JP2022535741A - 気相メタノールカルボニル化触媒 - Google Patents

Abstract

本開示は、再生可能メタノール及び合成ガスからの酢酸メチル及び酢酸の製造のためのプロセスにおいて使用するための触媒を提供する。この触媒は、少なくとも、蒸気相カルボニル化反応のための活性サイトとして、周期表のＶＩＩＩ族及びランタニド系列の金属などの金属を含み、単独又は混在であることができる。担体は、高表面積を有する活性炭を含む。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年５月２８日に出願された米国仮出願第６２／８５３，３４４号の優先権を主張し、その内容全体が参照により本開示に援用される。

技術分野
本発明は、再生可能メタノール及び合成ガスを気相カルボニル化して酢酸メチル及び／又は酢酸を製造するための触媒、並びにその触媒の製造方法に関する。

メタノールのカルボニル化は、酢酸製造のために開発されたよく知られたプロセスである。この反応に使用された最初の触媒は、ＢＡＳＦによって開発されたＣｏ系触媒であった（Hohenschutz et al., 1966, Hydrocarbon Process, 45: 141）。しかし、このプロセス反応は、選択性が著しく低く、高温及び高圧条件を必要とするという問題があった。

ロジウム（Ｒｈ）系触媒が酢酸製造のためにモンサント（Monsanto）によって導入され、これが主要な触媒となり、均一系触媒の商業的応用の最も成功した例の１つとなった。長年にわたって、均一系メタノールカルボニル化のための新規なロジウム系触媒を開発するために、盛んに研究が行われてきた。米国特許第５，１４４，０６８号及び第６，６５７，０７８号明細書には、従来のモンサント触媒よりも少ない水を使用する触媒が記載されている。

米国特許第３，６８９，５３３号明細書には、ハロゲン化物プロモーター（１～２０質量％（ｗｔ％））の存在下、軽石、アルミナ、シリカ、シリカ－アルミナ、ボーキサイト、チタン、ジルコニア、粘土、石灰、ケイ酸マグネシウム、炭化ケイ素、活性炭及び非活性炭、セラミックハニカム、及び多孔質又は有機ポリマー上に担持された硝酸ロジウムの分解から製造されたロジウム触媒が開示されている。担体上のロジウム濃度は０．１～５ｗｔ％である。米国特許第３，７１７，６７０号明細書には、Ｉ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族、ＶＩＩＩ族、ランタニド及びアクチニド系列元素から選択されたプロモーターとの組み合わせで、同様の担持ロジウム触媒が記載されている。

欧州特許出願第０４６１８０２号明細書には、部分的に硬化され、粉砕され、成形炭化され、アルカリ金属水酸化物とともに加熱することにより、及び／又は、酸化性雰囲気で加熱することにより活性化されたフェノール樹脂由来の炭素上に担持されたカルボニル化触媒（ロジウム系）が開示されている。米国特許第４，４１７，０７７号明細書には、メタノールのハロゲン化物促進カルボニル化（halide－promoted carbonylation）などのいくつかのカルボニル化反応のための触媒として、単一の遷移金属（ロジウム、コバルト、ルテニウム、オスミウム、イリジウム又は鉄）のアニオン形態に結合したアニオン交換樹脂を使用することが教示されている。担持された配位子及び陰イオン交換樹脂は、液相カルボニル化反応における金属の固定化にある程度役立つが、一般的に、担持された配位子及び陰イオン交換樹脂の使用は、活性金属成分の担体としての炭素の使用と比較して、アルコールの気相カルボニル化において何の利点ももたらさない。

メタノール気相カルボニル化からの酢酸メチル合成は、米国特許第５，４８８，１４３号明細書に開示されており、その酢酸メチル合成では、ハロゲン化物共触媒の存在下でロジウム系触媒が使用される。このロジウム触媒は、不活性材料に担持された、ロジウム化合物と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及びそれらの混合物からなる群から選択された第２の金属成分とを含む。

多くの努力とかなりの進歩にもかかわらず、不活性担体上のモンサント触媒サイクルで記述されているような活性ロジウム錯体の安定性の改善と、気相メタノールカルボニル化反応のために担体への活性相のより良好な添着を目的として、低ロジウム濃度の気相メタノールカルボニル化プロセス用のロジウム触媒を提供する必要性が依然として存在する。

メタノールカルボニル化反応のために開発されたすべての触媒のほとんどは、主に液相プロセス用である。液体触媒の改良は、主に、液体媒体中での触媒の析出を防止することである。

周期表のＶＩＩＩ族の少なくとも１種の元素、ランタニド又はそれらの混合物と不活性担体とを含む気相カルボニル化触媒が提供される。

一実施形態において、ＶＩＩＩ族の元素及びランタニドは、酸化物の形態にある。

別の実施形態において、ＶＩＩＩ族の元素は、鉄、ルテニウム、オスミウム、ハッシウム、コバルト、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム、ニッケル、パラジウム又は白金である。

一具体的実施形態において、触媒は、ロジウム（Ｒｈ）及びランタニド（Ｌａ）を含む。

一実施形態において、触媒は、８０％を超えるＲｈ－Ｌａ分散体（Rh－La dispersion）を含む。

さらなる実施形態において、ＶＩＩＩ族の元素は、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つである。

一実施形態において、上記元素は複数種の金属の組み合わせである。

さらなる一実施形態において、上記の複数種の金属の組み合わせは、ロジウム－コバルト、ニッケル－ロジウム、ロジウム－イリジウム、イリジウム－コバルト、イリジウム－ニッケル、又はニッケル－コバルトである。

さらなる一実施形態において、上記の複数種の金属の組み合わせは、ロジウム－コバルト又はイリジウム－コバルトである。

補足的な実施形態において、上記の複数種の金属の組み合わせは、ロジウム－コバルト－イリジウムである。

一実施形態において、触媒は、触媒の総質量に対して０．０１ｗｔ％～１ｗｔ％の上記元素を含む。

一実施形態において、本開示に記載の触媒は、少なくとも１種の遷移金属を含む。

一実施形態において、本開示に記載の触媒は、周期表のＩＩＩ族の少なくとも１種のプロモーターを含む。

一実施形態において、プロモーターは、スカンジウム、イットリウム、ランタン、アクチニド、又はそれらの混合物である。

さらなる一実施形態において、本開示に記載の触媒は、ランタニド、イットリウム又はそれらの混合物を含む。

一実施形態において、触媒は、触媒の総質量に対して０．０１ｗｔ％～１ｗｔ％のプロモーターを含む。

一実施形態において、触媒は、０．６％Ｒｈ－０．４％Ｌａ又は０．２％Ｒｈ－０．２％Ｌａを含む。

さらなる一実施形態において、担体は活性炭である。

さらなる一実施形態において、担体はゼオライトである。

一実施形態において、担体はアルミナである。

さらなる一実施形態において、担体は、担体表面の酸素基を増加させる化学的前処理が施されたものである。

別の実施形態において、担体は、酸処理により化学的に前処理される。

さらなる一実施形態において、酸処理はＨＮＯ_３による処理であり、酸素基はラクトン、キノン、カルボキシル、又はフェノール類である。

一実施形態において、本開示に記載の触媒は、再生可能メタノールの蒸気相カルボニル化のためのものである。

また、請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒の存在下で、メタノール、一酸化炭素を、カルボニル化反応器において気相（gas phase）で反応させて、酢酸メチルと、酢酸と、水と、未反応メタノールと、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）との混合物を生成させることを含む、メタノールのカルボニル化プロセスも提供される。

一実施形態において、上記のカルボニル化反応器は、固定床反応器である。

一実施形態において、上記の気相は、蒸気相（vapor phase）である。

さらなる実施形態において、上記の触媒は、上記の反応ステップの前に、一酸化炭素、合成ガス、又はそれらの混合物により活性化される。

別の実施形態において、酢酸メチルを生成する選択率は少なくとも８０％である。

さらなる実施形態において、酢酸メチル及び酢酸を生成する選択率はそれぞれ約８８％及び４．３％である。

さらなる実施形態において、上記のメタノールは再生可能メタノールである。

別の実施形態において、上記の再生可能メタノールは、都市固形廃棄物（Municipal Solid Waste）（ＭＳＷ）、バイオマス、又は藻類からのものである。

（原文記載なし）

周期表のＶＩＩＩ族の元素と、単独及び／又は混合のランタニド系列元素と、高表面積の活性炭を含む不活性担体とを含む触媒が提供される。

本開示に記載の一態様において、酢酸及び酢酸メチル合成のための、シンタリング及び／又は溶出による活性相の失活を妨げることができる、不活性担体上に分散されたロジウム－ランタニド錯体を使用する気相カルボニル化触媒プロセスが提供される。上記プロセスにおいて、周期表の金属遷移族ＶＩＩＩから選ばれたカルボニル化反応に活性な少なくとも１種の金属を含む触媒が、単独で、又はランタニド系列元素と組み合わされて、いずれも不活性担体上に分散された酸化物の形態で使用される。

再生可能メタノールは、生物起源炭素（biogenic carbon）を有する原料、例えば、本開示に包含されるように、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、バイオマス、又は藻類などから誘導されるが、生物起源炭素を有する原料はこれらに限定されない。一実施形態において、再生可能メタノールは、少なくとも０．０１％、好ましくは１％の生物起源炭素を有するメタノールとして定義される。当該原料又は当該メタノール中の生物起源炭素の含有量はＡＳＴＭ Ｄ ６８６６法に従って測定される。

触媒が気相反応で使用される場合、シンタリング及び溶出現象が、触媒上の活性金属が失活する主な原因である。本開示で提供される触媒は、長い流通時間と活性化／運転／再生についてのサイクル減少又は反応器への頻繁な触媒再装填に関するこれらの課題に対処する。したがって、本開示で提供される触媒は、溶出及びシンタリング効果に対して耐性であることが示された、低Ｒｈ濃度の蒸気相カルボニル化触媒である。

したがって、本開示で提供される触媒は、気相カルボニル化用である。したがって、本開示に記載の触媒は、例えば米国特許第８，４３６，２１５号明細書又は第８，０８８，８３２号明細書で言及されているものなどの気相メタノールカルボニル化プロセスで使用されるＲｈ系触媒の寿命を増加させることに加えて、担体上により低い濃度のＲｈを使用する。

また、周期表の遷移金属ＶＩＩＩ族単独又は周期表の遷移金属ＶＩＩＩ族とランタニド系列元素との組み合わせからなる群から選択されたカルボニル化用の活性金属を少なくとも含む、本開示に記載の触媒を用いるプロセスも包含される。

一実施形態において、周期表のＶＩＩＩ族の元素としては、鉄、ルテニウム、オスミウム、ハッシウム、コバルト、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金が挙げられる。好ましくは、ＶＩＩＩ族元素は、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、及びこれらの混合物である、少なくとも１種の元素である。触媒が周期表のＶＩＩＩ族の複数種の元素だけからできている場合、以下の金属の組み合わせが好ましい：ロジウム－コバルト、ニッケル－ロジウム、ロジウム－イリジウム、イリジウム－コバルト、イリジウム－ニッケル、又はニッケル－コバルト。

別の実施形態において、触媒は、ロジウム－コバルト又はイリジウム－コバルトの混合物を含む。また、例えば、ロジウム－コバルト－イリジウムのような３種の金属の組み合わせの使用も包含される。

触媒組成物が周期表のＶＩＩＩ族の少なくとも１種の遷移金属を含む場合、酸化物基準での遷移金属の含有量は、触媒の全質量に対して０．０１ｗｔ％以上１ｗｔ％以下でなければならない。

触媒組成物が少なくとも１種の遷移金属を含む場合、触媒は、ＩＩＩ族の少なくとも１種のプロモーターを含んでもよい。周期表におけるＩＩＩ族は、スカンジウム、イットリウム、ランタニド及びアクチニド系列元素を含む。一実施形態において、本開示に包含されるＩＩＩ族元素は、単独で、又は混合物として、ランタン（Ｌａ）、イットリウムから成る。一実施形態において、促進元素の濃度は、触媒の総質量に対して、好ましくは０．０１～１ｗｔ％である。

包含されるように、本開示に記載の触媒は、活性相分散体のための担体を含む。さらなる実施形態において、本開示に包含される担体は活性炭である。好ましくは、担体は、非常に低い酸性度を有するゼオライト材料である。一実施形態において、担体はアルミナ（アルファ、ベータ又はデルタ）である。

一態様において、本開示に包含される活性金属又は活性合金（錯体）は、有機配位子により配位されていて、１～３次元構造を有する物質を形成してもよい。この配位から得られる材料は、クラスター又は配位ポリマーに類似することがある。

本開示に記載の触媒の合成に用いられる担体は、好ましくは活性炭であり、表面官能基の性質及び濃度は、表面酸素基を増加させるための適切な化学的処理によって変更される。活性炭の表面酸素基は、カルボキシル、カルボニル、フェノール、キノン、及びラクトンである。本開示に包含されるように、化学的処理の使用は、酸素基の濃度を増加させ、担体と金属との間に強い結合を生じさせる。一実施形態において、金属はＲｈ単独である。別の実施形態において、金属は「活性合金」Ｒｈ－Ｌａであるが、これに限定されない。

前述の表面酸素基の性質の半定量的な指標は、活性炭（フレッシュな活性炭及び処理された活性炭、ならびにカルボニル化反応の後及び前に添着された活性炭）の水性懸濁液のｐＨを決定することによって得ることができる。酸性サイトはブレンステッド型（プロトンドナー）又はルイス型（電子アクセプター）であることができる。固体の酸性度を評価するために考慮すべき３つの因子は酸性サイトの濃度、強度及び種類である。

Boehm滴定は、活性炭表面の官能性酸素基を定量し、その酸性及び塩基性を推定するために用いられる。この方法は、炭素の酸性及び塩基性中心の酸／塩基滴定に基づき、Salame及びBandoszによって、LANGMUIR, Volume 15, Issue 2, (1999) pp 587-593の「Experimental Study of Water Adsorption on Activated Carbon」に概説されている。

酸／塩基滴定法
前処理された活性炭とＲｈ－Ｌａを担持した活性炭の両方のBoehm酸／塩基滴定は、表面の官能基を定量し、その酸性を推定するために使用される。実験を行うために活性炭をクリーンで乾燥した容器に入れ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、塩酸（ＨＣｌ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、及び炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＮＯ_３）のそれぞれの蒸留水（又は脱塩水）中の０．０５Ｎ溶液を調製して標準化した。

３つの容器のそれぞれに、分析しようとする炭素を１．５ｇ入れる。最初のバイアルに、５０ｍＬのＮａＯＨ ０．０５Ｎ溶液を加える。２番目のバイアルに、Ｎａ_２ＣＯ_３ ０．０５Ｎ溶液を５０ｍＬ入れる。そして、３番目のバイアルに、５０ｍＬのＮａＨＮＯ_３ ０．０５Ｎ溶液を加える。次に、３つのバイアルをそれぞれ密封し、室温で２４時間撹拌する。

各バイアルからの試料を、Ｗｈａｔｍａｎからの０．２ミクロン濾紙で濾過する。次に、濾過した溶液（水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸水素ナトリウム）のそれぞれから１０ｍＬのアリコートを、別々の個々のクリーンなバブラーにピペッティングする。塩基の完全な中和を確実にするために、ＮａＨＣＯ_３及びＮａＯＨ過剰塩基を、２０ｍＬの標準化された０．０５Ｎ ＨＣｌ溶液で中和し、一方、Ｎａ_２ＣＯ_３塩基過剰は３０ｍＬの標準化された０．０５Ｎ ＨＣｌ溶液で中和する。

次に、酸性化した溶液を、不活性ガスをバブリングすることにより、１～４時間、好ましくは２～３時間脱気する。気泡の大きさは、直径１～５ｍｍであるべきであり、好ましくは直径１～３ｍｍ、より好ましくは直径１～２ｍｍである。不活性ガスの流量は、５ｍＬ／分未満でなくてはならず、好ましくは３ｍＬ／分未満、より好ましくは２ｍＬ／分未満である。

次に、酸性化及び脱気したＮａＨＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３及びＮａＯＨ塩基溶液を、不活性ガスで連続的に飽和させながら、２５℃で標準化０．０５Ｎ ＮａＯＨ溶液により滴定する。終点はｐＨ計を使用して決定する。滴定液は、２５ｍＬビュレットを使用して、０．１ｍＬずつ分けて添加しながら測定する。

酸性サイトの数は、以下のように計算される。

ここで、［Ｂ］とＶ_Ｂは、それぞれ、分析しようとする炭素と混合される反応塩基の濃度及び体積であり、炭素の表面での表面官能基との反応に利用可能な反応塩基のモル数を与える。ｎ_ＣＳＦは、混合ステップで対応する塩基と反応した炭素表面官能基（ＣＳＦ）のモル数を表す。Ｖ_{ａｌｉｑｕｏｔ}は、Ｖ_Ｂから採取したアリコートの体積であり、［ＨＣｌ］及びＶ_{（ＨＣｌ ａｃｉｄｉｆ）}は、それぞれ、初期試料から採取したアリコートに加えた酸の濃度及び体積である。これは、残りの塩基との反応に利用可能な、アリコートに加えられた酸のモル数を与える。

それによって得られた結果が表１に記載されており、それらはｍｅｑ／活性炭試料１００ｇ（又はミリ当量／１００ｇ）として記録されている。ｍｅｑはミリグラムでの当量の略称であり、国際単位として推奨されている。

Ｒｈ－Ｌａを添着させた前処理された担体において、４４ｍｅｑ／炭素１００ｇのカルボキシル基の増加が観察された。これは、担体と添加した金属との間に強い結合が生じ、それらのサイトへの吸着が増加することに起因する。添着プロセス後であって、カルボニル化反応前の単結合酸素官能基については、フェノール基は有意な差を示さないのに対し、ラクトン基はおよそ２２ｍｅｑ／炭素１００ｇ減少した。

興味深いことに、カルボニル化反応後の酸素基の決定から、その値の増加（およそ４０ｍｅｑ／炭素１００ｇ）を考慮すると、表面ラクトン官能基の生成がある一方で、カルボキシル基及びフェノール基の両者についてほぼ６５ｍｅｑ／炭素１００ｇの減少が観察されることから、反応がカルボキシル基及びフェノール基に優先的に起こることが分かる。しかしながら、カルボニル化反応後の触媒の上記の表面酸素基で観察されたこれらの変化は実質的なものではなく、このことは、この触媒が比較的高い安定性を有し、溶出に対してあまり敏感でないことを意味する。

一実施形態において、全酸性度（カルボキシル基、ラクトン基、及びフェノール基を含む）は、ＮａＯＨを用いてBoehm滴定によって決定される。

別の実施形態において、カルボキシル基及びラクトン基は、Ｎａ_２ＣＯ_３を用いてBoehm滴定によって決定される。

さらなる実施形態において、カルボキシル基に対応する酸性度は、ＮａＨＣＯ_３を用いてBoehm滴定により決定される。

表面のフェノール基に対応する酸性度は、ＮａＯＨを用いて測定した全酸性度とＮａ_２ＣＯ_３を用いて測定された酸性度との差によって容易に計算できることに留意されたい。一方、表面のラクトン基に対応する酸性度は、Ｎａ_２ＣＯ_３溶液とＮａＨＣＯ_３溶液を用いて測定された酸性度の差によって算出することも可能である。

元素分析及び粒径
本開示に包含されるように、触媒は、Ｒｈ及びＬａと担体との組み合わせを含む。この組み合わせは、Ｌａが活性炭担体上のＲｈのアンカー（anchor）として作用し、担体上の活性合金Ｒｈ－Ｌａのより良い結合をもたらすことを意味する。一実施形態において、活性合金は、少なくとも、１つのＲｈ原子で構成される。後者は、気相カルボニル化反応の活性中心又は活性サイトである。

さらなる実施形態において、本開示に記載の気相メタノールカルボニル化方法のための触媒は、活性炭（担体）上のＲｈ分散体である。表２に示されている低Ｒｈ及びＬａ粒径は、Ｒｈ－Ｌａ合金粒子が担体上によく分散されていることを示す。

一実施形態において、上記触媒は、８０％超、好ましくは９０％以上のＲｈ－Ｌａ分散体を有する。

別の実施形態において、上記触媒は、溶出に対して耐性がある。活性炭担体上のＲｈ－Ｌａの化学的安定性を決定するために溶出効果を試験する。添着後、異なるＲｈ－Ｌａ含有量の触媒をＨＣｌ（３７％）溶液に別々に２週間浸漬し、その後、５０℃で１２時間乾燥させた。回収した試料を元素分析によって特徴付けた（表３参照）。

本開示で実証されるように、包含される触媒は、非前処理触媒と同様のサイズ分布を維持しながら、たった０．１％のＲｈ－Ｌａしか溶出しないので、塩酸（３７％）下で高い耐溶出性を示す。

本開示に包含される触媒は、好ましくは、塩及び粉末の溶解度を改善するために酸媒体中に溶解された、Ｒｈの塩、すなわち、有機配位子と錯化したＲｈ、もしくは、酸化物の形態のＲｈと、Ｌａの酸化物粉末もしくは有機配位子と錯化したＬａとの共添着（co-impregnation）によって調製される。

気相メタノールカルボニル化反応に本開示に記載の触媒を使用する前に、触媒を活性化させる。一実施形態によれば、触媒は、好ましくは、反応前に一酸化炭素により活性化される。本開示には、前処理条件がカルボニル化生成物の形成に影響を及ぼし、最も活性な触媒がＣＯの存在下で得られることが記載されている。活性化条件が触媒に、特にＲｈの酸化状態に及ぼす役割を調べるために、触媒をその場（in situ）Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で調べ、慎重に制御した活性化条件に曝した後の酸化状態を確認した。

Ｌａ－Ｒｈ／活性炭触媒の試料を、２４０℃でヘリウム流により２時間前処理した後、３００～３３０ｅＶの領域に、それぞれＲｈ^＋３及びＲｈ^０の酸化状態を示す４つのＸＰＳピークが観測された（図１ａ）。Ｒｈ－Ｌａ／活性炭触媒をＣＯ単独又はＣＯと低濃度のＨ_２で２４０℃で処理（好ましい活性化条件）すると、Ｒｈ^＋１及びＲｈ^＋３の存在を示唆するスペクトルが得られる（図１ｂ）。Ｈ_２単独への暴露（貴金属を活性化させるために通常用いられる手順）では、ＸＰＳで確認されるように、ゼロ価のＲｈ種が形成されるため、最初は非常に低い活性の触媒をもたらすことがある（図１ｃ）。

一酸化炭素は、１～４０ａｔｍ（６００ｐｓｉ）の範囲内の圧力で導入することができるが、好ましくは１～３ａｔｍ（５０ｐｓｉ）の範囲内である。触媒を配置した固定床反応器は、所望の温度、例えば、１７０～３６０℃の範囲内、好ましくは２００～２８０℃の範囲内の温度に予熱されてもよい。

一実施形態において、気相メタノールカルボニル化におけるＲｈの活性形態は、触媒活性化後の初期酸化状態が＋１又は＋３、好ましくは＋１である。

別の実施形態において、触媒は、ＣＯ／Ｈ_２モル比が１より高く、好ましくは２～１０、より好ましくは４～１０であるＣＯリッチストリーム又は合成ガス（Ｈ_２及びＣＯの混合物）により活性化される。

実施例Ｉ
０．６％Ｒｈ－０．４％Ｌａ触媒の調製
１００ｇの活性炭（顆粒状）を８０℃で３００ｍＬのＨＮＯ_３（４Ｍ）により６時間前処理し、次に、ｐＨ＝６．５まで蒸留水（又は脱塩水）で洗浄し、真空下で１００℃で一晩脱気した。

まず、ロジウムとランタンの前駆体溶液混合物を、１．２２ｇの三塩化ロジウム及び０．５０ｇの酸化ランタンを５０ｍＬの３７％ＨＣｌと１００ｍＬの蒸留（又は脱塩）水の溶液に溶解させ、次に、オイルバスを使用する加熱下での磁気撹拌にかけることによって調製した。前処理した活性炭を前駆体溶液に加え、６０～８０℃で頻繁に振とうしながらフリーフローになるまで乾燥させた。次に、得られた触媒を１２０℃で一晩完全に乾燥させ、その後、１Ｌ／分の窒素流下、４００℃で４時間活性化させた。

あるいは、活性炭は、Ｒｈ－Ｌａ添着ステップの後に前処理される。さらに、活性炭の前処理は、共添着ステップに必要でない。

実施例ＩＩ
メタノールのカルボニル化
米国特許第８，４３６，２１５号又は第８，０８８，８３２号に記載の運転条件に従って、実施例Ｉのように調製した触媒を固定床反応器で試験した。再生可能メタノールと一酸化炭素（ＣＯ）の混合物を本開示に記載の触媒の存在下で反応させると、酢酸メチル、酢酸、水、未反応メタノール、及びジメチルエーテル（ＤＭＥ）を含む混合物が生じた。酢酸メチル及び酢酸は、それぞれ約８８％及び４．３％のモル選択率で生成されたことが分かった。

表２から、反応の前後で一度活性化されたＲｈの平均サイズが大きく変化しないことがわかる。したがって、反応後に触媒上のＲｈが焼結することはない。

実施例ＩＩＩ
０．２％Ｒｈ－０．２％Ｌａ触媒の調製
５０ｍＬの３７％ＨＣｌと１００ｍＬの蒸留（又は脱塩）水の溶液に溶解した０．４１ｇの三塩化ロジウム及び０．２３ｇの酸化ランタンを、１００ｇの前処理した活性炭と混合したことを除いて、例Ｉの手順を繰り返した。一晩の乾燥の終わりにＲｈ－Ｌａ触媒を回収し、その後、１Ｌ／分の窒素流下、４００℃で４時間活性化した。

実施例ＩＶ
メタノールのカルボニル化
実施例ＩＩＩのように調製した触媒を用いて実施例ＩＩのメタノールカルボニル化手順を繰り繰り返した場合、酢酸メチル及び酢酸のモル選択率はそれぞれ約８２％及び約１．２％である。実施例Ｉ及びＩＩＩのように調製したＲｈ含有触媒は、酢酸メチルに対して８０％を超える同様の選択率を示す。これまでの結果から、０．６％という高いＲｈ含有量を有する実施例Ｉのように調製した触媒は、０．２％のＲｈを有する実施例ＩＩＩのように調製した触媒と比較して、溶出に対してより敏感であることを示すと結論づけることができる。

実施例Ｖ
市販の製剤との比較
実施例Ｉのように調製した触媒と市販のＲｈ系触媒との性能の違いを示すために、これらを実施例ＩＩの手順に従ってメタノールカルボニル化反応において試験した。最も顕著な差は、主に、市販のＲｈ系触媒を使用することによる酢酸メチルに対するモル選択率（７１．４％）で観察され、このモル選択率は、８８％を与える実施例Ｉで調製した触媒と比較して１５％以上低かった。一方、酢酸選択率は、市販のＲｈ系触媒を用いることにより７．４％であり、実施例Ｉで調製した触媒（４．３％）と比較してほぼ３％高い選択率を示した。

以上の結果から、実施例Ｉで調製した触媒を使用することによるメタノールのカルボニル化反応は、市販のＲｈ系触媒と比較して、結果間でより良い妥協点を与えることがわかる。実施例Ｉのように調製した触媒が酢酸に対する選択率が低いという事実は、最終生成物の分離を容易にし、腐食のリスクを低減し、それに伴ってプロセス操作を単純化する。

本開示は、その特定の実施形態に関連して記載したが、さらなる変更が可能であり、本願は、当該技術分野において既知又は慣用の範囲内にあり、本開示において上述したとおりの及び添付の特許請求の範囲に記載されているとおりの本質的特徴に適用され得るような本開示からの発展を含む、任意の変形、使用又は適応を対象にすることを意図していることが理解されるであろう。

Claims (31)

1. 気相カルボニル化触媒であって、
   － 周期表のＶＩＩＩ族の少なくとも１種の元素、ランタニド又はそれらの混合物；及び
   － 不活性担体、
   を含む気相カルボニル化触媒。
2. ＶＩＩＩ族の前記少なくとも１種の元素及びランタニドが酸化物の形態にある、請求項１に記載の触媒。
3. ＶＩＩＩ族の前記少なくとも１種の元素が、鉄、ルテニウム、オスミウム、ハッシウム、コバルト、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム、ニッケル、パラジウム、又は白金である、請求項１又は２に記載の触媒。
4. 前記触媒がロジウム（Ｒｈ）及びランタニド（Ｌａ）を含む、請求項１に記載の触媒。
5. 前記触媒がＲｈ－Ｌａ分散体を８０％超含む、請求項４に記載の触媒。
6. ＶＩＩＩ族の前記少なくとも１種の元素が、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、及びそれらの混合物である、請求項１～３のいずれか一項に記載の触媒。
7. 前記触媒が、ロジウム－コバルト、ニッケル－ロジウム、ロジウム－イリジウム、イリジウム－コバルト、イリジウム－ニッケル、又はニッケル－コバルトを含む、請求項６に記載の触媒。
8. 前記触媒がロジウム－コバルト又はイリジウム－コバルトを含む、請求項６に記載の触媒。
9. 前記触媒がロジウム－コバルト－イリジウムを含む、請求項６に記載の触媒。
10. 前記触媒が、前記触媒の総質量に対して、ＶＩＩＩ族の前記少なくとも１種の元素を０．０１質量％～１質量％含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の触媒。
11. さらに、少なくとも１種の遷移金属を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の触媒。
12. さらに、周期表のＩＩＩ族の少なくとも１種のプロモーターを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の触媒。
13. 前記プロモーターが、スカンジウム、イットリウム、ランタン、アクチニド又はそれらの混合物である、請求項１２に記載の触媒。
14. 前記触媒が、前記触媒の総質量に対して０．０１質量％～１質量％のプロモーターを含む、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の触媒。
15. 前記触媒が０．６％Ｒｈ－０．４％Ｌａ又は０．２％Ｒｈ－０．２％Ｌａを含む、請求項４記載の触媒。
16. 前記担体が活性炭である、請求項１～１５のいずれか一項に記載の触媒。
17. 前記担体がゼオライトである、請求項１～１６のいずれか一項に記載の触媒。
18. 前記担体がアルミナである、請求項１～１７のいずれか一項に記載の触媒。
19. 前記担体が、前記担体の表面酸素基を増加させる化学的前処理が施されたものである、請求項１～１８のいずれか一項に記載の触媒。
20. 前記担体が酸処理により化学的に前処理されたものである、請求項１９に記載の触媒。
21. 前記酸処理がＨＮＯ_３による処理である、請求項２０に記載の触媒。
22. 前記酸素基が、ラクトン、キノン、カルボキシル、又はフェノール類である、請求項１９～２１のいずれか一項に記載の触媒。
23. 再生可能メタノールの蒸気相カルボニル化に使用される、請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒。
24. 請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒の存在下で、メタノールと一酸化炭素を、カルボニル化反応器において気相で反応させて、酢酸メチルと、酢酸と、水と、未反応メタノールと、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）との混合物を生成させることを含む、メタノールのカルボニル化プロセス。
25. 前記カルボニル化反応器が固定床反応器である、請求項２４に記載のプロセス。
26. 前記気相が蒸気相である、請求項２４又は２５に記載のプロセス。
27. 前記反応工程の前に、前記触媒を一酸化炭素、合成ガス又はそれらの混合物により活性化する、請求項２４～２６のいずれか一項に記載のプロセス。
28. 酢酸メチルを生成する選択率が少なくとも８０％である、請求項２４～２７のいずれか一項に記載のプロセス。
29. 酢酸メチル及び酢酸を生成する選択率が、それぞれ約８８％及び約４．３％である、請求項２４～２８のいずれか一項に記載のプロセス。
30. 前記メタノールが再生可能メタノールである、請求項２４～２９に記載のプロセス。
31. 前記再生可能メタノールが、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）、バイオマス、又は藻類からのものである、請求項３０に記載の方法。

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