(57)【要約】  sec-ブチルベンゼンの製造方法は、ベンゼンとC4アルキル化剤を含む供給原料を、約110℃〜約150℃の温度を含むアルキル化条件下で、12.4±0.25、6.9±0.15、3.57±0.07及び3.42±0.07Åにd-間隔最大を含むＸ線回折パターンを有する少なくとも1種のモレキュラーシーブを含む触媒と接触させる工程を含む。次にsec-ブチルベンゼンを酸化してヒドロペルオキシドを生成し、このヒドロペルオキシドを分解してフェノールとメチルエチルケトンを生成することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
sec-ブチルベンゼンの製造方法であって、ベンゼンとC4アルキル化剤を含む供給原料を、約110℃〜約150℃の温度を含むアルキル化条件下で、12.4±0.25、6.9±0.15、3.57±0.07及び3.42±0.07Åにd-間隔最大を含むＸ線回折パターンを有する少なくとも1種のモレキュラーシーブを含む触媒と接触させる工程を含んでなる方法。
【請求項２】
前記少なくとも1種のモレキュラーシーブが、MCM-22、MCM-49、MCM-56及びそのイソ型から選択される、請求項1の方法。
【請求項３】
前記少なくとも1種のモレキュラーシーブが、MCM-49、MCM-56及びそのイソ型から選択される、請求項1の方法。
【請求項４】
前記アルキル化条件が、約120℃〜約140℃、好ましくは約125℃〜約135℃の温度を含む、請求項1〜3のいずれか1項の方法。
【請求項５】
前記アルキル化条件が、7000kPa以下の圧力、及び約0.1〜50時間-1のC4アルキル化剤に対する供給原料の重量毎時空間速度(WHSV)及び約1〜約50の、C4アルキル化剤に対するベンゼンのモル比をも含む、請求項1〜4のいずれか1項の方法。
【請求項６】
前記接触工程におけるC4アルキル化剤が線状ブテンである、請求項1〜5のいずれか1項の方法。
【請求項７】
前記線状ブテンが1-ブテン及び/又は2-ブテンを含む、請求項6の方法。
【請求項８】
前記線状ブテンが混合C4ストリーム中に含まれる、請求項6の方法。
【請求項９】
前記混合C4ストリームが、下記主成分：
30〜85wt%のブタジエン
0〜15wt%のC4アセチレン性化合物
1〜30wt%のブテン-1
1〜15wt%のブテン-2
0〜30wt%のイソブテン
0〜10wt%のn-ブタン
0〜1wt%のイソ-ブタン
を含んでなる水蒸気分解粗製C4ストリームから誘導される、請求項8の方法。
【請求項１０】
前記混合C4ストリームが、水蒸気分解粗製C4ストリームを溶媒抽出プロセスに供してブタジエンを除去することによって得られたラフィネートストリームから誘導され、前記ラフィネートストリームが下記主成分：
0〜2wt%のブタジエン
0〜0.5wt%のC4アセチレン性化合物
20〜50wt%のブテン-1
10〜30wt%のブテン-2
0〜55wt%のイソブテン
0〜55wt%のn-ブタン
0〜1wt%のイソ-ブタン
を含む、請求項8の方法。
【請求項１１】
前記混合C4ストリームが、水蒸気分解粗製C4ストリームを水素化プロセスに供してブタジエンを除去することによって得られたラフィネートストリームから誘導され、前記ラフィネートストリームが下記主成分：
0〜2wt%のブタジエン
0〜0.5wt%のC4アセチレン性化合物
50〜95wt%のブテン-1
0〜20wt%のブテン-2
0〜35wt%のイソブテン
0〜10wt%のn-ブタン
0〜1wt%のイソ-ブタン
を含む、請求項8の方法。
【請求項１２】
前記混合C4ストリームが、水蒸気分解粗製C4ストリームをブタジエンを除去するための溶媒抽出プロセス及びイソ-ブテン除去プロセスに供することによって得られたラフィネートストリームから誘導され、前記ラフィネートストリームが下記主成分：
0〜1wt%のブタジエン
0〜0.5wt%のC4アセチレン性化合物
25〜75wt%のブテン-1
15〜40wt%のブテン-2
0〜5wt%のイソブテン
0〜55wt%のn-ブタン
0〜2wt%のイソ-ブタン
を含む、請求項8の方法。
【請求項１３】
前記混合C4ストリームが、水蒸気分解粗製C4ストリームをブタジエンを除去するための水素化プロセス及びイソ-ブテン除去プロセスに供することによって得られたラフィネートストリームから誘導され、前記ラフィネートストリームが下記主成分：
0〜1wt%のブタジエン
0〜0.5wt%のC4アセチレン性化合物
75〜95wt%のブテン-1
0〜20wt%のブテン-2
0〜5wt%のイソブテン
0〜10wt%のn-ブタン
0〜2wt%のイソ-ブタン
を含む、請求項8の方法。
【請求項１４】
前記混合C4ストリームが製油所混合ブタン/ブテンストリームである、請求項8の方法。
【請求項１５】
前記製油所混合ブタン/ブテンストリームが下記主成分：
プロピレン      −0〜2wt%
プロパン        −0〜2wt%
ブタジエン      −0〜5wt%
ブテン-1        −5〜20wt%
ブテン-2        −10〜50wt%
イソブテン      −5〜25wt%
イソ-ブタン     −10〜45wt%
N-ブタン        −5〜25wt%
を含む、請求項14の方法。
【請求項１６】
前記混合C4ストリームが、酸素添加物からオレフィンへの変換プロセスで得られたC4フラクションから誘導される、請求項8の方法。
【請求項１７】
前記混合C4フラクションが下記主成分：
0〜1wt%のプロピレン
0〜0.5wt%のプロパン
0〜1wt%のブタジエン
10〜40wt%のブテン-1
50〜85wt%のブテン-2
0〜10wt%のイソブテン
0〜10wt%のn-ブタン及びイソブタン
を含む、請求項16の方法。
【請求項１８】
前記混合C4ストリームを、複数のオレフィン性C4炭化水素又はその混合物を併用することによって生成する、請求項8の方法。
【請求項１９】
前記接触工程前に、前記混合C4ストリームを、イオウ除去、窒素除去、酸素添加物除去、ブタジエン除去及びイソブテン除去の少なくとも1つに供する、請求項8〜18のいずれか1項の方法。
【請求項２０】
前記接触工程における供給原料が、(i)1000ppm未満の水、(ii)100ppm未満のイオウ及び(iii)10ppm未満の窒素の少なくとも1種を含む、請求項1〜19のいずれか1項の方法。
【請求項２１】
前記接触工程を少なくとも部分的に液相条件下でを行う、請求項1〜20のいずれか1項の方法。
【請求項２２】
前記接触工程がポリブチルベンゼンをも生成し、かつ該方法がトランスアルキル化触媒の存在下で前記ポリブチルベンゼンをベンゼンと接触させてsec-ブチルベンゼンを生成する工程をさらに含む、請求項1〜21のいずれか1項の方法。
【請求項２３】
前記トランスアルキル化触媒が、ゼオライトβ、モルデン沸石、USY、MCM-22、PSH-3、SSZ-25、ERB-1、ITQ-1、ITQ-2、MCM-36、MCM-49、MCM-56、UZM-8、及びその混合物から選択されるモレキュラーシーブを含む、請求項22の方法。
【請求項２４】
フェノールとメチルエチルケトンの製造方法であって、請求項1〜23のいずれか1項の方法によってsec-ブチルベンゼンを生成する工程、前記sec-ブチルベンゼンを酸化してヒドロペルオキシドを生成する工程、及び前記ヒドロペルオキシドを分解してフェノールとメチルエチルケトンを生成する工程を含んでなる方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔分野〕
本発明は、sec-ブチルベンゼンを製造するため、及び該sec-ブチルベンゼンをフェノールとメチルエチルケトンに変換するための方法に関する。
【０００２】
〔背景〕
フェノールとメチルエチルケトンは化学業界で重要な製品である。例えば、フェノールはフェノール樹脂、ビスフェノールA、ε-カプロラクタム、アジピン酸、アルキルフェノール、及び可塑剤の製造で有用であり、一方ラッカー、溶媒として、かつ潤滑油の脱ろうのため、メチルエチルケトンを使用できる。
メチルエチルケトンの最も一般的な製造経路はsec-ブチルアルコール(SBA)の脱水素により、このアルコールはブテンの酸触媒水和によって製造される。例えば、ブチレンと硫酸の反応による商業規模のSBA製造は長い間気/液抽出によって達成されてきた。
現在、フェノールの最も一般的な製造経路はホック(Hock)法である。これは3工程法であり、第1工程はクメンを生成するためのプロピレンによるベンゼンのアルキル化後、該クメンの対応ヒドロペルオキシドへの酸化、次いで等モル量のフェノールとアセトンを生成するための該ヒドロペルオキシドの分解を含む。しかし、フェノールに対する世界的需要がアセトンに対する需要より急速に増加している。さらに、ブテンのコストに対してプロピレンのコストは、プロピレンの発達する不足のため高くなりそうである。従って、プロピレンの代わりにブテンを使用し、かつアセトンではなくメチルエチルケトンを同時製造する方法は、フェノール製造の魅力的な代替経路であろう。
【０００３】
ホック法の変形でフェノールとメチルエチルケトンを同時製造できることは公知であり、この方法では、sec-ブチルベンゼンを酸化してsec-ブチルベンゼンヒドロペルオキシドを得、このぺルオキシドを所望のフェノールとメチルエチルケトンに分解する。該方法の概要は、1977年12月にスタンフォード研究所で公表された表題「フェノール」のProcess Economics Report No. 22Bの113〜421ページ及び261〜263ページに記載されている。
ベンゼンを酸触媒上、n-ブテンでアルキル化することによってsec-ブチルベンゼンを製造できる。この化学はエチルベンゼンとクメンの製造に非常に似ている。しかし、アルキル化剤の炭素数が増えると、生成物の異性体数も増える。例えば、エチルベンゼンは1つの異性体を有し、プロピルベンゼンは2つの異性体(クメンとn-プロピルベンゼン)を有し、ブチルベンゼンは4つの異性体(n-、イソ-、sec-、及びt-ブチルベンゼン)を有する。sec-ブチルベンゼンの製造では、n-、イソ-、t-ブチルベンゼン、及びフェニルブテン副生物の形成を最小限にすることが重要である。これらの副生物、特にイソ-ブチルベンゼンはsec-ブチルベンゼンと非常に近い沸点を有するので、蒸留でsec-ブチルベンゼンから分離することは困難である(下表参照)。
【０００４】
2009526790.tif 000002
【０００５】
さらに、イソ-ブチルベンゼンとtert-ブチルベンゼンは、メチルエチルケトンとフェノールの製造に必要な次工程であるsec-ブチルベンゼンの対応ヒドロペルオキシドへの酸化に対するインヒビターであることが分かっている。
ブテンオリゴマー、ジブチルベンゼン及びトリブチルベンゼン等の他の副生物を減らすことも望ましい。これらの副生物はブテンとベンゼンの供給原料を消費し、かつsec-ブチルベンゼン選択性を損なう。オレフィン性ブテンオリゴマーは、sec-ブチルベンゼン酸化速度に対する阻害作用をも有し得る。
さらに、純粋なn-ブテン供給原料を使用することによって、sec-ブチルベンゼン製造を最大にできるが、ラフィネート-2等のより経済的なブテン供給原料を使用することが望ましい。典型的なラフィネート-2は、0〜1%のブタジエンと0〜5%のイソブテンを含有する。この供給原料中のイソブテンが多いと、より高いt-ブチルベンゼン生成量が予想されるので、触媒のsec-ブチルベンゼン選択性の重要性がさらに増す。
【０００６】
2005年8月5日に出願した我々の国際出願PCT/EP2005/008557号では、フェノールとメチルエチルケトンの統合された製造方法を開示している。この方法は、(a)ベンゼンとC4アルキル化剤を含む供給原料を、アルキル化条件下、ゼオライトβ又はMCM-22ファミリーのゼオライトを含む触媒と接触させて、sec-ブチルベンゼンを含むアルキル化流出物を生成する工程；(b)前記sec-ブチルベンゼンを酸化してヒドロペルオキシドを生成する工程；及び次に(c)前記ヒドロペルオキシドを分解してフェノールとメチルエチルケトンを生成する工程を含む。アルキル化条件は約60℃〜約260℃、例えば約100℃〜約200℃の温度を含み、すべての実施例を160℃で行っている。
本発明によれば、驚くべきことに、我々の国際出願PCT/EP2005/008557号で述べたアルキル化プロセスを約110℃〜約150℃という狭く限定した範囲内で制御した温度で行うと、触媒の活性の過剰な損失なしで、sec-ブチルベンゼンに対する選択性が、より高温での操作より有意に向上することが分かった。該アルキル化生成物には実質的にイソブチルベンゼンとt-ブチルベンゼンがないので、それはフェノールとメチルエチルケトンを製造するためのホック法で使うのに魅力的な供給原料である。
例えば、米国特許第4,992,606号から、MCM-22が約0℃〜約500℃、好ましくは約50℃〜250℃という広い範囲の温度にわたって、ベンゼン等の芳香族化合物の、アルキル化剤、例えば1〜5個の炭素原子を有するオレフィンによるアルキル化に有効な触媒であることが分かる。同様の開示が米国特許第5,371,310号及び第5,557,024号に含まれているが、ゼオライトはそれぞれMCM-49及びMCM-56である。しかし、これらの文献には、C4アルキル化剤によるベンゼンのアルキル化において、特にアルキル化プロセスを約110℃〜約150℃の温度で行うと、MCM-22、MCM-49又はMCM-56がsec-ブチルベンゼンに対して普通以上に選択性であるという開示又は示唆がない。
【０００７】
〔概要〕
一局面では、本発明はsec-ブチルベンゼンの製造方法であって、ベンゼンとC4アルキル化剤を含む供給原料を、約110℃〜約150℃の温度を含むアルキル化条件下で、12.4±0.25、6.9±0.15、3.57±0.07及び3.42±0.07Åにd-間隔最大を含むＸ線回折パターンを有する少なくとも1種のモレキュラーシーブを含む触媒と接触させる工程を含んでなる方法に属する。
好ましくは、モレキュラーシーブはMCM-22、MCM-49、MCM-56及びそのイソ型から選択され、なおさらに好ましくは、MCM-49、MCM-56及びそのイソ型から選択される。
好都合には、前記アルキル化条件は、約120℃〜約140℃の温度、好ましくは約125℃〜約135℃の温度を含む。
好都合には、前記接触工程におけるC4アルキル化剤は線状ブテン、例えば1-ブテン及び/又は2-ブテンを含む。一実施形態では、前記線状ブテンは混合C4ストリームに含まれ、該混合C4ストリームは接触工程前にイオウ除去、窒素除去、酸素添加物除去、ブタジエン除去及びイソブテン除去の少なくとも1つに供される。好都合には、前記混合C4ストリームはラフィネート-1又はラフィネート-2ストリームである。
一実施形態では、少なくとも部分的に液相条件下で前記接触工程を行う。好都合には、前記アルキル化条件は、7000kPa以下の圧力、約0.1〜50時間-1のC4アルキル化剤に対する供給原料の重量毎時空間速度(weight hourly space velocity)(WHSV)及び約1〜約50の、C4アルキル化剤に対するベンゼンのモル比をも含む。
一実施形態では、接触工程で生成される前記アルキル化流出物がポリブチルベンゼンを含み、かつ該プロセスは、トランスアルキル化触媒の存在下で前記ポリブチルベンゼンをベンゼンと接触させてsec-ブチルベンゼンを生成する工程をさらに含む。好都合には、トランスアルキル化触媒は、ゼオライトβ、モルデン沸石、USY、MCM-22、PSH-3、SSZ-25、ERB-1、ITQ-1、ITQ-2、MCM-36、MCM-49、MCM-56、UZM-8、及びその混合物から選択されるモレキュラーシーブを含む。
【０００８】
さらなる局面では、本発明は、フェノールとメチルエチルケトンの製造方法であって、以下の工程を含んでなる方法に属する：
(a)ベンゼンとC4アルキル化剤を含む供給原料を、約110℃〜約150℃の温度を含むアルキル化条件下で、12.4±0.25、6.9±0.15、3.57±0.07及び3.42±0.07Åにd-間隔最大を含むＸ線回折パターンを有する少なくとも1種のモレキュラーシーブを含む触媒と接触させて、sec-ブチルベンゼンを含むアルキル化流出物を生成する工程；
(b)工程(a)のsec-ブチルベンゼンを酸化してヒドロペルオキシドを生成する工程；及び
(c)工程(b)のヒドロペルオキシドを分解してフェノールとメチルエチルケトンを生成する工程。
好都合には、以下のような触媒の存在下で酸化工程(b)を行う：(i)マンガンを含むオキソ(ヒドロキソ)架橋四核金属錯体、(ii)混合金属コアを有するオキソ(ヒドロキソ)架橋四核金属錯体（前記コアの1つの金属は、Zn、Cu、Fe、Co、Ni、Mn及びその混合物から選択される二価金属であり、かつ別の金属は、In、Fe、Mn、Ga、Al及びその混合物から選択される三価金属である）及び(iii)単独又はフリーラジカルイニシエーターの存在下のN-ヒドロキシ置換環状イミド。一実施形態では、酸化触媒は不均一触媒である。
好都合には、約70℃〜約200℃の温度及び約50〜約1000kPa(約0.5〜約10気圧)の圧力で酸化工程(b)を行う。
好都合には、触媒の存在下で分解工程(c)を行う。触媒は均一又は不均一触媒でよい。一実施形態では、触媒は硫酸のような均一触媒である。
好都合には、約40℃〜約120℃の温度、約100〜約2500kPaの圧力、及び約0.1〜約100時間-1のヒドロペルオキシドに対する液体毎時空間速度(liquid hourly space velocity)(LHSV)で分解工程(c)を行う。
【０００９】
〔実施形態の詳細な説明〕
本発明は、sec-ブチルベンゼンを生成してから、該sec-ブチルベンゼンをフェノールとメチルエチルケトンに変換する方法に関する。この変換は、最初にsec-ブチルベンゼンを酸化して対応ヒドロペルオキシドを生成してから結果のヒドロペルオキシドを分解して所望のフェノールとメチルエチルケトンを生成する工程を含む。
特に、本発明は、MCM-22ファミリー、好ましくはMCM-49、MCM-56及び/又はそのイソ型のモレキュラーシーブを含む触媒上で、混合ブテン供給原料のようなC4アルキル化剤でベンゼンをアルキル化し、かつ該アルキル化温度を約110℃〜約150℃という狭く限定した範囲内で制御すると、同一触媒を用いるが、160℃以上の温度で行う方法より、sec-ブチルベンゼン製造に対するプロセスの選択性が予想外に向上するという発見に基づく。110℃未満では、ブテン供給原料の変換速度が望ましくなく低下する。
【００１０】
〔ベンゼンのアルキル化〕
sec-ブチルベンゼンを生成するためのアルキル化工程で使用するベンゼンは、いずれの市販のベンゼン供給原料でもよいが、好ましくは該ベンゼンは少なくとも99wt%の純度レベルを有する。
アルキル化剤は、ベンゼンと反応できる1つ以上の利用できるアルキル化脂肪族基を有し、かつ4個の炭素原子を有するいずれの脂肪族又は芳香族有機化合物でもよい。好適なC4アルキル化剤の例として、モノオレフィン、例えば線状ブテン、特にブテン-1及び/又はブテン-2；アルコール(モノアルコール、ジアルコール、トリアルコール等を含む)、例えばブタノール；ジアルキルエーテル、例えばジブチルエーテル；及びハロゲン化アルキル、例えば塩化ブチルが挙げられる。
アルキル化剤は、エタン、プロパン、ブタン、LPG及び軽質ナフサの水蒸気分解、ナフサ及び他の精油所供給原料の接触分解によって並びにメタノールのような酸素添加物の低級オレフィンへの変換によって得られるようなオレフィン性C4炭化水素混合物でもよい。
例えば、水蒸気分解を利用してオレフィンを生成するいずれの精油所でも以下のC4炭化水素混合物が一般的に利用できる：粗製水蒸気分解ブテンストリーム、ラフィネート-1(粗製水蒸気分解ブテンストリームからブタジエンを除去するための溶媒抽出又は水素化後に残存する生成物)及びラフィネート-2(粗製水蒸気分解ブテンストリームからブタジエンとイソブテンを除去後に残存する生成物)。一般に、これらのストリームは下表Aに示される質量範囲内の組成を有する。
【００１１】
表Ａ
2009526790.tif 000003
【００１２】
ナフサ及び他の精油所供給原料の接触分解によって得られる当該ストリームのような他の精油所混合C4ストリームは、典型的に以下の組成を有する：
プロピレン      −0〜2wt%
プロパン        −0〜2wt%
ブタジエン      −0〜5wt%
ブテン-1        −5〜20wt%
ブテン-2        −10〜50wt%
イソブテン      −5〜25wt%
イソ-ブタン     −10〜45wt%
N-ブタン        −5〜25wt%
【００１３】
メタノールのような酸素添加物の低級オレフィンへの変換から得られるC4炭化水素フラクションは、さらに典型的に以下の組成を有する：
プロピレン           −0〜1wt%
プロパン             −0〜0.5wt%
ブタジエン           −0〜1wt%
ブテン-1             −10〜40wt%
ブテン-2             −50〜85wt%
イソブテン           −0〜10wt%
N-ブタン＋イソ-ブタン−0〜10wt%
【００１４】
上記C4炭化水素混合物のいずれの1つ又はいずれの混合物も本発明の方法で使用できる。線状ブテン及びブタンに加え、これらの混合物は典型的にイソブテン及びブタジエン等の成分を含み、本発明の方法に有害であり得る。例えば、イソブテンとベンゼンの普通のアルキル化生成物はtert-ブチルベンゼンであり、これは上述したように、引き続く酸化工程のインヒビターとして作用する。従って、アルキル化工程前に、これらの混合物を好ましくはブタジエン除去及びイソブテン除去に供する。例えば、選択的ダイマー化又はMTBEを生成するためのメタノールとの反応によってイソブテンを除去でき、抽出又はブテン-1への選択的水素化によってブタジエンを除去できる。
他の炭化水素成分に加え、市販のC4炭化水素混合物は典型的に、アルキル化プロセスに有害であり得る他の不純物を含有する。例えば、精油所C4炭化水素ストリームは典型的に窒素及びイオウ不純物を含有し、酸素添加物変換プロセスによって得られるC4炭化水素ストリームは典型的に未反応酸素添加物と水を含有する。従って、アルキル化工程前に、これらの混合物を、ブタジエン除去及びイソブテン除去に加え、イオウ除去、窒素除去及び酸素添加物除去の1つ以上に供してもよい。イオウ、窒素、酸素添加不純物の除去は、好都合には、苛性処理、水洗、蒸留、モレキュラーシーブを用いる吸着及び/又は膜分離の1つ若しくは組合せによって果たされる。吸着によって典型的に水も除去される。
好ましくないが、本発明のアルキル化工程でアルキル化剤として、アルキル化工程がクメンとsec-ブチルベンゼンの混合物を生じさせるように、上述したようなC4アルキル化剤と、C3アルキル化剤、例えばプロピレンの混合物を使用することもできる。そして、結果の混合物を酸化及び分解によって処理し、フェノールに伴って、アセトンとMEKの混合物を生じさせ得る。ここで、好ましくはアセトン：フェノールのモル比は、ビスフェノール-A製造の要求に調和させるため0.5：1である。
好都合には、本発明のアルキル化工程への全供給原料は、1000ppm未満、例えば500ppm未満、例えば100ppm未満の水を含有する。さらに、全供給原料は典型的に100ppm未満、例えば30ppm未満、例えば3ppm未満のイオウ及び10ppm未満、例えば1ppm未満、例えば0.1ppm未満の窒素を含有する。
【００１５】
本発明の方法で使用するアルキル化触媒は、12.4±0.25、6.9±0.15、3.57±0.07及び3.42±0.07Åにd-間隔最大を含むＸ線回折パターンを有する結晶性モレキュラーシーブである。材料(b)を特徴づけるために使用するＸ線回折データは、入射光線として銅のK-α二重線を用いる標準的方法、並びにシンチレーションカウンター及び収集システムとして付随コンピューターを備えた回折計によって得られる。
上記Ｘ線回折パターンを有する材料は時にはMCM-22ファミリーのモレキュラーシーブと呼ばれ、MCM-22(米国特許第4,954,325号に記載)、PSH-3(米国特許第4,439,409号に記載)、SSZ-25(米国特許第4,826,667号に記載)、ERB-1(欧州特許第0293032号に記載)、ITQ-1(米国特許第6,077,498号に記載)、ITQ-2(国際特許公開第WO97/17290号に記載)、MCM-36(米国特許第5,250,277号に記載)、MCM-49(米国特許第5,236,575号に記載)、MCM-56(米国特許第5,362,697号に記載)、UZM-8(米国特許第6,756,030号に記載)、及びその混合物が挙げられる。好ましくは、モレキュラーシーブは(a)MCM-49、(b)MCM-56及び(c)MCM-49及びMCM-56のイソ型、例えばITQ-2から選択される。
本明細書では、用語「MCM-22ファミリー材料」(又は「MCM-22ファミリーの材料」又は「MCM-22ファミリーのモレキュラーシーブ」)は以下の材料の1つ以上を含む：
−共通の第一度結晶構成要素である単位胞製のモレキュラーシーブ（単位胞はMWW枠組トポロジーを有する）。(単位胞は、三次元空間のタイル状で結晶構造を表すときの原子の空間配置である。該結晶構造は、“Atlas of Zeolite Framework Types”, Fifth edition, 2001で議論されており、この全内容が参考文献として組み込まれる)；
−1単位胞厚、好ましくは1c-単位胞厚の単層を形成する、該MWW枠組トポロジーの単位胞の二次元タイル(tiling)である共通の第二度結晶構成要素製のモレキュラーシーブ；
・1以上の1単位胞厚の層である、共通の第二度結晶構成要素製のモレキュラーシーブ（前記1単位胞厚より厚い層は、1単位胞厚の少なくとも2つの単層を積み重ね、詰め、又は結合することによって作られる。該第二度構成要素の積み重ねは、規則様式、不規則様式、ランダム様式、又はそのいずれの組合せでもよい；及び
・MWW枠組トポロジーを有する単位胞のいずれかの規則的又はランダムな二次元又は三次元の組合せによって作られるモレキュラーシーブ。
【００１６】
アルキル化触媒として、非結合又は自己結合型のモレキュラーシーブが挙げられ、或いは、従来の方法で、最終アルキル化触媒が2〜80wt%のふるいを含有するように、モレキュラーシーブをオキシドバインダー、例えばアルミナと併用することもできる。
一実施形態では、触媒は結合されておらず、かつバインダーと調製した触媒の破砕強さよりずっと優れた破砕強さを有する。このような触媒は、気相結晶化法、特に気相結晶化が起こるにつれて合成混合物に使用する苛性がゼオライト結晶中に残存するのを防止する気相結晶化法によって好都合に調製される。
効率的なアルキル化条件下、有機反応物、すなわちアルキル化できる芳香族化合物とアルキル化剤を、例えば、触媒組成物の固定床を含有する流通反応装置内又は触媒蒸留反応器内のような適切な反応ゾーン内で、アルキル化触媒と接触させるように、アルキル化プロセスを行う。最も重要なことに、アルキル化条件は、約110℃〜約150℃、例えば約120℃〜約140℃、例えば約125℃〜約135℃、典型的に約130℃の温度を含む。さらに、アルキル化条件は、一般的に7000kPa以下、例えば約1000〜約3500kPaの圧力、及び約0.1〜50時間-1、例えば約1〜約10時間-1のC4アルキル化剤に対する重量毎時空間速度(WHSV)を含む。典型的に、アルキル化剤に対するベンゼンのモル比は、約1〜約50、例えば約2〜約10である。
反応物は気相中又は部分的若しくは完全に液相中にあり、かつ純粋でよく、すなわち他の材料による意図的な混合又は希釈がなく、或いは例えば水素又は窒素などのキャリヤーガス又は希釈剤の助けを借りて反応物をゼオライト触媒組成物と接触させてよい。
【００１７】
上記触媒及びアルキル化条件を使用すると、本発明の方法のアルキル化工程がsec-ブチルベンゼンに高度に選択性であることが分かる。特に、ラフィネート-2のような混合ブテン供給原料を使用する場合でさえ、生成されるsec-ブチルベンゼンが普通0.5wt%未満のイソブチルベンゼン又はtert-ブチルベンゼンを含有することが分かる。このことは、sec-ブチルベンゼンの酸化がブチルベンゼン及びtert-ブチルベンゼンの存在によって影響を受け、これらの不純物がsec-ブチルベンゼン供給原料の0.7wt%を超えるとsec-ブチルベンゼンの酸化速度が有意に低減することから、非常に有利である。
アルキル化工程はsec-ブチルベンゼンに向かって高度に選択的であるが、アルキル化反応の流出物は、通常いくらかのポリアルキル化オリゴマー化生成物、並びに未反応芳香族供給原料及び所望のモノアルキル化種を含有するだろう。一般的に未反応芳香族供給原料を蒸留で回収してアルキル化反応器に再循環させる。ベンゼン蒸留の底部をさらに蒸留して、いずれのポリアルキル化生成物及び他の重量物からもモノアルキル化生成物を分離する。アルキル化反応流出物中に存在するポリアルキル化生成物の量によっては、追加のベンゼンでポリアルキル化生成物をトランスアルキル化して、所望のモノアルキル化種の生成を最大にすることが望ましいだろう。
追加のベンゼンによるトランスアルキル化は、典型的に、アルキル化反応器とは別のトランスアルキル化反応器内で適切なトランスアルキル化触媒、例えばMCM-22ファミリー、ゼオライトβ、MCM-68(米国特許第6,014,018号参照)、ゼオライトY及びモルデン沸石のモレキュラーシーブ上で達成される。MCM-22ファミリーのモレキュラーシーブとして、MCM-22(米国特許第4,954,325号に記載)、PSH-3(米国特許第4,439,409号に記載)、SSZ-25(米国特許第4,826,667号に記載)、ERB-1(欧州特許第0293032号に記載)、ITQ-1(米国特許第6,077,498号に記載)、ITQ-2(国際特許公開第WO97/17290号に記載)、MCM-36(米国特許第5,250,277号に記載)、MCM-49(米国特許第5,236,575号に記載)、MCM-56(米国特許第5,362,697号に記載)、UZM-8(米国特許第6,756,030号に記載)、及びその混合物が挙げられる。トランスアルキル化反応は、典型的に少なくとも部分的に液相条件下で行われる。この条件には、好適には、100〜300℃の温度、1000〜7000kPaの圧力、総供給原料について1〜50時間-1の重量毎時空間速度、及び1〜10のベンゼン/ポリアルキル化ベンゼンの質量比が含まれる。
【００１８】
〔sec-ブチルベンゼンの酸化〕
sec-ブチルベンゼンをフェノールとメチルエチルケトンに変換するため、sec-ブチルベンゼンを最初に対応ヒドロペルオキシドに酸化する。これはsec-ブチルベンゼンを含有する液相中に空気等の酸素含有気体を導入することによって達成される。この反応は触媒の非存在下で遂行され得るが、遅い(698kPag(100psig)圧力で1%/時間未満のオーダーの速度)。酸化を触媒、例えば、多座配位が、コバルト、ニッケル、マンガン、銅、及び鉄から選択される少なくとも1種の金属に配位している水溶性キレート化合物の存在下で行うことによって、反応速度の改善を達成することができる(米国特許第4,013,725号参照)。さらに好ましくは、不均一触媒を使用する。好適な不均一触媒は、米国特許第5,183,945号（該触媒はオキソ(ヒドロキソ)架橋四核マンガン錯体である）及び米国特許第5,922,920号（該触媒は、混合金属コアを有するオキソ(ヒドロキソ)架橋四核金属錯体を含み、コアの1つの金属はZn、Cu、Fe、Co、Ni、Mn及びその混合物から選択される二価金属であり、かつ別の金属は、In、Fe、Mn、Ga、Al及びその混合物から選択される三価金属である）に記載されている。前記米国特許の全開示は参照によって本明細書に取り込まれる。
sec-ブチルベンゼンの酸化工程に好適な他の触媒は、公開された米国特許出願第2003/0083527号に記載され、かつ参照によって本明細書に取り込まれるN-ヒドロキシ置換環状イミド、例えば、N-ヒドロキシフタルイミド、4-アミノ-N-ヒドロキシフタルイミド、3-アミノ-N-ヒドロキシフタルイミド、テトラブロモ-N-ヒドロキシフタルイミド、テトラクロロ-N-ヒドロキシフタルイミド、N-ヒドロキシヘチミド(hydroxyhetimide)、N-ヒドロキシヒミミド(hydroxyhimimide)、N-ヒドロキシトリメリットイミド、N-ヒドロキシベンゼン-1,2,4-トリカルボキシイミド、N,N'-ジヒドロキシ(ピロメリット酸ジイミド)、N,N'-ジヒドロキシ(ベンゾフェノン-3,3',4,4'-テトラカルボン酸ジイミド)、N-ヒドロキシマレイミド、ピリジン-2,3-ジカルボキシイミド、N-ヒドロキシスクシンイミド、N-ヒドロキシ(酒石酸イミド)、N-ヒドロキシ-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミド、エキソ-N-ヒドロキシ-7-オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタ-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-ヒドロキシ-シス-シクロヘキサン-1,2-ジカルボキシイミド、N-ヒドロキシ-シス-4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボキシイミド、N-ヒドロキシナフタルイミドナトリウム塩又はN-ヒドロキシ-o-ベンゼンジスルホンイミドである。これらの材料を単独で、又はフリーラジカルイニシエーターの存在下で使用でき、かつ液相の均一触媒として使用でき、或いは固形担体上に支持させて不均一触媒を与え得る。
【００１９】
sec-ブチルベンゼン酸化工程の好適な条件は、約70℃〜約200℃、例えば約90℃〜約130℃の温度、及び約0.5〜約10気圧(50〜1000kPa)の圧力を含む。塩基性の緩衝剤を添加して、酸化中に形成し得る酸性副生物と反応させることができる。さらに、炭酸ナトリウム等の塩基性化合物の溶解を助け得る水相を導入してよい。酸化工程における通過毎の(per-pass)転化率を好ましくは50%未満で維持して、副生物の形成を最小限にする。好都合には、触媒蒸留装置内で酸化反応を行い、かつ分解工程前に未反応sec-ブチルベンゼンを蒸留して除くことによって、生成したsec-ブチルベンゼンヒドロペルオキシドを濃縮し得る。
【００２０】
〔ヒドロペルオキシドの分解〕
sec-ブチルベンゼンのフェノールとメチルエチルケトンへの変換の最終反応工程はsec-ブチルベンゼンヒドロペルオキシドの分解を含み、好都合には、約20℃〜約150℃、例えば約40℃〜約120℃の温度、約50〜約2500kPa、例えば約100〜約1000kPaの圧力及び約0.1〜約100時間-1、好ましくは約1〜約50時間-1のヒドロペルオキシドに基づいて液体毎時空間速度(LHSV)でヒドロペルオキシドを液相中の触媒と接触させることによって達成される。sec-ブチルベンゼンヒドロペルオキシドは、好ましくはメチルエチルケトン、フェノール又はsec-ブチルベンゼン等の分解反応に不活性な有機溶媒で希釈され、熱除去を助ける。分解反応は、好都合には触媒蒸留装置内で行われる。
分解工程で使用する触媒は均一触媒又は不均一触媒でよい。
好適な均一分解触媒として、硫酸、過塩素酸、リン酸、塩酸及びp-トルエンスルホン酸が挙げられる。塩化第二鉄、三フッ化ホウ素、二酸化イオウ及び三酸化イオウも有効な均一分解触媒である。好ましい均一分解触媒は硫酸である。
sec-ブチルベンゼンヒドロペルオキシドの分解で使うのに適した不均一触媒として米国特許第4,870,217号(全開示が参考として本明細書に組み込まれる)に記載されているようなスメクタイト粘土、例えば酸性モンモリロナイトシリカ-アルミナ粘土が挙げられる。
【実施例】
【００２１】
以下の実施例は説明目的で与えたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２２】
〔実施例1(比較)〕
160℃でMCM-49を使用するsec-ブチルベンゼン合成
下記組成：53.4%のシス-ブテン、41.2%のトランス-ブテン、4.6%のイソブテン、0.5%のブタジエン、0.1%のn-ブタン及び0.2%の他成分を有する混合ブテン供給原料によるベンゼンのアルキル化のため、MCM-49触媒の0.5グラムサンプル(60%のMCM-49/40%のVersal 200アルミナバインダーの1.3mm[1/20'']の方形押出し物、1.3mm[1/20'']長さにカット)を使用した。触媒を砂で希釈して3ccにして外形4.76mm(3/16'')を有する等温性のダウンフロー固定床管状反応器に装填した。150℃及び1atmで100cc/分の窒素を2時間流して触媒を乾燥させた。窒素を止め、反応器圧が所望の2170kPa(300psig)に達するまで、60cc/時間でベンゼンを反応器に供給した。次にベンゼン流量を7.63cc/時間(6.67 WHSV)に減らし、混合ブテン供給原料をシリンジポンプで2.57cc/時間にて導入した。反応器温度を160℃に調整した。実験全体で供給原料のベンゼン/ブテンモル比を3:1に維持した。冷トラップに液体生成物を収集してオフラインで分析した。供給原料ブテンに対する未反応ブテンを測定することによってブテンの転化率を決定した。3日間3.2WHSVのブテンでMCM-49を使用した場合96%の転化率、1日間9.6WHSVでは80〜83%の転化率、及び3日間3.2WHSVでは95%の転化率だった。一次ブテン転化率に対するMCM-49の相対的活性は1.1だった。代表的データを表1に示す。
【００２３】
表1. 160℃におけるMCM-49と混合ブテン供給原料によるsec-ブチルベンゼンの生成
2009526790.tif 000004
* 使用したGCでは全ブチルベンゼン中0.5%未満のi-ブチルベンゼンは検出できない。
【００２４】
〔実施例2〕
130℃でMCM-49を使用するsec-ブチルベンゼン合成
実施例1で用いたMCM-49触媒の2.0グラムサンプルを使用するが、反応器温度を130℃に調整し、かつ実験全体で130℃に維持して実施例1の方法を繰返した。8日間0.8WHSVのブテンで該触媒を使用した場合94%＋の転化率、1日間2.4WHSVでは69〜72%の転化率だった。一次のブテン転化率に対するMCM-49の相対的活性は0.2だった。代表的データを表2に示す。
【００２５】
表2. 130℃におけるMCM-49と混合ブテン供給原料によるsec-ブチルベンゼンの生成
2009526790.tif 000005
* 使用したGCでは全ブチルベンゼン中0.5%未満のi-ブチルベンゼンは検出できない。
【００２６】
表1及び2のデータは、MCM-49触媒は、160℃での操作に比べて130℃で操作したとき、改善されたsec-ブチルベンゼン選択性で、効率的に混合ブテン供給原料でベンゼンをアルキル化したことを示す。表3は、160℃で収集したデータ(表1)と130℃で収集したデータ(表2)を用いてこの改善を実証するための頭−頭比較を提供する。96%という比較できる2-ブテン転化率で、160℃に対して130℃でMCM-49を操作することは明白な利点を示し：sec-ブチルベンゼン選択性が83〜85%から89%に改善し；全副生物選択性が減少した。
【００２７】
表3. 異なる温度の混合ブテン供給原料によるMCM-49性能の比較
2009526790.tif 000006
* 使用したGCでは全ブチルベンゼン中0.5%未満のi-ブチルベンゼンは検出できない。
【００２８】
〔実施例3〕
異なる温度でMCM-22を使用するsec-ブチルベンゼン合成
実施例1の混合ブテン供給原料によるベンゼンのアルキル化のため、かつ実施例1の方法に従い(160℃の反応器温度)、MCM-22触媒の1.0グラムサンプル(1.6mm[1/16'']長さにカットした65wt%のMCM-22/35%のアルミナバインダーの1.6mm[1/16'']径の方形押出し物)を使用した。触媒を6日間1.6WHSVのブテンで使用すると98%の2-ブテン転化率であり、1日間4.8WHSVでは80%の転化率、1日間7.2WHSVでは62%の転化率、及びその後4日間再び1.6WHSVで97%の転化率だった。代表的データを表4に示す。一次のブテン転化率に対するMCM-22の相対的活性は0.5だった。
実施例1の混合ブテン供給原料によるベンゼンのアルキル化のため、かつ実施例2の方法に従い(130℃の反応器温度)、同じMCM-22触媒(65%のMCM-22/35%のアルミナバインダー)の2.3グラムサンプルを使用した。MCM-22触媒を4日間0.43WHSVのブテンで使用すると94%＋の2-ブテン転化率だった。一次のブテン転化率に対するMCM-22の相対的活性は0.1だった。代表的データを表4に示す。表4から、160℃での操作に比べて130℃で操作した場合、MCM-22触媒のsec-ブチルベンゼン選択性が向上した(約83wt%から約84wt%に)ことが分かるだろう。
【００２９】
表4. 異なる温度の混合ブテン供給原料によるMCM-22性能の比較
2009526790.tif 000007
* 使用したGCでは全ブチルベンゼン中0.5%未満のi-ブチルベンゼンは検出できない。
【００３０】
利用可能な情報に基づき、MCM-56とそのイソ型はMCM-49の様に振る舞い、かつこれを約110度〜約150℃の温度を含むアルキル化条件下で用いてC4アルキル化剤でベンゼンをアルキル化すると、有意に改善されたsec-ブチルベンゼン選択性を与えると考えられる。
本発明を特定の実施形態を参照して記載かつ説明したが、当業者は、本発明が本明細書で必ずしも説明していない変形に役立つことを認めるだろう。従って、この理由のため、本発明の真の範囲を決定する目的のためには添付の特許請求の範囲のみを参照すべきである。
【国際調査報告】
2009526790.tif 000008
2009526790.tif 000009