JP2940917B2 - 酢酸アリルの製造法 - Google Patents

酢酸アリルの製造法

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプロピレン、酸素および酢酸を気相で反応さ
せることによる酢酸アリルの製造法に関する。さらに詳
しくは、本発明はシリカからなる担体に特定の比表面積
を有するパラジウムが担持されかつアルカリ金属の酢酸
塩が担持された触媒を用いることを特徴とする酢酸アリ
ルの製造法に関する。
〔従来の技術〕
パラジウム触媒の存在下にプロピレン、酸素および酢
酸を気相で反応させることによって酢酸アリルを製造す
る方法は公知である(例えば、特公昭44−29046号公
報、特公昭48−23408号公報、特公昭50−28934号公報な
ど参照)。
これら従来の方法はアルミナ、シリカ、活性炭、スピ
ネル類、軽石、酸化チタンなどの担体にパラジウムを0.
1〜10重量%、アルカリ金属の酢酸塩および/またはア
ルカリ土類金属の酢酸塩を1〜20重量%、および場合に
より、さらに助触媒として金、ビスマス、鉄、銅、バナ
ジウム、マンガン、クロム、モリブデンなどの塩を、さ
らに他の金属を各々担持させた触媒の存在下に実施され
ている。
しかしながら、これらの方法では高選択率かつ高収率
で酢酸アリルを得ることができず、しかも使用したパラ
ジウム触媒の活性の経時低下が大きい。
これらの欠点を改良した方法として、シリカからなる
担体にパラジウムを均一に担持させ、さらにアルカリ金
属の酢酸塩、例えば、酢酸カリウムを担持させた触媒を
用いて、プロピレン5〜20容量%、酸素3〜15容量%お
よび酢酸5〜25容量%からなる混合ガスを常圧から30気
圧の圧力、120〜200℃の温度で反応させることにより酢
酸アリルを得る方法が知られている(特開昭61−238759
号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
酢酸アリルを製造する場合に限らず、一般に化学合成
反応においては空時収率を向上させるだけでなく、副生
物の生成を押さえる必要がある。
パラジウムおよびアルカリ金属の酢酸塩、例えば、酢
酸カリウムを担持させた触媒を用いて酢酸アリルを製造
する場合、必然的に副生物として炭酸ガスが発生する。
炭酸ガスの副生を押さえようとして反応温度を低下させ
る場合には空時収率が低下する。また助触媒,特に銅塩
などの共存下で反応させる場合には炭酸ガスの副生量は
減少するが、酢酸アリルの空時収率が低下し、触媒活性
も短時間のうちに低下することが知られている。
しかして、本発明の目的は、酢酸アリルを高選択率で
かつ高空時収率で製造する方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、上記の目的は、パラジウム触媒の存
在下、プロピレン、酸素および酢酸を気相で反応させる
ことによって酢酸アリルを製造する方法において、該パ
ラジウム触媒として20〜200m2/gの比表面積、0.3〜1.5m
l/gの細孔容積及び40〜500Aの平均細孔半径を有するシ
リカからなる担体に比表面積が60〜150m2/gの範囲にあ
るパラジウムが担持されたかつアルカリ金属の酢酸塩が
担持され触媒を用いることを特徴とする酢酸アリルの製
造法を提供することによって達成される。
本発明の酢酸アリルの製造法に用いられる触媒は、プ
ロピレン、酸素および酢酸から酢酸アリルを気相で製造
する際に用いられるパラジウム触媒を調製する場合に採
用される通常の方法により調整されるが、その特徴は担
体であるシリカに担持されたパラジウムの比表面積が60
〜150m2/gの範囲、好ましくは60〜140m2/gの範囲に調整
されているところにある。なお、本明細書においてパラ
ジウムの比表面積(単位:m2/g)はパラジウム1g当りの
表面積を意味する。
担体として用いられるシリカとしては、比表面積が20
〜200m2/gであり、細孔容積が0.3〜1.5ml/gであり、か
つ平均細孔半径が40〜500Aであるものが好適である。シ
リカの比表面積が20m2/gより小さいか、細孔容積が1.5m
l/gより大きい場合には触媒活性が低くなり、逆に比表
面積が200m2/gより大きいか、細孔容積が0.3ml/gより小
さい場合には反応中での触媒の活性が著しく低下し、い
ずれの場合も好ましくない。シリカの形状は特に規定さ
れず、球状、ダブレット状、ペレット状などいずれの形
状でもよい。シリカに担持させるパラジウムの量は、触
媒としての機能の維持および酢酸アリルへの選択率の点
からシリカに対して0.1〜5.0重量%の範囲が好ましく、
0.3〜1.0重量%の範囲がより好ましい。
パラジウムのシリカへの担持は、パラジウム塩、例え
ば、Na2Pdcl4の水溶液をシリカに含浸させ、得られる混
合物をそのまま、または乾燥させた後、還元剤を用いて
還元処理することによって実施される。
水溶液中のパラジウム塩の濃度は使用する担体の飽和
吸水量、希望するパラジウムの比表面積などに依存して
必ずしも一様ではないが、0.5〜10%が好適である。
用いるパラジウム塩、例えば、Na2Pdcl4の水溶液の濃
度が低い場合にはパラジウムの比表面積が大きくなり、
またシリカにパラジウム塩を付着させた後の過剰の水の
除去に多大なエネルギーを消費するので好ましくない。
逆にパラジウム塩の濃度が高い場合にはパラジウムの比
表面積が小さくなり、また使用するシリカの飽和吸水量
相当量以下である場合にはシリカに均一にパラジウムを
付着させることができなくなる。
担体をパラジウム塩の水溶液に浸漬しておく時間は少
なくとも1分以上であればよく、30分以上あれば充分で
ある。浸漬しておく際の水溶液の温度は0℃以上であれ
ばよく、通常室温でよい。
上記のような条件でパラジウム塩水溶液を含浸させて
湿潤状態になったシリカをそのままの状態、または乾燥
後、還元剤を用いて還元処理する。
還元剤としてはヒドラジンの水溶液、ヒドラジンのア
ルカリ水溶液、ホルマリンのアルカリ水溶液などが用い
られる。
ヒドラジンのアルカリ水溶液を用いて還元する場合、
使用されるアルカリとしては水酸化ナトリウム、炭酸水
素ナトリウムなどが挙げられる。水溶液中のアルカリの
濃度は使用するアルカリの種類によって異なるが、0.1
〜10%の範囲が適当である。アルカリを用いる処理はパ
ラジウム塩を含浸させる前、または還元剤であるヒドラ
ジンを用いる処理と同時、またはパラジウム塩をシリカ
に含浸させた後に行なうことができる。パラジウム塩を
シリカに含浸させた後にアルカリを用いて処理する場
合、シリカをアルカリの水溶液中に浸漬する時間は液温
により必ずしも一様ではないが、一般的には10時間あれ
ば充分である。浸漬しておく場合の温度は一般的には室
温で充分であり、特に冷却または加熱の操作を施す必要
はない。
還元剤であるヒドラジンの水溶液中での濃度は1〜10
%の範囲がよく、ヒドラジンの濃度が10%より高い場合
にはパラジウムの比表面積が小さくなり好ましくない。
また、ヒドラジンの濃度が1%より低い場合には還元に
長時間を要し、パラジウムの比表面積が大きくなるの
で、好ましくない。このようにして得られるパラジウム
が担持されたシリカを塩素イオンが検出されなくなるま
で水洗し、乾燥する。
次に、このパラジウムが担持されたシリカを酢酸カリ
ウムなどのアルカリ金属の酢酸塩の水溶液中に浸漬した
後、乾燥することにより、該シリカにアルカリ金属の酢
酸塩を付着させることができる。助触媒としてパラジウ
ムとともに担体であるシリカに担持させるアルカリ金属
の酢酸塩としては酢酸ナトリウム、酢酸カリウムなどが
あるが、酢酸カリウムが好ましい。併用されるアルカリ
金属の酢酸塩の量は通常担体であるシリカに対して1〜
15重量%の範囲、好ましくは5〜10重量%の範囲であ
る。併用されるアルカリ金属の酢酸塩の量が1重量%よ
り低い場合には助触媒効果がなく、また15重量%より高
い場合にもそれ以上の効果が得られず、逆に効果は低下
する場合がある。上記のような方法により、シリカから
なる担体に前記のような比表面積を有するパラジウムが
担持されかつアルカリ金属の酢酸塩が担持された触媒が
製造される。
触媒の調製法は上記の方法に限定されるものではな
く、他の方法で調製された触媒であるとしても、シリカ
からなる担体に比表面積が60〜150m2/gの範囲にあるパ
ラジウムが担持されかつアルカリ金属の酢酸塩が担持さ
れた触媒であれば本発明で使用する触媒に含まれるもの
とする。
パラジウムの比表面積の測定は周知の一酸化炭素吸着
法により行なう。
担持されるパラジウムの比表面積が60m2/gより小さい
場合には目的とする酢酸アリルの空時収率が低下し、ま
た空時収率を向上させるために反応温度を上昇させると
目的としない副生物の生成量が増加し、結果として酢酸
アリルへの選択率が低下する。逆に、担持されるパラジ
ウムの比表面積が150m2/gを越える場合には目的とする
酢酸アリルの空時収率は向上するが、目的としない副生
物の生成量が増加し、結果として酢酸アリルへの選択率
が低下する。いずれの場合も酢酸アリルの製造法として
は工業的には不利である。
本発明による酢酸アリルの製造は、上記のような特定
の触媒を適当な反応器に充填し、通常100〜300℃、好ま
しくは120〜200℃の温度で、常圧〜30気圧、好ましくは
常圧〜10気圧の圧力下で反応を行なうことによって実施
される。
本発明において反応系に供給するガスは実質的にはプ
ロピレン、酸素、酢酸および希釈ガスである。
かかる供給ガス全量に対してプロピレンは通常5〜20
容量%、好ましくは10〜15容量%の割合となる量で;酸
素は通常3〜15容量%、好ましくは5〜10容量%の割合
となる量;酢酸は通常5〜25容量%、好ましくは6〜10
容量%の割合となる量で各々反応系に供給される。プロ
ピレンの供給割合が全供給ガスに対して5容量%より低
い場合には反応生成物における酢酸アリルへの選択率が
低くなり、逆に全供給ガスに対して20容量%より高い場
合には反応系中の触媒における活性が経時的に著しく低
下する。酸素の供給割合が全供給ガスに対して3容量%
より低い場合には反応速度が小さくなり、逆に全供給ガ
スに対して15容量%より高い場合には形成されるガス混
合物が爆発範囲内に入る危険性がある。また、酢酸の供
給割合が全供給ガスに対して5容量%より低い場合には
生成物における二酸化炭素への選択率が高くなって酢酸
アリルへの選択率が低くなる。逆に、酢酸の供給割合が
全供給ガスに対して25容量%より高い場合には反応系中
での触媒の活性が経時的に著しく低下する。
なお、ブテン、ブタジエンなどのプロピレンよりも高
い沸点を有するオレフィンが原料として使用するプロピ
レン中に不純物として混入している場合があるが、これ
らのプロピレンよりも高い沸点を有するオレフィンは反
応系中において触媒活性の経時低下を大きくする傾向が
ある。このため、原料として使用するプロピレンはでき
るだけ高純度であることが望ましく、とくに99.0%以上
の純度を有するもの(例えば、一般に「重合グレード」
と称される市販のプロピレン)が好ましい。酸素の供給
源としては空気を用いることが実用上有利である、ま
た、反応系に供給するプロピレン、酸素および酢酸以外
のガス成分である希釈ガスとしては、窒素、二酸化炭
素、水蒸気、プロパンなどの飽和炭化水素などの反応に
対して不活性なガスを単独でまたはこれらの混合物とし
て使用することができる。
なお、反応中、触媒に担持させたアルカリ金属塩が少
しずつ脱離して反応系外に流出する場合がある。そこ
で、触媒に担持された助触媒であるアルカリ金属の酢酸
塩の担持量を希望する範囲内に維持するために、アルカ
リ金属の酢酸塩を例えば水溶液または酢酸の溶液として
供給ガスに添加するなどの方法によって反応系中に加え
てもよい。
反応形式としては、固定床、流動床などいずれの形式
のものでも採用することができるが、反応管に前記のよ
うな触媒を充填した固定床方式を採用するのが好適であ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、触媒の機能が長期間にわたって維持
される触媒を用いることから、酢酸アリルを高選択率か
つ高空時収率で工業的に有利に製造することが可能であ
る。
[実施例] 以下に、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に
説明する。
なお、担体に担持されたパラジウムの比表面積の測定
は一酸化炭素パルス法による一酸化炭素吸着法[触媒学
会発行:“触媒"Vol 28、P41〜45(1986)参照]によ
り行なった。
一酸化炭素の吸着温度は40℃であった。
実施例1 球形のシリカ担体1にNa2Pdcl4の6.24gを担体の飽
和吸水量相当量の水に溶解させて得られた溶液を用い
て、パラジウムを担持させた。
得られたパラジウム担持シリカ担体をヒドラジン水溶
液で還元処理した後、乾燥し、次いでこれに酢酸カリウ
ム30gを担持させることによってパラジウムおよび酢酸
カリウムを担持させた触媒を調製した。
なお、使用した担体の代表的な物性は以下の通りであ
る。
直径 約5mm 比表面積 96m2/g 細孔容積 0.78ml/g 平均細孔半径 150A 嵩密度 540g/ この触媒上のパラジウムの比表面積を一酸化炭素吸着
法により測定したところ、68m2/gであった。
上記の触媒50mlを反応器に充填し、次いで140℃に加
熱された該触媒上にプロピレン12%、酸素7.5%、酢酸
9.0%および窒素71.5%からなるガスを空時速度1600hr
-1で供給し、圧力4.0kg/cm2(ゲージ圧)で反応させ
た。
反応開始後24時間目の酢酸アリルの生成量は触媒1
当り毎時160gであった。なお、20日後の生成量は触媒1
当り毎時154gであった。反応プロピレンの酢酸アリル
への選択率は94.5%であり、他に炭酸ガス2.9%とジア
セテート類2.6%が生成していた。
実施例2〜3および比較例1〜3 実施例1と同様の操作により、それぞれ第1表に記し
たパラジウム比表面積を有する触媒を調製した。但し、
パラジウムおよび酢酸カリウムの担持量はそれぞれ実施
例1と同一である。
得られた触媒を用いて実施例1と同一の反応条件下で
酢酸アリルの製造を行なった。反応開始後24時間目の酢
酸アリルの生成量および各選択率はそれぞれ第1表に記
す通りであった。
実施例4 実施例1と同様の操作により、触媒上のパラジウムの
比表面積が、122m2/gである触媒を調製した。
この触媒50mlを反応器に充填し、次いで140℃に加熱
された触媒上にプロピレン24%、酸素4.7%、水12%、
酢酸6.0%および窒素53.3%からなるガスを空時速度230
0hr-1で供給し、圧力4.0kg/cm2(ゲージ圧)で反応させ
た。反応開始後24時間目の酢酸アリルの空時収率は触媒
1当り毎時156gであった。
反応したプロピレンの酢酸アリルへの選択率は94.1%
であり、他に炭酸ガス4.1%とジアセテート類1.8%が生
成していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−238759(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パラジウム触媒の存在下にプロピレン、酸
    素及び酢酸を気相で反応させることによって、酢酸アリ
    ルを製造するに際し、20〜200m2/gの比表面積、0.3〜1.
    5ml/gの細孔容積及び40〜500Aの平均細孔半径を有する
    シリカからなる担体にパラジウムを担持させ、かつアル
    カリ金属の酢酸塩を担持させた触媒を存在させた反応系
    に、5〜20容量%のプロピレン、3〜15容量%の酸素及
    び5〜25容量%の酢酸からなるガスを供給する際、比表
    面積が60〜150m2/gの範囲にあるパラジウムが担持され
    た触媒を用いることを特徴とする酢酸アリルの製造法。
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