JP2020534359A - アルデヒドをカルボン酸エステルにする酸化的エステル化のための触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
メタクロレインは、C4系の出発材料からではなく、C2系の材料としてのエチレンからも得ることが可能である。そのために、エチレンは、まず合成ガスにより転化させられて、プロパナールにされる。これにより、第二の段階でホルムアルデヒドと一緒にメタクロレインが得られる。このアプローチについては、例えば、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2012、Methacrylic Acid from EthyleneおよびTrends and Future of Monomer−MMA Technologies、SUMITOMO KAGAKU 2004−IIで読むことが可能である。この反応の特定の実施形態については、例えば、欧州特許出願公開第0092097号明細書または独国特許出願公開第2855504号明細書で読むことが可能である。続いて、得られるメタクロレインは、酸化させられてメタクリル酸になり、最後に、アルキルアルコールを用いてエステル化されてアルキルメタクリレートになる。
本発明の課題は、主に、アルデヒドをカルボン酸エステルにする高選択的な酸化的エステル化のための新規の触媒に基づく、アルキルメタクリレートの新たな合成法である。ここで、この触媒は、高い機械的および化学的安定性を、殊に水およびカルボン酸含有混合物中で有し、かつ製造条件下で、従来技術に対して全体としてより良好な、活性、選択率および寿命からの全体プロファイル(Gesamtbild)を有するべきである。
ここに挙げられた課題は、アルデヒドをカルボン酸エステルにする酸化的エステル化の新規の方法により解決され、ここで、この方法には、従来技術の教示に鑑みてむしろ驚くほどに効率的かつ超寿命な全く新しい触媒粒子が使用される。この方法は、酸素およびアルコールの存在下でアルデヒドをカルボン酸エステルにする酸化的エステル化であることが好ましい。本発明による方法は、酸素含有ガスおよびアルコールの存在下でメタクロレインをアルキルメタクリレートにする、殊にメタクロレインをメタノールの存在下でMMAにする酸化的エステル化のための方法であることが特に好ましい。
I. 反応温度が、40〜120℃、特に好ましくは50〜100℃であること、
II. 絶対圧が、1〜20bar、特に好ましくは2〜15barであること、
III. MMAと、メタクロレインと、メタノールと、水とを含有する定常状態の生成物混合物中で撹拌および渦化されて存在する触媒、殊に微粒子状触媒のスラリー濃度が、1〜20重量%、特に好ましくは2〜15重量%であること、
に準拠して連続的に実施される点で優れている。
例1:
1.4重量%のAuをTiO2担体(d50=20μm)上に有する触媒の製造
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて、10分の時間にわたり7.5に調整される。続いて、50gのTiO2担体(製品名AeroperlP25、Evonik Industries、TiCl4から火炎熱分解により製造、粒径d50=20μm、アナターゼ75%、ルチル25%)を撹拌(400rpm)しながら一度に直接添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を熱い状態で遠心分離し、デカントし、残渣を合計5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で再びスラリー化し、再び遠心分離する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体(d50=40μm)上に有する触媒の製造
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能について、バッチ試験の場合および連続的な場合で評価した[表1(バッチ試験の場合)および表2(連続的な場合)参照]。
1.1重量%のAuをTiO2担体(d50=30μm)上に有する触媒の製造
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(製品名AeroperlP25H6、Evonik Industries、P25を600℃でN2雰囲気のもと後焼成したもの、粒径d50=30μm)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を熱い状態で遠心分離し、デカントし、残渣を合計5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で再びスラリー化し、再び遠心分離する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.0重量%のAuをTiO2担体(2×5mm)上に有する触媒の製造
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.32gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.5であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(AeroperlP25であって、バインダーと一緒に2×5mmの棒に押出成形されて焼成されたもの、Evonik Industries)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。得られる洗浄水の残留伝導率が100μS/cm2未満になるまで、触媒棒を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して濾過し、蒸留水で洗浄する。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、ゆっくりと回転(6rpm)させながら、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。
1.0重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(37〜100μm)
例4からの触媒を、めのう乳鉢内で粉砕し、金網篩により100μm未満の画分をふるい分けした。この残渣を、再び乳鉢内で粉砕し、この手順を、材料全体が100μm未満の大きさに粉砕されるまで繰り返した。そのようにして得られた残渣から、37μmの網目サイズを有する篩により微細な画分を除去した。篩に残留している粒径37〜100μmの触媒は、バッチ試験の表1では例5の触媒、および連続試験の表2では例2の触媒である。
1.0重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(37μm未満)
例4からの触媒を、めのう乳鉢内で粉砕し、金網篩により100μm未満の画分をふるい分けした。この残渣を、再び乳鉢内で粉砕し、この手順を、材料全体が100μm未満の大きさに粉砕されるまで繰り返した。そのようにして得られた残渣から、37μmの網目サイズを有する篩により粗い画分を除去した。篩を通過する粒径37μm未満の触媒は、表1の例6の触媒である。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する未焼成触媒の製造
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(製品名AeroperlP25、Evonik Industries、TiCl4から火炎熱分解により製造、粒径d50=20μm、アナターゼ75%、ルチル25%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を熱い状態で遠心分離し、デカントし、残渣を合計5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で再びスラリー化し、再び遠心分離する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。そのようにして得られた触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(3時間焼成)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(製品名AeroperlP25、Evonik Industries、TiCl4から火炎熱分解により製造、粒径d50=20μm、アナターゼ75%、ルチル25%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を熱い状態で遠心分離し、デカントし、残渣を合計5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で再びスラリー化し、再び遠心分離する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、3時間にわたり、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(4.5時間焼成)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(製品名AeroperlP25、Evonik Industries、TiCl4から火炎熱分解により製造、粒径d50=20μm、アナターゼ75%、ルチル25%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を熱い状態で遠心分離し、デカントし、残渣を合計5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で再びスラリー化し、再び遠心分離する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、4.5時間にわたり、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(ギ酸塩での還元)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させ、続いて、ギ酸ナトリウムをメタノールに入れた2重量%の溶液中にて、70℃で4時間にわたり撹拌し、濾過し、中性のpHまで洗浄し、再び120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。そのようにして得られた触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(水におけるギ酸塩での還元)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させ、続いて、ギ酸ナトリウムを水に入れた2重量%の溶液中にて、70℃で4時間にわたり撹拌し、濾過し、中性のpHまで洗浄し、再び120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。そのようにして得られた触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(O2を用いたメタノール還元)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃にて薄い層状で乾燥させ、その後、メタノール中で撹拌し、1時間にわたり酸素を注入し、続いて濾過し、中性のpHまで洗浄し、再び120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。そのようにして得られた触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
1.4重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(N2を用いたメタノールでの還元)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。
0.7重量%のAuをTiO2担体に有する触媒の製造(d50=40μm)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、0.92gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した[表1(バッチ試験)参照]。
0.13重量%のAuをTiO2担体上に有する触媒の製造(d50=40μm)
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、0.19gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2担体(TP Hombikat、Huntsman、d50=約40μm−HPLCカラムの固定相としての開発製品、アナターゼ構造95%)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した[表1(バッチ試験)参照]。
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2/ZrO2担体(ZrO2(15%)をTiO2(アナターゼ)に担持させたもの、Huntsman、d50=約40μm)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2/SiO2担体(SiO2(8.5%)をTiO2(アナターゼ)に担持させたもの、Huntsman、d50=約40μm)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2/Al2O3担体(Al2O3(8.6%)をTiO2(アナターゼ)に担持させたもの、Huntsman、d50=約40μm)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
機械的撹拌部を備えるガラスフラスコ内で、1.82gの金酸(HAuCl4 *3H2O)を600gの水に溶解させ、70℃の内部温度に加熱する。そのようにして得られた溶液のpH値は、約2.2であり、0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に調整され、それから10分の時間にわたり保たれる。続いて、50gのTiO2(TiO2(ルチル)、Huntsman、d50=約40μm)を撹拌(400rpm)しながら一度に添加する。そのようにして得られた懸濁液を、70℃で60分にわたり撹拌し、ここでpH値を7.5で一定に保つ。pH値は、この時間の間、塩基に向かって上昇し、2.0MのHNO3溶液および0.5MのNa2CO3溶液を用いて7.5に保たれる。この懸濁液を、まだ熱い状態で吸引フィルタを介して真空で濾過し、5回にわたりそれぞれ250mLの蒸留水で洗浄する(5mL蒸留水/g担体)。得られる洗浄水の残留伝導率は、100μS/cm2未満であるべきである。得られた触媒を、120℃で16時間にわたり薄い層状で乾燥させる。この触媒を、窒素のもと70℃に加熱し、それから、N2流中で5体積%のH2を用いて還元し、室温に冷却し、ガス流を止める。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1参照)。
比較例1 Ni−Au触媒
特許文献(欧州特許出願公開第2210664号明細書、例1)にしたがって、ニッケル金触媒を製造した。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1を参照、および連続的な場合は表2を参照)。
比較例2 Co−Au触媒
特許文献(国際公開第2017084969号、例4)にしたがって、コバルト金触媒を製造した。触媒の性能についてバッチ試験で評価した(表1を参照、および連続的な場合は表2を参照)。
例2からのバッチサイズを7倍スケールアップし、合計3度にわたり350gの担体を使用して再現した。個々の再現の活性および選択率からは、例2と比較しても、測定精度の限界を超えるばらつきは得られなかった。そのようにして得られた触媒バッチ(Katalysatorcargen)を合し、混合し、この混合物から600gを取り出し、これを20Lの釜に予め装入した。
例1〜21に記載の金含有触媒(384mg)、メタクロレイン(1.20g)およびメタノール(9.48g)を、2時間にわたり60℃の内部温度および30barの圧力で、N2中で7体積%のO2雰囲気のもと、マグネチックスターラーを備える140mlのスチール製オートクレーブ内で撹拌した。2時間後、混合物を、冷却し、脱気し、濾過し、GCにより分析した。各触媒を、同一の条件下で少なくとも2度試験し、各試験の結果を平均した。試験した各触媒について、得られるメタクロレイン転化率(U(MAL)、%)およびMMAに対する選択率(S(MMA)、%)は、以下の表1に要約されている。
MALをメタノールに入れた42.5重量%の溶液のpH値を、NaOHをメタノールに入れた1重量%の溶液を撹拌しながら添加することにより、pH=7に調整する。この溶液を、一定の添加速度で連続的に、撹拌および気体注入された撹拌釜反応器(空気を注入)内に、10barの圧力および80℃の内部温度で供給する。同時に、pHの値が反応器内にて7で一定に保たれるように、20gの粉末触媒(先の例からのもの)を有するこの反応器内に、1重量%のNaOH溶液(メタノール中)を供給する。反応混合物を、フィルタにより反応器から連続的に取り出した。生成物試料を、表2に記載の時間の後に取り出し、GCにより分析した。
MALをメタノールに入れた42.5重量%の溶液のpH値を、NaOHをメタノールに入れた1重量%の溶液を撹拌しながら添加することにより、pH=7に調整する。この溶液を、一定の添加速度で連続的に、撹拌および気体注入された撹拌釜反応器(空気を注入)内に、10barの圧力および80℃の内部温度で供給する。同時に、pHが反応器内にて表3に示される値で一定に調整されるように、例2からの20gの粉末触媒を有するこの反応器内に、1重量%のNaOH溶液(メタノール中)を供給する。反応混合物を、フィルタにより反応器から連続的に取り出した。それぞれ少なくとも3つの生成物試料(24時間の待機時間あり)を取り出し、pH値が変化する前にGCにより分析した。
Claims (14)
- 触媒粒子の存在下でアルデヒドをカルボン酸エステルにする酸化的エステル化のための方法において、前記粒子が、0.1〜3重量%の金、25〜99.8重量%のTiO2、0〜50重量%の酸化ケイ素、0〜25重量%のAl2O3、0〜25重量%のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属および/またはジルコニウムの酸化物、0〜20重量%の酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび/または酸化コバルト、ならびに0〜5重量%のさらなる成分から成り、金が、任意で、2〜10nmの平均直径を有する粒子の形態の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび/または酸化コバルトと一緒に、触媒粒子に結合した状態で存在しており、前記触媒粒子が、5μm〜10mmの平均幾何学相当直径を有し、かつ液相において不均一触媒を用いて連続的に実施されることを特徴とする、方法。
- 前記触媒粒子が、0.3〜2.5重量%の金、50〜99.5重量%のTiO2、0〜20重量%の酸化ケイ素、0〜10重量%の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび/または酸化コバルト、ならびに0〜5重量%のさらなる成分から成ることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記触媒粒子が、0.3〜2.5重量%の金、96〜99.5重量%のTiO2、および金でもTiO2でもない最大3.7重量%のさらなる成分から成ることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 金、ならびに/または2〜10nmの平均直径を有する、金、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび/もしくは酸化コバルトを含有する粒子が、前記触媒粒子の外部領域に存在することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 金、ならびに/または2〜10nmの平均直径を有する、金、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび/もしくは酸化コバルトを含有する粒子が、前記触媒粒子に均一に分布して存在することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 前記触媒粒子が、多孔質であり、20〜300m2/gの比表面積を有し、かつその平均細孔径が2〜30nmであることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 前記触媒粒子の比表面積が、30〜200m2/gであり、かつ平均細孔径が5〜25nmであることを特徴とする、請求項6記載の方法。
- 酸素およびアルコールの存在下でアルデヒドをカルボン酸エステルにする酸化的エステル化であることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 酸素およびアルコールの存在下でメタクロレインをアルキルメタクリレートにする酸化的エステル化であることを特徴とする、請求項8記載の方法。
- メタクロレインとメタノールとの間の前記反応が、酸素含有ガスの存在下で、以下のパラメーター:
I. 反応温度が40〜120℃であること、
II. 絶対圧が1〜20barであること、
III. MMAと、メタクロレインと、メタノールと、水とを含有する定常状態の生成物混合物中で撹拌および渦化されて存在する触媒のスラリー濃度が1〜20重量%であること、
に準拠して連続的に実施され、
ここで、出発物質であるメタクロレインが、それぞれ少なくとも1個の反応器内で完全に転化されるのではなく、20〜95%の部分転化の後に、濾過により前記触媒から連続的に分離され、後処理に送られることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。 - 空気が酸素含有ガスとして連続的に前記反応器に供給され、ここで、前記反応混合物の上方に形成されて存在する前記気相の酸素含量が、2〜8体積%であることを特徴とする、請求項10記載の方法。
- 前記反応が、50〜100℃の反応温度、2〜15barの絶対圧で操作されることを特徴とする、請求項10または11記載の方法。
- 微粒子状触媒のスラリー濃度が、2〜15重量%であることを特徴とする、請求項10から12までのいずれか1項記載の方法。
- 出発物質であるメタクロレインが、それぞれ1個の反応器または複数個の直列式に接続された反応器内で完全に転化させられるのではなく、40〜80%の部分転化の後に、濾過により前記触媒から連続的に分離され、後処理に送られることを特徴とする、請求項10から13までのいずれか1項記載の方法。
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