JPH04108759A - 酢酸ビニルの製造方法 - Google Patents

酢酸ビニルの製造方法

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JPH04108759A JP2400197A JP40019790A JPH04108759A JP H04108759 A JPH04108759 A JP H04108759A JP 2400197 A JP2400197 A JP 2400197A JP 40019790 A JP40019790 A JP 40019790A JP H04108759 A JPH04108759 A JP H04108759A
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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】
[0001]
【産業上の利用分野】
本発明は、酢酸ビニルの製造方法に関する。 [0002]
【従来の技術】
エチレンを気相中で酢酸および酸素または酸素含有ガス
と固体床触媒で反応して酢酸ビニルを生じさせることが
できることは知られている。適当な触媒は貴金属成分お
よび活性化側成分を含む。貴金属成分は好ましくはパラ
ジウムおよび/またはその化合物からなる;金および/
またはその化合物がさらに同様に存在し得る(米国特許
第3,939,199号、ドイツ連邦共和国特許公開第
2.1゜0.778号、米国特許第4,668,819
号)。活性化側成分はこの場合第一主族および/または
第二主族の元素および/またはカドミウムの化合物から
なる。カリウムは第一主族の元素として好ましい。これ
らの活性成分は細かく分割された形で担体に適用され、
その際シリカまたはアルミナが一般に担体材料として使
用される。 [0003] 担体の比表面積は一般に40〜350m2/gである。 米国特許第3.939199号によれば、全細孔容積は
0. 4〜1.2ml/gであるべきであり、そしてこ
の中の10%未満は、30A(A=オンダストローム=
10−8cm)未満の細孔直径を有する極小細孔が形成
されるべきである。これらの性質を有する適当な担体は
例えばガス発生SiO3またはガス発生SiO2−Al
2O3混合物である。酢酸ビニルを製造する際の担体粒
子は一般に球形である。しかしなから、タブレットおよ
びシリンダーがすでに同様に使用されている。 [0004] 未だ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願P39
19524.4は、50〜250m2/gの表面積およ
び0.4〜1.2ml/gの細孔容積を有するSiOま
たは5iO−Al。03混合物からなりカリその粒子は
4〜9mmの粒度を有する担体であって、当該担体の細
孔容積の5〜20%は200〜3000Aの半径を有す
る細孔から構成されかつ細孔容積の50〜90%は70
〜100Aの半径を有する細孔から構成されている担体
を開示している。 [0005]
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記触媒の選択率を
さらに上昇させることである。 [0006]
【課題を解決するための手段】
担体粒子が、バインダーとしてLi、Mg5Al、Zn
またはMnのカルボン酸塩を用いて圧縮されると非常に
有利であることが見出された。 [0007] 従って本発明は、50〜250m27gの表面積および
0.4〜1.2ml/gの細孔容積を有するSiOまた
はSiO−A1゜C3混合物からなりかつその粒子は4
〜9mmの粒度を有する担体であって、当該担体の細孔
容積の5〜20%は200〜3000Aの半径を有する
細孔から構成されそして細孔容積の50〜90%は70
〜100Aの半径を有する細孔から構成されている担体
に、パラジウムおよび/またはその化合物および所望で
あればさらに金および/または金化合物をそして同様に
活性化剤としてアルカリ金属化合物および所望であれば
さらにカドミウム化合物を含む触媒で、エチレン、酢酸
および酸素または酸素含有ガスから気相中で酢酸ビニル
を製造する方法であって、担体粒子をバインダーとして
C2〜C2〜C20のカルボン酸(7)Li、Mg、A
l、ZnまたはMn塩または当該塩の混合物を用いて圧
縮することを特徴とする、方法に関する。 [0008] カルボン酸塩またはその混合物はLi、Mg、AL Z
nおよびMnの量の合計が、元素として計算して、担体
材料に対して0. 1〜5重量%、好ましくは03〜1
.5重量%であるような量で使用される。 [0009] カルボン酸AIまたはカルボン酸Mg、特にカルボン酸
Mgが好ましくは使用される。カルボン酸は好ましくは
12〜18個の炭素原子を有する。本発明による担体粒
子は、例えば、次のように製造され得る:先ず、ガラス
微小球体を、例えば四塩化珪素または四塩化珪素/三塩
化アルミニウム混合物を酸水素炎中で火炎加水分解する
ことにより製造する(米国特許第3.939,199号
)。この微小球体は非常に細かいS 102ダストを十
分に熱い火炎中で溶融し次いで急速に冷却することによ
っても製造され得る。これら2つの方法の中の1つで製
造された微小球体は100〜300m27gの表面積を
有する。少なくとも95重量%のSiOおよびせいぜい
5重量%のAl203、特に少なくとも99重量%のS
iOおよびせいぜい1重量%のAl2O3から構成され
ている、150〜25.0m27gの表面積を有する微
小球体が特に適している。当該表面積を有する微小球体
は、例えば名称Aerosil(登録商標)またはCa
bosil  (登録商標)でまたは「高分散ケイ酸」
として市販されている。 [0010] 次いで担体粒子を微小球体から1または2以上の、Li
、Mg、AI、ZnまたはMnのカルボン酸塩を添加し
ておよび有機充填剤(例えば糖、尿素、高級脂肪酸、長
鎖パラフィン、微品質セルロース)および潤滑剤(例え
ばカオリン、黒鉛、金属セッケン)を添加して、例えば
錠剤化(予備圧縮後)または押出しにより圧縮する。次
に当該担体粒子を02含有ガス中でか焼する。高級カル
ボン酸(016〜C2〜C20)のLi、Mg、A1、
ZnまたはMn塩を用いた場合、これらの「セッケン」
は同時に錠剤化の際に潤滑剤として作用しその結果別の
潤滑剤を添加する必要はない。完成した担体の表面積、
その細孔容積および、ある半径の細孔を構成する細孔容
積の割合(「細孔半径分布」)は、成型(錠剤、押出圧
搾物等)の種類、温度およびか焼時間、充填剤、潤滑剤
および微小球体の相対量および微小球体の表面積により
決定される。これらの決定パラメータのために最も適当
な値は、簡単な予備実験により決定され得る。 [0011] この方法により得られる完成担体は50〜250m27
gの表面積および04〜1.2ml/gの細孔容積およ
び4〜9mmの粒度を有する(適当な大きさの担体粒子
を錠剤化または押し出すことにより調製できる)。 [0012] 本発明による担体の使用により、他の点では同一の条件
(担体上の活性物質の同一含量および同一の反応条件)
で慣用の担体と比較して当該触媒の空時収量を実質的に
増加することができそして同時にエチレンを燃焼してC
O2とする最も著しい副反応を75%はど減することが
できる。さらに副反応として生じる酢酸エチル形成をも
明らかに減少する。選択率における約92%から約97
%への上昇の結果、実質的な節約が達成されることがで
きそしてさらに、明らかに上昇した選択率とともに上昇
する効率の結果として、触媒の量および反応器の容積を
新たなプラントにおいて減することができ、このことは
プラントのコストのがなりの減少をもたらし、またはす
でに存在するプラントを改造することなく容量ががなり
増加され得るので、プラント拡大のための投資コストが
省かれる。 [0013] 当該担体の表面積は常に、’Brunauer、Emm
e t tおよびTe1lerの方法により測定される
、いわゆるBET表面積である。BET表面積は、1g
の担体材料の全表面積、即ち、担体の外部表面積および
全ての開放細孔の内部表面積の合計を示す。全細孔容積
および、ある大きさの細孔(例えば70〜100人の直
径を有するもの)が寄与するその割合は、水銀多孔度測
定法により測定され得る。適当な測定装置は、例えば、
Carlo  ErbaまたはM i c r 。 meritics商会により製造される。 [0014] 触媒活性物質は通例の方法で、例えば担体に活性物質の
溶液を含浸させ次し)で乾燥しそして場合により還元す
ることにより、担体に適用される。しかしなから活性物
質は、例えば、担体に、堆積させることにより、スプレ
ーすることにより、蒸発させることによりまたは液浸す
ることにより、同様に適用され得る。 [0015] 触媒活性物質のための適当な溶剤は特に未置換の、分子
中に2〜10個の炭素原子を有するカルボン酸、例えば
酢酸、プロピオン酸、n−およびイソ−酪酸および種々
の吉草酸である。これらの物理的性質のためそして経済
的な理由のためにも、酢酸が溶剤として好ましく使用さ
れる。物質がカルボン酸に十分に溶解できない場合不活
性溶剤をさらに使用するのが有利である。従って、例え
ば、塩化パラジウムは、氷酢酸中よりも水性酢酸中で実
質的に良好に溶解され得る。可能な付加的な溶剤は、不
活性なそしてカルボン酸と混和できるものである。水に
加えて、挙げられ得るものは、例えば、ケトン例えばア
セトンおよびアセチルアセトン、さらにエーテル例えば
テトラヒドロフランまたはジオキサンだけでなく炭化水
素例えばベンゼンもある。 [0016] 当該触媒は貴金属成分としてパラジウムおよび/または
その化合物および活性化剤成分としてアルカリ金属化合
物を含む。当該触媒は付加的な貴金属成分として金およ
び/またはその化合物を含むことができそして付加的な
活性化剤成分としてカドミウム化合物を含むことができ
る。 [0017] 可能なパラジウムの化合物は、溶解できる(そして、場
合により還元できる)そして後に不活性化物質例えばハ
ロゲンまたは硫黄を完成触媒中に残さない全ての塩およ
び複合体である。特に適当な化合物は、カルボン酸塩、
好ましくは炭素原子数1〜5の脂肪族モノカルボン酸の
塩、例えば酢酸塩、プロピオン酸塩または酪酸塩である
。さらに、例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、水和酸化物、シ
ュウ酸塩アセチルアセトン酸塩またはアセト酢酸塩が適
している。しかしなから、硫酸塩およびハロゲン化物の
ような化合物をも、硫酸塩またはハロゲンアニオンが担
体上に生じないようにするために、含浸前に、硫酸塩ラ
ジカルを、例えば酢酸バリウムを用いて沈澱させること
により除去する、またはハロゲンを、例えば硝酸銀を用
いて沈澱させることにより除去するならば、使用するこ
とができる。酢酸パラジウムは、その溶解度およびその
入手可能性のため、特に好ましいパラジウム化合物であ
る。 [0018] 一般に、触媒中のパラジウム含量は、担持触媒の全量に
対して、1.0〜3重量%、好ましくは1.5〜2.5
重量%、時に2〜2.5重量%である。 [0019] パラジウムおよび/またはその化合物に加えて、金およ
び/またはその化合物がさらに同様に存在し得る。特に
適当な金化合物はアセト金酸バリウムである。 一般に、金またはその化合物のうちの1つは、それが使
用される場合、担持触媒の全量に対して0.2〜0.7
重量%の量で添加され、その際金化合物の場合金成分の
みが考慮される。 [0020] 当該触媒は活性化剤としてアルカリ金属化合物および、
場合により、さらにカドミウム化合物を含む。適当な化
合物は、例えば、カルボン酸アルカリ金属例えば、酢酸
カリウム、酢酸ナトリム、酢酸リチウムおよびプロピオ
ン酸ナトリウムである。適当なアルカリ金属化合物は、
また、当該反応条件下でカルボン酸塩に変化するもの、
例えば水酸化物、酸化物および炭酸塩である。適当なカ
ドミウム化合物は、ハロゲンまたは硫黄を含まないもの
、たとばカルボン酸塩(好ましくは)、酸化物、水酸化
物、炭酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、硝酸塩、アセチル
アセトン酸塩、ベンジルアセトン酸塩およびアセト酢酸
塩である。酢酸カドミウムは特に適している。種々の活
性化剤の混合物も同様に使用し得る。各個の活性化剤は
一般に0.5〜4重量%の量で添加され、その際、活性
化剤の金属成分のみが、特に、担持触媒の全量に対して
、考慮される。 [0021] 次の触媒が好ましい: パラジウム/カドミウム/アルカリ金属元素およびパラ
ジウム/金/アルカリ金属元素、その際パラジウムまた
は金は、金属としてまたは化合物として完成触媒中に存
在することができ、そしてカリウムがアルカリ金属元素
として好ましい(カルボン酸塩の形で)。この場合に:
PdまたはK :  (Pd+Au)の比は好ましくは
0.7:1〜2:1である。Cd:PdまなはCd :
  (Pd+Au)(7)比は好ましくは0.6:1〜
2:1、特に0.6:1〜0.9:1である。この場合
、Pd、Au、CdおよびKは常に元素として考慮され
、即ち、例えば、担体上の酢酸Pd、酢酸Cdおよび酢
酸にの金属成分のみが互いに比較される。 [0022] 触媒である酢酸パラジウム/酢酸カドミウム/酢酸カリ
ウムおよび酢酸パラジウム/アセト金酸バリウム/酢酸
カリウムが特に好ましい。 [0023] 触媒担体に活性化合物の溶液を含浸することは、好まし
くは、担体材料を溶液でおおい次いで過剰の溶液を洗い
流すかまたは濾過して取り除く方法で行われる。溶液の
損失に関しては、触媒の全細孔容積に相当する溶液のみ
使用しそして担体材料の粒子を均質に湿らせるように注
意深く混合するのが有利である。この完全な混合は、例
えば、攪拌することによりなし遂げられる。含浸工程お
よび完全な混合を同時に、例えば回転ドラムまたは回転
ドライヤー内で行うのが好都合であり、その際乾燥が直
後に続き得る。さらに、触媒担体の含浸に使用した溶液
の量および組成を、それが担体材料の細孔容積に相当し
そして活性物質の所望の量がたった一回の含浸によって
適用されるように、測定するのが好都合である。 [0024] 活性物質の溶液で含浸する触媒担体は好ましくは減圧下
に乾燥する。乾燥中の温度は120℃未満、好ましくは
90℃未満であるべきである。さらに一般に乾燥を不活
性ガス流中、例えば窒素または二酸化炭素流中で行うの
が勧められる。 乾燥後の残留溶剤含量は好ましくは8重量%未満、特に
6重量%未満であるべきである。 [0025] パラジウム化合物(および所望により金化合物)の還元
がおこなれる場合(当該還元が有用な場合もあり得る)
 還元は減圧で、常圧でまたは10barまで高められ
た圧力で行われることができる。この場合、圧力が高く
なればなるほど強く不活性ガスで還元体を稀釈すること
が勧められる。還元温度は40〜260℃、好ましくは
70〜200℃である。一般に、0.01〜50容量%
、好ましくは領 5〜20容量%の還元体を含む不活性
ガス/還元体温合物を当該還元に使用するのが好都合で
ある。窒素、二酸化炭素または希ガスが、例えば、不活
性ガスとして使用され得る。適当な還元体は、例えば、
水素、メタノール、ホルムアルデヒド、エチレン、プロ
ピレン、インブチレン、ブチレンおよび別のオレフィン
である。還元体の量はパラジウムそして、場合により、
使用された金の量による:還元当量は酸化当量の少なく
とも1〜1.5倍であるべきであるが、より大量の還元
体は有害ではない。例えば、少なくとも1モルの水素が
、1モルのパラジウムに対して使用されるべきである。 還元は、乾燥に続いて、同−設備内で行われることがで
きる。 [0026] 酢酸ビニルは一般に酢酸、エチレンおよび酸素または酸
素含有ガスを100〜220℃、好ましくは120〜2
00℃の温度でかつ1〜25bar、好ましくは1〜2
0barの圧力で、完成触媒に通すことにより製造され
、その際未反応成分を循環することができる。酸素濃度
は10容量%未満(酢酸を含まないガス混合物に対して
)に保つのが好都合である。しかしなから、ある環境の
下では不活性ガス、例えば窒素または二酸化炭素を用い
て稀釈するのも有利である。CO2は、反応の間に少量
で形成されるので、特に循環方法の際の稀釈に適してい
る[0027]
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。 [0028] 比較例1 (慣用のシリカゲルの球状担体粒子) 直径5〜8mmの焼きなまされた(800℃)シリカゲ
ル球からなる200gのバインダーを含まないケイ酸担
体が使用された。この球状粒子から形成される(市販の
)担体は169m2/gのBET表面積および0.48
m1/gの細孔容積を有し、該担体は8%まで直径70
〜100Aの細孔からそして29%まで直径200〜3
000Aの細孔から構成されていた。該担体に、11.
5gの酢酸Pd、10.0gの酢酸Cdおよび10.8
gの酢酸Kを66m1の氷酢酸中に溶解した溶液を含浸
させそして60℃で窒素下で200mbarの圧力で残
留溶剤含量が2重量%になるまで乾燥した。これにより
、2.3重量%のPd、18重量%のCdおよび2.0
重量%のK (Cd :Pd=0.78 : 1、K:
Pd=o、87 : 1)のドーピングが得られた。 [0029] 完成触媒50m1を内部直径8mmのそして長さ1.5
mの反応管に詰めた。 次に反応すべきガスを触媒に8barの圧力(反応器入
口)かつ150℃の触媒温度で通す。このガスは反応器
入口で27容量%のエチレン、55容量%のN212容
量%の酢酸および6容量%の02からなる。結果は表か
ら理解され得る[0030] 比較例2 (慣用のS 102の球状担体粒子) か焼され次いでHCIで洗浄されたベントナイト(洗浄
後96重量%の5i02含量)からバインダーなしで圧
縮して直径5〜6mmの球とした、200gのケイ酸担
体艇使用された。この球状粒子から作られた担体は、1
21m2/gのBET表面積および0.66m1/gの
細孔容積を有し、該担体は21%まで直径70〜100
Aの細孔からそして42%まで直径200〜3000人
の細孔から構成されていた。担体粒子に比較例1と同様
に含浸させ(但し、66m1の代わりに114m1の氷
酢酸が使用された)そして乾燥すると比較例1と同一の
ドーピングであった。次いで当該触媒を比較例1と同様
に試、験した。結果は表から理解され得る。 [0031] 比較例3 担体を先ず200m  /gの表面積を有するSiO3
微小球体そして充填剤としての微品質セルロース、潤滑
剤としての黒鉛そしてバインダーとしてのカオリンから
製造した。完成担体は0.80m1/gの細孔容積を有
し、該担体は62%まで直径70〜100Aの細孔から
そして9%まで直径200〜3000Aの細孔から構成
されていた。担体粒子は、先端が曲面の円筒形状を有し
ていた(直径6mmおよび高さ6mm;形状は既知の製
薬上のカプセルの形状と同様である)。担体粒子の表面
積は185m2/gであった。 [0032] 担体粒子(200g)に比較例1と同様に含浸させ(但
し66m1の代わりに141m1の氷酢酸が使用された
)そして乾燥すると比較例1と同一のドーピングであっ
た。次いで当該触媒を比較例1と同様に試験した。結果
は表から理解され得る。 [0033] 比較例4 担体を先ず、170m2/gの表面積を有するS i0
2  A1゜03微小球体(Si0 97重量%、Al
2033重量%)そして充填剤としての糖、潤滑剤とし
ての黒鉛そしてバインダーとしてのカオリンから製造し
た。完成担体は0゜75m1/gの細孔容積を有し、当
該担体は58%まで直径70〜100Aの細孔および1
2%まで直径200〜3000Aの細孔から構成されて
いた。担体粒子は比較例3と同一の形状および大きさを
有していたが、132m27gの表面積を有していた。 担体粒子(200g)に比較例1と同様に含浸しく但し
66rn■の代わりに131m1の氷酢酸が使用された
)そして乾燥すると比較例1と同−のドーピングであっ
た。次いで当該触媒を比較例1と同様に試、験した。結
果は表から理解され得る。 [0034] 例1 担体を比較例3と同様に製造した。但し、約10重量%
のステアリン酸Mgがバインダーとして使用された;完
成担体は0.4重量%のMgを含んでいた。当該担体は
186m2/gの表面積そして0.8ml/gの細孔容
積を有し、その際細孔容積の78%は半径70〜100
Aの細孔からそして細孔容積の16%は半径200〜3
000Aの細孔から構成されていた。担体粒子は比較例
3および4と同一の形状および大きさを有していた。 [0035] 担体粒子(200g)に比較例1と同様に含浸しく但し
、より大きい細孔容積のため66m1の代わりに141
m1の氷酢酸が使用された)そして乾燥すると比較例1
と同一のドーピングであった。次いで触媒を比較例1と
同様に試験した。結果は表から理解され得る。 [0036] 例2 担体を例1と同様に製造する。但し、10重量%のステ
アリン酸Alがステアリン酸Mgの代わりに使用された
;完成担体は0.3重量%のAlを含んでいた。該担体
は164m27gの表面積および0.91m1/gの細
孔容積を有し、その際細孔容積の76%は半径70〜1
00Aの細孔からそして細孔容積の18%は半径200
〜3000Aの細孔から構成されていた。担体粒子は例
1および比較例3および4と同一の形状および大きさを
有していた。 [0037] 担体粒子(200g)に比較例1と同様に含浸しく但し
、より大きい細孔容積のため、66m1の代わりに16
0m1の氷酢酸が使用された)そして乾燥すると比較例
1と同一のドーピングであった。次いで触媒を比較例1
と同様に試験した。結果は表から理解され得る。 [0038] 表 比較  比較  比較  比較 例1 例2 例3 例4 例1 例2 STY (g/l・h)      440  742
   ’/73  763  838  790燃焼(
/:)         14   15   6  
 8   5.4  4.6酢酸エチル含量(ppm)
  260  280  160  184  190
  218「STY」は空時収量である; 「燃料(%
)」はCO3に変換される反応したエチレンの百分率で
ある、「酢酸エチル含量」は反応生成物の縮合部分の酢
酸エチル含量に関する。 [0039]
【発明の効果】
本発明による担体の使用により、酢酸ビニルを製造する
際の選択率が約92%から約97%への上昇する結果、
実質的な節約が達成され得、さらに、選択率の上昇と共
に上昇する効率の結果、触媒量および反応器の容積を新
たなプラントにおいて減することができるためプラント
のコストをかなり減少することができ、またはすでに存
在するプラントを改造することなく容量がかなり増加さ
れ得るので、プラント拡大のための投資コストを省くこ
とができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】50〜250m^2/gの表面積および0
    .4〜1.2ml/gの細孔容積を有するSiO_2ま
    たはSiO_2−Al_2O_3混合物からなりかつそ
    の粒子は4〜9mmの粒度を有する担体であって、当該
    担体の細孔容積の5〜20%は200〜3000Åの半
    径を有する細孔から構成されそして細孔容積の50〜9
    0%は70〜100Åの半径を有する細孔から構成され
    ている担体に、パラジウムおよび/またはその化合物お
    よび所望であればさらに金および/または金化合物を含
    みかつ活性化剤としてアルカリ金属化合物および所望で
    あればさらにカドミウム化合物を含む触媒で、エチレン
    、酢酸および酸素または酸素含有ガスから気相中で酢酸
    ビニルを製造する方法であって、担体粒子をバインダー
    としてC_2〜C_2_0のカルボン酸のLi、Mg、
    Al、ZnまたはMn塩または当該塩の混合物を用いて
    圧縮することを特徴とする、上記製造方法。
  2. 【請求項2】AlまたはMgのカルボン酸塩がバインダ
    ーとして使用される、請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】カルボン酸Mgがバインダーとして使用さ
    れる、請求項1記載の製造方法。
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