JP2013124232A - Process for producing dipropylene glycol and/or tripropylene glycol - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールを原料として、高選択的にジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol with high selectivity using propylene oxide and monopropylene glycol as raw materials.
ジプロピレングリコールは、ポリエステル樹脂やポリウレタン樹脂の中間原料、アクリル酸エステルの原料、作動油、不凍液、セロファン、相互溶解剤、印刷インキ、化粧品原料、香料用溶剤、トイレタリー溶剤等に使用され、また、トリプロピレングリコールは、ポリエステル樹脂やポリウレタン樹脂の中間原料、アクリル酸エステルの原料、水溶性油剤の溶剤、インキ溶剤等に使用される化合物である。トリプロピレングリコールは、触媒の存在下、プロピレンオキサイドとアルキレングリコールを原料として、製造できることが知られており、例えば、特許文献1には、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールを原料として、ジメチルアミノエタノールを触媒として用い、トリプロピレングリコールが製造できることが記載されている。また、特許文献2には、プロピレンオキサイドと水とジプロピレングリコールを原料として、担時ペルフルオロスルホン酸ポリマーを触媒として用い、トリプロピレングリコールが製造できることが記載されている。 Dipropylene glycol is used as an intermediate raw material for polyester resin and polyurethane resin, acrylic ester raw material, hydraulic oil, antifreeze, cellophane, mutual solubilizer, printing ink, cosmetic raw material, perfume solvent, toiletry solvent, etc. Tripropylene glycol is a compound used as an intermediate raw material for polyester resins and polyurethane resins, a raw material for acrylic acid esters, a solvent for water-soluble oils, an ink solvent, and the like. It is known that tripropylene glycol can be produced using propylene oxide and alkylene glycol as raw materials in the presence of a catalyst. For example, in Patent Document 1, dimethylaminoethanol is used as a catalyst using propylene oxide and monopropylene glycol as raw materials. It is described that tripropylene glycol can be produced. Patent Document 2 describes that tripropylene glycol can be produced using propylene oxide, water, and dipropylene glycol as raw materials, and a perfluorosulfonic acid polymer as a catalyst at the time of loading.
しかしながら、特許文献1に記載の製造方法は、触媒としてジメチルアミノエタノールを用いているので、反応系が均一となり、触媒と生成物であるトリプロピレングリコールの分離は蒸留操作等の分離工程が必要となり、また、特許文献2に記載の製造方法は、トリプロピレングリコールの選択性が十分ではなく、触媒分離が容易で、かつ高選択的にジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造する方法が求められている。
本発明の課題は、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールを原料として、触媒分離が容易で、かつ高選択的にジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造する方法を提供することにある。
However, since the production method described in Patent Document 1 uses dimethylaminoethanol as a catalyst, the reaction system becomes uniform, and separation of the catalyst and the product tripropylene glycol requires a separation step such as a distillation operation. In addition, the production method described in Patent Document 2 requires a method for producing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol with high selectivity, because the selectivity of tripropylene glycol is not sufficient, catalyst separation is easy. It has been.
An object of the present invention is to provide a method for producing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol with high selectivity by using propylene oxide and monopropylene glycol as raw materials with easy catalyst separation.
すなわち、本発明は、実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒の存在下、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールとを反応させて、ジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造する方法に係るものである。
また、本発明は、実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒の存在下、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールと水とを反応させて、ジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造する方法に係るものである。
That is, the present invention relates to a method for producing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol by reacting propylene oxide and monopropylene glycol in the presence of a solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond. Is.
The present invention also provides a method for producing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol by reacting propylene oxide, monopropylene glycol and water in the presence of a solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond. It is related to.
本発明により、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールを原料として、触媒分離が容易で、かつ高選択的にジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造することができる。 According to the present invention, dipropylene glycol and / or tripropylene glycol can be produced with high selectivity by using propylene oxide and monopropylene glycol as raw materials with easy catalyst separation.
本発明のジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを製造する方法は、実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒の存在下、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールとを反応させる。 In the method for producing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol of the present invention, propylene oxide and monopropylene glycol are reacted in the presence of a solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond.
本発明に用いるプロピレンオキサイドとしては、いかなる製造法で製造されるプロピレンオキサイドでも良く、プロピレンと塩素水溶液を反応させて得られる混合物を塩基化合物で脱塩化水素して得られるプロピレンオキサイド(クロロヒドリン法)、エチルベンゼンを酸化して得られるエチルベンゼンハイドロパーオキサイドとプロピレンを触媒の存在下に反応させて得られるプロピレンオキサイド、イソプロピルベンゼンを酸化して得られるイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイドとプロピレンを触媒の存在下に反応させて得られるプロピレンオキサイド、イソブタンを酸化して得られるtert−ブチルハイドロパーオキサイドとプロピレンを触媒の存在下に反応させて得られるプロピレンオキサイドや過酸化水素とプロピレンを触媒の存在下に反応させて得られるプロピレンオキサイド等を使用することができる。 The propylene oxide used in the present invention may be propylene oxide produced by any production method. Propylene oxide (chlorohydrin method) obtained by dehydrochlorinating a mixture obtained by reacting propylene and an aqueous chlorine solution with a basic compound, Propylene oxide obtained by reacting ethylbenzene hydroperoxide and propylene obtained by oxidizing ethylbenzene in the presence of a catalyst, and isopropylbenzene hydroperoxide obtained by oxidizing isopropylbenzene and propylene are reacted in the presence of a catalyst. Propylene oxide, hydrogen peroxide and propylene obtained by reacting propylene oxide, tert-butyl hydroperoxide obtained by oxidizing isobutane and propylene in the presence of a catalyst It may be used propylene oxide obtained by reacting in the presence of a catalyst.
本発明に用いるモノプロピレングリコールとしては、いかなる製造法で製造されるモノプロピレングリコールでも良く、プロピレンオキサイドと水を無触媒又は触媒の存在下に反応させて得られるモノプロピレングリコール、プロピレンオキサイドと二酸化炭素を触媒の存在下に反応させて得られるプロピレンカーボネートをメタノールと反応させて得られるモノプロピレングリコール、グリセリンを触媒の存在下に水素化分解して得られるモノプロピレングリコールやコーンスターチから糖化されて得られるブドウ糖を水素化して得られるものを触媒の存在下に水素化分解して得られるモノプロピレングリコール等を使用することができる。 The monopropylene glycol used in the present invention may be monopropylene glycol produced by any production method. Monopropylene glycol, propylene oxide and carbon dioxide obtained by reacting propylene oxide and water in the absence of a catalyst or in the presence of a catalyst. Monopropylene glycol obtained by reacting propylene carbonate obtained by reacting in the presence of a catalyst with methanol, obtained by saccharification from monopropylene glycol obtained by hydrocracking glycerol in the presence of a catalyst or corn starch Monopropylene glycol obtained by hydrogenolysis of glucose obtained by hydrogenating glucose in the presence of a catalyst can be used.
本発明に用いる実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ・アルミナ、チタニア、酸化セリウム、ゼオライト等の酸性固体触媒や、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ナトリウム/酸化ジルコニムの塩基性固体触媒や、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物、硫化物、ハロゲン化物、リン化合物等がある。バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物としては、例えば、五酸化バナジウム、二酸化バナジウム、三酸化バナジウム、五酸化ニオブ、二酸化ニオブ、五酸化タンタル等が挙げられる。
ここで、「実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒」とは、例えば、コーキング等により固体触媒に炭素−炭素結合が生成した触媒については、本発明の実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒に含まれることを意味する。
Examples of the solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond used in the present invention include acidic solid catalysts such as silica, alumina, silica / alumina, titania, cerium oxide and zeolite, calcium oxide, magnesium oxide, and oxidation. There are basic solid catalysts of zinc, zirconium oxide, sodium oxide / zirconium oxide, oxides of at least one element selected from the group consisting of vanadium, niobium and tantalum, sulfides, halides, phosphorus compounds and the like. Examples of the oxide of at least one element selected from the group consisting of vanadium, niobium, and tantalum include vanadium pentoxide, vanadium dioxide, vanadium trioxide, niobium pentoxide, niobium dioxide, tantalum pentoxide, and the like.
Here, the “solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond” means, for example, a catalyst in which a carbon-carbon bond is generated in the solid catalyst by caulking or the like. It means that it is contained in the solid catalyst which does not have.
これらのうち、ジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールの選択性を高くするという点から、バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物、酸が好ましい。 Of these, oxides and acids of at least one element selected from the group consisting of vanadium, niobium and tantalum are preferred from the viewpoint of increasing the selectivity of dipropylene glycol and / or tripropylene glycol.
バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸としては、例えば、形式的に下記構造式(1)で示される化合物を挙げることができる。
MxOy・zH2O・・・(1)
(式中、Mはバナジウム、ニオブ、タンタルのいずれかを表し、x、y、zは正の実数である。)
Examples of the acid of at least one element selected from the group consisting of vanadium, niobium, and tantalum include compounds that are formally represented by the following structural formula (1).
MxOy · zH2O (1)
(In the formula, M represents any one of vanadium, niobium, and tantalum, and x, y, and z are positive real numbers.)
式(1)で示される化合物としては、例えば、バナジウム酸、バナジン酸、ニオブ酸、タンタル酸等が挙げられる。 Examples of the compound represented by the formula (1) include vanadic acid, vanadic acid, niobic acid, tantalic acid, and the like.
本発明に実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒を用いることで、生成物であるジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを含む反応液と触媒とを容易に分離できることで、触媒を繰返し使用できることや反応液と触媒の分離工程が不要であったり、又は簡易な設備で実施できるため、ジプロピレングリコール及び/又はトリプロピレングリコールを経済的に製造できる利点がある。 By using a solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond in the present invention, the reaction solution containing dipropylene glycol and / or tripropylene glycol, which is a product, and the catalyst can be easily separated. Since it can be used repeatedly, the separation step of the reaction liquid and the catalyst is unnecessary, or can be carried out with simple equipment, there is an advantage that dipropylene glycol and / or tripropylene glycol can be produced economically.
本発明の実質的に炭素−炭素結合を有さない固体触媒としては、単独で使用しても、2種類以上を混合して使用してもよい。 The solid catalyst having substantially no carbon-carbon bond of the present invention may be used alone or in combination of two or more.
また、本発明の方法には、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールとの他に、水を反応原料として用いてもよく、本発明に用いる水としては、蒸留水、純水、イオン交換水、水蒸気の凝縮水等を使用することができる。プロピレンオキサイド1モルに対する水の量は、通常、0.01〜10モルで、好ましくは、0.05〜5モルで、さらに好ましくは、0.1〜5モルである。未反応の水は、反応器にリサイクルして、原料の一部として再使用することができる。 In the method of the present invention, water may be used as a reaction raw material in addition to propylene oxide and monopropylene glycol. The water used in the present invention includes distilled water, pure water, ion-exchanged water, water vapor. Condensed water or the like can be used. The amount of water relative to 1 mol of propylene oxide is usually 0.01 to 10 mol, preferably 0.05 to 5 mol, and more preferably 0.1 to 5 mol. Unreacted water can be recycled to the reactor and reused as part of the feedstock.
本発明における反応温度としては、好ましくは、30〜350℃であり、より好ましくは、100〜300℃である。 As reaction temperature in this invention, Preferably, it is 30-350 degreeC, More preferably, it is 100-300 degreeC.
本発明における反応圧力としては、反応器内の液が液相となれば良く、好ましくは、常圧〜50MPa−Gであり、より好ましくは、0.1〜20MPa−Gである。 The reaction pressure in the present invention is only required to be a liquid phase in the reactor, and is preferably normal pressure to 50 MPa-G, more preferably 0.1 to 20 MPa-G.
本発明における反応形式としては、例えば、槽型反応器を用いる回分式、半連続式若しくは連続式のスラリー法、又は管型反応器を用いる連続式の固定床法等が挙げられる。槽型反応器としては、通常、一段又は多段の混合槽が使用される。管型反応器としては、単管又は多数の管を並列に配列した多管式熱交換型の構造を持つものを単一又は複数を直列にさせた固定床反応器が挙げられる。 Examples of the reaction format in the present invention include a batch type, semi-continuous type or continuous type slurry method using a tank reactor, or a continuous fixed bed method using a tubular reactor. As the tank reactor, a single-stage or multistage mixing tank is usually used. Examples of the tubular reactor include a fixed bed reactor in which a single tube or a plurality of tubes having a multi-tube heat exchange type structure in which a plurality of tubes are arranged in parallel is single or plural in series.
本発明におけるプロピレンオキサイド1モルに対するモノプロピレングリコールの量としては、通常、0.01〜20モルで、好ましくは、0.05〜15モルで、さらに好ましくは、0.1〜10モルである。未反応のモノプロピレングリコールは、反応器にリサイクルして、原料の一部として再使用できる。 The amount of monopropylene glycol with respect to 1 mol of propylene oxide in the present invention is usually 0.01 to 20 mol, preferably 0.05 to 15 mol, and more preferably 0.1 to 10 mol. Unreacted monopropylene glycol can be recycled to the reactor and reused as part of the feedstock.
本発明における未反応のプロピレンオキサイドは、反応器にリサイクルして、原料の一部として再使用できる。 The unreacted propylene oxide in the present invention can be recycled to the reactor and reused as a part of the raw material.
以下に実施例により本発明を説明する。
なお、実施例中の転化率、選択率は以下の式によって算出した。
プロピレンオキサイド転化率={(プロピレンオキサイドの消費モル数)/(仕込みのプロピレンオキサイドのモル数)}×100(%)
ジプロピレングリコール選択率={(ジプロピレングリコールの生成モル数)×2/(プロピレンオキサイドの消費モル数+モノプロピレングリコールの消費モル数)}×100(%)
トリプロピレングリコール選択率={(トリプロピレングリコールの生成モル数)×3/(プロピレンオキサイドの消費モル数+モノプロピレングリコールの消費モル数)}×100(%)
The following examples illustrate the invention.
In addition, the conversion rate and the selectivity in an Example were computed by the following formula | equation.
Propylene oxide conversion rate = {(Mole number of propylene oxide consumed) / (Mole number of propylene oxide charged)} × 100 (%)
Dipropylene glycol selectivity = {(number of moles of dipropylene glycol produced) × 2 / (number of moles of propylene oxide consumed + number of moles of monopropylene glycol consumed)} × 100 (%)
Tripropylene glycol selectivity = {(number of moles of tripropylene glycol produced) × 3 / (number of moles of propylene oxide consumed + number of moles of monopropylene glycol consumed)} × 100 (%)
[実施例1]
プロピレンオキサイド71g、モノプロピレングリコール84g(プロピレンオキサイド1モルに対するモル比0.9)、水11g(プロピレンオキサイド1モルに対するモル比0.5)およびニオブ酸1.3gを導入し、窒素ガスによりオートクレーブ内を十分に置換した。オートクレーブ内の液温度が100℃となるように加熱し、攪拌しながら4時間反応させた。反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、プロピレンオキサイド転化率は60%、ジプロピレングリコール選択率は89%、トリプロピレングリコール選択率は11%であった。
[Example 1]
Introduce 71 g of propylene oxide, 84 g of monopropylene glycol (molar ratio of 0.9 to 1 mol of propylene oxide), 11 g of water (molar ratio of 0.5 to 1 mol of propylene oxide) and 1.3 g of niobic acid, and introduce nitrogen gas into the autoclave. Was fully replaced. The liquid temperature in the autoclave was heated to 100 ° C. and reacted for 4 hours with stirring. When the reaction solution was analyzed by gas chromatography, the propylene oxide conversion was 60%, the dipropylene glycol selectivity was 89%, and the tripropylene glycol selectivity was 11%.
[実施例2]
ニオブ酸1.2gをαアルミナ18gで希釈して混合したものを金属反応管に充填し、177℃に加熱されたオイルバスに浸し、プロピレンオキサイドとモノプロピレングリコールと水の混合液(プロピレンオキサイド濃度9.5重量%、モノプロピレングリコール濃度89重量%(プロピレンオキサイド1モルに対するモル比7.1)、水濃度1.5%(プロピレンオキサイド1モルに対するモル比0.5))を76グラム/時で金属反応管に供給し、金属反応器内の圧力を0.8MPa−Gに調整し反応を開始した。反応開始2時間後のニオブ酸とαアルミナの混合充填層の温度は178〜180℃となり、この時の反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、プロピレンオキサイド転化率は73%、ジプロピレングリコール選択率は92%、トリプロピレングリコール選択率は3.6%であった。
[Example 2]
A solution obtained by diluting 1.2 g of niobic acid with 18 g of α-alumina and filling it into a metal reaction tube and immersing it in an oil bath heated to 177 ° C. is mixed with propylene oxide, monopropylene glycol and water (propylene oxide concentration). 9.5% by weight, monopropylene glycol concentration 89% by weight (molar ratio 7.1 mol per mol of propylene oxide, water concentration 1.5% (molar ratio 0.5 mol per mol of propylene oxide)) 76 g / hr To the metal reaction tube, and the pressure in the metal reactor was adjusted to 0.8 MPa-G to start the reaction. The temperature of the mixed packed bed of niobic acid and α-alumina 2 hours after the start of the reaction was 178 to 180 ° C. When the reaction liquid at this time was analyzed by gas chromatography, the propylene oxide conversion was 73% and dipropylene glycol was selected. The rate was 92% and the tripropylene glycol selectivity was 3.6%.
[比較例1]
オートクレーブに、プロピレンオキサイド15g、モノプロピレングリコール20g(プロピレンオキサイド1モルに対するモル比1.0)に対するおよび強塩基イオン交換樹脂(和光純薬工業株式会社製デュオライトA−101D)0.8gを導入し、2時間反応させた以外は、実施例1と同様に反応させた。反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、プロピレンオキサイド転化率は5.3%、ジプロピレングリコール選択率は79%、トリプロピレングリコール選択率は5.0%であった。
[Comparative Example 1]
Into an autoclave, 15 g of propylene oxide, 20 g of monopropylene glycol (molar ratio 1.0 to 1 mol of propylene oxide) and 0.8 g of a strong base ion exchange resin (Duolite A-101D manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were introduced. The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the reaction was performed for 2 hours. When the reaction solution was analyzed by gas chromatography, the propylene oxide conversion was 5.3%, the dipropylene glycol selectivity was 79%, and the tripropylene glycol selectivity was 5.0%.
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