JP5085003B2 - α−メチルスチレンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、α−メチルスチレンの製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、低コストで効率的に高いクミルアルコール転化率を得ることができるという特徴を有するα−メチルスチレンの製造方法に関するものである。

活性アルミナの存在下、クミルアルコ−ルを脱水してα−メチルスチレンを製造する方法は公知である（たとえば、特許文献１参照。）。しかしながら、従来の技術において高い転化率を得るには、相当の高温を要するため、低コストで効率的に高いクミルアルコール転化率を得るという観点において、必ずしも満足できるものではなかった。

特公昭５２−３９０１７号公報

かかる現状において、本発明が解決しようとする課題は、低コストで効率的に高いクミルアルコール転化率を得ることができるという特徴を有するα−メチルスチレンの製造方法を提供する点にある。

すなわち、本発明は、活性アルミナの存在下、脱水反応によりクミルアルコールからα−メチルスチレンを製造するに際し、クミルアルコールを含有する反応原料中のプロピレンオキサイドの濃度が０〜１２００重量ｐｐｍである反応原料を用いるα−メチルスチレンの製造方法であって、
該α−メチルスチレンの製造方法が、下記の工程を含むプロピレンオキサイドの製造方法の脱水工程を構成することを特徴とするα−メチルスチレンの製造方法に係るものである。
酸化工程：クメンを酸化することによりクメンハイドロパーオキサイドを得る工程
エポキシ化工程：酸化工程で得たクメンハイドロパーオキサイドとプロピレンとを反応させることによりプロピレンオキサイド及びクミルアルコールを得る工程
脱水工程：固体触媒の存在下、エポキシ化工程で得たクミルアルコールを脱水することによりα−メチルスチレンを得る工程
水添工程：固体触媒の存在下、α−メチルスチレンを水添してクメンとし、酸化工程の原料として酸化工程へリサイクルする工程

本発明により、低コストで効率的に高いクミルアルコール転化率を得ることができるという特徴を有するα−メチルスチレンの製造方法を提供することができた。

活性アルミナによるクミルアルコ−ルの脱水反応の好ましい実施態様は次のとおりである。

脱水反応は通常、クミルアルコ−ルを触媒に接触させることで行われる。反応は気相中あるいは溶媒を用いて液相中で実施できる。生産性や省エネルギーの観点から反応は液相で実施するのが好ましい。溶媒は、反応体及び生成物に対して実質的に不活性なものでなければならない。溶媒は使用されるクミルアルコ−ル溶液中に存在する物質からなるものであってよい。たとえばクミルアルコ−ルが、生成物であるクメンとからなる混合物である場合には、特に溶媒を添加することなく、これを溶媒の代用とすることも可能である。その他、有用な溶媒は、アルカン（たとえばオクタン、デカン、ドデカン）や、芳香族の単環式化合物（たとえばベンゼン、エチルベンゼン、トルエン）などがあげられる。脱水反応温度は一般に５０〜４５０℃であるが、１５０〜３００℃の温度が好ましい。一般に圧力は１０〜１００００ｋＰａであることが有利である。平衡反応を考えた場合はできるだけ低圧の方が有利である。脱水反応は、スラリ−又は固定床の形の触媒を使用して有利に実施できる。

本発明の最大の特徴は、活性アルミナの存在下、クミルアルコールを含有する原料中のプロピレンオキサイドが０〜１００００ｗｔｐｐｍである点にある。さらに好ましくは０〜５０００ｗｔｐｐｍである。プロピレンオキサイドが存在すると、活性アルミナの活性が低下してしまい、クミルアルコールの転化率を満足の行く範囲にするためには反応温度を高くする必要があり、エネルギー、収率の観点から不利である。

本発明の方法は、下記の工程を含むプロピレンオキサイドの製造方法の脱水工程として採用される。
酸化工程：クメンを酸化することによりクメンハイドロパ−オキサイドを得る工程
エポキシ化工程：クメンハイドロパ−オキサイドを含むクメン溶液と過剰量のプロピレンとを、液相中、固体触媒の存在下に反応させることにより、プロピレンオキサイド及びクミルアルコ−ルを得る工程
脱水工程：固体触媒の存在下、エポキシ化工程で得たクミルアルコ−ルを脱水することによりα−メチルスチレンを得る工程
水添工程：固体触媒の存在下得、α−メチルスチレンを水添してクメンとし、酸化工程の原料として酸化工程へリサイクルする工程

酸化工程は、クメンを酸化することによりクメンハイドロパ−オキサイドを得る工程である。クメンの酸化は、通常、空気や酸素濃縮空気などの含酸素ガスによる自動酸化で行われる。この酸化反応は添加剤を用いずに実施してもよいし、アルカリのような添加剤を用いてもよい。通常の反応温度は５０〜２００℃であり、反応圧力は大気圧から５ＭＰａの間である。添加剤を用いた酸化法の場合、アルカリ性試薬としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨのようなアルカリ金属化合物や、アルカリ土類金属化合物又はＮａ₂ＣＯ₃、ＮａＨＣＯ₃のようなアルカリ金属炭酸塩又はアンモニア及び（ＮＨ₄）₂ＣＯ₃、アルカリ金属炭酸アンモニウム塩等が用いられる。

エポキシ化工程は、酸化工程で得たクメンハイドロパ−オキサイドと過剰量のプロピレンとを、液相中、固体触媒の存在下に反応させることにより、プロピレンオキサイド及びクミルアルコ−ルを得る工程である。

触媒としては、目的物を高収率及び高選択率下に得る観点から、チタン含有珪素酸化物からなる触媒が好ましい。これらの触媒は、珪素酸化物と化学的に結合したＴｉを含有する、いわゆるＴｉ−シリカ触媒が好ましい。たとえば、Ｔｉ化合物をシリカ担体に担持したもの、共沈法やゾルゲル法で珪素酸化物と複合したもの、あるいはＴｉを含むゼオライト化合物などをあげることができる。

エポキシ化工程の原料物質として使用されるクメンハイドロパ−オキサイドは、希薄又は濃厚な精製物又は非精製物であってよい。

エポキシ化反応は、プロピレンとクメンハイドロパ−オキサイドを触媒に接触させることで行われる。反応は、溶媒を用いて液相中で実施される。溶媒は、反応時の温度及び圧力のもとで液体であり、かつ反応体及び生成物に対して実質的に不活性なものでなければならない。溶媒は使用されるハイドロパ−オキサイド溶液中に存在する物質からなるものであってよい。たとえばクメンハイドロパ−オキサイドがその原料であるクメンとからなる混合物である場合には、特に溶媒を添加することなく、これを溶媒の代用とすることも可能である。その他、有用な溶媒としては、芳香族の単環式化合物（たとえばベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン）及びアルカン（たとえばオクタン、デカン、ドデカン）などがあげられる。

エポキシ化反応温度は一般に０〜２００℃であるが、２５〜２００℃の温度が好ましい。圧力は、反応混合物を液体の状態に保つのに充分な圧力でよい。一般に圧力は１００〜１００００ｋＰａであることが有利である。

固体触媒は、スラリ−状又は固定床の形で有利に実施できる。大規模な工業的操作の場合には、固定床を用いるのが好ましい。また、回分法、半連続法、連続法等によって実施できる。

エポキシ化工程へ供給されるプロピレン／クメンハイドロパ−オキサイドのモル比は２／１〜５０／１であることが好ましい。該比が過小であると反応速度が低下して効率が悪く、一方該比が過大であるとリサイクルされるプロピレンの量が過大となり、回収工程において多大なエネルギ−を必要とする。

脱水工程は、エポキシ化工程で得たクミルアルコ−ルを脱水してα−メチルスチレンを得る工程であり、前記のとおりである。本脱水工程では、次の水添工程にて使用される水素を不活性気体として使用することが可能である。

水添工程は、脱水反応で得たα−メチルスチレンと水を水添触媒に供し、α−メチルスチレンを水添してクメンに変換し、該クメンを酸化反応の原料として酸化工程へリサイクルする工程である。

水添触媒としては、周期律表１０族又は１１族の金属を含む触媒をあげることができ、具体的にはニッケル、パラジウム、白金、銅をあげることができるが、芳香環の核水添反応の抑制、高収率の観点からパラジウムまたは銅が好ましい。銅系触媒としては銅、ラネー銅、銅・クロム、銅・亜鉛、銅・クロム・亜鉛、銅・シリカ、銅・アルミナ等があげられる。パラジウム触媒としては、パラジウム・アルミナ、パラジウム・シリカ、パラジウム・カーボン等があげられる。これらの触媒は単一でも用いることができるし、複数のものを用いることもできる。

水添反応の好ましい実施態様は次のとおりである。

水添反応は通常、α−メチルスチレンと水素を触媒に接触させることで行われるが、本発明においては脱水反応に引き続いて水添反応を行なうため、脱水反応において発生した水も触媒へフィードされる。反応は、溶媒を用いて液相又は気相中で実施できる。溶媒は、反応体及び生成物に対して実質的に不活性なものでなければならない。溶媒は使用されるα−メチルスチレン溶液中に存在する物質からなるものであってよい。たとえばα−メチルスチレンが、生成物であるクメンとからなる混合物である場合には、特に溶媒を添加することなく、これを溶媒の代用とすることも可能である。その他、有用な溶媒は、アルカン（たとえばオクタン、デカン、ドデカン）や、芳香族の単環式化合物（たとえばベンゼン、エチルベンゼン、トルエン）などがあげられる。水添反応温度は一般に０〜５００℃であるが、３０〜４００℃の温度が好ましい。一般に圧力は１００〜１００００ｋＰａであることが有利である。

本発明において、脱水反応および水添反応は、固定床の形の触媒を使用して連続法によって有利に実施できる。連続法のリアクターは、断熱リアクター、等温リアクターがあるが、等温リアクターは除熱をするための設備が必要となるため、断熱リアクターが好ましい。断熱リアクターの場合、クミルアルコールの脱水反応は吸熱反応であるため、反応の進行とともに温度が低下し、一方α−メチルスチレンの水添反応は発熱反応であるため、反応の進行とともに温度が上昇する。結果的には発熱量のほうが大きいために、リアクター入口温度よりも出口温度のほうが高くなる。反応温度および圧力は、脱水反応後のα−メチルスチレン溶液中に含まれる水が凝縮しないように選択される。反応温度は１５０から３００℃が好ましく、反応圧力は１００から２０００ｋＰａが好ましい。温度が低すぎたり、圧力が高すぎたりすると、脱水反応出口において水が凝集し、水添触媒の性能を低下させてしまう。また圧力が高すぎる場合は脱水反応の反応平衡においても不利である。温度が高すぎたり、圧力が低すぎたりすると、気相部が多く発生し、ファウリング等による触媒寿命の低下が進み不利である。

水素は固定床反応器の入口や、水添触媒の入口のいずれからもフィードすることができるが、脱水触媒の活性からみて固定床反応器入口からフィードすることが好ましい。すなわち、脱水反応ゾーンで常に水素を存在させることにより、脱水により発生した水分の気化が促進され、平衡脱水転化率が上がり、水素が存在しない場合よりも効率よく高い転化率を得ることが出来る。脱水反応において発生した水は水添触媒を通過することになるが、先に述べたように凝集しないレベルで運転することにより、特に水を除去する設備を設けることなく低コストで運転することができる。また反応器出口において未反応の水素は、気液分離操作の後にリサイクルして再使用できる。また気液分離操作の際に、脱水反応において発生した水分を反応液より分離することも可能である。得られた反応液（主にクメン）はその一部を反応器入口にリサイクルして使用することも可能である。

脱水触媒の量はクミルアルコールが充分に転化する量であればよく、クミルアルコール転化率は９０％以上であることが好ましい。水添触媒の量はα−メチルスチレンが充分に転化する量であればよく、α−メチルスチレン転化率は９８％以上が好ましい。コストの観点から考えると、脱水触媒と水添触媒は多段のリアクターとすることなく、単一の固定床反応器に充填されていることが好ましい。反応器の中は幾つかのベッドに別れていてもよく、または別れていなくてもよい。別れていない場合、脱水触媒と水添触媒は直接接触させてもよいが、イナートな充填物で仕切りをつけてもかまわない。

上記の特徴的な方法とすることにより、本発明が解決しようとする課題が解決できる。

次に、実施例により本発明を説明する。
実施例１
活性アルミナを充填した固定床流通反応器に、２５重量％のクミルアルコ−ルを含むクメン溶液（プロピレンオキサイド０ｐｐｍ含有）を１．６ｇ／ｍｉｎで、水素を１０５Ｎｃｃ／ｍｉｎで流通させた。この時のＬＨＳＶは９ｈ−１、圧力は１．０ＭＰａＧ、温度２００℃であった。得られた反応液におけるクミルアルコ−ルの脱水転化率は９７％であった。

実施例２
２５重量％のクミルアルコ−ルを含むクメン溶液（プロピレンオキサイド１１０ｐｐｍ含有）を用いた以外は実施例１と同様の方法で実施した。得られた反応液におけるクミルアルコ−ルの脱水転化率は９７％であった。

実施例３
２５重量％のクミルアルコ−ルを含むクメン溶液（プロピレンオキサイド１２００ｐｐｍ含有）を用いた以外は実施例１と同様の方法で実施した。得られた反応液におけるクミルアルコ−ルの脱水転化率は９６％であった。

比較例１
２５重量％のクミルアルコ−ルを含むクメン溶液（プロピレンオキサイド１２５００ｐｐｍ含有）を用いた以外は実施例１と同様の方法で実施した。得られた反応液におけるクミルアルコ−ルの脱水転化率は６８％であった。

Claims (1)

1. 活性アルミナの存在下、脱水反応によりクミルアルコールからα−メチルスチレンを製造するに際し、クミルアルコールを含有する反応原料中のプロピレンオキサイドの濃度が０〜１２００重量ｐｐｍである反応原料を用いるα−メチルスチレンの製造方法であって、
   該α−メチルスチレンの製造方法が、下記の工程を含むプロピレンオキサイドの製造方法の脱水工程を構成することを特徴とするα−メチルスチレンの製造方法。
   酸化工程：クメンを酸化することによりクメンハイドロパーオキサイドを得る工程
   エポキシ化工程：酸化工程で得たクメンハイドロパーオキサイドとプロピレンとを反応させることによりプロピレンオキサイド及びクミルアルコールを得る工程
   脱水工程：固体触媒の存在下、エポキシ化工程で得たクミルアルコールを脱水することによりα−メチルスチレンを得る工程
   水添工程：固体触媒の存在下、α−メチルスチレンを水添してクメンとし、酸化工程の原料として酸化工程へリサイクルする工程