JPH06508616A - Production method of phenol - Google Patents
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 フェノールの製造法 本発明は、Cu−含有触媒の存在下、相応のアリールカルボン酸を気相にて酸化 的脱カルボキシル化してフェノールを製造する方法に関する。[Detailed description of the invention] Production method of phenol The present invention relates to the oxidation of corresponding aryl carboxylic acids in the gas phase in the presence of Cu-containing catalysts. The present invention relates to a method for producing phenol through decarboxylation.
酸化的脱カルボキシル反応によるフェノールの製造は知られてから久しい。オラ ンダ特許第90.684号明細書に相当する英国特許第762738号明細書は 、すでにこのような方法を開示しており、そこでは、酸化、脱カルボキシル化並 びに加水分解が、少くとも200℃、好適には230〜250℃の温度で単一工 程にて実施されている。The production of phenol by oxidative decarboxylation has been known for a long time. Ora British Patent No. 762738, which corresponds to Nda Patent No. 90.684, is have already disclosed such a method, in which oxidation, decarboxylation as well as and hydrolysis in a single step at a temperature of at least 200°C, preferably between 230 and 250°C. It is being implemented in the process.
この方法に関連して近年多数の特許が発行されており、これらは、この工程の主 な欠点、即ちかなりの数の副生成物の生成、特にタール状物の生成を抑制するこ とを目的としている。A number of patents have been issued in recent years related to this method, and these The disadvantage is that it is difficult to suppress the formation of a significant number of by-products, especially tar-like products. The purpose is to
タールの生成を防止する目的で、反応を固体銅含有触媒上で気相で行うことが提 案されている;例えば、オランダ特許第107561号明細書及びオランダ特許 第110374号明細書を参照。これらは後述の特許と同様に触媒の最適化を主 にめざしているが(例えばオランダ特許第7810528号明細書、ヨーロッパ 特許第52839号明細書及びヨーロッパ特許第40452号明細書)、タール の生成が実質的に抑制されるシステムは開示していない。すべての場合において 、しばら(すると触媒は黒色のタール状のコーティングで覆われ、そのことは特 にその活性に影響するように思われる。It is proposed that the reaction be carried out in the gas phase over a solid copper-containing catalyst to prevent tar formation. proposed; for example, Dutch Patent No. 107561 and Dutch Patent No. See specification no. 110374. Similar to the patents mentioned below, these mainly focus on catalyst optimization. (e.g. Dutch Patent No. 7810528, European Patent No. 7810528) Patent No. 52839 and European Patent No. 40452), tar does not disclose a system in which the production of is substantially suppressed. in all cases , for a while (then the catalyst will be covered with a black tar-like coating, which is particularly noticeable). appears to affect its activity.
本発明による方法は、相応のアリールカルボン酸から気相において実質的に完全 にタールの生成を防止しつつ、フェノールを製造するための方法を提供する。The process according to the invention comprises the process of preparing a substantially complete reaction mixture in the gas phase from the corresponding arylcarboxylic acid. To provide a method for producing phenol while preventing the formation of tar.
したがって、高い製造選択性と経済的に魅力のある態様を合わせもつ方法が得ら れる。Therefore, a method with both high manufacturing selectivity and economically attractive aspects is available. It will be done.
本発明の方法は、以下の製造工程を実施することにより特徴付けられる: a) タール生成が本質的に存在しないような条件下で、オキシダント含有ガス 混合物を触媒床に供給する、 b) 酸素を排除しつつ、アリールカルボン酸及び蒸気を供給し、気相のフェノ ールを形成させる。The method of the invention is characterized by carrying out the following manufacturing steps: a) Oxidant-containing gas under conditions such that tar formation is essentially absent. feeding the mixture to the catalyst bed; b) While excluding oxygen, supply aryl carboxylic acid and steam to generate phenol in the gas phase. form a rule.
このように方法を実施することにより、2段階方法が得られる:最初は酸化であ り、次に触媒の還元と組み合わされてフェノール形成がなされる。By carrying out the method in this way, a two-step process is obtained: first, the oxidation is then combined with reduction of the catalyst to form phenol.
この場合、以下においては、アリールカルボン酸は次式の構造式を有する化合物 であると理解される:式中、R1ないしR6は水素(この場合、少くともR1又 はR6は水素である)、又は有機基であって、いわゆるハメット定数が−1と+ 2の間にあるもののいずれかである。このハメット又はσ値は、アリールカルボ ン酸の反応性に対する置換基の影響の尺度を表わすものであるが、この説明は、 マーチ(J、 March)の^dvanced Organic Chemi stry、 1989 、第242〜250頁、特に第244頁の第4表で見い 出すことができる。In this case, in the following, arylcarboxylic acids are defined as compounds having the following structural formula: in which R1 to R6 are hydrogen (in this case at least R1 or R6 is hydrogen), or an organic group with so-called Hammett constants of −1 and + It is anything between 2. This Hammett or σ value is This description represents a measure of the influence of substituents on the reactivity of phosphoric acids. March (J, March) ^dvanced Organic Chemi stry, 1989, pp. 242-250, especially table 4 on page 244. I can put it out.
ここで使用しうる基は次のものである二C−原子数1〜6のアルキル、シクロア ルキル、アリール、アリールアルキル、アミノ、ハロゲン、ニトロ。The groups that can be used here are the following: di-C-alkyl having 1 to 6 atoms, cycloa alkyl, aryl, arylalkyl, amino, halogen, nitro.
(1)のエステル及び無水物もまた適当であり、基は例えばナフタレンカルボン 酸(未置換又は置換のもの)の場合におけるように、環系を介して互いに結合す ることができる。トリメリット酸及びピロメリット酸のような多アリールカルボ ン酸も出発物質として使用しうる。上述のアリールカルボン酸の混合物も本発明 の方法に使用しうる。Esters and anhydrides of (1) are also suitable, groups such as naphthalene carbon Linked to each other through a ring system, as in the case of acids (unsubstituted or substituted) can be done. Polyarylcarbohydrates such as trimellitic acid and pyromellitic acid phosphoric acid may also be used as a starting material. Mixtures of the above-mentioned aryl carboxylic acids are also included in the invention. It can be used in the following methods.
本発明は特に、未置換の安息香酸(R1ないしR6=水素)を相応の未置換の不 フェノールに変換するための方法に関する。The invention particularly relates to converting unsubstituted benzoic acid (R1 to R6=hydrogen) into corresponding unsubstituted unsubstituted Concerning a method for converting into phenol.
銅をCu (II)に変換することを含む、銅含有触媒の酸化は、本発明の最初 の反応工程である。銅の酸化の度合において増大がもたらされる。The oxidation of copper-containing catalysts, including converting copper to Cu(II), is the first step of the present invention. This is the reaction process. An increase in the degree of copper oxidation results.
銅含有触媒の酸化は、酸素含有気体を使用して実施すると、特に良好に進行する 。酸素に富んでいるか又は酸素を奪われているかに関係なく、空気はこの目的の ために極めて良好に使用しつる。他の酸化性気体、例えば、N20又はo3含有 気体も使用しつる。使用される圧力は決定的ではないが、一般的には酸化工程を 促進するために高圧が選択されるであろう。それゆえ、0.1〜2.5MPaの 圧力が適当である。The oxidation of copper-containing catalysts proceeds particularly well when carried out using oxygen-containing gases. . Air, whether oxygen-enriched or oxygen-depleted, is suitable for this purpose. Very well used vine. Containing other oxidizing gases, e.g. N20 or O3 It also uses gas. The pressure used is not critical, but generally High pressure will be selected to facilitate. Therefore, between 0.1 and 2.5 MPa The pressure is appropriate.
この酸化工程は、(実質的に)タールが生成されないように実施されるべきであ る。これは種々の手段により達成しうる。例えば、フェノールが最早触媒に吸着 されないように保ち、それゆえ、触媒は本質的にフェノールを含有しないように 保たれる。これは、第2工程の終了時に蒸気又は不活性気体でストリッピングす ることにより達成される。又は、例えば、この工程における触媒温度は200℃ 以下、好適には150〜190℃の間に保持される(なぜならば、Cuの酸化速 度は高く、タール生成は、フェノールの存在時においては200℃を越える迄生 じないからである)。もちろん、すべての銅がCu (n)型に変換されないよ うにするため一層高い温度(例えば、191〜270℃)を使用し、反応混合物 と酸素の間の接触時間を短かく保つ(例えば、01〜5分)ことも可能である。This oxidation step should be carried out in such a way that (substantially) no tar is formed. Ru. This can be achieved by various means. For example, phenol is no longer adsorbed on the catalyst. so that the catalyst is essentially free of phenol. It is maintained. This can be done by stripping with steam or inert gas at the end of the second step. This is achieved by Or, for example, the catalyst temperature in this step is 200°C Hereinafter, it is preferably maintained between 150 and 190°C (because the oxidation rate of Cu is The temperature is high, and tar formation continues until the temperature exceeds 200℃ in the presence of phenol. (This is because it is not true.) Of course, not all copper is converted to Cu(n) type. Higher temperatures (e.g. 191-270°C) are used to increase the temperature of the reaction mixture. It is also possible to keep the contact time between oxygen and oxygen short (eg 01-5 minutes).
触媒は、例えば、シリコン、チタン又はカドミウムの酸化物、カーボンから成る 担体上に適用しつる。好適には、触媒は担体上に固定して使用する。シリカは好 適には担体として使用される。触媒の負荷は、一般には担体上で5〜40重量% 金属である。高い度合の負荷は、単位容積当たりの高い変換率に貢献する。The catalyst consists of, for example, oxides of silicon, titanium or cadmium, carbon Apply on the carrier. Preferably, the catalyst is used immobilized on a carrier. Silica is good Suitably used as a carrier. The catalyst loading is generally between 5 and 40% by weight on the support. It is metal. A high degree of loading contributes to a high conversion rate per unit volume.
銅に加えて共触媒(Co−Catalyst)を含む触媒を使用することは有利 であることができる。この共触媒は、特に元素の周期律表の第■族ないし第1族 並びにランタニド及びアクチニドのグループから選択しうる。It is advantageous to use a catalyst containing a Co-Catalyst in addition to copper. can be. This cocatalyst is particularly suitable for elements from Groups Ⅰ to 1 of the periodic table. and the group of lanthanides and actinides.
これらの成分は、触媒における銅の酸化性能に影響する。These components affect the copper oxidation performance of the catalyst.
この触媒は、例えば、銅、ジルコニウム及び、所望ならば、ナトリウム、カリウ ム、リチウム又はマグネ/ラムのようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属から 構成しつる。さらに、希土類(原子番号37ないし71)、又はジルコニウム、 銀、バナジウム、クロム、モリブデン、ハフニウム及びタングステン又はそれら の混合物は、銅と組みあわせて使用しうる。The catalyst may include, for example, copper, zirconium and, if desired, sodium, potassium, etc. from alkali metals or alkaline earth metals such as Constructed. Furthermore, rare earths (atomic number 37 to 71), or zirconium, Silver, vanadium, chromium, molybdenum, hafnium and tungsten or the like Mixtures of may be used in combination with copper.
適当な触媒系の例は、ヨーロッパ特許第52839号明細書、ヨーロッパ特許第 40452号明細書、オランダ特許第7810528号明細書、オランダ特許第 110374号明細書及びオランダ特許第107561号明細書に記載されてい る。一般に、気相反応に適する触媒はすべて、本明細書で記載される本発明によ る二段階処理に使用され得る。Examples of suitable catalyst systems include EP 52 839; 40452, Dutch Patent No. 7810528, Dutch Patent No. No. 110374 and Dutch Patent No. 107561. Ru. In general, all catalysts suitable for gas phase reactions can be used according to the invention described herein. can be used in a two-step process.
本発明方法における二段階工程は、還元及びフェノール生成の組み合わせから成 り、この際二酸化炭素が放出される。The two-step process in the method of the invention consists of a combination of reduction and phenol production. At this time, carbon dioxide is released.
オランダ特許第283.477号明細書に記載された方法とは異なり、還元及び フェノールの生成は酸素の不在下で実施される。酸素が存在しないため、このプ ロセス工程におけるCu含有触媒の再酸化を防止することができ、それゆえ、フ ェノールとその中間生成物及びいずれかの酸化された触媒生成物の間では反応は 生じない。このため、タールの生成を防止しつる。Unlike the method described in Dutch Patent No. 283.477, reduction and The production of phenol is carried out in the absence of oxygen. Since there is no oxygen present, this re-oxidation of the Cu-containing catalyst in the process process, and therefore There is no reaction between phenol and its intermediate products and any oxidized catalyst products. Does not occur. This prevents the formation of tar.
本発明工程の第二工程における蒸気の量は、Cu(■)ベンゾエートの量に対し て少くとも同等モルとなるような量を使用することが有利である。好適には、い (らか過剰に使用され、一般には高収率を確保するのに十分となるよう、2−又 は4−倍過剰に使用される。The amount of steam in the second step of the process of the present invention is relative to the amount of Cu(■)benzoate. It is advantageous to use amounts which are at least equivalent molar. Preferably, (2- or more is used in excess, generally sufficient to ensure high yields) is used in a 4-fold excess.
第二製造工程が実施される圧力は決定的ではないが、大気圧以上に圧力を増大さ せることの利点は、反応動力学に対して有利な影響を与えることである。適用さ れる圧力は、一般には0.1ないし2.511Paの範囲にある;より高い圧力 は許容されつるが、その製造法の実質的な改善はもたらされない。The pressure at which the second manufacturing step is carried out is not critical, but the pressure may be increased above atmospheric pressure. The advantage of this is that it has a favorable influence on the reaction kinetics. applied The pressure applied is generally in the range 0.1 to 2.511 Pa; higher pressures is acceptable, but does not result in a substantial improvement in its manufacturing process.
フェノール生成を促進するために得られた反応混合物は後処理するのが有利であ る。これは固定床の反応器において酸イオン交換体を使用することにより極めて 良好になしつる。It is advantageous to work up the reaction mixture obtained to promote phenol production. Ru. This is achieved by using an acid ion exchanger in a fixed bed reactor. Nice vine.
反応生成物は、得られたフェノールを分離し、かつ回収するために品質改良操作 がなされる。これは、例えば蒸留等のそれ自体既知の方法によりなし得る。The reaction product undergoes quality improvement operations to separate and recover the resulting phenol. will be done. This can be done by methods known per se, for example by distillation.
蒸留の底部の流体、これは未変換のアリールカルボン酸を含有しつるが、それは 必要に応じて精製工程の後で、製造工程に再循環させることができる。The bottom fluid of distillation, which contains unconverted aryl carboxylic acids, is If necessary, it can be recycled to the manufacturing process after the purification step.
触媒は、固定又は移動床の形態で適用できる。二段階反応を間欠的に実施するこ とができ、連続的に短時間酸素含有気体を例えば固定床反応器に供給し、次いで 酸素を除いて第二工程を実施する。触媒を第一工程用に条件設定した後、酸化用 の気体混合物が再び供給される。二段階工程は、あるいは、酸化工程を複数反応 器システムの最初の反応器で実施させ、次に好適には移動床において、第二反応 器に触媒を送り、そこで第二工程を生じさせることにより、連続的に実施するこ ともできる。その場合には、反応器は所望の要件に完全に適合させ得る。The catalyst can be applied in fixed or moving bed form. The two-step reaction can be carried out intermittently. can be used to continuously supply oxygen-containing gas for a short time, e.g. to a fixed bed reactor, and then A second step is carried out with the oxygen removed. After setting the conditions for the catalyst for the first step, the oxidation gas mixture is again supplied. A two-step process, or multiple oxidation steps The second reaction is carried out in the first reactor of the reactor system and then preferably in a moving bed. It can be carried out continuously by feeding the catalyst into a vessel where the second step takes place. Can also be done. In that case, the reactor can be completely adapted to the desired requirements.
本発明の方法は、未置換の安息香酸から未置換のフェノールを製造する際に特に 好適である。このフェノールは、例えばフェノール−ホルムアルデヒド樹脂用の 及びカプロラクタム用の出発物質として、ナイロン−6用の出発物質として、又 は、ビスフェノール−A−の製造のために使用しつる。The method of the present invention is particularly suitable for producing unsubstituted phenol from unsubstituted benzoic acid. suitable. This phenol can be used, for example, for phenol-formaldehyde resins. and as a starting material for caprolactam, as a starting material for nylon-6, and as a starting material for caprolactam. is used for the production of bisphenol-A.
本発明は以下の実施例において説明されるが、これは本発明を限定するこものと して解されるべきではない。The invention is illustrated in the following examples, which do not limit the invention. It should not be interpreted as such.
実施例 試験は、添付図面に示されている実験装置を使用して実施されたが、図中Aは蒸 気発生装置(H20/N2混合物)、Bは安息香酸蒸発器及びCは空気供給装置 を表わす。3つの流れは反応床りへ行く。E、F及びGは冷却器であり、反応混 合物を130℃、8℃及び−80℃にそれぞれ冷却する。Hは放出された混合物 の分析部位である。反応器はシリカに酸化銅が充填された、約2.5m!!の充 填された床部より成る。A、B及びCからのガス流は調節可能であり、Eないし Hにおける生成物はガスクロマトグラフィー(GC)及び高圧液体クロマトグラ フィー(HPLC)を使用して分析された。Example The test was conducted using the experimental equipment shown in the attached drawings, in which A is the evaporator. Air generator (H20/N2 mixture), B is benzoic acid evaporator and C is air supply device represents. Three streams go to the reaction bed. E, F and G are coolers, which are used for reaction mixture. The mixture is cooled to 130°C, 8°C and -80°C, respectively. H is the released mixture This is the analysis site. The reactor is approximately 2.5 meters long and is made of silica filled with copper oxide! ! full of Consists of a filled floor. Gas flows from A, B and C are adjustable and from E to The product in H is analyzed by gas chromatography (GC) and high pressure liquid chromatography. was analyzed using HPLC (HPLC).
実施例! 触媒を空気で30秒間酸化した。次に、安息香酸及び蒸気を240秒間供給した 。触媒床の温度は250℃であった。カラムにおける酸及び蒸気の保持時間は4 秒であった。安息香酸の変換率は20%であった。Example! The catalyst was oxidized with air for 30 seconds. Benzoic acid and steam were then supplied for 240 seconds. . The temperature of the catalyst bed was 250°C. The retention time of acid and vapor in the column is 4 It was seconds. The conversion rate of benzoic acid was 20%.
作業周期の終了時において、吸収されたフェノールを除去するために蒸気のみが 2秒間供給された。フェノールへの選択率は96%であり、ベンゼンは4%であ った。5回の作業周期の終わりに触媒をエーテルで抽出した。HPLC分析では 、触媒上にタール生成物の生成は示されなかった。At the end of the working cycle, only steam is used to remove absorbed phenol. Supplied for 2 seconds. The selectivity to phenol was 96% and benzene was 4%. It was. At the end of five working cycles the catalyst was extracted with ether. In HPLC analysis , no formation of tar products on the catalyst was demonstrated.
実施例■ 実施例Iと同様にして、同量の蒸気及び安息香酸を、カラム上の保持時間を2秒 にして300℃で60秒間供給した。変換率は40%であり、フェノールへの選 択率は91%、ベンゼンへは9%であった。タールは生成されなかった。Example■ Same amounts of steam and benzoic acid were applied as in Example I with a retention time of 2 seconds on the column. The temperature was increased to 300°C for 60 seconds. The conversion rate is 40%, and the selection to phenol is The selectivity was 91% and 9% to benzene. No tar was produced.
国際調査報告 国際調査報告 フロントページの続き (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。international search report international search report Continuation of front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE.
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BR9206152A (en) | 1994-12-06 |
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