JPH0930991A - 脂肪族アルキル化の液体触媒 - Google Patents

脂肪族アルキル化の液体触媒

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JPH0930991A
JPH0930991A JP8189091A JP18909196A JPH0930991A JP H0930991 A JPH0930991 A JP H0930991A JP 8189091 A JP8189091 A JP 8189091A JP 18909196 A JP18909196 A JP 18909196A JP H0930991 A JPH0930991 A JP H0930991A
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JP8189091A
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Eric Benazzi
ベナジ エリック
Jean-Francois Joly
フランソワ ジョリ ジャン
Nathalie Ferrer
フェレ ナタリ
Bernard Torck
トルク ベルナール
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/56Addition to acyclic hydrocarbons
    • C07C2/58Catalytic processes
    • C07C2/62Catalytic processes with acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • C07C2527/03Acids of sulfur other than sulfhydric acid or sulfuric acid, e.g. halosulfonic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2531/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • C07C2531/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • C07C2531/025Sulfonic acids

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イソパラフィンの接触アルキル化において、
高度に分岐し、かつ高オクタン価のパラフィン化合物を
得る。 【解決手段】 1分子当たり3〜6個の炭素原子を含む
少なくとも一つのオレフィンの存在下に行われる、イソ
ブタンおよびイソペンタンからなる群より選ばれる少な
くとも一つのイソパラフィンの接触アルキル化におい
て、式R−SO3 H(式中、Rはフッ素またはアルキル
基またはフッ素を含むアルキル基)の各種の酸の中から
選ばれる酸を40〜99重量%、およびスルホラン、ジ
メチルスルホキシドおよびジオキサンからなる群より選
ばれる溶媒を1〜60重量%含む触媒を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、式R−SO3
(式中、Rはフッ素またはアルキル基またはフッ素を含
むアルキル基であり、Rは好ましくはFまたはCF3
より好ましくはCF3 である)の各種酸より選ばれる酸
を40〜99重量%、およびスルホラン、ジオキサンお
よびジメチルスルホキシドからなる群より選ばれる溶
媒、好ましくはスルホランを1〜60重量%含む触媒に
関するものであり、より詳しくは、いわゆる脂肪族アル
キル化、すなわち1分子当たり3〜6個の炭素原子を含
む少なくとも一つのオレフィン(つまりC3 〜C6 オレ
フィン)による、1分子当たり4または5個の炭素原子
を含むC4 〜C5 イソパラフィン(イソブタンおよび/
またはイソペンタン)の接触アルキル化におけるこの触
媒の使用に関するものであり、高度に分岐し、かつ高オ
クタン価のパラフィン化合物を得ることができるもので
ある。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】プロ
ピレン、1−および2−ブテン、イソブテンのような少
なくとも一つのオレフィンによって、イソブタンまたは
イソペンタンのような一つまたは複数のイソパラフィン
の脂肪族アルキル化を行うには、非常に数多くの液体ま
たは固体の酸性触媒が知られている。工業的に最も普通
に使用されている触媒は、濃硫酸、および単独のまたは
三フッ化ホウ素のようなルイス酸と混合されたフッ化水
素酸などの液体触媒である。これらを使う方法には重大
な問題点がある。すなわちフッ化水素酸には毒性と強い
揮発性があり、硫酸は費用のかかる再処理を必要とし、
また消費量も大量である。
【0003】米国特許 A-3,795,712号では、少なくとも
一つのオレフィンによる芳香族化合物のアルキル化反
応、または少なくとも一つのオレフィンによるイソブタ
ンの脂肪族アルキル化反応、またはオレフィンのオリゴ
マー化反応または重合反応を起こさせるために、場合に
よっては不活性炭化水素を含む溶媒中に、ルイス酸また
はブレンステッド酸、および式R−SO2 −R′(式
中、RおよびR′はそれぞれ別々に、1分子当たり1〜
8個の炭素原子を含む1価の基であり、または共に炭素
原子を3〜12個含む2価の基である)のスルホンを含
み、酸濃度がスルホン1リットル当たり10-5〜5モル
(これは酸がトリフルオロメタンスルホン酸であり、ス
ルホンがスルホランである場合、0.00012〜37
重量%の酸になる)の触媒組成物を使用することが提案
された。
【0004】PCT WO 95/00316 号には、フッ化水
素酸または少なくとも一つのハロゲンにより置換されて
いるスルホン酸を10〜90重量%、金属ハロゲン化物
の目的に応じた添加を行わないときには40より少ない
ドナー数を有する溶媒を10〜90重量%を含む、脂肪
族アルキル化のための触媒組成物が記載されている。数
多いこのような溶媒の中に、スルホランまたはテトラメ
チレンスルホン、およびジメチルスルホキシドがある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明により用いられる
触媒は、米国特許 A-3,795,712号およびWO93/00316号
に記載された触媒組成物の、脂肪族アルキル化で用いら
れる改良物である。
【0006】本発明は、式R−SO3 H(式中、Rはフ
ッ素またはアルキル基またはフッ素を含んだアルキル基
(部分的にまたは全面的にフッ素を含む)であり、Rは
好ましくはFまたはCF3 、より好ましくはCF3 であ
る)の各種酸の中から選ばれる酸を40〜99重量%、
およびスルホラン(テトラヒドロチオフェンジオキシド
の商品名)、ジメチルスルホキシド(ジメチルスルフィ
ノンとも呼ばれる)およびジオキサン(1,2−ジオキ
サンおよび1,4−ジオキサン)からなる群より選ばれ
る溶媒、好ましくはスルホランを1〜60重量%含む触
媒の、少なくとも一つのC3 〜C6 オレフィンによるC
4 〜C5 イソパラフィンのアルキル化における使用に関
するものである。従って、触媒は好ましくはフルオロス
ルホン酸FSO3 Hまたはトリフルオロメタンスルホン
酸CF3 SO3 Hおよび溶媒を含んでいる。さらにより
好ましくは、触媒はトリフルオロメタンスルホン酸およ
び溶媒を含む。前記触媒は、酸を40〜99重量%、好
ましくは45〜98重量%、さらにより好ましくは55
〜97重量%、前記溶媒を1〜60重量%、好ましくは
2〜55重量%、さらにより好ましくは3〜45重量%
含んでいる。
【0007】使用される酸は一般に、95〜100重量
%、好ましくは98〜100重量%の力価(純度)を有
し、100%までの補足物は最も多くの場合水からなる
ものである。
【0008】使用される溶媒は、一般に、酸に混和性が
あり、炭化水素を含む相には混和しない。この溶媒の塩
基度は、一緒に混合される酸のプロトン活性を弱めない
ようにできるだけ低くなければならない。
【0009】従って、本発明により使用される触媒は液
体相の触媒である。
【0010】本発明により使用される触媒の利点の一つ
は、アルキル化装置(プラント)で現在使用されている
力価97〜99重量%の硫酸に比べて、この触媒がより
高い酸性または同等の酸性を示しながらも、前記触媒に
含まれている酸が硫酸よりもはるかに弱い酸化性を有し
ていることから考えて、酸化性がはるかに低いことであ
る。他方、本発明により使用される触媒の利点のもう一
つは、トリフルオロメタンスルホン酸に比べて、炭化水
素溶液中で、前記触媒中に含まれる酸が(酸がトリフル
オロメタンスルホン酸である場合、アルキルトリフレー
トと呼ばれる化合物の形態で)好ましくない変化を起こ
すのを抑制することである。
【0011】また、本発明により使用される触媒の利点
の一つは、得られるアルキレートの質であり、硫酸また
はトリフルオロメタンスルホン酸を使用した場合よりも
アルキレートの硫黄含有量が低い。
【0012】本発明により使用される触媒のもう一つの
利点は、前記触媒を使用することにより触媒の消費が減
り、従ってアルキル化装置(プラント)の操作費用も引
き下げられることである。
【0013】本発明により使用される触媒の調製方法に
は一般に少なくとも二つの工程がある。第一工程は、溶
媒の、例えば蒸留による精製であり、第二工程では、酸
と溶媒が望ましい割合で混合される。
【0014】このように、本発明は、1分子当たり3〜
6個の炭素原子を有する少なくとも一つのオレフィンの
存在下に行われる、イソブタンおよびイソペンタンから
なる(すなわちイソブタンおよび/またはイソペンタ
ン、すなわちイソブタン、またはイソペンタン、または
イソブタンとイソペンタン)群より選ばれる少なくとも
一つのイソパラフィンの接触アルキル化における前記触
媒の使用に関するものである。
【0015】本発明に従って使用される触媒を用いるこ
とにより、少なくとも一つのオレフィンによるイソパラ
フィンのアルキル化反応を最もよい条件で行うことがで
きる。特に前記反応は強い発熱効果を特徴とするが(オ
レフィンがブテンであり、イソパラフィンがイソブタン
であるとき、変換されるブテンは約83.6kJ/モ
ル)、本発明に従って使用される触媒を使用することに
より、均一性の優れた、反応体の温度と濃度が得られ
る。特に本発明による触媒は、当業者に既知のあらゆる
技術により利用され、この場合使用される装置には少な
くとも一つの反応器および少なくとも一つのデカンター
が装備されている。
【0016】オレフィンによるイソブタンのアルキル化
により炭化水素を生成するための方法には、一般に、反
応媒質が二相(商業的製法では硫酸あるいはフッ化水素
酸)である方法が用いられている。連続相は酸性相ある
いは炭化水素を含む相である。一般に、連続相は酸性相
であり、酸性触媒は液相であって、液体のイソブタン・
一つ(または複数)のオレフィン混合物と接触して、酸
/炭化水素の容量比が1より大きいエマルジョンを形成
する。例えば、最も広く使われているストラトコ(Strat
co) 技術(L.F.Albright, Chem. Eng., August 15, 196
6, p.143 および L.F.Albright, Oil & Gas Journal,
November 12, 1990)を用いて硫酸を使用する場合、仕込
物および酸のリサイクルにより補給されているタービン
により、水平反応器の末端にエマルジョンが形成され
る。しかし、連続相が炭化水素を含む相である場合も使
用可能である(例えば、PCT WO 95/04,019号を参
照)。
【0017】本発明に従って使用される方法は、一般
に、反応媒質が、酸性相と炭化水素を含む相を有する二
相である方法である。連続相は酸性相あるいは炭化水素
を含む相である。
【0018】反応温度は、一般に、+20℃より低く、
好ましくは+15℃より低く、多くの場合、より好まし
くは+5℃〜−5℃である。反応帯域の圧力は、前記帯
域内で炭化水素を液状に保つためには十分である。
【0019】1時間当たり、触媒の単位重量当たりで導
入されるオレフィンの重量で表される毎時空間速度(p
ph)は、0.001〜10h-1、好ましくは0.00
2〜2h-1である。いずれの場合も、反応帯域で作られ
る混合物は、炭化水素混合物が液体のままであるような
圧力および温度条件に置かれている。
【0020】二次反応を抑制するためには、一つ(また
は複数)のオレフィンに対して過剰の一つ(または複
数)のイソパラフィンを用いてもよい。例として、ブテ
ンによるイソブタンのアルキル化の場合、イソブタン
は、仕込物中に、純粋な状態で、または例えばイソブタ
ンが少なくとも40%含まれているブタンとの混合物の
形で導入されてもよい。さらに、純粋なブテン、または
さらに異性体ブテンの混合物を導入してもよい。いずれ
の場合も、仕込物中のイソブタン/一つ(または複数)
のブテンのモル比は、一般に、1〜100、好ましくは
3〜50、多くの場合好まれるのは5〜15である。
【0021】触媒の種類および反応条件の選択が適切で
あるとき(特に温度)、本発明による触媒により、少な
くとも一つのオレフィンによる少なくとも一つのイソパ
ラフィンから生成されるアルキル化生成物は、発動機燃
料およびガソリン成分として有利なものである。この生
成物は、例えば1分子当たり8個の炭素原子を有するパ
ラフィンを少なくとも60モル%および不飽和化合物を
1モル%以下含んでおり、1分子当たり8個の炭素原子
を含むパラフィンは、トリメチルペンタンを70〜98
モル%含んでいる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下の実施例は本発明を例証して
いるが、その範囲を限るものではない。
【0023】[実施例1] 本発明に適合した触媒1の調製 力価98重量%のトリフルオロメタンスルホン酸80g
と予め減圧蒸留したスルホラン20gとを混合して、本
発明に適合した酸性相100gを調製する。従って、こ
のようにして調製された酸性相はスルホランを20%、
および力価98重量%のトリフルオロメタンスルホン酸
を80重量%含んでいる。
【0024】炭化水素連続相の触媒1を用いた2−ブテ
ンによるイソブタンのアルキル化予めアルゴン流下にパ
ージされた容量500mlのガラス製反応器に、上記の
方法で調製された触媒1を25g導入する。触媒が入れ
られた反応器を閉じて、−1℃の温度まで冷却する。
【0025】次に、この反応器にイソブタン100ml
を導入し、反応媒質を1分間に2000回転の回転速度
で撹拌する。前記反応器は−1℃になるまで、装備され
ている冷却ジャケット内を循環するより低い温度の液体
により冷却される。撹拌はタービンを備えた回転軸を介
して行われる。
【0026】30分間均一化を行った後、2−ブテンが
10重量%およびイソブタンが90重量%の混合物19
0gを5時間かけて一定のペースで添加する。反応器の
温度は添加の間−1℃に保たれる。
【0027】反応とデカンテーション後、炭化水素相を
反応器から抜き取って分離して、ガスクロマトグラフィ
ーにより分析する。その重量組成を表1に示す。
【0028】[実施例2] 本発明に適合しない触媒2の調製 本実施例で使用される触媒は、溶媒が添加されていな
い、力価98重量%のトリフルオロメタンスルホン酸で
ある。
【0029】炭化水素連続相の触媒2を用いた2−ブテ
ンによるイソブタンのアルキル化実施例1で記載された
実験条件と同じ条件で、2−ブテンによるイソブタンの
アルキル化触媒テストを繰り返し、同じ分析を行う。唯
一の相違は、本実施例では、反応器に酸を20g導入す
ることである。結果は表1に示されている。
【0030】[実施例3] 本発明に適合した触媒3の調製 力価100重量%のトリフルオロメタンスルホン酸80
gと予め減圧蒸留されたスルホラン20gを混合して、
本発明に適合した酸性相100gを調製する。力価10
0重量%のトリフルオロメタンスルホン酸80gは、力
価98重量%のトリフルオロメタンスルホン酸を76.
13gおよび無水トリフルオロメタンスルホン酸(CF
3 SO2 2 Oを23.87g混合して得られたトリフ
ルオロメタンスルホン酸100gの調製物から採取され
たものである。従って、このようにして調製された酸性
相はスルホランを20重量%および力価100重量%の
トリフルオロメタンスルホン酸(CF3 SO3 H)を8
0重量%含んでいる。
【0031】炭化水素連続相の触媒3を用いた2−ブテ
ンによるイソブタンのアルキル化予めアルゴン流下にパ
ージされた500ml容量のガラス製反応器に、上記の
方法により調製された触媒3を25g導入する。触媒が
入った反応器は閉じられて、温度−1℃に冷却される。
【0032】次に、イソブタン100mlが反応器に導
入され、反応媒質は、1分間に2000回転の回転速度
で撹拌される。前記反応器は−1℃まで、装備されてい
る冷却ジャケット内をより低い温度で循環する液体によ
り冷却される。撹拌はタービンを備えた回転軸を介して
行われる。
【0033】30分間均一化を行った後、総量のうち2
−ブテンが10重量%およびイソブタンが90重量%の
混合物190gを、5時間かけて一定のペースで添加す
る。反応温度は、この間−1℃に保たれる。
【0034】反応とデカンテーションの後、炭化水素相
が反応器から抜き取られて分離され、ガスクロマトグラ
フィーにより分析される。その重量組成は表1に示され
ている。
【0035】[実施例4] 本発明に適合しない触媒4の調製 力価100重量%のトリフルオロメタンスルホン酸を1
0gおよび予め減圧蒸留されたスルホラン90gを混合
して本発明に適合した酸性相100gを調製する。力価
100重量%のトリフルオロメタンスルホン酸10g
は、力価98重量%のトリフルオロメタンスルホン酸を
76.13gおよび無水トリフルオロメタンスルホン酸
(CF3 SO2 2 Oを23.87g混合して得られた
力価100重量%のトリフルオロメタンスルホン酸10
0gの調製物から採取されたものである。従って、この
ようにして調製された酸性相は、スルホランを90重量
%および力価100重量%のトリフルオロメタンスルホ
ン酸(CF3 SO3 H)を10重量%含む。
【0036】炭化水素連続相の触媒4を用いた2−ブテ
ンによるイソブタンのアルキル化予めアルゴン流下にパ
ージされた容量500mlのガラス製反応器内に、上記
の方法により調製された触媒4を25g導入する。触媒
が入った反応器を閉じて、温度−1℃まで冷却する。
【0037】次に、イソブタン100mlを反応器に導
入し、反応媒質を1分間に2000回転の回転速度で撹
拌する。前記反応器は−1℃まで、装備されている冷却
ジャケット内をより低い温度で循環する液体により冷却
される。撹拌はタービンを備えた回転軸を介して行われ
る。
【0038】30分間均一化を行った後、総量のうち2
−ブテンが10重量%およびイソブタンが90重量%の
混合物190gを、5時間かけて、一定のペースで添加
する。添加の間、反応器の温度は−1℃に保たれる。
【0039】反応およびデカンテーションの後、炭化水
素相を反応器から抜き取って分離し、ガスクロマトグラ
フィーにより分析する。その重量組成は表1に示されて
いる。
【0040】本実施例においては、1〜3の実施例とは
反対に、2−ブテンの転換は完全ではなく、約75%で
あることに注意しなければならない。
【0041】
【表1】
【0042】この表で、本発明による触媒、すなわちト
リフルオロメタンスルホン酸および弱塩基性有機非プロ
トン性溶媒が含まれる酸性相を有する触媒を用いること
にメリットのあることが明らかである。実際、本発明に
よる触媒は、本発明に適合しない触媒よりも選択性に優
れている。
【0043】他方、本発明に適合しない触媒2を使用し
た場合、発煙アルキレート、つまりトリフルオロメタン
スルホン酸CF3 SO3 Hを含むアルキレートが生成さ
れ、従って前記アルキレートには、このような性質を示
さない、触媒1および3で得られたアルキレートよりも
はるかに多くのアルキルトリフレートが負荷されてい
る。本発明に適合しない触媒4の場合、触媒の不適合性
がオレフィンの不完全転換を招き、特に非常に質の悪い
アルキレートが生成されてしまう(過剰重質C9 + 、す
なわち炭素数9以上のアルキレート)。
【0044】[実施例5] 本発明に適合しない触媒5の調製 力価100重量%のトリフルオロメタンスルホン酸80
gとドナー数が30.5である(ジメチルスルホキシド
のドナー数29.8に近い)トリエチルアミン20gと
を混合して本発明に適合しない酸性相100gを調製す
る。
【0045】炭化水素連続相の触媒5を用いた2−ブテ
ンによるイソブタンのアルキル化予めアルゴン流下にパ
ージされた容量500mlのガラス製反応器に、上記の
方法により調製された触媒5を25g導入する。触媒の
入った反応器を閉じて、−1℃の温度まで冷却する。
【0046】次に、イソブタン100mlを反応器に導
入し、反応媒質を1分間に2000回転の回転速度で撹
拌する。前記反応器を−1℃まで、装備されている冷却
ジャケットの中をより低い温度で循環する液体により冷
却する。撹拌は、タービンを備えた回転軸を介して行わ
れる。
【0047】30分間均一化を行った後、総量のうち2
−ブテンが10重量%およびイソブタンが90重量%で
なる混合物190gを一定のペースで、5時間かけて添
加する。反応器の温度は、添加の間−1℃に保たれる。
【0048】2−ブテンの転換は非常にわずかで、これ
は明らかに溶媒の酸性度の不足によるものである。
【0049】[実施例6] 本発明に適合しない触媒6の調製 力価100重量%のトリフルオロメタンスルホン酸80
gと、ドナー数が17.0(スルホランのドナー数1
4.8に近い)のアセトン20gとを混合して、本発明
に適合しない酸性相100gを調製する。アセトンとト
リフルオロメタンスルホン酸が反応していることを示す
赤色の混合物を得る。
【0050】これらの条件では、1〜5の実施例で記載
されたようなアルキル化テストを行っても、アルキレー
ト生成は認められない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10G 35/04 9279−4H C10G 35/04 (72)発明者 ジャン フランソワ ジョリ フランス国 リヨン リュ シュルリー 52 (72)発明者 ナタリ フェレ フランス国 シャトゥー アヴニュー ギ ィ ドゥ モーパサーン 34 (72)発明者 ベルナール トルク フランス国 ブローニュ シュール セー ヌ リュ ヴォティエ 33

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1分子当たり3〜6個の炭素原子を含む
    少なくとも一つのオレフィンの存在下に行われる、イソ
    ブタンおよびイソペンタンからなる群より選ばれる少な
    くとも一つのイソパラフィンの接触アルキル化におけ
    る、式R−SO3 H(式中、Rはフッ素またはアルキル
    基またはフッ素を含むアルキル基)の各種の酸の中から
    選ばれる酸を40〜99重量%、およびスルホラン、ジ
    メチルスルホキシドおよびジオキサンからなる群より選
    ばれる溶媒を1〜60重量%含む触媒の使用。
  2. 【請求項2】 酸が、一般に、95〜100重量%の力
    価を有している、特許請求の範囲第1項記載の使用。
  3. 【請求項3】 溶媒がスルホランである、特許請求の範
    囲第1または2項記載の使用。
  4. 【請求項4】 酸がフルオロスルホン酸またはトリフル
    オロメタンスルホン酸である、特許請求の範囲第1〜3
    項のうちいずれか1項記載の使用。
  5. 【請求項5】 酸がトリフルオロメタンスルホン酸であ
    る、特許請求の範囲第1〜4項のうちいずれか1項記載
    の使用。
  6. 【請求項6】 反応温度が+20℃より低く、反応帯域
    の圧力が前記帯域内で炭化水素を液状に保っておくに十
    分であり、反応媒質が二相である、特許請求の範囲第1
    〜5項のうちいずれか1項記載の使用。
  7. 【請求項7】 連続相が酸性相であるような、特許請求
    の範囲第6項記載の使用。
  8. 【請求項8】 連続相が炭化水素を含む相であるよう
    な、特許請求の範囲第6項記載の使用。
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