JP3486195B2 - 1,3−プロパンジオールの製法 - Google Patents
1,3−プロパンジオールの製法Info
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- C07C29/141—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of a —CHO group with hydrogen or hydrogen-containing gases
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- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
水溶液中のヒドロキシプロピオンアルデヒド(HPA)
を水素添加することによる、1,3−プロパンジオール
の製法に関する。
テル及びポリウレタンを得るためのモノマー構成単位と
して並びに環状化合物の合成のための出発物質として多
方面の使用可能性を有する。1,3−プロパンジオール
の製造のためには、C2−及びC1−構成単位よりなる分
子構造からか又はC3−構成単位、例えばアクロレイン
から出発する種々の方法が公知である。アクロレインの
使用では、これを酸性触媒の存在で先ず水和させ、その
際、ヒドロキシプロピオンアルデヒドが生成される。水
和の際に生成される水性の反応混合物は、未反応のアク
ロレインの除去後に、HPA約85%のほかに更にオキ
サヘプタンジアール約8%及び他の有機成分を僅少な重
量割合で含有する。1,3−プロパンジオールの製造の
ために、この反応混合物を水素添加触媒の存在で水素添
加する。
書に依れば、HPAを水素添加して1,3−プロパンジ
オールにするためには、1種又は数種の水素添加作用を
有する金属、例えばFe、Co、Ni、Cu、Ag、M
o、W、V、Cr、Rh、Pd、Os、Ir、Ptを含
有する触媒が適している。
6.0号明細書に記載された様に、触媒は、それ自体懸
濁された形で又は担体に結合して存在する又は固定床触
媒の成分であってよい;均質触媒も利用されうる。懸濁
触媒として、異なる他の触媒作用を有する金属が添加さ
れていてよいラネー−ニッケル、並びに活性炭上の白金
及び酸化アルミニウム上の白金(米国特許(US)第3
536763号明細書から)が公知である。水素添加す
べき溶液が2.5〜6.5の範囲にあるpH値を有し、
水素添加温度が30〜180℃の範囲にあり、かつ水素
圧5〜300バールで作業される場合に、高い空−時−
収率が水素添加の際に達成される。
媒が使用される。その際、固定床触媒が有利である、そ
れというのもその場合には水素添加が行なわれた後に触
媒の濾別が無用であるからである。この適用のための典
型的な固床触媒は、例えばAl2O3/SiO2上のニッ
ケルである。
溶性化合物の形で生成物流の中に放出され、かつこの不
純物の分離のための他の操作段階が必要とされる危険を
伴なう。これは特に懸濁触媒、例えばラネー−ニッケル
で観察されるが、更にニッケル−固定床触媒では、極め
て少量ではあるが、ニッケル化合物による生成物の不純
化の危険も存在する。
選択率及び空−時−収率によって特徴付けられ得る。変
換率は、エダクト(この際HPA)の何モルが水素添加
によって他の物質に変換されるかを示している。その表
示は、通例、エダクトの使用モルのパーセントで行なわ
れる。それに対して水素添加法の選択率は、エダクトの
何モルが所望の生成物に変えられるかに関する尺度であ
る。連続的な水素添加法を得るためには、単位時間及び
反応器容積当りの生成物の達成可能な量を示す空−時−
収率がもう1つの重要な特性値である。
工業的水素添加では、変換率及び選択率ができるだけ1
00%に近いことが、水素添加法の経済性及び生成物の
品質に決定的である。水素添加の後にプロパンジオール
は生成物流中に含有される水及び残余HPA並びに副生
成物から蒸留によって分離されるが、この蒸留による分
離は、残余HPA及び副生成物によって著るしく困難に
させられるか、又はむしろHPAとプロパンジオールと
の間の反応によりアセタール(その沸点はプロパンジオ
ールの沸点に近い)を生じることによって、完全に不可
能にされる。変換率及び選択率が低ければ低い程、達成
可能な生成物品質もまた悪くなる。
の特性によって及び水素添加条件、例えば反応温度、水
素圧及び水素添加時間によって又は連続的水素添加の場
合には空間速度LHSV(リキッド・アワーリー・スペ
ース・ベロシティー(Liquidhourly space velocit
y))によって影響される。
にする際に、主反応は、水素圧及び時間(連続的方法で
は空間速度)に直線的に依存し、反応温度はほとんど影
響を持たないことが認められる。これに対して、副生成
物の生成は指数的に温度に依存する。その他は同一の条
件で、温度が10℃上昇する毎に副生成物の生成の倍増
が認められ、このことは相応する選択率の悪化につなが
る。それに対して水素圧の上昇は選択率に肯定的に作用
し、勿論選択率への圧力の肯定的影響は、温度上昇の否
定的影響よりも余り強くない。それというのも水素圧は
主反応の速度を直線的に上昇させるだけであるが、温度
上昇は副反応の速度を指数的に上昇させるからである。
際的な品質基準は、操業中のその有効寿命であり、すな
わち、良好な触媒は、HPAの水素添加によりプロパン
ジオールにする際に、操作時間の経過で一定の変換率及
び選択率を保証しなければならない。この場合、特にニ
ッケル触媒を基礎とする公知技術水準よりなる水素添加
法は、不十分な長時間安定性を示し、このことはニッケ
ル含有化合物の不純物除去及び後処理の際の公知の問題
を伴なう充填触媒全体のより頻繁な交換を必要とする。
は、公知技術水準よりなる方法の前記の欠点を持たずか
つ特に改善された長時間安定性で優れている水素添加法
を得ることである。
り、固定床中で成形された担体触媒上での、水溶液中の
ヒドロキシプロピオンアルデヒド(HPA)の水素添加
による1,3−プロパンジオールの製法により解決さ
れ、この方法は、担体触媒が酸化チタンより成り、その
上に白金が細分された形で担体に対して0.1〜5.0
重量%の量で存在することを特徴とする。
タンとして四塩化チタンから炎内加水分解により得られ
る、BET表面積40〜60m2/g及び総気孔容積
0.25〜0.75ml/gを有するいわゆる高熱法酸
化チタン(これは一次粒子の平均寸法20nm、密度
3.7g/cm3及びルチル型20〜40%及びアナタ
ーゼ型80〜60%よりなるレントゲン構造を有しかつ
その不純物、二酸化珪素、酸化アルミニウム及び酸化鉄
は0.5重量%以下である)を使用する。高熱法酸化チ
タン、例えばデグッサ社(Degussa)製のP25は触媒
的に活性な成分用の担体として特に好適である。これは
平均して50m2/g(DIN66131により測定)
のBETによる高い比表面積を有する。
ト、顆粒又は押出成形粒子(StrangpreBlingen)に加工
し、引続き有利に溶性白金化合物、殊にヘキサクロロ白
金酸の使用下で、必要量の白金で含浸し、引続き乾燥さ
せ、かつ250〜500℃の温度で水素ガス流中で1〜
10時間に渡り還元する。この調製は、結晶寸法1〜1
0nm及び一酸化炭素吸着CO0.5〜1.6ml/触
媒gを有する触媒担体上の白金の微細分配をもたらす。
また他の白金化合物、例えばテトラアミン白金(II)
ニトレート、テトラアミン白金(II)ヒドロキシド又
はテトラアミン白金(II)クロリド−1水和物が含浸
に好適である。
−プロパンジオールの水素添加のための従来の方法に比
べて改善された作業中の触媒の有効寿命である。更に、
数百時間の細流床操作(Rieselbettbetrieb)後も、生
成物流に伴なう白金放出は、測定精度の範囲では決して
認められ得ない。このことは酸化チタン担体上の白金の
極めて良好な固着を示している。
1は、Pt/TiO2−触媒を用いる本発明による水素
添加法の長時間にわたる挙動を示し、図2は、Ni/A
l2O3/SiO2−触媒を用いる比較方法の長時間にわ
たる挙動を示す。
O3/SiO2−触媒を、本発明により使用すべき触媒
と、バッチ−操作での変換率及び選択率に関して、かつ
細流床中でのその長時間にわたる挙動に関して比較す
る。
Ni/Al2O3/SiO2−触媒としては、酸化ニッケ
ル約30〜40重量%の含量を有するズードヒェミー社
(Fa.Suedchemie)の“ギルドラー(Girdler)G13
4ARS”型であった。直径1.5mm及び長さ1〜3
mmの押出成形体を使用した。
付けのために、担体のか焼後、そのBET−比表面積及
びその気孔半径分布を測定した。適当な白金化合物での
担体の含浸及びこの化合物の実際に金属白金への還元後
に、活性金属表面積をCO−吸着測定により調べた。
準化されている。気孔では、2nmよりも小さい直径を
有する微小気孔と2〜50nmの直径を有する中間気孔
及び50nmよりも大きい直径を有する巨大気孔とが区
別される。微小気孔の容積は、ブルナウアー(Brunaue
r)、エメット(Emmett)及びテラー(Teller)による
窒素吸着及び評価により調べられる。中間気孔の測定の
ためにはデ・ベール(DeBoer)による窒素吸着を評価す
る。巨大気孔は、水銀−孔度測定法(Porosometrie)に
より測定される。
一酸化炭素−吸着が用いられる。この値の高さは、金属
分散の良否についての情報を与える。付加的な透過電子
顕微鏡(IEM)検査により金属−結晶の粒度分布を直
接測定することができる。
解によって得られる、デグッサ社のいわゆる高熱法酸化
チタン(TiO2−P25)を使用した。この物質は比
表面積48m2/g及び中間気孔0.27ml/g及び
巨大気孔0.06ml/gに分かれる総気孔容積0.3
3ml/gを有する。高熱法酸化チタンは、ルチル型約
30%及びアナターゼ型約70%から成る。その一次粒
子は、平均寸法約20nmを有する。
に600℃以上の温度で数時間焼戻した後に使用した。
焼戻しによって物質の結晶構造は完全にルチル型に変化
した。BET−比表面積は13m2/g以下の値に減少
した。次の例では焼戻されない物質を高熱法酸化チタン
として、かつ焼戻された物質を焼戻された酸化チタンと
して表示する。
れない状態で、造粒容器(アイリッヒ社(Fa.Eiric
h)、アイリッヒ−混合機)中に充填しかつ完全脱塩水
合計350mlを徐々に添加しながら造粒した。この造
粒過程中に混合機中の温度は室温から50℃に上昇し
た。約9分間後に造粒は終了した。引続き顆粒を200
℃で回転管炉中で乾燥させた。
れない又は焼戻された状態で完全脱塩水5lと一緒に捏
和押出機(ウェルナー(Werner)及びフライデラー(Pf
leiderer)社)中に前もって装入し、かつ水及び酸化チ
タンが均質に混合するまで短時間捏和した。次いで、チ
ロース(Tylose)(MH1000、フルカ(Fluka))
10gを完全脱塩水200ml中に溶かして添加した。
引続き、可塑性の塊状物が生じなくなるまで、混合物を
1時間捏和した。その後に塊状物を押出して直径1.6
mm及び長さ約10mmの押出成形体にし、かつ約12
時間乾燥箱中で110℃で乾燥させた。乾燥後に成形体
を熱空気−焼戻炉中で400℃で1時間か焼した。
化チタンの使用でBET表面積48m2/g及び中間気
孔0.27ml/g及び巨大気孔0.06ml/gに分
かれた総気孔容積0.33ml/gを有した。微小気孔
は、測定精度の範囲では認められなかった。要するに高
熱法TiO2−出発物質を成形体に加工することによっ
て、酸化チタンの特性、例えば比表面積及び気孔容積は
ほとんど変えられなかった。焼戻された酸化チタンより
なる成形体は、成形後も出発物質と同様に比表面積13
m2/g以下を有した。
エント−ウェットネス−メソッド(Incipient−Wetness
−Methode)”により含浸させた。そのために、先ず担
体の最大水分吸収力を測定し、引続きヘキサクロロ白金
酸よりなる溶液(その容積は前もって装入した触媒−担
体量の最大吸収力の約95%に相当し、かつその白金含
量は完成した触媒の所望の白金含量に調整された)を調
製した。塩酸の添加によって溶液のpH値をpH4にし
かつ引続いて溶液を触媒−担体上に一様に分配させた。
溶液全量が吸収された後に、含浸された成形体を真空乾
燥箱中で、先ず70℃及び150ミリバールで1時間予
備乾燥しかつ次いで更に2時間24ミリバールで仕上乾
燥させた。
白金酸よりなる均質に分配された結晶が存在する。これ
を触媒の活性化のために水素ガス流中で還元して金属白
金にした。そのために含浸担体を窒素ガス洗浄下で23
0℃に加熱した。230℃の達成の際に、水素ガス洗浄
に切換えた。開始した反応は明らかな発熱を示し、従っ
て、還元中の温度は約280℃に上昇した。約1時間後
に100℃に冷却しかつ室温が達成されるまでの間窒素
ガスを触媒上に導入した。
A−及びSIMS−検査を実施した。これらは、還元時
間が増すに伴ない、白金はPt(0)として、要するに
金属形で存在することを示している。Pt(II)の割
合は1時間の還元後の25%から10時間の還元後の1
4%に減少する。TEM−検査は大きさ2〜5nmを有
する白金−結晶の均質な分配を示した。CO−吸着測定
はCO1.66ml/触媒gの値を示した。
チ式水素添加の際の高熱法TiO2担体上の本発明によ
り使用すべきPt−触媒とNi/Al2O3/SiO2触
媒との活性の比較 ニッケル−固定床触媒(ズードヒェミー社のギルドラー
G134ARS)を本発明により使用すべきPt触媒と
高熱法TiO2−担体上で、HPA水溶液のバッチ式水
素添加におけるその活性に関して相互に比較した。比較
のために本発明により使用すべき触媒を高熱法酸化チタ
ン上の白金2重量%の貴金属負荷を有する顆粒形で使用
した。そのつど変換率及び選択率を測定した。
た:ガス処理撹拌機及び液体回転装置を備えた2l入り
ハステロイ製オートクレーブ中で、基質と触媒との比4
00:1に相応する触媒23.5gを、前もって用意さ
れた触媒カゴ中にそのつど秤り入れた。引続きオートク
レーブを真空にし、一定のモル含量のHPAを有するH
PA溶液750mlをそのつど吸収させかつ水素ガスを
150バールの圧力にまで装入した。撹拌開始後に先ず
15分間50℃に加熱した。開始した反応は弱い発熱を
示し、従って本来の水素添加は約60〜65℃で行なっ
た。反応の間に、温度−及び圧力経過を15分間ごとに
調整した。4時間後に水素添加を中止した。
び選択率の値を示す。第4欄にはエダクト水溶液中に含
有されるHPAモルを包含する。この際水溶液750m
l中のHPA0.94モルは約10%のHPAの重量部
に相応する。第5欄中には、生成した1,3−プロパン
ジオールの量がモルで記載されている。公知技術水準か
ら公知のニッケル−比較触媒(第1表中に“V”で表示
されている)は、総ての使用HPAを変換させるが、そ
の選択率は悪い。HPA使用モルの74.5もしくは8
6.3%が1,3−プロパンジオールに変えらるにすぎ
ない。それに対して本発明により使用すべき高熱法Ti
O2−担体上の触媒(第1表中に“K1”で表示されて
いる)は、優れた選択率を有する。
比較 本発明により使用すべき触媒の触媒活性のPt−含量へ
の依存性の検査のために、種々異なるPt−負荷を有す
る高熱法酸化チタン−担体を製造した。例1に相応する
ハステロイ製オートクレーブ中の試験水素添加は、第2
表に挙げた測定値を示した。選択率及び変換率は、Pt
−含量の増加に伴ない増大した。
量の比較 例3における検査を例2と同様にして実施した。唯一の
相違は高熱法酸化チタンの代りに焼戻した酸化チタンの
使用にあった。結果を第3表に挙げる。
熱法酸化チタンを基礎とする触媒K1〜K3と同様の結
果をバッチ式水素添加で示した。しかしながらこれらは
高熱法担体上の触媒に比べて繰り返し使用する際に変換
率及び選択率の明らかな減少を示した。
体上のPt−触媒の長時間にわたる挙動 細流床での連続的水素添加のために、1.3lの反応器
容積を有する細流床装置を使用した。装置は液体受容
器、予熱域、固定床反応器及び液体分離器より成った。
反応器温度は熱伝導油循環を介して調節した。圧力及び
水素ガス流は電子工学的に調節した。HPA−水溶液
を、予熱域の前で水素ガス流にポンプで供給しかつ混合
物を反応器の頭頂部に装入した(細流床方法)。反応器
の通過後、生じた生成物を一定の間隔で分離容器から取
り出し、かつ水素ガスをコンプレッサーを用いて再循環
させた。生成物をHPCLで未変換のHPAについて検
査し、かつ生じた1,3−プロパンジオールをGCで測
定した。
すべき、押出成形体の形で2%白金−負荷を有する高熱
法酸化チタン上の白金−触媒を、変換率及び選択率の長
時間にわたる挙動に関して検査した。エダクト溶液中の
HPAの濃度は、両例とも11重量%であった。
いる本発明による方法に関する(図1)及びニッケル−
触媒での比較方法に関する(図2)の作業時間と関連さ
せた、水素添加の反応温度TR、空間速度LHSV(Li
quid hourly space velocity)、H2圧P、生成物溶
液の残余−HPA含量及び選択率Sの時間的経過を示
す。図1及び2の線図から判明するように、Pt/Ti
O2−触媒での水素添加は、反応温度60℃、水素圧9
0バール及び空間速度0.85h-1で実施され、ニッケ
ル−触媒では、反応温度50℃を選択しかつ始めに水素
圧80バール及び空間速度0.9h-1で作業させた。
の故に、水素添加条件は、Pt/TiO2−触媒には不
利であった。それにも拘らずそれは顕著に一定の変換率
を示す(残余−HPA−含量は一定のままである)。選
択率Sの値は、一部は100%以上である。この結果
は、エダクト溶液中に含有されるアクロレインの水和作
用よりなる有機不純物が一部同様に1,3−プロパンジ
オールに変換されるという事実によって明らかにされ得
る。
時間の作業時間後にすでに、残余HPAの明らかな増加
が現われる。約290時間後にこの割合は強力に増大す
るので、その減少のために、空間速度0.9h-1を0.
85h-1に下げかつH2圧を100バールに高めなけれ
ばならなかった。
法の作業時間と関連させた、水素添加の反応温度TR、
空間速度LHSV、H2圧P、生成物溶液の残余HPA
含量及び選択率Sの時間的経過を示す線図。
連させた、水素添加の反応温度TR、空間速度HSV、
H2圧P、生成物溶液の残余HPA含量及び選択率Sの
時間的経過を示す線図。
Claims (6)
- 【請求項1】 固定床における担体触媒の存在下、水溶
液中のヒドロキシプロピオンアルデヒド(HPA)を水
素添加することからなる、1,3−プロパンジオールの
製造方法であつて、上記水素添加が30〜180℃の温
度、5〜300バールの水素圧および2.5〜6.5の
pHで実施され、かつ、上記担体触媒は、白金が微粉末
形態で、担体としての酸化チタン上に、該担体に対し
て、0.1〜5.0重量%の量で適用されたものから本
質的になり、さらに、上記酸化チタンが、四塩化チタン
から炎内加水分解によって得られた高熱法酸化チタンで
あり、40〜60m2/gのBET−表面積、0.25
〜0.75ml/gの総気孔容積、20nmの一次粒子の
平均寸法、3.7g/cm3の密度、20〜40%ルチ
ル型および80〜60%アナターゼ型のレントゲン構造
を有し、かつ二酸化珪素、酸化アルミニウム及び酸化鉄
の不純物は0.5重量%以下であることを特徴とする、
1,3−プロパンジオールの製造方法。 - 【請求項2】 担体に、可溶性白金化合物を使用して必
要量の白金を含浸させ、次いで乾燥させ、かつ250〜
500℃の温度で水素気流中で1〜10時間にわたつて
還元することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 白金金属は、担体中に微細に分割されて
微結晶の寸法1〜10nmで存在し、かつその一酸化炭
素吸着は触媒のg当たり0.5〜1.6mlのCOであ
ることを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】上記溶液中のHPA濃度は5〜100重量
%であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 固定床における担体触媒の存在下、水溶
液中のヒドロキシプロピオンアルデヒド(HPA)を水
素添加することからなる、1,3−プロパンジオールの
製造方法であつて、上記水素添加が30〜180℃の温
度、5〜300バールの水素圧および2.5〜6.5の
pHで実施され、かつ、上記担体触媒は、白金が微粉末
形態で、担体としての酸化チタン上に、該担体に対し
て、0.1〜5.0重量%の量で適用されたものから本
質的になり、さらに、上記酸化チタンが、四塩化チタン
から炎内加水分解によって得られた高熱法酸化チタンで
あつて、600℃以上の温度で焼戻したものであり、そ
して13m2/g以下のBET−表面積およびルチル型
レントゲン構造を有することを特徴とする、1,3−プ
ロパンジオールの製造方法。 - 【請求項6】上記溶液中のHPA濃度は5〜100重量
%であることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4132663A DE4132663C2 (de) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | Verfahren zum Herstellen von 1,3-Propandiol durch Hydrieren von Hydroxypropionaldehyd |
DE4132663.6 | 1991-10-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05213800A JPH05213800A (ja) | 1993-08-24 |
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---|---|---|---|
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US (1) | US5364984A (ja) |
EP (1) | EP0535565B1 (ja) |
JP (1) | JP3486195B2 (ja) |
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AT (1) | ATE131465T1 (ja) |
AU (1) | AU653636B2 (ja) |
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