オレフィン化合物を含む反応混合物を、１つ以上の置換または非置換アルデヒドまたは１つ以上の置換または非置換アルデヒドを含む反応混合物へと転換することを伴う全ての許容可能な不斉及び不斉でないヒドロホルミル化プロセスを含むが、これに限定されないことを意図する。

本発明の目的のため、ブタジエンの転換は、本プロセスへの供給材料中のブタジエンの濃度に基づき、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を使用して決定される。

本明細書の元素周期表及び様々な群の全ての参照は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，７２ｎｄ Ｅｄ．（１９９１−１９９２）ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，ａｔ ｐａｇｅＩ−１０で出版されたバージョンである。

「下流」とは、プロセスの要素が、参照プロセス要素のものの後に位置されるまたは実行されることを意味し、例えば、ヒドロホルミル化プロセスの抽出領域は、反応領域の後または下流に位置される分離領域の後または下流に位置される。

本発明のプロセスは、オレフィン、水素、及び触媒を採用する。

水素は、石油分解及び精製動作を含むいずれかの好適な資源から得られ得る。水素は、少量の他のガスを含有し得る。本発明の一実施形態において、採用される水素の総量は、少なくともオレフィン中に存在するジエンの全体量を水素化するのに十分な量である。

触媒は、ブタジエンの選択的水素化に好適ないずれの触媒であり得る。多くの水素化触媒が当業者に既知であり、多くが商業的に入手可能である。好適な触媒の例としては、白金、銀、金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、及びオスミウムを含む担持貴金属触媒が挙げられる。混合金属触媒が採用され得る。好適な担持体の例としては、他の金属酸化物系添加物または活性炭素を伴うまたは伴わない、アルミニウム、シリコン、及びチタンの酸化物が挙げられる。好ましい触媒の例は、アルミナに担持されるパラジウムである。触媒は触媒量で採用される。本発明の一実施形態において、触媒の量は、炭化水素の必要とされる処理量を処理するのに十分である。本発明の一実施形態において、単一の触媒のみが採用される。本発明の目的のために、用語「単一の触媒」は、均質の組成物の触媒だけではなく、反応領域へ負荷されるときに、組成物が触媒床を通じて触媒の存続期間中に均質または不均質のいずれかに変化する、本質的に均質な組成物を有する触媒も含む。

オレフィンは置換または非置換であり得、２〜４０個、好ましくは３〜２０個の炭素原子を含有する、任意に活性の（プロキラル及びキラル）及び非任意に活性の（アキラル）オレフィン性不飽和化合物を含む。これらの化合物が、米国第２０１０／００６９８０号において詳細に説明される。かかるオレフィン性不飽和化合物は、末端的にまたは内部的に不飽和であり、直鎖、分岐鎖、または環式構造、ならびにプロペン、ブテン、イソブテン等から得られるようなオレフィン混合物（例えば、米国第４，５１８，８０９号及び同第４，５２８，４０３号において開示されるような、いわゆる二量体の、三量体の、または四量体のプロピレン、及びその他同様のものなど）であり得る。非置換オレフィンが好まれる。好ましいオレフィンは、モノエチレン性不飽和であり、例えば、プロピレン、及び例えば１−ブテンと２−ブテンとの混合物といったブテンの混合物を含む。

本明細書で上述のように、オレフィン供給ストリームは、ヒドロホルミル化反応において有害である様々な多価不飽和炭化水素不純物を含有し得る。ブタジエンは、特に有害である。本発明の一実施形態において、本発明のプロセスへ供給されるオレフィンの１，３−ブタジエン含量は、オレフィン供給ストリームの総重量に基づいて、２００ｐｐｍ〜２重量％の１，３−ブタジエンである。本発明の一実施形態において、オレフィンストリームは、５０超〜最大９５重量％までのブテンといった、主にブテンを含む。オレフィンはまた、プロパン及びブタンといった溶解した不活性ガスを含有し得る。オレフィンは、当業者に既知であるような他の不純物を含有し得る。

本発明の一実施形態において、本発明のプロセスは、ジオレフィンを水素化するためのプロセスであり、本プロセスは、不純物を含むオレフィン供給ストリームの総重量に基づいて、２００ｐｐｍ〜２重量％の１，３−ブタジエンを含む液相オレフィンを、一酸化炭素の実質的に不在下で、単一の触媒及び水素と接触させることを含み、この接触は、（ａ）水素がプロセス中に、少なくとも２つの異なる水素供給点において供給されるように、かつ（ｂ）プロセスの少なくとも１つの流出ストリームにおいて、１，３−ブタジエンの濃度を５０ｐｐｍ未満まで低減するのに十分な水素化条件下で実施される。水素供給点といった少なくとも１つの供給点において、水素の量は、ブタジエンの量に対して準化学量論的な量である。

本発明の一実施形態において、水素供給点は、反応領域の長さに沿って異なる位置にある。例えば、第１の水素供給点は、第１の反応領域の前端にある一方で、少なくとも１つの後続の水素供給点は、最初の水素供給原料が、例えば水素化反応への参加を介して実質的に消耗されている反応領域内の地点といった、第１の水素供給点からの下流であり得る。別の実施例において、プロセスは、第１の反応領域が第１の反応器内にあり、第２の反応領域が第２の反応器内にあり得る等といったように構成され得る。一実施形態において、単一の反応器は複数の反応領域を含有し、その長さに沿って複数の水素供給点を有し得る。

本発明の目的のために、用語「異なる水素供給点」とは、１，３−ブタジエンの転換によって測定されるように、プロセスの長さに沿って異なる位置での供給点で水素が供給されることを意味する。本発明の一実施形態において、第１の供給点で、１，３−ブタジエンの転換は本質的に０である一方で、少なくとも１つの後続の供給点で、１，３−ブタジエンは例えば、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、またはそれ以上のように、０を超える。供給点の数は特に限定されないが、実際には、追加の供給点の費用は、追加の増加するプロセス結果と比較考量されるだろう。

本発明の一実施形態において、複数の反応領域が採用され、水素が２つ以上の反応領域へ分配されて、各反応領域内での１，３−ブタジエン除去に向けた水素化の選択性を最大限にする。水素が第１の反応領域内に完全に転換されるとき、水素は、所望の選択性を最大限にさせながら５０ｐｐｍを下回るまで１，３−ブタジエンの除去を達成するのに必要な数と同じだけ多くの追加の供給点へ添加される。

水素の総量は、有利に、単一の入口点へ添加されない。したがって、いずれの所与のプロセス供給点へ供給される水素は、最初のオレフィン供給ストリーム内に存在するジエンの全体量を水素化するのに必要とされる化学量論的な量未満である。

水素化は、１，３−ブタジエン含量の所望の低減をもたらす条件のいずれの設定下で、実施され得る。本発明の様々な実施形態において、水素化温度は、０〜１２０℃、または２０〜５０℃であり、圧力は４〜１４バール、または８〜１２バールである。本発明の一実施形態において、液時空間速度（ＬＨＳＶ）は、０．５〜５０ｈｒ^−１である。オレフィンは、有利に、液相内に供給される。

本発明のプロセスは、１，３−ブタジエン除去以上のレベルを達成するためにより少ない水素を必要とすることにより、ｎ−ブタンへ非選択的水素化から１−ブテンの損失を低減する。除去を達成するためにより少ない水素が必要とされるため、ｎ−ブタンへの１−ブテンの過水素化によって引き起こされる過剰な温度は生成されず、したがってシス及びトランス２−ブテンへの１−ブテンの異性化損失を最小限にする。

様々な実施形態において、本発明のプロセスは、１００ｐｐｍ未満、または５０ｐｐｍ未満、または４７ｐｐｍ未満の１，３−ブタジエン含量を有する生成物ストリームを産出する。例えば、生成物ストリームは、０〜最大１００ｐｐｍ未満、または０〜５０ｐｐｍの１，３−ブタジエンを含有し得る。本発明の一実施形態において、１，３−ブタジエンの量は、水素化反応器流出ストリーム内で、５〜５０ｐｐｍである。

本発明の特定の実施形態
次の実施例は、本発明を例示するために与えられ、その範囲を限定するように理解されるべきではない。

一般的な手順
全ての実施例について、混合されたＣ_４炭化水素ストリームは１／１６インチの押出成形物形式でアルファ−アルミナ（Ｓｕｄ Ｃｈｅｍｉｅ Ｇ６８−Ｅ）触媒上の前処理された０．１重量％のパラジウムが詰まった管を通じて、液体として通過される。試験の前に、触媒が前処理される。各床は、純窒素流下で、１２０℃まで加熱されて、いずれの水分を除去する。水素流が増加するにつれて、窒素は１５分以上、純水素が２００ｃｃ Ｈ_２／ｈｒ／ｃｃの触媒の製造者が推奨する速さで流れるまで、段階的様式で減少する。触媒は、窒素下での冷却に続いて、１２０℃で５時間、純水素下で浸漬される。各詰められた管は、質量流量計を介して、気体水素導入のためのＴ字管を用いて据付され、したがって「反応領域」を作成する。液体Ｃ_４炭化水素は、第１の反応領域の開始において導入されるのみである。各反応領域は、石英ウール／ガラズビーズを含有する領域の底にある注入口の３インチの混合領域、及び触媒の頂部に詰める１インチの石英ウールを含有する。床の圧力は、背圧調節器を用いて制御され、２００ｐｓｉｇ（１．３８ＭＰａ）である。反応前及び反応後領域床Ｃ_４ストリームのサンプリングは、０〜１００μＬのＶＩＣＩガスタイトシリンジを使用して、セプタムサンプリングを介して実行される。試料は、ＧＣによって分析される。最大Ｃ_５成分までの面積百分率正規化が、主要な定量化法として使用される。Ｃ_４液体の２つの分離した供給原料が使用される。比較実験１及び比較実験２について、供給組成物が表１で提示される。実施例３及び比較実験４について、供給原料組成物が表４で提示される。

比較実験１（本発明の実施形態ではない）
注記されるものを除いて、一般的な手順に従う。１／２インチのステンレス鋼管、３０．０ｇの触媒を持つ領域１、及び１１．３ｇの触媒を持つ領域２からなる、一連の２つの反応領域が作成される。外部加熱または冷却は反応領域へ適用されない。総Ｃ_４炭化水素流は、１５ｍＬ／時であり、全体的な液時空間速度（ＬＨＳＶ）１．４ｈｒ^−１（１時間当たりのｍＬのＣ_４流を触媒容積で割ったもの）を提供する。各反応領域は、０．６０ｍＬ／分の気体水素流を用いて供給され、したがって表２で示される水素と１，３−ブタジエンとのモル比を提供する。反応領域１の放出口の分析は、この実施例において実行されない。

「全体的な」ＬＨＳＶは、触媒の総容積（領域１＋領域２）に対する炭化水素ストリームの流速の比率によって計算され、各反応領域についてのＬＨＳＶは、総炭化水素流をその特定の領域についての触媒容積で割ることによって計算される。「全体的な」Ｈ_２／ＢＤ比は、領域１に進入するＢＤ量に対する添加される水素の総量（領域１＋領域２）として計算される。領域１内のＨ_２／ＢＤ比は、領域１のみに導入される水素を領域１に進入するＢＤ含量で割った比率として計算される。領域１を出るＢＤの量は、この実施例において測定されない。

ブタジエン濃度は、１８，７５２ｐｐｍから８７６ｐｐｍまで低減される。

比較実験２（本発明の実施形態ではない）
比較実験１で説明される２つの反応領域は、全ての水素流が注入口の反応領域１へ導入されることを除き、同様の様式で利用される、したがって同様の全体的なＬＨＳＶを維持する。水素の量が、比較実験２Ａ及びＢにおいて変形され、したがって同様のＬＨＳＶで異なるＨ_２／ＢＤ比を提供する、つまり一方のＨ_２／ＢＤ比は、比較実験１のものよりも低く、もう一方のＨ_２／ＢＤ比はより高い。表３は、この技術が１−３−ブタジエンを２６５７ｐｐｍ以上まで低減して、１−ブテンの４２〜５０％の損失、及びｎ−ブタンの多大な増加をもたらすことを示す。

実施例３
１／２インチのステンレス鋼管へ詰められた１０ｍＬのそれぞれの触媒（それぞれ約５ｇ）を含有する、一連の４つの反応領域が作成される。外部加熱または冷却は反応領域へ適用されない。総Ｃ_４炭化水素流は、２０２ｍＬ／時であり、５ｈｒ^−１の全体的なＬＨＳＶを提供する。各反応領域は、９ｍＬ／分の気体水素を用いて供給され、したがって表５で示されるように水素と１，３−ブタジエンとのモル比を提供する。領域放出口組成物は、表５で示される。

表５内のデータは、２３％の１−ブテン損失及び１．４１重量％のｎ−ブタンの増加を伴って、ブタジエン濃度が１７，５３３ｐｐｍから４５ｐｐｍまで低減されることを示す。

比較実験４（本発明の実施形態ではない）
４Ａ：実施例３で説明される４つの反応領域は、全ての水素流が注入口の反応領域１へ導入されること（３６ｍＬ／分）を除いて、同様の様式で利用される、したがって表３にあるような同様の全体的なＬＨＳＶ及び全体的なＨ_２／ＢＤ比を維持する。表６は、この技術が、１，３−ブタジエンを５５０ｐｐｍまで低減し、１−ブテンの４２％の損失、及びｎ−ブタンの２．３４重量％の増加をもたらすことを示す。
４Ｂ：比較実験４Ａは、より大きな触媒容積が使用されること（５００ｍＬのステンレス鋼瓶中に含有される４６５ｍＬの触媒）を除いて繰り返される、したがって、ＬＨＳＶを低減する。

比較実験４Ｂのブタジエン濃度は、莫大な量の触媒をほぼ使用することで１７，５３３ｐｐｍから４４０ｐｐｍまで低減される一方で、オレフィンストリームのための反応領域内でのより長い滞留時間を提供する。したがって、このプロセスは実施例３のプロセスとして効果的ではない。

先行のデータは、１つの反応領域の開始において、単一の注入口を介して同量の水素を導入するよりもむしろ、複数の反応領域への水素の段階的な添加による、多成分Ｃ₄オレフィンストリームからの１，３−ブタジエンの除去は、予期せずに、プロセスにおいてより多くの１−ブテンを保存しながら、１，３−ブタジエンをより低いレベルへ低減することを実証する。

本発明は、以下の態様を含む。
［１］
ジオレフィンを水素化するためのプロセスであって、液相オレフィンストリームの総重量に基づいて、２００ｐｐｍ〜２重量％の１，３−ブタジエンを含有する前記オレフィンストリームを、一酸化炭素の実質的な不在下で、単一の触媒及び水素と接触させることを含み、前記接触は、（ａ）前記水素が前記プロセス中に、少なくとも２つの異なる水素供給点において供給され、少なくとも１つの供給点へ供給される水素の量は、前記ブタジエンの量に対して準化学量論的な量であるように、かつ（ｂ）前記プロセスの少なくとも１つの流出ストリームにおいて、１，３−ブタジエンの濃度を、１００ｐｐｍ未満まで低減するのに十分な水素化条件下で実施される、前記プロセス。
［２］
前記オレフィンが１−ブテンを含む、［１］に記載の前記プロセス。
［３］
前記Ｈ ₂ が、前記液相中で本質的に完全に溶解される、［１］または［２］のいずれかに記載の前記プロセス。
［４］
前記第２の水素供給点における１，３−ブタジエンの転換は、少なくとも２０％である、［１］〜［３］のいずれかに記載の前記プロセス。
［５］
前記プロセスが、少なくとも３つの水素供給点を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の前記プロセス。
［６］
前記プロセスが、少なくとも４つの水素供給点を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の前記プロセス。
［７］
前記第２の水素供給点における１，３−ブタジエンの転換は、少なくとも４０％である、［１］〜［６］のいずれかに記載の前記プロセス。
［８］
前記水素化条件が、１，３−ブタジエンの濃度を５０ｐｐｍ未満に低減するのに十分である、［１］〜［７］のいずれかに記載の前記プロセス。
［９］
前記接触が、２つ以上の反応器内で実施される、［１］〜［８］のいずれかに記載の前記プロセス。
［１０］
前記接触が、単一の反応器内で実施される、［１］〜［８］のいずれかに記載の前記プロセス。
［１１］
前記流出ストリームが、ヒドロホルミル化プロセスへ送られる、［１］〜［１０］のいずれかに記載の前記プロセス。

Claims (9)

1. ジオレフィンを水素化するためのプロセスであって、液相オレフィンストリームの総重量に基づいて、２００ｐｐｍ〜２重量％の１，３−ブタジエンを含有する前記オレフィンストリームを、一酸化炭素の不在下で、単一の触媒及び水素と接触させることを含み、前記接触は、（ａ）前記水素が前記プロセス中に、少なくとも３つの異なる水素供給点において供給され、少なくとも１つの供給点へ供給される水素の量は、前記ブタジエンの量に対して準化学量論的な量であるように、かつ（ｂ）前記プロセスの少なくとも１つの流出ストリームにおいて、１，３−ブタジエンの濃度を、５０ｐｐｍ未満まで低減するのに十分な水素化条件下で実施される、前記プロセス。
2. 前記オレフィンが１−ブテンを含む、請求項１に記載の前記プロセス。
3. 前記Ｈ₂が、前記液相中で完全に溶解される、請求項１または２のいずれかに記載の前記プロセス。
4. 前記第２の水素供給点における１，３−ブタジエンの転換は、少なくとも２０％である、請求項１〜３のいずれかに記載の前記プロセス。
5. 前記プロセスが、少なくとも４つの水素供給点を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の前記プロセス。
6. 前記第２の水素供給点における１，３−ブタジエンの転換は、少なくとも４０％である、請求項１〜５のいずれかに記載の前記プロセス。
7. 前記接触が、２つ以上の反応器内で実施される、請求項１〜６のいずれかに記載の前記プロセス。
8. 前記接触が、単一の反応器内で実施される、請求項１〜６のいずれかに記載の前記プロセス。
9. 前記流出ストリームが、ヒドロホルミル化プロセスへ送られる、請求項１〜８のいずれかに記載の前記プロセス。