JPS60166633A - エタノ−ルの製造方法 - Google Patents

エタノ−ルの製造方法

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JPS60166633A
JPS60166633A JP59020071A JP2007184A JPS60166633A JP S60166633 A JPS60166633 A JP S60166633A JP 59020071 A JP59020071 A JP 59020071A JP 2007184 A JP2007184 A JP 2007184A JP S60166633 A JPS60166633 A JP S60166633A
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ethanol
ruthenium
acid
liquid medium
reaction
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Hiroshi Ono
博司 小野
Masao Hashimoto
橋本 正雄
Takayoshi Watabe
渡部 恭吉
Yoshihiro Fujita
藤田 義博
Kenji Yoshida
吉田 研治
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

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】 本発明は、−酸化炭素および水素を原料とするエタノー
ルの製造方法に関する。更に詳しく1・士、合成ガスを
原料として液相直接合成法により、メタノール、エタノ
ールおよびプロパツール等のアルコール類を製造する方
法において、特に、高い選択率でエタノールを製造する
ための改良法に関する。
エタノールは工業的に重要な化合物であり、近年、これ
を−酸化炭素および水素の混合ガス(以下、合成ガスと
称する)を原料とし、液体媒体中に分散もしくは溶解せ
しめた触媒を用いる触蝉反応により液相中で製造する、
いわゆる液相直接合成法の開発が、多数行なわれている
。これらの方法において、触媒としては、特にルテニウ
ムが有用であることが知られており、ルテニウム触媒系
でのエタノールの選択的合成に関する多(の試みがなさ
れている。しかし、これらの方法は、いづいない。
例えば、米国特許第2,535,060号によれば、ル
テニウムを触媒とし、水やメタノールなどの液体媒体中
で合成ガスの反応を行ない、直釦アルコール頬を合成す
る方法が開示されている。しかし、この方法は炭素数1
〜15にゎたる広瞳囲のアルコール混合物を得る方法で
あり、エタノールの選択的製法とは云い難い。
マタ、特開昭55−9088では、液体媒体としてのカ
ルボン酸の共存下にルテニウムまたはオスミウム触媒を
用いて、合成ガスからメタノール、エタノールおよびエ
チレングリコールのカルボン酸エステルを製造する方法
が1う6示されている。この方法では、カルボン酸は反
応の液体媒体として用いられており、その量も合成ガス
から生成するアルコールの全硅よりもはるかに多く、触
媒として用いるルテニウム1グラム原子あたり20Q〜
1000倍以上に相当する。
このように多号のカルボン・俊を反応の液体媒体として
用いるので、使用するルテニウムの触媒活ない。主生成
物はメチルエステルであり、これらのエステルを全てア
ルコールに換算してめたエタノール選択率(アルコール
類および炭化水素類に転化した一酸化炭素のうちのエタ
ノールへ転化した一−−−化炭素の比率)は、メタン副
生を無視しても、50%程度である。また、エタノール
の製j卸十で嘴も問題となる。メタンの副生量は、開示
された実施例によればモル比でエタノールの約20倍以
上生成しており、反応で消費された合成ガス中の一トJ
φ化炭素のうち約13%がメタン生成に向けられたもの
であることがわかる。
また、特開昭55−104217は、前出の特開昭55
−9088の共触媒に改良がなされているが、エタノー
ルのルテニウムあたりのターンオーバー数は4程度にま
で改良されているにij^ぎない。エステルの形で生成
するアルコールは、メタノール、エタノール、プロパツ
ール、ブタノールおよびエチレングリコールで、これら
の中でのエタノールの選択率は向上しているが、メタン
の副生は依然として極めて多(、ガス分析の代表例では
生成し−さらに、特開昭55−115834は、ルテニ
ウム触媒を用いたメタノール、エチレングリコールおよ
びエタノールまたはそれらのカルボキシレート誘導体の
選択的製造法が開示されている。しがし、この方法では
、開示されている実施例の全てがメタノールまたはエチ
レングリコールが主生成物であることを示しており、エ
タノールの選択的製法とは云えない。また、エタノール
の製造の」二で問題となるメタンの副生については全く
記載がない。
更に、ルテニウムまたはルテニウムを成分の1つトスる
触媒を用いるエタノール等のアルコールの液相直接法に
よる製造方法として、特開昭56−1<56133、同
57−82327、同58−921、同58−922、
同58−8026、同58−172311、同58−1
72533、同58−180436などが開示されてい
る。
しかし、これらの方法はいずれも活性またはエタノール
選択性の面では未だ充分とは云えず、ま5− た製造するエタノールに対するメタンの副生量も開示さ
れている限りでは、充分に低いとはいい難い。
非プロトン性液体媒体を用いる合成ガスからのエタノー
ルの直接合成において、ルテニウムに対し限られた量の
カルボン酸を添加することにより、高いエタノール活性
を示しながら、メタンの副生が少なく、高いエタノール
選択性が得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、−酸化炭素および水素を、温度140
〜600℃、圧力50 Kg/crtlゲージ以上の反
応条件下で、ルテニウム化合物およびハロゲン化合物を
含有する非プロトン性液体媒体と接触せしめ、エタノー
ルを主成分とする有機含酸素化合物を製造するに際し、
非プロトン性液体媒体より少ない重量で、かつルテニウ
ム1グラム原子あたり、5〜200モル以内のカルボン
酸を共存させることを6− 判徴とするエタノールの製造方法である。
本発明の方法において最も重要なことは、液体媒体およ
び触媒として用いるルテニウムに対し、限られた範囲内
にある量のカルボン酸を用いることであって、本発明の
方法によればエタノールの生成活性が同士するとともに
、副生ずるメタンのモノカルボン、・、楔またはポリカ
ルボン酸が好ましく用いられる。また、これらのカルボ
ン酸は・・ロゲン原子、アミノ基、シアノ基、ヒドロキ
シル基等の置換基を有するものや複素環を有するもので
あってもよい。
また、反応条件下で、これらのカルボン酸を与えること
のできるものでもよい。
これらのカルボン酸の例としては、填酸、酢酸、プロピ
オン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナン
ト酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリ
ン酸のような脂肪族モノカルボン酸、シュウ酸、マロン
酸、コハク酸、ゲルタール酸のような脂肪族ジカルボン
酸、安息香酸、0−フタル酸、テレフタル巖のような芳
香族モノまたはジカルボン酸、シクロペンクンカルボン
酸、シクロペンクンカルボン酸、1,4ジシクロヘキサ
ンカルボン嘴のような脂環族モノまたはジカルボン酸、
モノクロル1酸、α−クロロプロピオン酸、l・リフル
オロ酢酸、グリシン、グルタミン酸、シアン酢酸、乳酸
等の置換基を有するカルボン酸、−前条件下でカルボン
酸を与えることのできるものであってもよい。
これらの例としては、酢酸リチウム、酢酸コバルト、安
息香酸ニッケル等のカルボンP所塩、酢酸メチル、プロ
ピオン酸エチル、安息香酸エチル等のエステル、無水酢
酸、無水フタル酸等の酸無水物、塩化アセチル、塩化ベ
ンゾイル、臭化ベンゾイル等の酸ハロゲン化物などがあ
げられる。特に、酢酸、プロピオン酸、酪酸などの脂肪
族カルボン酸や安息香酸、O−フタル酸、テレフタル酸
のような芳香族カルボン酸が効果が顕著であり1.Lり
好ましく用いられる。
本発明の方法においては、これらのカルボン酸の使用量
が重要である。カルボン酸の使用量は、触媒であるルテ
ニウム1グラム原子あたり5〜200モルである。
この範囲を越えるとカルボン酸の添加は、エタノールの
生成活性の低下をもたらすとともに、メタンも含めた炭
化水素の副生が増大する。
また、この範囲に満たないとカルボン酸の添加ルに対す
るメタンの副生比率が大きくなる。
本発明の方法において、触媒として用いるルテニウム化
合物としては、反応条件下において、−9− このようなルテニウム化合物としては、金属ルテニウム
のほかに、二酸化ルテニウムや四酸化ルテニウムなどの
ルテニウム酸化物、これらの水和物、塩化ルテニウム、
ヨウ化ルテニウム、硝酸ルテニウムのようなルテニウム
の鉱酸塩、酢酸ルテニウム、プロピオン酸ルテニウムな
どのルテニウムの有機酸塩などがある。
また、ルテニウム化合物は配位化合物の形のものも使用
することができる。これらの例としては、ドデカカルボ
ニルトリルテニウム(Rua (Co )+2 )のよ
うなルテニウムカルボニルや、ルテニウムに酸素、硫黄
、ハロゲン、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス
などを含む配位子などを配位させたルテニウム錯体や錯
イオンの塩類などがあげられる。これらのルテニウム化
合物の中でも、ルテニウム酸化物、ルテニウムハロゲン
化物、ルテニウムカルボニル、ルテニウムカルボニルの
少す(とも一部の一酸化炭素配位子を他の配位子でお1
0− きかえたルテニウム錯体、あるいはルテニウムアセチル
アセトナ−1・などが好ましい。
また、本発明の方法においては、ルテニウム化合物に助
触媒として、ハロゲン化合物を用いることが必要である
。これらのハロゲン化合物の不存在下では、エタノール
活性および選択性は著しく小さい。
これらのハロゲン化合物としては、塩を構成する陰イオ
ンとして、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオンなど
のハロゲンイオンを有するアルカリ金属塩、アルカリ土
類金属塩のような金属塩、酸ハロゲン化物、遷移金属の
ハロゲン化物なども用いることができる。更に具体的に
は、■金属塩の例として、塩化リチウム、臭化リチウム
、ヨウ化リチウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム、ヨ
ウ化セシウム、塩化マダイ・シウム、ヨウ化ランタンな
ど、■第4級アンモニウム塩の例として、テトラメチル
アンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムア
イオダイド、テトラフェニルアn−ヘフチルトリフェニ
ルホスホニウムブロマイド、ベンジルトリフェニルホス
ホニウムアイオダイド、メチルトリフェニルホスホニウ
ムクロライドなど、■イミニウム塩の例として、ビス(
トリフェニルホスフィン)イミニウムクロライド、ビス
(トリフェニルホスフィン)イミニウムブロマイド、ビ
ス(トリフェニルホスフィン)イミニウムアイオダイド
やこれらのイミニウム化合物のフェニル基の少(とも1
部がメチル基やエチル基などで置換されたイミニウム塩
など、■ハロゲン化アルキルの例として、塩化メチル、
塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ヨウ化メチ
ル、ヨウ化エチル、塩化ベンジル、ヨウ化ベンジルなど
、■ハロゲン化水素の例として、塩化水素、臭化水素、
ヨウ化水素など、また、■酸ハロゲン化物の例として、
塩化アセチルや臭化アセチルなどさらに■遷移金属ハロ
ゲン化物の例としては、塩化ニッケルや塩化ルテニウム
、ヨウ化銅などをあげることができる。
これらのハロゲン化合物は単独または二秤類以導体とし
ては、オルトリン酸、メタリン酸、ビロリン酸などのリ
ンのオキシ酸、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、
リン酸トリシクロヘキシル、リン酸トリフェニル、リン
酸ジメチルなどのリンのオキシ酸のエステル類、あるい
はリン酸アンモニ13− ラム、リン叫二水素アンモニウムなどのリンのオキシ酸
の塩類がある。このうち、特にリンのオキシ酸またはそ
のエステルが好ましい。
とくに本発明の方法においては、これらハロゲン化合物
としては、ビス(トリフェニルホスフィン)イミニウム
ハライドの混合物あるいはこれとハロゲン化アルキルま
たはハロゲン化水素との組み合わせが好ましく、更に、
この組み合わせにリンのオキシ酸またはそのエステルを
組み合わせたものが特に好ましく用いられる。
本発明の方法において、これらのハロゲン化合物の使用
量は、ルテニウム1グラム原子あたり、ハロゲン原子が
0.1〜200グラム原子の範囲、更に好ましくは1〜
20グラム原子の範囲である。
本発明の方法は、液体媒体中で実施する。使用する液体
媒体としては、非プロトン性液体媒体が本発明の方法に
おいて、好ましく用いられる非14− プロ)・ン性液体媒体としては、例えば、ヘプタン、オ
クタン、シクロヘキサン、デカリン、テトラリン、灯油
、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジュレン、ヘキザメ
チルベンゼンなどの飽和炭化水素および芳香族炭化水素
、クロロペンクン、0−ジクロロベンゼン、P−10ロ
トルエン、フルオロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素
、ジオキサン、テ)・ラヒドロフラン、エチルエーテル
、アニソール、フェニルエーテル、ジグライム、テトラ
グライム、18−クラウン−6などのエーテル類、酢酸
メチル、酪酸エチル、安息香r僧メチル、γ−ブチロラ
クトンなどのエステルキト貞、了セトン、アセトフェノ
ン、ベンゾフェノンなどのケトン類、N−メチルピロリ
ジン−2−オン、N−エチルピロリジン−2−オン、N
、 N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピペリドン
、ヘギサノチルホスホリノク1−リアミドなどのN −
t)<j 炭了ミド・・」、N、 N−ジエチルアニリ
ン、N−メチルモルホリン、ピリジン、キノリンなどの
5級アミン類、スルホランなス)ルホキサイド類、1,
3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどの尿素誘導体
、さらに、トリブチルホスフィンオキシトなどのホスフ
ィンオキシト類や、シリコンオイルなどをあげることが
できる。
このうち、とくに好ましい液体媒体として飽和炭化水素
、芳香族炭化水素、・・ロゲン化炭化水素、エーテル類
およびホスフィンオキシト類があげられる。
これらの液体媒体は、単独で使用しても、混合液体媒体
としても使用することもできる。
本発明の方法は、反応温度140〜300’IC1好ま
しくは160〜280℃、反応圧力50Ky/crlゲ
一ジ以上である。
反応湯度が140℃未満では、−1,2化炭素と水素の
反応は極めて遅い。
また、600℃を越えると、メタンの帛11生は著しく
増大し、エタノールの選択率は低(なり、また添加した
カルボン酸の還元なども問題となってくる。
反応圧力は、触媒として作用するルテニウム化 16− 合物を、反応温Vにおいて可溶化させるに必要な最低限
の一酸化炭素分圧と、実用的な反応速度をを要しないが
、反応装置の耐圧や合成ガスの圧縮に要する動力などの
、経済上の制限から限定され、通常は10 D OKy
/crlゲージ以下が好ましい。
本発明の方法において、原料として用いる合成ガスの組
成については、特に制限を必要としない。
反応に充分な量の一酸化炭素および水素が供給されれば
良いが、特に水素は、エタノールやメタンの生成にとも
なって副生ずる水と原料の一酸化炭素とか反応するいわ
ゆるシフト反応によっても生成するので、化学理論量よ
りも少ない量でも良い。
通常は、原料の合成ガスの製造の容易さから組成の上限
および下限が決められ、−酸化炭素/水素のモル比で1
/10〜10/1の1@囲が好ましく用(・られる。ま
た、原料ガス中には、反応に不活性な 17− 成分、例えは、メタン、窒素などが存在していても差し
支えはなく、また、二酔化炭素や水蒸気などが混在して
もよい。
本発明の方法は、バッチ方式、半連続方式または連H方
式のいづれの方式によっても実施することができる。合
成ガス、ルテニウム化合物、ハロ生成物は、公知の方法
、例えば、蒸溜、抽出またはストリッピングなどの方法
で取り出すことができ、場合によっては、1部がカルボ
ン酸エステルの形となっているメタノール、エタノール
またはプロパツールなどのアルコール類を、加水分解に
よりカルボン酸とアルコール類とに分解し、アルコール
類は生成物として取り出し、カルボン酸は、触媒、助触
媒、液体媒体などとともに、再び反応系へ循環させて使
用することができる。
本発明の方法により液相直接法による合成ガスからのエ
タノール合成において、エタノールの高い活性、選択性
を達成するとともに、エタノール生成に伴なうメタンの
副生を著しく抑制することが可能となる。
以下、実施例によって本発明の方法をさらに具体的に説
明する。
実施例1 パイレックスガラス製のライナーを装着した内容積50
m1のステンレス製オートクレーブに、ドデカカルボニ
ルトリルテニウム0.06f(Ruとして0.28y(
0,84ミリモル)および液体媒体としてジフェニルエ
ーテル15m1を装填し、更に、これにカルボン酸とし
て安息香酸0.85F(7ミ!Jモル)を加えた。
このオートクレーブ内の空気を合成ガス(−酸化炭素:
水素のモル比1:1)で置換した後、この合成ガスを3
40 Kg/crrrゲージ(室温)まで加圧して仕込
んだ。
次いで、攪拌下でオートクレーブを加熱し、内温か26
0℃に達したところで一定温度に保持して反応を行なわ
せた。その結果、オートクレーブ内圧は最高465 K
g/crtlゲージに達した。内温か260℃に達した
後、45分間反応を行なわせたところでオートクレーブ
の加熱を1にめ、室温まで冷却した。この時のオートク
レーブ内圧力は260℃において350Kq/crAゲ
ージを示し、室温まで冷却したところでは200 Kg
/caゲージであった。
次に、オートクレーブ内の気相をガス採取用の袋に全量
取り出し、容積を測定してからガスクロマトグラフにて
分析した。ガス容積は9.1 Ntであり、組成は、−
酸化炭素4071モル%、水素4746モル%、二酸化
炭素10.37モル%、メタン1467.4ミlJモル
、エタノール14.6ミリモル、プロパツール12ミリ
モル、安息香酸メチル1.1 ミIJモル、□、安息香
咽エチル4.0ミリモルと、このほかに、ア七トアルデ
ヒド、ブタノール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチ
ル、酢酸エチル、ジメチルエーテルが少量生成している
ことがわかった。エチルエステル態となっているエタノ
ールまでを含めるとエタノールは計19.3ミlJモル
生成していた。これは、エタノールのルテニウムあたり
のターンオーバー数92に相当し、また、二酸化炭素を
除く全生成物に向けられた原料−酸化炭素の64%がエ
タノールに向けられたことを示している。
実施例2〜5および比較例1 実施例1と同じ手順で、安息香酸の添加量を変えて反応
を行なわせた。結果を安息香酸を添加しない場合のデー
タ(比較例1)とあわせて表1に示した。
表1において、メタノール、エタノールおよびプロパツ
ールは、それぞれメチルエステル、エチルエステルおよ
びプロピルエステルの形態のもの 21− =22− 実施例6〜1/ 実施例15において安息香酸エチルとして添加したエチ
ル基は生成物には含まれていない。
実施例16〜19および比較例2〜5 実施例1において、反応温度を240’Cとし、液体媒
体としてリン酸トリメチル0.84ミリモルの代りに1
00%リン酸0.84ミリモルを、また、ジフェニルエ
ーテル15ゴの代りに各種の液体媒体15m1 (但し
、トリブチルホスフィンオキシトは102)を用いた以
外は同じ手順で反応を行なわせた。
反応結果を、安息香酸を添加しない場合(比較実施例2
0〜27 実施例1において、反応温度を240℃とI−液体媒体
としてジフェニルエーテル15meの代りK、トリブチ
ルホスフィンオキシト107を用い、安息香酸7ミリモ
ルの代りに各種のカルボン酸の添加量を変えて反応を行
なわせた。
結果を実施例19および比較例5とあわせて表2と同じ
表示方法で表4に示した。
−\、ンl 27一 −28= 実施例28 実施例1で用いたオートクレーブに、ドデカカオダイド
1.12 y(1,68ミリモル)、100%リン酸0
.16!M(1,68ミリモル)、安息香酸6.4F(
28ミリモル)、液体媒体としてトリブチルホスフィン
107を装填した。
合成ガス(−酸化炭素:水素比1:1)でオートクレー
ブ内の気相を置換したのち、この合成ガスにてオートク
レーブ内圧力を200Ky/cAゲージまで昇圧し、攪
拌下でオートクレーブを加熱した。
内温か240℃に達したところで、オートクレーブ内圧
を300Ky/crlゲージ一定圧力になる様に常時合
成ガスを補給しながら、240℃一定温度下で反応を1
時間行なわせた。
反応終了後、オートクレーブを室温まで冷却し、気相お
よび液相をとり出し、ガスクロマトグラフ29− にて分析した。
エステル態のアルコールを含めて、メタノール5.2ミ
リモル、エタノール99ミリモル、プロパツール0.8
ミリモル、メタン5.9ミリモルと、少量のアセトアル
デヒド、ブタノール、ギ酸エステル、実施例29〜32 実施例1で用いたオートクレーブに、ドデカカルボニル
トリルテニウム0.06 f (Ruとして0,28゛
ミリグラム原子)、ビス(l・リフェニルホスフィン)
イミニウムクロライド2.01 f (3,5ミリモル
)、液体媒体としてジフェニルエーテル15m7!を装
填し、これに、各種のハロゲン化物やリン酸などを加え
て、実施例1と同じ手順で反応を行なわせ−た。
結果を表5に示す。
30− 実、悔例33 実施例1において、オートクレーブにドデカカルボニル リクラム原子)、ビス(トリフェニルホスフィン)イミ
ニウムクロライド2.0 1 y( 3.5ミリモル)
、n−ヘフチルl− IJフェニルホスフィンブロマイ
ド1547(35ミリモル)、リン酸トリメチル0. 
2 9 f(2.1ミリモル)、安息香酸0.8!M(
 7 617モル)と、液体媒体として、l・ルエン1
4mlを加え、合成カス(−酸化炭素:水素モル比1:
1)でオートクレーブ内気相を置換した後、この合成ガ
スを3 4 oKr/CIゲージまで装填し、攪拌下で
2200Cにおいて3。
実施例34 実施例1で用いたオートクレーブに、ルテニウムアセチ
ルアセトナ−h O.2 8 !i’ ( Ruとして
07ミリグラム原子)、ビス(トリフェニルホスフィン
)イミニウムクロライド2.4 y ( 4.2ミリモ
ル)、ヨウ化メチル0. 1 1/ ( 0. 7ミリ
モル)、100%リン酸0.0 3r(2.8ミリモル
)、安息香酸0.4 3 f ( 3.5ミリモル)と
、液体媒体として4−ブチロラクトン15mlを加え実
施例36と同じ手順で合輯ガスの反応を行なわせた。
反応終了後の内容物の分析により、エタノール活性(実
施例29〜62の脚注1参照)276、メタン/エタノ
ール比0.9の反応成績が得られた。
比較例6 実施例1において、安息香酸7ミリモルの代りにプロピ
オン1浚50ミリモル(3.7グラム)を用い、かつ液
体媒体としてのジフェニルエーテルを3−(6.2グラ
ム)用いて反応を行なわせた。
反応液中には、エステル態となっているメタノールおよ
びエタノールを含めてメタノール12ミリモル、エタノ
ール0.8 617モルが検出され、また、反応後のオ
ートクレーブ内気相中には、メタ実施例1において、安
息香酸7ミリモルの代りに、安息香酸50ミリモル(6
1グラム)を用い、かつ、液体媒体としてのジフェニル
エーテルヲ6mA(3.2グラム)用いて反応を行なわ
せた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)−酸化炭素および水素を、温度140〜300℃。 圧力50 Kg/caゲージ以上の反応条件下で、ルテ
    ニウム化合物およびハロゲン化合?71を含有する非プ
    ロトン性液体媒体と接触せしめ、エタノールを生成妙と
    する有機含酸素化合物を製造するに際し、非プロトン性
    液体媒体よりも少ない重量で、かつル1′− 17ニウム1グラム原子あたり5〜200モル以内のカ
    ルボン酸を共存させることを特徴とするエタノールの製
    造方法。
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