JPH11240846A - 1,4−ブタンジオールへのマレイン酸の水素化のための改良されたプロセス - Google Patents
1,4−ブタンジオールへのマレイン酸の水素化のための改良されたプロセスInfo
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- JPH11240846A JPH11240846A JP34222898A JP34222898A JPH11240846A JP H11240846 A JPH11240846 A JP H11240846A JP 34222898 A JP34222898 A JP 34222898A JP 34222898 A JP34222898 A JP 34222898A JP H11240846 A JPH11240846 A JP H11240846A
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Abstract
ガンマ−ブチロラクトン生産を最小にすること。 【解決手段】 1,4−ブタンジオールの生産のための
プロセスであって、水素−含有気体および水素化触媒と
接触する、水素化可能な前駆物質を触媒的に水素化する
工程を包含し、ここで該水素化触媒は、周期表のVII
I族の少なくとも一つの貴金属を含み、ここで鉄は、水
素化可能な前駆物質に添加される。
Description
マレイン酸または他の水素化可能な前駆物質の、1,4
−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランへの水素化
のための改良されたプロセスに関する。改良点は、マレ
イン酸、無水マレイン酸または他の水素化可能な前駆物
質供給原料への鉄の添加を含む。供給原料中の鉄の添加
は、反応生成物に対する触媒性能を改善し、1,4−ブ
タンジオールのより高い収量および副生物の最小の形成
をもたらす。
チロラクトンおよび1,4−ブタンジオールが無水マレ
イン酸および関連した化合物の触媒水素化によって得ら
れることは、周知である。テトラヒドロフランは、天然
および合成樹脂のための有用な溶媒であって、多数の化
学品およびプラスチックの製造ための価値ある中間体で
ある。ガンマブチロラクトンは、酪酸化合物、ポリビニ
ルピロリドンおよびメチオニンの合成のための中間体で
ある。ガンマブチロラクトンは、アクリレートおよびス
チレンポリマーのための有用な溶媒であり、またペイン
ト除去剤および繊維添加剤(textile assi
stants)の有用な成分である。1,4−ブタンジ
オール(一名、1,4−ブチレングリコール)は、溶
媒、湿潤剤、可塑剤および医薬品のための中間体、ポリ
ウレタンエラストマーのための橋かけ剤、テトラヒドロ
フランの製造の前駆物質として有用であり、そしてテレ
フタレートプラスチックを製造するために使用される。
素化可能な前駆物質の、テトラヒドロフラン、ガンマブ
チロラクトンおよび1,4−ブタンジオールへの水素化
のための多数の触媒およびプロセスは、開示されてい
る。本発明の中で、最も利点があるのは、サポート(担
持)された貴金属触媒によって触媒されるプロセスであ
る。このような触媒が鉄をも含み得ることは、従来技術
において教示されている。
は、レニウム、パラジウムおよびパラジウムとの合金に
なることができる少なくとも一つの他の金属(全て炭素
サポート(担体)上)を含む触媒を使用して、カルボン
酸またはその無水物の、対応するアルコールおよび/ま
たはカルボン酸エステルへの、触媒水素化のためのプロ
セスを教示する。パラジウムと合金になり得る好ましい
金属は銀であるが、金、銅、ニッケル、ロジウム、ス
ズ、コバルト、アルミニウム、マンガン、ガリウム、
鉄、クロムおよびプラチナもまた教示される。この触媒
の調製は、パラジウムおよび銀の炭素サポート上の同時
堆積、次いで高温(600℃)熱処理を特徴とする。次
いで、レニウムが、炭素サポート上にしみ込んだパラジ
ウム/アロイ化金属上に堆積される。得られた触媒は、
次いで還元される。
ジウムおよびレニウムおよび、ロジウム、コバルト、プ
ラチナ、ルテニウム、鉄、ツリウム、セリウム、イット
リウム、ネオジム、アルミニウム、プラセオジム、ホル
ミウム、ハフニウム、マンガン、バナジウム、クロム、
金、テルビウム、ルテチウム、ニッケル、スカンジウム
およびニオブからなる群から選択される一つ以上の金属
をサポート上に含む水素化触媒を開示する。
無水マレイン酸または他の水素化可能な前駆物質の水素
化において、上記で論議された触媒は、1,4−ブタン
ジオールよりも多くのテトラヒドロフランおよびガンマ
ブチロラクトンを生産する傾向を有する。本発明の目的
は、1,4−ブタンジオール生産を最大にして、ガンマ
−ブチロラクトン生産を最小にするプロセスである。
は、1,4−ブタンジオールの生産のためのプロセスで
あり、水素含有気体と接触する、水素化可能な前駆物質
および鉄を含む供給原料を、接触的に水素化する工程を
包含する。
質は、貴金属触媒の存在下で、1,4−ブタンジオール
に水素化される。1,4−ブタンジオールの生産および
収量は、鉄または鉄含有化合物の材料への添加によって
改良される。
な前駆物質は、貴金属触媒の存在下で1,4−ブタンジ
オールに水素化される。1,4−ブタンジオールの生産
および収量は、鉄の水素化可能な前駆物質材料への添加
によって改良される。
−ブタンジオールの生産のためのプロセスであって、水
素−含有気体および水素化触媒と接触する、水素化可能
な前駆物質を触媒的に水素化する工程を包含し、ここで
該水素化触媒は、周期表のVIII族の少なくとも一つ
の貴金属を含み、ここで鉄が、水素化可能な前駆物質に
添加される。
駆物質が、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、コ
ハク酸、無水コハク酸、C1〜C8ジアルキルスクシネー
ト、C1〜C8ジアルキルマレエート、ガンマ−ブチロラ
クトンおよびそれらの混合物からなる群から選択され
る。
駆物質が少なくとも一つのマレイン酸、コハク酸または
ガンマブチロラクトンである。
金属が、パラジウム、白金、ロジウムおよびルテニウム
からなる群から選択される。
ラジウムおよびレニウムを含む。
炭素サポート上のパラジウム、レニウムおよび銀を含
む。
プロピオン酸鉄、酪酸鉄、マレイン酸鉄、コハク酸鉄、
フマル酸鉄およびその混合物の群から選択される鉄塩で
ある。
と10,000ppm(重量/重量基準)との間の範囲
の濃度で前記水素化可能な前駆物質に添加される。
pmと約160ppm(重量/重量基準)との間の範囲
の濃度で液体の前記水素化可能な前駆物質に添加され
る。
能な前駆物質の割合が、約5対1と約1000対1との
間である。
圧力が、約20気圧と400気圧の間である。
0.1分と20時間との間である。
おいては、少なくとも一つの水素化可能な前駆物質が、
水素含有気体と、触媒存在下で反応させられる。本明細
書で用いる、「水素化可能な前駆物質」は、任意のカル
ボン酸またはその無水物、カルボン酸エステル、ラクト
ンまたはそれらの混合物であり、これらは、水素化され
た場合、1,4−ブタンジオールを生産する。代表的な
水素化可能な前駆物質は、マレイン酸、無水マレイン
酸、フマル酸、無水コハク酸、コハク酸、C1〜C8ジア
ルキルスクシネート(例えばジメチルスクシネート)の
ようなコハク酸エステル、C1〜C8ジアルキルマレエー
ト(例えばマレイン酸ジメチル)のようなマレイン酸エ
ステル、ガンマブチロラクトンまたはその混合物を含
む。好ましい水素化可能な前駆物質は、マレイン酸、無
水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、フマル酸、C
4酸のエステル、ガンマブチロラクトンまたはその混合
物である。
レイン酸であり、これは、典型的には、酸素含有気体中
で、蒸気相中でn−ブタンまたはベンゼンを無水マレイ
ン酸に酸化するための触媒存在下で、n−ブタンまたは
ベンゼンを反応させ、次いで、水クエンチによって無水
マレイン酸を集め、マレイン酸水溶液を産生することに
よって得られる。n−ブタンまたはベンゼンの酸化反応
は、典型的には、約300℃〜600℃の温度で、そし
て、約0.5〜20気圧(50〜2000kPa)の圧
力で行われる。
気体のない商業上純粋の水素である。しかし、水素含有
気体は、水素(H2)に加えて、窒素(N2)、任意の気
体炭化水素(例えばメタン)、ならびに気体状の炭素酸
化物(例えば一酸化炭素、二酸化炭素)をまた含有して
もよい。
くとも一つのパラジウム、ルテニウム、ロジウム、オス
ミウム、イリジウムおよび白金からなる群から選択され
る周期表のVIII族の貴金属を含む。これらは、以下
を含む: (i)英国の特許公報第01551741に記載された
ように、レニウム、マンガンまたはテルルの少なくとも
一つをまた含有している触媒 (ii)米国特許第4,096,156号に記載された
ように、金および銀の少なくとも一つをまた含有してい
る触媒、ならびに (iii)米国特許第5,149,680号に記載され
たように、VIII族貴金属とアロイ化し得る少なくと
も一つの金属、およびレニウム、タングステンまたはモ
リブデンのうちの少なくとも一つの金属をまた含有して
いる触媒。他の適切な触媒の例は、英国の特許公報の第
01543232号および米国特許第4,659,68
6号に記載の炭素サポート上のパラジウムおよびレニウ
ムを含む。これらの触媒組成物は、IA族、IIA族ま
たはVIII族から選択される金属を取込むことによっ
て、さらに改変され得る。
にサポートされるパラジウム、銀およびレニウムを含
む。本発明に用いられる炭素は、少なくとも200m2
/gのBET表面積を有し、そして好ましくは、500
〜1500m2/gの範囲である。このタイプの触媒
は、米国特許第5,149,680号に記載される。
重量パーセントのパラジウム、好ましくは約2〜約8重
量%のパラジウム;約0.1〜約20重量%の銀、好ま
しくは約1〜約8重量%の銀;約0.1〜約20重量%
のレニウム、そして好ましくは約1〜約10重量%のレ
ニウムを含む。パラジウム対銀の割合は、10対1と、
1対10の間である。以前に示唆されるように、この触
媒組成物はまた、金属の取込みまたはIA族またはII
A族から選択される金属によってさらに改変されてもよ
い。
かまたは複数の浸透工程で、少なくとも一つのパラジウ
ム、銀またはレニウム化合物を含有している単数または
複数の溶液を用いて、炭素サポートの浸透によって、好
都合に調製され得る。本明細書中で使用する、炭素サポ
ートの浸透は、炭素サポートが満たされ、染み込まされ
(imbued)、染み通らされ(permeate
d)、飽和(saturated)されまたはコーティ
ングされるようにすることを意味する。浸透溶液は、必
要に応じて、1つまたはそれ以上の金属化合物の可溶化
を補助する錯化剤を含み得る。触媒は、各浸透工程の
後、キャリア溶媒を除去するために乾かされる。乾燥温
度は、約80℃および約150℃の間である。
化合物、銀化合物およびレニウム化合物の溶液は、溶液
の中に浸すかまたはサポート物質を懸濁することによっ
てか、あるいは炭素の上へ溶液をスプレーすることによ
って炭素に塗布されてもよい。パラジウム化合物を含む
溶液は、典型的には、パラジウムの必要条件量を有する
触媒生成物をもたらす量のパラジウム化合物を含有して
いる水溶液である。パラジウム化合物は、硝酸パラジウ
ムまたはパラジウム化合物(例えば塩化物、炭酸塩、カ
ルボン酸エステル、酢酸塩、アセチルアセトネートまた
はアミン)であってもよい。銀化合物を含有している溶
液は、典型的には、銀の必要条件量を有する触媒生成物
をもたらす銀化合物の量を含む水溶液である。パラジウ
ムおよび銀化合物は、熱的に分解できなければならず、
そして金属に還元することができなければならない。レ
ニウム化合物を含有している溶液は、典型的には、レニ
ウムの必要条件量を有する触媒生成物をもたらすレニウ
ム化合物の量を含む水溶液である。レニウム化合物は、
典型的には、過レニウム酸、過レニウム酸アンモニウム
または過レニウム酸アルカリ金属である。
合物を可溶化するのを補助するために必要に応じて金属
錯化剤を含み得る。浸透溶液へのアセトニトリルの添加
は、Pd、AgおよびRe化合物が単一の工程で添加さ
れることを可能にさせる。硝酸もまた浸透溶液に添加さ
れ得る。
び乾燥の後、好ましい触媒は、浸透された炭素サポート
を、還元条件下、120−350℃、好ましくは150
−300℃の温度で加熱することによって活性化され
る。水素、または水素および窒素の混合物は、触媒と接
触して、触媒の還元のために好都合に使用され得る。浸
透させられた炭素サポートの還元は、炭素サポートがパ
ラジウム、銀およびレニウムで浸透させられた後のみで
ある。複数の浸透工程および複数の乾燥の場合、触媒の
還元は、最終的な乾燥の後、される。
法は、以下を含む:鉄および水素化触媒の存在下で、水
素化可能な前駆物質を水素含有気体と反応させる工程、
および蒸留によって反応生成物を回収し、そして精製す
る工程。
水素化可能な前駆物質の導入前か、またはその場で(i
n situ)、水素化可能な前駆物質に添加される。
典型的には鉄は、鉄塩として添加される。鉄は、好まし
くは、1ppmと10,000ppm(重量/重量基
準)との間の範囲の濃度で、液体状の水素化可能な前駆
物質供給原料に添加される。好ましくは、供給原料の鉄
の濃度は、約20ppmと160ppmとの間である。
酢酸鉄、プロピオン酸鉄、酪酸鉄、マレイン酸鉄、コハ
ク酸鉄およびフマル酸鉄を含む広範囲にわたる鉄塩が、
使用され得る。好ましくは、塩のアニオンは、水素化反
応を妨げてはならず、または水素化触媒に対する毒物と
して作用してはならない。
び技術を使用して、撹拌槽型反応器中または固定床式反
応器中で行われ得る。単一かまたは多段反応器が使用さ
れ得る。必要な触媒の量は、広く変化し、そして、多数
の因子(例えば反応器の大きさおよび設計、接触時間な
ど)に依存する。
してかなりの化学量論の過剰の水素で、連続的に供給さ
れる。未反応の水素は、リサイクル流れとして反応器に
返され得る。前駆物質溶液、例えばマレイン酸(または
他の水素化可能な前駆物質)溶液は、希釈溶液から最大
溶解度レベルの近くまでの範囲の濃度で、連続的に供給
される。前駆物質溶液は、約10〜約60重量%のマレ
イン酸(または他の水素化可能な前駆物質)を含有し得
るが、より高い濃度であれば、リサイクルするかまたは
廃棄する水がより少なくなるので、より経済的であり、
そして好ましい。好ましくは、前駆物質溶液は、約20
〜約50重量%のマレイン酸(または他の水素化可能な
前駆物質)を含有する。
350℃の温度、および約20−400気圧の水素圧力
で、水素対水素化可能な前駆物質の比(H2/P)が5
対1と1000対1との間で、0.1分〜20時間の接
触時間で、運転される。
トラヒドロフラン、ガンマブチロラクトンまたはそれら
の混合物は、分別蒸留によって都合よく分離される。小
量形成される副生物または未反応材料(例えば、無水コ
ハク酸またはコハク酸)が、必要に応じて、水素化段階
へ戻される。ガンマブチロラクトンはまた、水素化反応
器にリサイクルされてもよい。
は本明細書中で記載される水素化触媒を使用して、マレ
イン酸は実質的に定量的に単一の反応において転換され
る。達成される1,4−ブタンジオールおよびテトラヒ
ドロフランの収量は、約80モルパーセント以上であ
り、典型的には、約90モルパーセント以上であり、収
量の大部分は、1,4−ブタンジオールである。反応副
生物は、n−ブタノール、n−酪酸、n−プロパノー
ル、プロピオン酸、メタン、プロパン、n−ブタン、一
酸化炭素および二酸化炭素を含み得る。しかし、利用不
可能な副性物の形成は、軽度なものである。
に、以下の実施例を提供する。
eの調製)硝酸パラジウム溶液(8.5wt% Pd)
132.4g、硝酸銀17.3g、濃硝酸28g(70
wt%)、およびアセトニトリル(約40cc)を、2
50ccメスフラスコに入れた。混合物を振盪し、硝酸
銀を溶解した。次いで、過レニウム酸(53.3wt%
Re)45gを、ゆっくり加えた。次いで、アセトニ
トリルを、フラスコに添加し、正確に250ccの溶液
を得た。
40炭素エクストルデート(extrudate)28
0.5gを、上記の溶液にゆっくり浸透させた。混合物
を、4時間静置した。次いで、オーブンにおいて120
〜130℃で、20.25時間乾燥させた。
をレーザーブレードで切断し、エクストルデートのの最
大長さを約1.5mmとした。
び触媒テスト)実施例1の触媒は、直列に接続された2
つのHasteloy C276反応器において、加熱
されたHasteloy C276チューブを使用して
テストされた。反応器は、0.516インチの内径を有
し、そして、各々、1/8インチ軸のHasteloy
C276サーモウェル(thermowell)を備
えていた。
のメッシュ石英チップ(触媒1gあたり0.625gの
石英)と混合した。20cc(12.15g)の触媒を
第1の反応器に入れ、そして、第2の反応器に40cc
(24.3g)を入れた。テストの前に、大気圧で、水
素流(400sccm)中で、徐々に触媒を約13〜1
8時間かけて230℃まで加熱して、次いで230℃で
約5時間触媒を維持して、触媒を還元した。
って2500〜4000psigの圧力で実行された。
反応器の作動中に、水素をリサイクルした。水素の小量
部分は、非濃縮性(non−condensable)
の気体の蓄積を防ぐために排気された。表1において要
約されるように、鉄添加研究のために使用された水性マ
レイン酸材料は、少量の他の有機酸を含有した。鉄は、
酢酸鉄(II)の形態でマレイン酸に添加され、40p
pm(w/w)鉄を含む溶液を得た。鉄は、容易に溶液
に溶けた。マレイン酸材料への鉄添加の効果は、以下の
プロセス条件での、流れ上で、4450と4550時間
との間で評価された: 圧力:4000psig H2/(MAC+FAC)供給原料比(feed ra
tio):92 H2構成(Make−up)対リサイクル比:0.08
3 第1の反応器: 平均設定温度:130℃ 第2の反応器: 平均値セット温度:162℃。
ある場合とない場合とのテストの結果を要約する。生成
物選択性は、C4モル濃度(molar C4)を基準に
計算された。BDO収量は、マレイン酸材料に添加され
る鉄のために、かなり、より高かった。
よって制限されないことが理解される。これらは単に実
施可能性(operability)を示すだけのため
に提供された。そして触媒、金属源、炭素サポート、濃
度、接触時間、固体負荷(loading)、供給原
料、反応条件、および生成物の選択は、(もしあれば)
本明細書中に開示されそして記載される本発明の精神か
ら逸脱することなく、提供された本明細書の開示全体か
ら決定され得る。本発明の範囲は、添付の請求の範囲の
範囲内の改変および変更を含む。
イン酸または他の水素化可能な前駆物質の水素化におい
て、1,4−ブタンジオール生産を最大にして、ガンマ
−ブチロラクトン生産を最小にするプロセスが提供され
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 1,4−ブタンジオールの生産のための
プロセスであって、 水素−含有気体および水素化触媒と接触する、水素化可
能な前駆物質を触媒的に水素化する工程を包含し、 ここで該水素化触媒は、周期表のVIII族の少なくと
も一つの貴金属を含み、 ここで鉄が、水素化可能な前駆物質に添加される。 - 【請求項2】 前記水素化可能な前駆物質が、マレイン
酸、無水マレイン酸、フマル酸、コハク酸、無水コハク
酸、C1〜C8ジアルキルスクシネート、C1〜C8ジアル
キルマレエート、ガンマブチロラクトンおよびそれらの
混合物からなる群から選択される、請求項1のプロセ
ス。 - 【請求項3】 前記水素化可能な前駆物質が少なくとも
一つのマレイン酸、コハク酸またはガンマブチロラクト
ンである、請求項2のプロセス。 - 【請求項4】 前記VIII族の貴金属が、パラジウ
ム、白金、ロジウムおよびルテニウムからなる群から選
択される、請求項1のプロセス。 - 【請求項5】 前記水素化触媒がパラジウムおよびレニ
ウムを含む請求項1のプロセス。 - 【請求項6】 前記水素化触媒が、炭素サポート上のパ
ラジウム、レニウムおよび銀を含む、請求項1のプロセ
ス。 - 【請求項7】 前記鉄が、酢酸鉄、プロピオン酸鉄、酪
酸鉄、マレイン酸鉄、コハク酸鉄、フマル酸鉄およびそ
の混合物の群から選択される鉄塩である、請求項1のプ
ロセス。 - 【請求項8】 前記鉄が、1ppmと10,000pp
m(重量/重量基準)との間の範囲の濃度で前記水素化
可能な前駆物質に添加される、請求項1のプロセス。 - 【請求項9】 前記鉄が、約20ppmと約160pp
m(重量/重量基準)との間の範囲の濃度で液体の前記
水素化可能な前駆物質に添加される、請求項1のプロセ
ス。 - 【請求項10】 前記水素対水素化可能な前駆物質の割
合が、約5対1と約1000対1との間である、請求項
1のプロセス。 - 【請求項11】 前記水素含有気体の圧力が、約20気
圧と400気圧の間である、請求項1のプロセス。 - 【請求項12】 前記接触の時間が約0.1分と20時
間との間である、請求項1のプロセス。
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