JP3830565B2 - マレイン酸の１，４−ブタンジオールへの水素化のための改善されたプロセス - Google Patents
マレイン酸の１，４−ブタンジオールへの水素化のための改善されたプロセス Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体を、１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランに水素化するための改善されたプロセスに関する。このプロセスは、炭素担体に担持された、パラジウム、銀、およびレニウムを含有する触媒を使用することによって特徴付けられる。このプロセスはまた、副生成物γ−ブチロラクトンの形成が最少である、高収率の１，４−ブタンジオールによって特徴付けられる。
【０００２】
【従来の技術】
テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、および１，４−ブタンジオールが、無水マレイン酸および関連した化合物による接触水素化により得られることは周知である。テトラヒドロフランは、天然樹脂および合成樹脂にとって有用な溶媒であり、そして多くの化学製品およびプラスチックの製造において重要な中間体である。γ−ブチロラクトンは、酪酸化合物、ポリビニルピロリドン、およびメチオニンの合成のための中間体である。γ−ブチロラクトンは、アクリレートポリマーおよびスチレンポリマーにとって有用な溶媒であり、そして塗料除去剤および繊維助剤の有用な成分でもある。１，４−ブタンジオール（１，４−ブチレングリコールとしても知られている）は、溶媒、湿潤剤、可塑剤および薬剤のための中間体、ポリウレタンエラストマーのための架橋剤、テトラヒドロフランの製造における前駆体として有用であり、そしてテレフタレートプラスチックの作製に用いられる。
【０００３】
本発明において特に重要なのは、炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する水素化触媒であり、これは、無水マレイン酸、マレイン酸、および関連化合物を、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、および１，４−ブタンジオールに水素化することにとって有用である。
【０００４】
英国特許第1,534,232号は、炭素担体に担持されたパラジウムおよびレニウムからなる水素化触媒を用いる、カルボン酸、ラクトン、または無水物の水素化を教示している。米国特許第4,550,185号および同第4,609,636号は、炭素担体に担持されたパラジウムおよびレニウムを含有する触媒の存在下で、マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体を水素化することによって、テトラヒドロフランおよび１，４−ブタンジオールを作製するプロセスを教示している。ここでは、パラジウムおよびレニウムは、平均パラジウム微結晶サイズが約１０ｎｍ〜２５ｎｍであり、そして平均レニウム微結晶サイズが２．５ｎｍ未満である微結晶の形態で存在していた。この触媒の調製は、炭素担体上にパラジウム種を析出させ、そして還元させ、その後、パラジウム含浸された炭素担体上に、レニウム種を析出させ、そして還元することによって特徴付けられる。
【０００５】
米国特許第4,985,572号は、炭素担体に担持された、レニウム、パラジウム、および銀を含有する触媒を用いて、カルボン酸またはそれらの無水物を、対応するアルコールおよび／またはカルボン酸エステルに接触水素化するためのプロセスを教示している。この触媒の調製は、炭素担体上にパラジウムと銀とを同時に析出させ、その後、高温（６００℃）加熱処理することによって特徴付けられる。次いで、レニウムは、パラジウム／銀含浸された炭素担体上に析出させられた。次いで、得られた触媒は還元された。
【０００６】
一般に、マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体において、上述の触媒は、１，４−ブタンジオールよりもテトラヒドロフランおよびγ−ブチロラクトンを多く生成する傾向がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１，４−ブタンジオールの生成を最大にし、かつγ−ブチロラクトン生成を最小にするプロセスおよび触媒を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の、テトラヒドロフランおよび１，４−ブタンジオールを生成するプロセスは、水素化可能な前駆体を、水素含有ガスと、炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する水素化触媒とに接触させて触媒的に水素化し、大部分の１，４−ブタンジオールを含む生成物を生成させる工程を包含する：
ここで、該水素化触媒は、
（ｉ）パラジウム、銀、およびレニウムのソースに該炭素担体を接触させる工程を包含する、１つまたはそれ以上の含浸工程において、該パラジウム、銀、およびレニウムのソースで該炭素担体を含浸する工程、ここで該パラジウム、銀、およびレニウムは、少なくとも１つの溶液中にある；
（ii）各含浸工程の後に、溶媒を除去するために、該含浸された炭素担体を乾燥する工程；
（iii）還元条件下で、約１００℃〜約３５０℃の温度にて、該含浸された炭素担体を加熱する工程；によって調製される。そのことにより上記目的が達成される。
【０００９】
好ましい実施態様においては、上記水素化可能な前駆体は、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水コハク酸、コハク酸、コハク酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
【００１０】
好ましい実施態様においては、上記水素化可能な前駆体は、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、またはそれらの混合物である。
【００１１】
好ましい実施態様においては、上記パラジウムのソースは硝酸パラジウムである。
【００１２】
好ましい実施態様においては、上記銀のソースは硝酸銀である。
【００１３】
好ましい実施態様においては、上記レニウムのソースは過レニウム酸である。
好ましい実施態様においては、上記パラジウム、銀、およびレニウムのソースを合わせて単一の溶液とし、そしてパラジウム、銀、およびレニウムを、単一の含浸工程で炭素担体上に析出させる。
【００１４】
好ましい実施態様においては、上記水素化触媒は、約０．１重量％〜約２０重量％のパラジウム、約０．１重量％〜約２０重量％の銀、および約０．１重量％〜約２０重量％のレニウムを含有する。
【００１５】
好ましい実施態様においては、上記水素化触媒は、約２重量％〜約８重量％のパラジウム、約１重量％〜約８重量％の銀、および約１重量％〜約１０重量％のレニウムを含有する。
【００１６】
好ましい実施態様においては、上記パラジウムは、１０ｎｍ未満の平均サイズを有する微結晶を含有するパラジウムの形態で存在する。
【００１７】
好ましい実施態様においては、上記パラジウムは、約５ｎｍ未満の平均サイズを有する微結晶を含有するパラジウムの形態で存在する。
【００１８】
好ましい実施態様においては、上記水素と水素化可能な前駆体との比は、約５：１と約１０００：１との間である。
【００１９】
好ましい実施態様においては、上記水素含有ガスの圧力は、約２０気圧と４００気圧との間である。
【００２０】
好ましい実施態様においては、上記水素化工程は、約５０℃と約３５０℃との間の温度にある。
【００２１】
好ましい実施態様においては、上記水素化工程は、約１００℃と約３００℃との間の温度にある。
【００２２】
好ましい実施態様においては、上記含浸された炭素担体の上記乾燥温度は、約８０℃と約１５０℃との間である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体は、１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランに触媒的に水素化される。水素化触媒が炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有し、そして以下の工程：
（ｉ）パラジウム、銀、およびレニウムのソースで炭素担体を含浸させる工程、ここで、該パラジウム、銀、およびレニウムのソースは、少なくとも１つの溶液（すなわち、１つまたはそれ以上の溶液）中にある；
（ii）各含浸工程の後、溶媒を除去するために、約１５０℃未満の温度で、該含浸された炭素担体を乾燥する工程；
（iii）還元条件下で約１００℃〜約３５０℃の温度にて、含浸された炭素担体を加熱する工程；
によって調製される場合、高い１，４−ブタンジオール収率が達成されることが見出された。
【００２４】
得られた触媒において、パラジウムは、１０ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する微結晶の形態で存在している。
【００２５】
水素化可能な前駆体は、触媒的に水素化されて、高い１，４−ブタンジオール収率および低いテトラヒドロフラン収率を与え、γ−ブチロラクトンの形成が最少である。
【００２６】
（反応物）
少なくとも１つの水素化可能な前駆体が、触媒の存在下で水素含有ガスと反応される。
【００２７】
本明細書中で用いられる「水素化可能な前駆体」は、水素化される場合に１，４−ブタンジオールを生成する、あらゆるカルボン酸、またはそれらの無水物、カルボン酸エステル、ラクトン、またはそれらの混合物である。代表的な水素化可能な前駆体には、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水コハク酸、コハク酸、コハク酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、またはそれらの混合物が包含される。好ましい水素化可能な前駆体は、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、およびそれらの混合物である。
【００２８】
最も好ましい水素化可能な前駆体は、マレイン酸である。これは、典型的には、触媒の存在下、酸素含有ガス中でｎ−ブタンまたはベンゼンを反応させ、ｎ−ブタンまたはベンゼンを蒸気相中で無水マレイン酸に酸化し、次いで水でクエンチすることによりマレイン酸無水物を回収して、マレイン酸水溶液を生成させることによって得られる。ｎ−ブタンまたはベンゼンの酸化は、典型的には、約３００℃〜６００℃の温度および約０．５気圧〜２０気圧（５０〜２０００ｋＰａ）の圧力で行われる。
【００２９】
典型的には、水素（Ｈ2）含有ガスは、希釈ガスを含まない市販の純粋水素である。しかし、水素含有ガスは、水素（Ｈ2）に加えて、窒素（Ｎ2）、あらゆる気体状の炭化水素（例えば、メタン）、および気体状の酸化炭素（例えば、一酸化炭素、二酸化炭素）も含有し得る。
【００３０】
（触媒）
本発明に用いられる触媒は、炭素に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する。本発明に用いられる炭素は、少なくとも２００ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積、好ましくは５００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する。
【００３１】
この触媒組成物は、約０．１重量％〜約２０重量％のパラジウム、好ましくは約２〜約８重量％のパラジウム；約０．１〜約２０重量％の銀、好ましくは約１重量％〜約８重量％の銀；および約０．１重量％〜約２０重量％のレニウム、好ましくは約１重量％〜約１０重量％のレニウムを含有する。パラジウムと銀との比は、１０：１と１：１０との間である。この触媒組成物はまた、金属ならびにＩＡ族またはIIＡ族から選択される１種またはそれ以上の金属を取り込むことによってさらに改変され得る。
【００３２】
本発明の触媒は、好都合には、少なくとも１つのパラジウム化合物、銀化合物、またはレニウム化合物を含有する１種またはそれ以上の溶液を用いて、単一または複数の含浸工程のいずれかで炭素担体を含浸することによって調製され得る。本明細書中で用いられる場合、炭素担体の含浸は、炭素担体が充填され、染み込まされ(imbued)、浸透され、飽和され、または被覆されることを意味する。含浸溶液は、必要に応じて、１つまたはそれ以上の金属化合物を可溶化するのを助ける錯化剤を含有し得る。触媒は、あらゆるキャリア溶媒を除去するために、各含浸工程の後で乾燥される。乾燥温度は、約８０℃と約１５０℃との間である。
パラジウム化合物、銀化合物、およびレニウム化合物の溶液は、溶液中に担体材料を浸漬または懸濁することによって、または炭素上に溶液を噴霧することによって炭素に付与され得る。パラジウム化合物を含有する溶液は、典型的に、必要量のパラジウムを含む、触媒生成物を与える量のパラジウム化合物を含有する水溶液である。このパラジウム化合物は、硝酸パラジウム、あるいは、例えば、クロライド、カーボネート、カルボキシレート、アセテート、アセチルアセトネート、またはアミンのようなパラジウム化合物であり得る。銀化合物を含有する溶液は、典型的には、必要量の銀を含む触媒生成物を与える量の銀化合物を含有する水溶液である。パラジウム化合物および銀化合物は、熱的に分解し得、そして金属まで還元可能でなくてはならない。レニウム化合物を含有する溶液は、典型的には、必要量のレニウムを含む触媒生成物を与える量のレニウム化合物を含有する水溶液である。このレニウム化合物は、典型的には、過レニウム酸、過レニウム酸アンモニウム、または過レニウム酸アルカリ金属である。
【００３３】
パラジウム、銀、およびレニウムで含浸し、そして乾燥した後、触媒は、還元条件下、１２０℃〜３５０℃、好ましくは１５０℃〜３００℃の温度で、含浸された炭素担体を加熱することによって活性化される。触媒と接触させる水素、または水素と窒素との混合物は、好都合には、接触還元に用いられ得る。含浸された炭素担体の還元は、炭素担体が、パラジウム、銀、およびレニウムで含浸された後でのみ行われる。複数の含浸工程および複数回の乾燥の場合では、触媒の還元は、最終乾燥後に行われる。
【００３４】
本発明の触媒中のパラジウムは、１００オングストローム（１０ｎｍ）未満の平均微結晶サイズを有する微結晶の形態で存在している。より詳細には、本発明で用いるような炭素担体に担持されたパラジウム／銀／レニウムの新たな還元サンプルを、Ｘ線回折（ＸＲＤ）および走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）によって分析すると、触媒中のパラジウム含有粒子（すなわち、パラジウムの粒子、またはパラジウムおよび銀の粒子）は微細に分散しており、約５０オングストローム（５ｎｍ）未満の非常に小さい微結晶サイズを有している。レニウムは、レニウムの粒子がＸＲＤによってもＳＴＥＭによっても検出できないほど、非常に微細に分散している。ＳＴＥＭ分析を用いると、平均パラジウム含有粒子の微結晶サイズは、３４オングストローム（３．４ｎｍ）未満であると計算される。本明細書中で用いられる「粒子サイズ分布」および「平均粒子サイズ」の定義は、本明細書中で参考として援用する、J. R. Anderson、「Structure of Metal Catalysts」、358頁〜359頁、Academic Press (1975)の定義と同様である。
【００３５】
最後に、本明細書中に記載の触媒の調製は、乾燥工程の間に除去されなければならない多量の過剰の水を用いず、米国特許第4,985,572号に教示されたような高温（すなわち、約６００℃）処理工程も用いない。
【００３６】
（プロセス）
本発明のプロセスを実施する方法は、水素化触媒の存在下、水素化可能な前駆体と、水素含有ガスとを反応させること、および蒸留によって反応生成物を回収し、そして精製することを包含する。
【００３７】
本発明の液相水素化は、攪拌タンク反応器または固定床反応器において、従来の装置および技術を用いて行われ得る。単一段階反応器または多段階反応器が用いられ得る。必要とされる触媒の量は広範に変化し、そして、反応器の大きさおよび設計、接触時間などの多くのファクターに依存する。
【００３８】
水素含有ガスは、一般的には、他の反応物に対してかなり化学量論的に過剰な水素を用いて、連続的に供給される。未反応の水素は、再循環流として反応器に戻され得る。前駆体溶液（例えば、マレイン酸溶液）は、希釈溶液から最大溶解度レベル付近までの範囲の濃度、典型的には約３０重量％〜約５０重量％の濃度で連続的に供給される。
【００３９】
好ましくは、水素化工程は、約５０℃〜３５０℃の温度で行われ、そして約２０気圧〜４００気圧の水素圧、５：１と１０００：１との間の水素と水素化可能な前駆体との比（Ｈ2／Ｐ）、および０．１分〜２０時間の接触時間で行われる。 反応生成物、１，４−ブタンジオール、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、またはそれらの混合物は、好都合には分別蒸留によって分離される。少量形成される副生成物または未反応フィード（例えば、無水コハク酸またはコハク酸）は、必要に応じて、水素化段階に戻される。γ−ブチロラクトンもまた、水素化反応器に再循環され得る。
【００４０】
本発明のプロセスを用いて、より詳細には本明細書に記載の水素化触媒を用いて、マレイン酸は、単純な反応で実際に定量的に変換される。得られる１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランの収率は、収量の大部分が１，４−ブタンジオールであり、約８０モル％またはそれを超え、典型的に約９０モル％またはそれを超える。反応副生成物には、ｎ−ブタノール、ｎ−酪酸、ｎ−プロパノール、プロピオン酸、メタン、プロパン、ｎ−ブタン、一酸化炭素、および二酸化炭素が含有され得る。しかし、利用できない副生成物の生成は、わずかである。
【００４１】
【実施例】
本発明を例示するために、以下に実施例を示す。
【００４２】
（実施例１）触媒の調製 ３．５重量％ Ｐｄ／３．５重量％ Ａｇ／５．３重量％ Ｒｅ／Ｃ触媒
活性炭担体（ACL 40、フランスのCECA S.A. により製造され、そして米国でAtochem North America Inc. により販売されている）に担持された約３．５重量％のＰｄ、３．５重量％のＡｇ、および５．３重量％のＲｅを含有する触媒を調製した。この担体を１．５ｍｍの押出し形状で得、そして摩砕し、ふるい分けして、３０メッシュ〜７０メッシュの画分を得た。パラジウム、銀、およびレニウムを含有する溶液でこの炭素担体を含浸することによって触媒を調製した。
【００４３】
詳細には、Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液を以下のように調製した：１０９．８ｇの硝酸パラジウム溶液（７．２６％Ｐｄ）、１４．６ｇの硝酸銀、および２７ｇの過レニウム酸（５２％Ｒｅ）を、２５０ｃｃのメスフラスコに入れ、そしてアセトニトリルを加えて、溶液体積を目盛りまで増やした。溶液の重量は、２７３．９６ｇであった。
【００４４】
１９８ｇの３０／７０メッシュのACL40を、２５３．７ｇのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液で含浸し、そして４時間放置した。次いで、触媒をオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００４５】
ＳＴＥＭ分析を用いたところ、この触媒（実施例２に示す還元の後）は、３．４ｎｍのパラジウム含有粒子微結晶サイズを有していた。
【００４６】
（比較例Ａ）３．６重量％ Ｐｄ／５．５重量％ Ｒｅ／Ｃ触媒
３０／７０メッシュのACL40に担持された約３．６重量％のＰｄおよび５．５重量％のＲｅを含有する触媒を、実施例１と同様に調製した。
【００４７】
詳細には、Ｐｄ／Ｒｅ溶液を以下のように調製した：１１．８６ｇの硝酸パラジウム溶液（７．２６％Ｐｄ）および２．７ｇの過レニウム酸溶液（５２％Ｒｅ）を、２５ｃｃのメスシリンダーに入れ、そしてアセトニトリルを加えて、溶液体積を目盛りまで増やした。溶液の重量は、２６．６３ｇであった。
【００４８】
１９．８ｇの３０／７０メッシュのACL40を、２４．７ｇのＰｄ／Ｒｅ溶液で含浸し、そして４時間放置した。次いで、この触媒をオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００４９】
この触媒のＸＲＤ分析（実施例２で示す還元の後）は、回折ピークを示さなかった。これは、有意な数の５ｎｍより大きいパラジウム含有粒子がなかったことを示す。
【００５０】
（実施例２）触媒試験
実施例１で調製した３８ｃｃのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒を、外径０．５インチのHastelloy C276反応器に充填した。次いで、以下の時間／温度プロフィルで触媒上を流れる０．５ＳＬＭのＨ2を用いて、大気圧でこの触媒を還元した：
１１時間かけて室温から２８０℃まで昇温し、次いで、２８０℃で５時間保持した。
【００５１】
３５．５重量％のマレイン酸／６４．５重量％のＨ2Ｏフィードを用いて、１３００ｐｓｉｇおよび１８０℃（平均設定温度）で触媒試験を実施した。約３０時間にわたって、Ｈ2 GHSVおよびMAC LHSVを、それぞれ２０９７ｈ-1から３０２１ｈ-1に、および０．３８ｈ-1から０．５５ｈ-1に徐々に増加した。
【００５２】
表１に、４７時間運転後に得られたプロセスパラメーターおよび生成物選択率を要約する。
【００５３】
比較のために、比較例Ａでのように調製された、３８ｃｃの触媒Ｐｄ／Ｒｅ／Ｃを上記のように試験した。結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１は、本発明のＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒が、当該分野で公知の銀を含有しない触媒よりも活性な触媒であることを示す。詳細には、Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒は、Ｐｄ／Ｒｅ／Ｃ触媒よりも、１，４−ブタンジオールを多く生成し、そしてγ−ブチロラクトン、または他の反応生成物の生成が少なかった。
【００５６】
（実施例３）３．３重量％ Ｐｄ／３．２重量％ Ａｇ／６．６重量％ Ｒｅ／Ｃ触媒の調製
ACL40炭素担体に担持された、約３．３重量％のＰｄ、３．２重量％のＡｇ、および６．６重量％のレニウムを有する触媒を以下のように調製した：１３０．２５ｇの硝酸パラジウム溶液（７．７％Ｐｄ）、１６．５ｇの硝酸銀、および４１．５ｇの過レニウム酸（５２．６％Ｒｅ）を、２５０ｃｃのメスフラスコに入れた。アセトニトリルを加え、混合物を振とうして固形物を溶解した。溶液をアセトニトリルを用いて目盛りまで増やした。溶液の重量は、２９６．２ｇであった。
【００５７】
２７６．５ｇの１．５ｍｍのACL40押出物を、２８６．４ｇのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液で含浸した。この混合物を５．７５時間放置し、次いで、オーブン中で、約１２０℃にて一晩乾燥した。
【００５８】
この触媒のＸＲＤ分析（実施例４で示す還元の後）は、銀金属と同定される回折ピーク以外には、観測可能な回折ピークを示さなかった。これは、存在しているパラジウム含有微結晶が、平均して５ｎｍ未満であることを示す。
【００５９】
（比較例Ｂ）先行技術 Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒の調製
米国特許第4,985,572号に記載のタイプのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒を調製した。この触媒は、炭素担体に担持された約３．３重量％のＰｄ、３．２重量％のＡｇ、６．６重量％のＲｅを含有していた。調製は、米国特許第4,985,572号に記載された手順（これは、炭素担体上にパラジウムおよび銀を同時析出させ、その後、高温（６００℃）加熱処理することによって特徴付けられる）に従った。過レニウム酸アンモニウムを七酸化レニウムの代わりに用いた。
【００６０】
２４．３５ｇの硝酸パラジウム溶液（７．７％Ｐｄ）および２．９ｇの硝酸銀を、１００ｃｃの蒸留水に溶解した。５０ｇの１．５ｍｍのACL40押出物を溶液に加え、そしてロータリーエバポレーターを用いて約７０℃で水を除去した。次いで、Ｐｄ／Ａｇ／ACL40をオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００６１】
以下のように、Ｐｄ／Ａｇ／ACL40を窒素フロー中で加熱することによって高温加熱処理工程を行った：
８時間で室温から６００℃まで昇温；
８時間、６００℃に保持；
室温まで冷却。
【００６２】
５．５ｇの過レニウム酸アンモニウムを１００ｃｃの蒸留水に溶解した。次いで、Ｐｄ／Ａｇ／ACL40をこの溶液に加えた。ロータリーエバポレーターを用いて、７０℃で水を除去した。Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ／ACL40をさらにオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００６３】
（触媒試験）
実施例３のように調製したＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／ACL40触媒と、比較例Ｂ（４０ｃｃ）とを、別々に外径0.5インチのHasteloy C276反応器に充填し、そして以下の温度勾配を用いて、0.5 SLMの水素を流して大気圧で還元した：
１１時間かけて室温から２８０℃まで昇温；
次いで、２８０℃で５時間保持；
室温まで冷却。
【００６４】
３５．５重量％のマレイン酸／６４．５重量％のＨ2Ｏフィードを用いて、２５００ｐｓｉｇで、触媒試験を実施した。１６０℃、Ｈ2 GHSV＝２７６０ｈ-1、LHSV＝０．５５ｈ-1、およびＨ2／MAC＝６５で約１０９時間運転した時点において、以下の表２に示すデータを得た。生成物の選択率を、モルＣ4基準で計算した。
【００６５】
【表２】
【００６６】
上記のデータは、実施例３に記載したように調製された触媒が、米国特許第4,985,572号に教示されたように調製された比較例Ｂの触媒よりも、選択的に１，４−ブタンジオールをより多く生成し、かつ実質的にγ−ブチロラクトンの生成が少ないことを示す。さらに、実施例３の触媒の１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランに対する総選択率（９０．５％）は、比較例Ｂの触媒のこれらの生成物に対する総選択率（７４．４％）を大きく超えている。
【００６７】
（実施例４ならびに比較例ＣおよびＤ）
３．６重量％のＰｄ／３．６重量％のＡｇ／３．６重量％のＲｅ／Ｃ触媒（実施例４）を、実施例１に記載されたように調製した。この触媒を、米国特許第4,550,185号の実施例１に従って調製された、２つの３重量％のＰｄ／３重量％のＲｅ／Ｃ触媒（比較例ＣおよびＤ）と比較した。（米国特許第4,550,185号は、か焼媒体を記載していなかった。比較例Ｃの触媒を空気中でか焼し、そして比較例Ｄの触媒を窒素中でか焼した。）実施例２に記載の手順に従って各触媒を試験した。運転パラメータの変更または変動を表３に示す。比較結果もまた表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
表３のデータは、本発明のプロセスによって調製される触媒が、先行技術の触媒（銀（Ａｇ）を含有せず、そして異なった方法で調製され、テトラヒドロフランの生成に対して選択性が高い）に比べ、１，４−ブタンジオールの生成に対してより選択性があり、同時に、γ−ブチロラクトンの生成を最小にすることを示す。
【００７０】
本発明は本明細書で示された実施例によって限定されるべきないことが理解されるべきである。これらは、単に実施可能性を説明するために提供されたものであり、そして必要ならば、触媒、金属のソース、炭素担体、濃度、接触時間、固形物充填、原料、反応条件、および生成物の選択は、本明細書中で開示され、そして記載された本発明の意図から逸脱することなく、提供された明細書の開示全体から決定され得、本発明の範囲は、特許請求の範囲内の改変および変法を包含する。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、１，４−ブタンジオール生成を最大にし、かつγ−ブチロラクトン生成を最小にするプロセスおよび触媒が提供される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体を、１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランに水素化するための改善されたプロセスに関する。このプロセスは、炭素担体に担持された、パラジウム、銀、およびレニウムを含有する触媒を使用することによって特徴付けられる。このプロセスはまた、副生成物γ−ブチロラクトンの形成が最少である、高収率の１，４−ブタンジオールによって特徴付けられる。
【０００２】
【従来の技術】
テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、および１，４−ブタンジオールが、無水マレイン酸および関連した化合物による接触水素化により得られることは周知である。テトラヒドロフランは、天然樹脂および合成樹脂にとって有用な溶媒であり、そして多くの化学製品およびプラスチックの製造において重要な中間体である。γ−ブチロラクトンは、酪酸化合物、ポリビニルピロリドン、およびメチオニンの合成のための中間体である。γ−ブチロラクトンは、アクリレートポリマーおよびスチレンポリマーにとって有用な溶媒であり、そして塗料除去剤および繊維助剤の有用な成分でもある。１，４−ブタンジオール（１，４−ブチレングリコールとしても知られている）は、溶媒、湿潤剤、可塑剤および薬剤のための中間体、ポリウレタンエラストマーのための架橋剤、テトラヒドロフランの製造における前駆体として有用であり、そしてテレフタレートプラスチックの作製に用いられる。
【０００３】
本発明において特に重要なのは、炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する水素化触媒であり、これは、無水マレイン酸、マレイン酸、および関連化合物を、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、および１，４−ブタンジオールに水素化することにとって有用である。
【０００４】
英国特許第1,534,232号は、炭素担体に担持されたパラジウムおよびレニウムからなる水素化触媒を用いる、カルボン酸、ラクトン、または無水物の水素化を教示している。米国特許第4,550,185号および同第4,609,636号は、炭素担体に担持されたパラジウムおよびレニウムを含有する触媒の存在下で、マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体を水素化することによって、テトラヒドロフランおよび１，４−ブタンジオールを作製するプロセスを教示している。ここでは、パラジウムおよびレニウムは、平均パラジウム微結晶サイズが約１０ｎｍ〜２５ｎｍであり、そして平均レニウム微結晶サイズが２．５ｎｍ未満である微結晶の形態で存在していた。この触媒の調製は、炭素担体上にパラジウム種を析出させ、そして還元させ、その後、パラジウム含浸された炭素担体上に、レニウム種を析出させ、そして還元することによって特徴付けられる。
【０００５】
米国特許第4,985,572号は、炭素担体に担持された、レニウム、パラジウム、および銀を含有する触媒を用いて、カルボン酸またはそれらの無水物を、対応するアルコールおよび／またはカルボン酸エステルに接触水素化するためのプロセスを教示している。この触媒の調製は、炭素担体上にパラジウムと銀とを同時に析出させ、その後、高温（６００℃）加熱処理することによって特徴付けられる。次いで、レニウムは、パラジウム／銀含浸された炭素担体上に析出させられた。次いで、得られた触媒は還元された。
【０００６】
一般に、マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体において、上述の触媒は、１，４−ブタンジオールよりもテトラヒドロフランおよびγ−ブチロラクトンを多く生成する傾向がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１，４−ブタンジオールの生成を最大にし、かつγ−ブチロラクトン生成を最小にするプロセスおよび触媒を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の、テトラヒドロフランおよび１，４−ブタンジオールを生成するプロセスは、水素化可能な前駆体を、水素含有ガスと、炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する水素化触媒とに接触させて触媒的に水素化し、大部分の１，４−ブタンジオールを含む生成物を生成させる工程を包含する：
ここで、該水素化触媒は、
（ｉ）パラジウム、銀、およびレニウムのソースに該炭素担体を接触させる工程を包含する、１つまたはそれ以上の含浸工程において、該パラジウム、銀、およびレニウムのソースで該炭素担体を含浸する工程、ここで該パラジウム、銀、およびレニウムは、少なくとも１つの溶液中にある；
（ii）各含浸工程の後に、溶媒を除去するために、該含浸された炭素担体を乾燥する工程；
（iii）還元条件下で、約１００℃〜約３５０℃の温度にて、該含浸された炭素担体を加熱する工程；によって調製される。そのことにより上記目的が達成される。
【０００９】
好ましい実施態様においては、上記水素化可能な前駆体は、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水コハク酸、コハク酸、コハク酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、およびそれらの混合物からなる群より選択される。
【００１０】
好ましい実施態様においては、上記水素化可能な前駆体は、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、またはそれらの混合物である。
【００１１】
好ましい実施態様においては、上記パラジウムのソースは硝酸パラジウムである。
【００１２】
好ましい実施態様においては、上記銀のソースは硝酸銀である。
【００１３】
好ましい実施態様においては、上記レニウムのソースは過レニウム酸である。
好ましい実施態様においては、上記パラジウム、銀、およびレニウムのソースを合わせて単一の溶液とし、そしてパラジウム、銀、およびレニウムを、単一の含浸工程で炭素担体上に析出させる。
【００１４】
好ましい実施態様においては、上記水素化触媒は、約０．１重量％〜約２０重量％のパラジウム、約０．１重量％〜約２０重量％の銀、および約０．１重量％〜約２０重量％のレニウムを含有する。
【００１５】
好ましい実施態様においては、上記水素化触媒は、約２重量％〜約８重量％のパラジウム、約１重量％〜約８重量％の銀、および約１重量％〜約１０重量％のレニウムを含有する。
【００１６】
好ましい実施態様においては、上記パラジウムは、１０ｎｍ未満の平均サイズを有する微結晶を含有するパラジウムの形態で存在する。
【００１７】
好ましい実施態様においては、上記パラジウムは、約５ｎｍ未満の平均サイズを有する微結晶を含有するパラジウムの形態で存在する。
【００１８】
好ましい実施態様においては、上記水素と水素化可能な前駆体との比は、約５：１と約１０００：１との間である。
【００１９】
好ましい実施態様においては、上記水素含有ガスの圧力は、約２０気圧と４００気圧との間である。
【００２０】
好ましい実施態様においては、上記水素化工程は、約５０℃と約３５０℃との間の温度にある。
【００２１】
好ましい実施態様においては、上記水素化工程は、約１００℃と約３００℃との間の温度にある。
【００２２】
好ましい実施態様においては、上記含浸された炭素担体の上記乾燥温度は、約８０℃と約１５０℃との間である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
マレイン酸、無水マレイン酸、または他の水素化可能な前駆体は、１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランに触媒的に水素化される。水素化触媒が炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有し、そして以下の工程：
（ｉ）パラジウム、銀、およびレニウムのソースで炭素担体を含浸させる工程、ここで、該パラジウム、銀、およびレニウムのソースは、少なくとも１つの溶液（すなわち、１つまたはそれ以上の溶液）中にある；
（ii）各含浸工程の後、溶媒を除去するために、約１５０℃未満の温度で、該含浸された炭素担体を乾燥する工程；
（iii）還元条件下で約１００℃〜約３５０℃の温度にて、含浸された炭素担体を加熱する工程；
によって調製される場合、高い１，４−ブタンジオール収率が達成されることが見出された。
【００２４】
得られた触媒において、パラジウムは、１０ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する微結晶の形態で存在している。
【００２５】
水素化可能な前駆体は、触媒的に水素化されて、高い１，４−ブタンジオール収率および低いテトラヒドロフラン収率を与え、γ−ブチロラクトンの形成が最少である。
【００２６】
（反応物）
少なくとも１つの水素化可能な前駆体が、触媒の存在下で水素含有ガスと反応される。
【００２７】
本明細書中で用いられる「水素化可能な前駆体」は、水素化される場合に１，４−ブタンジオールを生成する、あらゆるカルボン酸、またはそれらの無水物、カルボン酸エステル、ラクトン、またはそれらの混合物である。代表的な水素化可能な前駆体には、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水コハク酸、コハク酸、コハク酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、またはそれらの混合物が包含される。好ましい水素化可能な前駆体は、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、およびそれらの混合物である。
【００２８】
最も好ましい水素化可能な前駆体は、マレイン酸である。これは、典型的には、触媒の存在下、酸素含有ガス中でｎ−ブタンまたはベンゼンを反応させ、ｎ−ブタンまたはベンゼンを蒸気相中で無水マレイン酸に酸化し、次いで水でクエンチすることによりマレイン酸無水物を回収して、マレイン酸水溶液を生成させることによって得られる。ｎ−ブタンまたはベンゼンの酸化は、典型的には、約３００℃〜６００℃の温度および約０．５気圧〜２０気圧（５０〜２０００ｋＰａ）の圧力で行われる。
【００２９】
典型的には、水素（Ｈ2）含有ガスは、希釈ガスを含まない市販の純粋水素である。しかし、水素含有ガスは、水素（Ｈ2）に加えて、窒素（Ｎ2）、あらゆる気体状の炭化水素（例えば、メタン）、および気体状の酸化炭素（例えば、一酸化炭素、二酸化炭素）も含有し得る。
【００３０】
（触媒）
本発明に用いられる触媒は、炭素に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する。本発明に用いられる炭素は、少なくとも２００ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積、好ましくは５００ｍ2／ｇ〜１５００ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する。
【００３１】
この触媒組成物は、約０．１重量％〜約２０重量％のパラジウム、好ましくは約２〜約８重量％のパラジウム；約０．１〜約２０重量％の銀、好ましくは約１重量％〜約８重量％の銀；および約０．１重量％〜約２０重量％のレニウム、好ましくは約１重量％〜約１０重量％のレニウムを含有する。パラジウムと銀との比は、１０：１と１：１０との間である。この触媒組成物はまた、金属ならびにＩＡ族またはIIＡ族から選択される１種またはそれ以上の金属を取り込むことによってさらに改変され得る。
【００３２】
本発明の触媒は、好都合には、少なくとも１つのパラジウム化合物、銀化合物、またはレニウム化合物を含有する１種またはそれ以上の溶液を用いて、単一または複数の含浸工程のいずれかで炭素担体を含浸することによって調製され得る。本明細書中で用いられる場合、炭素担体の含浸は、炭素担体が充填され、染み込まされ(imbued)、浸透され、飽和され、または被覆されることを意味する。含浸溶液は、必要に応じて、１つまたはそれ以上の金属化合物を可溶化するのを助ける錯化剤を含有し得る。触媒は、あらゆるキャリア溶媒を除去するために、各含浸工程の後で乾燥される。乾燥温度は、約８０℃と約１５０℃との間である。
パラジウム化合物、銀化合物、およびレニウム化合物の溶液は、溶液中に担体材料を浸漬または懸濁することによって、または炭素上に溶液を噴霧することによって炭素に付与され得る。パラジウム化合物を含有する溶液は、典型的に、必要量のパラジウムを含む、触媒生成物を与える量のパラジウム化合物を含有する水溶液である。このパラジウム化合物は、硝酸パラジウム、あるいは、例えば、クロライド、カーボネート、カルボキシレート、アセテート、アセチルアセトネート、またはアミンのようなパラジウム化合物であり得る。銀化合物を含有する溶液は、典型的には、必要量の銀を含む触媒生成物を与える量の銀化合物を含有する水溶液である。パラジウム化合物および銀化合物は、熱的に分解し得、そして金属まで還元可能でなくてはならない。レニウム化合物を含有する溶液は、典型的には、必要量のレニウムを含む触媒生成物を与える量のレニウム化合物を含有する水溶液である。このレニウム化合物は、典型的には、過レニウム酸、過レニウム酸アンモニウム、または過レニウム酸アルカリ金属である。
【００３３】
パラジウム、銀、およびレニウムで含浸し、そして乾燥した後、触媒は、還元条件下、１２０℃〜３５０℃、好ましくは１５０℃〜３００℃の温度で、含浸された炭素担体を加熱することによって活性化される。触媒と接触させる水素、または水素と窒素との混合物は、好都合には、接触還元に用いられ得る。含浸された炭素担体の還元は、炭素担体が、パラジウム、銀、およびレニウムで含浸された後でのみ行われる。複数の含浸工程および複数回の乾燥の場合では、触媒の還元は、最終乾燥後に行われる。
【００３４】
本発明の触媒中のパラジウムは、１００オングストローム（１０ｎｍ）未満の平均微結晶サイズを有する微結晶の形態で存在している。より詳細には、本発明で用いるような炭素担体に担持されたパラジウム／銀／レニウムの新たな還元サンプルを、Ｘ線回折（ＸＲＤ）および走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）によって分析すると、触媒中のパラジウム含有粒子（すなわち、パラジウムの粒子、またはパラジウムおよび銀の粒子）は微細に分散しており、約５０オングストローム（５ｎｍ）未満の非常に小さい微結晶サイズを有している。レニウムは、レニウムの粒子がＸＲＤによってもＳＴＥＭによっても検出できないほど、非常に微細に分散している。ＳＴＥＭ分析を用いると、平均パラジウム含有粒子の微結晶サイズは、３４オングストローム（３．４ｎｍ）未満であると計算される。本明細書中で用いられる「粒子サイズ分布」および「平均粒子サイズ」の定義は、本明細書中で参考として援用する、J. R. Anderson、「Structure of Metal Catalysts」、358頁〜359頁、Academic Press (1975)の定義と同様である。
【００３５】
最後に、本明細書中に記載の触媒の調製は、乾燥工程の間に除去されなければならない多量の過剰の水を用いず、米国特許第4,985,572号に教示されたような高温（すなわち、約６００℃）処理工程も用いない。
【００３６】
（プロセス）
本発明のプロセスを実施する方法は、水素化触媒の存在下、水素化可能な前駆体と、水素含有ガスとを反応させること、および蒸留によって反応生成物を回収し、そして精製することを包含する。
【００３７】
本発明の液相水素化は、攪拌タンク反応器または固定床反応器において、従来の装置および技術を用いて行われ得る。単一段階反応器または多段階反応器が用いられ得る。必要とされる触媒の量は広範に変化し、そして、反応器の大きさおよび設計、接触時間などの多くのファクターに依存する。
【００３８】
水素含有ガスは、一般的には、他の反応物に対してかなり化学量論的に過剰な水素を用いて、連続的に供給される。未反応の水素は、再循環流として反応器に戻され得る。前駆体溶液（例えば、マレイン酸溶液）は、希釈溶液から最大溶解度レベル付近までの範囲の濃度、典型的には約３０重量％〜約５０重量％の濃度で連続的に供給される。
【００３９】
好ましくは、水素化工程は、約５０℃〜３５０℃の温度で行われ、そして約２０気圧〜４００気圧の水素圧、５：１と１０００：１との間の水素と水素化可能な前駆体との比（Ｈ2／Ｐ）、および０．１分〜２０時間の接触時間で行われる。 反応生成物、１，４−ブタンジオール、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、またはそれらの混合物は、好都合には分別蒸留によって分離される。少量形成される副生成物または未反応フィード（例えば、無水コハク酸またはコハク酸）は、必要に応じて、水素化段階に戻される。γ−ブチロラクトンもまた、水素化反応器に再循環され得る。
【００４０】
本発明のプロセスを用いて、より詳細には本明細書に記載の水素化触媒を用いて、マレイン酸は、単純な反応で実際に定量的に変換される。得られる１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランの収率は、収量の大部分が１，４−ブタンジオールであり、約８０モル％またはそれを超え、典型的に約９０モル％またはそれを超える。反応副生成物には、ｎ−ブタノール、ｎ−酪酸、ｎ−プロパノール、プロピオン酸、メタン、プロパン、ｎ−ブタン、一酸化炭素、および二酸化炭素が含有され得る。しかし、利用できない副生成物の生成は、わずかである。
【００４１】
【実施例】
本発明を例示するために、以下に実施例を示す。
【００４２】
（実施例１）触媒の調製 ３．５重量％ Ｐｄ／３．５重量％ Ａｇ／５．３重量％ Ｒｅ／Ｃ触媒
活性炭担体（ACL 40、フランスのCECA S.A. により製造され、そして米国でAtochem North America Inc. により販売されている）に担持された約３．５重量％のＰｄ、３．５重量％のＡｇ、および５．３重量％のＲｅを含有する触媒を調製した。この担体を１．５ｍｍの押出し形状で得、そして摩砕し、ふるい分けして、３０メッシュ〜７０メッシュの画分を得た。パラジウム、銀、およびレニウムを含有する溶液でこの炭素担体を含浸することによって触媒を調製した。
【００４３】
詳細には、Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液を以下のように調製した：１０９．８ｇの硝酸パラジウム溶液（７．２６％Ｐｄ）、１４．６ｇの硝酸銀、および２７ｇの過レニウム酸（５２％Ｒｅ）を、２５０ｃｃのメスフラスコに入れ、そしてアセトニトリルを加えて、溶液体積を目盛りまで増やした。溶液の重量は、２７３．９６ｇであった。
【００４４】
１９８ｇの３０／７０メッシュのACL40を、２５３．７ｇのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液で含浸し、そして４時間放置した。次いで、触媒をオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００４５】
ＳＴＥＭ分析を用いたところ、この触媒（実施例２に示す還元の後）は、３．４ｎｍのパラジウム含有粒子微結晶サイズを有していた。
【００４６】
（比較例Ａ）３．６重量％ Ｐｄ／５．５重量％ Ｒｅ／Ｃ触媒
３０／７０メッシュのACL40に担持された約３．６重量％のＰｄおよび５．５重量％のＲｅを含有する触媒を、実施例１と同様に調製した。
【００４７】
詳細には、Ｐｄ／Ｒｅ溶液を以下のように調製した：１１．８６ｇの硝酸パラジウム溶液（７．２６％Ｐｄ）および２．７ｇの過レニウム酸溶液（５２％Ｒｅ）を、２５ｃｃのメスシリンダーに入れ、そしてアセトニトリルを加えて、溶液体積を目盛りまで増やした。溶液の重量は、２６．６３ｇであった。
【００４８】
１９．８ｇの３０／７０メッシュのACL40を、２４．７ｇのＰｄ／Ｒｅ溶液で含浸し、そして４時間放置した。次いで、この触媒をオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００４９】
この触媒のＸＲＤ分析（実施例２で示す還元の後）は、回折ピークを示さなかった。これは、有意な数の５ｎｍより大きいパラジウム含有粒子がなかったことを示す。
【００５０】
（実施例２）触媒試験
実施例１で調製した３８ｃｃのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒を、外径０．５インチのHastelloy C276反応器に充填した。次いで、以下の時間／温度プロフィルで触媒上を流れる０．５ＳＬＭのＨ2を用いて、大気圧でこの触媒を還元した：
１１時間かけて室温から２８０℃まで昇温し、次いで、２８０℃で５時間保持した。
【００５１】
３５．５重量％のマレイン酸／６４．５重量％のＨ2Ｏフィードを用いて、１３００ｐｓｉｇおよび１８０℃（平均設定温度）で触媒試験を実施した。約３０時間にわたって、Ｈ2 GHSVおよびMAC LHSVを、それぞれ２０９７ｈ-1から３０２１ｈ-1に、および０．３８ｈ-1から０．５５ｈ-1に徐々に増加した。
【００５２】
表１に、４７時間運転後に得られたプロセスパラメーターおよび生成物選択率を要約する。
【００５３】
比較のために、比較例Ａでのように調製された、３８ｃｃの触媒Ｐｄ／Ｒｅ／Ｃを上記のように試験した。結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
表１は、本発明のＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒が、当該分野で公知の銀を含有しない触媒よりも活性な触媒であることを示す。詳細には、Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒は、Ｐｄ／Ｒｅ／Ｃ触媒よりも、１，４−ブタンジオールを多く生成し、そしてγ−ブチロラクトン、または他の反応生成物の生成が少なかった。
【００５６】
（実施例３）３．３重量％ Ｐｄ／３．２重量％ Ａｇ／６．６重量％ Ｒｅ／Ｃ触媒の調製
ACL40炭素担体に担持された、約３．３重量％のＰｄ、３．２重量％のＡｇ、および６．６重量％のレニウムを有する触媒を以下のように調製した：１３０．２５ｇの硝酸パラジウム溶液（７．７％Ｐｄ）、１６．５ｇの硝酸銀、および４１．５ｇの過レニウム酸（５２．６％Ｒｅ）を、２５０ｃｃのメスフラスコに入れた。アセトニトリルを加え、混合物を振とうして固形物を溶解した。溶液をアセトニトリルを用いて目盛りまで増やした。溶液の重量は、２９６．２ｇであった。
【００５７】
２７６．５ｇの１．５ｍｍのACL40押出物を、２８６．４ｇのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ溶液で含浸した。この混合物を５．７５時間放置し、次いで、オーブン中で、約１２０℃にて一晩乾燥した。
【００５８】
この触媒のＸＲＤ分析（実施例４で示す還元の後）は、銀金属と同定される回折ピーク以外には、観測可能な回折ピークを示さなかった。これは、存在しているパラジウム含有微結晶が、平均して５ｎｍ未満であることを示す。
【００５９】
（比較例Ｂ）先行技術 Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒の調製
米国特許第4,985,572号に記載のタイプのＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／Ｃ触媒を調製した。この触媒は、炭素担体に担持された約３．３重量％のＰｄ、３．２重量％のＡｇ、６．６重量％のＲｅを含有していた。調製は、米国特許第4,985,572号に記載された手順（これは、炭素担体上にパラジウムおよび銀を同時析出させ、その後、高温（６００℃）加熱処理することによって特徴付けられる）に従った。過レニウム酸アンモニウムを七酸化レニウムの代わりに用いた。
【００６０】
２４．３５ｇの硝酸パラジウム溶液（７．７％Ｐｄ）および２．９ｇの硝酸銀を、１００ｃｃの蒸留水に溶解した。５０ｇの１．５ｍｍのACL40押出物を溶液に加え、そしてロータリーエバポレーターを用いて約７０℃で水を除去した。次いで、Ｐｄ／Ａｇ／ACL40をオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００６１】
以下のように、Ｐｄ／Ａｇ／ACL40を窒素フロー中で加熱することによって高温加熱処理工程を行った：
８時間で室温から６００℃まで昇温；
８時間、６００℃に保持；
室温まで冷却。
【００６２】
５．５ｇの過レニウム酸アンモニウムを１００ｃｃの蒸留水に溶解した。次いで、Ｐｄ／Ａｇ／ACL40をこの溶液に加えた。ロータリーエバポレーターを用いて、７０℃で水を除去した。Ｐｄ／Ａｇ／Ｒｅ／ACL40をさらにオーブン中で１２０℃にて一晩乾燥した。
【００６３】
（触媒試験）
実施例３のように調製したＰｄ／Ａｇ／Ｒｅ／ACL40触媒と、比較例Ｂ（４０ｃｃ）とを、別々に外径0.5インチのHasteloy C276反応器に充填し、そして以下の温度勾配を用いて、0.5 SLMの水素を流して大気圧で還元した：
１１時間かけて室温から２８０℃まで昇温；
次いで、２８０℃で５時間保持；
室温まで冷却。
【００６４】
３５．５重量％のマレイン酸／６４．５重量％のＨ2Ｏフィードを用いて、２５００ｐｓｉｇで、触媒試験を実施した。１６０℃、Ｈ2 GHSV＝２７６０ｈ-1、LHSV＝０．５５ｈ-1、およびＨ2／MAC＝６５で約１０９時間運転した時点において、以下の表２に示すデータを得た。生成物の選択率を、モルＣ4基準で計算した。
【００６５】
【表２】
上記のデータは、実施例３に記載したように調製された触媒が、米国特許第4,985,572号に教示されたように調製された比較例Ｂの触媒よりも、選択的に１，４−ブタンジオールをより多く生成し、かつ実質的にγ−ブチロラクトンの生成が少ないことを示す。さらに、実施例３の触媒の１，４−ブタンジオールおよびテトラヒドロフランに対する総選択率（９０．５％）は、比較例Ｂの触媒のこれらの生成物に対する総選択率（７４．４％）を大きく超えている。
【００６７】
（実施例４ならびに比較例ＣおよびＤ）
３．６重量％のＰｄ／３．６重量％のＡｇ／３．６重量％のＲｅ／Ｃ触媒（実施例４）を、実施例１に記載されたように調製した。この触媒を、米国特許第4,550,185号の実施例１に従って調製された、２つの３重量％のＰｄ／３重量％のＲｅ／Ｃ触媒（比較例ＣおよびＤ）と比較した。（米国特許第4,550,185号は、か焼媒体を記載していなかった。比較例Ｃの触媒を空気中でか焼し、そして比較例Ｄの触媒を窒素中でか焼した。）実施例２に記載の手順に従って各触媒を試験した。運転パラメータの変更または変動を表３に示す。比較結果もまた表３に示す。
【００６８】
【表３】
表３のデータは、本発明のプロセスによって調製される触媒が、先行技術の触媒（銀（Ａｇ）を含有せず、そして異なった方法で調製され、テトラヒドロフランの生成に対して選択性が高い）に比べ、１，４−ブタンジオールの生成に対してより選択性があり、同時に、γ−ブチロラクトンの生成を最小にすることを示す。
【００７０】
本発明は本明細書で示された実施例によって限定されるべきないことが理解されるべきである。これらは、単に実施可能性を説明するために提供されたものであり、そして必要ならば、触媒、金属のソース、炭素担体、濃度、接触時間、固形物充填、原料、反応条件、および生成物の選択は、本明細書中で開示され、そして記載された本発明の意図から逸脱することなく、提供された明細書の開示全体から決定され得、本発明の範囲は、特許請求の範囲内の改変および変法を包含する。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、１，４−ブタンジオール生成を最大にし、かつγ−ブチロラクトン生成を最小にするプロセスおよび触媒が提供される。
Claims (16)
- テトラヒドロフランおよび１，４−ブタンジオールを生成するプロセスであって、水素化可能な前駆体を、水素含有ガスと、炭素担体に担持されたパラジウム、銀、およびレニウムを含有する水素化触媒とに接触させて触媒的に水素化し、大部分の１，４−ブタンジオールを含む生成物を生成させる工程を包含する、プロセス：ここで、該水素化触媒は、（ｉ）パラジウム、銀、およびレニウムのソースに該炭素担体を接触させる工程を包含する、１つまたはそれ以上の含浸工程において、該パラジウム、銀、およびレニウムのソースで該炭素担体を含浸する工程、ここで該パラジウム、銀、およびレニウムは、少なくとも１つの溶液中にある；
（ii）各含浸工程の後に、溶媒を除去するために、該含浸された炭素担体を乾燥する工程；
（iii）還元条件下で、１００℃〜３５０℃の温度にて、該含浸された炭素担体を加熱する工程；によって調製され、
ここで、該水素化可能な前駆体は、水素化される場合に１，４−ブタンジオールを生成する、カルボン酸もしくはその無水物、カルボン酸エステル、ラクトン、またはそれらの混合物である。 - 前記水素化可能な前駆体が、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水コハク酸、コハク酸、コハク酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１に記載のプロセス。
- 前記水素化可能な前駆体が、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、無水コハク酸、またはそれらの混合物である、請求項２に記載のプロセス。
- 前記パラジウムのソースが硝酸パラジウムである、請求項１に記載のプロセス。
- 前記銀のソースが硝酸銀である、請求項２に記載のプロセス。
- 前記レニウムのソースが過レニウム酸である、請求項２に記載のプロセス。
- 前記パラジウム、銀、およびレニウムのソースを合わせて単一の溶液とし、そしてパラジウム、銀、およびレニウムを、単一の含浸工程で炭素担体上に析出させる、請求項１に記載のプロセス。
- 前記水素化触媒が、０．１重量％〜２０重量％のパラジウム、０．１重量％〜２０重量％の銀、および０．１重量％〜２０重量％のレニウムを含有する、請求項１に記載のプロセス。
- 前記水素化触媒が、２重量％〜８重量％のパラジウム、１重量％〜８重量％の銀、および１重量％〜１０重量％のレニウムを含有する、請求項８に記載のプロセス。
- 前記パラジウムが、１０ｎｍ未満の平均サイズを有する微結晶を含有するパラジウムの形態で存在する、請求項１に記載のプロセス。
- 前記パラジウムが、５ｎｍ未満の平均サイズを有する微結晶を含有するパラジウムの形態で存在する、請求項１０に記載のプロセス。
- 前記水素と水素化可能な前駆体との比が、５：１と１０００：１との間である、請求項１に記載のプロセス。
- 前記水素含有ガスの圧力が、２０気圧と４００気圧との間である、請求項１に記載のプロセス。
- 前記水素化工程が、５０℃と３５０℃との間の温度にある、請求項１に記載のプロセス。
- 前記水素化工程が、１００℃と３００℃との間の温度にある、請求項１４に記載のプロセス。
- 前記含浸された炭素担体の前記乾燥温度が、８０℃と１５０℃との間である、請求項１に記載のプロセス。
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