JP2015054819A - Method for producing 3-butene-2-ol and 1,3-butadiene - Google Patents

Method for producing 3-butene-2-ol and 1,3-butadiene Download PDF

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敏 坂見
山田 勝成
Masanari Yamada
勝成 山田
大治郎 塚本
Daijiro Tsukamoto
大治郎 塚本
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Tomoji Sato
智司 佐藤
海玲 段
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海玲 段
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing 3-butene-2-ol and 1,3-butadiene from 2, 3-butanediol at a high selectivity without using radioactive substances.SOLUTION: Provided is a method for producing 3-butene-2-ol in which 2, 3-butanediol is dewatered using at least one kind selected from a group consisting of zirconium oxide, a zirconium oxide-alkali metal compound complex and zirconium-alkaline-earth metallic compound complex as a catalyst.

Description

本発明は、バイオマス資源由来物質を原料として3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene using a biomass resource-derived material as a raw material.

3−ブテン−2−オールは、化成品や医薬品等の原料として使用できる有用な物質である。また、3−ブテン−2−オールは、脱水によって簡便に1,3−ブタジエンに変換することができるため、1,3−ブタジエンの中間原料としても有用である。3−ブテン−2−オールを1,3−ブタジエンに変換する方法としては、シリカ−アルミナ触媒の存在下に3−ブテン−2−オールを脱水する方法等が挙げられる。3−ブテン−2−オールの製造方法として、アクロレインにヨウ化メチルマグネシウムを作用させて製造する方法、2−ブタノールを部分酸化して製造する方法、メチルビニルケトンを還元して製造する方法等が知られている。   3-Buten-2-ol is a useful substance that can be used as a raw material for chemical products and pharmaceuticals. Moreover, 3-buten-2-ol can be easily converted to 1,3-butadiene by dehydration, and thus is useful as an intermediate raw material for 1,3-butadiene. Examples of a method for converting 3-buten-2-ol to 1,3-butadiene include a method of dehydrating 3-buten-2-ol in the presence of a silica-alumina catalyst. Examples of the method for producing 3-buten-2-ol include a method of producing acrolein by allowing methylmagnesium iodide to act, a method of producing 2-butanol by partial oxidation, a method of producing by reducing methyl vinyl ketone, and the like. Are known.

1,3−ブタジエンは様々な化学製品の原料として使われる、化学工業における極めて重要な基幹物質である。1,3−ブタジエンを原料として、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム等の合成ゴムの他、ABS樹脂、アジポニトリル、1,4−ブタンジオール等の化学製品が製造されている。1,3−ブタジエンの工業的な製造方法としては、ナフサ分解で生成するB−B留分(炭素数4のオレフィンを主体とする混合物)から1,3−ブタジエンを分離して製造する方法、又はブタン若しくはブテンの脱水素によって製造する方法等が知られている。   1,3-butadiene is an extremely important basic material in the chemical industry used as a raw material for various chemical products. Using 1,3-butadiene as a raw material, for example, synthetic products such as styrene-butadiene rubber, polybutadiene rubber, chloroprene rubber, and other chemical products such as ABS resin, adiponitrile, 1,4-butanediol are manufactured. As an industrial production method of 1,3-butadiene, a method of separating and producing 1,3-butadiene from a BB fraction (mixture mainly composed of olefins having 4 carbon atoms) produced by naphtha cracking, Alternatively, a method for producing by dehydrogenation of butane or butene is known.

一方、近年、化石資源から発生する二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化問題や、化石資源の枯渇の問題が深刻化している。このため、地球温暖化を阻止し、持続可能な循環型社会に転換する必要性が高まっている。化学産業では、再生可能資源であるバイオマス資源に由来する物質から、各種化学製品を製造する技術の構築が急務となっている。前述した3-ブテン-2-オール及び1,3−ブタジエンは、いずれも化石資源を原料として製造されており、その原料をバイオマス資源に転換することは、地球環境保護及び化石資源節減の観点で非常に重要である。   On the other hand, in recent years, the problem of global warming due to greenhouse gases such as carbon dioxide generated from fossil resources and the problem of depletion of fossil resources have become serious. For this reason, there is an increasing need to prevent global warming and transform into a sustainable recycling society. In the chemical industry, there is an urgent need to establish technology for producing various chemical products from substances derived from biomass resources, which are renewable resources. The above-mentioned 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene are both produced from fossil resources, and the conversion of the raw materials to biomass resources is from the viewpoint of global environmental protection and fossil resource saving. Very important.

2,3−ブタンジオールは、糖を原料として微生物発酵により製造することができため、バイオマス資源から誘導可能な物質である(非特許文献1)。従って、2,3−ブタンジオールを3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンに変換することができれば、3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンの原料をバイオマス資源に転換することが可能となる。   Since 2,3-butanediol can be produced by microbial fermentation using sugar as a raw material, it is a substance that can be derived from biomass resources (Non-Patent Document 1). Therefore, if 2,3-butanediol can be converted into 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene, the raw materials of 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene are converted into biomass resources. It becomes possible.

2,3−ブタンジオールを3−ブテン−2−オールに変換する反応は、2,3−ブタンジオールから水分子を1分子脱離させる脱水反応であり、2,3−ブタンジオールを1,3−ブタジエンに変換する反応は、2,3−ブタンジオールから水分子を2分子脱離させる脱水反応である。2,3−ブタンジオールの脱水反応は、酸触媒によって進行することが知られているが、多くの場合、主生成物は3−ブテン−2−オールや1,3−ブタジエンではなくメチルエチルケトンである。例えば、アルコール類の脱水反応に汎用されるアルミナを用いて2,3−ブタンジオールを脱水すると、メチルエチルケトンが選択的に生成することが報告されている(特許文献1)。また、白色珪藻土やゼオライトを用いて2,3−ブタンジオールを脱水する方法も報告されているが、これらの方法における主生成物もメチルエチルケトンである(非特許文献2、非特許文献3)。   The reaction for converting 2,3-butanediol to 3-buten-2-ol is a dehydration reaction in which one molecule of water molecule is eliminated from 2,3-butanediol. The reaction for converting to butadiene is a dehydration reaction in which two water molecules are desorbed from 2,3-butanediol. Although it is known that the dehydration reaction of 2,3-butanediol proceeds by an acid catalyst, in many cases, the main product is methyl ethyl ketone rather than 3-buten-2-ol or 1,3-butadiene. . For example, it has been reported that when 2,3-butanediol is dehydrated using alumina which is widely used for dehydration of alcohols, methyl ethyl ketone is selectively produced (Patent Document 1). In addition, methods for dehydrating 2,3-butanediol using white diatomaceous earth or zeolite have been reported, but the main product in these methods is also methyl ethyl ketone (Non-patent Documents 2 and 3).

2,3−ブタンジオールから3−ブテン−2−オールを選択的に製造しようとする方法として、酸化トリウムを触媒に用いて脱水反応により製造する方法が報告されている(非特許文献4)。また、ハイドロキシアパタイトを含む触媒を用いて2,3−ブタンジオールを脱水することによって、3−ブテン−2−オールが生成することが報告されている(特許文献1)。   As a method for selectively producing 3-buten-2-ol from 2,3-butanediol, a method for producing it by a dehydration reaction using thorium oxide as a catalyst has been reported (Non-patent Document 4). In addition, it has been reported that 3-buten-2-ol is produced by dehydrating 2,3-butanediol using a catalyst containing hydroxyapatite (Patent Document 1).

また、2,3−ブタンジオールから1,3−ブタジエンを選択的に製造しようとする方法として、酸化トリウムを触媒に用いて脱水反応により製造する方法(非特許文献4)、セシウム酸化物−シリカ複合体を触媒に用いて脱水反応によって製造する方法(特許文献2)等が報告されている。   In addition, as a method for selectively producing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol, a method for producing by dehydration reaction using thorium oxide as a catalyst (Non-patent Document 4), cesium oxide-silica A method of producing a composite by a dehydration reaction using a catalyst (Patent Document 2) has been reported.

2,3−ブタンジオールを脱水して3−ブテン−2−オールを生成させる反応は、ジオールを脱水して不飽和アルコールを生成させる反応に属する。ジオールを脱水して不飽和アルコールを生成させる反応の例として、1,4−ブタンジオールを脱水して3−ブテン−1−オールを選択的に生成させる反応が報告されている。この反応を進行させる触媒として、特許文献3には酸化ジルコニウムが、特許文献4には塩基性物質を作用させた酸化ジルコニウムが、非特許文献5には酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム等が報告されている。   The reaction of dehydrating 2,3-butanediol to produce 3-buten-2-ol belongs to the reaction of dehydrating diol to produce unsaturated alcohol. As an example of a reaction for dehydrating a diol to produce an unsaturated alcohol, a reaction for dehydrating 1,4-butanediol to selectively produce 3-buten-1-ol has been reported. As a catalyst for proceeding with this reaction, Patent Document 3 reports zirconium oxide, Patent Document 4 reports zirconium oxide treated with a basic substance, and Non-Patent Document 5 reports cerium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, and the like. Has been.

大韓民国公開特許2012−0107353号公報Republic of Korea Published Patent No. 2012-0107353 大韓民国公開特許2012−0099818号公報Republic of Korea Published Patent No. 2012-099818 特開2006−212495号公報JP 2006-212495 A 特開2006−212496号公報JP 2006-212696 A

Biotechnology Advances、27巻、p.715−725(2009年).Biotechnology Advances, 27, p. 715-725 (2009). 日本農業化学会誌 18巻,p.143−150(1942年).Japanese Journal of Agricultural Chemistry, Vol. 18, p. 143-150 (1942). Industrial & Engineering Chemistry Research,52巻,p.56−60(2013年).Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 52, p. 56-60 (2013). Journal of the Council of Industrial Research、18巻、p.412−423(1945年).Journal of the Council of Industrial Research, 18, p. 412-423 (1945). Applied Catalysis A: General、356巻、p.64−71(2009年).Applied Catalysis A: General, 356, p. 64-71 (2009).

前述したように、2,3−ブタンジオールはバイオマス資源から誘導可能であり、化学変換により3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンに変換可能である。しかしながら、前述の通り、酸触媒を用いて2,3−ブタンジオールを脱水した場合、多くの場合主生成物はメチルエチルケトンであり、3−ブテン−2−オールや1,3−ブタジエンはほとんど生成しない。特許文献1に開示されているアルミナ、非特許文献2に開示されている白色珪藻土、非特許文献3に開示されているゼオライトを触媒に用いる方法では、メチルエチルケトンがそれぞれ65モル%、66モル%、90モル%の選択率で生成する。   As mentioned above, 2,3-butanediol can be derived from biomass resources and can be converted to 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene by chemical conversion. However, as described above, when 2,3-butanediol is dehydrated using an acid catalyst, in many cases, the main product is methyl ethyl ketone, and 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene are hardly formed. . In the method using alumina disclosed in Patent Document 1, white diatomaceous earth disclosed in Non-Patent Document 2, and zeolite disclosed in Non-Patent Document 3, methyl ethyl ketone is 65 mol%, 66 mol%, It is produced with a selectivity of 90 mol%.

また、前述の通り、2,3−ブタンジオールから3−ブテン−2−オールを選択的に製造しようとする方法が開示されており、非特許文献4に開示されている酸化トリウムを触媒に用いる方法では、3−ブテン−2−オールの選択率は70.3%である。しかしながら、酸化トリウムは放射性物質であるため、これを工業生産に適用することは非常に困難である。また、特許文献1に開示されている、ハイドロキシアパタイトを含む触媒を用いて2,3−ブタンジオールを3−ブテン−2−オールに変換する方法は、3−ブテン−2−オールの選択率が25.0モル%であり、選択率が極めて低い。   Further, as described above, a method for selectively producing 3-buten-2-ol from 2,3-butanediol is disclosed, and thorium oxide disclosed in Non-Patent Document 4 is used as a catalyst. In the method, the selectivity for 3-buten-2-ol is 70.3%. However, since thorium oxide is a radioactive substance, it is very difficult to apply it to industrial production. In addition, the method of converting 2,3-butanediol to 3-buten-2-ol using a catalyst containing hydroxyapatite disclosed in Patent Document 1 has a selectivity of 3-buten-2-ol. It is 25.0 mol%, and the selectivity is very low.

また、前述したように、2,3−ブタンジオールから1,3−ブタジエンを選択的に製造しようとする方法も開示されており、非特許文献4に開示されている酸化トリウムを触媒として用いる方法では、1,3−ブタジエンの選択率は62.1%である。しかしながら、酸化トリウムは放射性物質であるため、これを工業生産に適用することは非常に困難である。また、特許文献2には、セシウム酸化物−シリカ複合体を触媒として用いると、1,3−ブタジエンの選択率は62モル%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、1,3−ブタジエンの選択率は18.4モル%に留まり、この方法では選択率が非常に低かった。   As described above, a method for selectively producing 1,3-butadiene from 2,3-butanediol is also disclosed, and a method using thorium oxide as a catalyst disclosed in Non-Patent Document 4 is also disclosed. Then, the selectivity for 1,3-butadiene is 62.1%. However, since thorium oxide is a radioactive substance, it is very difficult to apply it to industrial production. Patent Document 2 reports that the selectivity of 1,3-butadiene is 62 mol% when a cesium oxide-silica composite is used as a catalyst. However, as shown in Comparative Example 1 of the present application, as a result of the inventors additionally trying this method, the selectivity of 1,3-butadiene was only 18.4 mol%, and the selectivity was very low in this method. .

以上のように、2,3−ブタンジオールから3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンを製造する方法はいくつか知られているが、放射性物質を使わず、高い選択率で製造する方法が切望されている。   As described above, several methods for producing 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene from 2,3-butanediol are known, but they are produced with high selectivity without using radioactive substances. The method is anxious.

なお、前述したように、特許文献3、特許文献4及び非特許文献5には、ジオールを脱水して不飽和アルコールを生成させる反応として、1,4−ブタンジオールを脱水して3−ブテン−1−オールを選択的に生成させる方法が報告されている。しかし、非特許文献5には、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム等の多種類の希土類酸化物を用いる方法が報告されており、これらを用いて1,4−ブタンジオールを脱水した場合には、3−ブテン−1−オールの選択率は40.4モル%〜87.4モル%であるが、比較例3−14に示すように、発明者らが本方法の12種類の希土類酸化物を、2,3−ブタンジオールの脱水による3−ブテン−2−オールの生成反応に適用したところ、3−ブテン−2−オールの選択率は0.00モル%〜33.5モル%であった。すなわち、1,4−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、この方法では2,3−ブタンジオールから3−ブテン−2−オールを選択的に製造できないことが明確に示された。   As described above, in Patent Document 3, Patent Document 4 and Non-Patent Document 5, as a reaction for dehydrating diol to produce unsaturated alcohol, 1,4-butanediol is dehydrated and 3-butene- A method for selectively producing 1-ol has been reported. However, Non-Patent Document 5 reports a method using many kinds of rare earth oxides such as cerium oxide, neodymium oxide, and samarium oxide, and when these are used to dehydrate 1,4-butanediol. The selectivity of 3-buten-1-ol is 40.4 mol% to 87.4 mol%, but as shown in Comparative Example 3-14, the inventors have developed 12 types of rare earth oxides of this method. Was applied to the formation reaction of 3-buten-2-ol by dehydration of 2,3-butanediol, and the selectivity for 3-buten-2-ol was 0.00 mol% to 33.5 mol%. It was. That is, although 1,4-butanediol and 2,3-butanediol have similar chemical structures, the reactivity to dehydration is greatly different. In this method, 2,3-butanediol is converted from 3-butene-2. It was clearly shown that the oar cannot be selectively produced.

したがって、1,4−ブタンジオールの脱水により3−ブテン−1−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、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 3-buten-1-ol by dehydration of 1,4-butanediol has been reported, the same method is directly applied to the dehydration of 2,3-butanediol. It is clear that 3-buten-2-ol cannot always be selectively produced.

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、放射性物質を使わず、高い選択率で2,3−ブタンジオールから3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエン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-mentioned problems, the present inventors have determined that 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene are converted from 2,3-butanediol with high selectivity without using a radioactive substance. The inventors have found a manufacturing method and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体及び酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体から成る群より選ばれる少なくとも1種を触媒として用いて、2,3−ブタンジオールを脱水することを含む、3−ブテン−2−オールの製造方法を提供する。   That is, the present invention uses 2,3-butanediol as a catalyst using at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex and zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex. A method for producing 3-buten-2-ol is provided which comprises dehydration.

本発明の一つの態様では、2,3−ブタンジオールの脱水の反応温度が250℃以上400℃以下である。   In one embodiment of the present invention, the reaction temperature of 2,3-butanediol dehydration is 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

本発明の一つの態様では、触媒として用いる酸化ジルコニウムが、500℃以上1000℃以下の範囲で焼成して調製された酸化ジルコニウムである。   In one embodiment of the present invention, zirconium oxide used as a catalyst is zirconium oxide prepared by firing in the range of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また、本発明の一つの態様では、触媒として用いる酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体が、500℃以上1000℃以下の範囲で焼成して調製された酸化ジルコニウムを用いて調製されたものである。   In one embodiment of the present invention, an oxidized oxide prepared by calcining a zirconium oxide-alkali metal compound complex or a zirconium oxide-alkali earth metal compound complex used as a catalyst in a range of 500 ° C. to 1000 ° C. It was prepared using zirconium.

また、本発明は、2,3−ブタンジオールを脱水することによって生成した3−ブテン−2−オールを、酸触媒の存在下で脱水することによって1,3−ブタジエンを製造する方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing 1,3-butadiene by dehydrating 3-buten-2-ol produced by dehydrating 2,3-butanediol in the presence of an acid catalyst. .

本発明の一つの態様である、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体の存在下に、2,3−ブタンジオールを脱水することによって3−ブテン−2−オールを製造する反応は、下記反応式によって記述することができる。   By dehydrating 2,3-butanediol in the presence of zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex, which is one embodiment of the present invention, The reaction for producing -2-ol can be described by the following reaction formula.

Figure 2015054819
Figure 2015054819

本発明の一つの態様である、2,3−ブタンジオールを脱水することによって生成した3−ブテン−2−オールを、酸触媒の存在下で脱水することによって1,3−ブタジエンを製造する反応は、下記反応式によって記述することができる。   Reaction for producing 1,3-butadiene by dehydrating 3-buten-2-ol produced by dehydrating 2,3-butanediol, which is one embodiment of the present invention, in the presence of an acid catalyst Can be described by the following reaction formula.

Figure 2015054819
Figure 2015054819

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無く、高い選択率で3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンを製造することができる。   According to the present invention, 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene can be produced from 2,3-butanediol with high selectivity without using a radioactive substance.

本発明の製造方法において用いることができる連続式反応器の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the continuous reactor which can be used in the manufacturing method of this invention.

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を起源とする資源を指す。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、稲藁、麦藁、バガス、コーンストーバー、スイッチグラス、雑草、木材、古紙、木炭、天然ゴム、綿花等の他、サフラワー油、ヒマワリ油、大豆油、コーン油、ナタネ油、オリーブ油、パーム油、ヒマシ油、牛脂、豚脂、魚油、鯨油等の動植物油脂等が挙げられる。   In the present invention, the biomass resource means an organic resource derived from a reproducible organism, and refers to a resource originating from an organic material generated by a plant immobilizing carbon dioxide using solar energy. Specifically, corn, sugarcane, potatoes, wheat, rice, soybeans, pulp, kenaf, rice straw, wheat straw, bagasse, corn stover, switchgrass, weeds, wood, waste paper, charcoal, natural rubber, cotton, etc. And animal and vegetable oils such as safflower oil, sunflower oil, soybean oil, corn oil, rapeseed oil, olive oil, palm oil, castor oil, beef tallow, lard, fish oil, and whale oil.

本発明において、バイオマス資源に由来する物質(バイオマス資源由来物質)とは、上記の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。   In the present invention, a substance derived from biomass resources (biomass resource-derived substance) means a substance derived from the above biomass resources by fermentation, chemical conversion or the like, a substance that can be induced, or a derived substance.

本発明の原料である2,3−ブタンジオールは、非特許文献3に記述されているように、微生物の発酵によってバイオマス資源由来のものを入手することができる。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、(2S,3R)−2,3−ブタンジオール(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、国際公開第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 described in Non-Patent Document 3, 2,3-butanediol, which is a raw material of the present invention, can be obtained from biomass resources by microbial fermentation. In microorganisms that ferment sugars as a carbon source, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxymora, Paenibacillus polymyxa naturally exist, (2R, 3R) -2,3-butanediol, (2S, 3R) -2,3-butanediol (Meso-2,3-butanediol) can be produced. 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 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 present. Can be the subject of the invention.

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、p.2001−2009(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, and specific examples thereof include “Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 87, No. 6, p. 2001-2009”. (2010) ”.

微生物による2,3−ブタンジオールの発酵に用いられる糖は、デンプン由来グルコース、セルロース由来グルコース、ショ糖、糖蜜、ブドウ糖、ガラクトース、キシロース、フルクトース、アラビノース、マンノース等、微生物が利用できる糖であればよい。また、グリセロールを2,3−ブタンジオールの発酵に用いても良い。発酵液中の2,3−ブタンジオールは、膜分離、イオン交換、蒸留等の分離操作を一つ又は複数組み合わせることによって精製することができる。例えば、特開2010−150248号公報、国際公開2013−054874号に開示されている方法により、発酵液から高純度の2,3−ブタンジオールを単離することができる。   Sugars used for fermentation of 2,3-butanediol by microorganisms are sugars that can be used by microorganisms, such as starch-derived glucose, cellulose-derived glucose, sucrose, molasses, glucose, galactose, xylose, fructose, arabinose, mannose, etc. Good. Glycerol may be used for fermentation of 2,3-butanediol. 2,3-butanediol in the fermentation broth can be purified by combining one or more separation operations such as membrane separation, ion exchange, and distillation. For example, high-purity 2,3-butanediol can be isolated from the fermentation broth by the methods disclosed in JP2010-150248A and International Publication No.2013-054874.

前述のとおり、微生物の発酵によって製造される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、(2S,3R)−2,3−ブタンジオール(meso−2,3−ブタンジオール)の3つの異性体が存在する。本発明の原料としてはいずれの異性体でもよく、又は複数の異性体の混合物であってもよい。また、2,3−ブタンジオールは、精製品でもよく、未精製品でもよい。なお、本発明は、バイオマス資源由来物質として調達可能な2,3−ブタンジオールを原料として用いることができることを特徴とするが、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を排除するものではない。   As described above, 2,3-butanediol produced by microbial fermentation includes (2R, 3R) -2,3-butanediol, (2S, 3S) -2,3-butanediol, (2S, 3R). There are three isomers of -2,3-butanediol (meso-2,3-butanediol). The raw material of the present invention may be any isomer or a mixture of a plurality of isomers. 2,3-butanediol may be a purified product or an unpurified product. The present invention is characterized in that 2,3-butanediol, which can be procured as a biomass resource-derived material, can be used as a raw material. However, 2,3-butanediol derived from fossil resources such as petroleum is used as a raw material. It does not exclude use.

本発明には、2,3−ブタンジオールを脱水する工程が含まれ、また、本発明の一つの態様では3−ブテン−2−オールを脱水する工程も含まれる。これら脱水工程は連続式反応器を用いて進行させることができる。連続式反応器は管状の反応器に固体触媒を充填し、触媒層に原料を通過させて反応を進行させる反応器である。触媒層を充填する形式としては、触媒を静置する固定床、触媒を移動させる移動床、触媒を流動させる流動床等が挙げられるが、2,3−ブタンジオール又は3−ブテン−2−オールを脱水する工程ではこれらいずれの形式も適用できる。   The present invention includes a step of dehydrating 2,3-butanediol, and in one embodiment of the present invention, includes a step of dehydrating 3-buten-2-ol. These dehydration steps can proceed using a continuous reactor. The continuous reactor is a reactor in which a tubular reactor is filled with a solid catalyst, and a raw material is passed through a catalyst layer to advance the reaction. Examples of the form of filling the catalyst layer include a fixed bed in which the catalyst is stationary, a moving bed in which the catalyst is moved, a fluidized bed in which the catalyst is fluidized, etc., but 2,3-butanediol or 3-buten-2-ol Any of these formats can be applied in the step of dehydrating the water.

2,3−ブタンジオール又は3−ブテン−2−オールを脱水する工程で使用される反応装置は特に限定されないが、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、反応管4、原料導入口1及びキャリアーガス導入口2を備えた気化器3、反応液捕集容器(冷却器)7、管状炉5によって構成されており、触媒層6は、反応管4の内部に固定することができる。管状炉5によって反応管4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、原料を原料導入口1から気化器3に供給し、気化した原料を反応管4に導入して行うことができる。原料をキャリアーガスと共に反応管4に導入することもできる。生成物は、反応液捕集容器7に液体として捕集するか、ガス開放口8からガスとして捕集することができる。   The reaction apparatus used in the step of dehydrating 2,3-butanediol or 3-buten-2-ol is not particularly limited. For example, the apparatus illustrated in FIG. 1 can be used. The apparatus shown in FIG. 1 includes a reaction tube 4, a vaporizer 3 having a raw material inlet 1 and a carrier gas inlet 2, a reaction liquid collection container (cooler) 7, and a tubular furnace 5. Can be fixed inside the reaction tube 4. The reaction tube 4 can be heated to a desired temperature by the tubular furnace 5. The gas phase flow reaction using the apparatus of FIG. 1 can be performed by supplying a raw material from the raw material inlet 1 to the vaporizer 3 and introducing the vaporized raw material into the reaction tube 4. The raw material can be introduced into the reaction tube 4 together with the carrier gas. The product can be collected as a liquid in the reaction liquid collection container 7 or can be collected as a gas from the gas opening 8.

2,3−ブタンジオール又は3−ブテン−2−オールを脱水する工程では、反応器内の圧力は特に限定されないが、0.001MPa以上、0.5MPa以下が好ましく、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簡便に行うことができる。   In the step of dehydrating 2,3-butanediol or 3-buten-2-ol, the pressure in the reactor is not particularly limited, but is preferably 0.001 MPa or more and 0.5 MPa or less. It can be carried out easily under atmospheric pressure where no operation is required.

2,3−ブタンジオール又は3−ブテン−2−オールを脱水する工程では、反応器内に反応原料と共にキャリアーガスを流通することもできる。キャリアーガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガスの他、水素が好ましく用いられ、これらのガスを単独で用いることもできるが、複数のガスが任意の割合で混合したものも用いることができる。脱水反応に用いる触媒の活性劣化を抑制するためには、キャリアーガスに水素が含まれていることが好ましい。キャリアーガスには水蒸気、空気、酸素などが混入していても良い。反応原料とキャリアーガスの混合比率は適宜選択することができる。例えば、2,3−ブタンジオール又は3−ブテン−2−オール1g/時間当りキャリアーガスの流量を20mL/分〜120mL/分とすることができるがこれに限定されるものではない。   In the step of dehydrating 2,3-butanediol or 3-buten-2-ol, a carrier gas can be circulated together with the reaction raw material in the reactor. As the carrier gas, hydrogen is preferably used in addition to an inert gas such as argon, helium, and nitrogen, and these gases can be used alone, but a mixture of a plurality of gases at an arbitrary ratio is also used. Can do. In order to suppress the activity deterioration of the catalyst used for the dehydration reaction, it is preferable that the carrier gas contains hydrogen. The carrier gas may be mixed with water vapor, air, oxygen or the like. The mixing ratio of the reaction raw material and the carrier gas can be appropriately selected. For example, the flow rate of the carrier gas per 1 g / hour of 2,3-butanediol or 3-buten-2-ol can be 20 mL / min to 120 mL / min, but is not limited thereto.

2,3−ブタンジオール又は3−ブテン−2−オールを脱水する工程では、反応原料の供給速度をF(g/時間)、触媒重量をW(g)としたとき、W/F(時間)で与えられる物理量である接触時間は特に限定されないが、0.01時間以上10時間以下が好ましく、0.05時間以上5時間以下がより好ましい。   In the step of dehydrating 2,3-butanediol or 3-buten-2-ol, W / F (hours) when the feed rate of the reaction raw material is F (g / hours) and the catalyst weight is W (g) The contact time, which is a physical quantity given by, is not particularly limited, but is preferably 0.01 hours or longer and 10 hours or shorter, more preferably 0.05 hours or longer and 5 hours or shorter.

本発明では、2,3−ブタンジオールを脱水する工程において、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体及び酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体から成る群より選ばれる少なくとも1種を触媒として用いることを特徴としている。何れの触媒も酸化ジルコニウム(ZrO)を含有しており、市販の酸化ジルコニウムを触媒として、又は酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体触媒又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体触媒の原料として用いることができる。また、ジルコニウムの水酸化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩等から酸化ジルコニウムを調製することができ、これを触媒として又は触媒の原料として用いることもできる。 In the present invention, in the step of dehydrating 2,3-butanediol, at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex, and zirconium oxide-alkali earth metal compound complex is used as a catalyst. It is characterized by use. Each catalyst contains zirconium oxide (ZrO 2 ), and is used as a raw material for a commercially available zirconium oxide or a zirconium oxide-alkali metal compound composite catalyst or a zirconium oxide-alkali earth metal compound composite catalyst. be able to. In addition, zirconium oxide can be prepared from zirconium hydroxide, nitrate, carbonate, acetate, etc., and can be used as a catalyst or as a raw material of the catalyst.

本発明の酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体は、酸化ジルコニウムにアルカリ金属水酸化物及び/又はアルカリ金属酸化物が付着した状態のものを指す。また、本発明の酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体は、酸化ジルコニウムにアルカリ土類金属水酸化物及び/又はアルカリ土類金属酸化物が付着した状態のものを指す。   The zirconium oxide-alkali metal compound composite of the present invention refers to a state in which an alkali metal hydroxide and / or an alkali metal oxide is attached to zirconium oxide. Further, the zirconium oxide-alkaline earth metal compound composite of the present invention refers to a state in which an alkaline earth metal hydroxide and / or an alkaline earth metal oxide is attached to zirconium oxide.

酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体及び酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体は、例えば含浸法によって調製することができる。含浸法では、例えば、粉末状の酸化ジルコニウムに、アルカリ金属水酸化物若しくはアルカリ金属塩の溶液、又は、アルカリ土類金属水酸化物若しくはアルカリ土類金属塩の溶液を染み込ませ、乾燥、焼成することによって、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体、又は、酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体が調製される。含浸法は「「触媒活用大事典」編集委員会編、触媒活用大事典、工業調査会、2004年12月20日発行、p.17〜18」に示されているように、蒸発乾固法、平衡吸着法、incipient−wetness法、スプレードライ法、CVD法等に分類されるが、本発明においては何れの方法も用いることができる。   The zirconium oxide-alkali metal compound composite and the zirconium oxide-alkaline earth metal compound composite can be prepared, for example, by an impregnation method. In the impregnation method, for example, powdered zirconium oxide is impregnated with an alkali metal hydroxide or alkali metal salt solution, or an alkaline earth metal hydroxide or alkaline earth metal salt solution, and dried and fired. Thus, a zirconium oxide-alkali metal compound composite or a zirconium oxide-alkali earth metal compound composite is prepared. The impregnation method is “Edited by“ Encyclopedia of Catalyst Utilization ”Editorial Committee, Encyclopedia of Utilization of Catalysts, Industrial Research Committee, issued on December 20, 2004, p. As shown in "17-18", it is classified into an evaporation to dryness method, an equilibrium adsorption method, an incipient-wetness method, a spray drying method, a CVD method, etc., but any method can be used in the present invention. it can.

酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体における、酸化ジルコニウムとアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物の含有比は、各複合体の調製において原料として用いる酸化ジルコニウムと、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属水酸化物又はアルカリ土類金属塩の添加量を変えることによって、適宜調整することができる。   The content ratio of zirconium oxide and alkali metal compound or alkaline earth metal compound in the zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex is the same as that of zirconium oxide used as a raw material in the preparation of each complex. It can be appropriately adjusted by changing the addition amount of alkali metal hydroxide, alkali metal salt, alkaline earth metal hydroxide or alkaline earth metal salt.

本発明で用いられる酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体は、例えば、「Journal of Molecular Catalysis、243巻、p.52−59(2006年)」又は「岩本正和監修、触媒調製ハンドブック、株式会社エヌ・ティー・エス、2011年4月25日発行、p.162−163」において報告されているように、incipient−wetness法によって、酸化ジルコニウムに水酸化リチウム水溶液を含浸し、乾燥、焼成することにより調製することができる。   The zirconium oxide-lithium compound composite used in the present invention is, for example, “Journal of Molecular Catalysis, 243, p. 52-59 (2006)” or “Supervised by Masakazu Iwamoto, Catalyst Preparation Handbook, NT Corporation. -As reported in "S, April 25, 2011, p. 162-163", it is prepared by impregnating zirconium oxide with an aqueous lithium hydroxide solution by an incipient-wetness method, followed by drying and firing. be able to.

酸化ジルコニウムと他のアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物との複合体も基本的に酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体と同様にして調製することができる。酸化ジルコニウム−ナトリウム化合物複合体を調製する場合、水酸化リチウム水溶液の代わりに、例えば水酸化ナトリウム水溶液を用いることによって、酸化ジルコニウム−ナトリウム化合物複合体を調製することができる。同様に、水酸化リチウム水溶液の代わりに、例えば硝酸マグネシウム水溶液を用いることによって、酸化ジルコニウム−マグネシウム化合物複合体を調製することができる。同様に、水酸化リチウム水溶液の代わりに、例えば硝酸カルシウム水溶液を用いることによって、酸化ジルコニウム−カルシウム化合物複合体を調製することができる。他のアルカリ金属及びアルカリ土類金属についても同様である。   A complex of zirconium oxide and another alkali metal compound or alkaline earth metal compound can be prepared basically in the same manner as the zirconium oxide-lithium compound complex. When preparing a zirconium oxide-sodium compound complex, a zirconium oxide-sodium compound complex can be prepared by using, for example, an aqueous sodium hydroxide solution instead of an aqueous lithium hydroxide solution. Similarly, a zirconium oxide-magnesium compound composite can be prepared by using, for example, a magnesium nitrate aqueous solution instead of a lithium hydroxide aqueous solution. Similarly, a zirconium oxide-calcium compound composite can be prepared by using, for example, an aqueous calcium nitrate solution instead of an aqueous lithium hydroxide solution. The same applies to other alkali metals and alkaline earth metals.

本発明の方法に用いられる酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体及び酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体において、酸化ジルコニウムとアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物の存在比は、特に限定されないが、ジルコニウム原子1に対するモル比として、アルカリ金属原子又はアルカリ土類金属原子が0.0001以上1以下が好ましく、0.001以上0.5以下がより好ましい。   In the zirconium oxide-alkali metal compound complex and the zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex used in the method of the present invention, the abundance ratio of zirconium oxide and the alkali metal compound or alkaline earth metal compound is not particularly limited, The molar ratio with respect to the zirconium atom 1 is preferably 0.0001 or more and 1 or less, and more preferably 0.001 or more and 0.5 or less for alkali metal atoms or alkaline earth metal atoms.

本発明の方法に用いられる酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体において、アルカリ金属としては特に限定されないが、リチウム、ナトリウム、カリウムが好ましく用いられる。   In the zirconium oxide-alkali metal compound composite used in the method of the present invention, the alkali metal is not particularly limited, but lithium, sodium and potassium are preferably used.

本発明の方法に用いられる酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体において、アルカリ土類金属としては特に限定されないが、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムが好ましく用いられる。   In the zirconium oxide-alkaline earth metal compound composite used in the method of the present invention, the alkaline earth metal is not particularly limited, but beryllium, magnesium, calcium, and strontium are preferably used.

上記した酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体は、それぞれ、単独で用いることもできるし、2種以上の酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体を組み合わせて用いることもできる。また、触媒として用いられる酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体及び酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体は、それぞれ単独で用いることもできるし、これらの2種以上を組み合わせて用いることもできる。   The above-described zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex can be used alone, or two or more kinds of zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkali. A combination of earth metal compound composites can also be used. Moreover, the zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound composite, and zirconium oxide-alkaline earth metal compound composite used as the catalyst can be used alone or in combination of two or more thereof. it can.

本発明の2,3−ブタンジオールを脱水する工程の反応温度は、転化率を良好に保つためには250℃以上が好ましく、3−ブテン−2−オールの選択率を良好に保つためには400℃以下が好ましい。   The reaction temperature in the step of dehydrating 2,3-butanediol of the present invention is preferably 250 ° C. or higher in order to keep the conversion rate good, and in order to keep the selectivity of 3-buten-2-ol good. 400 degrees C or less is preferable.

本発明で触媒として用いられる酸化ジルコニウムは、焼成して調製したものが好ましく用いられる。焼成温度としては、500℃以上1000℃以下が好ましく、600℃以上900℃以下がより好ましい。酸化ジルコニウムの焼成は、電気炉等を用い、炉内に酸素を含む気体を流通させながら加熱することにより行うことができる。酸素を含む気体の流通量、焼成時間は適宜調整することができる。例えば、内容量2Lの電気炉を用いる場合、空気を10〜60mL/分程度の流量で流通させながら、1時間〜12時間程度焼成することができるが、焼成条件はこれに限定されるものではない。   The zirconium oxide used as a catalyst in the present invention is preferably prepared by firing. As a calcination temperature, 500 degreeC or more and 1000 degrees C or less are preferable, and 600 degreeC or more and 900 degrees C or less are more preferable. The firing of zirconium oxide can be performed by using an electric furnace or the like and heating while circulating a gas containing oxygen in the furnace. The amount of gas containing oxygen and the firing time can be adjusted as appropriate. For example, when using an electric furnace with a content volume of 2 L, it can be fired for about 1 to 12 hours while circulating air at a flow rate of about 10 to 60 mL / min, but the firing conditions are not limited to this. Absent.

本発明で触媒として用いられる酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体は、焼成された酸化ジルコニウムを用いて調製されたものが好ましく用いられる。酸化ジルコニウムの焼成温度としては、500℃以上1000℃以下が好ましく、600℃以上900℃以下がより好ましい。酸化ジルコニウムの焼成は、電気炉等を用い、炉内に酸素を含む気体を流通させながら加熱することにより行うことができる。酸素を含む気体の流通量、焼成時間は適宜調整することができる。例えば、内容量2Lの電気炉を用いる場合、空気を10〜60mL/分程度の流量で流通させながら、1時間〜12時間程度焼成することができるが焼成条件はこれに限定されるものではない。このようにして焼成された酸化ジルコニウムを用い、上記のようにアルカリ金属水酸化物若しくはアルカリ金属塩の溶液、又は、アルカリ土類金属水酸化物若しくはアルカリ土類金属塩の溶液を加えて乾燥等を行うことにより、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体を調製することができる。   As the zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex used as a catalyst in the present invention, those prepared using calcined zirconium oxide are preferably used. The firing temperature of zirconium oxide is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and more preferably 600 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. The firing of zirconium oxide can be performed by using an electric furnace or the like and heating while circulating a gas containing oxygen in the furnace. The amount of gas containing oxygen and the firing time can be adjusted as appropriate. For example, in the case of using an electric furnace having an internal capacity of 2 L, it can be fired for about 1 to 12 hours while circulating air at a flow rate of about 10 to 60 mL / min, but the firing conditions are not limited to this. . Using the zirconium oxide thus calcined, adding an alkali metal hydroxide or alkali metal salt solution, or an alkaline earth metal hydroxide or alkaline earth metal salt solution as described above, drying, etc. By performing this, a zirconium oxide-alkali metal compound composite or a zirconium oxide-alkaline earth metal compound composite can be prepared.

本発明は、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1,3−ブタジエンを製造する工程を含むことができる。3−ブテン−2−オールの脱水工程は、2,3−ブタンジオールの脱水工程と同じ反応管内で進行させることができる。この場合、原料の流路の上流側に2,3−ブタンジオールの脱水に用いる触媒を、下流側に3−ブテン−2−オールの脱水に用いる触媒を充填することにより、2,3−ブタンジオールの脱水及び3−ブテン−2−オールの脱水を逐次的に進行させ、1,3−ブタジエンを生成させることができる。したがって、この場合は、3−ブテン−2−オールの脱水工程の反応温度も上記した2,3−ブタンジオールの脱水工程と同様、250℃以上400℃以下の温度下で行うことが好ましい。   The present invention can include a step of producing 1,3-butadiene by dehydrating 3-buten-2-ol produced in the step of dehydrating 2,3-butanediol in the presence of an acid catalyst. The dehydration step of 3-buten-2-ol can proceed in the same reaction tube as the dehydration step of 2,3-butanediol. In this case, by filling the catalyst used for dehydration of 2,3-butanediol on the upstream side of the flow path of the raw material and the catalyst used for dehydration of 3-buten-2-ol on the downstream side, The dehydration of the diol and the dehydration of 3-buten-2-ol proceed sequentially to produce 1,3-butadiene. Therefore, in this case, the reaction temperature in the dehydration step of 3-buten-2-ol is preferably performed at a temperature of 250 ° C. or more and 400 ° C. or less as in the above-described dehydration step of 2,3-butanediol.

また、2,3−ブタンジオールの脱水工程と3−ブテン−2−オールの脱水工程を別個の反応装置によって進行させることもできる。この場合、2,3−ブタンジオールの脱水工程で生成する3−ブテン−2−オールは、精製されていても、精製されていなくてもよい。   Further, the dehydration step of 2,3-butanediol and the dehydration step of 3-buten-2-ol can be carried out by separate reactors. In this case, 3-buten-2-ol produced in the 2,3-butanediol dehydration step may or may not be purified.

3−ブテン−2−オールの脱水工程に用いる酸触媒としては、特に限定されず、気相脱水反応で一般に用いられる酸触媒を用いることができる。酸触媒としては、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、チタニア、ゼオライト、珪藻土、粘土、リン酸、リン酸アルカリ金属塩等が挙げられる。   It does not specifically limit as an acid catalyst used for the dehydration process of 3-buten-2-ol, The acid catalyst generally used by vapor phase dehydration reaction can be used. Examples of the acid catalyst include alumina, silica, silica-alumina, titania, zeolite, diatomaceous earth, clay, phosphoric acid, and alkali metal phosphate.

2,3−ブタンジオールの脱水で得られる3−ブテン−2−オールは、常温、常圧では液体として存在し、脱水反応の生成物のうち液体成分として回収することができる。回収した3−ブテン−2−オールは、例えば、蒸留によって他の成分と分離することができる。蒸留で水との混合物として得られた場合は、共沸蒸留、ゼオライト膜等の分離膜等によって3−ブテン−2−オールと水を分離し、高純度の3−ブテン−2−オールを得ることができる。   3-Buten-2-ol obtained by dehydration of 2,3-butanediol exists as a liquid at room temperature and normal pressure, and can be recovered as a liquid component in the product of the dehydration reaction. The recovered 3-buten-2-ol can be separated from other components by, for example, distillation. When obtained as a mixture with water by distillation, 3-buten-2-ol and water are separated by azeotropic distillation, a separation membrane such as a zeolite membrane, and the like to obtain high-purity 3-buten-2-ol be able to.

2,3―ブタンジオールの脱水又は3−ブテン−2−オールの脱水によって生成する1,3−ブタジエンは、蒸留、抽出蒸留等によって精製することができる。   1,3-butadiene produced by the dehydration of 2,3-butanediol or the dehydration of 3-buten-2-ol can be purified by distillation, extractive distillation or the like.

2,3−ブタンジオールの脱水において、転化率が100%未満の場合は、未反応の2,3−ブタンジオールは液体成分として回収することができる。回収した2,3−ブタンジオールは、例えば蒸留によって他の成分と分離することができる。分離された2,3−ブタンジオールを再利用することによって、3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンの収量を増大させることができる。   In the dehydration of 2,3-butanediol, when the conversion is less than 100%, unreacted 2,3-butanediol can be recovered as a liquid component. The recovered 2,3-butanediol can be separated from other components by, for example, distillation. By reusing the separated 2,3-butanediol, the yield of 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene can be increased.

以下に、実施例を用いて本発明を説明するが、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 using examples, but the present invention is not limited to the following examples.

以下の実施例において示される転化率及び選択率は、それぞれ下記の計算式(式1)、(式2)によって算出した。   The conversion and selectivity shown in the following examples were calculated by the following formulas (Formula 1) and (Formula 2), respectively.

(式1)転化率(%)=((供給原料の物質量−反応後の原料の物質量)/供給原料の物質量))×100
(式2)選択率(%)=(生成物の物質量)/供給原料の物質量)×100
(Formula 1) Conversion (%) = ((Substance amount of feedstock−Substance quantity of raw material after reaction) / Substance quantity of feedstock)) × 100
(Formula 2) Selectivity (%) = (Product quantity) / Feed substance quantity) × 100

実施例、比較例では、図1に示す固定床流通式の反応装置を用いた。内径20mm、全長400mmの石英製反応管4を備え、該反応管の上部には、キャリアーガス導入口2と原料導入口1を備えた気化器3があり、下端には、ガス開放口8を有する反応液捕集容器(冷却器)7を有するものを用いた。反応管の中央部に触媒を固定して充填し、触媒層6をセラミックス電気管状炉5(アサヒ理化製作所、ARF−30KC、炉内長300mm)で反応温度まで加熱し、該温度で保持した。反応中、反応液捕集容器7を氷浴で冷却した。   In the examples and comparative examples, the fixed bed flow type reactor shown in FIG. 1 was used. A quartz reaction tube 4 having an inner diameter of 20 mm and a total length of 400 mm is provided. A vaporizer 3 having a carrier gas introduction port 2 and a raw material introduction port 1 is provided at the upper portion of the reaction tube, and a gas release port 8 is provided at the lower end. The thing which has the reaction liquid collection container (cooler) 7 which has is used. The catalyst was fixed and filled in the center of the reaction tube, and the catalyst layer 6 was heated to the reaction temperature in a ceramic electric tubular furnace 5 (Asahi Rika Seisakusho, ARF-30KC, furnace length 300 mm) and held at that temperature. During the reaction, the reaction liquid collection container 7 was cooled in an ice bath.

反応は3時間又は5時間継続して行った。1時間おきに、捕集された反応液、及びガス開放口から漏出したガスをガスクロマトグラフィ分析に供した。各化合物の基準試料を用いて作成した検量線と各化合物のピーク面積値から各化合物の含有量を算出し、原料の転化率、生成物の選択率を求めた。反応時間全体での転化率、選択率として、1時間おきに求めた転化率、選択率の平均値を算出した。   The reaction was continued for 3 hours or 5 hours. The collected reaction solution and the gas leaked from the gas opening were used for gas chromatography analysis every 1 hour. The content of each compound was calculated from the calibration curve prepared using the reference sample of each compound and the peak area value of each compound, and the conversion rate of the raw material and the selectivity of the product were determined. As the conversion rate and selectivity over the entire reaction time, the average value of the conversion rate and selectivity obtained every other hour was calculated.

参考例1 酸化ジルコニウムの焼成
酸化ジルコニウム(ZrO、第一希元素化学工業株式会社)を、空気(流量30mL/分)を流通させた電気炉(内容量2L)内に静置し、100℃/hの速度で焼成温度(700℃、750℃、800℃、850℃、900℃又は1000℃)まで昇温し、該焼成温度で3時間保持することにより焼成した。
Reference Example 1 Calcination of Zirconium Oxide Zirconium oxide (ZrO 2 , Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.) was allowed to stand in an electric furnace (internal volume 2 L) in which air (flow rate 30 mL / min) was circulated, and 100 ° C. / The temperature was raised to a firing temperature (700 ° C., 750 ° C., 800 ° C., 850 ° C., 900 ° C., or 1000 ° C.) at a rate of h, and firing was performed by holding at the firing temperature for 3 hours.

実施例1〜4 2,3−ブタンジオールの脱水反応
反応管に900℃で焼成した酸化ジルコニウム(1.0g)を充填し、キャリアーガス導入口から水素を45mL/分の流量で流通した。反応温度は表1に示す温度とした。2,3−ブタンジオール(東京化成工業株式会社、立体異性体混合物)をシリンジポンプにて1.06g/時間の流量で原料導入口から気化器に供給し、キャリアーガスと共に反応管に導入した。反応は5時間継続して行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は表1に示す通りであった。
Examples 1-4 Dehydration reaction of 2,3-butanediol A reaction tube was filled with zirconium oxide (1.0 g) calcined at 900 ° C., and hydrogen was circulated at a flow rate of 45 mL / min from the carrier gas inlet. The reaction temperature was the temperature shown in Table 1. 2,3-butanediol (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., stereoisomer mixture) was supplied to the vaporizer from the raw material inlet at a flow rate of 1.06 g / hour by a syringe pump and introduced into the reaction tube together with the carrier gas. The reaction was continued for 5 hours. Table 1 shows the average values of conversion rate and selectivity for 5 hours.

Figure 2015054819
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実施例5 2,3−ブタンジオールの脱水反応
キャリアーガスとして窒素を用いて、反応温度を表2に示す温度とし、他の条件は実施例1と同様にして脱水反応を行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は表2に示す通りであった。
Example 5 Dehydration reaction of 2,3-butanediol Using nitrogen as the carrier gas, the reaction temperature was set to the temperature shown in Table 2, and the dehydration reaction was performed in the same manner as in Example 1 except for the other conditions. Table 2 shows the average values of conversion rate and selectivity for 5 hours.

Figure 2015054819
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実施例6〜11 2,3−ブタンジオールの脱水反応
表3に示す温度で焼成した酸化ジルコニウムを用いて、反応温度を表3に示す温度として、他の条件は実施例1と同様にして脱水反応を行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は表3に示す通りであった。
Examples 6 to 11 Dehydration reaction of 2,3-butanediol Dehydration was performed in the same manner as in Example 1 except that zirconium oxide calcined at the temperature shown in Table 3 was used and the reaction temperature was the temperature shown in Table 3. Reaction was performed. Table 3 shows the average values of conversion rate and selectivity for 5 hours.

Figure 2015054819
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参考例2 酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体(触媒1)の調製
900℃で焼成した酸化ジルコニウムを加えた磁性皿をホットプレート(ホットプレートの温度は65〜80℃)上に置き、上部から白熱ランプで加熱し、水酸化リチウム水溶液を滴下しながら、水分を蒸発除去した。水酸化リチウム水溶液は、リチウム原子:ジルコニウム原子のモル比が0.26:1となる比率で添加した。得られた混合物を電気炉内に入れ、600℃で3時間焼成することにより、酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体(触媒1)を得た。
Reference Example 2 Preparation of Zirconium Oxide-Lithium Compound Complex (Catalyst 1) A magnetic dish to which zirconium oxide calcined at 900 ° C. was added was placed on a hot plate (hot plate temperature was 65 to 80 ° C.), and an incandescent lamp was applied from the top. The water was removed by evaporation while adding a lithium hydroxide aqueous solution dropwise. The lithium hydroxide aqueous solution was added in such a ratio that the molar ratio of lithium atom: zirconium atom was 0.26: 1. The obtained mixture was put in an electric furnace and fired at 600 ° C. for 3 hours to obtain a zirconium oxide-lithium compound composite (catalyst 1).

参考例3 酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体(触媒2)の調製
リチウム原子:ジルコニウム原子のモル比が0.041:1となる比率として、他の条件は参考例2と同様にして、酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体(触媒2)を得えた。
Reference Example 3 Preparation of Zirconium Oxide-Lithium Compound Complex (Catalyst 2) The same conditions as in Reference Example 2 except that the molar ratio of lithium atom: zirconium atom was 0.041: 1 were the same as in Reference Example 2. A lithium compound composite (catalyst 2) was obtained.

参考例4 酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体(触媒3)の調製
リチウム原子:ジルコニウム原子のモル比が0.016:1となる比率として、他の条件は参考例2と同様にして、酸化ジルコニウム−リチウム化合物複合体(触媒3)を得た。
Reference Example 4 Preparation of Zirconium Oxide-Lithium Compound Complex (Catalyst 3) The same conditions as in Reference Example 2 were followed except that the molar ratio of lithium atom: zirconium atom was 0.016: 1. A lithium compound composite (catalyst 3) was obtained.

参考例5 酸化ジルコニウム−ナトリウム化合物複合体(触媒4)の調製
水酸化リチウム水溶液の代わりに水酸化ナトリウム水溶液を用いて、ナトリウム原子:ジルコニウム原子のモル比が0.12:1となる比率として、他の条件は参考例2と同様にして、酸化ジルコニウム−ナトリウム化合物複合体(触媒4)を得えた。
Reference Example 5 Preparation of Zirconium Oxide-Sodium Compound Complex (Catalyst 4) A sodium hydroxide aqueous solution was used instead of the lithium hydroxide aqueous solution, and the molar ratio of sodium atom: zirconium atom was 0.12: 1. Other conditions were the same as in Reference Example 2 to obtain a zirconium oxide-sodium compound complex (catalyst 4).

参考例6 酸化ジルコニウム−マグネシウム化合物複合体(触媒5)の調製
800℃で焼成した酸化ジルコニウムを加えた磁性皿をホットプレート(ホットプレートの温度は65〜80℃)上に置き、上部から白熱ランプで加熱し、硝酸マグネシウム水溶液を滴下しながら、水分を蒸発除去した。硝酸マグネシウム水溶液は、マグネシウム原子:ジルコニウム原子のモル比が0.095:1となる比率で添加した。得られた混合物を電気炉内に入れ、800℃で3時間焼成することにより、酸化ジルコニウム−マグネシウム化合物複合体(触媒5)を得た。
Reference Example 6 Preparation of Zirconium Oxide-Magnesium Compound Complex (Catalyst 5) A magnetic dish to which zirconium oxide calcined at 800 ° C. was added was placed on a hot plate (hot plate temperature was 65 to 80 ° C.), and an incandescent lamp was applied from the top. Then, the water was removed by evaporation while adding a magnesium nitrate aqueous solution dropwise. The magnesium nitrate aqueous solution was added in such a ratio that the molar ratio of magnesium atom: zirconium atom was 0.095: 1. The obtained mixture was put in an electric furnace and calcined at 800 ° C. for 3 hours to obtain a zirconium oxide-magnesium compound composite (catalyst 5).

参考例7 酸化ジルコニウム−カルシウム化合物複合体(触媒6)の調製
硝酸マグネシウム水溶液の代わりに硝酸カルシウム水溶液を用いて、カルシウム原子:ジルコニウム原子のモル比が0.068:1となる比率として、他の条件は参考例6と同様にして、酸化ジルコニウム−カルシウム化合物複合体(触媒6)を得た。
Reference Example 7 Preparation of Zirconium Oxide-Calcium Compound Complex (Catalyst 6) Using an aqueous calcium nitrate solution instead of an aqueous magnesium nitrate solution, the molar ratio of calcium atom: zirconium atom was 0.068: 1. The conditions were the same as in Reference Example 6 to obtain a zirconium oxide-calcium compound composite (catalyst 6).

実施例11〜17 2,3−ブタンジオールの脱水反応
酸化ジルコニウムの変わりに触媒1〜6のうちの一種を用いて、反応温度を350℃として、水素の流量を80mL/分として、他の条件は実施例1と同様にして脱水反応を行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は表4及び表5に示す通りであった。
Examples 11 to 17 Dehydration reaction of 2,3-butanediol Using one of the catalysts 1 to 6 instead of zirconium oxide, the reaction temperature was 350 ° C., the hydrogen flow rate was 80 mL / min, and other conditions The dehydration reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The average values of conversion rate and selectivity for 5 hours are as shown in Tables 4 and 5.

Figure 2015054819
Figure 2015054819

Figure 2015054819
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比較例1 2,3−ブタンジオールの脱水反応
特許文献2に従い、以下の手順でセシウム酸化物−シリカ複合体を調製した。炭酸セシウム(和光純薬工業株式会社、4.65g)を超純粋(50mL)に溶解し、シリカゲル(Sigma−Aldrich、Davisil(登録商標)、35−60メッシュ、10g)を加えた。得られた混合物を80℃で24時間撹拌することにより、水を蒸発させた。得られた粉末を空気流通下、600℃で焼成することにより、セシウム酸化物−シリカ複合体(13.1g)を調製した。
Comparative Example 1 Dehydration Reaction of 2,3-Butanediol According to Patent Document 2, a cesium oxide-silica composite was prepared by the following procedure. Cesium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 4.65 g) was dissolved in ultrapure (50 mL), and silica gel (Sigma-Aldrich, Davisil (registered trademark), 35-60 mesh, 10 g) was added. The resulting mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours to evaporate water. The obtained powder was fired at 600 ° C. under air flow to prepare a cesium oxide-silica composite (13.1 g).

反応管にセシウム酸化物−シリカ複合体(5.0g)を充填し、キャリアーガス導入口から窒素を45mL/分の流量で流通した。反応温度は400℃とした。2,3−ブタンジオール(東京化成工業株式会社、立体異性体混合物)をシリンジポンプにて2mL/時間の流量で原料導入口から気化器に供給し、キャリアーガスと共に反応管に導入した。反応は5時間継続して行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は表6に示す通りであった。   The reaction tube was filled with a cesium oxide-silica composite (5.0 g), and nitrogen was circulated at a flow rate of 45 mL / min from the carrier gas inlet. The reaction temperature was 400 ° C. 2,3-butanediol (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., stereoisomer mixture) was supplied to the vaporizer from the raw material inlet at a flow rate of 2 mL / hour with a syringe pump, and introduced into the reaction tube together with the carrier gas. The reaction was continued for 5 hours. Table 6 shows the average values of conversion rate and selectivity for 5 hours.

比較例2 2,3−ブタンジオールの脱水反応
触媒として酸化ジルコニウムの替わりに、アルミナ(Catalysis Society of Japan、触媒学会参照触媒、JRC−ALO−6)を用いて、反応温度を325℃として、他の条件は実施例1と同様にして脱水反応を行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は表6に示す通りであった。
Comparative Example 2 Dehydration reaction of 2,3-butanediol Alumina (Catalysis Society of Japan, Reference Catalyst of Catalysis Society, JRC-ALO-6) was used in place of zirconium oxide as a catalyst, and the reaction temperature was set to 325 ° C. The dehydration reaction was performed in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the average values of conversion rate and selectivity for 5 hours.

比較例3〜14 2,3−ブタンジオールの脱水反応
触媒として酸化ジルコニウムの替わりに、表6に示す金属酸化物を用いて、反応温度を表6に示す温度として、他の条件は実施例1と同様にして脱水反応を行った。各金属酸化物は、参考例1に示す方法により800℃で焼成したものを用いた。転化率及び選択率の5時間の平均値は表6に示す通りであった。
Comparative Examples 3-14 Dehydration reaction of 2,3-butanediol Instead of zirconium oxide as a catalyst, the metal oxide shown in Table 6 was used, the reaction temperature was the temperature shown in Table 6, and other conditions were as in Example 1. The dehydration reaction was performed in the same manner as described above. Each metal oxide used was fired at 800 ° C. by the method shown in Reference Example 1. Table 6 shows the average values of conversion rate and selectivity for 5 hours.

Figure 2015054819
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実施例18 3−ブテン−2−オールの脱水反応
原料として3−ブテン−2−オール(Sigma−Aldrich)を用い、触媒としてアルミナ(Catalysis Society of Japan、触媒学会参照触媒、JRC−ALO−6)を用い、反応温度を350℃として、他の条件は実施例1と同様にして脱水反応を行った。転化率及び選択率の5時間の平均値は下記の通りであった。
転化率(モル%):100
1,3−ブタジエン選択率(モル%):94.9
Example 18 Dehydration reaction of 3-buten-2-ol Using 3-buten-2-ol (Sigma-Aldrich) as a raw material and alumina as a catalyst (Catalysis Society of Japan, Reference Catalyst of Catalysis Society, JRC-ALO-6) The reaction temperature was 350 ° C., and the dehydration reaction was performed in the same manner as in Example 1 except for the other conditions. The average values of conversion rate and selectivity for 5 hours were as follows.
Conversion rate (mol%): 100
1,3-butadiene selectivity (mol%): 94.9

実施例19 3−ブテン−2−オールの脱水反応
実施例16の反応液から2,3−ブタンジオールを回収した3−ブテン−2−オールの粗精製液の組成にあわせ、メチルエチルケトン(関東化学株式会社、14mg)、イソブチルアルデヒド(東京化成工業株式会社、278mg)、イソブタノール(関東化学株式会社、38mg)、3−ブテン−2−オール(Sigma−Aldrich、6.71g)、アセトイン(東京化成工業株式会社、994mg)、蒸留水(1.97g)を混合し、該粗精製を調製した。
Example 19 Dehydration reaction of 3-buten-2-ol Methyl ethyl ketone (Kanto Chemical Co., Ltd.) was used in accordance with the composition of the crude purified solution of 3-buten-2-ol obtained by recovering 2,3-butanediol from the reaction solution of Example 16. Company, 14 mg), isobutyraldehyde (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 278 mg), isobutanol (Kanto Chemical Co., Ltd., 38 mg), 3-buten-2-ol (Sigma-Aldrich, 6.71 g), acetoin (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) Ltd., 994 mg) and distilled water (1.97 g) were mixed to prepare the crude product.

反応管にアルミナ(Catalysis Society of Japan、触媒学会参照触媒、JRC−ALO−6、1.0g)を充填し、キャリアーガス導入口から窒素を30mL/分の流量で流通した。反応温度は280℃とした。前述の通り調製した粗精製液をシリンジポンプにて1.0mL/時間の流量で原料導入口から気化器に供給し、キャリアーガスと共に反応管に導入した。反応は1時間継続して行った。3−ブテン−2−オールの転化率及び3−ブテン−2−オールに対する1,3−ブタジエンの収率は下記の通りであった。
転化率(モル%):100
1,3−ブタジエン収率(モル%):94.8
The reaction tube was filled with alumina (Catalysis Society of Japan, Catalysis Society Reference Catalyst, JRC-ALO-6, 1.0 g), and nitrogen was circulated from the carrier gas inlet at a flow rate of 30 mL / min. The reaction temperature was 280 ° C. The crude purified solution prepared as described above was supplied from the raw material inlet to the vaporizer with a syringe pump at a flow rate of 1.0 mL / hour, and introduced into the reaction tube together with the carrier gas. The reaction was continued for 1 hour. The conversion of 3-buten-2-ol and the yield of 1,3-butadiene relative to 3-buten-2-ol were as follows.
Conversion rate (mol%): 100
1,3-butadiene yield (mol%): 94.8

参考例8 2,3−ブタンジオールの回収
実施例2で生成した反応液の組成に合わせ、擬似反応液を調製した。すなわち、2,3−ブタンジオール(東京化成工業株式会社、立体異性体混合物、97%、32.5g)、メチルエチルケトン(関東化学株式会社、99%、5.88mg)、イソブチルアルデヒド(東京化成工業株式会社、97%、451mg)、イソブタノール(関東化学株式会社、99%、2.32mg)、3−ブテン−2−オール(Sigma−Aldrich、97%、22.7g)、アセトイン(東京化成工業株式会社、98%、2.36g)、蒸留水(9.17g)を混合し、擬似反応液を調製した。得られた擬似反応溶液を、減圧下で蒸留することにより、2,3−ブタンジオール(31.3g)を単離した。単離した2,3−ブタンジオールの純度をガスクロマトグラフィによって測定したところ、96.9%であった。2,3−ブタンジオールの回収率は96%であった。
Reference Example 8 Recovery of 2,3-butanediol A simulated reaction solution was prepared in accordance with the composition of the reaction solution produced in Example 2. That is, 2,3-butanediol (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., stereoisomer mixture, 97%, 32.5 g), methyl ethyl ketone (Kanto Chemical Co., Ltd., 99%, 5.88 mg), isobutyraldehyde (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) Company, 97%, 451 mg), isobutanol (Kanto Chemical Co., Inc., 99%, 2.32 mg), 3-buten-2-ol (Sigma-Aldrich, 97%, 22.7 g), acetoin (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) Company, 98%, 2.36 g) and distilled water (9.17 g) were mixed to prepare a simulated reaction solution. The obtained simulated reaction solution was distilled under reduced pressure to isolate 2,3-butanediol (31.3 g). The purity of the isolated 2,3-butanediol was measured by gas chromatography and found to be 96.9%. The recovery rate of 2,3-butanediol was 96%.

実施例1乃至17から、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体の存在下に、2,3−ブタンジオールを脱水することによって3−ブテン−2−オールが高い選択率で製造可能であることが示された。   From Examples 1 to 17, 3-butene-2 was obtained by dehydrating 2,3-butanediol in the presence of zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex. -All have been shown to be manufacturable with high selectivity.

実施例3及び実施例6乃至11から、酸化ジルコニウムを焼成することにより、3−ブテン−2−オールの選択率が向上する傾向にあることが示された。   From Example 3 and Examples 6 to 11, it was shown that the selectivity of 3-buten-2-ol tends to be improved by firing zirconium oxide.

比較例3乃至14から、非特許文献10に開示されている、1,4−ブタンジオールを脱水して3−ブテン−1−オールを選択的に生成させる触媒は、2,3−ブタンジオールの脱水による3−ブテン−2−オールの生成には適用できないことが示された。   From Comparative Examples 3 to 14, the catalyst that is disclosed in Non-Patent Document 10 and dehydrates 1,4-butanediol to selectively produce 3-buten-1-ol is obtained from 2,3-butanediol. It was shown that it is not applicable to the production of 3-buten-2-ol by dehydration.

実施例18から、3−ブテン−2−オールは、酸触媒の存在下に脱水することによって、定量的に1,3−ブタジエンに変換できることが示された。   Example 18 showed that 3-buten-2-ol can be quantitatively converted to 1,3-butadiene by dehydration in the presence of an acid catalyst.

実施例19から、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1,3−ブタジエンに変換できることが示された。   Example 19 showed that 3-buten-2-ol produced from 2,3-butanediol can be quantitatively converted to 1,3-butadiene even in a crudely purified state.

実施例1乃至17で示されたとおり、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体を触媒として用いて、2,3−ブタンジオールを脱水することによって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。また、実施例18及び19で示されたとおり、3−ブテン−2−オールは定量的に1,3−ブタジエンに変換できる。従って、実施例1乃至19から、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体を触媒として用いて、2,3−ブタンジオールを脱水することによって3−ブテン−2−オールを製造し、得られた3−ブテン−2−オールを酸触媒の存在下で脱水することにより、2,3−ブタンジオールから1,3−ブタジエンが高い選択率で製造可能であることが示された。   By dehydrating 2,3-butanediol using zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex as a catalyst, as shown in Examples 1 to 17 3-Buten-2-ol can be produced with high selectivity. Also, as shown in Examples 18 and 19, 3-buten-2-ol can be quantitatively converted to 1,3-butadiene. Therefore, from Examples 1 to 19, by dehydrating 2,3-butanediol using zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex or zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex as a catalyst, 3- By producing buten-2-ol and dehydrating the resulting 3-buten-2-ol in the presence of an acid catalyst, 1,3-butadiene can be produced from 2,3-butanediol with high selectivity. It was shown that.

比較例1から、先行技術であるセシウム酸化物−シリカ複合体を用いる方法は、3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンの選択率が低いことが示された。   From the comparative example 1, it was shown that the method using the cesium oxide-silica composite which is the prior art has low selectivity for 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene.

比較例2から、一般的な酸触媒であるアルミナでは、2,3−ブタンジオールの脱水によってメチルエチルケトンが多く生成し、3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンの選択率は低いことが示された。   From Comparative Example 2, alumina, which is a general acid catalyst, produces a large amount of methyl ethyl ketone by dehydration of 2,3-butanediol, and the selectivity of 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene is low. Indicated.

参考例8から、2,3−ブタンジオールの脱水反応における未反応の2,3−ブタンジオールは、反応液から蒸留によって、高い回収率、高い純度で回収可能であることが示された。   Reference Example 8 shows that unreacted 2,3-butanediol in the dehydration reaction of 2,3-butanediol can be recovered from the reaction solution by distillation with a high recovery rate and high purity.

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無く、高い選択率で3−ブテン−2−オール及び1,3−ブタジエンを製造することができる。3−ブテン−2−オールは医薬品等の原料となる他、1,3−ブタジエンに容易に変換でき、1,3−ブタジエンは合成ゴム、ナイロンの原料となる基幹化学製品であるため、本発明は産業上極めて有用である。   According to the present invention, 3-buten-2-ol and 1,3-butadiene can be produced with high selectivity without using a radioactive substance from 2,3-butanediol. Since 3-buten-2-ol is a raw material for pharmaceuticals and the like, it can be easily converted to 1,3-butadiene, and 1,3-butadiene is a basic chemical product that is a raw material for synthetic rubber and nylon. Is extremely useful in industry.

1 原料導入口
2 キャリアーガス導入口
3 気化器
4 反応管
5 管状炉
6 触媒層
7 反応液捕集容器(冷却器)
8 ガス開放口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material inlet 2 Carrier gas inlet 3 Vaporizer 4 Reaction tube 5 Tubular furnace 6 Catalyst layer 7 Reaction liquid collection container (cooler)
8 Gas opening

Claims (5)

酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体及び酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物複合体から成る群より選ばれる少なくとも1種を触媒として用いて、2,3−ブタンジオールを脱水することを含む、3−ブテン−2−オールの製造方法。   Dehydrating 2,3-butanediol using at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, zirconium oxide-alkali metal compound complex and zirconium oxide-alkaline earth metal compound complex as a catalyst, A method for producing 3-buten-2-ol. 脱水の反応温度が250℃以上400℃以下である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the dehydration reaction temperature is 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. 触媒として用いる酸化ジルコニウムが、500℃以上1000℃以下の範囲で焼成された酸化ジルコニウムである、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the zirconium oxide used as the catalyst is zirconium oxide calcined in the range of 500 ° C or higher and 1000 ° C or lower. 触媒として用いる酸化ジルコニウム−アルカリ金属化合物複合体又は酸化ジルコニウム−アルカリ土類金属化合物が、500℃以上1000℃以下の範囲で焼成された酸化ジルコニウムを用いて調製されたものである、請求項1又は2に記載の方法。   The zirconium oxide-alkali metal compound composite or zirconium oxide-alkaline earth metal compound used as a catalyst is prepared using zirconium oxide baked in a range of 500 ° C or higher and 1000 ° C or lower. 2. The method according to 2. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法により製造された3−ブテン−2−オールを、酸触媒の存在下で脱水することを含む、1,3−ブタジエンの製造方法。   The manufacturing method of 1, 3- butadiene including dehydrating 3-buten-2-ol manufactured by the method of any one of Claims 1-4 in presence of an acid catalyst.
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