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JP2622797B2 - 線状αーオレフィンの製造方法 - Google Patents

線状αーオレフィンの製造方法

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JP2622797B2
JP2622797B2 JP4209522A JP20952292A JP2622797B2 JP 2622797 B2 JP2622797 B2 JP 2622797B2 JP 4209522 A JP4209522 A JP 4209522A JP 20952292 A JP20952292 A JP 20952292A JP 2622797 B2 JP2622797 B2 JP 2622797B2
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JP
Japan
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zirconium
organoaluminum
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linear
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隆生 田村
安司 白木
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリオレフィン製造用コ
モノマーや合成潤滑油製造原料などとして有用な線状α
ーオレフィンの製造方法に関し、詳しくは炭素数10以
下の線状αーオレフィンの得率が大きく、しかも純度が
高いαーオレフィンを得ることのできる方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、ジルコニウム成分と有機アルミニウム成分とからな
るジルコニウム系触媒などの触媒の存在下に、エチレン
を溶媒中で重合し、炭素数が4〜20程度の線状αーオ
レフィンを製造することは知られている。炭素数が4か
ら8の線状αーオレフィンは、ポリオレフィン製造用コ
モノマーとして主に使用されている。また、炭素数10
以下の線状αーオレフィンは、合成潤滑油製造原料とし
て近年注目されている。これらの炭素数10以下の線状
αーオレフィンは、炭素数12以上の線状αーオレフィ
ンに比較して、近年需要が多くなっている。しかしなが
ら、従来の方法では、炭素数10以下の線状αーオレフ
ィンの得率は60重量%程度にすぎなかった。このため
炭素数10以下の線状αーオレフィンの得率が大きい製
造方法の開発が望まれていた。
【0003】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、上
記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ジルコニウ
ム系触媒のジルコニウム成分と有機アルミニウム成分
を、所定の組成とし、さらに重合反応系を比較的高い圧
力に維持することにより、炭素数10以下の線状αーオ
レフィンの得率を増大させることができることを見出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに到った。
【0004】すなわち本発明は、ジルコニウム成分
〔A〕と有機アルミニウム成分〔B〕とからなるジルコ
ニウム系触媒の存在下に、エチレンを有機溶媒中で重合
し、線状αーオレフィンを製造するにあたり、前記ジル
コニウム成分〔A〕として一般式〔I〕
【化4】 (式中、Xは塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子又はアル
コキシ基を示し、Aは塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子
又はアルコキシ基を示す。それらは同一であってもよい
し、互いに異なっていてもよい。また、kは0又は1か
ら4の範囲の整数を示す。)で表されるジルコニウム化
合物(a)を用い、かつ、前記有機アルミニウム成分
〔B〕として一般式〔II〕
【化5】 (式中、Rは炭素数1〜20のアルキル基を示し、Qは
塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子を示す。次に、mは
0,1,1.5及び2の中から選ばれ、また、nは1,
1.5,2及び3の中から選ばれたものであり、かつ、
m+n=3を満たすものである。)で表される有機アル
ミニウム化合物(b)と、一般式〔III 〕
【化6】 (式中、R’は炭素数1〜20のアルキル基を示す。)
で表される有機アルミニウム化合物(c)とを用いると
共に、前記有機アルミニウム成分〔B〕のうちの有機ア
ルミニウム化合物(b)と前記ジルコニウム化合物
(a)とのモル比(b)/(a)を10以上とし、前記
有機アルミニウム成分〔B〕のうちの有機アルミニウム
化合物(b)と有機アルミニウム化合物(c)とのモル
比(b)/(c)を2〜10の範囲とし、65kg/cm2G
以上の圧力で重合反応を行なうことを特徴とする線状α
ーオレフィンの製造方法を提供するものである。
【0005】本発明では、触媒として、ジルコニウム成
分〔A〕と有機アルミニウム成分〔B〕とからなるジル
コニウム系触媒を用い、エチレンをオリゴマー化して線
状αーオレフィンを製造する。ここで遷移金属成分とし
てのジルコニウム成分〔A〕としては、前記一般式
〔I〕で表されるジルコニウム化合物(a)が用いられ
る。一般式〔I〕において、Xは塩素原子,臭素原子,
ヨウ素原子又はアルコキシ基を示し、Aは塩素原子,臭
素原子,ヨウ素原子又はアルコキシ基を示しており、そ
れらは同一であってもよいし、互いに異なっていてもよ
い。なお、アルコキシ基としては、炭素数1〜20のも
のが好ましい。また、kは0又は1から4の範囲の整数
を示す。このようなジルコニウム化合物としては、例え
ば、ZrCl4 ,ZrBr4 ,ZrI4 ,ZrBrCl
3 ,ZrBr2 Cl2 ,Zr(OBu)4 ,Zr(OC
2 CH3 3 ,Zr(OCH2 CH2 CH3 3 など
を挙げることができ、ハロゲン化ジルコニウム、特にZ
rCl4 を用いることが好ましい。これらのジルコニウ
ム化合物は一種類のみを用いてもよいし、二種類以上を
組み合わせて用いてもよい。なお、OBuはブトキシ基
を示している。
【0006】一方、本発明の触媒の他の成分である有機
アルミニウム成分〔B〕としては、前記一般式〔II〕で
表される有機アルミニウム化合物(b)と、前記一般式
〔III 〕で表される有機アルミニウム化合物(c)の二
種類の有機アルミニウム化合物を用いることが必要であ
る。ここで前記一般式〔II〕で表される有機アルミニウ
ム化合物(b)のみを用いたとしても触媒活性が低く、
一方、前記一般式〔III 〕で表される有機アルミニウム
化合物(c)のみを用いたとしてもポリエチレンを生成
するのみで、低級α−オレフィンは得られない。
【0007】まず前記一般式〔II〕で表される有機アル
ミニウム化合物(b)について説明すると、前記一般式
〔II〕において、Rは炭素数1〜20のアルキル基を示
しており、中でもメチル基,エチル基,プロピル基,ブ
チル基が好ましく、エチル基が特に好ましいが、これら
の2種類以上が混在するものであってもよい。また、Q
は塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子を示しており、これ
らのいずれか1種のみであってもよいし、2種類以上が
混在するものであってもよい。これらの中でも塩素原子
が好ましい。次に、mは0,1,1.5及び2の中から
選ばれ、また、nは1,1.5,2及び3の中から選ば
れたものであり、かつ、m+n=3を満たすものであ
る。
【0008】このような前記一般式〔II〕で表される有
機アルミニウム化合物(b)として具体的には例えば、
AlCl3 ,AlBr3 ,AlCl2 Br,Al(C2
5)Cl2 ,Al(C2 5 )Br2 ,Al(C2
5 )I2 ,Al(C2 51.5 Cl1.5 ,Al(C
2 5 1.5 Br1.5 ,Al(C2 5 1.5 1.5
Al(C3 7 1.5 Cl1.5 ,Al(iso-C3 7
1.5 Cl1.5 ,Al(C4 9 1.5 Cl1.5 ,Al
(iso-C4 9 1.5 Cl1.5 ,Al(C6 131.5
Cl1.5 ,Al(C8 171.5 Cl1.5 ,Al(C2
5 1.5 Br0.5 Cl,Al(C2 5 )(CH3
0.5 Cl1.5 ,Al(C2 5 2 Cl,Al(C2
5 2 Br,Al(C2 5 2 Iなどが挙げられる。
これらの中でも、特にAl(C2 5 1.5 Cl1.5
好適である。また、AlCl3 を用いた場合には、副生
ポリマー量が増加するが、極めて安価であるので、多用
されている。以上の如き一般式〔II〕で表される有機ア
ルミニウム化合物(b)は、一種類のみを用いてもよい
し、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【0009】次に、前記一般式〔III 〕で表される有機
アルミニウム化合物(c)について説明すると、前記一
般式〔III 〕において、R’は炭素数1〜20のアルキ
ル基を示し、中でもメチル基,エチル基,プロピル基,
ブチル基が好ましく、特にエチル基が好ましいが、これ
らの2種類以上が混在するものであってもよい。このよ
うな前記一般式〔III 〕で表される有機アルミニウム化
合物(c)としては例えば、Al(CH3 3 ,Al
(C2 5 3 ,Al(C3 7 3 ,Al(iso-C3
7 3 ,Al(C4 9 3 ,Al(iso-C4 9
3 ,Al(C5 113 ,Al(C6 133 ,Al
(C8 173 などが挙げられる。これらの中でも、A
l(CH3 3 やAl(C2 5 3 が好ましく、特に
Al(C2 5 3 が好ましい。以上の如き一般式〔II
I 〕で表される有機アルミニウム化合物(c)は、一種
類のみを用いてもよいし、二種類以上を組み合わせて用
いてもよい。
【0010】本発明においては、基本的には上記した如
き触媒成分を用いるが、このような触媒成分を次のよう
な割合で用いることが必要である。すなわち、前記有機
アルミニウム成分〔B〕のうちの有機アルミニウム化合
物(b)と前記ジルコニウム化合物(a)とのモル比
(b)/(a)を10以上、好ましくは15以上とす
る。このモル比が10より少ないと、炭素数12以上の
線状αーオレフィンの得率が 増加するので好ましくな
い。また、前記有機アルミニウム成分〔B〕のうちの有
機アルミニウム化合物(b)と有機アルミニウム化合物
(c)とのモル比(b)/(c)を2〜10の範囲、好
ましくは3〜4の範囲とする。このモル比が2より少な
いと活性は高くなるが、副生ポリマーが増加するので好
ましくない。一方、このモル比が10より多くなると、
生成する線状αーオレフィンの純度は向上するものの、
活性が低下するので好ましくない。
【0011】上記した如きジルコニウム成分〔A〕と有
機アルミニウム成分〔B〕とから、本発明で用いるジル
コニウム系触媒が調製される。触媒の調製の際には、通
常、溶媒が用いられる。ここで用いる溶媒としては、シ
クロヘキサン,デカリン等の脂環族炭化水素系溶媒、ペ
ンタン,ヘキサン,ヘプタン,オクタン,ノナン,デカ
ン,ジクロロエタン,ジクロロブタン等の脂肪族炭化水
素系溶媒、ベンゼン,トルエン,キシレン,クロロベン
ゼン,エチルベンゼン,ジクロロベンゼン,クロロトル
エン等の芳香族炭化水素系溶媒が挙げられ、特に、脂環
族炭化水素系溶媒を用いることが好ましい。
【0012】また、触媒を調製する際に、所望に応じて
第三成分を添加してもよい。第三成分としては、αーオ
レフィンの純度向上の見地から、イオウ化合物,リン化
合物,窒素化合物及びアルコールの中から選ばれた少な
くとも1種の化合物が挙げられる。
【0013】ここでイオウ化合物としては有機イオウ化
合物であればよく、特に制限はないが、例えば、硫化ジ
メチル,硫化ジエチル,硫化ジプロピル等のチオエーテ
ル、二硫化ジメチル,二硫化ジエチル,二硫化ジプロピ
ル,二硫化ジブチル等の二硫化ジアルキル化合物、チオ
フェン,2,3−ジエチルチオフェン,2−エチルチオ
フェン等のチオフェン類、テトラヒドロチオフェン,チ
オピラン等のヘテロ環イオウ化合物、ジフェニルイオ
ウ,二硫化ジフェニル等の芳香族イオウ化合物、チオ尿
素、メチルスルフィド,エチルスルフィド,ブチルスル
フィド等のスルフィド類等が挙げられる。これらの中で
も特に、二硫化ジメチル,チオフェン,チオ尿素を用い
ることが好ましい。
【0014】またリン化合物としては有機リン化合物で
あればよく、特に制限はないが、例えば、トリフェニル
ホスフィン,トリエチルホスフィン,トリブチルホスフ
ィン,トリオクチルホスフィン等のホスフィン類を用い
ることが好ましい。さらに、窒素化合物としては有機窒
素化合物であればよく、特に制限はないが、例えば、メ
チルアミン,エチルアミン,プロピルアミン,ブチルア
ミン,アニリン,ベンジルアミン,ジエチルアミン,ジ
ブチルアミン,トリメチルアミン,トリエチルアミン,
トリブチルアミン等の有機アミン類が挙げられる。これ
らの中でも特にアニリンを用いることが好ましい。ま
た、アルコールとしては例えば、メタノール,エタノー
ル,プロパノール等が挙げられる。これらの第三成分の
使用割合は、前記ジルコニウム成分〔A〕のジルコニウ
ム化合物(a)1モルに対して、通常、0.1〜6モル
である。
【0015】本発明においては、上記した如き触媒を用
いてエチレンを重合する。重合反応は、有機溶媒中にお
いて行なわれる。この有機溶媒としては例えば、脂環族
炭化水素系溶媒,芳香族炭化水素系溶媒,脂肪族炭化水
素系溶媒等種々の溶媒を用いることができるが、不純物
の生成や後処理のし易さから、特に脂肪族炭化水素系溶
媒を用いるのが好ましい。このような溶媒としては、前
記した触媒の調製の際に用いる溶媒と同様のものを挙げ
ることができる。
【0016】本発明においては、このような有機溶媒2
50ml当たり、通常、前記方法で調製した触媒中のジ
ルコニウム成分〔A〕が0.01〜0.25ミリモル、
好ましくは0.02〜0.1ミリモルの割合で含まれる
触媒を用いる。
【0017】また、重合温度は、通常、90〜150
℃、好ましくは100〜130℃である。重合温度が低
すぎると、副生するポリαーオレフィンが、重合中に析
出し易くなるので好ましくない。一方、重合温度が高す
ぎると、不純物の生成量が増加するので好ましくない。
次に、本発明においては、重合圧力は、65kg/cm2G 以
上が必要であり、好ましくは90kg/cm2G 以上である。
重合圧力が、65kg/cm2G よりも低いと、副生物が多く
なり、製品の純度が低下する。
【0018】なお、重合時間は、重合温度や重合圧力に
より変わるので、一律に決めることはできないが、通
常、10分間ないし1時間程度で充分である。重合反応
終了後、反応生成物を断熱フラッシュして未反応エチレ
ンを除去し、次いで触媒の失活処理を施し、さらに溶媒
及び各種線状αーオレフィンを蒸留により分離すればよ
い。また、未反応エチレンと溶媒は、通常、反応系にリ
サイクルされる。ここで触媒の失活処理は、例えば反応
生成液に、アミン類やアンモニア水などの失活を添加す
ることにより行なえばよい。以上の如くして、目的とす
る線状α−オレフィンを製造することができる。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例により詳しく説明す
る。 実施例1 (1) 触媒懸濁液の調製 攪拌機付きの500ミリリットル容のフラスコに、アル
ゴン雰囲気下で、有機ジルコニウム化合物(a)として
の25ミリモルの無水四塩化ジルコニウムと、乾燥した
シクロヘキサン250ミリリットルを導入し、さらに有
機アルミニウム化合物(c)としてトリメチルアルミニ
ウム〔Al(CH3 3 〕を添加し、次いで有機アルミ
ニウム化合物(b)としてエチルアルミニウムセスキク
ロライド〔Al(C2 5 1.5 Cl1.5 〕を添加し
た。なお、各添加量は、第1表に表示されるモル比に調
整した。その後、70℃で3時間攪拌し、触媒懸濁液を
調製した。
【0020】(2) エチレンのオリゴマー化反応 攪拌機付きの1リットル容のオートクレーブに、アルゴ
ン雰囲気下で、乾燥シクロヘキサン250ミリリットル
を導入し、次いでジルコニウム成分として0.1ミリモ
ル量を含有する前記触媒懸濁液を導入した。次いで、攪
拌を行ないながら120℃まで昇温した後、エチレンを
急速に吹き込み、オートクレーブの圧力を65kg/cm2G
に維持した。これらの反応条件下に30分間反応を行な
った後、オートクレーブ内に失活剤としてアンモニア水
を添加し、冷却し、脱圧した。反応生成物は、以下の手
順に従って処理した。オートクレーブ中に残存した生成
液を取り出し、ガスクロマトグラフィー用内部標準物質
のn−ウンデカンを、20g添加してから、濾紙を用い
てワックス分を濾別した。得られた濾液をガスクロマト
グラフィーによって分析した。なお、C4 〜C8 留分
は、処理中に揮発して損失が避けられないので、これら
の得率はシュルツ・フローリー分布から推算した。ワッ
クス分は炭素数12以上の留分(C12 + 留分)の得率に
合算した。C4 〜C10までの各留分及び炭素数12以上
の留分(C12 + 留分)の各得率を、第1表に示す。な
お、第1表中の「製品純度」は、同一炭素数留分中の線
状αーオレフィンの割合を示し、各留分の「製品得率」
は、全生成物中の各留分の割合を示す。
【0021】実施例2 (1) 触媒懸濁液の調製 トリメチルアルミニウムの代わりにトリエチルアルミニ
ウムを用い、かつ、有機アルミニウム化合物(b),
(c)の添加量を、第1表に表示されるモル比に調整し
たこと以外は、実施例1と同様にして触媒懸濁液を調製
した。 (2) エチレンのオリゴマー化反応 上記(1) で得られた触媒懸濁液を用いたこと以外は、実
施例1と同様にしてオリゴマー化反応を行なった。その
結果を第1表に示す。
【0022】実施例3 (1) 触媒懸濁液の調製 有機アルミニウム化合物(b),(c)の添加量を、第
1表に表示されるモル比に調整したこと以外は、実施例
2と同様にして触媒懸濁液を調製した。 (2) エチレンのオリゴマー化反応 上記(1) で得られた触媒懸濁液を用い、かつ、反応圧力
を90kg/cm2G としたこと以外は、実施例2と同様にし
てオリゴマー化反応を行なった。その結果を第1表に示
す。
【0023】比較例1 (1) 触媒懸濁液の調製 有機アルミニウム化合物(b),(c)の添加量を、第
1表に表示されるモル比に調整したこと以外は、実施例
2と同様にして触媒懸濁液を調製した。 (2) エチレンのオリゴマー化反応 上記(1) で得られた触媒懸濁液を用いたこと以外は、実
施例2と同様にしてオリゴマー化反応を行なった。その
結果を第1表に示す。
【0024】比較例2 実施例3と同様にして調整した触媒懸濁液を用い、か
つ、反応圧力を50kg/cm2G としたこと以外は、実施例
3と同様にしてオリゴマー化反応を行なった。その結果
を第1表に示す。
【0025】実施例4 (1) 触媒懸濁液の調製 有機アルミニウム化合物(c)として、トリメチルアル
ミニウムの代わりにトリエチルアルミニウムを用いると
共に、有機アルミニウム化合物(b),(c)の添加量
を、第1表に表示されるモル比に調整し、かつ、ジルコ
ニウム化合物として、無水四塩化ジルコニウムの代わり
にジルコニウムテトラブトキシド〔Zr(OC4 9
4 〕を用いたこと以外は、実施例1と同様にして触媒懸
濁液を調製した。 (2) エチレンのオリゴマー化反応 上記(1) で得られた触媒懸濁液を用いたこと以外は、実
施例1と同様にしてオリゴマー化反応を行なった。その
結果を第1表に示す。なお、このようにジルコニウム化
合物として、ジルコニウムテトラブトキシドを用いた場
合には、四塩化ジルコニウムのようなハロゲン化ジルコ
ニウムを用いた場合よりも、多量のポリエチレン(副生
ポリマー)が生成した。
【0026】
【表1】
【0027】*1:TMA=トリメチルアルミニウム TEA=トリエチルアルミニウム *2:EASC=エチルアルミニウムセスキクロリド
【0028】
【発明の効果】本発明の方法によれば、特定の触媒を用
い、重合圧力を65kg/cm2 G以上に高くすること
により、炭素数10以下の線状αーオレフィンの得率を
70重量%以上と極めて大きくすることができる。しか
も本発明の方法によれば、得られる線状αーオレフィン
の純度が高い。本発明の方法により得られる線状αーオ
レフィンは、ポリオレフィン製造用コモノマーや合成潤
滑油製造原料などとして有用である。したがって、本発
明は、ポリオレフィン製造分野や合成潤滑油製造分野な
どにおいて有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は、本発明の方法で用いる触媒の調製工
程を表した図面である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニウム成分〔A〕と有機アルミニ
    ウム成分〔B〕とからなるジルコニウム系触媒の存在下
    に、エチレンを有機溶媒中で重合し、線状αーオレフィ
    ンを製造するにあたり、前記ジルコニウム成分〔A〕と
    して一般式〔I〕 【化1】 (式中、Xは塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子又はアル
    コキシ基を示し、Aは塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子
    又はアルコキシ基を示す。それらは同一であってもよい
    し、互いに異なっていてもよい。また、kは0又は1か
    ら4の範囲の整数を示す。)で表されるジルコニウム化
    合物(a)を用い、かつ、前記有機アルミニウム成分
    〔B〕として一般式〔II〕 【化2】 (式中、Rは炭素数1〜20のアルキル基を示し、Qは
    塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子を示す。次に、mは
    0,1,1.5及び2の中から選ばれ、また、nは1,
    1.5,2及び3の中から選ばれたものであり、かつ、
    m+n=3を満たすものである。)で表される有機アル
    ミニウム化合物(b)と、一般式〔III 〕 【化3】 (式中、R’は炭素数1〜20のアルキル基を示す。)
    で表される有機アルミニウム化合物(c)とを用いると
    共に、前記有機アルミニウム成分〔B〕のうちの有機ア
    ルミニウム化合物(b)と前記ジルコニウム化合物
    (a)とのモル比(b)/(a)を10以上とし、前記
    有機アルミニウム成分〔B〕のうちの有機アルミニウム
    化合物(b)と有機アルミニウム化合物(c)とのモル
    比(b)/(c)を2〜10の範囲とし、65kg/cm2G
    以上の圧力で重合反応を行なうことを特徴とする線状α
    ーオレフィンの製造方法。
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