JPWO2008062644A1 - アルキル化芳香族化合物の製造方法およびフェノールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

ケトンと芳香族化合物を直接反応させて、単一反応工程で対応するアルキル化芳香族化合物を得るための工業上、実用的な方法を提供する。本発明のアルキル化芳香族化合物の製造方法は、固体酸物質と、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物との存在下で、芳香族化合物とケトンと水素とを反応させることを特徴とする。

Description

本発明は、芳香族化合物をケトンおよび水素と反応させて対応するアルキル化芳香族化合物を製造する方法および該方法を工程の一部に含むフェノールの製造方法に関する。詳しくは特定の触媒を用い、単一反応工程で、ケトンと芳香族化合物と水素とを反応させてアルキル化芳香族化合物を製造する方法および該方法を工程の一部に含むフェノールの製造方法に関する。
ベンゼンとプロピレンを反応させてクメンを製造する方法、クメンを酸化してクメンヒドロペルオキシドを製造する方法、クメンヒドロペルオキシドを酸分解させてフェノールとアセトンを製造する方法は、既にそれぞれ公知であり、これらの反応を組み合わせた方法は一般にクメン法と呼ばれるフェノール製造方法であり、現在フェノール製造法の主流である。
このクメン法はアセトンが併産されるという特徴があり、アセトンを同時にほしい場合は長所となるが、得られるアセトンがその需要よりも過剰である場合には原料であるプロピレンとの価格差が不利な方向へ働き、経済性を悪化させる。そこで原料とするオレフィンと併産するケトンの価格差を有利な方向へ導く為、例えばｎ−ブテンとベンゼンとから得られるセカンダリーブチルベンゼンを酸化、酸分解して、フェノールと同時にメチルエチルケトンを得る方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。この方法ではセカンダリーブチルベンゼンの酸化で目的とするセカンダリーブチルベンゼンヒドロペルオキシドの選択率が８０％程度しかなく、その他に１５％以上のアセトフェノンが副生するため、フェノール製造法としての収率はクメン法には及ばない。
さらにシクロヘキセンとベンゼンとから得られるシクロヘキシルベンゼンを酸化、酸分解し、フェノールとシクロヘキサノンを得る方法も提案されている。この方法では得られるシクロヘキサノンを脱水素することによりフェノールが得られるので、形式的にはケトンの副生は回避できている。しかし、シクロヘキシルベンゼンの酸化反応で目的とするシクロヘキシルベンゼンヒドロペルオキシドの収率が低く、工業的な価値は低い。
そこで、酸化および酸分解の収率が最も高いクメン法について、その優位性を保ったまま原料であるプロピレンと併産するアセトンの上記欠点を回避する為、併産するアセトンを様々な方法を用いて、クメン法の原料として再使用する方法が提案されている。
アセトンは、水添することにより容易にイソプロパノールへ変換でき、このイソプロパノールをさらに脱水反応によりプロピレンとした後にベンゼンと反応させクメンを得るプロセス。すなわち、アセトンをクメン法の原料として再使用するプロセスが提案されている（特許文献３参照）。しかしながらこの方法では水添工程と脱水工程という２つの工程が増えるという問題点がある。
そこでアセトンの水添で得られたイソプロパノールを直接ベンゼンと反応させてクメンを得る方法が提案されている（特許文献４〜６参照）。特に特許文献６では併産するアセトンをイソプロパノールとし、ベンゼンと反応させて得られるクメンを用いてフェノールを製造するというプロセス的な方法が記載されている。しかしながらこの方法においても、元のクメン法よりも水添工程が増えている。
これに対して、従来のクメン法の工程を増やすことなく併産するアセトンを再使用する方法、すなわちアセトンとベンゼンと水素とを直接反応させる方法として、固体酸物質とＣｕ化合物からなる触媒系を用い水素共存下に反応させる方法が開示されている（特許文献７参照）。しかし特許文献７に記載の方法では、クメンを得る際にプロパンが副生する傾向があった。
特開昭５７−９１９７２号公報 米国特許出願公開２００４／０１６２４４８号明細書 特開平２−１７４７３７号公報 特開平２−２３１４４２号公報 特開平１１−３５４９７号公報 特表２００３−５２３９８５号公報 特表２００５−５１３１１６号公報
本発明は、アセトンとベンゼンと水素とを直接反応させてクメンを得るための、工業上、実用的な方法を確立することが可能な、新たなアルキル化芳香族化合物の製造方法を提供することと、該方法を工程の一部に含む、従来のクメン法と比べて工程の増加を伴わないフェノールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、触媒として固体酸物質と、特定の金属を含む触媒組成物とを用いることで、単一反応工程で、アセトン等のケトン、ベンゼン等の芳香族化合物および水素を出発物質として、高収率でクメン等の対応するアルキル化芳香族化合物が得られることを見出した。
即ち、本発明のアルキル化芳香族化合物の製造方法は、固体酸物質と、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物との存在下で、芳香族化合物とケトンと水素とを反応させることを特徴とする。
前記金属が、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることが好ましく、Ｃｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることがより好ましい。
前記芳香族化合物がベンゼンであり、前記ケトンがアセトンであることが好ましい。
前記固体酸物質がゼオライト化合物であることが好ましく、酸素１０〜１６員環の細孔を有するゼオライト化合物であることがより好ましく、酸素１０または１２員環の細孔を有するゼオライト化合物であることが特に好ましい。
具体的には、前記固体酸物質がβゼオライト、ＭＣＭ−２２ゼオライト、モルデナイト、ＺＳＭ−５ゼオライト、ＺＳＭ−１２ゼオライト、およびＹ型ゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種のゼオライト化合物であることが好ましく、βゼオライトおよびＭＣＭ−２２ゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種のゼオライト化合物であることがより好ましい。
前記触媒組成物が、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属を担体に担持したものを含むことが好ましく、前記金属がＣｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることがより好ましい。
本発明のフェノールの製造方法は、以下の工程、
（ａ）クメンを酸化してクメンヒドロペルオキシドへ変換する工程、
（ｂ）クメンヒドロペルオキシドを酸分解させてフェノールとアセトンを合成する工程、
（ｃ）上記工程（ｂ）において生成するアセトンを水素およびベンゼンと反応させてクメンを合成する工程、
（ｄ）上記工程（ｃ）で得られるクメンを工程（ａ）へ循環する工程
を含むフェノールの製造方法であって、
工程（ｃ）を上記アルキル化芳香族化合物の製造方法に従って実施することを特徴とする。
本発明のアルキル化芳香族化合物の製造方法によれば、単一反応工程で、アセトン等のケトン、ベンゼン等の芳香族化合物および水素を出発物質とし、工業上、実用的な方法でクメン等のアルキル化芳香族化合物を得ることができる。また該アルキル化芳香族化合物の製造方法を工程の一部に含むフェノールの製造方法は、従来のクメン法の工程数を増やすことなく、併産するアセトンを再使用することが可能である。しかも該アルキル化芳香族化合物の製造方法により得られるクメンは、プロピレンまたはイソプロパノールとベンゼンとから得られるクメンと何ら品質的に問題が無いという画期的な技術であり、プロセス上および経済上著しく優位にフェノールを生産することができる。
本発明のアルキル化芳香族化合物の製造方法は、固体酸物質と、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物との存在下で、芳香族化合物とケトンと水素とを反応させることを特徴とする。
本発明においては、前記固体酸物質と前記金属を含む触媒組成物との２成分を用いればよくその利用方法については特に制限はないが、酸触媒成分である前記固体酸物質と、前記金属を含む触媒組成物とをセンチメートルサイズの触媒粒子レベルで物理混合しても良いし、両者を微細化し混合した後改めてセンチメートルサイズの触媒粒子へ成型しても良いし、さらには酸触媒として作用する前記固体酸物質を担体としてその上に前記金属を含む触媒組成物を担持しても良いし、逆に前記金属を含む触媒組成物を担体としその上に前記固体酸物質を担持しても良い。
本発明に用いる固体酸物質は、酸としての機能を持つ触媒であり、一般的に固体酸と呼ばれるものであれば良く、ゼオライト化合物、シリカアルミナ、アルミナ、硫酸イオン担持ジルコニア、ＷＯ3担持ジルコニアなどを用いることができる。
特に、主にケイ素とアルミニウムとから構成される無機の結晶性多孔質化合物であるゼオライト化合物は、耐熱性や目的とするアルキル化芳香族化合物の選択率の面から好適なアルキル化触媒である。ゼオライト化合物としては、原料として用いる芳香族化合物および目的とするアルキル化芳香族化合物の分子径により、好適なゼオライト化合物が異なる。
例えば芳香族化合物としてベンゼンを用い、ケトンとしてアセトンを用いることにより、アルキル化芳香族化合物としてクメンを製造する場合には、ゼオライト化合物として、酸素１０〜１６員環の細孔を有するゼオライト化合物を用いることが好ましい。
酸素１０〜１６員環の細孔を有するゼオライト化合物としてはフェリエライト、ヒューランダイト、ＺＳＭ−５ゼオライト、ＺＳＭ−１１ゼオライト、ＺＳＭ−１２ゼオライト、ＮＵ−８７ゼオライト、シーター１ゼオライト、ウェイネベアイト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、ＵＳＹ型ゼオライト、モルデナイト、脱アルミニウムモルデナイト、βゼオライト、ＭＣＭ−２２ゼオライト、ＭＣＭ−３６ゼオライト、ＭＣＭ−５６ゼオライト、グメリナイト、オフレタイト、クローバライト、ＶＰＩ−５ゼオライト、ＵＴＤ−１ゼオライトなどが挙げられる。
これらゼオライト化合物の中でも、クメンの分子径と同程度の細孔を持つものが好適であり、酸素１０または１２員環の細孔を有するゼオライト化合物を用いることがより好ましい。酸素１０または１２員環の細孔を有するゼオライト化合物としては、Ｙ型ゼオライト、ＵＳＹ型ゼオライト、モルデナイト、脱アルミニウムモルデナイト、βゼオライト、ＭＣＭ−２２ゼオライト、ＭＣＭ−５６ゼオライト、ＺＳＭ−１２ゼオライト、ＺＳＭ−５ゼオライト等が挙げられる。中でもクメン選択性の面からβゼオライト、ＭＣＭ−２２ゼオライト、モルデナイト、ＺＳＭ−５ゼオライト、ＺＳＭ−１２ゼオライト、Ｙ型ゼオライトがより好ましく、βゼオライト、ＭＣＭ−２２ゼオライトが特に好ましい。
これらゼオライト化合物におけるケイ素とアルミニウムとの組成比（ケイ素／アルミニウム）は２／１〜２００／１の範囲にあれば良く、特に活性と熱安定性の面から５／１〜１００／１のものが好ましい。さらにゼオライト骨格に含まれるアルミニウム原子を、Ｇａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂなどのアルミウム以外の金属で置換した、いわゆる同型置換したゼオライト化合物を用いることもできる。
固体酸物質の形状は特に制限は無く、球状・円柱状・押し出し状・破砕状いずれでもよく、またその粒子の大きさも、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲のもので反応器の大きさに応じ選定すればよい。
なお、これら固体酸物質は、一種単独で用いてもよく、二種以上を用いても良い。
本発明に用いる金属を含む触媒組成物とは、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属、好ましくはＣｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属、より好ましくはＣｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物である。
前記金属を含む触媒組成物としては、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属そのものを含むもの、金属化合物の形で含有するもの等が挙げられる。例えば、ＣｏＯ、Ｃｏ2Ｏ3、ＲｅＯ2、Ｒｅ2Ｏ7、ＮｉＯ、ＰｄＯ、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2などの金属酸化物や、ＣｏＣｌ2、ＲｅＣｌ3、ＮｉＣｌ2、ＰｄＣｌ2、ＲｈＣｌ3、ＲｕＣｌ3などの金属塩化物や、Ｒｕ−Ｒｈ、Ｒｕ−Ｐｔなどのクラスター金属の形で含有するものが挙げられる。
他の例としては、硝酸コバルト（ＩＩ）、酢酸コバルト（ＩＩ）、硫酸コバルト（ＩＩ）、硫化コバルト（ＩＩ）、硫酸二アンモニウムコバルト（ＩＩ）、水酸化コバルト、臭化コバルト（ＩＩ）、塩基性炭酸コバルト（ＩＩ）、塩化ヘキサアンミンコバルト、りん酸コバルト（ＩＩ）、コバルトスポンジ、コバルト粉末、ラネーコバルト、安息香酸コバルト（ＩＩ）、ナフテン酸コバルト、ヘキサニトロコバルト（ＩＩＩ）酸ナトリウム、（クロロフタロシアニナト）コバルト（ＩＩ）、（テトラ−ｔ−ブチルフタロシアニナト）コバルト（ＩＩ）、（テトラアミノクロロフタロシアニナト）コバルト（ＩＩ）、（テトラカルボキシフタロシアニナト）コバルト（ＩＩ）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチルポルフィリナトコバルト（ＩＩ）、２−エチルヘキサン酸コバルト（ＩＩ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩ）、グルコン酸コバルト（ＩＩ）、ジシアノ（フタロシアニナト）コバルト（ＩＩＩ）ナトリウム、ジブロモ−ビス（トリフェニルホスフィン）コバルト、ステアリン酸コバルト（ＩＩ）等が挙げられる。
本発明には、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物を用いるが、前記金属が、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属であると、アルキル化芳香族化合物製造の際のアルケンの副生が低減されるため好ましい。すなわち、例えばベンゼンとアセトンと水素とを反応させ、クメンを製造する際にはプロパン等の炭化水素が副生することがあるが、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物を用いるとプロパン等の炭化水素の副生が低減される。
また、前記金属が、Ｃｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属であると、アルキル化芳香族化合物製造の際の環状オレフィンの副生が低減されるため好ましい。すなわち、例えばベンゼンとアセトンと水素とを反応させ、クメンを製造する際にはシクロヘキサンが副生することがあるが、Ｃｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物を用いるとシクロヘキサンの副生が低減される。
Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物はカルボニル官能基をアルコールへ水添できる能力を有するものであれば良く特に制限はなく、所謂水添触媒として市販されているものがそのまま使用可能であり、種々の担体に担持したもの等が市場で入手できる。
担体としては、例えばシリカ、アルミナ、シリカアルミナ、チタニア、マグネシア、シリカマグネシア、ジルコニア、カーボン、酸性白土、けいそう土を用いることができる。中でも、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、チタニア、マグネシア、シリカマグネシア、ジルコニア、カーボンのうちの少なくとも１つを選択することが好ましい。
市場で入手できる触媒組成物としては、例えば、Ｃｏ担持アルミナ触媒、Ｃｏ担持シリカ触媒、Ｃｏ担持カーボン触媒、５％Ｒｅカーボン触媒、５％Ｒｅアルミナ触媒、シリカアルミナ担持ニッケル触媒、５％Ｐｄカーボン触媒、リンドラー触媒（Ｐｄカーボン触媒へＰｂを添加したもの）、５％Ｐｔカーボン触媒、０．５％Ｐｔサルファイデッドカーボン触媒、５％Ｒｈアルミナ触媒、５％Ｒｕアルミナ触媒等が挙げられる。また、上記担持量は、１％や０．５％へ変えたものを用いても良い。これらの触媒の中でも、目的化合物の収率の面からＣｏ、ＲｅおよびＮｉからなる郡から選択される少なくとも１種の金属が含まれていることが好ましい。
なお、これら金属を含む触媒組成物は、一種単独で用いてもよく、二種以上を用いても良い。
またこれら金属を含む触媒組成物は、ＰｂＳＯ4、ＦｅＣｌ2やＳｎＣｌ2などの金属塩、ＫやＮａなどのアルカリ金属やアルカリ金属塩、ＢａＳＯ4などを添加すると活性や選択性が向上する場合が有り、必要に応じて添加すればよい。
金属を含む触媒組成物の形状は特に制限は無く、球状・円柱状・押し出し状・破砕状いずれでもよく、またその粒子の大きさも、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲のもので反応器の大きさに応じ選定すればよい。
これらの金属を含む触媒組成物は、前記固体酸物質に担持されていてもよく、具体的にはＣｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属の硝酸塩水溶液に固体酸物質を含浸、焼成する方法や、これら金属を有機溶媒に可溶にするため配位子とよばれる有機分子を結合させた錯体として、有機溶媒中に添加し、溶液を調整し、該溶液に固体酸物質を含浸、焼成する方法や、さらに錯体のうちあるものは真空下で気化するため蒸着などの方法で固体酸物質に担持することも可能である。また、固体酸物質を対応する金属塩から得る際に、水添触媒となるＣｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属の塩を共存させて、担体合成と金属を含む触媒組成物の担持とを同時に行う共沈法を採用することもできる。
本発明において、芳香族化合物としては、炭素数６〜２０の化合物が例示でき、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等のベンゼン同族体、これらの置換基誘導体、ナフタレン、メチルナフタレン等のナフタレン同族体、これらの置換基誘導体等が挙げられる。また、ケトンとしては、炭素数３〜２０の化合物が例示でき、対象なもの非対象なものが利用できる。カルボニル基に結合する基としてはアルキル基、アリール基が例示でき、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、アセトフェノン等が挙げられる。
これらの中でも芳香族化合物としてベンゼンを用い、ケトンとしてアセトンを用い、クメンを製造する反応が工業的には最も重要である。この場合、ベンゼンとアセトンとのモル比（ベンゼン／アセトン）は１〜２０が好ましい。上記範囲を下回るとジイソプロピルベンゼン、トリイソプロピルベンゼンの生成量が大きくなる傾向がある。ジイソプロピルベンゼン、トリイソプロピルベンゼンはクメンプロセスにおいてベンゼンとのトランスアルキル化によりクメンに戻すことが可能であるが、トランスアルキル化は反応温度が高く、あまりにもジイソプロピルベンゼン、トリイソプロピルベンゼンの量が多いとスチームコストが増大し経済的ではない。また、上記範囲を上回ると過剰のベンゼンを反応器の後工程で回収する際、蒸留塔に負荷がかかるため経済的ではない。
本発明における芳香族化合物とケトンとの反応は水素共存下に行うことを特徴とする。ここで言う水素とは、分子状の水素ガスでも良く、また反応条件で水素を発生するシクロヘキサンなどの炭化水素でも良い。アセトンとベンゼンと水素とを反応させる場合、水素は、原理的にはアセトンと等モル以上あればよく、分離回収の点からは、好適な範囲はアセトンに対して、１〜１０倍モル、好ましくは、１〜５倍モルである。アセトンの転化率を１００％以下に抑えたい場合は、用いる水素の量を１倍モルから低減させることで対応できる。また本発明の反応において供給する水素は、アセトンの持つ酸素原子と反応し水となりクメンとともに反応器出口から取り出すことが可能である。また、アセトンの当量以上の水素は好ましからざる副反応が進行しない限り、本質的には消費されないことになる。
反応へ水素ガスを添加する場合には、通常連続的に供給するが、この方法に特に限定されるものではなく、反応開始時に水素ガスを添加した後反応中供給を停止し、ある一定時間後に再度供給する間欠的な供給でもよいし、液相反応の場合溶媒に水素ガスを溶解させて供給してもかまわない。また、リサイクルプロセスでは軽沸留分とともに塔頂から回収される水素ガスを供給しても良い。添加する水素の圧力は、反応器の圧力と同等であることが一般的であるが、水素の供給方法に応じ適宜変更させればよい。
本反応を行う場合、その方法、条件としては特に制限はなく、例えば、以下に示すような条件、方法が採用できる。
反応原料であるアセトンとベンゼンと水素ガスとの接触は、気液向流、気液併流どちらでも良く、また液、ガスの方向として、液下降−ガス上昇、液上昇−ガス下降、液ガス上昇、液ガス下降のいずれでも良い。
反応温度についても本発明では特に限定されることはないが、好ましくは５０〜３００℃、更に好ましくは６０〜２００℃の範囲である。また、通常好ましい実施圧力範囲は、０．１〜５００気圧であり、更に好ましくは０．５〜１００気圧である。
また本発明を実施するに際し、使用する触媒量は特に限定されないが、例えば、反応を固定床流通装置を用いて行う場合、原料（ケトン＋芳香族化合物）の時間あたりの供給量(重量)を触媒の重量で割った値、即ちＷＨＳＶで示すと、０．１〜２００／ｈの範囲であることが望ましく、より好ましくは０．２〜１００／ｈの範囲が好適である。
なお、上記固体酸物質と、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物との用いる量比としては特に限定は無いが、通常は固体酸物質：前記金属を含む触媒組成物（重量比）が１：０．０１〜１：１００であり、好ましくは１：０．０５〜１：５０である。あまりにも固体酸物質の重量比が小さいとアルキル化反応が充分に行われず、クメン等のアルキル化芳香族化合物の収率が低下するため、経済的ではない。またあまりにも固体酸物質の重量比が大きいとアセトンの転化率が低下し、これもまた経済的ではない。
本発明のアルキル化芳香族化合物の製造方法においては、前記金属を含む触媒組成物の作用により、ケトンが水素化されアルコールを生成した後、該アルコールと、芳香族化合物とが、固体酸物質の作用によりアルキル化されアルキル化芳香族化合物となると考えられる。すなわち本発明の製造方法は、水素化およびアルキル化が段階的に起こっていると考えられる。
本発明において反応形式を固定床反応とする場合、固体酸物質と前記金属を含む触媒組成物の充填方法は反応成績に大きな影響を与える場合がある。上述のように本発明は、水素化とアルキル化とが段階的に起こっていると考えられる。従って、反応の各段階に応じた適当な触媒種を順番に充填することは、触媒を効率よく使用するという意味で、また目的としない副反応を抑制するという意味で好ましい充填方法である。
特に反応速度を上げるために水素圧や温度を増大する場合、低い水素圧や低い反応温度では見られなかった好ましくない副反応が起こることは一般的な化学反応においてよく見られる挙動であり、このような場合においては特に触媒の充填方法が反応成績に大きな影響を与える可能性がある。
反応の各段階に応じた適当な触媒種を順番に充填する方法としては、例えば（１）固体酸物質および前記金属を含む触媒組成物を混合し、充填する方法、（２）前記金属を含む触媒組成物からなる層（上流側）と、固体酸物質からなる層（下流側）とを形成するように充填する方法、（３）前記金属を含む触媒組成物を担持した固体酸物質を充填する方法、（４）前記金属を含む触媒組成物からなる層（上流側）と、固体酸物質および前記金属を含む触媒組成物からなる層（下流側）とを形成するように充填する方法、（５）前記金属を含む触媒組成物からなる層（上流側）と、前記金属を含む触媒組成物を担持した固体酸物質からなる層（下流側）とを形成するように充填する方法、（６）固体酸物質および前記金属を含む触媒組成物からなる層（上流側）と、固体酸物質からなる層（下流側）とを形成するように充填する方法、（７）前記金属を含む触媒組成物を担持した固体酸物質からなる層（上流側）と、固体酸物質からなる層（下流側）とを形成するように充填する方法等が挙げられる。なお、上流側とは、反応器の入り口側、すなわち原料が反応の前半に通過する層を示し、下流側とは、反応器の出口側、すなわち反応の後半に通過する層を示す。
本発明を実施するにあたり、反応系内に触媒および反応試剤に対して不活性な溶媒もしくは気体を添加して、希釈した状態で行うことも可能である。
本発明を実施するに際して、その方法はバッチ式、セミバッチ式、または連続流通式のいずれの方法においても実施することが可能である。液相、気相、気−液混合相の、いずれの形態においても実施することが可能である。触媒の充填方式としては、固定床、流動床、懸濁床、棚段固定床等種々の方式が採用され、いずれの方式で実施しても差し支えない。
本発明を実施する際には、固体酸物質および金属を含む触媒組成物を公知の方法で脱水することが望ましい。固定床反応方式の場合には、固体酸物質および金属を含む触媒組成物を充填した反応器へ窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを流通させながら、３００℃以上の温度に、１０分以上保持すればよい。さらに水添触媒である金属を含む触媒組成物の活性を発現させるために、脱水処理後、水素気流下での処理を行うこともできる。
ある経過時間において触媒活性が低下する場合に、公知の方法で再生を行い固体酸物質および金属を含む触媒組成物の活性を回復することができる。
クメン等のアルキル化芳香族化合物の生産量を維持するために、反応器を２つまたは３つ並列に並べ、一つの反応器が再生している間に、残った１つまたは２つの反応器で反応を実施するメリーゴーランド方式をとっても構わない。さらに反応器が３つある場合、他の反応器２つを直列につなぎ、生産量の変動を少なくする方法をとっても良い。また流動床流通反応方式や移動床反応方式で実施する場合には、反応器から連続的または断続的に、一部またはすべての触媒を抜き出し、相当する分を補充することにより一定の活性を維持することが可能である。
以上のようにして、本発明のアルキル化芳香族化合物の製造方法により、フェノール製造時の副生アセトンから直接クメンを得ることができる。
このようにして得られたクメンはフェノールとアセトンの製造原料として利用可能であり、以下の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、クメンを酸化し、ついで分解することによりフェノールを製造するプロセスなどに利用可能であり、さらに種々の改良法を提供しても問題ない。なお、工程（ｃ）は上述のアルキル化芳香族化合物の製造方法に従って実施される。
（ａ）クメンを酸化してクメンヒドロペルオキシドへ変換する工程
（ｂ）クメンヒドロペルオキシドを酸分解させてフェノールとアセトンを合成する工程
（ｃ）上記工程（ｂ）において生成するアセトンを水素およびベンゼンと反応させてクメンを合成する工程
（ｄ）上記工程（ｃ）で得られるクメンを工程（ａ）へ循環する工程
［実施例］
次に本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
直径３ｃｍ、長さ４０ｃｍの石英ガラス製反応器に、５％Ｒｅカーボン触媒（ＮＥケムキャット社製）２．０ｇ、およびβゼオライト（触媒化成社製、２０ＭＰａで圧縮成型後、２５０〜５００μへ分級したもの）２．０ｇを均一に混合した後、充填し、３０ｍｌ／ｍｉｎの窒素気流下５００℃で１ｈ焼成した後、同じく３０ｍｌ／ｍｉｎの水素気流下５００℃で１ｈ還元処理を行った。
水素気流下のまま、１６０℃へ降温し、ここへベンゼンおよびアセトン（ベンゼン／アセトン（モル比）＝５／１）の混合液を２．３ｍｌ／ｍｉｎの割合で流通させ、出口を冷却することにより生成物を捕集した。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、アセトンは全て消失しており、クメンとｍ−ジイソプロピルベンゼンとｐ−ジイソプロピルベンゼンが仕込みのアセトン基準で９５％生成していた。このときシクロヘキサンの生成は全く認められなかった。
直径３ｃｍ、長さ４０ｃｍの石英ガラス製反応器に、シリカアルミナ担持ニッケル触媒（ズードヘミー社製、Ｇ−９６Ｄ、安定化ニッケル、ニッケル担持量５９％）１．０ｇ、およびβゼオライト１．０ｇを均一に混合した後、充填し、１０ｍｌ／ｍｉｎの窒素気流下２３０℃で１ｈ焼成した後、同じく１０ｍｌ／ｍｉｎの窒素と０．９３ｍｌ／ｍｉｎの水素の混合気流下２３０℃で１ｈ還元処理を行い、この窒素および水素気流下のまま、１００℃へ降温し、ここへベンゼンおよびアセトン（ベンゼン／アセトン（モル比）＝５／１）の混合液を１．２ｍｌ／ｍｉｎの割合で流通させ、出口を冷却することにより生成物を捕集した。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、クメンとｍ−ジイソプロピルベンゼンとｐ−ジイソプロピルベンゼンが仕込みのアセトン基準で１０％生成していた。このときシクロヘキサンの生成は全く認められなかった。
実施例１において、５％Ｒｅカーボン触媒（ＮＥケムキャット社製）２．０ｇに変えて、０．５％Ｐｔサルファイデッドカーボン触媒（ＮＥケムキャット社製）を用いた以外は同様に反応を行った。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、クメンとｍ−ジイソプロピルベンゼンとｐ−ジイソプロピルベンゼンが仕込みのアセトン基準で１０％生成し、シクロヘキサンが６％生成していた。
実施例１において、５％Ｒｅカーボン触媒（ＮＥケムキャット社製）２．０ｇに変えて、リンドラー触媒（ＮＥケムキャット社製、Ｐｄカーボン触媒へＰｂを添加したもの）を用いた以外は同様に反応を行った。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、クメンとｍ−ジイソプロピルベンゼンとｐ−ジイソプロピルベンゼンが仕込みのアセトン基準で１０％生成し、シクロヘキサンが５％生成していた。
直径３ｃｍ、長さ４０ｃｍの石英ガラス製反応器に、アルミナ担持Ｃｏ触媒（ズードケミー社製Ｇ−６２Ａ、コバルト担持量４０−５０％）１．０ｇ、およびβゼオライト（触媒化成社製、２０ＭＰａで圧縮成型後、２５０〜５００μへ分級したもの）１．０ｇを均一に混合した後、充填し、１０ｍｌ／ｍｉｎの窒素気流下３５０℃で１ｈ処理した後、同じく１０ｍｌ／ｍｉｎの水素気流下３５０℃で１ｈ還元処理を行った。
水素気流下のまま、１６０℃へ降温し、ここへベンゼンおよびアセトン（ベンゼン／アセトン（モル比）＝５／１）の混合液を１．２ｍｌ／ｍｉｎの割合で流通させ、出口を冷却することにより生成物を捕集した。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、アセトンは全て消失しており、クメンとｍ−ジイソプロピルベンゼンとｐ−ジイソプロピルベンゼンがアセトン基準で９５％生成していた。このときシクロヘキサンの生成は全く認められなかった。
［比較例１］
実施例１において、触媒としてＲｅ触媒のみを用いた以外は同様に反応を行った。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、クメンは生成せず、イソプロパノールのみが生成していた。
［比較例２］
実施例１において、触媒としてβゼオライトのみを用いた以外は同様に反応を行った。
反応開始１時間〜２時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、クメンは生成せず、トリメチルベンゼンおよびｔｅｒｔ−ブチルベンゼンのみが生成していた。
直径３ｃｍ、長さ４０ｃｍの石英ガラス製反応器に、５％Ｒｅ担持アルミナ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｇｅｎｅｒａｌ １６２、１６１−１６９頁、１９９７年、に従って調製した、Ｒｅ担持量５％の触媒）１．０ｇ、および上記βゼオライト１．０ｇを均一に混合した後、充填し、３０ｍｌ／分の窒素気流下３５０℃で１時間乾燥した後、１０ｍｌ／分の水素気流下４００℃で３時間還元処理を行った。
その後、３ｍｌ／ｍｉｎの水素気流下、１５０℃へ降温し、ここへベンゼンおよびアセトン（ベンゼン／アセトン（モル比）＝３／１）の混合液を１．２ｍｌ／分の割合で流通させ、出口を冷却することにより液体の生成物を捕集した。
さらに上記実施例、比較例では実施していなかった気体の捕集も行った。反応開始１〜３時間後の生成物をガスクロマトグラフィーで分析（気相分析用カラム：ＶＡＲＩＡＮ社製、ＰＬＯＴ ＦＵＳＥＤ ＳＩＬＩＣＡ ５０Ｍ×０．３２ＭＭ ＩＤ ＣＯＡＴＩＮＧ ＡＬ２Ｏ３／ＮＡ２ＳＯ４ ＤＦ＝５ＵＭ、液相分析用カラム：ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ社製、ＺＢ−ＷＡＸ）したところ、結果はアセトン転化率９７．２％、アセトン基準の選択率でプロパン等の炭化水素が６．５％、クメン５４．３％、ジイソプロピルベンゼン２５．９％であった。
実施例６において、βゼオライトに変えて、ＭＣＭ−２２ゼオライト（ＶＥＲＩＦＩＥＤ ＳＹＮＴＨＥＳＥＳ ＯＦ ＺＥＯＬＩＴＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｓｅｃｏｎｄ Ｒｅｖｉｓｅｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ ２００１、Ｐ２２５に従って調製した触媒を２０ＭＰａで圧縮成型後、２５０〜５００μへ分級したもの）に変えた以外は同様に反応、分析を行った。
結果はアセトン転化率９５．６％、アセトン基準の選択率でプロパン等の炭化水素が７．５％、クメン５５．５％、ジイソプロピルベンゼン１３．８％であった。
［比較例３］
実施例６において、５％Ｒｅ担持アルミナの変わりに亜クロム酸銅（ＳｕｄＣｈｅｍｉｅ社製、製品名Ｇ９９ｂ、元素質量％ Ｃｕ ３５％、Ｃｒ ３１％、Ｂａ ２％、Ｍｎ ３％、ＺｎのＣｕに対する原子比０）を用い、還元処理を２００℃で行った以外は同様に反応、分析を行った。
結果はアセトン転化率９５．０％、アセトン基準の選択率でプロパン等の炭化水素が２５．１％、クメン３３．２％、ジイソプロピルベンゼン３１．４％とプロパン等の炭化水素が大量に副生した。
本発明は、ケトンと芳香族化合物を直接反応させて、単一反応工程で対応するアルキル化芳香族化合物を得るための工業上、実用的な方法を提供するものである。この方法を用いれば、クメン法によるフェノール製造時の副生アセトンから直接クメンを得ることができる。このようにして得られたクメンはフェノールとアセトンの製造原料として利用可能であり、クメンを酸化しついで分解するプロセスなどに利用可能である。

Claims (12)

  1. 固体酸物質と、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉおよび白金族金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む触媒組成物との存在下で、芳香族化合物とケトンと水素とを反応させることを特徴とするアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  2. 前記金属が、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１に記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  3. 前記金属が、Ｃｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１に記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  4. 前記芳香族化合物がベンゼンであり、前記ケトンがアセトンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  5. 前記固体酸物質がゼオライト化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  6. 前記固体酸物質が酸素１０〜１６員環の細孔を有するゼオライト化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  7. 前記固体酸物質が酸素１０または１２員環の細孔を有するゼオライト化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  8. 前記固体酸物質がβゼオライト、ＭＣＭ−２２ゼオライト、モルデナイト、ＺＳＭ−５ゼオライト、ＺＳＭ−１２ゼオライト、およびＹ型ゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種のゼオライト化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  9. 前記固体酸物質がβゼオライトおよびＭＣＭ−２２ゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種のゼオライト化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  10. 前記触媒組成物が、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｎｉ、ＰｔおよびＰｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属を担体に担持したものを含むことを特徴とする請求項１に記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  11. 前記金属が、Ｃｏ、Ｒｅ、およびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１０に記載のアルキル化芳香族化合物の製造方法。
  12. 以下の工程、
    （ａ）クメンを酸化してクメンヒドロペルオキシドへ変換する工程、
    （ｂ）クメンヒドロペルオキシドを酸分解させてフェノールとアセトンを合成する工程、
    （ｃ）上記工程（ｂ）において生成するアセトンを水素およびベンゼンと反応させてクメンを合成する工程、
    （ｄ）上記工程（ｃ）で得られるクメンを工程（ａ）へ循環する工程
    を含むフェノールの製造方法であって、
    工程（ｃ）を請求項１に記載の方法に従って実施することを特徴とするフェノールの製造方法。
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