JPH01127042A - 触媒 - Google Patents

触媒

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JPH01127042A JP63189527A JP18952788A JPH01127042A JP H01127042 A JPH01127042 A JP H01127042A JP 63189527 A JP63189527 A JP 63189527A JP 18952788 A JP18952788 A JP 18952788A JP H01127042 A JPH01127042 A JP H01127042A
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    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132Preparation 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
    • C07C29/136Preparation 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、特に、優れた活性と熱安定性を有する、水素
化の銅クロマイト触媒、その製造方法、触媒組成物およ
びその使用方法に関する。
(従来の技術) 銅クロマイトは、特にカルボン酸エステルからアルコー
ルへの水素化反応のように一般に反応を達成するのが困
難とされている水素化反応に適している活性水素化触媒
であると、長い間認められてきた。たとえば、US−A
−2040944、US−A−2079414、および
PR−A−1278722には各々、銅クロマイト触媒
の製造方法およびカルボン酸エステルの水素化反応での
銅クロマイト触媒の使用が開示されているo John
 Wiley and 5ons社発行(1978) 
、M。
Freifelder著、“有機合成における触媒水素
化反応2の129頁以降には、カルボン酸エステルの水
素化反応(または、時々水素化分解と名付けられるが)
の触媒にバリウムで活性化された銅クロマイトが選択さ
れている。
John Viley and 5ons社発行(19
54)、’ Organic  Reactlonn”
8巻には、エステルの水素化反応の触媒として銅クロマ
イトを使用することについての検討が記載されている。
この本の1章はfloffler Adkinsが執筆
しており、“エステルからアルコールへの触媒水素化反
応”と題されている。“銅クロマイト”触媒は、おおむ
ね等モルの酸化銅と銅クロマイト、すなわち、CuOと
CuCr2O4の混合物としてより正確に記載されてい
る。
Klrk−Otha+er著“化学技術辞典” (第3
版)1巻、733〜739には銅クロマイトを使用した
カルボン酸エステルの水素化反応の実験条件がさらに記
載されている。
水素化触媒である銅クロマイトを使用できる他の水素化
反応には、カルボン酸からアルコール、アルデヒドから
第1アルコール、ケトンから第2アルコール、芳香性へ
テロ環化合物から水素化された化合物、ニトロ化合物か
ら第1アミン、不飽和オレフィンを含む化合物から飽和
された対応する化合物への水素化反応がある。銅クロマ
イト触媒の他の使用方法として、アルコールからアルデ
ヒドへの脱水素化反応が挙げられている。
非常に多くの特許明細書には銅クロマイト触媒のエステ
ルの水素化反応での使用が記載されている。たとえば、
CB−A−1454440およびGB−A−14642
83には、液相工程でマレイン酸ジエチルを銅クロマイ
トを用いて水素化しブタン−1,4−ジオールとテトラ
ヒドロフランを製造することが記載されている。DE−
A−2719887には、銅クロマイトを用いてコハク
酸ジ(C−C7アルキル)を水素化する同じ反応が記載
されている。US−A−4172961には銅クロマイ
ト触媒を使用してブトキシコノ\り酸ジブチル、マレイ
ン酸ジブチルおよびフマル酸ジブチルの混合物の水素化
が記載されている。US−八−4032458には、各
工程で銅クロマイト触媒を使用して、マレイン酸ジアル
キルを水素化し、対応するコノ\り酸ジアルキルを生成
し、それをさらに水素化し、ブタン−1,4−ジオール
を生成する2つの水素化反応の工程が記載されている。
文献には、銅クロマイトまたはバリウムで活性化された
銅クロマイトを用いた多くの他の同様なエステル水素化
工程が記載されている。
EP−A−0143834およびWO−A−86103
189には、マレイン酸ジエチルのようなマレイン酸ジ
アルキルを気相で、2以上の工程により水素6化して、
ブタン−1,4−ジオールを生成する製造方法が記載さ
れテイル。WO−A−88/ 07358には、第1に
重要な生成物がγ−プチロラクタンである同様の製造方
法が記載されている。EP−A−0143834の前還
元方法では、N2下、42バールで175℃まで銅クロ
マイト触媒を前加熱し、その後、2%のN2を含むN2
の混合気体を8時間導入し、さらに、10%のN2を含
むN2の混合気体を16時間導入し、その後、純粋なI
I2を12時間導入する。WO−A−88103189
およびw。
−A−86707358にはともに、触媒を前還元する
ために、11  を含むN2の混合気体(1%から15
%のN2を含む)をほぼ120℃からほぼ180℃で数
日間導入する前還元方法が記載されている。
US−A−4112245には、100℃から450℃
の温度で、0、ローから10気圧の水素圧で行う、銅ク
ロマイト触媒の前還元が推められている。
EP−A−0060787には、気相で銅クロマイト触
媒下でシュウ酸ジアルキルを水素と反応させてエチレン
グリコールを製造する方法が示されている。この明細書
には、触媒の還元方法が示されており、その方法では、
市販で人手できる銅クロマイト触媒、 Ca1sica
t  コード番号E−103TRを粉砕し、ほぼ当体積
のγ−アルミナと混合し、窒素下で時間当りほぼ28℃
からほぼ56℃の速度で140”cまで加熱し、その後
、窒素流の中で3時間加熱し、さらに、温度を操作温度
(180”cから240”C)に上昇させるとともにガ
ス流のN2の濃度を100%に増やしていく。
触媒の前還元工程は、気相の反応工程には一般に必要で
あるが、多くの液相の反応工程では、カルボン酸エステ
ル、他の水素化されうる液体の物体または、不活性溶媒
によるそれらの溶液の存在下において触媒はしばしば自
然に還元される。GB−A−1344557にはそのよ
うな反応工程の例が示されている。
CB−A−1454440には、100から300 k
g/ cノの水素圧で200℃から2130℃まで加熱
して銅クロマイト触媒の前還元ができることが記載され
ている。GB−A−1459335には、水素流の中で
、 1時間から10時間、200℃から300℃加熱し
て銅クロマイト触媒を活性化できることが記載されてい
る。
市販で人手できるエステル水素化触媒の銅クロマイトの
中には、Girdler G−13、G−22、G−8
9、G−99、Harshaw Cu−110BPSC
u−1107T 1/8  、Cu−1411PSCu
−L413P、、Cu−1422T 1/8  、Cu
−1800P、 Cu−1803P、 Cu−1910
PおよびHoudry53B CP触媒がある。 一般
に推められている触媒の製造方法は、窒素下で、150
℃から 160℃まで加熱し、その後、窒素を112に
徐々に置き替えていき、温度も 180°Cに上げる。
水素の濃度が体積で10%以上に増えたら、その後、温
度を200℃に上げる。
銅クロマイト触媒の化学的および物理的構造は文献で広
く研究されている。R,Becharaら著、Appl
ed Catalysis 、 1B(1985)、1
5−27頁によれば、ジエンの水素化における触媒の位
置は一対のH*、CuB  かり構成されている。著者
は酸化クロム銅を150℃、16時間、10%水素流下
で還元している。
A、D’Huysserら著、j、旧crosc、 5
pectrosc、 Electron、、2(6)、
609− 814頁では、非処理の状態、150℃から
 180℃で還元処理した後の状態、および200℃で
再び酸化した後の状態の銅クロマイト、CuCr  O
、CuO、を研究するために、X線光電子分光学を用い
ており、150℃、水素下で、銅はCu’ として存在
していると結論している。Nouv。
J、 Chim、、6(9)、 437−442頁、G
、Wrobelら著、Nouv、 J、 Chllll
、、旦−1No、5−1984、291−298頁には
、体積で10%の水素を含む窒素により還元される銅ク
ロマイト触媒を研究している同一の研究グループからさ
らにレポートが報告されており、そのレポートによると
、異なった技術手段により一連の酸化クロム銅が研究さ
れていてH*とCu  ”の核種がポリエンの選択的な
水素化反応において重要な役割を果していることが結論
されている。
この論文には、第3図に4つの還元された銅クロマイト
触媒の例の写真が掲載されており、その写真は背景構造
より不透明な幾つかの小さな粒子を示している。見本B
およびCでは、著者は粒子の大キサハオヨソ15−10
m(ほぼ100Åカラ25−10m(ほぼ100Å(1
50x10−10mから250 X 10” m )の
間であると推測している。2.09人(2,09X 1
0−10m )のX線解析のデータは、銅の粒子の大き
さは20−10m(ほぼ100Åから 25−10m(
ほぼ100Å(200X 10−10mから250 X
 1O−10rQ)であることを示しているので、著者
はこれらの粒子が残留のスピネル相の上に置かれた金属
銅であると考えることは論理的であると推考している。
さらに、INの塩酸で洗浄試験を行ったところ、銅は除
かれ微細構造のみとなったことからこの推論を確認した
。著者は、また、120℃から210℃の間で選択され
た一定の還元温度において熱重量分析の研究を行った。
著者は120℃以下では還元されないと報告している。
同じ研究グループからのもう1つの論文は、C,R,H
ebd、 5eances Acad、 Set、、 
Ser 、 283(8)、335−338頁 に掲載
されている。
F、M、Capece等、J、 Electron 5
pectrOsc、 Re1at。
Phenom、 、 27(2)(19g2)、 11
9−125頁には、前還元をしないで、200℃の大豆
油の液相水素化反応に用いられた、銅クロマイト触媒に
ついてのX線光電子分光学を用いた研究が掲載されてい
る。し。
E、 JohanssonおよびS、T、 Lundl
nは、J、 Am、、011Chem、 Soc、 、
 56(12)、974−980頁に報告されているよ
うに、大豆油および菜種油の液相水素化反応に用いられ
る銅クロマイト触媒を研究するために、X線解析を用い
た。カサ才力ら著、工業化学雑誌、73(4)、848
−651頁に報告されている脱水素化反応の銅クロマイ
ト触媒の活性についての研究では、200℃から350
℃の温度で純粋に水素のみの中で前還元を行っている。
Gustav R,Apaiら著、J、 Chem、 
Soc、 Commun (1984> 、 212−
213頁に掲載されている銅クロマイト触媒およびメタ
ノール製造におけるそれの活性についての研究では、2
70℃で20%の水素を含むヘリウム中で前還元を行っ
ている。Pragaleら著、J、 Am、 Oil 
CheLSoc、 、  59(II)、 465−4
69頁には、Gtrdler G−89またはG−13
の銅クロマイト触媒を、真空下、270℃で加熱し、そ
の後、0.9〜1バールで水素を導入して前還元を行う
ことが記載されている。日本人の著者であるアキラ イ
イムラら著、Bull、 ChemSac、 Jpn、
 、  56、2203−2207頁(1983)には
、50バールで循環系で水素を用いて、5つの固定の温
度、すなわち、 100℃、200℃、 300℃、4
00℃、500℃で、銅クロマイト触媒の前還元を行う
ことが記載されている。A、に、Banergeeらは
、ニトロベンゼンをアニリンとする水素化反応に使用す
る触媒の研究において、銅クロマイト触媒を水素下、2
00℃で前還元した。この研究はPert、 Tech
nol、。
18(3−4)、 131−134頁に報告されている
。G、 Wr。
bel らはMater、 Chem、6(1)、 1
9−43頁(1981)に、Cu/Crの原子の比が0
.8〜1,5の範囲である銅クロマイト触媒においてγ
−Cr203に近い立方相が観察されたことを報告して
いる。さらにまた、彼らは120℃〜210℃で10%
のII2を含むN2で処理すると、還元は同じ程度であ
ることを報告し、彼らは前還元に150℃の温度を選択
した。
J、W、Evans ら著、Applied Cata
lysis 、 7(1983)、31−41頁に掲載
されている銅クロマイト触媒を用いたギ酸アルキルの水
素化反応の研究では、前還元は16時間、215°Cで
行われている。
Jean JenckらはJournal  orCa
talysis 65 、133−140頁(1980
)で、−10mawshawのCu−0402T銅クロ
マイト触媒は、液体ケトンとともに高圧の水素下で反応
温度で触媒を処理する“湿式還元”方法により、最も活
性が高くなり安定となることを報告している。
銅クロマイト触媒の構造と活性に関する他の研究には以
下のものがある。
(a) B、5andilyaら著、Technolo
gy、 7(4)、 292−297頁 (b) C,Pragleら著、Inorg、Chim
、Acta、、  82(2)、157−180頁 (c)  F、5everinoら著、 Ind、En
g、Chem、Prod、Res、Dev、 、  2
2(3)、 39[1−401頁(d)  V、S、S
ubrahmanyamら著、Proc、Catsyp
o 80.  Natl、catal、5lI)、、5
th、Meeting Date 1980.278−
284頁 (e) D、に、Ghoraiら著、Fert、Tec
hnol、 、18(3−4)、140−151頁 (r)  V、N、5okolovaら著、Tr、Go
s、1nst、Pr1k1.に旧1゜68、5G−59
頁 (g)  K、S、Deら著、Proc、Natl、S
ymp、Catal、、4th、Meetlng Da
te 197g、 459−462頁(h) J、A、
5chreifeles ら著、Appl、5pect
rosc、 。
33(4)、 380−384頁 (i) P、に、Gallaghcr ら著、Cata
l、Org、5ynth、、[C。
nr−]+5th1Meeting Date 197
5、113−136頁(j) N、V、Vcberら著
、Zh、Pr1k1.Khlm、 (Lenlngra
d) 、48(8)、 1857−1859頁(k) 
R,P、RastogI  ら著、J、Catal、、
  85(1)、 25−30頁 (発明が解決しようとする課題) 我々の実験において、我々は、銅クロマイト触媒の前駆
体を、6%の水素を含む窒素流の中で、分当り 5℃ま
たは分当り30℃で、18℃から 650℃まで加熱す
ると、ほぼ140℃以下の温度では、水素の吸収がなか
ったことを見い出した。水素の吸収は、CuOがCu1
またはCu’へ還元されることを示している。低い加熱
速度、すなわち、5℃/分では、215℃で1つの水素
吸収のピークが観察された。一方、高い加熱速度では、
370℃で水素吸収のピークが観察された。これらの結
果は、140℃以下の温度では、水素は銅クロマイト触
媒の構造になんの影響をもたらさないことを強く示唆し
ている。
通常の前還元の技術、特に触媒製造者が推奨する技術に
より、鋼クロマイトの前駆体から活性な触媒の核種を製
造すると、もたらされる水素化触媒の活性は、特に、マ
レイン酸ジエチルのようなマレイン酸ジアルキルを、気
相で、水素化しブタン−1,4−ジオール、γ−ブチロ
ラクトンおよびテトラヒドロフランの混合物を製造する
時、幾らか限定される。
従って、気相の条件で行うマレイン酸ジアルキルおよび
その他のエステルの水素化のような水素化反応に使用す
る、かなり活性の強い触媒を製造するために、銅クロマ
イト触媒の前還元のより好ましい方法が必要とされてい
る。
また、より活性な構造の銅クロマイト水素化触媒の供給
が必要とされている。
従って、本発明は、特に活性な構造の銅クロマイト水素
化触媒を提供することを目的とする。さらに、本発明は
、従来の方法よりもかなり活性の高い触媒を製造できる
銅クロマイト触媒の前還元の改善された方法を提供する
ことを目的とする。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) ほぼ140℃以下、減圧下で、銅クロマイトが加熱され
ても認められる反応はなかったのであるが、我々は、驚
くべきことに、減圧下で常温からほぼ140℃まで銅ク
ロマイトの前駆体をゆっくりと加熱するようにコントロ
ールすると、前還元された銅クロマイト触媒の活性が非
常に強められることを見い出した。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、還元
された銅の実質的に全ての粒子の大きさが約300 X
 110−1O以下(約300Å以下)であり、平均の
粒子の大きさ約100 X 10” to  (約10
−10m(ほぼ100Å)以下であり、実質的に無定形
のクロミウムを含む担体の上に均一に分布されているこ
とを特徴とする還元された鋼クロマイトから構成された
水素化触媒、その製造方法、上記触媒を含む触媒組成物
およびその使用方法を提供しようとするものである。 
   ′ 本発明によれば、還元された銅の実質的に全ての粒子の
大きさがほぼ300 X IN” ra以下(ほぼ30
0Å以下)であり、平均の粒子の大きさほぼIDOX 
10” r−10m(li4t’ 100A) 以下テ
ア’)、実質的に無定形のクロミニウムを含む担体の上
に均一に分布されていることを特徴とする還元された銅
クロマイト(cupper chromite )から
構成された水素化触媒を提供できる。好ましくは、還元
された銅の実質的な全ての粒子の大きさはほぼ100 
X 1O−10I−10m(ほぼ10−10m(ほぼ1
00Å)以下である。銅の粒子の大きさは、通常の透過
性電子顕微鏡の技術によって測定することができる。
ほぼ3(10X 1O−10tn  (ほぼ30−10
m(ほぼ100Å)以上の粒子は含まず、好ましくは、
ほぼ100 X 1O−10ra  (ほぼ10−10
m(ほぼ100Å)以上の粒子は含まない本発明の触媒
に対して、通常の前還元の技術により銅クロマイトの前
駆体から製造された水素化触媒の銅クロマイトは、粒子
の大きさはほぼ300 X LNlom  (ほぼ30
−10m(ほぼ100Å)よりかなり大きく、たとえば
、ほぼ1500X 10”−10m  (ほぼ150−
10m(ほぼ100Å)までもしくはそれ以上であり、
平均の粒子の大きさはほぼ800 X 10”m (ほ
ぼ30−10m(ほぼ100Å)である銅をかなりの割
合で含んでいる。このために、通常の技術で前還元され
た銅クロマイト触媒では、露出した銅の表面積はかなり
少ない。典型的な実験において、通常の技術によって前
還元された触媒は、20℃でN20の分解で測定すると
ほぼ4.5  m2/gの銅の表面積を有する。一方、
本発明による触媒の対応する典型的な数字はほぼ18.
5  m2/gである。
最近の実験結果は全て、水素化触媒である銅クロマイト
の触媒活性は、前還元により出現した還元された金属銅
の粒子に依存することを示す傾向がある。このため、水
素化反応における触媒の活性は、還元された金属銅の露
出した表面積に多かれ少なかれ直接関係していることが
推察される。
すなわち、露出した還元された金属銅の表面積が大きけ
れば大きい程、触媒の水素化活性は、特に、気相条件に
おいて、大きくなる。
本発明は、さらに好ましくは、20℃でN2oの分解に
より測定された表面積が少なくともほぼ15、OT[1
2/触媒gであることを特徴とする還元された銅クロマ
イトから本質的に、構成される水素化触媒を提供する。
本発明による触媒の好ましい形態では、触媒に含有され
る銅の実質的に全てが、還元された銅の粒子として存在
している。
触媒の前駆体において、Cu:Crの原子比がほぼ0.
2:  1からほぼ4:1、たとえば、ほぼ 2,5:
lであるのが好ましい。しばしば、Cu:Crの原子比
はほぼ0.6:  lからほぼ2.o:  1であり、
典型的には、ほぼ0.75  :  1からほぼり、5
:  1である。
特に好ましい触媒の前駆体では、Cu:Crの原子比は
ほぼ 1.2:  lからほぼり、4:  1、たとえ
ば、ほぼ 1.3:  1である。
このような触媒前駆体は、さらに、通常の単体、結合剤
および/または助触媒の幾つかを含んでもよい。従って
、前駆体は、たとえば、重量でo、。
1%からほぼ10%まで1つ以上の、γ−アルミナ、酸
化バリウムおよび酸化マンガンのような助触媒を含んで
もよい。銅クロマイト前駆体は、α−アルミナ、シリカ
−アルミナ、酸化トリウム、炭化ケイ素、酸化チタン、
酸化ジルコニウムまたは炭素のような不活性の担体によ
って支持されてもよい。不活性担体の濃度は、重量で、
触媒前駆体のほぼ1%からほぼ15%の範囲でよい。
望ましくは、触媒前駆体は、良く知られているBET法
により測定された時、少なくともは+#20m2/g好
ましくは少なくともほぼ40Tn27gである内部の面
を何するとよい。典型的には、ほぼ100μmの大きさ
を越えない粒子を有する粉体の形で存在する。このよう
な粉体は、固定された台の操作に使用できるように、通
常の技術で、通常の結合剤および潤滑剤を用いて、柱状
粒、輪、サドル等、通常のいかなる触媒の形状にも形成
できる。
本発明は、また、水素化触媒の製造方法を提供する。そ
の製造方法は、銅クロマイトをかなりの触媒が前還元(
pre−reduct 1on)されることが認められ
る前還元温度より低い温度で還元ガスの中に浸すことに
より前−前還元処理(ante−pre−reduct
ton) シ、次に、銅クロマイトを減圧下前足前還元
温度で加熱することにより前還元処理することを特徴と
する。常温から前記の前還元温度に加熱するのは、通常
、還元ガスの中で行われる。この方法は、通常銅クロマ
イト触媒の前駆体の製造者が勧める、常温からほぼ17
0℃への加熱が還元ガスの存在の中で行われる点で異な
る。銅クロマイト前駆体から活性な触媒が製造される時
、どのようなメカニズムが存在するかは正確には知られ
ていないが、少なくとも、メカニズムの中には、酸化銅
のある部位が金属銅に還元されることが含まれることは
明らかであろう。
前還元温度(還元ガスが還元成分として水素を含んでい
る時は、典型的にはほぼ140°C)より低い温度では
、触媒前駆体と還元ガスの間では反応は認められないが
、きわめて少量の酸化銅は事実還元され、それにより、
露出されたカメラの写真のフィルムに現れる極微小物体
の銀原子の核構成と類似した方法で、極微小物体の銅原
子の核構成が現われることが、明らかである。う。肉眼
では、露出された写真のフィルムに潜在的な像を認める
ことはできないが、還元剤に浸す通常の現像処理の結果
、認めることができるようになる。同様にして、本発明
の前−前還元処理は、銅原子の膨大な極微小物体の核構
成からなる“潜在的な像”を生成すると仮定される。銅
原子は、個々に、非常に多数の、粒子の大きさがほぼ3
0XIOm(ほぼ3−10m(ほぼ100Å)からほぼ
300X10m(ほぼ30−10m(ほぼ100Å)で
あり、平均の粒子の大きさがほぼ50XLO−10mく
ほば5−10m(ほぼ100Å)である金属銅の小粒子
になりえる。
従って、結果的に得られる水素化触媒の銅クロマイトは
対応する金属銅の大きな露出した表面積を有することが
確認される。一方、通常の前還元技術が行われ、水素含
有ガスの中で、ほぼ140℃およびそれ以上の温度に急
速に前加熱されるならば、または、触媒は水素含有ガス
と接触する前に不活性ガスの中で少なくともほぼ 14
0℃の温度に前加熱されるならば、第一に、酸化銅から
金属銅への引き続く還元のために、中心となる銅原子の
核構成がほとんどなく、典型的な粒子の大きさがほぼ1
500X10    m(ほぼ150−10m(ほぼ1
00Å)またはそれ以上である、金属銅の比較的大きな
結晶が形成される。
従って、銅の還元された露出した表面積がずっと少なく
なり水素化反応での触媒活性が低くなる結果となる。
適切な温度一時間のプロフィルを採用し、前還元区域へ
の人口、出口ガスの構成を監視することにより、最も低
い可能な温度で、前−前還元工程または均熱工程(so
aking 5tep)のいかなる反応も常に進行し、
温度が再び意味ある値まで上昇する前に、可能な限り完
全に進行することを確認できた。さらに、発熱の前−前
還元反応の結果として発生する熱は、触媒に熱によるダ
メージを与える危険を最小とするため、還元ガスにより
取り除く。
触媒前駆体は銅クロマイトから構成される。たとえば、
本質的に銅クロマイトから構成されてもよいし、バリウ
ムにより活性化された銅クロマイト、マンガンにより活
性化された銅クロマイト、または助触媒としてバリウム
とマンガンを両方含む銅クロマイトから構成されてもよ
い。
本発明の好ましい製法における均熱工程では、銅クロマ
イト触媒前駆体は、常温(たとえば、ほぼ15℃からほ
ぼ25℃、典型的にはほぼ20℃)と前還元温度(典型
的にはほぼ140℃)の間の温度で、還元ガスの中に保
持される。均熱は、常温より低い温度、たとえば0℃ま
たはそれ以下で開始できるが、付加的効果は、たとえあ
っても、はとんど得られない。均熱工程では、還元ガス
は、典型的には、水素、一酸化炭素のような他の還元ガ
スまたはそれらの混合体を含む。均熱工程の間は、常温
から前還元温度までずっと還元ガスの中で触媒前駆体を
加熱するのが好ましいが、不活性ガスの中で加熱を開始
し、適度に上昇した温度(たとえば、ほぼ40℃からほ
ぼ50℃)で還元ガスを導入することも可能である。し
かしながら、均熱工程の温度が前還元の温度に近い程、
触媒前駆体が還元ガスに常に接触していることが重要で
あることが、この工程の本質的な性質である。
本発明の好ましい製法における均熱工程では、触媒前駆
体は制御された条件で、常温(たとえば、ほぼ20°C
)から、還元ガス下で加熱される。還元ガスの好ましい
構成は、少量の水素ガスと多量の1つ以上の不活性ガス
からなる。不活性ガスには、窒素、アルゴン、ネオン、
メタン、エタン、ブタンまたはそれらの2つ以上の混合
体がある。特に好ましい工程では、還元ガスは、少量の
水素と、多量の窒素、好ましくは実質的に酸素を含まな
い窒素の混合体である。
本発明の製法における均熱工程は常圧または減圧で行っ
てもよいが、好ましくは、ほぼ 1バールからほぼ20
バール、特に好ましくはほぼ2バールからほぼ10バー
ルの加圧で行われる。
水素または他の還元ガスの分圧は、ほぼ0.1バール以
下である必要があり、均熱工程の間は、ほぼ0.005
バールからほぼ0,05バールまでの範囲でもよい。
本発明の特に好ましい工程は、少量の水素を含んだ還元
ガス中で常温からほぼ120℃まで触媒前躯体を加熱す
る。常温からほぼ120℃までの触媒前駆体の予備の加
熱は、好ましくは、制御された速度で行われる。典型的
には、この予備の加熱工程はほぼ30分からほぼ3時間
またはそれ以上、たとえばほぼ90分かかる。温度は、
均熱工程の間、実質的に直線的に上昇する、またはたと
えばほぼ5℃からほぼ10℃の程度で再び温度が上昇す
るまで一定期間実質的に同じ温度を維持して段階的に上
昇する。全ての時間、前還元区域の入口および出口のガ
スの構成が互いに同一・となる還元条件下で触媒前駆体
を保持できるような加熱速度の温度一時間のカーブに従
って、触媒前駆体をほぼ120℃からほぼ170℃まで
の範囲で加熱してもよい。
好ましくは、温度はほぼ120℃からほぼ170℃まで
直線的に上昇する。他の方法では、加熱は段階的に、通
常はほぼ10℃づつで行われ、各加熱の前、間、後には
、前還元区域への入口および出口のガスの構成は注意深
く監視される。典型的な操作条件では、ほぼ120℃か
らほぼ170℃までの温り範囲において、温度上昇速度
は、ほぼ1℃/時間からほぼI5℃/時間たとえば、ほ
ぼ10℃/時間である。
ほぼ120℃からほぼ170℃までのこの加熱工程では
、ガスの流速は一般に、ほぼ400/時間からほぼ60
00/時間またはそれ以上、たとえば、ほぼ3000/
時間であるガスの時間当りの空間速度(0℃、 1バー
ルで測定される)に対応する。
還元ガスの構成は操作圧力に依存する。合計の圧力が低
い程、還元ガスの水素Φ濃度は高くなる。
好ましい操作条件では、典型的な水素濃度はほぼ0.1
%v/vからほぼ1%v/v 、たとえばほぼ0.5%
v/vである。
触媒前駆体がほぼ170℃の最終温度に達すれば、水素
の分圧は徐々に増加させる。しかしながら、触媒活性化
のこの間は、前還元区域への入口および出口のガスの構
成が、全ての時間を通し実質的に同一であるように厳密
に監視されなくてはいけない。
触媒前駆体が前還元温度に達した時に、発熱の触媒の前
還元工程により放出される熱で触媒がダメージを受ける
危険を最小とするために、過剰の水素または他の還元ガ
スを存在させてはならない。
前還元された触媒の再酸、化を避けたいのならば、前還
元の後、触媒は全ての時間水素を含有するガスの中に保
持しておかなくてはならない。
本発明に従って製造された前還元された触媒は、おそら
く、銅の粒子の再酸化によると考えられるが、酸化され
やすい。本発明の製造方法により製造された前還元され
た触媒が注意深く再酸化されると、その後、引き続き再
還元された時、再還元された触媒が本発明の前還元処理
により強められた活性を保持し、その銅の粒子が実質的
に初めの前還元処理の後と同じ粒子の大きさの分布およ
び同じ還元された金属銅の面積(N20の分解により’
61j定する)を有していることが、さらに、見い出さ
れた。従って、銅粒子を焼結したり塊りにすることなし
に、前還元された触媒を再酸化できることが証明された
従って、本発明は、また、前還元された泪クロマイトを
注意深く酸化することにより得られる再酸化物に関する
。本発明は、また、そのような再酸化物を再還元して得
られる、再還元された触媒に関する。
このように、本発明は、さらに、実質的に全ての粒子の
大きさがほぼ300 X 10” m以下(ほぼ300
Å以下)であり、平均の粒子の大きさがほぼIQQ X
 10−10m  (ほぼ10−10m(ほぼ100Å
)以下であり、無定形のクロミウムを含む担体に実質的
に均一に分布し、銅を多く含む粒子から構成されること
を特徴とする銅クロマイトの組成物を提供する。銅を多
く含む粒子は各々ほぼ20より多く、普通は少なくとも
25から30の銅の原子を含む集合体である。再酸化さ
れた組成物において、銅を多く含む粒子の正確な性質は
まだはっきりしてない。しかしながら、少なくとも、そ
れの表層は酸素を含み、おそらく、亜酸化銅(Cu20
 )および/または酸化銅(Cub)からなる。このよ
うな銅を多く含む粒子は、まだ金属の銅を含んでいる核
を有しているかもしれなか、さらに、亜酸化銅(Cu2
0 )および/または酸化fn (CuO)から構成さ
れている。前還元された組成物では、銅を多く含む組成
物は実質的に純粋な金属の銅から構成されると信じられ
ている。
前還元された銅クロマイトを再酸化する適切な技術は、
ほぼ170℃またはそれ以上の最終温度から室温まで触
媒を冷却し、酸素を含まない窒素で清浄し、その後、出
口のガスの温度が入口のガスの温度と同じになるまで、
体積で2%の0□を含むN2の混合ガスを通過させる。
その後、ガスの0□の含有量を、入口と出口の温度を監
視しながら、空気を入れ、ガスが空気に置き変わるまで
、ゆっくりと増やしていく。このようにして再酸化され
た物質は使用するまで大気中に保存する。通常の方法で
酸化物を再還元しても、少なくとも強められた触媒活性
をいくらか保持することは可能であるけれども、本発明
の方法による前記還元方法を行うことが好ましい。
本発明の水素化触媒は、広く各種の不飽和有機化合物か
ら少なくとも1つのその水素化物を生成する水素化反応
に、使用できる。そのような不飽和有機化合物の例とし
て、エステル、カルボン酸、ニトロ化合物、およびオレ
フィンの不飽和化合物がある。本発明の水素化触媒の他
の用途は、第1アルコールからアルデヒドへの脱水素化
がある。
そのような反応は、液相反応または、適当な反応条件下
での気相反応として行われる。典型的な反応条件は、常
圧、より一般には高圧で、典型的にはほぼ1バールから
ほぼ250バールまでの範囲で、高温で、典型的にはほ
ぼ50℃からほぼ300℃までの範囲である。
本発明の触媒を用いて水素化できるエステルの例として
は、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸と
、−価アルコール(アルカノールのような)、二価アル
コール(グリフールのような)または多価アルコール(
グリセロールのような)とのエステルがある。水素化に
よるアルコールの製造のために商業的に重要なエステル
には、一般式 %式% (式中、RとR′は、各々他と関係な(,01〜C18
のアルキル基を示す。) で示されるアルキルカルボン酸のアルキルエステルがあ
る。その中には、エタノールを製造するための酢酸メチ
ルおよび酢酸エチル、n−プロパツールを製造するため
のn−プロピルプロピオネート、n−ブタノールを製造
するためのn−ブチルブチレート、2−エチルヘキサノ
ールを製造するための2−エチルヘキシル2−エチルヘ
キサノエート、ドデカノールを製造するためのメチルラ
ウレート、ヘキサデカノールを製造するためのメチルパ
ルミテートおよびメチルパルミトレート、オクタデカノ
ールを製造するためのメチルステアレート、メチルオレ
ートおよびメチルオレ−トが含まれる。水素化の対象と
なる他の商業的に重要なエステルには、長鎖のアルカノ
ールを製造するためのそれに対応する長鎖の脂肪酸のグ
リセリドがある。たとえば、エチレングリコールの製造
のためのメチルグリコレートおよびエチルグリコレート
のようなグリコール酸のアルキルエステルおよびクリセ
リルステアレートがある。水素化の原料として使用でき
るジカルボン酸エステルには、エチレングリコールを製
造するためのシュウ酸ジメチルおよびシュウ酸ジエチル
のようなシュウ酸ジアルキル、ブタン−1,4−ジオー
ル、γ−ブチロラクトンおよびテトラヒドロフランを製
造するためのジメチル、ジエチル、ジ−n−ブチルのマ
レイン酸、フマル酸、コハク酸のエステルのようなジア
ルキルのマレイン酸、フマル酸およびコハク酸のエステ
ルがある。典型的な気相の反応条件は、圧力はほぼ5バ
ールからほぼ50バールまでの範囲であり、温度はほぼ
150℃からほぼ240’Cまでの範囲であり、水素と
エステルの原子比はほぼ100:  lから 500:
  1までである。水相での反応条件は、圧力と温度は
より高くてもよく、たとえば、ほぼ200バールからほ
ぼ280バールまで、および、ほぼ280℃からほぼ3
30℃までの範囲であり、典型的には、少なくとも、そ
れぞれ、ほぼ70バール、ほぼ240℃である。
水素化されて第1アルコールとなるアルデヒドの例とし
て、ベンズアルデヒド、フルフラール、およびn−ブチ
ルアルデヒドを挙げられる。本発明の触媒を用いて水素
化されて第2アルコールとなるケトンには、アセトン、
メチルエチルケトン、ビナコロン、ベンゾフェノン、お
よびアセトフェノンがある。水素化されて非芳香族性の
へテロ化合物となる芳呑族性のへテロ化合物には、ピリ
ジンおよびキノリンがあり、それぞれ、ピペリジンおよ
びテトラヒドロキノリンが生成物である。ニトロベンゼ
ンからアニリンへの水素化は、ニトロ化合物を用いた水
素化反応の例である。本発明の触媒を使用できる、オレ
フィンの不飽和化合物を含む水素化反応の例として、シ
クロヘキセンからシクロヘキサンへの水素化が挙げられ
る。典型的な反応条件は、ほぼ5バールからほぼ150
バールの圧力およびほぼ50℃からほぼ150℃の温度
である。この反応は液相でも、気相でもよい。
実施例 本発明を以下の実施例に従ってさらに詳細に説明する。
実施例1 本実施例に使用する装置を第1図に示す。粒状の銅クロ
マイト触媒の前駆体(Davy Mckee(Lond
on)社、250 Eu5ton Road、 Lon
don、 NWI 2PC,Englandから入手で
きるPG 85/1の銅クロマイト触媒) 50m1を
装填した。この粉砕された物質はほぼ2mm X 2+
no+の粒状であった。PG 85/lの銅クロマイト
触媒の通常の化学構造は、Cuが重量で42%でCrが
重量で26.5%であり、これはCu/Crの原子比が
1.26に対応する。BET法により測定した表面積は
、40m2/gである。
この装置は流動層の砂の電解槽(図示せず)により加熱
された。ガスは圧力調節機および流れ制御機(図示せず
)により、ライン1から、多くのスチールのボールを含
む蒸発器2の底まで、導入された。以下に述べるような
方法に従って、触媒が前還元されると、エステルは、ラ
イン4から蒸発器2へ、液体の状態で計量されながら供
給された。エステルとガスの気化された混合体は、前加
熱コイル5を通り、反応器6へ移動した。これは、触媒
の棚7が載っているグラスポールの層を含んでいた。反
応器6の上端には、濃縮器(図示せず)、さらに、圧力
低下バルブ(図示せず)につづく排出管8が取り付けら
れていた。出口のガスの流速(gas Now rat
e)は、湿式ガスメーター(図示せず)を用いて、濃縮
器の下流で測定した。触媒棚からこの出口の端の温度は
、熱電対9により監視された。
濃縮物の構成は、長さ 1,82メートル、内径3.1
8 n+mのステンレスのカラムで、10%のコハク酸
ジエチレングリコールを含んだC,hromosorb
 PAW。
流速30 ll1l/分のヘリウムガス、突先イオン化
検出器を用いたガスクロマトグラフィーにより分析され
た。この装置にはピーク積分器を有するチャート記録計
が取り付けられており、既に構成が分っている、マレイ
ン酸ジエチル、コハク酸ジエチル、γ−ブチロラクトン
、ブタン−1,4−ジオール、テトラヒドロフラン、エ
タノールおよび水の混合物を用いて目盛りを定めた。ピ
ークの同定は、問題となる物質の確実な見本の保持時間
と比較して確かめられ、かつ、質量分析法により確かめ
られた。
同様なガスクロマトグラフィーの技術を用いて、この装
置から排出されるガス流を分析した。
以下のようにして、触媒の前還元が行われた。
粒状のPG 85/lの触媒前駆体50 ff1lを反
応器6に装填した後、装置全体を、常温で1.150リ
ットル/時間(0℃1/<−ルで測定)の流速で4.4
5バール(50psig )の窒素で一掃した。
その後、ガス構成は0.5%v/v H2を含む窒素に
変え、圧力および流速は一定に保つ。反応器の温度は、
その後、1.5時間かけて、常温から120℃に上げた
砂の電解槽の温度が100℃に達したときに、出口のガ
ス構成と入口のガス構成が同一であることを確認するす
るために、出口のガス流を分析した。
1時間かけて、温度を120℃から 130℃へ上昇さ
せ、その間、15分おきに、出口と入口のガス流のII
2の濃度が同じであることを監視した。
その後、各段階に1時間かけて、130℃から 140
°Cまで、 140℃から 150℃まで、 150℃
から 160℃まで、温度を上昇させた。出口と入口の
ガス流のN2の濃度が同じであることを確認した後に、
温度を10℃づつ上げるのが望ましい。
温度が160℃に達した時に、出口のガス流のN2の濃
度が人口のガス流と同じになるまで、触媒をこの温度で
保持した。その後、15分おきに入口と出口のガス流を
分析しながら、1時間がけて温度を170℃に上昇させ
た。
反応系が170℃に安定し、入口のガス流のN2の濃度
(0,5%V/V )が出口のガス流と同じとなったな
ら、入口のガス流のN2の濃度を徐々に1.0%V/V
に増加させ、そのガス流を、出口のガス流が同じ組成(
すなわち、N2中1% v/v H2)となるまで、維
持した。次に、入口のN2の濃度を徐々に2時間かけて
N2中5%Vハに増加させ、そのガス流を、入口と出口
の水素のレベルが同じになるまで、再び維持した。次の
1時間かけて、同じようにして、入口のN2の濃度を1
0% V/Vに増加させた。反応系がN2中10% ■
/vH2のレベルに再び安定し、入口と出口のガス構成
が同じとなったなら、次の 1時間かけて、水素濃度を
徐々に100%v/vに増加させた。圧力は28,6バ
ール(400psig)に上げて、そのレベルを3時間
維持した。
そして、活性化された触媒が使用できる状態となった。
マレイン酸ジエチルを、液状で、0.15 /jrの空
間速度(space velocity)で、蒸発器2
に供給した。反応温度は、170℃であり、112/エ
ステルの原子比は300:  lである。濃縮物と出口
のガス流の分析により、反応溶液中にマレイン酸ジエチ
ルが検出されないので、マレイン酸ジアルキルはすみや
かにコハク酸ジエチルに変換されることが示された。反
応溶液は、コハク酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、ブ
タン−1,4−ジオール、テトラヒドロフランおよび水
を含み、さらに、2−エトキシテトラヒドロフランと2
−エトキシブタン−1,4−ジオールを含む極微量(各
々 0)01モル%以下)の副生成物を含んでいた。銅
クロマイトの棚を構過しマレイン酸ジエチルは容易に水
素化されコハク酸ジエチルとなり、生成されたコハク酸
ジエチルの98.2%が、生成物(すなわち、γ−ブチ
ロラクトン、ブタン−1,4−ジオール、テトラヒドロ
フランおよび水)となったことが、分析結果より計算さ
れた。
(比較例A) 別の粒状のPG 85/lの触媒サンプル501を実施
例1で使用した装置に装填し、以下のように活性化した
。装置を圧力テストし、室温で窒素を流した後、流速を
時間当りのガスの空間速度3000 /時間、すなわち
、150リットル/時間(0℃、lバールで測定)と等
しくシ、圧力を4.45バール(50psig )とし
た。反応器は、その後、140℃に加熱した。140℃
の安定した温度に達した後、ガスの構成をN 中062
%V/V II 2とした。この条件で48時間経過し
た後、または、48時間近く経過し入口の112濃度が
出口のH2a度と等しくなった時、徐々に最低24時間
かけて、入口の112a度をN2中1% v/v H2
に上げた。その後、温度を、出口のN2濃度がN2中1
% v/v H2となった後から24時間、140℃に
維持する。温度を、その後、180℃に上昇させ、その
温度を24時間維持した。その後、人口のN2濃度を2
4時間かけて100%に上げた。使用する前に、触媒を
、この温度で12時間から24時間の間、N2ガスの中
に保持した。
そして、活性化された触媒が使用できる状態となった。
このようにして活性化された触媒を用いて、実施例1の
水素化の実験を繰り返すと、170°Cの温度で、28
.6バール(400psig)の圧力で、112 。
エステルの原子比が300:  lで、マレイン酸ジエ
チル(液状で、時間あたりの空間速度0.15 /hr
で供給される)は再びすみやかにコハク酸ジエチルに変
換された。しかしながら、引き続く他の生成物(すなわ
ち、γ−ブチロラクトン、ブタン−1,4−ジオール、
テトラヒドロフランおよび水)への変換は、ずっと少な
い、すなわち、15.3%であった。
この結果は、本発明により活性化された触媒は、通常の
方法により活性化された銅クロマイト触媒と比較すると
、より強い活性を付していることを示している。・ 実施例2〜4 4.5 X 4.5 +ua (Dペレット状のPG 
85/l銅クロマイト触媒のサンプルを粉砕し、ほぼ2
 X 21mmの小粒とした。このような小粒31を第
1図に示すような装置の触媒室6に載せた。酸素を含ま
ない窒素を、4.45バールの圧力で、200リットル
/時間(0℃、1バールで測定)の流速で、室温(20
℃)で、30分間、反応室を通過させた。その後、水素
に窒素流をいれて、同じ流速で0.2%水素を含む窒素
流とした。0.2%水素を含む窒素流が同じ流速を維持
するようにして、反応室6の温度を、徐々に2時間かけ
て、140℃に上げた。入口と出口のガスは熱伝導率に
より常に監視された。
水素の吸収が検出されなくなった時に、ほぼ24時間か
けて、ガス流の水素レベルを1%に増加させた。
さらに水素の吸収が検出されなくなった時に、温度を時
間当り 5℃づつ上げて160℃とし、この温度を4時
間維持した。その後、以下の操作を行った。
(a)水素濃度を徐々に5%レベルにして、この条件で
反応系を4時間維持した。
(b)触媒温度を時間当り 5℃づつ上げて180℃と
し、この温度で反応系を4時間維持した。
(C)触媒温度は180℃で、6時間かけて、最終的な
水素レベルを100%とし、この反応系の条件を18時
間維持した。
この還元工程が終了した後、触媒を酸素を含まないヘリ
ウム流の中で20℃まで冷し、銅の表面積を、80℃で
以下の等式のように亜酸化窒素で銅の表面を還元するこ
とにより、測定した。
2Cu  +  N  O−・−−−−>  Cu2O
+  N21m”当り 1.88 X 1019の銅の
原子の表面積が露出していると仮定すると(B、E、5
undqu1st 、 ActaMet、 、 12.
67(19B4)による)、反応の程度は、およびここ
では銅の表面に吸収される酸素原子の数は、反応溶離剤
の中で窒素が存在しなくなり反応が検出されなくなるま
で、ヘリウム流に継続的に亜酸化窒素を入れることによ
り測定された。
実施例2および3は、上記に記載された方法と同様にし
てサンプルを前還元した。実施例4では、ペレット状の
PG 85/lの銅クロマイト触媒の前駆体を粉砕しな
いで使用した。
以下の亜酸化窒素の取り込みと対応する金属銅の表面積
が記録された。
表1 実施例 触媒量 反応窒素量 銅表面績No、   (
g)   (分子/g)   (m2/g)2、  1
.339 1.563Xlo   18.813、  
1.419 1.548X10  1g、434、  
6.00B  L、542110  18.36比較例
BおよびC 一方、実施例2の装置の触媒室6に、PG 85/1銅
クロマイト触媒前駆体のベレットを粉砕して得たほぼ2
 X 2 mmの粒状のサンプルを31装填した。
酸素を含まない窒素を、出口の圧力が4.45バールで
、ガスの時間当りの空間速度が30007時間で、触媒
室6に通した。触媒は、この条件下で、2時間かけて1
40℃まで加熱した。140℃の温度で、0.2%の水
素を窒素流に混入し、この条件下で、48時間反応系を
維持すると、水素の取り込みが見られなくなった。その
後、24時間かけて水素レベルを1%に増加させ、触媒
は140℃で、さらに24時間保持すると、熱伝導率に
より水素の取り込みは検出されなくなった。その後、温
度を時間当り 5℃5つ 180℃まで上げ、1%の水
素を含む窒素流をさらに24時間維持した。24時間か
けて、最終的に、水素濃度を100%に増加させ、特性
を与える前に、18時間このレベルを維持した。
比較例Cでは、粉砕してない4.5 X 4.5 mm
ベレット状のPG 85/Lのサンプル10m1を触媒
室6に載せて、それ以外は゛、比較例Bと同じ方法を行
った。
実施例2の亜酸化窒素の反応技術を用いて、以下の結果
を得た。        (以下余白)表2 実施例 触媒量 反応窒素量 銅表面積No、   (
g)   (分子/g)   (m”/g)B、   
 1.227 3.68 X 10194.3BC,8
,0233,81XlG   4.54これらの結果を
比較すると、実施例2から4の均熱工程は銅の表面積を
非常に増加させることをがわかる。
実施例5〜7 充分に水素還元され、担体により支持されていない銅触
媒に、一酸化炭素を吸着させる工程の間、□−一酸化炭
素吸着が、露出した銅の表面への少量のガスの吸着およ
び保持をもたらすことが既に示されている。意図的に小
程度酸化された銅触媒を用いた同様な研究により、20
℃で一酸化炭素を吸着させると、酸化された銅の表面と
反応することにより、幾らかの二酸化炭素の生成がもた
らさせることが示されている。
さらに、3つのPG 85/1の銅クロマイト触媒前駆
体のサンプル3 mlは、実施例2の方法に従って還元
され、その後、ほぼ1時間かけて酸素を含まないヘリウ
ム流の中で20℃に冷された。継続して、10%の一酸
化炭素を含むヘリウムのパルスをヘリウム流に混入し、
触媒に通過させた。反応溶離剤は、窒素冷却トラップを
通過し、二酸化炭素を凍結し、そこから熱伝導率検出計
により一酸化炭素の取り込みを測定した。このパルスの
技術を用いることにより、強く保持されていた一酸化炭
素のみが吸着された。この量は一般に、静止系で達成さ
れる一酸化炭素の吸着の単層飽和値の10%以下である
吸着に続き、溶離剤冷却トラップは暖められ、生成され
る二酸化炭素の量を検出した。その後、触媒は、10℃
1分の加熱速度で温度プログラムされて解離させ、吸着
された物質の解離スペクトルを測定した。解離スペクト
ルは2つのピークを有していた。80℃から 110℃
に、一酸化炭素の銅への強い吸着で特徴付けられていて
いる1つのピークがあり、それとともに、クロミウム担
体への一酸化炭素の、おそらくは二酸化炭素としての、
吸着による 300℃から 320℃のより小さいピー
クがあった。
吸着結果と温度プログラムされ解離の結果を表3に示す
。全ての吸着は20℃で測定された。
(以下余白) 表3 実施例  触媒量  吸@COffi    温度プロ
グラムNo、    (g)    (分子/g)  
   された解離のピーク(分子/g) 80℃     300℃ 5、   1.335  1.−10m55 X101
92.98X10181.29Xlo186、    
I!74 2.255 X10193.08X1018
1.68Xlo187、    1.955  2.1
17 X1019(−・・・−・1lllJ定セf・−
・・・・)実施例5から7の各実施例では、一酸化炭素
の吸着の間、二酸化炭素の生成は全く見いだされなかっ
たことに注意しなけらばならない。このことは、明らか
に、実施例2の還元方法により触媒は充分に還元された
ことを示している。
比較例りおよびE 比較例Bの方法により還元された3つの異なった触媒サ
ンプルを用いて、実施例5〜7の吸着−解離の技術を用
いたら、幾らかの一酸化炭素が取り込まれたことは明ら
かであるが、引き続いて触媒サンプルが還元されるため
、吸着された一酸化炭素の量を見積もることはできない
ことがわかった。しかしながら、触媒へパルスで一酸化
炭素を通過させると、二酸化炭素が生成され、その二酸
化炭素の量を測定した。引き続いて温度プログラムして
解離させると、表面に一酸化炭素が幾らか吸着されてい
ることが示された。その結果を表4に示す。     
      (以下余白)表4 比較   触媒量  生成CO2量    温度プログ
ラム実施例  (g)(分子/g)    された解離
スペクトルN09(分子/g) 110℃   320℃ D    1.37B  1.125X10181.1
12Xlo18[i、50X1017E    1.8
45 1.093X10180.938X10185.
82X1017実施例2の方法で還元された触媒と比較
例Bの方法で還元された触媒での、一酸化炭素に対する
性質の大きな違いは、比較例Bの還元方法では銅表面に
かなりの量の酸素、を残していることを、明らかに示し
ている。二酸化炭素の生成量から、比較実施例Bの水素
活性化方法では、酸素が表面を覆う率は、亜酸化窒素の
分解により推定された有用な銅の面積の最低5%である
と見積られた。
温度プログラムされた解離スペクトルは、一酸化炭素(
すなわち、110℃ピーク)が、実施例2の方法により
還元された触媒への吸着より、さらに強く保持されてい
ることを示しているので、このことより、還元後表面上
に酸素が存在することも、また、明らかである(表3参
照)。
実施例8 “純粋な”担体で支持されていない銅および銅/酸化亜
鉛/アルミナ触媒へ、二酸化炭素を吸着させることは、
水性ガスシフト反応の可能性を避けるために水素の非存
在下で、比較的低い温度で、一酸化炭素を生成する解離
性化学吸着の程度を測定することにより、銅成分の表面
に酸素が存在するか否かの良いテスト方法となりえるこ
とが既に示されている。従って、この方法を用いて、実
施例2の方法で還元された触媒に関して、実施例5〜7
で一酸化炭素の吸着の測定により得られた知見を確認し
た。
少量の二酸化炭素のパルスを、触媒に通過するヘリウム
流に導入し、熱伝導性によりその取り込みをn1定した
。吸着が飽和となった後、触媒を、ヘリウム流下で、5
℃/分の加熱速度で、220℃まで温度プログラムして
解離させた。結果を表5に示す。
表5 実施例 触媒量 吸着CO2量 温度プログラムさNo
、   (g)   (分子/g)れた解離スペクトル
の90℃のピーク (分子/g) 8    1.801  3.313x10195,5
8x1018Q     1.241  3.70x1
0195,20x1018この結果によると、90℃の
解離スペクトルから、新しく還元された状態では銅表面
は実質的に酸素を含まないという知見を支持しつつ、還
元された触媒では実質的に二酸化炭素が解離されること
が明らかとなった。これらの触媒による二酸化炭素の取
り込みは一酸化炭素より幾らかか多い。これは、おそら
く、触媒のクロミウム成分へ二酸化炭素が追加して吸着
されるためである。あらかじめ二酸化炭素で覆われてい
る表面から解離される一酸化炭素の量と、一酸化炭素の
吸着実験(表3)で吸着された量を比較すると、二酸化
炭素の解離性吸着により一酸化炭素の表面部位の約25
%が覆われていることがわかる。
比較例Bの触媒に関しては、二酸化炭素の吸着は研究し
なかった。なぜなら、部分的に酸化された銅に吸着され
た二酸化炭素と触媒のクロミウム成分に吸着された二酸
化炭素を区別することは可能と考えられなかったからで
ある。
実施例9 実施例2で還元された触媒の粒子の大きさの分布は、透
過性電子顕微鏡で測定した。実施例2の還元の後、触媒
は、酸素を含まないヘリウム流の中で、常温に冷却され
た。その後、触媒室は、酸素を含まない窒素を流し、電
子顕微鏡の標本室へ移すために、触媒はすみやかに取り
除かれイオンを除去された水の中に入れられた。この過
程で、大気にはできるだけ触れないようにした。以下に
述べるように、サンプルのうち幾つかは、透過性電子顕
微鏡により観察され、る前に吸@/解離の研究に既に使
用されていた。
還元された触媒の典型的な顕微鏡による拡大像の模式図
を第2図から第9図に示す。
第2図および第3図は、それぞれ顕微鏡による倍率が、
X  180.000、X 500,000である、実
施例8の還元された触媒の拡大像の模式図である。
第4図および第5図は、それぞれ顕微鏡による倍率が、
X  180.000、X  215.000である、
比較例Bの方法により、活性化される前に約2n+i 
X 2nvの粒子に粉砕された触媒の拡大像の模式図で
ある。
第6図および第7図は、それぞれ顕微鏡による倍率が、
X  190,000、X  1B0.000である、
比較例Bの、亜酸化窒素分解により面接を測定された後
の触媒の拡大像の模不図である。
第8図および第9図は、顕微鏡による倍率が×180.
000である、前還元をおこなった後の、実施例2の触
媒の典型的な拡大像の模式図である。
これらの顕微鏡による拡大像の模式図は、触媒サンプル
の各タイプを数多く観察したうちの典型的な模式図であ
る。これらの模式図から、実施例2の方法により活性化
されたサンプルと、比較例Bの方法により活性化された
サンプルの間で、還元された銅粒子の大きさに非常に際
立った違いがあることが明確である。第2図から第9図
の模式図では、銅粒子は、無定形のクロミウム担体のよ
り明るい背景の上にある、暗い部分である。
クロミウムと銅の類似した原子数およびクロミウム担体
の不透明性が原因となり対比が困難なため、サンプルの
粒子分布を完全に分析することはできないけれども、表
6に示すように、各触媒において、銅粒子の大きさの範
囲を見積ることはできる。表6によると、実施例2.3
.8または9の方法により製造された本発明の触媒では
、平均(’−10m粒子)大キサハ約100 X 10
−” tn 以下(100Å以下)である。
表6 図    大きさの範囲  平均の大きさNo、   
 −1OL11 (入)   ″10.I (入)2と
3      30〜300       約  50
4と530〜1500    約3006と730〜1
800    約aOO8と9      30〜30
0      約  50第2.3.8および9図の顕
微鏡による拡大像の模式図によれば、粉砕されていない
ベレットは、より小さい約21IIIIIX2mffl
の“粉砕された“粒子と、本質的に同じ、粒子の大きさ
の範囲とおよその平均の大きさを有している。従って、
本発明の触媒は、還元工程において、幾何学的な粒子の
大きさに実質的に影響されないことが明らがである。第
2および3図に対し、第8および9図を比較すると、類
似しているので、本発明の触媒は220℃の越える温度
まで熱安定性を有することも明らかである。
実施例10 比較例Bの方法における開始温度より低い温度で銅クロ
マイトが還元されることは、比較例Bと実施例2の方法
により得られる結果の大きな違いに対する説明となるか
もしれない。この点に関し、実施例2と比較例Bの還元
方法に存在しうる違いを研究するために、銅クロマイト
の温度プログラムされた還元プロフィルを、流速20 
ml /分の6%の水素を含有する窒素を用いて、18
℃から850℃までの温度範囲で、30℃/分の遅い上
昇速度と50℃/分の速い上昇速度で、測定した。還元
プロフィルは、約140℃以下の温度では、遅い加熱速
度であっても、水素の取り込みは見られないことと、2
15℃(遅い加熱)または370℃(速い加熱)にT 
 の1つのピークかあること、すなわち、どff1a! んなりロマイトの還元も酸化銅の還元と一緒に生じるこ
とを示した。
遅い加熱速度および速い加熱速度のプロフィルに対して
、それぞれ、9430 mis/gおよび10831 
txIs/gに対応する水素の取り込みが観察された。
実施例11 EP−A−01431334およびWO−A−8810
3189に従ったマレイン酸ジエチルの気相の水素化を
行うための試験的な装置に、4.5 X 4.5 mm
ペレットのPG 85/1銅クロマイト触媒を装填した
。この装置は連続している2つの触媒棚を有し、1番目
の棚は深さ143m(6フイート)であり、2番目の棚
は深さ 0.91 m  (3フイート)であった。こ
の触媒は、実施例1に記載された方法と同様にして、3
000/時間の空間速度に対応するガスの流速で前還元
された。その後、この試験的な装置を使用し、2oo。
時間、種々の反応条件下で、マレイン酸ジエチルを水素
化した。この反応時間の間、圧力は13.8バールから
41,3バール(200psiaから800 psia
)の範囲であり、H:エステルの原子比は200:  
Lから、400:  lまでであり、1番目の触媒棚の
入口の温度は160℃から 175℃の範囲であり、2
番目の触媒棚の入口の温度は170℃から 180℃の
範囲であった。エステルを、この試験的な装置に、液状
で、時間当り 0.15 /時間の空間速度で供給した
。生成物は、ブタン−1,4−ジオール、γ−ブチロラ
クトンおよびテトラヒドロフランおよびエトキシコハク
酸ジエチルとn−ブタノールを含む微量の副生成物の混
合物であった。触媒を水素にさらす前に窒素下で140
℃まで加熱する従来の工程と比較して、触媒は初めの強
められた活性を有していた。しかしながら、時間が経過
するとともに、触媒活性は低下した。工程の終りに、触
媒棚を水素流下で室温まで冷却した。その後、水素は、
初めは窒素により、次に窒素流に空気を導入して生成す
る2%の酸素を含有する窒素により、反応系から一掃さ
れた。触媒棚を通過し実質的に温度が上昇しないことに
よりわかるが、触媒が再酸化された時、さらに、空気を
徐々にガス流に導入し、窒素供給を徐々に止め、触媒棚
を空気だけが通過するようにした。
この再酸化した物質のサンプルを粉砕し、約2mlll
X2■の粒を生成し、そして、再び、実施例2に記載さ
れているように前還元した。実施例2の方法を繰り返す
と、銅金属表面の測定において、同様の結果が得られた
。しかしながら、実施例9に記載されている方法に従っ
て透過性電子顕微鏡により、再還元された触媒を観察す
ると、それの中の銅粒子は実質的に全て、粒子の大きさ
は約30x10″10ffl(約3−10m(ほぼ10
0Å)から300xl[l   m  (約30−10
m(ほぼ100Å)の範囲であり、平均の粒子の大きさ
は約50xLO″1OI11(約5−10m(ほぼ10
0Å)であることがわかった。
実施例12 実施例1に記載された同様の方法により、実施例11に
記載されている方法により製造された再還元触媒の触媒
活性を測定する。比較例Aと比較して、実施例1で測定
されたのと同様な強められた触媒活性が、測定される。
実施例13 実施例11の再還元された触媒は、比較例Aに記載され
た通常の技術により、前還元される。その結果得られた
前還元された触媒の活性を、実施例1および比較例Aの
測定方法により測定すると、実施例1の前還元物質と同
様に、触媒活性は、比較例Aの前還元物質よりより強い
ことがわかる。
実施例14 以下の名の化学組成を有する異なった銅クロマイト触媒
の前駆体に対し、実施例1および比較例Aの方法を繰り
返す。
触媒X:Cu重ff153%およびCr重量17%:C
u/Cr原子比 2.5 触媒Y:Cu重量3862%およびC「重ji130%
:Cu/Cr原子比 1.21 触媒Z:Cu重量36.2%およびCr重量30%にB
aO重量10%を追加する。
PG 85/1触媒でn1定されたのと同様な結果が得
られる。
実施例15〜20 実施例1の触媒を、以下の条件で他の不飽和有機化合物
の水素化に使用し、各場合において良い収量が得られる
実施例 化合物      生成物      圧力 
  温度No。
15 酢酸エチル   エタノール    20バール
 180℃16 ベンズアルデヒド ベンジルアルコー
ル 20バール  85℃17 アセトン     イ
ソプロパツール  15バール  65℃18 ピリジ
ン     ピペリジン     20バール 105
℃19 ニトロベンゼン  アニリン      30
バール  80℃20 シクロヘキサン  シクロヘキ
サン   80バール  75℃実施例21 実施例1の触媒を1バール、270℃で、エタノールを
水素化し、高収量でアセトアルデヒドを得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る装置を示す図、第2図
および第3図は実施例8の還元された触媒の拡大像の模
式図、第4図および第5図は比較例Bの粉砕された触媒
の拡大像の模式図、第6図および第7図は比較例Bの亜
酸、化窒素分解により面積を測定された後の触媒の拡大
像の模式図、第8図および第9図は実施例2の前還元を
おこなった後の触媒の拡大像の模式図である。 2・・・蒸発器、5・・・加熱コイル、6・・・反応器
、7・・・触媒棚、8・・・排出管、9・・・熱電対代
理人 弁理士  須 山 佐 − 第2図 第3図 第49図 第5図 手  続  補  正  書 (方式)昭和63年11
月15日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)還元された銅の実質的に全ての粒子の大きさが約
    300×10^−^1^0m以下(約300Å以下)で
    あり、平均の粒子の大きさ約100×10^−^1^0
    m(約100Å)以下であり、実質的に無定形のクロミ
    ウムを含む担体の上に均一に分布されていることを特徴
    とする還元された銅クロマイトから構成された水素化触
    媒。 (2)還元された銅の実質的に全ての粒子の大きさがほ
    ぼ100×10^−^1^0m以下(ほぼ100Å以下
    )であることを特徴とする請求項第1項記載の水素化触
    媒。 (3)20℃でN_2Oの分解により測定された銅の表
    面積がほぼ18.5m^2/gであることを特徴とする
    請求項第1項または第2項記載の水素化触媒。 (4)水素化触媒に含有されている実質的に全ての銅が
    還元された銅の粒子として存在していることを特徴とす
    る請求項第1項から第3項のいずれか1項記載の水素化
    触媒。 (5)Cu:Crの原子比がほぼ0.6:1からほぼ2
    .75:1までであることを特徴とする請求項第1項か
    ら第4項のいずれか1項記載の水素化触媒。 (6)Cu:Crの原子比がほぼ1.2:1からほぼ1
    .4:1までであることを特徴とする請求項第1項から
    第5項のいずれか1項記載の水素化触媒。 (7)Cu:Crの原子比がほぼ2.5:1であること
    を特徴とする請求項第1項から第5項のいずれか1項記
    載の水素化触媒。 (8)少なくともγ−アルミナ、酸化バリウム、酸化マ
    ンガンから選択される1つの助触媒を重量でほぼ0.0
    1%から重量でほぼ10%含むことを特徴とする請求項
    第1項から第7項のいずれか1項記載の水素化触媒。 (9)α−アルミナ、シリカ−アルミナ、酸化トリウム
    、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび炭
    素から選択される不活性担体を重量でほぼ1%から重量
    でほぼ15%含むことを特徴とする請求項第1項から第
    8項のいずれか1項記載の水素化触媒。 (10)20℃でN_2Oの分解により測定された銅の
    表面積が少なくともほぼ15.0m^2/gであること
    を特徴とする還元された銅から本質的に構成されること
    を特徴とする水素化触媒。 (11)銅クロマイトをかなりの触媒が前還元されるこ
    とが認められる前還元温度より低い温度で還元ガスの中
    に浸すことにより前−前還元処理し、次に、銅クロマイ
    トを減圧下前記前還元温度で加熱することにより前還元
    処理することを特徴とする水素化触媒の製造方法。 (12)常温から前記前還元温度までの加熱を還元ガス
    中で行うことを特徴とする請求項第11項記載の製造方
    法。 (13)前還元温度がほぼ140℃であり、還元ガスが
    還元成分として水素を含むことを特徴とする請求項第1
    1項または第12項記載の製造方法。 (14)銅クロマイト触媒の前駆体を常温から前還元温
    度の間の温度で還元ガスの中に保持することを特徴とす
    る請求項第11項から第13項のいずれか1項記載の製
    造方法。 (15)均熱工程での還元ガスが水素、一酸化炭素また
    はそれらの混合体を含むことを特徴とする請求項第11
    項または第12項記載の製造方法。 (16)触媒前駆体を少量の水素と多量の1つ以上の不
    活性ガスの混合された混合体から構成される還元ガス流
    の中で制御された条件で常温から加熱することを特徴と
    する請求項第11項から第15項のいずれか1項記載の
    製造方法。 (17)還元ガスが実質的に少量の水素と多量の窒素か
    ら構成される酸素を含まない混合体であることを特徴と
    する請求項第16項記載の製造方法。 (18)均熱工程がほぼ2バールからほぼ10バールの
    範囲の圧力で行われることを特徴とする請求項第11項
    から第17項のいずれか1項記載の製造方法。 (19)均熱工程の間で水素または他の還元ガスの分圧
    がほぼ0.005バールからほぼ0.05バールまでの
    範囲であることを特徴とする請求項第11項から第18
    項のいずれか1項記載の製造方法。 (20)触媒前駆体を少量の水素を含む還元ガスの中で
    制御された速度で常温からほぼ120℃まで加熱するこ
    とを特徴とする請求項第11項から第19項のいずれか
    1項記載の製造方法。 (21)均熱工程で温度を実質的に直線的に上昇させる
    ことを特徴とする請求項第11項から第20項のいずれ
    か1項記載の製造方法。 (22)均熱工程で温度をほぼ5℃からほぼ10℃の段
    階で上昇させ、温度を再び上昇させる前は一定期間実質
    的に同じ温度を保つことを特徴とする請求項第11項か
    ら第20項のいずれか1項記載の製造方法。 (23)全ての時間前還元区域の入口および出口ガスの
    構成が互いに同一となる還元条件下で触媒前駆体を保持
    できるような加熱速度の温度一時間のカーブにしたがっ
    て触媒前駆体をほぼ120℃からほぼ170℃までの範
    囲で加熱することを特徴とする請求項第11項から第2
    2項のいずれか1項記載の製造方法。 (24)ほぼ直線的にほぼ120℃からほぼ170℃ま
    で温度を上昇させることを特徴とする請求項第23項記
    載の製造方法。 (25)加熱をほぼ各10℃づつ段階的に行うことを特
    徴とする請求項第24項記載の製造方法。 (26)ほぼ120℃からほぼ170℃までの範囲にお
    ける温度の上昇速度がほぼ1℃/時間からほぼ15℃/
    時間であることを特徴とする請求項第11項から第25
    項のいずれか1項記載の製造方法。 (27)ほぼ120℃からほぼ170℃までの触媒前駆
    体の加熱においてガスの流速がほぼ400/時間からほ
    ぼ6000/時間である時間当りの空間速度(0℃、1
    バールで測定する)に対応することを特徴とする請求項
    第11項から第26項のいずれか1項記載の製造方法。 (28)実質的に全ての粒子の大きさがほぼ300×1
    0^−^1^0m以下(ほぼ300Å以下)であり、平
    均の粒子の大きさほぼ100×10^−^1^0m(ほ
    ぼ100Å)以下であり、実質的に無定形のクロミニウ
    ムを含む担体の上に均一に分布され、銅を多く含む粒子
    であることを特徴ととする銅クロマイト組成物。(29
    )銅を多く含む粒子が実質的に全て金属銅から構成され
    ることを特徴とする請求項第28項記載の銅クロマイト
    組成物。 (30)銅を多く含む粒子が少なくとも部分的に酸化さ
    れていることを特徴とする請求項第28項記載の銅クロ
    マイト組成物。 (31)請求項第1項から第10項のいずれか1項記載
    の触媒、または請求項第11項から第27項のいずれか
    1項記載の製造方法による生成物または、請求項第28
    項から第30項のいずれか1項記載の組成物法による生
    成物触媒の不飽和有機化合物から少なくとも1つの対応
    するその水素化生成物を生成する水素化反応での使用方
    法。
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