JP2001224970A - カルボニル化触媒の再生方法 - Google Patents

カルボニル化触媒の再生方法

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JP2001224970A
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regenerating
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heat treatment
metal
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Hiroshi Ohashi
洋 大橋
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周期律表第7族金属または該金属化合物
を含む、アルコール類のカルボニル化触媒の効率的な再
生方法を提供する。 【解決手段】 (1)周期律表第7族金属または該金属
化合物を含む、アルコール類のカルボニル化触媒の再生
方法であって、酸素の雰囲気下150℃以上で加熱処理
することを特徴とするカルボニル化触媒の再生方法。
(2)周期律表第7族金属または該金属化合物を含む、
アルコール類のカルボニル化触媒の再生方法であって、
酸素の雰囲気下150℃以上の温度で加熱処理した後、
さらに不活性ガスの雰囲気下150℃以上の温度で加熱
処理することを特徴とするカルボニル化触媒の再生方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カルボニル化触媒
の再生方法に関し、さらに詳しくは、周期律表第7族金
属または該金属化合物を含む、アルコール類のカルボニ
ル化触媒の効率的な再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一酸化炭素を原料とするカルボニル化反
応は、有機化合物中にカルボニル基を直接導入可能な反
応であり、炭素数を増やす有用な反応である。カルボニ
ル化反応の中でも、アルコール類をカルボニル化する反
応は、ギ酸エステル製造方法としてよく知られている。
特に、メタノールと一酸化炭素からギ酸メチルを製造す
る方法は工業的にも重要で各種の触媒や製造方法が知ら
れている。例えば、アルカリ金属アルコキシドやジアゾ
ビシクロウンデセンを触媒として用いる方法が報告され
ている(工業化学会誌 Vol.59,P.871−8
75(1956)、日本化学会誌 Vol.4,P.4
57−465(1977))。しかし、これらの触媒は
均一系触媒であり、反応物や未反応原料との分離操作が
必要であった。固体触媒としては強塩基性イオン交換樹
脂やアルカリ土類金属酸化物が知られている(特開平9
−40609号公報、特開平9−40610号公報)。
以上の触媒はすべて強塩基性を示し、ギ酸エステル製造
の原料となるメタノールや一酸化炭素ガスに含まれてい
る水分や炭酸ガスにより触媒が劣化してしまうという欠
点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
不均一系で、水分や炭酸ガスの影響を受け難いカルボニ
ル化触媒を開発すべく鋭意研究を行った結果、周期律表
第7族金属が触媒として有効であることを見出した(特
願平10−344960号)。しかしながら、この触媒
は、反応の進行に伴い劣化するという傾向があり、有効
な再生法が望まれた。本発明は、上記観点からなされた
もので、周期律表第7族金属または該金属化合物を含
む、アルコール類のカルボニル化触媒の効率的な再生方
法を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、さらに鋭意
研究の結果、酸素の雰囲気下150℃以上で加熱処理す
ること、またはその後、さらに不活性ガスの雰囲気下加
熱処理することにより、本発明の目的を効果的に達成し
うることを見出し本発明を完成させるに到った。
【0005】すなわち、本発明の要旨は以下の通りであ
る。 1.周期律表第7族金属または該金属化合物を含む、ア
ルコール類のカルボニル化触媒の再生方法であって、酸
素の雰囲気下150℃以上で加熱処理することを特徴と
するカルボニル化触媒の再生方法。 2.周期律表第7族金属または該金属化合物を含む、ア
ルコール類のカルボニル化触媒の再生方法であって、酸
素の雰囲気下150℃以上の温度で加熱処理した後、さ
らに不活性ガスの雰囲気下150℃以上の温度で加熱処
理することを特徴とするカルボニル化触媒の再生方法。 3.酸素の雰囲気下300〜600℃の温度で加熱処理
するものである上記1又は2に記載のカルボニル化触媒
の再生方法。 4.不活性ガスの雰囲気下300〜600℃の温度で加
熱処理するものである上記2又は3に記載のカルボニル
化触媒の再生方法。 5.周期律表第7族金属がマンガンである上記1〜4の
いずれかに記載のカルボニル化触媒の再生方法。 6.アルコール類がメタノールである上記1〜5のいず
れかに記載のカルボニル化触媒の再生方法。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、本発明ついて詳細に説明
する。まず、本発明のアルコール類のカルボニル化触媒
の再生法における触媒について説明する。該アルコール
類のカルボニル化反応の触媒は周期律表第7族金属元素
を含むものである。すなわち、周期律表第7族金属元素
を有効成分として含んでいる触媒である。周期律表第7
族金属元素としては、マンガン(Mn)、テクチニウム
(Tc)、レニウム(Re)を挙げることができる。こ
の中でもMnが特に好ましい。また、これらの元素は金
属の状態でも、化合物、たとえば酸化物、塩化物、硝酸
塩などのような化学的形態でも用いることができる。そ
の中でも酸化物の状態が好適な触媒として利用できる。
さらに、上記金属元素の単独でも二種以上からなる触媒
でもよい。また、他の物質とから成っていてもよい。具
体的には、アルミナ、シリカ、チタニア、ゼオライトな
どの合成または天然の多孔質耐火性材料を担体として上
記金属元素(触媒成分)を担持したものでもよい。
【0007】上記触媒の製造方法については、特別の方
法を用いる必要はない。市販の二酸化マンガンなどは好
適な触媒として使用できる。あるいは、アルミナ、シリ
カ、チタニア、ゼオライトなど通常触媒担体として使用
されている多孔質耐火性材料にマンガン化合物あるいは
レニウム化合物の水溶液を含浸させて、乾燥、焼成によ
りマンガンあるいはレニウムの酸化物を担持した触媒と
することができる。焼成は空気中で100〜1,000
℃、好ましくは300〜700℃で1〜30時間実施す
ればよい。これらは、必要に応じてバインダーを加えた
りして成形して使用することができる。
【0008】次に、アルコール類と一酸化炭素(以下C
Oと称する。)を反応させてギ酸エステルを製造する方
法について説明する。本発明のアルコール類はメタノー
ル、エタノール、プロパノール、グリセリン、エチレン
グリコール、ポリエチレングリコール、エタノールアミ
ン類、ヒドロキシカルボン酸類などアルコール型ヒドロ
キシル基を有するものであればよい。この中でもメタノ
ールが反応としても基本的で工業的にも最も重要である
のでメタノールを例に具体的にギ酸エステル(この場合
はギ酸メチル)の製造方法について説明する。
【0009】メタノールは工業用のメタノールがそのま
ま使用できる。また、COは通常COガスの状態で用い
られる。COガスには水素、窒素等の他のガスを含有し
ていてもよい。上記の反応において、メタノールとCO
のモル比は理論的には1:1であるが、任意に選択する
ことができる。メタノールの転化率を向上させたいとき
はCOを多く、COの転化率を向上させたいときはメタ
ノールを多く供給すればよい。さらに、未反応の原料は
再度反応器に循環して使用してもよい。
【0010】上記の反応温度は平衡の点から常温〜30
0℃、好ましくは80〜200℃とすることが望まし
い。また、反応圧力は0.5〜30MPa、好ましくは
1〜15MPaとすることが望ましい。上記の反応に使
用する触媒は、反応に使用する前に加熱処理すると反応
活性が向上する。加熱処理は300〜600℃とするこ
とが望ましい。さらに、雰囲気ガスは不活性ガス、特に
窒素ガスが好ましい。
【0011】上記の反応に使用する装置は特に制限され
るものではなく、種々の形式のものが採用できる。例え
ばメタノールを液相で用いる場合、攪拌装置を持った回
分式反応槽、COガスを供給しながら反応を行う半回分
式反応槽などを挙げることができる。この場合、反応は
平衡反応であるので反応蒸留装置を利用して生成物のギ
酸メチルを反応系外へ除去しながら反応を進めることも
好適である。また、メタノールを気相で用いる場合、固
定床流通式反応器を用いた並流式または向流式流通反応
などを挙げることができる。
【0012】最後に、本発明の再生方法について述べ
る。本発明においては、反応により劣化した触媒を酸素
の雰囲気下で150℃以上の温度で加熱処理を行うもの
である。加熱処理条件については、温度は300〜60
0℃が好ましい。酸素量は特に限定されないが、例え
ば、固定床流通式反応器で反応を行う場合、GHSVと
して100〜100,000hr-1で、0.5〜10時
間行うのが好ましい。また、酸素源としては、空気を用
いるのが簡便で好ましい。
【0013】本発明の触媒の再生は、上記の酸素の雰囲
気下での加熱処理だけでもよいが、酸素の雰囲気下での
加熱処理の後、さらに不活性ガスの雰囲気下150℃以
上の温度で加熱処理をした方が反応活性がさらに向上し
好ましい。その場合、加熱処理条件については、温度は
300〜600℃が好ましい。不活性ガス量は特に限定
されないが、例えば、固定床流通式反応器で反応を行う
場合、GHSVとして100〜100,000hr
-1で、0.5〜10時間行うのが好ましい。また、不活
性ガス源としては、窒素を用いるのが簡便で好ましい。
【0014】以上の加熱処理は、反応器中で行うことが
望ましいが、触媒を抜き出して反応器とは別の場所で行
ってもよい。ところで、カルボニル化反応においては、
COガスを用いるため、反応は還元雰囲気となる。その
ため、反応に伴い触媒の還元が進行し、金属状態(価
数)が最適な金属価数が低下し触媒は失活するわけであ
る。それで、失活した触媒を酸素の雰囲気下で加熱処理
することにより、金属を酸化させ、金属の状態を元の最
適な状態にもどすものと推定される。
【0015】
【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、これらの実施例になんら制限されるものではな
い。 〔実施例1〕市販のMnO2 (和光純薬工業社製試薬1
級MnO2 )を触媒として0.5gを石英反応管に充填
し、常圧下、400℃で1時間、窒素気流中に曝し前処
理した。この石英反応管中の触媒をそのまま150℃に
して、流通ガスを合成ガス(CO/H2 =1/2)とし
て、3MPaに加圧した。さらに、メタノールを1g/
hで供給して、ギ酸メチルの製造反応を実施した。この
時の合成ガスの供給量はメタノールとCOが等モルとな
るようにした。反応条件が落ちついた20分後から一定
時間毎にガスクロマトグラフィーによりギ酸メチルの生
成量を測定した。得られたギ酸メチルの収率(メタノー
ル転化率)を第1表に示す。活性低下が認められるよう
になったら、ギ酸メチルの収率を測定した後、メタノー
ルの供給を停止し、圧力を常圧にもどし、合成ガスを流
したまま、室温まで冷却した。
【0016】温度が下がったところで、合成ガスから空
気に換え、400℃まで昇温し、GHSV20,000
hr-1で1時間保持した。さらに、ガスを空気から窒素
に換え、GHSV20,000hr-1で1時間保持し
た。空気、窒素による処理が終了してから反応温度であ
る150℃まで降温した。雰囲気ガスを合成ガスに換
え、3MPaに加圧し、メタノールを1g/hで供給し
た。この時の合成ガスの供給量はメタノールとCOが等
モルとなるようにした。再び反応条件が落ちついた20
分後から一定時間毎にガスクロマトグラフィーによりギ
酸メチルの生成量を測定した。得られたギ酸メチルの収
率(メタノール転化率)を第1表に示す。
【0017】
【表1】
【0018】第1表より、失活した触媒は完全に再生さ
れていることがわかる。
【0019】
【発明の効果】本発明は、周期律表第7族金属または該
金属化合物を含む、アルコール類のカルボニル化触媒の
効率的な再生方法を提供するものであり、得られたギ酸
エステル、特にギ酸メチルは、ギ酸、ジメチルホルムア
ミド等の各種化学品の製造原料として利用できる。ま
た、低温メタノール合成法の中間原料としてのギ酸メチ
ルの製造方法として有効に活用できる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期律表第7族金属または該金属化合物
    を含む、アルコール類のカルボニル化触媒の再生方法で
    あって、酸素の雰囲気下150℃以上で加熱処理するこ
    とを特徴とするカルボニル化触媒の再生方法。
  2. 【請求項2】 周期律表第7族金属または該金属化合物
    を含む、アルコール類のカルボニル化触媒の再生方法で
    あって、酸素の雰囲気下150℃以上の温度で加熱処理
    した後、さらに不活性ガスの雰囲気下150℃以上の温
    度で加熱処理することを特徴とするカルボニル化触媒の
    再生方法。
  3. 【請求項3】 酸素の雰囲気下300〜600℃の温度
    で加熱処理するものである請求項1又は2に記載のカル
    ボニル化触媒の再生方法。
  4. 【請求項4】 不活性ガスの雰囲気下300〜600℃
    の温度で加熱処理するものである請求項2又は3に記載
    のカルボニル化触媒の再生方法。
  5. 【請求項5】 周期律表第7族金属がマンガンである請
    求項1〜4のいずれかに記載のカルボニル化触媒の再生
    方法。
  6. 【請求項6】 アルコール類がメタノールである請求項
    1〜5のいずれかに記載のカルボニル化触媒の再生方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015103851A1 (en) * 2014-01-07 2015-07-16 Fujian Institute Of Research On The Structure Of Matter, Chinese Academy Of Sciences A process for vapor-phase methanol carbonylation to methyl formate, a catalyst used in the process and a method for preparing the catalyst
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