JP2001520976A - エタンを接触酸化する酢酸の選択的製造方法 - Google Patents
エタンを接触酸化する酢酸の選択的製造方法Info
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Abstract
Description
的に気相酸化することによって酢酸を選択的に製造する方法に関する。
えば米国特許第4,250,346号明細書、米国特許第4,524,236号
明細書および米国特許第4,568,790号明細書から公知である。
よびYをa:b:cの比で含有する触媒組成物をエタンからエチレンへの転化反
応のために使用することが開示されている。この場合、XはCr、Mn、Nb、
Ta、Ti、Vおよび/またはWであり、そしてYはBi、Ce、Co、Cu、
Fe、K、Mg、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Tlおよび/またはUで
あり、aは1であり、bは0.05〜1でありそしてcは0〜2である。この場
合、Co、Niおよび/またはFeについてのcの合計の値は0.5よりも小さ
くなければならない。
同様にエタンを酢酸に酸化するのに使用することができ、その際エタンの転化率
7.5%での酢酸への転化効率は約18%である。
図する酢酸の製造にあまり関係ない。
エタン、エチレンまたはそれらの混合物および酸素から酢酸を A)式 Mox Vy または Mox Vy Zz [式中、ZはLi、Na、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Hg、 Sc、Y、La、Ce、Al、Tl、Ti、Zr、Hf、Pb、Nb、Ta、 As、Sb、Bi、Cr、W、U、Te、Fe、CoおよびNiの群の内の1 種類以上の金属でもよく、xは0.5〜0.9であり、yは0.1〜0.4で ありそしてzは0.001〜1であり。] で表される少なくとも1種類のか焼触媒および B)エチレン水和触媒および/またはエチレン酸化触媒 を含有する触媒混合物の存在下に選択的に製造する方法が開示されている。2番
目の触媒成分Bは特にモレキュラシーブ触媒またはパラジウム含有酸化触媒が適
する。
ス混合物を触媒含有反応器に通す場合、最大選択率は7%のエタン転化率では2
7%である。ヨーロッパ特許第294,845号明細書によるとエタンのこの高
い転化率は上記の触媒混合物でのみ達成されるが、成分AおよびBを単独で含有
する触媒では達成されない。
酸よりなる混合物の別の製造方法が開示されている。この場合にはエタンおよび
/またはエチレンおよび分子状酸素を含有するガスを高められた温度で、A、X
およびY元素を含有する触媒組成物と接触させる。ただしこの場合、AはMod Ree Wf であり 、XはCr、Mn、Nb、Ta、Ti、Vおよび/またはW
であり、そしてYはBi、Ce、Co、Cu、Fe、K、Mg、Ni、P、Pb
、Sb、Si、Sn、Tlおよび/またはUである。エタンから酢酸への酸化で
上記の触媒を使用する場合に達成できた最高の選択率は78%である。他の副生
成物として二酸化炭素、一酸化炭素およびエチレンが生じる。
はそれらの混合物と酸素とより成るガス状供給物から高められた温度のもとで酢
酸を選択的に製造する方法が開示されている。この場合、供給物はMo、Pd、
XおよびY元素を酸素と一緒に含有する触媒組成物と接触させられる。
から選択される1種類以上の元素でありそしてYはB、Al、Ga、In、Pt
、Zn、Cd、Bi、Ce、Co、Rh、Ir、Cu、Ag、Au、Fe、Ru
、Os、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Hf、Ni、P、P
b、Sb、Si、Sn、TlおよびUより成る群から選択される1種類以上の元
素である。この場合、相応する元素同志のグラム原子比は次の通りである:a(
Mo)=1;b(Pd)>0;c(X)>0;およびd(Y)=0〜2である。
9kg/時・m3 の最大空時得率を示す。反応器の大きさ並びに循環供給するガ
スの量を更に高い空時得率によって低減できるので、かゝる高い空時得率が望ま
しい。
件のもとで簡単に、確実にかつ高い選択率および空時得率で酸化して酢酸を得る
方法を提供することである。
、マンガン、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウム、テルルおよびタングステ
ンより成る群の1種類以上の元素を含有する触媒を使用してエタンおよび/また
はエチレンを比較的穏やかな条件で高い選択率および卓越した空時得率で簡単に
酸化して酢酸を得ることが可能であることを見出した。
ス状供給原料から高められた温度で酢酸を製造する方法において、Mo、Pd、
XおよびY元素を酸素と組み合わせてa:b:c:dのグラム原子比で含有する
下記式 Moa Pdb Xc Yd (I) [式中、記号XおよびYは以下の意味を有し: XはCr、Mn、Ta、Ti、V、TeおよびWより成る、特にVおよびW より成る群から選択される1種類以上の元素であり;、 YはB、Al、Ga、In、Pt、Zn、Cd、Bi、Ce、Co、Cu、 Rh、Ir、Au、Ag、Fe、Ru、Os、K、Rb、Cs、Mg、Ca、 Sr、Ba、Nb、Zr、Hf、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Tlお よびUより成る、特にNb、Ca、SbおよびLiより成る群から選択される 1種類以上の元素であり、 指数a、b、c、dおよびxは相応する元素のグラム原子比であり、かつ aは1であり、 bは0.0001〜0.01であり、 cは0.4〜1であり、そして dは0.005〜1である。] で表される触媒に前記ガス状供給原料を接触させることを特徴とする、上記方法
に関する。
なる値を採ることができる。
のグラム原子比で含有する、酢酸を選択的に製造する触媒に関する。
る。更に、多いパラジウム含有量は触媒を不必要に高価にするので避けなければ
ならない。これに対して上記の下限より下のパラジウム含有量の場合にはエチレ
ン生成に有利であることが観察される。
、ニオブ、アンチモンおよびカルシウムを酸素と組合せて含有しているのが有利
である。Mo:Pd:V:Nb:Sb:Ca原子のグラム原子比a:b:c1 :
d1 :d2 :d3 は次の通りであるのが有利である: a(Mo)=1; b(Pb)=0.0001〜0.005,特に0.0001〜0.001; c1 (V)=0.4〜1.0; d1 (Nb)=0.01〜0.2; d2 (Sb)=0.01〜0.3; d3 (Ca)=0.01〜0.3 本発明の方法で特に有利に使用されるこの種の触媒組成物の例には以下のもの
がある: Mo1.00Pd0.0005V0.45Nb0.03Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.0005V0.45Nb0.03Sb0.01Ca0.01K0.015 Mo1.00Pd0.00075 V0.45Nb0.03Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.55Nb0.03Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.45Nb0.06Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.0008V0.55Nb0.06Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00085 V0.55Nb0.06Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.55Nb0.09Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.0008V0.50Nb0.15Te0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.50Nb0.09W0.01Pd0.0003 本発明に従って使用される触媒は慣用の方法で製造することができる。この目
的のためには懸濁液から、特に各元素の出発成分をその相応する割合で含有する
水溶液から出発する。
物質、例えばアンモニウム塩、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、およ
び加熱することによって相応する酸化物に転化できる有機酸塩がある。これらの
成分を混合するために金属塩の水溶液または懸濁液を製造しそして混合する。
酸塩、例えばモリブデン酸アンモニウムを使用するのが有利である。
硝酸テトラミンパラジウム(II)、硝酸パラジウム(II)並びにアセチル酢酸パラジ
ウム(II)が適している。
で水を分離しそして残る触媒を50〜150℃、特に80〜120℃の温度で乾
燥させる。
媒を100℃〜800℃、好ましくは200〜500℃の範囲の温度で窒素、酸
素または酸素含有ガスの存在下にか焼するのが有利である。か焼時間は2〜24
時間である。
体に適用してもよい。通例の担体材料、例えば多孔質の二酸化珪素、溶融二酸化
珪素、珪藻土、シリカゲル、多孔質または非多孔質酸化アルミニウム、二酸化チ
タン、二酸化ジルコニウム、二酸化トリウム、酸化ランタン、酸化マグネシウム
、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化錫、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化硼素
、チッ化硼素、炭化硼素、燐酸硼素、燐酸ジルコニウム、珪酸アルミニウム、チ
ッ化珪素または炭化珪素、またガラス繊維、炭素繊維、酸化金属網状物または金
属網状物または相応するモノリス(monoliths) が適している。
担体材料は比表面積の小さい二酸化珪素および酸化アルミニウムである。触媒は
規則的にまたは不規則に成形された担体として成形した後にまたは粉末状態で不
均一系酸化触媒として使用することができる。
るためには触媒を一般に10〜200μmの範囲の粒度に粉砕する。
で供給されるエタンおよび/またはエチレンを含有する。かゝる追加的なガスま
たはキャリヤーガスとしては例えば窒素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、空
気および/または水蒸気が適している。分子状酸素を含有するガスは空気または
空気よりも分子状酸素の多いまたは少ないガス、例えば酸素でもよい。水蒸気の
割合は0〜50容量%の範囲であることができる。更に多い水蒸気濃度では生ず
る酢酸水の後処理に、方法技術的理由から不必要に多大な費用を掛ける必要が出
る。エタン/エチレンと酸素との比は好ましくは1:1〜10:1、特に2:1
〜8:1である。達成可能なエタン転化率および酢酸の収率が更に高くなるので
、多い酸素含有量であるのが特に有利である。酸素または反応条件のもとでの爆
発限界外の濃度範囲の分子状酸素含有ガスを添加するのが特に有利である。何故
ならばそれによって本発明の方法の実施が簡単になるからである。しかしながら
爆発限界内のエタン/エチレン:酸素−比に調整することも可能である。
る。圧力は大気圧または過剰圧、例えば1〜50bar、好ましくは1〜30b
arである。
たは分子状酸素含有ガスの供給前に最初に不活性ガス、例えば窒素または水蒸気
と混合する。この混合ガスはガス混合物を触媒と接触させる前に予備加熱領域で
反応温度に予備加熱する。反応器排ガスから酢酸を凝縮によって分離する。残り
のガスは、酸素または分子状酸素含有ガス並びにエタンおよび/またはエチレン
が計量供給される反応器の入口に戻す。
同じ反応条件(反応供給ガス、圧力、温度)でより高い空時得率および酢酸選択
率が達成できることを見出した。
化する場合の選択率は≧70モル%、好ましくは≧80モル%、特に好ましくは
≧90モル%でありそして空時得率は>150kg/時・m3 、好ましくは>2
00kg/時・m3 、特に好ましくは300kg/時・m3 であるので、本発明
の方法では従来技術に比較して酢酸の収率が向上しており、同時に不所望の副生
成物の生成を簡単に低減することができる。
する。一緒にした混合物を溶液1に添加する前に、該混合物を70℃で15分攪
拌する。その後で溶液4を添加する。得られる混合物を70℃で15分攪拌しそ
して次に400mLの溶液容量に濃縮する。この混合物を噴霧乾燥しそして静止
空気中で120℃で2時間および300℃で5時間か焼する。この触媒を軽く磨
り潰しそしてタブレットにプレス成形する。これを分級して、0.35〜0.7
mmの分級フラクションを得る。
P19630832.1に記載の触媒例(I)を、本発明の触媒の高い空時得率
を実証するために製造する。
液 溶液3: 25mLの水に27.51gの蓚酸ニオブを溶解した溶液 これの溶液を別々に90℃で15分攪拌する。次いで溶液3を溶液2に添加す
る。一緒にした混合物を溶液1に添加する前に、該混合物を90℃で15分攪拌
する。その後で溶液4を添加する。得られる混合物を90℃で15分攪拌する。
次にこの混合物を噴霧乾燥しそして静止空気中で120℃で2時間および300
℃で5時間か焼する。その後にこの触媒を軽く磨り潰しそしてタブレットにプレ
ス成形する。これを篩上で分級して、0.35〜0.7mmの分級フラクション
を得る。
。この触媒を空気流のもとで250℃に加熱する。次いで圧力を予備圧力制御装
置によって調整する。所望のエタン/酸素/窒素−混合物を水と一緒に蒸発領域
に導入し、そこで水を蒸発させそしてガスと混合物する。反応温度を触媒床中の
温度計で測定する。反応ガスをガスクロマトグラフィーによってオンラインで分
析する。
[C2H6]+[CH3COOH]) エチレン選択率(%)= 100 ×([C2H4])/([CO]/2+[CO2]/2 +[C2H4]+[CH3COOH]) 酢酸選択率(%)= 100 ×([CH3COOH])/([CO]/2 +[CO2]/2 +[C2H4]+[CH3COOH]) [ ]=モル%濃度 [C2H6]= 未反応エタンの濃度 滞留時間は次の通りに規定される: t(秒)=触媒の嵩容積(mL)/反応条件で反応器を通過するガスの流量(mL/秒)
よび20容量%の水蒸気よりなる。空時得率は反応圧に依存しているので、全て
の比較例を比較するために15barで実施した。反応条件および結果を以下の
表に総括掲載する。
選択率および空時得率が達成される。
ス混合物を触媒含有反応器に通す場合、最大選択率は7%のエタン転化率では2
7%である。ヨーロッパ特許第294,845号明細書によるとエタンのこの高
い転化率は上記の触媒混合物でのみ達成されるが、成分AおよびBを単独で含有
する触媒では達成されない。 ヨーロッパ特許出願公開(A)第620、205号明細書から酢酸の製造方法
が公知である。
ス状供給原料から高められた温度で酢酸を製造する方法において、Mo、Pd、
XおよびY元素を酸素と組み合わせてa:b:c:dのグラム原子比で含有する
下記式 Moa Pdb Xc Yd (I) [式中、記号XおよびYは以下の意味を有し: XはTa、V、TeおよびWより成る、特にVおよびWより成る群から選択
される1種類以上の元素であり;、 YはBi、Cu、Au、Ag、Li、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、
Ba、Nb、Zr、HfおよびSbより成る、特にNb、Ca、SbおよびL
iより成る群から選択される1種類以上の元素であり、 指数a、b、c、dおよびxは相応する元素のグラム原子比であり、かつ aは1であり、 bは0.0001〜0.01であり、 cは0.4〜1であり、そして dは0.005〜1である。] で表される触媒に前記ガス状供給原料を接触させることを特徴とする、上記方法
に関する。
る。圧力は大気圧または過剰圧、例えば1〜50bar(1.02〜50.95
kg/cm2 )、好ましくは1〜30bar(1.02〜30.57kg/cm 2 )である。
発明の触媒では同じ反応条件(反応供給ガス、圧力、温度)でより高い空時得率
および酢酸選択率が達成できることを見出した。
レンを酢酸に酸化する場合の選択率は≧70モル%、好ましくは≧80モル%、
特に好ましくは≧90モル%でありそして空時得率は>150kg/時・m3 、
好ましくは>200kg/時・m3 、特に好ましくは300kg/時・m3 であ
るので、本発明の方法では従来技術に比較して酢酸の収率が向上しており、同時
に不所望の副生成物の生成を簡単に低減することができる。
よび20容量%の水蒸気よりなる。空時得率は反応圧に依存しているので、全て
の比較例を比較するために15bar(15.29kg/cm2 )で実施した。
反応条件および結果を以下の表に総括掲載する。
Claims (11)
- 【請求項1】 エタン、エチレンまたはそれらの混合物と酸素とより成るガ ス状供給原料から高められた温度で酢酸を製造する方法において、Mo、Pd 、XおよびY元素を酸素と組み合わせてa:b:c:dのグラム原子比で含有 する下記式 Moa Pdb Xc Yd (I) [式中、記号XおよびYは以下の意味を有し: XはCr、Mn、Nb、Ta、Ti、V、TeおよびWより成る群から選択 される1種類以上の元素であり;、 YはB、Al、Ga、In、Pt、Zn、Cd、Bi、Ce、Co、Rh、 Ir、Cu、Ag、Au、Fe、Ru、Os、K、Rb、Cs、Mg、Ca、 Sr、Ba、Nb、Zr、Hf、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Tlお よびUより成る群から選択される1種類以上の元素であり、 指数a、b、c、dおよびxは相応する元素のグラム原子比であり、かつ aは1であり、 bは0.0001〜0.01であり、 cは0.4〜1であり、そして dは0.005〜1である。] で表されそして酢酸に酸化する際の空時得率が>150kg/時・m3 である 触媒に前記ガス状供給原料を接触させることを特徴とする、上記方法。
- 【請求項2】 Xおよび/またはYがそれぞれ複数の元素であり、指数cお よびdは種々の元素について異なる値を採ってもよい請求項1に記載の方法。
- 【請求項3】 温度が200〜500℃の範囲内にある請求項1または2に
記載の方法。 - 【請求項4】 反応器内の圧力が1〜50barである請求項1〜3のいず れか一つに記載の方法。
- 【請求項5】 bが0.0001〜0.001の数を意味する請求項1〜4 のいずれか一つに記載の方法。
- 【請求項6】 反応器にエタンを少なくとも1種類の他のガスと混合して供 給する請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
- 【請求項7】 他のガスとして窒素、酸素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭 素、エチレンおよび/または水蒸気を供給する請求項6に記載の方法。
- 【請求項8】 触媒が以下の組成: Mo1.00Pd0.0005V0.45Nb0.03Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.0005V0.45Nb0.03Sb0.01Ca0.01K0.015 Mo1.00Pd0.00075 V0.45Nb0.03Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.55Nb0.03Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.45Nb0.06Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.0008V0.55Nb0.06Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00085 V0.55Nb0.06Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.55Nb0.09Sb0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.0008V0.50Nb0.15Te0.01Ca0.01 Mo1.00Pd0.00075 V0.50Nb0.09W0.01Pd0.0003 の少なくとも1つを酸素との組合せで含有する請求項1〜7のいずれか一つに 記載の方法
- 【請求項9】 触媒を担体と混合するかまたは担体の上に担持させる請求項
1〜8のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項10】 エタンおよび/またはエチレンから酢酸への酸化反応の選
択率が≧70モル%である請求項1〜9のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項11】 Mo、Pd、XおよびY元素を酸素と組み合わせてa:b :c:dのグラム原子比で含有する下記式 Moa Pdb Xc Yd (I) [式中、記号XおよびYは以下の意味を有し: XはCr、Mn、Nb、Ta、Ti、VおよびWより成る群から選択される 1種類以上の元素であり;、 YはB、Al、Ga、In、Pt、Zn、Cd、Bi、Ce、Co、Rh、 Ir、Cu、Ag、Au、Fe、Ru、Os、K、Rb、Cs、Mg、Ca、 Sr、Ba、Zr、Hf、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、TlおよびU より成る群から選択される1種類以上の元素であり、 指数a、b、cおよびdは相応する元素のグラム原子比であり、かつ aは1であり、 bは0.0001〜0.01であり、 cは0.4〜1であり、そして dは0.005〜1である。] で表されそして酸化の際の空時得率が>150kg/時・m3 である、エタン 、エチレンまたはそれらの混合物と酸素との選択的酸化反応用の触媒。
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