JPH04505416A - アルキル化触媒及びその使用方法 - Google Patents

アルキル化触媒及びその使用方法

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JPH04505416A JP2508286A JP50828690A JPH04505416A JP H04505416 A JPH04505416 A JP H04505416A JP 2508286 A JP2508286 A JP 2508286A JP 50828690 A JP50828690 A JP 50828690A JP H04505416 A JPH04505416 A JP H04505416A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アルキル化触媒及びその使用方法 発明の背景 本発明はアルキル化とトランスアルキル化方法及びこれらに使用する触媒に関す る。特に、本発明はアルキル化とトランスアルキル化方法において使用される際 に、望ましくない副生成物を生じるクラッキングや環化といった副反応を最小限 に抑え、所望の生成物に対する優れた選択性を有する触媒に関する。
従来は、ベンゼン、トルエン、キシレンのような芳香族分子に、エチレン、プロ ピレン等のすレフインを、ハロゲン化アルミニウムのような酸性均一フリープル −クラフッ型触媒あるいは不均一酸性シリカ−アルミナ触媒を用いて、アルキル 化することは普通に行われている。このような方法にはいくつかの触媒によって 引き起こされる腐食の問題やアルキル化反応から得られた生成物の分配を制御す る際の困難さ等の不利な点かある。
所望の生成物がシアルキレートあるいはトリアルキレートであるよりむしろモノ アルキレートであることがしばしばある。シアルキレートやトリアルキレートの 生成物が多量に生成されるのを回避するために、また、触媒の寿命を延ばすため に、大過剰の芳香族化合物を用いるのが従来の方法である。
以前の商業上のアルキル化方法に関するいくつかの問題を回避するために、近年 では固体ゼオライト含有触媒を使用して、オレフィン等のアルキル化剤を用いて 芳香族化合物のアルキル化を、特にエチレンを用いてベンゼンのアルキル化を促 進する。
通常、このようなゼオライト含有触媒は、七オライドと耐火性酸化物結合剤ある いはこれの前駆物質とを混合し、その混合物を混練して押し出し、その押し出し 物を乾燥し、その後、乾燥した押し出し物を、高温でか焼して、押し出し物に、 商業上の操作に耐え得る要求強度を与えることにより製造する。天然ゼオライト や合成ゼオライトは、ナトリウムイオンを比較的高濃度に含有しているため、も って、触媒活性は有していない。ゼオライトを基礎とする触媒の製造に際し、ゼ オライトが耐火性酸化物成分あるいはその前駆物質と混合される前に、通常は、 ゼオライトは典型的にアンモニウムイオンとイオン交換され、ナトリウム濃度を できる限り低くして、触媒活性を増大させる。
しかしながら、アンモニアはゼオライトの酸性位置に有害であることが知られて いるので、乾燥した押し出し物を、触媒中のほとんどすべてのアンモニウムイオ ンを水素イオンと気体として触媒から排除されるアンモニアに分解するような温 度でか焼するのか普通である。かかる触媒は揮発成分非含有基準で(NH4)2 0として算出される50重量ppmより少ないアンモニウムイオンをしばしば含 む。
通常、上記の方法で調製されたゼオライトアルキル化触媒は、反応体か連続的に 通過される固定床反応器中で使用される。ゼオライト含有触媒を用いたこのよう な固定床方法は、以前の商業上の方法に勝っているか、モノアルキル化に対する 選択性、特に、プロピレンをベンゼンに反応させてクメンを生成する場合の選択 性は、試験工場の研究において、触媒バッチから触媒バッチに変わる際に変化し 、この際、選択性のいくつかは低くなり、生成物流中に高濃度で不純物が現れて 、不純物のレベルを下げる付加的な装置あるいは方法の改変を余儀無くされる。
従って、本発明の目的の1つはゼオライトあるいは非ゼオライト分子ふるい含有 の触媒を、また、かかる触媒の製造法を提供することにあり、この触媒は、アル キル化反応及びトランスアルキル化反応を触媒する際に、所望の生成物に対し高 い選択性を有し、この選択性はバッチからバッチに変わる際にほとんど変化しな い。本発明のこの目的及び他の目的は、以下に示される本発明の記述により、よ り明らかとなる。
発明の概要 本発明において、驚くべきことに、無機の耐火性酸化物成分と結晶性分子ふるい を含む触媒の選択性は、触媒中のアンモニウムイオン濃度に敏感であることを見 出した。また、この技術の常識に反して、アルキル化やトランスアルキル化の間 中、副生成物か望ましくない量生成するのを回避するために、触媒中のアンモニ ウムイオン濃度を最小限に維持することか最も望ましいことを見出した。この最 小濃度とは、揮発成分非含有基準で(NH,)2 oとして算出されるアンモニ ウムイオン濃度で、約250重量ppm、好ましくは約500重量ppmであり 、上限は約20000重Mppmで、この範囲の値を取り得る。
従って、本発明は、最も広範な実施例において、分子ふるいと揮発成分非含有基 準で(NH4)20として算出さるアンモニウムイオン濃度か少なくとも約25 0重量ppmである、安定した高い選択性を有する触媒組成物の提供を目的とす る。好ましくは、触媒を製造する際使用する分子ふるいは蒸気安定化変性Y型ゼ オライトである。触媒中のアンモニウムイオン濃度は、揮発成分非含有基準で( NH4)2 oとして算出される約1000〜18000重量ppmの範囲をと り、好ましくは約2000〜約15000重Jippmで、より好ましくは約3 000〜約1oooo重量ppmで、最も好ましくは約4000〜8000重量 ppmである。揮発成分非含有基準で算出されるこれらすべての濃度は、100 09C0で2時間オープン中で加熱して水分及び他の揮発成分を排除した後で、 触媒の重量に基づいて算出される。
本発明の触媒は、典型的に、分子ふるいをアンモニウムイオンで交換し、このイ オン交換されたふるいを多孔の無機耐火性酸化物成分あるいはその前駆物質と混 合し、得られた混合物を押し出して押し出し物を形成し、この押し出し物を乾燥 し、その後、この乾燥した押し出し物をか焼して製造するか、か焼の条件は、ア ンモニウムイオンかアンモニアと水素イオンとに分解されて、触媒中のアンモニ ウムイオン濃度が最小レベルの250重量ppm以上になるように制御する。こ こでいう「押し出し」とは、タブレット形式、押し出し物形式、ブリリング等を 包むすべての形態のペレット形成を意味する。あるいはまた、触媒を流動床反応 器中で使用したい場合は、アンモニウム交換分子ふるいと耐火性酸化物成分のス ラリーを製造して、その後、噴霧乾燥して、直径が40〜80ミクロンで所望の アンモニウムイオン濃度を有する粒子を形成する。
本発明の触媒は、所望のアルキル化生成物に対して安定して高い選択性を有し、 もって、かかる触媒の存在下で、有機供給原料を有機反応体と接触させてアルキ ル化有機化合物を形成する多様なアルキル化とトランスアルキル化方法に有用で あることが見出される。本発明の方法のある特定な実施例において、本発明の触 媒は、プロピレンを用いたベンゼンのアルキル化を介してクメン(イソプロピル ベンゼン)を生成する方法のアルキル化域において使用し、また、ベンゼンとプ ロピレン間の反応において、付加的分量のクメンを生成するために、望ましくな い副生成物であるジイソプロピルベンゼンにベンゼンを接触させることによりベ ンゼンをトランスアルキル化するトランスアルキル化域の方法中の下流にて使用 する。
図面の簡単な説明 図1は本発明の触媒を用いたアルキル化とトランスアルキル化反応器の両方を使 用したクメンあるいはエチルベンゼンを生成する方法の工程図である。
図2は触媒中のアンモニウムイオンの多様な濃度について、ジイソプロピルベン ゼンの転化率に対するクメンを生成するためのシイツブペロピルベンゼンとベン ゼンのトランスアルキル化から得られる生成物中にある望ましくないエチルベン ゼンの濃度を示す線図である。
図3は55%、65%及び75%のジイソプロピルベンゼンの転化率について、 触媒中のアンモニウムイオン濃度に対するクメンを生成するためのジイソプロピ ルベンゼンとベンゼンのトランスアルキル化から得られる生成物中にある望まし くないエチルベンセンの濃度を示す、図2より得られた線図である。
発明の詳細な説明 本発明の分子ふるい含有触媒は、典型的に水素化金属成分を含んでおらず、通常 は、多孔の無機耐火性酸化物マトリックスあるいは結合剤と組み合わせたゼオラ イトあるいは非ゼオライト分子ふるいを含む。ここでいう「非ゼオライトJとは 、実質的にシリカ及びアルミナの四面体だけからではない構造を有する分子ふる いである。また、「ゼオライト」とは、実質的にシリカ及びアルミナの四面体だ けからなる構造を有する分子ふるいであり、このような構造は、例えば、ZSM −5型ゼオライト、Y型ゼオライト、及びX型ゼオライトにおいて見られる。
触媒の活性アルキル化あるいはトランスアルキル化成分として役たつ非ゼオライ ト結晶性分子ふるいの例としては、シリコアルミノフォスフエイト、メタロアル ミノフォスフエイト、フェロシリケイト、クロモシリケイト、ポロシリケイト、 柱状粘土(pillared clays) 、離層粘土(delaminat ed clays)及びシリカライトのような結晶性シリカが挙げられる。触媒 の活性アルキル化あるいはトランスアルキル化成分として使用されるゼオライト 結晶性分子ふるいの例としては、Y型ゼオライト、フッ化型Y型ゼオライト、X 型ゼオライト、ゼオライトベータ、ゼオライトし、ゼオライトオメガ及びこのよ うなゼオライトの変性体が挙げられる。本発明の触媒で使用される分子ふるいは 、約1.0以下の束縛指数で、酸素原子の12−メンバーリングにより規定され る孔を有しているのが好ましい。
本発明の触媒に使用する分子ふるいは、Y型ゼオライト、変性Y型ゼオライトか 好ましい。参考のため記載する米国特許第3.130,007号明細書には、シ リカ対アルミナのモル比か約3.0〜約6゜0の間のY型ゼオライトで、代表的 なY型ゼオライトはシリカ対アルミナのモル比が約5.0であることが記載され ている。
本発明の触媒を製造するに際し、好適な変性Y型ゼオライトは、一般に、Y型ゼ オライトの骨格を有為に変性する処理により、Y型ゼオライトから得られ、骨格 をなすシリカ対アルミナのモル比は6.0以上に増加する。しかし、出発物質で あるY型ゼオライトを変性して、本発明に有為な変性Y型ゼオライトを得るに際 し、得られた変性Y型ゼオライトは、米国特許第3゜1’30.007号明細書 に開示されているように、Y型ゼオライトに対するX線粉末回折図形と全く同じ というわけではない。
d−面間隔は、骨格をなすシリカ対アルミナのモル比の増加により生ずる単位セ ルの大きさの収縮により多少変わる。しかし、Y型ゼオライトの本質的な結晶構 造は保たれるので、触媒において使用される変性ゼオライ1〜の本質的なX線粉 末回折図形は、Y型ゼオライトそれ自体かあるいは単位セルの大きさか収縮した Y型ゼオライトのいずれかの図形と一致する。本発明の触媒を製造する際に使用 され得る変性Y型ゼオライトの例としては、超安定性Y型ゼオライト、蒸気安定 化Y型ゼオライト及び脱アルミニウム化Y型ゼオライトか挙げられる。
蒸気安定化Y型ゼオライトは、Y型ゼオライトを水熱的に処理して、骨格のシリ カ対アルミナのモル比を高くしたY型ゼオライトであるか、ゼオライトのシリカ 対アルミナの全体のモル比は変わらない。蒸気安定化の処理は、普通、出発物質 としてのY型ゼオライトのアンモニウム型あるいは水素型を比較的高温で、典型 的には約900°F1以上で、蒸気の存在下で、か焼することを包含する。この 処理により、骨格位置から非骨格位置に、四面体のアルミニウムか排除されるか 、通常は、ゼオライトからアルミニウムを除去しないので、もって、出発物質の Y型ゼオライトのシリカ対アルミナの全体のモル比は高くならない。
本発明の触媒を製造するに際し、出発物質の分子ぶるいとして使用する好ましい 蒸気安定化Y型ゼオライトは、(1)NazOとして算出されるナトリウムの含 有量が0.6〜5重量%にまでY型ゼオライトをアンモニウム交換し、(2)ア ンモニウム交換型ゼオライトを約600°F、〜1650゜F、の温度で、水蒸 気の分圧か少なくとも0.2p、s、i。
a、の、好ましくは約2. 0p、s、i、 a、以上の、最も好ましくは約5 .0〜15p、s、i、a、の蒸気の存在下で、か焼して、アンモニウム交換型 ゼオライトの単位セルの大きさを、約24.35〜約24.65オングストロー ム、好ましくは約24.40〜24.64オングストロームの範囲に減少させ、 その後、(3)蒸気か焼型ゼオライトをアンモニウム交換して、残りのナトリウ ムイオンの少なくとも2596を置換し、NazOとして算出されるナトリウム か約1.0重量%未満、好ましくは0.6重量%未満、最も好ましくは0.2重 量%未満のゼオライト生成物を得ることにより製造されるものである。
かかるY型ゼオライトは、高安定型で、高活性を有する。このゼオライトは、参 考のために記載する米国特許第3,929゜672号明細書において、詳細に記 述されており、今日では、これと同じかあるいは似ているゼオライトが、UOP 社(以前の、ユニオン・カーバイド・コーポレーションのリンダ・ディビジョン である。)から、LZY−82型ゼオライトとじて市販されている、また、PQ 社からCP300−56として、コンデカーB V (Condeka−BV) からCBV−530及びCBV−531として市販されている。上記のアンモニ ウム交換段階は、交換を行うのに使用されるアンモニウム溶液に、酸を添加する ことにより促進される。
触媒を製造するための出発物質の分子ふるいとして使用できる脱アルミニウム化 Y型ゼオライトは、酸、塩あるいはキレート化剤で化学的に処理して、シリカ対 アルミナの全体のモル比を高くしたY型ゼオライトである。脱アルミニウム化ゼ オライトの好ましい群は、シリカ対アルミナの全体のモル比が約6.0以下のY 型ゼオライトを脱アルミニウム化することにより製造され、これは参考のために 記載する米国特許第4. 503. 023号及び第4,711,720号明細 書に詳細に記述されている。この群の中では、LZ−210として知られている ものが好適であり、これは、ユニオン・カーバイド・コーポレーションのリンダ ・ディビジョンから入手可能なゼオライトアルミノシリケイト分子ふるいである 。LZ−210型ゼオライト及びこの群の他のゼオライトは、シリカ対アルミナ の全体のモル比か約6.0〜約20の間の出発物質であるY型ゼオライトから便 利に製造されるが、これより高い比のものも可能ではある。
好ましいLZ−210型ゼオライトは、シリカ対アルミナの全体のモル比が約6 .1〜約16である。典型的には、単位セルの大きさは、24.65オングスト ロームかそれ以下であり、通常は、約24.40〜約24.60オングストロー ムの間である。シリカ対アルミナの全体のモル比が20以下のLZ−21O型ゼ オライトは、通常、25°Cで、4.6mmHgの水蒸気分圧にて、ゼオライト の無水物の重量に基づく少なくとも20重量%の水蒸気に対する吸着容量を有し ている。通常、100mmHgで、−183°Cにて、酸素の吸着容量は少なく とも25重量%である。一般に、LZ−210型ゼオライトは、Y型ゼオライト を、フルオロシリケイト塩の水溶液、好ましくは、アンモニウムヘキサフルオロ シリケイトの溶液を用いて、処理することにより製造される。
本発明の触媒の使用する分子ふるいは、ふるいに対して結合剤あるいはマトリッ クスとして機能する多孔の無機耐火性酸化物に混合される前に、通常、分子ふる いはアルキル化及びトランスアルキル化反応に対する触媒活性を有しており、ア ンモニウムイオンを含有する。分子ふるいの活性は、典型的に、ふるいの酸性位 置に結合したアルカリ金属の量に依存する。上記の蒸気安定化Y型ゼオライトの ような触媒への使用に適する分子ふるいのいくつかは、すでにアンモニウムイオ ンを含有しており、必要な活性を有し、且つ直接耐火性酸化物成分と結合し得る 低濃度のナトリウムや他のアルカリ金属の陽イオンを有する。
しかし、分子ふるいか高濃度のナトリウムまたは他のアルカリ金属の陽イオンを 含んでいる場合は、通常は、ふるいをアンモニウムイオンで交換して、アルカリ 金属の含有量を低減して、アンモニウムイオンを有する分子ふるいを形成するこ とが望ましい。
アンモニウムイオン交換は、分子ふるいを、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウ ム、塩化アンモニウム等の溶解したアンモニウム塩を含有する水溶液と混合する ことにより実施する。得られたスラリーを、周囲温度以上、100°Cより低い 温度で約1〜約5時間攪拌する。0.50重量%以下のナトリウムのレベルを望 む場合は、イオン交換の操作は、通常、少なくとも1回繰り返されるべきである 。典型的には、イオン交換の操作は、少なくとも2回、場合によっては数回繰り 返して、ナトリウムまたは他のアルカリ金属含有量を、好ましくはNazOとし て算出される0、2重量%に低減する。
アルキル化及び/又はトランスアルキル化活性を有する分子ふるいは、■または それ以上の無機耐火性酸化物成分あるいはその前駆物質と混合され、具体的には 、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、ジルコニア、ベリリア、カオリン 、ヘクトライト、セピオライト、アタプルガイトモントモリロナイト、ペイプラ イト等の天然に産出する粘土、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シリカ −チタニア、これらの混合物、及び他の組合せ等が挙げられる。使用可能な前駆 物質の例としては、混練アルミナ、アルミナゲル、水和アルミナ、シリカ−アル ミナヒドロゲル、シリカゾルが挙げられる。無機耐火性酸化物成分あるいはその 前駆物質は、分子ふるいのマトリックスとして役立ち、典型的に、非晶質で、通 常、最終の乾燥触媒混合物か(1)約50〜約95重量96、好ましくは約70 〜95重量%の分子ふるい及び(2)約5〜50重量%、好ましくは約5〜30 重量%の1あるいはそれ以上の無機耐火性酸化物からなる量にて分子ふるいと混 合あるいは混練する。
所望の無機耐火性酸化物成分あるいはその(それらの)前駆物質を、通常、粉末 状で、アンモニウム交換された分子ふるい粒子と典型的に混練する。混線後、混 合物を、最終触媒粒子において所望される断面の大きさと形状の開口を有する型 から押し出す。触媒はどの形の押し出し物にも造ることができ、特に、押し出し 物は参考のために記載する米国特許第4. 028. 227号明細書の図8や 図8Aに開示された形に類似した、断面が円形または3つ葉のクローバ−型を包 含する。通常、触媒粒子の長さは、約0.10〜0.50インチの間で、直径は 、約0.03〜0.08インチの間である。触媒粒子の好ましい大きさは、米国 特許第4,185,040号明細書に詳細に記述されている。押し出された触媒 は所望の長さの粒子に形成した後、触媒粒子を、乾燥し、通常は、約600°F 、〜約16000F0、好ましくは約700°F、〜約1200°F、の間の高 温でか焼し、破壊に対して高強度の触媒を生成する。
あらゆる型の分子ふるい含有触媒を作製する技術において、触媒に要求される破 壊に対する高強度を得るだけでなく、分子ふるい中のほとんどすべてのアンモニ ウムイオンをアンモニアと水素イオンとに分解するのに充分高い温度で最終的な か焼段階を行い、これにより、分子ふるいの活性酸性位置を中和するアンモニア を除去して、触媒を活性化することが典型的に行われた。上記のようにして製造 したアルキル化及びトランスアルキル化触媒の選択性は、か焼串に、アンモニウ ムイオンのほとんどあるいはすべてか分解された場合、著しく、減少することを 見出した。触媒がアンモニウムイオンを充分には含んでいない場合、モノアルキ ル化、特に、クメンを生成するためにプロピレンを用いて行うベンゼンのアルキ ル化及びクメンを生成するためのジイソプロピレンを用いたベンゼンのトランス アルキル化に対する触媒の選択性が所望の生成物中に望ましくない副生成物が不 都合な置台まれる程度に減少する。所望のモノアルキレートに対する最適な選択 性を有するアルキル化触媒においては、触媒中のアンモニウムイオンは揮発成分 即金基準で(NH4)20として算出された約250重量ppm以上であること が肝要であることが分かった。
本発明において、押し出された触媒粒子のか焼を、揮発成分非含有基準で(NH 4)20として算出された触媒中のアンモニウムイオン濃度が、約250重量p pm以上になる充分な時間及び温度の条件下にて行う。か焼は、か焼された触媒 粒子が、揮発成分非含有基準で(NH4)20として算出された、約1000重 量ppmより多い、好ましくは約2000重量ppmより多い、より好ましくは 約3000重量ppmより多い、最も好ましくは約4000重量ppmより多い アンモニウムイオンを含むように、典型的に実施する。アンモニアは活性分子ふ るいの酸性位置を中和するので、アンモニウムイオンの形での濃度が高過ぎると アルキル化触媒の活性か低下してしまう。このように、揮発成分非含有基準で( NH4)2oとして算出される約20000重量ppmより多いのアンモニウム イオンを触媒中に残すことは通常は好ましくない。アンモニウムイオン濃度かこ のような比較的高濃度であると、選択性においては有益な効果を有するようにな るか、触媒活性においては有害な効果となる。即ち、触媒のアンモニウムイオン 濃度は、選択性と活性とのバランス良く選択されるべきである。典型的に、触媒 中のアンモニウムイオン濃度は、揮発成分非含有基準基準で(NH4)2 oと して算出される約2000〜約15000重量ppm、好ましくは、約3000 〜約10000重量ppm、最も好ましくは、約4000〜約8000重量pp mである。
上記のように、分子ふるい基アルキル化あるいはトランスアルキル化触媒のアン モニウムイオン濃度が触媒の選択性に有効であることを見出したことは、従来は 、最適な触媒性能を得るためにか焼串にほとんどすへてのアンモニウムイオンを 分解していたことを考慮すると、非常に驚くべきことである。本発明は操作の理 論に限定されるものではないが、この驚くべき現象は、アルキル化反応がクラッ キング反応より弱い酸性位置を必要とし、また、望ましくない副生成物はアルキ ル化の間に大きな分子かクラッキングすることにより生じるという事実のためで あると考えられる。従って、アルキル化あるいはトランスアルキル化触媒の選択 性は、アンモニウムイオンで触媒の活性分子ふるい成分の高い酸性位置を優先的 にブロックすることにより非常に改良されると考えられる。
上記のようにして製造した触媒は、アルキル化及びトランスアルキル化の工程に 幅広く多様に適用できる。ここで、アルキル化した有機化合物は、触媒の存在下 で、有機供給原料を有機反応体と接触させることにより生成する。アルキル化は 、分子に、アルキル基を付加あるいは挿入することであるとして広く定義するこ とができる。このように、アルキル化反応は、多様である。トランスアルキル化 反応において、これはアルキル化反応に密接に関連しているが、アルキル基があ る分子から他の分子に移動する。本発明の触媒は、安定して高選択性を有して、 アルキル化とトランスアルキル化反応の両方を触媒するのに有効である。加えて 、本発明の触媒は、異性化及び不均化反応、特に、芳香族及び脂肪族化合物を包 含した異性化及び不均化反応のような他の酸触媒化学転化反応を触媒するのに使 用できる。
一般に、本発明の触媒は、飽和、不飽和、分岐、直鎖、脂肪族の化合物及び、単 環及び複環芳香族化合物及び、このような単環及び複環芳香族化合物の置換誘導 体並びに、脂環化合物のアルキル化を触媒するのに使用可能である。使用される アルキル化剤は、アルキル化されるべき化合物と反応可能な任意の化合物であっ てもよい。代表的なアルキル化剤は、アルケンあるいはオレフィン、メタノール のようなアルコール、ハロゲン化アルキル、エステル、エーテル、アルデヒド、 ケトン、アミン、及びチオシアネートを包含する。本発明の触媒は、ポリアルキ ル化有機化合物がより小さなアルキル化あるいは非アルキル化有機化合物に、1 つあるいはそれ以上のアルキル基を、ポリアルキル化化合物からより少ないアル キル基を有する類似の化合物に移動することにより、転化される任意のトランス アルキル化においても使用可能である。
本発明の触媒は、任意のトランスアルキル化やアルキル化法においても使用可能 であるが、02〜C4のオレフィンを用いて、芳香族炭化水素をアルキル化して モノアルキル芳香族化合物を生成したり、芳香族化合物をトランスアルキル化し てモノアルキル芳香族化合物を生成したりするのに使用することが好ましい。通 常、このようなアルキル化法に使用されるアルキル化剤としては、エチレン、プ ロピレン、イソブチン、またはn−ブテンか挙げられる。通常、モノアルキル化 生成物が所望されるが、例えば、芳香族化合物としてトルエンを、アルキル化剤 としてエチレンを使用することにより、ポリアルキル化生成物もまた生成される 。。
本発明の触媒は、アルキル化及びトランスアルキル化反応において好適に使用さ れ、ベンゼンとプロピレンからクメンを生成したり、ベンゼンとエチレンからエ チルベンゼンを生成したりする。クメンを、普通、中間体として使用して、フェ ノールを生成し、一方、エチルベンゼンは、主として、スチレンを生成する際の 中間物質として使用される。図1は、本発明の方法の特定例について例示するが 、ここで、本発明の触媒は、アルキル化及びトランスアルキル化触媒の両方とし て使用されている。本発明のこの例は、使用するアルキル化剤がプロピレンであ るかエチレンであるかによって、クメン(イソプロピルベンゼン)あるいはエチ ルベンゼンのいずれかを生成するために使用することができる。クメンを製造す るためにこの方法を使用する場合は、プロピレンをライン10を介してライン1 4に導入し、ここで、プロピレンをライン12を介してライン14に導入し、補 給ベンゼンと混合する。また、再循環ベンゼンはうイン16を介してライン14 に導入する。再循環ベンゼンの給源を、以下に詳述する。プロピレンと補給ベン ゼン及び再循環ベンゼンとの混合物を、ライン14を介して予熱器20に導入し 、次いで、ライン22を介して断熱アルキル化反応器24に導入する。
アルキル化反応器は、本発明の触媒の床を1あるいはそれ以上備えている。アル キル化反応器中の触媒床の上部では、プロピレンがベンセンと反応して、クメン 及びジイソプロピルベンゼン並びにトリイソプロピルベンゼンのようなポリアル キル化芳香族化合物を生成する。反応器の下部では、これらのポリアルキル化ベ ンゼンかベンゼンと反応して、トランスアルキル化を行い、付加的なりメンを形 成する。予熱器20の温度は供給される組成物に応じて、制御され、アルキル化 反応器の所望の最高温度にされる。典型的に、アルキル化反応器の温度は、約2 00°F、〜900°F、で、好ましくは約300°F、〜600°F、であり 、触媒中のアンモニウムイオンが分解されず、キシレンの生成が最小になるよう に十分低い。反応器に用いる圧力は、約150p、S、i、g、〜2000p、 s、i。
g、好ましくは約400p、s、i、g、〜1500p、s。
i、g、である。時間あたりの重量空間速度は、典型的に約2〜2000/時、 好ましくは約4〜100/時の範囲である。
ベンゼン対プロピレンの使用モル比は、典型的には約1. 0〜100で、好ま しくは約4〜40である。温度及び圧力の条件は、反応器中に液相が存在するよ うに好適に相関される。アルキル化剤と望ましくないポリアルキル化化合物との 重合体の生成を最小限にするために、過剰のベンゼンを用いる。
反応器24からの流出液は、クメン、未反応のベンゼン、ジイソプロピルベンゼ ン、トリイソプロピルベンゼン、n−プロピルベンゼン、エチルベンゼン、その 他の芳香族化合物等を含有している。この混合物を、アルキル化反応器24から ライン26を介して取り出し、降圧し、ライン28に導く。ここで、混合物は、 ライン30を介してライン28に導入されたクメンを含有する再循環流と混合さ れる。次いで、ライン28中の混合物を、コンデンサー32に導き、ここで、混 合物を蒸留温度に冷却する。ついで、冷却した混合物を、ライン34を介して蒸 留カラム36に導入し、未反応のベンゼンをライン38を介して上部から出し、 ライン16,14,22を介してアルキル化反応器24に一部再循環する。
クメン、ジイソプロピルベンゼン、及び他のベンゼンから誘導された不純物から なる蒸留カラム36の底部の生成物を、ライン40を介して蒸留カラム42に導 入し、ここから、望ましい生成物であるクメンをライン44を介して上部から取 り出す。
カラム42の底部の生成物を、ライン46を介して蒸留カラム48に導入し、こ こで、ジイソプロピルベンゼンを、ライン50を介して上部から除去し、一方、 高沸点を存する望ましくない副生成物を含むカラム48の底部の分画は、蒸留カ ラムからライン52を介して除去して、この系でこのような化合物が生成される のを妨げる。
蒸留カラム48からの上部流れを、ライン50を介して、ライン38及び18を 介して蒸留カラム36の上部から取り出したベンゼンと混合し、ライン54を介 して予熱器56に導入し、次いで、ライン58を介してトランスアルキル化反応 器60に導く。ここで、ジイソプロピルベンゼンとベンゼンとの混合物を、トラ ンスアルキル化が起こる条件下で、本発明の触媒上に通す。即ち、プロピル基は 、ジイソプロピルベンゼンからベンゼンに平衡的に移動し、付加的にイソプロピ ルベンゼン即ちクメンを生成する。これは、本発明の本実施例により生成される 望ましい生成物である。トランスアルキル化反応器は少なくとも若干の反応体が 液相に存在するように、通常、約250°F。
〜約550°F、の温度、好ましくは約275°F〜約5000Fの温度で操作 する。トランスアルキル化反応器の圧力は、約50p、s、i、g、 〜約20 00p、s、i、g、 、好ましくは約100p、s、i、g、〜700p、s 、i、g、である。時間あたりの重量空間速度は、普通、約0.5〜50/時、 好ましくは約1〜15/時である。反応器に導入するベンゼン対ジイソプロピル ベンゼンのモル比は、一般に、約1〜約50、好ましくは約5〜約40である。
トランスアルキル化反応器60からの流出液は、ライン62を介して取り出し、 ライン30を介してライン28に導き、ここで、アルキル化反応器24の底部の 生成物と混合する。次いで、蒸留カラム36を介して蒸留カラム42に至り、ト ランスアルキル化反応器にて生成した付加的クメンを取り出す。
活性アルキル化成分として蒸気安定化Y型ゼオライトを含有するアルキル化及び トランスアルキル化触媒の多様なバッチを使用した試験工場のテストは、図1の 蒸留カラム42の上部からライン44を介して取り出した生成物であるクメン中 に混在するエチルベンゼンのレベルが変化し、若干の触媒バッチが容認できない 高レベルのエチルベンゼンを生成することを示す。
もって、生成物であるクメン中のエチルベンゼンの濃度を低減するために付加的 な装置または方法の改変が必要である。このような付加的な装置または方法の改 変は、商業上の規模では、高額になる。このような付加的な支出を回避しようと 努力したられた。驚くべきことに、揮発成分非含有基準で(NH,)2Qとして 算出されるアンモニウムイオン濃度か約250重量ppmより低い、低アンモニ ウムイオン濃度の触媒を使用することにより、これらの望ましくない多量のエチ ルベンセンか生じるということを見出した。この最小レベル以上のアンモニウム イオン濃度を有する触媒を作製することにより、生成物であるクメン中に混在す るエチルベンゼンの量を、更にクメンを生成する方法を考慮しなくても良いレベ ルにまで低減することができる。
図1に示した工程図を用いて、ライン10を介して系に導入するプロピレンをエ チレンに代えるだけて、望ましい生成物としてエチルベンゼンを製造することが できる。この場合、クメンの代わりに、エチルベンゼンを蒸留カラム42からラ イン44を介して取り出し、ジエチルベンゼンとトリエチルベンゼンをライン5 4と58を介してトランスアルキル化反応器60に導入し、ここで、ベンゼンと の反応を介して付加的なエチルベンゼン生成物に転化する。
本発明の目的は、以下の例により更に説明するが、これは、例示する目的のみて あり、請求の範囲で規定した発明を限定するものではない。触媒が余剰量以上の アンモニウムイオンを有している場合に、トランスアルキル化の間に望ましくな い副生成物の生成を最小限にして、もって、所望の生成物に対する選択性を最大 限にすることを実施例は例示す。
実施例 異なる濃度のアンモニウムイオンを含有した3種の触媒を、LZY−82として 知られる蒸気安定化変性Y型ゼオライトと硝酸て混練を促進されたキャタパルア ルミナとの混合物を混練することにより調整する。混練された混合物を、クロー バ−の葉型の型から押し出し、110°C0で1晩乾燥した。乾燥した押し出し 物を、空気中で焼成したか、このときの条件は、触媒lと3におけるアンモニウ ムイオン濃度が揮発成分非含有基準で(NH4)20として算出される50重量 ppmと5800重量ppmの濃度をそれぞれ有していた。触媒2は触媒3を再 焼成して(N H4’) 20として算出されるアルモニウムイオン濃度を58 00重量ppmから220重量ppmに下げることにより得た。3種のか焼した 触媒のそれぞれは90重量%のLZY−82ゼオライトと10重量%のアルミナ を含有した。それぞれの触媒中のアンモニウムイオン濃度をカセイ溶液にそれぞ れの触媒の粉末試料を添加して、市販のアンモニア蒸留装置(ティケイターキエ ルテック蒸留システムモデル1030)(Tecator Kjeltec D istillation System Model 1030)を使用してそ れぞれの試料から生成したアンモニアをできるだけ多く留去することによりそれ ぞれ測定した。発生したアンモニアを、ホウ酸溶液中に捕捉し、それぞれの触媒 試料から発生したアンモニアの量は滴定により測定した。その後、それぞれの触 媒中のアンモニウムイオン濃度をこの数値から計算した。
上記のようにして調製した3種の触媒を、後述するようにして、ベンゼンをジイ ソプロピルベンゼンでトランスアルキル化することよって、クメンを生成して選 択性を評価した。それぞれの触媒の10gを、反応器の温度を開園する定温流動 砂浴により囲まれた試験工場規模の反応器中に固定床の形で別々に配置した。そ の後、91重量96の試薬用ベンゼンと9重量%の、主として、1,4−ジイソ プロピルベンゼンよりなる試薬用ジイソプロピルベンゼン異性体との混合物を、 305°F、〜365°F、の間の温度範囲で500p、s、i、g、の圧力下 て、触媒床を下向きに通した。時間当たりの重量空間速度は、2.4/時である 。反応器の温度を305°F、〜365°F。
の間で変化させて、ジイソプロピルベンゼンの転化を制御した。
反応器からの液体流出物を、12時間に亘って制御し、その後、炎光イオン分析 器を用いて、ガスクロマトグラフィーにより分析した。広範な変化に亘る反応器 の流出液中に見出されるいくつかの化合物の代表的な濃度範囲を以下の表1に示 す。
表1 代表的な生成物の収率 化合物 代表的な収率範囲 1.3−ジイソプロピルベンゼン 0.4〜0. 91.2−ジイソプロピルベ ンゼン 0.002〜0.0061.4−ジイソプロピルベンゼン 0.2〜0 . 61.2.4−トリイソプロピルベンゼン 0.003〜0.00In−プ ロピルベンゼン 0.00−0.01エチルベンゼン 0.00〜0.02 1、l−ジフェニルプロパン 0.005〜0.010表1から分かるように、 エチルベンゼンの収率は、所望のクメンに較べると極めて低かった。しかし、図 1に示された方法を介して得た生成物であるクメンは1、種々の濃度のエチルベ ンゼンを含んでいる場合があり、所望の純度レベルでクメンを生成するためには 、かなりの投資をして、付加的な装置あるいは方法の改変を必要とする。このた め、アルキル化とトランスアルキル化反応器の両方において、エチルベンゼンの 啄率は最小限に保たれることが普通は望ましい。従って、触媒1〜3の性能を図 2に、ジイソプロピルベンゼンの転化率に対する上記トランスアルキル化反応器 からの流出液中のエチルベンセンの濃度をプロットして評価した。各データは、 計測した組成及び数日間の定常状態の操作に亘る計算した転化率を平均すること により得られた。図2のデータは、触媒中のアンモニウムイオンの濃度か低いと 、市販の操作が普通に行われるジイソプロピルベンゼンの転化か80%以下にお いてさえも、望ましくない高濃度、即ち、0.002モル%以上のエチルベンセ ンを生成する傾向があることを示している。
選択性における触媒中のアンモニウムイオン濃度の効果を、より明確に示すため に、図2のデータは、図3に再プロットして、55%、65%、75%のジイソ プロピルベンゼンの転化率について、触媒中のアンモニウムイオン濃度変化に伴 うエチルベンゼン濃度変化を示す。これらの転化レベルは、市販の操作にとって 典型的である。図3から分かるように、望ましくない多量のエチルベンゼンは、 揮発成分非含有基準で(N Ha ) 20として算出されるアンモニウムイオ ン濃度が約250重量ppm以下の触媒により得られる。このことは、ジイソプ ロピルベンゼンの転化が75%以下にて、望ましくないエチルベンセンの濃度を 0.002モル%以下に維持するためには、触媒は、約6000重量ppm以上 のアンモニウムイオン濃度を有する必要かあることを示す。また、データは、約 6000重量ppmより多いアンモニウムイオンを有する触媒は望ましくないエ チルベンセンの収率をo、ooiモル%以下に抑えることをも示す。アンモニウ ムイオン濃度が比較的高いと、アルキル化触媒の活性に悪影響を及ぼし得るので 、図3に示す選択性の効果は、活性の効果とバランスされて、最適なアンモニウ ムイオン濃度を決定すべきである。典型的に、この濃度は、揮発成分非含有基準 で(NH,)20として算出される1000重量ppm〜18000重量ppm の間の何処かにある。好ましくは、約2000〜約15000重量ppmの間で 、より好ましくは約3000〜約10000重量ppmの間で、最も好ましくは 、約4000〜8000重量ppmの間である。
本発明は、1例に関連して、その実施例について、主に記述したか、多くの代替 、改変、変形が前に書いたことを考慮して当業者にとって明らかであるというこ とか明白である。従って、請求の精神及び範囲内にあるすべてのこのような代替 、改変、変形か発明に含まれることを意味する。
補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)平成3年11月20日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.触媒活性を有する分子ふるいからなる触媒組成物において、前記触媒組成物 が揮発性分非含有基準で(NH4)2Oとして算出される約250重量ppmよ り多いアンモニウムイオンを含むことを特徴とする触媒組成物。 2.前記触媒組成物が実質的に水素化金属成分を有しないことを特徴とする請求 項1記載の触媒組成物。 3.前記分子ふるいがゼオライト分子ふるいであることを特徴とする請求項1記 載の触媒組成物。 4.前記ゼオライト分子ふるいが約1.0より小さい捕捉指数を有していること を特徴とする請求項3記載の触媒組成物。 5.前記ゼオライト分子ふるいがY型ゼオライトであることを特徴とする請求項 3記載の触媒組成物。 6.前記Y型ゼオライトが約20より小さいシリカ対アルミナのモル比であるこ とを特徴とする請求項5記載の触媒組成物。 7.Y型ゼオライトが変性Y型ゼオライトであることを特徴とする請求項5記載 の触媒組成物。 8.前記変性Y型ゼオライトが、 (1)ナトリウムY型ゼオライトを、アンモニウム交換して、Na2Oとして算 出されるナトリウ含有量を約0.6〜5重量%にし、 (2)アンモニウム交換型のゼオライトを、約600°F〜1650°F.の温 度で、水蒸気の分圧が少なくも約0.2p.s.i.aの蒸気の存在下でか焼し 、前記アンモニウム交換型ゼオライトの単位モルの大きさを約24.35〜約2 4.65オングストロームの範囲の値に減少させ、(3)蒸気か焼型ゼオライト をアンモニウム交換して、Na2Oとして算出されるゼオライト中のナトリウム 含有量を約0.6重量%以下に減少させることを含んでなる方法により調製され た蒸気安定化Y型ゼオライトであることを特徴とする請求項7記載の触媒組成物 。 9.前記蒸気安定化Y型ゼオライトがLZY−82型ゼオライトであることを特 徴とする請求項8記載の触媒組成物。 10.前記触媒組成物が、更に無機耐火性酸化物成分を含んでなることを特徴と する請求項8記載の触媒組成物。 11.前記触媒組成物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る約500重量ppmより多いアンモニウムイオンを含むことを特徴とする請求 項5記載の触媒組成物。 12.前記触媒組成物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る約2000重量ppmより多いアンモニウムイオンを含むことを特徴とする請 求項5記載の触媒組成物。 13.前記触媒組成物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る約3000重量ppmより多いアンモニウムイオンを含むことを特徴とする請 求項5記載の触媒組成物。 14.前記触媒組成物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る約4000重量ppmより多いアンモニウムイオンを含むことを特徴とする請 求項5記載の触媒組成物。 15.(a)少なくとも1つの無機耐火性酸化物成分と、アンモニウムイオンで イオン交換され、アルキル化及び/又はトランスアルキル化活性を有する分子ふ るいとの混合物を押し出して、押し出し物を形成し、 (b)前記押し出し物を、か焼後に、前記押し出し物のアンモニウムイオン濃度 が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出される約250〜約200 00重量ppmとなる条件下でか焼する ことを含んでなる方法により調製されるアルキル化触媒。 16.前記分子ふるいが、 (1)ナトリウムY型ゼオライトをアンモニウム交換して、Na2Oとして算出 されるナトリウム含有量を約0.6〜約5重量%にし、 (2)アンモニウム交換型ゼオライトを約600°F.〜約1650°F.の温 度で、水蒸気の分圧が少なくとも約0.2p.s.i.a.の蒸気の存在下でか 焼し、前記アンモニウム交換型ゼオライトの単位セルの大きさを、約24.40 〜約24.64オングストロームの範囲の値に減少させ、(3)蒸気か焼型ゼオ ライトをアンモニウム交換し、Na2Oとして算出されるゼオライト中のナトリ ウム含有量を約0.6重量%以下に減少させる ことを含んでなる方法により調製された蒸気安定型Y型ゼオライトであることを 特徴とする請求項15記載のアルキル化触媒。 17.前記蒸気安定化Y型ゼオライトがLZY−82型ゼオライトであることを 特徴とする請求項16記載のアルキル化触媒。 18.前記無機耐火性酸化物成分がアルミナであることを特徴とする請求項17 記載のアルキル化触媒。 19.前記押し出し物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る前記押し出し物中のアンモニウムイオン濃度が約1000〜約18000重量 ppmとなる条件下でか焼されることを特徴とする請求項16記載のアルキル化 触媒。 20.前記押し出し物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る前記押し出し物中のアンモニウムイオン濃度が約2000〜約15000重量 ppmとなる条件下でか焼されることを特徴とする請求項16記載のアルキル化 触媒。 21.前記押し出し物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る前記押し出し物中のアンモニウムイオン濃度が約3000〜約10000重量 ppmとなる条件下でか焼されることを特徴とする請求項16記載のアルキル化 触媒。 22.前記押し出し物が、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出され る前記押し出し物中のアンモニウムイオン濃度が約4000〜約8000重量p pmとなる条件下でか焼されることを特徴とする請求項16記載のアルキル化触 媒。 23.アルキル化及び/又はトランスアルキル化活性を有する分子ふるいからな り、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出される約250重量ppm より多いアンモニウムイオンを含む触媒の存在下で、有機供給原料の成分を有機 反応体に作用させてアルキル化化合物を生成する条件下で、有機供給原料を有機 反応体に接触させることを含むことを特徴とするアルキル化及び/又はトランス アルキル化を介してアルキル化有機化合物を生成する方法。 24.前記アルキル化有機化合物がアルキル化を介して生成され、前記有機供給 原料が芳香族化合物よりなり、前記有機反応体がオレフィンよりなることを特徴 とする請求項23記載の方法。 25.前記アルキル化有機化合物がクメンよりなり、前記芳香族化合物がベンゼ ンよりなり、前記オレフィンがプロピレンよりなることを特徴とする請求項24 記載の方法。 26.前記アルキル化有機化合物がエチルベンゼンよりなり、前記芳香族化合物 がベンゼンよりなり、前記オレフィンがエチレンよりなることを特徴とする請求 項24記載の方法。 27.アルキル化活性を有するゼオライト分子ふるいからなり、水素化金属成分 を含有せず、揮発成分非含有基準で(NH4)2Oとして算出される約250重 量ppmより多いアンモニウムイオンを含む触媒が存在するアルキル化の条件下 で、前記芳香族化合物をアルキル化剤と接触させることを特徴とする芳香族化合 物をアルキル化してアルキル化芳香族化合物を生成する方法。 28.前記芳香族化合物が、単環芳香族化合物、複環芳香族化合物、これらの置 換誘導体からなる群から選択されることを特徴とする請求項27記載の方法。 29.前記芳香族化合物がベンゼンからなることを特徴とする請求項28記載の 方法。 30.前記アルキル化剤がC2〜C25のオレフィンからなることを特徴とする 請求項29記載の方法。 31.前記アルキル化剤が、エチレンあるいはプロピレンからなることを特徴と する請求項30記載の方法。 32.前記ゼオライト分子ふるいが、LZY型ゼオライトであることを特徴とす る請求項27記載の方法。 33.芳香族化合物をトランスアルキル化する方法において、前記芳香族化合物 をトランスアルキル化剤と、トランスアルキル化活性を有するゼオライト分子ふ るいからなり、実質的に水素化合物金属成分を含有せず、揮発成分非含有基準で (NH4)2Oとして算出される約250重量ppmより多いアンモニウムイオ ンを含む触媒が存在するトランスアルキル化条件下で、接触させることを特徴と する芳香族化合物をトランスアルキル化する方法。 34.前記芳香族化合物がベンゼンからなり、前記アルキル化剤がジイソプロピ ルベンゼンからなることを特徴とする請求項33記載の方法。 35.前記芳香族化合物がベンゼンからなり、前記アルキル化剤がジエチルベン ゼンからなることを特徴とする請求項33記載の方法。 36.前記ゼオライト分子ふるいが、LZY−82型ゼオライトであることを特 徴とする請求項33記載の方法。 37.(a)アルキル化活性を有するY型ゼオライトからなり、揮発成分非含有 基準で(NH4)2Oとして算出される約250重量ppmより多いアンモニウ ムイオンを含む触媒が存在するアルキル化反応の条件下で、アルキル化反応域中 で、芳香族化合物をアルキル化剤と接触させて、前記芳香族化合物と前記モノア ルキル化芳香族化合物とポリアルキル化芳香族化合物とを含む流出液を生じさせ 、 (b)第1分離域にて、前記アルキル化反応域の流出液から前記芳香族化合物を 取り出し、前記取り出した芳香族化合物の一部を前記アルキル化反応域に再循環 させ、(c)第2分離域にて、前記第1分離域の流出液からの前記モノアルキル 化芳香族化合物を取り出し、(d)第3分離域にて、前記第2分離域の流出液か らの前記ポリアルキル化芳香族化合物の少なくとも一部を取り出し、(e)トラ ンスアルキル化反応域にて、前記第2分離域の流出液から取り出した前記ポリア ルキル化芳香族化合物を、第1分離域から取り出した前記芳香族化合物の一部に 、トランスアルキル化活性を有するY型ゼオライトからなり、揮発成分非含有基 準で(NH4)2Oとして算出される約250重量ppmより多いアンモニウム イオンを含む触媒が存在するトランスアルキル化反応の条件下で接触させ、前記 モノアルキル化芳香族化合物と前記芳香族化合物とポリアルキル化芳香族化合物 とを含む流出液を生じさせ、 (f)前記トランスアルキル化反応域からの流出液を、前記第1分離域に再循環 させることを含むことを特徴とするモノアルキル化芳香族化合物の製造方法。 38.前記モノアルキル化方化合物がクメンからなり、前記芳香族化合物がベン ゼンからなり、前記アルキル化剤がプロピレンからなることを特徴とする請求項 37記載の方法。 39.前記モノアルキル化芳香族化合物がエチルベンゼンからなり、前記芳香族 化合物がベンゼンからなり、前記アルキル化試薬がエチレンからなることを特徴 とする請求項37記載の方法。 40.転化条件下で、供給原料を請求項1記載の触媒組成物に接触させることを 特徴とする反応生成物中に有機化合物を含む供給原料の酸触媒化学転化の方法。
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