JP2011207843A - Method for producing alcohol having two or more carbon atoms - Google Patents

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宏司 米原
Masaru Kirishiki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a ≥2C alcohol in high safety, yield and selectivity, enabling industrial production of the alcohol by using carbon dioxide as a raw material without using petroleum-derived raw materials and biomass and solving problems of conventional technique.SOLUTION: There is provided the method for producing the ≥2C alcohol by reacting carbon dioxide with a reducing agent, wherein the method includes a step to reduce carbon dioxide by using a compound containing nitrogen and hydrogen as the reducing agent.

Description

本発明は、炭素数2以上のアルコールの製造方法に関する。より詳しくは、二酸化炭素を原料として工業的に有用な炭素数2以上のアルコールを製造する方法に好適に用いることができる炭素数2以上のアルコールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms. More specifically, the present invention relates to a method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms that can be suitably used in a method for producing an industrially useful alcohol having 2 or more carbon atoms using carbon dioxide as a raw material.

エタノールを始めとする炭素数2以上のアルコールは、化合物合成の原料や溶剤等として広く用いられているが、殆どが石油由来の原料より合成されている。また最近では、石油等の化石燃料の代替燃料として、自動車用等の内燃機関の燃料用にバイオエタノール等のいわゆるバイオアルコール燃料が注目されている。一方で、バイオアルコール燃料は、地球の砂漠化や発展途上国の食糧難を引き起こすことが懸念される樹木やトウモロコシ等を原料にしなければならないという問題を抱えている。そのため、このようなアルコールを工業的に石油由来の原料やバイオマスに因らずに生産することが期待されるところである。 Alcohols having 2 or more carbon atoms such as ethanol are widely used as raw materials and solvents for compound synthesis, but most are synthesized from petroleum-derived raw materials. In recent years, so-called bioalcohol fuels such as bioethanol have attracted attention as fuels for internal combustion engines such as automobiles as alternative fuels for fossil fuels such as petroleum. On the other hand, bioalcohol fuel has the problem that it must be made from raw materials such as trees and corn, which are feared to cause global desertification and food shortages in developing countries. Therefore, it is expected that such alcohol is industrially produced regardless of petroleum-derived raw materials and biomass.

従来のアルコールの製造方法としては、炭化水素の水和反応による合成方法、二酸化炭素の還元による合成方法等、種々の方法が開発されている。そのうち、二酸化炭素の還元による合成方法においては、一般的に水素による還元方法が用いられるが、水素ガスは高圧・可燃ガスであり、工業的な使用には法的な制限を充分に考慮する必要がある。すなわち、水素ガスの使用においては、危険を伴うため、その取り扱いには細心の注意が必要であり、装置もそれに準拠したものを用いなければならない。 As a conventional alcohol production method, various methods such as a synthesis method by hydrocarbon hydration reaction and a synthesis method by reduction of carbon dioxide have been developed. Of these, in the synthesis method by reduction of carbon dioxide, the reduction method by hydrogen is generally used, but hydrogen gas is a high-pressure, combustible gas, and it is necessary to fully consider legal restrictions for industrial use. There is. In other words, since the use of hydrogen gas is dangerous, it must be handled with great care, and equipment conforming to it must be used.

また、鉄、銅、亜鉛、及びカリウムを特定の割合で含む触媒を用いて二酸化炭素を接触水素化するエタノールの製造方法(例えば、特許文献1参照。)や、シリカに担持したロジウム−リチウム触媒、又は、シリカに担持したロジウム−鉄触媒を用いた、二酸化炭素の接触水素化反応により、エタノールが生成すること(例えば、非特許文献1参照。)が開示されている。更に、炭素及び水素を含有する化合物を、または同時に二酸化炭素を供給して、還元された金属触媒に400〜700℃で接触させる第1段反応と、第1段反応の反応混合物を、必要により水を外部から供給して、より低温で反応させることにより、低級アルコールと還元された金属触媒を得る第2段反応とからなる低級アルコールの製造方法の中で、メタン及び二酸化炭素を供給して、還元した酸化鉄触媒に接触させることで、メタノール、エタノール、プロパノールを含む低級アルコールが得られたことが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。また、リン酸触媒を用いたエチレンの水和によってエタノールを製造する方法が開示されている(例えば、非特許文献2参照。)。 In addition, a method for producing ethanol in which carbon dioxide is catalytically hydrogenated using a catalyst containing iron, copper, zinc, and potassium in specific ratios (see, for example, Patent Document 1), and a rhodium-lithium catalyst supported on silica. Alternatively, it is disclosed that ethanol is produced by a catalytic hydrogenation reaction of carbon dioxide using a rhodium-iron catalyst supported on silica (for example, see Non-Patent Document 1). Further, if necessary, a first-stage reaction in which a compound containing carbon and hydrogen or carbon dioxide is supplied at the same time to contact the reduced metal catalyst at 400 to 700 ° C. and a reaction mixture of the first-stage reaction are optionally provided. By supplying water from the outside and reacting at a lower temperature, methane and carbon dioxide are supplied in a method for producing a lower alcohol comprising a second stage reaction in which a lower metal and a reduced metal catalyst are obtained. It is disclosed that lower alcohols containing methanol, ethanol, and propanol were obtained by contacting with a reduced iron oxide catalyst (see, for example, Patent Document 2). Moreover, the method of manufacturing ethanol by the hydration of ethylene using a phosphoric acid catalyst is disclosed (for example, refer nonpatent literature 2).

特許第2685130号公報(第1−2頁)Japanese Patent No. 2685130 (page 1-2) 特開2004−143121号公報(第1−2、9−10頁)JP 2004-143121 A (1-2, 9-10 pages)

草間 仁、荒川 裕則「日本化学会誌」、2001年、第8巻、p.483−485Hitoshi Kusama, Hironori Arakawa “Journal of the Chemical Society of Japan”, 2001, Vol. 8, p. 483-485 15509の化学商品(化学工業日報社)p.429−43215509 Chemical Products (Chemical Industry Daily) p.429-432

炭素数2以上のアルコールの製造方法として、上述のように種々の方法が検討されているが、特許文献1や非特許文献1のように、触媒存在下での二酸化炭素の接触水素化反応による炭素数2以上のアルコールの製造においては、高圧下で水素を用いることが必須となり、その取り扱いや生産設備上の問題点等の課題があり、更には炭素数2以上のアルコールの収率及び選択率も充分なものではなかった。また、特許文献2の方法においても、炭素数2以上のアルコールの収率及び選択率は充分なものではなかった。このように従来から知られている方法は、炭素数2以上のアルコールを製造する際の製造の簡便さや合成の収率及び選択率の点において課題を有している。更に、近年は、バイオエタノールが注目されているが、樹木や食料となる植物等のバイオマスを原料としなければならない課題を抱えている。
ところで、二酸化炭素を原料としてアルコールを工業的に製造することができれば、二酸化炭素の排出規制等の世界的な環境問題の解決に寄与することが期待されるところである。
二酸化炭素を原料として炭素数2以上のアルコールを合成するためには、炭素数を増やす反応(増炭反応)及び還元反応の工程を経なければならず、これを効率よく、かつ、簡便に達成することができるということも課題の1つに挙げることができる。
As described above, various methods have been studied as a method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms. However, as disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, by a catalytic hydrogenation reaction of carbon dioxide in the presence of a catalyst. In the production of alcohols having 2 or more carbon atoms, it is essential to use hydrogen under high pressure, and there are problems such as handling and problems in production facilities. Furthermore, the yield and selection of alcohols having 2 or more carbon atoms The rate was not sufficient. Further, even in the method of Patent Document 2, the yield and selectivity of alcohol having 2 or more carbon atoms are not sufficient. Thus, the conventionally known methods have problems in terms of ease of production, synthesis yield, and selectivity in producing alcohols having 2 or more carbon atoms. Furthermore, in recent years, bioethanol has attracted attention, but it has a problem that it must use biomass such as trees and plants as food.
By the way, if alcohol can be produced industrially using carbon dioxide as a raw material, it is expected to contribute to solving global environmental problems such as carbon dioxide emission regulations.
In order to synthesize alcohol having 2 or more carbon atoms using carbon dioxide as a raw material, it is necessary to go through a process of increasing the number of carbons (carbon increase reaction) and a reduction reaction, and this can be achieved efficiently and simply. One of the problems is that it can be done.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、工業的に石油由来の原料やバイオマスに因らずに二酸化炭素を原料として生産することができると共に、上述した従来技術における課題を解決することができ、高い安全性で、しかも高い収率及び選択性を維持した炭素数2以上のアルコールを製造することができる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and can industrially produce carbon dioxide as a raw material regardless of petroleum-derived raw materials and biomass, and solves the above-described problems in the prior art. It is an object of the present invention to provide a method capable of producing an alcohol having 2 or more carbon atoms that can be produced with high safety and that maintains high yield and selectivity.

本発明者は、炭素数2以上のアルコールを製造する方法の一つとして、二酸化炭素の増炭反応、還元反応による合成に焦点をあて、その合成方法について種々検討し、従来、一般に水素が用いられていた還元剤として他の化合物を適用することができないかという点に着目した。そして、窒素及び水素を含む化合物が還元剤として作用することを見出し、この還元剤を用い、二酸化炭素を反応原料として用いると、温和な反応条件で、炭素数2以上のアルコールを高収率かつ高選択的に製造することができることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法では、還元剤として危険性の高い水素に代えてアンモニア等の窒素及び水素を含む化合物を還元剤として使用するものであることから、従来の二酸化炭素の接触水素化反応による炭素数2以上のアルコールの製造方法に比べ、より安全な化合物を還元剤として使用することから安全性が高く、還元反応を行う装置や輸送等の制約が少ない点において優れる方法であるだけでなく、従来までの二酸化炭素を原料とした炭素数2以上のアルコールの製造方法に比べ、アルコールを収率良く、かつ、選択的に製造することが可能であることから、技術的意義が大きく、工業的に非常に有用な方法であるといえる。
As one of the methods for producing alcohols having 2 or more carbon atoms, the present inventor has focused on the synthesis of carbon dioxide by a carbon increase reaction and a reduction reaction, and has studied various synthesis methods. Conventionally, hydrogen has generally been used. Attention was paid to whether other compounds could be applied as the reducing agent. And it discovered that the compound containing nitrogen and hydrogen acts as a reducing agent, and when using this reducing agent and using carbon dioxide as a reaction raw material, under mild reaction conditions, an alcohol having 2 or more carbon atoms was obtained in a high yield. The present inventors have found that it is possible to manufacture with high selectivity and have conceived that the above-mentioned problems can be solved brilliantly, and have reached the present invention.
In the method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms according to the present invention, a compound containing nitrogen and hydrogen such as ammonia is used as a reducing agent in place of highly dangerous hydrogen as a reducing agent. Compared with the method for producing alcohols having 2 or more carbon atoms by the catalytic hydrogenation reaction, a safer compound is used as a reducing agent, so that the safety is high and it is excellent in that there are few restrictions on the apparatus for carrying out the reduction reaction and transportation. In addition to the conventional method, it is possible to selectively produce alcohol in a high yield and in comparison with the conventional method of producing an alcohol having 2 or more carbon atoms using carbon dioxide as a raw material. It can be said that this method is very useful industrially.

すなわち本発明は、二酸化炭素と還元剤とを反応させて炭素数2以上のアルコールを製造する方法であって、上記製造方法は、窒素及び水素を含む化合物を還元剤として用いて二酸化炭素を還元する工程を含む炭素数2以上のアルコールの製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
That is, the present invention is a method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms by reacting carbon dioxide with a reducing agent, and the production method reduces carbon dioxide using a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent. It is a manufacturing method of C2 or more alcohol including the process to do.
The present invention is described in detail below.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法は、窒素及び水素を含む化合物を還元剤として用いて二酸化炭素を還元する工程を含む限り、その他の工程を含んでいてもよい。 The method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention may include other steps as long as it includes a step of reducing carbon dioxide using a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法においては、反応原料として、二酸化炭素を用いるものであるが、二酸化炭素は、入手が容易であるだけでなく、近年は、工場等から排出される二酸化炭素が問題視され、排出量の低減が求められていることから、排出される二酸化炭素を有用な化合物に転換することができれば、環境問題への対応の点からも好ましく、特に世界的な二酸化炭素排出量規制の問題に対して、本発明は極めて重要な技術的意義を有するものである。二酸化炭素の純度は特に制限はない。 In the method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms according to the present invention, carbon dioxide is used as a reaction raw material, but carbon dioxide is not only easily available but is recently discharged from factories and the like. Since carbon dioxide is regarded as a problem and reduction of emissions is required, if it can be converted into a useful compound, it is preferable from the viewpoint of dealing with environmental problems, especially worldwide. The present invention has extremely important technical significance for the problem of carbon dioxide emission control. The purity of carbon dioxide is not particularly limited.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法は、これまで一般に還元剤として用いられてきた水素に比べて安全性が高い窒素及び水素を含む化合物を還元剤として用いるものであるが、還元剤として用いる窒素及び水素を含む化合物としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、カルバミン酸メチル、カルバミン酸エチル、尿素、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミン類・アミド類;カルバミン酸、カルバミン酸アンモニウム、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、シュウ酸アンモニウム等のカルバミン酸やアンモニウム塩類等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、アンモニア、ヒドラジン、尿素、カルバミン酸、カルバミン酸アンモニウム、カルバミン酸炭酸水素二アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、シュウ酸アンモニウムが好ましい。より好ましくは、アンモニア、尿素、カルバミン酸アンモニウムであり、特に好ましくはアンモニアである。上記窒素及び水素を含む化合物は、下記記載の触媒の選定により、系内で水素を発生し、該水素が還元剤として働くこともでき、また、二酸化炭素が還元されて発生する一酸化炭素やアルカン等も、増炭反応や還元反応に寄与することができる。この場合、反応は一段であってもよく、多段であってもよい。 The method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention uses a compound containing nitrogen and hydrogen, which is safer than hydrogen that has been generally used as a reducing agent, as the reducing agent. Examples of the compound containing nitrogen and hydrogen used as ammonia, hydrazine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, butylamine, methyl carbamate, ethyl carbamate, urea, formamide, N, N- Amines and amides such as dimethylformamide; one or two of carbamic acid, ammonium salts such as carbamic acid, ammonium carbamate, diammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, ammonium oxalate Or more can be used. Among these, ammonia, hydrazine, urea, carbamic acid, ammonium carbamate, diammonium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, and ammonium oxalate are preferable. More preferred are ammonia, urea, and ammonium carbamate, and particularly preferred is ammonia. The compound containing nitrogen and hydrogen generates hydrogen in the system by the selection of the catalyst described below, the hydrogen can also act as a reducing agent, carbon monoxide generated by reduction of carbon dioxide, Alkanes and the like can also contribute to the carbon increase reaction and the reduction reaction. In this case, the reaction may be one-stage or multistage.

上記還元工程においては、二酸化炭素1モルに対して、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物を0.001〜1000モルの割合で用いて還元反応を行うことが好ましい。二酸化炭素1モルに対して、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物が0.001モルより少ないと、還元反応が充分に進行しないおそれがあり、1000モルより多くしても、還元反応で生成する炭素数2以上のアルコールの収率はそれ以上大きく向上せず、還元剤の有効利用の点から好ましくない。より好ましくは、二酸化炭素1モルに対して、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物を0.1〜100モルの割合で用いることであり、更に好ましくは、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物を1〜10モルの割合で用いることである。
なお、二酸化炭素、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物が気体である気相反応の場合には、このようなモル比となるような割合でそれぞれの化合物を流通させて反応を行うことができる。
In the reduction step, it is preferable to perform a reduction reaction using 0.001 to 1000 moles of a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent with respect to 1 mole of carbon dioxide. If there are less than 0.001 mol of nitrogen and hydrogen compounds as reducing agents with respect to 1 mol of carbon dioxide, the reduction reaction may not proceed sufficiently, and even if it exceeds 1000 mol, it is produced by the reduction reaction. The yield of the alcohol having 2 or more carbon atoms does not improve greatly, and is not preferable from the viewpoint of effective use of the reducing agent. More preferably, a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent is used at a ratio of 0.1 to 100 mol with respect to 1 mol of carbon dioxide, and more preferably nitrogen and hydrogen as a reducing agent are included. It is to use a compound in the ratio of 1-10 mol.
In the case of a gas phase reaction in which a compound containing carbon dioxide, nitrogen and hydrogen as a reducing agent is a gas, the reaction may be performed by circulating each compound at such a molar ratio. it can.

上記還元工程における反応が気相反応である場合、二酸化炭素、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物とともに、不活性ガスを流通させて反応を行ってもよい。例えば、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物としてアンモニアを用いた場合、反応系内でカルバミン酸アンモニウムや尿素等が生成し、反応管が閉塞する場合がある。このように、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物の種類によっては、固体の生成物が生成して反応管を閉塞することがあるが、二酸化炭素、還元剤となる窒素及び水素を含む化合物とともに、不活性ガスを流通させることで反応管の閉塞を防止することができる。不活性ガスは流通量を適宜設定して流通させることができる。不活性ガスとしては、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン、メタン、水蒸気等が好ましい。また、反応管を加熱することによりカルバミン酸アンモニウムや尿素等を分解し、閉塞を防ぐことも可能である。 When the reaction in the reduction step is a gas phase reaction, the reaction may be performed by circulating an inert gas together with a compound containing carbon dioxide, nitrogen and hydrogen as a reducing agent. For example, when ammonia is used as a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent, ammonium carbamate, urea, or the like may be generated in the reaction system, and the reaction tube may be blocked. Thus, depending on the type of the compound containing nitrogen and hydrogen as the reducing agent, a solid product may be generated and the reaction tube may be blocked, but the compound containing nitrogen and hydrogen as the reducing agent At the same time, it is possible to prevent the reaction tube from being blocked by flowing an inert gas. The inert gas can be circulated by appropriately setting the circulation amount. As the inert gas, air, nitrogen, helium, argon, methane, water vapor and the like are preferable. Further, heating the reaction tube can decompose ammonium carbamate, urea, and the like, thereby preventing clogging.

上記還元工程は、原料としての水の存在量は特に制限はないが、二酸化炭素に対し、等モル未満の条件下で還元反応を行う工程であることが好ましい。還元反応の系内に一定量以上の水が存在すると、触媒を大きく失活させる恐れがある。水の存在量は、より好ましくは、二酸化炭素1モルに対して0.9モル以下であり、更に好ましくは、0.8モル以下である。 The amount of water as a raw material is not particularly limited in the reduction step, but it is preferably a step of performing a reduction reaction under conditions of less than equimolar with respect to carbon dioxide. If a certain amount or more of water is present in the reduction reaction system, the catalyst may be largely deactivated. The amount of water present is more preferably 0.9 mol or less, and even more preferably 0.8 mol or less with respect to 1 mol of carbon dioxide.

上記本発明の還元工程は、20〜1000℃で行われることが好ましい。このような温度で行うことで、得られる炭素数2以上のアルコールの収率を高めることができる。還元工程は、100〜900℃で行われることがより好ましく、200〜800℃で行われることが更に好ましい。
また、上記還元工程は、0.1〜20MPaの圧力下で行われることが得られる炭素数2以上のアルコールの収率を高める点から好ましい。より好ましくは、0.1〜15MPaの圧力下で行われることである。
また、上記還元工程の時間は、使用する二酸化炭素の量によって適宜設定すればよいが、10分以上行うことが好ましい。10分より短いと、還元反応が充分に進行せず、得られる炭素数2以上のアルコールの収率が低くなるおそれがある。本発明における還元工程は、下記のように触媒を用いて行うことが好ましいが、気相流通反応を行う場合には、触媒が劣化するまで連続的に反応を行うことができ、適宜劣化した触媒の再生を実施することも可能である。
The reduction step of the present invention is preferably performed at 20 to 1000 ° C. By carrying out at such a temperature, the yield of the alcohol having 2 or more carbon atoms can be increased. The reduction step is more preferably performed at 100 to 900 ° C, and further preferably performed at 200 to 800 ° C.
Moreover, the said reduction | restoration process is preferable from the point which raises the yield of C2 or more alcohol obtained by being performed under the pressure of 0.1-20 Mpa. More preferably, it is performed under a pressure of 0.1 to 15 MPa.
The time for the reduction step may be appropriately set depending on the amount of carbon dioxide to be used, but is preferably 10 minutes or longer. If it is shorter than 10 minutes, the reduction reaction does not proceed sufficiently, and the yield of the resulting alcohol having 2 or more carbon atoms may be lowered. The reduction step in the present invention is preferably performed using a catalyst as described below. However, in the case of performing a gas phase flow reaction, the reaction can be continuously performed until the catalyst deteriorates. It is also possible to carry out the reproduction.

上記還元工程は、触媒を用いて行われるものであることが好ましい。還元工程における反応を促進する作用を発揮する触媒を用いることで、還元反応で生成する炭素数2以上のアルコールの収率をより高めることができ、還元剤として窒素及び水素を含む化合物を用いることと相まって、本発明の作用効果を相乗的に際立って優れたものとすることができる。
触媒の使用量としては、二酸化炭素100モル%に対して99〜0.00001モル%であることが好ましい。使用量が0.00001モル%より少ないと、充分な触媒性能を発揮することができないおそれがあり、99モル%より多くしても、それ以上還元反応によって得られる炭素数2以上のアルコールの収率を大きく向上することはできず、触媒の有効利用の点から好ましくない。より好ましくは、二酸化炭素100モル%に対して50〜0.0001モル%であり、更に好ましくは、20〜0.0005モル%である。
流通系の気相反応を行う場合、毎時空間速度(SV)は特に制限はないが、1hr−1以上の条件が通常用いられる。毎時空間速度(SV)とは、毎時反応器を通過する原料の体積(cm/hr)/反応容器中の触媒体積(cm)で定義される値であり、1hr−1以上となるように、二酸化炭素、窒素及び水素を含む化合物、並びに、触媒の量を決定すればよい。
The reduction step is preferably performed using a catalyst. By using a catalyst that exerts the action of promoting the reaction in the reduction step, the yield of the alcohol having 2 or more carbon atoms produced by the reduction reaction can be further increased, and a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent is used. In combination, the effects of the present invention can be made synergistically outstanding.
As a usage-amount of a catalyst, it is preferable that it is 99-0.00001 mol% with respect to 100 mol% of carbon dioxide. If the amount used is less than 0.00001 mol%, sufficient catalytic performance may not be exhibited. Even if the amount used exceeds 99 mol%, the yield of the alcohol having 2 or more carbon atoms obtained by the reduction reaction is further increased. The rate cannot be greatly improved, which is not preferable from the viewpoint of effective utilization of the catalyst. More preferably, it is 50-0.0001 mol% with respect to 100 mol% of carbon dioxide, More preferably, it is 20-0.0005 mol%.
When performing a gas phase reaction in a circulation system, the hourly space velocity (SV) is not particularly limited, but conditions of 1 hr −1 or more are usually used. The hourly space velocity (SV) is a value defined by the volume of raw material passing through the reactor per hour (cm 3 / hr) / the volume of catalyst in the reaction vessel (cm 3 ), and is 1 hr −1 or more. In addition, the amount of the compound containing carbon dioxide, nitrogen and hydrogen, and the amount of the catalyst may be determined.

上記触媒の使用形態としては、触媒を液相に溶解させて行う均一系の形態、若しくは、触媒を液相に懸濁させたり、あるいは、触媒を固相としたりして反応を行う不均一系の形態が挙げられ、また、不均一系の形態としては、液相反応、気相反応のいずれの形態であっても良い。均一系の形態を取る場合には、後述する周期律表の3〜12族の元素を少なくとも1種の元素を含む触媒や周期律表の1〜2族及び/又は13〜17族元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む助触媒となる酸化物、窒化物、硫化物、フッ化物、塩化物、臭化物、硝酸塩化合物、硫酸塩化合物、酢酸塩化合物、アルカリ金属塩化合物、アルカリ土類金属塩化合物、アンモニウム塩化合物、カルボニル化合物、アセチルアセトナート化合物、シュウ酸化合物、リン配位子含有化合物、窒素配位子含有化合物、カルベン配位子含有化合物等が反応溶媒である水または有機溶媒または水含有有機溶媒に溶解すればよい。不均一の形態を取る場合には、触媒の回収・再生・再利用が容易になるばかりでなく、特に気相反応の場合、反応後の気体を回収して再利用することも容易に可能である。 The catalyst may be used in a homogeneous system in which the catalyst is dissolved in the liquid phase, or a heterogeneous system in which the reaction is performed by suspending the catalyst in the liquid phase or using the catalyst as a solid phase. In addition, the heterogeneous form may be either a liquid phase reaction or a gas phase reaction. In the case of taking a homogeneous system, the group 3-12 element of the periodic table described later is composed of a catalyst containing at least one element and the group 1-2 and / or group 13-17 element of the periodic table. Oxides, nitrides, sulfides, fluorides, chlorides, bromides, nitrate compounds, sulfate compounds, acetate compounds, alkali metal salt compounds, alkalis that serve as promoters containing at least one element selected from the group Water or earth metal salt compound, ammonium salt compound, carbonyl compound, acetylacetonate compound, oxalic acid compound, phosphorus ligand-containing compound, nitrogen ligand-containing compound, carbene ligand-containing compound or the like as a reaction solvent What is necessary is just to melt | dissolve in an organic solvent or a water-containing organic solvent. In the case of a non-uniform form, not only is the catalyst recovered, regenerated, or reused, but particularly in the case of a gas phase reaction, the gas after the reaction can be easily recovered and reused. is there.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法において、触媒を用いる場合、二酸化炭素を還元する工程に用いる前に、あらかじめ触媒を還元及び/又は窒化することが好ましい。このようにすることで、本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法に適した触媒活性種を構築することができる。
触媒を還元及び/又は窒化する方法としては特に制限されないが、アルカン、水素及びアンモニアの少なくとも1種を含むガスを用いて還元及び/又は窒化することが好ましい。アルカン、水素及びアンモニアの少なくとも1種を含むガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、メタン、水蒸気等との混合ガスを用いることができ、アルカン、水素及びアンモニアの少なくとも1種を含むガス/不活性ガスを100/1〜0.01/100の割合で含むガスを用いることが好ましい。より好ましくは、水素及びアンモニアの少なくとも1種を含むガス/不活性ガスを50/1〜0.1/100の割合で含むガスである。
還元及び/又は窒化に用いるアルカン、水素及びアンモニアの少なくとも1種を含むガスの量は、触媒100モル%に対して、水素及び/又はアンモニアが0.1〜100000モル%となる量であることが好ましい。より好ましくは、触媒100モル%に対して、水素及び/又はアンモニアが0.5モル%〜10000モル%となる量である。未反応のアルカン及び/又は水素及び/又はアンモニアは回収して再利用することも可能である。
また、触媒の還元及び/又は窒化は、20〜1000℃で行うことが好ましい。より好ましくは、100〜700℃であり、特に好ましくは、100〜600℃である。
触媒を還元及び/又は窒化する時間は、10〜1440分が好ましい。より好ましくは、30〜720分であり、特に好ましくは、60〜300分である。
流通系の気相反応を行う場合、還元及び/又は窒化する毎時空間速度(SV)は特に制限はないが、1hr−1以上の条件が通常用いられ、該SV値をもって本発明の還元反応に適した触媒活性種を構築できるまで触媒の還元及び/又は窒化を行えばよい。
When using a catalyst in the method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention, it is preferable to reduce and / or nitride the catalyst in advance before using it in the step of reducing carbon dioxide. By doing in this way, the catalytically active species suitable for the method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention can be constructed.
The method for reducing and / or nitriding the catalyst is not particularly limited, but it is preferable to reduce and / or nitride using a gas containing at least one of alkane, hydrogen and ammonia. As the gas containing at least one of alkane, hydrogen and ammonia, a mixed gas with nitrogen, helium, argon, methane, water vapor or the like can be used, and the gas / inert containing at least one of alkane, hydrogen and ammonia It is preferable to use a gas containing gas at a ratio of 100/1 to 0.01 / 100. More preferably, the gas contains at least one of hydrogen and ammonia / inert gas at a ratio of 50/1 to 0.1 / 100.
The amount of the gas containing at least one of alkane, hydrogen and ammonia used for reduction and / or nitridation is such that hydrogen and / or ammonia is 0.1 to 100000 mol% with respect to 100 mol% of the catalyst. Is preferred. More preferably, the amount of hydrogen and / or ammonia is 0.5 mol% to 10000 mol% with respect to 100 mol% of the catalyst. Unreacted alkane and / or hydrogen and / or ammonia can be recovered and reused.
Moreover, it is preferable to perform reduction | restoration and / or nitridation of a catalyst at 20-1000 degreeC. More preferably, it is 100-700 degreeC, Most preferably, it is 100-600 degreeC.
The time for reducing and / or nitriding the catalyst is preferably 10 to 1440 minutes. More preferably, it is 30 to 720 minutes, and particularly preferably 60 to 300 minutes.
When performing a gas phase reaction in a flow system, the hourly space velocity (SV) for reduction and / or nitridation is not particularly limited, but a condition of 1 hr −1 or more is usually used, and the SV value is used for the reduction reaction of the present invention. The catalyst may be reduced and / or nitrided until a suitable catalytically active species can be constructed.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法は、周期律表の3〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する化合物を触媒として用いて行われることが好ましい。このような触媒の存在下で反応を行うことで、還元反応によって得られる炭素数2以上のアルコールの収率を充分に高めることができる。これらの中でも、触媒としては、周期律表の4〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する化合物がより好ましい。更に好ましくは、周期律表の5〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する化合物である。触媒は、1種又は2種以上を用いることができる。
なお、ここでいう「族」は、18族長周期型周期律表における族を意味する。
The method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention is preferably carried out using as a catalyst a compound having at least one element selected from the group consisting of elements of Group 3-12 of the periodic table. By performing the reaction in the presence of such a catalyst, the yield of the alcohol having 2 or more carbon atoms obtained by the reduction reaction can be sufficiently increased. Among these, as the catalyst, a compound having at least one element selected from the group consisting of elements of groups 4 to 12 of the periodic table is more preferable. More preferably, it is a compound having at least one element selected from the group consisting of Group 5-12 elements of the Periodic Table. One type or two or more types of catalysts can be used.
The “family” here means a group in the 18-group long periodic table.

本発明における触媒が有する元素としては、上記周期律表の3〜12族の元素の中でも、ランタノイド、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、及び、カドミウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素が好ましい。より好ましくは、ランタノイド、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、最も好ましくは、ランタノイド、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の元素である。タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀及び金からなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する化合物を触媒として用いると、炭素数2以上のアルコールを特に高い収率で得ることができる。
特にニッケルを使用する場合には、それとは異なる他の元素を共存させることがより好ましい。
As an element that the catalyst in the present invention has, among the elements of Group 3-12 of the periodic table, lanthanoid, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, rhenium, iron, At least one element selected from the group consisting of ruthenium, osmium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, gold, zinc, and cadmium is preferred. More preferably, it is selected from the group consisting of lanthanides, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, rhenium, iron, ruthenium, osmium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, gold and zinc. At least one element, most preferably from lanthanides, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, gold and zinc At least one element selected from the group consisting of: Catalyzing a compound having at least one element selected from the group consisting of tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver and gold When used as, an alcohol having 2 or more carbon atoms can be obtained with a particularly high yield.
In particular, when nickel is used, it is more preferable that another element different from that coexists.

また、本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法においては、上記周期律表の1〜2族及び/又は13〜17族元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を助触媒として使用し、更に触媒活性を高めることもできる。助触媒とは、主成分である周期律表の3〜12族の元素が示す触媒作用を強化する作用を持つ補助成分を指す。上記周期律表の1〜2族及び/又は13〜17族元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、錫、鉛、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、硫黄、セレン、テルル、フッ素、塩素及び臭素からなる群より選択される少なくとも1種の元素が好ましい。より好ましくは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、錫、鉛、リン、アンチモン、ビスマス、硫黄、セレン、テルル、フッ素及び塩素からなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、最も好ましくは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、ビスマス、硫黄、セレン、テルル及びフッ素からなる群より選択される少なくとも1種の元素である。
本発明においては、使用する触媒や助触媒によって、得られる炭素数2以上のアルコールの収率や選択率がかわるため、求められる炭素数2以上のアルコールの種類に合わせて、使用する触媒や助触媒を選択することができる。触媒性能が劣化した場合には焼成や上記還元及び/又は窒化等の操作により再生することが可能である。また、気相流通反応の場合、出口ガスを回収し、それを原料として反応を行うこともできる。
Moreover, in the method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention, at least one element selected from the group consisting of elements of groups 1-2 and / or 13-17 of the periodic table is used as a promoter. It can also be used to further increase the catalytic activity. The co-catalyst refers to an auxiliary component that has an action of enhancing the catalytic action of the group 3-12 element of the periodic table as the main component. As at least one element selected from the group consisting of Group 1-2 and / or Group 13-17 of the Periodic Table, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, At least one element selected from the group consisting of barium, boron, aluminum, gallium, indium, thallium, germanium, tin, lead, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, sulfur, selenium, tellurium, fluorine, chlorine and bromine preferable. More preferably, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, boron, aluminum, gallium, indium, thallium, germanium, tin, lead, phosphorus, antimony, bismuth, sulfur, selenium, At least one element selected from the group consisting of tellurium, fluorine and chlorine, most preferably lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, boron, aluminum, gallium, It is at least one element selected from the group consisting of indium, germanium, tin, lead, antimony, bismuth, sulfur, selenium, tellurium and fluorine.
In the present invention, since the yield and selectivity of the alcohol having 2 or more carbon atoms to be obtained vary depending on the catalyst or promoter to be used, the catalyst or assistant to be used is selected according to the type of alcohol having 2 or more carbon atoms required. A catalyst can be selected. When the catalyst performance deteriorates, it can be regenerated by operations such as calcination, reduction and / or nitriding. In the case of a gas phase flow reaction, the outlet gas can be recovered and the reaction can be carried out using it as a raw material.

上記触媒は、触媒に占める周期律表の3〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素の含有量が触媒全体100質量%に対して99〜0.001質量%であることが好ましい。周期律表の3〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素の含有量が0.001質量%より少ないと、充分な触媒性能を発揮することができないおそれがあり、また99質量%より多くても、還元反応によって得られる炭素数2以上のアルコールの収率を大きく向上することはできず、また経済的にも不利となる。より好ましくは、周期律表の3〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素の含有量が触媒全体100質量%に対して50〜0.01質量%であり、更に好ましくは、20〜0.05質量%である。
なお、ここでいう触媒全体とは、下記のように触媒活性種が担体(特に多孔質担体)に担持されたものである場合は、担体も含んだ全体を意味する。
In the catalyst, the content of at least one element selected from the group consisting of Group 3 to 12 elements of the periodic table in the catalyst is 99 to 0.001% by mass with respect to 100% by mass of the entire catalyst. It is preferable. If the content of at least one element selected from the group consisting of Group 3 to 12 elements in the periodic table is less than 0.001% by mass, sufficient catalytic performance may not be exhibited, and Even if it exceeds 99% by mass, the yield of the alcohol having 2 or more carbon atoms obtained by the reduction reaction cannot be greatly improved, and it is economically disadvantageous. More preferably, the content of at least one element selected from the group consisting of Group 3 to 12 elements in the periodic table is 50 to 0.01% by mass with respect to 100% by mass of the entire catalyst, and more preferably. Is 20-0.05 mass%.
In addition, the whole catalyst here means the whole also including a support | carrier, when a catalytically active seed | species is carry | supported by the support | carrier (especially porous support | carrier) as follows.

上記触媒は、触媒活性種が担体、特に多孔質担体に担持されたものであってもよい。
本発明の反応形態に用いられる触媒の中には、担体に担持された形態となることによって、本発明の作用効果を発揮する又は際立って発揮するものがあるため、触媒を担体に担持された形態とすることは、本発明の好ましい実施形態の1つであるといえる。特に、触媒の種類によって担体に担持された形態を選択することが好ましい。例えば、ランタノイド、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛等は、担体に担持された形態とすることによって、本発明において触媒作用が充分に発揮されることになる。
The catalyst may be one in which a catalytically active species is supported on a carrier, particularly a porous carrier.
Among the catalysts used in the reaction mode of the present invention, there are those that exhibit the effects of the present invention or show outstandingly by being in a form supported on a carrier, so the catalyst is supported on a carrier. Forming can be said to be one of the preferred embodiments of the present invention. In particular, it is preferable to select the form supported on the carrier depending on the type of catalyst. For example, lanthanoids, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, rhenium, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, gold, zinc, and the like are supported on a carrier. Thus, the catalytic action is sufficiently exhibited in the present invention.

上記多孔質担体に担持されたものである場合、多孔質担体としては、酸化物、窒化物、硫化物等特に限定はされないが、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、メソ多孔体、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ランタノイド、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化亜鉛、酸化錫、ポリオキソメタレート、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、リン酸バナジウム、リン酸ランタノイド、ハイドロタルサイト、アパタイト、セピオライト、モンモリロナイト、珪藻土、粘土化合物等に代表される酸化物や複合酸化物及び/又はその窒化物や硫化物、活性炭、イオン交換樹脂、有機無機複合化合物等が好適であり、これらの1種又は2種以上を用いることができる。担体を構成する元素は、触媒、助触媒成分と同じであってもよいし異なっていてもよいが、異なる元素であることがより好ましい。担体の形態としては、微粉状、粉状、粒状、顆粒状、ペレット状、押し出し形状、リング状、ハニカム状等どの形態でもよく、担持形態も均一担持、外層担持、内層担持、中心担持等いずれの形態でもよい。 In the case of being supported on the porous carrier, the porous carrier is not particularly limited, such as oxide, nitride, sulfide, etc., but silica, alumina, silica-alumina, zeolite, mesoporous material, lithium oxide , Sodium oxide, potassium oxide, cesium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, lanthanoid oxide, titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, zinc oxide, tin oxide, polyoxometalate, phosphoric acid Oxides and composite oxides such as zinc, aluminum phosphate, vanadium phosphate, lanthanoid phosphate, hydrotalcite, apatite, sepiolite, montmorillonite, diatomaceous earth, clay compounds, etc. and / or their nitrides and sulfides, activated carbon , Ion exchange resins, organic-inorganic composite compounds, etc. , And the can be used alone or in combination of two or more thereof. The elements constituting the carrier may be the same as or different from the catalyst and the promoter component, but are more preferably different elements. The form of the carrier may be any form such as fine powder, powder, granule, granule, pellet, extruded shape, ring shape, honeycomb, etc., and the support form may be uniform support, outer layer support, inner layer support, center support, etc. It may be a form.

上記担体に担持する方法は、沈殿法、共沈法、混錬法、ゲル化法、沈着法、含浸法(平衡吸着法・蒸発乾固法)、イオン交換法、溶融法、展開法、水熱合成法、合金化法、ナノ粒子化法、蒸着法等が挙げられる。例えば、含浸法等で担持に溶媒を用いる場合、触媒活性種となる元素を含む触媒前駆体と担体とを溶媒中で混合し、焼成することにより調製することができる。溶媒は水でも有機溶媒でも水含有有機溶媒でもよく、触媒前駆体を溶解できればよい。触媒調製溶媒やpH、調製圧力、調製温度は、多孔質担体や触媒前駆体の種類等により適宜設定すればよいが、水溶液を使用する場合には、好ましくは、pHを0.5〜14の間に設定した水溶媒もしくは水含有有機溶媒を使用し、0.5〜0.0001MPaにて10〜100℃で調製を行うことである。
焼成温度は、100〜1000℃が好ましい。より好ましくは、200〜900℃である。また、焼成時間は、10〜2880分であることが好ましい。より好ましくは、30〜1440分である。
また、焼成中の気相雰囲気は、空気、窒素、アルゴン、酸素等特に限定されるものではなく、空気中で行ってもよく、水素/窒素を100/1〜0.1/100の割合で含むガス雰囲気下で行ってもよい。
The methods supported on the carrier include precipitation method, coprecipitation method, kneading method, gelation method, deposition method, impregnation method (equilibrium adsorption method / evaporation-drying method), ion exchange method, melting method, development method, water Examples thereof include a thermal synthesis method, an alloying method, a nanoparticle formation method, and a vapor deposition method. For example, when a solvent is used for loading in the impregnation method or the like, it can be prepared by mixing a catalyst precursor containing an element that becomes a catalytically active species and a carrier in a solvent and firing. The solvent may be water, an organic solvent or a water-containing organic solvent as long as it can dissolve the catalyst precursor. The catalyst preparation solvent, pH, preparation pressure, and preparation temperature may be appropriately set depending on the kind of the porous carrier and catalyst precursor, but when using an aqueous solution, the pH is preferably 0.5 to 14. The preparation is performed at 10 to 100 ° C. at 0.5 to 0.0001 MPa using a water solvent or a water-containing organic solvent set in between.
The firing temperature is preferably 100 to 1000 ° C. More preferably, it is 200-900 degreeC. The firing time is preferably 10 to 2880 minutes. More preferably, it is 30 to 1440 minutes.
In addition, the gas phase atmosphere during firing is not particularly limited, such as air, nitrogen, argon, oxygen, etc., and may be performed in air, with hydrogen / nitrogen at a ratio of 100/1 to 0.1 / 100. You may carry out in the gas atmosphere containing.

上記触媒前駆体としては、上記周期律表の3〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素等のような触媒活性を発揮する元素の酸化物、窒化物、硫化物、フッ化物、塩化物、臭化物、硝酸塩化合物、硫酸塩化合物、酢酸塩化合物、アルカリ金属塩化合物、アルカリ土類金属塩化合物、アンモニウム塩化合物、カルボニル化合物、アセチルアセトナート化合物、シュウ酸化合物、リン配位子含有化合物、窒素配位子含有化合物、カルベン配位子含有化合物等を用いることが好ましい。これらの中でも、酸化物、窒化物、フッ化物、硝酸塩化合物、硫酸塩化合物、酢酸塩化合物、アルカリ金属塩化合物、アルカリ土類金属塩化合物、アンモニウム塩化合物、カルボニル化合物、アセチルアセトナート化合物、シュウ酸化合物等がより好ましい。 Examples of the catalyst precursor include oxides, nitrides, sulfides of elements that exhibit catalytic activity, such as at least one element selected from the group consisting of Group 3-12 elements of the Periodic Table. Fluoride, chloride, bromide, nitrate compound, sulfate compound, acetate compound, alkali metal salt compound, alkaline earth metal salt compound, ammonium salt compound, carbonyl compound, acetylacetonate compound, oxalate compound, phosphorus coordination It is preferable to use a child-containing compound, a nitrogen ligand-containing compound, a carbene ligand-containing compound, or the like. Among these, oxides, nitrides, fluorides, nitrate compounds, sulfate compounds, acetate compounds, alkali metal salt compounds, alkaline earth metal salt compounds, ammonium salt compounds, carbonyl compounds, acetylacetonate compounds, oxalic acid More preferred are compounds.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法において、二酸化炭素が還元されて生成する炭素数2以上のアルコールは、還元剤として用いられる窒素及び水素を含む化合物や、触媒の種類、反応条件等によって異なるが、中でも、炭素数2〜12のアルコールであることが好ましく、より好ましくは、炭素数1〜6のアルコールである。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオールである。 In the method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention, the alcohol having 2 or more carbon atoms produced by reduction of carbon dioxide is a compound containing nitrogen and hydrogen used as a reducing agent, the type of catalyst, reaction conditions, etc. Of these, alcohols having 2 to 12 carbon atoms are preferable, and alcohols having 1 to 6 carbon atoms are more preferable. Specifically, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, pentanol, hexanol, ethylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, and hexanediol.

本発明の炭素数2以上のアルコールの製造方法は、上述の構成よりなり、排出量の削減が求められている二酸化炭素を原料とし、更に還元剤として、これまで一般に用いられてきた水素よりも安全性が高く、取り扱いの容易な窒素及び水素を含む化合物を用いて炭素数2以上のアルコールを収率良く製造することができる方法であることから、炭素数2以上のアルコールの製造方法として好適に用いることのできる方法である。 The method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms of the present invention has the above-described configuration, and uses carbon dioxide, which is required to reduce the emission amount, as a raw material, and further, as a reducing agent, compared to hydrogen that has been generally used so far. Since it is a method that can produce an alcohol having 2 or more carbon atoms in a high yield using a compound containing nitrogen and hydrogen that is highly safe and easy to handle, it is suitable as a method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms. This is a method that can be used.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Note that “%” means “mass%” unless otherwise specified.

触媒の調製例1(10%Ru−13%Cs/Al
ルテニウム含有率4.6%の硝酸ルテニウム水溶液22gにγ−アルミナ(BET比表面積103m/g)の粉体(9g)を加えて、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ乾固した後、90〜120℃で乾燥を行った。その後、300℃で1時間、5vol%水素/窒素ガスを用いて水素還元を行い、10%Ru/Alを得た(触媒A)。次に、硝酸セシウムを用いて、Cs/Ru=1(モル比)になるように水容液を調製し、ここに触媒Aを加えてロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ乾固した後、400℃で4時間、5vol%水素/窒素ガスを用いて水素還元を実施した。得られた粉体をプレス機で圧縮した後破砕して、ふるいに掛けて粒径を0.7〜1.0mmとし、10%Ru−13%Cs/Alを得た。
Catalyst Preparation Example 1 (10% Ru-13% Cs / Al 2 O 3 )
A powder (9 g) of γ-alumina (BET specific surface area 103 m 2 / g) was added to 22 g of a ruthenium nitrate aqueous solution having a ruthenium content of 4.6%, and water was evaporated to dryness using a rotary evaporator. Drying was performed at ˜120 ° C. Thereafter, hydrogen reduction was performed at 300 ° C. for 1 hour using 5 vol% hydrogen / nitrogen gas to obtain 10% Ru / Al 2 O 3 (catalyst A). Next, using cesium nitrate, an aqueous solution was prepared so that Cs / Ru = 1 (molar ratio), catalyst A was added thereto, and water was evaporated to dryness using a rotary evaporator. Hydrogen reduction was carried out at 400 ° C. for 4 hours using 5 vol% hydrogen / nitrogen gas. The obtained powder was compressed by a press and then crushed and sieved to a particle size of 0.7 to 1.0 mm to obtain 10% Ru-13% Cs / Al 2 O 3 .

触媒の調製例2(10%Ir/Al
イリジウムアセチルアセトナート(2.5g)を溶解させたテトラヒドロフラン溶液に粒径0.7〜1.0mmのAl(9g:空気雰囲気下950℃で10時間焼成)を加えて、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ乾固した。得られた固体を空気雰囲気下、400℃で3時間焼成し、10%Ir/Alを得た。
Catalyst Preparation Example 2 (10% Ir / Al 2 O 3 )
To a tetrahydrofuran solution in which iridium acetylacetonate (2.5 g) was dissolved, Al 2 O 3 having a particle size of 0.7 to 1.0 mm (9 g: calcined at 950 ° C. for 10 hours in an air atmosphere) was added. The water was evaporated to dryness. The obtained solid was calcined at 400 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain 10% Ir / Al 2 O 3 .

触媒の調製例3(10%Pd/Al
硝酸パラジウム(2.2g)を溶解させた純水に粒径0.7〜1.0mmのAl(9g:空気雰囲気下950℃で10時間焼成)を加えて、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ乾固した。得られた固体を空気雰囲気下、400℃で3時間焼成し、10%Pd/Alを得た。
Catalyst Preparation Example 3 (10% Pd / Al 2 O 3 )
Al 2 O 3 (9 g: calcined at 950 ° C. for 10 hours in an air atmosphere) having a particle size of 0.7 to 1.0 mm was added to pure water in which palladium nitrate (2.2 g) was dissolved, and a rotary evaporator was used. Water was evaporated to dryness. The obtained solid was fired at 400 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain 10% Pd / Al 2 O 3 .

触媒の調製例4(10%Rh/SiO−Al
ドデカカルボニルテトラロジウム(1.8g)を溶解させたテトラヒドロフラン溶液に粒径0.7〜1.0mmのSiO−Al(9g)を加えて、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ乾固した。得られた固体を空気雰囲気下、400℃で3時間焼成し、10%Rh/SiO−Alを得た。
Catalyst Preparation Example 4 (10% Rh / SiO 2 —Al 2 O 3 )
SiO 2 —Al 2 O 3 (9 g) having a particle size of 0.7 to 1.0 mm is added to a tetrahydrofuran solution in which dodecacarbonyltetrarhodium (1.8 g) is dissolved, and water is evaporated to dryness using a rotary evaporator. Solidified. The obtained solid was fired at 400 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain 10% Rh / SiO 2 —Al 2 O 3 .

触媒の調製例5(5%Rh/MgO)
ドデカカルボニルテトラロジウム(0.9g)を溶解させたテトラヒドロフラン溶液に塩基性炭酸マグネシウム粉体(20g)を加えて、ロータリーエバポレーターを用いて水を蒸発させ乾固した。得られた固体を空気雰囲気下、400℃で3時間焼成した。これをプレス機で圧縮した後破砕し、ふるいに掛けて粒径を0.7〜1.0mmとして、5%Rh/MgOを得た。
Catalyst Preparation Example 5 (5% Rh / MgO)
Basic magnesium carbonate powder (20 g) was added to a tetrahydrofuran solution in which dodecacarbonyltetrarhodium (0.9 g) was dissolved, and water was evaporated to dryness using a rotary evaporator. The obtained solid was calcined at 400 ° C. for 3 hours in an air atmosphere. This was compressed by a press and then crushed and sieved to a particle size of 0.7 to 1.0 mm to obtain 5% Rh / MgO.

触媒の調製例6(CuO/ZnO/Al
下記公知文献に従って調製した。
M. Saito、T. Fujitani、M. Takeuchi、T. Watanabe、「ジャーナル オブ モレキュラー キャタリシス A: ケミカル(Journal of Molecular Catalysis A: Chemical)」、(蘭国)、1996年、第138巻、p.311−318
これらの触媒、及び、CuO/ZnO/Alを表1に示すように、それぞれ触媒(1)〜(6)とする。
Catalyst Preparation Example 6 (CuO / ZnO / Al 2 O 3 )
It was prepared according to the following known literature.
M. Saito, T. Fujitani, M. Takeuchi, T. Watanabe, "Journal of Molecular Catalysis A: Chemical", (Rankoku), 1996, Vol. 311-318
As shown in Table 1, these catalysts and CuO / ZnO / Al 2 O 3 are referred to as catalysts (1) to (6), respectively.

Figure 2011207843
Figure 2011207843

実施例1
5/8インチ反応管(長さ41cm)の最下部にデミスター及びガラスウールを詰め、石英砂を高さ20.5cmとなるまで加え、ガラスウールを詰めた。続いて10%Ru−13%Cs/Al触媒を高さ4.8cmとなるように加えてガラスウールを詰め、更に石英砂を11cmとなるように加えてガラスウールを詰めた。触媒層部分には1/16インチ管に入った熱電対を差し込み、内温を測定できるようにした。上記反応管を電気炉に入れ、常圧(1atm、0.1MPa)で窒素100mL/分、水素10mL/分を流通させながら1時間かけて400℃まで昇温し、更に同温度で2時間保持して触媒の還元操作を行った。還元終了後、窒素及び水素の流通を止め、常圧でアンモニア200mL/分、二酸化炭素100mL/分を400℃で1時間流通して反応を行った(SV=1000h−1)。反応管の出口から出てくる気体を市ノ瀬式洗浄瓶内の純水(150mL)に通し、更に30%硫酸水溶液(150mL)に通した後に得られた気体を100mL捕集瓶により捕集した。市ノ瀬式洗浄瓶内の純水をFID型ガスクロマトグラフで分析したところ、メタノール19μmol、エタノール119μmol、アセトニトリル36μmolが検出された。また、捕集した気体をTCD型ガスクロマトグラフで分析したところ、水素55mmol、メタン29mmol、一酸化炭素0.36mmolが検出された。
Example 1
The bottom of a 5/8 inch reaction tube (length 41 cm) was filled with demister and glass wool, quartz sand was added to a height of 20.5 cm, and glass wool was filled. Subsequently, 10% Ru-13% Cs / Al 2 O 3 catalyst was added to a height of 4.8 cm and filled with glass wool, and quartz sand was further added to a height of 11 cm and filled with glass wool. A thermocouple in a 1/16 inch tube was inserted into the catalyst layer so that the internal temperature could be measured. The above reaction tube is put into an electric furnace, heated to 400 ° C. over 1 hour while circulating 100 mL / min of nitrogen and 10 mL / min of hydrogen at normal pressure (1 atm, 0.1 MPa), and further maintained at the same temperature for 2 hours. Then, the catalyst was reduced. After the reduction, the nitrogen and hydrogen flow was stopped, and the reaction was carried out by flowing 200 mL / min of ammonia and 100 mL / min of carbon dioxide at 400 ° C. for 1 hour at normal pressure (SV = 1000 h −1 ). The gas that emerged from the outlet of the reaction tube was passed through pure water (150 mL) in an Ichinose-type washing bottle and further passed through a 30% aqueous sulfuric acid solution (150 mL), and the gas obtained was collected by a 100 mL collection bottle. When pure water in the Ichinose-type washing bottle was analyzed by an FID type gas chromatograph, 19 μmol of methanol, 119 μmol of ethanol, and 36 μmol of acetonitrile were detected. Further, when the collected gas was analyzed by a TCD gas chromatograph, 55 mmol of hydrogen, 29 mmol of methane, and 0.36 mmol of carbon monoxide were detected.

実施例2
触媒を10%Ir/Alとし、常圧でアンモニア200mL/分、二酸化炭素100mL/分、窒素100mL/分を400℃で1時間流通した以外は、実施例1に従って反応を実施した。市ノ瀬式洗浄瓶内の純水をFID型ガスクロマトグラフで分析したところ、エタノール110μmolが検出された。また、捕集した気体をTCD型ガスクロマトグラフで分析したところ、水素6.1mmol、メタン5.3mmolが検出された。
Example 2
The reaction was carried out according to Example 1 except that the catalyst was 10% Ir / Al 2 O 3 and 200 mL / min of ammonia, 100 mL / min of carbon dioxide and 100 mL / min of nitrogen were passed at 400 ° C. for 1 hour at normal pressure. When pure water in the Ichinose-type washing bottle was analyzed by an FID type gas chromatograph, 110 μmol of ethanol was detected. Further, when the collected gas was analyzed by a TCD gas chromatograph, 6.1 mmol of hydrogen and 5.3 mmol of methane were detected.

実施例3
触媒を10%Pd/Alとし、常圧でアンモニア200mL/分、二酸化炭素100mL/分、窒素100mL/分を400℃で1時間流通した以外は、実施例1に従って反応を実施した。市ノ瀬式洗浄瓶内の純水をFID型ガスクロマトグラフで分析したところ、メタノール11μmol、エタノール44μmolが検出された。また、捕集した気体をTCD型ガスクロマトグラフで分析したところ、水素0.3mmol、メタン1.6mmolが検出された。
Example 3
The reaction was carried out according to Example 1, except that the catalyst was 10% Pd / Al 2 O 3 and 200 mL / min of ammonia, 100 mL / min of carbon dioxide, and 100 mL / min of nitrogen were passed at 400 ° C. for 1 hour at normal pressure. When pure water in the Ichinose-type washing bottle was analyzed by an FID type gas chromatograph, 11 μmol of methanol and 44 μmol of ethanol were detected. Further, when the collected gas was analyzed by a TCD gas chromatograph, 0.3 mmol of hydrogen and 1.6 mmol of methane were detected.

実施例4
触媒を10%Rh/SiO−Alとし、常圧でアンモニア200mL/分、二酸化炭素100mL/分、窒素100mL/分を400℃で1時間流通した以外は、実施例1に従って反応を実施した。市ノ瀬式洗浄瓶内の純水をFID型ガスクロマトグラフで分析したところ、エタノール14μmolが検出された。また、捕集した気体をTCD型ガスクロマトグラフで分析したところ、水素8.5mmol、メタン0.64mmol、一酸化炭素5.9μmolが検出された。
Example 4
The reaction was carried out in accordance with Example 1 except that the catalyst was 10% Rh / SiO 2 -Al 2 O 3 and 200 mL / min of ammonia, 100 mL / min of carbon dioxide and 100 mL / min of nitrogen were passed at 400 ° C. for 1 hour at normal pressure. Carried out. When pure water in the Ichinose-type washing bottle was analyzed by an FID type gas chromatograph, 14 μmol of ethanol was detected. Further, when the collected gas was analyzed by a TCD gas chromatograph, 8.5 mmol of hydrogen, 0.64 mmol of methane, and 5.9 μmol of carbon monoxide were detected.

実施例5
触媒を5%Rh/MgOとし、常圧でアンモニア200mL/分、二酸化炭素100mL/分、窒素100mL/分を400℃で1時間流通した以外は、実施例1に従って反応を実施した。市ノ瀬式洗浄瓶内の純水をFID型ガスクロマトグラフで分析したところ、エタノール150μmolが検出された。また、捕集した気体をTCD型ガスクロマトグラフで分析したところ、水素4.7mmol、一酸化炭素4.1μmolが検出された。
Example 5
The reaction was carried out according to Example 1 except that the catalyst was 5% Rh / MgO, and 200 mL / min of ammonia, 100 mL / min of carbon dioxide, and 100 mL / min of nitrogen were passed at 400 ° C. for 1 hour at normal pressure. When pure water in the Ichinose-type washing bottle was analyzed by an FID type gas chromatograph, 150 μmol of ethanol was detected. Further, when the collected gas was analyzed by a TCD gas chromatograph, 4.7 mmol of hydrogen and 4.1 μmol of carbon monoxide were detected.

比較例1
還元温度を250℃とし、触媒をCuO/ZnO/Alとして、常圧で二酸化炭素90mL/分、水素30mL/分を250℃で1時間流通した以外は、実施例1に従って反応を実施した。市ノ瀬式洗浄瓶内の純水をFID型ガスクロマトグラフで分析したところ、メタノール、エタノール、アセトニトリルは検出されなかった。また、捕集した気体をTCD型ガスクロマトグラフで分析したところ、メタンや一酸化炭素は検出されなかった。
実施例1〜5、比較例1の結果を表2に示す。表2中、NDは、検出されなかったことを表す。
Comparative Example 1
The reaction was carried out according to Example 1 except that the reduction temperature was 250 ° C., the catalyst was CuO / ZnO / Al 2 O 3 , and 90 mL / min of carbon dioxide at normal pressure and 30 mL / min of hydrogen were passed at 250 ° C. for 1 hour. did. When pure water in the Ichinose-type washing bottle was analyzed by an FID type gas chromatograph, methanol, ethanol and acetonitrile were not detected. Further, when the collected gas was analyzed by a TCD gas chromatograph, methane and carbon monoxide were not detected.
The results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 are shown in Table 2. In Table 2, ND represents that it was not detected.

Figure 2011207843
Figure 2011207843

表2の結果から、アンモニアを還元剤として、常圧で二酸化炭素を還元して、炭素数2以上のアルコールを得ることが可能であることが確認された。一方、水素を還元剤とした場合には、常圧では二酸化炭素を還元することはできなかった。 From the results in Table 2, it was confirmed that it was possible to obtain alcohol having 2 or more carbon atoms by reducing carbon dioxide at normal pressure using ammonia as a reducing agent. On the other hand, when hydrogen was used as the reducing agent, carbon dioxide could not be reduced at normal pressure.

Claims (2)

二酸化炭素と還元剤とを反応させて炭素数2以上のアルコールを製造する方法であって、
該製造方法は、窒素及び水素を含む化合物を還元剤として用いて二酸化炭素を還元する工程を含むことを特徴とする炭素数2以上のアルコールの製造方法。
A method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms by reacting carbon dioxide with a reducing agent,
The method for producing an alcohol having 2 or more carbon atoms, comprising a step of reducing carbon dioxide using a compound containing nitrogen and hydrogen as a reducing agent.
前記還元工程は、周期律表の3〜12族の元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する化合物を触媒として用いて行われることを特徴とする請求項1に記載の炭素数2以上のアルコールの製造方法。


2. The carbon number according to claim 1, wherein the reduction step is performed using as a catalyst a compound having at least one element selected from the group consisting of elements of Group 3 to 12 of the periodic table. A method for producing two or more alcohols.


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