JPH08501082A - 芳香族アルキル化のための新規方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 使用する触媒の寿命を至適化しながら芳香族化合物をアルキル化する方法は、反応混合物中のアルキル化剤の量を芳香族化合物が常に過剰、好ましくは９９：１以上の過剰、さらに好ましくは９９９：１以上の過剰となるように調節することを含んでなる。アルキル化剤は間欠的又は多段式に導入し得る。

Description

【発明の詳細な説明】芳香族アルキル化のための新規方法 発明の背景 本発明は、アルキル化触媒の寿命を最大限に引き延ばすことのできる芳香族化 合物のアルキル化方法に関する。 従来のアルキル化法では、望ましくない重質生成物の生成を低減するため、芳 香族炭化水素及びアルキル化剤を芳香族炭化水素がアルキル化剤に対して僅かに 過剰（例えば約２：１〜２０：１）となるように一段階で添加するのが通例であ った。ただし、例えばＢｕｔｌｅｒ他の米国特許第４４００５７０号明細書に記 載されているように、芳香族炭化水素が過剰すぎるとモノアルキル化生成物の生 成量が落ちると信じられていたため、芳香族炭化水素の過剰度を低くすることが 好まれていた。しかし、例えばＳｔｅａｃｙの米国特許第４７６１５１３号明細 書にみられるように、複数の反応域の中間注入口からアルキル化剤を芳香族炭化 水素に対して、反応域に供給される原料中の芳香族炭化水素／アルキル化剤が１ ：１〜５０：１の範囲内のモル比となると同時にそのプロセスのクエンチング要 件が満足されるように添加することが提案されている。 芳香族化合物のアルキル化反応の触媒としては、固体酸触媒が一般的に使用さ れている。 固体酸触媒を使って芳香族炭化水素をアルキル化する際に従来遭遇していた重 大な問題の一つは、触媒が急速に失活してしまうことである。このような失活の 原因はアルキル化の反応機構そのものにあるように思われる。すなわち、アルキ ル化反応の最初の段階でアルキル化剤及び酸触媒からカルボニウムイオンが生成 し、反応の次の段階でカルボニウムイオンの若干が芳香族環に付加してアルキル 化プロセスが終了するが、その他のカルボニウムイオンは残留アルキル化剤と反 応して高分子量化合物を生成する。これらの高分子量化合物は芳香族化合物をア ルキル化してさらに分子量の大きな化合物を生じる可能性がある。このような高 分子量化合物は、アルキル化反応を触媒する酸性部位を永久にブロックして触媒 を失活させる可能性があるので、望ましくない。 芳香族炭化水素のアルキル化の際の酸触媒の失活の問題を解決するために数多 くの方法が試みられてきた。例えば、触媒の粒度を増大又は減少させること；触 媒失活後に漸次使用するための多段反応層；モノアルキル又はジアルキル生成物 を最初の反応混合物に再循環すること；並びに芳香族及びアルキル化剤と一緒に 蒸気を供給することなどが試みられている。発明の概要 本発明では、所定のモル比で存在する芳香族炭化水素とアルキル化剤の混合物 を芳香族炭化水素のアルキル化を起こすのに十分なアルキル化条件下で反応器中 のアルキル化触媒上に流通させることによって芳香族化合物をアルキル化する方 法にして、芳香族炭化水素のアルキル化剤に対するモル比をアルキル化反応中の アルキル化触媒の失活が低減又は最小限になるよう十分に高いレベルに調節する ことを特徴とする方法を提供する。芳香族炭化水素のアルキル化反応中に消費さ れるアルキル化剤を補充するために混合物にアルキル化剤を追加するのが好まし い。図面の簡単な説明 図１は、本発明にしたがってアルキル化剤の注入に用いるための複数の注入部 をもつ単一反応器の概略図である。 図２は、各反応器の直前にアルキル化剤の注入部をもつように直列連結した多 段反応器の概略図である。 図３は、例１に記載された通り、従来のアルキル化条件を用いたときの酸触媒 の失活速度を示すグラフである。反応生成物中に存在するアルキル化ｍ−キシレ ン、アルキル化エチルベンゼン及びアルキル化ｏ−キシレンの濃度を、反応器に 送入した供給原料の床体積（ｂｅｄ ｖｏｌｕｍｅ）の関数として図示した。こ れら３つの化合物の収量はいずれも時間経過とともに着実に減少しており、触媒 が徐々に失活していることが分かる。 図４は、例２に記載の実験の装置構成の概略図である。 図５は、例２に記載された通り、本発明の方法で用いた酸触媒の比較的安定な 活性を示すグラフである。生成物中に存在するアルキル化ｍ−キシレン、アルキ ル化エチルベンゼン及びアルキル化ｏ−キシレンの濃度を、反応器に送入した供 給原料の床体積の関数として図示した。これら３つの化合物の収量はいずれも時 間経過とともにゆっくりと減少するがその減少速度はいずれも図３に示す減少速 度よりも遅く、本発明を用いると触媒の失活が遅くなることを示している。 図６は、生成物中に存在するアルキル化エチルベンゼン、アルキル化ｍ−キシ レン及びアルキル化ｏ−キシレンの濃度を、反応器に送入した供給原料の床体積 の関数として示したグラフである。この触媒は、図５の条件下よりも短時間に失 活した。発明の詳細な説明 本発明は、芳香族化合物のアルキル化を増大させると同時に芳香族化合物のア ルキル化に用いる酸触媒の寿命を至適化するための方法を提供する。 本発明の方法では、反応混合物中のアルキル化剤の量を好ましくは芳香族化合 物が約９９：１以上の過剰となるようにし、反応を進行させながら芳香族化合物 が所望の過剰量に維持されるように消費されたアルキル化剤を複数の箇所から反 応器に補充して、触媒の寿命を効果的に引き延ばすようにする。例えば、アルキ ル化剤は芳香族化合物に対して間欠的又は多段式に導入すればよい。 連続操業法では、複数の注入部を備えた単一反応器を使用することができる。 別法として、複数の反応器を直列に連結してアルキル化剤を各反応器の入口の上 流に導入できるようにしてもよい。反応器は固定床式反応器であるのが好ましい 。 本発明のアルキル化法は、例えばベンゼン、トルエン、キシレンのような置換 又は未置換芳香族化合物など、基本的にどのような芳香族化合物のアルキル化反 応に際しても、多数の酸触媒の失活を最小限に抑制又は防止或いはその寿命を至 適化するのに有効である。 本発明で使用するのに適したアルキル化剤には、オレフィン、パラフィン及び アルコールからなる群から選択されるものが含まれる。好適なオレフィンの具体 例としてはブタン及びプロピレンが挙げられ、好適なパラフィンの具体例として はプロパン、ブタン、ペンタン及びヘキサンが挙げられ、アルコールの具体例と してはイソプロピルアルコール及びイソブチルアルコールが挙げられる。上記以 外の好適なアルキル化剤には、クロロブタンやクロロプロパンのようなハロゲン 化パラフィン類が含まれる。 アルキル化触媒の具体例には、ゼオライト、イオン交換樹脂、クレー、シリカ 、アルミナ、アルミノケイ酸塩及び固体酸のような酸触媒が含まれる。 好ましい具体的態様では、本発明はキシレン類及び／又はアルキルベンゼン類 のアルキル化触媒として用いられるゼオライトの失活を防止するために用いられ る。 本発明では、触媒に暴露すべき反応混合物は、本明細書中ではアルキル化可能 な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比として表して、好適には９９：１以上 、好ましくは約２００：１又は５００：１以上、さらに好ましくは約９００：１ 以上、最も好ましくは約９９９：１以上の、過剰の芳香族化合物とアルキル化剤 を含んでなる。アルキル化剤の濃度が高いと触媒の失活速度が増大することが判 明したので、アルキル化剤の濃度は低いほうが好ましい。例えば上記の調節を行 わない場合の触媒の活性寿命の１０倍以上活性が維持されるような状態にまで、 触媒の失活が軽減又は最小限になるような条件を用いるのが好ましい。 例えば、ゼオライト触媒を用いるキシレンのアルキル化反応に際して９９：１ 比の過剰の芳香族化合物を用いる場合、触媒は１日操業しただけで失活してしま う。しかし、約９９９：１比の過剰の芳香族化合物を用いると、触媒を２週間も の間活性な状態に維持しておくことができる。その他の触媒も同様の挙動をとる と予想される。本発明では、「過剰」芳香族化合物の量は、したがって、アルキ ル化触媒の失活の速度を抑制するために用いられるプラントの具体的必要性に応 じて選択して、触媒の失活が最小限となるか或いは触媒の寿命が至適化されるよ うにすればよい。 本発明は、アルキル化可能な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比を調節す ることによってアルキル化触媒の失活の速さを変えることができるという知見に 基づいている。さらに詳細には、アルキル化触媒の失活の速度がアルキル化可能 な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比と反比例して変化することが判明した 。本発明では、したがって、アルキル化触媒が再生を必要とする程度に失活する までの有効稼動期間が好適値となるようなアルキル化触媒の失活速度についての 、アルキル化可能な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比を予め求めておく。 例えば、最初にアルキル化可能な芳香族炭化水素とアルキル化剤の混合物を適当 な 所定のモル比で反応器に導入しておき、その反応器内で芳香族炭化水素のアルキ ル化を実施する。芳香族炭化水素のアルキル化が進行するにつれて、混合物中に 存在するアルキル化剤の量はアルキル化芳香族炭化水素生成物の生成に消費され る。したがって、混合物中の消費されたアルキル化剤を補充するためにアルキル 化剤を追加する。アルキル化剤は混合物に対して、図１又は図２に示す通り本発 明の実施について以下でさらに詳細に説明する通り、定期的又は間欠的に追加し てもよいし、或いは多段式に追加してもよい。混合物中の消費されたアルキル化 剤を補充するための追加アルキル化剤を添加する前に実質的にすべてのアルキル 化剤が消費され尽くすまで芳香族炭化水素のアルキル化を続行又は進行させても よいが、芳香族炭化水素のアルキル化が実質的に継続して起こり続けるだけの十 分量のアルキル化剤が存在し続けるようにアルキル化剤を追加するのが好ましい 。好ましくは、アルキル化剤の添加は、その結果得られるアルキル化可能な芳香 族炭化水素とアルキル化剤のモル比が反応器に最初に導入した混合物のモル比と 同じくらいになるようにする。大事なことは、アルキル化剤の濃度がアルキル化 には適してはいても実質的に触媒の失活を起こしてしまうようなレベルにまで達 してしまうようなことがアルキル化プロセスの最中に決して起こってはならない ことである。したがって、アルキル化剤の出発濃度はこのような失活レベルより も低くし、どの段階で補充するにしてもこのような失活レベルに達することが決 してないようにする。このことは、芳香族炭化水素の完全な転化に必要とされる すべての量のアルキル化剤が最初から存在しているのではなくて、反応が進行し て最初に存在していたアルキル化剤が消費された分だけ加えることを意味する。 本発明の実施操作の概略を図１及び図２に示すが、これらの図において、反応 混合物中に存在すべきアルキル化剤の濃度を「Ｃ」未満と仮定する。図１で、供 給原料（Ａ）は導管又は配管１４を通して単一反応器１０に入るが、反応器には 酸触媒床が充填されていて複数の段又は注入部１２ａ〜１２ｄが装備されている 。反応混合物中のアルキル化剤の濃度がＣ_m（又はそれ以下）となるような量の アルキル化剤を反応混合物に注入するために（ただし、「Ｃ_m」は存在するアル キル化剤の最大の好適濃度である）、注入部１２ａには生成原料が反応器に入る 手前に配管１４が取り付けられていている。反応器１０は、注入部１２ａ〜 １２ｄ以外にも、芳香族化合物のアルキル化に適した温度及び圧力、例えば５０ ０℃（９３２°Ｆ）以下の温度及び６．８９ＭＰａｇ（１０００ｐｓｉｇ）以下 の圧力を供給するための手段を有している（図示せず）。本発明による芳香族炭 化水素のアルキル化は、約５００℃未満、さらに好ましくは約１０℃〜約３００ ℃の範囲内の温度、大気圧以下の圧力から約６．８９ＭＰａｇ（１０００ｐｓｉ ｇ）までの範囲内の圧力、及び約０．１〜約１００の範囲内の液体時間空間速度 （ＬＨＳＶ）を含めたアルキル化条件のもとで実施される。ただし、個々のアル キル化反応に適するように温度などのアルキル化条件を変えることもできる。 反応混合物が反応器１０に送入されてアルキル化剤が芳香族炭化水素原料と反 応するにつれて、反応混合物は第２注入部１２ｂを通過するが、この第２注入部 １２ｂから、反応混合物中のアルキル化剤の濃度が結果的にＣ_m以下となるよう な量のアルキル化剤を注入する。各注入部１２ａ〜１２ｄにおけるアルキル化剤 の注入量はほぼＣ_mを超えないように注意深く調節又はモニターする。無論、反 応器１０には任意の数の注入部１２ａ〜１２ｄを設けてもよい。いったん反応混 合物を反応器１０に送入すると、生成物（Ｃ）は配管１６を通して反応器１０か ら吐出される。 図２は、本発明にしたがってアルキル化剤を間欠的に注入するための別の手段 の概略を示す図であり、反応器１８，２０及び２２を直列に取り付ける。生成原 料（Ａ）は導管又は配管２４を通して最初の反応器１８に入るが、この反応器に は生成原料が反応器１８に入る手前で生成原料にアルキル化剤を注入するための 注入部２６が設けられている。 排出流は導管又は配管２８を通して第１の反応器１８を出るが、この導管又は 配管２８は反応器１８の排出流を第２の反応器２０に供給するための役目も果た す。導管２８には注入部３０が設けられており、この注入部３０は注入部２６と 同様に反応器２０の上流の導管２８に設置される。 排出流は導管又は配管３２を通して反応器２０から排出され、生成原料が反応 器２２に入る手前でアルキル化剤が注入部３４を通してＣ_m以下の濃度で追加さ れ、次いで排出流（Ｃ）が配管３６を通して反応器２２から吐出される。無論、 具体的必要性に応じて必要なだけの数（多くても少なくてもよい）の反応器を列 に加えてもよい。例１ 例１では、従来の一段固定床式アルキル化プロセスで通常起こる触媒の失活の 問題を説明する。このアルキル化プロセスでは、イソブチレンをアルキル化剤と して用いるｐ−キシレン（ＰＸと略す）の媒質中でｍ−キシレン（ＭＸと略す） 又はｏ−キシレン（ＯＸと略す）とエチルベンゼン（ＥＢと略す）が選択的にア ルキル化された。立体障害のため、イソブチレンはＰＸよりもＭＸ、ＯＸ及びＥ Ｂに対して高いアルキル化選択性を有する。原料には、９９．７４６％のＰＸ、 ０．１３７％のＭＸ、０．０６７％のＥＢ及び０．０５０％のＯＸが含まれてい た。ＵＯＰ社製の水素形ゼオライトＹ（ＬＺＹ−８４）を触媒として１．２７× ８．８９ｃｍ（１／２×３・１／２インチ）のステンレス鋼製反応器に充填した 。９９．７０％の原料と０．３０％のイソブチレンの混合物を、ＩＬＨＳＶ（液 体時間空間速度）、３４４．７５ｋＰａｇ（５０ｐｓｉｇ）及び２２℃（７１． ６゜Ｆ）で反応器に送入した。反応生成物を定期的に回収して、キシレン及びア ルキル化キシレンの分布を分析した。図３に、生成物中のアルキル化されたＭＸ 、ＥＢ及びＯＸ（ＭＸ−Ａ，ＥＢ−Ａ，ＯＸ−Ａ）の濃度を反応器に送入した原 料の床体積（ＢＶ）の関数として示すが、この図から、３種類の化合物すべての 収量が時間経過とともに減少し、触媒が徐々に失活されていることが分かる。例２ この例では触媒の安定性及び収量に関する本発明の利点を説明する。図４は、 この例で用いた装置構成の概略図であり、１．２７×４．４４５ｃｍ（１／２× １・３／４インチ）の２基の反応器４０，４２を直列に配置した。これら２基の 反応器の各々の容積は例１の反応器容積の正確に半分であった。例１で用いたも のと同じキシレン流を原料として使用した。９９．９０％の原料と０．１０％の イソブチレンの混合物（Ａ）を配管４６から、２ＬＨＳＶ、３４４．７５ｋＰａ ｇ（５０ｐｓｉｇ）及び２２℃（７１．６゜Ｆ）で最初の反応器４０に送入した 。最初の反応器４０からの排出流を次に配管５０を介して貯蔵タ ンク４８に送入した。送入タンク４８において、０．０６％のイソブチレン（Ｂ ）を生成原料に追加した。生成原料流を次にポンプ５２で貯蔵タンク４８から配 管５４を介して第２反応器４２に送入し、第１反応器４０と同じ条件に維持し、 次いで配管５６を通して最終生成物（Ｃ）を吐出した。各反応器に対する各々の 流速は２ＬＨＳＶであったが、直列した２基の反応器に対する全体的流速はＩＬ ＨＳＶであった。アルキル化されたＭＸ、ＥＢ及びＯＸ（ＭＸ−Ａ，ＥＢ−Ａ， ＯＸ−Ａ）の濃度を図５にプロットしたが、この図は、本発明がイソブチレンの もっと効率的な使用法（０．１６％対０．３０％）を例１と同様の初期収量で提 供するとともに、３種類の化合物すべてについて収量が比較的安定であることで 実証されているように触媒の安定性が増大することを示している。例３ この例では、反応を段階化せずに、炭化水素／イソブチレン比を９９：１とし て行ったアルキル化の結果を説明する。炭化水素原料には、９８．９８％のｐ− キシレン、０．４９％のｍ−キシレン、０．３３％のエチルベンゼン及び０．２ ０％のｏ−キシレンが含まれていた。９９．００％の炭化水素原料と１．００％ のイソブチレンの混合物を、ＬＺＹ−８４触媒を充填した１．２７×４．４４５ ｃｍ（１／２×１・３／４インチ）のステンレス鋼製反応器に、ＩＬＨＳＶ、３ ４４．７５ｋＰａｇ（５０ｐｓｉｇ）及び２２℃で送入した。反応生成物を定期 的に回収して、キシレン及びアルキル化キシレンの分布を分析した。図６に、反 応生成物中に存在するアルキル化されたエチルベンゼン、ｍ−キシレン及びｏ− キシレンの濃度を反応器に送入した原料の床体積の関数として示すが、この図か ら、この触媒が例２の条件下よりも早く失活していることが分かる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年６月３０日 【補正内容】 特許協力条約第３４条(2)(b)に規定に基づく補正書における補正の対象及び補正 の内容は以下の通りである。 １．国際出願時における明細書第２頁から第７頁までの差替え（特許法第１８ ４条の４に規定する翻訳文第１頁２６行「さらに分子量の大きな化合物・・・」 から第６頁１１行「・・・反応するにつれて、」までの部分に該当する）。 ２．国際出願時における明細書第９頁から第１０頁までの差替え（特許法第１ ８４条の４に規定する翻訳文第７頁３行「例１」から第８頁２２行「・・・分か る。」までの部分に該当する）。 ３．国際出願時における請求の範囲（第１１頁及び第１２頁）の差替え（特許 法第１８４条の４に規定する翻訳文第９頁及び第１０頁、具体的には請求の範囲 全体に該当する）。 さらに分子量の大きな化合物を生じる可能性がある。このような高分子量化合物 は、アルキル化反応を触媒する酸性部位を永久にブロックして触媒を失活させる 可能性があるので、望ましくない。 芳香族炭化水素のアルキル化の際の酸触媒の失活の問題を解決するために数多 くの方法が試みられてきた。例えば、触媒の粒度を増大又は減少させること；触 媒失活後に漸次使用するための多段反応層；モノアルキル又はジアルキル生成物 を最初の反応混合物に再循環すること；並びに芳香族及びアルキル化剤と一緒に 蒸気を供給することなどが試みられている。 欧州特許出願公開第０４３３９３２号には、ベンゼン又は置換ベンゼンのアル キル化に、シリカ／アルミナモル比が３０：１以上で対称性指数が１以上の結晶 構造をもつ酸性モルデナイト型ゼオライトを不活性シリカバインダーと共に含ん でなる新触媒を用いることが記載されている。ベンゼン／アルキル化剤の比とし て１０：１〜３：１が教示されており、アルキル化剤は所望の転化度になるまで 必要に応じて導入し得る。 欧州特許出願公開第００１２５１４号には、アルキル化プロセスを、１００〜 ３００℃の比較的低温の液相においてゼオライト触媒を用いて実施することが教 示されている。好適な芳香族化合物／アルキル化剤のモル比２０：１〜１：１で あり、表ＸＶにはベンゼン／プロピレンについての重量時間空間速度として３１ ．０／１．８、３０／２４及び１５．４／１．２が例示されている。発明の概要 本発明では、所定のモル比で存在する芳香族炭化水素とアルキル化剤の混合物 を芳香族炭化水素のアルキル化を起こすのに十分なアルキル化条件下で反応器中 のアルキル化触媒上に流通させることによって芳香族化合物をアルキル化する方 法にして、アルキル化反応中のアルキル化触媒の失活を低減又は最小限にするた めに芳香族炭化水素のアルキル化剤に対するモル比を９９：１以上のレベルに調 節することを特徴とする方法を提供する。図面の簡単な説明 図１は、本発明にしたがってアルキル化剤の注入に用いるための複数の注入部 をもつ単一反応器の概略図である。 図２は、各反応器の直前にアルキル化剤の注入部をもつように直列連結した多 段反応器の概略図である。 図３は、例１に記載された通り、従来のアルキル化条件を用いたときの酸触媒 の失活速度を示すグラフである。反応生成物中に存在するアルキル化ｍ−キシレ ン、アルキル化エチルベンゼン及びアルキル化ｏ−キシレンの濃度を、反応器に 送入した供給原料の床体積（ｂｅｄ ｖｏｌｕｍｅ）の関数として図示した。こ れら３つの化合物の収量はいずれも時間経過とともに着実に減少しており、触媒 が徐々に失活していることが分かる。 図４は、例２に記載の実験の装置構成の概略図である。 図５は、例２に記載された通り、本発明の方法で用いた酸触媒の比較的安定な 活性を示すグラフである。生成物中に存在するアルキル化ｍ−キシレン、アルキ ル化エチルベンゼン及びアルキル化ｏ−キシレンの濃度を、反応器に送入した供 給原料の床体積の関数として図示した。これら３つの化合物の収量はいずれも時 間経過とともにゆっくりと減少するがその減少速度はいずれも図３に示す減少速 度よりも遅く、本発明を用いると触媒の失活が遅くなることを示している。 図６は、生成物中に存在するアルキル化エチルベンゼン、アルキル化ｍ−キシ レン及びアルキル化ｏ−キシレンの濃度を、反応器に送入した供給原料の床体積 の関数として示したグラフである。この触媒は、図５の条件下よりも短時間に失 活した。発明の詳細な説明 本発明は、芳香族化合物のアルキル化を増大させると同時に芳香族化合物のア ルキル化に用いる酸触媒の寿命を至適化するための方法を提供する。 本発明の方法では、反応混合物中のアルキル化剤の量を芳香族化合物が９９： １以上の過剰となるようにし、反応を進行させながら芳香族化合物が所望の過剰 量に維持されるように消費されたアルキル化剤を複数の箇所から反応器に補充し て、 触媒の寿命を効果的に引き延ばすようにする。例えば、アルキル化剤は芳香族化 合物に対して間欠的又は多段式に導入すればよい。 連続操業法では、複数の注入部を備えた単一反応器を使用することができる。 別法として、複数の反応器を直列に連結してアルキル化剤を各反応器の入口の上 流に導入できるようにしてもよい。反応器は固定床式反応器であるのが好ましい 。 本発明のアルキル化法は、例えばベンゼン、トルエン、キシレンのような置換 又は未置換芳香族化合物など、基本的にどのような芳香族化合物のアルキル化反 応に際しても、多数の酸触媒の失活を最小限に抑制又は防止或いはその寿命を至 適化するのに有効である。 本発明で使用するのに適したアルキル化剤には、オレフィン、パラフィン及び アルコールからなる群から選択されるものが含まれる。好適なオレフィンの具体 例としてはブテン及びプロピレンが挙げられ、好適なパラフィンの具体例として はプロパン、ブタン、ペンタン及びヘキサンが挙げられ、アルコールの具体例と してはイソプロピルアルコール及びイソブチルアルコールが挙げられる。上記以 外の好適なアルキル化剤には、クロロブタンやクロロプロパンのようなハロゲン 化パラフィン類が含まれる。 アルキル化触媒の具体例には、ゼオライト、イオン交換樹脂、クレー、シリカ 、アルミナ、アルミノケイ酸塩及び固体酸のような酸触媒が含まれる。 好ましい具体的態様では、本発明はキシレン類及び／又はアルキルベンゼン類 のアルキル化触媒として用いられるゼオライトの失活を防止するために用いられ る。 本発明では、触媒に暴露すべき反応混合物は、本明細書中ではアルキル化可能 な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比として表して、 ９９：１以上、好ましくは２００：１又は５００：１以上、さらに好ましくは９ ００：１以上、最も好ましくは９９９：１以上の、過剰の芳香族化合物とアルキ ル化剤を含んでなる。アルキル化剤の濃度が高いと触媒の失活速度が増大するこ とが判明したので、アルキル化剤の濃度は低いほうが好ましい。例えば上記の調 節を行わない場合の触媒の活性寿命の１０倍以上活性が維持されるような状態に まで、触媒の失活が軽減又は最小限になるような条件を用いるのが好ましい。 例えば、ゼオライト触媒を用いるキシレンのアルキル化反応に際して９９：１ 比の過剰の芳香族化合物を用いる場合、触媒は１日操業しただけで失活してしま う。しかし、約９９９：１比の過剰の芳香族化合物を用いると、触媒を２週間も の間活性な状態に維持しておくことができる。その他の触媒も同様の挙動をとる と予想される。本発明では、「過剰」芳香族化合物の量は、したがって、アルキ ル化触媒の失活の速度を抑制するために用いられるプラントの具体的必要性に応 じて選択して、触媒の失活が最小限となるか或いは触媒の寿命が至適化されるよ うにすればよい。 本発明は、アルキル化可能な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比を調節す ることによってアルキル化触媒の失活の速さを変えることができるという知見に 基づいている。さらに詳細には、アルキル化触媒の失活の速度がアルキル化可能 な芳香族炭化水素とアルキル化剤のモル比と反比例して変化することが判明した 。本発明では、したがって、 アルキル化触媒が再生を必要とする程度に失活するまでの有効稼動期間が好適値 となるようなアルキル化触媒の失活速度についての、アルキル化可能な芳香族炭 化水素とアルキル化剤のモル比を予め求めておく。例えば、最初にアルキル化可 能な芳香族炭化水素とアルキル化剤の混合物を９９：１以上の適当な所定モル比 で反応器に導入しておき、その反応器内で芳香族炭化水素のアルキル化を実施す る。芳香族炭化水素のアルキル化が進行するにつれて、混合物中に存在するアル キル化剤の量はアルキル化芳香族炭化水素生成物の生成に消費される。したがっ て、混合物中の消費されたアルキル化剤を補充するためにアルキル化剤を追加す る。アルキル化剤は混合物に対して、図１又は図２に示す通り本発明の実施につ いて以下でさらに詳細に説明する通り、定期的又は間欠的に追加してもよいし、 或いは多段式に追加してもよい。混合物中の消費されたアルキル化剤を補充する ための追加アルキル化剤を添加する前に実質的にすべてのアルキル化剤が消費さ れ尽くすまで芳香族炭化水素のアルキル化を続行又は進行させてもよいが、芳香 族炭化水素のアルキル化が実質的に継続して起こり続けるだけの十分量のアルキ ル化剤が存在し続けるようにアルキル化剤を追加するのが好ましい。好ましくは 、アルキル化剤の添加は、その結果得られるアルキル化可能な芳香族炭化水素と アルキル化剤のモル比が反応器に最初に導入した混合物のモル比と同じくらいに なるようにする。大事なことは、アルキル化剤の濃度がアルキル化には適しては いても実質的に触媒の失活を起こしてしまうようなレベルにまで達してしまうよ うなことがアルキル化プロセスの最中に決して起こってはならないことである。 したがって、アルキル化剤の出発濃度はこのような失活レベルよりも低くし、ど の段階で補充するにしてもこのような失活レベルに達することが決してないよう にする。 このことは、芳香族炭化水素の完全な転化に必要とされるすべての量のアルキル 化剤が最初から存在しているのではなくて、反応が進行して最初に存在していた アルキル化剤が消費された分だけ加えることを意味する。 本発明の実施操作の概略を図１及び図２に示すが、これらの図において、反応 混合物中に存在すべきアルキル化剤の濃度を「Ｃ」未満と仮定する。図１で、供 給原料（Ａ）は導管又は配管１４を通して単一反応器１０に入るが、反応器には 酸触媒床が充填されていて複数の段又は注入部１２ａ〜１２ｄが装備されている 。反応混合物中のアルキル化剤の濃度がＣ_m（又はそれ以下）となるような量の アルキル化剤を反応混合物に注入するために（ただし、「Ｃ_m」は存在するアル キル化剤の最大の好適濃度である）、注入部１２ａには生成原料が反応器に入る 手前に配管１４が取り付けられていている。反応器１０は、注入部１２ａ〜１２ ｄ以外にも、芳香族化合物のアルキル化に適した温度及び圧力、例えば５００℃ （９３２゜Ｆ）以下の温度及び６．８９ＭＰａｇ（１０００ｐｓｉｇ）以下の圧 力を供給するための手段を有している（図示せず）。本発明による芳香族炭化水 素のアルキル化は、５００℃未満、さらに好ましくは１０℃〜３００℃の範囲内 の温度、及び／又は大気圧以下の圧力から６．８９ＭＰａｇ（１０００ｐｓｉｇ ）までの範囲内の圧力、及び／又は約０．１〜約１００の範囲内の液体時間空間 速度（ＬＨＳＶ）を含めたアルキル化条件のもとで実施される。ただし、個々の アルキル化反応に適するように温度などのアルキル化条件を変えることもできる 。 反応混合物が反応器１０に送入されてアルキル化剤が芳香族炭化水素原料と反 応するにつれて、例１（比較例） 例１では、従来の一段固定床式アルキル化プロセスで通常起こる触媒の失活の 問題を説明する。このアルキル化プロセスでは、イソブチレンをアルキル化剤と して用いるｐ−キシレン（ＰＸと略す）の媒質中でｍ−キシレン（ＭＸと略す） 又はｏ−キシレン（ＯＸと略す）とエチルベンゼン（ＥＢと略す）が選択的にア ルキル化された。立体障害のため、イソブチレンはＰＸよりもＭＸ、ＯＸ及びＥ Ｂに対して高いアルキル化選択性を有する。原料には、９９．７４６％のＰＸ、 ０．１３７％のＭＸ、０．０６７％のＥＢ及び０．０５０％のＯＸが含まれてい た。ＵＯＰ社製の水素形ゼオライトＹ（ＬＺＹ−８４）を触媒として１．２７× ８．８９ｃｍ（１／２×３・１／２インチ）のステンレス鋼製反応器に充填した 。９９．７０％の原料と０．３０％のイソブチレンの混合物を、ＩＬＨＳＶ（液 体時間空間速度）、３４４．７５ｋＰａｇ（５０ｐｓｉｇ）及び２２℃（７１． ６゜Ｆ）で反応器に送入した。反応生成物を定期的に回収して、キシレン及びア ルキル化キシレンの分布を分析した。図３に、生成物中のアルキル化されたＭＸ 、ＥＢ及びＯＸ（ＭＸ−Ａ，ＥＢ−Ａ，ＯＸ−Ａ）の濃度を反応器に送入した原 料の床体積（ＢＶ）の関数として示すが、この図から、３種類の化合物すべての 収量が時間経過とともに減少し、触媒が徐々に失活されていることが分かる。例２（実施例） この例では触媒の安定性及び収量に関する本発明の利点を説明する。図４は、 この例で用いた装置構成の概略図であり、１．２７×４．４４５ｃｍ（１／２× １・３／４インチ）の２基の反応器４０，４２を直列に配置した。これら２基の 反応器の各々の容積は例１の反応器容積の正確に半分であった。例１で用いたも のと同じキシレン流を原料として使用した。９９．９０％の原料と０．１０％の イソブチレンの混合物（Ａ）を配管４６から、２ＬＨＳＶ、３４４．７５ｋＰａ ｇ（５０ｐｓｉｇ）及び２２℃（７１．６゜Ｆ）で最初の反応器４０に送入した 。 最初の反応器４０からの排出流を次に配管５０を介して貯蔵タンク４８に送入し た。送入タンク４８において、０．０６％のイソブチレン（Ｂ）を生成原料に追 加した。生成原料流を次にポンプ５２で貯蔵タンク４８から配管５４を介して第 ２反応器４２に送入し、第１反応器４０と同じ条件に維持し、次いで配管５６を 通して最終生成物（Ｃ）を吐出した。各反応器に対する各々の流速は２ＬＨＳＶ であったが、直列した２基の反応器に対する全体的流速はＩＬＨＳＶであった。 アルキル化されたＭＸ、ＥＢ及びＯＸ（ＭＸ−Ａ，ＥＢ−Ａ，ＯＸ−Ａ）の濃度 を図５にプロットしたが、この図は、本発明がイソブチレンのもっと効率的な使 用法（０．１６％対０．３０％）を例１と同様の初期収量で提供するとともに、 ３種類の化合物すべてについて収量が比較的安定であることで実証されているよ うに触媒の安定性が増大することを示している。例３（比較例） この例では、反応を段階化せずに、炭化水素／イソブチレン比を９９：１とし て行ったアルキル化の結果を説明する。炭化水素原料には、９８．９８％のｐ− キシレン、０．４９％のｍ−キシレン、０．３３％のエチルベンゼン及び０．２ ０％のｏ−キシレンが含まれていた。９９．００％の炭化水素原料と１．００％ のイソブチレンの混合物を、ＬＺＹ−８４触媒を充填した１．２７×４．４４５ ｃｍ（１／２×１・３／４インチ）のステンレス鋼製反応器に、ＩＬＨＳＶ、３ ４４．７５ｋＰａｇ（５０ｐｓｉｇ）及び２２℃で送入した。反応生成物を定期 的に回収して、キシレン及びアルキル化キシレンの分布を分析した。図６に、反 応生成物中に存在するアルキル化されたエチルベンゼン、ｍ−キシレン及びｏ− キシレンの濃度を反応器に送入した原料の床体積の関数として示すが、この図か ら、この触媒が例２の条件下よりも早く失活していることが分かる。請求の範囲 １．所定のモル比で存在する芳香族炭化水素とアルキル化剤の混合物を芳香族炭 化水素のアルキル化を起こすのに十分なアルキル化条件下で反応器中のアルキル 化触媒上に流通させることによって芳香族化合物をアルキル化する方法にして、 アルキル化反応中のアルキル化触媒の失活を低減又は最小限にするために芳香族 炭化水素のアルキル化剤に対するモル比を９９：１以上のレベルに調節すること を特徴とする方法。 ２．請求項１記載の方法において、混合物に対してアルキル化剤を、１基の単流 式反応器の複数の帯域にて逐次追加することを特徴とする方法。 ３．請求項１記載の方法において、混合物に対してアルキル化剤を、一連の多段 式反応器の各反応器にて逐次追加することを特徴とする方法。 ４．請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法において、前記モル比を２ ００：１以上、好ましくは５００：１以上、さらに好ましくは９００：１以上の レベルに調節することを特徴とする方法。 ５．請求項４記載の方法において、前記モル比を９９９：１以上のレベルに調節 することを特徴とする方法。 ６．請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法において、前記アルキル化 条件が、約１０℃〜３００℃の温度、及び／又は大気圧以下の圧力から６．８９ ＭＰａｇ（１０００ｐｓｉｇ）までの圧力、及び／又は０．１〜１００のＬＨＳ Ｖを含んでなることを特徴とする方法。 ７．請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法において、前記反応器が固 定床式反応器であることを特徴とする方法。 ８．請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法において、前記芳香族炭化 水素がキシレンを含んでなることを特徴とする方法。 ９．請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法において、前記触媒が酸触 媒であることを特徴とする方法。 １０．請求項９記載の方法において、前記触媒がゼオライトであることを特徴と する方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定のモル比で存在する芳香族炭化水素とアルキル化剤の混合物を芳香族炭 化水素のアルキル化を起こすのに十分なアルキル化条件下で反応器中のアルキル 化触媒上に流通させることによって芳香族化合物をアルキル化する方法にして、 芳香族炭化水素のアルキル化剤に対するモル比をアルキル化反応中のアルキル化 触媒の失活が低減されるよう十分に高いレベルに調節することを特徴とする方法 。 ２．請求項１記載の方法において、前記モル比の調節を、芳香族炭化水素のアル キル化の際に消費されたアルキル化剤を補充するためのアルキル化剤をアルキル 化の進行度に応じて混合物に追加することによって遂行することを特徴とする方 法。 ３．請求項２記載の方法において、混合物に対してアルキル化剤を、１基の単流 式反応器の複数の帯域にて逐次追加することを特徴とする方法。 ４．請求項２記載の方法において、混合物に対してアルキル化剤を、一連の多段 式反応器の各反応器にて逐次追加することを特徴とする方法。 ５．請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法において、前記モル比を９ ９：１以上のレベルに調節することを特徴とする方法。 ６．請求項５記載の方法において、前記モル比を２００：１以上、好ましくは５ ００：１以上、さらに好ましくは９００：１以上のレベルに調節することを特徴 とする方法。 ７．請求項６記載の方法において、前記モル比を９９９：１以上のレベルに調節 することを特徴とする方法。 ８．請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法において、前記アルキル化 条件が、約１０℃〜３００℃の温度、及び／又は大気圧以下の圧力から６．８９ ＭＰａｇ（１０００ｐｓｉｇ）までの圧力、及び／又は０．１〜１００のＬＨＳ Ｖを含んでなることを特徴とする方法。 ９．請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法において、前記反応器が固 定床式反応器であることを特徴とする方法。 １０．請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の方法において、前記芳香族炭 化水素がキシレンを含んでなることを特徴とする方法。 １１．請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法において、前記触媒が 酸触媒であることを特徴とする方法。 １２．請求項１１記載の方法において、前記触媒がゼオライトであることを特徴 とする方法。 １３．請求項６乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法において、触媒の失活 が、前記調節を行わない場合の触媒の活性寿命の１０倍以上に活性が維持される ような状態まで低減されることを特徴とする方法。