JP3230243B2 - フェノール製造用触媒およびフェノールの製造方法 - Google Patents

フェノール製造用触媒および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、フェノールを製造する
ための触媒およびトルエンを該触媒の存在下で気相酸化
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】フェノールの製造方法としては、ベンゼ
ンからクメンを経由するクメン法およびトルエンから安
息香酸を経由するダウ法などのプロセスが確立されてお
り、すでに工業的規模で実施されている。しかしなが
ら、これら既存のプロセスはいずれも二段あるいはそれ
以上の工程を必要とし、製造装置および運転操作が複雑
であるため、より単純な一段合成法の確立が要望されて
いた。
【0003】トルエンからフェノールを一段の反応工程
で製造する方法としてはこれまでにいくつか知られてお
り、例えば600〜900℃の温度でトルエンにメタンなどの
パラフィン系炭化水素を共存させて酸素と反応させる方
法があった(特開昭47-39037号公報)。また、アルコー
ル類の共存下、400ないし1000℃の温度でトルエンと酸
素とを反応させる方法があった(特開昭52-27730号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
47-39037号公報に開示された方法においては、フェノー
ルの選択率および収率(転化率と選択率との積)がとも
に充分でなく、最高でもフェノール選択率19.2%、フェ
ノール収率7.5%であった。また、タール状物質が多量
に生成するとともに、炭素質の析出や樹脂状物質の生成
による反応管等の閉塞がおこるため、連続的な運転が困
難であった。
【0005】また、特開昭52-27730号公報に開示された
方法も、フェノールの選択率および収率がともに充分で
なく、最高でもフェノール選択率22.6%、フェノール収
率9.3%であった。またクレゾール、ベンゼン、スチレ
ン、エチルベンゼン、ベンズアルデヒド、タール状物質
などの副生成物が多量に生成するため、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。
【0006】本発明は以上の問題点を解決し、一段の反
応工程で製造することができ、しかもトルエンから高選
択率でフェノールを製造でき、かつ連続運転が可能で生
成フェノールの精製工程を不要にする触媒および方法を
提供することを目的とする。
【0007】なお、従来、一段の反応工程でトルエンか
らフェノールを製造するにあたり、固体触媒を使用する
方法は知られていなかった。
【0008】
【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、トルエンを気相
接触酸化してフェノールを製造するための触媒として、
酸化バナジウム、酸化鉄および酸化ニッケルを含む触媒
が高選択率を有することを見いだし、またこの触媒を用
いることによりフェノールを高い選択率で製造し得るこ
とを見い出し、本発明を完成した。
【0009】すなわち、本発明のフェノール製造用触媒
は酸化バナジウム、酸化鉄および酸化ニッケルよりなる
ことを特徴として構成されている。
【0010】また、本発明のフェノールの製造方法は、
トルエンを酸化バナジウム、酸化鉄および酸化ニッケル
を含む触媒の存在下で気相接触酸化してフェノールを生
成させることを特徴として構成されている。
【0011】本発明の触媒は酸化バナジウム、酸化鉄お
よび酸化ニッケルよりなるものである。ここで酸化バナ
ジウムはVであり、V等を含むことがで
き、また酸化鉄はFeであり、Fe等を含
むことができ、さらにまた酸化ニッケルはNiOであ
り、Ni等を含むことができる。
【0012】また、上記の触媒を各種の触媒担体に担持
させて使用することもできる。好ましい触媒担体として
は、チタニア、γ−アルミナ、α−アルミナ、シリカゲ
ル、炭化珪素等があげられるが、特にチタニアが好まし
い。
【0013】触媒中の酸化バナジウムは0.1〜30重量%
が好ましい。酸化バナジウムの含有率が約0.1重量%よ
り小さい場合は、トルエンの転化率が低く、また含有率
が約30重量%より大きい場合は、トルエンの燃焼反応が
著しくなり、高いフェノールの選択率が得られない。ま
た、酸化鉄および酸化ニッケルの比率(酸化ニッケル/
酸化鉄)は、重量比で約0.1〜10の範囲が好ましく、か
つ触媒全体では99.9〜0.1重量%が好ましい。
【0014】本発明の触媒には、各種の化合物を添加す
ることができる。好ましい添加物としてはリチウム、ナ
トリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカ
リ金属の酸化物もしくは硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、硝
酸塩またはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、クロ
、タングステン、マンガン、スズ、リン、アンチモン
等の酸化物であり、これらの1種または2種以上を添加
しても良い。また、触媒中のこれら添加物の含有率は約
0.01〜10重量%の範囲が好ましい。添加物の含有
率が約0.01重量%より小さい場合は、トルエンの燃
焼反応が優先して高いフェノールの選択率が得られな
い。また、添加物の含有率が約10重量%より大きい場
合は、トルエンの転化率が低下する。
【0015】本発明の触媒の製造は公知の方法で行うこ
とができ、担体を使用する場合には、例えば含浸法が利
用できる。含浸法で水溶液を利用する場合には、酸化バ
ナジウムの原料としてメタバナジン酸アンモニウム、シ
ュウ酸バナジル等の水溶性でかつ熱分解して容易に酸化
バナジウムに変換しうるバナジウム化合物の水溶液を用
いればよい。そのほか酸化バナジウムアセチルアセトナ
ート等の有機溶媒に可溶な化合物を有機溶媒に溶解させ
て使用することもできる。酸化鉄および酸化ニッケルの
製造原料としては、鉄およびニッケルの硝酸塩、炭酸
塩、有機酸塩、ハロゲン化物、水酸化物等を使用するこ
とができる。これらの化合物を触媒担体に含浸担持する
順序は特に限定されるものではなく、もちろん同時に含
浸担持してもよい。また、各種の化合物を添加する場合
においても、いずれの添加方法でも、またいずれの時期
でもよい。
【0016】上記のように、調製された触媒組成物は空
気中90〜150℃で12〜36時間乾燥後、焼成される。焼成
は空気中または窒素等の不活性ガス中350〜700℃の温度
で1〜10時間加熱して行うのが好ましい。
【0017】本発明のフェノールの製造方法では、原料
のトルエンと共に酸素を供給するが、供給する酸素は原
料のトルエンに対して約0.1〜20倍モルの範囲が好まし
い。酸素の供給量が約20倍モルより多いと、原料トルエ
ンの完全酸化が起こりやすくなる。また、酸素の供給量
が約0.1倍モルより少ない場合は充分なトルエン転化率
が得られない。
【0018】また、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、さらにこれを不活性ガス
で希釈したものでもよい。
【0019】反応は一般に水蒸気の存在下において行う
が、供給する水蒸気は原料のトルエンに対して約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
モルより多いと経済的でなく、また約1倍モルより少な
いと一般にフェノールの選択率が低下する。
【0020】空間速度は約100〜20000h-1の範囲が好ま
しい。空間速度が約100より小さい場合は充分な空時収
率が得られず、また約20000より大きい場合はトルエン
転化率が低くなる。
【0021】反応温度は約250〜700℃の範囲が好まし
く、特に約300〜600℃の範囲が好ましい。反応温度が70
0℃より高いとフェノールの選択率が低下し、また反応
温度が250℃より低いとトルエン転化率が小さくなる。
【0022】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。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。
【0023】
【作用】本発明のフェノール製造用触媒は酸化バナジウ
ム、酸化鉄および酸化ニッケルを含有し、トルエンの気
相接触酸化によるフェノールの合成に対して高い選択率
を示す。また、本発明のフェノールの製造方法は酸化バ
ナジウム、酸化鉄および酸化ニッケルを含む触媒の存在
下でトルエンの酸化を行うことにより高い選択率でフェ
ノールを生成させる。
【0024】
【実施例】I.触媒の調製 実施例1〜3 酸化バナジウム−酸化鉄−酸化ニッケル−チタニア触媒
を次のように調製した。イオン交換水約200mlにメタバ
ナジン酸アンモニウム(NH4VO3)6.43gとショウ酸
((COOH)2・2H2O)19.0gとを加え、加熱して青
色透明水溶液を得た。さらに、この水溶液に硝酸鉄(F
e(NO3)3・9H2O)25.3gと硝酸ニッケル(Ni(NO
3)2・6H2O)19.5gとを溶解させた。ついで、この水
溶液にチタニア(関東化学(株)、アナターゼ型)85.0g
を投入し蒸発乾固した後、120℃で24時間乾燥し、さら
に空気中400℃で5時間焼成して目的の触媒を得た。
【0025】得られた触媒の組成は、V25:Fe
23:NiO:TiO2=5:5:5:85(重量比)であ
った。
【0026】実施例4 酸化バナジウム−酸化鉄−酸化ニッケル−酸化ナトリウ
ム触媒は次の要領で調製した。硝酸鉄300gと硝酸ニッ
ケル216gとをイオン交換水約700mlに溶解させたもの
と、水酸化ナトリウム約150gをイオン交換水約700mlに
溶解させたものとを、常温のイオン交換水約3l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。つ
いで、このゲル状物質に炭酸ナトリウム(Na2CO3・1
0H2O)2.66gを含む約100mlの水溶液を加え、約1時
間攪拌した。そして、ゲル状物質を空気中120℃で24時
間乾燥し、さらに空気中800℃で4時間焼成した。
【0027】次に、イオン交換水約100mlにメタバナジ
ン酸アンモニウム6.43gとショウ酸19gとを加え、加熱
して得た青色透明水溶液に上記焼成物95.0gを投入して
蒸発乾固した後、120℃で24時間乾燥し、さらに空気中5
00℃で3時間焼成して目的の触媒を得た。
【0028】得られた触媒の組成は、V25:Fe
23:NiO:Na2O=5.0:48.9:45.7:0.4(重量
比)であった。
【0029】II.反応方法 所定のメッシュに分級した上記の触媒を石英製反応管に
所定量充填した。そして、この反応管の上部からトルエ
ン、水蒸気、空気および窒素を所定量供給し、所定の温
度で反応させた。
【0030】III.反応条件および実験結果 実験条件および実験結果を表1に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【発明の効果】本発明は酸化バナジウム、酸化鉄および
酸化ニッケルを含む触媒を使用することによりトルエン
からフェノールを高い選択率で製造できる効果を有す
る。また、反応が一段で行われることから反応器も一つ
でよく、反応装置全体をコンパクトにできる効果を有す
る。さらに、トルエンからフェノールを連続して製造す
ることができ、かつ生成フェノールの精製工程が不要で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘 躍動 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−91935(JP,A) 特開 昭57−142934(JP,A) 特開 昭58−32835(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 C07C 37/50 C07C 39/04 C07B 61/00 300

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化バナジウム、酸化鉄および酸化ニッ
    ケルよりなることを特徴とするトルエンからフェノール
    製造用触媒
  2. 【請求項2】 トルエンを酸化バナジウム、酸化鉄およ
    び酸化ニッケルを含む触媒の存在下で気相接触酸化して
    フェノールを生成させることを特徴とするフェノールの
    製造方法
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CN114632542B (zh) * 2020-12-16 2023-06-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种甲苯羟基化反应合成甲酚的催化剂及其制备方法、应用

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