JPH04305541A - 四塩化炭素からのクロロホルムの製造方法及びそれに使用する触媒組成物 - Google Patents

四塩化炭素からのクロロホルムの製造方法及びそれに使用する触媒組成物

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JPH04305541A
JPH04305541A JP3297559A JP29755991A JPH04305541A JP H04305541 A JPH04305541 A JP H04305541A JP 3297559 A JP3297559 A JP 3297559A JP 29755991 A JP29755991 A JP 29755991A JP H04305541 A JPH04305541 A JP H04305541A
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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、触媒組成物を使用する
四塩化炭素からのクロロホルムの製造方法に関する。本
発明は、また、そのような方法を可能にする特別な触媒
組成物及びこれら触媒組成物の調製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】米国特許第 3,579,596号は、
特に、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
gまたはAuの金属及びアルミナ、活性炭またはシリカ
で形成された担体から選ばれた触媒の存在下、気相で四
塩化炭素を脱クロル化して、クロロホルムにする方法を
開示している。
【0003】しかしながら、今日までに知られているこ
のような方法は、副反応及び/または触媒の急速な失活
を併有しており、これら方法の有効性を危うくしている
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、選択
性に優れ、かつ、触媒の急速な失活を起こさない四塩化
炭素からのクロロホルムの製造方法、並びにそのような
方法を可能にする触媒組成物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、これら欠点を
もはや有しない四塩化炭素からのクロロホルムの製造方
法に関するものである。事実、いくらかの触媒組成物は
、一定の選択性または転化率即ち収率で、四塩化炭素の
脱クロル化を可能にすることが見出された。このような
ことは今までに達成されていない。また、より特定的に
は、本発明の方法は、出発原料として四塩化炭素を使用
して専ら殆ど完全にクロロホルムとメタンを得ることを
可能にし、更に、C2 化合物の生成を減少する。
【0006】更に、この方法に使用される触媒組成物は
、公知の触媒組成物よりもより安定でかつ極めて緩やか
にしか失活しないという重要な利点を有している。従っ
て、本発明は、分子状水素存在下、気相で、四塩化炭素
からクロロホルムを製造する方法に関する。この方法で
は、反応は少なくとも1種のアルカリ金属アルミン酸塩
またはアルカリ土類金属アルミン酸塩を含む担体上に担
持された少なくとも1種の水素化能を有する金属を含む
触媒組成物によって触媒される。
【0007】水素化能を有する金属とは、元素の周期率
表の第VIII族及び第IB族の金属であると理解され
る。通例、該水素化金属は、Ru、Rh、Pd、Os、
Ir、Pt、Cu、AgまたはAuから選ばれる。好ま
しくは、該水素化金属は、白金またはパラジウムである
。白金で良好な結果が得られている。少なくとも1種の
アルカリ金属アルミン酸塩またはアルカリ土類金属アル
ミン酸塩を含む担体は、1またはそれ以上のアルカリ金
属または1またはそれ以上のアルカリ土類金属の、少な
くとも1またはそれ以上のアルミン酸塩を含む全ての触
媒担体であると理解される。一般に、該触媒担体は、少
なくとも1種のアルカリ金属アルミン酸塩を含む。通例
、該触媒担体は、アルミン酸リチウム、アルミン酸マグ
ネシウムまたはアルミン酸カルシウムを含む。好ましく
は、該担体は、混成酸化物構造を有するアルミン酸塩を
含む。極めて優先的には、逆スピネル構造を有するアル
ミン酸塩を含む。特に優先的には、該担体は、式LiA
l5 O8 のアルミン酸リチウムを含む。極めて優先
的には、該担体は、式LiAl5 O8 のアルミン酸
リチウム及びその酸化物であるLiAlO2 を含む。 少なくとも75%の式LiAl5 O8 のアルミン酸
塩からなる担体を使用した触媒組成物で良好な結果が得
られている。
【0008】該触媒担体は、また、アルカリ金属及びア
ルカリ土類金属から選ばれた1またはそれ以上の金属の
少なくとも2種以上の異なるアルミン酸塩の混成アルミ
ン酸塩または混合物も含む。リチウム及びナトリウムの
混成アルミン酸塩からなる担体を使用した触媒組成物で
良好な結果が得られている。一般に、水素化能を有する
金属0.01〜5重量%が使用される。これらの数値は
、触媒組成物の担体の重量を基準にしたものである。 好ましくは、0.05〜1.0重量%が使用される。
【0009】本発明の方法は、気相で行われる。本反応
が進行する温度は、通例50〜200℃である。好まし
くは、この温度は、80〜170℃である。90〜15
0℃の反応温度で行う四塩化炭素からのクロロホルムの
選択的製造に良好な結果が得られている。反応を行う圧
力は、一般に、0.1〜10気圧、好ましくは、1〜8
気圧である。1〜6気圧で良好な結果が得られている。
【0010】適用される水素と四塩化炭素のモル比は、
1〜16、好ましくは、4〜14である。6〜12のモ
ル比で良好な結果が得られている。モル比をこの範囲内
に設定するとクロロホルムの選択性が助長され、更に、
気相の希薄化により、触媒組成物上に沈着する炭素の生
成を遅らせる。同じ意味で、気相はメタンで有利に希釈
され、これは触媒組成物の経時変化を遅らせる。従って
、本発明の方法はメタンの存在下行ってもよい。一般に
、適用されるメタンと四塩化炭素のモル比は、0.1〜
15である。好ましくは、このモル比は、3〜12であ
る。4〜10の比率で良好な結果が得られている。
【0011】平均接触時間、即ち、触媒によって占めら
れた反応器の部分の容積とその反応圧及び反応温度にお
ける反応原料の流速との比率は、一般に1〜30秒であ
る。通例2〜15秒である。4〜10秒の接触時間で良
好な結果が得られている。本発明の方法は、触媒組成物
を固定床または流動床として行われる。本発明の方法は
、このような条件を設定することができるいかなる装置
または反応器内でも行うことができる。
【0012】本発明は、また、四塩化炭素からクロロホ
ルムを製造する特別な触媒組成物に関する。本発明は、
逆スピネル構造を有する少なくとも1種のアルミン酸塩
を含む担体であって、水素化能を有する金属として少な
くとも白金を担持した担体を含む触媒組成物に関する。
【0013】本発明の触媒組成物の担体は、逆スピネル
構造を有する少なくとも1種のアルミン酸塩を含む。好
ましくは、該担体は、式LiAl5 O8 のアルミン
酸リチウムを含む。特に優先的には、該担体は、式Li
Al5 O8 のアルミン酸リチウムとその酸化物であ
るLiAlO2 を含む。少なくとも75%のLiAl
5 O8アルミン酸塩からなる担体を使用した触媒組成
物で良好な結果が得られている。
【0014】触媒組成物の該担体は、また、アルカリ金
属及びアルカリ土類金属から選ばれた1またはそれ以上
の金属の少なくとも2種以上の異なるアルミン酸塩の混
成アルミン酸塩または混合物も含むことができる。リチ
ウム−ナトリウム混成アルミン酸塩からなる担体を使用
した触媒組成物で良好な結果が得られている。本発明の
触媒組成物は、一般に、触媒組成物の担体の重量に対し
て0.01〜5重量%の白金を含む。好ましくは、それ
らは、触媒組成物の担体の重量に対して0.05〜1.
0重量%の白金を含む。
【0015】本発明の触媒組成物の比表面積は、一般に
、15〜60m2/g であり、好ましくは、20〜5
0m2/g である。本発明の触媒組成物の気孔容積は
、一般に、0.1〜0.8m3/g であり、好ましく
は、0.3〜0.5m3/g である。アルミン酸リチ
ウムが担体中の唯一のアルミン酸塩である場合、本発明
の触媒組成物中におけるLi/Al比は、一般に、1/
4〜1/5.5であり、好ましくは、約1/5である。
【0016】該触媒組成物は、当該技術分野で公知のい
かなる方法によっても得ることができる。通例、これら
触媒組成物の調製方法は以下の3工程からなる:担体の
調製 白金化合物の如き水素化金属のこの担体への含浸処理、
及び該触媒組成物の活性化処理
【0017】本発明の触媒組成物に含まれる、良好な結
果をもたらす担体を得る1つの方法は、アルミナを酸化
物を形成できるアルカリ金属化合物またはアルカリ土類
金属化合物と接触させ、水を除去し、次いで、得られた
生成物を、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属
化合物を対応する酸化物に転化し、かつ、アルミナと該
アルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物間の
反応を立ち上がらせるか焼加熱サイクルに付することか
らなる。γ−アルミナを酸化物の前駆体である硝酸塩ま
たは酢酸塩の如きリチウム塩と接触させた場合に、優れ
た結果が得られている。
【0018】触媒組成物の調製においては、担体の調製
に続いて、該担体を白金化合物の如き水素化金属化合物
で含浸する。良好な結果をもたらす調製方法は、減圧下
で担体を白金化合物の酸性溶液と接触させる方法からな
る。好ましくは、該反応は塩酸中に溶解した塩化白金酸
6水和物の存在下で行われる。次いで、使用前に該触媒
組成物を活性化する。良好な結果をもたらす活性化方法
は、該触媒組成物を、約100〜150℃の温度で、空
気または酸素気流下、次いで、約500〜550℃の温
度で、空気または酸素気流下、75〜125℃の温度で
、窒素の如き不活性ガス気流下、250〜300の温度
で、水素気流下、及び最後に、周囲温度で、窒素の如き
不活性ガス気流下で連続的にフラッシュすることからな
る。
【0019】本発明の触媒組成物を使用したあとは、活
性及び選択性を著しく低下させることなく該触媒組成物
を再生することができる。良好な結果をもたらす再生方
法は約350℃で24時間、触媒組成物を空気で2回処
理(フラッシュ)し、各処理後ごとに、280℃で8時
間水素気流下に還元する処理を続けることからなる。別
の方法は、200〜350℃の温度で水素気流下で再生
することからなる。
【0020】以下の実施例によって、本発明をより詳し
く説明する。
【0021】
【実施例】実施例1  触媒組成物の調製a)担体の調
製 16.4gのLiOH・H2 Oと28mlの濃HNO
3 を三角フラスコに添加した。該溶液に水を加えて全
量を35mlにした。減圧下100℃で、アルミナ(3
03m2/g の比表面積及び0.35m3/g の気
孔容積を有するγ−アルミナ)を減圧乾燥した。
【0022】次いで、このようにして乾燥したアルミナ
100gに上記で調製した溶液を、周囲温度及び常圧で
含浸させた。該混合液を周囲温度で1時間靜置した。こ
のようにして得られた生成物を減圧下90℃で45分間
乾燥した。次いで、得られた担体を600℃で6時間及
び1050℃で8時間空気気流下でか焼した。
【0023】b)含浸 5gの塩化白金酸6水和物を100mlの0.05M塩
酸溶液に溶解させた。この溶液の4.5mlをとり、4
.8mlの水で希釈した。a)で説明したようにして得
られた担体17.1gを、減圧下100℃で2時間、5
00ml溝付フラスコ中に置いた。次いで、減圧下で周
囲温度に戻した。次いで、上記で調製した溶液をこの担
体に75分を要して加え、得られた組成物を常圧下周囲
温度で24時間靜置した。
【0024】該組成物を100℃の減圧オーブン中に7
2時間置いた。
【0025】c)活性化 b)で得られた組成物をか焼反応器に配置し、130℃
で4時間空気でフラッシュした。次いで、該反応器を空
気気流下で1時間530℃にした。次いで、該反応器を
窒素気流下100℃に冷却し、これらの条件下で一夜靜
置した。
【0026】次いで、該反応器を窒素気流下280℃に
し、次いで、280℃で8時間水素でフラッシュした。 該反応器を窒素でフラッシュしながら、周囲温度に戻し
た。該触媒組成物のLi/Al比は1/5であった。粉
砕後の該触媒組成物のX線解析は、主要成分がLiAl
5 O8 である3相の存在を示した。
【0027】窒素の吸収量で測定した該触媒組成物の比
表面積と気孔容積は、それぞれ33m2/g 及び0.
37m3/g であった。
【0028】実施例2  四塩化炭素からのクロロホル
ムの製造 実施例1で説明したようにして得られた10cm3 (
7.65g)の触媒組成物を、10.2mmの内径を有
するステンレススチール製反応器に固定床として入れ、
空気脈動オーブン(pulsed−air oven)
で加熱した。該反応器に、82.2容量%の水素及び1
7.2容量%の四塩化炭素からなるガス混合物を、温度
105℃、圧力4.4kg重/cm2 (4.3バール
)及び空間速度(即ち、平均接触時間の逆数)480h
−1で導入した。これは、水素の流速12.3  lN
/hと四塩化炭素の流速2.56  lN/hに対応す
る。
【0029】四塩化炭素の初期転化率は95モル%であ
った。生成物は、クロロホルム、ジクロロメタン、メタ
ン、塩化水素及び痕跡のエタンとパークロロエチレンで
あった。転化した四塩化炭素量を基準とした選択性は、
それぞれ、クロロホルムが75モル%、ジクロロメタン
が2モル%及びメタンが22モル%であった。
【0030】1gの白金に付き152kgの四塩化炭素
を通した後、即ち、約330時間運転した後の四塩化炭
素の転化率は、依然として、81モル%であり、生成物
の選択性は変化がなかった。
【0031】実施例3  四塩化炭素からのクロロホル
ムの製造−水素での四塩化炭素の希釈 実施例1の触媒組成物を含有する反応器を実施例2の条
件で330時間運転した後、該反応器に、89.4容量
%の水素及び10.6容量%の四塩化炭素からなるガス
混合物を、温度105℃、圧力4.1kg重/cm2 
(4バール)及び空間速度480h−1で導入した。こ
れは、水素と四塩化炭素のそれぞれの流速12.40 
 lN/hと1.47  lN/hに対応する。
【0032】これらの条件下で四塩化炭素の転化率は、
84モル%であった。転化した四塩化炭素量を基準とし
た選択性は、それぞれ、クロロホルムが84モル%、ジ
クロロメタンが0.7モル%及びメタンが15モル%で
あった。1gの白金に付き更に39kgの四塩化炭素を
通した後、即ち、約145時間更に運転した後の四塩化
炭素の転化率は、82モル%であり、生成物の選択性は
変化しないままであった。
【0033】実施例4  長期運転試験実施例1で得ら
れた30cm3 (24g)の触媒組成物を20cm3
 のガラスビーズと混合し、該混合物を固定床として、
20mmの内径を有するステンレススチール製反応器に
入れ、2重壁内の循環油で加熱した。44.4容量%の
水素、44.4容量%のメタン及び11.2容量%の四
塩化炭素からなるガス混合物を、温度102℃、圧力4
.1kg重/cm2 (4.0バール)及び空間速度5
14h−1(未希釈触媒組成物に比例する)で、該触媒
組成物に通した。これは、水素、メタン及び四塩化炭素
それぞれの流速20.0、20.0及び5.0  lN
/hに対応する。
【0034】四塩化炭素の転化率は、98モル%であっ
た。生成した主生成物は、クロロホルム、ジクロロメタ
ン、メタン及び塩化水素であった。転化した四塩化炭素
量を基準とした選択性は、それぞれ、クロロホルムが8
3モル%、ジクロロメタンが1モル%及びメタンが16
モル%であった。1gの白金に付き270kgの四塩化
炭素を通した(約940時間の運転)後の四塩化炭素の
転化率と生成物の選択性は変化しないままであった。
【0035】実施例5  触媒組成物の調製a)担体の
調製 8.2gのLiOH・H2 O、14mlの濃HNO3
 及び16.62gのNaNO3 を三角フラスコに添
加した。 該溶液に水を加えて全量を44mlにした。減圧下10
0℃で、アルミナ(300m2/g の比表面積及び0
.4m3/g の気孔容積を有するγ−アルミナ)を乾
燥した。
【0036】次いで、このようにして乾燥したアルミナ
100gに上記で調製した溶液を、周囲温度及び常圧で
含浸させた。該混合液を周囲温度で1時間靜置した。こ
のようにして得られた生成物を減圧下90℃で45分間
乾燥した。次いで、得られた担体を600℃で6時間及
び1050℃で8時間空気気流下でか焼した。
【0037】該担体の包括的な化学式は、(Li,Na
)1 Al5 O8 であった。
【0038】b)含浸 5gの塩化白金酸6水和物を100mlの0.05M塩
酸溶液に溶解させた。この溶液の26.5mlをとり、
17.5mlの水で希釈した。a)で説明したようにし
て得られた担体100gを、減圧下90℃で45分間、
500ml溝付フラスコ中に置いた。次いで、減圧下で
周囲温度に戻した。次いで、上記で調製した溶液をこの
担体に80分を要して加え、該組成物を100℃の減圧
オーブン中に24時間置いた。
【0039】c)活性化 b)で説明したようにして得られた組成物をか焼反応器
に配置し、130℃で4時間空気でフラッシュした。次
いで、該反応器を空気気流下で1時間530℃にした。 次いで、該反応器を窒素気流下で周囲温度に冷却し、こ
れらの条件下で一夜靜置した。
【0040】次いで、該反応器を窒素気流下280℃に
し、次いで、280℃で4時間水素でフラッシュした。 次いで、該反応器を窒素でフラッシュしながら、周囲温
度に戻した。窒素の吸収量で測定した該触媒組成物の比
表面積と気孔容積は、それぞれ45m2/g 及び0.
34m3/g であった。
【0041】実施例6  四塩化炭素からのクロロホル
ムの製造 実施例5で説明したようにして得られた10cm3 (
8.24g)の触媒組成物を固定床として、10.2m
mの内径を有するステンレススチール製反応器に入れ、
空気脈動オーブンで加熱した。該反応器に、83.3容
量%の水素と16.7容量%の四塩化炭素からなるガス
混合物を、温度90℃、圧力4.1kg重/cm2 (
4.0バール)及び空間速度(即ち、平均接触時間の逆
数)514h−1で、導入した。これは、水素の流速1
2.9  lN/hと四塩化炭素の流速2.6  lN
/hに対応する。
【0042】四塩化炭素の初期転化率は98モル%であ
った。生成した生成物は、クロロホルム、ジクロロメタ
ン、メタン、塩化水素及び痕跡のエタンとパークロロエ
チレンであった。転化した四塩化炭素量を基準とした選
択性は、それぞれ、クロロホルムが80モル%、ジクロ
ロメタンが2モル%及びメタンが18モル%であった。
【0043】実施例7  四塩化炭素からのクロロホル
ムの製造−水素または水素とメタンでの四塩化炭素の希
釈実施例5の触媒組成物を含有する反応器を実施例6の
条件で22時間運転した後、該反応器に、88.9容量
%の水素と11.1容量%の四塩化炭素からなるガス混
合物を、温度90℃、圧力4.1kg重/cm2 (4
バール)及び空間速度514h−1で導入した。これは
、水素と四塩化炭素のそれぞれの流速13.7  lN
/h及び1.7  lN/hに対応する。
【0044】これらの条件下で四塩化炭素の転化率は、
98モル%であった。転化した四塩化炭素量を基準とし
た選択性は、それぞれ、クロロホルムが87モル%、ジ
クロロメタンが1モル%及びメタンが12モル%であっ
た。更に6時間追加運転した後、該反応器に、44.4
容量%の水素、44.4容量%のメタン及び11.2容
量%の四塩化炭素からなるガス混合物を、温度100℃
、圧力4.1kg重/cm2 (4バール)及び空間速
度514h−1で導入した。これは、水素、メタン、四
塩化炭素のそれぞれの流速6.7lN/h、6.7lN
/h、1.7  lN/hに対応する。
【0045】これらの条件下で四塩化炭素の転化率は、
98モル%であった。転化した四塩化炭素量を基準とし
た選択性は、それぞれ、クロロホルムが86モル%、ジ
クロロメタンが1モル%及びメタンが13モル%であっ
た。
【0046】比較例1 θ−アルミナに担持した0.5%の白金を含有する10
cm3 (4.99g)の触媒組成物を固定床として、
10.2mmの内径を有するステンレススチール製反応
器に入れ、空気脈動オーブンで加熱した。該反応器に、
83.1容量%の水素及び16.9容量%の四塩化炭素
からなるガス混合物を、温度90℃、圧力4.1kg重
/cm2 (4.04バール)及び空間速度514h−
1で導入した。これは、水素の流速12.98  lN
/hと四塩化炭素の流速2.65  lN/hに対応す
る。
【0047】四塩化炭素の転化率は、90モル%であっ
た。生成した主生成物は、クロロホルム、ジクロロメタ
ン、メタン、塩化水素、パークロロエチレン及びヘキサ
クロロエタンであった。転化した四塩化炭素量を基準と
した選択性は、それぞれ、クロロホルムが67モル%、
ジクロロメタンが4モル%、メタンが23モル%、パー
クロロエチレンが5モル%及びヘキサクロロエタンが0
.5モル%であった。
【0048】1gの白金に付き17kgの四塩化炭素を
通した後、即ち、約24時間運転の後の四塩化炭素の転
化率は、66モル%であり、転化した四塩化炭素量を基
準とした選択性は、それぞれ、クロロホルムが72モル
%、ジクロロメタンが0モル%、メタンが23モル%、
パークロロエチレンが3モル%及びヘキサクロロエタン
が2モル%であった。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  分子状水素存在下、気相で、四塩化炭
    素からクロロホルムを製造する方法であって、該反応が
    、少なくとも1種のアルカリ金属アルミン酸塩またはア
    ルカリ土類金属アルミン酸塩を含む担体上に担持された
    少なくとも1種の水素化能を有する金属を含む触媒組成
    物によって触媒される方法。
  2. 【請求項2】  該担体が、逆スピネル構造を有する少
    なくとも1種のアルミン酸塩を含むことを特徴とする、
    請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】  該担体が、式LiAl5 O8 のア
    ルミン酸リチウムを含むことを特徴とする、請求項1ま
    たは2記載の方法。
  4. 【請求項4】  該担体が、アルカリ金属及びアルカリ
    土類金属から選ばれた少なくとも2種の金属の混成アル
    ミン酸塩を含むことを特徴とする、請求項1、2または
    3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】  該担体が、アルカリ金属及びアルカリ
    土類金属から選ばれた少なくとも2種の異なるアルミン
    酸塩の混合物を含むことを特徴とする、請求項1、2ま
    たは3のいずれか1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】  水素と四塩化炭素のモル比が、1〜1
    6であることを特徴とする、請求項1、2、3、4また
    は5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】  気相が、メタンで希釈されることを特
    徴とする、請求項1、2、3、4、5または6のいずれ
    か1項に記載の方法。
  8. 【請求項8】  反応が進行する温度が、50〜200
    ℃であることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5
    、6または7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】  少なくとも白金を担持した担体を含む
    触媒組成物であって、該担体が、逆スピネル構造を有す
    る少なくとも1種のアルミン酸塩を含むことを特徴とす
    る触媒組成物。
  10. 【請求項10】  担体が、式LiAl5 O8 のア
    ルミン酸リチウムを含むことを特徴とする、請求項9記
    載の触媒組成物。
  11. 【請求項11】  担体が、式(Li,Na)1 Al
    5 O8 のリチウム−ナトリウム混成アルミン酸塩を
    含むことを特徴とする、請求項9記載の触媒組成物。
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