JP6116799B2 - グリセロールまたはグリセリンからアクロレインを調製する方法 - Google Patents
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Description
−製薬における加湿剤(坐薬およびシロップ中)または美容学においる加湿剤(保湿クリーム、グリセリン石鹸、練り歯磨き中)、
−食品産業における溶媒、
−化学工業における可塑剤または潤滑剤。
−ポリエステルおよびポリウレタンの合成におけるベースモノマーとして特に使用される、1,3−プロパンジオールおよび1,2−プロパンジオールへの転換、
−潤滑剤の化学のためのモノエステルへの転換、
−乳化剤、食品添加物として使用されるポリグリセロールへの転換、
−(脱水による)アクロレインへの、および(脱水および酸化による)アクリル酸への転換、
−飼料の添加物としての直接的な価値の付与。
HO−CH2−CH(OH)−CH2−OH→CH2=CH−CHO+2H2O。
a)ジルコニウムと、ニオブ、タンタルおよびバナジウムから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物、
b)ジルコニウムの酸化物、ならびに、ニオブ、タンタルおよびバナジウムから選択される少なくとも1つの金属Mの酸化物、
c)酸化ケイ素、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、チタン、バナジウムおよびシリコンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物、
d)酸化ケイ素、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、バナジウムおよびチタンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物、
e)酸化チタン、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウムおよびシリコンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物、
f)酸化チタン、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウムおよびシリコンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物
に含まれることを発見した。
−触媒a)−f)が、先に定義された酸化物および混合酸化物のみから成る、
−前記触媒a)からf)の少なくとも1つの前記酸化物(混合型または非混合型の何れでもよい)が、担持されている、
−Zr/Zr以外、すなわちSi、TiおよびMから選択される前記触媒a)−f)のその他の構成元素の合計のモル比は、0.5から200であり、より好都合には1から100である。
−触媒A(□)、B(△)、C(◇)またはD(○)におけるグリセロールへの転換、
−触媒A(■)、B(▲)、C(◇)またはD(●)におけるアクロレイン選択性。
−新鮮な触媒(△)および再生した触媒(▲)によるグリセロールへの転換、
−新鮮な触媒(□)および再生した触媒(■)によるアクロレイン選択性。
−触媒A’(◆)、D(●)またはC(△)によるグリセロールへの転換、
−触媒A’(■)、D(×)またはC(▲)によるアクロレイン選択性。
−新鮮な触媒(△)および再生した触媒(▲)によるグリセロールへの転換、
−新鮮な触媒(□)および再生した触媒(■)によるアクロレイン選択性。
接触時間=触媒体積×Patm/(全モル流速×温度×R)、
ここで、Patm=101,325Pa、温度=25℃および全モル流速=グリセロールのモル流速+水のモル流速+不活性ガスのモル流速である。
−反応の主産物を、FID検出器を備えたShimadzu2014クロマトグラフによるキャピラリーカラム(Nukol、30mx0.53mm)のガスクロマトグラフィーにより分析する。この分析にて定量された生成物は次のとおりである:アクロレイン、アセトアルデヒド、アセトン、プロピオンアルデヒド、ヒドロキシプロパノン、酢酸、アリルアルコールおよびフェノール;
−残りのグリセロールは、FID検出器およびキャピラリーカラム(CarbowaxまたはZBwax、30mx0.32mm)を備えたHewlett Packardクロマトグラフによるガスクロマトグラフィーにより定量する。
グリセロール転換(%)=100×(1−残ったグリセロールのモル数/導入されたグリセロールのモル数)
アクロレイン選択性(%)=100×(生成したアクロレインのモル数/未反応のグリセロールのモル数)
Xの収率(%)=K×100×生成したXのモル数/導入されたグリセロールのモル数
ここにおいて、Xがアクロレイン、アセトン、ヒドロキシプロパノン、プロパノールまたはアリルアルコールである場合、K=1;X=アセトアルデヒドまたは酢酸である場合、K=2/3、およびX=フェノールである場合、K=2。
ジルコニウムおよびニオブの酸化物型の本発明に係る触媒は、ジルコニウム酸化物水和物およびニオブ酸シュウ酸アンモニウム(NH4)(C2O4)2NbO.xH2O(Aldrich、99.99%)から作製する。ジルコニウム酸化物水和物は、pH=8.8において、オキソ硝酸ジルコニウム(zirconium oxonitrate)ZrO(NO3)2.xH2O(Aldrich、99%)の溶液および28%アンモニア溶液の共沈殿により作製される。
ジルコニウムおよびニオブの酸化物型の本発明に係る触媒は、Kantcheva. et. Al, Catalysis Communications (2009), 9(5), p874-879に記載の方法にしたがって、ジルコニウム酸化物水和物の含浸により作製した。
ジルコニウムおよびニオブの酸化物型の本発明に係る触媒は、Kantcheva. et. Al, Catalysis Communications (2009), 9(5), p874-879に記載の方法にしたがって、ジルコニウム酸化物水和物の混合されたアンモニウムおよびシュウ酸ニオブを含む溶液による含浸により作製した。
ジルコニウム、ニオブおよびバナジウムの酸化物型の本発明に係る触媒を作製する。バナジウム前駆体は、以下の方法に従って、NH4VO3(Sigma, ACS Reagent 99.7%)から作製した。
シリカでドープされたタングステン化ジルコニア(tungstated zirconia)型の本発明に係る触媒を作製する。この固体の作製は3つの工程を含む。第1工程は、pH=8.8におけるオキソ硝酸ジルコニウムZrO(NO3)2.xH2O(Aldrich、99%)の溶液と29%アンモニア溶液との共沈殿による、水酸化ジルコニウム水和物の合成である。第2の工程は、Nahas et.al (Journal of Catalysis 247 (2007), p51-60)に記述される手順にしたがった、ケイ素の種による水酸化ジルコニウム水和物の安定化から成る。水酸化ジルコニウム水和物は、pHが11に調節されたアンモニア溶液を含むガラスフラスコに入れられる。その混合物は72時間還流され、その後、ろ過され、変更された水で洗浄される。最後の工程は、過酸化水素に溶解されたタングステン酸H2WO4(Aldrich99%)と水酸化ジルコニウとの交換である。タングステン酸は60℃で35%の過酸化水素溶液に溶解される。溶液のタングステン酸濃度は0.04Mである。その後、タングステン酸溶液は室温に冷却され、シリカでドープされた水酸化ジルコニウムがゆっくり添加される。得られた固体はろ過され、次に、650℃で空気において焼成される。この比表面積は40m2/gである。固体のニオブ、シリコンおよびジルコニウムの含有量はICP−OESにより決定した。この触媒のW/Si/Zrモル組成は4.7/1.4/93.9である。
触媒Hは例1に記載された合成方法に従って作製する。硝酸溶液のpHは、触媒Hの場合にわずかにより酸性である(pH<0.1)。得られた固体は、57m2/gの比表面積および11.8のZr/Nbモル比を有する。
本発明に係る触媒ZrTiSiWを、特許FR2907445Aに記載された方法にしたがってRhodiaにより作製した。触媒Aと同様の方法で決定したこの触媒の比表面積は105m2/gである。この触媒の酸化物の重量組成は、54%のZrO2、35%のTiO2、7.5%のSiO2および3.5%のWO3である。
触媒Cは、Daiichi Kigensoにより合成されたタングステン化ジルコニア(89.5%ZrO2−10.5%WO3)(サプライヤー照会番号:Z−1104)である。触媒Aと同様の方法で決定したこの触媒の比表面積は77m2/gである。
触媒DはZeochem(ZEOcat PZ−2/5OH)により提供されるH−ZSM−5ゼオライトである。触媒Aと同様の方法で決定したこの触媒の比表面積は406m2/gである。
例4と同一の条件下で得られた、触媒A、B、CおよびDの性能の時間変化が図1に示される。
143時間後、300℃の反応混合物において、本発明に係る触媒Aを、450℃の気流下(気流速度:51mL/分)で、2時間、再生する。再生後、再生前と同一の操作条件下で、触媒を試験する。
触媒A’、DおよびCの性能の時間に対する変化が図3に示される。
183時間後、反応混合物において、本発明に係る触媒A’を、450℃の気流下(気流の速度:51mL/分)で、1時間再生した。再生後、再生前と同一の操作条件下で、触媒を試験した。
触媒Hの性能を、82重量%のタイターを有する未加工の産業的グリセリンの溶液にて評価した。このグリセリンは、15重量%を超えるメタノールを含むという特徴を有する。以前の例のように、反応器中の触媒量は4.5mLであり、窒素流速は74.5mL/分であり、反応温度は300℃である。20重量%のグリセリンを含む水溶液の流速は3.77g/hである。グリセロール/水/窒素のモルの相対的比率は1.9/46.5/51.6である。得られた結果は、表5に示される。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
グリセロールまたはグリセリンからアクロレインを調製する方法であって、前記グリセロールまたはグリセリンの脱水が、少なくとも、
a)ジルコニウムと、ニオブ、タンタルおよびバナジウムから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物;
b)酸化ジルコニウム、ならびに、ニオブ、タンタルおよびバナジウムから選択される少なくとも1つの金属Mの酸化物;
c)酸化ケイ素、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウムおよびシリコンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物;
d)酸化ケイ素、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、バナジウムおよびチタンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物;
e)酸化チタン、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウムおよびシリコンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物;
f)酸化チタン、ならびに、ジルコニウムと、タングステン、セリウム、マンガン、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウムおよびシリコンから選択される少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物
に含まれる酸化ジルコニウム系触媒の存在下で達成されることを特徴とする方法。
[2]
前記触媒は、少なくともa)ジルコニウムと少なくとも1つの金属Mとの混合酸化物並びにb)酸化ジルコニウムおよび少なくとも1つの金属Mの酸化物に含まれることを特徴とする[1]に記載の方法。
[3]
前記触媒a)からf)の前記酸化物の少なくとも1つは担持されていることを特徴とする[1]または[2]に記載の方法。
[4]
(Zr/前記元素Siと前記元素TiとZr以外の前記元素Mとの合計)のモル比が0.5から200であることを特徴とする[1]から[3]の何れか1に記載の方法。
[5]
前記モル比が1から100であることを特徴とする[4]に記載の方法。
[6]
前記グリセロールが少なくとも1重量%の濃度で水溶液中に存在することを特徴とする[1]から[5]の何れか1に記載の方法。
[7]
前記水溶液の前記グリセロールの濃度は10重量%から50重量%であることを特徴とする[6]に記載の方法。
[8]
前記触媒が再生されることを特徴とする[1]から[7]の何れか1に記載の方法。
[9]
アクロレインから、3−(メチルチオ)プロピオンアルデヒドMMP、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルHMTBN、メチオニン、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブタン酸HMTBA、後者のエステル、または2−オキソ−メチルチオブタン酸KMBを製造する方法であって、前記アクロレインが[1]から[8]の何れか1に記載の方法によって得られることを特徴とする方法。
[10]
水和反応が気相中で行われることを特徴とする[1]から[9]の何れか1に記載の方法。
[11]
脱水反応が、固定層、流動層または循環型流動層を備えた反応器中で行われることを特徴とする[1]から[9]の何れか1に記載の方法。
[12]
脱水反応が液相中で行われることを特徴とする[1]から[9]の何れか1に記載の方法。
[13]
グリセロールまたはグリセリンをアクロレインに転換するための、[1]から[5]および任意に[8]の何れか1において定義される触媒a)、b)、c)、d)、e)およびf)の少なくとも1つに含まれる触媒の使用。
Claims (12)
- グリセロールからアクロレインを調製する方法であって、前記グリセロールの脱水が、
a)ジルコニウムと金属との混合酸化物であり、前記金属は、ニオブと、必要に応じてバナジウムから選択される混合酸化物;
b)酸化ジルコニウムと金属の酸化物であり、前記金属は、ニオブと、必要に応じてバナジウムから選択される酸化物;
c)ジルコニウムと金属との混合酸化物であり、前記金属は、タングステンとシリコンから選択される混合酸化物;
d)ジルコニウムとチタンと金属との混合酸化物であり、前記金属は、タングステンとシリコンから選択される混合酸化物、
の何れか1つの触媒の存在下で達成されることを特徴とする方法。 - 前記触媒は、a)ジルコニウムと金属との混合酸化物であり、前記金属は、ニオブと、必要に応じてバナジウムから選択される混合酸化物;並びにb)酸化ジルコニウムおよび金属の酸化物であり、前記金属は、ニオブと、必要に応じてバナジウムから選択される酸化物の、何れか1つであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- (Zr/前記元素Siと前記元素TiとZr以外の金属との合計)のモル比が0.5から200であることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記モル比が1から100であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記グリセロールが少なくとも1重量%の濃度で水溶液中に存在することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の方法。
- 前記水溶液の前記グリセロールの濃度は10重量%から50重量%であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記触媒が再生されることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の方法。
- アクロレインから、3−(メチルチオ)プロピオンアルデヒドMMP、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルHMTBN、メチオニン、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブタン酸HMTBA、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブタン酸のエステル、または2−オキソ−メチルチオブタン酸KMBを製造する方法であって、前記アクロレインが請求項1から7の何れか1項に記載の方法によって得られることを特徴とする方法。
- 脱水反応が気相中で行われることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の方法。
- 脱水反応が、固定層、流動層または循環型流動層を備えた反応器中で行われることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の方法。
- 脱水反応が液相中で行われることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の方法。
- グリセロールをアクロレインに転換するための、請求項1から4および8の何れか1項において定義される触媒a)、b)、c)およびd)の少なくとも何れか1つから成る触媒の使用。
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