JP3092138B2 - γ―ブチロラクトン製造用触媒及びそれを用いたγ―ブチロラクトンの製造法 - Google Patents

γ―ブチロラクトン製造用触媒及びそれを用いたγ―ブチロラクトンの製造法

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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、マレイン酸又はコハク酸無水物(以下、両
者を合わせてC4無水物と略す。)を水素化してγ−ブチ
ロラクトンを製造するための改良触媒及びそれを用いた
γ−ブチロラクトンの製造法に関するものである。
[従来の技術] 従来、C4無水物を液相で水素化してγ−ブチロラクト
ン(以下、γ−BLと略す。)を製造するための触媒に関
し多くの提案がなされているが、これらは二つに大別で
きる。例えば、Ni−Re系(特公昭43−6947号公報)、Ni
−Mo系(特公昭49−5337号公報)、Ni−Re−Mo系(特公
昭48−37673号公報)等Niを主金属とするもの或いはCo
−Pd系(特公昭58−29142号公報)等Coを主金属とする
ものとに分けられる。しかし、Ni系はテトラヒドロフラ
ン(以下、THFと略す。)を多く生成し、又酪酸やプロ
ピオン酸等の副生物を伴い易いため、目的とするγ−BL
を選択的に製造できないという欠点がある。しかも、耐
酸性が乏しいため反応系中にNiが溶出しやすく、Reを添
加して耐酸性を高めているが十分ではない。
一方、後者のCoを主金属とするCo−Pd系触媒は、前者
のNi系と比較してγ−BL選択率は高く耐酸性の性質も併
せ持つが、水素化活性はやや劣る。さらに、γ−BL選択
率向上のためにクロム添加(特開昭61−115079号)或い
は担体をケイソウ土(特開昭62−111974号)に代えたも
の或いはコバルトおよびパラジウムの溶出を抑える目的
で担体を酸化ニオブ(特開昭62−111975号)にした改良
触媒も出されている。このように、Ni系及びCo系両者を
比較した際、Co系が副生物の生成量が少なくγ−BLの選
択率が高いという特徴を有している。
しかし、これらCo系公知触媒においてもC4無水物の水
素化では、コハク酸、マレイン酸、プロピオン酸、酪
酸、1,4−ブタンジオール等の環の開裂を伴った副生物
が得られる。また、水素化活性も十分とは言い難い。
[発明が解決しようとする課題] 従って、C4無水物を触媒の存在下に水素化してγ−BL
を得る反応において、THF及びγ−BLのような環状化合
物の選択率が大きく、且つ水素化活性の高い触媒の開発
が強く望まれている。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、触媒用担体を検討していく過程で、結
晶性アルミノシリケートを担体として用いた場合、THF
もしくはγ−BLのような環状化合物を高選択率にて製造
できることを見出だした。中でも安定化Y型ゼオライト
が特異的に非常に高い活性を示し、且つ環状化合物の生
成比率が高いという興味ある新規な事実を見出だし、本
発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、C4無水物を触媒の存在下、水素添加
しγ−BLを得る反応において、パラジウム及びコバルト
を結晶性アルミノシリケート担体に担持した固体触媒を
使用することを特徴とするγ−BLの製造法を提供するも
のである。
以下その詳細について説明する。
本発明の触媒に用いられる担体は、結晶性アルミノシ
リケートである。具体的にはY型,L型,モルデナイト及
びフェリエライト等いわゆるゼオライトと称するもので
ある。それらの結晶性アルミノシリケートは、そのまま
でも、又は通常の焼成処理或いは水蒸気焼成、酸処理等
の各種の脱アルミニウム処理によりシリカ/アルミナの
モル比を上げた安定化ゼオライトを用いても良い。
該水素化反応の触媒担体としてのゼオライトは、シリ
カ/アルミナのモル比が5以上であることが望ましい。
中でもY型ゼオライトを酸処理して得られるシリカ/
アルミナのモル比が5.8以上の安定化Y型ゼオライトを
担体として使用することは、従来の触媒と比較して極め
て高い活性と、環状化合物取得の面で極めて有利であ
る。
この結晶性アルミノシリケート類に、アルカリ金属も
しくはアルカリ土類金属塩類を担持し、焼成処理したも
のを使用しても良い。Y型,L型,モルデナイト,フェリ
エライト及びそれらを脱アルミニウム処理した安定化ゼ
オライト等はそれ自身アルカリ金属もしくはアルカリ土
類金属イオンを0〜数%含有しているのが一般的である
が、それらに新たにアルカリ金属もしくはアルカリ土類
金属イオン源を添加しても良い。アルカリ金属としては
ナトリウム,カリウム,セシウム,アルカリ土類金属と
してはカルシウム,マグネシウム,ストロンチウムが挙
げられ、触媒調製の際にはそれらのハロゲン化物,硝酸
塩,硫酸塩,炭酸塩及び有機酸塩のいずれかを原料にし
て用いることができる。担持方法は、一般的なイオン交
換或いは含浸法等いずれの方法を用いても構わない。
これらアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有率を
変えることによって、目的とするγ−BLの生成量を増加
することができる。
その含有量は、使用する金属及び安定化ゼオライトの
種類によって少し異なるが、コバルトに対する原子比が
0.05〜1.0の範囲内であればその効果を達成できる。原
子比0.1〜0.4であれば、γ−BLの収率が最も高くなる。
本発明に使用する触媒の製造法としては、特に限定は
されない。例示すると、 1)加熱分解可能なコバルト,パラジウムの各化合物を
ゼオライトに逐次及び同時含浸し、通常の乾燥、焼成、
還元を施す方法、 2)パラジウムをゼオライトにイオン交換し、その後コ
バルト化合物を含浸し、焼成・還元する方法、 3)コバルト,パラジウム各化合物とゼオライトとを物
理的な混合の後、焼成、還元する方法 等があるが、どの方法を用いてもさしつかえない。
使用するコバルト化合物,パラジウム化合物として
は、加熱分解可能なものであれば、特に制限はない。コ
バルト化合物としては、塩化コバルト,硝酸コバルト,
硫酸コバルトあるいはコバルト有機錯体等が挙げられる
が、好ましくは硝酸コバルトが良い。
一方、パラジウム化合物としては、酢酸パラジウム,
塩化パラジウムアンモニウム,塩化パラジウム,硝酸パ
ラジウム,硫酸パラジウム,テトラアンミンパラジウム
クロリド等が挙げられる。
上記コバルト,パラジウム化合物の割合は、γ−BLの
選択性に対して、重要な因子である。即ち、触媒総重量
に対してコバルトを5〜50重量%、パラジウムを0.5〜
6重量%含有するのが良い。それ未満の含有率では水添
活性が乏しく、且つγ−BLの選択率は低い。コバルトと
パラジウムを上記の範囲内で含んでいれば活性,選択率
共に良好な結果をもたらすことは可能であるが、高価な
パラジウムを使用するということから、好ましくはパラ
ジウム含量は0.2〜2重量%、コバルト含量は5〜30重
量%である方が良い。
本発明においては、触媒の形状に制限はなく、反応形
式に準じて粉末のまま若もしくは成型して用いられても
よい。懸濁床では粉末或いは顆粒を、固定床ではタブレ
ットの打錠成型品,球状或いは棒柱状の押し出し成型品
等が用いられる。
本発明における触媒の活性化処理としては、通常の焼
成、還元を行った後、反応に供される。焼成、還元温度
は、それぞれ300〜600℃の範囲で空気、窒素もしくは水
素気流中で行えば良く特に制限はない。
本発明の方法において、マレイン酸又はコハク酸の無
水物は溶媒に溶解させたのち反応に供する。溶媒として
は、水素化が進行せず且つ生成物と反応しないジオキサ
ン等、もしくは溶媒回収を必要としない水素化生成物で
あるγ−BLを用いるのがよい。
使用する触媒量は、適度な反応速度で水素化が進行す
る必要量以上であれば良い。しかし、反応型式により使
用量が異なるため一概に限定するのは困難であるが、懸
濁床の場合であればC4無水物に対し重量ベースで1〜30
%で、好ましくは2〜15%が良い。
本発明においては、反応は水素加圧下通常150〜300
℃、好ましくは180〜260℃の範囲で実施され、反応圧力
は50〜300kg/cm2G,好ましくは50〜200kg/cm2Gの圧力範
囲が選ばれる。それら未満の温度、圧力では反応速度が
著しく遅く、またそれ以上では生成物であるγ−BLの分
解、ポリマー化が起こり実用的ではない。
本発明においては、反応は懸濁床による回分、半回
分、連続式でも、又固定床流通式でも実施できる。更
に、γ−BLの収率を向上させる意味で反応帯域から生成
する水を除去しても構わない。
[発明の効果] 本発明は、マレイン酸又はコハク酸の無水物を触媒の
存在下水素ガス雰囲気で水素化してγ−BLを得る反応に
おいて、結晶性アルミノシリケート担体に主としてコバ
ルト及びパラジウムを担持させた触媒を用いることによ
り従来の触媒と比較してTHFやγ−BLのような環状生成
物を高収率に製造できる特徴を与えるものである。中で
も安定化Y型ゼオライト担体を用いると反応時間が半減
できる程高活性で、しかもアルカリ金属或いはアルカリ
土類金属の添加で随時目的生成物を高選択的に得ること
ができる。本発明の改良触媒は、即ちこれまで種々提案
された触媒系より、選択率及び活性において、より優れ
た工業的に極めて有用なγ−BL製造触媒である。
[実施例] 以下、本発明を具体的に実施例にて説明するが本発明
はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
(触媒の調整) 比較触媒 硝酸コバルト六水和物197gを水250mlに溶かした水溶
液を調製し、市販のシリカゲル200gと接触させ含浸させ
た後、減圧下にて水を留去した。その後、塩化パラジウ
ム4.2gを水200mlに溶かした水溶液を加え充分に混合し1
10℃、減圧下で10時間乾燥させ、同物質を微細に粉砕し
た。引続き、窒素気流下(流速25/h)で450℃、3時
間加熱し、さらに同温度下水素気流下(流速25h)で
3時間活性化させた。得られた触媒中のコバルト、パラ
ジウムの含量はそれぞれ17重量%、1重量%であった。
結晶性アルミノシリケートを担体とする触媒調製 NaY(シリカ/アルミナモル比5.6、東ソー社製TSZ−3
20NAA),L型(シリカ/アルミナモル比6.1、東ソー社製
TSZ−500KOA),モルデナイト(シリカ/アルミナモル
比10.5,東ソー社製TSZ−600NAA),フェリエライト(シ
リカ/アルミナモル比16.8、東ソー社製TSZ−720KOA)
各々600℃空気焼成品20gに、以下のように金属を担持さ
せた。硝酸コバルト六水和物20.8gを水40mlに溶かした
溶液と、硝酸パラジウム0.54gを水25mlに溶かした混合
溶液にゼオライトを加え含浸し、真空中で水を留去し
た。その後110℃で10時間乾燥させ上記条件下触媒を窒
素及び水素で活性化させた。得られた触媒(Cat.No.1,
2,3,4)中のコバルト、パラジウムの含量はそれぞれ17
重量%、1重量%であった。
安定化ゼオライトを担体とする触媒調製 (1)シリカ/アルミナモル比14及び40の安定化Y型ゼ
オライト(東ソー社製、HSZ−370HUA、600℃空気焼成)
各20gに以下のように金属を担持させた。硝酸コバルト
六水和物20.8gを水40mlに溶かした溶液と、硝酸パラジ
ウム0.54gを水25mlに溶かした混合溶液にゼオライトを
加え含浸し、減圧下で水を留去した。その後110℃で10
時間乾燥させ上記条件下触媒を窒素及び水素で活性化さ
せた。得られた触媒(Cat.No.5,6)中のコバルト、パラ
ジウムの含量はそれぞれ17重量%、1重量%であった。
(2)20gの安定化Y型ゼオライト(シリカ/アルミナ
比40、600℃空気焼成)を200mlの水に懸濁させ、0.024m
ol/のテトラアンミンパラジウムクロリド水溶液を所
定量加え70℃で3時間イオン交換した。濾過、洗浄、乾
燥、空気焼成の後パラジウムを1%含有する安定化ゼオ
ライトを得た。これを2つに分け各10gについてコバル
トの担持量が異なる触媒を調製した。硝酸コバルト六水
和物8.7g、12.3gを各々水50mlに溶した水溶液に、1%
パラジウム担持安定化ゼオライトを加え含浸させた。真
空中で水を留去し、乾燥、引続き上記条件下触媒を窒素
及び水素で活性化させた。得られた触媒のコバルト及び
パラジウムの含量は以下のようになった。
Cat.No. Co(重量%) Pd(重量%) 7 14.8 0.80 8 20 0.85 (3)28.8gの硝酸コバルト六水和物を水40mlに溶かし
た溶液、0.58gの硝酸パラジウムを20mlに溶かした溶液
及び1.0gの塩化カリウムを10mlの水に溶かした水溶液を
混合した溶液に、シリカ/アルミナモル比40の安定化Y
型ゼオライト20g(各600℃空気焼成)を加え含浸し、真
空中で水を留去した。同様に乾燥、活性化処理を行い、
得られた触媒(Cat.No.9)中のコバルト,パラジウム,
カリウムの含量はそれぞれ21重量%、1重量%、2重量
%であった。
(4)28.9gの硝酸コバルト六水和物を水40mlに溶かし
た溶液、0.58gの硝酸パラジウムを20mlに溶かした溶液
及び2.0gの塩化ナトリウムを10mlの水に溶かした水溶液
を混合した溶液に、シリカ/アルミナモル比40の安定化
Y型ゼオライト20g(各600℃空気焼成)を加え含浸し、
真空中で水を留去した。同様に乾燥、活性化処理を行
い、得られた触媒(Cat.No.10)中のコバルト,パラジ
ウム,ナトリウムの含量はそれぞれ21重量%,1重量%,3
重量%であった。
(5)安定化Y型ゼオライト20g(シリカ/アルミナモ
ル比40、600℃空気焼成)を200mlの水に懸濁させ、アル
ミナに対するカリウムのモル比が10倍量になるように1.
5mol/及び3.0mol/の塩化カリウム水溶液を加えて、
75℃、3時間イオン交換させ、濾過、洗浄、乾燥の後、
450℃で空気焼成した。カリウムの含量は各々1.2重量
%,1.4重量%であった。次に、これを10倍量の水に懸濁
させ、0.6%のテトラアンミンパラジウムクロリド水溶
液を加え、75℃、3時間イオン交換させた。濾過、洗
浄、乾燥の後、400℃で空気焼成した。その結果、パラ
ジウム及びカリウムの含量がそれぞれ0.8重量%,0.7重
量%のものと0.5重量%,0.96重量%のものとが得られ
た。さらに、コバルト含量が12%或いは10%になるよう
に硝酸コバルト水溶液に、パラジウムとカリウムを担持
させた安定化ゼオライトを加え含浸した。水を真空中で
留去し、上記と同様、窒素及び水素で活性化処理を行い
触媒とした。各金属の含量は以下のようになった。 Cat.No. Co(重量%) Pd(重量%) K(重量%) 11 12 0.7 0.6 12 10 0.5 0.9 実施例1〜8,比較例1 300mlのステンレス製電磁攪拌式オートクレーブに無
水コハク酸45g、ジオキサン75g及び表1に示す各種触媒
を4.5g仕込み、系内を水素で充分置換した後、初期圧を
45kg/cm2Gになるように水素を圧入した。加熱攪拌しな
がら240℃に昇温し、所定温度に達してから100kg/cm2G
に調整された水素を圧入した。その後、理論水素吸収量
に達するまで反応させ、終了後オートクレーブを冷却し
た。室温まで冷却後、水素をパージし液を取り出し、触
媒を濾過してから濾液をガスクロマトグラフィーにより
分析した。結果を表1に示す。
実施例9〜11、比較例2 無水マレイン酸60g、ジオキサン60g及び表2に示す各
種触媒6gを300mlのステンレス製電磁攪拌式オートクレ
ーブに仕込み、系内を水素で充分置換した後、まず加熱
攪拌しながら40℃、初期圧を50kg/cm2Gで1時間反応さ
せた。その後250℃に昇温し、所定温度に達してから100
kg/cm2Gに調整された水素を圧入した。実施例1と同様
理論水素吸収量に達するまで反応させ、後処理をしてか
らガスクロマトグラフィーにて分析した。結果を表2に
示す。
実施例12〜16、比較例3 300mlのステンレス製電磁攪拌式オートクレーブに無
水コハク酸45g、ジオキサン75g及び表3に示す触媒を4.
5g仕込み、系内を水素で充分置換した後、反応時間を3
時間に設定し実施例1と同様の操作で水素化反応を行っ
てからガスクロマトグラフィーにて分析した。結果を表
3に示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コバルトおよびパラジウムを担持させた結
    晶性アルミノシリケート担体からなるγ−ブチロラクト
    ン製造用触媒。
  2. 【請求項2】マレイン酸又はコハク酸の無水物を水素化
    反応するにあたり、触媒として特許請求の範囲第(1)
    項記載の触媒を用いることを特徴とするγ−ブチロラク
    トンの製造法。
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