JPH062698B2 - ホルムアルデヒドの製造方法 - Google Patents

ホルムアルデヒドの製造方法

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JPH062698B2
JPH062698B2 JP60163740A JP16374085A JPH062698B2 JP H062698 B2 JPH062698 B2 JP H062698B2 JP 60163740 A JP60163740 A JP 60163740A JP 16374085 A JP16374085 A JP 16374085A JP H062698 B2 JPH062698 B2 JP H062698B2
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  • Catalysts (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホルムアルデヒドの製造方法に関する。詳しく
はメタノールを酸素の実質的非存在下で脱水素せしめて
ホルムアルデヒドを製造するにあたり、触媒として、酸
化亜鉛の前駆体および/または酸化インジウムの前駆体
とシリカとの混合物を硝酸および/または有機カルボン
酸と接触せしめ、次いで焼成処理を施すことによって得
られる酸化亜鉛および/または酸化インジウムとシリカ
からなる触媒を用いることを特徴とするホルムアルデヒ
ドの製造方法に関するものである。
ホルムアルデヒドはポリアセタール樹脂、尿素樹脂、フ
ェノールーホルムアルデヒド樹脂等の樹脂原料あるい
は、ペンタエリスリトール、ヘキサメチレンテトラミン
等の種々の工業薬品の原料として使用され、化学工業に
おける重要な基幹原料である。
ホルムアルデヒドの工業的製法としては空気流通下にメ
タノールを銀触媒で接触酸化脱水素せしめる方法、ある
いは銀触媒の代りに酸化鉄と酸化モリブデンの混合触媒
を使用する接触酸化法が良く知られており またこのような方法ではホルムアルデヒドの他に水を多
量に副生し、ホルムアルデヒドは通常水に吸収せしめ3
0〜50%濃度の水溶液として回収されることも良く知
られている。
しかしながら、これらの方法は触媒失活防止、副生物の
除去等のために複雑で高額な設備、多量のエネルギーを
必要とするという欠点があり、更に得られたホルムアル
デヒドが含水品であるため、近年その需要が著しく増大
している水を嫌う分野、特にポリアセタール樹脂等の樹
脂分野の原料については、多量存在する水の除去が必要
であり、そのために多大のエネルギを消費する点でも問
題であった。
このような接触酸化脱水法、接触酸化法の問題点を解決
すべく、酸素の実質的非存在下にメタノールを脱水素せ
しめてホルマリンを製造する、いわゆる接触脱水素法に
ついても種々の方法が提案されている。
例えば、触媒として、銅、銀およびケイ素よりなる触媒
を用いる方法(特公昭41−11853号公報)、溶融
した亜鉛、ガリウム、インジウム、またはアルミ等を用
いる方法(特公昭47−19251号および特開昭48
−97808号公報)、銅、亜鉛および硫黄またはセレ
ンよりなる触媒を用いる方法(特開昭51−1407
号、51−76209号、52−215号公報)などが
提案されているが、いずれもホルムアルデヒドの収率、
選択率、触媒寿命などの触媒の基本性能を同時に満足せ
しめるものではなかった。
本発明者らはメタノールの触媒脱水素法の上記問題点を
解決すべく種々検討を行い、既に触媒として特定の亜鉛
塩および/またはインジウム塩を焼成して得られる金属
酸化物を用いる方法、亜鉛の酸化物および/またはイン
ジウムの酸化物をシリカに担持せしめた触媒を用いる方
法を提案している(特開昭60−4147号および60
−6629号公報)。
本発明者らは更に優れたホルムアルデヒドの製造法を見
い出すべく、鋭意検討を重ねた結果触媒として、特定の
処方で得られた酸化亜鉛および/または酸化インジウム
とシリカからなる触媒を使用すれば、更に高収率でしか
も極めて安定にホルムアルデヒドが製造できることを見
い出し本発明に至った。
すなわち本発明は、酸素の実質的非存在下でメタノール
を脱水素せしめてホルムアルデヒドを製造せしめるにあ
たり、触媒として酸化亜鉛の前駆体および/または酸化
インジウムの前駆体とシリカとの混合物を硝酸および/
または有機カルボン酸と接触せしめ、次で焼成処理を施
すことによって得られる酸化亜鉛および/または酸化イ
ンジウムとシリカからなる触媒を使用することを特徴と
する工業的に優れたホルムアルデヒドの製造方法を提供
するものである。
本発明に使用される触媒は上記のように、酸化亜鉛の前
駆体および/または酸化インジウムの前駆体とシリカと
の混合物を硝酸および/または有機カルボン酸に接触せ
しめ、次で焼成処理を施すことによって得られる酸化亜
鉛および/または酸化インジウムおよびシリカからなる
ものであるが、酸化亜鉛、酸化インジウムの含量はこれ
らの酸化物の合計がシリカに対して通常1〜100wt
%、好しくは5〜50wt%さらに好ましくは5〜30
wt%である。
かかる触媒を調製するにあたり、用いられるシリカとし
ては、市販のシリカの他、触媒の焼成処理に分解、脱水
縮合等によりシリカを生成するもの、例えばシリカゾ
ル、有機ケイ素化合物等も含まれる。なお、市販シリカ
中にはFe2O3,Al2O3等が約0.5%含有するものもある
が、これ等不純物の存在は水、メタン、一酸化炭素、ジ
メチルエーテルなどの副生物を生成せしめ、ホルムアル
デヒドの選択率を低下させる頃向にあるので、シリカと
してはケイ素、酸素以外の元素を含まないものが好まし
い。
また酸化亜鉛、酸化インジウムの前駆体としては、それ
らの金属の種々の塩類、例えば硝酸塩、硫酸塩、有機カ
ルボン酸塩、炭酸塩、水酸化物、オキシ酸アンモニウム
塩等が挙げられるが、中でも硝酸塩、有機カルボン酸塩
が好ましい。
本発明に使用される触媒は前記のような酸化物の前駆体
およびシリカを硝酸および/または有機カルボン酸と接
触せしめた後、焼成処理して得られるが、硝酸としては
通常使用される硝酸、例えば工業薬品として市販されて
いる硝酸等が使用される。
また有機カルボン酸としては蟻酸・酢酸、プロピオン
酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、アジ
ピン酸、安息香酸、ケイ皮酸等が挙げられる。
ここで硝酸、有機カルボン酸以外の酸を使用してもホル
ムアルデヒドの収率は全く向上しない。例えば塩酸、硫
酸、リン酸等を使用した場合は逆にホルムアルデヒドの
収率は極度に低下せしめる。
硝酸、有機カルボン酸の使用量はこれ等の酸の合計が酸
化物の前駆体の金属原子1g原子あたり、通常0.01〜5
00g当量、好ましくは0.1〜50g当量である。
かかる酸処理の作用は完全には解明されてないが、触媒
表面の活性種の濃度を増加せしめる役害を果していると
推定される。例えば酸処理した触媒はしないものに比べ
XPS(X-ray Photoelectron Spctroscopy)により得られる
Zn/Siピーク比が約20〜40%増加した結果が得られ
ている。
触媒の具体的調製法としては例えば、前記の金属酸化物
の前駆体を水もしくは適当な溶媒に溶解せしめ、これに
硝酸および/または有機カルボン酸とシリカを加えてス
ラリー状とした後、乾燥・焼成する方法、金属酸化物の
前駆体と硝酸および/または有機カルボン酸とシリカゲ
ル溶液とを混練した後焼成する方法等が挙げられる。こ
こで焼成処理は、通常空気もしくは窒素気流中で400
〜1000℃、好ましくは500〜800℃の温度下で
実施される。また長時間の運転により触媒が劣化した場
合は硝酸および/または有機カルボン酸と接触せしめた
後、焼成すれば容易に再生される。
本発明はかくして得られる触媒を使用することを特徴と
するものであるが、メタノールを脱水素せしめるにあた
っては通常、気相流通方式で実施され、メタノールは触
媒層へ気体として供給される。
触媒層温度は通常450〜650℃であり、500〜6
00℃が好適である。反応圧力は特に制限はないが、通
常、常圧〜10Kg/cm3で実施される。
ここでメタノールは窒素やメタンなどのような不溶性お
よび/または水素等で希釈して供給しても良い。メタノ
ールの供給量は反応器の大きさ形状にもよるが触媒1Kg
あたり、通常0.1〜10Kg/hrであり、0.1Kg/hr未満で
は実用性に劣り、10Kg/hrを超えるとメタノールの反
応率は低下の傾向を示す。
反応器を出た反応ガスは冷却されて通常の化学工業的方
法、例えば熱交換型凝縮塔、吸収塔等によってホルムア
ルデヒドが回収される。
ここで反応ガス中に含まれる水の量はホルムアルドヒド
1モルに対し0.02モル以下と著しく少量であるため、水
を含まない高純度ホルムアルデヒドを得るのに有利であ
る。例えば吸収剤としてポリエチレングリコール、ジエ
チレングリコール、シクロヘキサノール等の高級アルコ
ールを用いると、高級アルコールヘミホルマール液とし
て回収され、これを加熱分解することにより容易に高純
度ホルムアルデヒドが得られる。
かくしてホルムアルデヒドが製造されるが、本発明によ
れば、メタノールの転化率が著しく高くしかも高収率で
ホルムアルデヒドが得られ、更には触媒上への炭素質の
沈着、触媒のブロッキング等も殆ど認められず触媒が長
時間高活性を示し、ホルムアルデヒドが長期にわたり高
収率で得られる。
また本発明によれば、得られるホルムアルデヒドは水分
含量が極めてわずかであるため容易に水分が除去でき、
水分をきらう分野の原料としても有利である。さらには
副生する水素も高収率で得られるため、オフガスも熱源
あるいは化学原料として有効に利用できる。
本発明方法はこのような種々の利点を有するため、メタ
ノール以外の他のアルコール類の脱水素反応、例えばエ
タノール、ブタノール、イソプロパノール、シクロヘキ
サノール等を脱水素せしめて対応するアルデヒドもしく
はケトンを製造する方法にも適用できる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれ等のみに限定されるものではない。
実施例 (1) 触媒の調製 触媒A 硝酸亜鉛Zn(NO3)2・6H2O3.7gを200mlの蒸留水に溶解
せしめ、これに60%濃硝酸9.5ml、シリカ5gを加え
た。このスラリー状の混合物を80℃湯浴上で1時間充
分撹拌混合した後、ロータリーエバポレーターにて減圧
乾燥し、得られた固形物を電気炉に入れ空気中350℃
下2時間、600℃下5時間焼成処理を行い、触媒Aを
得た。
ZnOの含量は15.8wt%、表面積(BET法)は148.1m2
/gであった。
尚使用したシリカの性状は以下のとおりである。
1. 表面積(BET法)112.1m2/g 2. 化学組成(SiO2以外の濃度) Al2O3 6.6ppm Fe2O3 0.5 Na 1.5 TiO2 1.9 CaO 0.3 触媒B 濃硝酸9.5mlを用いる代りに濃硝酸24.8mlを用いる他は
触媒Aの場合と同様に調製した。
ZnOの含量(原子吸光分析)は17.3wt%、表面積(BE
T法)は152.1m2/gであった。
<触媒C> 濃硝酸9.5mlを用いる代りに濃硝酸0.095mlを用いる他は
触媒Aの場合と同様に調製した。
ZnOの含量(原子吸光分析)は13.8wt%、表面積(BE
T法)は95m2/gであった。
<触媒D> 濃硝酸9.5mlを用いない他は触媒Aの場合と同様に調製
した。
ZnOの含量(原子吸光分析)は16.3wt%、表面積(B
ET法)は65m2/gであった。
<触媒E> 濃硝酸9.5mlを用いる代りにギ酸14.1mlを用いる他は触
媒Aの場合と同様に調製した。
ZnOの含量(原子吸光分析)は17.8wt%、表面積(B
ET法)は152.6m2/gであった。
<触媒F> 濃硝酸9.5mlを用いる代りに酢酸7.12mlを用いる他は触
媒Aの場合と同様に調製した。
ZnOの含量(原子吸光分析)は14.2wt%、表面積(B
ET法)は164.9m2/gであった。
<触媒G> 濃硝酸9.5mlを用いる代りに酢酸21.4mlを用いる他は触
媒Aの場合と同様に調製した。
ZnOの含量(原子吸光分析)は17.4wt%、表面積(B
ET法)は151.6m2/gであった。
<触媒H> 濃硝酸9.5mlを用いる代りに濃塩酸(35%)10.2mlを
用いる他は触媒Aの場合と同様に調製した。
ZnO含量(原子吸光分析)は8.4wt%、表面積(BET
法)は92.4m2/gであった。
<触媒I> 濃硝酸9.5mlを用いる代りに濃硫酸(98%)6.67mlを
用いる他は触媒Aの場合と同様に調製した。
ZnO含量(原子吸光分析)は14.0wt%、表面積(BET
法)は33.5m2/gであった。
以上触媒A〜Iの調製について述べたが調製後の触媒は
24〜48メッシュの粒径に成形した後デシケータ中に
保管した。
また比表面積の測定は200℃で30分窒素気流中で脱
水処理を行なった後、モノソーブ(カンタクローム社
製)を使用して測定した。
(2) 触媒反応試験 触媒2.0gに反応に不活性であることを確認した40〜
60メッシュ・溶融アルミナ2.0gを混合し、これを内
径10m/mの石英製管型反応器に充填する。そしてこの
反応器に150℃であらかじめ気化混合させたメタノー
ルと窒素の混合気体(CH3OH/N2=18/82モル比)を55
0mmol/hr、常圧の条件で流通させ反応温度500℃〜
600℃でメタノールの脱水素反応を行なった。
反応器の出口ガスはそのまま、保温されたガスサンプラ
ーによって、APS−201 20%FlusinT(ガスクロ工業
社製)カラム3m及びモレキュラーシーブ13Xカラム
2mを使用した熱電導度型ガスクロマトグラフに導入
し、反応生成物であるホルムアルデヒド〔HCHO〕、ギ酸
メチル、ジメチルエーテル〔DME〕、水素〔H2〕、一酸
化炭素〔CO〕、メタン〔CH4〕及び未反応のメタノー
ル〔出口CH3OH〕、窒素の分析定量をおこなった。
反応結果は表−1に示したが、いずれも設定温度に到達
後、20時間反応を継続後の値であり、定常活性を示し
ている。ガスクロマトグラフによる分析では、ギ酸メチ
ルはほとんど生成しなかったので表−1より省略した。
(注) 〔HCHO〕,〔CO〕,〔CH4〕,〔DME 〔→各々の成分の生成速度(mmol/hr) 〔CH3OH〕 →反応管 出口の未反応メタノール(mmol/hr)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタノールを酸素の実質的な非存在下で脱
    水素せしめてホルムアルデヒドを製造するにあたり、触
    媒として酸化亜鉛の前駆体および/または酸化インジウ
    ムの前駆体とシリカとの混合物を硝酸および/または有
    機カルボン酸と接触せしめ、次で焼成処理を施すことに
    よって得られる酸化亜鉛および/または酸化インジウム
    とシリカからなる触媒を用いることを特徴とするホルム
    アルデヒドの製造方法。
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