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JPH0121138B2 - - Google Patents
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JPH0121138B2 - - Google Patents

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JPH0121138B2
JPH0121138B2 JP61168874A JP16887486A JPH0121138B2 JP H0121138 B2 JPH0121138 B2 JP H0121138B2 JP 61168874 A JP61168874 A JP 61168874A JP 16887486 A JP16887486 A JP 16887486A JP H0121138 B2 JPH0121138 B2 JP H0121138B2
Authority
JP
Japan
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methanol
reaction
dimethoxyethane
dimethyl ether
catalyst
Prior art date
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Expired
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JP61168874A
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Japanese (ja)
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JPS6327445A (en
Inventor
Kaoru Fujimoto
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KAIHATSU KENKYUSHO IND RES
Original Assignee
KAIHATSU KENKYUSHO IND RES
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、メタノールからジメチルエーテル
およびジメトキシエタンを経てエチレングリコー
ルを合成する過程において、中間生成物であるジ
メチルエーテルからジメトキシエタンを生成させ
る工業的に有用な方法に関するものである。 メタノールは、天然ガスから、すでに確立され
ている技術を使つて大量に生産され、原料天然ガ
スの価格の低下もあつて、容易かつ安価に入手可
能であり、燃料としての利用を含む広範囲の用途
の開発が検討されている。その一環として、メタ
ノールからのエチレングリコールの合成が注目さ
れ、すでにいくつかの方法が提案されている。 (1) メタノールの2量化による方法 メタノールのメチル基を脱水素して2量化し
たものがエチレングリコールに相当するので、
この反応を直接行うことが研究されている。例
えばメタノールに放射線を照射して脱水素2量
化させる方法(B.Ya.Ladygin et al.、
Kinetics and Cata lysis、、779(1960))、
ロジウム、パラジウムなどの白金族金属錯体を
触媒とし、さらに光を照射してメタノールを脱
水素2量化させる方法(山本他、第50回触媒討
論会、P290(1982))、あるいは無触媒下800℃
程度の高温でメタノールと酸素を反応させて酸
化脱水素カツプリングさせる方法(J.B.
Cropley、米国特許第4345104号)などが提案
されている。これらの方法はメタノールをその
まま反応させるため単純な方法ではあるが、い
ずれも反応性の高い水酸基が保護されていない
ため副反応が進行し易く、高い選択率は得られ
ない。また光、放射線などは本反応が連鎖反応
でないため、経済性の観点から著しく不利であ
ると同時に安全性の点からも好ましいとはいえ
ない。 反応性の高い水酸基を保護した後カツプリン
グさせる試みとしてはメタノールとトリアルキ
ルシラノールより成るメチルトリアルキルシリ
ルエーテルを合成し、これをジtert−ブチルペ
ルオキシドと反応させて、酸化カツプリングさ
せる方法(特開昭53−73506)が提案されてい
るが、高価な過酸化物を化学量論的に消費する
ことおよびメタノールからエチレングリコール
生成の際多量のトリアルキルシラノールを循環
させることなど経済的には実用性を持ち難い。 (2) ホルムアルデヒドを経由する方法 メタノールを脱水素してホルムアルデヒドと
し、これをエチレングリコールに変換する方法
もいくつか知られているが、高い圧力、あるい
は強酸の触媒作用を必要とするために、工業化
は困難である。このような事情から、メタノー
ルからエチレングリコールを合成するための工
業的に有利な方法の開発が強く望まれている。 この発明の目的は、メタノールからエチレン
グリコールを合成する過程において、ジメチル
エーテルからジメトキシエタンを生成させるた
めの工業的に有利な方法を提供することであ
る。 この発明が適用されるエチレングリコールの
合成過程において、メタノールからエチレング
リコールへの変換は、つぎの式で表わされる過
程を経て遂行される。 2CH3OH→CH3OCH3+H2O …(1) 2CH3OCH3+1/2O2 →CH3OCH2CH2OCH3+H2O …(2) CH3OCH2CH2OCH3+2H2O →HOCH2CH2OH +2CH3OH …(3) または CH3OCH2CH2OCH3+2CH3OH →HOCH2CH2OH+CH3OCH3 (1)式の反応は、メタノールの脱水によつてジメ
チルエーテルを生成させる反応であり、この反応
は公知の方法できわめて容易に行わせることがで
きる。また(3)式の反応は、ジメトキシエタンの加
水分解反応であり、比較的容易に進行する。この
発明方法の特徴は、従来の技術で検討されてきた
種々のルートとは異なり、メタノールを2量化し
てまずジメチルエーテルに変換し、このジメチル
エーテルを酸化カツプリングさせてジメトキシエ
タンを生成させ、ついでこのジメトキシエタンを
加水分解してエチレングリコールを生成させると
いう新規なルートを採用した点にある。上記のよ
うに、(1)式および(3)式の反応は比較的容易に進行
するので、(2)式の反応がこの発明方法のキーステ
ツプである。 この発明方法において、(2)式の反応、すなわち
ジメチルエーテルを酸化カツプリングさせてジメ
トキシエタンを生成させる反応は、特殊な触媒を
用いて行われる。この発明方法で使用される触媒
は、周期律表第b族に属する金属、すなわちス
ズ、鉛、などの酸化物を、MgOに担持させたも
のである。本発明者が行つた数多くの実験の結果
によれば、上記の触媒は、ジメトキシエタンの生
成に特有の選択性を示したが、他の公知の酸化還
元触媒、たとえば酸化クロム、酸化マンガン等で
はジメトキシエタンの生成は認められなかつた。
またスズ、鉛などの酸化物も、MgO以外の担体
と組合わせたのではジメトキシエタンを生成させ
ないことが確認された。 (2)式の反応を行わせる条件にとくに制限はない
が、反応は、150℃以上の温度と、わずかな加圧
下で有利に進行することが判明した。最適な温度
は、約200〜230℃であり、この温度での最適圧力
は約10〜20atmであることが確認されている。
150℃以下の温度では反応速度が当然に遅くなり、
また250℃を超える高温条件下では、CO2、CO、
メタン、メタノールを含む副生成物が増加し、ジ
メトキシエタンへの選択率が低くなる。また圧力
が高過ぎると、触媒活性が低下してくる。しかし
ながら温度および圧力条件は限定的なものではな
く、最適条件は当業者であれば容易に選択可能で
ある。 また(2)式の反応は、反応条件によつては、上記
の触媒に少量のアルカリ金属化合物を添加した触
媒を使用することによつてさらに有利に進行する
場合があることが判明した。 実施例 一般的な固定床流通反応装置を使用し、種々の
触媒について、(2)式の反応にしたがつてジメチル
エーテルを酸化カツプリングさせてジメトキシエ
タンを生成させる実験を行つた。触媒は、MgO
からなる多孔質担体上に所望の金属酸化物(使用
されている場合にはNaとともに)を担持させた
のち、空気中で焼成することにより活性化するこ
とによつて調製された。使用された触媒、反応条
件および結果をまとめて第1表に示す。
The present invention relates to an industrially useful method for producing dimethoxyethane from dimethyl ether, which is an intermediate product, in the process of synthesizing ethylene glycol from methanol via dimethyl ether and dimethoxyethane. Methanol is produced in large quantities from natural gas using established technology, and thanks in part to the decline in the price of raw natural gas, it is easily and inexpensively available and has a wide range of uses, including as a fuel. development is being considered. As part of this effort, the synthesis of ethylene glycol from methanol has attracted attention, and several methods have already been proposed. (1) Method by dimerization of methanol Since the dimerization of methanol by dehydrogenation corresponds to ethylene glycol,
Studies are underway to perform this reaction directly. For example, a method of dehydrogenating and dimerizing methanol by irradiating it with radiation (B.Ya.Ladygin et al.,
Kinetics and Catalysis, 6 , 779 (1960)),
A method in which methanol is dehydrogenated and dimerized by using a platinum group metal complex such as rhodium or palladium as a catalyst and further irradiated with light (Yamamoto et al., 50th Catalyst Symposium, P290 (1982)), or at 800°C without a catalyst.
A method of coupling oxidation and dehydrogenation by reacting methanol and oxygen at high temperatures (JB
Cropley, US Pat. No. 4,345,104), etc. have been proposed. Although these methods are simple because methanol is reacted as is, the highly reactive hydroxyl group is not protected, so side reactions tend to proceed, and high selectivity cannot be obtained. Furthermore, since this reaction is not a chain reaction, light, radiation, etc. are extremely disadvantageous from an economic standpoint and at the same time not desirable from a safety standpoint. In an attempt to couple the highly reactive hydroxyl group after protecting it, we synthesized methyltrialkylsilyl ether consisting of methanol and trialkylsilanol, and reacted it with di-tert-butyl peroxide to perform oxidative coupling (Japanese Patent Application Laid-open No. 53-73506), but it is economically impractical due to the stoichiometric consumption of expensive peroxides and the recycling of large amounts of trialkylsilanol during the production of ethylene glycol from methanol. It's hard to hold. (2) Method via formaldehyde Several methods are known in which methanol is dehydrogenated to form formaldehyde and then converted to ethylene glycol, but these methods require high pressure or the catalytic action of a strong acid, so they have not been commercialized. It is difficult. Under these circumstances, there is a strong desire to develop an industrially advantageous method for synthesizing ethylene glycol from methanol. An object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for producing dimethoxyethane from dimethyl ether in the process of synthesizing ethylene glycol from methanol. In the ethylene glycol synthesis process to which this invention is applied, methanol is converted to ethylene glycol through a process represented by the following formula. 2CH 3 OH→CH 3 OCH 3 +H 2 O …(1) 2CH 3 OCH 3 +1/2O 2 →CH 3 OCH 2 CH 2 OCH 3 +H 2 O …(2) CH 3 OCH 2 CH 2 OCH 3 +2H 2 O →HOCH 2 CH 2 OH +2CH 3 OH …(3) or CH 3 OCH 2 CH 2 OCH 3 +2CH 3 OH → HOCH 2 CH 2 OH + CH 3 OCH 3 In the reaction of formula (1), dimethyl ether is produced by dehydration of methanol. This reaction can be carried out very easily using known methods. Further, the reaction of formula (3) is a hydrolysis reaction of dimethoxyethane, and proceeds relatively easily. The feature of this inventive method is that, unlike various routes studied in the prior art, methanol is first dimerized and converted into dimethyl ether, this dimethyl ether is oxidatively coupled to form dimethoxyethane, and then this dimethoxyethane is converted into dimethyl ether. The key point is that it uses a new route of hydrolyzing ethane to produce ethylene glycol. As mentioned above, since the reactions of formulas (1) and (3) proceed relatively easily, the reaction of formula (2) is a key step in the method of this invention. In the method of this invention, the reaction of formula (2), ie, the reaction of oxidatively coupling dimethyl ether to produce dimethoxyethane, is carried out using a special catalyst. The catalyst used in the method of this invention is one in which an oxide of a metal belonging to group b of the periodic table, ie, tin, lead, etc., is supported on MgO. According to the results of numerous experiments conducted by the present inventors, the above-mentioned catalyst exhibited a unique selectivity for the production of dimethoxyethane, whereas other known redox catalysts, such as chromium oxide, manganese oxide, etc. No formation of dimethoxyethane was observed.
It was also confirmed that oxides such as tin and lead do not produce dimethoxyethane when combined with carriers other than MgO. Although there are no particular restrictions on the conditions for carrying out the reaction of formula (2), it has been found that the reaction proceeds advantageously at a temperature of 150°C or higher and under slight pressure. It has been determined that the optimum temperature is about 200-230°C and the optimum pressure at this temperature is about 10-20 atm.
At temperatures below 150℃, the reaction rate naturally slows down.
In addition, under high temperature conditions exceeding 250℃, CO 2 , CO,
By-products including methane and methanol increase, and the selectivity to dimethoxyethane decreases. Moreover, if the pressure is too high, the catalyst activity will decrease. However, the temperature and pressure conditions are not limited, and optimal conditions can be easily selected by those skilled in the art. Furthermore, it has been found that depending on the reaction conditions, the reaction of formula (2) may proceed more favorably by using a catalyst prepared by adding a small amount of an alkali metal compound to the above catalyst. Example Using a general fixed bed flow reactor, experiments were conducted using various catalysts to oxidatively couple dimethyl ether to produce dimethoxyethane according to the reaction of equation (2). The catalyst is MgO
The desired metal oxide (along with Na, if used) was supported on a porous carrier consisting of the following materials, and then activated by firing in air. The catalysts used, reaction conditions and results are summarized in Table 1.

【表】 比較例 この発明の範囲外の公知の酸化還元触媒を使つ
て、実施例と同じ条件でジメチルエーテルの酸化
カツプリング実験を行つた。使用触媒、反応条件
および結果を第2表に示す。 上記の実施例および比較例の結果から明らかな
ように、この発明方法によれば、ジメチルエーテ
ルを酸化カツプリングさせてジメトキシエタンを
生成させる反応を効果的に行わせることが可能で
あり、メタノールの脱水カツプリングによるジメ
チルエーテルの生成反応と、ジメトキシエタンの
加水分解によるエチレングリコールの生成反応と
を組合わせることにより、メタノールからエチレ
ングリコールを合成する一つの工業的に実施可能
な方法が提供される。
[Table] Comparative Example An oxidative coupling experiment of dimethyl ether was conducted under the same conditions as in the example using a known redox catalyst outside the scope of the present invention. The catalyst used, reaction conditions and results are shown in Table 2. As is clear from the results of the above Examples and Comparative Examples, according to the method of the present invention, it is possible to effectively carry out the reaction of oxidative coupling of dimethyl ether to produce dimethoxyethane, and the dehydration coupling of methanol is possible. An industrially viable method for synthesizing ethylene glycol from methanol is provided by combining the reaction for producing dimethyl ether by hydrolysis of dimethoxyethane and the reaction for producing ethylene glycol by hydrolysis of dimethoxyethane.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 スズまたは鉛の酸化物をMgOに担持させた
触媒の存在下でジメチルエーテルを酸化カツプリ
ングさせることによつてジメトキシエタンを生成
させることを特徴とする、ジメチルエーテルから
ジメトキシエタンを生成させる方法。 2 上記触媒中に少量のアルカリ金属の化合物が
添加されている特許請求の範囲第1項記載の方
法。
[Claims] 1. Production of dimethoxyethane from dimethyl ether, characterized in that dimethoxyethane is produced by oxidative coupling of dimethyl ether in the presence of a catalyst in which tin or lead oxide is supported on MgO. How to do it. 2. The method according to claim 1, wherein a small amount of an alkali metal compound is added to the catalyst.
JP61168874A 1986-07-17 1986-07-17 Method for synthesizing ethylene glycol from methanol Granted JPS6327445A (en)

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