JPH11302203A - 直鎖状α−オレフィンの改良された製造方法 - Google Patents
直鎖状α−オレフィンの改良された製造方法Info
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Abstract
方法を提供する。 【解決手段】 イオン化有機液に溶解した遷移金属触媒
系によって触媒された直鎖状α−オレフィンを形成する
ためのエチレンの継続オリゴメリ化のプロセスにおけ
る、該イオン化有機液が約1重量%〜約10重量%の水分
を含んでいることを特徴とする改良。
Description
溶媒中に溶解された遷移金属触媒系によって触媒される
オリゴメリ化工程におけるエチレン・オリゴマーの純度
を上げることである。
料として用いられている炭化水素の最も有益なクラスの
ひとつであり、これらのうちで直鎖状α−オレフィン−
その二重結合が鎖の末端にある非分岐オレフィン類−は
重要なサブクラスを形成している。直鎖状α−オレフィ
ンはヒドロホルミル化(オキソ合成)によって直鎖状第
一級アルコールに転化することができ、炭素数が11未満
のアルコール類は可塑剤の合成に用いられ、一方炭素数
が11以上のものは洗剤の合成に用いられる。ヒドロホル
ミル化は酸化して脂肪酸、特に潤滑油の製造において有
益な炭素数が奇数のものをつくりだすのに用いることが
できるアルデヒド類を主要生成物としてつくるのにも用
いることができる。直鎖状α−オレフィンはまた最も重
要なクラスの家庭用洗剤、つまり、ベンゼンと直鎖状オ
レフィンとのフリーデル−クラフツ反応を行い、その後
にスルホン化してつくられる直鎖状アルキルベンゼンス
ルフォネートにおいても用いられる。
用法はチオール類、アミン類、アミン酸化物、及びアン
モニウム化合物の生産における重要な中間物である第一
級ブロモアルカン類を提供するラジカルは臭化水素化で
ある。α−オレフィンを直接スルホン化するとα−オレ
フィン・スルホネート、異性体アルケンスルホン酸とア
ルカンスルホネートとの混合物がつくりだされ、これら
は硬水中で低濃度で用いても有効な洗濯用洗剤である。
直鎖状α−オレフィン、特に炭素数が8以下のものは高
濃度ポリエチレンおよび直鎖状低濃度ポリエチレンの製
造においてコモノマーとしても用いられる。
脱水素化の生成物であるが、その生成物の主な部分は内
部オレフィンである。α−オレフィンの調製は主にエチ
レンのオリゴメリ化に基づいており、その必然の結果と
してつくりだされるα−オレフィンは偶数の炭素原子を
有している。エチレンのオリゴメリ化工程は主に触媒と
しての有機アルミニウム化合物または遷移金属に基づい
て行われる。例えば、触媒作用を果たすのに十分な量の
トリエチルアルミニウムを用いることによって、エチレ
ンのオリゴメリ化は200℃以下の温度で行われ、その炭
素数がシュルツ−フロリー分布に従うα−オレフィン類
の混合物がつくりだされる。C6〜C10の範囲で、4%
以下の分岐α−オレフィンが存在しているが、分岐の程
度は鎖の長さが18まで延長すると8%程度まで増大す
る。修正された工程、いわゆるエチル工程においては、
エチレンのα−オレフィンへの高い転化がもたらされ分
布もより制御されるが、生成物の品質は特に分岐したオ
レフィン類の含有量において大きな影響を受ける。従っ
て、C14〜C16の範囲では、直鎖状α−オレフィンは生
成物の76%程度しか占めていない。
ン・オリゴメリ化のための触媒としての遷移金属の利用
と結びついていた。例えば、ニッケル、コバルト、チタ
ニウム、あるいはジルコニウム触媒の使用はα−オレフ
ィンが95%以上、分岐オレフィンが3%以下、そして分
岐オレフィンが3%以下の実質的にほぼ100%のモノオ
レフィンを提供した。これらの触媒は炭化水素には解け
ないので、遷移金属に基づく触媒系によるオリゴメリ化
は通常、触媒を可溶化するためにイオン化溶媒中で行わ
れる。エチレンとそのオリゴマーは用いられるイオン化
溶媒中ではその溶解性に一定の限界がある。従って、こ
の種のオリゴメリ化工程は3相系:その触媒を含むイオ
ン化液体相、上記以下液相とはまざらない(つくりださ
れるオリゴマーによって構成される)第二の液体炭化水
素相、そして気相のオチレンと関連している。こうした
系は、エチレンを上記イオン化相に導入することがで
き、オリゴメリ化生成物が炭化水素相として引き出せる
ので、継続的なオリゴメリ化工程を可能にしてくれる。
少なくともここで主要な関心の対象となっている触媒の
場合はより少ない程度に温度にも依存したシュルツ−フ
ロリー分布を有するα−オレフィンをもたらす。オリゴ
メリ化触媒において用いられると特に魅力的な遷移金属
成分を有する一定のクラスの触媒は米国特許出願4,689,
437米国特許出願4,716,138及び米国特許出願4,822,915
に述べられている。米国特許出願4,668,823も参照。シ
ュルツ−フロリー分布定数が0.55〜0.65の範囲の状態で
そうした触媒を用いると、経済的な観点から見てC6〜
C16の範囲のα−オレフィン分布が特に望ましいオリゴ
メリ化生成物がもたらされる。こうした条件下でのオリ
ゴメリ化は上に述べたオリゴメリ化工程の炭化水素相に
対して一定限度内での可溶性をもつ通常の温度でろう状
の固体であり、反応器の目詰りでろう状の固体として分
離される傾向を有する炭素数が20以上(C20+)の10%
程度のオリゴマーをつくりだす。こうしたやっかいな問
題の解決方法は米国特許出願5,523,508に述べられてい
る。
される場合などエチレンのオリゴメリ化による直鎖状α
−オレフィン形成は最大の商業的変数であるシュルツ−
フローリー分布係数αを有しているが、それはこの変数
が形成されるオリゴマーの分布を決めるからである。必
要なオリゴマー分布はその製品が売られる市場に応じて
変わるので、市場ニーズがほとんどの経済的なオリゴメ
リ化工程のαを決めることは明らかである。シュルツ−
フローリー分布定数は用いられる配位子によって変わる
が、利用のし易さ、コスト、および配位子自体の純度に
よって商業的に利用できる配位子の数は限られているの
で、αを変えるために配位子を変えるというのはまった
くだめである。シュルツ−フローリー分布定数はまた温
度によってもある程度変わるが、αの温度依存性は通常
はまったく小さい。従って、αを制御するために用いる
ことができる変数は商業的な範囲ではまったく限られて
おり、オリゴメリ化工程に対してはさらに制御を及ぼす
必要性がある。
リゴマー性オレフィンはほとんどが末端オレフィンであ
るが、かなりの量の分岐オレフィンと内部オレフィンも
望ましくない副産物として形成され、これらは製品の価
値を低めてしまう。直鎖状α−オレフィンはアルキルス
ルホネートへの直接のスルホン化か、あるいは芳香族の
アルキル化を行い、その後にスルホン化して直鎖状アル
キルベンゼンスルホネートをつくるかのいずれかの方法
で製剤の製造において用いられている。いずれの場合
も、アルキル鎖の直鎖性は生物分解性の重要な側面であ
る。オリゴマーが例えばポリエチレン形成において用い
られる場合、内部オリゴマーが存在しているとポリエチ
レン形成に関して反応性の問題が生じてしまうし、分岐
あるいは内部オレフィンのいずれかの存在は反応の結果
としてつくられるポリエチレンの性能に微妙な違いを生
じさせ、その違いは通常のぞましくないものである。エ
チレンのオリゴメリ化を通じて形成される内部および分
岐オレフィンをできるだけ少なくすることはいずれの工
程においても高い優先度をもっている。
スルホネート中で遷移金属化合物を触媒として用いた工
程でエチレンをオリゴメリ化した場合に、水分の存在が
直鎖状α−オレフィン製造を改良するために活用できる
可能性のあるいろいろな方法でその工程に影響を及ぼす
ことを見いだしたことは我々にとって驚きであった。従
来の認識では水分の存在は不利益をもたらし、できるだ
け乾燥したスルホネートを用いて仕事をすることが必要
であるということであったので、我々の観察結果は予期
しないことであった。また同時に、そうした効果はこれ
まで認められていなかったという意味でも驚きである。
我々が観察したのは、スルホネート溶媒中の水分濃度が
増大すると、オレフィン系オリゴマーの純度が増大し
て、内部および分岐オレフィンの量の減少と引き換えに
より多くのα−オレフィンが提供されるということであ
り、これはまったく望ましい結果である。また、存在す
る水分の濃度がシュルツ−フローリー分布に影響するの
で、必要な温度上昇がαを変動させるのであれば、この
変動は水分濃度を増大させることで対処できるであろう
ということも認められた。従って、有機イオン化溶媒内
の水分の濃度はエチレン・オリゴメリ化工程を制御する
手段として作用したのである。この工程を制御する方法
の数と性質は限定されているので、これは重要な知見で
ある。
の生産性に悪影響を及ぼすことも観察した。しかしなが
ら、触媒が遷移金属塩であり、そして触媒と組み合わせ
て活性剤を用いるシステムにおいては、触媒濃度か活性
剤濃度を増大することで、少なくとも部分的に生産性の
そうした低下が補われる補助的な観察結果も得た。従っ
て、反応系に水分を加えることの全体的な効果は有利で
ある。
ン化溶媒中に溶解された遷移金属触媒系によって触媒さ
れるオリゴメリ化工程におけるエチレン・オリゴマーの
純度を上げることである。ひとつの実施の形態は有機イ
オン化溶媒にその溶媒の1〜10重量%の範囲で水分を加
えるステップを含んでいる。別の実施の工程では、この
イオン化溶媒は2〜5重量%の水分を含んでいる。さら
に別の実施の形態においては、上記遷移金属触媒系がひ
とつの遷移金属化合物、ひとつのオルガノホスホロス・
スルホネート配位子、およびオプションとして(ただし
非常に望ましいものであるが)触媒活性剤を含んでい
る。さらに別の実施の形態においては、上記イオン化有
機溶媒はスルホネートである。
おいて遷移金属触媒系のための溶媒として作用するイオ
ン化有機液に水分を加えると水分が存在しない場合に形
成されるものより純度の高い直鎖状α−オレフィンがつ
くられるという知見に基づいている。そうしたイオン化
有機溶媒中の水分の濃度はエチレンのオリゴメリ化から
つくられるオレフィン系オリゴマーのシュルツ−フロー
リー分布に影響を及ぼすことも観察されている。従っ
て、溶媒として機能するイオン化有機液内の水分の濃度
がオレフィン系オリゴマー分布に対する制御の尺度とな
る。水分をイオン化有機溶媒に加えると生産性−つま
り、エチレンのオリゴマー性オレフィンへの1回あたり
の転化率は低下するが、この低下は触媒系の濃度の増大
及び/又は活性剤の濃度の増大によって対処できる。
よって触媒されたエチレンのオリゴメリ化に対処するも
のである。例えば、Ullmann化学工業辞典、第五版、V.
A13,pp.245ら、ff.,VCH(1989)参照。特に望ま
しい遷移金属触媒系は米国特許出願4,689,437に述べら
れており、その資料はそのすべてが本明細書に組み込ま
れる。この資料に述べられている遷移金属触媒系は以下
の成分、つまり、遷移金属化合物、触媒活性剤、および
オルガノホスホラス・スルホネート配位子の反応生成物
である。他の遷移金属触媒系は米国特許出願3,635,93
7、米国特許出願3,637,636、米国特許出願3,644,563、
米国特許出願3,644,564、米国特許出願3,647,915、米国
特許出願3,661,803、及び米国特許出願3,686,159に述べ
られている。エチレン・オリゴメリ化のための遷移金属
触媒系はこの技術分野ではよく知られているので、それ
らについてはここではそれ以上検討しない。
〜1,000重量%の範囲である。より活性的な触媒のいく
つかは40ppmでまったく高い反応速度をもたらすので、
触媒濃度の触媒範囲はより広く、0.1〜1,000ppmの範囲
である。本発明を実施するためのより好ましいモードに
おいては、触媒濃度は15〜300重量ppmの範囲である。我
々は遷移金属化合物、触媒活性剤、及びオルガノホスホ
ラス配位子の反応生成物である米国特許出願4,689,437
に述べられている触媒系の使用を好む。ニッケルは好ま
しい遷移金属であり、我々の見出したところでは臭素水
素化物、例えば、ナトリウム臭素水素化物が特に好まし
い活性剤である。しかしながら、我々の考えでは、我々
の発明は遷移金属触媒系によるエチレンのオリゴメリ化
全体に適用できる。これらは先行技術において公知であ
るので、ここでは詳細な論議は不必要である。
り、この触媒は溶媒内に解かしたり、液体媒体内に懸濁
させることができる。ここで特に興味深い変形例では、
触媒はイオン化有機液である溶媒に溶解される。この溶
媒は反応条件下で反応成分および装置に対して不活性で
あることが必要である。溶媒としての適切なイオン化有
機液の実例を、網羅的にではなく代表的なものとして挙
げるとすれば、スルホネート(テトラメチレンスフホ
ン)、エチレン・グリコール、1,4〜ブタンジオー
ル、および炭酸エチレン、及び上に述べたものの混合物
などがある。ここで検討している変形例では、イオン化
溶媒相と炭化水素相とを得るために、オリゴマー性生成
物から簡単に相分離を可能にする溶媒が望ましい。エチ
レン・オリゴメリ化のための溶媒として最も好ましいイ
オン化有機液は本発明の触媒は完全に解けるがオリゴマ
ーは解けないスルホネートである。
℃の範囲の温度が含まれ、20〜140℃の範囲が好まし
く、40〜100℃の範囲がより好ましい。この工程は101.3
kPa〜34.6mPa(大気圧−約5,000psig)の範囲の圧力で
実行できるが、好ましい圧力は2.86〜13.89mPa(400〜
2,000psig)の範囲である。これらの圧力はエチレンが
反応器内に導入され、その反応器が維持される圧力であ
る。本発明の触媒を用いて40〜100℃の範囲でエチレン
がオリゴメリ化される場合、そのイオン化有機溶媒中の
最適水分濃度は1〜6重量%の範囲である。
発明による遷移金属触媒系のための溶媒である場合、4
から20以上の炭素原子を有する直鎖状α−オレフィンを
圧倒的に多く含み、そして、用いられるイオン化溶媒に
おける溶解性が低いオリゴマーを形成する。従って、オ
リゴマー形成にはその構成成分がその相対的割合がほぼ
シュルツ−フローリー分布に従うエチレン・オリゴマー
である別の炭化水素相の形成を伴う。この発明の従来の
やり方はイオン化有機液内の水分濃度をできるだけ低く
維持すること、好ましくはppmのオーダーであるが、
1パーセントの数十分の一以下の水分濃度レベルに維持
することであった。我々の発明は先行技術のやり方とは
まったく反対で、1〜10重量%の水分、より好ましくは
2〜5重量%の水分、最も好ましくは3〜4重量%の水
分を含むイオン化有機液を溶媒として用いるステップを
含んでいる。これらの量の水分を含んでいるスルホネー
トが特に望ましく、好ましい例であることを我々は見出
している。40〜100℃の温度範囲で本発明の触媒を用い
てエチレンをオリゴメリ化した場合、最適水分濃度は1
〜6重量%の範囲である。
る水分の影響 継続反応器系がスルホネートおよび触媒の溶液を含む撹
拌オートクレーブと分離器で構成された。エチレンは1
0.44mPa(1500psig)の圧力下で160g/hrの割合で反応
器に供給された。このスルホネート溶液、オリゴマー性
生成物、および未反応エチレンの混合物を第2のライン
を介して反応器から分離器に導き、触媒のスルホネート
溶液は反応器に再循環されて、その生成物/エチレン混
合物を取り出した。
フタレン安息香酸のナトリウム塩1部分、ニッケル・テ
トラフルオロボレート2部分をスルホネートに加えて総
ニッケル濃度を25ppm Niとすることによって触媒溶液
を調製した。その後、NaBH4の活性剤溶液を4部分
のニッケルに対して1部分の硼素水素化物の割合で加え
た。エチレンが10〜50重量パーセントの割合で確実に転
化されるように追加配位子、ニッケル塩、及び活性剤を
2:4:1のモル比で乾燥したスルホレインに加えた。
反応は60℃の温度下で行われた。
を1重量%の水分スルホネートに入れた溶液に加え、さ
らにモルで1部分の2−ジフェニルホスフィノ−1−ナ
フタレン・スルホン酸と1部分NaBH4の活性剤溶液
を乾燥スルホネートに加えて総ニッケル濃度を15ppm程
度にしたことを除けば同様の反応が行われた。エチレン
の転化が10〜50重量%範囲で確実に行われるように1重
量%水分を含んだスルホネートに配位子、ニッケル塩、
及び活性剤を1:2:1に加えた。
−オレフィンの純度をC10オレフィン画分を注意深く分
析することによって評価した。水分が存在しない場合、
デセン画分は95.01重量%デセン−1、スルホネート中
に約1.0重量%水分が存在する場合95.99重量%のデセン
−1であった。主な不純物を以下の表に示す。
水分の好ましい効果を示している。これは3.5重量%水
分で同様の触媒系を用いて得られた以下のデータによっ
て裏付けられる。継続反応器系はスルホネートと触媒の
溶液を含んだ撹拌オートクレーブと分離器で構成されて
いた。エチレンは10.44mPa(1500psig)の圧力下で405
g/hrの割合で反応器に供給された。反応器の温度は約9
3℃に維持された。スルホネート溶液、オリゴマー性生
成物、及び未反応エチレンの混合物は第2のラインを介
して加熱された分離器に送られ、触媒のスルホネート溶
液は反応器に再循環されて、生成物/エチレン混合物が
取り出された。
ートと1部分の2−ブチルフェニルホスフィノ−4−メ
チルベンゼン・スルホン酸のナトリウム塩を3.5重量%
を水分を含んだスルホネート溶液に3部分のNaBH4
の活性剤溶液と共に加えて総ニッケル濃度が約25ppmに
なるようにして触媒溶液を調製した。10〜150重量%範
囲でエチレン転化が確実に行われるように、3.5重量%
の水分を含むスルホネートに追加配位子、ニッケル塩、
及び活性剤をモルで1:2:3の割合で加えた。結果を
要約して表2に示す。
点が大きい。
点を疑問の余地なく実証した後、水分含有量を変えると
エチレン転化、その最大転化率、およびシュルツ−フロ
ーリー分布定数にどのような影響が及ぶかを調べるため
に、一連の実験が行われた。
ト・プラントを95℃の温度で作動させた。エチレンは1
0.44mPa(1500psig)の圧力下で160g/hrの速度で反応
器に供給された。触媒溶液はモルで2部分のニッケル・
トシレートと1部分の2−ブチルフェニルホスフィノ−
4−メチルベンゼン・スルホン酸溶液を3部分のNaB
H4の活性剤溶液と共にスルホネート溶液に加えて総ニ
ッケル濃度が15ppm程度にするようにして調製した。0.7
〜5重量%の範囲のいるいろな水分量を触媒添加前にス
ルホネートに加えた。触媒成分は約1時間の時間をかけ
て組み合わされた。この反応は、反応速度が無視し得る
レベルまで減少するまで触媒をさらに加えないで進行さ
せた。エチレンの転化速度は触媒転化後の時間の関数と
してモニターされた。生成物の純度とα地も時間の関数
としてモニターされた。生産性は運転中につくられた総
LAO生成物とその運転開始時に加えられた総配位子と
の比率によって計算された。
化を減少させることを示している。表4に要約して示す
ように、反応時間を一定(この例ではストリーム上で4
時間)にした場合のエチレン転化を比較しても同様の結
論が得られるであろう。
対して水分がさらに悪影響を及ぼすことはほとんどない
ようである。表5は種々の水分レベルでの(上に定義し
た)生産性を示す。
と、生産性に対しての悪影響はほとんどないように見え
る。表6は水分濃度を上昇させた場合のシュルツ−フロ
ーリー分布に対する影響を示している。
の影響とは対照的に、シュルツ−フローリー分布定数は
用いられた水分濃度の全域で減少するようである。
の直鎖状α−オレフィンを効率的に製造することができ
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 イオン化有機液に溶解した遷移金属触媒
系によって触媒された直鎖状α−オレフィンを形成する
ためのエチレンの継続オリゴメリ化のプロセスにおけ
る、該イオン化有機液が約1重量%〜約10重量%の水分
を含んでいることを特徴とする改良。 - 【請求項2】 該遷移金属触媒系がひとつの遷移金属化
合物、ひとつのオルガノホスホラス・スルフォネート配
位子、そしてオプションとしてひとつの触媒活性剤を含
んでいる改良された製造方法。 - 【請求項3】 上記イオン化有機液がスルフォレイン、
エチレン・グリコール、1,4−ブタンジオール、及び
エチレン・カーボネートで構成されるグループから選択
される請求項1の改良された製造方法。 - 【請求項4】 該イオン化有機液が2〜5重量%の水分
を含んでいる請求項1,2または3による改良された製
造方法。 - 【請求項5】 該イオン化有機液が約3〜約4重量%の
水分を含んでいる請求項4の改良された製造方法。 - 【請求項6】 該イオン化有機液がスルフォネートであ
る請求項1〜5のいずれか1項による改良された製造方
法。 - 【請求項7】 a:40〜100℃のオリゴメリ化温度で、
1〜6重量%の水分を含んだイオン化有機液相に上記遷
移金属触媒系を解かした溶液で主に構成されるイオン化
相内にエチレンを導入する工程と、 b:該水性イオン化相内でエチレンをオリゴメリ化して
主に直鎖状α−オレフィンで構成され、該イオン化相と
は別の炭化水素相を形成しているオリゴマーを提供する
工程と、そして c:該炭化水素相を継続的に取り出す工程とで構成され
た遷移金属触媒系を用いて直鎖状α−オレフィンを形成
するためのエチレンの継続オリゴメリ化のための方法。
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