JP2854143B2 - 酢酸ビニルの製造方法 - Google Patents

酢酸ビニルの製造方法

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JP2854143B2 JP2400197A JP40019790A JP2854143B2 JP 2854143 B2 JP2854143 B2 JP 2854143B2 JP 2400197 A JP2400197 A JP 2400197A JP 40019790 A JP40019790 A JP 40019790A JP 2854143 B2 JP2854143 B2 JP 2854143B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酢酸ビニルの製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】エチレンを気相中て酢酸および酸素また
は酸素含有ガスと固体床触媒の存在下に反応させて酢酸
ビニルを生じさせることができることは知られている。
適当な触媒は貴金属成分および活性化剤成分を含む。貴
金属成分は好ましくはパラジウムおよび/またはその化
合物からなる;金および/またはその化合物がさらに同
様に存在し得る(米国特許第3,939,199号、ド
イツ連邦共和国特許公開第2,100,778号、米国
特許第4,668,819号)。活性化剤成分はこの場
合第一主族および/または第二主族の元素および/また
はカドミウムの化合物からなる。カリウムは第一主族の
元素として好ましい。これらの活性成分は細分された形
で担体に適用され、その際シリカまたはアルミナが一般
に担体材料として使用される。
【0003】担体の比表面積は一般に40〜350m
/gである。米国特許第3,939,199号によれ
ば、全細孔容積は0.4〜1.2ml/gであるべきで
あり、そしてこの中の10%未満は、30Å(Å=オン
グストローム=10−8cm)未満の細孔直径を有する
極小細孔が形成されるべきである。これらの性質を有す
る適当な担体は、例えばエアロゲニックSiOまたは
エアロゲニックSiO−Al混合物である。酢
酸ビニルを製造する際の担体粒子は一般に球形である。
しかしながら、タブレットおよび円筒状形のものがすで
に同様に使用されている。
【0004】未だ公開されていないドイツ連邦共和国特
許出願P3919524.4は、50〜250m/g
の表面積および0.4〜1.2ml/gの細孔容積を有
するSiOまたはSiO−Al混合物からなり
かつその粒子は4〜9mmの粒度を有する担体であっ
て、当該担体の細孔容積の5〜20%は200〜300
0Åの半径を有する細孔から構成されかつ細孔容積の5
0〜90%は70〜100Åの半径を有する細孔から構
成されている担体を開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記触媒の選択率をさらに上昇させること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】担体粒子が、バインダー
としてLi、Mg、Al、ZnまたはMnのカルボン酸
塩を用いて圧縮されると非常に有利であることが見出さ
れた。
【0007】従って本発明は、エチレン、酢酸および酸
素または酸素含有ガスから気相中でパラジウムおよび/
またはその化合物および所望であればさらに金および/
または金化合物をそして同様に活性化剤としてアルカリ
金属化合物および所望であればさらにカドミウム化合物
を含む触媒を用いて酢酸ビニルを製造する方法であっ
て、その際該触媒が、50〜250m/gの表面積お
よび0.4〜1.2ml/gの細孔容積を有するSiO
またはSiO−Al混合物からなりかつその
粒子は4〜9mmの粒度を有する担体であって、かつそ
の細孔容積の5〜20%が200〜3000Åの半径を
有する細孔から構成されそして細孔容積の50〜90%
か70〜100Åの半径を有する細孔から構成されてい
る担体に担持されたものである方法において、担体粒子
をC〜C20のカルボン酸のLi、Mg、Al、Zn
またはMn塩または当該塩の混合物をバインダーとして
用いて圧縮することを特徴とする、方法に関する。
【0008】カルボン酸塩またはその混合物はLi、M
g、Al、ZnおよびMnの量の合計が、元素として計
算して、担体材料に対して0.1〜5重量%、好ましく
は0.3〜1.5重量%であるような量で使用される。
【0009】好ましくはカルボン酸Alまたはカルボン
酸Mg、特にカルボン酸Mgが使用される。カルボン酸
は好ましくは12〜18個の炭素原子を有する。本発明
による担体粒子は、例えば、次のように製造され得る:
先ず、ガラス微小球体を、例えば四塩化珪素または四塩
化珪素/三塩化アルミニウム混合物を酸水素炎中で火炎
加水分解することにより製造する(米国特許第3,93
9,199号)。この微小球体は非常に細かいSiO
ダストを十分に熱い火炎中で溶融し次いで急速に冷却す
ることによっても製造され得る。これら2つの方法の中
の1つで製造された微小球体は100〜300m/g
の表面積を有する。少なくとも95重量%のSiO
よびせいぜい5重量%のAl、特に少なくとも9
9重量%のSiOおよびせいぜい1重量%のAl
から構成されている、150〜250m/gの表面
積を有する微小球体が特に適している。当該表面積を有
する微小球体は、例えば名称Aerosil(登録商
標)またはCabosil(登録商標)でまたは「高分
散ケイ酸」として市販されている。
【0010】次いで担体粒子を微小球体から1または2
種以上の、Li、Mg、Al、ZnまたはMnのカルボ
ン酸塩を添加しておよび有機充填剤(例えば糖、尿素、
高級脂肪酸、長鎖パラフィン、微晶質セルロース)およ
び潤滑剤(例えばカオリン、黒鉛、金属セッケン)を添
加して、例えば錠剤化(予備圧縮後)または押出しによ
り圧縮する。次に当該担体粒子をO含有ガス中でか焼
する。高級カルボン酸(C16〜C20)のLi、M
g、Al、ZnまたはMn塩を用いた場合、これらの
「セッケン」は同時に錠剤化の際に潤滑剤として作用し
その結果別の潤滑剤を添加する必要はない。完成した担
体の表面積、その細孔容積および、ある半径の細孔を構
成する細孔容積の割合(「細孔半径分布」)は、成型
(錠剤、押出圧搾物等)の種類、温度およびか焼時間、
充填剤、潤滑剤および微小球体の相対量および微小球体
の表面積により決定される。これらの決定パラメータの
ために最も適当な値は、簡単な予備実験により決定され
得る。
【0011】この方法により得られる完成担体は50〜
250m/gの表面積および0.4〜1.2ml/g
の細孔容積および4〜9mmの粒度を有する(適当な大
きさの担体粒子を錠剤化または押し出すことにより調製
できる)。
【0012】本発明による担体の使用により、他の点で
は同一の条件(担体上の活性物質の同一含量および同一
の反応条件)で慣用の担体と比較して当該触媒の空時収
量を実質的に増加することができそして同時にエチレン
を燃焼してCOとする最も著しい副反応を75%ほど
減ずることができる。さらに副反応として生じる酢酸エ
チル形成をも明らかに減少する。選択率における約92
%から約97%への上昇の結果、実質的な節約が達成さ
れることができそしてさらに、明らかに上昇した選択率
とともに上昇する効率の結果として、触媒の量および反
応器の容積を新たなプラントにおいて減ずることがで
き、このことはプラントのコストのかなりの減少をもた
らし、またはすでに存在するプラントを改造することな
く能力がかなり増加され得るので、プラント拡大のため
の投資コストが省かれる。
【0013】当該担体の表面積は常に、Brunaue
r、EmmettおよびTellerの方法により測定
される、いわゆるBET表面積である。BET表面積
は、1gの担体材料の全表面積、即ち、担体の外部表面
積および全ての開放細孔の内部表面積の合計を示す。全
細孔容積および、ある大きさの細孔(例えば70〜10
0Åの直径を有するもの)が寄与するその割合は、水銀
多孔度測定法により測定され得る。適当な測定装置は、
例えば、Carlo ErbaまたはMicromer
itics商会により製造される。
【0014】触媒活性物質は通例の方法で、例えば担体
に活性物質の溶液を含浸させ次いで乾燥しそして場合に
より還元することにより、担体に適用される。しかしな
がら、活性物質は、例えば、担体に、沈着させることに
より、スプレーすることにより、蒸発させることにより
または液浸することにより、同様に適用され得る。
【0015】触媒活性物質のための適当な溶剤は特に未
置換の、分子中に2〜10個の炭素原子を有するカルボ
ン酸、例えば酢酸、プロピオン酸、n−およびイソー酪
酸および種々の吉草酸である。これらの物理的性質のた
めそして経済的な理由のためにも、酢酸が溶剤として好
ましく使用される。物質がカルボン酸に十分に溶解でき
ない場合不活性溶剤をさらに使用するのが有利である。
従って、例えば、塩化パラジウムは、氷酢酸中よりも水
性酢酸中で実質的に良好に溶解され得る。可能な付加的
な溶剤は、不活性なそしてカルボン酸と混和できるもの
である。水に加えて、挙げられ得るものは、例えば、ケ
トン例えばアセトンおよびアセチルアセトン、さらにエ
ーテル例えばテトラヒドロフランまたはジオキサンだけ
でなく炭化水素例えばベンゼンもある。
【0016】当該触媒は貴金属成分としてパラジウムお
よび/またはその化合物および活性化剤成分としてアル
カリ金属化合物を含む。当該触媒は付加的な貴金属成分
として金および/またはその化合物を含むことができそ
して付加的な活性化剤成分としてカドミウム化合物を含
むことができる。
【0017】可能なパラジウムの化合物は、溶解できる
(そして、場合により還元できる)そして後に不活性化
物質例えばハロゲンまたは硫黄を完成触媒中に残さない
全ての塩および錯体である。特に適当な化合物は、カル
ボン酸塩、好ましくは炭素原子数1〜5の脂肪族モノカ
ルボン酸の塩、例えば酢酸塩、プロピオン酸塩または酪
酸塩である。さらに、例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、水和
酸化物、シュウ酸塩、アセチルアセトナトまたはアセト
酢酸塩が適している。しかしながら、硫酸塩またはハロ
ゲンアニオンが担体上に生じないようにするために、含
浸前に、硫酸塩ラジカルを、例えば酢酸バリウムを用い
て沈澱させることにより除去するか、またはハロゲン
を、例えば硝酸銀を用いて沈澱させることにより除去す
る場合には、硫酸塩およびハロゲン化物のような化合物
をも使用することができる。酢酸パラジウムは、その溶
解度およびその入手可能性のため、特に好ましいパラジ
ウム化合物である。
【0018】一般に、触媒中のパラジウム含量は、担持
触媒の全量に対して、1.0〜3重量%、好ましくは
1.5〜2.5重量%、特に2〜2.5重量%である。
【0019】パラジウムおよび/またはその化合物に加
えて、金および/またはその化合物がさらに同様に存在
し得る。特に適当な金化合物はアセト金酸バリウムであ
る。一般に、金またはその化合物のうちの1つは、それ
が使用される場合、担持触媒の全量に対して0.2〜
0.7重量%の量で添加され、その際金化合物の場合金
成分のみが考慮される。
【0020】当該触媒は活性化剤としてアルカリ金属化
合物および、場合により、さらにカドミウム化合物を含
む。適当な化合物は、例えば、カルボン酸アルカリ金属
例えば、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸リチウム
およびプロピオン酸ナトリウムである。適当なアルカリ
金属化合物は、また、当該反応条件下でカルボン酸塩に
変化するもの、例えば水酸化物、酸化物および炭酸塩で
ある。適当なカドミウム化合物は、ハロゲンまたは硫黄
を含まないもの、例えばカルボン酸塩(好ましくは)、
酸化物、水酸化物、炭酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、硝
酸塩、アセチルアセトナト、ベンゾイルアセトナトおよ
びアセト酢酸塩である。酢酸カドミウムは特に適してい
る。種々の活性化剤の混合物も同様に使用し得る。各個
の活性化剤は一般に0.5〜4重量%の量で添加され、
その際、活性化剤の金属成分のみが、特に、担持触媒の
全量に対して、計算される。
【0021】次の触媒が好ましい:パラジウム/カドミ
ウム/アルカリ金属元素およびパラジウム/金/アルカ
リ金属元素、その際パラジウムまたは金は、金属として
または化合物として完成触媒中に存在することができ、
そしてカリウムがアルカリ金属元素として好ましい(カ
ルボン酸塩の形で)。この場合K:PdまたはK:(P
d+Au)の比は好ましくは0.7:1〜2:1であ
る。Cd:PdまたはCd:(Pd+Au)の比は好ま
しくは0.6:1〜2:1、特に0.6:1〜0.9:
1である。この場合、Pd、Au、CdおよびKは常に
元素として計算され、即ち、例えば、担体上の酢酸P
d、酢酸Cdおよび酢酸Kの金属成分のみが互いに比較
される。
【0022】触媒である酢酸パラジウム/酢酸カドミウ
ム/酢酸カリウムおよび酢酸パラジウム/アセト金属バ
リウム/酢酸カリウムが特に好ましい。
【0023】触媒担体に活性化合物の溶液を含浸するこ
とは、好ましくは、担体材料を溶液で浸漬し次いで過剰
の溶液を洗い流すかまたは濾過して取り除く方法で行わ
れる。溶液の損失に関しては、触媒の全細孔容積に相当
する溶液のみ使用しそして担体材料の粒子を均質に湿ら
せるように注意深く混合するのが有利である。この完全
な混合は、例えば、撹拌することによりなし遂げられ
る。含浸工程および完全な混合を同時に、例えば回転ド
ラムまたは回転ドライヤー内で行うのが好都合であり、
その際乾燥が直後に続き得る。さらに、触媒担体の含浸
に使用した溶液の量および組成を、それが担体材料の細
孔容積に相当しそして活性物質の所望の量が一回のみの
含浸によって適用されるように、測定するのが好都合で
ある。
【0024】活性物質の溶液で含浸する触媒担体は好ま
しくは減圧下に乾燥する。乾燥中の温度は120℃未
満、好ましくは90℃未満であるべきである。さらに一
般に乾燥を不活性ガス流中、例えば窒素または二酸化炭
素流中で行うのが勧められる。乾燥後の残留溶剤含量は
好ましくは8重量%未満、特に6重量%未満であるべき
である。
【0025】パラジウム化合物(および所望により金化
合物)の還元を行う場合(当該還元が有用な場合もあり
得る)、還元は減圧で、常圧でまたは10barまでの
昇圧下で行うことができる。この場合、圧力が高くなれ
ばなるほど強く不活性ガスで還元剤を稀釈することが勧
められる。還元温度は40〜260℃、好ましくは70
〜200℃である。一般に、0.01〜50容量%、好
ましくは0.5〜20容量%の還元剤を含む不活性ガス
/還元剤混合物を当該還元に使用するのが好都合であ
る。窒素、二酸化炭素または希ガスが、例えば、不活性
ガスとして使用され得る。適当な還元剤は、例えば、水
素、メタノール、ホルムアルデヒド、エチレン、プロピ
レン、イソブチレン、ブチレンおよび別のオレフィンで
ある。還元剤の量はパラジウムそして、場合により、使
用された金の量による:還元当量は酸化当量の少なくと
も1〜1.5倍であるべきであるが、より大量の還元剤
でも有害ではない。例えば、少なくとも1モルの水素
が、1モルのパラジウムに対して使用されるべきであ
る。還元は、乾燥に続いて、同一設備内で行われること
ができる。
【0026】酢酸ビニルは一般に酢酸、エチレンおよび
酸素または酸素含有ガスを100〜220℃、好ましく
は120〜200℃の温度でかつ1〜25bar、好ま
しくは1〜20barの圧力で、完成触媒に通すことに
より製造され、その際未反応成分を循環することができ
る。酸素濃度は10容量%未満(酢酸を含まないガス混
合物に対して)に保つのが好都合である。しかしなが
ら、ある環境の下では不活性ガス、例えば窒素または二
酸化炭素を用いて稀釈するのも有利である。COは、
反応の間に少量で形成されるので、特に循環方法の際の
稀釈に適している。
【0027】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【0028】比較例1 (慣用のシリカゲルの球状担体粒子) 直径5〜8mmの焼きなまされた(800℃)シリカゲ
ル球からなる200gのバインダーを含まないケイ酸担
体が使用された。この球状粒子から形成される(市販
の)担体は169m/gのBET表面積および0.4
8ml/gの細孔容積を有し、該担体は8%まで直径7
0〜100Åの細孔からそして29%まで直径200〜
3000Åの細孔から構成されていた。該担体に、1
1.5gの酢酸Pd、10.0gの酢酸Cdおよび1
0.8gの酢酸Kを66mlの氷酢酸中に溶解した溶液
(この細孔容積に相当)を含浸させそして60℃で窒素
下で20mbarの圧力で残留溶剤含量が2重量%にな
るまで乾燥した。これにより、2.3重量%のPd、
1.8重量%のCdおよび2.0重量%のK(Cd:P
d=0.78:1、K:Pd=0.87:1)のドーピ
ングが得られた。
【0029】完成触媒50mlを内部直径8mmのそし
て長さ1.5mの反応管に詰めた。次に反応させるガス
を触媒に8berの圧力(反応器入口)かつ150℃の
触媒温度で通す。このガスは反応器入口で27容量%の
エチレン、55容量%のN、12容量%の酢酸および
6容量%のOからなる。結果は表から理解され得る。
【0030】比較例2 (慣用のSiOの球状担体粒子) か焼され次いでHClで洗浄されたベントナイト(洗浄
後96重量%のSiO含量)からバインダーなしで圧
縮して直径5〜6mmの球とした、200gのケイ酸担
体が使用された。この球状粒子から作られた担体は、1
21m/gのBET表面積および0.66ml/gの
細孔容積を有し、該担体は21%まて直径70〜100
Åの細孔からそして42%まで直径200〜3000Å
の細孔から構成されていた。担体粒子に比較例1と同様
含浸させ(但し、66mlの代わりに114mlの氷酢
酸が使用された)そして乾燥すると比較例1と同一のド
ーピングであった。次いで当該触媒を比較例1と同様に
試験した。結果は表から理解され得る。
【0031】比較例3 担体を先ず200m/gの表面積を有するSiO
小球体そして充填剤としての微晶質セルロース、潤滑剤
としての黒鉛そしてバインダーとしてのカオリンから製
造した。完成担体は0.80ml/gの細孔容積を有
し、該担体は62%まで直径70〜100Åの細孔から
そして9%まで直径200〜3000Åの細孔から構成
されていた。担体粒子は、先端が曲面の円筒形状を有し
ていた(直径6mmおよび高さ6mm;形状は既知の製
薬上のカプセルの形状と同様である)。担体粒子の表面
積は185m/gであった。
【0032】担体粒子(200g)に比較例1と同様に
含浸させ(但し66mlの代わりに141mlの氷酢酸
が使用された)そして乾燥すると比較例1と同一のドー
ピングであった。次いで当該触媒を比較例1と同様に試
験した。結果は表から理解され得る。
【0033】比較例4 担体を先ず、170m/gの表面積を有するSiO
−Al微小球体(SiO97重量%、Al
3重量%)そして充填剤としての糖、潤滑剤としての
黒鉛そしてバインダーとしてのカオリンから製造した。
完成担体は0.75ml/gの細孔容積を有し、当該担
体は58%まで直径70〜100Åの細孔および12%
まで直径200〜3000Åの細孔から構成されてい
た。担体粒子は比較例3と同一の形状および大きさを有
していたが、132m/gの表面積を有していた。担
体粒子(200g)に比較例1と同様に含浸し(但し6
6mlの代わりに131mlの氷酢酸が使用された)そ
して乾燥すると比較例1と同一のドーピングであった。
次いで当該触媒を比較例1と同様に試験した。結果は表
から理解され得る。
【0034】例1 担体を比較例3と同様に製造した。但し、約10重量%
のステアリン酸Mgがバインダーとして使用された;完
成担体は0.4重量%のMgを含んでいた。当該担体は
186m/gの表面積そして0.8ml/gの細孔容
積を有し、その際細孔容積の78%は半径70〜100
Åの細孔からそして細孔容積の16%は半径200〜3
000Åの細孔から構成されていた。担体粒子は比較例
3および4と同一の形状および大きさを有していた。
【0035】担体粒子(200g)に比較例1と同様に
含浸し(但し、より大きい細孔容積のため66mlの代
わりに141mlの氷酢酸が使用された)そして乾燥す
ると比較例1と同一のドーピングであった。次いで触媒
を比較例1と同様に試験した。結果は表から理解され得
る。
【0036】例2 担体を例1と同様に製造する。但し、10重量%のステ
アリン酸Alがステアリン酸Mgの代わりに使用され
た;完成担体は0.3重量%のAlを含んでいた。該担
体は164m/gの表面積および0.91ml/gの
細孔容積を有し、その際細孔容積の76%は半径70〜
100Åの細孔からそして細孔容積の18%は半径20
0〜3000Åの細孔から構成されていた。担体粒子は
例1および比較例3および4と同一の形状および大きさ
を有していた。
【0037】担体粒子(200g)に比較例1と同様に
含浸し(但し、より大きい細孔容積のため、66mlの
代わりに160mlの氷酢酸が使用された)そして乾燥
すると比較例1と同一のドーピングであった。次いで触
媒を比較例1と同様に試験した。結果は表から理解され
得る。
【0038】 「STY」は空時収量である;「燃焼(%)」はCO
に変換される反応したエチレンの百分率である、「酢酸
エチル含量」は反応生成物の縮合部分の酢酸エチル含量
に関する。
【0039】
【発明の効果】本発明による担体の使用により、酢酸ビ
ニルを製造する際の選択率が約92%から約97%への
上昇する結果、実質的な節約が達成され得、さらに、選
択率の上昇と共に上昇する効率の結果、触媒量および反
応器の容積を新たなプラントにおいて減ずることができ
るためプラントのコストをかなり減少することができ、
またはすでに存在するプラントを改造することなく容量
がかなり増加され得るので、プラント拡大のための投資
コストを省くことができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07C 67/055 C07C 67/055 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 クラウス・アイヒレル ドイツ連邦共和国、エシュボルン、イ ム・トラミネル、10 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 69/15 B01J 23/58 - 23/66 B01J 35/10 301 C07C 67/055 C07B 61/00 300 EPAT(QUESTEL) WPI/L(QUESTEL)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エチレン、酢酸および酸素または酸素含
    有ガスから気相中でパラジウムおよび/またはその化合
    物および所望であればさらに金および/または金化合物
    を含みかつ活性化剤としてアルカリ金属化合物および所
    望であればさらにカドミウム化合物を含む触媒を用いて
    酢酸ビニルを製造する方法であって、その際該触媒が、
    50〜250m/gの表面積および0.4〜1.2m
    l/gの細孔容積を有するSiOまたはSiO−A
    混合物からなりかつその粒子は4〜9mmの粒
    度を有する担体であって、かつその細孔容積の5〜20
    %が200〜3000Åの半径を有する細孔から構成さ
    れそして細孔容積の50〜90%が70〜100Åの半
    径を有する細孔から構成されている担体に担持されたも
    のである方法において、該担体粒子をC〜C20のカ
    ルボン酸のLi、Mg、Al、ZnまたはMn塩または
    当該塩の混合物をバインダーとして用いて圧縮すること
    を特徴とする、上記製造方法。
  2. 【請求項2】 AlまたはMgのカルボン酸塩がバイン
    ダーとして使用される、請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 カルボン酸のMg塩がバインダーとして
    使用される、請求項1記載の製造方法。
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