JP2013224267A - 1,3−プロパンジオールの製造方法、及びグリセリンの水素化反応用触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】グリセリン及び水素を触媒の存在下で反応させ、1,3−プロパンジオールを生成させる方法であって、前記触媒は、タングステン及びジルコニアを含む金属酸化物に担持された白金と、スズ、テルル、クロム、コバルト、鉛、ビスマス、亜鉛、カドミウム、及び水銀からなる群より選択された少なくとも1種の金属とを含む触媒であることを特徴とする1,3−プロパンジオールの製造方法。
【選択図】なし
Description
また、本発明の他の目的は、グリセリンを高い転化率(反応率)で反応させ、なおかつ高い選択率で1,3−プロパンジオールを生成させることができ、さらに、反応を長時間実施した場合であってもグリセリンの転化率を高く維持できる、安定性の高いグリセリンの水素化反応用触媒を提供することにある。
本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法において原料として使用するグリセリンは、特に限定されず、精製グリセリンであってもよいし、粗製グリセリンであってもよい。また、上記グリセリンの原料についても特に限定されず、上記グリセリンは、例えば、エチレン、プロピレンなどから化学合成されたグリセリンであってもよいし、バイオディーゼルの製造における植物油などのエステル交換反応で生じるような天然資源由来のグリセリンであってもよい。さらに、上記グリセリンとしては、本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法により得られる反応結果物(通常、1,3−プロパンジオールを含む組成物である)から回収した未反応のグリセリンを利用(再利用)することもできる。
本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法において使用する水素(水素ガス)は、そのままで(実質的に水素のみの状態で)用いてもよいし、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス等により希釈した状態で用いてもよい。また、水素としては、本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法により得られる反応結果物から回収した水素を利用(再利用)することもできる。
本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法において使用する触媒は、タングステン及びジルコニアを含む金属酸化物に担持された白金と、スズ、テルル、クロム、コバルト、鉛、ビスマス、亜鉛、カドミウム、及び水銀からなる群より選択された少なくとも1種の金属とを含む触媒(グリセリンの水素化反応用触媒)である。
本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法は、タングステン及びジルコニアを含む金属酸化物に担持された白金と、スズ、テルル、クロム、コバルト、鉛、ビスマス、亜鉛、カドミウム、及び水銀からなる群より選択された少なくとも1種の金属とを含む触媒の存在下で、グリセリン及び水素を反応させて、グリセリンの水素化分解物としての1,3−プロパンジオールを生成させる方法である。
(タングステン酸ジルコニアの調製)
Green Chem.,2010,12,p.1466−1472に開示された方法に準じて、タングステン酸ジルコニアを調製した。具体的には、以下の通りである。
まず、硝酸ジルコニウム(IV)の溶液に対して、水酸化アンモニウム水溶液をpHが9となるまで加えることで硝酸ジルコニウム(IV)を加水分解して、水酸化ジルコニウム(IV)を沈殿させた。得られた沈殿をろ取し、脱イオン水で洗浄した後、110℃で一晩乾燥させて水酸化ジルコニウム(IV)を得た。次に、上記で得た水酸化ジルコニウム(IV)に、メタタングステン酸アンモニウムの水溶液を、焼成後のタングステンの含有量(タングステン原子換算)が10重量%となるように含浸させ、次いで、水を蒸発させた後、110℃で一晩乾燥させた。その後、空気中で700℃、3時間の条件で焼成し、タングステン酸ジルコニア(タングステンの含有量(タングステン原子換算):10重量%、「WZ」と称する場合がある)を調製した。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体に白金を担持させた。次に、上記白金を担持した担体に対し、塩化スズ(IV)の水溶液の滴下と乾燥を、先の塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下及び乾燥と同様にして行い、担体(白金及びスズが担持された担体:100重量%)に対する白金の量が3重量%、スズの量が1.8重量%[白金とスズのモル比は1/1である]となるように、担体にスズを担持させた。その後、上記担体(白金及びスズを担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[3%Pt−Sn(1)/WZ]を得た。
グリセリン100重量部、及び水66重量部を混合して、グリセリン溶液(原料液)を調製した。
内径9mmの反応管を有するチタン(Ti)製のトリクルベッド反応器(固定床連続反応装置)に、上記触媒(3%Pt−Sn(1)/WZ)2ccを充填した。その後、常圧で水素を50mL/分の条件で流通させながら、室温から0.5℃/分の昇温速度で250℃まで加熱し、さらに、250℃で1時間加熱することによって、触媒(3%Pt−Sn(1)/WZ)の還元処理(前処理)を行った。その後、反応器を放冷した。
次に、触媒2ccを充填した充填部を130℃に加熱した(反応温度:130℃)。この触媒充填部に上記グリセリン溶液を900g/時間、及び水素を2L/分で供給して、反応を開始させた。反応中、反応管内の圧力を4.0MPa(ゲージ圧)に保持した。そして、上記反応管から連続的に反応混合物(反応液)を排出(流出)させ、原料液及び水素の供給開始(反応開始)から24時間後、48時間後、72時間後に、反応管から流出する反応混合物を1時間かけて捕集し、その捕集液(反応生成物を含む)の分析を行った。
上記グリセリンの水素化反応における、反応開始から24時間後、48時間後、72時間後に捕集した反応混合物について、ガスクロマトグラフィー(ガスクロマトグラフ装置:「GC−2014」((株)島津製作所製)、GCカラム:TC−WAX、DB−FFAP、検出器:FID)を用いて分析した。そして、反応開始から24時間後、48時間後、72時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。分析結果を表1に示す。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体に白金を担持させた。次に、上記白金担持後の担体に対し、塩化スズ(IV)の水溶液の滴下と乾燥を、先の塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下及び乾燥と同様にして行い、担体(白金及びスズが担持された担体:100重量%)に対する白金の量が3重量%、スズの量が0.9重量%[白金とスズのモル比は1/0.5である]となるように、担体にスズを担持させた。その後、上記担体(白金及びスズを担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[3%Pt−Sn(0.5)/WZ]を得た。
上記で得られた触媒[3%Pt−Sn(0.5)/WZ]を使用したこと以外は実施例1と同様にして、グリセリンと水素の反応を行った。
また、実施例1と同様にして、生成物の分析を行い、反応開始から24時間後、48時間後、72時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。結果を表1に示す。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体に白金を担持させた。次に、上記白金担持後の担体に対し、四塩化テルルの水溶液の滴下と乾燥を、先の塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下及び乾燥と同様にして行い、担体(白金及びテルルが担持された担体:100重量%)に対する白金の量が3重量%、テルルの量が1.95重量%[白金とテルルのモル比は1/1である]となるように、担体にテルルを担持させた。その後、上記担体(白金及びテルルを担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[3%Pt−Te(1)/WZ]を得た。
上記で得られた触媒[3%Pt−Te(1)/WZ]を使用したこと以外は実施例1と同様にして、グリセリンと水素の反応を行った。
また、実施例1と同様にして、生成物の分析を行い、反応開始から24時間後、48時間後、72時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。結果を表1に示す。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体に白金を担持させた。次に、上記白金担持後の担体に対し、四塩化テルルの水溶液の滴下と乾燥を、先の塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下及び乾燥と同様にして行い、担体(白金及びテルルが担持された担体:100重量%)に対する白金の量が3重量%、テルルの量が0.98重量%[白金とテルルのモル比は1/0.5である]となるように、担体にテルルを担持させた。その後、上記担体(白金及びテルルを担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[3%Pt−Te(0.5)/WZ]を得た。
上記で得られた触媒[3%Pt−Te(0.5)/WZ]を使用したこと以外は実施例1と同様にして、グリセリンと水素の反応を行った。
また、実施例1と同様にして、生成物の分析を行い、反応開始から24時間後、48時間後、72時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。結果を表1に示す。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体(白金が担持された担体:100重量%)に対する白金の量が3重量%となるように、担体に白金を担持させた。その後、上記担体(白金を担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[3%Pt/WZ]を得た。
上記で得られた触媒[3%Pt/WZ]を使用したこと以外は実施例1と同様にして、グリセリンと水素の反応を行った。
また、実施例1と同様にして、生成物の分析を行い、反応開始から24時間後、48時間後、72時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。結果を表1に示す。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体(白金が担持された担体:100重量%)に対する白金の量が2重量%となるように、担体に白金を担持させた。その後、上記担体(白金を担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[2%Pt/WZ]を得た。
上記で得られた触媒[2%Pt/WZ]を使用したこと以外は実施例1と同様にして、グリセリンと水素の反応を行った。
また、実施例1と同様にして、生成物の分析を行い、反応開始から24時間後、48時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。結果を表1に示す。
(触媒の調製)
触媒の担体として、製造例1で得られたタングステン酸ジルコニアを使用した。上記担体に塩化白金酸(IV)の水溶液を滴下して、上記担体全体を湿潤させた後、110℃で2時間乾燥させた。そして、このような塩化白金酸(IV)の水溶液の滴下と乾燥を繰り返し(最後の乾燥の時間は12時間とした)、担体(白金が担持された担体:100重量%)に対する白金の量が4重量%となるように、担体に白金を担持させた。その後、上記担体(白金を担持させた担体)を、大気中(空気雰囲気下)で、500℃、3時間の条件で焼成して、触媒[4%Pt/WZ]を得た。
上記で得られた触媒[4%Pt/WZ]を使用したこと以外は実施例1と同様にして、グリセリンと水素の反応を行った。
また、実施例1と同様にして、生成物の分析を行い、反応開始から24時間後、48時間後のグリセリンの転化率、1,3−プロパンジオールの収率及び選択率を算出した。結果を表1に示す。
一方、本発明の規定を満たさない触媒を用いた場合(比較例1〜3)は、時間の経過とともにグリセリンの転化率が著しく低下する傾向が見られた。このように、比較例1〜3で使用した触媒は、安定性に劣っていた。
1,3−PD : 1,3−プロパンジオール
Claims (3)
- グリセリン及び水素を触媒の存在下で反応させ、1,3−プロパンジオールを生成させる方法であって、前記触媒は、タングステン及びジルコニアを含む金属酸化物に担持された白金と、スズ、テルル、クロム、コバルト、鉛、ビスマス、亜鉛、カドミウム、及び水銀からなる群より選択された少なくとも1種の金属とを含む触媒であることを特徴とする1,3−プロパンジオールの製造方法。
- 前記金属酸化物がタングステン酸ジルコニアである請求項1に記載の1,3−プロパンジオールの製造方法。
- タングステン及びジルコニアを含む金属酸化物に担持された白金と、スズ、テルル、クロム、コバルト、鉛、ビスマス、亜鉛、カドミウム、及び水銀からなる群より選択された少なくとも1種の金属とを含むことを特徴とするグリセリンの水素化反応用触媒。
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