JPS6055048B2 - Ethanol manufacturing method - Google Patents

Ethanol manufacturing method

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JPS6055048B2
JPS6055048B2 JP58007277A JP727783A JPS6055048B2 JP S6055048 B2 JPS6055048 B2 JP S6055048B2 JP 58007277 A JP58007277 A JP 58007277A JP 727783 A JP727783 A JP 727783A JP S6055048 B2 JPS6055048 B2 JP S6055048B2
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cobalt
reaction
ethanol
methanol
mol
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JP58007277A
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宣雄 磯貝
元征 細川
隆 大川
和夫 田中
利康 渡辺
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はメタノール、一酸化炭素および水素からエタノ
ールを選択的に製造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for selectively producing ethanol from methanol, carbon monoxide and hydrogen.

従来、メタノール、一酸化炭素及び水素からエタノール
を製造する方法は、触媒としてコバルト化合物を使用し
、必要に応じこの他に、ヨウ素又はヨウ化物、ルテニウ
ム、オスミウム化合物を併用する方法が知られている。
しカルこの方法はエタノール以外にジメチルエーテル、
メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、アセトアル
デヒド、ジメトキシエタン、酢酸、酢酸メチル、酢酸エ
チル、ギ酸メチル、その他Cs以上の化合物など多数の
副生物が同時に生成し、遊離のエタノールヘの選択率が
低く、かつ、反応生成物からのエタノールの分離に複雑
な工程を要するなどの欠点があつた。近年では、上記触
媒系に加え促進剤として第3ホスフィン、第3アルシン
、第3アンチモン等の各種配位子を組合せた触媒系が提
案されている。
Conventionally, a method for producing ethanol from methanol, carbon monoxide, and hydrogen uses a cobalt compound as a catalyst, and if necessary, iodine or an iodide, ruthenium, or an osmium compound is also used in combination. .
In addition to ethanol, this method uses dimethyl ether,
Many by-products such as methyl ethyl ether, diethyl ether, acetaldehyde, dimethoxyethane, acetic acid, methyl acetate, ethyl acetate, methyl formate, and other compounds of Cs or higher are produced simultaneously, and the selectivity to free ethanol is low, and This method had drawbacks such as requiring a complicated process to separate ethanol from the reaction product. In recent years, catalyst systems have been proposed in which, in addition to the above catalyst systems, various ligands such as tertiary phosphine, tertiary arsine, and tertiary antimony are combined as promoters.

例えば、英国特許1546428はコバルト−ヨウ化物
又は臭化物一第3ホスフィン系触媒の存在下、炭化水素
を溶媒としてメタノール、一酸化炭素及び水素を反応さ
せる方法である。
For example, British Patent No. 1,546,428 describes a method in which methanol, carbon monoxide, and hydrogen are reacted using a hydrocarbon as a solvent in the presence of a cobalt-iodide or bromide-tertiary phosphine catalyst.

英国特許2036739はコバルトと他の第8族金属(
Fe、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pdおよびpt
)とを組合せた触媒を使用し、促進剤としてヨウ素又は
臭素、更に第3ホスフィンの存在下で反応させる方法で
ある。
UK patent 2036739 covers cobalt and other Group 8 metals (
Fe, Ru, Os, Rh, Ir, Ni, Pd and pt
) in the presence of iodine or bromine as a promoter and a tertiary phosphine.

しカルながら、上記で代表される第3ホスフィン等の配
位子を組合せる方法では、エーテル類およびエステル類
の副生が抑制される傾向にあるが、配位子の添加により
触媒活性が低下するため反応温度を高めざるを得ず、そ
の結果、前記副生物の外にガスクロマトグラフによる分
析では検出不可能な高沸点生成物が多くなり、遊離のエ
タノールヘの選択性は必すしも十分とは云い難いもので
あつた。
However, the method of combining ligands such as the tertiary phosphine represented above tends to suppress the by-product of ethers and esters, but the addition of the ligand reduces the catalytic activity. As a result, in addition to the above-mentioned by-products, there are many high-boiling products that cannot be detected by gas chromatography, and the selectivity to free ethanol is not necessarily sufficient. It was difficult to say.

本発明者らは従来法における種々の欠点を解消・すべく
、鋭意検討を重ねた結果、メタノールと一酸化炭素及び
水素を1、コバルトカルボニル、2、第3ホスフィン、
を有効成分とする触媒の存在下反応させてエタノールを
製造するに際し、助触媒として硫酸コバルトを使用する
ことにより、・副生成物は実質的にギ酸メチルのみとな
り、高い選択率をもつてエタノールを合成しうることを
見い出し、本発明を完成した。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to resolve various drawbacks in conventional methods, and have found that methanol, carbon monoxide, and hydrogen are combined into 1, cobalt carbonyl, 2, tertiary phosphine,
By using cobalt sulfate as a cocatalyst when producing ethanol in the presence of a catalyst containing as an active ingredient, the by-product is essentially methyl formate, and ethanol can be produced with high selectivity. They discovered that it can be synthesized and completed the present invention.

すなわち、本発明によれば従来法において副生が避けら
れなかつたジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、
酢酸メチル等が実質的に生成しないためエタノールの分
離精製工程を極めて簡略化することができ、工業的に有
利なエタノールの製造方法を提供するものである。
That is, according to the present invention, dimethyl ether, methyl ethyl ether,
Since methyl acetate and the like are not substantially produced, the separation and purification process of ethanol can be extremely simplified, thereby providing an industrially advantageous method for producing ethanol.

本発明におけるコバルトカルボニル触媒としてはジコバ
ルトオクタカルボニル、コバルトヒドリドテトラカルボ
ニルなどのコバルトカルボニル以外に、水酸化コバルト
、炭酸コバルト、塩基性炭酸コバルトの如き無機コバル
ト化合物、コバルト有機酸塩、コバルトセン、コバルト
アセチルアセテートの如き有機コバルト化合物など、反
応系内でコバルトカルボニルを生成する種々のコバルト
化合物を使用しうる。
In addition to cobalt carbonyls such as dicobalt octacarbonyl and cobalt hydride tetracarbonyl, the cobalt carbonyl catalysts used in the present invention include inorganic cobalt compounds such as cobalt hydroxide, cobalt carbonate, and basic cobalt carbonate, cobalt organic acid salts, cobaltocene, and cobalt. Various cobalt compounds that produce cobalt carbonyl within the reaction system may be used, including organic cobalt compounds such as acetylacetate.

コバルトカルボニルの使用量はメタノール1モルに対し
、コバルト原子換算1〜300m9原子、好ましくは5
〜100mg原子である。
The amount of cobalt carbonyl used is 1 to 300 m9 atoms in terms of cobalt atoms, preferably 5
~100 mg atoms.

これより少なくても反応は進行するが、反応速度が遅く
なる。この範囲より多くても悪影響はないが経済的でな
い。本発明における硫酸コバルトの使用量は全コバルト
1原子当りイオウ原子として0.01〜0.7原一子、
好ましくは0.05〜0.5原子の範囲となるようにす
れば良いが、メタノールに対する全コバルト量は上記範
囲内に対応させる必要がある。
Even if the amount is less than this, the reaction will proceed, but the reaction rate will be slow. If the amount exceeds this range, there will be no adverse effect, but it will not be economical. The amount of cobalt sulfate used in the present invention is 0.01 to 0.7 atoms of sulfur per 1 atom of total cobalt,
Preferably, the amount of cobalt is in the range of 0.05 to 0.5 atoms, but the total amount of cobalt relative to methanol must be within the above range.

本発明における第3ホスフィンとしては、例えば、トリ
ーn−ブチルホスフィン、トリフエニルニホスフイン、
トリ−バラートリルホスフィン、トリシクロヘキシルホ
スフィン、1,4−ビスジフエニルホスフイノブタン、
1,6−ビスジフエニルホスフイノヘキサンなどが使用
しうる。
Examples of the tertiary phosphine in the present invention include tri-n-butylphosphine, triphenylniphosphine,
Tri-valatrilylphosphine, tricyclohexylphosphine, 1,4-bisdiphenylphosphinobutane,
1,6-bisdiphenylphosphinohexane and the like can be used.

第3ホスフィンの使用量は、メタノール1モル!当り、
リン原子として2〜600m9原子、好ましくは10〜
200m9原子である。
The amount of tertiary phosphine used is 1 mole of methanol! Hit,
2 to 600 m9 atoms as phosphorus atoms, preferably 10 to
200m9 atoms.

これより少ない場合はエーテル類、エステル類の副生を
抑制する効果が少なく、この範囲より多い場合はメタノ
ール反応率およびエタノール選択率が低下し好ましくな
りい〜 本発明を好適に実施しうるコバルト対イオウ対メタノー
ル反応率(%)=…昂?メノノ74V仕込みリンの原子
比は1:0.01〜0.7:0.1〜2、好ましくは1
:0.05〜0.5:0.5〜1.8である。
When the amount is less than this range, the effect of suppressing by-products of ethers and esters is small, and when it is more than this range, the methanol reaction rate and ethanol selectivity decrease, which is not preferable. Sulfur to methanol reaction rate (%) =…Excellence? The atomic ratio of the phosphorus charged in Menono 74V is 1:0.01 to 0.7:0.1 to 2, preferably 1
:0.05-0.5:0.5-1.8.

この範囲外ではエーテルく、エステル類、高沸点生成物
が多くなり好ましくない。本発明の方法は特に溶媒を使
用しなくても実施されるが、反応に悪影響を及ぼさない
不活性溶媒の存在下で実施した場合、さらにその効果を
高める。
Outside this range, ethers, esters, and high-boiling products will increase, which is not preferable. Although the method of the present invention can be carried out without the use of a solvent, its effectiveness is further enhanced when carried out in the presence of an inert solvent that does not adversely affect the reaction.

不活性溶媒としては特に炭化水素類、エーテル類、エス
テル類が好ましい。
Particularly preferred as the inert solvent are hydrocarbons, ethers, and esters.

炭化水素溶媒は、ベンゼン、トルエン、キシレンの如き
芳香族炭化水素、ヘキサン、オクタンの如き脂肪族炭化
水素及びシクロヘキサンの如き脂環式炭化水素などであ
る。エーテル溶媒としてはジエチルエーテル、ジイソプ
ロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなど
が使用しうる。エステル溶媒としては酢酸メチル、酢酸
エチルなどが使用しうる。溶媒の使用量はメタノール1
モル当り、0〜5モル、好ましくは0〜2モルである。
これより多い場合は反応に何ら差し支えないが、空時収
率が小さくなり、実用的でない。反応温度は使用する触
媒系及び他の反応条件により異なるが、一般に150′
C〜300′C1好ましくは200゜C〜260゜Cで
ある。
Hydrocarbon solvents include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, octane, and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane. As the ether solvent, diethyl ether, diisopropyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, etc. can be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, etc. can be used. The amount of solvent used is methanol 1
Per mole, it is 0 to 5 mol, preferably 0 to 2 mol.
If the amount is more than this, there will be no problem with the reaction, but the space-time yield will be small, making it impractical. The reaction temperature varies depending on the catalyst system used and other reaction conditions, but is generally 150'
C to 300'C1, preferably 200°C to 260°C.

これ以下ても反応は進行するが、反応速度が遅くなる。
この範囲以上では副生物が多くなるので好ましくない。
反応圧力は50kg/d以上あればよく、上限は特にな
いが、実用的には150〜450k9/Crlの範囲が
好適である。
Even if the amount is lower than this, the reaction will proceed, but the reaction rate will be slow.
If it exceeds this range, the amount of by-products will increase, which is not preferable.
The reaction pressure only needs to be 50 kg/d or more, and although there is no particular upper limit, a range of 150 to 450 k9/Crl is practically suitable.

一酸化炭素と水素のモル比は4:1〜1:4、好ましく
は2:1〜1:3の範囲である。反応に使用する一酸化
炭素及び水素には、例えばアルゴン、窒素、炭酸ガス、
メタン及びエタンなど、反応に不活性なガスが混入して
いてもよいが、この場合には一酸化炭素及び水素の分圧
を上記の圧力範囲に対応させる必要がある。本発明の方
法は回分式および連続式のいずれにおいても実施できる
The molar ratio of carbon monoxide to hydrogen ranges from 4:1 to 1:4, preferably from 2:1 to 1:3. Carbon monoxide and hydrogen used in the reaction include, for example, argon, nitrogen, carbon dioxide,
Inert gases such as methane and ethane may be mixed into the reaction, but in this case the partial pressures of carbon monoxide and hydrogen must correspond to the above pressure range. The method of the present invention can be carried out either batchwise or continuously.

以下の実施例および比較例におけるメタノール反応率、
エタノール選択率、実質メタノール反応率、実現可能エ
タノール選択率は次の如く定義される。
Methanol reaction rate in the following examples and comparative examples,
The ethanol selectivity, the actual methanol conversion rate, and the realizable ethanol selectivity are defined as follows.

−床反応メタノール モルXlOO タノール、モル 実施例1 内容積100m1の八ステロイーC製振とう式オートク
レーブにメタノール10y(0.3121モル)、ジコ
バルトオクタカルボニル2y(0.0058モル)、硫
酸コバルト・7水和物0.56y(0.002モル)、
トリーn−ブチルホスフィン3f(0.0148モル)
、トルエン10y(0.1086モル)を仕込み、次に
水素と一酸化炭素の混合ガス(H2/COモル比=1)
200k9/(4を圧入し、230℃で3時間反応させ
た。
- Bed reaction methanol mol XlOO Tanol, mol Example 1 In a shaking autoclave manufactured by Hasteroe C with an internal volume of 100 m1, methanol 10y (0.3121 mol), dicobalt octacarbonyl 2y (0.0058 mol), cobalt sulfate 7 hydrate 0.56y (0.002 mol),
tri-n-butylphosphine 3f (0.0148 mol)
, 10y (0.1086 mol) of toluene was charged, and then a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide (H2/CO molar ratio = 1) was added.
200k9/(4) was injected and reacted at 230°C for 3 hours.

反応後、オートクレーブを冷却して残留ガスをパージし
、反応生成液についてガスクロマトグラフによる内部標
準法にて分析を行なつた結果、メタノール反応率25.
5%、遊離エタノール選択率84.2%であつた。その
他にギ酸メチルが8.6%の選択率で生成した以外、ジ
メチルエーテル、メチルエチルエーテル、酢酸メチル、
酢酸エチルの生成は痕跡量であつた。これは実質メタノ
ール反応率23.3%において、実現可能なエタノール
選択率92.2%である。実施例2 硫酸コバルト・7水和物0.28fI(0.001モル
)を用いた以外実施例1と同様にして反応を行なつた。
After the reaction, the autoclave was cooled and residual gas was purged, and the reaction product liquid was analyzed using an internal standard method using gas chromatography. As a result, the methanol conversion rate was 25.
5%, and the free ethanol selectivity was 84.2%. In addition to methyl formate, which was produced with a selectivity of 8.6%, dimethyl ether, methyl ethyl ether, methyl acetate,
The production of ethyl acetate was in trace amounts. This is a realizable ethanol selectivity of 92.2% at an actual methanol conversion rate of 23.3%. Example 2 A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.28 fI (0.001 mol) of cobalt sulfate heptahydrate was used.

その結果、メタノール反応率26.5%、遊離エタノー
ル81.3%であつた。その他にギ酸メチルが6.7%
の選択率で生成した以外、ジメチルエーテル、メチルエ
チルエーテル、酢酸メチル、酢酸エチルの生成は痕跡量
であつた。これは実質メタノール反応率24.7%にお
いて、実現可能なエタノール選択率87.1%である。
実施例3硫酸コバルト・7水和物1.68V(0.00
6モル)を用いた以外実施例1と同様にして反応を行な
つた。
As a result, the methanol conversion rate was 26.5% and the free ethanol was 81.3%. Additionally, 6.7% methyl formate
Dimethyl ether, methyl ethyl ether, methyl acetate, and ethyl acetate were produced in trace amounts. This is a realizable ethanol selectivity of 87.1% at an actual methanol conversion rate of 24.7%.
Example 3 Cobalt sulfate heptahydrate 1.68V (0.00
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 6 mol) was used.

その結果、メタノール反応率23.9%、遊離エタノー
ル選択率78.9%であつた。その他にギ酸メチルが9
.5%の選択率で生成した以外、ジメチルエーテル、メ
チルエチルエーテル、酢酸メチル、酢酸エチルの生成は
痕跡量であつた。これは実質メタノール反応率21.6
%において、実現可能なエタノール選択率87.2%で
ある。比較例1 メタノール10f(0.3121モル)、ジコバルトオ
クタカルボニル2g(0.0058モル)、トリーn−
ブチルホスフィン3y(0.0148モル)、トルエン
10y(0.1086モル)を用いた以外、実施例1と
同様にして反応を行なつた。
As a result, the methanol conversion rate was 23.9% and the free ethanol selectivity was 78.9%. In addition, methyl formate is 9
.. Except for the production with a selectivity of 5%, trace amounts of dimethyl ether, methyl ethyl ether, methyl acetate, and ethyl acetate were produced. This is the actual methanol conversion rate of 21.6
%, the achievable ethanol selectivity is 87.2%. Comparative Example 1 Methanol 10f (0.3121 mol), dicobalt octacarbonyl 2g (0.0058 mol), trin-
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that butylphosphine 3y (0.0148 mol) and toluene 10y (0.1086 mol) were used.

その結果、メタノール反応率2&7%、エタノール選択
率56.3%となり、その他の各成分への選択率はギ酸
メチル7.0%、酢酸メチル0.6%、メチルエチルエ
ーテル2.7%であつた。これは実質メタノール反応率
26.3%において実現可能なエタノール選択率63.
3%である。比較例2ジコバルトオクタカルボニルの代
りに硫酸コバルト3.3fI(0.0117モル)を用
いた以外、比較例1と同様にして反応を行なつた。
As a result, the methanol conversion rate was 2% and 7%, the ethanol selectivity was 56.3%, and the selectivity to other components was 7.0% for methyl formate, 0.6% for methyl acetate, and 2.7% for methyl ethyl ether. Ta. This is an ethanol selectivity of 63% that can be achieved at an actual methanol conversion rate of 26.3%.
It is 3%. Comparative Example 2 A reaction was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that 3.3 fI (0.0117 mol) of cobalt sulfate was used in place of dicobalt octacarbonyl.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 メタノール、一酸化炭素および水素を、(1)コバ
ルトカルボニル、(2)第3ホスフィンを有効成分とす
る触媒の存在下で反応させエタノールを製造するに際し
、助触媒として、硫酸コバルトを使用することを特徴と
するエタノールの製造方法。
1. Using cobalt sulfate as a promoter when producing ethanol by reacting methanol, carbon monoxide, and hydrogen in the presence of a catalyst containing (1) cobalt carbonyl and (2) tertiary phosphine as active ingredients. A method for producing ethanol, characterized by:
JP58007277A 1983-01-21 1983-01-21 Ethanol manufacturing method Expired JPS6055048B2 (en)

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