JP2694179B2 - レニウム担持触媒を用いるt―ブタノールからのメチル―t―ブチルエーテルの一段階合成方法 - Google Patents

レニウム担持触媒を用いるt―ブタノールからのメチル―t―ブチルエーテルの一段階合成方法

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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素上に不溶解性レニウムを含む触媒の存在
下におけるt−ブタノールとメタノールとの反応による
メチル−t−ブチルエーテルの改良された製造方法に関
する。本発明は、反応が一段階で起こり触媒が一段で所
望のエーテル生成物への優れた選択性を示し、高レベル
のt−ブタノール転換率が得られるという点で特に有利
である。
発明の背景 アルコールと他のアルコールとを反応させて所望の生
成物を調製し非対称エーテルをはじめとするエーテル類
を製造することができることは当業者に公知である。触
媒及び/又は縮合剤を含む反応混合物を分離し、更に処
理して所望の生成物を得る。このような更なる処理とし
ては通常一回以上の蒸留操作が挙げられる。
現在の鉛及びマンガンをベースとしたガソリン添加剤
は漸減の方向にあるので、メチル−t−ブチルエーテル
のハイオクタンガソリンの混合成分としての用途が増加
しつつある。現在、メチル−t−ブチルエーテル(MTB
E)の商業的な製造方法は全て陽イオン交換樹脂を触媒
として用いるイソブチレンとメタノールの液相反応(下
式1参照)に基づくものである(例えば:Hydrocarbon P
rocessing,Oct.1984,p.63;Oil and Gas J.,Jan.1,1979,
p.76;Chem,Economics Handbook−SRI,Sept.1986,p.543
−705:pを参照)。
MTBE合成に使用される陽イオン交換樹脂は通常スルホ
ン酸を官能基として有する(J.Tejero,J.Mol.Catal.,42
(1987)257;C.Subramamam et al.,Can.J.Chem.Eng.,65
(1987)613を参照)。
しかしながら、許容しうるガソリン添加剤としてMTBE
の使用が増加するにつれ、原料入手が大きな問題となり
っつある。歴史的にイソブチレンは量の少ない原料物質
である(Oil and Gas J.,June 8,1987,p.55)。したが
って、原料物質としてイソブチレンを必要としないMTBE
の製造方法が得られれば有利であろう。t−ブタノール
はイソブタンの酸化によって商業的に容易に入手できる
ので、t−ブチルアルコールとメタノールとの反応によ
ってMTBEを製造する効率的な方法を得られれば特に有利
であろう。
Rao等に与えられた米国特許第4,144,138号(1979年)
においては、共沸蒸留を行なってメタノール−エーテル
共沸塔頂物を回収し、これを水で洗浄して純粋なエーテ
ルラフィネートを得、これを共沸蒸留してエーテル−メ
タノール塔頂物を得てこれを水洗浄に再循環させること
によって、エーテル化反応流出物からメチル−t−ブチ
ルエーテルを回収する方法が開示されている。
最も近い関連技術はS.V.Rozhkov等、Prevrashch Ugle
vodorodov,Kislotno−Osnovn.Geterogennykh Katal.Tez
isy Dokl.Vses Konf.,1977,150(C.A.92:58165y)にお
いて論じられているメタノール及びt−ブチルアルコー
ルからのメチル−t−ブチルエーテルの調製であると思
われる。ここではt−ブチルアルコールとメタノールを
強酸性スルホポリスチレンの陽イオン交換剤KU−2によ
り穏やかな条件下においてエーテル化反応にかけてい
る。この文献にはかかる方法の基本的なパラメーターに
関するデータが記載されている。この方法において以下
の問題点を挙げることができるであろう:1)陽イオン交
換剤によるエーテル化反応のプラントについては何の問
題も存在しないが、大量のt−ブチルアルコール及びメ
タノール並びにイソブチレンを再循環させることによっ
て装置が幾分高価になる。2)通常、種々の吸着及び拡
散因子、膨潤現象、並びに、溶液相及びイオン交換剤相
との間の成分の分布が変化しうることによって、陽イオ
ン交換剤上の反応の進行が複雑化している。3)有機
(ポリスチレン又はポリメタアクリレート)骨格を有す
る前記酸性陽イオン交換剤は一般に操作温度に関する安
定範囲が極めて制限されており、通常、120℃を超える
温度において樹脂の非可逆的な破壊が起り、触媒活性の
損失が起こる。
米国特許第4,173,587号には、アルミナ、ジルコニ
ア、シリカ−アルミナ又はマグネシア−アルミナからな
る担体上にレニウムを用いてクメンハイドロパーオキサ
イドを分解させフェノールとアセトンにする方法が記載
されている。同特許の2欄、35−36行において担体がカ
ーボンを含むときは低収量となって好ましくないという
ことが教示されている。したがって、MTBEの製造のよう
に、他の酸性触媒反応に対しても炭素にレニムを担持さ
せた触媒は有用であるとは期待できない。
120℃を超える温度で、好ましくは200℃以下で熱的に
安定な無機の不均一系触媒を用いて一段階でt−ブチル
アルコールとメタノールから連続工程でメチル−t−ブ
チルエーテルを選択的に商業的に合成することができれ
ば、当該技術における大きな進歩といえよう。
そのある態様によれば、t−ブチルアルコール(t−
ブタノール)とメタノールから一段階工程でメチル−t
−ブチルエーテルを製造する本発明の新規な方法は、不
活性担体に担持した不溶解性レニウムを含む触媒の存在
下において、t−ブチルアルコールとメタノールとを高
温及び適度の圧力で反応させることを含む。
本発明の製造方法は、具体的には、炭素に付着させた
不溶性レニウム触媒の存在下において、t−ブチルアル
コールとメタノールとをモル比1:10〜10:1で反応させる
ことによって行うことができる。エーテル化反応は一段
階で行われ、触媒は炭素にレニウムを付着させてなるも
のが好ましい。
かかる反応は次式II: によって示すことができる。
通常、メタノール及びt−ブタノール共反応物質は、
所望のメチル−t−ブチルエーテルを生成させるために
いかなる割合で混合することもできるが、所望のMTBEの
収率を最大にするならば、供給混合物中のt−ブタノー
ルに対するメタノールのモル比は、10:1〜1:10である。
MTBEへの最大の選択率及び一反応あたりの最適の転化率
を達成するためには、液体供給物中に過剰のメタノール
を存在させることが望ましい。t−ブタノールに対する
メタノールの最も好ましいモル比は1:1〜5:1である。
本発明方法において用いられるレニウムは不溶な形態
でなければならない。もし反応生成物にレニウムが可溶
であれば、経済的損失が大になる。更に、この元素は高
価であるので回収し、精製し及びレニウム触媒を再活性
化することは実質的に経済的な負荷である。
典型的には、担持されたレニウム触媒は炭素にレニウ
ム化合物溶液を用いてレニウムを含浸させ、乾燥し、焼
成し、還元して作る。
好適なレニウム化合物としては酸化物、塩、錯塩及び
過レニウム酸塩化合物が挙げられる。これらとしては七
酸化レニウム、過レニウム酸アンモニウム、臭化レニウ
ム(III)、塩化レニウム(III)、塩化レニウム(I
V)、デカカルボニルジレニウム、酸化レニウム(I
V)、酸化レニウム(VI)、セレン化レニウム(VII)、
硫化レニウム(IV)、シクロペンタジエニルレニウムト
リカルボニル、過レニウム酸及びペンタメチルシクロペ
ンタジエニルレニウムトリカルボニルが挙げられる。
これらのレニウム化合物は炭素に添加する前に水、酸
及び有機溶媒に溶解させることができる。
担体としては、炭素を含むものが用いられる。実施例
1で例証するように担体として炭素を使用する良好な結
果が達成される。かかる担体な高純度で高表面積(>10
m2/g)が好ましい。
炭素に対するレニウムの重量%は該炭素上のレニウム
濃度が0.1重量%から30重量%である範囲になるような
ものであるべきである。但しこの濃度範囲外を使用する
こともできる。例えば、触媒が炭素上にレニウムを担持
させたものである場合、レニウムの好適量は1〜20重量
%である。
典型的な触媒調製法においては、含浸によって過レニ
ウム酸アンモニウムの水溶液を炭素上に導入することが
できる。溶液中のレニウム濃度及び溶液の使用量は金属
としてレニウム約1%〜約25%を含有する担持触媒が得
られるように調整する。しかしながら、金属としてレニ
ウムを約1%〜約20%含む触媒が好ましい。
前述の方法でレニウムを含浸させることができるが、
数種類のレニウム担持触媒が商業的に入手できる。例え
ば、10%レニウム担持炭素触媒はStrem Chemical Compa
nyより入手できる。
不活性担体である炭素上にレニウムを含浸させる場
合、該炭素にレニウムを添加する前に、炭素をアルカリ
金属又はアルカリ土類金属化合物で処理すると、いくつ
かの場合においては、本発明のレニウム担持触媒をより
選択的にすることができる。ナトリウム及びカリウムは
好適なアルカリ金属であり、カルシウム、ストロンチウ
ム及びバリウムは好適なアルカリ土類金属である。マグ
ネシウムは炭素より浸出される傾向があるので上記のも
のよりは好ましくない。炭素に水酸化物、炭酸塩、重炭
酸塩などのアルカリ金属又はアルカリ土類金属化合物の
水溶液を含浸させて、その後乾燥し、焼成することがで
きる。炭素中に導入するアルカリ金属又はアルカリ土類
金属の量は最終触媒ベースで金属として約5%以下であ
り、約0.5〜約2.5%が好ましい。この処理の後、レニウ
ムを炭素上に導入することができる。しかし乍ら、炭素
はレニウム化合物処理と併行して又はその処理の後に成
功裡にアルカリ金属又はアルカリ土類金属で処理するこ
とが出来る。炭素は好ましくはアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属含浸工程及びレニウム含浸工程の後に約100
℃から約200℃の間の温度で乾燥され、約200℃から約45
0℃の間の温度で焼成される。
反応は撹拌式スラリー反応器でも又は固定床連続流動
反応器中でも行なうことができる。触媒濃度は望ましい
触媒効果が得られるのに十分なものでなければならな
い。
エーテル化反応は一般に20℃から200℃の温度で行な
われ、好適の温度範囲は20℃から180℃である。運転全
圧は0から1000psig又はそれ以上である。好適な圧力範
囲は50から500psigである。
典型的には、MTBEは、時間当り全液体空間速度(tota
l liquid hourly space velocities:LHSV)4以下及び
比較的温和な条件下で連続的に25重量%以下の濃度で生
成する。ここで: (実施例) 以下の例1はレニウム担持炭素触媒を用い、TBAとMeO
HからのMTBEの一段階合成(II)を例証するものであ
る。この実施例は例証の手段としてのみ意図したもの
で、これによってこの発明が限定されるものでないこと
を理解すべきである。
t−ブタノール(TBA)の転換率(重量%)は以下の
実施例で次式を用いて計算した。
メチル−t−ブチルエーテル(MTBE)の収率(モル
%)は次式より計算される。
例1の試料において、ストレム化学社(Strem Chemic
als)からのレニウム担持(10%)炭素触媒は、LHSV=
1の運転で約25%の濃度のMTBEを与え(サンプルNo.12
に相当)、180℃で運転すると粗生成液中に約26%の濃
度でMTBE(サンプルNo.14に相当)を与える。どちらの
場合においても、運転条件は極めて温和なものであっ
た。
サンプルNo.12の分析結果より 1通過当りのTBA算出転換率=55% MTBE収率=74モル% (転換したTBAベース) が示された。
サンプルNo.14の分析結果より 1通過当りTBA算出転換率=85% MTBE収率=50モル% (転換したTBAベース) が示された。
150℃、LHSV=4においても合成が行なわれた。
典型的なMTBEの調製法を実施例1に示す。
例2の例でストレム化学社(Strem Chemicals)より
のレニウム(0.5%)担持アルミナ触媒は、TBA/MeOHか
らのMTBEの製造のスクリーニングで本質的に活性を示さ
なかった(表1参照)。
例1 本例はレニウム担持炭素触媒を用いたtブタノールと
メタノールからのメチル−t−ブチルエーテルの合成を
示す。
合成は上昇流で操作され、±1.0℃に制御可能な炉内
に設置され、並びに流量調節が<±1cc/hrまで可能なポ
ンプを取りつけた316ステンレススチール製の管状反応
器(内径0.563インチ:長さ12インチ)内で行なった。
反応器には更に圧力調節器並びに温度、圧力及び流速の
監視装置を備えた。
実験の初めに反応器にレニウム(10%)担持炭素触媒
(ストレム化学社(Strem Chemicals)製)25ccを入れ
た。この固形触媒が反応器の中央部に保持されるよう
に、反応器の上部と底部にガラスビーズのスクリーンを
設置した。
触媒床は、初めに、100℃でメタノール/t−ブタノー
ル(2:1混合)を、300psiの背圧で且つ25cc/hrの液流速
で一晩通しコンディショニングした。次にメタノール
(1281.6g、40.0モル)とt−ブタノール(1482.4g、2
0.0モル)の同様の溶液で25cc/hrで、ポンプによって触
媒床を通過させた。この間、反応器は100℃、全圧300ps
iに保持した。生成物の試料はドライアイスで冷却した
容器に捕集するか又は316ステンレススチールボンベに
流れから(on−stream)採取することにより定期的に採
取した。このような条件で採取したサンプルの分析デー
タを表1に総括した。一晩平衡条件にした後に他の運転
温度と液流量における触媒性能を同様に測定した。これ
ら運転の総括データも表1に示した。
例2(比較例) 本例はレニウム担持アルミナ触媒によるMTBE合成の不
充分な成績を例証する。
例1の方法に従って、同一の反応器にレニウム(0.5
%)担持アルミナ触媒(ストレム化学社(Steapm Chemi
cals)製)50ccを入れた。触媒を初めに、メタノール/t
−ブタノール(2:1混合)液で、100℃、300psiの背圧及
び25cc/hrの液流速にて一晩洗浄してコンディショニン
グした。次にメタノール(40モル)とt−ブタノール
(20モル)の同様の液を25cc/hrでポンプによって触媒
床を通過させた。この間、反応器は120℃、300psiの全
圧に保持した。試料をトラップ(trapping)又はオンス
トリーム採取(collecting on stream)によって定期的
に採取した。典型的なデータを表1に総括した。
触媒の性能を150℃及び180℃で同様に測定した。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】触媒の存在下に、t−ブチルアルコールと
    メタノールとをモル比1:10〜10:1で反応させることによ
    って、メチル−t−ブチルエーテルを連続的に製造する
    方法であって、該触媒が触媒の全重量の0.1〜30重量%
    の量で炭素上に含浸されたレニウム不溶性物質を含み、
    該反応が、20〜200℃の温度及び0〜1000psig(100〜69
    95kPa)の圧力において行なわれることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項2】炭素を、レニウムを導入する前、導入中又
    は導入した後に、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金
    属の化合物で処理する請求項1記載の方法。
JP5988689A 1988-03-14 1989-03-14 レニウム担持触媒を用いるt―ブタノールからのメチル―t―ブチルエーテルの一段階合成方法 Expired - Lifetime JP2694179B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP0341393B1 (en) 1993-03-17
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