JPWO2009104597A1 - ２−プロパノールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
２−プロパノールを従来よりも高純度で得ることができる、不純物の副生を抑制した高純度２−プロパノールの製造方法を提供することを目的とする。本発明の２−プロパノールの製造方法は、アセトンを水素化触媒の存在下で水素と反応させて、２-プロパノールを製造する方法であって、前記反応が、水とアセトンとを含む原料混合物を、水素化触媒の存在下で水素と反応させることにより行われ、前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜４．０重量％含有することを特徴とする。
Description
本発明は２−プロパノールの製造方法に関し、詳しくは、アセトンと水素とを反応させて、２−プロパノールを製造する際の、不純物の副生を抑制した高純度２−プロパノールの製造方法に関する。
２−プロパノールは有機合成の重要な中間体であり、また工業上重要な溶媒として使用されている。２−プロパノールの用途は幅広く、用途によっては高純度の２−プロパノールが必要とされる。
２−プロパノールの製造方法の一つとして、アセトンを水素と反応させる方法がある。一般に高純度の２−プロパノールを製造する方法においては、前記反応により得られた２−プロパノールを精製するための蒸留操作を行うが、蒸留操作には多くのエネルギーを必要とする。
また用途によって許容される不純物の種類や量は異なり、用途によっては、蒸留操作で得られる精製された２−プロパノールであっても、不純物の低減が不充分であった。
このため、高純度の２−プロパノールを得るためには、２−プロパノールを製造する際の反応工程において副生される不純物を低減することが有効な方法の一つである。
アセトンを水素で還元して２−プロパノールを得る従来の方法としては、例えば工業化学雑誌、第５４巻、第１冊、第２７頁（昭和２６年）（非特許文献１）に、触媒としてＮｉ‐Ａｌ（１：１）合金から常法により調製したラネーニッケルを用いてアセトンを水素添加して２−プロパノールを得る方法が記載されている。
しかし、前記非特許文献１に示された２−プロパノールの収率は９３．３％であり、２−プロパノール製造の工業化を考える場合、更に該収率を高めることが必要である。
しかし従来知られている方法においては、２−プロパノールの収率を高くしようとしてアセトンの転化率を高めると、通常はジイソプロピルエーテル、プロパン、エタン、メタン等の副生物の量が増し、反応混合物から２−プロパノールを分離する場合に問題となる。
また前記非特許文献１には２−プロパノールの収率を高める方法として、水を添加すると該収率が９８．７％と高く水素添加が促進されることが記されている。該方法をアセトンの水素添加による２−プロパノールの工業的製造法に採用することは、前記２−プロパノールの収率を高める方法は水が３０％添加されており、反応混合物から２−プロパノールを分離するために多くのエネルギーを要し、コストが高くつくため、経済的ではない。
特開昭６２−０１２７２９号公報（特許文献１）には、アセトンに水を添加して反応することにより不純物が減少する旨が記載されている。しかし、水の添加量は、反応系の水分含有率として定義されており、その実施例、比較例から実質的に開示されているのは、反応系の水分含有率が、０．３重量％の場合のみである。また、特許文献１に記載の方法では、未反応のアセトン量を０．５重量％以上とする必要があり、反応効率の観点からも改善が望まれていた。
特開昭６２−０１２７２９号公報（特許文献１）には、アセトンに水を添加して反応することにより不純物が減少する旨が記載されている。しかし、水の添加量は、反応系の水分含有率として定義されており、その実施例、比較例から実質的に開示されているのは、反応系の水分含有率が、０．３重量％の場合のみである。また、特許文献１に記載の方法では、未反応のアセトン量を０．５重量％以上とする必要があり、反応効率の観点からも改善が望まれていた。
特開２００１−０３９９１０号公報（特許文献２）には、アセトンに水を添加することにより不純物が減少する旨が記載されている。特許文献２は、極めて僅かな含水量を有するアセトンの水素化が可能である旨が開示されており、具体的には、アセトンは１．０質量％以下の含水量でイソプロパノールに水素化することができると開示されている。また、特許文献２の実施例では何ら含水量について開示されていない。
特開昭６２−０１２７２９号公報
特開２００１−０３９９１０号公報
工業化学雑誌、第５４巻、第１冊、第２７頁（昭和２６年）
上述したように水存在下で、アセトンを水素化し、２−プロパノールを製造する方法は、従来から提案されているが、前記方法の水分含有率では不純物の低減が未だ充分ではなかった。
本発明は前記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、２−プロパノールを従来よりも高純度で得ることができる、不純物の副生を抑制した高純度２−プロパノールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定量の水を含有する原料混合物を用いて反応を行うことにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、例えば以下の（１）〜（７）に関する。
（１）：アセトンを水素化触媒の存在下で水素と反応させて、２-プロパノールを製造する方法であって、前記反応が、水とアセトンとを含む原料混合物を、水素化触媒の存在下で水素と反応させることにより行われ、前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜４．０重量％含有することを特徴とする２−プロパノールの製造方法。
（２）：前記水素化触媒がラネー触媒であることを特徴とする（１）に記載の２−プロパノールの製造方法。
（３）：前記ラネー触媒が、ラネーニッケルおよびラネーコバルトからなる群から選択させる少なくとも１種のラネー触媒であることを特徴とする（２）に記載の２−プロパノールの製造方法。
（４）：前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜２．５重量％含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の２−プロパノールの製造方法。
（５）：前記反応により生成される２-プロパノール中に含有される、４-メチル-２-ペンタノールの含有量が１０ｐｐｍ以下であり、２-メチルペンタン-２，４-ジオールの含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする（２）または（３）に記載の２−プロパノールの製造方法。
（６）：前記反応により生成される２-プロパノール中に含有される、未反応のアセトン量が０．５重量％未満になる条件で反応を行うことを特徴とする（２）、（３）または（５）に記載の２−プロパノールの製造方法。
（７）：前記水素化触媒が酸化銅−酸化亜鉛を含む固体触媒であることを特徴とする（１）に記載の２−プロパノールの製造方法。
本発明の２−プロパノールの製造方法は、水素化触媒の存在下、アセトンと水素とを反応させる際に、特定量の水をアセトンと共存させることにより、不純物の副生を抑制することができる。このため、本発明の製造方法によって得られる２−プロパノールは、４-メチル-２-ペンタノール、２-メチルペンタン-２，４-ジオール等の不純物の含有量が少ない、高純度な２−プロパノールである。
１・・・反応器
２・・・固定触媒層
３・・・原料混合物の供給経路
４・・・供給ポンプ
５・・・気液分離器
６・・・送液ポンプ
７・・・循環経路
８・・・水素の供給経路
９、１０、１４、１９、２２、２５・・・経路
１１・・・反応器１の入口
１２・・・反応器１の入口
１３・・・反応器１の出口
１５、１７、２１・・・熱交換器
１６、２４・・・調節弁
１８・・・脱気槽、
２０・・・フィルター、
２３・・・水素循環器
２６・・・廃ガス量調節弁
２７・・・圧力調節弁
２８・・・水素
２・・・固定触媒層
３・・・原料混合物の供給経路
４・・・供給ポンプ
５・・・気液分離器
６・・・送液ポンプ
７・・・循環経路
８・・・水素の供給経路
９、１０、１４、１９、２２、２５・・・経路
１１・・・反応器１の入口
１２・・・反応器１の入口
１３・・・反応器１の出口
１５、１７、２１・・・熱交換器
１６、２４・・・調節弁
１８・・・脱気槽、
２０・・・フィルター、
２３・・・水素循環器
２６・・・廃ガス量調節弁
２７・・・圧力調節弁
２８・・・水素
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の２−プロパノールの製造方法は、アセトンを水素化触媒の存在下で水素と反応させて、２-プロパノールを製造する方法であって、前記反応が、水とアセトンとを含む原料混合物を、水素化触媒の存在下で水素と反応させることにより行われ、前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜４．０重量％含有することを特徴とする。
本発明においては、前記反応は、通常前記水素化触媒が設置された反応器内で行われ、前記反応で得られる生成物である２−プロパノールは、副成分として後述する副生成物や、未反応のアセトンを含んでおり、前記生成物を以下、液状の反応混合物とも記す。なお、反応器から取り出される際には、未反応の水素を主成分とするガス状の反応混合物と、前記液状の反応混合物とが取り出され、液状の反応混合物とガス状の反応混合物とを総称して、反応混合物とも記す。
本発明に用いる水素化触媒としては特に限定はないが、Ｂａ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等の金属元素を含む固体触媒が通常は用いられる。前記金属元素としては、金属単体、合金、金属酸化物、金属塩化物等の形態で用いることができる。また、水素化触媒としては、他の触媒を用いてもよく、ラネー触媒を用いることが好ましい。本発明に用いる水素化触媒としては、一種単独でも、二種以上を用いてもよい。
水素化触媒として金属単体を用いる場合には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ等を用いることが好ましい。
水素化触媒として金属酸化物を用いる場合には、ＣｏＯ等を用いることが、反応収率の観点から好ましい。
また、本発明に用いる水素化触媒としては、金属単体の混合物、金属単体と金属酸化物との混合物、金属酸化物の混合物、混合金属酸化物であってもよい。
本発明に用いることが可能な水素化触媒の例としては、ＣｕＯ−Ｃｒ2Ｏ3−ＢａＯ、ＣｕＯ−Ｃｒ2Ｏ3−ＢａＯ−ＭｎＯ等の銅−クロム系触媒、ＣｕＯ−ＺｎＯ等の銅−亜鉛系触媒、ＺｎＯ−Ｃｒ2Ｏ3等の亜鉛−クロム系触媒、Ｐｄ−Ｃｒ2Ｏ3等のパラジウム−クロム系触媒、ＣｏＯ−ＺｒＯ2等のコバルト−ジルコニウム系触媒、Ｎｉ−ＺｒＯ2等のニッケル−ジルコニウム系触媒、Ｎｉ−ＭｇＯ等のニッケル−マグネシウム系触媒等が挙げられ、反応収率の観点から、銅−クロム系触媒、銅−亜鉛系触媒、コバルト−ジルコニウム系触媒、ニッケル−ジルコニウム系触媒が好ましい。前記銅−亜鉛系触媒としては、ＣｕＯ−ＺｎＯ、すなわち、酸化銅−酸化亜鉛であることが好ましい。本発明に用いる水素化触媒が、酸化銅−酸化亜鉛を含む固体触媒であると、反応温度１４０℃以上での選択性、経済的な熱回収の観点から好ましい。
また、本発明に用いる水素化触媒は、活性炭、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＳＯ4、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＯ、ＴｈＯ2、珪藻土等の担体で担持して用いてもよい。前記担体としては、経済的観点から、再利用可能な担体を使用することが好ましい。
前記反応に使用する水素化触媒としては、反応収率の観点から、ラネー触媒を用いることが特に好ましい。
本発明に用いるラネー触媒とは、ニッケル、コバルト、銅、鉄等のアルカリまたは酸に不溶（難溶）な金属と、アルミニウム、シリコン、亜鉛、マグネシウム等のアルカリまたは酸に可溶な金属との合金を製造した後、該合金からアルカリまたは酸に可溶な金属を溶出して得られる金属触媒である。
本発明に用いられるラネー触媒としては、例えばラネーニッケル、ラネーコバルト、ラネー銅、ラネー鉄等が挙げられるが、反応収率の点でラネーニッケルおよびラネーコバルトからなる群から選択させる少なくとも１種のラネー触媒を用いることが好ましい。
なお、ラネーニッケル、ラネーコバルト、ラネー銅、およびラネー鉄とは、前記合金における、アルカリまたは酸に不溶（難溶）な金属組成の主体がそれぞれニッケル、コバルト、銅および鉄であるラネー触媒である。
本発明では、水とアセトンとを含む原料混合物を、ラネー触媒等の水素化触媒の存在下で水素と反応させることにより２−プロパノールを製造するが、本発明に用いる原料混合物は、水とアセトンとからなるものであってもよく、さらに溶媒を含んでいてもよい。
溶媒としては、メタノール、エタノール、２−プロパノール等のアルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール類；ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジグライム、トリグライム等のエーテル類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒；ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、シクロペンタン等の炭化水素類等が挙げられる。本発明に用いる原料混合物が溶媒を含む場合には、これらの中でも、液状の反応混合物からの除去を必要としない２−プロパノールが好ましい。
なお、本発明の製造方法において、原料混合物１００重量部あたり、アセトンおよび水の合計が、通常は９５〜１００重量部、好ましくは９７〜１００重量部である。
本発明において、前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜４．０重量％含有し、好ましくは１．２〜２．５重量％含有し、より好ましくは１．３〜２．３重量％含有する。以下、原料混合物中における、水とアセトンとの合計１００重量％あたりの水の量を、水分含有率とも記す。
水分含有率が前記範囲を上回ると、本発明の製造方法で得られる２−プロパノールを含む液状の反応混合物を精製し、水を含まない、高純度の２−プロパノールを得るために多くのエネルギーを要しコストが高くつく傾向があり好ましくない。
また、水分含有率が、前記範囲を下回ると、４−メチル−２−ペンタノール（ＭＩＢＣ）、２−メチルペンタン−２，４−ジオール（ＨＧ）等の不純物の生成量が増大する傾向があり、望ましくない。
なお、通常のアセトンには、不純物として水が含まれていることが多いが、本発明においては、あらかじめ不純物として含まれている水の量を測定しておき、該水の量および新たに追加する水の量の合計を、水とアセトンとの合計１００重量％あたりの水の量とする。
なお、本発明に用いる原料混合物は、予めアセトンと水とを混合した後に、水素化触媒の存在する反応器へ供給してもよいが、アセトンと、水とが別々に反応器に供給し、反応器中で混合されてもよい。
本発明ではアセトンと水素との反応は、反応温度が、通常４０〜２００℃で行われる。
前記水添触媒として、ラネー触媒を用いる場合には、アセトンと水素との反応は、反応温度が、通常は４０〜１６０℃、好ましくは５０〜１５０℃、さらに好ましくは６５〜１３０℃で行われる。
また、前記水添触媒として、酸化銅―酸化亜鉛を含む固体触媒を用いる場合には、アセトンと水との反応は、反応温度が、好ましくは１００〜１６０℃で行われる。
反応温度が上記範囲内であると、ジイソプロピルエーテル、プロパン、エタン、メタン等の副生物の生成量が少ないため好ましい。
また、反応温度が上記範囲内を下回る場合には、反応速度が低下し、２−プロパノールの収率を高くするためには反応時間を著しく長くしなければならない場合があり好ましくない。
本発明ではアセトンと水素との反応における反応圧力は、２−プロパノール収率向上及び反応器保護の観点から、通常は０．５〜４．０ＭＰａＧ、好ましくは０．７〜３．０ＭＰａＧ、さらに好ましくは０．８〜２．５ＭＰａＧで行われる。
本発明では、アセトンと水素との反応は回分式、あるいは流通法等で行うことができる。流通法の場合には未反応のアセトンを反応系にリサイクルして反応を行うことができる。
本発明の製造方法において、前記水素化触媒として、ラネー触媒を用いる場合には、２−プロパノールを含む液状の反応混合物中に含まれる、４-メチル-２-ペンタノールの含有量が１０ｐｐｍ以下であり、２-メチルペンタン-２，４-ジオールの含有量が１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、４-メチル-２-ペンタノールの含有量が８ｐｐｍ以下であり、２-メチルペンタン-２，４-ジオールの含有量が７０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
また、本発明において前記水素化触媒として、ラネー触媒を用いる場合には、アセトンと水素の反応は、前記反応において、未反応のアセトン量が０．５重量％未満になる条件で反応を行うことが好ましい。
本発明において、未反応のアセトン量としては、少ない程好ましく、その下限としては特に限定はないが、通常は未反応のアセトン量が０．１重量％以上である。
なお、未反応のアセトン量とは、反応器を出てきた、２−プロパノールを含む液状の反応混合物１００重量％あたりのアセトン含有量である。未反応のアセトン量を前記範囲にするためには、反応温度・反応圧力を前記範囲にした上で、例えば反応時間などを適宜選ぶことによって行うことができる。
反応時間としては回分法を用いた液相法の場合には通常１０分〜２時間程度である。
未反応のアセトン量が０．５重量％以上と大きく、アセトンの転化率が低い場合には、液状の反応混合物からアセトンを含まない高純度の２−プロパノールを分離するために多くのエネルギーを要しコストが高くつく傾向があり好ましくない。
本発明ではアセトン、水素および水素化触媒の使用量は、回分法を用いた場合には、水素化触媒はアセトン１００重量部に対して、通常は１〜３０重量部であり、水素の使用量はアセトン１ｍｏｌに対して、通常は０．８〜１０ｍｏｌである。
本発明の製造方法において、アセトンと水素との反応を流通法で行う場合には、本願が原料混合物中に前記水分含有率で水を含むこと、水素化触媒を用いて反応を行うことを必須の条件とすること以外の各反応条件としては、特許第２８３４４９５号公報記載の方法が挙げられる。
以下、その実施形態を、製造装置の一実施形態を示すフローチャート（図１）に基づいて説明する。
図１において、１は反応器、２は反応器１の内部に設けられた、水素化触媒から形成される固定触媒層、３はアセトンおよび水を含む原料混合物の供給経路、４は原料混合物の供給ポンプ、５は反応混合物を気体と液体とに分離する、気液分離器、６は送液ポンプ、７は気液分離器５によって分離された液状の反応混合物の一部を反応器へ循環させるための循環経路を示す。
この装置において、アセトンおよび水を含む原料混合物は、供給ポンプ４によって供給経路３を通って、気液分離器５から循環経路７を通って反応器１に循環される液状の反応混合物と合流して、反応器１の入口１１から反応器１内へ供給される。
また、水素は、水素の供給経路８を通って、反応器１の入口１２から反応器１内へ供給される。
反応器１内に供給された水素と原料混合物、並びに気液分離器５から循環された液状の反応混合物は、反応器１内を流通し、固定触媒層２において、アセトンと水素とが反応して２−プロパノールが生成される。生成した２−プロパノールを含む反応混合物は、反応器１の出口１３から排出され、経路９を通って気液分離器５に導入される。
気液分離器５において、反応混合物は、液状の反応混合物と、水素を主成分とするガス状の反応混合物とに分離される。得られた液状の反応混合物から一部を抜き出し、抜き出された液状の反応混合物は、送液ポンプ６によって、熱交換器１５において冷却されて循環経路７を通って、反応器１へ循環される。
このとき、液状の反応混合物の抜き出し量は、調節弁１６によって調節される。残りの液状の反応混合物は、経路１０を通る熱交換器１７で冷却された後、脱気槽１８において脱気され、経路１９を通り、フィルター２０で精製されて反応生成物として回収される。また、気液分離器５において分離されたガス状の反応混合物は経路１４を通って熱交換器２１に導かれここで冷却されて、ガス状の反応混合物に含まれる液状の反応混合物が回収される。回収された液状の反応混合物は調節弁２４を通って脱気槽１８へ送られ、経路１０を通って送られてきた液状の反応混合物と混合されて脱気される。
熱交換器２１において液状の反応混合物を除去されたガス状の反応混合物の一部は循環水素ガスとして経路２２を通って水素循環器２３へ導かれ、水素供給経路８へ返送される。さらに、ここで反応によって消費された水素に見合う新鮮な水素２８と混合されて再び反応器１の入口１２を経て反応器内へ供給される。
一方、熱交換器２１を出たガス状の反応混合物は、その一部を圧力調節弁２７を通して脱気槽１８へ抜き出す。
脱気槽１８では経路１０を通って送られてきた液状の反応混合物および熱交換器２１で凝縮し、調節弁２４を経て送られてきた液状の反応混合物のそれぞれから脱気放出されたガス状混合物ならびに前記圧力調節弁２７を通して抜き出したガス状混合物を一緒にして経路２５を通って廃ガス量調節弁２６を経て反応系外へ抜き出す。
廃ガス量調節弁２６から抜き出す廃ガス量は、循環水素ガス中に水素以外の不純物ガスが蓄積しないように適宜に調節される。前記循環水素ガスの水素純度は、特に制限はないが９０モル％以上が好ましい。また、この水素純度を保つためには、水素２８として供給される原料水素ガスの水素純度は９９．５モル％以上が好ましい。原料水素ガスの水素純度が余りに低いと、循環水素ガスの水素純度を９０モル％以上に保つために、廃ガス量調節弁２６から抜き出す廃ガス量が多くなり、経済的に好ましくないからである。
また、２７は、循環水素ガスの一部を抜き出し圧力を調節するための圧力調節弁である。
反応器１の形式は、槽型、管型、塔型のいずれでもよく、特に制限されない。
気液分離器５は、この種の装置に通常、用いられるものでよく、特に制限されない。
供給ポンプ４、送液ポンプ６、熱交換器１５、１７および２１、並びに脱気槽１８についても特に制限されない。
反応器１の形式は、槽型、管型、塔型のいずれでもよく、特に制限されない。
気液分離器５は、この種の装置に通常、用いられるものでよく、特に制限されない。
供給ポンプ４、送液ポンプ６、熱交換器１５、１７および２１、並びに脱気槽１８についても特に制限されない。
本発明の装置は、図１に示す装置に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図１に示す装置においては、アセトンを含む原料混合物と、気液分離器から抜き出されて反応器に循環される液状の反応混合物の一部とは、合流して反応器の入口１１から反応器内へ供給されるが、原料混合物と、循環される液状の反応混合物とが別個に反応器内へ供給されるようにしてもよい。
また、反応器に循環される液状の反応混合物と水素ガスを混合し、これを反応器に供給するようにしてもよいし、反応器から排出される気液混合物の一部を除熱後、そのまま反応器へ循環させるようにしてもよい。
本発明では、反応終了後、前記液状の反応混合物や反応生成物を通常知られている蒸留方法、および必要に応じて脱水操作を施すことによって高純度の２−プロパノールが得られる。
以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明する。
〔実施例１〕
＜水素化触媒の調整＞
内径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのステンレス製反応器の中程に、塊状のニッケルアルミニウム合金（日興リカ製、Ｒ−２０Ｌ、粒径；４〜５ｍｍ、Ｎｉ／Ａｌの重量比：５０／５０）２００ｇ（１００ｍｌ）を充填して固定触媒層を形成し、反応器内に水を満たした。
＜水素化触媒の調整＞
内径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのステンレス製反応器の中程に、塊状のニッケルアルミニウム合金（日興リカ製、Ｒ−２０Ｌ、粒径；４〜５ｍｍ、Ｎｉ／Ａｌの重量比：５０／５０）２００ｇ（１００ｍｌ）を充填して固定触媒層を形成し、反応器内に水を満たした。
次に、容量３０００ｍｌの水槽と反応器下部とを送液ポンプを介して接続した。反応器内を通過した液が反応器上部から水槽へ戻る経路を設けた。次に、送液ポンプを駆動させて、反応器内に、０．２５Ｌ／分の流速で水を循環させながら、別に調製しておいた４０％水酸化ナトリウム水溶液を水槽へ滴下し、アルカリ性水溶液が反応系内を循環するようにした。アルカリ性水溶液の循環によって、前記ニッケルアルミニウム合金がラネーニッケル触媒へ展開された。
このとき、水素化触媒の展開に伴い、反応熱が発生し、反応器内温が上昇するため、内温が５０℃を超えないように、水酸化ナトリウム水溶液の滴下流速を調節した。
水酸化ナトリウム水溶液は、全量で水酸化ナトリウム２７０gに相当する量を滴下した。滴下終了後もアルカリ性水溶液の循環を継続し、全体で２０時間展開処理を行った。
展開処理の終了後、反応器内に洗浄液として純水を流し、固定触媒層の洗浄を行った。洗浄は排出される洗浄液のｐＨが１１以下となるまで続けた。
その後、アルカリ性水溶液および洗浄液を全て集め、この中に溶出しているアルミニウム量をキレート滴定法で測定し、下記式に従って、得られたラネーニッケル触媒の展開率を求めた。
その結果、展開率５８％のラネーニッケル触媒からなる固定触媒層が調製されたことがわかった。
＜反応器の組み替え＞
反応器下部に、１つのガス排出口および２つの液抜出し口を有する気液分離器を接続し、一方の液抜出し口を耐圧性の反応混合物循環ポンプの吸入側と連結した。このポンプの吐出側を反応器上部の原料混合物供給口に接続して、気液分離器から抜き出した液状の反応混合物が反応器上部へ循環する経路を設けた。この循環経路の途中に、原料混合物供給ラインを接続し、循環される液状の反応混合物と原料混合物とが混合されるようにした。気液分離器の他の液抜出し口には、得られる液状の反応混合物の一部を反応生成物として系外へ取り出すため、調圧弁を介してガラス製受器を連結させた。また、気液分離器のガス排出口は、調圧弁に接続し、余剰の水素を排ガスとして系外へ抜き出せるようにした。
反応器下部に、１つのガス排出口および２つの液抜出し口を有する気液分離器を接続し、一方の液抜出し口を耐圧性の反応混合物循環ポンプの吸入側と連結した。このポンプの吐出側を反応器上部の原料混合物供給口に接続して、気液分離器から抜き出した液状の反応混合物が反応器上部へ循環する経路を設けた。この循環経路の途中に、原料混合物供給ラインを接続し、循環される液状の反応混合物と原料混合物とが混合されるようにした。気液分離器の他の液抜出し口には、得られる液状の反応混合物の一部を反応生成物として系外へ取り出すため、調圧弁を介してガラス製受器を連結させた。また、気液分離器のガス排出口は、調圧弁に接続し、余剰の水素を排ガスとして系外へ抜き出せるようにした。
＜アセトンの水添＞
原料混合物供給ラインから、２−プロパノールを反応器に供給し、反応器内の水を２−プロパノールに置換した。次に、反応混合物循環ポンプを作動させて循環量１６００ｍｌ／ｈｒで２−プロパノールを循環させた。
原料混合物供給ラインから、２−プロパノールを反応器に供給し、反応器内の水を２−プロパノールに置換した。次に、反応混合物循環ポンプを作動させて循環量１６００ｍｌ／ｈｒで２−プロパノールを循環させた。
ジャケットにより、反応器の加熱を開始し、反応器内温が１００℃になったところで、反応器上部から、アセトン（アセトン中の水含量０．３重量％）９８重量％に水を２重量％添加したものを原料混合物として、７９ｇ／ｈｒ（１００ｍｌ／ｈｒ）の流量で、同時に原料混合物供給ラインから水素を６６．６ＮL／ｈｒの流量で、それぞれ供給を開始した。
なお、アセトンおよび水からなる原料混合物の水分含有率は２．３重量％（アセトン使用量×アセトン中の水含量＋水の添加量＝（９８×０．００３＋２）重量％＝２．２９重量％）であった。なお、水分含有率は、小数点第２位を四捨五入し、小数点第１位まで求めた。
反応器内圧力２．０ＭＰａＧ、反応器内温度１００℃で反応を連続的に行った。得られた液状の反応混合物をガスクロマトグラフィーで分析した。
このときの液状の反応混合物の組成は、アセトン０．２重量％、２−プロパノール９７．５重量％であった。
〔実施例２〜４〕
原料混合物の水分含有率を表１に示す量に変更した以外は実施例１と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
原料混合物の水分含有率を表１に示す量に変更した以外は実施例１と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
〔比較例１〕
原料混合物の水分含有率を１．１重量％に変更した以外は実施例１と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
原料混合物の水分含有率を１．１重量％に変更した以外は実施例１と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
〔比較例２〕
原料混合物の水分含有率を０．３重量％に変更した以外は実施例１と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
原料混合物の水分含有率を０．３重量％に変更した以外は実施例１と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
実施例１〜４の結果を表１に、比較例１、２の結果を表２に示す。
〔実施例５〕
＜水素化触媒の還元処理＞
内径３８．４ｍｍ、長さ４８００ｍｍのステンレス製反応器の中程に、円柱状のＣｕＯ−ＺｎＯ触媒（ズードケミー触媒製、粒径；３．２ｍｍ、高さ；３．２ｍｍ）３７６５ｇ（２８９５ｍｌ）を充填して固定触媒層を形成し、反応器内を窒素により置換した。
＜水素化触媒の還元処理＞
内径３８．４ｍｍ、長さ４８００ｍｍのステンレス製反応器の中程に、円柱状のＣｕＯ−ＺｎＯ触媒（ズードケミー触媒製、粒径；３．２ｍｍ、高さ；３．２ｍｍ）３７６５ｇ（２８９５ｍｌ）を充填して固定触媒層を形成し、反応器内を窒素により置換した。
次に、中間ドラムに２−プロパノール（水分含量２．０重量％）を仕込み、中間ドラムからポンプを介し２−プロパノール１０ｌ／ｈｒを反応器上部から流通させた。２−プロパノールの流通開始２時間後から２−プロパノールの流通を維持しつつ水素２Ｎｍ3／ｈｒを流通させ、反応器の圧力を３．０ＭＰａＧに調整した。
反応器圧力が３．０ＭＰａＧに到達した後、２−プロパノール流と水素流を維持しつつ反応器入口に設置した２重管熱交換器により反応器上部の温度を１００℃に調整した。反応器の温度が１００℃に到達してから３時間、反応器内圧力、反応器温度、２−プロパノール流、水素流を維持し、触媒の還元処理を行った。
＜アセトンの水添＞
還元処理の終了後、２−プロパノールの流量を２５．６ｌ／ｈｒ、水素の流量を０.５１Ｎｍ3／ｈｒ、反応器内圧力を２．０ＭＰａＧに調整した。２重管熱交換器により反応器上部の温度を１４０℃に調整した。
還元処理の終了後、２−プロパノールの流量を２５．６ｌ／ｈｒ、水素の流量を０.５１Ｎｍ3／ｈｒ、反応器内圧力を２．０ＭＰａＧに調整した。２重管熱交換器により反応器上部の温度を１４０℃に調整した。
反応器上部の温度が１４０℃になったところで、アセトンと水とからなる原料混合物（水分含有率２．０重量％）を１．６４ｌ／ｈｒの流量で供給を開始した。反応器下部の温度は反応熱により１６０℃まで上昇した。
反応器内圧力２．０ＭＰａＧ、反応器上部温度１４０℃で反応を連続的に行った。得られた液状の反応混合物をガスクロマトグラフィーで分析した。
このときの液状のアセトン転化率は９８．５％、２−プロパノールの選択率（重量％）は９８．６％であった。
〔比較例３〕
アセトンと水とからなる原料混合物の水分含有率を０．３重量％、２−プロパノールの水分含有率を０．３重量％に変更した以外は実施例５と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
アセトンと水とからなる原料混合物の水分含有率を０．３重量％、２−プロパノールの水分含有率を０．３重量％に変更した以外は実施例５と同様にしてアセトンの水添反応を行った。
実施例５の結果を表３に、比較例３の結果を表４に示す。
Claims (7)
- アセトンを水素化触媒の存在下で水素と反応させて、２-プロパノールを製造する方法であって、
前記反応が、水とアセトンとを含む原料混合物を、水素化触媒の存在下で水素と反応させることにより行われ、
前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜４．０重量％含有することを特徴とする２−プロパノールの製造方法。 - 前記水素化触媒がラネー触媒であることを特徴とする請求項１に記載の２−プロパノールの製造方法。
- 前記ラネー触媒が、ラネーニッケルおよびラネーコバルトからなる群から選択させる少なくとも１種のラネー触媒であることを特徴とする請求項２に記載の２−プロパノールの製造方法。
- 前記原料混合物が水とアセトンとの合計１００重量％あたり、水を１．２〜２．５重量％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２−プロパノールの製造方法。
- 前記反応により生成される２-プロパノール中に含有される、４-メチル-２-ペンタノールの含有量が１０ｐｐｍ以下であり、２-メチルペンタン-２，４-ジオールの含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の２−プロパノールの製造方法。
- 前記反応により生成される２-プロパノール中に含有される、未反応のアセトン量が０．５重量％未満になる条件で反応を行うことを特徴とする請求項２、３または５に記載の２−プロパノールの製造方法。
- 前記水素化触媒が酸化銅−酸化亜鉛を含む固体触媒であることを特徴とする請求項１に記載の２−プロパノールの製造方法。
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