JP6479017B2 - アルデヒドから出発する直接酸化エステル化による不飽和エステルの製造方法 - Google Patents
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Description
・触媒の機械的摩耗
・反応混合物と触媒の連続的な分離
・浸出、およびその結果として起こる比較的短い触媒の寿命
・熱排出、ならびに反応器内もしくは触媒表面での均一な熱分布
・特に前述の欠点から結果として起こる、方法の収率および選択性。
・触媒の摩耗は、pH値が一定に保たれる場合、および使用される担持された金含有触媒の選択によって最小限に抑えられるか、もしくは固定床反応器の実施態様ではほぼ完全に回避される。このことは、触媒の耐用期間を延長する一方、他方ではろ過で考えられる問題、例えばフィルターの詰まり(Zusetzen)を回避する。
・固定床反応器の形態の本発明の実施態様の場合では、発熱反応の温度制御は、本発明による方法における効率的な熱交換によって特に良好に保証されている。
・反応器の外部で塩基性溶液(pHは9より大)を用いてpH値を調節することによって、比較的大量のメタクリル酸の形成で起こりうる、触媒と過度に塩基性の、つまりpH値が9より大きい溶媒との直接的な接触、または過度に酸性の溶媒、つまり、pH値が5より小さい溶媒との直接的な接触は回避される。このことから、結果として触媒安定性は比較的高くなり、それによって寿命もしくは耐用期間は比較的長くなる。
固定床反応器を用いる本発明の考えられる実施態様は、図1に示されている。酸素またはO2含有ガスは導管1を通して、メタクロレイン/メタノール溶液は導管2を通して反応器Aに供給される。それらの成分が混合され、結果として生じた不均一のガス状/液状の混合物は、さらに導管3を通して外部ジャケットで温度調節可能な固定床反応器Aに供給される。ここで、ガス/液体の混合物も個々の成分も、上からでも下からでも反応器に供給されてよい。反応器は、相応の固定床触媒が充填されており、ここで、個々の触媒粒子の寸法は、反応器内の圧力形成を避けるために、充分に大きくなければならない(Dは0.2mmより大)。同時に、触媒粒子は、触媒と反応混合物との接触表面積を増やすために、最適な最大寸法を超過しないのが望ましい(Dは20mmより小)。シェル触媒が使用されるのが好ましく、このシェル触媒において、活性成分が好ましくは表面に分散されている。反応混合物は、熱交換器Bを用いて冷却されて、さらに相分離器(ガス/液体分離容器)Cに供給される。この容器において、連続的に、好ましくは低温および高圧で、液相と気相が分離される。排ガスは、処理されるか、または好ましくは再循環されてよい。液相は、導管6を通って容器Dに達し、この容器Dにおいて、pHは、アルカリ性溶液(例えばメタノール中の水酸化ナトリウム)を導管7を通して添加することによって5から9までのpH値に調節される。この混合物の一部は、生成物として導管9を通して分離される一方、残分は、導管8を通して反応器Aに返送される。
触媒の製造
触媒1(SiO2−Al2O3−MgO上のAu 0.9%−NiO 1.1%、1.16mmから2.36mmまでの球)
水100mL中の硝酸アルミニウム九水和物37.5g、硝酸マグネシウム六水和物25.6g、60%硝酸 5.4gの溶液を、室温でSiO2担体(Fuji Silicia、Cariact Q−10、1.16mmから2.36mmまでの球)108gと混合する。混合物を24時間50℃で撹拌して、その後、室温に冷却し、130℃で乾燥して、合計10時間、300℃から600℃までで焼成させた。このSiO2−Al2O3−MgO担体30gを、水100mLと混合して、90℃に加熱した。この混合物に、15分後、90℃で、水100mL中の硝酸ニッケル六水和物1.64gおよび金酸(HAuCl4)530mgの溶液を30分以内に添加した。さらに30分、90℃で撹拌した後に冷却して、固形物を分離し、続いてさらに3回、新鮮な水100mLでそれぞれ5分、20℃で撹拌してろ別した。触媒を105℃で10時間以内に乾燥して、450℃で5時間以内に空気で焼成させた。そのようにして得た触媒は、ICP分析(誘導結合プラズマ質量分析装置)によれば、Ni 1.1%およびAu 0.9%を含んでいた。金ナノ粒子の平均粒径(TEM)は、5nm未満であった。
NaOH溶液を連続的に添加して生成混合物の一部を返送する設備を、以下の例において使用した。
(B) 熱交換器
(C) 相分離器
(D) pH値を調節するための容器
(E) 代替的または追加的な熱交換器
(1) O2を含む混合物(10)の供給管
(2) メタクロレインとメタノールとの混合物(12)の供給管
(3) 反応器(A)に導入するための、液相(12)と気相(10)を混合するための導管
(4) 反応器(A)から取り出された液相を熱交換器(B)を経由して相分離器(C)に移すための導管
(5) 相分離器(C)からの排ガス(13)の排出路
(6) 液相を相分離器(C)から容器(D)に導入する管
(7) 塩基性溶液(11)をpH値調節のために容器(D)に供給する管
(8) pH値が調節された液相の、容器(D)から導管(3)を通して混合ガス(10)の酸素の富化(1)下での反応器(A)への返送
(9) さらなる後処理のためのMMAを含む生成物流(14)の排出
Claims (11)
- 酸素およびメタノールとの連続的な酸化エステル化反応において、液相中で2barから100barまでの圧力で、20nm未満の粒径を有する担持された金含有ナノ粒子である不均一系触媒を使用して、メタクロレインからメチルメタクリレートを製造するための方法であって、
液相を固定床反応器から連続的に取り出して、取り出した後にpH値を固定床反応器の外部で塩基性溶液の添加によって5から9までのpH値に調節すること、
5から9までのpH値を有する取り出した液相の少なくとも50%を固定床反応器に返送すること、および
0.2mmから20mmまでの総直径を有する担体粒子上に金含有ナノ粒子が存在していることを特徴とする前記方法。 - 5から9までのpH値を有する取り出した液相の少なくとも70%を固定床反応器に返送することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 5から9までのpH値を有する取り出した液相の少なくとも90%を固定床反応器に返送することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 酸化エステル化反応を、2barから50barまでの範囲の圧力および10℃から200℃までの範囲の温度で実施することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 新たに供給するメタノールとメタクロレインとの混合物を、混合物を基準として20質量%から60質量%までの範囲のメタクロレインの含分で固定床反応器に導入することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 固定床反応器から連続的に取り出した液相の残留含分を脱水し、続いて、水分が減少したメタクロレインとメタノールとを含む混合物を固定床反応器に返送することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 固定床反応器の別の箇所で液相をさらなる後処理のために連続的、半連続的または回分式に取り出すことを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 系からの排ガス中の酸素濃度が8体積%未満であることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 固定床反応器から取り出した液相のpH値を、6から8.5までの値に調節することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- メタクロレインを、固定床反応器に供給する前にメタノールの存在下で蒸留により脱水することを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 固定床反応器を、触媒体積/反応器容積の比0.2超で運転することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
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