JPH0156057B2 - - Google Patents

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JPH0156057B2
JPH0156057B2 JP60261639A JP26163985A JPH0156057B2 JP H0156057 B2 JPH0156057 B2 JP H0156057B2 JP 60261639 A JP60261639 A JP 60261639A JP 26163985 A JP26163985 A JP 26163985A JP H0156057 B2 JPH0156057 B2 JP H0156057B2
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JP
Japan
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ethylene glycol
carbonyl compound
rhodium
compound
ruthenium
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Application number
JP60261639A
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Japanese (ja)
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JPS62126142A (en
Inventor
Arison Gurigusubii Junia Robaato
Furederitsuku Naifuton Jon
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Texaco Development Corp
Original Assignee
Texaco Development Corp
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Publication date
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Application filed by Texaco Development Corp filed Critical Texaco Development Corp
Priority to JP60261639A priority Critical patent/JPS62126142A/en
Publication of JPS62126142A publication Critical patent/JPS62126142A/en
Publication of JPH0156057B2 publication Critical patent/JPH0156057B2/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳现な説明】 本発明は、゚チレングリコヌルぞの遞択率およ
び収率を改良する新芏な觊媒系を甚いた合成ガス
から゚チレングリコヌルおよび゚チレングリコヌ
ル誘導䜓の新芏な補造方法に関する。 さらに詳しくは、本発明は、―䜎玚―アルキ
ルたたは―シクロアルキルピロリドン溶媒に溶
解した䜎融点第ホスホニりム化合物䞭に分散し
たルテニりム、ロゞりムおよびマンガンカルボニ
ル化合物からなる觊媒ず䞀酞化炭玠および氎玠の
混合物ずを接觊させるこずにより、゚チレングリ
コヌル、゚チレングリコヌルモノメチル゚ヌテ
ル、゚チレングリコヌルモノ゚チル゚ヌテル、メ
タノヌルおよび゚タノヌルからなる混合物の収率
を改良した新芏か぀改良された補造方法を提䟛す
るこずにある。 ゚チレングリコヌルは、産業䞊、広範な甚途が
芋い出された化孊品である。これは、䟋えば、ビ
ニル重合䜓甚の可塑剀の補造に、あるいはポリ゚
ステル繊維および䞍凍液組成物の成分ずしお䜿甚
されおいる。その倚くの甚途に鑑み、それを補造
するための新芏か぀より経枈的な方法を芋い出す
必芁がある。 提案された゚チレングリコヌルの補造方法ずし
おは、皮々の觊媒系の存圚䞋での、䞀酞化炭玠ず
氎玠ずの反応がある。䞀般的には、合成ガスすな
わちシンガスずしお公知の䞀酞化炭玠および氎玠
の混合物を提案された觊媒の存圚䞋、高枩・高圧
䞋に反応させる。䟋えば、ベルギヌ囜特蚱第
793086号および米囜特蚱3940432号には、ロゞり
ム錯䜓觊媒を甚いた゚チレングリコヌルおよびメ
タノヌルの共合成が蚘茉されおいる。米囜特蚱第
3833634号には、觊媒ずしお皮々の他の金属の䜿
甚が蚘茉されおいるが、ロゞりムおよびコバルト
のみが゚チレングリコヌルの補造時に有効であ
り、゚チレングリコヌルの兞型的な収量は58郚か
ら9.8郚であるこずが瀺されおいる。 米囜特蚱第3989799号は、䞀酞化炭玠ず氎玠の
反応により酞玠化化合物を補造するにあたり觊媒
ずしお有甚な䞀連のカルボニル混合金属塩を開瀺
しおいる。゚チレングリコヌルのような特定の化
合物に぀いおの遞択率に぀いおは報告されおいな
いばかりか、第“オニりム”塩の䜿甚に関する
蚘茉もない。 米囜特蚱第4013700号には、第ホスホニりム
陜むオンおよびロゞりムカルボニル錯䜓の存圚
䞋、倚䟡アルコヌル、䞊びにそれらの゚ヌテルお
よび゚ステル誘導䜓の補造方法が開瀺されおい
る。この系は、4.2以䞋の収量によ぀お瀺され
るように、䞭皋床の収率で゚チレングリコヌルを
生成する。 米囜特蚱第4265828号には、COおよびH2の混
合物ず䜎融点第ホスホニりムもしくはアンモニ
りム塩基たたは塩に分散されたルテニりム化合物
からなる觊媒系ずを500psi3.5MPa以䞊の圧力
䞋、少なくずも150℃の枩床で加熱するこずから
なる゚チレングリコヌルの補造方法が開瀺されお
いる。この方法により埗られた゚チレングリコヌ
ルの最倧収率は17.6重量であ぀た。 米囜特蚱第4315994号には、䜎融点第オニり
ム塩基たたは塩に分散されたアセチルアセトナト
ルテニりムおよびアセチルアセトナトロゞ
りムからなる二元金属觊媒系を甚いお少な
くずも150℃の枩床でのアルキレングリコヌル類
およびそれらの゚ヌテル類の補造が開瀺されおい
る。゚チレングリコヌルぞの遞択率ずしお報告さ
れた最倧のものは18.5重量であ぀た。 これらの方法の倚くは、觊媒系の性質および掻
性に制玄を受ける。倚くの觊媒は、目的のグリコ
ヌルぞの極く平凡な遞択率を䞎え、溶解床に限界
があり、およびたたはその補造に費甚がかかる
ものである。 より高い収率および遞択率で゚チレングリコヌ
ルを生成するように、゚チレングリコヌルおよび
䞀䟡アルコヌル類の補造方法が改良されるなら
ば、圓業界においおかなりの進歩ずなろう。 これらのより高に収率および遞択率で゚チレン
グリコヌルを埗るずいう目的は、䞀酞化炭玠およ
び氎玠の混合物ず―䜎玚―アルキルたたは―
シクロアルキルピロリドン溶媒に溶解した䜎融点
第ホスホニりム塩に分散されたルテニりムカル
ボニル化合物、ロゞりムカルボニル化合物および
マンガンカルボニル化合物からなる觊媒ずを150
〜350℃の枩床で、か぀〜75MPaの圧力で接觊
させるこずからなる本発明の方法により達成され
埗るこずが芋い出された。この方法により、゚チ
レングリコヌル䞊びに゚チレングリコヌルモノメ
チル゚ヌテルおよび゚チレングリコヌルモノ゚チ
ル゚ヌテルを始めずするグリコヌル誘導䜓、メタ
ノヌルおよび゚タノヌルが補造される。驚くべき
こずには、この新芏な觊媒系を甚いるこずによ
り、゚チレングリコヌルの生成においおより高い
収率ず遞択率を達成するこずができ、゚チレング
リコヌルは、関連する合成法においお合成ガスか
ら埓来埗られおいたよりも高い収率で合成される
こずが芋出された。 本発明の方法は、目的の゚チレングリコヌルの
圢成に関する限り、次匏により瀺すこずができ
る ゚チレングリコヌルの兞型的な収率は液䜓生成
物の党䜓に察し、10〜40重量である。 本発明に䜿甚される觊媒に甚いられるルテニり
ムカルボニル化合物には、トリルテニりムドデカ
カルボニルのような単玔なカルボニル化合物、
H2Ru4CO13もしくはH4RuCO12のようなヒド
ロキシカルボニル化合物、たたは塩化トリカルボ
ニルルテニりム二量䜓、RuCO3Cl22
のような眮換カルボニル化合物がある。奜たしい
ルテニりム化合物はトリルテニりムドデカカルボ
ニルである。 奜適なロゞりムカルボニル化合物には、テトラ
ロゞりムドデカカルボニルおよびヘキサロゞりム
ヘキサデカカルボニルのような単玔なカルボニル
類およびヒドロカルボニル類、クロロゞカルボニ
ルロゞりム二量䜓があり、最も奜たしくは
ゞカルボニルアセチルアセトナトロゞりム
である。 觊媒組成物に甚いられるマンガンカルボニル化
合物は、個の別々のカルボニル基ず䞍飜和炭化
氎玠基ずが付いた個のマンガン原子を有する化
合物が奜たしく、䟋えば、匏 YMnCO3 匏䞭、は、䟋えばアリル、シクロペンタゞ
゚ニル、シクロヘキサゞ゚ニルのような〜16個
の炭玠原子を含む䞍飜和脂肪族たたは脂環族炭化
氎玠基、メチルシクロペンタゞ゚ニル、プニル
シクロペンタゞ゚ニルたたはブチルシクロヘキサ
ゞ゚ニルのようなアルキルたたはアリヌル眮換脂
環族基である で瀺される化合物である。これらの䟋ずしおは、
なかでも、アリルマンガントリカルボニル、シク
ロヘキサゞ゚ニルマンガントリカルボニル、ブタ
ゞ゚ニルマンガントリカルボニル、シクロヘキセ
ニルマンガントリカルボニル、メチルシクロペン
テニルマンガンカルボニルが挙げられる。 殊に奜たしいマンガンカルボニル化合物には、
アリルマンガントリカルボニル、シクロペンタゞ
゚ニルマンガントリカルボニルおよびメチルシク
ロペンタゞ゚ニルマンガントリカルボニルが挙げ
られる。 ルテニりム、ロゞりムおよびマンガンカルボニ
ル化合物は、たず、䜎融点第ホりホニりム塩基
たたは塩䞭に分散される。遞択された第ホスホ
ニりム塩基たたは塩は比范的䜎融点でなければな
らず、すなわち、反応枩床未満の融点でなければ
ならない。通垞、䜿甚される第ホスホニりム化
合物は180℃未満の融点を有し、奜たしくは150℃
未満の融点を有する。 奜適な第ホスホニりム塩は、匏 匏䞭、R1R2R3およびR4は有機基特に
リン原子ず結合した脂肪族炭化氎玠基であり、
は陰むオンであり、奜たしくは塩化物たたは臭
化物むオンである で瀺される。奜たしい有機基には、メチル、゚チ
ル、―ブチル、む゜ブチル、オクチル、―゚
チルヘキシルおよびドデシルのような盎鎖状たた
は分枝状である〜20個の炭玠原子を有するアル
キルがある。臭化テトラ゚チルホスホニりムおよ
び臭化テトラブチルホスホニりムは、今日、商業
的生産における兞型的な䟋である。察応する第
ホりホニりムアセテヌト、ベンゟ゚ヌトおよびブ
チレヌトも満足すべきものである。 奜適な第ホスホニりム塩の具䜓䟋ずしおは、
臭化テトラブチルホスホニりム、臭化テトラヘプ
チルホスホニりム、テトラブチルホスホニりムア
セテヌト、テトラブチルホスホニりムベンゟ゚ヌ
ト、テトラブチルホスホニりムブチレヌト、オク
チルホスホニりムアセテヌト、テトラヘキシルホ
スホニりムアセテヌトおよび臭化テトラオクチル
ホスホニりムが挙げられる。 奜たしい第玚塩は、䞀般に、メチル、゚チ
ル、ブチル、アミル、ヘキシルおよびむ゜ブチル
のような〜20個の炭玠原子を有するアルキル基
を含むテトラアルキルホスホニりム塩である。臭
化テトラブチルホスホニりムが最も奜たしい。 第ホスホニりム化合物䞭のルテニりムカルボ
ニル化合物、ロゞりムカルボニル化合物およびマ
ンガンカルボニル化合物の分散䜓を、぀ぎに、
―シクロヘキシル――ピロリドン、―
む゜プロピル――ピロリドンたたは―メ
チル――ピロリドンのような―䜎玚―アルキ
ルたたは―シクロアルキルピロリドン溶媒に溶
解する。 本発明の方法に䜿甚されるルテニりム、ロゞり
ムおよびマンガンカルボニル化合物の量は広範囲
に倉わり埗る。方法は、合理的な収率で目的物を
生成するような接觊的に有効な量の各化合物の存
圚䞋で行なわれる。反応は、反応混合物の党重量
に察し、×10-6重量もしくはそれ以䞋の量の
ルテニりムおよびロゞりムカルボニル化合物ず
×10-6重量皋床もしくはそれ以䞋の量のマンガ
ンカルボニル化合物ずの組み合わせを甚いお進め
られる。濃床の䞊限は、觊媒コスト、䞀酞化炭玠
および氎玠の分圧䞊びに操䜜枩床を始めずする
様々な芁因により制玄を受ける。反応混合物の党
重量に察し、ルテニりムカルボニル化合物ずロゞ
りムカルボニル化合物の総量の濃床が×10-6〜
20重量、奜たしくは×10-5〜10重量、か぀
マンガンカルボニル化合物の濃床が×10-6〜20
重量、奜たしくは×10-5〜10重量が、通
垞、本発明の実斜には望たしい。奜たしいルテニ
りムずロゞりムずマンガンの原子比は10
〜10100100である。最も奜たしくは、ルテニ
りムずロゞりムの比が比范的高いものが䜿甚され
る。 特に高い収率および遞択率で゚チレングリコヌ
ルが埗られるのは、觊媒系の前蚘した぀の成分
がモル単䜍で次のように組み合わされた堎合であ
る。すなわち、ルテニりムカルボニル化合物0.1
〜モル、ロゞりムカルボニル化合物0.1〜モ
ル、マンガンカルボニル化合物0.1〜モル、第
ホスホニりム化合物10〜60モルおよび溶媒0.1
〜60モルである。 本発明の方法に甚いられる枩床は、觊媒の皮
類、圧力および他の可倉物を始めずする実隓的芁
因に応じおかなり範囲に亘り倉わり埗る。操䜜可
胜な範囲は150〜350℃である。さらに狭い範囲の
150〜275℃は殊に奜たしい枩床範囲を瀺す。 䜿甚される圧力もかなりの範囲に亘り倉えられ
おもよいが、倚くの堎合、2.5〜200MPaである。
奜たしい操䜜範囲は玄〜75MPaで倉えられる
が、75MPaを超える圧力でも有甚な収率の目的
物を䞎える。本明现曞䞭に蚀及された圧力は党反
応物により生じた党圧を瀺すが、実質的には䞀酞
化炭玠および氎玠による。 圓初、合成ガス混合物䞭に存圚する䞀酞化炭玠
および氎玠の盞察量は倉わり埗るものであり、こ
れらの量は広範囲に倉えられおもよい。䞀般に、
COH2のモル比は20〜20であり、奜た
しくは〜であるが、これらの範囲を
倖れる比も良奜な結果を䌎い䜿甚されおもよい。
殊に連続操䜜ばかりでなく、バツチ方法においお
も、䞀酞化炭玠―氎玠のガス状混合物も50容量
以䞋の皮以䞊の他のガスず共に䜿甚されおもよ
い。これらの他の気䜓ずしおは、窒玠、アルゎン
およびネオンのような皮以䞊の䞍掻性ガスが挙
げられ、あるいはこれらのガスずしおは、䞀酞化
炭玠氎玠化条件、反応するか、たたは反応しない
気䜓類が挙げられ、䟋えば、二酞化炭玠、メタ
ン、゚タン、プロパン等のような炭化氎玠類、ゞ
メチル゚ヌテル、メチル゚チル゚ヌテルおよびゞ
゚チル゚ヌテルのような゚ヌテル類、およびメタ
ノヌルのようなアルカノヌル類が挙げられる。 目的の反応生成物である゚チレングリコヌル
は、䞀般に10〜40重量ずいうかなりの量生成す
る。メタノヌルおよび゚タノヌルのようなより䜎
玚の䟡アルコヌル類もかなりの量生成する。酢
酞および゚チレングリコヌル゚ヌテル類のような
他の誘導䜓も少量生成する。゚チレングリコヌ
ル、䞀䟡アルコヌル類および他の副生物は、真空
䞋の分留のような慣甚手段により反応混合物から
回収するこずができる。 本発明の新芏な方法は、バツチ法、半連続法た
たは連続法で行うこずができる。觊媒は、バツチ
法で、反応域に最初に導入れおもよく、あるい
は、それは、合成反応䞭、そのような域に連続的
にたたは断続的に導入されおもよい。操䜜条件は
目的の゚チレングリコヌル生成物の圢成を最適化
するように調敎するこずができ、その生成物は蒞
留、分留たたは抜出のような圓業者に公知の方法
により回収するこずができる。぀ぎに、觊媒成分
に富む画分は、所望らば、反応域に再埪環され、
぀いで生成物がさらに生じる。 目的生成物である゚チレングリコヌルは、ここ
では、皮以䞊の぀ぎの分析方法により同定され
た。すなわち、通垞は、気―液局クロマトグラフ
むヌ、ガスクロマトグラフむヌ赀倖
分光分析CGIR、栞磁気共鳎nmr分析お
よび元玠分析、たたはこれらの技術の組み合わせ
である。分析は、抂ね、重量郚で行なわれ、パヌ
セントは重量であり、枩床は、すべお摂氏枩床
であり、そしお圧力は、すべおメガパスカル
MPaである。 本発明の方法を説明するために、次に䟋を瀺
す。 䟋 比范䟋 この䟋は溶媒を甚いおいない。トリルテニりム
ドデカカルボニル0.213、0.33ミリモル、ゞ
カルボニルアセチルアセトナトロゞりム
0.258、1.0ミリモル、臭化テトラブチ
ルホスホニりム5.0、14.7ミリモルおよび
メチルシクロペンタゞ゚ニルマンガントリカルボ
ニル0.055、0.25ミリモルの混合物を加熱
源および撹拌手段を備えた550ml容量の圧力釜に
移した。反応噚を密閉し、H2COで
フラツシナし、぀いでH2COで
20.8MPaに加圧した。反応混合物を揺動し぀぀
220℃に加熱し、圧力を倧容量のサヌゞタンクか
ら远加したH2COで36.7MPaに高め、
぀いでサヌゞタンクから远加した増分で36.7MPa
に維持した。反応噚を時間この枩床に保持し
た。 冷华埌、過剰のガスを排気し、暗赀色液状生成
物10.4を回収し、぀いで分析した。 無溶媒に基づく蒞留物の兞型的なデヌタを぀ぎ
に瀺す 31.4 メタノヌル 12.1 ゚タノヌル 3.6 ゚チレングリコヌルモノメチル゚ヌテ
ル 1.1 ゚チレングリコヌルモノ゚チル゚ヌテ
ル 29.2 ゚チレングリコヌル 兞型的な気䜓詊料の分析結果は、次の通りであ
぀た。 48.8 氎玠 2.1 二酞化炭玠 0.3 メタン 49.9 䞀酞化炭玠 液䜓の収量の増加は4.9すなわち収率で88.2
であ぀た。゚チレングリコヌルの蚈算収量は23
ミリモルであ぀た。゚チレングリコヌル生成物の
蚈算による党収量は26ミリモルであ぀た。 䟋  䟋は、溶媒を加えた以倖、䟋ず党く同様に
実斜した。゚チレングリコヌルの収量における明
確な改良が芳察された。反応混合物は、5.0の
―シクロヘキシル――ピロリドンに溶解した
トリルテニりムドデカカルボニル0.213、
0.33ミリモル、ゞカルボニルアセチルアセトナ
トロゞりム、0.258、1.0ミリモル、臭
化テトラブチルホスホニりム5.0、14.7ミリ
モルおよびメチルシクロペンタゞ゚ニルマンガ
ントリカルボニル0.055、0.25ミリモルを
含む。これは䟋ず党く同様に凊理された。 冷华埌、過剰のガスを排気し、暗赀色液状生成
物16.0を回収し、぀いで分析した。 34.3 メタノヌル 10.4 ゚タノヌル 1.9 ゚チレングリコヌルモノメチル゚ヌテ
ル 0.3 ゚チレングリコヌルモノ゚チル゚ヌテ
ル 33.7 ゚チレングリコヌル 兞型的な気䜓詊料の分析結果は、次の通りであ
぀た。 47.6 氎玠 4.6 二酞化炭玠 0.5 メタン 46.7 䞀酞化炭玠 液䜓の収量の増加は5.5すなわち収率で99.5
無溶媒であ぀た。゚チレングリコヌルの蚈
算収量は27ミリモルであ぀た。゚チレングリコヌ
ル生成物の蚈算による党収量は29ミリモルであ぀
た。 䟋および䟋は、ルテニりム察ロゞりムのモ
ル比が倧きい觊媒前駆䜓の有効性を瀺す。䟋は
マンガン成分を含み、䞀方䟋は含たない。 ルテニりム察ロゞりムのモル比を高くするず、
重量が増加し、゚チレングリコヌル生成物の収量
が増加した。 䟋 比范䟋 䟋で甚いた手順は、倧量のトリルテニりムド
デカカルボニル0.852、1.33ミリモルおよ
びより少ない量のゞカルボニルアセチルアセトナ
トロゞりム0.200、0.78ミリモルを䜿
甚し、か぀臭化テトラブチルホスホニりム10.0
、29.4ミリモルを5.0の―シクロヘキシ
ル――ピロリドンに溶解した以倖、䟋ず党く
同様であ぀た。 冷华埌、過剰のガスを排気し、暗赀色液状生成
物25.8を回収し、぀いで分析した。 無溶媒に基づく蒞留物の兞型的なデヌタを぀ぎ
に瀺す 34.7 メタノヌル 18.6 ゚タノヌル 5.4 ゚チレングリコヌルモノメチル゚ヌテ
ル 0.4 ゚チレングリコヌルモノ゚チル゚ヌテ
ル 21.7 ゚チレングリコヌル 兞型的な気䜓詊料の分析結果は、次の通りであ
぀た。 46.6 氎玠 5.3 二酞化炭玠 1.5 メタン 45.1 䞀酞化炭玠 液䜓収量は増加は9.7すなわち収率で88.2
無溶媒であ぀た。゚チレングリコヌルの蚈算
収量は29ミリモルであ぀た。゚チレングリコヌル
生成物の蚈算による党収量は35ミリモルであ぀
た。 䟋  トリルテニりムドデカカルボニル0.852、
1.33ミリモル、ゞカルボニルアセチルアセト
ナトロゞりム0.200、0.78ミリモル、
臭化テトラブチルホスホニりム10.0、29.4ミ
リモルおよびメチルシクロペンタゞ゚ニルマン
ガントリカルボニル0.218、1.0ミリモルを
5.0の―シクロヘキシル――ピロリドンに
溶解し、぀いで䟋〜ず同様に凊理した。 冷华埌、過剰のガスを排気し、暗赀色液状生成
物27.2を回収し、぀いで分析した。 無溶媒に基づく蒞留物の兞型的なデヌタを぀ぎ
に瀺す 38.5 メタノヌル 17.7 ゚タノヌル 4.6 ゚チレングリコヌルモノメチル゚ヌテ
ル 1.7 ゚チレングリコヌルモノ゚チル゚ヌテ
ル 19.5 ゚チレングリコヌル 兞型的な気䜓詊料の分析結果は、次の通りであ
぀た。 42.9 氎玠 6.8 二酞化炭玠 2.2 メタン 47.2 䞀酞化炭玠 液䜓収量の増加は10.9すなわち収率で97.0
無溶媒であ぀た。゚チレングリコヌルの蚈算
収量は34ミリモルであ぀た。゚チレングリコヌル
生成物の蚈算による党収量は43ミリモルであ぀
た。 次の衚は、各䟋の結果を芁玄したものである。 【衚】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a new process for the production of ethylene glycol and ethylene glycol derivatives from synthesis gas using a new catalyst system that improves the selectivity and yield to ethylene glycol. More specifically, the present invention provides a catalyst consisting of ruthenium, rhodium and manganese carbonyl compounds dispersed in a low melting point quaternary phosphonium compound dissolved in an N-lower-alkyl or N-cycloalkylpyrrolidone solvent, and carbon monoxide and hydrogen. An object of the present invention is to provide a new and improved method for producing a mixture of ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methanol, and ethanol in which the yield is improved by contacting the mixture with the mixture. Ethylene glycol is a chemical that has found widespread use in industry. It is used, for example, in the production of plasticizers for vinyl polymers or as a component of polyester fibers and antifreeze compositions. In view of its many uses, there is a need to find new and more economical ways to produce it. A proposed method for producing ethylene glycol involves the reaction of carbon monoxide with hydrogen in the presence of various catalyst systems. Generally, a mixture of carbon monoxide and hydrogen, known as synthesis gas or syngas, is reacted at high temperature and pressure in the presence of the proposed catalyst. For example, Belgian patent no.
No. 793,086 and US Pat. No. 3,940,432 describe the co-synthesis of ethylene glycol and methanol using rhodium complex catalysts. US Patent No.
No. 3,833,634 describes the use of various other metals as catalysts, but only rhodium and cobalt are effective in the production of ethylene glycol, with typical yields of ethylene glycol ranging from 58 parts to 9.8 parts. It has been shown that U.S. Pat. No. 3,989,799 discloses a series of carbonyl mixed metal salts useful as catalysts in the production of oxygenated compounds by the reaction of carbon monoxide and hydrogen. There is no report on selectivity for specific compounds such as ethylene glycol, nor is there any mention of the use of quaternary "onium" salts. US Pat. No. 4,013,700 discloses a method for preparing polyhydric alcohols and their ether and ester derivatives in the presence of quaternary phosphonium cations and rhodium carbonyl complexes. This system produces ethylene glycol in moderate yield, as shown by the yield of 4.2 g or less. U.S. Pat. No. 4,265,828 discloses that a catalyst system consisting of a mixture of CO and H 2 and a ruthenium compound dispersed in a low melting point quaternary phosphonium or ammonium base or salt is heated at a temperature of at least 150° C. under a pressure of greater than 500 psi (3.5 MPa). A method for producing ethylene glycol is disclosed which comprises heating at a temperature of . The maximum yield of ethylene glycol obtained by this method was 17.6% by weight. U.S. Pat. No. 4,315,994 discloses the use of a bimetallic catalyst system consisting of acetylacetonatoruthenium () and acetylacetonatrodium () dispersed in a low melting point quaternary onium base or salt at temperatures of at least 150°C. The production of alkylene glycols and their ethers is disclosed. The highest reported selectivity to ethylene glycol was 18.5% by weight. Many of these methods are limited by the nature and activity of the catalyst system. Many catalysts provide very mediocre selectivity to the desired glycol, have limited solubility, and/or are expensive to manufacture. It would be a significant advance in the art if processes for producing ethylene glycol and monohydric alcohols were improved to produce ethylene glycol in higher yields and selectivities. The objective of obtaining ethylene glycol in these higher yields and selectivities was to combine a mixture of carbon monoxide and hydrogen with N-lower-alkyl or N-
A catalyst consisting of a ruthenium carbonyl compound, a rhodium carbonyl compound and a manganese carbonyl compound dispersed in a low melting point quaternary phosphonium salt dissolved in a cycloalkylpyrrolidone solvent.
It has been found that this can be achieved by the process of the invention, which consists of contacting at a temperature of ~350<0>C and a pressure of from 5 to 75 MPa. This process produces ethylene glycol and glycol derivatives including ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether, methanol and ethanol. Surprisingly, by using this novel catalyst system, higher yields and selectivities can be achieved in the production of ethylene glycol, which is traditionally obtained from syngas in the relevant synthesis process. It was found that it could be synthesized in a higher yield than previously. The process of the invention, as far as the formation of the target ethylene glycol is concerned, can be illustrated by the following formula: Typical yields of ethylene glycol are 10-40% by weight of the total liquid product. The ruthenium carbonyl compounds used in the catalyst used in the present invention include simple carbonyl compounds such as triruthenium dodecacarbonyl;
Hydroxycarbonyl compounds such as H 2 Ru (CO) 13 or H 4 Ru (CO) 12 , or tricarbonylruthenium chloride () dimer, |Ru(CO) 3 Cl 2 | 2
There are substituted carbonyl compounds such as A preferred ruthenium compound is triruthenium dodecacarbonyl. Suitable rhodium carbonyl compounds include simple carbonyls and hydrocarbonyls such as tetrarhodium dodecacarbonyl and hexalhodium hexadecacarbonyl, chlorodicarbonyl rhodium() dimer, and most preferably dicarbonyl (acetylacetate). Nato) Rhodium (). The manganese carbonyl compound used in the catalyst composition is preferably a compound having one manganese atom with three separate carbonyl groups and an unsaturated hydrocarbon group, such as those having the formula: YMn(CO) 3 (formula where Y is an unsaturated aliphatic or alicyclic hydrocarbon group containing 2 to 16 carbon atoms, such as allyl, cyclopentadienyl, cyclohexadienyl, methylcyclopentadienyl, phenylcyclopentadienyl; is an alkyl or aryl substituted alicyclic group such as dienyl or butylcyclohexadienyl). Examples of these are:
Among them, allylmanganesetricarbonyl, cyclohexadienylmanganesetricarbonyl, butadienylmanganesetricarbonyl, cyclohexenylmanganesetricarbonyl, and methylcyclopentenylmanganesecarbonyl are mentioned. Particularly preferred manganese carbonyl compounds include:
Mention may be made of allylmanganese tricarbonyl, cyclopentadienyl manganese tricarbonyl and methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl. The ruthenium, rhodium and manganese carbonyl compounds are first dispersed in a low melting point quaternary borophonium base or salt. The quaternary phosphonium base or salt selected should have a relatively low melting point, ie, should have a melting point below the reaction temperature. Usually the quaternary phosphonium compounds used have a melting point below 180°C, preferably 150°C.
It has a melting point below. Suitable quaternary phosphonium salts have the formula: [In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are organic groups (especially aliphatic hydrocarbon groups bonded to a phosphorus atom),
X is an anion, preferably a chloride or bromide ion. Preferred organic groups include alkyls having 1 to 20 carbon atoms, which are straight or branched, such as methyl, ethyl, n-butyl, isobutyl, octyl, 2-ethylhexyl and dodecyl. Tetraethylphosphonium bromide and tetrabutylphosphonium bromide are typical examples in commercial production today. corresponding fourth
Bophonium acetate, benzoate and butyrate are also satisfactory. Specific examples of suitable quaternary phosphonium salts include:
Tetrabutylphosphonium bromide, tetraheptylphosphonium bromide, tetrabutylphosphonium acetate, tetrabutylphosphonium benzoate, tetrabutylphosphonium butyrate, octylphosphonium acetate, tetrahexylphosphonium acetate and tetraoctylphosphonium bromide. Preferred quaternary salts are generally tetraalkylphosphonium salts containing alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms, such as methyl, ethyl, butyl, amyl, hexyl and isobutyl. Tetrabutylphosphonium bromide is most preferred. The dispersion of the ruthenium carbonyl compound, rhodium carbonyl compound and manganese carbonyl compound in the quaternary phosphonium compound is then treated with N
-(Cyclohexyl)-2-pyrrolidone, N-
Dissolved in N-lower-alkyl or N-cycloalkylpyrrolidone solvents such as (isopropyl)-2-pyrrolidone or N-methyl-2-pyrrolidone. The amounts of ruthenium, rhodium and manganese carbonyl compounds used in the process of the invention can vary within a wide range. The process is carried out in the presence of a catalytically effective amount of each compound to produce the desired product in reasonable yield. The reaction is carried out with ruthenium and rhodium carbonyl compounds in an amount of 1 x 10 -6 % by weight or less, based on the total weight of the reaction mixture.
This can be carried out using a combination with a manganese carbonyl compound in an amount of about 10 -6 % by weight or less. The upper concentration limit is constrained by various factors, including catalyst cost, partial pressures of carbon monoxide and hydrogen, and operating temperature. The total concentration of the ruthenium carbonyl compound and the rhodium carbonyl compound is 1×10 -6 to the total weight of the reaction mixture.
20% by weight, preferably 1×10 -5 to 10% by weight, and the concentration of the manganese carbonyl compound is 1×10 -6 to 20
% by weight, preferably from 1 x 10 -5 to 10% by weight, is usually desirable for the practice of this invention. The preferred atomic ratio of ruthenium, rhodium and manganese is 10:1:1
~10:100:100. Most preferably, a relatively high ratio of ruthenium to rhodium is used. Particularly high yields and selectivities of ethylene glycol are obtained when the five aforementioned components of the catalyst system are combined on a molar basis as follows. i.e. ruthenium carbonyl compound 0.1
~4 mol, rhodium carbonyl compound 0.1-4 mol, manganese carbonyl compound 0.1-4 mol, quaternary phosphonium compound 10-60 mol and solvent 0.1
~60 moles. The temperatures used in the process of the invention can vary over a wide range depending on experimental factors including catalyst type, pressure and other variables. The operable range is 150-350°C. even narrower range
150-275°C represents a particularly preferred temperature range. The pressure used may also vary over a considerable range, but is often between 2.5 and 200 MPa.
The preferred operating range varies from about 5 to 75 MPa, but pressures above 75 MPa also provide useful yields of the target product. The pressures referred to herein refer to the total pressure produced by all reactants, but substantially due to carbon monoxide and hydrogen. Initially, the relative amounts of carbon monoxide and hydrogen present in the synthesis gas mixture can vary, and these amounts may be varied over a wide range. in general,
The molar ratio of CO: H2 is between 20:1 and 1:20, preferably between 5:1 and 1:5, but ratios outside these ranges may also be used with good results.
Particularly in continuous operation, but also in batch processes, carbon monoxide-hydrogen gaseous mixtures can be used up to 50% by volume.
It may be used in conjunction with one or more of the following other gases: These other gases include one or more inert gases such as nitrogen, argon, and neon, or which gases may be reactive or non-reactive under the carbon monoxide hydrogenation conditions. Examples include hydrocarbons such as carbon dioxide, methane, ethane, propane, etc., ethers such as dimethyl ether, methyl ethyl ether and diethyl ether, and alkanols such as methanol. The desired reaction product, ethylene glycol, is produced in significant amounts, typically 10-40% by weight. Lower monohydric alcohols such as methanol and ethanol are also produced in significant amounts. Other derivatives such as acetic acid and ethylene glycol ethers are also formed in small amounts. Ethylene glycol, monohydric alcohols and other by-products can be recovered from the reaction mixture by conventional means such as fractional distillation under vacuum. The novel process of the invention can be carried out in a batch, semi-continuous or continuous process. The catalyst may be initially introduced into the reaction zone in batches, or it may be introduced into such zone continuously or intermittently during the synthetic reaction. The operating conditions can be adjusted to optimize the formation of the desired ethylene glycol product, which can be recovered by methods known to those skilled in the art, such as distillation, fractionation, or extraction. The fraction enriched in catalyst components is then recycled to the reaction zone, if desired.
Further product is then formed. The target product, ethylene glycol, was identified herein by one or more of the following analytical methods. i.e., typically gas-liquid chromatography (g/c), gas chromatography/infrared spectroscopy (CG/IR), nuclear magnetic resonance (NMR) analysis and elemental analysis, or a combination of these techniques. be. Analyzes are generally parts by weight, percentages are weight %, all temperatures are in degrees Celsius, and all pressures are in megapascals (MPa). The following example is provided to illustrate the method of the invention. Example 1 (Comparative Example) This example uses no solvent. Triruthenium dodecacarbonyl (0.213 g, 0.33 mmol), dicarbonyl(acetylacetonato) rhodium() (0.258 g, 1.0 mmol), tetrabutylphosphonium bromide (5.0 g, 14.7 mmol) and methylcyclopentadienylmangantri The mixture of carbonyl (0.055 g, 0.25 mmol) was transferred to a 550 ml pressure cooker equipped with a heating source and stirring means. The reactor was sealed, flushed with H 2 /CO (1:1), then flushed with H 2 /CO (1:1).
The pressure was increased to 20.8 MPa. While rocking the reaction mixture
Heated to 220℃ and increased the pressure to 36.7MPa with H 2 /CO (1:1) added from a large capacity surge tank.
Then, the increment added from the surge tank was 36.7MPa.
maintained. The reactor was held at this temperature for 5 hours. After cooling, excess gas was vented and a dark red liquid product (10.4 g) was collected and then analyzed. Typical data for a distillate based on a solvent-free basis are shown below: 31.4% Methanol 12.1% Ethanol 3.6% Ethylene glycol monomethyl ether 1.1% Ethylene glycol monoethyl ether 29.2% Ethylene glycol The analytical results for a typical gas sample are: It was hot on the street. 48.8% Hydrogen 2.1% Carbon Dioxide 0.3% Methane 49.9% Carbon Monoxide The increase in liquid yield is 4.9 g or 88.2 in yield.
It was %. The calculated yield of ethylene glycol is 23
It was millimole hot. The calculated total yield of ethylene glycol product was 26 mmol. Example 2 Example 2 was carried out exactly as Example 1 except that a solvent was added. A clear improvement in the yield of ethylene glycol was observed. The reaction mixture consisted of triruthenium dodecacarbonyl (0.213 g,
0.33 mmol), dicarbonylacetylacetonatrodium (), (0.258 g, 1.0 mmol), tetrabutylphosphonium bromide (5.0 g, 14.7 mmol) and methylcyclopentadienylmanganese tricarbonyl (0.055 g, 0.25 mmol). include. This was processed exactly as in Example 1. After cooling, excess gas was vented and a dark red liquid product (16.0 g) was collected and then analyzed. 34.3% Methanol 10.4% Ethanol 1.9% Ethylene Glycol Monomethyl Ether 0.3% Ethylene Glycol Monoethyl Ether 33.7% Ethylene Glycol The analysis results for a typical gas sample were as follows. 47.6% Hydrogen 4.6% Carbon Dioxide 0.5% Methane 46.7% Carbon Monoxide The increase in liquid yield is 5.5 g or 99.5 in yield.
% (without solvent). The calculated yield of ethylene glycol was 27 mmol. The calculated total yield of ethylene glycol product was 29 mmol. Examples 3 and 4 demonstrate the effectiveness of catalyst precursors with high ruthenium to rhodium molar ratios. Example 4 contains a manganese component while Example 3 does not. When the molar ratio of ruthenium to rhodium is increased,
The weight increased and the yield of ethylene glycol product increased. Example 3 (Comparative Example) The procedure used in Example 3 uses a large amount of triruthenium dodecacarbonyl (0.852 g, 1.33 mmol) and a smaller amount of dicarbonylacetylacetonatrodium () (0.200 g, 0.78 mmol). , and tetrabutylphosphonium bromide (10.0
Example 1 was exactly as in Example 1, except that 5.0 g of 1-cyclohexyl-2-pyrrolidone was dissolved in 5.0 g of 1-cyclohexyl-2-pyrrolidone. After cooling, excess gas was vented and a dark red liquid product (25.8 g) was collected and then analyzed. Typical data for a distillate based on a solvent-free basis are shown below: 34.7% Methanol 18.6% Ethanol 5.4% Ethylene glycol monomethyl ether 0.4% Ethylene glycol monoethyl ether 21.7% Ethylene glycol The analytical results for a typical gas sample are: It was hot on the street. 46.6% Hydrogen 5.3% Carbon dioxide 1.5% Methane 45.1% Carbon monoxide Liquid yield increased by 9.7g or 88.2% yield
(solvent-free). The calculated yield of ethylene glycol was 29 mmol. The calculated total yield of ethylene glycol product was 35 mmol. Example 4 Triruthenium dodecacarbonyl (0.852g,
1.33 mmol), dicarbonyl(acetylacetonato)rhodium () (0.200 g, 0.78 mmol),
Tetrabutylphosphonium bromide (10.0 g, 29.4 mmol) and methylcyclopentadienylmanganese tricarbonyl (0.218 g, 1.0 mmol)
It was dissolved in 5.0 g of 1-cyclohexyl-2-pyrrolidone and then treated as in Examples 1-3. After cooling, excess gas was vented and a dark red liquid product (27.2 g) was collected and then analyzed. Typical data for a distillate based on a solvent-free basis are shown below: 38.5% Methanol 17.7% Ethanol 4.6% Ethylene Glycol Monomethyl Ether 1.7% Ethylene Glycol Monoethyl Ether 19.5% Ethylene Glycol The analytical results for a typical gas sample are: It was hot on the street. 42.9% Hydrogen 6.8% Carbon Dioxide 2.2% Methane 47.2% Carbon Monoxide Increase in liquid yield is 10.9g or 97.0% yield
(solvent-free). The calculated yield of ethylene glycol was 34 mmol. The calculated total yield of ethylene glycol product was 43 mmol. The following table summarizes the results for each example. 【table】

Claims (1)

【特蚱請求の範囲】  150〜350℃の枩床で、か぀2.5〜200MPaの圧
力䞋で䞀酞化炭玠および氎玠の混合物をルテニり
ム含有觊媒ず接觊させるこずによ぀お゚チレング
リコヌル含有混合物を補造する方法であ぀お、 該觊媒が、䜎融点第ホスホニりム化合物䞭に
分散され、か぀―䜎玚―アルキルたたは―シ
クロアルキルピロリドン溶媒䞭に溶解したルテニ
りムカルボニル化合物、ロゞりムカルボニル化合
物およびマンガンカルボニル化合物からなるこず
を特城ずする方法。  ルテニりムカルボニル化合物が、トリルテニ
りムドデカカルボニルである特蚱請求の範囲第
項蚘茉の方法。  ロゞりムカルボニル化合物が、ゞカルボニル
アセチルアセトナトロゞりムである特
蚱請求の範囲第項たたは第項蚘茉の方法。  マンガンカルボニル化合物が、匏 YMnCo3 匏䞭、は〜16個の炭玠原子を有する䞍飜
和脂肪酞たたは脂環族炭化氎玠である で瀺される化合物である特蚱請求の範囲第〜
項のいずれか項に蚘茉の方法。  第ホスホニりム化合物が、臭化テトラブチ
ルホスホニりムである特蚱請求の範囲第〜項
いずれか項に蚘茉の方法。  溶媒が、―シクロヘキシル――ピロ
リドン―、―む゜プロピル――ピロリド
ンたたは―メチル――ピロリドンである特蚱
請求の範囲第〜項のいずれか項に蚘茉の方
法。
[Claims] 1. A method for producing an ethylene glycol-containing mixture by contacting a mixture of carbon monoxide and hydrogen with a ruthenium-containing catalyst at a temperature of 150 to 350°C and under a pressure of 2.5 to 200 MPa. and that the catalyst consists of a ruthenium carbonyl compound, a rhodium carbonyl compound and a manganese carbonyl compound dispersed in a low melting point quaternary phosphonium compound and dissolved in an N-lower-alkyl or N-cycloalkylpyrrolidone solvent. How to characterize it. 2. Claim 1, wherein the ruthenium carbonyl compound is triruthenium dodecacarbonyl.
The method described in section. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the rhodium carbonyl compound is dicarbonyl(acetylacetonato)rhodium(). 4 Claims in which the manganese carbonyl compound is a compound represented by the formula: YMn(Co) 3 (wherein Y is an unsaturated fatty acid or alicyclic hydrocarbon having 2 to 16 carbon atoms) 1st to 3rd
The method described in any one of paragraphs. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the fourth phosphonium compound is tetrabutylphosphonium bromide. 6. According to any one of claims 1 to 5, the solvent is N-(cyclohexyl)-2-pyrrolidone-, N-(isopropyl)-2-pyrrolidone, or N-methyl-2-pyrrolidone. the method of.
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