JPH069436A - イソパラフィンのアルキル化方法 - Google Patents

イソパラフィンのアルキル化方法

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JPH069436A
JPH069436A JP5033432A JP3343293A JPH069436A JP H069436 A JPH069436 A JP H069436A JP 5033432 A JP5033432 A JP 5033432A JP 3343293 A JP3343293 A JP 3343293A JP H069436 A JPH069436 A JP H069436A
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信吾 大越
Junichi Kanai
順一 金井
Michio Sugimoto
道雄 杉本
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規なアルキレーション用固体触媒を用いて
高収率でアルキレートガソリンを得ることが可能な、イ
ソパラフィンのアルキル化方法を提供する。 【構成】 イソパラフィンをモノオレフィンと、ヘテロ
ポリ酸の塩の存在下に反応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高オクタン価ガソリン
基材として用いられるアルキレートガソリンを得るに好
適なイソパラフィンのアルキル化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、自動車ガソリンが低芳香族化され
る情勢にあり、芳香族分の少ない高オクタン価ガソリン
基材が必要とされ、アルキレーション反応によりイソパ
ラフィンとオレフィンからアルキレートガソリンを製造
する方法が注目されている。
【0003】上記アルキレーション法によるアルキレー
トガソリンの製造方法において、触媒として、硫酸、フ
ッ化水素などの液体触媒を用いることは公知である。ま
た結晶性アルミノシリケート(特公昭46−41223
号公報)、改質ゼオライト(特開昭51−68501号
公報)、超強酸型ジルコニア触媒(特開昭61−183
230号公報)などの固体触媒も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した硫酸、フッ化
水素などの液体触媒を用いるアルキレーション法では、
反応後、反応生成物と液体触媒との分離操作が必要であ
るばかりでなく、装置の腐食、廃酸の処理などの問題点
がある。
【0005】一方、上記固体触媒を用いるアルキレーシ
ョン法では、液体触媒を用いた場合の上述のような問題
点はなく、反応操作の簡便性、装置の耐久性などの利点
を有する点で液体触媒を用いるアルキレーション法より
も優れている。しかし例えば超強酸型ジルコニア触媒を
用いるアルキレーション法では、目的生成物のアルキレ
ートガソリンの収率が著るしく低いという欠点があっ
た。従って上記3種のアルキレーション用固体触媒以外
の新規なアルキレーション用固体触媒の出現が望まれて
いた。
【0006】従って本発明の目的は、新規なアルキレー
ション用固体触媒を用いて、高収率てアルキレートガソ
リンを得ることが可能なイソパラフィンのアルキル化方
法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明者は、研究を行なった結果、イソパラフィンをモノオ
レフィンと反応させてイソパラフィンをアルキル化する
に際して、固体触媒としてヘテロポリ酸の塩を用いる
と、高収率でアルキレートガソリンが得られることを見
い出した。
【0008】従って本発明は、イソパラフィンをモノオ
レフィンと、ヘテロポリ酸の塩の存在下に反応させるこ
とを特徴とするイソパラフィンのアルキル化方法を要旨
とする。
【0009】以下本発明を詳説する。本発明において出
発原料として用いられるイソパラフィンとしては炭素数
4〜6のイソパラフィン、すなわち、イソブタン、イソ
ペンタン、イソヘキサンが好ましい。反応に供するイソ
パラフィンは、炭素数4〜6のイソパラフィンの単品で
あっても良く、混合物であっても良い。またイソパラフ
ィン以外の炭化水素を含有していても良い。
【0010】上記イソパラフィンと反応させるモノオレ
フィンは、炭素数3〜6のモノオレフィン、すなわち、
プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンが好ましい。
反応に供するモノオレフィンは炭素数3〜6のモノオレ
フィンの単品であっても良く、混合物であっても良い。
またモノオレフィン以外の炭化水素を含有していても良
い。
【0011】本発明においては、上記イソパラフィンと
モノオレフィンとの反応を固体触媒としてヘテロポリ酸
の塩の存在下に行なうものである。
【0012】ヘテロポリ酸の塩は、ヘテロポリ酸中の水
素イオンをカチオンに置換して得られる化合物であり、
特に好ましいヘテロポリ酸の塩は、式(I) Hk ・X・Ym ・Z12-m・O40・nH2 O (I) (式中、XはP、Si、GeおよびAsからなる群から
選ばれるヘテロ原子であり、YおよびZは、それぞれ
W、MoおよびVからなる群から選ばれるポリ原子であ
り、同一又は異なっていても良く、kは、水素原子の数
(3又は4)であり、mは、Yの数(0又は1)であ
り、nは水和水の数を示す正数である)で示されるヘテ
ロポリ酸中の水素イオンをカチオンに置換して得られ
た、式(II) Hk-j ・Mj ・X・Ym ・Z12-m・O40・nH2 O (II) (式中、Mはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イ
オン、周期律表III B族金属イオンおよびアンモニウム
イオンからなる群から選ばれるカチオンであり、jは、
式(I)のヘテロポリ酸中の水素の代りに置き換えられ
たMの数(0<j≦k)であり、X、Y、Z、k、m、
nは上記式(I)における定義と同一である)で示され
る化合物である。
【0013】上記(II)においてMのアルカリ金属イオ
ンとしては、Li,Na,K,Rb,Csの各イオンが
挙げられ、アルカリ土類金属イオンとしては、Be,M
g,Ca,Sr,Baの各イオンが挙げられ、周期律表
III B族金属イオンとしては、Ga,In,Tlの各イ
オンが挙げられる。
【0014】また上記式(II)において、jは0<j≦
kを満たす数であるが、j=kの場合、式(II)は、ヘ
テロポリ酸の水素原子が全てMに置換されたヘテロポリ
酸の中性塩を示し、0<j≦kの場合、式(II)はヘテ
ロポリ酸の水素原子が部分的にMに置換された(水素原
子が一部残存する)ヘテロポリ酸の酸性塩を示す。
【0015】この式(II)で示されるヘテロポリ酸の塩
の具体例としては、以下のものがあげられる。 (1) H3-j j PW1240 (2) H4-j j SiW1240 (3) H3-j j PMo1240 (4) H4-j j SiMo1240 (5) H4-j j GeW1240 (6) H4-j j GeMo1240 (7) H3-j j PVW1140 (8) H4-j j SiVMo1140 (上式(1)〜(8)においてMはアルカリ金属イオ
ン、アルカリ土類金属イオン、周期律表III B族金属イ
オン又はアンモニウムイオンであり、上式(1)、
(3)、(7)において0<j≦3であり、上式
(2)、(4)、(5)、(6)、(8)において0<
j≦4である。)本発明においては、イソパラフィンを
モノオレフィンと、ヘテロポリ酸の塩の存在下に反応さ
せるが、この反応は、これに限定されるものではない
が、固定床または懸濁床で行なうのが好ましい。
【0016】固定床反応においては、反応器に触媒であ
るヘテロポリ酸の塩を充填し、反応温度を通常0〜20
0℃、好ましくは0〜150℃とし、反応圧力を通常0
〜50kg/cm2 G、好ましくは5〜30kg/cm2 Gとし
て、イソパラフィンとモノオレフィンを触媒充填反応器
に導入して触媒が固定した状態で両者を反応させる。イ
ソパラフィン(IP)とモノオレフィン(MO)のモル
比率(IP/MO)は通常1〜100とする。その理由
はIP/MOが1より低いとモノオレフィン同志が反応
し副生物が多くなり、一方IP/MOが100より高い
と未反応パラフィンが多くなり不経済となるからであ
る。特に好ましいIP/MOは5〜80である。
【0017】オレフィンのWHSV(空間速度)は、
0.01〜10h-1とする。その理由は、WHSVが
0.01h-1より低いと生産性が悪く、一方10h-1
り高いとオレフィンとパラフィンの接触効率が悪くなる
からである。特に好ましくはWHSVは0.05〜5h
-1である。
【0018】一方、懸濁床反応においては、反応器に触
媒であるヘテロポリ酸の塩を充填し、イソパラフィンと
モノオレフィンを触媒を充填した反応器に液状で導入
し、触媒を懸濁した状態で両者を反応させる。反応温
度、反応圧力、イソパラフィンとモノオレフィンのモル
比(IP/MO)は前記固定床反応におけると同一であ
る。この懸濁床反応においては、オレフィンと触媒との
比率を触媒1gに対してオレフィンを0.01〜0.1
gとする。その理由は、オレフィンが0.01g未満で
あるとオレフィンに対して触媒が多くなり、撹拌が円滑
にできず不経済であり、一方0.1gを超えるとオレフ
ィンと触媒との接触効率が悪くなり生成物の収量が低下
するからである。特に好ましいオレフィンと触媒との比
率は触媒1gに対して0.03〜0.08gである。
【0019】
【実施例】以下実施例により本発明を更に説明する。
【0020】触媒調製例 (i)約25gの12−タングストリン酸(H3 PW12
40・nH2 O)を約150mlの純水に溶解し、H3
1240水溶液(以下A液という)を調製した。このA
液を0.1N NaOH水溶液で滴定し、A液中のH3
PW1240の正確な量を決定した。H3 PW1240・n
2 O中の水素イオンと置換し得るカチオンを含む物質
として、Cs2 CO3 を用い、熱重量分析によってその
含水量を測定した。次にH3 PW1240・nH2 Oと反
応してH0.5 Cs2.5 PW1240・nH2 Oが得られる
に相当する量のCs2 CO3 を秤量し、約100mlの純
水に溶解してCs2CO3 水溶液(以下B液という)を
調製した。次いでB液をA液に撹拌しながら少量ずつ加
え、A液とB液との混液を蒸発乾固してH0.5 Cs2.5
PW1240・nH2 O(以下Cs2.5 塩という)を得
た。
【0021】(ii)Cs2 CO3 の量を変えた以外は上
記(i)と同様にしてH0.7 Cs2. 3 PW1240・nH
2 O(以下Cs2.3 塩という)およびH0.3 Cs2.7
1240・nH2 O(以下Cs2.7 塩という)を得た。
【0022】(iii) Cs2 CO3 の代りに所定量のRb
2 CO3 、K2 CO3 、TlNO3、NH4 NO3 をそ
れぞれ用いた以外は上記(i)と同様にしてH0.5 Rb
2.5PW1240・nH2 O(以下Rb2.5 塩という)、
0.5 2.5 PW1240・nH2 O(以下K2.5 塩とい
う)、H0.5 Tl2.5 PW1240・nH2 O(以下Tl
2.5 塩という)、およびH0.5 (NH4 2.5 PW12
40・nH2 O(以下(NH4 2.5 塩という)をそれぞ
れ得た。
【0023】実施例1 触媒調製例(i)で得られたCs2.5 塩を16〜32メ
ッシュの大きさに成型し、その1.5gを反応管に充填
した。反応管内のCs2.5 塩をN2 中120℃で乾燥
後、N2 中300℃で前処理を行なった。その後、反応
温度50℃、全圧25kg/cm2 G、イソブタン/イソブ
テンのモル比が50/1となるようにイソブタンとイソ
ブテンを12g/h(オレフィンのWHSV=0.16
-1)の割合で触媒充填反応器に導入し、両者を固定床
反応させた。反応開始から0.4時間後の反応生成物の
収率を表1に示す。表1より、目的とする反応生成物で
あるトリメチルペンタン(イソオクタン)が高収率で得
られることが明らかとなった。
【0024】実施例2,3,4および5 Cs2.5 塩の代りにRb2.5 塩(実施例2)、K2.5
(実施例3)、Tl2. 5 塩(実施例4)、(NH4
2.5 塩(実施例5)をそれぞれ用いた以外は実施例1と
同様に反応を行ない、表1に示すようにトリメチルペン
タンを高収率で得た。
【0025】実施例6,7および8 Cs2.7 塩(実施例6)、Cs2.5 塩(実施例7)、C
2.3 塩(実施例8)を用い、反応温度を100℃にし
た以外は、実施例1と同様に反応を行ない、表1に示す
ようにトリメチルペンタンを高収率で得た。
【0026】実施例9 Cs2.5 塩を用い反応温度を20℃にした以外は実施例
1と同様に反応を行ない、表1に示すようにトリメチル
ペンタンを高収率で得た。
【0027】参考例 12−タングストリン酸(H3 PW1240・nH2 O)
を用い、反応温度を100℃にした以外は実施例1と同
様に反応を行なったが、表1に示すようにトリメチルペ
ンタンは全く生成しなかった。
【0028】比較例1 触媒として特開昭61−183230号公報の実施例に
準じて調製した超強酸型ジルコニア触媒を用いた以外は
実施例1と同様に反応を行なったが、表1に示すように
目的生成物のトリメチルペンタンの収率は11%であ
り、実施例1〜9に比べ極めて低かった。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、イ
ソパラフィンとモノオレフィンとの反応に際してヘテロ
ポリ酸の塩を用いることにより、高収率で高次イソパラ
フィンを得ることができる。本発明は、高オクタン価ガ
ソリン基材としてのアルキレートガソリンの製造に有用
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イソパラフィンをモノオレフィンと、ヘ
    テロポリ酸の塩の存在下に反応させることを特徴とする
    イソパラフィンのアルキル化方法。
  2. 【請求項2】 ヘテロポリ酸の塩が、式(I) Hk ・X・Ym ・Z12-m・O40・nH2 O (I) (式中、XはP、Si、GeおよびAsからなる群から
    選ばれるヘテロ原子であり、YおよびZは、それぞれ
    W、MoおよびVからなる群から選ばれるポリ原子であ
    り、同一又は異なっていても良く、kは、水素原子の数
    (3又は4)であり、mは、Yの数(0又は1)であ
    り、nは水和水の数を示す正数である)で示されるヘテ
    ロポリ酸中の水素イオンをカチオンに置換して得られ
    た、式(II) Hk-j ・Mj ・X・Ym ・Z12-m・O40・nH2 O (II) (式中、Mはアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イ
    オン、周期律表III B族金属イオンおよびアンモニウム
    イオンからなる群から選ばれるカチオンであり、jは、
    式(I)のヘテロポリ酸中の水素の代りに置き換えられ
    たMの数(0<j≦k)であり、X、Y、Z、k、m、
    nは上記式(I)における定義と同一である)で示され
    る化合物である、請求項1に記載の方法。
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