JP6349787B2 - Method for producing carbonate ester - Google Patents
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Description
本発明は、一価アルコールと二酸化炭素を、固体触媒と水和剤の存在下で反応させて炭酸エステルを製造し、その際に生成する水と前記水和剤との反応で副生する副生物を、元の水和剤に戻して再利用する炭酸エステルの製造方法に関する。特に、水和剤として2−シアノピリジンを使用し、副生物が2−ピコリンアミドである炭酸エステルの製造方法に関する。 In the present invention, a carbonic acid ester is produced by reacting a monohydric alcohol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst and a wettable powder. organism relates to the production how the carbonate and recycled back to the original wettable powder. In particular, as a wettable powder using 2-cyanopyridine, by-product is concerned the manufacture how the carbonate is a 2-picolinamide.
炭酸エステルとは、炭酸CO(OH)2の2原子の水素のうち1原子、あるいは2原子をアルキル基またはアリール基で置換した化合物の総称であり、RO−C(=O)−OR’(R、R’は飽和炭化水素基や不飽和炭化水素基を表す)の構造を持つものである。 Carbonic acid ester is a general term for compounds in which one or two of hydrogen atoms of carbonic acid CO (OH) 2 is substituted with an alkyl group or an aryl group, and RO—C (═O) —OR ′ ( R and R ′ each represents a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group).
炭酸エステルは、オクタン価向上のためのガソリン添加剤、排ガス中のパーティクルを減少させるためのディーゼル燃料添加剤等の添加剤として使われるほか、ポリカーボネートやウレタン、医薬・農薬等の樹脂・有機化合物を合成する際のアルキル化剤、カルボニル化剤、溶剤等、あるいはリチウムイオン電池の電解液、潤滑油原料、ボイラー配管の防錆用の脱酸素剤の原料として使われるなど、非常に有用な化合物である。 Carbonate esters are used as additives for gasoline additives to improve octane number, diesel fuel additives for reducing particles in exhaust gas, etc., and also synthesize polycarbonate and urethane, resins and organic compounds such as pharmaceuticals and agricultural chemicals. It is a very useful compound such as an alkylating agent, a carbonylating agent, a solvent, etc., or as a raw material for a lithium ion battery electrolyte, a lubricant oil raw material, and a deoxidizer for rust prevention of boiler piping. .
従来の炭酸エステルの製造方法としては、ホスゲンをカルボニルソースとしてアルコールと直接反応させる方法が主流である。この方法は、極めて有害で腐食性の高いホスゲンを用いるため、その輸送や貯蔵等の取扱に細心の注意が必要であり、製造設備の維持管理及び安全性の確保のために多大なコストがかかっていた。また、本方法で製造する場合、原料や触媒中に塩素などのハロゲンが含まれており、得られる炭酸エステル中には、簡単な精製工程では取り除くことのできない微量のハロゲンが含まれる。ガソリン添加剤、軽油添加剤、電子材料向け用途にあっては、腐食の原因となる懸念も存在するため、微量に存在するハロゲンを極微量にするための徹底的な精製工程が必須となる。さらに、最近では、人体に極めて有害なホスゲンを利用することから、本製造方法での製造設備の新設が許可されないなど行政指導が厳しくなされてきており、ホスゲンを用いない新たな製造方法が強く望まれている。 As a conventional method for producing a carbonate ester, a method in which phosgene is directly reacted with an alcohol using a carbonyl source is the mainstream. This method uses phosgene, which is extremely harmful and highly corrosive, and therefore requires extreme care in handling such as transportation and storage, and it costs a great deal of money to maintain and maintain manufacturing facilities and ensure safety. It was. Moreover, when manufacturing by this method, halogens, such as chlorine, are contained in a raw material and a catalyst, The trace amount halogen which cannot be removed by a simple refinement | purification process is contained in the carbonate ester obtained. In applications for gasoline additives, light oil additives, and electronic materials, there are also concerns that cause corrosion, and therefore a thorough refining process to make trace amounts of halogens extremely small is essential. Furthermore, since phosgene, which is extremely harmful to the human body, has been used recently, administrative guidance has been tightened, such as the establishment of a new production facility for this production method is not permitted, and a new production method that does not use phosgene is strongly desired. It is rare.
こうした中、非特許文献1に記載されているように、ホスゲンを用いない炭酸エステルの製造法として、二酸化炭素をエチレンオキシドなどと反応させて環状炭酸エステルを合成し、更にメタノールと反応させて炭酸ジメチルを得る方法が実用化されてきている。この方法は、塩酸などの腐食性物質を使用あるいは発生することがほとんど無く、地球温暖化ガスとして削減を求められている二酸化炭素を骨格に入れることにより削減効果が期待できる環境にやさしい優れた方法である。しかしながら、特許文献1に記載されているように、副生するエチレングリコールなどの有効利用が大きな課題である。またエチレンオキシドの原料であるエチレンや、エチレンオキシドの安全な輸送は困難であるため、これらエチレンとエチレンオキシドの製造工程用プラントに隣接して炭酸エステル製造工程用プラントを立地しなければならないといった制約もある。
Under these circumstances, as described in
また、特許文献2に記載されているように、メタノールと一酸化炭素を塩化第一銅触媒の存在下、液相で酸素酸化することで炭酸ジメチルを製造する方法も開示されている。しかし、本方法では人体に有害な一酸化炭素を取り扱うことや、ホスゲンを用いる製造法と同様、触媒中にハロゲンを含むことにより、得られる炭酸エステルからのハロゲンの精製工程が必須であること、二酸化炭素が少なからず副生するなどの問題が指摘されている。
さらに、非特許文献2に記載されているように、メチルナイトライトと一酸化炭素からPd−Cu系触媒存在下、炭酸ジメチルを製造する方法も実用化されている。本方法では、原料となるメチルナイトライトを炭酸ジメチル製造時に副生する一酸化窒素にメタノールと酸素を反応させて生成するという方法で供給するものであり、プロセスが複雑であることや、人体に有害な一酸化炭素を取り扱うことなどの課題がある。
Further, as described in
Furthermore, as described in
それに対し、メタノールと二酸化炭素を固体触媒存在下で反応させて炭酸エステルを直接合成しようとする試みがなされている(例えば、非特許文献3など)。しかし、本反応は平衡反応であるが、平衡が原料系に大きく偏っているため、メタノール転化率が高々1%程度に留まり、反応率、生産性が低いという克服すべき大きな課題があった。 In contrast, attempts have been made to directly synthesize carbonate esters by reacting methanol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst (for example, Non-Patent Document 3). However, although this reaction is an equilibrium reaction, since the equilibrium is largely biased toward the raw material system, the methanol conversion rate remains at most about 1%, and there is a major problem to be overcome that the reaction rate and productivity are low.
上記の課題を解決すべく、炭酸エステル(炭酸ジメチル)と共に副生する水を系外へ除いて反応制約を解除しようとする試みがなされ、例えば触媒と共に水和剤としてアセタール(非特許文献4)、2,2−ジメトキシプロパン(非特許文献5)を用いた研究が報告されている。しかしながら、この方法では、反応圧力が高くなるに従って反応が進行する特性を有し、低圧では反応収率が非常に低く、極めて高圧でないと高い生産性が得られない。これは、アセタール、2,2−ジメトキシプロパンの水和反応は液相で触媒作用を受けずに進行すると予想されることからCO2圧力には依存せず、炭酸ジメチル直接合成反応の反応速度が全体の反応速度を決定するためと推察されるが、反応圧力が各々300気圧(30MPa)、60気圧(6MPa)という高圧でメタノール転化率が高くなるため、昇圧に必要な動力エネルギーが非常に大きくなりエネルギー効率が悪くなるなどの問題があった。 In order to solve the above-mentioned problems, an attempt has been made to remove the reaction restriction by removing water by-produced with carbonate (dimethyl carbonate) out of the system. For example, acetal as a wettable powder with a catalyst (Non-patent Document 4) Research using 2,2-dimethoxypropane (Non-patent Document 5) has been reported. However, this method has a characteristic that the reaction proceeds as the reaction pressure increases, the reaction yield is very low at low pressure, and high productivity cannot be obtained unless the pressure is extremely high. This is because the hydration reaction of acetal and 2,2-dimethoxypropane is expected to proceed without being catalyzed in the liquid phase, so the reaction rate of the direct synthesis reaction of dimethyl carbonate is not dependent on CO 2 pressure. It is presumed to determine the overall reaction rate, but because the methanol conversion rate increases at high pressures of 300 atm (30 MPa) and 60 atm (6 MPa), respectively, the motive energy required for pressurization is very large. There was a problem that energy efficiency became worse.
また、モレキュラーシーブ(固体脱水剤)を用いた研究(非特許文献6)が報告されているが、反応部(高圧)と脱水部(常圧)を分離して循環させるプロセスになることからエネルギー消費が大きく、また大量の固体脱水剤を必要とする問題点があった。
尚、炭酸エステルの直接合成反応に用いられる固体触媒は、これまでにジメトキシジブチルスズ等のスズ化合物、タリウムメトキシド等のタリウム化合物、酢酸ニッケル等のニッケル化合物、五酸化バナジウム、炭酸カリウム等のアルカリ炭酸塩、及び、Cu/SiO2等種々の化合物が検討されている。
In addition, research using molecular sieves (solid dehydrating agent) (Non-patent Document 6) has been reported, but it is a process that separates and circulates the reaction part (high pressure) and the dehydration part (normal pressure). There was a problem that consumption was large and a large amount of solid dehydrating agent was required.
Solid catalysts used for the direct synthesis reaction of carbonate ester have so far been tin compounds such as dimethoxydibutyltin, thallium compounds such as thallium methoxide, nickel compounds such as nickel acetate, vanadium pentoxide, potassium carbonate and other alkaline carbonates. Various compounds such as salts and Cu / SiO 2 have been studied.
一方、水和剤としてアセトニトリルを用いた反応として、固体触媒存在下、二価アルコールであるプロピレングリコールと二酸化炭素から環状炭酸エステル(プロピレンカーボネート)を直接合成する反応系に関する研究が報告されている(非特許文献7)。しかし、本反応系でも反応圧力の影響が顕著で、反応圧力が高くなるにしたがって反応が進行する特性を有し、低圧では反応収率が極端に低いが、環状炭酸エステルの直接合成反応が平衡的に有利な高圧で収率が上昇し、反応圧力は100気圧以上が望ましいことが確認され、上記と同様エネルギー効率が悪くなるなどの問題があった。 On the other hand, as a reaction using acetonitrile as a wettable powder, research on a reaction system for directly synthesizing a cyclic carbonate (propylene carbonate) from propylene glycol and carbon dioxide as a dihydric alcohol in the presence of a solid catalyst has been reported ( Non-patent document 7). However, even in this reaction system, the influence of the reaction pressure is significant, and the reaction proceeds as the reaction pressure increases. The reaction yield is extremely low at low pressure, but the direct synthesis reaction of cyclic carbonate is balanced. In particular, it was confirmed that the yield increased at a particularly advantageous high pressure, and the reaction pressure was preferably 100 atm or more, and there was a problem that the energy efficiency was deteriorated as described above.
本発明者らは、炭酸エステルの製造に際し、一価アルコールと二酸化炭素から炭酸エステルを不均一系触媒を用いて直接合成する方法に着目し、炭酸エステルと共に副生する水を系外へ除く水和剤として、アセトニトリル、ベンゾニトリルを用いることにより、非特許文献4、5に記載されているような300気圧や60気圧といった高圧は不要で、常圧に近い圧力下で反応が促進されるという効果を初めて見出した(特許文献3、4参照)。しかし、水和剤としてアセトニトリルを用いた場合には、アセトアミド等の副生物が生成し、それらの用途も限定されることから、水和剤としてベンゾニトリルを採用することで、アセトニトリルの場合と同様に、反応系の圧力が常圧に近い圧力下で反応がより進行する現象が見られると共に、副生物の種類も少ないことを見出した。また、主な副生物であるベンズアミド自体も多くの用途があることが判明して発明を為すに至っている。
The present inventors pay attention to a method of directly synthesizing a carbonate ester from monohydric alcohol and carbon dioxide using a heterogeneous catalyst in the production of carbonate ester, and remove water by-produced with the carbonate ester out of the system. By using acetonitrile and benzonitrile as a compatibilizer, high pressures such as 300 atmospheres and 60 atmospheres as described in
本発明者はさらに、炭酸エステルの更なる生成量向上のため、水和剤の種類を鋭意検討したところ、2−シアノピリジンを用いることにより、アセトニトリルやベンゾニトリルの場合と比べ、炭酸エステルの生成量、生成速度を大幅に改善し、常圧に近い比較的低い圧力下で反応が進行しやすく、且つ、反応速度が非常に速いことを見出した(特許文献5参照)。しかし、副生する2−ピコリンアミドの処理方法や利用方法に関しては、検討されていなかった。 The present inventor has further studied the types of wettable powder for further improvement in the production amount of carbonate ester. By using 2-cyanopyridine, compared with acetonitrile and benzonitrile, the production of carbonate ester is further improved. It was found that the amount and production rate were greatly improved, the reaction was likely to proceed under a relatively low pressure close to normal pressure, and the reaction rate was very fast (see Patent Document 5). However, the treatment method and utilization method of by-product 2-picolinamide have not been studied.
本発明で水和剤としている2−シアノピリジンを始めとするニトリルは、一般的に、溶媒、合成樹脂、染料、医薬中間体等の多くの用途に利用されている。中でも、2−シアノピリジンは医薬品や農薬の原料となる物質で、2位のピリジン、ピペリジン誘導体を合成する際の出発原料として使用される物質である。 Nitriles such as 2-cyanopyridine, which are wettable powders in the present invention, are generally used in many applications such as solvents, synthetic resins, dyes, and pharmaceutical intermediates. Among them, 2-cyanopyridine is a material used as a raw material for pharmaceuticals and agricultural chemicals, and is a material used as a starting material when synthesizing a pyridine and piperidine derivative at the 2-position.
しかしながら、2−シアノピリジンと水との反応により生成する2−ピコリンアミドの用途は一部の医農薬中間体に限定される。そのため、2−シアノピリジンを水和剤として使用する炭酸エステルの製造においては、副生する2−ピコリンアミドを2−シアノピリジンに再生して再利用することが望まれ、この再生反応を選択率高く(副生成物が生じると水和剤として再利用が難しくなると考えられるため)、且つ収率高く(収率が低いと2−ピコリンアミドの残留量が多くなり、2−シアノピリジンとの分離処理量が多くなり負荷が高くなるため)行うことが課題となることが判明した。 However, the use of 2-picolinamide produced by the reaction of 2-cyanopyridine with water is limited to some intermediates for medical and agricultural chemicals. Therefore, in the production of a carbonic acid ester using 2-cyanopyridine as a wettable powder, it is desirable to regenerate 2-picolinamide as a by-product into 2-cyanopyridine and reuse it. High (because it is considered difficult to recycle as a wettable product when a by-product is generated) and high in yield (if the yield is low, the amount of 2-picolinamide remaining increases and separation from 2-cyanopyridine) It became clear that it was a challenge to do (because of the increased throughput and higher load).
一般的に、ニトリルの合成方法の一つとして、無機シアン化物による求核置換反応が利用されているが、有毒なシアン化物の使用やハロゲン塩が副生するという問題がある(非特許文献8)。 In general, nucleophilic substitution reaction with inorganic cyanide is used as one of the methods for synthesizing nitriles, but there is a problem that toxic cyanide is used and halogen salts are by-produced (Non-patent Document 8). ).
また、アンモ酸化法(SOHIO法)という方法で、Mo−Bi系やFe−Sn系の酸化物触媒を用いて、アンモニア存在下で空気を酸化剤とした気相反応が工業化されているが、400℃以上の高い反応温度が必要であり、さらに、アクリロニトリルやベンゾニトリルに限定される(非特許文献9)。 In addition, a gas phase reaction in which air is used as an oxidizing agent in the presence of ammonia using a Mo-Bi-based or Fe-Sn-based oxide catalyst in an ammoxidation method (SOHIO method) has been industrialized. A high reaction temperature of 400 ° C. or higher is necessary, and it is limited to acrylonitrile and benzonitrile (Non-patent Document 9).
一方、アミドの脱水反応によるニトリルの合成もあり、2−ピコリンアミドの脱水反応では2件報告例があるが、いずれも均一系触媒を使用することから合成後の精製、触媒の分離等の後工程が煩雑になること、強力な試薬(強酸あるいは強塩基)を使用し、また多量の副生物も発生することから環境負荷が大きいことが課題となっている(非特許文献10、11)。
On the other hand, there is also nitrile synthesis by amide dehydration, and there are two reported cases of 2-picolinamide dehydration, both of which use homogeneous catalysts, so after purification after synthesis, separation of the catalyst, etc. The problem is that the process is complicated, a strong reagent (strong acid or strong base) is used, and a large amount of by-products are generated, so that the environmental load is large (
また、不均一系触媒を用いたアミドの脱水反応として、特許文献3には、第1級アミドの脱水反応用触媒とそれを用いたニトリルの製造方法に関する記載がある。触媒はバナジウムをハイドロタルサイトに担持した固体触媒で、第1級アミドとしてベンズアミドのような芳香族アミド、ヘテロ環を有するアミド、脂肪族アミドでも活性を有するとされており、3−ピコリンアミド、4−ピコリンアミドに関する記載はあるが、2−ピコリンアミドに関する記載は全くない。これは、一般的にニトリルよりもアミドの方が安定な物質であり、アミドの脱水反応は反応速度が遅いこと、さらに、ピコリンアミド分子内でアミド基の水素原子と窒素ヘテロ原子間で分子内水素結合を起こすが、2−ピコリンアミドは特に分子内水素結合が大きく、安定な物質となり、脱水反応が進行しにくいからだと考えられる。
Further, as a dehydration reaction of an amide using a heterogeneous catalyst,
以上のように、一価アルコールと二酸化炭素を、固体触媒の存在下で反応させて高収率に炭酸エステルを合成し、副生する2−ピコリンアミドから2−シアノピリジンへと再生させる、炭酸エステルの製造方法及び装置に関する報告例はこれまでなかった。
したがって、上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、アルコールと二酸化炭素を、固体触媒と水和剤の2−シアノピリジンとの存在下で反応させて炭酸エステルを直接合成する際に、生成する水を、2−シアノピリジンと反応させて反応系から除去することで、炭酸エステルの生成を促進する一方、別途、副生する2−ピコリンアミドは脱水反応させて選択率高く且つ収率高く2−シアノピリジンに再生し、水和剤として再利用を図ることで、上記反応系全体として高効率で、且つ系外には製品である炭酸エステルと副生する水のみとなる環境負荷の小さい炭酸エステルの製造方法を提供することにある。
As described above, a monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of a solid catalyst to synthesize a carbonate ester in a high yield and regenerate from 2-picolinamide as a by-product to 2-cyanopyridine. There have been no reports on ester production methods and equipment.
Therefore, in view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to directly synthesize a carbonate ester by reacting alcohol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst and a wettable powder 2-cyanopyridine. The water produced is reacted with 2-cyanopyridine and removed from the reaction system to promote the formation of carbonate ester, while the 2-picolinamide produced as a by-product is separately subjected to a dehydration reaction to increase the selectivity. By regenerating to 2-cyanopyridine at high rate and reusing it as a wettable powder, the above reaction system as a whole is highly efficient, and outside the system, the environmental impact becomes only the product carbonate and by-product water. and to provide a small manufacturing how the carbonate.
本発明者らは、炭酸エステルの製造に際し、一価アルコールと二酸化炭素から炭酸エステルを直接合成する方法に着目し、炭酸エステルと共に副生する水を系外へ除く水和剤として、アセトニトリル、ベンゾニトリルを用いることにより、非特許文献4、5に記載されているような30MPa(300気圧)や6MPa(60気圧)といった高圧は不要で、常圧に近い圧力下で反応が促進されるという効果を初めて見出し、特許出願した(特許文献3、特許文献4)。さらに、2−シアノピリジンを用いることにより、アセトニトリルやベンゾニトリルの場合と比べ、炭酸エステルの生成量、生成速度を大幅に改善し、常圧に近い比較的低い圧力下で反応が進行しやすく、且つ、反応速度が非常に速いことを見出し、特許文献5で特許公開している。いずれの水和剤を用いた場合でも、副生アミドの分離あるいは再利用等の処理方法が検討されておらず、課題であった。
The inventors of the present invention focused on a method of directly synthesizing carbonate ester from monohydric alcohol and carbon dioxide in the production of carbonate ester, and used acetonitrile, benzoate as a wettable powder to remove water produced as a byproduct together with carbonate ester out of the system. By using nitrile, high pressure such as 30 MPa (300 atm) or 6 MPa (60 atm) as described in
上記知見を元に、本発明者らは、副生物の利用も含めた炭酸エステルの製造方法について検討を進め、常圧に近い比較的低い圧力下で反応が進行しやすく、反応速度が非常に速く、且つ副生物の種類も少ないという、水和剤として優れた特性を有する2−シアノピリジンを、本製造方法に用いることを考えた。 Based on the above knowledge, the present inventors proceeded with a study on a method for producing a carbonate ester including utilization of by-products, and the reaction was likely to proceed under a relatively low pressure close to normal pressure, and the reaction rate was very high. It was considered to use 2-cyanopyridine, which is fast and has few excellent by-products, having excellent properties as a wettable powder in this production method.
そこで、固体触媒として触媒を構成する元素、組成に着目して鋭意検討したところ、酸性度が比較的低く塩基性度が比較的高い酸塩基複合機能を有する固体触媒が、水和剤に2−シアノピリジンを用いた場合、固体触媒存在下で水和反応により2−ピコリンアミドを生成する反応が促進されて反応系からの脱水が効率よく進み、比較的低圧の温和な条件下でも反応平衡制約を受けることなく炭酸エステルを高い収率で得られることを見出した。 Thus, as a solid catalyst, attention was paid to the elements and composition constituting the catalyst, and as a result, a solid catalyst having an acid-base complex function having a relatively low acidity and a relatively high basicity was added to the wettable powder. When cyanopyridine is used, the reaction to produce 2-picolinamide by hydration reaction in the presence of a solid catalyst is promoted, and dehydration from the reaction system proceeds efficiently, and the reaction equilibrium is constrained even under relatively low pressure and mild conditions. It was found that the carbonate ester can be obtained in a high yield without undergoing the above.
さらに、このような触媒の中でも、CeO2、ZrO2、CeO2とZrO2の化合物の一種または二種以上からなる酸化物が非常に有効であることを見出した。 Furthermore, it has been found that among such catalysts, an oxide composed of one or more of CeO 2 , ZrO 2 , CeO 2 and ZrO 2 is very effective.
次に、本発明者等は、2−シアノピリジンを水和剤として用いた場合、副生する2−ピコリンアミドは、用途が限定されて有効活用が難しいという問題を解決すべく、2−シアノピリジンへの再生反応について鋭意検討した。 Next, in order to solve the problem that, when 2-cyanopyridine is used as a hydrating agent, 2-picolinamide as a by-product is difficult to effectively use because of limited use, The renaturation reaction to pyridine was studied earnestly.
従来、2−ピコリンアミドの脱水反応は均一系触媒でしか行われていなかったが、副生物を抑え、反応系において液相で存在する原料及び生成物からの分離を容易にできる不均一系触媒を検討した。 Conventionally, the dehydration reaction of 2-picolinamide has been carried out only with a homogeneous catalyst, but a heterogeneous catalyst that suppresses by-products and can be easily separated from raw materials and products existing in a liquid phase in the reaction system. It was investigated.
先ずは、ベンズアミドの製造では有効と考えられるバナジウムを使用した不均一系触媒で、2−ピコリンアミドの脱水反応を行ってみたところ、上述の予想通り、2-シアノピリジンは殆ど生成されないことが判った。 First, when a dehydration reaction of 2-picolinamide was performed with a heterogeneous catalyst using vanadium, which is considered effective in the production of benzamide, it was found that 2-cyanopyridine was hardly produced as expected. It was.
そこで発明者等は、2−ピコリンアミド内にあるピリジン環は弱い塩基性を示すため、酸性の触媒を用いると、触媒の活性点にピリジン環が吸着、被毒し、活性低下を起こす可能性があると考え、塩基性となる金属を活性種とする触媒を検討した。 Therefore, the inventors have shown that since the pyridine ring in 2-picolinamide is weakly basic, if an acidic catalyst is used, the pyridine ring may be adsorbed and poisoned at the active site of the catalyst, causing a decrease in activity. Therefore, a catalyst using a basic metal as an active species was studied.
その結果、触媒担体に塩基性の性質を持つアルカリ金属を担持させた触媒を用いると、高活性となることを見出し、発明を為すに至った。
本発明の要旨は、下記の通りである。
As a result, it has been found that the use of a catalyst in which an alkali metal having basic properties is supported on a catalyst carrier is highly active, leading to the invention.
The gist of the present invention is as follows.
(1)CeO2及びZrO2のいずれか一方又は双方の固体触媒と2−シアノピリジンとの存在下で、一価アルコールと二酸化炭素を反応させて炭酸エステルと水を生成すると共に、前記2−シアノピリジンと前記生成した水との水和反応により2−ピコリンアミドを生成させる第1の反応工程と、
前記第1の反応工程から前記2−ピコリンアミドを分離した後、当該2−ピコリンアミドを、アルカリ金属を担持した触媒存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応することにより、2−シアノピリジンに再生する第2の反応工程を有し、
前記第2の反応工程におけるアルカリ金属を担持した触媒は、SiO 2 、CeO 2 、ZrO 2 のいずれか1種又は2種以上から成る触媒担体を、水分を除去するために焼成した後の触媒担体上に、アルカリ金属酸化物を1種又は2種以上担持した触媒であり、
前記第2の反応工程で再生した2−シアノピリジンを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする炭酸エステルの製造方法。
(2)CeO2及びZrO2のいずれか一方又は双方の固体触媒と、一価アルコールと、二酸化炭素と、2−シアノピリジンとを混合して反応させ、炭酸エステルと2−ピコリンアミドとを生成する第1の反応工程と、
当該第1の反応工程から排出される炭酸エステル、2−ピコリンアミド、未反応の2−シアノピリジン、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及び2−ピコリンアミドとに分離する第1の分離工程と、
前記第1の分離工程の固液分離後の液相の炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、及びアルカンをそれぞれに分離する第2の分離工程と、
前記第1の分離工程の固液分離後の固相の固体触媒及び2−ピコリンアミドを、親水性溶媒で抽出した後に固液分離し、液相の2−ピコリナミド及び親水性溶媒と、固相の固体触媒とに分離する第3の分離工程と、
当該第3の分離工程で分離された2-ピコリンアミドを、アルカリ金属を担持した触媒存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応させ、2−シアノピリジンを生成する第2の反応工程と、
当該第2の反応工程から排出される2−シアノピリジン、未反応の2−ピコリンアミド、及びアルカリ金属を担持した触媒を、濾過して、固相のアルカリ金属を担持した触媒を分離する第4の分離工程と、
当該第4の分離工程で分離後に残った2−シアノピリジン、2−ピコリンアミド、有機溶媒、水をそれぞれに分離する第5の分離工程と、を有し、
前記第5の分離工程で分離された2−シアノピリジンを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする(1)に記載の炭酸エステルの製造方法。
(3)前記第3の分離工程で分離された固体触媒を再生する工程を更に有し、再生後の触媒を、前記第1の反応工程で使用することを特徴とする(2)に記載の炭酸エステルの製造方法。
(4)前記溶媒抽出の際に使用するアルカンが、ヘキサンであることを特徴とする(2)又は(3)に記載の炭酸エステルの製造方法。
(5)前記親水性溶媒が、アセトンであることを特徴とする(2)〜(4)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(6)前記触媒担体が、SiO2であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(7)前記アルカリ金属酸化物が、K、Na、Rb、Csの群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(8)前記一価アルコールがメタノールであり、炭酸エステルとして炭酸ジメチルを製造することを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(9)前記一価アルコールがエタノールであり、炭酸エステルとして炭酸ジエチルを製造することを特徴とする(1)〜(8)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(10)前記有機溶媒が、メシチレンであることを特徴とする(1)〜(9)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(11)前記第2の反応工程において、脱水剤を使用することを特徴とする(1)〜(10)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(12)前記第1の反応工程において未反応の一価アルコールが残留し、前記第1の分離工程で、前記第1の反応工程から排出される炭酸エステル、2−ピコリンアミド、未反応の一価アルコール、未反応の2−シアノピリジン、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応の一価アルコール、未反応の2−シアノピリジン、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及び2−ピコリンアミドとに分離することを特徴とする前記(2)〜(11)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(13)前記第1の反応工程において副生物としてピコリン酸メチルやカルバミン酸メチルが生成し、前記第1の分離工程で、前記第1の反応工程から排出される炭酸エステル、2−ピコリンアミド、未反応の2−シアノピリジン、ピコリン酸メチル、カルバミン酸メチル、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、ピコリン酸メチル、カルバミン酸メチル、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及び2−ピコリンアミドとに分離することを特徴とする(2)〜(11)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(14)前記第1の反応工程において、未反応の一価アルコールが残留し、かつ副生物としてピコリン酸メチルやカルバミン酸メチルが生成し、前記第1の分離工程で、前記第1の反応工程から排出される炭酸エステル、2−ピコリンアミド、未反応の一価アルコール、未反応の2−シアノピリジン、ピコリン酸メチル、カルバミン酸メチル、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応の一価アルコール、未反応の2−シアノピリジン、ピコリン酸メチル、カルバミン酸メチル、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及び2−ピコリンアミドとに分離することを特徴とする(2)〜(11)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
(1) in the presence of one of CeO 2 and ZrO 2 or both of the solid catalyst and 2-cyanopyridine, to generate a carbonate and water by reacting monohydric alcohol and carbon dioxide, said 2 A first reaction step of generating 2-picolinamide by a hydration reaction between cyanopyridine and the generated water;
By separating the 2-picolinamide from the first reaction step, the 2-picolinamide is dehydrated by heating in the presence of an alkali metal-supported catalyst and in the presence of an organic solvent. A second reaction step for regenerating to 2-cyanopyridine,
The catalyst carrying an alkali metal in the second reaction step is a catalyst carrier obtained by calcining a catalyst carrier composed of one or more of SiO 2 , CeO 2 , and ZrO 2 to remove moisture. Above, a catalyst carrying one or more alkali metal oxides,
A method for producing a carbonate, wherein 2-cyanopyridine regenerated in the second reaction step is used in the first reaction step.
(2) One or both of CeO 2 and ZrO 2 , a monohydric alcohol, carbon dioxide, and 2-cyanopyridine are mixed and reacted to produce a carbonate and 2-picolinamide. A first reaction step,
The carbonate ester, 2-picolinamide, unreacted 2-cyanopyridine, and the solid catalyst discharged from the first reaction step are subjected to solvent extraction with alkane and then subjected to solid-liquid separation to obtain a liquid phase carbonate ester, the reaction of 2-cyanopyridine, and the alkanes, a first separation step of separating the said solid catalyst and 2-picoline amide solid phase,
A second separation step of separating the liquid phase carbonate after solid-liquid separation in the first separation step, unreacted 2-cyanopyridine, and alkane, respectively;
The solid-phase solid catalyst and 2-picolinamide after the solid-liquid separation in the first separation step are extracted with a hydrophilic solvent and then solid-liquid separated, and the liquid-phase 2-picolinamide and the hydrophilic solvent are mixed with the solid phase. A third separation step of separating into a solid catalyst of
The 2-picolinamide separated in the third separation step is subjected to a dehydration reaction by heating in the presence of an alkali metal-supported catalyst and in the presence of an organic solvent to produce 2-cyanopyridine. Reaction process of
A catalyst supporting 2-cyanopyridine, unreacted 2-picolinamide, and alkali metal discharged from the second reaction step is filtered to separate a catalyst supporting a solid phase alkali metal. Separation process of
And a fifth separation step of separating 2-cyanopyridine, 2-picolinamide, an organic solvent, and water remaining after separation in the fourth separation step,
The method for producing a carbonate according to (1), wherein 2-cyanopyridine separated in the fifth separation step is used in the first reaction step.
(3) The method according to (2), further comprising a step of regenerating the solid catalyst separated in the third separation step, wherein the regenerated catalyst is used in the first reaction step. A method for producing carbonate ester.
(4) The method for producing a carbonate ester according to (2) or (3), wherein the alkane used in the solvent extraction is hexane.
(5) The method for producing a carbonate ester according to any one of (2) to (4), wherein the hydrophilic solvent is acetone.
(6) the catalyst support, characterized in that a SiO 2 (1) ~ (5) method for producing a carbonic ester according to any one of.
( 7 ) The alkali metal oxide according to any one of (1) to ( 6 ), wherein the alkali metal oxide is one or more selected from the group consisting of K, Na, Rb, and Cs. A method for producing carbonate ester.
( 8 ) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to ( 7 ), wherein the monohydric alcohol is methanol and dimethyl carbonate is produced as a carbonate ester.
( 9 ) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to ( 8 ), wherein the monohydric alcohol is ethanol and diethyl carbonate is produced as a carbonate ester.
( 10 ) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to ( 9 ), wherein the organic solvent is mesitylene.
( 11 ) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to ( 10 ), wherein a dehydrating agent is used in the second reaction step.
( 12 ) Unreacted monohydric alcohol remains in the first reaction step, and carbonate, 2-picolinamide, and unreacted one discharged from the first reaction step in the first separation step. The monohydric alcohol, unreacted 2-cyanopyridine, and the solid catalyst were subjected to solvent extraction with alkane and then solid-liquid separation to obtain a liquid phase carbonate ester, unreacted monohydric alcohol, unreacted 2-cyanopyridine, and The method for producing a carbonate ester according to any one of (2) to ( 11 ), wherein the alkane is separated into the solid catalyst and 2-picolinamide in solid phase.
( 13 ) In the first reaction step, methyl picolinate or methyl carbamate is produced as a by-product, and in the first separation step, a carbonate ester discharged from the first reaction step, 2-picolinamide, Unreacted 2-cyanopyridine, methyl picolinate, methyl carbamate, and the solid catalyst were subjected to solvent extraction with alkane and then separated into solid and liquid to obtain a liquid phase carbonate ester, unreacted 2-cyanopyridine, methyl picolinate. , Methyl carbamate, and alkane, and the solid catalyst and 2-picolinamide in solid phase are separated, and the method for producing a carbonate ester according to any one of (2) to ( 11 ).
( 14 ) In the first reaction step, unreacted monohydric alcohol remains, and methyl picolinate and methyl carbamate are generated as by-products, and in the first separation step, the first reaction step Of the carbonic acid ester, 2-picolinamide, unreacted monohydric alcohol, unreacted 2-cyanopyridine, methyl picolinate, methyl carbamate, and the solid catalyst discharged from the solvent after solid-liquid separation with alkane And separated into liquid phase carbonate ester, unreacted monohydric alcohol, unreacted 2-cyanopyridine, methyl picolinate, methyl carbamate, and alkane, and the solid catalyst and 2-picolinamide in solid phase. The method for producing a carbonate ester according to any one of (2) to ( 11 ), wherein:
本発明の炭酸エステルの製造方法及び装置では、一価アルコールと二酸化炭素を、固体触媒と2−シアノピリジンの存在下で反応させて高収率で炭酸エステルを製造し、副生する2−ピコリンアミドから高選択率及び高収率で2−シアノピリジンへと再生して、この再生した2−シアノピリジンを炭酸エステルの製造に再利用することができる。これによって、反応後の分離が容易で、副生物は水のみとなり、高効率で環境負荷の小さい炭酸エステルの製造が実現可能となる。 In the method and apparatus for producing a carbonate of the present invention, a monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of a solid catalyst and 2-cyanopyridine to produce a carbonate in a high yield, and 2-picoline produced as a by-product The amide can be regenerated to 2-cyanopyridine with high selectivity and high yield, and the regenerated 2-cyanopyridine can be reused for the production of carbonate. As a result, separation after the reaction is easy, and the only by-product is water, making it possible to produce a carbonate ester with high efficiency and low environmental impact.
<炭酸エステルの製造方法>
以下、具体例を示して、本発明の製造方法を更に詳細に説明する。
本発明の炭酸エステルの製造方法における第1の反応工程は、CeO2及びZrO2のいずれか一方又は双方の固体触媒と2−シアノピリジンとの存在下、一価アルコールと二酸化炭素を直接反応させて炭酸エステルを生成するものである。
<Method for producing carbonate ester>
Hereinafter, the production method of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
The first reaction step in the method for producing a carbonate ester of the present invention involves directly reacting a monohydric alcohol and carbon dioxide in the presence of either one or both of a solid catalyst of CeO 2 and ZrO 2 and 2-cyanopyridine. This produces a carbonate ester.
本工程では、一価アルコールと二酸化炭素を反応させると炭酸エステルの他に水も生成するが、2−シアノピリジンが存在することで、生成した水との水和反応により2−ピコリンアミドを生成し、生成した水を反応系から除去又は低減することで、炭酸エステルの生成を促進させることが可能となる。
ここで、一価アルコールとしては、第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコールのうち一種又は二種以上から選ばれたいずれのアルコールも用いることができ、メタノール、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノール、ベンジルアルコール、アリルアルコールを用いた場合が、生成物の収率が高く、反応速度も速いので好ましい。この時、生成する炭酸エステルはそれぞれ、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸ジブチル、炭酸ジベンジル、炭酸ジアリルとなる。 Here, as the monohydric alcohol, any alcohol selected from one or more of primary alcohol, secondary alcohol, and tertiary alcohol can be used, and methanol, ethanol, 1-propanol , 1-butanol, benzyl alcohol, and allyl alcohol are preferred because the yield of the product is high and the reaction rate is fast. At this time, the produced carbonates are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, dibenzyl carbonate, and diallyl carbonate, respectively.
また、CeO2及びZrO2のいずれか一方又は双方の固体触媒は、CeO2のみ、ZrO2のみ、CeO2とZrO2の混合物、あるいはCeO2とZrO2の固溶体や複合酸化物であり、特にCeO2のみが好ましい。また、CeO2とZrO2の固溶体や複合酸化物は、CeO2とZrO2の混合比が50:50を基本とするが、混合比は適宜変更可能である。 Moreover, either or both of the solid catalyst of CeO 2 and ZrO 2, only CeO 2, only ZrO 2, a CeO 2 and mixtures of ZrO 2, or CeO 2 solid solution or a composite oxide of ZrO 2, in particular Only CeO 2 is preferred. Further, CeO 2 and ZrO 2 solid solutions and composite oxides are basically based on a mixing ratio of CeO 2 and ZrO 2 of 50:50, but the mixing ratio can be changed as appropriate.
本発明者らが鋭意検討した結果、炭酸エステル直接合成に用いる触媒は、酸塩基複合機能を有することが必要であり、特に酸性度が比較的低く且つ塩基性度が比較的高い性質を有することが好ましい。酸性度が高すぎると、炭酸エステルよりもむしろエーテルを多量に合成することになり好ましくない。適度な酸塩基複合機能触媒においては、塩基点上でR−O−M(Mは触媒)の形でアルコールが解離吸着し、CO2との間でRO−C(=O)−O…Mを形成し、他方、酸点上ではHO−R…Mの形でアルコールが吸着し、両吸着種の間でRO−C(=O)−ORが生成される機構が考えられる。 As a result of intensive studies by the present inventors, the catalyst used for the direct synthesis of carbonic acid ester is required to have an acid-base complex function, and in particular, has a property of relatively low acidity and relatively high basicity. Is preferred. If the acidity is too high, it is not preferable because a large amount of ether is synthesized rather than carbonate. In the moderate acid base complex function catalyst, RO-M on base point (M catalyst) alcohol dissociates adsorbed in the form of, RO-C (= O) with the CO 2 -O ... M On the other hand, on the acid point, alcohol is adsorbed in the form of HO—R... M, and RO—C (═O) —OR is generated between both adsorbed species.
また、この固体触媒は、炭酸エステル合成時に副生する水と2−シアノピリジンの水和反応に対しても触媒活性を示す。従って、本触媒表面上では炭酸エステル合成反応と水和反応の両者が進行する状態になるが、炭酸エステルの合成反応には平衡的に不利な低圧の条件下でも、2−シアノピリジンの水和反応は触媒作用を受けて進行し、炭酸エステルの合成反応で副生した水を触媒表面から速やかに脱離することにより炭酸エステルの合成反応の平衡が生成系にシフトして、反応圧力の低い温和な条件下でも炭酸エステル合成反応が平衡制約を受けることなく炭酸エステルの高い反応率を可能にするものと推察する。逆に高圧下では、触媒表面に多量のCO2分子が吸着するために、炭酸エステル合成時に生成する水分子との接触が困難になるため、2−シアノピリジンとの水和反応が進行しにくくなり、平衡制約に近い状態でしか炭酸エステルを生産することができず、結果的に高圧下では生産性が高くならなくなるものと考えられる。 This solid catalyst also exhibits catalytic activity for the hydration reaction of water and 2-cyanopyridine, which are by-produced during the synthesis of the carbonate ester. Therefore, although both the carbonate ester synthesis reaction and the hydration reaction proceed on the surface of the catalyst, the hydration of 2-cyanopyridine is carried out even under low pressure conditions which are unfavorably balanced for the carbonate ester synthesis reaction. The reaction proceeds under catalysis, and the water generated as a by-product from the synthesis reaction of the carbonate ester is rapidly eliminated from the catalyst surface, so that the equilibrium of the synthesis reaction of the carbonate ester shifts to the production system and the reaction pressure is low. It is inferred that the carbonate ester synthesis reaction is allowed to have a high reaction rate without being subjected to equilibrium constraints even under mild conditions. Conversely, under high pressure, a large amount of CO 2 molecules are adsorbed on the catalyst surface, making it difficult to contact with water molecules generated during the synthesis of the carbonic acid ester, so that the hydration reaction with 2-cyanopyridine is difficult to proceed. Therefore, it is considered that the carbonate ester can be produced only in a state close to the equilibrium constraint, and as a result, the productivity is not increased under high pressure.
上記推察に関し、2−シアノピリジンの反応の観点から説明すれば、2−シアノピリジンは、液相で本発明における固体触媒の触媒作用を受けて、その表面で水和反応が促進される。従って、高圧になると固体触媒の表面がCO2で覆われてしまい、主反応で生成した水分子との水和反応に対して触媒作用を受けにくい状態になるため、水和反応速度が低下するものと推察される。一方、非特許文献4、非特許文献5に記載されたアセタールや2,2−ジメトキシプロパンは、液相で触媒作用を何ら受けず、主反応で生成した水分子と水和反応を起こす。従って、主反応が高圧で優位に進行するため、高圧下で水和反応が起こりはじめるものと推察される。
If it explains from the viewpoint of reaction of 2-cyanopyridine regarding the said guess, 2-cyanopyridine will receive the catalytic action of the solid catalyst in this invention in a liquid phase, and a hydration reaction will be accelerated | stimulated on the surface. Therefore, when the pressure is increased, the surface of the solid catalyst is covered with CO 2 , and the hydration reaction rate is reduced because it becomes difficult to be catalyzed by the hydration reaction with water molecules generated in the main reaction. Inferred. On the other hand, acetal and 2,2-dimethoxypropane described in
また、本発明の触媒の製造法について、下記に例を挙げると、先ず、CeO2の場合は、セリウムアセチルアセトナート水和物や水酸化セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウム、硝酸セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、炭酸セリウム、蓚酸セリウム、過塩素酸セリウム、燐酸セリウム、ステアリン酸セリウムなどの各種セリウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化セリウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、セリウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 As for the production method of the catalyst of the present invention, for example, first, in the case of CeO 2 , cerium acetylacetonate hydrate, cerium hydroxide, cerium sulfate, cerium acetate, cerium nitrate, ammonium cerium nitrate, It can be prepared by firing various cerium compounds such as cerium carbonate, cerium oxalate, cerium perchlorate, cerium phosphate and cerium stearate in an air atmosphere. When cerium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which cerium is dissolved, filtering, drying, and baking.
一方、酸化ジルコニウム(ZrO2)の場合は、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムブトキシド、炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、燐酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、塩化酸化ジルコニウム、酸化二硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどの各種ジルコニウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化ジルコニウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、ジルコニウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 On the other hand, in the case of zirconium oxide (ZrO 2 ), various zirconium compounds such as zirconium ethoxide, zirconium butoxide, zirconium carbonate, zirconium hydroxide, zirconium phosphate, zirconium acetate, zirconium chloride oxide, zirconium oxide dinitrate, zirconium sulfate and the like are mixed with air. It can be prepared by firing in an atmosphere. When zirconium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which zirconium is dissolved, filtering, drying and baking.
また、CeO2とZrO2の固溶体や複合酸化物のような化合物の場合は、セリウムとジルコニウムを含んだ溶液に塩基を添加して共沈により水酸化物を形成後、濾過、水洗したものを空気雰囲気下で乾燥、焼成することにより調製できる。また、CeO2とZrO2の粉末同士を物理混合して焼成することでも調製できるが、最終調製品の比表面積が高くならないため、反応がより進み易い共沈法が好ましい。 In the case of a compound such as a solid solution or composite oxide of CeO 2 and ZrO 2 , a base is added to a solution containing cerium and zirconium to form a hydroxide by coprecipitation, followed by filtration and washing with water. It can be prepared by drying and firing in an air atmosphere. Although the powder particles of CeO 2 and ZrO 2 can also be prepared by firing the physical mixture, the specific surface area of the final preparation is not high, preferably easily coprecipitation reaction proceeds more.
これらの方法により、具体的にはCeO2−ZrO2のような酸化セリウムと酸化ジルコニウムの化合物からなる固体触媒を得ることができる。尚、酸化セリウムからなる触媒や酸化ジルコニウムからなる触媒を調製する場合を含めて、これら各触媒の調製時の焼成温度は、最終調製品の比表面積が高くなる温度を選択することが好ましく、出発原料にもよるが、例えば300℃から1100℃が好ましい。また、本発明による固体触媒については、上記の元素以外に触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでも構わないが、できるだけ不純物が混入しないようにするのが望ましい。 Specifically, a solid catalyst comprising a compound of cerium oxide and zirconium oxide such as CeO 2 —ZrO 2 can be obtained by these methods. In addition, including the case of preparing a catalyst made of cerium oxide or a catalyst made of zirconium oxide, it is preferable to select a temperature at which the specific surface area of the final preparation is increased as the firing temperature at the time of preparation of each catalyst. Although it depends on the raw material, for example, 300 ° C. to 1100 ° C. is preferable. Further, the solid catalyst according to the present invention may contain inevitable impurities mixed in the catalyst production process in addition to the above elements, but it is desirable that impurities are not mixed as much as possible.
ここで本発明の触媒は、粉体、または成型体のいずれの形態であってもよく、成型体の場合には球状、ペレット状、シリンダー状、リング状、ホイール状、顆粒状などいずれでもよい。 Here, the catalyst of the present invention may be in any form of powder or molded body, and in the case of a molded body, it may be any of spherical, pellet, cylinder, ring, wheel, granule, etc. .
また、本発明で用いる二酸化炭素は、工業ガスとして調製されたものだけでなく、各製品を製造する工場や製鉄所、発電所等からの排出ガスから分離回収したものも用いることができる。 Moreover, the carbon dioxide used in the present invention is not limited to those prepared as industrial gases, but can also be used that separated and recovered from exhaust gases from factories, steel mills, power plants, etc. that manufacture each product.
一価アルコールの転化率が100%で、ピコリン酸メチルやカルバミン酸メチルのような副生物が生成しない条件では、反応後は主生成物である炭酸エステル、副生成物である2−ピコリアミド、未反応の2−シアノピリジン、CeO2等の固体触媒となる。これらを分離するためには、まず、有機溶剤による抽出工程で液体成分(炭酸エステル、2−シアノピリジン)を抽出し、固定成分(2−ピコリンアミドと固定触媒)とフィルターで分離できる。ここで使用する有機溶剤は炭酸エステルが溶解できるアルカンが好ましく、さらに、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンがより好ましい。次に、分離された液体成分には、炭酸エステル、2−シアノピリジン、有機溶剤が含まれているが、各物質の融点及び沸点が、炭酸エステルには、4℃及び90℃(炭酸ジメチル)、−43℃及び128℃(炭酸ジエチル)、−41℃及び167℃(炭酸ジプロピル)、25℃以下及び207℃(炭酸ジブチル)等があり、また、24℃及び215℃(2−シアノピリジン)、−95℃及び69℃(例えば、ヘキサン)であることから、炭酸エステルを蒸留により分離することが可能であり、製品である炭酸エステルを高純度で回収することが可能である。
また、蒸留以外にも、段階的に冷却して融点以下になり固化したものを、フィルター分離して回収することも可能である。また、固体成分として分離された2−ピコリンアミドと固体触媒は、親水性溶媒で2−ピコリンアミドのみを抽出し、固体触媒とフィルターで分離できる。ここで使用する親水性溶媒は、アセトン、エタノール、エーテル、水であることが、取扱い易さや後段での分離を考えると好ましい。親水性溶媒に溶けた2−ピコリンアミドは蒸留によって分離でき、副生した2−ピコリンアミドを高純度で精製することが可能である。
Under the conditions where the conversion rate of monohydric alcohol is 100% and no by-products such as methyl picolinate and methyl carbamate are produced, after the reaction, carbonate ester as the main product, 2-picolinamide as the by-product, It becomes a solid catalyst such as 2-cyanopyridine and CeO 2 in the reaction. In order to separate them, first, a liquid component (carbonate ester, 2-cyanopyridine) is extracted in an extraction step using an organic solvent, and can be separated from a fixed component (2-picolinamide and a fixed catalyst) and a filter. The organic solvent used here is preferably an alkane that can dissolve the carbonate, and more preferably hexane, octane, nonane, decane, and undecane. Next, the separated liquid component contains carbonate ester, 2-cyanopyridine, and an organic solvent. The melting point and boiling point of each substance are 4 ° C and 90 ° C (dimethyl carbonate). , −43 ° C. and 128 ° C. (diethyl carbonate), −41 ° C. and 167 ° C. (dipropyl carbonate), 25 ° C. or lower and 207 ° C. (dibutyl carbonate), etc., and 24 ° C. and 215 ° C. (2-cyanopyridine) , -95 ° C. and 69 ° C. (for example, hexane), the carbonate ester can be separated by distillation, and the product carbonate ester can be recovered with high purity.
In addition to distillation, it is also possible to filter and recover what is solidified by cooling stepwise to below the melting point. In addition, 2-picolinamide and solid catalyst separated as solid components can be separated from the solid catalyst and a filter by extracting only 2-picolinamide with a hydrophilic solvent. The hydrophilic solvent used here is preferably acetone, ethanol, ether, or water in view of ease of handling and separation at a later stage. The 2-picolinamide dissolved in the hydrophilic solvent can be separated by distillation, and the by-produced 2-picolinamide can be purified with high purity.
分離された固体触媒は、触媒を再生する工程で再生処理され、第1の反応工程で再利用すること可能である。触媒再生工程は加熱して、固体触媒上の不純物等を焼き飛ばす工程であり、400〜700℃、好ましくは500〜600℃で3時間程度焼成する。急激な昇温により固体触媒の構造破壊を防ぐため、焼成前に乾燥工程を踏まえた方がよく、110℃で2時間程度乾燥させることが好ましい。 The separated solid catalyst is regenerated in the step of regenerating the catalyst and can be reused in the first reaction step. The catalyst regeneration step is a step of heating to burn off impurities on the solid catalyst, and calcination is performed at 400 to 700 ° C., preferably 500 to 600 ° C. for about 3 hours. In order to prevent structural destruction of the solid catalyst due to rapid temperature rise, it is better to consider the drying step before firing, and it is preferable to dry at 110 ° C. for about 2 hours.
また、未反応の一価アルコールが残留した場合、または、反応温度が130℃以上の高温、あるいは、反応時間が24時間以上の長時間となり、ピコリン酸メチルやカルバミン酸メチルのような副生物が生成してしまった場合には、融点及び沸点がそれぞれ、一価アルコールでは、−97℃及び65℃(メタノール)、−114℃及び78℃(エタノール)、−126℃及び97℃(1−プロパノール)、−90℃及び117℃(1−ブタノール)等があり、また、103℃及び233℃(ピコリン酸メチル)、52℃及び177℃(カルバミン酸メチル)であることから、前述の蒸留で180℃程度まで段階的に上昇させることで、一価アルコール、有機溶剤、炭酸エステル、及びカルバミン酸メチルと、ピコリン酸メチル、及び2−シアノピリジンとを分離でき、その後、30〜100℃に冷却することで、固化したピコリン酸メチルをフィルターによって、2−シアノピリジンと分離することができる。 In addition, when unreacted monohydric alcohol remains, or the reaction temperature is as high as 130 ° C. or higher, or the reaction time is as long as 24 hours or more, by-products such as methyl picolinate and methyl carbamate are formed. In the case where it has been formed, the melting point and boiling point are -97 ° C and 65 ° C (methanol), -114 ° C and 78 ° C (ethanol), -126 ° C and 97 ° C (1-propanol) for monohydric alcohols, respectively. ), −90 ° C. and 117 ° C. (1-butanol) and the like, and 103 ° C. and 233 ° C. (methyl picolinate), 52 ° C. and 177 ° C. (methyl carbamate). By gradually raising the temperature to about ℃, monohydric alcohol, organic solvent, carbonate, methyl carbamate, methyl picolinate, and 2-sia Can separate and pyridine, followed by cooling to 30 to 100 ° C., the solidified picolinate by the filter, it can be separated from 2-cyanopyridine.
一価アルコール及び有機溶剤は、大半が有機溶剤であるため、有機溶剤での抽出工程で再利用が可能である。しかしながら、副生物が少ない方が、系外へ分離した後の処理工程の手間が生じ難いため、好ましい。 Since most of monohydric alcohols and organic solvents are organic solvents, they can be reused in the extraction process with organic solvents. However, it is preferable that there are few by-products because it is difficult for the processing step after separation to the outside of the system to occur.
次に、本発明における第2の反応工程においては、第1の反応工程で副生した2−ピコリンアミドを、炭酸エステル生成反応後の系から分離した後、脱水反応によって、2−シアノピリジンを製造する。
この2−シアノピリジンの製造においては、塩基性金属酸化物を担持した触媒と有機溶媒の存在下で、2−ピコリンアミドを脱水反応させて、2−シアノピリジンを生成する。
In the production of 2-cyanopyridine, 2-picolinamide is dehydrated in the presence of a catalyst supporting a basic metal oxide and an organic solvent to produce 2-cyanopyridine.
ここで本発明で用いる触媒は、塩基性となるアルカリ金属(K、Li、Na、Rb、Cs)の酸化物を、一般的に触媒担体となる物質に担持した触媒を用いることができるが、様々な担体を検討した結果、SiO2、CeO2、ZrO2、CeO2−ZrO2に担持した触媒を用いた場合に、特に高い性能を示すことが判明した。 Here, as the catalyst used in the present invention, a catalyst in which an oxide of a basic alkali metal (K, Li, Na, Rb, Cs) is generally supported on a substance serving as a catalyst carrier can be used. As a result of examining various supports, it was found that particularly high performance was exhibited when a catalyst supported on SiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , or CeO 2 —ZrO 2 was used.
これは、2−ピコリンアミド内にあるピリジン環が弱い塩基性を示すため、酸性の触媒を用いると、触媒の活性点にピリジン環が吸着、被毒し、活性低下を起こす可能性があるためで、塩基性の性質を持つ金属が好ましい。また、本発明者が鋭意検討した結果、SiO2にアルカリ金属を高分散に担持させた触媒を用いることが、特に好ましく、アルカリ金属は、1種あるいは2種以上担持してもよい。 This is because the pyridine ring in 2-picolinamide is weakly basic, so if an acidic catalyst is used, the pyridine ring may be adsorbed and poisoned at the active site of the catalyst, causing a decrease in activity. A metal having basic properties is preferable. In addition, as a result of intensive studies by the present inventors, it is particularly preferable to use a catalyst in which an alkali metal is supported on SiO 2 in a highly dispersed state, and one or more alkali metals may be supported.
ここで使用する担体の製造方法に関して下記に例を挙げると、SiO2の場合の一般的な製造方法として、乾式法と湿式法に大別される。乾式法としては燃焼法、アーク法等、湿式法としては沈降法、ゲル法等があり、いずれの製造方法でも触媒担体を製造することは可能であるが、ゲル法を除く上記方法では球状に成形することが技術的、経済的に困難である為、シリカゾルを気体媒体中又は液体媒体中で噴霧させて容易に球状に成形することが可能であるゲル法が好ましい。 Examples of the carrier production method used here are roughly divided into a dry method and a wet method as general production methods in the case of SiO 2 . The dry method includes a combustion method, an arc method, etc., and the wet method includes a sedimentation method, a gel method, etc., and it is possible to manufacture a catalyst carrier by any of the manufacturing methods. Since it is technically and economically difficult to form, a gel method is preferred in which silica sol can be easily formed into a spherical shape by spraying in a gas medium or a liquid medium.
また、CeO2の場合は、セリウムアセチルアセトナート水和物や水酸化セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウム、硝酸セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、炭酸セリウム、蓚酸セリウム、過塩素酸セリウム、燐酸セリウム、ステアリン酸セリウムなどの各種セリウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化セリウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、セリウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 In the case of CeO 2, cerium acetylacetonate hydrate and cerium hydroxide, cerium sulfate, cerium acetate, cerium nitrate, cerium ammonium nitrate, cerium carbonate, cerium oxalate, perchlorate cerium, cerium phosphate, cerium stearate These various cerium compounds can be prepared by firing in an air atmosphere. When cerium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which cerium is dissolved, filtering, drying, and baking.
一方、ZrO2の場合は、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムブトキシド、炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、燐酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、塩化酸化ジルコニウム、酸化二硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどの各種ジルコニウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化ジルコニウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、ジルコニウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 On the other hand, in the case of ZrO 2 , various zirconium compounds such as zirconium ethoxide, zirconium butoxide, zirconium carbonate, zirconium hydroxide, zirconium phosphate, zirconium acetate, zirconium chloride oxide, zirconium dinitrate, zirconium sulfate and the like are fired in an air atmosphere. Can be prepared. When zirconium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which zirconium is dissolved, filtering, drying and baking.
また、CeO2とZrO2の化合物の場合は、セリウムとジルコニウムを含んだ溶液に塩基を添加して共沈により水酸化物を形成後、濾過、水洗したものを空気雰囲気下で乾燥、焼成することにより調製できる。また、CeO2とZrO2の粉末同士を物理混合して焼成することでも調製できるが、最終調製品の比表面積が高くならないため、反応がより進み易い共沈法が好ましい。 In the case of a compound of CeO 2 and ZrO 2 , a base is added to a solution containing cerium and zirconium to form a hydroxide by coprecipitation, followed by filtration and washing, followed by drying and firing in an air atmosphere. Can be prepared. Although the powder particles of CeO 2 and ZrO 2 can also be prepared by firing the physical mixture, the specific surface area of the final preparation is not high, preferably easily coprecipitation reaction proceeds more.
これらの方法により、具体的にはCeO2−ZrO2のような酸化セリウムと酸化ジルコニウムの化合物からなる固体触媒担体を得ることができる。尚、酸化セリウムからなる触媒担体や酸化ジルコニウムからなる触媒担体を調製する場合を含めて、これら各触媒担体の調製時の焼成温度は、最終調製品の比表面積が高くなる温度を選択することが好ましく、出発原料にもよるが、例えば300℃から1100℃が好ましい。また、本発明による固体触媒担体については、上記の元素以外に触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでも構わないが、できるだけ不純物が混入しないようにするのが望ましい。 Specifically, a solid catalyst carrier comprising a compound of cerium oxide and zirconium oxide such as CeO 2 —ZrO 2 can be obtained by these methods. In addition, including the case where a catalyst carrier made of cerium oxide or a catalyst carrier made of zirconium oxide is prepared, the firing temperature at the time of preparation of each of these catalyst carriers may be selected at a temperature at which the specific surface area of the final preparation is increased. Although it depends on the starting material, for example, 300 ° C. to 1100 ° C. is preferable. Further, the solid catalyst carrier according to the present invention may contain inevitable impurities that are mixed in the catalyst manufacturing process in addition to the above elements, but it is desirable that impurities are not mixed as much as possible.
本発明の触媒の製造法について、下記に例を挙げると、担体がSiO2の場合、市販の粉末または球状のSiO2を使用でき、活性金属を均一に担持できるよう、100mesh(0.15mm)以下に整粒し、水分を除去するために、予備焼成を空気中700℃で1時間行うことが好ましい。また、SiO2にも様々な性状のものがあるが、表面積が大きいものほど、活性金属を高分散にでき、2−シアノピリジンの生成量が向上することから好ましい。具体的には、300m2/g以上の表面積が好ましい。ただし、調製後の触媒の表面積は、SiO2と活性金属との相互作用等により、SiO2のみの表面積よりも低下することがある。その場合、製造後の触媒の表面積が、150m2/g以上となることが好ましい。活性種となる金属酸化物の担持は、インシピエントウェットネス(Incipient wetness)法や蒸発乾固法等の含浸法によって、担持することができる。 An example of the method for producing the catalyst of the present invention is as follows. When the support is SiO 2 , a commercially available powder or spherical SiO 2 can be used, and 100 mesh (0.15 mm) is used so that the active metal can be uniformly supported. In order to adjust the particle size below and remove moisture, pre-baking is preferably performed in air at 700 ° C. for 1 hour. Moreover, although SiO 2 has various properties, it is preferable that the surface area is large because the active metal can be highly dispersed and the amount of 2-cyanopyridine produced is improved. Specifically, a surface area of 300 m 2 / g or more is preferable. However, the surface area of the catalyst after preparation may be lower than the surface area of only SiO 2 due to the interaction between SiO 2 and the active metal. In that case, it is preferable that the surface area of the catalyst after manufacture is 150 m 2 / g or more. The active metal oxide can be supported by an impregnation method such as an incipient wetness method or an evaporation to dryness method.
前駆体となる金属塩は、水溶性であればよく、アルカリ金属であれば例えば、炭酸塩、炭酸水素塩、塩化物塩、硝酸塩、ケイ酸塩などの各種化合物を用いることができる。塩基性金属の前駆体水溶液を担体に含浸した後、乾燥、焼成することで触媒として用いることができ、焼成温度は、使用する前駆体にもよるが、400〜600℃が好ましい。 The metal salt used as a precursor should just be water-soluble, and if it is an alkali metal, various compounds, such as carbonate, hydrogencarbonate, chloride salt, nitrate, silicate, can be used, for example. The carrier can be used as a catalyst by impregnating a carrier with a basic metal precursor aqueous solution, followed by drying and firing. The firing temperature is preferably 400 to 600 ° C., although it depends on the precursor used.
また、本発明による触媒については、上記の元素以外に触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでも構わないが、できるだけ不純物が混入しないようにするのが望ましい。 Further, the catalyst according to the present invention may contain inevitable impurities that are mixed in the catalyst manufacturing process in addition to the above-mentioned elements, but it is desirable that impurities are not mixed as much as possible.
ここで本発明の担体上に担持した触媒は、粉体、または成型体のいずれの形態であってもよく、成型体の場合には球状、ペレット状、シリンダー状、リング状、ホイール状、顆粒状などいずれでもよい。 Here, the catalyst supported on the carrier of the present invention may be in the form of a powder or a molded body. In the case of a molded body, a spherical shape, a pellet shape, a cylinder shape, a ring shape, a wheel shape, a granule Any shape may be used.
次に、本発明の触媒を用いた2-シアノピリジン製造方法は、反応形式としては特に制限されず、回分式反応器、半回分式反応器、連続槽型反応器や管型反応器のような流通式反応器のいずれを用いてもよい。また、触媒は、固定床、スラリー床等のいずれも適用することができる。 Next, the method for producing 2-cyanopyridine using the catalyst of the present invention is not particularly limited as a reaction mode, and is not limited to a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous tank reactor or a tube reactor. Any flow reactor may be used. Moreover, any of a fixed bed, a slurry bed, etc. can be applied to the catalyst.
本発明の製造方法における副生した2−ピコリンアミドから2−シアノピリジンを生成(再生)する第2の反応工程においても、炭酸エステル製造する工程と同様に、脱水反応により生成する副生水を除去しながら行うことが望ましく、例えば、還流や蒸留、ゼオライト等の脱水剤を系内に設置して、副生水を除去しながら反応を行うことが望ましい。本発明者が鋭意検討した結果、ソックスレー抽出管及び冷却器を用いて、脱水剤としてゼオライト(モレキュラーシーブ)や水素化カルシウムを抽出管内に設置して、反応管に触媒、2−ピコリンアミド、有機溶媒を入れて、還流させて反応することで、2−シアノピリジンの生成量を向上させることが可能である。有機溶媒には沸点が130℃以上の物質が好ましく、例えば、クロロベンゼン、(o−,m−,p−)キシレン、メシチレンなどが挙げられるが、特にメシチレンが好ましい。 In the second reaction step of producing (regenerating) 2-cyanopyridine from 2-picolinamide produced as a by-product in the production method of the present invention, as well as the by-product water produced by the dehydration reaction, as in the step of producing the carbonate. It is desirable to carry out the reaction while removing it. For example, it is desirable to carry out the reaction while removing by-product water by installing a dehydrating agent such as reflux, distillation or zeolite in the system. As a result of intensive studies by the present inventor, using a Soxhlet extraction tube and a cooler, zeolite (molecular sieve) or calcium hydride is installed in the extraction tube as a dehydrating agent, and a catalyst, 2-picolinamide, organic in the reaction tube It is possible to improve the production amount of 2-cyanopyridine by adding a solvent and reacting under reflux. The organic solvent is preferably a substance having a boiling point of 130 ° C. or higher, and examples thereof include chlorobenzene, (o-, m-, p-) xylene, mesitylene and the like, and mesitylene is particularly preferable.
また、脱水剤として使用するモレキュラーシーブの種類・形状には特に制限されるものはないが、例えば、3A、4A、5A等一般的に吸水性の高いもので、球状やペレット状のものを使用できる。また、事前に乾燥させておくことが好ましく、300〜500℃で1時間程乾燥することが好ましい。
2−ピコリンアミドの脱水反応では、上記のような、2−ピコリンアミドの分解によってピコリン酸やピリジンが副生することが考えられるが、本発明の触媒を用いた脱水反応後は、反応物で微量残った2−ピコリンアミド、生成物である2−シアノピリジン、副生物の水、有機溶媒だけであり、上記のような副生物はほとんど生成しない。 In the dehydration reaction of 2-picolinamide, it is considered that picolinic acid and pyridine are by-produced by the decomposition of 2-picolinamide as described above. However, after the dehydration reaction using the catalyst of the present invention, Only a small amount of 2-picolinamide, 2-cyanopyridine as a product, water as a by-product, and an organic solvent are formed, and the above-mentioned by-products are hardly generated.
ソックスレー抽出管及び冷却器を用いた還流の場合、反応管周辺を160〜200℃に加熱する。各物質の融点は、110℃(2-ピコリンアミド)、24℃(2−シアノピリジン)、−45℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であり、また、沸点は143℃(2−ピコリンアミド)、212℃(2−シアノピリジン)、100℃(水)、165℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であることから、反応相は、触媒が固体以外はすべて液体となっており、一部気化した、2−ピコリンアミド、副生水、有機溶媒が冷却器で冷却され、副生水が脱水剤で吸着され、2−ピコリンアミド及び有機溶媒は反応管に戻り、再び反応に寄与する。 In the case of reflux using a Soxhlet extraction tube and a cooler, the periphery of the reaction tube is heated to 160 to 200 ° C. The melting point of each substance is 110 ° C. (2-picolinamide), 24 ° C. (2-cyanopyridine), −45 ° C. (organic solvent such as mesitylene), and the boiling point is 143 ° C. (2-picolinamide), Since it is 212 ° C. (2-cyanopyridine), 100 ° C. (water), 165 ° C. (organic solvent, for example, mesitylene), the reaction phase is all liquid except for the solid catalyst, and is partially vaporized. 2-picolinamide, by-product water, and organic solvent are cooled by a cooler, and by-product water is adsorbed by a dehydrating agent, and 2-picolinamide and the organic solvent return to the reaction tube and contribute to the reaction again.
<炭酸エステルの製造装置>
次に、以下に具体例を示して、炭酸エステルの製造装置を更に詳細に説明する。図1は本発明の好適な設備の一例である。また、図1における本設備での各工程における各物質の状態を図2に示す。本設備は、一価アルコールの転化率が100%で、ピコリン酸メチルやカルバミン酸メチルの副生成物が生成しない反応条件の場合に使用できる。
<Carbonate production equipment>
Next, the production apparatus for carbonate ester will be described in more detail with reference to specific examples. FIG. 1 is an example of a suitable facility of the present invention. Moreover, the state of each substance in each process in this equipment in FIG. 1 is shown in FIG. This equipment can be used in the case of reaction conditions in which the conversion rate of monohydric alcohol is 100% and by-products of methyl picolinate and methyl carbamate are not generated.
第1の反応工程においては、第1反応塔1に、CeO2及びZrO2のいずれか一方又は双方の固体触媒(固相)、一価アルコール12(液相)、2−シアノピリジン13(液相)、昇圧ブロワー10を介して二酸化炭素(気相)を充填する。固体触媒は反応前に新規に充填、あるいは再生塔6で再生された固体触媒14(固相)を使用することができる。また、2−シアノピリジンは反応開始時には新品を使用するが、第1蒸留塔3で精製された未反応の2−シアノピリジン20(液相)と第3蒸留塔9で精製された、2−ピコリンアミドから再生された2−シアノピリジンを再利用できる。
In the first reaction step, one or both of the solid catalyst (solid phase) of CeO 2 and ZrO 2 , monohydric alcohol 12 (liquid phase), 2-cyanopyridine 13 (liquid) Phase), and carbon dioxide (gas phase) is charged through the
次に、本発明のCeO2及びZrO2のいずれか一方又は双方の固体触媒を用いた炭酸エステルの直接合成装置は、回分式反応器、半回分式反応器や連続槽型反応器、管型反応器のような流通反応器のいずれを用いてもよい。 Next, the carbon dioxide ester direct synthesis apparatus using the solid catalyst of either or both of CeO 2 and ZrO 2 of the present invention is a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous tank reactor, a tube type, or the like. Any flow reactor such as a reactor may be used.
第1反応塔1における反応温度としては、50〜300℃とすることが好ましい。反応温度が50℃未満の場合は、反応速度が低く、炭酸エステル合成反応、2−シアノピリジンによる水和反応共にほとんど進行せず、炭酸エステルの生産性が低い傾向がある。また反応温度が150℃を超える場合は、各反応の反応速度は高くなるが、炭酸エステルの分解や変性、2−ピコリンアミドが一価アルコールと反応しやすくなるため、炭酸エステルの収率が低くなる傾向がある。さらに好ましくは100〜150℃である。但し、この温度は固体触媒の種類や量、原料(一価アルコール、2−シアノピリジン)の量や比により異なると考えられるため、適宜最適条件を設定することが望ましい。好ましい反応温度が100〜150℃であることから、第1反応塔の前段で、原料(一価アルコール、2−シアノピリジン)をスチーム等で予備加熱することが望ましい。
The reaction temperature in the
反応圧力としては、0.1〜5MPa(絶対圧)とすることが好ましい。反応圧力が0.1MPa(絶対圧)未満の場合は、減圧装置が必要となり、設備が複雑且つコスト高になるだけでなく、減圧にするための動力エネルギーが必要となり、エネルギー効率が悪くなる。また反応圧力が5MPaを超える場合は、2−シアノピリジンによる水和反応が進行しにくくなって炭酸エステルの収率が悪くなるばかりでなく、昇圧に必要な動力エネルギーが必要となり、エネルギー効率が悪くなる。また、炭酸エステルの収率を高くする観点から、反応圧力は0.1〜4MPa(絶対圧)がより好ましく、0.2〜2MPa(絶対圧)がさらに好ましい。 The reaction pressure is preferably 0.1 to 5 MPa (absolute pressure). When the reaction pressure is less than 0.1 MPa (absolute pressure), a pressure reducing device is required, and not only the equipment is complicated and expensive, but also the motive energy for reducing the pressure is required, resulting in poor energy efficiency. On the other hand, when the reaction pressure exceeds 5 MPa, the hydration reaction with 2-cyanopyridine is difficult to proceed and not only the yield of the carbonate ester is deteriorated, but also the kinetic energy necessary for pressurization is required and the energy efficiency is poor. Become. Further, from the viewpoint of increasing the yield of carbonate ester, the reaction pressure is more preferably 0.1 to 4 MPa (absolute pressure), and further preferably 0.2 to 2 MPa (absolute pressure).
また水和反応に用いる2−シアノピリジンは、原料のアルコールの体積の0.1倍以上1倍以下で反応前に予め反応器中に導入するのが望ましい。0.1倍未満で導入した場合には、水和反応に寄与する2−シアノピリジンが少ないために炭酸エステルの収率が悪くなる恐れがある。一方1倍を超えて導入した場合にも、反応終了後、生成物との分離が容易で、再利用が可能であるので、特に問題ない。さらに、固体触媒に対する一価アルコール及び2−シアノピリジンの量は、固体触媒の種類や量、一価アルコールの種類や2−シアノピリジンとの比により異なると考えられるため、適宜最適条件を設定することが望ましい。 The 2-cyanopyridine used for the hydration reaction is desirably introduced into the reactor in advance at a rate of 0.1 to 1 times the volume of the starting alcohol prior to the reaction. When it introduce | transduces in less than 0.1 time, since there is little 2-cyano pyridine which contributes to a hydration reaction, there exists a possibility that the yield of carbonate may worsen. On the other hand, when it is introduced more than 1 time, there is no particular problem because it can be easily separated from the product after the completion of the reaction and can be reused. Furthermore, since the amount of monohydric alcohol and 2-cyanopyridine with respect to the solid catalyst is considered to vary depending on the type and amount of the solid catalyst, the type of monohydric alcohol and the ratio with 2-cyanopyridine, optimal conditions are appropriately set. It is desirable.
第1反応塔1での反応後の反応液15は、第1抽出塔2にて液相と固相に分離する。反応液15に含まれる物質は、炭酸エステル(液相)、未反応の2−シアノピリジン(液相)と2−ピコリンアミド(固相)、固体触媒(固相)であり、有機溶媒(液相)によって抽出する。ここで使用する有機溶媒はアルカンが適しており、後段での蒸留による分離のしやすさから、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンが好ましい。第1抽出塔2での抽出工程は、エネルギー消費を抑えるために、抽出時の温度は常温で行うことが好ましいが、有機溶媒の沸点より低い温度(例えば、ヘキサンの場合、沸点が69℃なので、50℃程度に加熱)であれば、加熱することで抽出時間を短縮化することもできる。
The
第1抽出塔2で抽出された抽出液17は、炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、アルカンを含んでいる。第1蒸留塔3にて各物質の沸点が、90℃(例えば炭酸ジメチルの場合)、215℃(2−シアノピリジン)、69℃(例えばヘキサンの場合)であることを利用して蒸留され、製品である炭酸エステル19、未反応の2−シアノピリジン20、抽出に用いられたアルカン16に分離される。
The
一方、第1抽出塔2で分離された固相18には、2−ピコリンアミドと固体触媒が含まれており、第2抽出塔4にて分離される。ここで使用する溶媒は、2−ピコリンアミドを溶解できる親水性溶媒(液相)が適しており、後段での蒸留による分離のしやすさから、アセトン、エタノール、エーテル、水が望ましい。第2抽出塔4での抽出工程も、エネルギー消費を抑えるために、抽出時の温度は常温で行うことが好ましいが、親水性溶媒の沸点より低い温度(例えば、アセトンの場合、沸点が56.5℃なので、40℃程度に加熱)であれば、加熱することで抽出時間を短縮化することもできる。
On the other hand, the
2−ピコリンアミドと親水性溶媒を含んだ抽出液21は、第2蒸留塔5にて蒸留され、各物質の沸点が143℃(2−ピコリンアミド)と57℃(例えばアセトンの場合)とに分離される。
The
また、第2抽出塔4で分離された固体触媒22(固相)は、触媒再生塔6で再生処理され、第1反応塔1に戻すことが可能である。触媒再生は加熱して、固体触媒上の不純物等を焼き飛ばす工程であり、400〜700℃、好ましくは500〜600℃で3時間程度焼成する。急激な昇温により固体触媒の構造破壊を防ぐため、焼成前に乾燥工程を踏まえた方がよく、110℃で2時間程度乾燥させることが好ましい。
Further, the solid catalyst 22 (solid phase) separated by the
第2蒸留塔5で精製された2−ピコリンアミド23(固相)は、2−シアノピリジンへの再生のため、第2反応塔7へ移送するが、配管内での閉塞をさけるため、配管は低圧スチーム等で融点である103℃以上に加熱することが望ましい。
The 2-picolinamide 23 (solid phase) purified in the
反応後の溶液は、触媒分離装置8においてフィルターでろ過することで固体である触媒のみ分離して、使用済み触媒26として回収できる。この際、通常のろ過などの固液分離方法により容易に回収することができる。触媒分離後は、系内に存在する各物質の沸点が、上述のようにそれぞれ異なることから、第3蒸留塔9で蒸留することで、2−シアノピリジン、有機溶媒、2−ピコリンアミド、水に容易に分離することが可能であり、有機溶媒27、2−ピコリンアミド28は、2−ピコリンアミドの脱水反応にリサイクル利用することができる。また、精製した2−シアノピリジン13は、炭酸エステルの製造を行う反応で再利用することができる。
The solution after the reaction can be recovered as a used
第2の反応工程においては、第2反応塔7にて、2−ピコリンアミドの脱水反応により2−シアノピリジンが生成される。炭酸エステルの製造装置は、塩基性金属酸化物を担持した触媒と有機溶媒の存在下で、2−ピコリンアミドを脱水反応させて、2−シアノピリジンを生成する装置である。反応形式としては特に制限されず、回分式反応器、半回分式反応器、連続槽型反応器や管型反応器のような流通式反応器のいずれを用いてもよい。また、触媒は、固定床、スラリー床等のいずれも適用することができる。第2反応塔7の温度は、反応形式に応じて変更可能であるが、ソックスレー抽出管及び冷却器を用いた還流の場合、反応管周辺を160〜200℃に加熱することが好ましい。炭酸エステルの製造装置では、脱水反応により生成する副生水を除去しながら行うことが望ましく、例えば、還流や蒸留、ゼオライト等の脱水剤を系内に設置して、副生水を除去しながら反応を行うことが望ましい。本発明者が鋭意検討した結果、ソックスレー抽出管及び冷却器を用いて、脱水剤としてゼオライト(モレキュラーシーブ)や水素化カルシウムを抽出管内に設置して、反応管に触媒、2−ピコリンアミド、有機溶媒を入れて、還流させて反応することで、2−シアノピリジンの生成量を向上させることが可能である。有機溶媒には沸点が130℃以上の物質が好ましく、例えば、クロロベンゼン、(o−,m−,p−)キシレン、メシチレンなどが挙げられる。
In the second reaction step, 2-cyanopyridine is produced in the
ソックスレー抽出管及び冷却器を用いた還流の場合、反応管周辺を160〜200℃に加熱する。各物質の融点は、110℃(2-ピコリンアミド)、24℃(2−シアノピリジン)、−45℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であり、また、沸点は143℃(2−ピコリンアミド)、212℃(2−シアノピリジン)、100℃(水)、165℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であることから、反応相は、触媒が固体以外はすべて液体となっており、一部気化した、2−ピコリンアミド、副生水、有機溶媒が冷却器で冷却され、副生水が脱水剤で吸着され、2−ピコリンアミド及び有機溶媒は反応管に戻り、再び反応に寄与する。 In the case of reflux using a Soxhlet extraction tube and a cooler, the periphery of the reaction tube is heated to 160 to 200 ° C. The melting point of each substance is 110 ° C. (2-picolinamide), 24 ° C. (2-cyanopyridine), −45 ° C. (organic solvent such as mesitylene), and the boiling point is 143 ° C. (2-picolinamide), Since it is 212 ° C. (2-cyanopyridine), 100 ° C. (water), 165 ° C. (organic solvent, for example, mesitylene), the reaction phase is all liquid except for the solid catalyst, and is partially vaporized. 2-picolinamide, by-product water, and organic solvent are cooled by a cooler, and by-product water is adsorbed by a dehydrating agent, and 2-picolinamide and the organic solvent return to the reaction tube and contribute to the reaction again.
反応後の溶液は、低圧スチーム等で2−ピコリンアミドの融点である103℃以上に加熱したまま、触媒分離塔8で触媒のみ分離して、使用済み触媒26として回収する。この際、通常のろ過などの固液分離方法により容易に回収することができる。触媒分離後は、系内に存在する各物質の沸点が、上述のようにそれぞれ異なることから、第3蒸留塔9にて蒸留することで、2−シアノピリジン13、有機溶媒27、2−ピコリンアミド28、水29に容易に分離することが可能であり、有機溶媒27、2−ピコリンアミド28は、第3反応塔7の前段に戻し、リサイクル利用することができる。また、精製した2−シアノピリジン13は、炭酸エステルの製造を行う第1反応塔1で再利用することができる。
The solution after the reaction is recovered as a used
また、図3は本発明の好適な設備の他の一例であり、図4は図3の設備での各工程における各物質の状態である。本設備は、未反応の一価アルコールが残留し、ピコリン酸メチルやカルバミン酸メチルの副生成物が生成してしまう反応条件の場合にも使用できる。基本的な構成は前述の図1の場合と同じであるが、第1抽出塔2で抽出された抽出液17には、炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、アルカン、一価アルコールの他、カルバミン酸メチルとピコリン酸メチルを含んでいる。第1蒸留塔3にて各物質の沸点が、90℃(例えば炭酸ジメチルの場合)、215℃(2−シアノピリジン)、69℃(例えばヘキサンの場合)、65℃(例えばメタノールの場合)、177℃(カルバミン酸メチル)、233℃(ピコリン酸メチル)であることを利用して、180℃程度まで段階的に温度上昇することで蒸留され、製品である炭酸エステル19、抽出に用いられたアルカンと未反応一価アルコールの混合物33、カルバミン酸メチル32に分離される。また、蒸留後、30〜100℃程度に冷却することで、融点が103℃であるピコリン酸メチルが固化することから、フィルター等で固液分離することができ、未反応の2−シアノピリジン20、ピコリン酸メチル31に分離することができる。また、アルカンと一価アルコールの混合物33は、大半がアルカンであるため、抽出用の溶媒として再利用が可能である。
FIG. 3 shows another example of the preferred equipment of the present invention, and FIG. 4 shows the state of each substance in each process in the equipment of FIG. This equipment can also be used in the case of reaction conditions where unreacted monohydric alcohol remains and byproducts of methyl picolinate and methyl carbamate are generated. The basic configuration is the same as in the case of FIG. 1 described above, but the
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定さ
れない。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
図1に示した製造装置を用いて、炭酸エステルの製造を行った。CeO2(第一稀元素製:不純物濃度0.02%以下)を873Kで空気雰囲気下、3時間焼成し、粉末状の固体触媒を得た。そこで、190mlのオートクレーブ(反応器)に磁気攪拌子、上記固体触媒(1mmol)、メタノール(100mmol)及び2−シアノピリジン(2−CP、50mmol)を導入し、約5gのCO2でオートクレーブ内の空気を3回パージした後、所定の量のCO2を導入・昇圧した。そのオートクレーブをバンドヒーター、ホットスターラーにより120℃まで攪拌しながら昇温し、目的の温度に達した時間を反応開始時間とした。120℃で12時間反応させた後、オートクレーブを水冷し、室温まで冷えたら減圧して内部標準物質の2−プロパノールを加え、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。このようにして、CO2の導入量及び反応圧力を変えて表1に示す試験No.1〜2の実験を行った。
Carbonate was produced using the production apparatus shown in FIG. CeO 2 (manufactured by the first rare element: impurity concentration of 0.02% or less) was calcined at 873 K in an air atmosphere for 3 hours to obtain a powdered solid catalyst. Therefore, a magnetic stir bar, the above solid catalyst (1 mmol), methanol (100 mmol) and 2-cyanopyridine (2-CP, 50 mmol) were introduced into a 190 ml autoclave (reactor), and about 5 g of CO 2 in the autoclave. After purging air three times, a predetermined amount of CO 2 was introduced and pressurized. The autoclave was heated to 120 ° C. with a band heater and a hot stirrer, and the time when the target temperature was reached was defined as the reaction start time. After reacting at 120 ° C. for 12 hours, the autoclave was cooled with water, and when cooled to room temperature, the pressure was reduced and 2-propanol as an internal standard substance was added, and the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography). Thus, test No. shown in Table 1 was changed by changing the amount of CO 2 introduced and the reaction pressure. 1-2 experiments were performed.
その結果、比較的低い圧力下の1MPaでも炭酸ジメチル(DMC)生成量が多く、メタノールベースでのDMC収率は、1MPa時に58%、5MPa時に86%で得られることが確認された。また副生物の2−ピコリンアミド(2−PA)の生成量はDMCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 As a result, it was confirmed that the amount of dimethyl carbonate (DMC) produced was large even at 1 MPa under a relatively low pressure, and the methanol-based DMC yield was 58% at 1 MPa and 86% at 5 MPa. The amount of 2-picolinamide (2-PA) produced as a by-product was almost the same as DMC, and no other by-products were detected.
ここで、メタノール(アルコール)ベースの収率は、化学量論比でアルコール:炭酸エステル=2:1であることから、以下の式により算出した。
次に、各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DMC、2−CP、メタノール、ヘキサンが、固体には、2−PAとCeO2が含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、120℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、DMC、2−CP、ヘキサン及びメタノールへと分離し、純度96%以上のDMCを回収することができた。また、固体成分中の2−PAとCeO2はアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeO2と2−PA及びアセトンを分離し、さらに2−PAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上の2−PAを回収できた。 Next, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. Liquids, DMC, 2-CP, methanol, hexane, the solid, include 2-PA and CeO 2. The liquid component after solvent extraction with hexane can be separated into DMC, 2-CP, hexane and methanol by distillation that gradually increases the temperature to about 120 ° C., and DMC with a purity of 96% or more can be recovered. It was. In addition, 2-PA and CeO 2 in the solid component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , 2-PA and acetone, and 2-PA and acetone are separated by distillation. As a result, 2-PA having a purity of 97% or more was recovered.
続いて、回収した2−PAから2−CPへの再生について以下に記す。担体となるSiO2(富士シリシア製、CARiACT、G−6、表面積:535m2/g)を100mesh以下に整粒し、700℃で約1時間、予備焼成した。その後、アルカリ金属としてNaを担持するために、最終的にNa金属担持量が0.5mmol/gとなるようにNa2CO3(関東化学製、特級)を用いて水溶液を調整し、SiO2に含浸した。その後、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して、Na2O/SiO2触媒を得た。そこで、試験管に磁気撹拌子、上記触媒(0.1g)、DMC生成で副生した2−PA、メシチレン(20ml)を導入し、モレキュラーシーブ4A(300℃で1時間事前乾燥)を充填したソックスレー抽出器、リービッヒ冷却器を接続し、冷却器の温度は10℃に、磁気撹拌装置は約200℃、600rpmに設定した。Arガスで冷却器、ソックスレー抽出管、試験管内をパージした後、溶液が蒸発し始めた時間を反応開始時間とし、500時間反応させた。反応後、試験管(溶液)を室温まで冷却し、反応溶液にエタノール20ml、内部標準物質としてアントラセン(0.1g)を加えて、サンプルを採取し、GC−MS(ガスクロマトグラフ−質量分析計)で定性分析、FID−GCで定量分析した。このようにして、表1に示すように試験No.1〜2を行ったところ、2−CPはそれぞれ26.6、37.8mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は90%、選択率は100%となった。
Subsequently, the recovery from recovered 2-PA to 2-CP will be described below. SiO 2 (manufactured by Fuji Silysia, CARiACT, G-6, surface area: 535 m 2 / g) serving as a carrier was sized to 100 mesh or less and pre-baked at 700 ° C. for about 1 hour. Thereafter, in order to carry the Na as the alkali metal, finally Na 2 CO 3 as Na amount of metal supported is 0.5 mmol / g (manufactured by Kanto Kagaku, special grade) was used to adjust the aqueous solution, SiO 2 Impregnated. Thereafter, about 6 hours drying at 110 ° C., and calcined at 500 ° C. for about 3 hours to obtain a Na 2 O /
上記試験後の固液共存物質を120℃の加熱下、フィルターでろ過して、液体と固体(触媒)を分離した。液体には、2−CP、水、未反応の2−PA、メシチレンが含まれる。この液体成分を、180℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、2−CP、水、未反応の2−PA、メシチレンへと分離し、純度98%以上の2−CPを回収することができた。また、分離した未反応の2−PAとメシチレンは、再び2−PAの脱水反応にリサイクル利用が可能である。 The solid-liquid coexisting substance after the test was filtered with a filter under heating at 120 ° C. to separate the liquid and the solid (catalyst). The liquid includes 2-CP, water, unreacted 2-PA, and mesitylene. The liquid component is separated into 2-CP, water, unreacted 2-PA, and mesitylene by distillation that gradually raises the temperature to about 180 ° C., and 2-CP having a purity of 98% or more is recovered. I was able to. The separated unreacted 2-PA and mesitylene can be reused again in the 2-PA dehydration reaction.
このようにして再生した2−CPを用いて、2回目のDMC生成反応を行った。反応条件は同じで、2−CPの量が50mmolとなるよう、1回目の反応で未反応だった2−CPと再生して得られた2−CPに、少量の新品の2−CPを追加した。その結果、1回目と同様に、DMCが高収率で得られることが確認され、また副生物の2−PAの生成量もDMCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 A second DMC formation reaction was performed using 2-CP regenerated in this manner. The reaction conditions were the same, and a small amount of new 2-CP was added to 2-CP that had been regenerated and 2-CP that had not been reacted in the first reaction so that the amount of 2-CP was 50 mmol. did. As a result, as in the first time, it was confirmed that DMC was obtained in a high yield, and the amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as DMC, and other by-products were not detected at all. There wasn't.
上記の結果から、反応開始時には、新品の2−CPが50mmol必要であるが、分離した未反応の2−CPと副生した2−PAから2−CPへと再生して再利用することにより、従来、DMCの生成に必要な2−CPのほとんどを削減することが可能となる。また、2−PAは医農薬の中間体としての利用方法もあり得るが、それ程使用量も多くなく、処分費用が大きくかかっていたところを9割以上削減可能となった。さらに、2−PAから2−CPへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DMC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。 From the above results, at the start of the reaction, 50 mmol of new 2-CP is required, but by regenerating from separated unreacted 2-CP and by-produced 2-PA to 2-CP for reuse. Conventionally, most of 2-CP necessary for generating DMC can be reduced. In addition, although 2-PA may be used as an intermediate for medicines and agrochemicals, the amount used is not so much, and it was possible to reduce more than 90% of the place where the disposal cost was high. Furthermore, when regenerating and distilling from 2-PA to 2-CP, the temperature is increased to about 180 ° C., so when reusing it for DMC production, this is supplied through a heated pipe. Heat can be used.
(実施例2)
一価アルコールでエタノール(100mmol)を用いること以外は、実施例1と同様にした。
Example 1 was repeated except that ethanol (100 mmol) was used as a monohydric alcohol.
表2の結果より、炭酸ジエチル(DEC)の場合もDMC程ではないが、エタノールベースでのDEC収率は、1MPa時に50%、5MPa時に81%で得られることが確認された。また副生物の2−PAの生成量はDECとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 From the results in Table 2, it was confirmed that diethyl carbonate (DEC) was obtained at a DEC yield of 50% at 1 MPa and 81% at 5 MPa, although not as high as DMC. The amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as DEC, and no other by-products were detected.
次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DEC、2−CP、エタノール、ヘキサンが、固体には、2−PAとCeO2が含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、130℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、DEC、2−CP、ヘキサン及びエタノールへと分離し、純度96%以上のDECを回収することができた。また、固定成分中の2−PAとCeO2はアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeO2と2−PA及びアセトンを分離し、さらに2−PAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上の2−PAを回収できた。 Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. Liquids, DEC, 2-CP, ethanol, hexane, the solid, include 2-PA and CeO 2. The liquid component after solvent extraction with hexane can be separated into DEC, 2-CP, hexane, and ethanol by distillation that gradually increases the temperature to about 130 ° C., and DEC with a purity of 96% or more can be recovered. It was. In addition, 2-PA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , 2-PA and acetone, and 2-PA and acetone are separated by distillation. As a result, 2-PA having a purity of 97% or more was recovered.
続いて、回収した2−PAから2−CPへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表2に示すように試験No.3〜4を行ったところ、2−CPはそれぞれ21.8、39.1mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は90%以上、選択率は100%となった。 Subsequently, regeneration from the recovered 2-PA to 2-CP was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 2, test no. When 3-4 were performed, 2-CP produced | generated 21.8 and 39.1 mmol, respectively. In all experiments, the byproduct was only water, yield was 90% or more, and selectivity was 100%.
上記試験後の固液共存物質についても実施例1と同様に各液体及び固体を分離し、純度98%以上の2−CPを回収することができた。 As for the solid-liquid coexisting substance after the test, each liquid and solid was separated in the same manner as in Example 1, and 2-CP having a purity of 98% or more could be recovered.
このようにして再生した2−CPを用いて、2回目のDEC生成反応を行った。実施例1と同様に反応条件は同じで、2−CPの量が50mmolとなるよう、未反応の2−CPと再生して得られた2−CPに、少量の新品の2−CPを追加した。その結果、1回目と同様に、DECが高収率で得られることが確認され、また副生物の2−PAの生成量もDECとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 Using the 2-CP regenerated in this way, a second DEC generation reaction was performed. The reaction conditions were the same as in Example 1, and a small amount of new 2-CP was added to 2-CP obtained by regeneration with unreacted 2-CP so that the amount of 2-CP was 50 mmol. did. As a result, as in the first time, it was confirmed that DEC was obtained in a high yield, and the amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as DEC, and other by-products were not detected at all. There wasn't.
一価アルコールがエタノールで、生成物がDECの場合も、従来、DECの生成に必要な2−CPのほとんどを削減することが可能となり、廃棄処分となっていた2−PAを9割以上削減可能となった。さらに、2−PAから2−CPへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DEC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。 Even when the monohydric alcohol is ethanol and the product is DEC, it is possible to reduce most of the 2-CP required to produce DEC and reduce 2-PA, which has been disposed of, by 90% or more. It has become possible. Furthermore, when regenerating and distilling from 2-PA to 2-CP, the temperature is raised to about 180 ° C., so when reusing it for DEC production, this is supplied through a heated pipe. Heat can be used.
(実施例3)
一価アルコールで1−プロパノール(100mmol)を用いて、24時間反応すること以外は、実施例1と同様にした。
Example 1 was repeated except that 1-propanol (100 mmol) was used as a monohydric alcohol and the reaction was performed for 24 hours.
表3の結果より、炭酸ジプロピル(DPC)の場合もDMC程ではないが、1−プロパノールベースでのDPC収率は、1MPa時に30.8%、5MPa時に45%で得られることが確認された。また副生物の2−PAの生成量はDPCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 From the results in Table 3, it was confirmed that the DPC yield based on 1-propanol was 30.8% at 1 MPa and 45% at 5 MPa, although not as much as DMC in the case of dipropyl carbonate (DPC). . The amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as DPC, and no other by-products were detected.
次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DPC、2−CP、1−プロパノール、ヘキサンが、固体には、2−PAとCeO2が含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、170℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、DPC、2−CP、ヘキサン、1−プロパノールへと分離し、純度96%以上のDPCを回収することができた。また、固定成分中の2−PAとCeO2はアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeO2と2−PA及びアセトンを分離し、さらに2−PAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上の2−PAを回収できた。
続いて、回収した2−PAから2−CPへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表3に示すように試験No.5〜6を行ったところ、2−CPはそれぞれ15.2、21.5mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は90%以上、選択率は100%となった。
Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. Liquids, DPC, 2-CP, 1-propanol, hexane, the solid, include 2-PA and CeO 2. The liquid component after solvent extraction with hexane is separated into DPC, 2-CP, hexane, and 1-propanol by distillation that gradually increases the temperature to about 170 ° C., and DPC with a purity of 96% or more is recovered. I was able to. In addition, 2-PA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , 2-PA and acetone, and 2-PA and acetone are separated by distillation. As a result, 2-PA having a purity of 97% or more was recovered.
Subsequently, regeneration from the recovered 2-PA to 2-CP was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 3, the test No. When 5 to 6 were performed, 15.2 and 21.5 mmol of 2-CP were produced, respectively. In all experiments, the byproduct was only water, yield was 90% or more, and selectivity was 100%.
上記試験後の固液共存物質についても実施例1と同様に各液体及び固体を分離し、純度98%以上の2−CPを回収することができた。 As for the solid-liquid coexisting substance after the test, each liquid and solid was separated in the same manner as in Example 1, and 2-CP having a purity of 98% or more could be recovered.
このようにして再生した2−CPを用いて、2回目のDPC生成反応を行った。実施例1と同様に反応条件は同じで、2−CPの量が50mmolとなるよう、未反応の2−CPと再生して得られた2−CPに、少量の新品の2−CPを追加した。その結果、1回目と同様に、DPCが高収率で得られることが確認され、また副生物の2−PAの生成量もDPCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 A second DPC generation reaction was performed using 2-CP regenerated in this manner. The reaction conditions were the same as in Example 1, and a small amount of new 2-CP was added to 2-CP obtained by regeneration with unreacted 2-CP so that the amount of 2-CP was 50 mmol. did. As a result, as in the first time, it was confirmed that DPC was obtained in a high yield, and the amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as DPC, and other by-products were not detected at all. There wasn't.
一価アルコールが1−プロパノールで、生成物がDPCの場合も、従来、DPCの生成に必要な2−CPのほとんどを削減することが可能となり、廃棄処分となっていた2−PAを9割以上削減可能となった。さらに、2−PAから2−CPへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DPC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。 Even in the case where the monohydric alcohol is 1-propanol and the product is DPC, it is possible to reduce most of 2-CP required for the production of DPC. More reductions were possible. Furthermore, when regenerating and distilling from 2-PA to 2-CP, the temperature is raised to about 180 ° C., so when reusing it for DPC production, this is supplied through a heated pipe. Heat can be used.
(実施例4)
一価アルコールで1−ブタノール(100mmol)を用いて、24時間反応すること以外は、実施例1と同様にした。
Example 1 was repeated except that 1-butanol (100 mmol) was used as a monohydric alcohol and the reaction was performed for 24 hours.
表3の結果より、炭酸ジブチル(DBC)の場合もDMC程ではないが、1−ブタノールベースでのDBC収率は、1MPa時に29.0%、5MPa時に40.6%で得られることが確認された。また副生物の2−PAの生成量はDBCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 From the results in Table 3, it is confirmed that the yield of DBC based on 1-butanol is 29.0% at 1 MPa and 40.6% at 5 MPa, although not as high as DMC in the case of dibutyl carbonate (DBC). It was done. The amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as that of DBC, and no other by-products were detected.
次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DBC、2−CP、1−ブタノール、ヘキサンが、固体には、2−PAとCeO2が含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、まず、120℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、ヘキサン、1−ブタノールを分離し、その後、約0℃まで冷却することで、2−CPを析出させ、純度96%以上のDBCを回収することができた。また、固定成分中の2−PAとCeO2はアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeO2と2−PA及びアセトンとを分離し、さらに2−PAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上の2−PAを回収できた。 Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid includes DBC, 2-CP, 1-butanol, and hexane, and the solid includes 2-PA and CeO 2 . The liquid component after solvent extraction with hexane first separates hexane and 1-butanol by distillation that gradually raises the temperature to about 120 ° C., and then cools to about 0 ° C. As a result, DBC having a purity of 96% or more was recovered. In addition, 2-PA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , 2-PA and acetone, and 2-PA and acetone are each distilled. The 2-PA having a purity of 97% or more was recovered.
続いて、回収した2−PAから2−CPへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表3に示すように試験No.7〜8を行ったところ、2−CPはそれぞれ14.1、20.3mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は90%以上、選択率は100%となった。 Subsequently, regeneration from the recovered 2-PA to 2-CP was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 3, the test No. When 7 to 8 were performed, 14.1 and 20.3 mmol of 2-CP were produced, respectively. In all experiments, the byproduct was only water, yield was 90% or more, and selectivity was 100%.
上記試験後の固液共存物質についても実施例1と同様に各液体及び固体を分離し、純度98%以上の2−CPを回収することができた。 As for the solid-liquid coexisting substance after the test, each liquid and solid was separated in the same manner as in Example 1, and 2-CP having a purity of 98% or more could be recovered.
このようにして再生した2−CPを用いて、2回目のDBC生成反応を行った。実施例1と同様に反応条件は同じで、2−CPの量が50mmolとなるよう、未反応の2−CPと再生して得られた2−CPに、少量の新品の2−CPを追加した。その結果、1回目と同様に、DBCが高収率で得られることが確認され、また副生物の2−PAの生成量もDBCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 A second DBC formation reaction was performed using 2-CP regenerated in this manner. The reaction conditions were the same as in Example 1, and a small amount of new 2-CP was added to 2-CP obtained by regeneration with unreacted 2-CP so that the amount of 2-CP was 50 mmol. did. As a result, as in the first time, it was confirmed that DBC was obtained in a high yield, and the amount of 2-PA produced as a by-product was almost the same as DBC, and other by-products were not detected at all. There wasn't.
一価アルコールが1−ブタノールで、生成物がDBCの場合も、従来、DBCの生成に必要な2−CPのほとんどを削減することが可能となり、廃棄処分となっていた2−PAを9割以上削減可能となった。さらに、2−PAから2−CPへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DBC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。 Even in the case where the monohydric alcohol is 1-butanol and the product is DBC, it is possible to reduce most of 2-CP required for the production of DBC in the past, and 90% of 2-PA, which has been disposed of, is discarded. More reductions were possible. Furthermore, when regenerating from 2-PA to 2-CP and distilling, the temperature is increased to about 180 ° C., so when reusing it for DBC production, it is supplied through a heated pipe. Heat can be used.
(実施例5)
回収した2−PAから2−CPへの再生での触媒調製において、SiO2担体に担持するアルカリ金属を、K、Rb、Csとし、試薬も関東化学製の特級を用いること以外は、実施例1と同様にNO.9〜14の試験を行った。
In the catalyst preparation in the regeneration from the recovered 2-PA to 2-CP, the examples except that the alkali metal supported on the SiO 2 carrier is K, Rb, Cs, and the reagent is a special grade manufactured by Kanto Chemical. No. 1 as well as NO. 9-14 tests were conducted.
表5の結果より、アルカリ金属をK、Rb、Csとした場合も、収率は90%前後で選択率は100%となることがわかった。 From the results of Table 5, it was found that when the alkali metal was K, Rb, or Cs, the yield was around 90% and the selectivity was 100%.
(実施例6)
回収した2−PAから2−CPへの再生での触媒調製において、最終的にNa金属担持量とK金属担持量の総量が0.5mmol/gとなるようにNa2CO3(関東化学製、特級)とK2CO3(関東化学製、特級)を用いて、モル比を変化させて水溶液を調整し、SiO2に含浸した。その後、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して、Na2O-K2O/SiO2触媒を得た。Na2O-K2O/SiO2触媒を用いること以外は実施例1と同様にNO.15〜22の試験を行った。その結果、表6に示すように、いずれのモル比でも、2−CPは生成し、副生物は水しかなく、収率は90%前後、選択率は100%となった。以上の結果から、市場の価格に応じて、アルカリ金属の使用量を変化させることが可能であることがわかった。
(Example 6)
In catalyst preparation in the regeneration from recovered 2-PA to 2-CP, Na 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was made so that the total amount of Na metal loading and K metal loading was finally 0.5 mmol / g. , Special grade) and K 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) were used to adjust the aqueous solution by changing the molar ratio and impregnated with SiO 2 . Thereafter, about 6 hours drying at 110 ° C., and calcined at 500 ° C. for about 3 hours to obtain a Na 2 O-K 2 O /
(実施例7)
回収した2−PAから2−CPへの再生での触媒調製において、最終的なNa金属担持量が表7に示すようにし、反応圧力を1MPaのみとする以外は、実施例1と同様にNO.15〜22の試験を行った。その結果、表7に示すように、Na担持量は0.1〜1mmolでは高い活性を示し、0.5mmol程度が好適な担持量であることがわかった。一方、担持量を多くしすぎると、活性が低下することが確認され、これは、Na酸化物が多量に担持されることで、SiO2担体の構造が変化し、表面積が大きく低下し、Na酸化物も大きな凝集体となっているためと推察した。
(Example 7)
In the catalyst preparation in the regeneration from recovered 2-PA to 2-CP, NO is the same as in Example 1 except that the final amount of supported Na metal is as shown in Table 7 and the reaction pressure is only 1 MPa. . 15-22 tests were conducted. As a result, as shown in Table 7, it was found that the amount of Na supported was high at 0.1 to 1 mmol, and about 0.5 mmol was a suitable supported amount. On the other hand, it is confirmed that when the loading amount is too large, the activity is lowered. This is because the structure of the SiO 2 carrier is changed due to the loading of a large amount of Na oxide, and the surface area is greatly reduced. It was assumed that the oxide was also a large aggregate.
なお、上記実施例1〜3では、2−PAから2−CPへの再生反応において、Na2O/SiO2触媒を用いたが、アルカリ金属として、Na、K、Rb、Csのいずれか1種類または2種類を、最終的に0.5mmol/gとなるように水溶液を調整後、SiO2に含浸し、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して得られる触媒を用いても、同様の効果が得られた。また、担体にはSiO2以外にも、CeO2、ZrO2、CeO2−ZrO2を用いても、同様の効果が得られた。
In Examples 1 to 3, the Na 2 O / SiO 2 catalyst was used in the regeneration reaction from 2-PA to 2-CP, but any one of Na, K, Rb, and Cs was used as the alkali metal. A catalyst obtained by adjusting an aqueous solution so that the final or two types are 0.5 mmol / g is impregnated in SiO 2 , dried at 110 ° C. for about 6 hours, and calcined at 500 ° C. for about 3 hours. Even if it used, the same effect was acquired. Also, the carrier in addition to SiO 2, even with CeO 2, ZrO 2, CeO 2 -
(比較例1)
DMC製造反応において、水和剤としてアセトニトリル(AN、300mmol)を導入し、150℃で24時間反応させること以外は、実施例1と同様にした。
In the DMC production reaction, the same procedure as in Example 1 was carried out except that acetonitrile (AN, 300 mmol) was introduced as a wettable powder and allowed to react at 150 ° C. for 24 hours.
表8の結果より、ANの用いると2−CPの場合と比較して、DMC生成量が約1/10と低くなり、メタノールベースでのDMC収率は、0.5MPa時に8.2%が最高であることから、本発明の方が高効率であることがわかった。また副生物のアセトアミド(AA)の生成量はDMCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。 From the results in Table 8, when AN is used, the amount of DMC produced is about 1/10 lower than that of 2-CP, and the DMC yield based on methanol is 8.2% at 0.5 MPa. The best results indicate that the present invention is more efficient. The amount of by-product acetamide (AA) produced was almost the same as that of DMC, and no other by-products were detected.
次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DMC、未反応のAN、メタノール、ヘキサンが、固体には、AAとCeO2が含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、ANの融点と沸点がそれぞれ−45℃と82℃であることから、蒸留ではDMCとANとを分離することができないため、一旦−30〜0℃に冷却し、析出したDMCを分離することは可能である。その後、70℃程度まで温度を上昇させて蒸留した際、メタノールとヘキサンの混合物と未反応ANとを分離でき、未反応ANは、DMC生成反応へと再利用可能であるが、メタノールとヘキサンの混合物中に含まれるメタノール濃度が高いため、抽出用の溶媒として再利用が難しく、廃棄処理する必要がある。また、固定成分中のAAとCeO2はアセトン100mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeO2とAA及びアセトンを分離し、さらにAAとアセトンは70℃程度まで加熱した蒸留により、それぞれ分離し、純度95%以上のAAを回収できた。 Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid contains DMC, unreacted AN, methanol, and hexane, and the solid contains AA and CeO 2 . Since the liquid component after solvent extraction with hexane has a melting point and boiling point of AN of −45 ° C. and 82 ° C., respectively, DMC and AN cannot be separated by distillation, so it is once cooled to −30 to 0 ° C. It is possible to separate the precipitated DMC. Thereafter, when distillation is performed by raising the temperature to about 70 ° C., a mixture of methanol and hexane and unreacted AN can be separated. The unreacted AN can be reused for the DMC formation reaction. Since the concentration of methanol contained in the mixture is high, it is difficult to reuse it as a solvent for extraction, and it is necessary to dispose of it. In addition, AA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 100 ml of acetone and filtered through a filter to separate CeO 2 , AA and acetone, and AA and acetone are separated by distillation heated to about 70 ° C. As a result, AA having a purity of 95% or more was recovered.
続いて、回収したAAからANへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表8に示すように試験No.31〜32を行ったところ、ほとんど反応しなかった。これは、固体触媒が塩基性であるのに対し、AAが酸性であることから、固体触媒上の活性点をAAが被毒することになり、反応が進行しないと考えられる。 Subsequently, regeneration from the collected AA to AN was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 8, test no. When 31-32 were performed, there was almost no reaction. This is considered that since the solid catalyst is basic while AA is acidic, AA poisons the active sites on the solid catalyst and the reaction does not proceed.
したがって、副生したAAを脱水して、ANを再生することはできなかったため、2回目のDMC生成反応は、未反応のANに新品のANを追加し、ANの量が300mmolとなるようにして、150℃で24時間反応させること以外は、実施例1と同様に反応させた。その結果、1回目と同様に、2−CPの場合と比較して、DMC生成量が約1/10と低くなり、メタノールベースでのDMC収率は、0.5MPa時に8.0%が最高となった。 Therefore, since the AA produced as a by-product could not be dehydrated and the AN could not be regenerated, the second DMC formation reaction was performed by adding new AN to the unreacted AN so that the amount of AN was 300 mmol. The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reaction was performed at 150 ° C. for 24 hours. As a result, similarly to the first time, the amount of DMC produced was reduced to about 1/10 compared to the case of 2-CP, and the DMC yield based on methanol was the highest at 8.0% at 0.5 MPa. It became.
(比較例2)
2−PAから2−CPへの再生工程、再生工程後の分離工程を行わないこと以外は、実施例1と同様の条件で試験NO.34〜35を行った。その結果、純度96%以上のDMCと、純度97%以上の2−PAを回収できたが、2−PAは利用用途がほとんどなく、産業廃棄物として処理することとなった。また、2回目のDMC生成反応には、新規に少なくとも29.2または42.0mmolの2−CPが必要となり、原料コストの増加にも繋がった。
Test NO. 2 was performed under the same conditions as in Example 1 except that the regeneration step from 2-PA to 2-CP and the separation step after the regeneration step were not performed. 34-35 was performed. As a result, DMC having a purity of 96% or more and 2-PA having a purity of 97% or more could be recovered. However, 2-PA had almost no use and was treated as industrial waste. In addition, the second DMC production reaction newly required at least 29.2 or 42.0 mmol of 2-CP, which led to an increase in raw material costs.
(比較例3)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒として、100mesh以下に整粒し、700℃で約1時間、予備焼成したSiO2(富士シリシア製、CARiACT、G−6、表面積:535m2/g)のみを用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表10(NO.36)に示すように、2−CPは0.05mmolしか生成せず、非常に活性が低かった。
(Comparative Example 3)
In the regeneration reaction from the recovered 2-PA to 2-CP, SiO 2 (size of 100 mesh or less and pre-calcined at 700 ° C. for about 1 hour as a catalyst (carried by Fuji Silysia, CARiACT, G-6, surface area: 535 m 2 / g) was used, and the same procedure as in Example 1 was performed except that the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 10 (NO. 36), 2-CP produced only 0.05 mmol, and the activity was very low.
(比較例4)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒として、Na2CO3(関東化学製、特級)のみを1mmol用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表10(NO.37)に示すように、2−CPは全く生成しなかった。
(Comparative Example 4)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, the same as in Example 1 except that 1 mmol of Na 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is used as the catalyst and the reaction pressure is only 1 MPa. I made it. As a result, as shown in Table 10 (NO. 37), 2-CP was not produced at all.
(比較例5)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒として、K2CO3(関東化学製、特級)のみを1mmol用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表10(NO.38)に示すように、2−CPは全く生成しなかった。
(Comparative Example 5)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, the same as in Example 1 except that 1 mmol of K 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) is used as the catalyst, and the reaction pressure is only 1 MPa. I made it. As a result, as shown in Table 10 (NO. 38), 2-CP was not produced at all.
(比較例6)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒として、Rb2CO3(関東化学製)のみを1mmol用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表10(NO.39)に示すように、2−CPはほとんど生成しなかった。
(Comparative Example 6)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, the same procedure as in Example 1 was performed except that 1 mmol of Rb 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was used as the catalyst and the reaction pressure was only 1 MPa. . As a result, as shown in Table 10 (NO. 39), 2-CP was hardly generated.
(比較例7)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒として、Cs2CO3(関東化学製、4N)のみを1mmol用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表10(NO.40)に示すように、2−CPは0.01mmolしか生成せず、非常に活性が低かった。
以上の結果より、SiO2担体にアルカリ金属酸化物を担持した触媒が、2−PAからの2−CPへの再生には効果的であることがわかった。
(Comparative Example 7)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, the same as Example 1 except that only 1 mmol of Cs 2 CO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., 4N) was used as the catalyst, and the reaction pressure was only 1 MPa. I made it. As a result, as shown in Table 10 (NO. 40), 2-CP produced only 0.01 mmol and was very low in activity.
From the above results, it was found that a catalyst having an alkali metal oxide supported on a SiO 2 carrier is effective for the regeneration from 2-PA to 2-CP.
(比較例8)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒調製で、最終的にCa金属担持量が0.5mmol/gとなるようにCaCO3(関東化学製、特級)を用いて水溶液を調整し、SiO2に含浸した。その後、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して、CaO/SiO2触媒を得た。CaO/SiO2触媒を用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は実施例1と同様にした。その結果、表11(NO.41)に示すように、2−CPは0.11mmolしか生成せず、非常に活性が低かった。
(Comparative Example 8)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, an aqueous solution is prepared using CaCO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) so that the final amount of supported Ca metal is 0.5 mmol / g in catalyst preparation. Prepared and impregnated with SiO 2 . Thereafter, about 6 hours drying at 110 ° C., and calcined at 500 ° C. for about 3 hours to obtain a CaO / SiO 2 catalyst. The same procedure as in Example 1 was performed except that a reaction pressure was set to 1 MPa only using a CaO / SiO 2 catalyst. As a result, as shown in Table 11 (NO. 41), 2-CP produced only 0.11 mmol and was very low in activity.
(比較例9)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒調製で、最終的にBa金属担持量が0.5mmol/gとなるようにBaCO3(関東化学製、特級)を用いて水溶液を調整し、SiO2に含浸した。その後、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して、BaO/SiO2触媒を得た。BaO/SiO2触媒を用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は実施例1と同様にした。その結果、表11(NO.42)に示すように、2−CPは0.13mmolしか生成せず、非常に活性が低かった。
以上の結果から、アルカリ金属酸化物と同様に塩基性となるアルカリ土類金属酸化物を担持した触媒では、活性が低いことが確認でき、SiO2にアルカリ金属酸化物を担持した触媒が、有効であることがわかった。
(Comparative Example 9)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, an aqueous solution is prepared using BaCO 3 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) so that the final amount of supported Ba metal is 0.5 mmol / g in the catalyst preparation. Prepared and impregnated with SiO 2 . Thereafter, about 6 hours drying at 110 ° C., and calcined at 500 ° C. for about 3 hours to obtain a BaO / SiO 2 catalyst. The same procedure as in Example 1 was performed except that a BaO / SiO 2 catalyst was used and the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 11 (NO. 42), 2-CP produced only 0.13 mmol, and the activity was very low.
From the above results, it can be confirmed that the catalyst supporting the alkaline earth metal oxide that is basic as well as the alkali metal oxide has low activity, and the catalyst supporting the alkali metal oxide on SiO 2 is effective. I found out that
(比較例10)
回収した2−PAから2−CPへの再生反応において、触媒調製で、最終的にV金属担持量が0.5mmol/gとなるようにNH4VO3(Sigma-Aldrich製)を用いて水溶液を調整し、SiO2に含浸した。その後、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して、V2O5/SiO2触媒を得た。V2O5/SiO2触媒を用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は実施例1と同様にした。その結果、表11(NO.43)に示すように、2−CPは0.11mmolしか生成せず、比較例2のSiO2のみの場合と同レベルで非常に活性が低かった。
(Comparative Example 10)
In the regeneration reaction from recovered 2-PA to 2-CP, an aqueous solution was prepared using NH 4 VO 3 (manufactured by Sigma-Aldrich) so that the amount of V metal supported was finally 0.5 mmol / g in catalyst preparation. Was adjusted and impregnated with SiO 2 . Thereafter, about 6 hours drying at 110 ° C., and calcined at 500 ° C. for about 3 hours, to obtain a V 2 O 5 / SiO 2 catalyst. The same procedure as in Example 1 was conducted except that a V 2 O 5 / SiO 2 catalyst was used and the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 11 (NO. 43), 2-CP produced only 0.11 mmol, and the activity was very low at the same level as in the case of only SiO 2 in Comparative Example 2.
以上の結果から、ベンズアミドの脱水反応では活性の高いV系の触媒を、2−ピコリンアミドの脱水反応に使用しても、ほとんど反応が進行しないことがわかった。 From the above results, it was found that even when a V-type catalyst having high activity in the dehydration reaction of benzamide was used for the dehydration reaction of 2-picolinamide, the reaction hardly proceeded.
(実施例8)
回収した2−PAから2−CPへの再生での触媒調製において、担体にCeO2(第一稀元素製、HS、表面積:74m2/g)を100mesh以下に整粒し、500℃で約3時間、予備焼成したものを用い、担体に担持する金属をCsとし、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表12(NO.44)に示すように、2−CPは11.2mmol生成した。副生物は水しかなく、収率は38.0%、選択率は100%となった。
(Example 8)
In catalyst preparation by regeneration from recovered 2-PA to 2-CP, CeO 2 (manufactured by 1st rare element, HS, surface area: 74 m 2 / g) is sized to 100 mesh or less on the support, and about 500 ° C. The same procedure as in Example 1 was performed except that the pre-fired material was used for 3 hours, the metal supported on the carrier was Cs, and the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 12 (NO. 44), 11.2 mmol of 2-CP was generated. By-product was only water, yield was 38.0%, and selectivity was 100%.
(実施例9)
回収した2−PAから2−CPへの再生での触媒調製において、担体にZrO2(第一稀元素製、HS、表面積:88m2/g)を100mesh以下に整粒し、500℃で約3時間、予備焼成したものを用い、担体に担持する金属をCsとし、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表12(NO.45)に示すように、2−CPは10.5mmol生成した。副生物は水しかなく、収率は35.6%、選択率は100%となった。
Example 9
In catalyst preparation by regeneration from recovered 2-PA to 2-CP, ZrO 2 (manufactured by 1st rare element, HS, surface area: 88 m 2 / g) is sized to 100 mesh or less on the support, and about 500 ° C. The same procedure as in Example 1 was performed except that the pre-fired material was used for 3 hours, the metal supported on the carrier was Cs, and the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 12 (NO. 45), 10.5 mmol of 2-CP was produced. The byproduct was only water, yield was 35.6%, and selectivity was 100%.
(実施例10)
回収した2−PAから2−CPへの再生での触媒調製において、担体としてCeO2−ZrO2固溶体を用いるため、Ce(NO3)3(関東化学製)とZr(NO3)4(関東化学製)をCeが20原子量%となるように溶解させた溶液にNaOH水溶液を導入して沈殿物を生成させた後、この沈殿物を濾過、水洗し、1000℃で空気雰囲気下、3時間焼成後、粉末状の固溶体(表面積:65m2/g)を得た。本固溶体を100mesh以下に整粒し、500℃で約3時間、予備焼成したものを用い、担体に担持する金属をCsとし、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表12(NO.46)に示すように、2−CPは12.3mmol生成した。副生物は水しかなく、収率は41.7%、選択率は100%となった。
(Example 10)
Since CeO 2 —ZrO 2 solid solution is used as a support in the catalyst preparation in the regeneration from recovered 2-PA to 2-CP, Ce (NO 3 ) 3 (manufactured by Kanto Chemical) and Zr (NO 3 ) 4 (Kanto) (Chemical) was dissolved in a solution of Ce at 20 atomic% to introduce an aqueous NaOH solution to form a precipitate. The precipitate was filtered and washed with water at 1000 ° C. in an air atmosphere for 3 hours. After firing, a powdered solid solution (surface area: 65 m 2 / g) was obtained. This solid solution is sized to 100 mesh or less, pre-baked at 500 ° C. for about 3 hours, the metal supported on the carrier is Cs, and the reaction pressure is only 1 MPa, as in Example 1. did. As a result, as shown in Table 12 (NO. 46), 12.3 mmol of 2-CP was produced. By-product was only water, yield was 41.7%, and selectivity was 100%.
以上の結果から、2−PAから2−CPへの再生固定における触媒として、担体にCeO2、ZrO2、CeO2−ZrO2を用いても、有効であることがわかった。 From the above results, it was found that it is effective to use CeO 2 , ZrO 2 , or CeO 2 —ZrO 2 as a support as a catalyst for regeneration and fixation from 2-PA to 2-CP.
(実施例11)
回収した2−PAから2−CPへの再生工程において、有機溶媒にメシチレンの代わりにo−キシレン(20ml)を用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表13(NO.47)に示すように、2−CPは9.5mmol生成した。副生物は水しかなく、収率は32.2%、選択率は100%となった。
In the regeneration step from the recovered 2-PA to 2-CP, the same procedure as in Example 1 was performed except that o-xylene (20 ml) was used instead of mesitylene as the organic solvent and the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 13 (NO. 47), 9.5 mmol of 2-CP was generated. By-product was only water, yield was 32.2%, and selectivity was 100%.
以上の結果から、有機溶媒にo−キシレンを用いても、比較例3〜10に示すような、SiO2担体のみ、アルカリ金属のみ(炭酸塩)、アルカリ土類金属担持SiO2触媒、V系触媒よりも、高い収率で反応することがわかった。なお、m−キシレン、p−キシレンでも同様の効果が得られた。 From the above results, even when o-xylene is used as the organic solvent, as shown in Comparative Examples 3 to 10, only the SiO 2 carrier, only the alkali metal (carbonate), alkaline earth metal-supported SiO 2 catalyst, V system It was found that the reaction was higher in yield than the catalyst. Similar effects were obtained with m-xylene and p-xylene.
1 第1反応塔、2 第1抽出塔、3 第1蒸留塔、4 第2抽出塔、5 第2蒸留塔、6 触媒再生塔、7 第2反応塔、8 触媒分離塔、9 第3蒸留塔、10 CO2昇圧ブロワー、11 CO2、12 一価アルコール、13 2−シアノピリジン、14 固体触媒、15 反応液、16 アルカン、17、21 抽出液、18 固相物質、19 炭酸エステル、20 未反応2−シアノピリジン、22 使用済固体触媒、23 2−ピコリンアミド、24 親水性溶媒、25 固体触媒、26 使用済固体触媒、27 有機溶媒、28 未反応2−ピコリンアミド、29 水、30 ろ過塔、31 ピコリン酸メチル、32 カルバミン酸メチル、33 アルカン及び未反応一価アルコール 1 first reaction tower, 2 first extraction tower, 3 first distillation tower, 4 second extraction tower, 5 second distillation tower, 6 catalyst regeneration tower, 7 second reaction tower, 8 catalyst separation tower, 9 third distillation Tower, 10 CO 2 pressure blower, 11 CO 2 , 12 monohydric alcohol, 13 2-cyanopyridine, 14 solid catalyst, 15 reaction solution, 16 alkane, 17, 21 extract, 18 solid phase material, 19 carbonate ester, 20 Unreacted 2-cyanopyridine, 22 used solid catalyst, 23 2-picolinamide, 24 hydrophilic solvent, 25 solid catalyst, 26 used solid catalyst, 27 organic solvent, 28 unreacted 2-picolinamide, 29 water, 30 Filtration tower, 31 methyl picolinate, 32 methyl carbamate, 33 alkane and unreacted monohydric alcohol
Claims (14)
前記第1の反応工程から前記2−ピコリンアミドを分離した後、当該2−ピコリンアミドを、アルカリ金属を担持した触媒存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応することにより、2−シアノピリジンに再生する第2の反応工程を有し、
前記第2の反応工程におけるアルカリ金属を担持した触媒は、SiO 2 、CeO 2 、ZrO 2 のいずれか1種又は2種以上から成る触媒担体を、水分を除去するために焼成した後の触媒担体上に、アルカリ金属酸化物を1種又は2種以上担持した触媒であり、
前記第2の反応工程で再生した2−シアノピリジンを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする炭酸エステルの製造方法。 In the presence of one or both of the solid catalyst of CeO 2 and ZrO 2 and 2-cyanopyridine, a monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted to form a carbonate and water, and the 2-cyanopyridine and A first reaction step of generating 2-picolinamide by a hydration reaction with the generated water;
By separating the 2-picolinamide from the first reaction step, the 2-picolinamide is dehydrated by heating in the presence of an alkali metal-supported catalyst and in the presence of an organic solvent. A second reaction step for regenerating to 2-cyanopyridine,
The catalyst carrying an alkali metal in the second reaction step is a catalyst carrier obtained by calcining a catalyst carrier composed of one or more of SiO 2 , CeO 2 , and ZrO 2 to remove moisture. Above, a catalyst carrying one or more alkali metal oxides,
A method for producing a carbonate, wherein 2-cyanopyridine regenerated in the second reaction step is used in the first reaction step.
当該第1の反応工程から排出される炭酸エステル、2−ピコリンアミド、未反応の2−シアノピリジン、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及び2−ピコリンアミドとに分離する第1の分離工程と、
前記第1の分離工程の固液分離後の液相の炭酸エステル、未反応の2−シアノピリジン、及びアルカンをそれぞれに分離する第2の分離工程と、
前記第1の分離工程の固液分離後の固相の固体触媒及び2−ピコリンアミドを、親水性溶媒で抽出した後に固液分離し、液相の2−ピコリンアミド及び親水性溶媒と、固相の固体触媒とに分離する第3の分離工程と、
当該第3の分離工程で分離された2−ピコリンアミドを、アルカリ金属を担持した触媒存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応させ、2−シアノピリジンを生成する第2の反応工程と、
当該第2の反応工程から排出される2−シアノピリジン、未反応の2−ピコリンアミド、及びアルカリ金属を担持した触媒を、濾過して、固相のアルカリ金属を担持した触媒を分離する第4の分離工程と、
当該第4の分離工程で分離後に残った2−シアノピリジン、2−ピコリンアミド、有機溶媒、水をそれぞれに分離する第5の分離工程と、を有し、
前記第5の分離工程で分離された2−シアノピリジンを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする請求項1に記載の炭酸エステルの製造方法。 And one or both of the solid catalyst of CeO 2 and ZrO 2, and monohydric alcohol, and carbon dioxide are reacted by mixing the 2-cyanopyridine, first to produce the carbonic acid ester and 2-picoline amide Reaction process of
The carbonate ester, 2-picolinamide, unreacted 2-cyanopyridine, and the solid catalyst discharged from the first reaction step are subjected to solvent extraction with alkane and then subjected to solid-liquid separation to obtain a liquid phase carbonate ester, A first separation step of separating the 2-cyanopyridine and alkane of the reaction into the solid catalyst and 2-picolinamide in solid phase;
A second separation step of separating the liquid phase carbonate after solid-liquid separation in the first separation step, unreacted 2-cyanopyridine, and alkane, respectively;
The solid-phase solid catalyst and 2-picolinamide after the solid-liquid separation in the first separation step are extracted with a hydrophilic solvent and then solid-liquid separated, and the liquid-phase 2-picolinamide and the hydrophilic solvent are solidified. A third separation step for separating into a solid catalyst of the phase;
The 2-picolinamide separated in the third separation step is dehydrated by heating in the presence of an alkali metal-supported catalyst and in the presence of an organic solvent to produce 2-cyanopyridine. Reaction process of
A catalyst supporting 2-cyanopyridine, unreacted 2-picolinamide, and alkali metal discharged from the second reaction step is filtered to separate a catalyst supporting a solid phase alkali metal. Separation process of
And a fifth separation step of separating 2-cyanopyridine, 2-picolinamide, an organic solvent, and water remaining after separation in the fourth separation step,
The method for producing a carbonate ester according to claim 1, wherein 2-cyanopyridine separated in the fifth separation step is used in the first reaction step.
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