JPS6238343B2

JPS6238343B2 -

Info

Publication number: JPS6238343B2
Application number: JP60017734A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Saito; Kazuharu Mitarai; Nobuyuki Taniguchi; Satoshi Arimitsu; Katsumi Yanagi; Kazuo Takada
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-02-02
Filing date: 1985-02-02
Publication date: 1987-08-17
Also published as: JPS61178942A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の目的〕本発明は、エタノールの製造方法に関する。更
に詳しくは、(a)ロジウム、リチウム、イリジウム
および／又はマグネシウム、イツトリウム、イツ
テルビウム、ルテシウム、バナジウム、クロム
（以下、その他の添加元素と略す）のうちの少な
くとも一種の元素を担体担持してなる触媒と、(b)
パラジウムと鉄および／又はモリブデンを担体担
持してなる触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを
反応させてエタノールを製造する方法に関する。〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題
点〕エタノール、アセトアルデヒド等の炭素数２の
含酸素化合物は従来ナフサを原料とする石油化学
的方法によつて製造されてきた。しかし近年の原
油の高騰により、製造価格の著しい上昇が起こ
り、原料転換の必要性が生じている。一方、豊富で、かつ安価に入手可能な一酸化炭
素及び水素の混合ガスより炭素数２の含酸素化合
物を製造する方法が種々検討されている。即ち、一酸化炭素と水素の混合ガスを、ロジウ
ムを主成分とし、マンガン、チタン、ジルコン、
鉄などの金属もしくは金属酸化物などよりなる触
媒の存在下に反応させて炭素数２の含酸素化合物
を選択的に製造する方法は公知（例えば、特開昭
51−80806号、同52−14706号、同56−147730号
等）である。しかしながら、かかる方法は副生する炭化水
素、例えばメタン等の量が多く、含酸素化合物の
選択率が低いものや、含酸素化合物の選択率が高
い場合には、その生成量は極めて低いものであつ
た。更に高価な貴金属であるロジウムあたりの目
的化合物の生成量がまだ少なく、経済的にもプロ
セス的にも完成された技術が提供されていないの
が実情である。更に、炭素量２の含酸素化合物を高収量で高選
択的に製造することを目的として、ロジウムにリ
チウム（特開昭56−8334号）、鉄（特開昭51−
80807号）、マグネシウム（特開昭54−138504
号）、バナジウム（特開昭57−62232号）、イツト
リウム、イツテルビウム（特開昭57−62233号）、
クロム（特開昭55−143918号）、ロジウムとリチ
ウムおよびマグネシウム又はバナジウム等（特開
昭57−109734号）ロジウム、イリジウムおよびリ
チウム（特開昭59−190934号）等が提案されてい
るが、いずれの方法もアセトアルデヒド、酢酸又
はメタノールを主生成物とするものであり、エタ
ノールの収率、選択性などは著しく低い点を有し
ている。以上述べた如く、一酸化炭素及び水素を含有す
る気体よりエタノールを主成分とする含酸素化合
物を効率よく、経済性よく製造する方法は提供さ
れていない。本発明者らは、一酸化炭素及び水素を含有する
気体より、含酸素化合物を製造する際に、上記炭
素数２の含酸素化合物の選択性を改良しつつ、該
反応より生成される炭素数２の含酸素化合物中の
分布をエタノールに移動させ、かつ炭化水素の生
成を最小とすることを可能にした触媒系を開示す
るものであり、多数の助触媒成分の組合せ試験に
つき鋭意検討を重ねた結果、(a)ロジウム、リチウ
ム、イリジウムおよび／又はその他の添加元素の
うちの少なくとも一種の元素を担体担持してなる
触媒と、(b)パラジウムと鉄および／又はモリブデ
ンを担体担持してなる触媒とを組合せることより
予期し得ない効果が発現し、エタノールが好まし
い収量と高選択性を有することを見い出し、本発
明を完成するに至つた。〔発明の概要〕本発明は前記した如く、(a)ロジウム、リチウ
ム、イリジウムおよび／又はその他の添加元素の
うちの小なくとも一種の元素を担体担持してなる
触媒と、(b)パラジウムと鉄および／又はモリブデ
ンを担体担持してなる触媒との存在下、一酸化炭
素及び水素とを反応させエタノールを製造するも
のである。以下、本発明を順次詳述する。本発明において用いられる触媒は前述の如く、
(a)ロジウム、リチウム、イリジウムおよび／又は
その他の添加元素のうちの少なくとも一種の元素
を担体担持してなる触媒と、(b)パラジウムと鉄お
よび／又はモリブデンを担体担持してなる触媒か
らなる二者の触媒を主たる構成成分とする。両者
の触媒は各々別途に調製したものを使用すること
ができ、使用に際しては混合あるいは(a)の触媒の
一つを上層に、(b)の触媒の一つを下層に充填して
使用することができる。触媒の調製に際しては、通常貴金属触媒におい
て行われている如く、担体上に上記の成分を分散
させて用いる。本発明方法において用いられる触
媒は貴金属を使用する場合に用いられる常法に従
つて調製することができる。例えば、含浸法、浸漬法、イオン交換法、共沈
法、混錬法等によつて調製できる。触媒を構成する成分であるロジウム及びイリジ
ウムにおいて触媒調製のために使用できる原料化
合物としては、塩化物、臭化物等のハロゲン化
物、硝酸塩、炭酸塩等の無機塩、酢酸塩、シユウ
酸塩、アセチルアセトナート塩、エチレンジアミ
ン酢酸塩等の有機酸塩又はキレート化合物、カル
ボニル化合物、アンミン錯体、金属アルコキシド
化合物、アルキル金属化合物等、通常貴金属触媒
を調製する際に用いられる化合物を使用すること
ができる。助触媒として使用されるリチウム、マグネシウ
ム、イツトリウム、イツテルビウム、ルテシウ
ム、バナジウム、クロムに使用できる原料化合物
としては、ハロゲン化物、硝酸塩、塩素酸塩等の
無機酸塩、水酸化物、ギ酸塩、酢酸塩等の有機酸
塩、金属アルコキシド化合物、アルキル金属化合
物等より適宜使用することができる。バラジウムとして使用できる原料化合物として
は、ハロゲン化物、硝酸塩、水酸化物、ギ酸塩、
酢酸塩等の有機酸塩等を使用することができる。また、鉄、モリブデンとして使用できる原料化
合物としては、ハロゲン化物、ハロゲン酸塩、硝
酸塩等の無機塩、ギ酸塩、酢酸塩等の有機酸塩、
カルボニル化合物等より適宜使用することができ
る。しかし、これらの触媒構成成分を担体上へ担持
することを容易にするため、エタノール、水又は
他の適当な溶媒に可溶性の高い化合物が好ましく
は用いられる。以下に含浸法を例にとり触媒の調製法を説明す
る。上記の金属化合物を水、メタノール、エタノー
ル、アセトン、テトラヒドロフラン、ジオキサ
ン、ノルマルヘキサン、ベンゼン、トルエン等の
単独又は混合溶媒に溶解し、その溶液に担体を加
え浸漬し、溶媒を留去し、乾燥し、必要とあれば
加熱、ガス処理等の処理を行い、担体に金属化合
物を担持する。 (a)又は(b)触媒の担持の手法としては、原料化合
物を同一溶媒に同時に溶解した混合溶液を作り、
担体に同時に担持する方法、各成分を逐次的に担
持する方法、あるいは各成分を必要に応じて還
元、熱処理等の処理を行いながら逐次的、段階的
に担持する方法などの各手法を用いることができ
る。その他の調製法、例えば担体のイオン交換能を
利用したイオン交換によつて金属を担持する方
法、共沈法によつて触媒を調製する方法なども本
発明方法に用いられる触媒の調製手法として採用
できる。上述の手法によつて調製された(a)及び(b)の触媒
は、通常還元処理を行うことにより活性化し、つ
いで反応に供せられる。還元を行うには水素を含
有する気体により昇温下で行うことが簡便であつ
て好ましい。 (a)の触媒の還元温度として、ロジウムの還元さ
れる温度、即ち100℃程度の温度条件下でも還元
処理ができるが、好ましくは200℃〜600℃の温度
下で還元処理を行う。この際、触媒の各成分の分
散を十分に行わせる目的で低温より徐々に、ある
いは段階的に昇温しながら水素還元を行つてもよ
い。また、還元剤を用いて化学的に還元を行うこ
ともできる。例えば、一酸化炭素と水を用いた
り、ヒドラジン、水素化ホウ素化合物、水素化ア
ルミニウム化合物などの還元剤を用いた還元処理
を行つてもよい。また、(b)の触媒は(a)の触媒と同様な方法で還元
処理を行うことができる。本発明において用いられる担体は、好ましくは
比表面積10〜1000m²／ｇ、細孔径10Å以上を有す
るものであれば通常担体として知られているもの
を使用することができる。具体的な担体として
は、シリカ、各種の珪酸塩、アルミナ、活性炭、
各種金属の酸化物（例えば、酸化ジルコニウム、
酸化チタン、マグネシアなど）、モレキユーラー
シーブ、ケイソウ土などがあげられるが、シリカ
系の担体が好ましい。上記(a)の触媒における各構成成分の比率は以下
のようである。ロジウムと担体に対する比率は、担体の比表面
積を考慮して重量比で0.0001〜0.5、好ましくは
0.001〜0.3である。リチウムとロジウムの比率
は、リチウム／ロジウム（原子比）で0.0001〜
３、好ましくは0.001〜２である。イリジウムと
ロジウムの比率は、イリジウム／ロジウム（原子
比）で0.001〜６、好ましくは0.005〜３の範囲で
ある。その他の添加元素とロジウムの比率は、そ
の他の添加元素／ロジウム（原子比）で0.001〜
10、好ましくは0.005〜３の範囲である。更に、上記(b)の触媒における各構成成分の比率
は以下のようである。パラジウムと担体に対する比率は、担体の比表
面積を考慮して重量比で0.0001〜0.5、好ましく
は0.001〜0.3である。鉄とパラジウムの比率は、
鉄／パラジウム（原子比）で0.001〜10、好まし
くは0.01〜５の範囲である。モリブデンとパラジ
ウムの比率は、モリブデン／パラジウム（原子
比）で0.001〜10、好ましくは0.01〜５の範囲で
ある。本発明は、例えば固定床の流動式反応装置に適
用することができる。例えば、反応器内に上記(b)
の触媒のうちの一つの上に、(a)の触媒のうちの一
つを充填するか、(a)の触媒のうちの一つと(b)の触
媒のうちの一つを混合して充填し、原料ガスを送
入して反応を行わせる。生成物は分離し、未反応の原料ガスは必要に応
じて精製したのちに循環再使用することも可能で
ある。また、本発明は流動床式の反応装置にも適用で
きる。即ち、原料ガスと上記(a)の触媒のうちの一
つと(b)の触媒のうちの一つを混合、流動化した触
媒を同伴させて反応を行わせることもできる。更
に本発明は溶媒中に触媒を分散させ、原料ガスを
送入し、反応を行うことからなる液相不均一反応
にも適用できる。本発明方法を実施するに際して採用される条件
は、エタノールを主成分とする含酸素化合物を高
収率、高選択率で、かつ炭化水素の生成を最小に
しながら製造することを目的として種々の反応条
件の因子を有機的に組合せて選択される。反応圧力は、常圧（即ち、０Kg／cm²ゲージ）で
も当該目的化合物を高選択率、高収率で製造でき
るのであるが、空時収率を高める目的で加圧下に
おいて反応を行うことができる。従つて反応圧力
としては、０Kg／cm²ゲージ〜350Kg／cm²ゲージ、
好ましくは０Kg／cm²ゲージから250Kg／cm²ゲージ
の圧力下で行う。反応温度は150℃〜450℃、好ま
しくは180℃〜350℃である。反応温度が高い場合
には、炭化水素の副生量が増加するため原料の送
入速度を早くしたり、水素、一酸化炭素の組成比
を変える必要がある。従つて、空間速度（原料ガ
ス送入量／触媒容量）は標準状態（０℃、１気
圧）換算で10h^-1〜10⁷h^-1の範囲より、反応圧
力、反応温度、原料ガス組成との関係より適宜選
択される。当該原料ガスの組成は、主として一酸化炭素と
水素を含有しているガスであつて、窒素、アルゴ
ン、ヘリウム、メタン等のガス、あるいは反応条
件下において、気体の状態であれば炭化水素、二
酸化炭素、生成した含酸素化合物や水を含有して
いてもよい。水素と一酸化炭素の混合比率は、水
素／一酸化炭素（容積比）で0.1〜10、好ましく
は0.25〜５であり、原料ガス中の一酸化炭素と水
素の合計割合は20〜100容積％、好ましくは60〜
100容積％である。以下、実施例によつて本発明を更に詳細に説明
するが、これらの例は本発明の理解を容易にする
ためにあえて同一反応条件で示すものであり、本
発明はこれにより何ら限定されるものでないこと
は言うまでもない。実施例１塩化ロジウム（RhCl₂・3H₂O）1.20ｇ、塩化マ
グネシウム（MgCl₂・6H₂O）0.093ｇ、塩化リチ
ウム（LiCl・H₂O）0.055ｇをエタノール30mlに
溶解させ、これにシリカゲル（DAVISON＃57）
25mlを加えた後、ロータリーエバポレーターを使
用して減圧下で乾燥した。この担持触媒をパイレ
ツクスガラス製反応管に充填し、水素180ml／毎
分下、400℃で５時間還元してRh−Mg−Li触媒
を調製した。また、塩化パラジウム（PdCl₂）0.803ｇ、塩化
鉄（FeCl₃・6H₂O）0.370ｇを塩酸酸性の水30ml
に溶解させ、これに上記に記載のシリカゲル25ml
を加えた後、上記と同様の操作で乾燥、還元処理
してPd−Fe触媒を調製した。活性試験及び結果外径６mmの熱電対保護管を有する内径14mmのチ
タン製反応管に上記のPd−Fe触媒１mlを充填
し、ついで上記のRh−Mg−Li触媒４mlを上記に
記載のシリカゲル10mlで希釈して充填した。反応
管内を窒素で置換し、常圧下、窒素希釈水素ガス
（H₂：N₂：100：100ml／毎分）で200℃、１時間
再還元した後、水素／一酸化炭素＝２／１（容積
比）の混合ガスを36Nl／毎時送入し、反応圧力
20Kg／cm²、反応温度275℃において反応を行つ
た。反応流出物のうち、液状生成物は水に吸収させ
て捕集し、また流出ガス組成はガスクロ法により
分析し、その結果を第１表に示す。実施例２塩化ロジウム1.20ｇ、塩化イツトリウム
（YCl₃・6H₂O）0.138ｇ、塩化リチウム0.055ｇを
エタノール30mlに溶解させ、これに前記に記載の
シリカゲル25mlを加えた後、実施例１と同様の装
置を使用し、同様の操作で乾燥、還元処理して
Rh−Ｙ−Li触媒を調製した。また、塩化パラジウム0.404ｇ、塩化モリブデ
ン（MoCl₅）0.087ｇをエタノール30mlに溶解さ
せ、これに上記に記載のシリカゲル25mlを加えた
後、上記と同様の操作で乾燥、還元処理してPd
−Mo触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Mo触
媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Ｙ−Li触媒
４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈して充
填した後、実施例１と同様にして反応を行つた。
結果を第１表に示す。実施例３塩化ロジウム1.20ｇ、塩化イツテルビウム
（YbCl₃・6H₂O）0.177ｇ、塩化リチウム0.055ｇ
をエタノール30mlに溶解させ、これに前記に記載
のシリカゲル25mlを加えた後、実施例１と同様の
装置を使用し、同様の操作で乾燥、還元処理して
Rh−Yb−Li触媒を調製した。また、実施例１と同様にして同様の組成比で
Pd−Fe触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Fe触
媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Yb−Li触媒
４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈して充
填した後、実施例１と同様にして反応を行つた。
結果を第１表に示す。実施例４塩化ロジウム1.20ｇ、塩化ルテシウム
（LuCl₃・6H₂O）0.178ｇ、塩化リチウム0.055ｇ
をエタノール30mlに溶解させ、これに前記に記載
のシリカゲル25mlを加えた後、実施例１と同様の
装置を使用し、同様の操作で乾燥、還元処理して
Rh−Lu−Li触媒を調製した。また、実施例２と同様にして同様の組成比で
Pd−Mo触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Mo触
媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Lu−Li触媒
４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈して充
填した後、実施例１と同様にして反応を行つた。
結果を第１表に示す。実施例５塩化ロジウム1.20ｇ、塩化バナジウム（VCl₃）
0.072ｇ、塩化リチウム0.055ｇをエタノール30ml
に溶解させ、これに前記に記載のシリカゲル25ml
を加えた後、実施例１と同様の装置を使用し、同
様の操作で乾燥、還元処理してRh−Ｖ−Li触媒
を調製した。また、実施例１と同様にして同様の組成比で
Pd−Fe触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Fe触
媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Ｖ−Li触媒
４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈して充
填した後、実施例１と同様にして反応を行つた。
結果を第１表に示す。実施例６塩化ロジウム1.20ｇ、塩化バナジウム0.072
ｇ、塩化リチウム0.055ｇをエタノール30mlに溶
解させ、これに前記に記載のシリカゲル25mlを加
えた後、実施例１と同様の装置を使用し、同様の
操作で乾燥、還元処理してRh−Ｖ−Li触媒を調
製した。また、実施例２と同様にして同様の組成比で
Pd−Mo触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Mo触
媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Ｖ−Li触媒
４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈して充
填した後、実施例１と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示す。実施例７塩化ロジウム1.20ｇ、塩化バナジウム0.072
ｇ、塩化リチウム0.055ｇをエタノール30mlに溶
解させ、これに前記に記載のシリカゲル25mlを加
えた後、実施例１と同様の装置を使用し、同様の
操作で乾燥、還元処理してRh−Ｖ−Li触媒を調
製した。また、塩化パラジウム0.404ｇ、塩化鉄0.218
ｇ、塩化モリブデン0.052ｇをエタノール30mlに
溶解させ、これに前記に記載のシリカゲル25mlを
加えた後、前記と同様の操作で乾燥、還元処理し
てPd−Fe−Mo触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Fe−
Mo触媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Ｖ−Li
触媒４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈し
て充填した後、実施例１と同様にして反応を行つ
た。結果を第１表に示す。実施例８塩化ロジウム1.20ｇ、塩化クロム（CrCl₃・
6H₂O）0.122ｇ、塩化リチウム0.055ｇをエタノ
ール30mlに溶解させ、これに前記に記載のシリカ
ゲル25mlを加えた後、実施例１と同様の装置を使
用し、同様の操作で乾燥、還元処理してRh−Cr
−Li触媒を調製した。また、実施例１と同様にして同様の組成比で
Pd−Fe触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Fe触
媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Cr−Li触媒
４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希釈して充
填した後、実施例１と同様にして反応を行つた。
結果を第１表に示す。実施例９塩化ロジウム1.20ｇ、塩化バナジウム0.072
ｇ、塩化リチウム0.055ｇ、塩化イリジウム
（IrCl₄・H₂O）0.064ｇをエタノール30mlに溶解さ
せ、これに前記に記載のシリカゲル25mlを加えた
後、実施例１と同様の装置を使用し、同様の操作
で乾燥、還元処理してRh−Ｖ−Li−Ir触媒を調
製した。また、実施例７と同様にして同様の組成比で
Pd−Fe−Mo触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のPd−Fe−
Mo触媒１mlを充填し、ついで上記のRh−Ｖ−Li
−Ir触媒４mlを前記に記載のシリカゲル10mlで希
釈して充填した後、実施例１と同様にして反応を
行つた。結果を第１表に示す。比較例１実施例１と同様にして同様の組成比でRh−Mg
−Li触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示す。比較例２実施例２と同様にして同様の組成比でRh−Ｙ
−Li触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示
す。比較例３実施例３と同様にして同様の組成比でRh−Yb
−Li触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示
す。比較例４実施例４と同様にして同様の組成比でRh−Lu
−Li触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示
す。比較例５実施例５と同様にして同様の組成比でRh−Ｖ
−Li触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示
す。比較例６実施例８と同様にして同様の組成比でRh−Cr
−Li触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第１表に示
す。

【表】

【表】実施例 10 実施例１で調製したRh−Mg−Li触媒４mlおよ
びPd−Fe触媒１mlを前記に記載のシリカゲル10
mlで希釈、混合し充填した後、実施例１と同様に
して反応を行つた。結果を第２表に示す。実施例 11 実施例２で調製したRh−Ｖ−Li触媒４mlおよ
びPd−Mo触媒１mlを前記に記載のシリカゲル10
mlで希釈、混合し充填した後、実施例１と同様に
して反応を行つた。結果を第２表に示す。実施例 12 実施例９で調製したRh−Ｖ−Li−Ir触媒４ml
およびPd−Fe−Mo触媒１mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈、混合し充填した後、実施例１
と同様にして反応を行つた。結果を第２表に示す。実施例 13 塩化ロジウム1.20ｇ、塩化リチウム0.055ｇ、
塩化イリジウム0.064ｇをエタノール30mlに溶解
させ、これに前記に記載のシリカゲル25mlを加え
た後、実施例１と同様の装置を使用し、同様の操
作で乾燥、還元してRh−Li−Ir触媒を調製し
た。また、実施例１と同様にして同様の組成比で
Pd−Fe触媒を調製した。実施例１と同様の反応装置に上記のRh−Li−
Ir触媒４mlおよびPd−Fe触媒１mlを前記に記載
のシリカゲル10mlで希釈、混合して充填した後、
実施例１と同様にして反応を行つた。結果を第２
表に示す。比較例７実施例11と同様にして同様の組成比でRh−Li
−Ir触媒を調製し、その４mlを前記に記載のシリ
カゲル10mlで希釈して充填した以外は実施例１と
同様にして反応を行つた。結果を第２表に示す。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】

１ロジウム、リチウム、イリジウムおよび／又
はマグネシウム、イツトリウム、イツテルビウ
ム、ルテシウム、バナジウム、クロムのうちの少
なくとも一種の元素を担体担持してなる触媒と、
パラジウムと鉄および／又はモリブデンを担体担
持してなる触媒の存在下、一酸化炭素と水素とを
反応させることからなるエタノールの製造方法。