JP2016104719A - 脂肪族アルコールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】炭化水素等の副生を抑え、特別な後処理がなく工業的に満足できる高生産性でかつ高品質な脂肪族アルコールの製造法の提供。【解決手段】触媒を用いて脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化する炭素数が8以上22以下の脂肪族アルコールの製造方法であって、触媒が、触媒金属を担体に担持した下記に記された触媒である高級脂肪族アルコールの製造方法。前記触媒の空隙率が30〜99%であり、水素化の反応温度が150〜300℃であり、反応圧力がゲージ圧で1〜30MPaである脂肪族アルコールの製造方法。(a)触媒金属としてCo及びCuから選ばれる元素を1種類以上含有(b)触媒の全細孔容量が0.05mL/g以上(c)細孔径が0.1〜500μmの領域の細孔の容量が、触媒の全細孔容量の50%以上【選択図】なし

Description

本発明は、脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化して脂肪族アルコールを製造するための方法に関する。詳しくは、脂肪酸又は脂肪酸エステルの水素化を特定構造の触媒を用いて行う、反応選択性が著しく改良され生産性の高い、炭素数が8以上22以下の高品質な脂肪族アルコールの製造方法に関するものである。
アルコールを製造する方法としては、脂肪酸又は脂肪酸エステルを接触水素化する方法が一般的に知られている。脂肪酸又は脂肪酸エステルの水素化に供される触媒としては、PtやPdなどの貴金属触媒や卑金属触媒であるCu、Ni、Coなど多くの金属触媒を用いた検討例が報告されている。脂肪酸エステルの水素化に供される触媒としては主に銅系触媒が提案されており、例えば銅−クロム触媒が工業的に使用されている。例えば特許文献1は、こうした触媒を所定条件下で液相還元し、水素化反応に用いることについて記載している。一方で遊離のカルボン酸を触媒で接触水素化し、アルコールを得ようとする試みも古くから行われてきた。
例えば、特許文献2には、Al、Zr、Mo、Yなどから選ばれる金属と、Cu、Pt、Pdなどから選ばれる金属とを含有するCo触媒を用いたアルコールの製造方法が開示されている。また、特許文献3には、Fe、Zn、P等を複合化したCo触媒を用いたアルコールの製造方法が開示されている。特許文献1〜3は、調製された触媒をペレット状にして焼成するなどにより成形して用いることを記載している。
特許文献4では、油脂又は脂肪酸エステル中に微量の塩基性物質を添加して、油脂又は脂肪酸エステルの水素化反応中でのジアルキルエーテル、アルキルメチルエーテル及び炭化水素の副生を抑制する高級アルコールの製造方法が開示されている。特許文献5では、内燃機関の排ガス処理に用いられるハニカム構造体と無機繊維が一体成形されてなるハニカム構造体が開示されている。このハニカム構造体は主として0.005〜0.03μmの範囲に存在する気孔によって化学的に有害な物質の除去に寄与し、気孔径が1〜50μmである範囲に存在する気孔によって、圧力損失を低くし、PM(微小粒子状物質)の捕集効率を高めている。
特開平7−163880号公報 特開昭61−5036号公報 特開昭48−62708号公報 特開平8−169855号公報 特開2009−255047号公報
高級アルコールを製造する方法としては、例えば上記特許文献1〜3に記載のように、脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化触媒の存在下に高温、高圧下で水素化する方法が知られている。この製造方法においては、水素化反応中に触媒上で過剰反応が進行し、得られた高級アルコールの一部が脱水して、ジアルキルエーテル、アルキルメチルエーテル、炭化水素が多量に副生することが知られている。これにより目的物であるアルコールの収率が低下し、また純度低下により品質が悪化するという問題があった。一方、これを回避するために特許文献4に記載の製造方法を用いると、添加した塩基物質の後処理による製造コストの上昇が避けられないという問題があった。
特許文献5に記載のハニカム構造体では、化学的に有害な物質の除去に寄与しているのは細孔直径が0.005〜0.03μmの範囲に存在する気孔である。細孔直径が1〜15μmの範囲、及び15〜50μmの範囲に存在する気孔については、圧力損失を低く保ちつつ、PMの捕集効率を高くすることができる旨、開示がされているにすぎず、触媒内部からの反応生成物の拡散及び副生成物の生成の抑制については何ら開示されていない。また、アルコールの製造について記載するものでもない。
本発明の課題は、脂肪酸又は脂肪酸エステルの水素化反応において炭化水素等の副生を抑え、特別な後処理を必要とせず、工業的に満足でき生産性の高い、高品質な脂肪族アルコールの製造法を提供することにある。
本発明は、触媒を用いて脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化する、炭素数が8以上22以下の脂肪族アルコールの製造方法であって、触媒が触媒金属を担体に担持したものであり、(a)触媒金属としてCo及びCuから選ばれる元素を1種類以上含有し、(b)触媒の全細孔容量が0.05mL/g以上であり、(c)細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、触媒の全細孔容量の50%以上である、脂肪族アルコールの製造方法に関する。
本発明の製造方法に用いる触媒は、高い反応選択性を有し、工業的に満足できるものであり、本発明の製造方法を用いると、脂肪酸又は脂肪酸エステルを原料として、高い収率で炭素数が8以上22以下の脂肪族アルコールを製造することができ、工業的に極めて有利である。
本発明の条件を満たす特定の細孔構造の触媒を用いることで、副生物が低減し反応選択性が向上する理由は定かではないが、以下のように考えられる。即ち従来技術においては、成形強度や成形性の観点から、打錠成形触媒や押し出し成形触媒など、本発明に用いられる触媒よりも小さい領域の細孔を有する触媒が用いられていた。しかしながら、従来技術の触媒の細孔は反応生成物の拡散性を向上させる観点からは不十分な大きさである。これに対して本発明のように、従来技術よりも格段に大きい領域の特定の細孔構造を有する触媒を用いると、反応生成物の触媒細孔内での拡散が促進され、速やかに細孔内部から流出する。結果として、従来触媒に比べて生成物の細孔内部滞留時間を短縮することができ、触媒細孔内部滞留中の過剰反応が抑制され、副生物量が抑制されるものと考えられる。
<脂肪酸又は脂肪酸エステル>
本発明の製造方法の原料としては、反応性及び選択性の観点から、脂肪酸又は脂肪酸エステルが用いられる。
脂肪酸としては、牛脂、魚油等の動物性油脂や、パーム核油、ヤシ油、パーム油、大豆油、ナタネ油等の植物性油脂から得られる動植物系の天然の脂肪酸の他に、合成系脂肪酸が挙げられる。脂肪酸は、反応生成物の界面活性剤用途での有用性の観点及び原料の入手容易性の観点から、植物性油脂由来のものが好ましく、パーム核油、ヤシ油、及びパーム油から選ばれる1種以上の油脂由来のものがより好ましく、パーム核油又はヤシ油由来のものが更に好ましい。また、脂肪酸の炭素数は、同様の観点から、好ましくは8以上であり、そして、好ましくは22以下、より好ましくは18以下である。また、脂肪酸は、同様の観点から、直鎖又は分岐の飽和又は不飽和の炭化水素基を有するものが好ましく、直鎖の飽和又は不飽和の炭化水素基を有するものがより好ましく、直鎖の飽和炭化水素基を有するものが更に好ましい。
脂肪酸エステルとしては、脂肪酸と炭素数1以上22以下の1価のアルコールとのエステルである脂肪酸アルコールエステル、油脂等が挙げられる。油脂としては、牛脂、魚油等の動物性油脂や、パーム核油、ヤシ油、パーム油、大豆油、ナタネ油等の植物性油脂が挙げられる。中でも反応生成物の界面活性剤用途での有用性の観点から、植物性油脂由来のものが好ましく、パーム核油、ヤシ油、及びパーム油から選ばれる1種以上の油脂由来のものがより好ましく、パーム核油又はヤシ油由来のものが更に好ましい。また、同様の観点から、油脂の構成脂肪酸の炭素数は好ましくは8以上であり、そして、好ましくは22以下、より好ましくは18以下である。
また、脂肪酸アルコールエステルは、前記油脂中のグリセライド類と炭素数1以上22以下の1価のアルコールとのエステル交換反応、あるいは前記油脂を加水分解して得られた脂肪酸と炭素数1以上22以下の1価のアルコールとのエステル化反応により得ることができる。脂肪酸アルコールエステルの構成脂肪酸は、反応生成物の界面活性剤用途での有用性の観点及び原料の入手容易性の観点から、植物性油脂由来のものが好ましく、パーム核油、ヤシ油、及びパーム油から選ばれる1種以上の油脂由来のものがより好ましく、パーム核油又はヤシ油由来のものが更に好ましい。また、構成脂肪酸の炭素数は、同様の観点から、好ましくは8以上であり、そして、好ましくは22以下、より好ましくは18以下である。また、構成脂肪酸は、同様の観点から、直鎖又は分岐の飽和又は不飽和の炭化水素基を有するものが好ましく、直鎖の飽和又は不飽和の炭化水素基を有するものがより好ましく、直鎖の飽和炭化水素基を有するものが更に好ましい。
炭素数1以上22以下の1価のアルコールは、生産性を向上させる観点から、好ましくは炭素数1以上4以下の1価の低級アルコールであり、より好ましくはメタノール、又はエタノールであり、更に好ましくはメタノールである。
エステル交換反応及びエステル化反応は、公知の方法で実施することが可能である。反応は連続式、回分式又は半回分式のいずれの反応形態も利用できるが、大量にエステルを製造する場合、連続式が有利である。エステル交換反応の触媒としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、ナトリウムアルコラート等の均一系アルカリ触媒、イオン交換樹脂や含水酸化ジルコニウム、リン酸アルミニウム、硫酸担持ジルコニア、チタノシリケート等の固体触媒が挙げられる。
油脂のエステル交換反応を、均一系アルカリ触媒を用いて行う場合は、エステル交換反応の前に、副生成物の生成量の低減の観点から、好ましくは硫酸、パラトルエンスルホン酸等の酸触媒を用いて、油脂に含まれる脂肪酸を炭素数1以上22以下の1価のアルコールとのエステルとする。均一系アルカリ触媒を用いる場合の油脂のエステル交換の反応温度は、反応性の観点から、好ましくは30℃以上、より好ましくは40℃以上であり、そして、脂肪酸アルコールエステルの収率の観点から、好ましくは90℃以下、好ましくは80℃以下である。均一系アルカリ触媒を用いる場合の油脂のエステル交換の反応圧力は、ゲージ圧力で、反応性の観点から、好ましくは大気圧以上0.5MPa以下、より好ましくは大気圧である。
エステル交換反応における炭素数1以上22以下の1価のアルコールの使用量は、油脂中のグリセライド類に対して、反応性の観点から、好ましくは1.5モル倍以上、より好ましくは3モル倍以上、更に好ましくは6モル倍以上であり、そして、経済性の観点から、好ましくは15モル倍以下、より好ましくは12モル倍以下である。
脂肪酸又は脂肪酸エステルとしては、通常、触媒存在下の脱硫反応、蒸留や吸着などの脱硫処理によって硫黄成分を低減又は除去したものを用いることが好ましい。
<触媒>
本発明に用いられる触媒は、触媒金属を担体に担持したものであり、触媒金属としてCo及びCuから選ばれる元素を1種類以上含有し、全細孔容量が0.05mL/g以上であって、細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、全細孔容量の50%以上である触媒である。以下の記載において、触媒金属とは前記触媒中で、水素雰囲気下で脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化する物質を構成する元素である。また、前記触媒金属を含有する化合物を触媒金属化合物という。
本発明に用いられる触媒の全細孔容量は、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、0.05mL/g以上であり、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは10mL/g以下、より好ましくは4mL/g以下、更に好ましくは2.5mL/g以下である。
また、触媒の全細孔容量は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、好ましくは0.15mL/g以上、より好ましくは0.5mL/g以上、更に好ましくは0.6mL/g以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、より更に好ましくは1.6mL/g以下、より更に好ましくは1mL/g以下である。
また、触媒の全細孔容量は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、好ましくは1.2mL/g以上、より好ましくは1.8mL/g以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、更に好ましくは2mL/g以下、より更に好ましくは1.9mL/g以下である。
なお、ここで触媒活性とは、本発明に用いられる触媒の存在下で脂肪酸又は脂肪酸エステルから対応するアルコールを生成する水素化反応の速度であって、具体的には原料中の脂肪酸又は脂肪酸エステルの含有量の減少速度である。また、選択性とは、本発明の水素化反応における炭化水素の生成量であって、具体的には所定の時点での反応液中の炭化水素の含有量である。
本発明に用いられる触媒の細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量は、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、全細孔容量に対して50%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、全細孔容量に対して好ましくは100%以下である。
また、触媒の細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、更に好ましくは63%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下、更に好ましくは85%以下、より更に好ましくは84%以下である。
また、触媒の細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、更に好ましくは70%以上、より更に好ましくは80%以上、より更に好ましくは90%以上、より更に好ましくは95%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは97%以下、より好ましくは96%以下である。
本発明に用いられる触媒の細孔径のモードは、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.035μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは100μm以下である。
また、触媒の細孔径のモードは、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、更に好ましくは15μm以上、より更に好ましくは40μm以上、より更に好ましくは50μm以上、より更に好ましくは55μm以上、より更に好ましくは56μm以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、より好ましくは85μm以下、更に好ましくは75μm以下、より更に好ましくは70μm以下、より更に好ましくは68μm以下、より更に好ましくは60μm以下である。
また、触媒の細孔径のモードは、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、更に好ましくは1μm以上、より更に好ましくは10μm以上、より更に好ましくは12μm以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下、より更に好ましくは20μm以下、より更に好ましくは15μm以下である。
本発明に用いられる触媒の細孔径のメジアンは、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは8μm以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは100μm以下である。
また、触媒の細孔径のメジアンは、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より更に好ましくは15μm以上、より更に好ましくは20μm以上、より更に好ましくは25μm以上であり、より更に好ましくは27μm以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、より好ましくは85μm以下、更に好ましくは70μm以下、より更に好ましくは65μm以下、より更に好ましくは60μm以下、より更に好ましくは55μm以下、より更に好ましくは50μm以下、より更に好ましくは49μm以下である。
また、触媒の細孔径のメジアンは、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より更に好ましくは10μm以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下、より更に好ましくは20μm以下、より更に好ましくは15μm以下、より更に好ましくは11μm以下である。
本発明に用いられる触媒の空隙率は、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、好ましくは30%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは99%以下である。
また、触媒の空隙率は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、より好ましくは35%以上、更に好ましくは40%以上、より更に好ましくは45%以上、より更に好ましくは49%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、より好ましくは80%以下、更に好ましくは75%以下、より更に好ましくは70%以下、より更に好ましくは67%以下である。
また、触媒の空隙率は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、より好ましくは60%以上、更に好ましくは75%以上、より更に好ましくは80%以上、より更に好ましくは84%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、より好ましくは90%以下、更に好ましくは85%以下である。
本発明に用いられる触媒の比表面積は、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、好ましくは0.1m/g以上、より好ましくは0.8m/g以上、より好ましくは10m/g以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは500m/g以下、より好ましくは400m/g以下、更に好ましくは250m/g以下、より更に好ましくは100m/g以下、より更に好ましくは60m/g以下、より更に好ましくは40m/g以下、より更に好ましくは35m/g以下である。
また、触媒の比表面積は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、更に好ましくは15m/g以上、より更に好ましくは20m/g以上、より更に好ましくは21m/g以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、より更に好ましくは32m/g以下である。
また、触媒の比表面積は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときに、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性を向上させる観点から、更に好ましくは14m/g以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点、及び触媒の強度を向上させる観点から、より更に好ましくは30m/g以下、より更に好ましくは20m/g以下、より更に好ましくは15m/g以下である。
本発明に用いられる触媒のかさ密度は、触媒の強度を向上させる観点、及び触媒を反応器に充填する場合の充填量を増加させる観点から、好ましくは100kg/m以上、より好ましくは200kg/m以上、更に好ましくは300kg/m以上、より更に好ましくは400kg/m以上であり、そして、空隙が大きいことによる反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点、並びに反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、好ましくは10000kg/m以下、より好ましくは2500kg/m以下、更に好ましく2000kg/m以下、より更に好ましくは1500kg/m以下、より更に好ましくは1000kg/m以下である。
また、触媒のかさ密度は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造する場合、触媒の強度を向上させる観点、及び触媒を反応器に充填する場合の充填量を増加させる観点から、より更に好ましくは500kg/m以上、より更に好ましくは600kg/m以上、より更に好ましくは680kg/m以上あり、そして、空隙が大きいことによる反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点、並びに反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、より更に好ましくは850kg/m以下、より更に好ましくは770kg/m以下である。
また、触媒のかさ密度は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造する場合、触媒の強度を向上させる観点、及び触媒を反応器に充填する場合の充填量を増加させる観点から、より更に好ましくは450kg/m以上であり、そして、空隙が大きいことによる反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点、並びに反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、より更に好ましくは600kg/m以下、より更に好ましくは500kg/m以下である。
本発明に用いられる触媒の全細孔容量、細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量、細孔径のモード及びメジアン、空隙率、比表面積、かさ密度は、実施例に記載の方法で測定できる。
触媒の形状は、球状、円柱状、シート状、筒状、ハニカム状、不定形状などのいずれでもよいが、用途に応じた形状に加工することが容易であることから、シート状が好ましい。
シート状にしたときは帯状の長いものでもよく、例えば、ロール状に巻き取られたシートとして使用することもできる。触媒をシート状にするときは、厚みは、触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上、更に好ましくは0.8mm以上であり、触媒内部での反応原料及び反応生成物の拡散距離を短縮することにより、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは10mm以下、より好ましくは2mm以下、更に好ましくは1.2mm以下である。
本発明に用いられる触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量は、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.01g/g以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点から、好ましくは0.8g/g以下である。
また、触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造する場合、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より好ましくは0.3g/g以上、更に好ましくは0.33g/g以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.6g/g以下、更に好ましくは0.5g/g以下、より更に好ましくは0.4g/g以下である。
また、触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造する場合、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より好ましくは0.1g/g以上、更に好ましくは0.15g/g以上、より更に好ましくは0.2g/g以上、より更に好ましくは0.25g/g以上、より更に好ましくは0.27g/g以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.35g/g以下、更に好ましくは0.3g/g以下である。
本発明に用いられる触媒の単位体積当たりの触媒金属の担持量は触媒金属として、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から0.05g/mL以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点から、好ましくは1.0g/mL以下である。
また、触媒の単位体積当たりの触媒金属の担持量は触媒金属として、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造する場合、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.15g/mL以上、より好ましくは0.2g/mL以上、更に好ましくは0.25g/mL以上、より更に好ましくは0.3g/mL以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.8g/mL以下、更に好ましくは0.6g/mL以下、より更に好ましくは0.4g/mL以下、より更に好ましくは0.35g/mL以下、より更に好ましくは0.3g/mL以下である。
また、触媒の単位体積当たりの触媒金属の担持量は触媒金属として、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造する場合、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1g/mL以上、より好ましくは0.12g/mL以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点から、好ましくは0.2g/mL以下、より好ましくは0.15g/mL以下である。
[触媒金属]
本発明に用いられる触媒は、触媒金属としてCo及びCuから選ばれる元素を1種類以上含有する。脂肪酸又は油脂から炭素数が8以上22以下のアルコールを製造する観点からはCoを含有することが好ましく、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルから炭素数が8以上22以下のアルコールを製造する観点からはCuを含有することが好ましい。
また触媒活性及び選択性を向上させる観点から、前記触媒は、Co及びCu以外の遷移金属を助触媒成分として含有することが好ましい。2種類以上の助触媒成分を用いる場合、助触媒成分の中で最も含有量が多い助触媒成分を第1助触媒成分、助触媒成分の中で2番目に含有量が多い助触媒成分を第2助触媒成分、助触媒成分の中で3番目に含有量が多い助触媒成分を第3助触媒成分とする。
触媒活性及び選択性を向上させる観点から前記触媒は、助触媒成分として第3族金属、第4族金属、第5族金属、第6族金属、第10族金属、第12族金属、第13族金属及び第14族金属から選ばれる1種以上を含有することが好ましく、具体的にはZr、Y、La、Ce、Si、Al、Sc、V、Nb、Mo、Pd、Pt、Ti、Cr、Zn、Ba、Fe、Al、Siから選ばれる元素を1種類以上含有することが好ましく、Zr、Y、Mo、Pd、Ti、Zn、Baから選ばれる元素を1種類以上含有することがより好ましく、脂肪酸又は油脂から炭素数が8以上22以下のアルコールを製造する場合の触媒活性及び選択性を向上させる観点から、Zr、Y、Mo及びPdから選ばれる元素を1種以上含有することが更に好ましく、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルから炭素数が8以上22以下のアルコールを製造する場合の触媒活性及び選択性を向上させる観点から、Ti、Zn及びBaから選ばれる元素を1種以上含有することが更に好ましい。さらに触媒活性及び選択性を向上させる観点から前記触媒は、これらから選ばれる1種以上を第2助触媒成分、第3助触媒成分として含有することができる。触媒としては例えば、Co−Mo、Co−Zr、Co−Zr−Mo、Co−Y−Pd−Mo等のCo系触媒、Cu−Cr、Cu−Zn、Cu−Zn−Ti、Cu−Zn−Ti−Ba等のCu系触媒を使用することができる。本発明に用いられる触媒が含有する触媒金属化合物は、取扱い性の観点から、好ましくは酸化物である。
1種以上の助触媒成分を用いる場合、Co又はCu100モルに対する助触媒成分金属のモル数の合計は、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは0.01以上であり、そして、好ましくは200以下である。また、Co又はCu100モルに対する助触媒成分金属のモル数の合計は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造する場合の触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは1以上、より更に好ましくは3以上であり、そして、選択性を向上させる観点から、より好ましくは100以下、更に好ましくは10以下、より更に好ましくは6以下である。また、Co又はCu100モルに対する助触媒成分金属のモル数の合計は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造する場合の触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは100以上、更に好ましくは110以上であり、そして、より好ましくは150以下、更に好ましくは130以下である。
Co又はCu100モルに対する第1助触媒成分金属のモル数は、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは0.001以上であり、そして、好ましくは200以下である。また、Co又はCu100モルに対する第1助触媒成分金属のモル数は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときの触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.01以上、更に好ましくは0.1以上、より更に好ましくは1以上、より更に好ましくは1.5以上であり、そして、選択性を向上させる観点から、より好ましくは100以下、更に好ましくは10以下、より更に好ましくは4以下である。また、Co又はCu100モルに対する第1助触媒成分金属のモル数は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときの触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは100以上、更に好ましくは110以上、そして、より好ましくは150以下、更に好ましくは120以下である。
Co又はCu100モルに対する第2助触媒成分金属のモル数は、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは0.0001以上であり、そして、好ましくは10以下である。また、Co又はCu100モルに対する第2助触媒成分金属のモル数は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときの触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.001以上、更に好ましくは0.01以上、より更に好ましくは0.1以上、より更に好ましくは1以上であり、そして、より好ましくは4以下、更に好ましくは2以下である。また、Co又はCu100モルに対する第2助触媒成分金属のモル数は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造するときの触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは1以上、より更に好ましくは4以上であり、そして、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下である。
Co又はCu100モルに対する第3助触媒成分金属のモル数は触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは0.0001以上であり、そして、好ましくは10以下である。また、Co又はCu100モルに対する第3助触媒成分金属のモル数は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときの触媒活性を向上させる観点から、より好ましくは0.001以上、更に好ましくは0.01以上、より更に好ましくは0.05以上であり、そして、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造するときの触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは1以下、更に好ましくは0.2以下、より更に好ましくは0.1以下である。また、Co又はCu100モルに対する第3助触媒成分金属のモル数は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造する場合の触媒活性及び選択性を向上させる観点から、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは1以上、より更に好ましくは3以上、より更に好ましくは4以上であり、同様の観点から、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下、より更に好ましくは5以下である。
[触媒の担体]
本発明に用いられる触媒は担体として、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点、及び触媒内部での触媒金属と脂肪酸又は脂肪酸エステルの接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、多孔質構造体を用いることが好ましい。多孔質構造体の構成材料は、耐熱性の観点から、好ましくはAl、Ni、Cu、Ti、Fe、Co等の金属、Al合金、Ti合金、ステンレス等の合金シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、カルシア−マグネシア−シリカ、チタニア、ジルコニア、炭化ケイ素、ムライト、コージライト、チッ化ケイ素、チッ化アルミニウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等のセラミックスであり、より好ましくはセラミックスである。
セラミックスとしては、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点、及び触媒内部での触媒金属と脂肪酸又は脂肪酸エステルの接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より好ましくはシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、カルシア−マグネシア−シリカ、チタニア、ジルコニア、更に好ましくはシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ又はカルシア−マグネシア−シリカ、より更に好ましくはシリカ−アルミナ、カルシア−マグネシア−シリカである。
多孔質構造体の全細孔容量は、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1mL/g以上、より好ましくは0.15mL/g以上、更に好ましくは0.6mL/g以上、より更に好ましくは0.9mL/g以上、より更に好ましくは1mL/g以上、より更に好ましくは1.1mL/g以上、より更に好ましくは1.2mL/g以上、より更に好ましくは2mL/g以上、より更に好ましくは3mL/g以上、より更に好ましくは3.5mL/g以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは10mL/g以下、より好ましくは7.5mL/g以下、更に好ましくは7mL/g以下、より更に好ましくは5mL/g以下である。
多孔質構造体は、細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、全細孔容量に対して好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上、より更に好ましくは95%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは100%以下である。
多孔質構造体の細孔径のモードは、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは10μm以上、より更に好ましくは20μm以上であり、そして触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下、更に好ましくは100μm以下、より更に好ましくは60μm以下である。
多孔質構造体の細孔径のメジアンは、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは10μm以上、より更に好ましくは20μm以上であり、そして触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下、更に好ましくは140μm以下、より更に好ましくは100μm以下、より更に好ましくは60μm以下である。
多孔質構造体の空隙率は、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上、より更に好ましくは55%以上、より更に好ましくは60%以上、より更に好ましくは70%以上であり、そして、触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点及び触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは99%以下、より好ましくは95%以下、更に好ましくは93%以下である。
多孔質構造体のかさ密度は、触媒の強度を向上させる観点、及び触媒を反応器に充填する場合の充填量を増加させる観点から、好ましくは10kg/m以上、より好ましくは100kg/m以上、更に好ましくは150kg/m以上であり、空隙が大きいことによる反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点、並びに反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、好ましくは7000kg/m以下、より好ましくは4000kg/m以下、更に好ましくは2400kg/m以下、より更に好ましくは1000kg/m以下、より更に好ましくは500kg/m以下、より更に好ましくは300kg/m以下、より更に好ましくは250kg/m以下である。
多孔質構造体の全細孔容量、細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量、細孔径のモード及びメジアン、空隙率、比表面積、かさ密度は実施例に記載の方法で測定できる。
多孔質構造体は、前記触媒金属の担持量を増加させる観点及び触媒強度を向上させる観点から、好ましくは繊維構造体又は多孔質成形体であり、前記触媒金属の担持量を増加させる観点、及び反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、より好ましくは繊維構造体である。
本発明で用いられる繊維構造体とは繊維の集合物である。繊維構造体は、触媒の担持及び触媒の加工容易性の観点から、好ましくは織物、編み物、不織布であり、より好ましくは不織布である。繊維構造体を用いる場合、繊維構造体の形状は、加工性の観点から、好ましくはシート状、筒状、ハニカム状又は不定形状であり、得られる触媒を用途に応じた形状に加工することが容易である観点から、より好ましくはシート状である。また、前記繊維構造体は、繊維構造体の生産性を向上させる観点から、好ましくは湿式抄造法又は乾式抄造法により製造される。
担体としてシート状の繊維構造体を用いる場合の、繊維構造体の厚みは、触媒の強度を向上させる観点から、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上、更に好ましくは0.8mm以上であり、そして、触媒の内部での反応原料及び反応生成物の拡散距離の短縮により、反応原料の触媒内部への拡散性及び反応生成物の触媒内部からの拡散性を向上させ、これにより選択性及び触媒活性を向上させる観点から、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下、更に好ましくは2mm以下、より更に好ましくは1.2mm以下である。
繊維構造体の繊維のアスペクト比(繊維の断面の直径に対する繊維の長さの比)は、触媒金属の担持量を増加させる観点から、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは20以上であり、そして、繊維構造体が形状を維持し触媒活性を維持させる観点から、好ましくは100000以下、より好ましくは10000以下、更に好ましくは5000以下、より更に好ましくは1000以下である。
また、前記繊維の平均直径は、繊維構造体が形状を維持し触媒活性を維持させる観点から、好ましくは100nm以上、より好ましくは200nm以上、更に好ましくは500nm以上、より更に好ましくは1000nm以上であり、そして、触媒金属の担持量を増加させる観点から、好ましくは50000nm以下、より好ましくは30000nm以下、更に好ましくは10000nm以下である。
また、前記繊維の平均長さは、触媒金属の担持量を向上させる観点から、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは20μm以上、より更に好ましくは60μm以上であり、そして、入手容易性の観点から、好ましくは500000μm以下、より好ましくは50000μm以下、更に好ましくは30000μm以下、より更に好ましくは10000μm以下である。
また、前記繊維は、耐熱性の観点から、好ましくはセラミックス繊維及び金属繊維から選ばれる1種又は2種以上の繊維の組み合わせからなるものであり、より好ましくはセラミックス繊維である。セラミックス繊維は、耐熱性及び入手性の観点から、好ましくはシリカ繊維、アルミナ繊維、シリカ‐アルミナ繊維、カルシア−マグネシア−シリカ繊維、チタニア繊維、ジルコニア繊維、より好ましくはシリカ‐アルミナ繊維、カルシア−マグネシア−シリカ繊維である。また、前記繊維は、生産性を向上させる観点から、好ましくはスピニング法又はブローイング法により製造される。
本発明で用いられる多孔質成形体とは、金属、合金又はセラミックスからなる粒子を成形した後、粒子を加熱等によって融着させることによって得られる成形体であって、その内部において前記成形体を構成する粒子が相互に融着することにより、強固なネットワークを構成し、それによって触媒金属を担持し、反応原料及び反応生成物が拡散するのに十分な空間を有する。また、その外形は、固定床反応方式にて用いる触媒に適した大きさを有するものである。
本発明で多孔質構造体として多孔質成形体を用いる場合の多孔質成形体の形状は、不定形状であっても、球状、円柱状などの形状を有していてもよいが、反応器に充填できる触媒量の観点から、球状又は円柱状が好ましく、球状がより好ましい。
また、前記多孔質構造体として、球状の多孔質成形体を用いる場合の外径は、固定床反応方式にて用いる触媒に使用する観点及び反応原料又は反応生成物が触媒充填層を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上、更に好ましくは1mm以上、より更に好ましくは4mm以上であり、そして、触媒を反応器に充填する場合の触媒の充填量を増加させる観点から、好ましくは100mm以下、より好ましくは50mm以下、更に好ましくは10mm以下、より更に好ましくは6mm以下である。
また、前記多孔質成形体は耐熱性及び入手性の観点から、好ましくはシリカ、アルミナ、アルミナ−シリカ、チタニア、又はジルコニア等のセラミックスである。
[触媒の製造方法]
本発明に用いられる触媒の製造方法としては、触媒金属の担持量を増加させる観点から、触媒前駆体又は触媒金属酸化物を担体に担持させた後、焼成する方法が好ましい。ここで、触媒前駆体とは、焼成により触媒金属酸化物になる化合物である。
触媒前駆体又は触媒金属酸化物の担体への担持方法としては、含浸法、共沈殿法及び均一混練法が挙げられる。この中でも、触媒金属の担持量を増加させる観点、及び触媒内部での触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは含浸法、すなわち、触媒前駆体又は触媒金属酸化物を含むスラリーに担体を浸漬することによる含浸法である。なお、触媒前駆体又は触媒金属酸化物を含むスラリーをそれぞれ、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料ともいう。この場合、触媒の製造工程は、触媒前駆体又は触媒金属酸化物の塗料化工程、担持工程、焼成工程の順に行う。
(塗料化工程)
塗料化工程は、触媒前駆体又は触媒金属酸化物を分散媒に分散して、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を製造する工程である。
前記触媒前駆体は、触媒活性を向上させる観点及び原料入手性の観点から、好ましくは触媒金属と同一の元素を含有する化合物の溶液、より好ましくは触媒金属と同一の元素の強酸塩又は触媒金属と同一の元素のアンミン錯体の溶液、更に好ましくは触媒金属と同一の元素の強酸塩の溶液に、アルカリ剤を添加して析出させたものである。ここで強酸とは25℃での水溶液中の酸解離指数pKaが0未満の無機酸又は硫酸をいう。触媒金属と同一の元素の強酸塩は、触媒活性を向上させる観点及び原料入手性の観点から、好ましくは硝酸塩、硫酸塩又は塩酸塩であり、触媒活性を向上させる観点から、更に好ましくは硝酸塩又は硫酸塩、より更に好ましくは硝酸塩である。析出させた触媒前駆体は、触媒活性を向上させる観点から、フィルターでの濾過、遠心分離等の方法で液相からの分離、脱イオン水等での水洗、乾燥等を行った後、分散媒に分散させてスラリーにすることが好ましい。
前記触媒前駆体を析出させる際に使用するアルカリ剤は、触媒活性を向上させる観点及び原料入手性の観点から、好ましくは、アルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩であり、より好ましくはアルカリ金属の炭酸塩であり、触媒活性を向上させる観点からより更に好ましくは炭酸ナトリウム又は炭酸アンモニウムである。アルカリ剤は、前記触媒前駆体を析出させる際の作業性の観点から、溶液として用いることが好ましい。
触媒前駆体を析出させる際に使用する溶媒は、触媒活性を向上させる観点及び原料入手性の観点から、好ましくは水及び親水性溶媒から選ばれる1種以上、より好ましくは水及び炭素数1以上3以下のアルコールから選ばれる1種以上、更に好ましくは水、メタノール、エタノール及びイソプロパノールから選ばれる1種以上、更に好ましくは水及びイソプロパノールから選ばれる1種以上、より更に好ましくは水である。また、触媒前駆体の原料の強酸塩の溶液及びアルカリ剤の溶液に用いる溶媒の態様は、前記触媒前駆体を析出させる際に使用する溶媒の態様と同様である。
また、得られた触媒前駆体を担体に担持する前に焼成して、触媒金属酸化物を製造することもできる。この工程を予備焼成工程とする。予備焼成の温度は、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは300℃以上、より好ましくは500℃以上であり、そして、好ましくは800℃以下、より好ましくは700℃以下である。また、予備焼成の時間は、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは2時間以上、より好ましくは3時間以上であり、そして、生産性を向上させる観点から、好ましくは10時間以下、より好ましくは5時間以下である。
前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料の分散媒は、触媒前駆体又は触媒金属酸化物を多孔質構造体に簡便に担持する観点から、好ましくは水及び親水性溶媒から選ばれる1種以上、より好ましくは水及び炭素数1以上3以下のアルコールから選ばれる1種以上、更に好ましくは水、メタノール、エタノール及びイソプロパノールから選ばれる1種以上、更に好ましくは水及びイソプロパノールから選ばれる1種以上である。また、前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料は、分散剤を含有してもよい。分散剤としては、高分子型分散剤、界面活性剤型分散剤、及び無機型分散剤が挙げられ、前記触媒前駆体塗料又は触媒金属塗料中での触媒前駆体又は触媒金属酸化物の粒子の分散性を向上させる観点から、高分子型分散剤が好ましい。
前記塗料は、焼成工程にて触媒金属酸化物及び多孔質構造体を結着させて、触媒金属の担持量を増加させる観点から、バインダーを含有することが好ましい。バインダーは、触媒金属の担持量を増加させる観点、及び触媒活性を維持させる観点から、好ましくは触媒金属以外の金属の酸化物であり、より好ましくは酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウムからなる群から選ばれる1種以上であり、より好ましくは、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム及び酸化ケイ素から選ばれる1種以上、更に好ましくは酸化ジルコニウムである。
バインダーは、触媒金属の担持量を増加させる観点から、好ましくはバインダーの粉末、バインダーのゾル、バインダーを溶媒に分散させたスラリーとして、より好ましくはバインダーの粉末、バインダーのゾルとして、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料に添加する。
前記触媒前駆体塗料又は触媒金属塗料中の触媒前駆体又は触媒金属酸化物の濃度は、触媒金属の担持量を増加させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは15質量%以上、より更に好ましくは20質量%以上であり、そして、触媒前駆体又は触媒金属酸化物の前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料中での分散性を向上させる観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下である。
前記塗料中のバインダーの含有量は、触媒金属の担持量を増加させる観点、及び触媒活性を維持させる観点から、前記触媒前駆体又は触媒金属酸化物に対して好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、そして触媒金属の担持量を増加させる観点から、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは10質量%以下である。
前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料中の触媒前駆体又は触媒金属酸化物の平均粒子径は、触媒金属の担持量を増加させる観点、及び塗料中での触媒前駆体又は触媒金属酸化物の分散性を向上させる観点から、好ましくは100μm以下、より好ましくは10μm以下、更に好ましくは7μm以下、より更に好ましくは2μm以下、より更に好ましくは1.8μm以下であり、そして、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料の生産性、及び触媒前駆体又は触媒金属酸化物の分散性を向上させる観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、更に好ましくは0.3μm以上、更に好ましくは0.6μm以上、より更に好ましくは1μm以上である。触媒前駆体又は触媒金属酸化物は湿式分散等で上記平均粒子径に調整することができる。前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料中の触媒前駆体又は触媒金属酸化物の平均粒子径は、実施例に記載の方法で測定することができる。
塗料化工程では、メディア型ミルやペイントシェーカーを用いて必要な成分を1段階で混合して塗料化することができるが、予備混合と、その後の本混合の2段階で混合して塗料化することが好ましい。このように予備混合と本混合の2段階で混合して粒径の小さな触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を製造することによって、次工程である担持工程において、担体の隙間内に触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を入り込ませることが容易になるので好ましい。また、非メディア型の分散機を用いて混合する方法を適用することもできる。
(担持工程)
担持工程は、塗料化工程にて得た触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を担体に担持させる工程である。触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を担体に担持させる方法としては、触媒前駆体又は触媒金属酸化物塗料を均一に担持させ、体積当たりの担持量を高める観点から、好ましくは触媒前駆体塗料もしくは触媒金属酸化物塗料と担体を接触させる方法又は触媒前駆体塗料もしくは触媒金属酸化物塗料と担体を接触させた状態で外力を加える方法を適用することができる。触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料と担体を接触させる方法としては、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料中に担体を浸漬する方法を適用することができる。外力を加える方法としては、ローラを使用する方法や超音波振動を与える方法を適用することができる。
担持工程の後、必要に応じて余剰触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を除去する工程を行うことができる。この工程を実施することにより、後述する形状加工工程において、触媒前駆体又は触媒金属酸化物の脱落率を低下させることができる。
余剰な触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を除去した担体は、必要に応じて乾燥処理される。乾燥は、加熱乾燥及び自然乾燥のいずれでもよいが、生産性を向上させる観点から、加熱乾燥が好ましく、塗料化工程で使用した溶媒の沸点以上の温度で加熱乾燥する方法が好ましい。この場合、同時に担体を圧縮して触媒の細孔を制御することもできる。即ち乾燥工程では、乾燥により溶媒が蒸発除去されることで担体中に隙間、すなわち細孔が生じて空隙率が高くなるが、圧縮して細孔を制御することで細孔径及び細孔容量を調整することができる。
乾燥処理の温度は、具体的には、溶媒を十分に除去し、触媒活性を向上させる観点から、好ましくは30℃以上、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、そして、設備負荷及びエネルギー消費量を低減する観点から、好ましくは150℃以下、より好ましくは140℃以下である。また、乾燥処理の時間は、溶媒を十分に除去し、触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは0.5時間以上であり、そして、触媒活性を向上させる観点及び生産性を向上させる観点から、好ましくは24時間以下、より好ましくは5時間以下、更に好ましくは2時間以下である。
(焼成工程)
焼成工程は、担持工程にて担体に触媒前駆体又は触媒金属酸化物を担持したものを焼成する工程である。この工程において、触媒金属酸化物がバインダーを介して、又は直接、担体と結着する。また、担持工程で触媒前駆体塗料を用いた場合は、触媒前駆体が触媒金属酸化物となり、生成した触媒金属酸化物がバインダーを介して、又は直接、担体と結着する。
前記焼成の温度は、触媒金属酸化物を担体に結着させ、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは300℃以上、より好ましくは500℃以上であり、そして、好ましくは800℃以下、より好ましくは700℃以下である。また、前記焼成の時間は、触媒金属酸化物を担体に結着させ、触媒活性及び選択性を向上させる観点から、好ましくは2時間以上、より好ましくは3時間以上であり、そして、生産性を向上させる観点から、好ましくは24時間以下、より好ましくは、10時間以下、更に好ましくは5時間以下である。また、焼成工程は、空気雰囲気、大気圧下で行うことが好ましい。
なお、担持工程で乾燥した後、又は焼成工程の後に、繊維構造体など担体の種類に応じて、形状を加工する形状加工工程を行ってもよい。形状加工工程により触媒を、用途に応じた形状とすることができる。形状加工は、切断、変形などを含むものであり、ハニカム状、円筒状、シートを多重に巻いたものなどにすることができる。
前記触媒の単位体積当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量は、触媒内部触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.05g/mL以上、より好ましくは0.1g/mL以上、更に好ましくは0.2g/mL以上、より更に好ましくは0.25g/mL以上、より更に好ましくは0.3g/mL以上、より更に好ましくは0.4g/mL以上、より更に好ましくは0.5g/mL以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点、及び反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、好ましくは2g/mL以下である。触媒の単位体積当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量は、実施例に記載の方法で算出できる。
また、前記触媒の単位体積当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量は、脂肪酸又は油脂からアルコールを製造する場合、触媒内部触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より更に好ましくは0.52g/mL以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点、及び反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、より好ましくは1g/mL以下、更に好ましくは0.8g/mL以下、より更に好ましくは0.7g/mL以下である。
また、前記触媒の単位体積当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量は、脂肪酸及び1価のアルコールから得られるエステルからアルコールを製造する場合、触媒内部触媒金属と反応原料の接触効率を向上させ、これにより触媒活性を向上させる観点から、より更に好ましくは0.8g/mL以上、より更に好ましくは1g/mL以上であり、そして、触媒の選択性を向上させる観点、及び反応原料又は反応生成物が触媒内部を通過する際の圧力損失を低減させる観点から、より好ましくは1.5g/mL以下、更に好ましくは1.2g/mL以下である。
<アルコールの製造>
[触媒の還元]
本発明のアルコールの製造方法によれば、水素化反応前に触媒を還元処理することが好ましい。この還元処理により触媒は活性化される。還元剤としては、生産性を向上させる観点から水素、一酸化炭素、ホルムアルデヒドなどが好ましく、水素がより好ましい。ガス状の還元剤を使用する場合、単独で使用してもよく、また窒素等の不活性気体あるいは水蒸気と混合して使用してもよい。
還元処理は、水素を使用する場合、乾燥状態の触媒に水素ガスを接触させる気相系を用いてもよいし、触媒を液体に浸漬し、水素を流通させる液相系を用いてもよい。かかる液体としては、流動パラフィン等の炭化水素、脂肪族アルコールあるいは脂肪族エステル、カルボン酸等を使用することができる。Co系の触媒金属を用いる場合、触媒活性を向上させる観点から気相系で還元処理を行うのが、より好ましい。またCu系の触媒金属を用いる場合、触媒活性を向上させる観点から液相系で還元処理を行うのが、より好ましい。
水素を還元剤として使用し、気相系で還元活性化する場合、触媒活性を向上させる観点から水素流通下、好ましくは300℃以上、より好ましくは400℃以上、更に好ましくは450℃以上で還元処理行い、そして、好ましくは800℃以下、より好ましくは600℃以下、更に好ましくは550℃以下で還元処理を行う。使用する水素は100%のものでもよいし、不活性気体で希釈したものでもよい。急激な還元による発熱を防止するため、希釈したものが好ましく、希釈する際の水素濃度は、生産性を向上させる観点から、好ましくは0.1体積%以上、より好ましくは1体積%以上、更に好ましくは3体積%以上であり、そして、設備負荷の観点から、好ましくは10体積%以下、より好ましくは5体積%以下である。還元処理は水素の吸収が認められなくなるまで行うのが望ましい。具体的には、触媒活性を向上させる観点から還元処理時間は、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは1時間以上、更に好ましくは4時間以上であり、生産性を向上させる観点から、好ましくは24時間以下、より好ましくは12時間以下、更に好ましくは6時間以下である。
還元活性化された触媒金属は、そのまま空気中へ放置すると、空気中の酸素と激しく反応し発熱する場合がある。そこで、還元活性化された触媒金属の表面に酸化膜を形成させ、安定化させることが、好ましい。この酸化安定化処理は、還元活性化された触媒金属の安定化の観点から、酸素を好ましくは0.1体積%以上、より好ましくは0.5体積%以上、そして、好ましくは5体積%以下、より好ましくは1.5体積%以下含む窒素等の不活性ガス流通下で行う。また酸化安定化処理の温度は、同様の観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは20℃以上であり、そして、好ましくは200℃以下、より好ましくは100℃以下、更に好ましくは50℃以下である。また酸化安定化処理の時間は、同様の観点から、好ましくは1時間以上、より好ましくは5時間以上、更に好ましくは7時間以上であり、生産性を向上させる観点から、好ましくは24時間以下、より好ましくは12時間以下、更に好ましくは9時間以下である。
水素を還元剤として使用し、液相系で還元活性化する場合、触媒活性を向上させる観点から水素流通下、好ましくは100℃以上、より好ましくは150℃以上で還元処理を行い、そして、好ましくは300℃以下、より好ましくは200℃以下で還元処理を行う。使用する水素の水素濃度は、触媒活性を向上させる観点から、好ましくは100体積%である。急激な還元による発熱を防止するため、前記の不活性ガスで希釈したものを用いることができる。この場合の水素濃度は、触媒活性を向上させる観点から、好ましくは0.1体積%以上、より好ましくは1体積%以上、更に好ましくは10体積%以上、より更に好ましくは30体積%以上、より更に好ましくは50体積%以上、より更に好ましくは70体積%以上、より更に好ましくは90体積%以上である。還元処理は水素の吸収が認められなくなるまで行うことが望ましい。具体的には、触媒活性を向上させる観点から、還元処理時間は、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは1時間以上であり、生産性を向上させる観点から、好ましくは48時間以下、より好ましくは24時間以下である。還元活性化された触媒をそのまま反応に供することが生産効率の観点から、好ましい。
[水素化反応]
本発明のアルコールの製造方法は、上記の脂肪酸又は脂肪酸エステルを原料とし、上記した特定の細孔構造を有する触媒を用いて水素化反応を行い、炭素数8以上22以下の脂肪族アルコールを製造する方法である。本発明のアルコールの製造方法は、連続式、回分式又は半回分式であり、生産性を向上させる観点から、好ましくは連続式である。水素化反応を行う装置は、触媒が充填された管型の装置、又は触媒が充填された槽型の装置であり、生産性を向上させる観点から、好ましくは触媒が充填された管型の装置である。水素化反応は、生産性を向上させる観点から、好ましくは触媒が充填された管型の装置に脂肪酸又は脂肪酸エステルを通液する連続式により行う。触媒が充填された管型の装置に脂肪酸又は脂肪酸エステルを通液する連続式により行う反応方式を固定床反応方式ともいう。
反応温度は、反応性の観点から、好ましくは150℃以上、より好ましくは180℃以上、更に好ましくは200℃以上であり、そして、好ましくは300℃以下、より好ましくは280℃以下、更に好ましくは250℃以下である。反応圧力は、ゲージ圧力で、反応性の観点から、好ましくは1MPa以上、より好ましくは5MPa以上、更に好ましくは10MPa以上、より更に好ましくは15MPa以上、より更に好ましくは20MPa以上であり、そして、設備負荷の観点から、好ましくは30MPa以下、より好ましくは27MPa以下である。
また、固定床反応方式で水素化反応を行う場合の液空間速度(LHSV)は反応条件に応じ任意に決定されるが、生産性又は反応性の観点から、好ましくは0.01[1/hr]以上、より好ましくは0.1[1/hr]以上、更に好ましくは0.2[1/hr]以上であり、そして、好ましくは10[1/hr]以下、より好ましくは1[1/hr]以下である。また、固定床反応方式で水素化反応を行う場合の原料脂肪酸又は脂肪酸エステルに対するモル比では、反応性の観点から水素の流量は、好ましくは0.1mol/mol以上、より好ましくは0.5mol/mol以上、更に好ましくは1mol/mol以上であり、そして、好ましくは300mol/mol以下、より好ましくは150mol/mol以下、更に好ましくは100mol/mol以下である。
触媒の使用量は反応温度あるいは反応圧力に応じ、実用的な反応速度が得られる範囲内において任意に選択できるが、反応を回分式で行う場合は、反応性の観点から、脂肪酸又は脂肪酸エステルに対するCu又はCo金属の質量として、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、そして、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、より更に好ましくは1.5質量%以下である。
反応には溶媒を使用することも可能であるが、生産性を考慮した場合には無溶媒で反応を行うのが望ましい。溶媒としては、アルコール、ジオキサンなどのエーテルあるいは炭化水素等、反応に悪影響を与えないものが選ばれる。
上述した実施形態に関し、本発明はさらに以下の製造方法を開示する。
<1>
触媒を用いて脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化する、炭素数が8以上22以下の脂肪族アルコールの製造方法であって、触媒が触媒金属を担体に担持したものであり、(a)触媒金属としてCo及びCuから選ばれる元素を1種類以上含有し、(b)触媒の全細孔容量が0.05mL/g以上であり、(c)細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、触媒の全細孔容量の50%以上である、脂肪族アルコールの製造方法。
<2>
前記触媒の全細孔容量が、好ましくは0.15mL/g以上、更に好ましくは0.5mL/g以上、より更に好ましくは0.6mL/g以上であり、そして、好ましくは10mL/g以下、より好ましくは4mL/g以下、更に好ましくは2.5mL/g以下、より更に好ましくは1.6mL/g以下、より更に好ましくは1mL/g以下である、<1>記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<3>
前記触媒の細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、触媒の全細孔容量に対して好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、更に好ましくは63%以上であり、そして、好ましくは100%以下、より好ましくは95%以下、更に好ましくは90%以下、より更に好ましくは85%以下、より更に好ましくは84%以下である、<1>又は<2>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<4>
前記触媒の細孔径のモードが、好ましくは0.035μm以上、より好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは15μm以上、より更に好ましくは40μm以上、より更に好ましくは50μm以上、より更に好ましくは55μm以上、より更に好ましくは56μm以上であり、そして、好ましくは100μm以下、より好ましくは85μm以下、更に好ましくは75μm以下、より更に好ましくは70μm以下、より更に好ましくは68μm以下、より更に好ましくは60μm以下である、<1>〜<3>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<5>
前記触媒の細孔径のメジアンが、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは8μm以上、より更に好ましくは15μm以上、より更に好ましくは20μm以上、より更に好ましくは25μm以上であり、そして、好ましくは100μm以下、より好ましくは85μm以下、更に好ましくは70μm以下、より更に好ましくは65μm以下、より更に好ましくは60μm以下、より更に好ましくは55μm以下、より更に好ましくは50μm以下、より更に好ましくは49μm以下である、<1>〜<4>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<6>
前記触媒の空隙率が、好ましくは30%以上、より好ましくは35%以上、更に好ましくは40%以上、より更に好ましくは45%以上、より更に好ましくは49%以上であり、そして、好ましくは99%以下、より好ましくは80%以下、更に好ましくは75%以下、より更に好ましくは70%以下、より更に好ましくは67%以下である、<1>〜<5>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<7>
前記触媒の比表面積が、好ましくは0.1m/g以上、好ましくは0.8m/g以上、より好ましくは10m/g以上、更に好ましくは15m/g以上、より更に好ましくは20m/g以上、より更に好ましくは21m/g以上であり、そして、好ましくは500m/g以下、より好ましくは400m/g以下、更に好ましくは250m/g以下、より更に好ましくは100m/g以下、より更に好ましくは60m/g以下、より更に好ましくは40m/g以下、より更に好ましくは35m/g以下、より更に好ましくは32m/g以下である、<1>〜<6>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<8>
前記触媒のかさ密度が、好ましくは100kg/m以上、より好ましくは200kg/m以上、更に好ましくは300kg/m以上、より更に好ましくは400kg/m以上、より更に好ましくは500kg/m以上、より更に好ましくは600kg/m以上、より更に好ましくは680kg/m以上であり、そして、好ましくは10000kg/m以下、より好ましく2500kg/m以下、更に好ましくは2000kg/m以下、より更に好ましくは1500kg/m以下、より更に好ましくは1000kg/m以下、より更に好ましくは850kg/m以下、より更に好ましくは770kg/m以下である、<1>〜<7>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<9>
前記触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量が、好ましくは0.01g/g以上、より好ましくは0.3g/g以上、更に好ましくは0.33g/g以上であり、そして、好ましくは0.8g/g以下、より好ましくは0.6g/g以下、更に好ましくは0.5g/g以下、より更に好ましくは0.4g/g以下である、<1>〜<8>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<10>
前記触媒の単位体積当たりの触媒金属の担持量が、好ましくは0.05g/mL以上、より好ましくは0.15g/mL以上、更に好ましくは0.2g/mL以上、より更に好ましくは0.25g/mL以上、より更に好ましくは0.3g/mL以上であり、そして、好ましくは1.0g/mL以下、より好ましくは0.8g/mL以下、更に好ましくは0.6g/mL以下、より更に好ましくは0.4g/mL以下、より更に好ましくは0.35g/mL以下、より更に好ましくは0.3g/mL以下である、<1>〜<9>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<11>
前記触媒の全細孔容量が、好ましくは1.2mL/g以上、より好ましくは1.8mL/g以上であり、そして、好ましくは10mL/g以下、より好ましくは2mL/g以下、更に好ましくは1.9mL/g以下である、<1>記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<12>
前記触媒の細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、触媒の全細孔容量に対して好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上であり、より更に好ましくは95%以上であり、そして、好ましくは100%以下、より好ましくは97%以下、更に好ましくは96%以下である、<1>又は<11>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<13>
前記触媒の細孔径のモードが、好ましくは0.035μm以上、より好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは1μm以上、より更に好ましくは10μm以上、より更に好ましくは12μm以上であり、そして、好ましくは100μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下、より更に好ましくは20μm以下、より更に好ましくは15μm以下である、<1>、<11>又は<12>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<14>
前記触媒の細孔径のメジアンが、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは8μm以上、より更に好ましくは10μm以上であり、そして、好ましくは100μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下、より更に好ましくは20μm以下、より更に好ましくは15μm以下、より更に好ましくは11μm以下である、<1>、<11>〜<13>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<15>
前記触媒の空隙率が、好ましくは30%以上、より好ましくは60%以上、更に好ましくは75%以上、より更に好ましくは80%以上、より更に好ましくは84%以上であり、そして、好ましくは99%以下、より好ましくは90%以下、更に好ましくは85%以下である、<1>、<11>〜<14>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<16>
前記触媒の比表面積が、好ましくは0.1m/g以上、好ましくは0.8m/g以上、より好ましくは10m/g以上、更に好ましくは14m/g以上であり、そして、好ましくは500m/g以下、より好ましくは400m/g以下、更に好ましくは250m/g以下、より更に好ましくは100m/g以下、より更に好ましくは60m/g以下、より更に好ましくは40m/g以下、より更に好ましくは35m/g以下、より更に好ましくは30m/g以下、より更に好ましくは20m/g以下、より更に好ましくは15m/g以下である、<1>、<11>〜<15>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<17>
前記触媒のかさ密度が、好ましくは100kg/m以上、より好ましくは200kg/m以上、更に好ましくは300kg/m以上、より更に好ましくは400kg/m以上、より更に好ましくは450kg/m以上であり、そして、好ましくは10000kg/m以下、より好ましく2500kg/m以下、更に好ましくは2000kg/m以下、より更に好ましくは1500kg/m以下、より更に好ましくは1000kg/m以下、より更に好ましくは600kg/m以下、より更に好ましくは500kg/m以下である、<1>、<11>〜<16>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<18>
前記触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量が、好ましくは0.01g/g以上、より好ましくは0.1g/g以上、更に好ましくは0.15g/g以上、より更に好ましくは0.2g/g以上、より更に好ましくは0.25g/g以上、より更に好ましくは0.27g/g以上であり、そして、好ましくは0.8g/g以下、より好ましくは0.35g/g以下、更に好ましくは0.3g/g以下である、<1>、<11>〜<17>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<19>
前記触媒の単位体積当たりの触媒金属の担持量が、好ましくは0.05g/mL以上、より好ましくは0.1g/mL以上、更に好ましくは0.12g/mL以上であり、そして、好ましくは1.0g/mL以下、より好ましくは0.2g/mL以下、更に好ましくは0.15g/mL以下である、<1>、<11>〜<18>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<20>
前記触媒の担体が、多孔質構造体である、<1>〜<19>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<21>
前記多孔質構造体が、好ましくは金属、合金又はセラミックスであり、より好ましくはセラミックスであり、更に好ましくは、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、カルシア−マグネシア−シリカ、チタニア、ジルコニア、更に好ましくはシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ又はカルシア−マグネシア−シリカ、より更に好ましくはシリカ−アルミナ、カルシア−マグネシア−シリカからなる、<20>記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<22>
前記多孔質構造体の全細孔容量が、好ましくは0.1mL/g以上、より好ましくは0.15mL/g以上、更に好ましくは0.6mL/g以上、より更に好ましくは0.9mL/g以上、より更に好ましくは1mL/g以上、より更に好ましくは1.1mL/g以上、より更に好ましくは1.2mL/g以上、より更に好ましくは2mL/g以上、より更に好ましくは3mL/g以上、より更に好ましくは3.5mL/g以上であり、そして、好ましくは10mL/g以下、より更に好ましくは7.5mL/g以下、更に好ましくは7mL/g以下、より更に好ましくは5mL/g以下である、<20>又は<21>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<23>
前記多孔質構造体の細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、全細孔容量に対して好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上、より更に好ましくは95%以上であり、そして、好ましくは100%以下である、<20>〜<22>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<24>
前記多孔質構造体の細孔径のモードが、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは10μm以上、より更に好ましくは20μm以上であり、そして、好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下、更に好ましくは100μm以下、より更に好ましくは60μm以下である、<20>〜<23>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<25>
前記多孔質構造体の細孔径のメジアンが、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは10μm以上、より更に好ましくは20μm以上であり、そして、好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下、更に好ましくは140μm以下、より更に好ましくは100μm以下、より更に好ましくは60μm以下である、<20>〜<24>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<26>
前記多孔質構造体の空隙率が、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上、より更に好ましくは55%以上、より更に好ましくは60%以上、より更に好ましくは70%以上であり、そして、好ましくは99%以下、より好ましくは95%以下、更に好ましくは93%以下である、<20>〜<25>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<27>
前記多孔質構造体のかさ密度が、好ましくは10kg/m以上、より好ましくは100kg/m以上、更に好ましくは150kg/m以上であり、そして、好ましくは7000kg/m以下、より好ましくは4000kg/m以下、更に好ましくは2400kg/m以下、より更に好ましくは1000kg/m以下、より更に好ましくは500kg/m以下、より更に好ましくは300kg/m以下、より更に好ましくは250kg/m以下である、<20>〜<26>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<28>
前記多孔質構造体が、好ましくは繊維構造体又は多孔質成形体、より好ましくは繊維構造体である、<20>〜<27>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<29>
前記多孔質構造体が、繊維構造体であり、その形状が、シート状、筒状、ハニカム状又は不定形状、好ましくはシート状である、<20>〜<28>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<30>
前記多孔質構造体が、繊維構造体であり、好ましくは織物、編み物又は不織布であり、より好ましくは不織布である、<20>〜<29>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<31>
前記触媒が含有する触媒金属化合物が、酸化物である、<1>〜<30>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<32>
前記触媒が、下記塗料化工程、担持工程及び焼成工程によって得られるものである、<1>〜<31>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
塗料化工程:触媒前駆体又は触媒金属酸化物を分散媒に分散して、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を製造する工程
担持工程:塗料化工程にて得た触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を担体に担持させる工程
焼成工程:担持工程にて担体に触媒前駆体又は触媒金属酸化物を担持したものを焼成する工程
<33>
前記触媒前駆体が、焼成により触媒金属酸化物になる化合物である、<32>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<34>
前記担持工程が、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料に担体を浸漬させて担持させる工程である、<32>又は<33>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<35>
前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料が、バインダーを含有する、<32>〜<34>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<36>
前記バインダーが、触媒金属以外の金属酸化物である、<35>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<37>
前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料中の触媒前駆体又は触媒金属酸化物の濃度が、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは15質量%以上、より更に好ましくは20質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下である、<32>〜<36>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<38>
前記触媒の触媒金属が、Coを含有する、<1>〜<37>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<39>
前記触媒の触媒金属が、Cuを含有する、<1>〜<37>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<40>
前記触媒が、Co及びCu以外の遷移金属を助触媒成分として含有する、<1>〜<39>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<41>
前記助触媒成分が、好ましくは、第3族金属、第4族金属、第5族金属、第6族金属、第10族金属、第12族金属、第13族金属及び第14族金属から選ばれる1種以上、より好ましくはZr、Y、La、Ce、Si、Al、Sc、V、Nb、Mo、Pd、Pt、Ti、Cr、Zn、Ba、Fe、Al、及びSiから選ばれる1種類以上、更に好ましくはZr、Y、Mo、Pd、Ti、Zn、及びBaから選ばれる1種類以上、より更に好ましくはZr、Y、Mo及びPdから選ばれる元素を1種以上である、<40>記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<42>
前記Co又はCu100モルに対する助触媒成分金属のモル数の合計が、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは1以上、より更に好ましくは3以上であり、そして、好ましくは200以下、より好ましくは100以下、更に好ましくは10以下、より更に好ましくは6以下である、<41>記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<43>
前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第1助触媒成分金属のモル数が、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.01以上、更に好ましくは0.1以上、より更に好ましくは1以上、より更に好ましくは1.5以上であり、そして、好ましくは100以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは4以下である、<41>又は<42>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<44>
前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第2助触媒成分金属のモル数が、好ましくは0.0001以上、より好ましくは0.001以上、更に好ましくは0.01以上、より更に好ましくは0.1以上、より更に好ましくは1以上であり、そして、好ましくは4以下、より好ましくは2以下である、<41>〜<43>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<45>
前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第3助触媒成分金属のモル数が、好ましくは0.0001以上、より好ましくは0.001以上、更に好ましくは0.01以上、より更に好ましくは0.05以上であり、そして、好ましくは1以下、より好ましくは0.2以下、更に好ましくは0.1以下である、<41>〜<44>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<46>
前記前記助触媒成分が、好ましくは、Ti、Zn及びBaから選ばれる1種以上である、<40>記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<47>
前記Co又はCu100モルに対する助触媒成分金属のモル数の合計が、好ましくは100以上、より好ましくは110以上であり、そして、好ましくは200以下、より好ましくは150以下、更に好ましくは130以下である、<46>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<48>
前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第1助触媒成分金属のモル数が、好ましくは100以上、より好ましくは110以上であり、そして、好ましくは200以下、より好ましくは150以下、更に好ましくは130以下である、<46>又は<47>に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<49>
前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第2助触媒成分金属のモル数が、好ましくは0.1以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは4以上であり、そして、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下である、<46>〜<48>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<50>
前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第3助触媒成分金属のモル数が、好ましくは0.1以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは3以上、より更に好ましくは4以上であり、そして、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下、より更に好ましくは5以下である、<46>〜<49>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<51>
水素化の反応温度が、好ましくは150℃以上、より好ましくは180℃以上、更に好ましくは200℃以上であり、そして、好ましくは300℃以下、より好ましくは280℃以下、更に好ましくは250℃以下である、<1>〜<50>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
<52>
水素化の反応圧力が、ゲージ圧力で、好ましくは1MPa以上、より好ましくは5MPa以上、更に好ましくは10MPa以上、より更に好ましくは15MPa以上、より更に好ましくは20MPa以上であり、そして、好ましくは30MPa以下、より好ましくは27MPa以下である、<1>〜<51>のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
以下に本発明の実施態様を示す。
1.評価方法
(1)反応性、選択性について
(i)反応液の液組成の分析方法
反応液を10mLサンプルビンに2mLディスポピペットにて1滴取り、その中にトリメチルシリル(TMS)化剤「TMSI−H」(ジーエルサイエンス社製)1mLを入れ40℃で5分間、加熱した。さらにそこへ1.5mLのヘキサンを入れて希釈を行い、孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過をした後、濾液をガスクロマトグラフィー(GC)分析を行った。
実施例1〜3及び比較例1〜2では、反応液中のラウリン酸及びドデカンについてはGCピークの面積%に、ドデカノールを基準とした換算係数を乗じて質量%とした。
換算係数は、既知量のラウリン酸「ルナック2098」(花王社製)又は既知量のn−ドデカン(和光純薬工業社製)の既知量の1−ドデカノール(和光純薬工業社製)に対する面積比から求めた。
実施例4及び比較例3では、パーム核油については、GC測定で得られたトリグリセリド由来のGC面積%の合計を質量%とした。アルコールについては、炭素数が8〜18の各アルコール由来のGC面積%の合計を質量%とした。炭化水素については、炭素数が11〜18の各炭化水素由来のGC面積%の合計を質量%とした。
GC測定条件(実施例1〜4、比較例1〜3):「HP−6890」(ヒューレット・パッカード社製)
キャピラリーカラム
「Ultra−AlloyUA+−1(HT)」15m、膜厚0.15μm、内径0.53mm
温度 60℃(2分)→10℃/min→350℃(15分)
スプリット比 15、Inj温度 300℃、Det温度 350℃。
実施例5〜6及び比較例4では、反応液を10mLサンプルビンに2mLディスポピペットにて1滴取り、そこへ1.5mLのエタノールを入れて希釈を行い、GC分析を行った。実施例5〜6及び比較例4では、GC測定で得られたメチルエステル由来のGC面積%の合計を質量%とした。アルコールについては、炭素数が8〜18の各アルコール由来のGC面積%の合計を質量%とした。炭化水素については、炭素数が12〜18の各炭化水素由来のGC面積%の合計を質量%とした。
GC測定条件(実施例5〜6及び比較例4):「HP−6890」(ヒューレット・パッカード社製)
キャピラリーカラム
「HP−1」30m、膜厚0.25μm、内径0.32mm
温度 60℃(0分)→8℃/min→300℃(10分)
スプリット比 9.1、Inj温度 300℃、Det温度 300℃。
(ii)触媒活性、選択性の算出方法(実施例1〜4、比較例1〜3)
昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間とし、触媒活性を以下のように原料減少速度および1h反応率で定義した。選択性をアルコール含有量20質量%時の炭化水素含有率(質量%)で定義した。
・原料減少速度
=log{(反応時間0時間の反応液中の脂肪酸濃度)/(反応時間1時間の反応液中の脂肪酸濃度)}
ここで「log」は自然対数を表し、これは以下においても同様である。
・1h反応率[%]=100−(反応時間1時間の反応液中の脂肪酸濃度)
・アルコール含有量20質量%時の炭化水素の含有率
=反応液中のアルコール含有量20質量%時の反応液中の炭化水素の含有量(質量%)/20(質量%)
(iii)触媒活性、選択性の算出方法(実施例5〜6、比較例4)
昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間とし、触媒活性を以下のように原料減少速度および1h反応率で定義した。選択性をアルコール含有量30質量%時の炭化水素含有率(質量%)で定義した。
・原料減少速度
=log{(反応時間0.5時間の反応液中のメチルエステル濃度)/(反応時間2時間の反応液中のメチルエステル濃度)}
・1h反応率[%]=100−(反応時間1時間の反応液中のメチルエステル濃度)
・アルコール含有量30質量%時の炭化水素の含有率
=反応液中のアルコール含有量30質量%時の反応液中の炭化水素の含有量(質量%)/30(質量%)
(iv)硫黄濃度の測定方法
硫黄濃度の測定は、低濃度硫黄分析計「9000LLS」(ANTEK社製)を用い、燃焼温度を1050℃とし、UV検出器の電圧を840Vに設定して行った。
パーム核油の硫黄濃度は、試料4.00gを取り、イソオクタン(キシダ化学製)5mLで希釈して測定し、脂肪酸メチルエステルの硫黄濃度は試料を希釈せずに測定した。
(2)触媒の組成について
(i)単位質量当たりの触媒金属の担持量
触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量[g/g]は、蛍光X線分析装置「リガクZSX100e」(リガク社製)を用いて定量した。
(ii)単位体積当たりの触媒金属の担持量
触媒の単位体積当たりの触媒金属担持量は、以下の式に従って算出した。
触媒の単位体積当たりの触媒金属担持量[g/mL]
=単位質量当たりの触媒金属の担持量[g/g]×触媒のかさ密度[kg/m]÷1000
なお、触媒のかさ密度は下記(4)(i)に記載の水銀ポロシメーターによって測定した。
(iii)単位質量当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量
触媒の単位質量当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量は以下の式に従って算出した。
単位質量当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量[g/g]
=(焼成後の触媒質量[g]−担持工程前の担体の質量[g])/触媒質量[g]
(iv)単位体積当たりの触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量
単位体積当たり触媒金属の酸化物及びバインダーの担持量[g/mL]
=触媒金属の酸化物及びバインダーの担持質量[g]÷触媒の体積[mL]
なお、触媒の体積は下記(5)記載の定規及びノギスを用いて測定した触媒の寸法より算出した。
(3)触媒金属酸化物塗料について
触媒金属酸化物塗料中の触媒金属酸化物粒子の粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置「LA−920」(HORIBA製作所社製)を用いて、下記の条件にて測定した。
溶媒:脱イオン水
測定条件:透過率:70〜95%、攪拌速度:レベル2、屈折率:1.16
(4)細孔構造
(i)細孔構造の測定方法
触媒及び繊維構造体の全細孔容量、単位質量当たりの細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量、細孔径のモード、細孔径のメジアン、空隙率、比表面積、及びかさ密度は、水銀ポロシメーター「AutoPoreIV9500」(Micromeritics社製)を用いて測定した。測定圧力範囲を0.6psia〜31000psiaとした。
(ii)全細孔容量に対する細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量の比率
全細孔容量に対する細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量の比率は下記の式に従って算出した。
全細孔容量に対する細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量の比率
=細孔直径0.1μm以上500μm以下の領域の細孔容量[mL/g]÷全細孔容量[mL/g]×100[%]
(5)外形について
(i)繊維構造体と触媒繊維構造体の厚み
繊維構造体の厚みは定圧厚み測定器「PG−11」(テクロック社製)を用い、定圧荷重0.363N、圧力0.363kPaで測定した。
(ii)繊維構造体と触媒繊維構造体の厚み以外の外形の測定方法
触媒及び多孔質構造体の厚み以外の外形の寸法は、定規及びノギスを用いて測定した。
2.触媒金属酸化物の製造例
・触媒金属酸化物a(Co−Y−Pd−Mo)
Co対Y対Pdの原子比が100:5:0.08である硝酸コバルト(和光純薬社製)、硝酸イットリウム(n水和物)(シグマアルドリッチ社製)、硝酸パラジウム(和光純薬工業社製)の混合水溶液と炭酸アンモニウム(和光純薬工業社製)の水溶液を室温で攪拌混合した。生じた沈殿物を十分水洗した後、110℃で乾燥した。乾燥後にCo対Moの原子比が100:1となるようモリブデン酸アンモニウム(和光純薬工業社製)の水溶液を室温で攪拌混合しエバポレーターで蒸発乾固したのち600℃で4時間焼成を行い、触媒金属酸化物a(Co−Y−Pd−Mo酸化物)を得た。得られた触媒金属酸化物aの原子比は、Co/Y/Pd/Mo=100/3.9/0.08/1.5であった。
・触媒金属酸化物b(Co−Zr−Mo)
触媒前駆体の調製において、Co対ジルコニウムの原子比が100:5である硝酸コバルト(和光純薬工業社製)、オキシ硝酸ジルコニウム(和光純薬工業社製)の混合水溶液を用いた以外は触媒金属酸化物aの調製例と同様に実施し、触媒金属酸化物b(Co−Zr−Mo酸化物)を得た。得られた触媒金属酸化物bの原子比は、Co/Zr/Mo=100/1.8/1.4であった。
・触媒前駆体c(Cu−Zn−Ti−Ba)
まず、特開平5−177140号公報の実施例5記載の方法に従って、TiO上にCuO、ZnO、BaOを担持させた触媒前駆体cを得た。生じた沈殿物を十分水洗した後、固形分を空気雰囲気、大気圧下、110℃で乾燥した。得られた触媒前駆体cの原子比は、Cu/Zn/Ti/Ba=100/5.0/112.3/4.8であった。
・触媒前駆体d(Ni−Si−Mg)
2Lセパラブルフラスコに、脱イオン水800g、硝酸ニッケル六水和物(和光純薬工業社製)232gを装填し、攪拌しながら80℃に昇温した。ここに、あらかじめ脱イオン水630gにJIS3号水ガラス(キシダ化学社製)33g、炭酸ナトリウム(和光純薬工業社製)113gを溶解して80℃に加熱した溶液を、攪拌しながら全量投入した。投入後、硝酸マグネシウム六水和物(和光純薬工業社製)24gを加え、生成したスラリーを80℃にて1時間攪拌した後、固形分をスラリーから濾別した。得られた固形分を十分水洗した後、固形分を空気雰囲気、大気圧下、110℃で乾燥した。原料の投入量から算出した触媒前駆体dの原子比は、Mg/Ni=1/8.5であった。
3.触媒の製造例
(1)多孔質構造体
本発明に係る触媒の製造例で担体として用いた多孔質構造体は以下の通りである。物性値は表1に示す。
・カルシア−マグネシア−シリカ繊維シート:「スーパーウール607」(新日本サーマルセラミックス社製)
・シリカ‐アルミナ繊維シート:「MCペーパー」(日本板硝子社製)
Figure 2016104719
(2)バインダー
触媒の製造例及び比較製造例で用いたバインダーゾル又はバインダーは以下の通りである。
・ジルコニアゾル:「ZR‐30BS」(日産化学工業社製、固形分濃度:30質量%)
・ジルコニア:「RC‐100」(第一稀元素社製)
・チタニアゾル:「AM-15」(多木化学社製、固形分濃度:16.6質量%)
・シリカゾル:「スノーテックス ST−20」(日産化学工業社製、固形分濃度:20質量%)
(3)触媒の製造例1〜5
・触媒1(Co−Y−Pd−Mo)
以下の工程に沿って繊維構造体に触媒金属を担持してなる触媒を製造した。
(i)塗料化工程
触媒金属酸化物a48.0g、バインダーとしてジルコニアゾル40g、溶媒として脱イオン水53g、2−プロパノール(関東化学社製)9g及び直径1.0mmのチタニアビーズ160gを250mLのポリ容器に封入し、試験用分散機(JIS K5101−1−2、東洋精機製作所社製)を用い、JIS K501−1−2に記載の方法にて30分間処理し、固形分40質量%の触媒金属酸化物塗料xを得た。触媒金属酸化物とバインダーの固形分質量比率は、80/20であった。
(ii)担持工程
前記塗料化工程で得た触媒金属酸化物塗料xをシャーレ(φ86mm、高さ14mm)内に満たし、カルシア−マグネシア−シリカ繊維シート(20mm×5mm、厚み1.0mm)を浸漬させ、150秒後に裏返し、さらに150秒浸漬させ、計300秒浸漬させた。
浸漬後の繊維構造体を、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされたステンレス製のプレート(230mm×230mm、厚み1.5mm)上で、空気雰囲気、大気圧下で120℃、60分間乾燥した。
(iii)焼成工程
乾燥した繊維構造体を空気雰囲気、大気圧下で600℃、2時間焼成することで触媒1を得た。
・触媒2(Co−Y−Pd−Mo)
塗料化工程(i)を下記のように行い、担持工程(ii)後焼成工程(iii)前に形状加工工程を以下のように実施し、繊維構造体としてシリカ−アルミナ繊維シート(50mm×50mm、厚み1.0mm)を使用した以外は触媒1と同様に実施し、触媒2を得た。
(i)塗料化工程
触媒金属酸化物a 9.8g、ジルコニアゾル8.2g、脱イオン水17.0gを50 mLのポリ容器に封入し、粉末の塊がなくなるまで容器を振とうすることによって予備混合した。
次に、薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス40−40型」(プライミクス社製)を用いて、周速30m/sで、予備混合物を30秒間処理し、固形分35質量%のスラリー状の触媒金属酸化物塗料yを得た。触媒金属酸化物とバインダーの固形分質量比率は、80/20であった。この触媒金属酸化物塗料yについてレーザー回折法による粒度分布を測定したとき、触媒金属酸化物塗料y中の触媒金属酸化物粒子の粒径のモードは1.54μmであった。
形状加工工程
触媒金属酸化物塗料xに代えて触媒金属酸化物塗料yを用いたこと以外は触媒1と同様の担持工程で繊維構造体を乾燥させた後、トムソン刃を使用して、繊維構造体(50mm×50mm×1.0mm)の40mm×40mmの範囲内が、20mm×5mmの大きさで16分割されるように切断した。
・触媒3(Co−Zr−Mo)
繊維構造体として、カルシア−マグネシア−シリカ繊維シート(20mm×5mm、厚み1.0mm)を使用し、塗料化工程において触媒金属酸化物b(Co−Zr−Mo)を8.4g、バインダーを7.0g、脱イオン水19.6gとして触媒金属酸化物塗料zを得、形状加工工程を行わない以外は触媒2の製造例と同様に実施し、触媒3を得た。
なお、塗料化工程で得られた触媒金属酸化物塗料zは固形分30質量%、触媒金属酸化物とバインダーの固形分質量比率は4/1、触媒金属酸化物塗料z中の触媒金属酸化物粒子の粒径のモードは1.10μmであった。
・触媒4(Cu−Zn−Ti−Ba)
塗料化工程(i)及び焼成工程(iii)を以下のように実施し、繊維構造体として、シリカ−アルミナ繊維シート(20mm×5mm、厚み1.0mm)を使用し、形状加工工程を行わない以外は触媒2と同様に実施し、触媒4を得た。
(i)塗料化工程
触媒前駆体c 6.0g、バインダーとしてチタニアゾル9.0g、溶媒として脱イオン水15.0gを50mLのポリ容器に封入し、粉末の塊がなくなるまで容器を振とうすることによって予備混合した。
次に、薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス40−40型」(プライミクス社製)を用いて、周速30m/sで、予備混合物を30秒間処理し、固形分25質量%のスラリー状の触媒前駆体塗料wを得た。触媒前駆体とバインダーの固形分質量比率は、80/20であった。この触媒前駆体塗料wについてレーザー回折法による粒度分布を測定したとき、触媒前駆体塗料w中の触媒前駆体粒子の粒径のモードは1.8μmであった。
(iii)焼成工程
得られた触媒前駆体塗料wを担持させた繊維構造体を、空気雰囲気、大気圧下で400℃、5時間焼成することで触媒4を得た。
・触媒5(Ni−Si−Mg)
(i)塗料化工程
触媒前駆体d 36g、シリカゾル45g、脱イオン水58.5g、イソプロピルアルコール(関東化学社製)10.5g及び直径0.8mmのチタニアビーズ160gを250mLのポリ容器に封入し、試験用分散機(JIS K5101−1−2、東洋精機製作所社製)を用い、JIS K501−1−2に記載の方法にて、30分間処理し、固形分濃度30質量%の触媒前駆体塗料vを得た。触媒前駆体dとバインダーの固形分質量比率は、80/20であった。この触媒前駆体塗料v中の触媒前駆体の粒径のモードは1μmであった。
(ii)担持工程
前記塗料化工程で得た固形分30質量%の触媒前駆体塗料vを、シャーレ(φ86mm,高さ14mm)内に満たし、カルシア−マグネシア−シリカ繊維シート(10mm×2.5mm、厚み1.0mm)を浸漬させ、150秒後に裏返し、さらに150秒浸漬させ、計300秒浸漬させた。浸漬後の繊維構造体を、目開き1mmのステンレス製金網上で、空気雰囲気、大気圧下で130℃、30分間乾燥した。
(iii)焼成工程
担持工程で得られた触媒前駆体塗料を担持させた繊維構造体を、空気雰囲気、大気圧下で400℃、2時間焼成処理を行って、触媒5を得た。
4.触媒の比較製造例
・触媒6(Co−Y−Pd−Mo)
触媒金属酸化物a 148gをジルコニア「RC−100」(第一稀元素社製)112gと混合し、ジルコニアゾル(固形分30g)をバインダーとして、押し出し成形法にてヌードル状に成形した後、空気雰囲気、大気圧下で400℃、2時間焼成処理を行って、触媒6を得た。
・触媒7(Co−Zr−Mo)
押出成形工程において触媒金属酸化物bを用いた以外は触媒6の製造例と同様に実施し、触媒7を得た。
・触媒8(Cu−Zn−Ti−Ba)
触媒前駆体cを円柱状に打錠成形した後、空気雰囲気、大気下で400℃で2時間焼成することで触媒8を得た。
上記製造例及び比較製造例で得られた触媒1〜8の物性値をまとめて下記表2〜4に示す。
Figure 2016104719
Figure 2016104719
Figure 2016104719
<実施例1>
(i)還元処理
触媒1を焼成皿へ乗せて、還元雰囲気が可能な電気炉内へセットした。窒素で4体積%に希釈した水素を流通し、大気圧下で500℃まで昇温した。水素吸収が認められなくなるまで還元処理を行った。還元処理時間は5時間であった。次に系内を窒素置換するとともに、室温まで冷却した。次に還元触媒の表面を酸化安定化するため、窒素で希釈した空気(酸素濃度[1体積%])を7時間、流通した。
(ii)水素化反応
触媒1を、ラウリン酸に対するCo濃度が0.65質量%になるように、ラウリン酸「ルナックL−98」(花王社製)200gとともに500mLのオートクレーブに充填し、オートクレーブ内の雰囲気を水素に置換した後、回分式でラウリン酸の水素化反応を行った。反応条件は24.5MPa(ゲージ圧力)、230℃、攪拌数900rpm、水素流量5NL/minとした。昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間として反応を行い、途中、反応液のサンプリングを行い、液組成を分析した。結果を表5に示す。
<実施例2〜3、比較例1〜2>
触媒を表2のものに代えたこと以外は、実施例1と同様にして還元処理及び水素化反応を行った。結果を表5に併せて示す。
Figure 2016104719
<実施例4>
実施例1と同様の条件にて、触媒1について還元処理をした。次いで、触媒1を、精製パーム核油に対するCo濃度が1.3質量%、水を精製パーム核油に対するモル数が20倍になるように、精製パーム核油150gとともに500mLのオートクレーブに充填し、オートクレーブ内の雰囲気を水素に置換した後、回分式で精製パーム核油の水素化反応を行った。反応条件は24.5MPa(ゲージ圧力)、230℃、攪拌数900rpm、水素雰囲気下、密閉系とした。昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間として反応を行い、途中、反応液のサンプリングを行い、液組成を分析した。結果を表6に示す。
<比較例3>
触媒を表6に示すように触媒6に代えたこと以外は、実施例4と同様にして還元処理及び水素化反応を行った。結果を表6に併せて示す。
Figure 2016104719
<実施例5>
(i)還元処理
触媒4を、ラウリルアルコールに対するCu濃度が0.65質量%になるように、ラウリルアルコール「カルコール 2098」(花王社製)200gとともに500mLのオートクレーブに充填し、オートクレーブ内の雰囲気を水素に置換した後、回分式で触媒の還元処理を行った。反応条件は1.0MPa(ゲージ圧力)、200℃、攪拌数900rpm、水素流量5NL/minとした。昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間として2時間、還元処理を行った。
(ii)水素化反応
還元処理を行った触媒4を、メチルエステルに対するCu濃度が0.65質量%になるように、パーム核油由来のメチルエステル(花王社製)200gとともに500mLのオートクレーブに充填し、オートクレーブ内の雰囲気を水素に置換した後、回分式でメチルエステルの水素化反応を行った。反応条件は22.5MPa(ゲージ圧力)、250℃、攪拌数900rpm、水素流量5NL/minとした。昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間として反応を行い、途中、反応液のサンプリングを行い、液組成を分析した。結果を表7に示す。
<比較例4>
触媒を表7に示すように触媒8に代えた以外は実施例5と同様にして還元処理及び水素化反応を行った。結果を表7に併せて示す。
<実施例6>
メチルエステルの脱硫処理
(i)触媒の還元処理
触媒5について、450℃、大気圧下、4体積%水素雰囲気で5時間、気相にて還元処理を行い、続いて25℃、大気圧下、1体積%酸素雰囲気で8時間安定化処理を行った。
前記安定化処理を行った触媒5 0.154gを、ラウリルアルコール240gとともに500mLのオートクレーブに充填し、オートクレーブ内の雰囲気を水素に置換した後、回分式で触媒を、液相にて還元処理を行った。反応条件は1.0MPa(ゲージ圧力)、200℃、攪拌数900rpm、水素流量5NL/minとした。昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間として2時間、還元処理を行った。
(ii)脱硫反応
気相還元処理及び液相還元処理を行った触媒5全量を、不純物として硫黄分を0.47mg/kg含有するパーム核油由来のメチルエステル(花王社製)240gとともに500mLのオートクレーブに充填し、オートクレーブ内の雰囲気を水素に置換した後、回分式でメチルエステルの脱硫処理を行った。反応条件は24.5MPa(ゲージ圧力)、135℃、攪拌数900rpm、水素流量5NL/minとした。昇温・昇圧完了時点を反応時間0時間として反応を行い、途中、反応液のサンプリングを行い、硫黄分含量を分析した。2時間反応を行った後の反応液を分析した結果、メチルエステル中の硫黄分は0.21mg/kgであった。
アルコールの製造
(i)還元処理
触媒4を、ラウリルアルコールに対するCu濃度が0.81質量%になるように、500mLのオートクレーブに充填したこと以外は、実施例5の(i)還元処理と同様の条件で、還元処理を行った。
(ii)水素化反応
メチルエステルとして、前記脱硫反応で得られたメチルエステルを500mLのオートクレーブに充填したこと以外は、実施例5の(ii)水素化反応と同様の条件で水素化反応、反応液のサンプリング及び液組成の分析を行った。結果を表7に併せて示す。
Figure 2016104719

Claims (20)

  1. 触媒を用いて脂肪酸又は脂肪酸エステルを水素化する、炭素数が8以上22以下の脂肪族アルコールの製造方法であって、
    触媒が、触媒金属を担体に担持したものであり、
    (a)触媒金属としてCo及びCuから選ばれる元素を1種類以上含有し、
    (b)触媒の全細孔容量が0.05mL/g以上であり、
    (c)細孔径が0.1μm以上500μm以下の領域の細孔の容量が、触媒の全細孔容量の50%以上である、脂肪族アルコールの製造方法。
  2. 前記触媒の空隙率が、30%以上99%以下である、請求項1記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  3. 水素化の反応温度が150℃以上300℃以下である請求項1又は2に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  4. 水素化の反応圧力が、ゲージ圧で1MPa以上30MPa以下である請求項1〜3のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  5. 水素化反応前に触媒を還元処理する、請求項1〜4のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  6. 前記触媒の細孔径のメジアンが、0.1μm以上100μm以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  7. 前記触媒の単位体積当たりの触媒金属の担持量が、0.05g/mL以上1.0g/mL以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  8. 前記触媒の単位質量当たりの触媒金属の担持量が、0.01g/g以上0.8g/g以下である、請求項1〜7のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  9. 前記担体が、多孔質構造体である、請求項1〜8のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  10. 前記担体が、繊維構造体である、請求項1〜9のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  11. 前記触媒が、下記塗料化工程、担持工程及び焼成工程によって得られるものである、請求項1〜10のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
    塗料化工程:触媒前駆体又は触媒金属酸化物を分散媒に分散して、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を製造する工程
    担持工程:塗料化工程にて得た触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料を担体に担持させる工程
    焼成工程:担持工程にて担体に触媒前駆体又は触媒金属酸化物を担持したものを焼成する工程
  12. 前記触媒前駆体が、焼成により触媒金属酸化物になる化合物である、請求項11に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  13. 前記担持工程が、触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料に担体を浸漬させて担持させる工程である、請求項11又は12に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  14. 前記触媒前駆体塗料又は触媒金属酸化物塗料がバインダーを含有する、請求項11〜13のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  15. 前記バインダーが、触媒金属以外の金属酸化物である、請求項14記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  16. 前記触媒が、Co及びCu以外の遷移金属を助触媒成分として含有する、請求項1〜15のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  17. 前記Co又はCu100モルに対する助触媒成分金属のモル数の合計が、0.01以上200以下である、請求項16に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  18. 前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第1助触媒成分金属のモル数が、0.001以上100以下である、請求項16又は17に記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  19. 前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第2助触媒成分金属のモル数が、0.0001以上4以下である、請求項16〜18のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。
  20. 前記助触媒成分を2種類以上用いる場合であって、Co又はCu100モルに対する第3助触媒成分金属のモル数が、0.0001以上1以下である、請求項16〜19のいずれかに記載の脂肪族アルコールの製造方法。


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