WO2021029377A1 - プロピレン4量体及びプロピレン4量体の製造方法 - Google Patents

プロピレン4量体及びプロピレン4量体の製造方法 Download PDF

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mass
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olefin
tetramer
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峻 深澤
潤 社本
猿渡 鉄也
俊希 長町
省二朗 棚瀬
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出光興産株式会社
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/70Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
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    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B61/00Other general methods
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Definitions

  • the present invention relates to a propylene tetramer and a method for producing a propylene tetramer.
  • the 12-carbon olefin obtained by quantifying propylene is used as a raw material for alcohols, carboxylic acids, etc., and is particularly useful as a raw material for cleaning agents. It is also used as a raw material for polyolefin monomers and plasticizers.
  • Patent Document 1 describes a method for converting a primary olefin to a secondary olefin in the presence of ⁇ -zeolite having a specific outer surface area for the purpose of improving the conversion rate.
  • Patent Document 2 for the purpose of obtaining a product containing a specific type of olefin, a step of contacting a raw material containing an olefin with a catalyst containing a specific type of molecular sieve and a step of contacting the product containing an olefin oligomer are recovered.
  • a method including a step of performing is disclosed.
  • propylene oligomers having a low degree of branching have been mainly used because of their use and their own reactivity.
  • chemical products such as surfactants, oils, solvents, and polymers are also required to have all functions such as detergency, compatibility, and compounding stability, and are further branched to the propylene oligomer which is the raw material thereof.
  • High-grade products are needed. For example, when the alkyl moiety of a surfactant or the like is highly branched, the crystallinity is low and the compatibility with various oils is improved, so that it is expected that the detergency is particularly improved at a low temperature. In addition, high dissolving power can be expected when used in various solvents.
  • an object of the present invention is to provide a propylene tetramer and a method for producing a propylene tetramer that can be used as a raw material for various olefin derivatives having a high degree of branching.
  • the present invention relates to the following (1) to (8).
  • the method for producing a propylene tetramer according to (3) or (4) which comprises a step of fractionating by distillation after the step of oligomerizing propylene.
  • the present invention is a method for producing a propylene tetramer, which comprises a step of oligomerizing propylene in the presence of a catalyst of a propylene tetramer having a TypeV olefin concentration of 25% by mass or more and a 12-membered ring zeolite.
  • the present invention will be described in detail below.
  • the propylene tetramer of the present invention has a TypeV olefin concentration of 25% by mass or more.
  • Type V olefin will be described.
  • the olefin type of the propylene oligomer can be classified according to the degree of substitution of the double bond and its position as shown in Table 1.
  • C represents a carbon atom
  • H represents a hydrogen atom
  • represents a double bond.
  • R in the formula represents an alkyl group, and each R may be the same or different, and in the propylene tetramer, the total number of carbon atoms of R in one molecule is 10.
  • Type I is sometimes referred to as the vinyl type and Type III is sometimes referred to as the vinylidene type.
  • the reactivity of each oligomer isomer may be different in the downstream process using the oligomer as a feed material.
  • highly branched isomers are highly active in reactions such as the Koch reaction and the alkylation reaction.
  • Such a difference in reactivity is considered to be due to a difference in the three-dimensional environment around the double bond.
  • Differences in the degree of branching of the oligomer isomer and the position of the double bond may affect not only the reactivity but also the product properties in the downstream process using the oligomer as a feed material.
  • the viscosity of a product produced using an oligomer containing a large amount of highly branched isomers such as the propylene oligomer of the present invention, was produced using an oligomer containing a large amount of linear or low-branched isomers. It will be lower than the viscosity of the product. This is not a phenomenon limited to viscosity, and it can be expected that the detergency and biodegradability of surfactant applications will be improved.
  • the TypeV olefin concentration of the propylene tetramer of the present invention is 25% by mass or more, preferably 28% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, further preferably 32% by mass or more, and further preferably 34% by mass or more. It is preferable, and more preferably 35% by mass or more.
  • the upper limit is not limited, but from the viewpoint of production efficiency, 50% by mass or less is preferable, 45% by mass or less is more preferable, and 40% by mass or less is further preferable.
  • the TypeV olefin concentration is the content (mass%) of TypeV olefin in the propylene tetramer, and the method described in Examples is used for the measurement and calculation method thereof. When the TypeV olefin concentration is 25% by mass or more, it can be suitably used as a raw material for various olefin derivatives having a high degree of branching.
  • the propylene tetramer of the present invention may contain Type IV olefin, Type III olefin, Type II olefin and Type I olefin in addition to Type V olefin.
  • the Type IV olefin concentration of the propylene tetramer of the present invention is preferably 65% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, further preferably 57% by mass or less, further preferably 53% by mass or less, and 51% by mass or less. Even more preferably, 50% by mass or less is even more preferable.
  • the lower limit is not limited, but from the viewpoint of production efficiency, 30% by mass or more is preferable, 40% by mass or more is more preferable, and 45% by mass or more is further preferable.
  • the Type IV olefin concentration is the content (mass%) of Type IV olefin in the propylene tetramer, and the method described in Examples is used for the measurement and calculation method thereof.
  • the Type III olefin concentration of the propylene tetramer of the present invention is preferably 0.5 to 8.0% by mass, preferably 1.0 to 5.0, from the viewpoint of achieving both the degree of branching of the obtained propylene tetramer and the reactivity. It is more preferably by mass, more preferably 2.0 to 4.3% by mass, still more preferably 3.0 to 4.0% by mass.
  • the Type III olefin concentration is the content (mass%) of Type III olefin in the propylene tetramer, and the method described in Examples is used for the measurement and calculation method thereof.
  • the TypeII olefin concentration of the propylene tetramer of the present invention is preferably 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 8.0% by mass or less, still more preferably 7.0% by mass or less.
  • the lower limit is not limited, but from the viewpoint of production efficiency, 2.0% by mass or more is preferable, and 4.0% by mass or more is more preferable.
  • the TypeII olefin concentration is the content (mass%) of TypeII olefin in the propylene tetramer, and the method described in Examples is used for the measurement and calculation method thereof.
  • the Type I olefin concentration of the propylene tetramer of the present invention is preferably 0.1 to 5.0% by mass, preferably 0.2 to 3.0, from the viewpoint of achieving both the degree of branching of the obtained propylene tetramer and the reactivity. By mass% is more preferable, 0.3 to 1.0% by mass is further preferable, and 0.5 to 0.9% by mass is even more preferable.
  • the Type I olefin concentration is the content (mass%) of Type I olefin in the propylene tetramer, and the method described in the examples is used for the measurement and calculation method thereof.
  • the propylene tetramer of the present invention preferably has a branching index of 3.10 or more, more preferably 3.20 or more, and further preferably 3.30 or more.
  • the branching index is a number indicating how many branches are on average in one molecule, and the larger the number, the more branches there are.
  • the linear saturated hydrocarbon (n-dodecane) is 0, and if there is one branch, the branch index is 1. Become.
  • the said "branch" is calculated as one place when there is one thing which three carbons are bonded to one carbon, and two places when there is one thing which four carbons are bonded to one carbon.
  • the branching index of the propylene tetramer is 3.10 or more, it can be suitably used as a raw material for various olefin derivatives having a high degree of branching.
  • the distillation temperature (initial distillation point to end point) of the propylene tetramer of the present invention by the atmospheric distillation test method specified in JIS K2254: 2018 is preferably 150 to 230 ° C., preferably 155 to 225 ° C. More preferably, it is more preferably 160 to 220 ° C, even more preferably 165 to 210 ° C, and even more preferably 170 to 200 ° C.
  • the 50% by volume distillation temperature of the propylene tetramer of the present invention according to the atmospheric distillation test method specified in JIS K2254: 2018 is preferably 175 to 195 ° C, more preferably 180 to 190 ° C. It is more preferably 185 to 190 ° C.
  • the boiling point of the propylene tetramer is within the above range, it can be suitably used as a raw material for various olefin derivatives such as a target surfactant and solvent.
  • the method for producing a propylene tetramer of the present invention includes a step of oligomerizing propylene in the presence of a 12-membered ring zeolite catalyst.
  • the propylene tetramer obtained by this production method has a high degree of branching and has excellent properties that it can be suitably used as a raw material for various olefin derivatives.
  • the present manufacturing method will be described below.
  • This step is a step of oligomerizing propylene in the presence of a 12-membered ring zeolite catalyst.
  • a method of contacting a lower olefin represented by propylene with a solid acid catalyst such as solid phosphoric acid or zeolite to obtain an oligomer of the olefin is called cationic polymerization.
  • the oligomer product obtained by cationic polymerization is usually a mixture of olefin dimers, trimers, tetramers and higher higher oligomers.
  • each oligomer is produced by a complex reaction mechanism, it is rarely obtained as an olefin having a single carbon skeleton and a double bond position, and is usually obtained as a mixture of various isomers.
  • a propylene oligomer having a high degree of branching can be obtained, and it can be used as a raw material for various olefin derivatives having a high degree of branching.
  • the catalyst used in this step is a 12-membered ring zeolite.
  • the 12-membered ring zeolite includes FAU type (also known as Y type zeolite), BEA type (also known as ⁇ zeolite), MOR type, MTW type (also known as ZSM-12), OFF type, and LTL type (also known as L type).
  • FAU type also known as Y type zeolite
  • BEA type also known as ⁇ zeolite
  • MOR type also known as MTW type (also known as ZSM-12), OFF type, and LTL type (also known as L type).
  • Zeolite) and FAU type and BEA type are preferable, and BEA type is more preferable.
  • the total surface area measured by the nitrogen adsorption method of the 12-membered ring zeolite is preferably 200 m 2 / g or more, more preferably 300 m 2 / g or more.
  • the ratio of the outer surface area to the total surface area (outer surface area / total surface area) measured by the nitrogen adsorption method of the 12-membered ring zeolite is preferably 0.4 or more, and is 0.5. The above is more preferable, and 0.6 or more is further preferable.
  • the crystal diameter observed by the SEM (scanning electron microscope) of the 12-membered ring zeolite is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less, and further preferably 0.1 ⁇ m or less. preferable.
  • the silicon / aluminum molar ratio (Si / Al) of the 12-membered ring zeolite is preferably 100 or less, more preferably 50 or less, still more preferably 25 or less.
  • the reaction from the viewpoint of efficient progress of, acid content measured by NH 3 -TPD of the 12-ring zeolite is preferably at least 150 [mu] mol / g, more preferably at least 200 [mu] mol / g, more 250 ⁇ mol / g is more preferable.
  • a binder may be used when molding the zeolite in order to improve the moldability as a catalyst.
  • Inorganic oxides such as alumina, silica, and clay can be used as the binder, and alumina is preferable as the binder from the viewpoints of mechanical strength, price, influence on acidity, and the like.
  • the amount of the binder used decreases, the amount of zeolite as an active species increases. Therefore, the amount of the binder is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less. It is preferable that the catalyst is filled in a fixed bed reactor and used as a fixed bed catalyst.
  • the pretreatment method a method in which an inert gas such as nitrogen, LPG or the like is heated to a high temperature and this gas stream is circulated to the reactor is preferable.
  • the temperature of the pretreatment is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 150 to 400 ° C, and even more preferably 150 to 300 ° C.
  • the pretreatment time varies depending on the size of the reactor, but is preferably 1 to 20 hours, more preferably 2 to 10 hours. Further, it is preferable to adjust the amount of water in the catalyst before starting the reaction. In order to increase the catalytic activity, it is preferable to remove water, and in order to extend the life of the catalyst, it is preferable to add water. As a method for removing water, it is preferable to use the above-mentioned pretreatment method.
  • propylene is introduced into the reactor.
  • the propylene to be introduced may be used as a mixture with a gas inert to this reaction, but in this step of oligomerizing propylene, the concentration of propylene in the reaction mixture excluding the catalyst is 55% by volume or more. It is preferably 60% by volume or more, more preferably 65% by volume or more, and further preferably 70% by volume or more.
  • the reaction temperature in this step of oligomerizing propylene is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 70 to 180 ° C, even more preferably 90 to 150 ° C, even more preferably 100 to 130 ° C, 100 to 120. ° C is even more preferred. By reacting at 200 ° C.
  • the liquid space velocity (LHSV) in this step of oligomerizing propylene is preferably 5 hours- 1 or less, more preferably 4 hours- 1 or less, and even more preferably 3 hours- 1 or less. More preferably, it is 2 hours- 1 or less. By setting the liquid space velocity (LHSV) to 5 hours- 1 or less, a highly branched propylene tetramer can be obtained in a high yield.
  • the preliminary reaction time in this step of oligomerizing propylene is preferably 100 hours or more, preferably 200 hours or more, preferably 250 hours or more, and preferably 270 hours or more.
  • the conversion rate of propylene in this step is preferably 50 to 99%, more preferably 50 to 95%, further preferably 60 to 95%, still more preferably 70 to 95%.
  • unreacted propylene coming out of the reactor outlet and light oligomers generated by the reaction are returned to the reactor and recycled.
  • Light oligomers are, for example, propylene dimers and propylene trimers.
  • the ratio (R / F) of the volume F of fresh feed (raw material propylene) to the volume R of recycled (unreacted propylene or light oligomer) R is 0.1 to 10 from the viewpoint of production efficiency. Is preferable, 0.3 to 6 is more preferable, and 1 to 3 is further preferable.
  • the method for producing a propylene tetramer of the present invention preferably includes a step of fractionating by distillation after the step of oligomerizing the propylene.
  • this fractionation step low molecular weight products (for example, propylene dimers and trimers) and high molecular weight products (for example, pentamers and higher propylene multimers), which are by-products produced by oligomerization, are decomposed. It is preferable to perform this in order to remove a modified product such as olefin which is not a multiple of 3 carbon atoms obtained by a side reaction such as.
  • Distillation conditions vary depending on the pressure, the size of the distillation apparatus, the number of stages of the distillation column, etc., and also differ depending on the production efficiency, the desired purity, and the application, but an olefin having 12 carbon atoms, which is a propylene tetramer, can be obtained. It is preferable to carry out under the conditions.
  • the distillation distillation set temperature is preferably 150 to 230 ° C, more preferably 155 to 225 ° C, and preferably 160 to 220 ° C. More preferred.
  • the propylene tetramer obtained by the production method of the present invention is preferably the propylene tetramer, that is, one having a TypeV olefin concentration of 25% by mass or more, but the propylene tetramer obtained by the present production method is used. Depending on the use and production efficiency of the obtained propylene tetramer, those not included in the range of the propylene tetramer are also included. Further, the propylene tetramer obtained by this production method is preferably a propylene tetramer having a branching index of 3.10 or more.
  • the TypeV olefin concentration is preferably 25% by mass or more, more preferably 28% by mass or more, further preferably 30% by mass or more, further preferably 32% by mass or more, further preferably 34% by mass or more, and 35% by mass.
  • the above is even more preferable.
  • the upper limit is not limited, but is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and even more preferably 40% by mass or less.
  • the Type IV olefin concentration is preferably 65% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, further preferably 57% by mass or less, further preferably 53% by mass or less, further preferably 51% by mass or less, and 50% by mass or less. Even more preferable.
  • the lower limit is not limited, but is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and even more preferably 45% by mass.
  • the Type III olefin concentration is preferably 0.5 to 8.0% by mass, more preferably 1.0 to 5.0% by mass, further preferably 2.0 to 4.3% by mass, and 3.0 to 4.0% by mass. % Is even more preferable.
  • the Type II concentration is preferably 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 8.0% by mass or less, still more preferably 7.0% by mass or less.
  • the lower limit is not limited, but is preferably 2.0% by mass or more, and more preferably 4.0% by mass or more.
  • the Type I olefin concentration is preferably 0.1 to 5.0% by mass, more preferably 0.2 to 3.0% by mass, further preferably 0.3 to 1.0% by mass, and 0.5 to 0.9% by mass. % Is even more preferable.
  • the branching index is preferably 3.10 or more, more preferably 3.20 or more, and even more preferably 3.30 or more.
  • the distillation temperature according to the atmospheric distillation test method specified in JIS K2254: 2018 is preferably 150 to 230 ° C, more preferably 155 to 225 ° C, and even more preferably 160 to 220 ° C. , 165 to 210 ° C., even more preferably 170 to 200 ° C.
  • the analysis method of the propylene tetramer obtained in Examples and Comparative Examples is as follows.
  • Composition (ratio of each olefin type) The ratio of each olefin type of the propylene tetramer of Examples and Comparative Examples was determined as follows using a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR) ECA500 (manufactured by JEOL Ltd.).
  • NMR nuclear magnetic resonance apparatus
  • the propylene tetramers obtained in Examples and Comparative Examples were dissolved in deuterated chloroform (chloroform-d), and 1 H-NMR was measured.
  • Type I (vinyl type) olefin, Type III (vinylidene type) olefin, Type II olefin and Type IV olefin is calculated from the area ratio of the above peak to other peaks, and the content of the remaining Type V olefin is calculated. did.
  • the ratio of each olefin type was calculated by multiplying the total amount of Type I (vinyl type) olefin, Type III (vinylidene type) olefin, Type II olefin, and Type IV olefin by the relative ratio of each of the olefin types.
  • the attribution of peaks derived from each of the above olefin types is described in Stelling et al. , Anal. Chem. , 38 (11), pp. According to 1467 to 1479 (1966).
  • the branch index is calculated by calculating by the equation (1).
  • the branching index indicates how many branches are formed in one molecule on average when the linear saturated hydrocarbon (n-dodecane) is set to 0.
  • Branch index [(2n + 2-6) X-6] / (3X + 3) (1)
  • X (peak area CH 3 ) / (peak area CH 2 + peak area CH)
  • n carbon number. In the case of a propylene tetramer, it is 12.
  • the method for calculating the attribution of peaks derived from each carbon and the branching index is based on the disclosure contents of JP-A-2009-539801.
  • Production Example 1 (Preparation of solid phosphate catalyst) Weigh 55 parts by mass of diatomaceous earth (manufactured by Chuo Silica Co., Ltd., Silica Queen S) and 45 parts by mass of orthophosphoric acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent, purity 85% or more) as carriers. It was put into a kneader and kneaded well. The obtained clay-like product was placed in an extrusion molding machine and extruded as a 4.5 mm ⁇ cylindrical pellet. The obtained pellets were placed in a muffle furnace, heated from room temperature at a rate of 10 ° C./min, dried at 200 ° C.
  • Example 1 (Production of Propylene Tetramer (1))
  • Oligomerization step ⁇ -zeolite catalyst (BEA type, 12-membered ring, manufactured by Tosoh Corporation, HSZ-930HOD1A, catalyst diameter 1.5 mm ⁇ , catalyst length 3 mm, cylinder-shaped extruded product) 40 cc and alumina balls (2 mm ⁇ , Spherical, manufactured by Nikkato, SSA-995) 40 cc was mixed and filled in a fixed bed reaction tube made of stainless steel. The inside of the reaction tube was treated with a nitrogen stream at 200 ° C. for 3 hours and cooled to 25 ° C.
  • BEA type 12-membered ring, manufactured by Tosoh Corporation, HSZ-930HOD1A, catalyst diameter 1.5 mm ⁇ , catalyst length 3 mm, cylinder-shaped extruded product
  • 40 cc and alumina balls (2 mm ⁇ , Spherical, manufactured by Nikkato, SSA-995
  • the propylene tetramer of the example has a higher TypeV olefin concentration and a higher branching index than the propylene tetramer of the comparative example, it can be used as a raw material for various olefin derivatives having a high degree of branching. Further, according to the production method of Examples, it can be seen that a propylene tetramer having a high TypeV olefin concentration can be efficiently obtained.

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Abstract

高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として用いることができる、プロピレン4量体、及びプロピレン4量体の製造方法を提供する。 TypeVオレフィン濃度が25質量%以上であるプロピレン4量体、及び12員環ゼオライトの触媒存在下、プロピレンをオリゴマー化する工程を有する、プロピレン4量体の製造方法である。

Description

プロピレン4量体及びプロピレン4量体の製造方法
 本発明は、プロピレン4量体及びプロピレン4量体の製造方法に関する。
 プロピレンを4量化して得られる炭素数12のオレフィンは、アルコールやカルボン酸等の原料として使用され、特に洗浄剤の原料として有用である。また、ポリオレフィン類のモノマーや可塑剤の原料等としても使用されている。
 従来より、プロピレンのオリゴマー化は、固体リン酸を触媒に用いることで製造されているが、最近では、ゼオライトを触媒とするプロピレンオリゴマーの製造も検討されている。
 例えば、特許文献1には、転化率の向上を目的として、外表面積が特定の比率を有するβゼオライト存在下で第一オレフィンを第二オレフィンに転化する方法が記載されている。
 また、特許文献2には、特定種のオレフィンを含む生成物を得ることを目的として、オレフィンを含む原料と特定の2種の分子篩を含む触媒と接触させる工程及びオレフィンオリゴマーを含む生成物を回収する工程を含む方法が開示されている。
国際公開第2018/236471号 特表平9-509207号公報
 従来、プロピレンオリゴマーは、その用途やそれ自身の反応性のため、分岐度の低いものが主に使用されてきた。しかし、近年では、界面活性剤や油剤、溶剤、ポリマー等の化学品にも、洗浄性、相溶性、配合安定性等、あらゆる機能が求められており、その原料であるプロピレンオリゴマーにもより分岐度の高いものが必要とされてきている。例えば、界面活性剤等のアルキル部分が高分岐であると、結晶性が低く、様々な油との相溶性が向上するため、特に低温での洗浄性が向上すると期待される。また、各種溶媒に用いた場合も高い溶解力が期待できる。しかし、従来知られているプロピレンオリゴマーでは、その分岐度は十分なものとは言えなかった。
 そこで、本発明は、高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として用いることができる、プロピレン4量体、及びプロピレン4量体の製造方法を提供することを課題とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定構造のオレフィンの濃度が特定量以上であるプロピレン4量体により、前記課題を解決できることを見出し、発明を完成した。また、特定のゼオライトを触媒として用い、プロピレンをオリゴマー化することにより、好適なプロピレン4量体を得る方法も見出した。
 すなわち、本発明は、以下の(1)~(8)に関する。
(1)
 TypeVオレフィン濃度が25質量%以上であるプロピレン4量体
(2)
 JIS K2254:2018に規定される常圧法蒸留試験方法による留出温度が160~220℃である、(1)に記載のプロピレン4量体。
(3)
 12員環ゼオライトの触媒存在下、プロピレンをオリゴマー化する工程を有する、プロピレン4量体の製造方法。
(4)
 12員環ゼオライトが、BEA型12員環ゼオライトである、(3)に記載のプロピレン4量体の製造方法。
(5)
 前記プロピレンをオリゴマー化する工程の後で蒸留によって分画する工程を有する、(3)又は(4)に記載のプロピレン4量体の製造方法。
(6)
 前記プロピレンをオリゴマー化する工程後のプロピレン転化率が50~99%である、(3)~(5)のいずれか1つに記載のプロピレン4量体の製造方法。
(7)
 (3)~(6)のいずれか1つに記載のプロピレン4量体の製造方法によって得られたプロピレン4量体。
(8)
 分岐指数が3.10以上であるプロピレン4量体。
 本発明によれば、高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として用いることができる、プロピレン4量体、及びプロピレン4量体の製造方法を提供することができる。
 本発明は、TypeVオレフィン濃度が25質量%以上であるプロピレン4量体、及び12員環ゼオライトの触媒存在下、プロピレンをオリゴマー化する工程を有する、プロピレン4量体の製造方法である。
 以下に、本発明について詳細に説明する。
[プロピレン4量体]
 本発明のプロピレン4量体は、TypeVオレフィン濃度が25質量%以上である。
 ここで「TypeVオレフィン」について説明する。
 プロピレンオリゴマーのオレフィンタイプは、表1に示すように二重結合の置換度とその位置によって分類することができる。式中のCは炭素原子を、Hは水素原子を表しており、=は二重結合を表している。また、式中のRはアルキル基を表し、各Rは同じでも異なっていてもよく、プロピレン4量体においては、1分子中のRの炭素数の合計は10である。
 つまり、RRC=CRRの構造を有するプロピレンオリゴマーのオレフィンタイプを「TypeVオレフィン」という。
 TypeIはビニルタイプと呼ばれることがあり、TypeIIIはビニリデンタイプと呼ばれることがある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 オリゴマー異性体の分岐度や二重結合の位置が異なることにより、そのオリゴマーを供給原料として使用する下流プロセスにおいて、各オリゴマー異性体の反応性が異なることがある。例えば、高分岐な異性体においては、コッホ反応やアルキレーション反応のような反応において高活性である。このような反応性の違いは、二重結合の周りの立体的な環境の違いによるものと考えられる。
 オリゴマー異性体の分岐度や二重結合の位置の違いは、反応性だけでなく、そのオリゴマーを供給原料として使用する下流プロセスでの製品性状に影響を与えることもある。例えば、本発明のプロピレンオリゴマーのように、高分岐な異性体が多く含まれるオリゴマーを用いて製造した製品の粘度は、直鎖状又は低分岐な異性体が多く含まれるオリゴマーを用いて製造した製品の粘度よりも低くなる。これは粘度に限られた現象ではなく、界面活性剤用途の洗浄性や生分解性等が向上することも期待できる。
 本発明のプロピレン4量体のTypeVオレフィン濃度は、25質量%以上であり、28質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、32質量%以上が更に好ましく、34質量%以上がより更に好ましく、35質量%以上がより更に好ましい。上限には制限はないが、生産効率の観点から、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。
 TypeVオレフィン濃度とは、プロピレン4量体中のTypeVオレフィンの含有量(質量%)であり、その測定及び算出方法は実施例に記載した方法を用いる。
 TypeVオレフィン濃度が25質量%以上であると、高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として好適に用いることができる。
 本発明のプロピレン4量体は、TypeVオレフィン以外に、TypeIVオレフィン、TypeIIIオレフィン、TypeIIオレフィン及びTypeIオレフィンを含んでいてもよい。
 本発明のプロピレン4量体のTypeIVオレフィン濃度は、65質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、57質量%以下が更に好ましく、53質量%以下がより更に好ましく、51質量%以下がより更に好ましく、50質量%以下がより更に好ましい。下限には制限はないが、生産効率の観点から、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、45質量%以上が更に好ましい。
 TypeIVオレフィン濃度とは、プロピレン4量体中のTypeIVオレフィンの含有量(質量%)であり、その測定及び算出方法は実施例に記載した方法を用いる。
 本発明のプロピレン4量体のTypeIIIオレフィン濃度は、得られるプロピレン4量体の分岐度と反応性を両立する観点から、0.5~8.0質量%が好ましく、1.0~5.0質量%がより好ましく、2.0~4.3質量%が更に好ましく、3.0~4.0質量%がより更に好ましい。
 TypeIIIオレフィン濃度とは、プロピレン4量体中のTypeIIIオレフィンの含有量(質量%)であり、その測定及び算出方法は実施例に記載した方法を用いる。
 本発明のプロピレン4量体のTypeIIオレフィン濃度は、20質量%以下が好ましく、10質量%以下が好ましく、8.0質量%以下がより好ましく、7.0質量%以下が更に好ましい。下限には制限はないが、生産効率の観点から、2.0質量%以上が好ましく、4.0質量%以上がより好ましい。
 TypeIIオレフィン濃度とは、プロピレン4量体中のTypeIIオレフィンの含有量(質量%)であり、その測定及び算出方法は実施例に記載した方法を用いる。
 本発明のプロピレン4量体のTypeIオレフィン濃度は、得られるプロピレン4量体の分岐度と反応性を両立する観点から、0.1~5.0質量%が好ましく、0.2~3.0質量%がより好ましく、0.3~1.0質量%が更に好ましく、0.5~0.9質量%がより更に好ましい。
 TypeIオレフィン濃度とは、プロピレン4量体中のTypeIオレフィンの含有量(質量%)であり、その測定及び算出方法は実施例に記載した方法を用いる。
 また、本発明のプロピレン4量体は、分岐指数が3.10以上であることが好ましく、3.20以上であることがより好ましく、3.30以上であることが更に好ましい。
 分岐指数とは、1分子に平均何ヵ所の分岐があるかを示す数であり、大きいものほど、分岐が多いことを示す。プロピレン4量体(ドデセン)を水素添加して得られる飽和炭化水素(ドデカン)の場合、直鎖飽和炭化水素(n-ドデカン)では0となり、分岐が1ヵ所であれば、分岐指数は1となる。なお、前記「分岐」とは、1つの炭素に3つの炭素が結合したものが1つあると1ヵ所とし、1つの炭素に4つの炭素が結合したものが1つあると2ヵ所として算出される。
 プロピレン4量体において、分岐指数が3.10以上であると、高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として好適に用いることができる。
 本発明のプロピレン4量体のJIS K2254:2018に規定される常圧法蒸留試験方法による留出温度(初留点~終点)は、150~230℃であることが好ましく、155~225℃であることがより好ましく、160~220℃であることが更に好ましく、165~210℃であることがより更に好ましく、170~200℃であることがより更に好ましい。
 本発明のプロピレン4量体のJIS K2254:2018に規定される常圧法蒸留試験方法による50容量%留出温度は、175~195℃であることが好ましく、180~190℃であることがより好ましく、185~190℃であることが更に好ましい。
 プロピレン4量体の沸点(蒸留試験による留出温度)が前記の範囲であることにより、目的とする、界面活性剤や溶剤等、各種オレフィン誘導体の原料として好適に用いることができる。
[プロピレン4量体の製造方法]
 本発明のプロピレン4量体の製造方法は、12員環ゼオライトの触媒存在下、プロピレンをオリゴマー化する工程を有する。
 本製造方法によって得られるプロピレン4量体は、高分岐度であり、各種オレフィン誘導体の原料として好適に用いることができるという優れた特性を有する。
 以下に本製造方法について説明する。
<オリゴマー化工程>
 本工程は、12員環ゼオライトの触媒存在下、プロピレンをオリゴマー化する工程である。
 プロピレンに代表される低級オレフィンを固体リン酸やゼオライトのような固体酸触媒に接触させて、そのオレフィンのオリゴマーを得る方法をカチオン重合という。カチオン重合によって得られたオリゴマー生成物は、通常、オレフィン2量体、3量体、4量体及びそれ以上の高級オリゴマーの混合物となる。さらに、各オリゴマーは複雑な反応機構によって生成されるため、単一の炭素骨格及び二重結合の位置を持ったオレフィンとして得られることは少なく、通常、様々な異性体の混合物として得られる。
 本発明の製造方法によれば、高分岐度のプロピレンオリゴマーを得ることができ、高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として用いることができる。
 本工程で用いられる触媒は、12員環ゼオライトである。
 前記12員環ゼオライトとしては、FAU型(別名:Y型ゼオライト)、BEA型(別名:βゼオライト)、MOR型、MTW型(別名:ZSM-12)、OFF型、LTL型(別名:L型ゼオライト)が挙げられ、FAU型、BEA型が好ましく、BEA型がより好ましい。
 触媒としての活性を向上させ、反応をより効率的に進行させる観点から、前記12員環ゼオライトの窒素吸着法によって測定される全表面積は200m/g以上が好ましく、300m/g以上がより好ましく、400m/g以上が更に好ましい。
 反応をより効率的に進行させる観点から、前記12員環ゼオライトの窒素吸着法によって測定される外表面積と全表面積との比(外表面積/全表面積)は0.4以上が好ましく、0.5以上がより好ましく、0.6以上が更に好ましい。
 反応をより効率的に進行させる観点から、前記12員環ゼオライトのSEM(走査型電子顕微鏡)によって観察される結晶径は1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下が更に好ましい。
 反応を効率的に進行させる観点から、前記12員環ゼオライトのケイ素/アルミニウムのモル比(Si/Al)は100以下が好ましく、50以下がより好ましく、25以下が更に好ましい。
 反応を効率的に進行させる観点から、前記12員環ゼオライトのNH-TPDで測定した酸量は150μmol/g以上が好ましく、200μmol/g以上がより好ましく、250μmol/g以上が更に好ましい。
 触媒としての成型性を向上させるため、ゼオライトの成型時にバインダーを使用しても良い。バインダーにはアルミナ、シリカ、粘土等の無機酸化物が使用でき、機械強度や価格、酸点への影響等の観点からバインダーはアルミナが好ましい。バインダーの使用量が少ないほど、活性種であるゼオライト量が増加するため、バインダー量は50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。
 前記触媒は、固定床反応器に充填し、固定床触媒として用いることが好ましい。
 本工程においては、反応を開始する前に、触媒中の不純物を除去する前処理を行うことが好ましい。前処理方法としては、窒素等の不活性なガスやLPG等を高温とし、このガス気流を反応器に流通させる方法が好ましい。
 前処理の温度としては、100~500℃が好ましく、150~400℃がより好ましく、150~300℃が更に好ましい。前処理の時間は、反応器の大きさによって異なるが、1~20時間が好ましく、2~10時間がより好ましい。
 また、反応を開始する前に、触媒中の水分量を調整することが好ましい。触媒活性を高めるためには、水分を除去することが好ましく、触媒の寿命を延ばすためには、水分を添加することが好ましい。水分を除去する方法としては、前記の前処理方法を用いることが好ましい。
 次に、反応器にプロピレンを導入する。
 導入するプロピレンは、本反応に対して不活性なガスとの混合物として用いてもよいが、プロピレンをオリゴマー化する本工程において、触媒を除く反応混合物中のプロピレンの濃度は、55体積%以上であることが好ましく、60体積%以上であることがより好ましく、65体積%以上であることが更に好ましく、70体積%以上であることが更に好ましい。
 プロピレンをオリゴマー化する本工程における反応温度は、50~200℃であることが好ましく、70~180℃がより好ましく、90~150℃が更に好ましく、100~130℃がより更に好ましく、100~120℃がより更に好ましい。200℃以下で反応することによって、高分岐なプロピレン4量体が高収率で得られる。
 プロピレンをオリゴマー化する本工程における液空間速度(LHSV)は、5時間-1以下であることが好ましく、4時間-1以下であることがより好ましく、3時間-1以下であることが更に好ましく、2時間-1以下であることがより更に好ましい。液空間速度(LHSV)を5時間-1以下とすることによって、高分岐なプロピレン4量体が高収率で得られる。
 プロピレンをオリゴマー化する本工程における予備反応時間が、100時間以上であることが好ましく、200時間以上であることが好ましく、250時間以上であることが好ましく、270時間以上であることが好ましい。反応生成物を取得する前に予備反応時間を設けることによって、触媒を安定化させることができ、高分岐なプロピレン4量体を高収率で得ることができる。
 本工程におけるプロピレンの転化率は、50~99%が好ましく、50~95%がより好ましく、60~95%が更に好ましく、70~95%がより更に好ましい。
 本工程では、反応器の除熱や未反応プロピレン量を減少させる目的から、反応器出口から出てくる未反応のプロピレンや反応で生じた軽質なオリゴマーを再度反応器に戻して、リサイクルすることも可能である。軽質なオリゴマーは、例えば、プロピレンの2量体やプロピレンの3量体である。リサイクルを行う場合、生産効率の観点から、フレッシュフィード(原料のプロピレン)の体積Fとリサイクル(未反応のプロピレンや軽質なオリゴマー)体積Rとの比(R/F)は、0.1~10が好ましく、0.3~6がより好ましく、1~3が更に好ましい。
<分画工程>
 本発明のプロピレン4量体の製造方法は、前記プロピレンをオリゴマー化する工程の後で蒸留によって分画する工程を有することが好ましい。
 本分画工程は、オリゴマー化で生成する副生成物である低分子量物(例えば、プロピレン2量体や3量体)や高分子量物(例えば、5量体以上のプロピレンの多量体)、分解等の副反応によって得られる3の倍数の炭素数ではないオレフィンのような変性物等を除去するために行うことが好ましい。
 蒸留の条件は、圧力や蒸留装置の大きさ、蒸留塔の段数等によって異なり、また、生産効率や目的とする純度、用途によって異なるが、プロピレン4量体である炭素数12のオレフィンが得られる条件で行うことが好ましい。
 常圧(1気圧)で分画を行う場合、蒸留の留出設定温度は、150~230℃であることが好ましく、155~225℃であることがより好ましく、160~220℃であることが更に好ましい。
<前記製造方法で得られたプロピレン4量体>
 本発明の製造方法で得られたプロピレン4量体は、前記プロピレン4量体、すなわち、TypeVオレフィン濃度が25質量%以上であるものが好ましいが、本製造方法で得られるプロピレン4量体には、得られるプロピレン4量体の用途や生産効率によって、前記プロピレン4量体の範囲に含まれないものも含まれる。
 また、本製造方法で得られたプロピレン4量体は、分岐指数が3.10以上であるプロピレン4量体であることが好ましい。
 その他の特性についても、前記[プロピレン4量体]に記載したプロピレン4量体と同様の特性を有することが好ましい。例えば、TypeVオレフィン濃度は25質量%以上が好ましく、28質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、32質量%以上がより更に好ましく、34質量%以上がより更に好ましく、35質量%以上がより更に好ましい。上限には制限はないが、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。TypeIVオレフィン濃度は65質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましく、57質量%以下が更に好ましく、53質量%以下がより更に好ましく、51質量%以下がより更に好ましく、50質量%以下がより更に好ましい。下限には制限はないが、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、45質量%が更に好ましい。TypeIIIオレフィン濃度は0.5~8.0質量%が好ましく、1.0~5.0質量%がより好ましく、2.0~4.3質量%が更に好ましく、3.0~4.0質量%がより更に好ましい。TypeII濃度は20質量%以下が好ましく、10質量%以下が好ましく、8.0質量%以下がより好ましく、7.0質量%以下が更に好ましい。下限には制限はないが、2.0質量%以上が好ましく、4.0質量%以上がより好ましい。TypeIオレフィン濃度は0.1~5.0質量%が好ましく、0.2~3.0質量%がより好ましく、0.3~1.0質量%が更に好ましく、0.5~0.9質量%がより更に好ましい。分岐指数は3.10以上であることが好ましく、3.20以上であることがより好ましく、3.30以上であることが更に好ましい。JIS K2254:2018に規定される常圧法蒸留試験方法による留出温度は、150~230℃であることが好ましく、155~225℃であることがより好ましく、160~220℃であることが更に好ましく、165~210℃であることがより更に好ましく、170~200℃であることがより更に好ましい。
 次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
 実施例及び比較例で得られたプロピレン4量体の分析方法は以下の通りである。
(1)組成(各オレフィンタイプの割合)
 実施例及び比較例のプロピレン4量体の各オレフィンタイプの割合を、核磁気共鳴装置(NMR)ECA500(日本電子株式会社製)を用いて、以下のようにして求めた。
 実施例及び比較例で得られたプロピレン4量体を重水素化クロロホルム(クロロホルム-d)に溶解し、H-NMRを測定した。クロロホルム(7.26ppm)を基準として得られたNMRスペクトルにおいて、5.60~5.90ppmがTypeI(ビニル型)オレフィンに由来するピーク、4.58~4.77ppmがTypeIII(ビニリデン型)オレフィンに由来するピーク、5.30~5.60ppmがTypeIIオレフィンに由来するピーク、4.77~5.30ppmがTypeIVオレフィンに由来するピークとして面積比より、各オレフィンタイプの相対比を算出した。さらに、前記のピークとその他のピークとの面積比より、TypeI(ビニル型)オレフィン、TypeIII(ビニリデン型)オレフィン、TypeIIオレフィン及びTypeIVオレフィンの合計量を算出し、残部のTypeVオレフィンの含有量を算出した。TypeI(ビニル型)オレフィン、TypeIII(ビニリデン型)オレフィン、TypeIIオレフィン及びTypeIVオレフィンの合計量に前記各オレフィンタイプの相対比を乗じて、各オレフィンタイプの割合を算出した。なお、前記の各オレフィンタイプに由来するピークの帰属は、Stehling et al., Anal.Chem.,38(11),pp.1467~1479(1966)による。
(2)分岐指数
 実施例及び比較例のプロピレン4量体2.0gとパラジウム炭素(10質量%Pd)0.1gを反応容器に充填した。反応容器に圧力が5.0MPaとなるよう水素を導入し、150℃、2.0時間反応を行った。反応後、濾過にて触媒を除去し、飽和炭化水素(分岐ノナン)を得た。
 得られた飽和炭化水素を、核磁気共鳴装置(NMR)ECA500(日本電子株式会社製)を用いて、以下のようにして求めた。
 飽和炭化水素を重水素化クロロホルム(クロロホルム-d)に溶解し、H-NMRを測定した。クロロホルム(7.26ppm)を基準として得られたNMRスペクトルにおいて、0.3~1.05ppmがCH(1級炭素)に由来するピーク、1.05~2.8ppmがCH(2級炭素)とCH(3級炭素)に由来するピークとする。
 これらのピーク面積を用いて、式(1)により計算し、分岐指数を算出する。
 分岐指数は、直鎖飽和炭化水素(n-ドデカン)を0としたときに、更に1分子に平均何ヵ所の分岐があるかを示す。
    分岐指数=[(2n+2-6)X-6]/(3X+3)  (1)
(式中、X=(ピーク面積CH)/(ピーク面積CH+ピーク面積CH)、n:炭素数。プロピレン4量体の場合、12とする。)
 なお、前記の各炭素に由来するピークの帰属と分岐指数の算出方法は、特表2009-539801号公報の開示内容による。
製造例1(固体リン酸触媒の調製)
 担体として珪藻土(中央シリカ株式会社製、シリカクイーンS)55質量部と、オルトリン酸(富士フイルム和光純薬工業(株)製、特級試薬、純度85%以上)45質量部を量り取り、これらをニーダーに投入してよく混練した。得られた粘土状の生成物を押出成型機に入れ、4.5mmφのシリンダー状ペレットとして押し出した。
 得られたペレットをマッフル炉に入れ、室温から10℃/minの速度で昇温し、200℃で3時間乾燥を行った後、10℃/minの速度で再度昇温し、400℃で2時間焼成を行った。これらの操作は全て空気気流下で行った。その後、流通気体を約20%の水蒸気を含む空気へ変更し、更に400℃で1時間温度を保持した。これらの操作の後、室温まで降温し、ペレット状の固体リン酸触媒を得た。
 得られたペレット状の固体リン酸触媒を粉砕し、6メッシュサイズ及び9メッシュサイズの篩を用いてふるうことで、粒子が均一な粒状の固体リン酸触媒とした。
実施例1(プロピレン4量体(1)の製造)
(1)オリゴマー化工程
 βゼオライト触媒(BEA型、12員環、東ソー社製、HSZ-930HOD1A、触媒径1.5mmφ、触媒長3mm、シリンダー形状の押出成型品。)40ccとアルミナボール(2mmφ、球状、ニッカトー社製、SSA-995)40ccを混合し、ステンレス製の固定床反応管に充填した。
 反応管内部を窒素気流下で200℃、3時間処理し、25℃まで冷却した。
 次にプロピレンを反応圧6.5MPa、60cc/時(LHSV=1.5時間―1)となるように導入した。触媒を安定させるために12日間(288時間)、100~120℃で反応させた後、110℃に調整し、反応混合物を抜き出した。この時のプロピレン転化率は79.9%であった。
(2)分画工程
 前工程で得られた反応混合物を蒸留にて分画して、プロピレン4量体(1)を得た。蒸留設定温度は、160~220℃とした。得られたプロピレン4量体(1)の分析結果を表2に示す。
比較例1(プロピレン4量体(2)の製造)
 (1)オリゴマー化工程
 製造例1で得られた固体リン酸触媒20ccをステンレス製の固定床反応管に充填した。
 次にプロピレンを反応圧6.5MPa、30cc/時(LHSV=1.5時間―1)となるように導入した。なお、固体リン酸触媒の活性の低下を防ぐため、100質量ppmの水分も同時に導入した。触媒を安定させるために12日間(288時間)、150~180℃で反応させた後、160℃に調整し、反応混合物を抜き出た。この時のプロピレン転化率は80.0%であった。
(2)分画工程
 前工程で得られた反応混合物を蒸留にて分画して、プロピレン4量体(2)を得た。蒸留設定温度は、160~220℃とした。得られたプロピレン4量体(2)の分析結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例のプロピレン4量体は、比較例のプロピレン4量体に比べ、TypeVオレフィン濃度が高く、更に分岐指数も高いため、高分岐度の各種オレフィン誘導体の原料として用いることができる。また、実施例の製造方法によれば、TypeVオレフィン濃度が高いプロピレン4量体が効率よく得られることがわかる。

 

Claims (8)

  1.  TypeVオレフィン濃度が25質量%以上であるプロピレン4量体。
  2.  JIS K2254:2018に規定される常圧法蒸留試験方法による留出温度が160~220℃である、請求項1に記載のプロピレン4量体。
    4量体
  3.  12員環ゼオライトの触媒存在下、プロピレンをオリゴマー化する工程を有する、プロピレン4量体の製造方法。
  4.  12員環ゼオライトが、BEA型12員環ゼオライトである、請求項3に記載のプロピレン4量体の製造方法。
  5.  前記プロピレンをオリゴマー化する工程の後で蒸留によって分画する工程を有する、請求項3又は4に記載のプロピレン4量体の製造方法。
  6.  前記プロピレンをオリゴマー化する工程後のプロピレン転化率が50~99%である、請求項3~5のいずれか1つに記載のプロピレン4量体の製造方法。
  7.  請求項3~6のいずれか1つに記載のプロピレン4量体の製造方法によって得られたプロピレン4量体。
  8.  分岐指数が3.10以上であるプロピレン4量体。

     
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5692222A (en) * 1979-12-05 1981-07-25 Mobil Oil Olefin selective oligomerization
JPH07503745A (ja) * 1992-01-30 1995-04-20 エクソン ケミカル パテンツ インコーポレイテッド アルケンのオリゴマー化
JP2009536642A (ja) * 2006-05-08 2009-10-15 エクソンモービル・ケミカル・パテンツ・インク 有機化合物変換方法
JP2012229233A (ja) * 2000-04-28 2012-11-22 Exxonmobile Chemical Patents Inc アルケンのオリゴマー化法

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