JPH0678249B2 - ポリアルキルベンゼンの製造方法 - Google Patents

ポリアルキルベンゼンの製造方法

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JPH0678249B2
JPH0678249B2 JP61160186A JP16018686A JPH0678249B2 JP H0678249 B2 JPH0678249 B2 JP H0678249B2 JP 61160186 A JP61160186 A JP 61160186A JP 16018686 A JP16018686 A JP 16018686A JP H0678249 B2 JPH0678249 B2 JP H0678249B2
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zeolite
catalyst
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polyalkylbenzene
heteropolyacid
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孝久 渡瀬
克彦 山下
尚幸 溝口
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポリアルキルベンゼンの製造方法に関するもの
である。更に詳しくはヘテロポリ酸およびヘテロポリ酸
塩からなる群(以下ヘテロポリ酸化合物と総称する)よ
り選ばれる1種又は2種以上の化合物を含む変性剤によ
つて変性処理された結晶性アルミノシリケートを触媒と
して、ジアルキルベンゼンおよび/又はトリアルキルベ
ンゼンをアルキル化してポリアルキルベンゼンを製造す
る方法に関する。
〔従来の技術〕
結晶性アルミノシリケートはゼオライトとして知られる
多孔性物質である(以下結晶性アルミノシリケートをゼ
オライトと呼ぶことがある)。具体的にはモルデナイ
ト、シヤバサイト、エリオナイトの様な天然ゼオライト
およびシリカ成分、アルカリ成分、および水等を原料と
して水熱的に合成されるA型、L型、Y型等の合成ゼオ
ライトが挙げられる。更に前記合成ゼオライトに関して
は近年、例えば、ZSM−5、ZSM−11等の天然ゼオライト
とは異なる骨格構造を有するゼオライトが造り出されて
いる。特に有機アミン類の存在下に結晶化されたZSM−
5は骨格のシリカ/アルミナのモル比が幅広い範囲で結
晶相として得られ、特異かつ有用なゼオライトとして注
目されている。
又、ゼオライトは先に述べたように多孔性であり、その
結晶骨格は規則正しいケージ構造を形成しているので、
これを触媒に用いた場合、反応にあずかる物質に対して
分子単位の形状選択性を示すことも知られている。即
ち、ゼオライトは多孔性であるが故にケージ内表面積が
外表面積に較べておおよそ100倍程も大きく、ケージ内
を通過出来る分子と出来ない分子の反応の場が大きく異
なることになり、ケージ内を通過し得る分子が選択的に
反応するのである。
さらに、ゼオライトはプロトン交換や希土類元素による
カチオン交換等の種々の変性処理を施すことにより従来
の固体酸、例えばシリカ−アルミナ等に較べてはるかに
高い触媒活性を示すことも知られている。
前述の如く、ゼオライトは優れた各種の特徴を有してお
り、それ故工業的に触媒や吸着剤としてきわめて重要な
物質であり、各種の工業分野でゼオライトに係わる技術
開発が進められている。
さて、石油精製における触媒改質油やナフサを分解して
エチレンやプロピレンを製造する際に生成する分解ガソ
リン中には工業的に有用な芳香族化合物が含まれる。ベ
ンゼンやオルトキシレン、パラキシレンが工業的に重要
な芳香族化合物であることは今更言うまでもないことで
ある。一方、C9およびC10芳香族化合物、代表例を挙げ
ればプソイドキユメンやデユレンもまた、溶剤、染料中
間体、塗料、特殊可塑剤、合成樹脂等の原料の中間体と
して最近重要性を増大しつつある。しかし、例えば接触
改質油のC10留分中に含まれるデユレンは8重量%程度
に過ぎず、その沸点は他のC10芳香族化合物と近接して
いるので分留によつて異性体を分離するのは甚だ難しい
また、デユレンの融点は79℃と他の異性体に比して高い
ので晶析によつて分離することは可能であるがデユレン
の濃度が低い場合にはエネルギー的に不利である。その
為ベンゼン、トルエンの他炭素数8および9のジアルキ
ルベンゼンおよびトリアルキルベンゼン等を固体触媒の
存在下にアルキル化剤と接触させてプソイドキユメンや
デユレンなどのポリアルキルベンゼンを合成する方法が
種々提案されている。例えば石油学会誌第28巻第1号13
〜18頁(1985年)にはHZSM−5型ゼオライトを触媒とし
てトリメチルベンゼンとメタノールからテトラメチルベ
ンゼンを合成する方法が示されている。また、特開昭57
−48925号公報には金属置換Y型ゼオライトを触媒とし
てパラキシレンとメタノールよりトリメチルベンゼンを
製造する方法などが示されている。
本発明者らは、Y型、モルデナイト型、ペンタシル型等
各種のゼオライトを触媒としてテトラメチルベンゼンを
製造する先行技術について追試したところ、次のような
事が明らかになつた。すなわち、ペンタシル型ゼオライ
トをベースとした触媒ではデユレンの選択率は良いもの
の原料のトリメチルベンゼンの転化率が低く且つ触媒活
性の経時変化(活性劣化)が大きい事、Y型ではデユレ
ンの選択率、原料の転化率共に満足すべき値を示さない
こと、モルデナイト型では比較的高い原料転化率で経時
的に安定した触媒活性を示すものの副反応による高沸分
を生成し易い事などである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者らは前述の先行技術が有する問題点、特に副生
物の生成を低減すべくポリアルキルベンゼンの製造方法
について鋭意研究を進めた。その結果、ヘテロポリ酸化
合物を含む変性剤によつて処理された結晶性アルミノシ
リケートはジアルキルベンゼンおよび/又はトリアルキ
ルベンゼンのアルキル化反応において副反応を抑制し得
ることを見出し本発明に到達した。
〔発明の構成〕
即ち、本発明はジアルキルベンゼンおよび/又はトリア
ルキルベンゼンを含有する芳香族化合物とアルキル化剤
とを、水素の存在下において、ヘテロポリ酸化合物より
選ばれる1種又は2種以上の化合物を含む変性剤によつ
て処理された結晶性アルミノシリケートを触媒として、
反応させることを特徴とするポリアルキルベンゼンの製
造方法に関するものである。
本発明に使用するゼオライトはモルデナイト型であれば
合成あるいは天然のいずれのものでも使用出来る。更に
使用の目的に応じてプロトン型、アンモニウム塩型、カ
チオン交換によつて得られる各種の金属塩型あるいは脱
アルミニウム等の適当な処理が施されたものも使用出来
る。尚、モルデナイト型以外のゼオライトも触媒反応に
影響を与えない範囲で適宜含有させることができる。
本発明においてヘテロポリ酸とは、2種以上の無機酸素
酸が縮合して生成した酸の総称であり、ヘテロポリ酸ア
ニオンの中心のヘテロ原子(I〜VIII族元素)と酸素を
介して配位するポリ原子(通常Mo、W、Nb、Vなど)と
の組合せによつて種々の形態を取りうるものである。
本発明においてはいずれのヘテロポリ酸も支障なく使用
出来る。具体的には例えば12−タングストリン酸(H3PW
12O40)、12−タングストケイ酸(H4SiW12O40)、12−
モリブドリン酸(H3PMo12O40)、12−タングストゲルマ
ン酸(H3GeW12O40)、12−モリブドゲルマン酸(H3GeMo
12O40)等を挙げることが出来る。
さらに本発明において使用するヘテロポリ酸塩とは前記
ヘテロポリ酸のアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アル
カリ土類金属塩およびその他の金属塩などである。
これらのヘテロポリ酸あるいはヘテロポリ酸塩はゼオラ
イトおよびこれらヘテロポリ酸化合物に不活性な溶媒に
溶解してゼオライトの処理に使用する。該溶媒としては
工業的実施の観点から溶解度の高いものを用いるのが好
ましい。前記の好ましい適当な溶媒の例としては水、ア
ルコール、エーテル、ケトンなどが挙げることが出来、
特に工業的実施の観点からすれば水を使用することがよ
り好ましい。
又変性処理を行なう際の変性剤の水素イオン濃度は強酸
性であるヘテロポリ酸が変質するのを防止するため低pH
域で行うのが好ましい。
変性処理は浸漬法、噴霧法等各種公知手段によつて実施
することが出来る。その際の温度はヘテロポリ酸化合物
が分解しない温度であれば良く、浸漬法においては処理
の容易さから約10〜90℃であることが好ましい。勿論ヘ
テロポリ酸化合物の分解しない温度でゼオライトに直接
噴霧することも可能である。しかし、当変性処理は実質
的にはゼオライトと変性剤が接触すればよく、工業的に
は浸漬法が好ましい。
本発明においてゼオライトの変性に用いるヘテロポリ酸
化合物はゼオライトに対して約5〜50重量%の割合で使
用することが好ましい。ゼオライトと変性剤との接触時
間は約30分〜50時間程度であり通常は約3〜10時間であ
ることが好ましい。
ヘテロポリ酸化合物により変性されたゼオライトは次い
で焼成に付される。焼成は酸素又は空気の存在下で行な
い温度はヘテロポリ酸化合物が分解し、且つゼオライト
が変質しない範囲の条件下であればよい。例えば焼成温
度は約400〜650℃、焼成時間は約1〜20時間が適当であ
る。尚このヘテロポリ酸化合物による変性と焼成とを数
回繰り返し実施しても良い。
さらに本発明に使用される触媒はその形状を問わない
が、実用上の観点からは成型品であることが望ましい。
成型を行なう際には結合剤を用いることもできる。結合
剤としてはアルミナゾル、シリカゾル、粘土などのごく
一般的なものが使用出来る。結合剤の使用量については
特に制限はないがゼオライトに対して5〜30重量%程度
使用するのが良い。成型された触媒は再び焼成に付され
る。この場合の焼成も先に述べた焼成と全く同様の条件
で実施される。
本発明に使用する触媒は以上のような方法によつて結晶
性アルミノシリケートをヘテロポリ酸化合物によつて変
性処理することによつて得られるものである。但し、該
変性処理は結晶性アルミノシリケートを成型する前に実
施してもあるいは成型後に実施しても実質的に結晶性ア
ルミノシリケートが変性される方法であればよい。
本発明の方法は以上のようにして調製された触媒を使用
し、ポリアルキルベンゼンを製造するものである。原料
としてはジアルキルベンゼンおよび/又はトリアルキル
ベンゼンを含有する芳香族化合物である。勿論ベンゼン
および/又はモノアルキルベンゼン例えばトルエンを含
んでいてもこれらは最終的には本発明の方法によつてポ
リアルキルベンゼンへ転化されるので差し支えない。ま
た、反応に関与しないものであれば、非芳香族化合物を
含んでいてもさしつかえない。具体的にはキシレン(o
−キシレン、m−キシレン、p−キシレンおよびこれら
の混合物)、1,2,4−トリメチルベンゼンの他、これら
の混合物、さらに接触改質の際に生成するC6〜C9留分、
ナフサ分解によつて生成する分解ガソリンから得られる
C6〜C9留分も原料となり得る。
アルキル化剤としてはメタノールおよび/又はジメチル
エーテル等が用いられる。
本発明は、通常、流通式固定床反応装置を用いて行われ
るが、流動床や移動床を用いて行うこともできる。アル
キル化反応は次のような条件下で実施される。すなわ
ち、反応温度は約150〜600℃、好ましくは約200〜400℃
である。反応圧力は大気圧〜50kg/cm2G、好ましくは大
気圧〜30kg/cm2Gである。ジアルキルベンゼンおよび/
又はトリアルキルベンゼンを含有する芳香族化合物に対
するアルキル化剤のモル比は0.2〜20好ましくは0.5〜10
である。上記の芳香族化合物とアルキル化剤は、一般的
には0.05〜100hr-1、好ましくは0.1〜30hr-1範囲の重量
単位時間空間速度(WHSV)で反応部へ供給される。
尚、WHSVは次式で与えられる。
但し、原料とはジアルキルベンゼンおよび/又はトリア
ルキルベンゼンを含有する芳香族化合物とアルキル化剤
の総量である。
原料の芳香族化合物とアルキル化剤は反応部へ個別に供
給してもあるいは予め混合して供給してもよい。また、
窒素、二酸化炭素、メタン等のガス類あるいは反応には
関与しない飽和炭化水素類で希釈して供給してもよい。
更に触媒の活性を維持する目的で反応系へ水素が供給さ
れるが、その供給量は反応操作条件によつて広い範囲で
変えることができる。原料芳香族化合物に対する水素の
モル比は0.1〜20の範囲、好ましくは0.5〜10の範囲であ
る。
以下本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例1 Al2O3に対するSiO2比23、Na2O、0.1重量%のプロトンタ
イプのモルデナイト型ゼオライト(東洋曹達工業製TSZ
・640型ペレツト型ゼオライト)50gを12−タングストリ
ン酸の25重量%水溶液100g中に加え、ゆるやかに撹拌し
ながら50℃において5時間浸漬した。浸漬前後の水溶液
中の12−タングストリン酸の濃度を測定した結果、12−
タングストリン酸のゼオライトへの担持量は18重量%で
あつた。変性処理したゼオライトは110℃において8時
間乾燥後、空気気流中で610℃において5時間焼成し
た。粉砕後20〜42メツシユの範囲を篩分し、触媒Aを得
た。
実施例2 実施例1に使用したモルデナイト型ゼオライトを空気気
流中で520℃において5時間焼成した。次にゼオライト
を粉砕し20〜42メツシユの範囲を篩分し、その50gを変
性処理に付した。12−タングストケイ酸を用い実施例1
と同一条件で変性処理を施した。12−タングストケイ酸
の担持量は14重量%であつた。実施例と同一条件で焼成
し、触媒Bを得た。
実施例3 Al2O3に対せるSiO2比22、Na2O 0.1重量%のプロトンタ
イプのモルデナイト型ゼオライト(東洋曹達工業製TSZ
・640型粉末状ゼオライト)を500℃において3時間焼成
した。次にゼオライトに対して20重量%になるように結
合剤としてアルミナゾル水溶液を加えて混練し、その後
湯浴上で水分量を調節した。圧縮成型した後110℃にお
いて2時間乾燥し、次いで空気中で520℃において16時
間焼成した。成型したゼオライト50gを12−モリブドリ
ン酸の25重量%水溶液100g中に室温において16時間浸漬
した。ゼオライトへの12−モリブドリン酸の担持量は20
重量%であつた。110℃において2時間乾燥後,空気気
流中で610℃において5時間焼成した。粉砕後、20〜42
メツシユの範囲を篩分し、触媒Cを得た。
比較例1〜3 比較例1では実施例1の条件で、比較例2では実施例2
の条件で、比較例3では実施例3の条件でヘテロポリ酸
による変性を行わずにゼオライトを調製し、それぞれ比
較触媒D、EおよびFを得た。
実施例4〜6および比較例4、5 固定床常圧流通式反応装置を用いてキシレンとメタノー
ルとの反応を行つた。触媒の充填量は5g、反応温度は30
0℃、キシレンに対するメタノールのモル比は2、WHSV
は5hr-1、水素流量は100ml/minとした。触媒A、Bおよ
びC、比較触媒DおよびEを使用し、反応を開始してか
ら4時間後の結果は表1のようであつた。
尚、原料として使用したキシレンの組成は次の通りであ
つた。
非芳香族化合物 0.09重量% パラキシレン 26.47 メタキシレン 44.16 オルトキシレン 25.41 エチルベンゼン 3.66 その他 0.20 実施例7〜9および比較例6、7 実施例4と同一反応装置を用いて1,2,4−トリメチルベ
ンゼンとメタノールとの反応を行つた。触媒充填量は5
g、反応温度は300℃、1,2,4−トリメチルベンゼンに対
するメタノールのモル比は2、WHSVは5hr-1、水素流量
は100ml/minとした。触媒A,BおよびC、比較触媒Dおよ
びFを使用し、反応を開始してから4時間後の結果は表
2のようであつた。
尚、原料の1,2,4−トリメチルベンゼンの純度は99重量
%であり、残部はC8〜C9芳香族化合物である。
実施例10 実施例4と同一反応装置を用いて1,2,4−トリメチルベ
ンゼンとメタノールとの反応を行つた。反応には触媒B
を5g使用し、1,2,4−トリメチルベンゼンに対するメタ
ノールのモル比は2、反応温度は300℃、WHSVは5hr-1
水素流量は100ml/minとした。
1,2,4テトラメチルベンゼン転化率等の経時変化は表3
のようであつた。
比較例8 比較触媒Fを用い実施例10と同一条件で1,2,4−トリメ
チルベンゼンとメタノールとの反応を行つた。
その結果は表4のようであつた。
〔発明の効果〕 表1〜表4からわかるように、ヘテロポリ酸およびヘテ
ロポリ酸塩で変性処理した触媒を用いる本発明の方法に
よれば、炭素原子数11個以上の芳香族化合物の生成を抑
制しつつジアルキルベンゼンおよび/又はトリアルキル
ベンゼンを含有する芳香族化合物をアルキル化してポリ
アルキルベンゼンを製造することができる。その結果反
応液より目的生成物の収率を向上できると共に、その分
離、精製が容易となる。また表3に示したように、本発
明による触媒は長時間の通油時間に対しても安定した転
化率および選択率を示し、長時間にわたり活性が維持さ
れていることがわかる。
以上のように本発明によるポリアルキルベンゼンの製造
方法は好ましくない副反応を抑制し、且つ触媒活性を長
期に維持できる工業的に有利な方法である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジアルキルベンゼンおよび/又はトリアル
    キルベンゼンを含有する芳香族化合物とアルキル化剤と
    を、水素の存在下において、ヘテロポリ酸およびヘテロ
    ポリ酸塩からなる群から選ばれる1種又は2種以上の化
    合物を含む変性剤に接触させることによって処理された
    結晶性アルミノシリケートを触媒として、反応させるこ
    とを特徴とするポリアルキルベンゼンの製造方法。
  2. 【請求項2】アルキル化剤がメタノールおよび/又はジ
    メチルエーテルである特許請求の範囲第1項記載の方
    法。
  3. 【請求項3】結晶性アルミノシリケートがモルデナイト
    型である特許請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 【請求項4】ポリアルキルベンゼンがトリメチルベンゼ
    ンおよびテトラメチルベンゼンである特許請求の範囲第
    1項記載の方法。
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