JP2012211100A - Method and catalyst for producing methanol - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing methanol, which causes a low degree of a decrease in activity even if a small amount of water, carbon dioxide and the like exists in a raw material, thereby obtaining the methanol stably at low temperature and low pressure and upon continuous reaction.SOLUTION: In the method for producing the methanol, the reaction of a raw material gas that contains carbon monoxide and hydrogen is conducted in the presence of an alcohol as a solvent by using a catalyst. An alkali metal formate, or the homogeneous catalyst, and a solid catalyst that contains copper, aluminum and alkali metal are used as the catalyst.

Description

本発明は、メタノールの製造方法、及び、メタノール製造用触媒に関する。さらに詳しくは、一酸化炭素と水素からメタノールを製造する際に、高効率で生成物を得るメタノールの製造方法、及び、活性の高いメタノール製造用触媒に関する。   The present invention relates to a method for producing methanol and a catalyst for producing methanol. More specifically, the present invention relates to a methanol production method for obtaining a product with high efficiency when producing methanol from carbon monoxide and hydrogen, and a highly active catalyst for methanol production.

一般的に、工業的にメタノールを合成する際には、メタンを主成分とする天然ガスを水蒸気改質して得られる一酸化炭素と水素(合成ガス)を原料とし、銅・亜鉛系等の触媒を用いて固定床気相法にて、200〜300℃、5〜25MPaという厳しい条件で合成される(例えば、非特許文献1等、参照)。反応機構としては以下に示すように、二酸化炭素の水素化により、メタノール、水が生成し、次いで生成水が一酸化炭素と反応し二酸化炭素と水素が生成(水性ガスシフト反応)する逐次反応であるとする説が一般的に受け入れられている。   Generally, when industrially synthesizing methanol, carbon monoxide and hydrogen (synthetic gas) obtained by steam reforming natural gas mainly composed of methane are used as raw materials, and copper, zinc-based, etc. The catalyst is synthesized in a fixed bed gas phase method under severe conditions of 200 to 300 ° C. and 5 to 25 MPa (see, for example, Non-Patent Document 1). As shown below, the reaction mechanism is a sequential reaction in which methanol and water are produced by hydrogenation of carbon dioxide, and then the produced water reacts with carbon monoxide to produce carbon dioxide and hydrogen (water gas shift reaction). The theory is generally accepted.

CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O (1)
H2O + CO → CO2 + H2 (2)
CO + 2H2 → CH3OH (3)
本反応は発熱反応であるが、気相法では熱伝導が悪いために、効率的な抜熱が困難であることから、反応器通過時の転化率を低く抑えて、未反応の高圧原料ガスをリサイクルするという効率に難点のあるプロセスとなっている。しかし、合成ガス中に含まれる、水、二酸化炭素による反応阻害は受けにくいという長所を活かして、様々なプラントが稼働中である。
CO 2 + 3H 2 → CH 3 OH + H 2 O (1)
H 2 O + CO → CO 2 + H 2 (2)
CO + 2H 2 → CH 3 OH (3)
Although this reaction is an exothermic reaction, it is difficult to remove heat efficiently due to poor heat conduction in the gas phase method, so the conversion rate when passing through the reactor is kept low, and unreacted high-pressure raw material gas Recycling is a difficult process in terms of efficiency. However, taking advantage of the fact that reaction inhibition by water and carbon dioxide contained in synthesis gas is difficult, various plants are in operation.

一方、液相でメタノールを合成して、抜熱速度を向上させる様々の方法が検討されている。中でも、低温(100〜180℃程度)で活性の高い触媒を用いる方法は、熱力学的にも生成系に有利であり、注目を集めている(例えば、非特許文献2等、参照)。使用される触媒はアルカリ金属アルコキサイドであるが、これらの方法では、合成ガス中に必ず含有される水、二酸化炭素による活性低下が報告され、何れも実用には至っていない(非特許文献3)。これは活性の高いアルカリ金属アルコキサイドが反応中に、低活性で安定なギ酸塩等に変化するためである。活性低下を防ぐためにはppbオーダーまで、原料ガス中の水、二酸化炭素を除去する必要があるが、そのような前処理を行うとコストが高くなり現実的ではない。   On the other hand, various methods for improving the heat removal rate by synthesizing methanol in a liquid phase have been studied. Among them, a method using a catalyst having high activity at a low temperature (about 100 to 180 ° C.) is thermodynamically advantageous for the production system, and has attracted attention (for example, see Non-Patent Document 2, etc.). The catalyst used is an alkali metal alkoxide, but these methods have reported a decrease in activity due to water and carbon dioxide that are always contained in the synthesis gas, and none of them have been put into practical use (Non-patent Document 3). This is because a highly active alkali metal alkoxide is converted into a low activity and stable formate during the reaction. In order to prevent the decrease in activity, it is necessary to remove water and carbon dioxide in the raw material gas up to the ppb order. However, such pretreatment increases the cost and is not realistic.

そのため、水、二酸化炭素による活性低下が小さい触媒が検討されており、例えば、アルカリ金属系触媒とアルカリ土類金属系触媒の一方又は双方を水素化分解触媒と共存させて使用する系が見出された(例えば、特許文献1参照)。特許文献1においては、水素化分解触媒としてはCu/Mn、Cu/Re等が有効であると記載されている。また、更に活性が高い水素化分解触媒として、Cu/MgOが見出されており、活性の経時劣化が少ない触媒として炭酸Na、ギ酸NaなどのNaを助触媒としてCu/MgOに担持したCu/MgO-Naが見出されている(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, a catalyst having a small decrease in activity due to water and carbon dioxide has been studied. For example, a system in which one or both of an alkali metal catalyst and an alkaline earth metal catalyst coexist with a hydrocracking catalyst has been found. (For example, see Patent Document 1). Patent Document 1 describes that Cu / Mn, Cu / Re, and the like are effective as a hydrocracking catalyst. Further, Cu / MgO has been found as a more highly active hydrocracking catalyst, and Cu / MgO supported on Cu / MgO as a co-catalyst such as Na carbonate and Na formate as a catalyst with little deterioration with time of activity. MgO-Na has been found (see, for example, Patent Document 2).

特開2001-862701JP2001-862701 特開2007-216178JP2007-216178

J. C. J. Bart et al., Catal. Today, 2, 1 (1987)J. C. J. Bart et al., Catal. Today, 2, 1 (1987) 大山聖一, PETROTECH, 18(1), 27 (1995)Seiichi Oyama, PETROTECH, 18 (1), 27 (1995) S. Ohyama, Applied Catalysis A: General, 180, 217 (1999)S. Ohyama, Applied Catalysis A: General, 180, 217 (1999)

本発明は、活性の経時劣化を更に低減することを目的とするものであり、メタノールの合成原料ガス中に二酸化炭素、水等が少量混在しても触媒の活性低下の度合いが低く、かつ、低温、低圧でギ酸エステル及びメタノールを合成することが可能な触媒及び液相でのメタノールの合成方法を提供するものである。   The present invention aims to further reduce the deterioration of activity over time, and even if a small amount of carbon dioxide, water, etc. are mixed in the methanol synthesis raw material gas, the degree of catalyst activity decrease is low, and A catalyst capable of synthesizing formate and methanol at low temperature and low pressure and a method for synthesizing methanol in a liquid phase are provided.

本発明の特徴とするところは、以下に記す通りである。   The features of the present invention are as described below.

(1) 一酸化炭素及び水素を含む原料ガスと、溶媒としてのアルコールの存在下で、触媒を使用して反応を行い、ギ酸エステルを経由するメタノールの製造方法であって、前記触媒は、均一系触媒と固体触媒とからなり、前記均一系触媒はアルカリ金属ギ酸塩を含有し、前記固体触媒は銅、アルミナ、及びアルカリ金属を含有することを特徴とするメタノールの製造方法。   (1) A method for producing methanol via a formate by performing a reaction using a catalyst in the presence of a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen and an alcohol as a solvent, wherein the catalyst is homogeneous A method for producing methanol, comprising: a system catalyst and a solid catalyst, wherein the homogeneous catalyst contains an alkali metal formate, and the solid catalyst contains copper, alumina, and an alkali metal.

(2) 前記均一系触媒のアルカリ金属ギ酸塩は、ギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムであることを特徴とする(1)に記載のメタノールの製造方法。   (2) The method for producing methanol according to (1), wherein the alkali metal formate of the homogeneous catalyst is sodium formate or potassium formate.

(3) 前記固体触媒に含有されるアルカリ金属は、炭酸ナトリウム又はギ酸ナトリウムとして含有されていることを特徴とする(1)または(2)に記載のメタノールの製造方法。   (3) The method for producing methanol according to (1) or (2), wherein the alkali metal contained in the solid catalyst is contained as sodium carbonate or sodium formate.

(4) 前記固体触媒は、共沈法により生成した銅およびアルミニウムを含有する沈殿物を、乾燥及び焼成して得られた銅及びアルミナからなる固体に、アルカリ金属塩を含浸法で担持してなる固体触媒であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のメタノールの製造方法。   (4) The solid catalyst comprises an alkali metal salt supported by an impregnation method on a solid comprising copper and alumina obtained by drying and calcining a precipitate containing copper and aluminum produced by a coprecipitation method. The method for producing methanol according to any one of (1) to (3), wherein the method is a solid catalyst.

(5) 前記沈殿物は、水素イオン濃度をpH=8〜11の範囲で一定に保ちながら共沈法により生成されたものであることを特徴とする(4)に記載のメタノールの製造方法。   (5) The method for producing methanol according to (4), wherein the precipitate is produced by a coprecipitation method while keeping a hydrogen ion concentration constant in a range of pH = 8 to 11.

(6) 前記触媒に、更に水素化分解触媒を共存させることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のメタノールの製造方法。   (6) The method for producing methanol according to any one of (1) to (5), wherein a hydrocracking catalyst is allowed to coexist with the catalyst.

(7) (1)〜(6)のいずれかに記載のメタノールの製造方法において、メタノールを生成した後に未反応のギ酸エステルと生成したメタノールとを反応系から分離した後、当該分離後のギ酸エステルとメタノールに水素化分解触媒を加えて、ギ酸エステルを水素化してさらにメタノールを製造することを特徴とするメタノールの製造方法。   (7) In the method for producing methanol according to any one of (1) to (6), after separating methanol from the unreacted formic acid ester and the generated methanol after producing methanol, the separated formic acid A method for producing methanol, comprising adding a hydrocracking catalyst to an ester and methanol to hydrogenate the formate ester to further produce methanol.

(8) (1)〜(6)のいずれかに記載のメタノールの製造方法において、メタノールを生成した後に未反応のギ酸エステルと生成したメタノールとの混合物より該ギ酸エステルを、反応系から分離した後、当該分離後のギ酸エステルに、水素化分解触媒を加えて、ギ酸エステルを水素化してさらにメタノールを製造することを特徴とするメタノールの製造方法。   (8) In the method for producing methanol according to any one of (1) to (6), after the methanol is formed, the formate is separated from the reaction system from a mixture of unreacted formate and generated methanol. Then, a hydrogenolysis catalyst is added to the formate ester after the separation, and the formate ester is hydrogenated to further produce methanol.

(9) 前記アルコール類が第一級アルコールであることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載のメタノールの製造方法。   (9) The method for producing methanol according to any one of (1) to (8), wherein the alcohol is a primary alcohol.

(10) 一酸化炭素及び水素を含む原料ガスと、溶媒としてのアルコールの存在下で、ギ酸エステルとメタノールを生成する際に使用するメタノール製造用触媒であって、アルカリ金属ギ酸塩と、固体触媒とからなり、前記固体触媒は、銅及びアルミナを含有する固体にアルカリ金属が担持されてなることを特徴とするメタノール製造用触媒。   (10) A catalyst for producing methanol used in the production of a formate ester and methanol in the presence of a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen and an alcohol as a solvent, comprising an alkali metal formate and a solid catalyst A catalyst for methanol production, wherein the solid catalyst comprises an alkali metal supported on a solid containing copper and alumina.

(11) 前記アルカリ金属ギ酸塩はギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムであり、前記銅及びアルミナからなる固体に炭酸ナトリウム又はギ酸ナトリウムが担持されていることを特徴とする(10)に記載のメタノール製造用触媒。   (11) The catalyst for methanol production according to (10), wherein the alkali metal formate is sodium formate or potassium formate, and sodium carbonate or sodium formate is supported on the solid composed of copper and alumina. .

本発明における、均一系触媒のアルカリ金属ギ酸塩と、Cu、Al2O3、及びアルカリ金属を含有する固体触媒とを共存させた系で、合成原料ガスである、一酸化炭素及び水素から溶媒アルコールの存在下でメタノールを製造すると、低温、低圧で連続反応において安定的にメタノールを高効率で合成することが可能となる。また、合成原料ガス中に水、二酸化炭素等が少量混在しても触媒の活性低下の度合いが低いため安価でメタノールを製造することが可能となる。 In the present invention, in a system in which an alkali metal formate of a homogeneous catalyst and a solid catalyst containing Cu, Al 2 O 3 , and an alkali metal coexist, a solvent from carbon monoxide and hydrogen, which is a synthetic raw material gas When methanol is produced in the presence of alcohol, methanol can be stably synthesized with high efficiency in a continuous reaction at low temperature and low pressure. Further, even if a small amount of water, carbon dioxide, or the like is mixed in the synthetic raw material gas, the degree of decrease in the activity of the catalyst is low, so that methanol can be produced at a low cost.

本発明の低温液相メタノール合成を実施する反応装置である。1 is a reactor for carrying out the low-temperature liquid phase methanol synthesis of the present invention. 実施例1に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。2 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Example 1. FIG. 実施例2に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。2 is a change with time of the CO conversion rate in the reaction described in Example 2. FIG. 実施例3に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。4 is a change with time of the CO conversion rate in the reaction described in Example 3. FIG. 実施例4に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。4 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Example 4. FIG. 実施例5に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。4 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Example 5. FIG. 実施例6に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。6 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Example 6. FIG. 実施例7に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。4 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Example 7. FIG. 実施例8に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。4 is a change with time of CO conversion in the reaction described in Example 8. FIG. 実施例9に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。2 is a change with time of CO conversion in the reaction described in Example 9. FIG. 比較例1に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。3 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Comparative Example 1. FIG. 比較例2に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。3 is a change with time of the CO conversion rate in the reaction described in Comparative Example 2. FIG. 比較例3に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。3 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Comparative Example 3. FIG. 比較例4に記載の反応におけるCO転化率の経時変化である。3 is a change with time in CO conversion in the reaction described in Comparative Example 4. FIG.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明者らは、鋭意検討した結果、触媒及び溶媒を反応器に仕込み原料ガスを供給する半回分式の連続反応において均一系触媒のアルカリ金属ギ酸塩に加えて、Cu、Al2O3、及びアルカリ金属を含有する触媒を用いると、一酸化炭素、二酸化炭素の少なくともいずれか、及び水素とアルコール類からメタノールの製造において、高収率で安定的に製造可能であることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention added Cu and Al 2 O 3 in addition to the alkali metal formate of a homogeneous catalyst in a semi-batch continuous reaction in which a catalyst and a solvent are charged into a reactor and a raw material gas is supplied. And a catalyst containing an alkali metal, it has been found that it can be stably produced at a high yield in the production of methanol from at least one of carbon monoxide and carbon dioxide, and hydrogen and alcohols. It came to.

本発明におけるギ酸エステル、そしてメタノールの製造方法は、次の反応式に基づくものと推定される(アルコール類が鎖状または脂環式炭化水素類に水酸基が付いたものである場合を例にとって示す)。   The production method of formate ester and methanol in the present invention is presumed to be based on the following reaction formula (an example in which the alcohol is a chain or alicyclic hydrocarbon having a hydroxyl group attached thereto) ).

ROH+CO→HCOOR (4)
HCOOR+2H2→CH3OH+ROH (5)
(ここでRはアルキル基を示す)
ただし、反応系に水が存在する場合は次に示す反応式に基づいて進行する場合もあると考えられ、前記反応式と並行してギ酸エステルまたはメタノールが生成するものと推定される。
ROH + CO → HCOOR (4)
HCOOR + 2H 2 → CH 3 OH + ROH (5)
(Where R represents an alkyl group)
However, when water is present in the reaction system, it is considered that the reaction may proceed based on the following reaction formula, and it is estimated that formate or methanol is generated in parallel with the reaction formula.

CO+H2O →CO2+H2 (6)
CO2+H2+R-OH →HCOOR+H2O (7)
HCOOR+2H2 →CH3OH+R-OH (8)
したがって、メタノールの製造原料は、一酸化炭素と水素、二酸化炭素と水素の、少なくともいずれかであり、アルコール類は回収、再利用しうる。式(4)で示した反応には均一系触媒のアルカリ金属ギ酸塩、又は反応中にアルカリ金属ギ酸塩に変化し得るアルカリ金属系触媒が触媒作用を示し、式(5)で示した反応には水素化分解触媒が触媒作用を示す。本発明方法によれば、原料ガス中に水、二酸化炭素が、少量存在していても、触媒の活性低下は小さい。
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (6)
CO 2 + H 2 + R-OH → HCOOR + H 2 O (7)
HCOOR + 2H 2 → CH 3 OH + R-OH (8)
Therefore, the raw material for producing methanol is at least one of carbon monoxide and hydrogen, carbon dioxide and hydrogen, and alcohols can be recovered and reused. In the reaction represented by the formula (4), an alkali metal formate of a homogeneous catalyst or an alkali metal catalyst that can be converted into an alkali metal formate during the reaction exhibits a catalytic action, and the reaction represented by the formula (5) The hydrocracking catalyst is catalytic. According to the method of the present invention, even if a small amount of water and carbon dioxide are present in the raw material gas, the decrease in the activity of the catalyst is small.

例えば、図1に示すような反応プロセスで連続的にメタノールを製造し得る。半回分式反応器2に、アルカリ金属ギ酸塩からなる均一系触媒に加えてCuとAl2O3を含有する固体触媒を溶媒アルコールと共に仕込み、一酸化炭素ガスと水素ガスを主体とする合成ガス1を供給する。反応器出口の生成物(ギ酸エステル、メタノール)と未反応ガスの混合物3を冷却器4で冷却し、未反応ガス5、ギ酸エステルとアルコールの液体混合物6に分離する。後者は次段に設置した蒸留塔7においてギ酸エステル8、メタノール9に分離する。転化率が低い場合は未反応ガス5を再度半回分式反応器2に供給することも可能であるが、高収率で得られる場合は未反応ガスを合成ガス製造の熱源(燃料)として利用する。 For example, methanol can be continuously produced by a reaction process as shown in FIG. The semi-batch reactor 2 is charged with a solid catalyst containing Cu and Al 2 O 3 in addition to a homogeneous catalyst composed of alkali metal formate, together with solvent alcohol, and a synthesis gas mainly composed of carbon monoxide gas and hydrogen gas. Supply one. The product 3 at the outlet of the reactor (formate ester, methanol) and the unreacted gas mixture 3 is cooled by the cooler 4 and separated into the unreacted gas 5 and the liquid mixture 6 of formate ester and alcohol. The latter is separated into formate ester 8 and methanol 9 in distillation column 7 installed in the next stage. When the conversion rate is low, it is possible to supply the unreacted gas 5 to the semi-batch reactor 2 again, but when it is obtained in high yield, the unreacted gas is used as a heat source (fuel) for synthesis gas production. To do.

均一系触媒のアルカリ金属ギ酸塩としてはギ酸カリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸セシウム、ギ酸ルビジウム等が挙げられる。特にギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムを用いると触媒活性が高くなり好ましい。   Examples of the alkali metal formate of the homogeneous catalyst include potassium formate, sodium formate, cesium formate, and rubidium formate. In particular, it is preferable to use sodium formate or potassium formate because the catalytic activity is increased.

また、アルカリ金属ギ酸塩に替えて、反応中にギ酸塩の形態を取り得るアルカリ金属系触媒を用いても良く、反応仕込み時の形態は特に限定されない。   Moreover, it may replace with an alkali metal formate and may use the alkali metal catalyst which can take the form of a formate during reaction, and the form at the time of reaction preparation is not specifically limited.

このようなアルカリ金属系触媒としては、例えば炭酸カリウムやカリウムメトキサイドが挙げられる。炭酸カリウムを用いた場合、以下に示す反応でギ酸カリウムに変化していると推察される。他の形態で仕込んだ場合も、安定なギ酸塩に変化するものと推察される。   Examples of such an alkali metal catalyst include potassium carbonate and potassium methoxide. When potassium carbonate is used, it is presumed that it has changed to potassium formate by the reaction shown below. When charged in other forms, it is presumed to change to a stable formate.

K2CO3+H2O→2KOH+CO2 (9)
KOH+CO→HCOOK (10)
上記アルカリ金属ギ酸塩あるいはアルカリ金属ギ酸塩に変化し得るアルカリ金属系触媒と共存させる固体触媒は、たとえば、Cu/Al2O3/アルカリ金属等である。アルカリ金属成分をCu/Al2O3に担持することで安定性が向上する。アルカリ金属は、好ましくはNaである。Na成分の化学形態は限定されないが、例えば、HCOONa、Na2CO3を担持したCu/Al2O3/HCOONa、Cu/Al2O3/Na2CO3は好結果が得られやすい。ただし、担持したアルカリ金属成分の一部は溶媒のアルコールに溶解する可能性があり、溶解したアルカリ金属成分はアルコールへのCO挿入反応に活性を示す均一系触媒となり得る。このような場合には、アルカリ金属ギ酸塩からなる均一系触媒を使用せずともメタノールの製造が可能である。
K 2 CO 3 + H 2 O → 2KOH + CO 2 (9)
KOH + CO → HCOOK (10)
Examples of the solid catalyst that coexists with the alkali metal formate or the alkali metal catalyst that can be changed to the alkali metal formate include Cu / Al 2 O 3 / alkali metal. The stability is improved by supporting the alkali metal component on Cu / Al 2 O 3 . The alkali metal is preferably Na. Chemical form of Na component is not limited, for example, HCOONa, Na 2 carries a CO 3 was Cu / Al 2 O 3 / HCOONa , Cu / Al 2 O 3 / Na 2 CO 3 easy obtained good results. However, a part of the supported alkali metal component may be dissolved in the solvent alcohol, and the dissolved alkali metal component can be a homogeneous catalyst showing activity in the CO insertion reaction into the alcohol. In such a case, methanol can be produced without using a homogeneous catalyst composed of alkali metal formate.

Cu/Al2O3の調製は、含浸法、沈殿法、ゾルゲル法、共沈法、イオン交換法、混練法、蒸発乾固法などの通常の方法によれば良く、特に限定されるものではないが、共沈法によると好結果が得られやすい。 The preparation of Cu / Al 2 O 3 may be performed by a usual method such as an impregnation method, a precipitation method, a sol-gel method, a coprecipitation method, an ion exchange method, a kneading method, and an evaporation to dryness method, and is not particularly limited. Although it is not, good results are easily obtained by the coprecipitation method.

共沈法での触媒調製は、Cu、Al成分のプレカーサーを溶解した水溶液と、沈殿剤を溶解した水溶液を調製し、これらを混合することで沈殿物を得るものである。Cu、Al成分のプレカーサーとしては水に溶解するものであれば良く、例えば、硝酸銅三水和物、硝酸アルミニウム九水和物を使用することができる。また、共沈法で調製する際に一定に保つpHによって、CO転化率は大きく異なる。Cu/Al2O3を調製する際のpHは8〜11が好ましく、より好ましくは8〜10であり、更に好ましくは9〜10である。使用する沈殿剤としてはNa2CO3が好ましい。ただし、pHが11を超える範囲に設定する場合は、沈殿剤としてNa2CO3を使用すると、沈殿剤としての使用量が著しく増加する為、経済的でない。得られる沈殿物の化学形態は、Cu、Al成分の水酸化物と推定され、得られた沈殿物は乾燥、焼成することが必要である。乾燥は沈殿物から水分を除去可能な条件であれば良く、条件は限定されるものではないが、例えば、120℃-10hの条件にて実施することが可能である。焼成の条件も特に限定されるものではないが、例えば、空気中400℃-2hの条件にて実施することが可能である。これら乾燥、焼成を実施することによって、Al成分は比表面積の大きいAl2O3の形態をとり、Cu成分は高分散しているものと推定される。Cu成分についても、焼成工程後は同様に酸化物の形態をとっていると考えられる。 In the catalyst preparation by the coprecipitation method, an aqueous solution in which a precursor of Cu and Al components is dissolved and an aqueous solution in which a precipitant is dissolved are prepared, and these are mixed to obtain a precipitate. The precursor of the Cu and Al components may be any precursor that dissolves in water. For example, copper nitrate trihydrate or aluminum nitrate nonahydrate can be used. In addition, the CO conversion rate varies greatly depending on the pH that is kept constant during preparation by the coprecipitation method. The pH for preparing Cu / Al 2 O 3 is preferably 8 to 11, more preferably 8 to 10, and further preferably 9 to 10. Na 2 CO 3 is preferred as the precipitant used. However, when the pH is set in a range exceeding 11, if Na 2 CO 3 is used as the precipitating agent, the amount used as the precipitating agent is remarkably increased, which is not economical. The chemical form of the obtained precipitate is presumed to be a hydroxide of Cu and Al components, and the obtained precipitate needs to be dried and fired. The drying may be performed under conditions that can remove moisture from the precipitate, and the conditions are not limited. For example, the drying can be performed at 120 ° C. for 10 hours. There are no particular limitations on the firing conditions, but for example, the firing can be carried out in air at 400 ° C. for 2 hours. By performing these drying and firing, it is presumed that the Al component takes the form of Al 2 O 3 having a large specific surface area, and the Cu component is highly dispersed. The Cu component is also considered to be in the form of an oxide after the firing step.

Cu/Al2O3へのNa成分の担持方法は、特に限定されるものではないが、含浸法又は蒸発乾固法によると好結果が得られやすい。Cu/Al2O3に対するNa成分の担持量は、効果を発現する最低量以上であり、特に限定されることは無いが、0.1〜60mass%の範囲が好ましく、より好ましくは1〜40mass%であり、更に好ましくは3〜30mass%である。また、担持するNa成分の塩としてはギ酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどが好ましい。これらNa成分は反応溶媒によっては溶出することもあるが、溶出しないで固体触媒上に存在するものもあり、助触媒としての機能を発現していると推定される。一方、Na塩を担持しないCu/ Al2O3では低活性であり連続反応において活性の経時劣化が見られる。よって、アルカリ金属の添加効果は、活性向上と活性低下抑制にある。Na塩をCu/Al2O3に担持することによる活性低下抑制効果の発現メカニズムについては不明であるが、活性向上効果は以下のように推定される。 The method of supporting the Na component on Cu / Al 2 O 3 is not particularly limited, but good results are easily obtained by the impregnation method or the evaporation to dryness method. The amount of the Na component supported with respect to Cu / Al 2 O 3 is not less than the minimum amount that exhibits the effect, and is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 60 mass%, more preferably 1 to 40 mass%. Yes, more preferably 3 to 30 mass%. Further, sodium formate, sodium carbonate and the like are preferable as the salt of the Na component to be supported. These Na components may be eluted depending on the reaction solvent, but some of them are present on the solid catalyst without being eluted, and it is presumed that they function as a promoter. On the other hand, Cu / Al 2 O 3 which does not carry Na salt has low activity, and degradation of activity over time is observed in continuous reaction. Therefore, the addition effect of the alkali metal is in activity improvement and activity reduction suppression. Although the expression mechanism of the activity lowering suppression effect by loading Na salt on Cu / Al 2 O 3 is unknown, the activity improving effect is estimated as follows.

Cu/Al2O3に担持されるNa、K等のアルカリ金属は、均一系触媒としてアルコールへのCO挿入反応(式(4))に活性を示す触媒成分であり、ギ酸エステルの水素化分解反応(式(5))に活性を示すCu/Al2O3への担持によって、これら反応の活性点が近接するため効率的に反応が進行するものと考えられる。即ち、固体触媒上のNa等のアルカリ金属が活性点となり上記CO挿入反応によってギ酸エステルが生成し、該ギ酸エステルが近接するCu/Al2O3の活性点において水素化分解されることでメタノールが効率的に生成するものと推定される。 Alkali metals such as Na and K supported on Cu / Al 2 O 3 are catalytic components that are active in the CO insertion reaction into alcohol (formula (4)) as homogeneous catalysts, and hydrogenolysis of formate esters. It is considered that the reaction proceeds efficiently because the active sites of these reactions are close to each other by the support on Cu / Al 2 O 3 which shows activity in the reaction (formula (5)). That is, an alkali metal such as Na on the solid catalyst becomes an active site to produce a formate ester by the above CO insertion reaction, and the formate ester is hydrocracked at an adjacent active site of Cu / Al 2 O 3 to produce methanol. Is estimated to be generated efficiently.

アルカリ金属ギ酸塩以外の化学形態で添加する場合においても、Na、K等のアルカリ金属成分は反応系内において式(4)に活性を示す化学形態をとるため同様の効果が発現するものと推察される。従って、最も効果の大きいNaの他に、化学的に同様の性質を示すK、Cs、Rb等のアルカリ金属においても同様の効果が得られる。   Even when added in a chemical form other than alkali metal formate, it is assumed that alkali metal components such as Na and K take the chemical form showing activity in formula (4) in the reaction system, so that the same effect is exhibited. Is done. Therefore, in addition to Na, which has the greatest effect, the same effect can be obtained with alkali metals such as K, Cs, and Rb that exhibit chemically similar properties.

上記の固体触媒は反応前に還元処理して活性化する必要があり、例えば、水素流通下400℃で処理することで実施される。還元処理によって酸化銅が金属銅に変化し、金属銅が水素化分解反応の活性点として反応に寄与しているものと推定される。   The above-mentioned solid catalyst needs to be activated by reduction treatment before the reaction. For example, it is carried out by treating at 400 ° C. under a hydrogen flow. It is presumed that copper oxide is changed to metallic copper by the reduction treatment, and metallic copper contributes to the reaction as an active site of the hydrogenolysis reaction.

上述のCu、Al、及びアルカリ金属を含有する固体触媒は、主に生成ギ酸エステルの水素化分解において触媒作用を示すが、溶媒アルコールへのCO挿入反応にも触媒作用を示す。従って、均一系触媒としてアルカリ金属ギ酸塩を使用しなくても、固体触媒のみでメタノールを製造することが可能である。ただし、均一系触媒を使用する場合と比較すると著しく反応活性が低い。   The above-described solid catalyst containing Cu, Al, and alkali metal mainly exhibits a catalytic action in the hydrogenolysis of the produced formate ester, but also exhibits a catalytic action in a CO insertion reaction into a solvent alcohol. Therefore, it is possible to produce methanol using only a solid catalyst without using an alkali metal formate as a homogeneous catalyst. However, the reaction activity is remarkably low as compared with the case of using a homogeneous catalyst.

反応に用いるアルコール類としては、鎖状または脂環式炭化水素類に水酸基が付いたものの他、フェノール及びその置換体、更には、チオール及びその置換体でも良い。これらアルコール類は、第一級、第二級および第三級のいずれでもよいが、反応効率等の点からは第1級アルコールが好ましく、メチルアルコール、エチルアルコール等の低級アルコールが最も一般的である。   The alcohol used in the reaction may be a chain or alicyclic hydrocarbon having a hydroxyl group, a phenol and a substituted product thereof, or a thiol and a substituted product thereof. These alcohols may be any of primary, secondary and tertiary, but primary alcohols are preferred from the viewpoint of reaction efficiency, etc., and lower alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol are the most common. is there.

反応は、液相、気相のいずれでも行うことができるが、温和な条件を選定しうる系を採用することができる。具体的には、温度70〜250℃、圧力3〜100気圧(3〜100×1013.25hPa)が好適な条件であり、より好ましくは温度120〜200℃、圧力15〜80気圧(15〜80×1013.25hPa)であるが、これらに限定されない。アルコール類は、反応が進行する程度の量があればよいが、それ以上の量を溶媒として用いることもできる。また、上記反応に際してアルコール類の他に、適宜有機溶媒を併せて用いることができる。   The reaction can be carried out in either the liquid phase or the gas phase, but a system in which mild conditions can be selected can be employed. Specifically, a temperature of 70 to 250 ° C. and a pressure of 3 to 100 atm (3 to 100 × 1013.25 hPa) are suitable conditions, and more preferably a temperature of 120 to 200 ° C. and a pressure of 15 to 80 atm (15 to 80 × 1013.25 hPa), but not limited thereto. Alcohols only need to have such an amount that the reaction proceeds, but more than that can be used as a solvent. In the above reaction, in addition to alcohols, an organic solvent can be used as appropriate.

得られるギ酸エステルは、蒸留等の常法により精製することができるが、ギ酸エステル、メタノールの混合物より、そのままメタノールの製造に供することもできる。すなわち、ギ酸エステルを水素化分解してメタノールを製造しうる。   The resulting formic acid ester can be purified by a conventional method such as distillation, but can also be directly used for the production of methanol from a mixture of formic acid ester and methanol. That is, methanol can be produced by hydrogenolysis of formate.

水素化分解には水素化分解触媒が用いられ、たとえばCu、Pt、Ni、Co、Ru、Pd系の一般的な水素化分解触媒を用いることができるが、Cu/Al2O3系触媒のみを使用することもできる。原料ガスとアルコール類からギ酸エステルとメタノールを生成させる前記反応系にこれらの一般的な水素化分解触媒を共存させておくことにより、メタノール選択率を増加させ効率良くメタノールを製造することも可能である。 Hydrocracking catalysts are used for hydrocracking. For example, common hydrocracking catalysts such as Cu, Pt, Ni, Co, Ru, and Pd can be used, but only Cu / Al 2 O 3 based catalysts can be used. Can also be used. By making these general hydrocracking catalysts coexist in the reaction system for producing formate and methanol from the raw material gas and alcohol, it is possible to increase methanol selectivity and efficiently produce methanol. is there.

また、ギ酸エステル選択率が高い反応条件において、一段階でメタノールを製造することが困難な場合は、反応で得られた生成物を反応系から蒸留法等で分離した後、該生成物中のギ酸エステルを水素化分解触媒および水素を共存させて、水素化分解してさらにメタノールを得ることも可能である。このようにして生成したギ酸エステルとメタノールの混合物を更に水素化分解触媒と接触させ、混合物中のギ酸エステルをメタノールに変換することでメタノール収率を向上させることもできる。   In addition, when it is difficult to produce methanol in one step under the reaction conditions with high formate ester selectivity, the product obtained in the reaction is separated from the reaction system by distillation or the like, It is also possible to hydrogenate the formate ester in the presence of a hydrocracking catalyst and hydrogen to further obtain methanol. The methanol yield can also be improved by bringing the mixture of formate ester and methanol thus produced into contact with a hydrocracking catalyst and converting the formate ester in the mixture into methanol.

この水素化分解反応は、ギ酸エステル、メタノールを含む生成物を分離操作を実施しないで得られた生成物をそのまま原料として実施しても良く、ギ酸エステル、メタノールを含む生成物から分離したギ酸エステルを主成分とする化合物について実施しても良い。   This hydrocracking reaction may be carried out using the product obtained without carrying out the separation operation of the product containing formate ester and methanol as it is as the raw material, or the formate ester separated from the product containing formate ester and methanol. You may implement about the compound which has as a main component.

本発明の触媒を用いた方法では、原料ガス中の炭素源としてはCO2のみでもメタノールを得ることができるが、COのみの場合と比較すると活性は著しく低い。また、炭素源としてCOを主成分とする原料ガス中に含有されるCO2、H2O濃度は、低いほど高収率でメタノールを得ることができるが、それぞれ1%程度含有しても、CO転化率、メタノール収率への影響は小さい。しかし、それ以上の濃度で含有するとCO転化率、メタノール収率は低下する。 In the method using the catalyst of the present invention, methanol can be obtained even if only CO 2 is used as the carbon source in the raw material gas, but the activity is remarkably lower than in the case of using only CO. Moreover, the lower the concentration of CO 2 and H 2 O contained in the source gas containing CO as a main component as a carbon source, the higher the yield of methanol can be obtained. The effect on CO conversion and methanol yield is small. However, if it is contained at a concentration higher than that, the CO conversion rate and the methanol yield decrease.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

以下の実施例および比較例に記載したCO転化率は次に示す式により算出した。   The CO conversion rates described in the following examples and comparative examples were calculated by the following formula.

CO転化率(%)=[1−(反応後に回収されたCOモル数)/(供給したCOモル数)]×100
(実施例1)
内容積100mlのオートクレーブを用い、この中に、溶媒としてメタノール27.8mlを添加し、更に、均一系触媒のギ酸カリウム:10mmolを添加し、更に、Cu(NO3)2・3H2O:10.4g、Al(NO3)3・9H2O:16.1gを原料として、沈殿剤としてNa2CO3:70.0gを用いpH=9.7に保ちながら共沈法により沈殿物を得た後、乾燥、焼成処理してCu/Al2O3を調製し、これにCu/Al2O3(還元後の触媒重量)に対してHCOONaを9.0mass%となるように含浸担持して調製した固体触媒のCu/ Al2O3/HCOONaを水素還元処理後に3g添加し、その後、合成ガス(CO 30.0vol%、H2 60.0vol%、Arバランス)を60ml/minで供給し、160℃-4.2MPaの条件で連続反応を行った。
CO conversion rate (%) = [1− (number of moles of CO recovered after reaction) / (number of moles of supplied CO)] × 100
(Example 1)
Using an autoclave with an internal volume of 100 ml, add 27.8 ml of methanol as a solvent, and further add 10 mmol of homogeneous catalyst potassium formate: Furthermore, Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O: 10.4 g , Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O: 16.1 g as raw material, Na 2 CO 3 : 70.0 g as a precipitant, and a precipitate obtained by coprecipitation while maintaining pH = 9.7, then dried and calcined Cu / Al 2 O 3 was prepared by treatment, and Cu / Al 2 O 3 (the weight of the catalyst after reduction) was impregnated with HCOONa so as to be 9.0 mass%. 3 g of Al 2 O 3 / HCOONa is added after hydrogen reduction treatment, then synthesis gas (CO 30.0 vol%, H 2 60.0 vol%, Ar balance) is supplied at 60 ml / min, and the condition is 160 ° C-4.2 MPa A continuous reaction was carried out.

オートクレーブ出口のガス組成、反応生成物はガスクロマトグラフで分析した。CO転化率の経時変化を図2に示す。後述の比較例1に示すCu/MgOX/HCOONa(Xは化学的に許容し得る値)を使用した場合と比較して、CO転化率は安定しており、触媒量/原料ガス供給量が比較的小さい本条件においても、40%強の安定したCO転化率が得られた。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は89%/11%であった。
(実施例2)
共沈法によりCu/Al2O3を調製する際のpHを8.5に設定する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図3に示す。CO転化率は40%弱と、実施例1と比較すると低下したが、同様に安定した結果が得られた。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は90%/10%であった。
(実施例3)
共沈法によりCu/Al2O3を調製する際のpHを10.1に設定する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図4に示す。CO転化率は20%程度と、実施例1、2と比較すると低下したが、同様に安定した結果が得られた。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は36%/64%であった。
(実施例4)
Al2O3(触媒学会参照触媒:JRC-ALO-1)を用い、Cu(NO3)2・3H2O を原料とした蒸発乾固法でCu/Al2O3を調製する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図5に示す。CO転化率は10%程度と、実施例1、2と比較すると著しく低下したが、安定した結果が得られた。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は6%/94%であった。
(実施例5)
Al2O3(触媒学会参照触媒:JRC-ALO-1)のスラリーに、pH=9.7に保ちながらCu(NO3)2・3H2O を滴下する沈殿法でCu/Al2O3を調製する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図6に示す。CO転化率は20%程度と、実施例1、2、4と比較すると低下したが、同様に安定した結果が得られた。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は72%/28%であった。
(実施例6)
合成ガス(CO 30.0vol%、H2 60.0vol%、Arバランス)の供給量を30ml/minとする他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図7に示す。実施例1と比較するとCO転化率は増加し、約70%であった。
(実施例7)
Cu/ Al2O3/HCOONaに替えて、Cu/Al2O3に対してNa2CO3を9.0mass%となるように含浸担持して調製した固体触媒のCu/ Al2O3/ Na2CO3を使用する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図8に示す。HCOONaを担持した場合と比較すると若干CO転化率は低いものの、安定した結果が得られた。
(実施例8)
ギ酸カリウム10mmolの代わりにギ酸ナトリウム10mmolを添加する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図9に示す。ギ酸カリウムを使用する場合と比較すると若干CO転化率は低いものの、安定した結果が得られた。
(実施例9)
合成ガス(CO 30.0vol%、H2 60.0vol%、CO2 1.0vol%、Arバランス)を原料として使用する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図10に示す。CO転化率は半分程度に低減したが、安定した結果が得られた。
(比較例1)
Cu/Al2O3/HCOONaの代わりにCu/MgOX/HCOONa(Xは化学的に許容し得る値)を使用する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図11に示す。実施例1に記載のCu/Al2O3/HCOONaと比較すると、CO転化率の経時変化では40%強から40%弱に低下し大きくなった。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は91%/9%であった。
(比較例2)
Cu/Al2O3/HCOONaの代わりにCu/CeOX/HCOONa(Xは化学的に許容し得る値)を使用する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図12に示す。実施例1に記載のCu/Al2O3/HCOONaと比較すると、経時変化は安定しているがCO転化率は20%以下と減少した。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は65%/35%であった。
(比較例3)
Cu/Al2O3/HCOONaの代わりにCu/ZrO2/HCOONaを使用する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図13に示す。実施例1に記載のCu/Al2O3/HCOONaと比較すると、経時変化は安定しているがCO転化率は20%以下と減少した。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は50%/50%であった。
(比較例4)
Cu/Al2O3/HCOONaの代わりにHCOONaを含浸しないCu/Al2O3を使用する他は、実施例1に記載の方法で反応を行った。CO転化率の経時変化を図14に示す。実施例1と比較すると低活性であり、CO転化率の経時低下も大きくなった。また、生成物中のメタノール/ギ酸エステルの割合は32%/68%であった。
The gas composition and reaction products at the autoclave outlet were analyzed by gas chromatography. Fig. 2 shows the time course of CO conversion. Compared to the case of using Cu / MgO X / HCOONa (X is a chemically acceptable value) shown in Comparative Example 1 described later, the CO conversion rate is stable, and the catalyst amount / feed gas supply amount is Even under these relatively small conditions, a stable CO conversion of over 40% was obtained. The ratio of methanol / formic acid ester in the product was 89% / 11%.
(Example 2)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that the pH at which Cu / Al 2 O 3 was prepared by coprecipitation was set to 8.5. Fig. 3 shows the change over time in the CO conversion rate. The CO conversion rate was a little less than 40%, which was lower than that of Example 1, but a stable result was obtained in the same manner. The ratio of methanol / formic acid ester in the product was 90% / 10%.
(Example 3)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that the pH at which Cu / Al 2 O 3 was prepared by coprecipitation was set to 10.1. FIG. 4 shows the change over time in the CO conversion rate. The CO conversion rate was about 20%, which was lower than that of Examples 1 and 2, but similarly stable results were obtained. The ratio of methanol / formate ester in the product was 36% / 64%.
(Example 4)
Other than preparing Cu / Al 2 O 3 by evaporation to dryness using Al 2 O 3 (Catalyst Society Reference Catalyst: JRC-ALO-1) and Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O as a raw material, The reaction was carried out by the method described in Example 1. FIG. 5 shows the change over time in the CO conversion rate. The CO conversion rate was about 10%, which was significantly lower than that in Examples 1 and 2, but stable results were obtained. The ratio of methanol / formate ester in the product was 6% / 94%.
(Example 5)
Cu / Al 2 O 3 was prepared by precipitation method in which Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O was added dropwise to Al 2 O 3 (Catalyst Society reference catalyst: JRC-ALO-1) slurry while maintaining pH = 9.7. Otherwise, the reaction was carried out by the method described in Example 1. The time course of CO conversion is shown in FIG. The CO conversion was about 20%, which was lower than that of Examples 1, 2, and 4. However, stable results were obtained in the same manner. The ratio of methanol / formate ester in the product was 72% / 28%.
(Example 6)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that the amount of synthesis gas (CO 30.0 vol%, H 2 60.0 vol%, Ar balance) was 30 ml / min. FIG. 7 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared with Example 1, the CO conversion increased and was about 70%.
(Example 7)
Instead of the Cu / Al 2 O 3 / HCOONa , Cu / Al 2 O 3 solid catalyst prepared by impregnation of Na 2 CO 3 so that 9.0Mass% relative Cu / Al 2 O 3 / Na The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that 2 CO 3 was used. FIG. 8 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared to the case of supporting HCOONa, the CO conversion was slightly lower, but stable results were obtained.
(Example 8)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that 10 mmol of sodium formate was added instead of 10 mmol of potassium formate. FIG. 9 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared to the case of using potassium formate, the CO conversion was slightly lower, but stable results were obtained.
(Example 9)
Syngas addition to using (CO 30.0vol%, H 2 60.0vol %, CO2 1.0vol%, Ar balance) as starting material The reaction was performed by the method described in Example 1. FIG. 10 shows the change over time in the CO conversion rate. Although the CO conversion rate was reduced to about half, stable results were obtained.
(Comparative Example 1)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that Cu / MgO X / HCOONa (X is a chemically acceptable value) was used instead of Cu / Al 2 O 3 / HCOONa. FIG. 11 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared to Cu / Al 2 O 3 / HCOONa described in Example 1, the change with time in CO conversion decreased from slightly over 40% to slightly under 40%, and became large. The ratio of methanol / formic acid ester in the product was 91% / 9%.
(Comparative Example 2)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that Cu / CeO X / HCOONa (X is a chemically acceptable value) was used instead of Cu / Al 2 O 3 / HCOONa. FIG. 12 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared with Cu / Al 2 O 3 / HCOONa described in Example 1, the change with time was stable, but the CO conversion decreased to 20% or less. The ratio of methanol / formate ester in the product was 65% / 35%.
(Comparative Example 3)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that Cu / ZrO 2 / HCOONa was used instead of Cu / Al 2 O 3 / HCOONa. FIG. 13 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared with Cu / Al 2 O 3 / HCOONa described in Example 1, the change with time was stable, but the CO conversion decreased to 20% or less. The ratio of methanol / formate ester in the product was 50% / 50%.
(Comparative Example 4)
The reaction was carried out by the method described in Example 1 except that Cu / Al 2 O 3 not impregnated with HCOONa was used instead of Cu / Al 2 O 3 / HCOONa. FIG. 14 shows the change over time in the CO conversion rate. Compared with Example 1, the activity was low, and the CO conversion rate decreased with time. The ratio of methanol / formate ester in the product was 32% / 68%.

上記の実施例、比較例より、Cu/Al2O3/HCOONaは他のCu系触媒と比較して活性が高く、且つ経時劣化が小さい(安定性が高い)ため、当該触媒を使用することで触媒コストを減少することができ、安価にメタノールを製造することが可能となった。 From the above examples and comparative examples, Cu / Al 2 O 3 / HCOONa is more active than other Cu-based catalysts and has little deterioration over time (high stability), so use the catalyst. Thus, the catalyst cost can be reduced and methanol can be produced at low cost.

1 合成ガス
2 半回分式反応器
3 生成物と未反応ガスの混合物
4 冷却器
5 未反応ガス
6 ギ酸エステルとメタノールの液体混合物
7 蒸留塔
8 ギ酸エステル
9 メタノール
1 Syngas
2 Semi-batch reactor
3 Mixture of product and unreacted gas
4 Cooler
5 Unreacted gas
6 Liquid mixture of formate and methanol
7 Distillation tower
8 Formate
9 Methanol

Claims (11)

一酸化炭素及び水素を含む原料ガスと、溶媒としてのアルコールの存在下で、触媒を使用して反応を行い、ギ酸エステルを経由するメタノールの製造方法であって、
前記触媒は、均一系触媒と固体触媒とからなり、
前記均一系触媒はアルカリ金属ギ酸塩を含有し、
前記固体触媒は銅、アルミナ、及びアルカリ金属を含有することを特徴とするメタノールの製造方法。
A method for producing methanol via a formate ester by performing a reaction using a catalyst in the presence of a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen and an alcohol as a solvent,
The catalyst comprises a homogeneous catalyst and a solid catalyst,
The homogeneous catalyst comprises an alkali metal formate;
The method for producing methanol, wherein the solid catalyst contains copper, alumina, and an alkali metal.
前記均一系触媒のアルカリ金属ギ酸塩は、ギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムであることを特徴とする請求項1に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to claim 1, wherein the alkali metal formate of the homogeneous catalyst is sodium formate or potassium formate. 前記固体触媒に含有されるアルカリ金属は、炭酸ナトリウム又はギ酸ナトリウムとして含有されていることを特徴とする請求項1または2に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal contained in the solid catalyst is contained as sodium carbonate or sodium formate. 前記固体触媒は、共沈法により生成した銅およびアルミニウムを含有する沈殿物を、乾燥及び焼成して得られた銅及びアルミナからなる固体に、アルカリ金属塩を含浸法で担持してなる固体触媒であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The solid catalyst is obtained by impregnating an alkali metal salt with a solid made of copper and alumina obtained by drying and firing a precipitate containing copper and aluminum produced by a coprecipitation method. The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記沈殿物は、水素イオン濃度をpH=8〜11の範囲で一定に保ちながら共沈法により生成されたものであることを特徴とする請求項4に記載のメタノールの製造方法。   5. The method for producing methanol according to claim 4, wherein the precipitate is produced by a coprecipitation method while keeping a hydrogen ion concentration constant in a range of pH = 8 to 11. 5. 前記触媒に、更に水素化分解触媒を共存させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 5, wherein a hydrocracking catalyst is allowed to coexist with the catalyst. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法において、メタノールを生成した後に未反応のギ酸エステルと生成したメタノールとを反応系から分離した後、当該分離後のギ酸エステルとメタノールに水素化分解触媒を加えて、ギ酸エステルを水素化してさらにメタノールを製造することを特徴とするメタノールの製造方法。   In the manufacturing method of methanol of any one of Claims 1-6, after producing | generating methanol, after separating unreacted formate ester and produced | generated methanol from the reaction system, the formate ester and methanol after the said separation | separation A method for producing methanol, comprising adding a hydrocracking catalyst to hydrogenating formate to further produce methanol. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法において、メタノールを生成した後に未反応のギ酸エステルと生成したメタノールとの混合物より該ギ酸エステルを反応系から分離した後、当該分離後のギ酸エステルに水素化分解触媒を加えて、ギ酸エステルを水素化してさらにメタノールを製造することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   In the manufacturing method of methanol of any one of Claims 1-6, after isolate | separating this formate ester from a reaction system from the mixture of the unreacted formate ester and the produced | generated methanol after producing | generating methanol, the said separation | separation The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 6, wherein a hydrogenolysis catalyst is added to the subsequent formate ester to hydrogenate the formate ester to further produce methanol. 前記アルコールが第一級アルコールであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のメタノールの製造方法。   The method for producing methanol according to any one of claims 1 to 8, wherein the alcohol is a primary alcohol. 一酸化炭素及び水素を含む原料ガスと、溶媒としてのアルコールの存在下で、ギ酸エステルとメタノールを生成する際に使用するメタノール製造用触媒であって、
アルカリ金属ギ酸塩と、固体触媒とからなり、
前記固体触媒は、銅及びアルミナを含有する固体にアルカリ金属が担持されてなることを特徴とするメタノール製造用触媒。
A catalyst for producing methanol for use in producing a formate ester and methanol in the presence of a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen and an alcohol as a solvent,
Consisting of an alkali metal formate and a solid catalyst,
The catalyst for methanol production, wherein the solid catalyst comprises an alkali metal supported on a solid containing copper and alumina.
前記アルカリ金属ギ酸塩はギ酸ナトリウム又はギ酸カリウムであり、
前記固体触媒は銅及びアルミナからなる固体に炭酸ナトリウム又はギ酸ナトリウムが担持されていることを特徴とする請求項10に記載のメタノール製造用触媒。
The alkali metal formate is sodium formate or potassium formate;
11. The catalyst for methanol production according to claim 10, wherein sodium carbonate or sodium formate is supported on a solid made of copper and alumina.
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