JP2015048336A - Method for producing butadiene and/or 3-butene-2-ol - Google Patents

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大治郎 塚本
Daijiro Tsukamoto
大治郎 塚本
敏 坂見
Satoshi Sakami
敏 坂見
河村 健司
Kenji Kawamura
健司 河村
山田 勝成
Masanari Yamada
勝成 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To industrially produce butadiene and/or 3-butene-2-ol from 2,3-butanediol at a high selectivity coefficient without using thorium oxide.SOLUTION: In the production method, using the alkali metal salt of phosphoric acid as a catalyst, 2,3-butanediol is dewatered to produce butanediol and/or 3-butene-2-ol. As the alkali metal salt of phosphoric acid, at least one kind selected from the group consisting of K, Rb and Cs or their mixture is used. The 3-butene-2-ol is dewatered in the presence of an acid catalyst to produce butadiene.

Description

本発明は、2,3−ブタンジオールからブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを製造する方法に関する。   The present invention relates to a process for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol from 2,3-butanediol.

ブタジエンはブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ABS樹脂等の原料であり、化学産業において最も重要な有機化合物の一つである。また、ブタジエンは、ナイロン66合成の中間体であるアジポニトリルや、クロロプレンゴムの原料であるクロロプレン、ポリブチレンテレフタレートの原料である1,4−ブタンジオールに変換できる。これらブタジエンを原料とする高分子化合物は、自動車用タイヤや電線被膜、エンジニアリングプラスチックなどの工業用品だけでなく、衣料品などの生活用品にも幅広く利用されており、ブタジエンの需要は年々増加している。   Butadiene is a raw material for butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, ABS resin and the like, and is one of the most important organic compounds in the chemical industry. Butadiene can be converted into adiponitrile, which is an intermediate for the synthesis of nylon 66, chloroprene, which is a raw material for chloroprene rubber, and 1,4-butanediol, which is a raw material for polybutylene terephthalate. These butadiene-based polymer compounds are widely used not only in industrial products such as automobile tires, electric wire coatings, and engineering plastics, but also in everyday items such as clothing, and the demand for butadiene is increasing year by year. Yes.

ブタジエンは、主にナフサクラッカーによるエチレン製造の際のC4留分からの抽出分離により製造されている。ところが、エチレンの原料が天然ガスにシフトするのにともない、今後ブタジエンの供給が不足することが予想されている。そのため近年では、天然ガスを原料とするブタジエン製造法が検討され始めている。しかしながら、将来的な化石資源の枯渇や温室効果ガス排出による地球温暖化等の問題より、持続可能なブタジエン製造を実現する必要性が高まっており、再生可能資源であるバイオマス資源由来物質からブタジエンを製造する方法の開発が求められている。   Butadiene is produced mainly by extraction and separation from a C4 fraction during ethylene production by a naphtha cracker. However, it is expected that the supply of butadiene will be insufficient in the future as the raw material for ethylene shifts to natural gas. Therefore, in recent years, a method for producing butadiene using natural gas as a raw material has begun to be studied. However, due to issues such as future depletion of fossil resources and global warming due to greenhouse gas emissions, there is an increasing need to realize sustainable butadiene production. There is a need to develop manufacturing methods.

3−ブテン−2−オールは、代表的な2級アリルアルコールであり、公知技術(非特許文献1)を用いて一分子脱水することにより、ほぼ定量的にブタジエンに変換できるため、ブタジエン前駆体といえる。そのため、3−ブテン−2−オールを製造する技術は非常に重要である。   3-Buten-2-ol is a typical secondary allyl alcohol, and can be almost quantitatively converted to butadiene by dehydrating one molecule using a known technique (Non-patent Document 1). It can be said. Therefore, the technology for producing 3-buten-2-ol is very important.

2,3−ブタンジオールは、インク、香水、液晶、殺虫剤、軟化試薬、爆薬、可塑剤などの原料として用いられるポリオールの一種であり、工業的には2−ブテンオキシドを過塩素酸水溶液中で加水分解する方法で製造されている。一方、2,3−ブタンジオールは、グルコースやキシロース等の単糖類を原料とする微生物発酵法でも製造できる(特許文献1)ため、バイオマス資源から誘導可能な物質である。従って、2,3−ブタンジオールの脱水によってブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを製造することができれば、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オール、さらにはこれらを原料とする既存合成樹脂をバイオマス資源由来物質に置換することができる。   2,3-butanediol is a kind of polyol used as a raw material for inks, perfumes, liquid crystals, insecticides, softening reagents, explosives, plasticizers, etc., and industrially 2-butene oxide in perchloric acid aqueous solution It is manufactured by the method of hydrolyzing. On the other hand, 2,3-butanediol can be produced by a microbial fermentation method using monosaccharides such as glucose and xylose as a raw material (Patent Document 1), and thus is a substance that can be derived from biomass resources. Therefore, if butadiene and / or 3-buten-2-ol can be produced by dehydration of 2,3-butanediol, butadiene and / or 3-buten-2-ol, and further existing synthesis using these as raw materials The resin can be replaced with a biomass resource-derived substance.

2,3−ブタンジオールの脱水は、酸触媒を用いて行うことができることが知られている。例えば、2,3−ブタンジオールを酸性白土と接触させることにより脱水する方法が開示されている(非特許文献2)。また、2,3−ブタンジオールを硫酸水溶液中で処理することにより脱水する方法が開示されている(非特許文献3)。また、2,3−ブタンジオールをゼオライトと接触させることにより脱水する方法が開示されている(非特許文献4)。しかしながら、これらの方法における主な生成物は、3−ブテン−2−オールやブタジエンではなく、メチルエチルケトンである。   It is known that dehydration of 2,3-butanediol can be performed using an acid catalyst. For example, a method of dehydrating by bringing 2,3-butanediol into contact with acidic clay has been disclosed (Non-patent Document 2). Moreover, the method of dehydrating by processing 2,3-butanediol in sulfuric acid aqueous solution is disclosed (nonpatent literature 3). Moreover, the method of dehydrating by making a 2, 3- butanediol contact with a zeolite is disclosed (nonpatent literature 4). However, the main product in these processes is methyl ethyl ketone, not 3-buten-2-ol or butadiene.

2,3−ブタンジオールの脱水により、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを選択的に製造しようとする方法が報告されている。非特許文献5では酸化トリウム(ThO)触媒を用いる方法が、特許文献2ではセシウム酸化物担持シリカ触媒を用いる方法が、特許文献3ではハイドロキシアパタイトとアルミナの複合触媒を用いる方法が、非特許文献6ではジメチルスルホキシドを用いる方法が、それぞれ開示されている。 A method for selectively producing butadiene and / or 3-buten-2-ol by dehydration of 2,3-butanediol has been reported. Non-Patent Document 5 uses a method using a thorium oxide (ThO 2 ) catalyst, Patent Document 2 uses a cesium oxide-supported silica catalyst, and Patent Document 3 uses a composite catalyst of hydroxyapatite and alumina. Document 6 discloses a method using dimethyl sulfoxide, respectively.

一方、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールは、1,3−ブタンジオールの脱水によっても製造することができる。特許文献4では、リン酸二水素ナトリウム(NaHPO)、リン酸一水素カルシウム(CaHPO)、リン酸(HPO)、及びリン酸ブチルアミン(BuNH・HPO)を混合した触媒を用いる方法が開示されており、ブタジエンの選択率は77%と報告されている。また、非特許文献7では、酸化セリウム(CeO)を触媒に用いる方法が開示されており、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率が52.5%(ブタジエン:4.6%、3−ブテン−2−オール:47.9%)であり、メチルエチルケトンの選択率は2.5%であると報告されている。 On the other hand, butadiene and / or 3-buten-2-ol can also be produced by dehydration of 1,3-butanediol. In Patent Document 4, sodium dihydrogen phosphate (NaH 2 PO 4 ), calcium monohydrogen phosphate (CaHPO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), and butylamine phosphate (BuNH 2 · H 3 PO 4 ) are used. A method using a mixed catalyst is disclosed, and the selectivity for butadiene is reported to be 77%. Non-Patent Document 7 discloses a method of using cerium oxide (CeO 2 ) as a catalyst, and the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol is 52.5% (butadiene: 4.6%). 3-buten-2-ol: 47.9%), and methyl ethyl ketone selectivity is reported to be 2.5%.

国際公開第2013/054874号International Publication No. 2013/054874 韓国公開特許第10−2012−0099818号公報Korean Published Patent No. 10-2012-0998818 韓国公開特許第10−2012−0107353号公報Korean Published Patent No. 10-2012-0107353 米国特許第2,444,538号明細書US Pat. No. 2,444,538

Journal of Molecular Catalysis, A:Chemical,vol.256,p.106−112(2006)Journal of Molecular Catalysis, A: Chemical, vol. 256, p. 106-112 (2006) 日本農業化学会誌 vol.18,p.143−150(1942)Journal of the Japanese Agricultural Chemical Society vol. 18, p. 143-150 (1942) Indsutrial Engineering Chemistry Product Research and Development,vol.21,473−477(1982)Industrial Engineering Chemistry Product Research and Development, vol. 21, 473-477 (1982) Industrial & Engineering Chemistry Research,vol.52,p.56−60(2013)Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 52, p. 56-60 (2013) Journal of Counsil Science Industrial Research in Aunstralia,vol.18,p.412−423(1945).Journal of Council Science Industrial Research in Australia, vol. 18, p. 412-423 (1945). Helvetica Chimica Acta,vol.64,389−398(1981)Helvetica Chimica Acta, vol. 64, 389-398 (1981) Journal of Molecular Catalysis, A:Chemical,vol.221,p.177−183(2004)Journal of Molecular Catalysis, A: Chemical, vol. 221, p. 177-183 (2004)

上述の通り、酸触媒を用いて2,3−ブタンジオールを脱水した場合、主生成物はメチルエチルケトンであり、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールはほとんど生成しない。非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4に開示されている方法では、メチルエチルケトンがそれぞれ66モル%、96モル%、90モル%以上の選択率で生成する。   As described above, when 2,3-butanediol is dehydrated using an acid catalyst, the main product is methyl ethyl ketone, and hardly produces butadiene and / or 3-buten-2-ol. In the methods disclosed in Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3, and Non-Patent Document 4, methyl ethyl ketone is produced with a selectivity of 66 mol%, 96 mol%, 90 mol% or more, respectively.

また、上述の通り、2,3−ブタンジオールから、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを選択的に製造しようとする方法が報告されており、非特許文献5に開示されている酸化トリウム触媒を用いる方法では、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は87.1モル%(ブタジエン:25.1モル%、3−ブテン−2−オール:62.0モル%)である。しかしながら、酸化トリウムは放射性の物質であり、工業用途での利用は困難である。   In addition, as described above, a method for selectively producing butadiene and / or 3-buten-2-ol from 2,3-butanediol has been reported, and the oxidation disclosed in Non-Patent Document 5 is reported. In the method using a thorium catalyst, the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol is 87.1 mol% (butadiene: 25.1 mol%, 3-buten-2-ol: 62.0 mol%). is there. However, thorium oxide is a radioactive substance and is difficult to use in industrial applications.

特許文献2に開示されている方法では、ブタジエン及び3−ブテン−オールの合計選択率は62モル%(ブタジエン:62モル%、3−ブテン−2−オール:0モル%)であり、この際のメチルエチルケトンの選択率は33%であると報告されている。しかし、本願の比較例1に示す通り、本発明者らがこの方法を追試した結果、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は42.3モル%(ブタジエン:32.9モル%、3−ブテン−2−オール:11.6モル%)に留まり、選択率が非常に低かった。   In the method disclosed in Patent Document 2, the total selectivity of butadiene and 3-butene-ol is 62 mol% (butadiene: 62 mol%, 3-buten-2-ol: 0 mol%). The selectivity for methyl ethyl ketone is reported to be 33%. However, as shown in Comparative Example 1 of the present application, as a result of the inventors further trying this method, the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol was 42.3 mol% (butadiene: 32.9 mol%). 3-buten-2-ol: 11.6 mol%), and the selectivity was very low.

特許文献3に開示されている方法では、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は48モル%(ブタジエン:48モル%、3−ブテン−2−オール:0モル%)に留まり、この際のメチルエチルケトンの選択率は43%である。   In the method disclosed in Patent Document 3, the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol remains at 48 mol% (butadiene: 48 mol%, 3-buten-2-ol: 0 mol%), In this case, the selectivity for methyl ethyl ketone is 43%.

非特許文献6に開示されている方法では、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は21モル%(ブタジエン:0モル%、3−ブテン−2−オール:21モル%)と低く、この際のメチルエチルケトンの選択率は53%である。   In the method disclosed in Non-Patent Document 6, the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol is as low as 21 mol% (butadiene: 0 mol%, 3-buten-2-ol: 21 mol%). In this case, the selectivity of methyl ethyl ketone is 53%.

以上のように、放射性物質である酸化トリウムを使用しない場合においては、2,3−ブタンジオールからブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを高い選択率にて製造する方法はなく、工業的に適用可能なブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールの製造方法の開発が切望されている。   As described above, in the case where thorium oxide, which is a radioactive substance, is not used, there is no method for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol from 2,3-butanediol with high selectivity. Development of a process for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol that can be applied to the field is eagerly desired.

なお、上述の通り、1,3−ブタンジオールの脱水によっても、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを選択的に製造することができる(特許文献4、非特許文献7)。しかし、非特許文献7によれば、1,3−ブタンジオールの脱水と同様にして、酸化セリウム触媒を用いて2,3−ブタンジオールを脱水した場合、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は2.7%(ブタジエン:0モル%、3−ブテン−2−オール:2.7%)にとどまり、メチルエチルケトンの選択率は64.0%となることが報告されている。すなわち、1,3−ブタンジオールと2,3−ブタンジオールとは、化学構造は類似しているものの、脱水に対する反応性が大きく異なり、この条件における2,3−ブタンジオールの脱水は、メチルエチルケトンを生成する経路での脱水が優位に進行するため、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを選択的に製造することができないことが明確に示されている。   As described above, butadiene and / or 3-buten-2-ol can also be selectively produced by dehydration of 1,3-butanediol (Patent Document 4, Non-Patent Document 7). However, according to Non-Patent Document 7, when 2,3-butanediol is dehydrated using a cerium oxide catalyst in the same manner as 1,3-butanediol, dehydration of butadiene and 3-buten-2-ol It is reported that the total selectivity is only 2.7% (butadiene: 0 mol%, 3-buten-2-ol: 2.7%), and the methyl ethyl ketone selectivity is 64.0%. That is, although 1,3-butanediol and 2,3-butanediol have similar chemical structures, the reactivity with respect to dehydration is greatly different. Under these conditions, dehydration of 2,3-butanediol involves the use of methyl ethyl ketone. It is clearly shown that butadiene and / or 3-buten-2-ol cannot be selectively produced due to the preferential progress of dehydration in the route of formation.

したがって、1,3−ブタンジオールの脱水によりブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを選択的に製造する方法が報告されていたとしても、同じ方法を、2,3−ブタンジオールの脱水にそのまま適用して、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを選択的に製造することができるとは限らないことが明らかである。   Therefore, even if a method for selectively producing butadiene and / or 3-buten-2-ol by dehydration of 1,3-butanediol has been reported, the same method can be used for dehydration of 2,3-butanediol. It is clear that butadiene and / or 3-buten-2-ol can not be selectively produced as applied.

本発明の目的は、2,3−ブタンジオールから、放射性物質を使用することなく、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを高い選択率で製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol with a high selectivity from 2,3-butanediol without using a radioactive substance.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、リン酸のアルカリ金属塩を触媒として、2,3−ブタンジオールを脱水することにより、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを製造する方法を見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have dehydrated 2,3-butanediol using an alkali metal salt of phosphoric acid as a catalyst, thereby allowing butadiene and / or 3-butene-2. -A method for producing oar was found and the present invention was completed.

すなわち、本発明は、リン酸のアルカリ金属塩を触媒として、2,3−ブタンジオールを脱水することによる、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールの製造方法を提供する。   That is, the present invention provides a method for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol by dehydrating 2,3-butanediol using an alkali metal salt of phosphoric acid as a catalyst.

本発明の一つの態様では、前記触媒がリン酸二水素アルカリ金属又はリン酸水素二アルカリ金属の脱水縮合により調製される触媒である。   In one embodiment of the present invention, the catalyst is a catalyst prepared by dehydration condensation of an alkali metal dihydrogen phosphate or a dialkali metal hydrogen phosphate.

本発明の一つの態様では、前記アルカリ金属がK、Rb、及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種である。   In one embodiment of the present invention, the alkali metal is at least one selected from the group consisting of K, Rb, and Cs.

本発明の一つの態様では、2,3−ブタンジオールの脱水反応の反応温度が400℃以上550℃以下である。   In one embodiment of the present invention, the reaction temperature of 2,3-butanediol dehydration reaction is 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower.

本発明の別の態様では、2,3−ブタンジオールを脱水する工程で生成した3−ブテン−2−オールを、酸触媒の存在下で脱水してブタジエンを製造する工程を含む。   Another aspect of the present invention includes a step of producing butadiene by dehydrating 3-buten-2-ol produced in the step of dehydrating 2,3-butanediol in the presence of an acid catalyst.

本発明の2,3−ブタンジオールからブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを製造する脱水工程は、下記の反応式によって記述することができる。   The dehydration process for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol from 2,3-butanediol of the present invention can be described by the following reaction formula.

本発明により、2,3−ブタンジオールから、放射性物質を使用することなく、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを高い選択率で製造することができる。   According to the present invention, butadiene and / or 3-buten-2-ol can be produced from 2,3-butanediol with high selectivity without using a radioactive substance.

固定床流通式の気相流通反応装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fixed bed flow-type gaseous-phase flow reaction apparatus.

以下に本発明を実施するための代表的な態様を詳細に説明するが、本発明は以下の態様に限定されるものではない。   Hereinafter, typical embodiments for carrying out the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明において、バイオマス資源とは、再生可能な生物由来の有機性資源を意味し、植物が太陽エネルギーを用いて二酸化炭素を固定化して生成した有機物からなる資源を指す。具体的には、トウモロコシ、サトウキビ、イモ類、小麦、米、大豆、パルプ、ケナフ、稲わら、麦わら、バガス、コーンストーバー、スイッチグラス、雑草、古紙、木材、木炭、天然ゴム、綿花、大豆油、パーム油、サフラワー油、ヒマシ油などが挙げられる。   In the present invention, the biomass resource means an organic resource derived from a renewable organism, and refers to a resource made of organic matter generated by a plant immobilizing carbon dioxide using solar energy. Specifically, corn, sugarcane, potatoes, wheat, rice, soybeans, pulp, kenaf, rice straw, straw, bagasse, corn stover, switchgrass, weeds, waste paper, wood, charcoal, natural rubber, cotton, soybean oil , Palm oil, safflower oil, castor oil and the like.

本発明において、バイオマス資源由来物質とは、バイオマス資源から発酵や化学変換等により誘導される物質、誘導され得る物質又は誘導された物質を意味する。なお、本発明では、バイオマス資源に由来する2,3−ブタンジオールや、石油等の化石資源に由来する2,3−ブタンジオールを原料として用いることができる。   In the present invention, a biomass resource-derived substance means a substance derived from a biomass resource by fermentation, chemical conversion or the like, a substance that can be induced, or a derived substance. In the present invention, 2,3-butanediol derived from biomass resources and 2,3-butanediol derived from fossil resources such as petroleum can be used as raw materials.

2,3−ブタンジオールには、(2R,3R)−2,3−ブタンジオール、(2S,3S)−2,3−ブタンジオール、meso−2,3−ブタンジオールの3つの光学異性体が存在する。本発明の2,3−ブタンジオールとしては異性体のいずれでもよく、又は、複数の異性体の混合物であってもよい。   2,3-butanediol has three optical isomers: (2R, 3R) -2,3-butanediol, (2S, 3S) -2,3-butanediol, and meso-2,3-butanediol. Exists. The 2,3-butanediol of the present invention may be any isomer or a mixture of a plurality of isomers.

バイオマス資源由来の2,3−ブタンジオールは、特許文献1に開示されているように、バイオマス資源から得られる糖類の微生物発酵によって製造することができる。糖類を炭素源として発酵する微生物では、Klebsiella pneumoniae、Klebsiella oxymora、Paenibacillus polymyxaは天然に存在し、(2R,3R)−2,3−ブタンジオールや、meso−2,3−ブタンジオールを生産することができる。また、国際公開2007/094178号に示されるようなOchribactrum属では、(2S,3S)−2,3−ブタンジオールが選択的に生産されることが知られている。その他、国際公開2009/151342号に記載されるように一酸化炭素を炭素源として発酵する微生物としてClostridium autoethanogenumも知られており、このような微生物から生産される2,3−ブタンジオールも本発明の対象となりうる。   As disclosed in Patent Document 1, 2,3-butanediol derived from biomass resources can be produced by microbial fermentation of sugars obtained from biomass resources. In microorganisms that ferment sugars as a carbon source, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxymora, and Paenibacillus polymyxa are naturally present and produce (2R, 3R) -2,3-butanediol and meso-2,3-butanediol. Can do. In addition, it is known that (2S, 3S) -2,3-butanediol is selectively produced in the genus Ocribactrum as shown in International Publication No. 2007/094178. In addition, Clostridium autoethanogenum is also known as a microorganism that ferments using carbon monoxide as a carbon source as described in International Publication No. 2009/151342, and 2,3-butanediol produced from such a microorganism is also included in the present invention. Can be the target of

これらの他、遺伝子組み換えにより、2,3−ブタンジオール生産能を付与した微生物を用いる方法であってもよく、具体例として、「Applied Microbiolgy and Biotechnology、87巻、6号、2001−2009ページ(2010年)」に記載の方法が挙げられる。   In addition to these, a method using a microorganism imparted with 2,3-butanediol-producing ability by gene recombination may be used. Specific examples include “Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 87, No. 6, p. 2001-2009 ( 2010) ”.

発酵原料の炭素源としては、例えば、グルコース、フルクトース、スクロース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノースおよびスターチなどの糖類が挙げられる。さらに上記糖類は市販製品であってもよいが、再生資源や草木由来のバイオマスなどの分解物であってもよく、セルロースやヘミセルロース、リグニン原料を化学的または生物学的処理によって分解したものも用いることができる。また、前述したClostridium autoethanogenumの場合には、一酸化炭素が炭素源であり、石炭や石油、バイオマス資源の不完全燃焼から得られる他、製鉄に使用されるコークス生成時に発生する水素やメタンなどとの混合ガスを用いることもできる。   Examples of the carbon source of the fermentation raw material include sugars such as glucose, fructose, sucrose, xylose, arabinose, galactose, mannose, and starch. Furthermore, the saccharide may be a commercial product, but it may be a decomposed product such as recycled resources or biomass derived from plants, and a cellulose, hemicellulose, or lignin raw material decomposed by chemical or biological treatment is also used. be able to. In addition, in the case of the aforementioned Clostridium autoethanogenum, carbon monoxide is a carbon source, which is obtained from incomplete combustion of coal, oil, and biomass resources, as well as hydrogen and methane generated when producing coke used for iron making It is also possible to use a mixed gas of

化石資源由来の2,3−ブタンジオールは市場に流通しており容易に入手することができる。   2,3-butanediol derived from fossil resources is available on the market and can be easily obtained.

本発明で使用する触媒について説明する。   The catalyst used in the present invention will be described.

本発明において、「リン酸のアルカリ金属塩」とは、次の(A)、(B)又は(C)を意味する。
(A):一般式(I)「M3−nPO」で表される「リン酸アルカリ金属」(脱水縮合されていない単量体を意味する。)、
(B):(A)のアルカリ金属が異なる「リン酸アルカリ金属」の混合物、又は
(C):(A)又は(B)の全部若しくは一部のリン酸基が脱水縮合した「リン酸アルカリ金属の脱水縮合物」。
In the present invention, the “alkali metal salt of phosphoric acid” means the following (A), (B) or (C).
(A): “alkali metal phosphate” represented by the general formula (I) “M n H 3-n PO 4 ” (meaning a monomer that has not been dehydrated and condensed);
(B): (A) a mixture of “alkali metal phosphates” with different alkali metals, or (C): “alkaline phosphates” in which all or some of the phosphate groups in (A) or (B) are dehydrated and condensed. Metal dehydration condensate ".

一般式(I)において、Mはアルカリ金属、すなわち、Li(リチウム)、Na(ナトリウム)、K(カリウム)、Rb(ルビジウム)又はCs(セシウム)を表す。また、nは3以下の正の実数を表す。すなわち、「リン酸」の塩には、リン酸二水素塩(HPO )、リン酸一水素塩(HPO 2−)、リン酸塩(PO 3−)が含まれる。 In the general formula (I), M represents an alkali metal, that is, Li (lithium), Na (sodium), K (potassium), Rb (rubidium) or Cs (cesium). N represents a positive real number of 3 or less. That is, the salt of “phosphoric acid” includes dihydrogen phosphate (H 2 PO 4 ), monohydrogen phosphate (HPO 4 2− ), and phosphate (PO 4 3− ).

本発明において、リン酸アルカリ金属の脱水縮合物は、市販のものをそのまま使用することができ、又は、リン酸アルカリ金属(単量体)を脱水縮合して調製して使用することができる。例えば、リン酸アルカリ金属を、空気流通下、電気炉等を用いて300〜600℃に加熱して脱水縮合することにより調製することができる。   In the present invention, as the alkali metal phosphate dehydration condensate, a commercially available product can be used as it is, or it can be prepared by dehydration condensation of an alkali metal phosphate (monomer). For example, the alkali metal phosphate can be prepared by dehydration condensation by heating to 300 to 600 ° C. using an electric furnace or the like under air flow.

本発明では、リン酸のアルカリ金属塩のうち、リン酸二水素アルカリ金属又はリン酸水素二アルカリ金属を触媒として用いることが好ましい。具体的には、リン酸二水素アルカリ金属としては、LiHPO、NaHPO、KHPO、RbHPO及びCsHPOからなる群より選ばれる1種又は2種以上の混合物、又はこれらの脱水縮合物を好ましく用いることができる。また、リン酸水素二アルカリ金属としては、LiHPO、NaHPO、KHPO、RbHPO及びCsHPOからなる群より選ばれる1種又は2種以上の混合物、又はこれらの脱水縮合物を好ましく用いることができる。 In the present invention, among alkali metal salts of phosphoric acid, it is preferable to use alkali metal dihydrogen phosphate or dialkali metal hydrogen phosphate as a catalyst. Specifically, the alkali metal dihydrogen phosphate is one or more selected from the group consisting of LiH 2 PO 4 , NaH 2 PO 4 , KH 2 PO 4 , RbH 2 PO 4 and CsH 2 PO 4. A mixture of these or a dehydration condensate thereof can be preferably used. In addition, as the dialkali metal hydrogen phosphate, one or a mixture of two or more selected from the group consisting of Li 2 HPO 4 , Na 2 HPO 4 , K 2 HPO 4 , Rb 2 HPO 4 and Cs 2 HPO 4 , Alternatively, these dehydration condensates can be preferably used.

リン酸二水素アルカリ金属の脱水縮合物、リン酸水素二アルカリ金属脱水縮合物は、市販のもの、又はリン酸二水素アルカリ金属(単量体)又はリン酸水素二アルカリ金属(単量体)を、電気炉等を用いて空気流通下300〜600℃に加熱することにより調製することができる。   Alkali metal dihydrogen phosphate dehydration condensate, dihydrogen alkali metal phosphate dehydration condensate are commercially available, or alkali metal dihydrogen phosphate (monomer) or dialkali metal hydrogen phosphate (monomer) Can be prepared by heating to 300 to 600 ° C. under air flow using an electric furnace or the like.

触媒に含まれるアルカリ金属としては、K、Rb、及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらのアルカリ金属を含有する触媒を用いると、2,3−ブタンジオールの脱水により生成するメチルエチルケトンの選択率が低くなり、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールの合計選択率が高くなる傾向がある。   The alkali metal contained in the catalyst is preferably at least one selected from the group consisting of K, Rb, and Cs. When these alkali metal-containing catalysts are used, the selectivity of methyl ethyl ketone produced by dehydration of 2,3-butanediol tends to be low, and the total selectivity of butadiene and / or 3-buten-2-ol tends to be high. There is.

本発明において触媒として用いるリン酸のアルカリ金属塩は、シリカゲルや活性炭、その他の一般的に使用される担体に保持して用いてもよい。   The alkali metal salt of phosphoric acid used as a catalyst in the present invention may be retained and used on silica gel, activated carbon, or other commonly used carriers.

本発明における2,3−ブタンジオールの脱水工程は、気相流通反応により行うことができる。気相流通反応とは、管型の反応器に固体触媒を充填し、気化させた原料を触媒層に流通させて反応させる反応形式である。具体的には、触媒を静置する固定床流通式、触媒を移動させる移動床流通式、触媒を流動させる流動床流通式が挙げられ、本発明ではこれらいずれの反応形式も適用できる。   The dehydration step of 2,3-butanediol in the present invention can be performed by a gas phase flow reaction. The gas phase flow reaction is a reaction format in which a tubular reactor is filled with a solid catalyst and the vaporized raw material is allowed to flow through a catalyst layer for reaction. Specific examples include a fixed bed flow type in which the catalyst is allowed to stand, a moving bed flow type in which the catalyst is moved, and a fluidized bed flow type in which the catalyst is fluidized. In the present invention, any of these reaction modes can be applied.

気相流通反応では、気化させた原料をキャリアガスとともに触媒層に流通させることもできる。キャリアガスとしては特に制限されないが、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、若しくは水素、又はこれらの混合気体が好ましく用いられる。また、キャリアガスは水蒸気、空気、酸素等を含んでいても良い。   In the gas phase flow reaction, the vaporized raw material can be passed through the catalyst layer together with the carrier gas. Although it does not restrict | limit especially as carrier gas, Inert gas, such as nitrogen, helium, argon, or hydrogen, or these mixed gas is used preferably. The carrier gas may contain water vapor, air, oxygen and the like.

固定床流通式の反応装置としては、例えば図1に例示する装置を用いることができる。図1の装置は、原料導入口4及びキャリアガス導入口3を備えた反応管1、反応粗液捕集容器(冷却器)5、管状炉2によって構成されており、触媒層6は、反応管1の内部に固定することができる。管状炉2によって反応管1を所望の温度に加熱することができる。図1の装置を用いた気相流通反応は、キャリアガス及び原料をキャリアガス導入口3及び原料導入口4からそれぞれ供給し、反応管1に導入して行うことができる。凝縮する液状化合物は、反応粗液捕集容器5に捕集することができ、凝縮しないガス成分はガス抜け口7から回収することができる。   As the fixed bed flow type reaction apparatus, for example, the apparatus illustrated in FIG. 1 can be used. The apparatus shown in FIG. 1 includes a reaction tube 1 having a raw material introduction port 4 and a carrier gas introduction port 3, a reaction crude liquid collection vessel (cooler) 5, and a tubular furnace 2. It can be fixed inside the tube 1. The tube 1 can heat the reaction tube 1 to a desired temperature. The gas phase flow reaction using the apparatus of FIG. 1 can be carried out by supplying a carrier gas and a raw material from the carrier gas inlet 3 and the raw material inlet 4 respectively and introducing them into the reaction tube 1. The condensing liquid compound can be collected in the reaction crude liquid collecting container 5, and the non-condensing gas component can be recovered from the gas outlet 7.

2,3−ブタンジオールの脱水工程の反応温度は、好ましくは400℃以上550℃以下である。反応温度が上記の範囲未満の場合は2,3−ブタンジオールの十分な転化率が得られない可能性があり、上記の範囲を超える場合には、炭素数1〜4の炭化水素が副生し、目的生成物であるブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールの十分な選択率が得られない可能性がある。   The reaction temperature in the dehydration step of 2,3-butanediol is preferably 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. When the reaction temperature is less than the above range, a sufficient conversion rate of 2,3-butanediol may not be obtained. When the reaction temperature exceeds the above range, hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms are by-produced. However, sufficient selectivity of butadiene and / or 3-buten-2-ol, which are target products, may not be obtained.

2,3−ブタンジオールの脱水工程において、反応器に供給する原料ガスの重量空間速度(WHSV)は特に制限されないが、0.1以上10h−1以下が好ましく、より好ましくは0.5以上3h−1以下である。ここで、WHSVとは、触媒単位重量あたりに単位時間に供給される2,3−ブタンジオールの重量を示す。 In the 2,3-butanediol dehydration step, the weight space velocity (WHSV) of the raw material gas supplied to the reactor is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more and 10 h −1 or less, more preferably 0.5 or more and 3 h. -1 or less. Here, WHSV indicates the weight of 2,3-butanediol supplied per unit time per unit weight of the catalyst.

2,3−ブタンジオールの脱水工程において反応圧力は、特に限定されないが、0.01MPa以上0.5MPa以下が好ましく、特に減圧又は加圧用の装置や操作が不要な大気圧下において行うのが簡便である。   In the 2,3-butanediol dehydration step, the reaction pressure is not particularly limited, but is preferably 0.01 MPa or more and 0.5 MPa or less, and particularly easy to carry out under an atmospheric pressure that does not require an apparatus or operation for pressure reduction or pressurization. It is.

上述したように、2,3−ブタンジオールの脱水反応によりブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを製造する方法は、特許文献2でも開示されている。当該文献では、セシウム酸化物担持シリカ触媒を反応温度400℃で使用している。本発明者らの追試検討によれば、当該文献の触媒では、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率が低いことが分かった(比較例1を参照)。一方、本発明のリン酸のアルカリ金属塩を触媒に用いる方法では、良好な選択率でブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを製造することができる。   As described above, Patent Document 2 discloses a method for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol by dehydration reaction of 2,3-butanediol. In this document, a cesium oxide-supported silica catalyst is used at a reaction temperature of 400 ° C. According to the inventors' further examination, it was found that the catalyst of this document has a low total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol (see Comparative Example 1). On the other hand, in the method using the alkali metal salt of phosphoric acid of the present invention as a catalyst, butadiene and / or 3-buten-2-ol can be produced with good selectivity.

本発明の方法により生成した3−ブテン−2−オールは、さらに脱水反応に付することより定量的にブタジエンに変換することができる。したがって、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は実質上ブタジエンの選択率と捉えることができる。   3-Buten-2-ol produced by the method of the present invention can be quantitatively converted to butadiene by further subjecting it to a dehydration reaction. Therefore, the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol can be regarded as the selectivity of butadiene substantially.

3−ブテン−2−オールの脱水反応によるブタジエンへの変換は、具体的には、固体酸触媒を用いて行うことができ、例えば、非特許文献1に開示されているシリカ−アルミナの他、アルミナ、チタニア、ゼオライト等を用いて行うことができる。この反応には、単離精製された3−ブテン−2−オールを用いることができ、または、本発明の2,3−ブタンジオールの脱水工程で得られる3−ブテン−2−オールの粗生成物をそのまま用いることができる(参考例1を参照)。   Specifically, the conversion to 3-butadiene by dehydration reaction of 3-buten-2-ol can be performed using a solid acid catalyst. For example, in addition to silica-alumina disclosed in Non-Patent Document 1, Alumina, titania, zeolite or the like can be used. In this reaction, isolated and purified 3-buten-2-ol can be used, or crude production of 3-buten-2-ol obtained in the 2,3-butanediol dehydration step of the present invention. The product can be used as it is (see Reference Example 1).

以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(触媒調製)
リン酸のアルカリ金属塩(単量体)を、電気炉(デンケンKDF−S70G)を用いて空気流通下、350〜600℃に加熱することによりリン酸のアルカリ金属塩の脱水縮合物を調製し、これを触媒として用いて2,3−ブタンジオールの脱水工程行った。
(Catalyst preparation)
A dehydration condensate of an alkali metal salt of phosphoric acid is prepared by heating the alkali metal salt (monomer) of phosphoric acid to 350 to 600 ° C. under an air flow using an electric furnace (Denken KDF-S70G). Using this as a catalyst, 2,3-butanediol was dehydrated.

一例として、NaHPO(10.2g、和光純薬)を空気流通下、500℃で加熱することにより白色結晶(6.5g)を得た。この結晶を乳鉢中で軽く砕くことにより、リン酸二水素ナトリウムの脱水縮合物を得た。ここで得られた触媒を、以下「NaHPO−500」(「原料のリン酸のアルカリ金属塩−加熱温度(℃)」)と表記する。 As an example, white crystals (6.5 g) were obtained by heating NaH 2 PO 4 (10.2 g, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at 500 ° C. under air flow. The crystals were lightly crushed in a mortar to obtain a dehydrated condensate of sodium dihydrogen phosphate. The catalyst thus obtained is hereinafter referred to as “NaH 2 PO 4 -500” (“alkali metal salt of raw material phosphoric acid—heating temperature (° C.)”).

同様にして、「LiHPO−500」、「KHPO−350」、「KHPO−500」、「KHPO−600」、「KHPO−500」、「RbHPO−500」、「CsHPO−500」(いずれも脱水縮合物)を調製した。 Similarly, “LiH 2 PO 4 -500”, “KH 2 PO 4 -350”, “KH 2 PO 4 -500”, “KH 2 PO 4 -600”, “K 2 HPO 4 -500”, “ RbH 2 PO 4 -500 "," CsH 2 PO 4 -500 "(both dehydrated condensate) was prepared.

(2,3−ブタンジオールの脱水反応)
以下の実施例、比較例、参考例において、2,3−ブタンジオールの脱水反応は、図1に示す内径15 mm、全長350 mmの石英製Y字型反応管1とセラミックス電気管状炉2(アサヒ理化製作所ARF−20KC)からなる固定床流通式反応装置を用いて行った。反応管の上部には、キャリアガス導入口3と原料導入口4があり、反応管の下には、ガス抜け口を有する反応粗液捕集容器5がつながっている。触媒は反応管の中央部に充填し、石英ウールで挟み込み固定した(6)。氷浴した捕集容器内に回収した粗液は、メタノールで20mlに希釈し、ガスクロマトグラフィ測定により定量した。また氷浴した捕集容器で凝集しないガス生成物はガス抜け口7に直結したガスクロマトグラフィにより分析した。原料、生成物の定量は標品を用いて作成した絶対検量線により行った。なお、2,3−ブタンジオールの転化率(モル%)および各生成物の選択率(モル%)は下記の計算式(式1)および(式2)によってそれぞれ算出した。
(Dehydration reaction of 2,3-butanediol)
In the following examples, comparative examples, and reference examples, the dehydration reaction of 2,3-butanediol was carried out by using a quartz Y-shaped reaction tube 1 having an inner diameter of 15 mm and a total length of 350 mm shown in FIG. Asahi Rika Seisakusho ARF-20KC) was used. A carrier gas inlet 3 and a raw material inlet 4 are provided in the upper part of the reaction tube, and a reaction crude liquid collecting container 5 having a gas outlet is connected under the reaction tube. The catalyst was filled in the central part of the reaction tube and fixed by sandwiching with quartz wool (6). The crude liquid recovered in the ice bathed collection container was diluted to 20 ml with methanol and quantified by gas chromatography measurement. In addition, gas products that did not aggregate in the ice bathed collection container were analyzed by gas chromatography directly connected to the gas outlet 7. The raw materials and products were quantified using an absolute calibration curve prepared using a standard. The conversion rate (mol%) of 2,3-butanediol and the selectivity (mol%) of each product were calculated by the following calculation formulas (Formula 1) and (Formula 2), respectively.

(式1) 転化率(モル%)=(原料の量−原料の残量)/原料の量×100
(式2) 選択率(モル%)=(生成物の収量)/(原料の量−原料の残量)×100。
(Formula 1) Conversion (mol%) = (Amount of raw material−Remaining amount of raw material) / Amount of raw material × 100
(Formula 2) Selectivity (mol%) = (Yield of product) / (Amount of raw material−Remaining amount of raw material) × 100.

[実施例1]
LiHPO−500(1.0g)を反応管に充填し、反応管の上部から窒素を30ml/minで供給した。管状炉を500℃まで昇温し、該温度でそのまま1時間保持したのち、2,3−ブタンジオール(東京化成、meso−2,3−ブタンジオール:63%、(2R,3R)−2,3−ブタンジオール:29%、(2S,3S)−2,3−ブタンジオール:8%)を2ml/h(WHSV:1.97h−1)にて窒素気流と共に反応管の上部から触媒層に供給した。5時間反応を行い、2,3−ブタンジオールの転化率、生成物の選択率を算出した。結果を表1に示す。
[Example 1]
LiH 2 PO 4 -500 (1.0 g) was charged into the reaction tube, and nitrogen was supplied from the top of the reaction tube at 30 ml / min. The temperature of the tubular furnace was raised to 500 ° C. and maintained at that temperature for 1 hour, and then 2,3-butanediol (Tokyo Kasei, meso-2,3-butanediol: 63%, (2R, 3R) -2, 3-butanediol: 29%, (2S, 3S) -2,3-butanediol: 8%) at 2 ml / h (WHSV: 1.97 h −1 ) from the top of the reaction tube to the catalyst layer together with a nitrogen stream Supplied. The reaction was performed for 5 hours, and the conversion of 2,3-butanediol and the selectivity of the product were calculated. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
触媒にNaHPO−500を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that NaH 2 PO 4 -500 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
触媒にKHPO−350を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that KH 2 PO 4 -350 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
触媒にKHPO−500を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that KH 2 PO 4 -500 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
触媒にKHPO−600を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 5]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that KH 2 PO 4 -600 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
触媒にKHPO−500を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 6]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that K 2 HPO 4 -500 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例7]
触媒にRbHPO−500を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 7]
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that RbH 2 PO 4 -500 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例8]
触媒にCsHPO−500を用いたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 8]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that CsH 2 PO 4 -500 was used as the catalyst. The results are shown in Table 1.

[実施例9]
反応温度を420℃にしたことを除いては、実施例8と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 9]
The reaction was conducted in the same manner as in Example 8 except that the reaction temperature was 420 ° C. The results are shown in Table 1.

[実施例10]
反応温度を530℃にしたことを除いては、実施例8と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Example 10]
The reaction was conducted in the same manner as in Example 8 except that the reaction temperature was 530 ° C. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
特許文献2にしたがいセシウム酸化物−シリカ複合体を調製した。CsCO(4.65g:和光純薬)を水(50ml)に溶解させ、シリカゲル(Davisil(登録商標)、35−60mesh、シグマ−アルドリッチ、10g)を含浸させた。該溶液を撹拌しながら80℃で24時間加熱して水を蒸発させて乾燥し、生成した粉末を空気流通下、600℃で焼成し、セシウム酸化物−シリカ複合体(13.1g)を得た。
[Comparative Example 1]
According to Patent Document 2, a cesium oxide-silica composite was prepared. Cs 2 CO 3 (4.65 g: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in water (50 ml), and impregnated with silica gel (Davisil®, 35-60 mesh, Sigma-Aldrich, 10 g). The solution was heated at 80 ° C. with stirring for 24 hours to evaporate water and dried. The resulting powder was calcined at 600 ° C. under a stream of air to obtain a cesium oxide-silica composite (13.1 g). It was.

触媒にセシウム酸化物−シリカ複合体(5.0g)を用いて、反応温度を400℃にしたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。   The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that a cesium oxide-silica composite (5.0 g) was used as the catalyst and the reaction temperature was 400 ° C. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
触媒量を1.0g、反応温度を500℃にしたことを除いては、比較例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The reaction was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the amount of catalyst was 1.0 g and the reaction temperature was 500 ° C. The results are shown in Table 1.

[参考例1]
(粗精製3−ブテン−2−オールの調製)
3−ブテン−2−オール(2.09g、シグマ−アルドリッチ)、メチルエチルケトン(0.64g、和光純薬)、イソブチルアルデヒド(0.20g、和光純薬)、蒸留水(2.10g)を混合した溶液を調製した。
[Reference Example 1]
(Preparation of crude purified 3-buten-2-ol)
3-buten-2-ol (2.09 g, Sigma-Aldrich), methyl ethyl ketone (0.64 g, Wako Pure Chemical Industries), isobutyraldehyde (0.20 g, Wako Pure Chemical Industries), and distilled water (2.10 g) were mixed. A solution was prepared.

(粗精製3−ブテン−2−オールを用いる反応)
触媒にアルミナ(日本触媒学会参照触媒:JRC−ALO−6)、供給原料に上記混合溶液(2ml)、反応温度を300℃、反応時間を1時間にしたことを除いては、実施例1と同様な方法で反応を行った。反応の前後における各化合物の物質量を表2に示す。
(Reaction using crude purified 3-buten-2-ol)
Example 1 except that the catalyst is alumina (reference catalyst: JRC-ALO-6), the feed solution is the above mixed solution (2 ml), the reaction temperature is 300 ° C., and the reaction time is 1 hour. The reaction was carried out in the same manner. Table 2 shows the amount of each compound before and after the reaction.

実施例1から10、リン酸のアルカリ金属塩を触媒として用いて2,3−ブタンジオールを脱水すれば、メチルエチルケトンの副生が抑制され、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率が極めて高くなることが示された。特にアルカリ金属がK、Rb、またはCsである触媒を用いた場合、ブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率はより高くなることが示された。また比較例1及び2より、本発明で得られたブタジエン及び3−ブテン−2−オールの合計選択率は、公知技術よりも大幅に高いことが示された。 In Examples 1 to 10, when 2,3-butanediol was dehydrated using an alkali metal salt of phosphoric acid as a catalyst, the by-product of methyl ethyl ketone was suppressed, and the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol was increased. It was shown to be very high. It was shown that the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol is higher especially when using a catalyst whose alkali metal is K, Rb or Cs. Further, Comparative Examples 1 and 2 showed that the total selectivity of butadiene and 3-buten-2-ol obtained in the present invention was significantly higher than that of the known art.

実施例3から5より、触媒を調製する際の加熱温度は、リン酸のアルカリ金属塩を脱水縮合させることができれば、特に制限されないことが示された。   From Examples 3 to 5, it was shown that the heating temperature for preparing the catalyst is not particularly limited as long as the alkali metal salt of phosphoric acid can be dehydrated and condensed.

実施例8から10より、反応温度は420℃から530℃で、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを高い選択率で製造できることが示された。   From Examples 8 to 10, it was shown that the reaction temperature was 420 ° C. to 530 ° C., and butadiene and / or 3-buten-2-ol could be produced with high selectivity.

参考例1では、実施例8において捕集した粗液から2,3−ブタンジオールを回収した粗精製状態の3−ブテン−2−オールを再現するため、3−ブテン−2−オール、メチルエチルケトン、イソブチルアルデヒド、及び蒸留水を混合した溶液を調製した。さらに固体酸触媒を用いて、粗精製状態の3−ブテン−2−オールからブタジエンの製造を行った。参考例1より、2,3−ブタンジオールから生成した3−ブテン−2−オールは、粗精製状態であっても、定量的にブタジエンに変換できることが示された。   In Reference Example 1, to reproduce 3-buten-2-ol in a crudely purified state in which 2,3-butanediol was recovered from the crude liquid collected in Example 8, 3-buten-2-ol, methyl ethyl ketone, A solution in which isobutyraldehyde and distilled water were mixed was prepared. Furthermore, butadiene was produced from 3-buten-2-ol in a roughly purified state using a solid acid catalyst. Reference Example 1 showed that 3-buten-2-ol produced from 2,3-butanediol can be quantitatively converted to butadiene even in a crudely purified state.

本発明によれば、バイオマス資源から誘導可能な2,3−ブタンジオールから、放射性物質を使用すること無く、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールを高い選択率で製造することができる。3−ブテン−2−オールは容易にブタジエンに変換することができるため、本発明によりブタジエンの原料を化石資源からバイオマス資源に代替することが可能となる。ブタジエンは合成ゴム、プラスチック等の工業化学品の原料であるため、本発明は産業上極めて有用である。   According to the present invention, butadiene and / or 3-buten-2-ol can be produced from 2,3-butanediol derivable from biomass resources with high selectivity without using a radioactive substance. Since 3-buten-2-ol can be easily converted to butadiene, the present invention makes it possible to substitute the raw material of butadiene from fossil resources to biomass resources. Since butadiene is a raw material for industrial chemicals such as synthetic rubbers and plastics, the present invention is extremely useful industrially.

1 反応管
2 電気管状炉
3 キャリアガス導入口
4 原料導入口
5 反応粗液捕集容器(冷却器)
6 触媒層
7 ガス抜け口
1 reaction tube 2 electric tubular furnace 3 carrier gas inlet 4 raw material inlet 5 reaction crude liquid collection container (cooler)
6 Catalyst layer 7 Gas outlet

Claims (5)

リン酸のアルカリ金属塩を触媒として、2,3−ブタンジオールを脱水する工程を含む、ブタジエン及び/又は3−ブテン−2−オールの製造方法。   A method for producing butadiene and / or 3-buten-2-ol, comprising a step of dehydrating 2,3-butanediol using an alkali metal salt of phosphoric acid as a catalyst. リン酸のアルカリ金属塩が、リン酸二水素アルカリ金属又はリン酸水素二アルカリ金属又はこれらの混合物の脱水縮合により調製される縮合物である、請求項1に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the alkali metal salt of phosphoric acid is a condensate prepared by dehydration condensation of an alkali metal dihydrogen phosphate, a dialkali metal hydrogen phosphate, or a mixture thereof. リン酸のアルカリ金属塩のアルカリ金属がK、Rb及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種又はこれらの混合物である、請求項1又は2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal of the alkali metal salt of phosphoric acid is at least one selected from the group consisting of K, Rb and Cs, or a mixture thereof. 2,3−ブタンジオールの脱水工程の反応温度が400℃以上550℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claims 1-3 whose reaction temperature of the dehydration process of 2, 3- butanediol is 400 degreeC or more and 550 degrees C or less. 2,3−ブタンジオールを脱水する工程で生成した3−ブテン−2−オールを、酸触媒の存在下で脱水してブタジエンを製造する工程を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
The process according to any one of claims 1 to 4, comprising a step of producing butadiene by dehydrating 3-buten-2-ol produced in the step of dehydrating 2,3-butanediol in the presence of an acid catalyst. The manufacturing method as described.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016094402A (en) * 2014-11-06 2016-05-26 昭和電工株式会社 Method for producing conjugated diene compound and dehydration catalyst for allyl type unsaturated alcohol
JP2017508717A (en) * 2014-02-03 2017-03-30 バテル メモリアル インスティチュート Conversion of 2,3-butanediol to butadiene
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