JP2969960B2 - フェノールの製造方法 - Google Patents

フェノールの製造方法

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、安息香酸を気相酸化し
てフェノールを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、安息香酸を気相接触酸化してフェ
ノールを製造する方法としては、種々の方法が知られて
いる。
【0003】例えば、特開昭57-11932号公報には、銅化
合物、バナジウム化合物、銀化合物、リチウム化合物、
ナトリウム化合物およびマグネシウム化合物の1種また
は2種以上とからなる触媒を使用するフェノールの製造
方法が開示されている。
【0004】また、特公昭59-20384号公報には酸化され
た銅、ジルコニウムおよびアルカリ金属を含み、これら
がα−アルミナ上に支持された触媒を用いるフェノール
の製造方法が開示されている。
【0005】さらに、特公昭64-934号公報にはモリブデ
ンを必須の成分とし、その他にバナジウム、ニオブ、タ
ンタルの少なくとも1種と銅、銀、マンガン、鉄、コバ
ルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、白金の少なく
とも1種とタリウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属
の少なくとも1種とを含む非常に多種にわたる金属元素
からなる酸化物触媒を用いるフェノールの製造方法が開
示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
57-11932号公報に開示された触媒は、活性および選択率
がいずれも充分でなく、この触媒を使用したフェノール
の製造方法でも安息香酸転化率50.5%、フェノール選択
率88.6%がそれぞれ最高値であった。また、銅化合物を
含有する触媒を用いて安息香酸の酸化反応のような発熱
反応を実施した場合、触媒層にホットスポットが生じや
すく、かつそれによる触媒のシンタリングが進行し、活
性の劣化が著しいという問題点があった。
【0007】特公昭59−20384号公報に開示され
たフェノールの製造方法も転化率、選択率がともに充分
でなく、最高でも安息香酸転化率63.7%、フェノー
ル選択率82.2%であった。また、ジフェニルオキサ
イドなどの副生成物が多く生成するため、生成フェノー
ルの精製工程が必要であり、経済的に不利であった。
【0008】特公昭64-934号公報に開示されたフェノー
ルの製造方法においても安息香酸転化率75%、フェノー
ル選択率89%が最高であり、工業的にみて充分なもので
はなかった。
【0009】さらに、上述した製造方法はいずれもフェ
ノールの空時収率(触媒単位容積あたり、単位時間あた
りのフェノールの製造量)が低いため、生産性が悪く、
工業的には到底採用し難いものであった。
【0010】本発明は、以上の問題点を解決し、安息香
酸転化率およびフェノール選択率が高い触媒を用い空時
収率の高いフェノールの製造方法を提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意研究したところ、安息香酸を気相
触媒酸化してフェノールを製造するための触媒として、
一般式、AB24で示されるスピネル型の結晶構造を有
する特定の複合金属酸化物を含む触媒が、高活性、高選
択性を有することを見い出し、またこれらの触媒を用い
ることによりフェノールを高い空時収率で製造し得るこ
とを見い出し、本発明を完成させた。
【0012】すなわち、本発明のフェノールの製造方法
は、安息香酸を気相接触酸化してフェノールを製造する
方法において、該酸化を、一般式、 AB24 (式中、Aは鉄、コバルト、ニッケル又はマグネシウム
であり、Bはクロム、鉄又はコバルトであって、AとB
は異なる。)で表されるスピネル型の結晶構造を有する
複合金属酸化物を含む触媒の存在下で行うことを特徴と
して構成されている。
【0013】本発明に用いる触媒は、一般式、AB24
で示されるスピネル型の結晶構造を有する複合金属酸化
物を含むものである。この複合金属酸化物を構成する金
属Aは、マグネシウム、鉄、コバルトまたはニッケルで
ある。また、複合金属酸化物を構成する金属Bは、クロ
ム、鉄又はコバルトである。すなわち、本発明のスピネ
ル型の結晶構造を有する複合金属酸化物は、MgCr
24、FeCr24、CoCr24、NiCr24、M
gFe24、CoFe24、NiFe24、MgCo24
である。これらの中で、フェノールの空時収率が高いの
で、FeCr24、CoCr24、NiCr24、Mg
Fe24、CoFe24、NiFe24が好ましい。
【0014】触媒中の複合金属酸化物の含有率は、1〜
99.5重量%の範囲が好ましい。含有量が1重量%未満で
あると、CO、CO2の生成が増加して、フェノールの
選択率が低下する。また、含有量が99.5重量%を越える
と、ベンゼンの生成が増加してフェノールの選択率が低
下する。
【0015】一般式AB24で示されるスピネル型の結
晶構造を有する複合金属酸化合物は、安息香酸転化率が
向上するので塩基性化合物が添加されるのが好ましい。
塩基性化合物としては、アルカリ金属及び/又はアルカ
リ土類金属の化合物が好ましく、例えば、Li2O、Na2
O、K2O、Rb2O、Cs2O等のアルカリ金属の酸化物
もしくは炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等またはMgO、Ca
O、SrO、BaO等のアルカリ土類金属の酸化物もしく
は炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等である。
【0016】塩基性化合物の含有率は、酸化物換算で約
30重量%以下が好ましい。塩基性化合物の含有率が約30
重量%より大きい場合には、安息香酸の転化率が低下す
る。
【0017】本発明の触媒には各種化合物を添加するこ
とができ、さらに本発明の触媒を酸化チタン、シリカ等
に触媒担体に担持させて使用することもできる。
【0018】本発明の触媒の製造は、この種の触媒に使
用されている一般的な調製方法で行うことができる。例
えば、製造用原料は金属Aおよび金属Bの硝酸塩、炭酸
塩、有機酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、酸化物等が使
用される。金属Aおよび金属Bの混合方法は通常の沈澱
法、混練法、含浸法等を使用できる。例えば、沈澱法に
より調製した金属Aの水酸化物と金属Bの水酸化物のゲ
ル状混合物を乾燥、焼成する。また、金属Aの酸化物に
金属Bの酸化物を混練しても、金属Aの酸化物に金属B
の化合物を含浸担持しても、金属Bの酸化物に金属Aの
化合物を含浸担持しても、さらに金属Aの酸化物と金属
Bの酸化物を粉末にして混合した後圧縮成型してペレッ
ト状にしてもよい。
【0019】触媒は、金属Aの化合物と金属Bの化合物
とを混合した後、空気中または不活性ガス中で焼成処理
して、金属Aと金属Bから成る複合酸化物に結晶化させ
ることができる。焼成温度は約600〜1000℃の範囲が好
ましい。焼成温度が約600℃よりも低い場合は、スピネ
ル型構造への結晶化が充分でなく、そのため完全燃焼に
よるCO、CO2の生成が顕著となり、かつ触媒表面に
炭素質物質の析出をもたらす。また、焼成温度が約1000
℃よりも高い場合は充分な安息香酸転化率が得られな
い。
【0020】次に、本発明のフェノールの製造方法につ
いて説明する。本発明の方法では原料の安息香酸と共に
酸素を供給するが、供給する酸素は原料の安息香酸に対
して理論量以上あればよく、約0.5〜50倍モルの範囲が
好ましい。酸素の供給量が約50倍モルよりも多い場合
は、原料安息香酸の完全酸化が起こりやすくなる。ま
た、酸素の供給量が約0.5倍モルよりも少ない場合は、
充分な安息香酸転化率が得られない。
【0021】供給する酸素は、分子状酸素でもよいが、
一般的には空気が使用され、またこれを不活性ガスで希
釈したものでもよい。
【0022】反応は、一般に水蒸気の存在下において行
われるが、供給する水蒸気は原料の安息香酸に対して約
1倍モルから100倍モルが好ましい。水蒸気の供給量が
約100倍モルよりも多いと経済的でなく、また約1倍モ
ルよりも少ないと一般にフェノールの選択率が低下す
る。
【0023】空間速度は約100〜50000h-1の範囲が好ま
しい。空間速度が約100よりも小さい場合には充分な空
時収率が得られず、また約50000よりも大きい場合には
安息香酸転化率が低くなる。
【0024】反応温度は約200〜600℃の範囲が好まし
く、特に約300〜500℃の範囲が好ましい。反応温度が約
600℃よりも高いとフェノールの選択率が低下し、また
反応温度が約250℃より低いと安息香酸転化率が低くな
る。
【0025】反応圧力は、反応条件下で供給原料が気体
状態を保つ範囲であれば特に制限はないが、通常は常圧
または若干の加圧状態である。
【0026】なお、本発明の方法においては固定床、流
動床のいずれの装置を用いてもよい。
【0027】
【作用】本発明のフェノール製造方法は、触媒が、安息
香酸の気相接触酸化によるフェノールの合成に対して、
高い安息香酸転化率および高いフェノール選択率を示
し、高い空時収率でフェノールを生成させる。
【0028】
【実施例】I.触媒の調製 実施例1 硝酸鉄(Fe(NO33・9H2O)202.0gと硝酸コバ
ルト(Co(NO32・6H2O)145.5gとをイオン交
換水500mlに溶解させたものと、水酸化ナトリウム約100
gをイオン交換水500mlに溶解させたものとを常温のイ
オン交換水2lにpHを8〜9に保ちながら滴下した。滴
下終了後、約1時間攪拌を続け、生成した沈澱の濾過お
よび洗浄を行った。
【0029】次に、このゲル状物質に炭酸ナトリウム
(Na2CO3・10H2O)1.8gを含む100mlの水溶液を加
え攪拌、混合した後、空気中120℃で24時間乾燥し、さ
らにこれを空気中800℃で4時間焼成して目的の触媒を
得た。
【0030】得られた触媒の組成はCoO:CoFe
24:Na2O=24.1:75.4:0.5(重量比)であった。
【0031】実施例2 硝酸鉄202.0gと硝酸コバルト145.5gとをイオン交換水
500mlに溶解させたものと、水酸化ナトリウム約100gを
イオン交換水500mlに溶解させたものとを常温のイオン
交換水2lにpHを8〜9に保ちながら滴下した。滴下終
了後、約1時間攪拌を続け生成した沈澱の濾過および洗
浄を行った。そして、このケーキ状物質を空気中120℃
で24時間乾燥し、さらにこれを空気中800℃で4時間焼
成して目的の触媒を得た。得られた触媒の組成は、Co
O:CoFe24=24.2:75.8(重量比)であった。
【0032】実施例3 硝酸鉄202.0gと硝酸コバルト72.8gとを使用して、実
施例2と同じ方法により触媒を調製した。
【0033】得られた触媒はCoFe24であった。
【0034】実施例4 硝酸鉄(Fe(NO33・9H2O)202.0gと硝酸マグ
ネシウム(Mg(NO32・6H2O)64.1gとをイオン
交換水500mlに溶解させたものと、水酸化ナトリウム約1
00gをイオン交換水500mlに溶解させたものとを常温の
イオン交換水2lにpHを約12以上に保ちながら滴下し
た。滴下終了後、約1時間攪拌を続け、生成した沈澱の
濾過および洗浄を行った。そして、このケーキ状物質を
空気中120℃で24時間乾燥し、さらにこれを空気中800℃
で4時間焼成して目的の触媒を得た。得られた触媒はM
gFe24であった。
【0035】実施例5 硝酸クロム(Cr(NO33・9H2O)200.1gと硝酸
ニッケル(Ni(NO32・6H2O)145.4gとをイオ
ン交換水500mlに溶解させたものと、水酸化ナトリウム
約100gをイオン交換水500mlに溶解させたものとを常温
のイオン交換水2lにpHを7〜8に保ちながら滴下し
た。滴下終了後、約1時間攪拌を続け、生成した沈澱の
濾過および洗浄を行った。
【0036】次に、このゲル状物質に炭酸ナトリウム1.
4gを含む100mlの水溶液を加え攪拌、混合した後、空気
中120℃で24時間乾燥し、さらにこれを空気中800℃で4
時間焼成して目的の触媒を得た。
【0037】得られた触媒の組成は、NiO:NiCr2
4:Na2O=24.6:74.9:0.5(重量比)であった。
【0038】比較例1 硝酸ニッケル200gをイオン交換水500ml に溶解させた
ものと、水酸化ナトリウム約100gをイオン交換水500ml
に溶解させたものとをイオン交換水2lにpHを7〜8に
保ちながら滴下した。滴下終了後、約1時間攪拌を続
け、生成した沈澱の濾過および洗浄を行った。そして、
ケーキ状物質を乾燥し、これを空気中800℃で4時間焼
成した。
【0039】比較例2 硝酸鉄200gをイオン交換水500ml に溶解させたもの
と、水酸化ナトリウム約100gをイオン交換水500mlに溶
解させたものとをイオン交換水2lにpHを7〜8に保ち
ながら滴下した。滴下終了後、約1時間攪拌を続け、生
成した沈澱の濾過および洗浄を行った。そして、ケーキ
状物質を乾燥し、これを空気中800℃で4時間焼成し
た。
【0040】比較例3 特公昭64-934号公報の実施例1に従って触媒を調製し
た。
【0041】比較例4 特公昭59-20384号公報の参考例1に従って触媒を調製し
た。
【0042】II.実験方法 触媒を所定のメッシュに粉砕し、内径20mmの石英管に所
定量充填した。そして、この反応管に安息香酸、水蒸
気、空気、窒素を所定量供給し、所定の温度で反応させ
た。
【0043】III.実験条件および実験結果 実施例1〜5の実験条件および実験結果を表1に示す。 比較例1〜4の実験条件および実験結果を表2に示す。
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
【発明の効果】本発明は、安息香酸の転化率及びフェノ
ールの選択率を高くでき、フェノールを高い空時収率で
製造できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 37/56 C07C 39/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 安息香酸を気相接触酸化してフェノール
    を製造する方法において、該酸化を、一般式、 AB24 (式中、Aは鉄、コバルト、ニッケル又はマグネシウム
    であり、Bはクロム、鉄又はコバルトであって、AとB
    は異なる。)で表されるスピネル型の結晶構造を有する
    複合金属酸化物を含む触媒の存在下で行うことを特徴と
    するフェノールの製造方法
  2. 【請求項2】 反応温度が200〜600℃である請求
    項1に記載のフェノールの製造方法
  3. 【請求項3】 水蒸気の供給量が安息香酸の1〜100
    倍モルである請求項1に記載のフェノールの製造方法
  4. 【請求項4】 酸素の供給量が安息香酸の0.5〜50
    倍モルである請求項1に記載のフェノールの製造方法
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