JPH06263665A - 炭酸ガス接触水素化法 - Google Patents

炭酸ガス接触水素化法

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JPH06263665A
JPH06263665A JP5052272A JP5227293A JPH06263665A JP H06263665 A JPH06263665 A JP H06263665A JP 5052272 A JP5052272 A JP 5052272A JP 5227293 A JP5227293 A JP 5227293A JP H06263665 A JPH06263665 A JP H06263665A
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Daiki Watanabe
大器 渡辺
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Masami Takeuchi
正己 武内
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勇樹 金井
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圭子 守屋
Terumitsu Kakumoto
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一系液相反応触媒の存在下、炭酸ガスの水
素化によるメタノール、メタン、一酸化炭素等の製造方
法を提供すること。 【構成】 ルテニウムカルボニル錯体とヨウ素化合物と
の組合せからなる均一系液相反応触媒の存在下に炭酸ガ
スを水素化して、メタノール、メタンおよび一酸化炭素
等を製造する。 【効果】 火力発電所やセメント工場から大量に排出さ
れる炭酸ガスから燃料や化学合成原料として有用なメタ
ノール、メタンあるいは一酸化炭素を製造することがで
きる。触媒は、従来の不均一系の触媒と異なり溶媒に可
溶なので、温度制御が容易な液相反応で使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は均一系液相反応触媒を用
いる炭酸ガス接触水素化法に関し、より詳細には特定組
成の均一系液相反応触媒の存在下に炭酸ガスを水素化し
てメタノール、メタンおよび一酸化炭素等を製造する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭酸ガスの水素化によるメタノール、メ
タン、一酸化炭素等の製造方法に関しては、各種の金属
や金属酸化物等が触媒として有効であることが知られて
おり、多数の特許出願や報告が知られている〔例えば、
荒川裕則、触媒、31, 558(1989) など〕。
【0003】これらの金属あるいは金属酸化物触媒は一
般には担体上に担持して使用されるが、炭酸ガスの水素
化反応のように、かなりの発熱を伴う気固不均一系反応
の場合には、反応器の温度制御が難しく、特に炭酸ガス
の大量処理に必要な大型の反応器に対しては、この方式
の適用は困難である欠点がある。かかる欠点を解消する
ために、遷位金属錯体を均一系の触媒として用いる液相
での炭酸ガスの水素化方法が考えられる。
【0004】しかしながら、現在に至るまで、遷位金属
錯体を均一系液相反応触媒として用いる炭酸ガスの水素
化では、ギ酸、ギ酸アミドまたはギ酸エステル等は得ら
れているが〔例えば、Darensbourg,Chemtech, 636,(198
5)〕、メタノール、メタン、一酸化炭素は得られていな
い。これに対して一酸化炭素の水素化方法に関しては、
各種の遷位金属錯体を均一系の触媒として用いてメタノ
ール、メタン等を製造する方法が知られている。
【0005】たとえばMuettertisらは、オスミウムカル
ボニルあるいはイリジウムカルボニル錯体が一酸化炭素
の水素化によるメタン (J. Am. Chem. Soc. 98, 1296,
1976.)あるいはエタン(J. Am. Chem. Soc. 99, 2796,
1977.)の合成用触媒として有効であることを報告してい
る。一方、ルテニウムカルボニル錯体は、一酸化炭素の
水素化によるメタノールの合成用触媒として有効である
が、この場合には1000気圧以上の高圧が必要であるとさ
れている〔J. S. Bradley, J. Am. Chem. Soc. 101, 74
19(1979)〕。
【0006】また、Dombekは、ルテニウムカルボニル錯
体にヨウ素化合物を添加することにより、一酸化炭素か
らメタノール、エチレングリコール及びエタノールが得
られ、反応圧力も 400気圧程度まで低下させることがで
きることを報告している〔B.D. Dombek, J. Am. Chem.
Soc. 102, 6508(1981)〕。ところが、このような高圧下
で炭酸ガスに適用すると、ルテニウムカルボニル錯体が
分解してしまう問題点があった。
【0007】さらに、ニッケル錯体(反応系中ではニッ
ケルカルボニル錯体になっていると考えられている。)
は 100気圧程度の比較的低圧でも一酸化炭素と水素から
の液相メタノール合成用触媒として有用であるが、炭酸
ガスの水素化によるメタノール合成に対してはあまり有
効ではなかった〔大山聖一、電力中央研究所報告T9002
7(1990年)〕。
【0008】
【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、均一系液相反応触媒の存在下、炭酸ガスの
水素化によるメタノール、メタン、一酸化炭素等の製造
が従来全く知られていない点である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はルテニウムカル
ボニル錯体とヨウ素化合物との組合せからなる均一系液
相反応触媒の存在下に炭酸ガスを水素化することを特徴
とする。本発明における均一系液相反応触媒を構成する
ルテニウムカルボニル錯体としては、一酸化炭素のみを
配位子として有するRu(CO)5 、Ru3(CO)12等の錯体の
他、一酸化炭素の他に水素、ヨウ素等を配位子として有
する錯体、例えばRu2I4(CO)6等が使用可能である。
【0010】またヨウ素化合物としては、ヨウ素、KI、
NaI 、LiI 等のアルカリ金属ヨウ化物、ZnI2、CaI2 な
どの遷移金属ヨウ化物およびアルカリ土類金属ヨウ化物
からなる群から選ばれた少なくとも1種が用いられる。
【0011】上記ヨウ素化合物とルテニウムカルボニル
錯体との混合比率は、ヨウ素対ルテニウム原子比(I2/R
u)が1〜50、好ましくは5〜20の範囲である。この比率
が1未満ではルテニウムが金属として析出して反応率が
低下し、また50を越えると、メタノールが生成せずにメ
タン生成量が増加する。本発明における均一系液相反応
触媒は、上記のルテニウムカルボニル錯体とヨウ素化合
物を反応系外で上記範囲の比率で溶媒に溶解して別途に
製造し、これを反応系に加えても良いが、通常では反応
容器にルテニウムカルボニル錯体とヨウ素化合物および
溶媒を供給し、反応系内で均一系液相反応触媒を形成さ
せた方が操作上便利である。
【0012】溶媒としては、N−メチルピロリドン、N
−エチルピロリドン、1, 3−ジメチルイミダゾリジノ
ン等の極性非プロン溶媒が用いられる。反応は、これら
溶媒にルテニウムカルボニル錯体およびヨウ素化合物を
溶解し、炭素ガスおよび水素の加圧下に加熱ことによっ
て行なわれる。炭酸ガスと水素との容積比(CO2/H2)は
0.1〜1であり、炭酸ガス量が0.1に満たないと触媒が
分解されてルテニウム金属が析出し、また1を越えると
反応率が低下する。反応時における炭酸ガス+水素の全
圧は1〜400気圧、好ましくは20〜200気圧であり、反応
温度は 150〜300℃、好ましくは 180〜250℃である。15
0℃未満では反応が進行しにくく、 300℃を越えると触
媒が分解してルテニウムが析出する。
【0013】溶媒中におけるルテニウムカルボニル錯体
の濃度は、1〜100mmol/l 、好ましくは5〜25mmolであ
り、1mmol/l未満では反応が進行しにくく、また100mmo
l を越えると溶媒への溶解が困難になる。本発明におい
ては、炭酸ガスの水素化反応により得られる生成物は主
としてメタノール、メタンあるいは一酸化炭素であり、
エタン等が副生成物として得られる。反応温度、反応時
間、あるいはヨウ素化合物の種類等の反応条件を変化さ
せることにより、生成物のメタノール、メタンあるいは
一酸化炭素の生成量を高めることができる。以下、本発
明の実施例を述べる。
【0014】
【実施例】
実施例1 100ml-オートクレーブ中に、Ru3(CO)12(0.2mmol) 、溶
媒(20ml)及びヨウ素化合物(10mmol)を仕込み、炭酸
ガス/水素(1:3)混合ガスを室温で80atm圧入した
後、所定温度で3時間反応を行った。溶媒としては、N
−メチルピロリドン(NMP)、N−エチルピロリドン
(NEP)あるいは1,3−ジメチルイミダゾリジノン
(DMI)を用い、ヨウ素化合物としてはヨウ素、KI、
NaI 、LiI、 ZnI2 を用いた。I/Ruの比は17である。生
成物の分析は、反応ガスおよび反応液をガスクロマトグ
ラフィーを用いて定量することにより行った。結果を表
1に示す。
【0015】
【0016】表1から明らかなとおり、ヨウ素化合物の
種類及び反応温度を変化させることにより、メタノー
ル、メタンあるいは一酸化炭素の生成物中における生成
量を増加させることができる。例えば、ヨウ素化合物と
してヨウ化カリウムあるいはヨウ化ナトリウム等のアル
カリ金属塩を用い、 240℃で反応させたときにはメタノ
ールが主生成物として得られるが、同様の反応を 200℃
で行った場合には、一酸化炭素が主生成物となる。ま
た、ヨウ化亜鉛を用いた場合には、 240℃でも一酸化炭
素が主生成物となる一方、ヨウ素を添加した場合には、
メタンが主として生成した。この場合にもルテニウム触
媒は金属に分解しておらず、均一系で反応が進行してい
ると考えられる。従って、ルテニウム金属による不均一
系でのメタンの生成とは異なる反応である。
【0017】実施例2 実施例1と同様の反応を行った。ただし、溶媒としてN
MPを、ヨウ素化合物としてヨウ化カリウムを用い、反
応時間を変化させて行った。結果を図1に示す。反応開
始後30分の時点では、一酸化炭素が主生成物として10.2
mmolの収率で得られ、メタノール(7.4mmol)と少量のメ
タンの生成が認められた。反応時間が1.5時間より長い
場合には、メタノールが主生成物として得られるが、反
応時間が長くなるに従ってメタンの生成量が増大した。
このように各生成物は逐次反応により生成していると考
えられるので、反応時間を適当に設定することにより、
生成物の比率を変化させることができる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたとおり本発明によれば、火力
発電所やセメント工場から大量に排出される炭酸ガスか
ら燃料や化学合成原料として有用なメタノール、メタン
あるいは一酸化炭素を製造することができる。本発明に
おける触媒は、従来の不均一系の触媒と異なり溶媒に可
溶なので、温度制御が容易な液相反応で使用できると云
う大きな利点がある。
【0019】また、反応条件を変化させることにより、
必要に応じて主生成物をメタノール、メタンあるいは一
酸化炭素とすることができるため、プロセスとしてのフ
レキシビリティーが高いという特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ru3(CO)12−ヨウ化カリウム触媒、NMP溶媒
を用いたときの反応時間とメタン生成量との関係を示す
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 29/157 8930−4H // C07B 61/00 300 C10G 2/00 2115−4H (72)発明者 斎藤 昌弘 茨城県つくば市小野川16番3 工業技術院 資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 富永 健一 茨城県つくば市小野川16番3 工業技術院 資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 渡辺 大器 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋海 事ビル8F財団法人 地球環境産業技術研 究機構 CO2固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 河井 基益 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋海 事ビル8F財団法人 地球環境産業技術研 究機構 CO2固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 武内 正己 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋海 事ビル8F財団法人 地球環境産業技術研 究機構 CO2固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 金井 勇樹 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋海 事ビル8F財団法人 地球環境産業技術研 究機構 CO2固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 守屋 圭子 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋海 事ビル8F財団法人 地球環境産業技術研 究機構 CO2固定化等プロジェクト室内 (72)発明者 角本 輝充 東京都港区西新橋2−8−11 第7東洋海 事ビル8F財団法人 地球環境産業技術研 究機構 CO2固定化等プロジェクト室内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ルテニウムカルボニル錯体とヨウ素化合
    物との組合せからなる均一系液相反応触媒の存在下に炭
    酸ガスを水素化して、メタノール、メタンおよび一酸化
    炭素等を製造することを特徴とする炭酸ガス接触水素化
    法。
  2. 【請求項2】 前記ヨウ素化合物がヨウ素、アルカリ金
    属ヨウ化物、アルカリ土類金属ヨウ化物および遷移金属
    ヨウ化物からなる群から選ばれた少なくとも1種である
    請求項1記載の方法。
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