JP2002512993A - 1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフランおよびγ−ブチロラクトンの混合物の製造方法 - Google Patents
1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフランおよびγ−ブチロラクトンの混合物の製造方法Info
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Abstract
Description
アルコールを使用する生成物ガス流からの無水マレイン酸(MA)の吸着、b)
形成したマレイン酸モノエステルのマレイン酸ジエステルへの変換およびc)マ
レイン酸ジエステルの液相中での水素添加によって1,4−ブタンジオール、テ
トラヒドロフラン(THF)およびγ−ブチロラクトン(GBL)を含有する混
合物を製造するための方法に関する。
するための多くの方法が知られている。
2121号は、炭化水素の接触酸化において得られる気体状反応混合物からのM
Aの連続的分離のための方法を記載している。本明細書においては、MAを含有
する気体状反応混合物を一価アルコールと接触させる。形成した気体状材料をジ
カルボン酸ジエステルと(EP−B0206194号フマル酸ジブチルまたはコ
ハク酸ジブチル、EP−B0212121号フマル酸、コハク酸またはマレイン
酸のジエステル、EP−B0149144号マレイン酸ジブチル)向流法で接触
させ、液体プロセス生成物を底部で分離する。液体プロセス生成物は主にマレイ
ン酸の相応のモノアルキルエステルおよびジアルキルエステルを含有する。これ
らを110℃〜200℃で加熱してエステル化を完了させ、次いで水素添加のた
めの適当な出発材料を供給して、1,4−ブタンジオールを形成させる。
気体状反応生成物を液相に転移させる付加的な材料(ジカルボン酸ジエステル)
を循環させることである。これは水素添加において水素添加されてはならないの
で、常に不完全な変換が達成されるうるに過ぎず、これは水素添加の複雑な制御
を意味する。更に、吸着媒体として使用されるジカルボン酸のジブチルエステル
を、生成物を蒸留によって後処理する際にブタンジオールから分離する必要があ
り、後処理を複雑にする。
体状反応混合物の処理によって得られる混合物の接触水素添加によって1,4−
ブタンジオールを製造する方法を記載している。MAの吸着は180℃より高い
沸点を有する一価または二価のアルコールを使用して実施する。付加的な吸着媒
体を必要としない。引き続いての吸着生成物の後エステル化(after esterifica
tion)は120℃〜150℃で実施する。最終的にジエステルを含有する流れを
接触水素添加するが、空時収量(ブタンジオール0.04kg/リットル×時間
)が低い。それというのも後エステル化の後の酸価が低すぎるからである。
う欠点を有する。これらの欠点は、特に水素添加の制御を複雑化し、かつ接触水
素添加における空時収量が低いことである。
水素添加において良好な空時収量が達成され、かつ所望の生成物の分離において
分離が困難な混合物を形成しない方法を提供することである。
生成物流からの無水マレイン酸を高沸点アルコールを使用して吸着させて、マレ
イン酸のモノエステルおよびジエステルならびにまた高沸点アルコールを含有す
る液体吸着生成物を得て、液体吸着生成物の後エステル化および引き続いての後
エステル化生成物の液相中での水素添加によって1,4−ブタンジオール、テト
ラヒドロフラン(THF)およびγ−ブチロラクトン(GBL)を製造するため
の方法によって解決されることが判明した。本発明の方法において、高沸点アル
コールは大気圧において233℃より高い沸点を有する多価アルコールであり、
かつ後エステル化生成物は30mg KOH/g未満の酸価ならびに1質量%未
満の含水率を有する。
を高沸点アルコールを使用して分離して、分離を実施することを意味する。前記
の吸着工程において、MAをアルコールと反応させて、吸着生成物中の主生成物
を構成するマレイン酸モノエステルが得られる。
テル化するアルコールの添加によって得られる。高沸点吸着媒体、例えばジカル
ボン酸のジエステルの付加的な使用を必要としない。これによって所望の生成物
の複雑な後分離が回避される。その低い酸価のため、水素添加を廉価な触媒を使
用し、かつ後エステル化生成物を使用して良好な収率で実施することができる。
これによってコストが削減できる。
ナジウム上での気相中での接触酸化によってMAおよび副生成物、例えば二酸化
炭素、酢酸、アクリル酸を含有する生成物流が得られる。本発明の方法において
、前記のMAを含有する気体状生成物流を高沸点アルコールに接触させて、MA
を吸着させる。本発明の有利な実施態様において、反応ガスを液状高沸点アルコ
ールの表面下に、例えば浸漬した導管(immersed tube)を通して供給する。反
応混合物を底部から直接、液状高沸点アルコールが反応混合物に向かって流動す
る吸着塔中に導入する方法が有利である。塔または連続して連結された複数の塔
におけるMA吸着の実施が有利である。
エレメント(loose packing element)で充填された塔であり、有利にはルーズ
充填剤エレメントで充填された塔が使用される。これらに吸着熱を除去するため
に中間冷却器(intermediate cooler)を提供してもよい。
。慣用の方法においてはこれは0.5〜2質量%の範囲である。生成物ガス流の
温度も同様に一般に重要でない。
点を下回るべきでない、すなわち有利には少なくとも100℃であるべきである
。
も同様に該方法のために重要でない。これらは主に廃ガス流と一緒に除去される
か、または吸着媒体に移行するかのいずれかである。これらをエステル化するア
ルコールと反応させないのであれば、これらは液体吸着生成物の熱処理において
除去する(部分的に水と一緒に)。
は250℃より高い沸点を有する多価アルコールである。多価アルコールとして
、有利には四価アルコール、特に有利には二価アルコール(ジオール)が使用さ
れる。使用されるアルコールの例は、ポリエチレングリコール、α,ω−ジオー
ルおよびシクロヘキサンジメタノール、例えば1,5−ペンタンジオール、1,
6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール
、1,12−ドデカンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3
−シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコ
ール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールおよびペンタエチレ
ングリコール、より特に有利には1,6−ヘキサンジオールおよび1,4−シク
ロヘキサンジメタノールである。三価アルコールとして、グリセロールを使用で
き、四価アルコールとして、ペンタエリトリトールを使用できる。アルコールは
純粋な形でか、または種々のアルコールの混合物として使用できる。
を上回るモル過剰で使用される。
成する。このモノエステルは高沸点であり、従って反応温度ではまだ揮発しない
。吸着は、ジエステルの形成のためのモノエステルの後エステル化もMAの吸着
のために使用される装置において実施するように実施できる。該反応において、
モノエステルは他の遊離アルコールまたは別のモノエステル分子と反応できる。
反応において除去される水は、温度が十分に高ければ廃ガス流と一緒に除去でき
る。
時間容器(residence time vessel)中で熱的な後エステル化を実施し、こうし
てエステル化を完了させて、ジエステルを形成するのが有利である。後エステル
化はエステル化触媒を添加するか、または添加しないで実施できる。
均一系触媒もしくは不均一系触媒である。不均一系触媒、例えばTiO2、Zr
O2、Al2O3、SiO2、ケイ酸塩、ゼオライト、ヘテロポリ酸または酸性イオ
ン交換体が有利である。
。次いでモノエステルを含有する流れを160℃〜300℃、有利には160℃
〜250℃、特に有利には180℃〜240℃の温度で後エステル化する。反応
水は一般に蒸留によって連続的に除去する。滞留時間は最大で3時間、一般に0
.1〜3時間、有利には0.2〜2.5時間、特に有利には0.3〜2時間であ
る。反応水を除去するために、ストリッピング塔において後エステル化を実施し
、かつ水蒸気として遊離した水をストリッピングガスによって除去することもで
きる。また真空を適用して、反応水を容易に除去することが可能である。別の可
能性は水のための共沸剤、例えば芳香族炭化水素を添加することである。エステ
ル化の後の含水率は一般に1質量%未満、有利には0.5質量%未満、特に有利
には0.2質量%未満である。
素添加前の遊離酸含有率(滴定によって測定した)は30mg KOH/g未満
、有利には20mg KOH/g未満、特に有利には10mg KOH/g未満で
ある。
に実施できる。例えばエステル化生成物を不活性有機溶剤、有利にはエチレング
リコールジメチルエーテルで希釈して、よりポンプ導入可能(pumpable)にする
ことができる。工業的に反応を実施するのであれば、一般に付加的な溶剤を分配
する。
いるかまたは均一な可溶性触媒中で実施する。連続的方法が有利である。固定床
触媒の場合には、水素添加はダウンフローまたはアップフローの様式で、生成物
の再循環をするか、または再循環せずに実施できる。1つ以上の反応器を直列ま
たは並列に運転することができる。例えば主にマレイン酸エステルのC−C二重
結合を第1の反応器中で水素添加して、コハク酸エステルを形成し、引き続き第
2の反応器において水素添加を続け、ブタンジオール、THFおよびGBLを得
る。
0℃〜260℃の温度で、かつ20バール〜350バール、有利には40バール
〜320バール、特に有利には60バール〜300バールの圧力で実施する。
適当な不均一系触媒または均一系触媒である。不均一系触媒が有利である。例は
ホウベンヴァイル、有機化学の手法、第四巻/1c、16〜26頁、ゲオルグ
チーメ出版、1980(Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Volu
me IV/1c, pp. 16 to 26, Georg Thieme Verlag, 1980)に記載されている。
b族および第VIIIb族ならびに第IIIa族、第IVa族および第Va族の
元素、特に銅、クロム、レニウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム
、鉄、白金、インジウム、スズおよびアンチモンの少なくとも1種の元素を含有
するものが有利である。銅、コバルト、パラジウム、白金またはレニウムを含有
する触媒が特に有利である。これらのうちで、銅を含有するものがより特に有利
である。
ted catalyst)である。これらでは、触媒活性金属は実質的に担体材料なしで存
在する。例はラネー触媒、例えばNi、Cuまたはコバルトをベースとする触媒
である。他の例はPdブラック(Pd black)、Ptブラック(Pt black)、Cu
スポンジ(Cu sponge)、合金または混合物、例えばPd/Re、Pt/Re、
Pd/Ni、Pd/CoまたはPd/Re/Agである。
その触媒活性成分をその塩溶液、特にその硝酸塩および/または酢酸塩の溶液か
らアルカリ金属水酸化物および/またはアルカリ土類金属水酸化物および/また
は炭酸塩溶液を添加することによって、例えば僅かに可溶性の水酸化物、含水酸
化物、塩基性塩または炭酸塩として沈殿させることによって製造できる。得られ
た沈殿物を引き続き乾燥させ、次いで相応の酸化物、混合酸化物および/または
混合価酸化物に、一般に300〜700℃、有利には400〜600℃での焼成
によって変換する。これらの酸化物を水素または水素含有ガスを使用して、一般
に50〜700℃、有利には100〜400℃で処理することによって還元して
、相応の金属および/または低級の酸化状態の酸化物化合物が得られ、こうして
実用的な触媒活性形に変換する。一般に還元はもはや水が形成されなくなるまで
実施する。
担体材料の存在下に実施できる。また触媒活性成分を、有利には担体材料と同時
に関連の塩溶液から沈殿させることができる。
たは金属化合物を含有する水素添加触媒を使用するのが有利である。触媒活性成
分の他に担体材料を含有する前記の沈殿法触媒とは別に、一般に水素添加に活性
な触媒成分が担体材料上に、例えば含浸によって適用された担体材料も本発明の
方法のために適当である。
方法で実施できる。触媒活性金属は前記の担体材料に、例えば関連の元素の塩ま
たは酸化物の溶液または懸濁液によって含浸させ、乾燥および引き続いての金属
化合物の還元によって相応の金属または低級な酸化状態の化合物に還元剤を、有
利には水素または錯体水素化物を使用することによって適用できる。
される塩、例えば硝酸塩、または容易に熱分解される錯体、例えば触媒活性金属
のカルボニル錯体またはヒドリド錯体の溶液で担体を含浸させ、かつ前記のよう
に含浸させた担体を300〜600℃で、吸着した金属化合物の熱分解に影響す
るように加熱することである。前記の熱分解は、有利には保護ガス雰囲気下で実
施する。適当な保護ガスは、例えば窒素、二酸化炭素、水素または希ガスである
。
せることができる。
重要でない。担体触媒中の触媒活性金属の含有率がより高いと、より低い含有率
の場合よりも高い空時収量が得られる。
は0.5〜40質量%である担体触媒が使用される。これらの含有率の数値は担
体材料を含む全触媒に対するものであるが、種々の担体材料は非常に様々な密度
および比表面積を有するので、含有率は、本発明の方法の結果に悪影響を及ぼさ
なければ規定の範囲より高いかまたは低くてもよい。
147219号およびEP−A0285420号に記載の方法によって適用でき
る。これらの文書に記載される触媒において、触媒活性金属は合金として存在す
る。これらは、例えば前記の金属の塩または錯体での含浸ならびに引き続いての
熱処理および/または還元によって製造される。
よってその場で実施できるが、これらの触媒は有利には使用前に別々に活性化す
る。
ルコニウム、二酸化ケイ素、粘度鉱物、例えばモンモリロナイト、ケイ酸塩、例
えばケイ酸マグネシウムまたはケイ酸アルミニウム、ゼオライト、例えばZSM
−5またはZSM−10ゼオライト、および活性炭素である。有利な担体材料は
酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウムおよび活
性炭素である。種々の担体材料の混合物も本発明の方法で使用されるべき触媒の
ための担体として役に立つことがある。
化ケイ素上のコバルト、酸化アルミニウム上のコバルト、活性炭素上のレニウム
、二酸化ケイ素上のレニウム、活性炭素上のレニウム/スズ、活性炭素上のレニ
ウム/白金、活性炭素上の銅、銅/二酸化ケイ素、銅/酸化アルミニウム、銅ク
ロマイト(copper chromite)、バリウム銅クロマイト、銅/酸化アルミニウム
/酸化マンガン、銅/酸化アルミニウム/酸化亜鉛およびDE−A393233
2号、US−A3449445号、EP−A0044444号、EP−A014
7219号、DE−A3904083号、DE−A2321101号、EP−A
0415202号、DE−A2366264号、EP−A0552463号およ
びEP−A0100406号に記載される触媒である。
ロム、パラジウム、白金またはニッケルを含有する。銅、コバルト、パラジウム
、白金またはレニウムが特に有利である。
オール、THFおよびGBLの比は可変であってよい。例えば生成物のモル比は
:ブタンジオール50〜95モル%、THF2〜40モル%、GBL0.1〜2
0モル%であってよく、その際、1,4−ブタンジオール、THFおよびGBL
のモル分率の合計は100モル%である。所望の生成物の割合は主に水素添加に
おける圧力、温度、滞留時間および触媒のパラメーターによって決定される。従
って、例えばGBL含有率は、水素添加を高圧、低温および長い滞留時間で実施
するのであれば事実上0に低減させてよい。THF含有率は、水素添加触媒が酸
性中心を有する場合には高くてよい。
、n−ブタノール、n−プロパノールおよびコハク酸のエステルおよび吸着アル
コールである。コハク酸エステルのアルコール成分は今までに使用された吸着ア
ルコールおよびブタンジオールの両者であってよい。コハク酸エステルは吸着ア
ルコールと一緒に再循環してよい。
が有利である。本明細書においては、例えば低沸点物、例えばTHFおよび全て
の存在する水、ブタノールまたはプロパノールをまず蒸留塔の頂部で除去し、残
留する生成物のブタンジオールおよびGBLを次いで底部から留去する。主に吸
着アルコールからなる底部を引き続きMA吸着に再循環させる。所望であれば少
量の抽気流(bleed stream)を排出してもよい。
成物ガス流を100℃で約25個の理論段を有し、吸着熱を除去するための中間
冷却器を有する充填塔の底部に導通させた。中間冷却器は約65℃を保持した。
70℃の1,4−シクロヘキサンジメタノールを塔頂にポンプ導入した。87℃
の温度が塔頂で生じ、かつ105℃の温度が塔底で生じた。
ールによって結合された。吸着生成物を引き続き200℃で2.5時間加熱し、
次いで225℃で更に30分間滞留時間容器中で加熱した。エステル化の水を前
記の手順の間に留去した。次いで生成物は水0.19質量%および酸価19.1
mg KOH/gを有した。ポンプ導入可能性を改善するために、生成物を同量
のエチレングリコールジメチルエーテルで希釈し、ジュード−ヒェミーAG(Su
ed-Chemie AG)、ミュンヘンからのCu触媒(T4489)25ml上で連続的
に220℃および220バールで水素添加した(フィード=約20g/h、管型
反応器、ダウンフロー式、再循環無し)。
ールジメチルエーテル以外に70モル%の1,4−ブタンジオール、10モル%
のTHFおよび1モル%未満のGBLを含有していた。残留物は主にn−ブタノ
ールおよびコハク酸のジエステルであった。生成物を蒸留によって後処理し、そ
の際、THF、ブタノール、エチレングリコールジメチルエーテル、GBLおよ
び1,4−ブタンジオールを留去した。底部は主にシクロヘキサンジメタノール
およびコハク酸のジエステルからなっていた。
た。本明細書においては73.5gのMAを177gのヘキサンジオールと反応
させた。後エステル化を200℃および225℃で1時間実施した。エステル化
生成物は0.27質量%の水を含有し、かつ8.3mg KOH/gの酸価を有
していた。生成物を水素添加前に例1に記載のようにエチレングリコールジメチ
ルエーテルで希釈し、水素添加を例1のように実施するが、その際、220バー
ルまたは110バールであった。220バールで無色の水素添加生成物はヘキサ
ンジオールおよびエチレングリコールジメチルエーテル以外に85モル%の1,
4−ブタンジオール、3モル%のTHFおよび約0.2モル%のGBLを含有し
ていた。残留物は主にブタノールおよびコハク酸のジエステルであった。
コールジメチルエーテル以外に68モル%の1,4−ブタンジオール、2モル%
のTHFおよび8モル%のGBLを有していた。残留物は主にブタノールおよび
コハク酸のジエステルであった。
テル化を150℃で3時間実施した。エステル化生成物は0.2%の含水率およ
び49mg KOH/gの酸価を有していた。水素添加は例2に記載のように1
10バールで実施した。ほんの僅かな時間後に、今まで透明であった水素添加生
成物が赤褐色(銅/マンガン)になり、かつ水素添加活性が低下した。
7までのいずれか1項記載の方法。
。次いでモノエステルを含有する流れを一般に160℃〜300℃、有利には1
60℃〜250℃、特に有利には180℃〜240℃の温度で後エステル化する
。反応水は一般に蒸留によって連続的に除去する。滞留時間は通常最大で3時間
、一般に0.1〜3時間、有利には0.2〜2.5時間、特に有利には0.3〜
2時間である。反応水を除去するために、ストリッピング塔において後エステル
化を実施し、かつ水蒸気として遊離した水をストリッピングガスによって除去す
ることもできる。また真空を適用して、反応水を容易に除去することが可能であ
る。別の可能性は水のための共沸剤、例えば芳香族炭化水素を添加することであ
る。エステル化の後の含水率は1質量%未満、有利には0.5質量%未満、特に
有利には0.2質量%未満である。
には80℃〜260℃の温度で、かつ一般に20バール〜350バール、有利に
は40バール〜320バール、特に有利には60バール〜300バールの圧力で
実施する。
Claims (10)
- 【請求項1】 1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフランおよびγ−ブ
チロラクトンを、ブタンを酸化して、無水マレイン酸を含有する生成物流を得て
、生成物流から無水マレイン酸を高沸点アルコールを使用して吸着させ、マレイ
ン酸のモノエステルおよびジエステルならびに高沸点アルコールを含有する液体
吸着生成物を得て、液体吸着生成物の後エステル化をし、かつ後エステル化生成
物を引き続き液相中で水素添加することによって製造する方法において、高沸点
アルコールが大気圧下で約233℃より高い沸点を有する多価アルコールであり
、かつ後エステル化生成物が30mg KOH/g未満の酸価を有し、かつ含水
率が1質量%未満であることを特徴とする1,4−ブタンジオール、テトラヒド
ロフランおよびγ−ブチロラクトンの製造方法。 - 【請求項2】 使用されるアルコールが1,6−ヘキサンジオールまたは1
,4−シクロヘキサンジメタノールである、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 後エステル化を無水マレイン酸の吸着のために使用される装
置中で実施する、請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 後エステル化を160℃〜300℃で実施する、請求項1か
ら3までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 後エステル化を3時間以下の滞留時間で実施する、請求項1
から4までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 水素添加を70℃〜350℃で、かつ20〜350バールの
圧力で実施する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 水素添加を、周期律表の第Ib族、第VIb族、第VIIb
族および第VIIIb族の元素の少なくとも1種の元素を含有する触媒の存在下
に実施する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 水素添加触媒が銅を含有する、請求項7記載の方法。
- 【請求項9】 水素添加生成物中の個々の所望の生成物、すなわち1,4−
ブタンジオール、テトラヒドロフランおよびγ−ブチロラクトンの割合が1,4
−ブタンジオール50〜95モル%、テトラヒドロフラン2〜40モル%ならび
にγ−ブチロラクトン0.1〜20モル%であり、1,4−ブタンジオール、テ
トラヒドロフランおよびγ−ブチロラクトンのモル分率の合計が100モル%で
ある、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 高沸点アルコールを水素添加後に吸着に戻す、請求項1か
ら9までのいずれか1項記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19818340.2 | 1998-04-23 | ||
DE1998118340 DE19818340A1 (de) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus 1,4-Butandiol, Tetrahydrofuran und gamma-Butyrolacton |
PCT/EP1999/002685 WO1999055654A1 (de) | 1998-04-23 | 1999-04-21 | VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON GEMISCHEN AUS 1,4-BUTANDIOL, TETRAHYDROFURAN UND η-BUTYROLACTON |
Publications (2)
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