JP2549400B2 - γ−ブチロラクトンの製造法 - Google Patents

γ−ブチロラクトンの製造法

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JP2549400B2 JP62299550A JP29955087A JP2549400B2 JP 2549400 B2 JP2549400 B2 JP 2549400B2 JP 62299550 A JP62299550 A JP 62299550A JP 29955087 A JP29955087 A JP 29955087A JP 2549400 B2 JP2549400 B2 JP 2549400B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明はニッケル、モリブデン及びカルシウムからな
る触媒の存在下、マレイン酸、コハク酸及び/又はそれ
らの無水物を水素と反応させることを特徴とするγ−ブ
チロラクトンの製造法に関するものである。
(ロ)従来の技術 マレイン酸、コハク酸及び/又はそれらの無水物を液
相で水素化してγ−ブチロラクトンを製造する方法に関
しては多くの提案がなされている。
日本化学会誌、4号、646頁、1974年にはニッケル及
びモリブデンからなる二元系触媒の組成と活性の記載が
あり、ニッケルに対するモリブデンの原子比が0〜0.14
の範囲で検討され、ニッケルに対するモリブデンの原子
比が0.6でγ−ブチロラクトンの収率は約66%である。
従って、ニッケル及びモリブデンからなる二元系触媒
をγ−ブチロラクトンの製造に使用することは公知であ
る。
この他、特公昭46−33008号公報、特公昭49−5337号
公報及び英国特許1587198号公報等にもニッケル及びモ
リブデンからなる二元系触媒が提案されている。
特公昭49−16423号には単体ニッケルとベリリウム、
マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、チタン、バ
ナジウム、クロム、マンガン、亜鉛、ジルコニウム、モ
リブデン、タングステン及びトリウムからなる群から選
ばれた一種以上の金属酸化物を使用する触媒の記載があ
る。
特公昭54−41560号公報にはニッケル及びモリブデン
にバリウム及び/又はタリウムを組合せた触媒が記載さ
れ、モリブデン対ニッケルの原子比は0.01〜0.20、バリ
ウム又はタリウム対ニッケルの原子比が0.05〜0.15の範
囲が好適とされている。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 特公昭49−16423号の単体ニッケルとベリリウム、マ
グネシウム、カルシウム、アルミニウム、チタン、バナ
ジウム、クロム、マンガン、亜鉛、ジルコニウム、モリ
ブデン、タングステン及びトリウムからなる群から選ば
れた一種以上の金属酸化物を使用する触媒は単に明細書
中に記載されているのみで、特許請求の範囲及び実施例
はニッケル単体とアルミニウム、チタン、バナジウム、
モリブデン及びマンガンよりなる二元系触媒に関するも
のである。しかも、その反応条件は300気圧以上の高圧
条件が必要であり、例えばニッケル及びモリブデンから
なる二元系触媒ではγ−ブチロラクトンの選択率は1%
に過ぎずテトラヒドロフランの選択率が92%でありγ−
ブチロラクトンを選択的に製造する触媒とは云い難い。
特公昭54−41560号公報のニッケル及びモリブデンに
バリウム及び/又はタリウムを添加した触媒は、ニッケ
ル及びモリブデンからなる二元系触媒に比しマレイン
酸、コハク酸及び/又はそれらの無水物の水素化活性は
上昇しているが、本発明者らの追試では反応生成物中に
γ−ブチロラクトン以外にテトラヒドロフラン、1,4−
ブタンジオール及びポリエステル等が生成し工業的に実
施可能な触媒とは云えない。
従って、従来のニッケル及びモリブデンよりなる触媒
系ではマレイン酸、コハク酸及び/又はそれらの無水物
の水素化反応において、目的物であるγ−ブチロラクト
ンの他にプロピオン酸、酪酸、テトラヒドロフラン、1,
4−ブタンジオール及びポリエステル等の副生が避けら
れず工業的に高純度のγ−ブチロラクトンを得るにはこ
れらの分離精製にかなりの費用を要するのが実情であっ
た。
上述の如く、マレイン酸、コハク酸及び/又はそれら
の無水物の水素化反応について多くの提案がなされてい
るにもかかわらず、γ−ブチロラクトンの選択率、触媒
活性及び触媒寿命等の観点から満足すべき水準にはなか
った。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明者らは、上記問題点を解決すべく鋭意努力検討
の結果、ニッケル及びモリブデンにカルシウムを添加す
ることにより触媒活性、γ−ブチロラクトンの選択率が
大巾に向上することを見出し本発明を完成するに至っ
た。
即ち、本発明はニッケル、モリブデン及びカルシウム
からなる触媒の存在下、マレイン酸、コハク酸及び/又
はそれらの無水物を水素と反応させることを特徴とする
γ−ブチロラクトンの製造法に関するものであり、更に
詳しくはニッケルに対するモリブデンの原子比が0.001
〜0.1、ニッケルに対するカルシウムの原子比が0.005〜
0.09である三元系触媒を使用することを特徴とするγ−
ブチロラクトンの製造法に関するものである。
本発明に使用する触媒の製造法としては、ニッケル、
モリブデン及びカルシウム化合物の各々の水溶液又はこ
れらの混合溶液を担体に含浸させる方法、ニッケル、モ
リブデン及びカルシウム化合物中の一種又は二種を最初
に沈澱(ケーキが生成)させた後残りの成分を沈澱に含
浸させる方法、ニッケル、モリブデン及びカルシウム化
合物の水溶液に沈澱剤を加えて共沈させる方法等が挙げ
られるが、最も好ましい製造法は共沈法である。
共沈法を具体的に述べると、酢酸ニッケルの様な水溶
性ニッケル塩にモリブデン及びカルシウム化合物の水溶
液を混合後、炭酸ナトリムの様な沈澱剤を添加し、ニッ
ケル、モリブデン及びカルシウム化合物を沈澱(ケーキ
生成)させ、更に担体を加え充分に混合した後に乾燥す
る方法である。
この方法の他、例えばニッケル化合物水溶液に沈澱剤
を添加して生じた沈澱(ケーキ)にモリブデン及びカル
シウム化合物を水溶液中で均一に練込み、次に担体に混
練付着させる方法も採用することができる。
上記方法により製造されるニッケル、モリブデン、カ
ルシウム及び担体を含む混合物を80〜110℃で充分に乾
燥後、好ましくは窒素気流中300〜500℃で数時間処理
し、更に水素気流中300〜500℃で4時間程度予備還元処
理し触媒を調製する。
ニッケル化合物としては硝酸ニッケル、炭酸ニッケ
ル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル及び酢酸ニッケル等が
挙げられる。
モリブデン化合物としてはモリブデン酸アンモニウム
等が挙げられる。
カルシウム化合物としては硝酸カルシウム、炭酸カル
シウム、塩化カルシウム及び酢酸カルシウム等が挙げら
れる。
沈澱剤としては炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウ
ム、炭酸ナトリウム及び水酸化ナトリウム等が挙げられ
る。
担体としてはシリカ、シリカ−アルミナ及び珪藻土等
が挙げられるが、珪藻土の使用が好ましい。
担体の使用量は、担持するニッケル化合物、モリブデ
ン化合物及びカルシウム化合物の合計量に対して15〜20
重量%が好ましい。
本発明で使用する触媒の形状は反応様式により異な
り、懸濁相で用いる場合は1〜50μの粉末、固定床反応
器で使用する場合は球状又は円柱状で使用することが望
ましい。
本発明に使用するニッケル、モリブデン及びカルシウ
ムからなる三元系触媒のニッケルに対するモリブデンの
原子比は0.001〜0.1、好ましくは0.005〜0.1が良い。
又、ニッケルに対するカルシウムの原子比は0.005〜
0.09、好ましくは0.01〜0.04が良い。
尚、本発明に使用するニッケル、モリブデン及びカル
シウムからなる三元系触媒のX線分析の結果は、一部に
モリブデン酸カルシウムの生成が確認された。又、カル
シウムに替えて周期律表第II族の中のストロンチウム及
びマグネシウムを添加したニッケル、モリブデン及びス
トロンチウムからなる触媒、ニッケル、モリブデン及び
マグネシウムからなる触媒は全く効果がないことより、
本発明に使用するニッケル、モリブデン及びカルシウム
からなる三元系触媒はニッケル及びモリブデンからなる
二元系触媒とは異なる全く新しい触媒系が生成している
考えられる。
マレイン酸、コハク酸及び/又はそれらの無水物と水
素の反応条件は次の通りである。
反応温度は100〜300℃、好ましくは170〜240℃が良
く、水素圧力は50〜200kg/cm2、好ましくは70〜150kg/c
m2が良い。
マレイン酸及び/又は無水マレイン酸を原料とする場
合は反応を2段に分けても良い。
即ち、マレイン酸及び/又は無水マレイン酸に触媒を
添加し、反応温度50〜100℃、水素圧力50〜120kg/cm2
反応時間0.5〜1時間で先ずマレイン酸及び/又は無水
マレイン酸の二重結合を水素化後、更に反応温度を200
〜240℃、水素圧力を100〜150kg/cm2に上げ反応を行う
方法である。
本発明は、無溶媒でも反応は充分に進行するが、反応
生成物等の取扱いの容易さからマレイン酸、コハク酸及
び/又はそれらの無水物を溶媒に溶かして使用すること
もできる。
溶媒としては、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフ
ラン及びジオキサン等が好ましい。この際、溶媒中のマ
レイン酸、コハク酸及び/又はそれらの無水物の濃度は
20〜70重量%が好ましい。
(ホ)発明の効果 ニッケル及びモリブデンにカルシウムを添加すること
により触媒活性が上昇し、γ−ブチロラクトンの選択率
が90%以上に向上した。
70kg/cm2程度の低い水素圧力でも反応は充分進行す
る。
(ヘ)実施例 次に、実施例を挙げ本発明を更に詳細に説明するが本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1 酢酸ニッケル4水和物293gを水1.5に溶解させる。
これに硝酸カルシウム4水和物8.4gを水200mlに溶解し
た水溶液及びモリブデン酸アンモニウム12.6gを水300ml
に溶解した水溶液を混合する。
この混合溶液に沈澱剤として30%炭酸ナトリウム水溶
液600mlを加える。この際溶液のpHは8.13になった。
生成したスラリーに珪藻土46.1gを加へ充分に混合後
濾過する。沈澱を水洗後110℃で24時間乾燥後、得られ
た粉末を水素対窒素の比率が1:2の気流中300℃で3時間
処理後、水素気流中450℃で3時間還元した。
この触媒を室温まで冷却後窒素下に保存した。
次に、電磁攪拌式オートクレーブ100mlに無水マレイ
ン酸15gと溶媒としてテトラヒドロフラン60ml、上記触
媒2.25gを添加した。
最初、反応温度100℃、水素圧力100kg/cm2で1時間反
応を行ったところ約3.42の水素の吸収が認められた。
次に、温度を240℃、水素圧力を120kg/cm2として4時
間反応を行った。
反応終了後、反応生成物中のγ−ブチロラクトン、プ
ロピオン酸、酪酸、テトラヒドロフラン及び1,4−ブタ
ンジオールは安息香酸イソブチルを内部標準としてガス
クロマト分析、無水マレイン酸、無水コハク酸及びコハ
ク酸等は乳酸メチルを内標標準として高速液体クロマト
グラフ分析を行った。その結果を表1に示した。
実施例2 実施例1において硝酸カルシウムの添加量を9.4gにし
た他は、実施例1と全く同様に処理し反応を行った。そ
の結果を表1に示した。
実施例3 実施例1の触媒を使用し、水素圧力を70kg/cm2とした
他は、実施例1と全く同様に反応を行った。その結果を
表1に示した。
実施例4 実施例1の触媒を使用し、原料として無水コハク酸15
g、反応温度を240℃、水素圧力を120kg/cm2とした他
は、実施例1と全く同様に反応を行った。その結果を表
1に示した。
実施例5、6、7 実施例1の触媒調製において触媒の還元温度を各々35
0℃、400℃、425℃にした他は、実施例1と全く同様に
処理し、反応を行った。その結果を表1に示した。
実施例8 酢酸ニッケル4水和物293gを水1.5に溶解させる。
これに炭酸ナトリウム940gを水3に溶解した溶液を加
え1時間放置した。生成したスラリーのpHは8.2であっ
た。
生成したスラリーに珪藻土280gを加え充分に混合し1
時間熟成させ、濾過後沈澱を3回水洗し、110℃で24時
間乾燥した。
この乾燥物と硝酸カルシウム4水和物44g及びモリブ
デン酸アンモニウム7.46gを水300mlに溶解した水溶液を
充分に混合し、沈澱を濾過、水洗後110℃で24時間乾燥
した。得られた粉末を水素対窒素の比率が1:2の気流中3
50℃で3時間処理後、水素気流中450℃で3時間還元し
た。
次に、実施例1と全く同様に処理し、反応を行った。
その結果を表1に示した。
比較例1 硝酸カルシウムを加えない他は、実施例1と全く同様
にして調製したニッケル及びモリブデンからなる触媒を
使用し、実施例1と全く同様に処理し、反応を行った。
その結果を表1に示した。
比較例2 モリブデン酸アンモニウムを加えない他は、実施例1
と全く同様にして調製したニッケル及びカルシウムから
なる触媒を使用し、実施例1と全く同様に処理し、反応
を行った。その結果を表1に示した。
比較例3 硝酸カルシウムの替わりに硝酸バリウムを9.27g加え
た他は、実施例1と全く同様にして調製したニッケル、
モリブデン及びバリウムからなる触媒を使用し、実施例
1と全く同様に処理し、反応を行った。その結果を表1
に示した。
比較例4 硝酸カルシウムの替りに硝酸ストロンチウム5.31gを
加えた他は、実施例1と全く同様にして調製したニッケ
ル、モリブデン及びストロンチウムからなる触媒を使用
し、実施例1と全く同様に処理し、反応を行った。その
結果を表1に示した。
比較例5 硝酸カルシウムの替りに硝酸マグネシウム3.04gを加
えた他は、実施例1と全く同様にして調製したニッケ
ル、モリブデン及びマグネシウムからなる触媒を使用
し、実施例1と全く同様に処理し、反応を行った。その
結果を表1に示した。
実施例9(触媒劣化試験) 実施例1の還元前触媒を1/8インチ×1/8のタブレット
に成型し、窒素気流中300℃で焼成した。
このタブレット触媒200mlを内径32.9mm長さ350mmのス
テンレス製反応管に充填後、5/Hrの水素気流中420〜
430℃で還元を行った。
その後、触媒層の温度を210℃、水素圧力を100kg/cm2
とし水素を10/Hrで供給した。
又、原料として無水マレイン酸のテトラヒドロフラン
20重量%溶液を200ml/Hrで供給した。
廃ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素及び炭化水素類は
極めて微量であった。
反応生成物は連続的に反応装置より抜き出しガスクロ
マト分析及び高速液体クロマトグラフ分析を行った。そ
の結果を以下に示す。
フロントページの続き (72)発明者 平野 晋哉 千葉県市原市五井南海岸11番地1 日産 石油化学株式会社千葉工場内 (72)発明者 平野 竹徳 埼玉県春日部市牛島573番地 日産ガー ドラー触媒株式会社春日部研究所内 審査官 冨永 保

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ニッケル、モリブデン及びカルシウムから
    なる触媒の存在下、マレイン酸、コハク酸及び/又はそ
    れらの無水物を水素と反応させることを特徴とするγ−
    ブチロラクトンの製造法。
  2. 【請求項2】ニッケルに対するモリブデンの原子比が0.
    001〜0.1、ニッケルに対するカルシウムの原子比が0.00
    5〜0.09である触媒を使用することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項のγ−ブチロラクトンの製造法。
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KR100490841B1 (ko) * 2002-10-29 2005-05-19 주식회사 엘지화학 수소화 반응촉매 및 이를 이용한 감마부티로락톤의 제조방법

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