(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和環状化合物の水素化方法であって、
（ａ）不飽和単環状又は不飽和多環状化合物を含有する第１流と水素を含有する第２流とを蒸留塔反応器に供給する工程と；
（ｂ）不飽和環状化合物と、１００ｐｓｉａ（７０３００ｋｇ／ｍ2）未満の水素分圧の水素とを接触蒸留構造体の形状で用意された水素化触媒の存在下で接触させて、それによって、不飽和環状化合物の一部を水素の一部と反応させて、飽和環状化合物と未反応水素と未反応不飽和環状化合物とを含有する反応混合物を形成する工程と；
（ｃ）蒸留塔反応器内の圧力を、反応混合物がその沸点にあるように維持する工程と；
（ｄ）気体状不飽和環状化合物、飽和環状化合物及び水素とを塔頂留出物として蒸留塔反応器から取り出す工程と；
（ｅ）蒸留塔反応器から塔頂留出物として取り出された不飽和環状化合物と飽和環状化合物との実質的に全てを凝縮させる工程と；
（ｆ）凝縮した不飽和環状化合物と飽和環状化合物との一部を還流として蒸留塔反応器に戻す工程と；
（ｇ）蒸留塔反応器から飽和環状化合物と未反応不飽和環状化合物とを含有する塔頂留出物液体生成物を取り出す工程と
を含む方法。
【請求項２】
蒸留塔反応器の塔頂圧力が０〜３５０ｐｓｉｇ（０〜２４６０００ｋｇ／ｍ2）である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
水素分圧が０．１〜５０ｐｓｉａ（７０〜３５０００ｋｇ／ｍ2）である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
水素分圧が２〜２５ｐｓｉａ（１４００〜１７６００ｋｇ／ｍ2）である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
蒸留塔反応器の塔頂圧力が３５〜１２０ｐｓｉｇ（２４６００〜８４４００ｋｇ／ｍ2）である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記接触蒸留構造体が、長軸を有するらせん形にコイル状に巻かれたワイヤメッシュスクリーンに密接に結合して、支えられた第１種類の多数の、粒状水素化触媒を充填され、両端をシールされた可撓性半硬質オープンメッシュ管状要素を含み、前記管状要素が長軸に対して斜めに配列される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記不飽和環状化合物が単環状化合物である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記不飽和環状化合物が多環状化合物である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記不飽和環状化合物がアニリンを含み、飽和環状化合物がシクロヘキシルアミンである、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
塔頂留出物を凝縮させた後の蒸気生成物を水素供給流と共に又は触媒床下方の別の箇所において蒸留反応器に再循環させる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
シクロヘキシルフェニルアミンとジシクロヘキシルアミンとが反応混合物中に副生成物として形成される、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記蒸留塔反応器にアンモニアを含有する第３流を供給する工程をさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記シクロヘキシルフェニルアミンとジシクロヘキシルアミンとが残液として前記蒸留塔反応器から取り出される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記残液の一部が前記アニリンと共に前記蒸留塔反応器に供給流として再循環され、シクロヘキシルフェニルアミンとジシクロヘキシルアミンとの一部がシクロヘキシルアミンに転化される、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
塔頂圧力が０〜３５０ｐｓｉｇ（０〜２４６０００ｋｇ／ｍ2）の範囲内である、請求項９記載の方法。
【請求項１６】
触媒床内の温度が１５０〜５００°Ｆ（６５．６〜２６０℃）の範囲内である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ベンゼンの水素化からのシクロヘキサンの製造方法であって、
（ａ）ベンゼンを含有する第１流と水素を含有する第２流とを蒸留塔反応器に供給する工程と；
（ｂ）ベンゼンと、７０ｐｓｉｇ（４９０００ｋｇ／ｍ2）未満の水素分圧の水素とを接触蒸留構造体の形状で用意された水素化触媒の存在下で接触させて、それによって、ベンゼンの一部を水素の一部と反応させて、シクロヘキサンと未反応水素と未反応ベンゼンとを含有する反応混合物を形成する工程と；
（ｃ）蒸留塔反応器内の圧力を、反応混合物がその沸点にあるように維持する工程と；
（ｄ）気体状ベンゼンと気体状シクロヘキサンと水素とを塔頂留出物として蒸留塔反応器から取り出す工程と；
（ｅ）蒸留塔反応器から塔頂留出物として取り出されたベンゼンとシクロヘキサンとの実質的に全てを凝縮させる工程と；
（ｆ）凝縮したベンゼンとシクロヘキサンとの一部を還流として蒸留塔反応器に戻す工程と；
（ｇ）蒸留塔反応器からシクロヘキサンと未反応ベンゼンとを含有する塔頂留出物液体生成物を取り出す工程と
を含む方法。
【請求項１８】
塔頂圧力が０〜３５０ｐｓｉｇ（０〜２４６０００ｋｇ／ｍ2）である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
蒸留塔反応器の塔頂圧力が３５〜１２０ｐｓｉｇ（２４６００〜８４４００ｋｇ／ｍ2）である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第１流が５〜３６重量％のベンゼンを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記第１流の残部がシクロヘキサンを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
シクロヘキサンと未反応ベンゼンとを含有する前記塔頂留出物液体生成物を水素と共に、水素化触媒を含有する１回通過型固定床反応器に通して、未反応ベンゼンの実質的に全てを水素と反応させて、付加的なシクロヘキサンを製造する工程をさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
蒸留塔反応器の底部温度が２１２〜３７４°Ｆ（１００〜１９０℃）である、請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
ベンゼンの水素化からのシクロヘキサンの製造方法であって、
（ａ）ベンゼンを含有する第１流と水素を含有する第２流とを１．５〜４１：１の水素のベンゼンに対するモル比で蒸留塔反応器に供給する工程と；
（ｂ）ベンゼンと水素とを接触蒸留構造体の形状で用意された水素化触媒の存在下で接触させて、それによって、ベンゼンの一部を水素の一部と反応させて、シクロヘキサンと未反応水素と未反応ベンゼンとを含有する反応混合物を形成する工程と；
（ｃ）蒸留塔反応器内の塔頂圧力を、反応混合物がその沸点にあり、かつ水素分圧が２〜２５ｐｓｉａ（１４００〜１７６００ｋｇ／ｍ2）であるように、３５〜１２０ｐｓｉｇ（２４６００〜８４４００ｋｇ／ｍ2）に維持する工程と；
（ｄ）気体状ベンゼンと気体状シクロヘキサンと水素とを塔頂留出物として蒸留塔反応器から取り出す工程と；
（ｅ）蒸留塔反応器から塔頂留出物として取り出されたベンゼンとシクロヘキサンとの実質的に全てを凝縮させる工程と；
（ｆ）凝縮したベンゼンとシクロヘキサンとの一部を還流として蒸留塔反応器に戻す工程と；
（ｇ）蒸留塔反応器からシクロヘキサンと未反応ベンゼンとを含有する塔頂留出物液体生成物を取り出す工程と；
（ｈ）シクロヘキサンと未反応ベンゼンとを含有する前記塔頂留出物液体生成物を水素と共に、水素化触媒を含有する１回通過型固定床反応器に通して、未反応ベンゼンの実質的に全てを水素と反応させて、付加的なシクロヘキサンを製造する工程と
を含む方法。
【請求項２５】
前記第１流が５〜３６重量％のベンゼンを含む、請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、不飽和環状及び多環状化合物の水素化に関する。さらに詳しくは、本発明は、不飽和環状及び多環状化合物の水素化と蒸留による生成物の分離とを蒸留塔反応器において同時におこなうプロセスに関する。さらに詳しくは、このプロセスはシクロヘキサンを生成するためのベンゼンの水素化と、アニリンの水素化によるシクロヘキシルアミンの製造方法とに関する。
関連情報
シクロヘキサンはナイロン製品を製造するための主要な先駆体であり、このようなものとして、需要は相変わらず大きい。シクロヘキサンは最初、適当な粗石油精製所流の直接の分留によって得られた。現在は、シクロヘキサンの主要な割合はベンゼンの直接の水素化によって得られる。
Ｐｅｔｅｒｓｏｎは米国特許第２，３７３，５０１号において、シクロヘキサンへのベンゼンの水素化の液相プロセスを開示しており、このプロセスではベンゼンが供給される触媒床の頂部と、実質的に純粋なシクロヘキサンが回収される出口との間に温度差が維持される。ベンゼンが減少するにつれて、ますます少ないベンゼンが転化されるので、この温度差は放出される反応の発熱の変化によるものである。水素はベンゼン／シクロヘキサン流に対して向流で供給される。発熱反応が充分でない場合に温度差を維持するために又はあまりに多くの熱が放出される場合には床を冷却するために、反応器内に温度制御コイルを配置する。Ｐｅｔｅｒｓｏｎは、彼の反応の大部分は液相でおこなわれるが、ベンゼンとシクロヘキサンの一部が特にベンゼン濃度が最高であり、転化が最高である反応器の頂部近くで蒸発することを認めている。凝縮可能な物質を凝縮して、それを反応器に戻すために、還流冷却管を備える。したがって、反応を通して蒸発する反応物の凝縮によって、反応熱のかなりの部分が除去される。
Ｌａｒｋｉｎ等は米国特許第５，１８９，２３３号において、シクロヘキサンへのベンゼンの水素化の別の液相方法を開示する。しかし、Ｌａｒｋｉｎ等は高圧（２５００ｐｓｉｇ）を用いて、反応物を液体状態に維持している。さらに、Ｌａｒｋｉｎ等はベンゼン濃度が減少するにつれて徐々に大きい活性の触媒を用いて温度と好ましくない副反応とを制御することを開示している。
Ｈｕｉ等は米国特許第４，７３１，４９６号において、特定の触媒上でのシクロヘキサンへのベンゼンの水素化の気相方法を開示している。この特許に報告されている触媒は二酸化チタンと二酸化ジルコニウムとの混合物に担持されたニッケルである。
ベンゼンの水素化はガソリン流から芳香族化合物を除去するためにも有用である。この方法の１例はＨｓｉｅｈ等によって米国特許第５，２１０，３４８号に開示されており、これではベンゼン留分の水素化が単独で又はアルキル化と組合せて用いられている。ガソリン中の芳香族化合物を還元するための幾つかのスキーム(scheme)では、芳香族化合物と不飽和環式及び多環式化合物とがガソリンブレンディングプール(blending pool）から排除されるように、ＡＳＴＭ  Ｄ−８６の９０％点が規定されている。これは望ましいＡＳＴＭ９０％点を有するＴ−９０ガソリンストックと名付けられている。結果として得られるＴ−９０＋残液(bottoms)は、主として不飽和な環状及び多環状化合物であり、廃棄されなければならない、これらを水素化して、より軽質でより飽和された化合物をガソリンプールのために得ることは魅力的な代替え手段である。
シクロヘキサンへのベンゼンの水素化に伴う典型的な問題は、競合反応である。特に、メチルシクロペンタンへの異性化は好ましくない。さらに高温では、環の分解が生じて、好ましくないＣ5以下の生成物を形成する。
シクロヘキシルアミンは今までに、シクロヘキサノールのアミノ化及びアニリンの水素化を包含する幾つかの方法によって製造されていた。アニリンの水素化で遭遇される主要な困難は、可変な量のジシクロヘキシルアミン副生成物の形成である。
アニリンの水素化を促進することが知られた触媒は周期律表ＶＩＩＩ族の金属である。今までに、ジシクロヘキシルアミンを形成する傾向は、最低見込みから最高見込みまで、ルテニウム＜ロジウム＜パラジウム＝白金と格付けされる。金属に対して用いられる担体は炭素、炭酸バリウム、アルミナ、硫酸バリウム及び炭酸カルシウムである。担体も炭素＞炭酸バリウム＞アルミナ＞硫酸バリウム＞炭酸カルシウムの順序でジシクロヘキシルアミンの形成に与える。
発明の概要
本発明は、芳香族化合物と他の不飽和環状及び多環状化合物、特にベンゼンを含有する炭化水素流を、少なくとも約０．１ｐｓｉａから１５０ｐｓｉｇ未満まで、好ましくは１００ｐｓｉｇ未満、例えば７０ｐｓｉａ未満、より好ましくは５０ｐｓｉａ、２〜２５ｐｓｉａの範囲内の有効(effectuating)水素分圧の水素流と共に、蒸留構造の構成要素である水素化触媒を含有する蒸留塔反応器に供給し、芳香族化合物と他の不飽和環状及び多環状化合物の一部を水素化することを含む。
本発明は、アニリンの水素化に接触蒸留を用いて、蒸留塔反応器の蒸留反応帯内での凝縮する留出物を利用する。実際の分離は二次的問題であるに過ぎない。蒸留塔反応器の操作は蒸留反応帯内で液相と蒸気相の両方を生じる。蒸気のかなりの部分は水素とアンモニアであり、一部は蒸気状アニリンである。蒸留反応帯内には内部還流と、外部還流からの液体とが存在して、これらが上昇する蒸気状アニリンを冷却して、床内で一部を凝縮する。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のベンゼン水素化の１実施態様の概略流れ図である。
図２は本発明のアニリン水素化の１実施態様の概略流れ図である。
［発明の詳細な説明］
望ましい度合いの温度及び滞留時間の制御を与えるために、蒸留塔反応器内で反応液体を沸騰させる方法と装置を提供する。塔頂留出物を回収して、凝縮させて、凝縮物の一部を蒸留塔反応器に還流として戻される。本発明の方法の利点は、連続的還流のために芳香族化合物と他の不飽和環状及び多環状化合物の一部が触媒構造上で常に凝縮していることである。
本発明の効果を生じる機構が反応系における蒸気の一部の凝縮であり、これが充分な水素を凝縮液中に閉じ込めて、触媒の存在下で水素とベンゼンとの必要な密接な接触を得て、ベンゼンの水素化を生じることが、本発明の範囲を限定することなく、提唱される。さらに、液体供給流の蒸発が反応の発熱のかなりの量を除去する。液体は反応器中で沸点にあるので、圧力によって温度を制御することができる。圧力の上昇は温度を高め、圧力の低下は温度を下げる。
本明細書で用いられる“環状”及び“多環状”なる用語は５〜２０個の炭素原子と、酸素、窒素、硫黄及びこれらの組合せとを有する有機化合物を包含する。
好ましい種類は式：
0003942633.tif 000002
［式中、各Ｒは水素、アルキル、アルケニル、アルキルアリール、ＮＨ2、２個のＲによって形成されるＣ，Ｏ、Ｎ、Ｓ又はこれらの組合せを含有する飽和及び不飽和環状構造から成る群から選択される］
で示される構造を含む。
幾つかの特定の化合物は、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、クメン、ジイソピルベンゼン(diisopylbenzene)、フェノール、ジュレン、ペンタメチルベンゼン、ナフタレン、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン、１−メチルナフタレン、ジフェニルメタン、２，２’，３，３’，４，４’，５，５’，６−ノノメチルジフェニルメタン、ヘキサメチルベンゼン、１，２，４，５，６，８−ヘキサメチルアントラセン、ペンタメチルフェノール、ジュレノール、メントール、メチルジフェニルメタン、ペンタメチルフェノール、１，１−ビナフチル、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン（テトラリン）、４，４’−ジメチル−１，１’−ビナフチル、トリフェニルメタン、ｐ−ジベンジルベンゼン、テトラメチルジフェニルメタン、フラン、チオフェン、ピロール、イソピロール、ピラゾール、２−イソイミダゾール、１，２，４−トリアゾール、１，２−ジチオール、１，２，３−オキシチオール(1,2,3-oxyathiol)、チアゾール、１，２−ピラン、１，４−ピロン、１，２−ジオキシン、ピリジン、アニリン、トリアジブ(triazive)、１，３，２−オキサジン、１，２，５−オキサチアジン、アゼピン、インデン、ベンゾフラン、インドール、ベンゾキサゾール、クマリン、キナゾリン(quinayoline)、フェナントレン、ベンゾナフタレン、フルオレン、キサンチン、アクリジン、ペリレン、テルペン類及びナフテン類を包含する。
本発明の水素化は、出発物質に応じて完全飽和化合物を製造するため又は場合によっては出発物質からの不飽和を減じた化合物を製造するためにおこなうことができる。水素化が環状構造体のセッション(cession)や若干の分解を生じることも稀ではない。
本明細書に述べる水素化は発熱反応である。今までに、温度は低温の水素の添加による反応器内の戦略的な点(strategic point)における急冷によって制御されていた。水素の添加は反応器内にモル過剰な水素を維持して、コークス化及び他の好ましくない副反応を防止するためにも作用した。本発明の反応では、反応が蒸留と同時に生じて、初期反応生成物と他の流れの成分とが反応から可能な限り迅速に除去されて副反応の可能性を減ずるので、接触蒸留がまず第一に有利であると考えられる。第二には、全ての成分が沸騰しているので、反応温度が系の圧力において混合物の沸点によって制御される。反応熱は単に沸騰上昇(more boil up)を生じるが、一定圧力において温度上昇を招来しない。
本発明は、如何なる蒸留においても蒸気相と液相とを含有すると理解されることができる触媒充填塔においてこの方法を実施する。蒸留塔反応器は、反応混合物が触媒床内で沸騰するような圧力において操作される。本発明のベンゼン水素化方法は０〜３５０ｐｓｉｇの範囲内、好ましくは２５０ｐｓｉｇ以下、適当には３５〜１２０ｐｓｉｇの前記蒸留塔反応器の塔頂圧力及び必要な水素分圧における１００〜５００°Ｆ（３７．８〜２６０℃）、好ましくは１５０〜４００°Ｆ（６５．６〜２０４．４℃）、例えば２１２〜３７４°Ｆ（１００〜１９０℃）の範囲内の前記蒸留反応残液帯の温度において操作される。
アニリン供給流によると、本発明の方法は０〜３００ｐｓｉｇの範囲内、好ましくは２００ｐｓｉｇ又は最も適当には３５〜１２０ｐｓｉｇの前記蒸留塔反応器の塔頂圧力及び必要な水素分圧における１５０〜５００°Ｆ（６５．６〜２６０℃）、好ましくは２５０〜４５０°Ｆ（１２１．１〜２３２．２℃）、例えば３００〜４００°Ｆ（１４８．９〜２０４．４℃）の範囲内の前記蒸留反応残液帯の温度において操作される。
本明細書では接触蒸留構造体における触媒の単位重量につき反応蒸留塔に入る１時間当たりの供給流単位重量を意味すると理解される供給流重量毎時空間速度(feed weight hourly space velocity)（ＷＨＳＶ）は、他の条件パラメーター内で、例えば０．１〜３５のように、非常に広範囲にわたって変化しうる。他の不飽和環状及び多環状化合物に対して用いられる水素化条件はベンゼンに対する水素化条件と同様であるが、一部の化合物はプロセスの物質を蒸発させるためにより高い温度を必要とすることがある。
本発明の方法では、反応器を一定圧力において操作することによって温度を制御して、反応混合物の部分的蒸発を可能にする。したがって、反応の発熱は混合物の蒸発の潜熱によって消散される。蒸発部分は塔頂留出物として取り出され、凝縮可能な物質は凝縮して、還流として塔に戻される。
下方に流れる液体が、如何なる蒸留においても典型的であるように、反応器内で付加的な凝縮を生じる。塔内での凝縮する液体の接触が反応液体内に水素を溶解するための良好な物質移動と、反応混合物の接触部位への同時移動とを招来する。操作のこの凝縮モード(condensing mode)が本発明の方法の良好な転化率と選択性とを生じて、上記した低い水素分圧及び反応器温度における操作を可能にすると考えられる。この反応が接触蒸留から得ることができるさらなる利点は、内部還流が触媒に与える洗浄効果であり、これによってポリマー蓄積とコークス化とが減少する。内部還流は良好な結果を与えるために０．２〜２０Ｌ／Ｄ（触媒床直下液体重量／留出物重量）の範囲にわたって変化することができる。
水素は少なくとも化学量論的量で供給されなければならない。水素の不飽和環状化合物（例えば、アニリン）に対する好ましい比は４：１モル比より大きい。副反応を抑制し、シクロヘキシルアミンの製造を促進するためにアンモニアを供給することができる。アンモニアのアニリンに対するモル比は好ましくは少なくとも１：１である。水素は約４：１の水素対アンモニアのモル比で存在すべきである。
したがって、アニリンプロセスは下記工程：
（ａ）アニリンを含有する第１流と水素を含有する第２流とを蒸留塔反応器に供給する工程と；
（ｂ）アニリンと約０．１から１５０ｐｓｉｇ未満までの範囲内、好ましくは１００ｐｓｉｇ未満の水素分圧の水素とを接触構造体の形状で用意された水素化触媒の存在下で接触させて、それによって、アニリンの一部を水素の一部と反応させて、シクロヘキシルアミンと未反応水素と未反応アニリンとを含有する反応混合物を形成する工程と；
（ｃ）気体状アニリンと気体状シクロヘキシルアミンと水素とを塔頂留出物として蒸留塔反応器から取り出す工程と；
（ｄ）蒸留塔反応器から塔頂留出物として取り出されたアニリンとシクロヘキシルアミンとの実質的に全てを凝縮させる工程と；
（ｅ）凝縮したアニリンとシクロヘキシルアミンとの一部を還流として蒸留塔反応器に戻す工程と；
（ｆ）蒸留塔からシクロヘキシルアミン含有塔頂留出物液体生成物を回収する工程と
を含むと考えることができる。
触媒は接触蒸留構造体の形状で用意する。さらに詳しくは、水素化触媒は一般に押出体又は球の形状のアルミナキャリヤー上に担持された金属である。これら押出体又は球を多孔質容器に入れて、蒸留塔反応器内で適当に支えて、床を通る蒸気流を可能にし、さらに触媒接触のために充分な表面積を与える。
水素化反応を触媒することが知られた金属には、白金、ルテニウム、コバルト、モリブデン、ニッケル、タングステン及びパラジウムが存在する。一般に、商業的な形態の触媒は担持されたこれらの金属の酸化物を用いる。これらの酸化物は使用前に還元剤によって又は使用中に供給流中の水素によって活性形に還元される。これらの金属も他の反応、最も注目すべきは高温における脱水素をも触媒する。さらに、これらはオレフィン化合物とそれら自体又は他のオレフィンとの反応を促進して、滞留時間が長くなると、ダイマー又はオリゴマーを形成する可能性がある。
好ましい１実施態様は、ベンゼンの水素化からのシクロヘキサンの製造に関する。シクロヘキサンが生成物である場合には、ベンゼン含有供給流は好ましくは少なくとも５重量％から１００重量％までのベンゼンを含有することを特徴とする。他の成分は典型的にＣ5、Ｃ6及びＣ7炭化水素である。他の不飽和成分も水素化されうるので、シクロヘキサンが目的生成物である場合には、これらの成分の存在はこの方法にとって不利である。好ましくは、他の不飽和化合物は供給流の３０％未満に制限すべきである。シクロヘキサンは、目的生成物であるので、好ましい希釈剤である。しかし、例えば他のアルカン、例えばＣ5類からＣ9類までのような他の不活性物も受容される。
蒸留塔反応器に供給される水素対ベンゼンのモル比は好ましくは１．５：１から４１：１までの範囲内である。
上述したように、水素化プロセスに用いられる触媒物質は蒸留パッキングとして役立つ形状である。大ざっぱに述べると、触媒物質は触媒と蒸留パッキングの両方として機能する、即ち、蒸留機能と触媒機能の両方を有する蒸留塔のパッキングとして機能する蒸留系の成分である。
触媒は異質の実体として留まるので、反応系は不均質であると述べることができる。例えば元素周期律表のＶＩＩＩ族のような、任意の適当な水素化触媒を主要な触媒成分として単独で、又は好ましくは、例えばアルミナ、耐火レンガ、軽石、炭素、シリカ、樹脂等のような担体上に担持された、例えばパラジウム／金、パラジウム／銀、コバルト／ジルコニウム、ニッケルのような、促進剤及び調節剤(modifier)と共に用いることができる。
ベンゼンの水素化のための好ましい触媒構造体は、長軸を有するらせん形にコイル状に巻かれたワイヤメッシュスクリーンに密接に結合して、支えられた、粒状触媒物質（触媒成分）を充填され、両端部をシールされた少なくとも１種類の多数の可撓性半硬質オープンメッシュ管状要素を含み、前記管状要素は長軸に対して斜めに、ベイル(bale)を形成するように、配列される、この管状要素は米国特許第５，４３１，８９０号（本明細書に援用される）に詳述されている。粒状触媒物質を充填された可撓性半硬質のオープンメッシュ管状要素は好ましくは管の長さに沿って１〜１２インチ毎にファスナー(fastener)を有して、多重リンク形状の接触蒸留構造体を形成する。ファスナーによって形成されたリンクは均一に又は不規則に間隔をおいて配置されることができる。
ベイル形状の接触蒸留構造体は少なくとも１つの管状要素を例えばデミスターワイヤのようなワイヤメッシュスクリーンの頂部に斜めの配列で、ワイヤメッシュスクリーンを巻き上げたときに、ロール状構造体が新規な、改良された接触蒸留構造体を形成するように、配置することによって形成される。他の実施態様は、新規なベイル形状接触蒸留構造体に巻かれる、交互のワイヤスクリーンメッシュと管状要素の多重スタック配置を包含する。交互層の管状要素はワイヤメッシュスクリーン上に、それらの流路(path)が交差するように、反対方向に配列されることが好ましい。各管状要素はベイル内でらせんを画定する。
触媒成分は幾つかの形態をとりうる。粒状触媒物質の場合には、一般に６０ｍｍから約１ｍｍまでの下向き貫通粉末（down through powder）が例えばスクリーンワイヤ又はポリマーメッシュのような多孔質容器に封入される。容器の製造に用いられる物質は反応系の反応物及び条件に対して不活性であるべきである。スクリーンワイヤはアルミニウム、鋼、ステンレス鋼等であることができる。ポリマーメッシュはナイロン、テフロン等であることができる。容器の製造に用いられる物質の１インチ当たりのメッシュ又はスレッド(thread)は、容器内に触媒が保持され、物質中の開口を通過しないようなものである。約０．１５ｍｍサイズの触媒粒子又は粉末を用いることができるが、約１／４インチ直径までの粒子が容器に使用可能である。
次に、図１を参照すると、図１には本発明のベンゼン実施態様の流れ図を示す。ベンゼンはライン１を通って供給され、水素はライン２から供給され、両者はライン３内で一緒になり、ライン３は蒸留塔反応器１０に含有される接触蒸留構造体１２の下方に水素とベンゼンとを供給する。必要な場合には、ベンゼン供給流をシクロヘキサンで希釈することができる。プロセスを開始し、均衡させるために必要な熱は残液流４をリボイラー５０とリターンライン５とに通して循環させることによって得られる。ベンゼンは沸騰して床に入り、一部は水素と反応して、反応生成物のシクロヘキサン、未反応ベンゼン及び未反応水素を含有する反応混合物を形成する。反応の発熱は反応混合物をさらに沸騰させて、蒸発部分は流れライン７から塔頂留出物として塔を出る。未反応水素も塔頂留出物と共に存在する。ベンゼンとシクロヘキサンと水素とを含有する気体状塔頂留出物は冷却管３０を通り、そこでベンゼンとシクロヘキサンとの実質的に全てが凝縮される。塔頂留出物流は次にレシーバー／セパレーター４０に達し、そこで主として水素であるガスが分離され、液体が回収される。このガスは再循環のために又は後でプロセスに用いるためにライン９を通って取り出される。
凝縮液の一部は還流として蒸留塔に戻され、そこで塔内の冷却と凝縮とを付加的におこなう。ベンゼンとシクロヘキサンとを含む残液は流れライン４を通って取り出され、一部はリボイラー５０と流れライン５とを通って再循環される。取り出される残液生成物流は存在しない。塔頂留出物の液体生成物流は最後に、流れライン６を通って、水素化触媒の固定床１４を含む１回通し型(single pass)固定床反応器２０に達し、そこで未反応ベンゼンの実質的に全てが水素化されて、シクロヘキサンになる。水素は、必要な場合には塔頂留出物レシーバー４０のベント９から便利に取り出されて、流れライン１３から第２反応器２０に供給される。
本発明の方法は、通常の方法よりも、非常に低い水素分圧と多少低い温度との使用を可能にする。
次に図２を参照すると、これには本発明の方法の１実施態様の流れ図を示す。アニリンはライン１０１を介して蒸留塔反応器１１０に接触蒸留構造体を含有する触媒床１１２の上方の箇所から供給される。水素は流れライン１０２を通って供給され、アンモニアはライン１０３から供給され、両者は流れライン１０４内で一緒になり、触媒床１１２の下方に供給される。シクロヘキシルアミンと未反応アニリンと水素とを含有する塔頂留出物は、流れライン１０５を介して取り出され、部分的冷却管１２０を通り、そこで凝縮可能な物質は凝縮される。塔頂留出物は次にレシーバー／セパレーター１３０に回収され、そこで水素と他の非凝縮蒸気、例えばアンモニアとは分離され、必要な場合には、再循環のために（図示せず）流れライン１１１から水素供給流に又は触媒床下方の箇所において取り出される。生成物は流れライン１１５から取り出され、凝縮塔頂留出物の一部は蒸留塔反応器１１０に還流として流れライン１１３を通って戻される。
残液は流れライン１０６から取り出され、一部は塔１１０の熱を均衡させるためにリボイラー１４０を通過する。残液は、シクロヘキシルフェニルアミンとジシクロヘキシルアミンとを包含する重質副生成物を含有する。残液の一部はシクロヘキシルアミンへの転化のために流れライン１０７を通って供給流に再循環される。重質物(heavies)の蓄積を阻止するように、流れライン１０８からの残液取り出しをおこなう。
蒸留塔反応器は、生成物及びストリッピングセクション１１６から未反応アニリンを分離して、アニリン又は生成物が残液として除去されないことを保証するために精留セクション１１４を備える。
実施例１〜３では、１インチ直径の蒸留塔反応器を用いた。上述したような触媒構造体を反応器の頂部１３フィートに入れた。底部７フィートには不活性蒸留パッキングを充填した。塔頂圧力(overhead pressure)は所望の通りに設定し、リボイラーにはシクロヘキサンを装入して、加熱した。望ましい塔頂対底部の温度差が得られたときに、液体供給速度を確認して、水素流を開始した。塔頂留出物レシーバー内のレベルを記録した後に、シクロヘキサン流を停止し、このユニットを総還流温度で(at total reflux)２時間操作してから、ベンゼン／シクロヘキサン供給を開始した。塔頂留出物液体生成物取り出しは塔を均衡させるように設定した。
実施例１
４００ｇの１／１６インチ球状アルミナ担持ニッケル触媒（５４重量％Ｎｉ）を管状要素中に装填し、既述したようにベイル中に巻き込み、蒸留塔反応器に入れた。条件と結果は下記表Ｉに示す。
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実施例２
２８０ｇのアルミナ担持白金／パラジウム触媒（０．３重量％Ｐｔ、０．５重量％Ｐｄ）を管状要素中に装填し、上述したようにベイル中に巻き込み、蒸留塔反応器に入れた。条件と結果は下記表ＩＩに示す。
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４００ｇの３／２６インチアルミナ担持ニッケルタブレット(tablet)（５４重量％Ｎｉ）を管状要素中に装填し、上述したようにベイル中に巻き込み、蒸留塔反応器に入れた。条件と結果は下記表ＩＩＩに示す。
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好ましい実施態様はベンゼンの水素化に関するものであることが分かる。しかし、本発明はＴ−９０＋ガソリン残液のような環状及び多環状不飽和物を含有する任意の流れの水素化をもカバーする。このような不飽和物は芳香族化合物、多核芳香族化合物及び例えばナフテン類のような環状アルケンを包含する。
下記実施例では、２５フィート高さの１インチ直径蒸留塔反応器を用いた。用いた触媒はＣａｌｓｉｃａｔ  Ｅ−４７５ＳＲ、３／１６”球の形状のアルミナ担持５６％ニッケルであった。触媒を１００メッシュステンレス鋼スクリーンで包まれた、上述のような６インチ長さＸ０．７５インチ直径“ソーセージ”として包装した。
実施例４
この実施例では、上述したように製造した０．６６ポンドのＣａｌｓｉｃａｔ  Ｅ−４７５を蒸留塔反応器の中央部１０フィートに装填した。頂部と底部との７．５フィートにはセラミックサドルを充填した。条件と結果は下記表ＩＶに要約する。データは圧力（及びその結果としての触媒床中の温度）が５０ｐｓｉｇにおける−０．１５  ｌｂ／ｌｂ触媒から、１５０ｐｓｉｇにおける−０．４ｌｂ／ｌｂまでの範囲の生産性に最大の影響力を及ぼすことを示す。シクロヘキシルアミンへの選択性は６５〜７５％の範囲内であり、主要副生成物はシクロヘキシルフェニルアミンとジシクロヘキシルアミンであった。
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実施例５
この実施例では、上述したように製造した１．０ポンドのＣａｌｓｉｃａｔ  Ｅ−４７５を蒸留塔反応器の底部１５フィートに装填した。頂部の１０フィートにはセラミックサドルを充填した。条件と結果は下記表Ｖに要約する。ランの一部（約２５０時間から）中に、シクロヘキシルフェニルアミンとジシクロヘキシルアミンとを含有する重質残液生成物を新鮮な供給流の２０重量％の割合で再循環した
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【図１】
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【図２】
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