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JPH0246584B2 - OREFUINRUINOEHOKISHIKAHOHO - Google Patents
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JPH0246584B2 - OREFUINRUINOEHOKISHIKAHOHO - Google Patents

OREFUINRUINOEHOKISHIKAHOHO

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JPH0246584B2
JPH0246584B2 JP29336485A JP29336485A JPH0246584B2 JP H0246584 B2 JPH0246584 B2 JP H0246584B2 JP 29336485 A JP29336485 A JP 29336485A JP 29336485 A JP29336485 A JP 29336485A JP H0246584 B2 JPH0246584 B2 JP H0246584B2
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tbhp
hydroperoxide
reaction
molybdenum
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Toomasu Maakisu Edowaado
Patoritsuku Kiiteingu Kenesu
Furederitsuku Naifuton Jon
Aran Sumisu Uiriamu
Fuiritsupu Rasutori Jonasan
Ronarudo Sandaason Jon
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Texaco Development Corp
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Description

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

本発明は、極性反応媒体中、液相でt―ブチル
ヒドロペルオキシドまたはt―アミルヒドロペル
オキシドによりC―Cオレフイン類をモリブデン
触媒を用いてエポキシ化する方法に関するもので
ある。 オレフイン類をエポキシ化して種々の酸化化合
物を製造することは当業者にとつて長い間研究の
対象であつた。更にまた種々のオレフイン類の反
応性は二重結合を形成する炭素原子上の置換基の
数によつて異なることもよく知られている。エチ
レン自身は最も低いエポキシ化の相対速度を有
し、プロピレン及び他のアルフアオレフイン類が
それに続く遅い速度を有している。式R2C=CR2
(式中、Rは単にアルキルもしくは他の置換基を
表す)の化合物は最も速い速度でエポキシ化する
ことができる。 もちろん、エチレンからのエチレンオキシドの
製造は銀触媒上で分子状の酸素を用いる反応によ
つて達成されることが長い間にわたつて知られて
いる。エチレンオキシドを製造するための種々の
銀触媒法については多くの特許が発行されてい
る。 しかしながら、残念なことに銀触媒法はエチレ
ン以外のオレフイン類についてはうまくいかな
い。長い間にわたつてプロピレンオキシドの商業
的生産は煩雑なクロロヒドリン法によつてのみ可
能であつた。 プロピレンのようなアルフアオレフイン類から
置換された酸化物を製造するためのもう一つの商
業的な方法は、有機酸化化合物がモリブデン、タ
ングステン、チタン、ニオブ、タンタル、レニウ
ム、セレン、クロム、ジルコニウム、テルルもし
くはウラン触媒の存在下でオレフイン性の不飽和
化合物と有機ヒドロペルオキシドを反応させるこ
とによつて製造できることが米国特許第3351635
号に教示されるまでは見出されなかつた。米国特
許第3350422号には可溶性バナジウム触媒を用い
る同様の方法が教示されている。モリブデンが好
ましい触媒である。ヒドロペルオキシドに対して
オレフインが相当する過剰であることはその反応
の常法として教示されている。また、過剰のオレ
フインに有機ヒドロペルオキシドをゆつくり加え
ることが好ましいと教示されている米国特許第
3526645号も参照されたい。 この研究はクロロヒドリン法によらない商業的
なプロピレンオキシドの製造方法の開発に極めて
重要なものであることが認識されているが、モリ
ブデンが多くの問題点を有していることも認識さ
れている。例えば、使用されるペルオキシドに対
応する大量のアルコールが生成し、もしt―ブチ
ルヒドロペルオキシドを共反応剤として用いた場
合にはt―ブチルアルコールの使用方法及び市場
を見出さねばならなかつた。プロピレンがエポキ
シ化すべきオレフインである場合には、しばしば
ヘキセン類と呼ばれる種々のプロピレン二量体が
生成する。プロピレンが最適に利用されないとい
う望ましくない点の他の目的とするプロピレンオ
キシドを生成物の混合体から分離するに当つて
種々の問題が生ずる。さらに、モリブデン触媒は
不安定でそれを再利用するための回収率は低い。 オレフイン類(特にプロピレン)をエポキシ化
することによつてアルキレンオキシド類を製造す
る他の多くの方法が提案されている。サルゲンテ
イ(Sargenti)に与えられた米国特許第3666777
号によれば、エポキシ化工程において酸化剤とし
て用いられた未反応のt―ブチルヒドロペルオキ
シドおよびポリヒドロキシ化合物を含む流れと共
にモリブデン粉末を加熱することによつて調製さ
れたモリブデンを含むエポキシ化用触媒溶液を用
いてプロピレンをエポキシ化する方法が見出され
ている。このポリヒドロキシ化合物は200〜300の
分子量を有しており、エポキシ化工程の中で副生
成物として形成されるものである。触媒(例えば
モリブデンまたはバナジウム)の存在下、有機ヒ
ドロペルオキシドを用いてプロピレンを直接的に
酸化することによりプロピレンオキシドを製造す
る方法がアトランテイツク―リツチフイールド
(Atlantic―Richfield)に与えられた英国特許第
1338015号に記載されている。この方法における
改良点は反応混合物中にフリーラジカル禁止剤を
含有せしめて抽出蒸留によつて除去しなければな
らない副生成物としてのC5〜C7炭化水素類の生
成を防止した点にある。提案されているフリーラ
ジカル禁止剤はt―ブチルカテコールおよび2,
6―ジ―t―ブチル―4―メチルフエノールであ
る。 米国特許第3849451号においてシユタイン
(Stein)らは、他のパラメーターの中でも反応温
度(90〜200℃)および自発性の圧力を厳密にコ
ントロールすることにより米国特許第3350422号
および同第3351635号に開示されたコラー
(Kollar)法に改良を加えている。シユタインら
はまた、より完全に反応を行なうために最後の領
域において幾分高い温度を有する幾つかの反応容
器の使用を提案している。これによる第1の利点
は改良された収率および抑制された副反応にある
ように思われる。米国再発行特許第31381号にお
いてプレツシヤー(Prescher)らは、プロピレ
ンおよび過酸化水素からプロピレンオキシドを製
造する方法を開示しているが、この方法において
は撹拌された容器、反応管およびループ型反応器
のような複数の反応器を使用することができる。
彼らは、例えば、段階的に連結した3〜6個の反
応釜のような一連の複数の撹拌された釜を使用す
ること、あるいは一連に配備された1〜3個の撹
拌された釜とそれに続く反応管を使用することを
推奨している。 ラツセル(Lussell)らの米国特許第3418430号
によれば、溶媒溶液中モリブデン化合物のような
エポキシ化用金属触媒の存在下、ヒドロペルオキ
シドに対するプロピレンのモル比が0.5:1ない
し100:1(好ましくは2:1ないし10:1)で、
−20〜200℃の温度(好ましくは50〜120℃)でプ
ロピレンを有機ヒドロペルオキシドと反応するこ
とによつてプロピレンオキシドを製造する方法が
開示されているが、これによれば1パス当りのオ
レフインの転換率は低く(例えば10〜30%)、未
反応の酸素は未反応のプロピレンから除去され
る。 シエン(Sheng)らの米国特許第3434975号に
は、オレフイン類と有機ヒドロペルオキシド類の
反応の触媒として有用なモリブデン化合物の製造
法が開示されているが、この方法においては、金
属モリブデンが飽和C1―C4アルコールの存在下、
t―ブチルヒドロペルオキシドのような有機ヒド
ロペルオキシド、過酸または過酸化水素と反応せ
しめられる。 シエンらに与えられた米国特許第3862961号に
よれば、モリブデンを触媒とする、比較的不安定
なヒドロペルオキシド類を用いるアルフアオレフ
イン類およびアルフア置換オレフイン類のエポキ
シ化反応がC3―C9のsec―またはt―一価アルコ
ールからなる一定量の安定化剤を用いることによ
つて達成される。好ましいアルコールはt―ブチ
ルアルコールであるように思われる。クエン酸
は、ヘルツオーク(Herzog)の米国特許第
3928393号に教示された類似のオキシラン製造法
においてヒドロペルオキシドとオレフイン間の反
応に悪影響を及ぼすことなく、鉄によつて触媒さ
れる有機ヒドロペルオキシドの分解を最小にする
ために用いられる。米国特許第4217287号の発明
者らによれば、酸化バリウムが反応混合物中に存
在する場合、有機ヒドロペルオキシドを用いるオ
レフインの触媒を用いるエポキシ化反応はヒドロ
ペルオキシドに対する比較的低いオレフインのモ
ル比を用いる場合に転換されたヒドロペルオキシ
ドに基づく良好なエポキシドへの選択率でもつて
成功裡に行なうことができる。アルフアオレフイ
ン系不飽和化合物は有効な過剰のヒドロペルオキ
シドを存在せしめるために有機ヒドロペルオキシ
ドに対し少しづつ添加しなければならない。 オレフインに対するヒドロペルオキシドの高い
比におけるオレフインの選択的エポキシ化
(Selective Olefin Epoxidation at High
Hydroperoxide to Olefin Rations),ジヤーナ
ル・オブ・キヤタリシス(Journal of
Catalysis)第43巻,第380―383頁(1976)にお
いてウ(Wu)およびスウイフト(Swift)によ
つて報告されているようにクメンヒドロペルオキ
シド(CHP)を用いるオレフイン類の選択的エ
ポキシ化は、酸化バリウムがモリブデン触媒と共
に存在する場合にはオレフインに対するCHPの
比が高い場合に達成される。 モリブデン以外の触媒類も試みられている。ブ
ランシユタイン(Brownstein)らによつて発見
され米国特許第4028423号に記載されているよう
に芳香族異項環アミンと接触させることによつて
活性化された銅ポリフタロシアニンはある種の脂
肪族および脂環族化合物(例えばプロピレン)の
酸化に有効な触媒である。 これらのオレフインエポキシ化法に有用なモリ
ブデン触媒を製造するための種々の方法が次の特
許に記載されている。すなわち、コラー
(Kollar)に与えられた米国特許第3362972号;
ボネツテイ(Bonetti)らに与えられた米国特許
第3480563号;ベツカー(Becker)に与えられた
米国特許第3578690号;共にラインズ(Lines)ら
に与えられた米国特許第3953362号および同第
4009122号である。 またプロピレンをt―ブチルヒドロペルオキシ
ドと反応させる場合に生成するt―ブチルアルコ
ールを他の有機化合物の合成に当つて中間体とし
て使用することが提案されている。そして、シユ
ナイダー(Schneider)は米国特許第3801667号
においてイソプレンの製造方法を提案している
が、この方法によれば、6段階法の第2の段階と
してt―ブチルヒドロペルオキシドが米国特許第
3418340号の方法に従つてプロピレンと反応せし
められt―ブチルアルコールが与えられる。コン
ノル(Connor)らは米国特許第3836603号におい
てt―ブチルアルコールをp―キシレンの多段階
製造法における中間体として使用することを提案
している。 本件の発見に関連するものとしてはまた生成し
た他の副成物からプロピレンオキシドを分離する
方法に関するこれらの特許がある。これらの特許
は非常に近い沸点を有するヘキセンオリゴマーか
ら有用なプロピレンオキシドを分離するために高
い関心を示している。もしもオリゴマーの副産物
が全く生成しないか、生成したとしてもその分離
工程が、これらの特許における場合とは違つて不
要となるほど少ない場合にはこの技術に大きな進
歩が得られるであろう。 米国特許第3464897号には、8〜12個の炭素原
子を含む開鎖もしくは環状パラフインの存在下で
混合物を蒸留することによりプロピレンオキシド
に近い沸点を有する他の炭化水素類からプロピレ
ンオキシドを分離することが記載されている。同
様にして、プロピレンオキシドを、米国特許第
3607669号に開示されたと同じ吸収剤を用いて水
から分離することができる。プロピレンオキシド
は、米国特許第3843488号によれば8〜20個の炭
素原子を有する炭化水素の存在下で分別蒸留を行
なうことにより副生成物から生成される。さら
に、米国特許第3909366号によれば、プロピレン
オキシドは、6〜12個の炭素原子を有する芳香族
炭化水素の存在下で抽出蒸留を行なうことにより
不純物となつているパラフイン系およびオレフイ
ン系の炭化水素類について生成されることが教示
されている。 本発明は仕込んだヒドロペルオキシド(t―ブ
チルヒドロペルオキシドもしくはt―アミルヒド
ロペルオキシド)を触媒として有効な量の可溶性
モリブデン触媒の存在下で反応域において液相
で、仕込まれたC3―C20のオレフインと反応せし
め仕込まれたオレフインに対応する生成物である
オレフインエポキシドおよび仕込まれたヒドロペ
ルオキシドに対応する生成物であるアルコールを
製造する方法に関するものであるが、この方法
は、反応領域に対し対応する生成アルコール中の
仕込みヒドロペルオキシドの約30重量%溶液を仕
込みかつ該反応領域に対し該仕込みオレフイン
を、1モル仕込みペルオキシドに対し仕込みオレ
フインが約0.5〜約2モルの比となるに充分なよ
うに生成アルコール中の仕込みヒドロペルオキシ
ドの仕込み溶液の量に対するしかるべき量を仕込
むことによつて反応媒体を反応領域において極性
成分(仕込みヒドロペルオキシド、生成アルコー
ルおよび生成エポキシド)の量を60重量%以上と
なるように維持することによつて、本発明の方法
によつて改良されている。 仕込まれる好ましいオレフインはプロピレンで
あり、好ましいヒドロペルオキシドはt―ブチル
ヒドロペルオキシドである。この場合の対応する
エポキシドはプロピレンオキシドであり、生成す
るアルコールはt―ブチルアルコールである。 雰囲気条件下では、t―ブチルヒドロペルオキ
シドおよびt―アミルヒドロペルオキシドは比較
的安定な物質である。しかしながら、温度が上昇
すると、これらのヒドロペルオキシドは不安定と
なりがちで、その結果熱分解および/または触媒
による分解が始まり、ケトン類、低分子量アルコ
ール類、第三アルコール類、酸素等の望ましくな
い副生成物の生成が起こる。かかるヒドロペルオ
キシドをオレフインと触媒を用いて反応せしめ、
オレフインエポキシドを生成させる場合に通常用
いられる50〜180℃(例えば、100〜130℃)の温
度においてこれは特に面倒な問題である。この問
題は、エポキシ化反応をオレフイン反応剤過剰存
在させて行なうことにより少なくとも部分的には
克服することができる。しかしながら、未反応の
オレフインを再使用のためにエポキシド反応生成
物から分離しなければならず、オレフイン反応剤
の分子量が大きくなるに従つてその分離はますま
すより困難となる。問題は、より小さい分子量の
オレフインを用いた場合にも起こり得ることであ
り、とにかく多量のオレフインを回収し再使用す
ることに伴うユーテイリテイコストは相当するオ
レフインエポキシドおよびアルコール反応生成物
の製造コストに少なからぬ圧力を加えるものであ
る。 さらに、反応速度を高め、それによりTBHP
もしくはTAHPの副反応を抑えるために過剰の
プロピレンを使用するとプロピレン二量体の生成
という深刻な問題が生起する。ダイマーの生成は
2次反応であり、プロピレンの濃度が高くなるに
従つて促進される。また、過剰のプロピレンを使
用することにより極性のない媒体が与えられるこ
とになり、それが、次には、反応中モリブデン触
媒を可溶化せしめにくくする傾向がある。 本発明によれば、液相で触媒として有効量の可
溶性モリブデン触媒の存在下、C3―C20オレフイ
ンをt―ブチルヒドロペルオキシドもしくはt―
アミルヒドロペルオキシドと反応させることによ
つてオレフインエポキシドを製造する方法におい
て、ヒドロペルオキシドを対応する生成アルコー
ルの少なくとも30重量%溶液で反応領域に仕込
み、かつオレフインを、反応領域に、ヒドロペル
オキシド1モル当り0.5〜2モルのオレフインが
仕込まれるように反応域に仕込まれるヒドロペル
オキシドに対する量だけ仕込むと転換されたヒド
ロペルオキシドに基づいて予測できないほど高い
オレフインエポキシドへの選択率が得られること
が発見された。 反応剤および触媒 本発明の方法は、置換もしくは非置換の脂肪族
および脂環族のオレフイン類のようなC3―C20
オレフイン系不飽和化合物をエポキシ化するため
に用いられる。この方法は、炭素鎖のアルフア位
もしくは内部に位置する少なくとも一の二重結合
を有する化合物をエポキシ化するために特に有用
である。代表的な化合物としてはプロピレン、n
―ブチレン、イソブチレン、ペンテン類、メチル
ペンテン類、ヘキセン類、オクテン類、ドデセン
類、シクロヘキセン、置換シクロヘキセン類、ブ
タジエン、スチレン、置換スチレン類、ビニルト
ルエン、ビニルシクロヘキセン、フエニルシクロ
ヘキセン類等が挙げられる。 本発明は第一級もしくはアルフアオレフイン類
のエポキシ化に非常に有用であり、プロピレンは
本発明方法によれば特に有利にエポキシ化され
る。 驚くべきことは、本発明の方法は全てのヒドロ
ペルオキシドについても同様にうまくいくとは限
らないことが見出された。例えば、クメンヒドロ
ペルオキシドを用い、プロピレンを極過剰量用い
た場合には添加されたクメンヒドロペルオキシド
に基づくプロピレンオキシドへの選択性は悪い。 t―ブチルヒドロペルオキシド(TBHP)お
よびt―アミルヒドロペルオキシド(TAHP)
は本発明の方法において用いられるヒドロペルオ
キシドである。中でも、t―ブチルヒドロペルオ
キシドが好ましい。 このTBHPはt―ブチルアルコール中少なく
とも30重量%の溶液、好ましくは、約40〜75重量
%の溶液として仕込まなければならない。 本発明のエポキシ化法に適切な触媒は反応媒体
中に可溶性のモリブデン触媒である。 この適切な可溶性触媒の例は、オクトン酸モリ
ブデン、ナフテン酸モリブデン、アセチルアセト
ナトモリブデン、モリブデン/アルコール・コン
プレツクス類、モリブデン/グリコール・コンプ
レツクス類などのようなモリブデン化合物でる。 有用であることがわかつている他の触媒は1984
年12月31日に提出された米国特許第06/687701号
(これに関連してヨーロツパ特許出願も提出され
ている)に記載されているようにアルキレングリ
コール類とモリブデン化合物のモリブデン・コン
プレツクスである。簡単にいえば、これらのコン
プレツクス類はアンモニウムを含むモリブデン化
合物を高温(例えば80〜130℃)で水の存在下ア
ルキレングリコールと反応させることによつて製
造される。アンモニウムを含むモリブデン化合物
のうち好ましいものは、ヘプタモリブデン酸アン
モニウム・4水和物またはジモリブデン酸アンモ
ニウム・水和物である。アルキレングリコール類
の好ましいものはエチレングリコールおよび/ま
たはプロピレングリコールであるが、他のものも
有用であることがわかつている。 本発明の実施に当つて有用であることがわかつ
ているさらに他の触媒は1984年12月31日に提出さ
れた米国特許出願第06/607701号(これに関連し
てヨーロツパ特許出願もまた提出されている)に
記載されているような1価アルコールのモリブデ
ン・コンプレツクスである。簡単にいえば、2―
エチルヘキサノールのようなアルカノールを水酸
化アンモニウムの存在下で酸化モリブデンと反応
させるかあるいはアルカノールを制御された量の
水の存在下でヘプタモリブデン酸アンモニウムと
反応させることによつて得られる。 反応条件 エポキシ化反応は50〜180℃、好ましくは90〜
140℃の温度範囲で行なわれる。特に好ましい範
囲は100〜130℃であり、約110〜120℃が最も好ま
しい1段階の操作温度である。 わずかに過剰モル量のオレフインを用いた場合
に酸化物(オキシド)濃度が上昇し、オキシドの
選択率が向上しかつ回収可能なモリブデンの量が
増大するということが見出された。これらの利点
はより極性の反応媒体(低いプロピレン濃度、高
いTBHP/TBA濃度)によるものであるが、こ
れはTBHPを安定化せしめモリブデン触媒を全
反応時間に亘つてより活性にかつ可溶性にする。
我々の発明のより低い温度を用いると、触媒が安
定となり望ましくない経路を経るTBHPの分解
を防止する。 本発明方法における触媒濃度は仕込み反応剤全
量に基づいて50〜100ppm(0.01〜0.10重量%)の
範囲とすべきである。触媒の濃度はモリブデン金
属として計算される。好ましい範囲は200〜
600ppmである。一般に約250〜500ppmが最も好
ましい濃度である。これらの触媒濃度は先行技術
の方法に現在用いられている濃度(それらは50〜
200ppm)に比べて高いものである。さらに、本
発明の方法は反応時間中モリブデン触媒が媒体中
に溶液となつた状態の方法を提供するということ
が見出されている。 本発明のエポキシ化反応は極性溶媒の存在下で
行なわれる。この極性溶媒はヒドロペルオキシド
反応体に対応すべきである(すなわち、該ヒドロ
ペルオキシドと同じ炭素骨格を有するべきであ
る)。 t―ブチルヒドロペルオキシドおよびTBAは
イソブタンの酸化によつて商業的に同時に製造さ
れ、もしTBHPがヒドロペルオキシドとして用
いられる場合にはTBAが極性溶媒となる。
TBHPと同時に製造されるTBAは、本発明に要
求される全ての極性溶媒を通常供給することにな
る。 TBHPのTBA中の溶液は極少量の水しか含ん
でいない(0〜1重量%)ことが好ましい。水の
濃度は0.5重量%未満であることが好ましい。 反応は反応したヒドロペルオキシドに基づいて
高いエポキシド選択率(通常はまた96〜99%)を
維持しながら、ヒドロペルオキシドの転換率(通
常96〜99%)が達成されるように実施することが
できる。これらの2つの値が同時に非常に高いと
ということは非常に異常なことである。このこと
は、商業的なオレフインエポキシ化プラントの収
益性は、オレフインエポキシドの収率が高まるに
従つて、極めて、高くなるからである。 反応時間は分のオーダーから時間のオーダーま
で非常に大きく変わり得る。一般的にいつて、反
応時間は30分ないし3もしくは4時間であり、
1.5ないし2.0時間がほぼ平均の時間である。好ま
しい1段階反応時間/温度は110〜120℃で2時間
というところである。反応を2ないしそれ以上の
温度段階で行なうことが好ましい。 反応操作は一般的にオレフインを反応容器に仕
込むことによつて始まる。次にヒドロペルオキシ
ド、極性溶媒および触媒を加え内容物を所望の温
度まで加熱する。もう1つの方法としては、オレ
フイン反応剤を好ましい反応温度あるいはその近
くの温度に加熱し次にヒドロペルオキシド、極性
溶媒および触媒を加える。さらなる熱は反応の発
熱によつて与えられる。反応は所望の時間、該反
応温度で一般的に110〜120℃で進行せしめられる
か、50〜120℃で1時間行なわれ、続いて120〜
150℃で1時間行なわれる。混合物を冷却し酸化
物(オキシド)を回収する。一般的にいつて、オ
キシド濃度はプロピレン/TBHPのモル比が1.6
〜1.9:1(TBHPの重量%は68〜80%)の場合に
は約24〜28%であり、プロピレン/TBHPのモ
ル比が1.1:1〜1.2:1(TBHP含量は68〜80重
量%)である場合には約31〜32%である。 一連の反応器を用いると高い反応媒体の極性お
よび低いオレフイン濃度という目的を達成するの
に役立つ。多段階の反応器を用いるとオレフイン
を段階的に加えることが可能であり、それにより
反応媒体の極性を増大せしめることができ、プロ
ピレンの場合には、さらにプロピレンダイマーの
生成を減少せしめることができる。この考え方は
連続撹拌槽反応(CSTR)もしくは一連のCSTR
を用いることによりさらに改善される。なぜなら
ば、CSTRは本来的に、プラグ・フロー・リアク
ター(plug flow reactor)(PFR)に比べてよ
り低い反応剤の濃度を与えるからである。 より効果的な方法はCSTRもしくは一連の
CSTRを用い、それに続き1もしくは2以上のプ
ラグ・フロー・リアクターを用いることである。
その理由は、プラグ・フロー・リアクター中では
転換が完結するまでより有効に強制され得るから
である。 各工程を徐々に高くなるような温度で操作する
ことは可能であり、またこのことがまたに望まし
いことでもある。 例えば、このCSTRは約70〜115℃、好ましく
は90〜115℃、最も好ましくは100〜110℃の反応
温度で行なうことができる。PFRはより高い温
度、すなわち115〜150℃、最も好ましくは120〜
140℃の温度範囲で操作すべきである。プラグ反
応器はジヤケツト付反応器のような当業者によく
知られたデザインの如何なるものであつてもよ
く、熱移動型、断熱型反応器およびそれらの組合
わせを用いてもよい。CSTRからの流出物は、反
応が完結していないことから中間反応混合物と呼
ぶことができる。各反応器における反応剤の滞留
時間はオペレーターにまかされるが、CSTR中で
約30重量%〜約50重量%のTBHPが変換される
ように調節するのが好ましい。CSTRおよびPFR
中の平均の滞留時間は触媒の濃度、反応温度等の
ような他の反応条件に基づいて、当業者によく知
られた方法で調節される。 本発明の反応条件下においてはプロピレンオキ
シドは高い濃度(24〜32%)で生成され変換され
たt―ブチルヒドロペルオキシドに基づく選択率
も高く(96〜99%)かつ仕込みt―ブチルヒドロ
ペルオキシドに基づいて生成したプロピレンオキ
シドの収率も高くなる(94〜98%)ことが発見さ
れた。特に好ましい1組の操作条件(特に連続法
のための)はプロピレンおよびヒドロペルオキシ
ド反応剤をヒドロペルオキシドに対するプロピレ
ンのモル比を低くして(例えばヒドロペルオキシ
ドの仕込み量1モルに対しプロピレンの仕込みを
約0.5〜約2モルとする)仕込むことである。他
の好ましい操作法は最初の0.5〜1.5時間の反応を
低温度(50〜120℃)で行ない、通常0.5〜約1.5
時間の反応である第2の段階をより高い温度(通
常120〜150℃)で行なうように段階的な温度を使
用することである。 TBHPに対するプロピレンの低いモル比は段
階的な複数の反応器に対してプロピレンを任意に
段階的に添加することによつて助長される。この
技術によれば、段階的な一連の反応容器中のいか
なる点においてもオレフインの蓄積量はヒドロペ
ルオキシドに対して極めて少ないものとなる。 通常、ヒドロペルオキシドに対するプロピレン
の仕込み比はモル比で表現して約2:1〜20:1
の範囲で変化すると考えられる。2:1未満のヒ
ドロペルオキシドに対するオレフインの初期モル
比は、選択率が低下するために望ましくないもの
と考えられていた。本発明においてはヒドロペル
オキシドに対するオレフインの初期仕込みモル比
は2.0:1を超えてはならない。連続的に撹拌さ
れるタルク反応器へのプロピレンおよびTBHP
の仕込み速度で表現して広い範囲は0.5:1〜
2.0:1であり、好ましくは0.9:1〜1.8:1であ
る。最も好ましくは仕込み物中のヒドロペルオキ
シドに対するオレフインのモル比は1.05:1〜
1.35:1である。 過剰のプロピレンが仕込まれた場合にCSTR中
のTBHPに対するプロピレンの比は、プロピレ
ンおよびTBHPともにそこで起こる反応におい
て消費されるために、初期の仕込み比とは異なつ
たものとなる。この場合、TBHPの転換率が上
昇するに従つてTBHPに対するプロピレンの比
も上昇する。例えば、仕込みプロピレンおよび
TBHPの初期モル比がTBHP1モルに対しプロピ
レン1.15モルである場合、かつ、CSTRからの反
応媒体の引抜き速度がCSTRにおいてTBHPの
転換率が50%に維持されるような速度である場合
に、未反応のTBHPに対する未反応のプロピレ
ンの平均モル比は約1.3:1となるであろう。反
応媒体の引抜き速度が、CSTR中でTBHPの転
換率が約90%に維持されるような速度である場合
には、未反応のTBHPに対する未反応のプロピ
レンの平均モル比は約2.5:1となるであろう。 これと同じ場合にもしTBHPがt―ブチルア
ルコール(TBA中の70重量%溶液として仕込み
が行なわれたと仮定した場合に、CSTRへの仕込
み物は約72.7重量%の極性物質(仕込みプロピレ
ン、TBHPおよびTBAの重量の和で割つた仕込
みTBHPおよびTBAの重量の和)から成るであ
ろう。反応の経過と共に、プロピレン(非極性物
質)はプロピレンオキシド(極性物質)に変換さ
れ、その結果上述したTBHP変換率50%の時点
で反応媒体は約84.6重量%の極性物質(未反応の
TBHP,仕込みTBHP、反応生成物として形成
されたTBAおよびプロピレンオキシドの総重量
をこれら4つの物質および未反応のプロピレンの
和で割つたもの)から成るであろう。上述の
TBHPの転換率が90%の時点では反応媒体はこ
の同じ基準に基づいて約94重量%の極性物質から
成るであろう。 本発明の方法および装置を次に示す実施例によ
つて説明するが、本発明はこれらによつて制限を
受けるものではない。 反応媒体の極性 実施例 1 本発明を実施する場合における、反応媒体の極
性の重要性を示すために、供給物質としてプロピ
レン、プロパン、t―ブチルヒドロペルオキシド
及びt―ブチルアルコールを用いた3種の一連の
バツチ実験を行なつた。 すべての実験において、使用された触媒は次の
ようにして製造されたモリブデン/エチレングリ
コール・コンプレツクスであつた: 触媒の製造 メカニカルスターラ、窒素導入口、温度計、デ
イーンスターク(DeanStark)トラツプ、コンデ
ンサ及び窒素バブラを備えた1の丸底モルトン
(Morton)フラスコに、ヘプタモリブデン酸アン
モニウム四水和物100gおよびエチレングリコー
ル300gを仕込んだ。上記フラスコに窒素をゆつ
くり通しながら、反応混合物を85〜110℃に約1
時間加熱した。上記加熱時間の終了時には、反応
はほぼ終了しほとんど全てのヘプタモリブデン酸
アンモニウムが溶解した。この反応混合物を約85
〜95℃の温度で約1.5時間アスピレーターで減圧
し、次いで90〜100℃で更に1時間再加熱した。
これを冷却すると、16.1%のモリブデン(原子吸
光スペクトル法で定量)、1.17%の窒素(ケール
ダール(Kjeldahl)法で定量)及び1.67%の水
(カールフイツシヤー(Karl Fisher)法で定量)
を含有する透明な液体触媒組成物が得られた。 エポキシ化の実験 容量300mlのステンレススチール製のオートク
レーブ中で行なつたエポキシ化の実験を第1表及
び第2表に要約した。上記オートクレーブにプロ
ピレン供給成分を周囲温度で仕込み、次いでt―
ブチルヒドロペルオキシド(TBHP)供給成分
を予め触媒0.38gと混合してから仕込んだ。こう
して反応媒体中約350ppmの触媒濃度が得られた。
純プロピレンの実験においては、TBHP供給成
分は約0.2重量%の水を含むt―ブチルアルコー
ル中にTBHPが約72.36重量%溶解したものから
成るものであつた。プロピレン供給成分にプロパ
ンを加えたプロピレン/プロパン混合物の実験、
及びTBHP供給成分にt―ブチルアルコールを
更に加えたプロピレン/TBAの混合物の実験に
おいて、TBHP供給成分は約0.2重量%の水を含
むt―ブチルアルコール中にTBHPが約73重量
%溶解したのから成るものであつた。供給成分の
量は、それぞれの実験において第1表及び第2表
に示すようなプロピレンとTBHPとが目的のモ
ル比になるように調整された。 従つて、例えば第1表の実験1においてはプロ
ピレン供給成分は、プロピレン約49.4gから成
り、TBHP供給成分はTBHP約93.36g、t―ブ
チルアルコール約35.4g、水約0.26g及び触媒約
0.38gから成るものであつた。 第1表の実験2においては、プロピレン供給成
分はプロピレン約34.65gおよびプロパン約35.45
gから成つていた。TBHP供給成分は、
TBHP71.72g、t―ブチルアルコール26.33g、
水約0.2gおよび触媒約0.38gから成つていた。 第1表の実験3においては、プロピレン供給成
分はプロピレン約36.4gから成つており、TBHP
供給成分はTBHP約74.36g、t―ブチルアルコ
ール約64.27g、水約0.2g及び触媒約0.38gから
成つていた。 第1表で示されているすべての実験は反応温度
120℃、反応時間約2.0時間で行なつた。第2表で
示されているすべての実験は反応温度110℃、反
応時間1.0時間、次いで反応温度130℃、反応時間
1.0時間で行なつた。 使用された反応物質及び得られた結果を第1表
及び第2表に示す。
The present invention relates to a process for the molybdenum-catalyzed epoxidation of C--C olefins with t-butyl hydroperoxide or t-amyl hydroperoxide in the liquid phase in a polar reaction medium. The epoxidation of olefins to produce various oxidized compounds has long been the subject of research by those skilled in the art. Furthermore, it is well known that the reactivity of various olefins varies depending on the number of substituents on the carbon atoms forming the double bond. Ethylene itself has the lowest relative rate of epoxidation, followed by propylene and other alpha olefins. Formula R 2 C=CR 2
Compounds of the formula (wherein R simply represents an alkyl or other substituent) can be epoxidized at the fastest rate. Of course, it has long been known that the production of ethylene oxide from ethylene is accomplished by reaction with molecular oxygen over a silver catalyst. Many patents have been issued for various silver catalyzed processes for producing ethylene oxide. Unfortunately, however, the silver catalyst method does not work well for olefins other than ethylene. For a long time, commercial production of propylene oxide was possible only by the complicated chlorohydrin process. Another commercial method for producing substituted oxides from alpha olefins such as propylene is based on organic oxide compounds such as molybdenum, tungsten, titanium, niobium, tantalum, rhenium, selenium, chromium, zirconium, tellurium, etc. Alternatively, US Pat. No. 3,351,635 shows that it can be produced by reacting an olefinic unsaturated compound with an organic hydroperoxide in the presence of a uranium catalyst.
It was not discovered until it was taught in No. US Pat. No. 3,350,422 teaches a similar process using a soluble vanadium catalyst. Molybdenum is the preferred catalyst. A corresponding excess of olefin over hydroperoxide is taught as conventional for the reaction. Also, U.S. Pat.
See also No. 3526645. Although this research is recognized as being extremely important for the development of a commercial process for producing propylene oxide that does not involve the chlorohydrin process, it is also recognized that molybdenum has a number of problems. . For example, large amounts of alcohol were produced corresponding to the peroxides used, and if t-butyl hydroperoxide was used as a co-reactant, a use and market for t-butyl alcohol had to be found. When propylene is the olefin to be epoxidized, various propylene dimers, often referred to as hexenes, are formed. In addition to the undesirable fact that propylene is not utilized optimally, various problems arise in separating the desired propylene oxide from the product mixture. Furthermore, molybdenum catalyst is unstable and the recovery rate for its reuse is low. Many other methods have been proposed for producing alkylene oxides by epoxidizing olefins (particularly propylene). U.S. Patent No. 3,666,777 awarded to Sargenti
No. 1, No. 1, No. 2003-100002, a molybdenum-containing epoxidation catalyst prepared by heating molybdenum powder with a stream containing unreacted t-butyl hydroperoxide and a polyhydroxy compound used as an oxidizing agent in the epoxidation process. A method has been found to epoxidize propylene using a solution. This polyhydroxy compound has a molecular weight of 200-300 and is formed as a by-product during the epoxidation process. British patent no.
Described in No. 1338015. An improvement in this process is the inclusion of a free radical inhibitor in the reaction mixture to prevent the formation of C5 - C7 hydrocarbons as by-products which must be removed by extractive distillation. Proposed free radical inhibitors include t-butylcatechol and 2,
6-di-t-butyl-4-methylphenol. In U.S. Pat. No. 3,849,451, Stein et al. disclosed in U.S. Pat. This is an improvement on the Kollar method. Schutstein et al. also suggest the use of some reaction vessels with a somewhat higher temperature in the last region in order to carry out the reaction more completely. The primary advantage of this appears to be improved yields and suppressed side reactions. Prescher et al., in U.S. Reissue Patent No. 31381, disclose a method for producing propylene oxide from propylene and hydrogen peroxide, which involves a stirred vessel, a reaction tube, and a loop reactor. Multiple reactors such as can be used.
They can, for example, use a series of multiple stirred vessels, such as 3 to 6 reaction vessels connected in stages, or 1 to 3 stirred vessels arranged in series and We recommend using the following reaction tubes. According to US Pat. No. 3,418,430 to Lussell et al., in the presence of a metal epoxidation catalyst such as a molybdenum compound in a solvent solution, the molar ratio of propylene to hydroperoxide is from 0.5:1 to 100:1 (preferably 2:1 to 10:1),
A method for producing propylene oxide by reacting propylene with an organic hydroperoxide at a temperature of -20 to 200 °C (preferably 50 to 120 °C) is disclosed, according to which olefin The conversion rate of is low (e.g. 10-30%) and unreacted oxygen is removed from unreacted propylene. U.S. Pat. No. 3,434,975 to Sheng et al. discloses a method for producing molybdenum compounds useful as catalysts for reactions of olefins and organic hydroperoxides, in which molybdenum metal is saturated with carbon dioxide. In the presence of 1 - C4 alcohol,
It is reacted with an organic hydroperoxide such as t-butyl hydroperoxide, a peracid or hydrogen peroxide. U.S. Pat. No. 3,862,961 to Shien et al. describes a molybdenum - catalyzed epoxidation reaction of alpha-olefins and alpha-substituted olefins using relatively unstable hydroperoxides. This is accomplished by using a certain amount of a stabilizer consisting of a sec- or t-monohydric alcohol. The preferred alcohol appears to be t-butyl alcohol. Citric acid is manufactured by Herzog in U.S. Patent No.
It is used to minimize iron-catalyzed decomposition of organic hydroperoxides without adversely affecting the reaction between hydroperoxides and olefins in a similar oxirane production process taught in No. 3,928,393. According to the inventors of U.S. Pat. No. 4,217,287, when barium oxide is present in the reaction mixture, catalytic epoxidation reactions of olefins with organic hydroperoxides use relatively low molar ratios of olefin to hydroperoxide. This can be carried out successfully with good selectivity to epoxides based on the converted hydroperoxides. The alpha olefinically unsaturated compound must be added in small portions to the organic hydroperoxide to ensure that an effective excess of hydroperoxide is present. Selective Olefin Epoxidation at High Hydroperoxide to Olefin Ratio
Hydroperoxide to Olefin Rations, Journal of Catalysis
Selective epoxidation of olefins using cumene hydroperoxide (CHP), as reported by Wu and Swift in vol. 43, pp. 380-383 (1976), When barium oxide is present with a molybdenum catalyst, this is achieved when the ratio of CHP to olefin is high. Catalysts other than molybdenum have also been tried. Copper polyphthalocyanines activated by contact with aromatic heterocyclic amines as discovered by Brownstein et al. and described in U.S. Pat. and is an effective catalyst for the oxidation of alicyclic compounds (eg propylene). Various methods for making molybdenum catalysts useful in these olefin epoxidation processes are described in the following patents: US Pat. No. 3,362,972 to Kollar;
U.S. Pat. No. 3,480,563 to Bonetti et al.; U.S. Pat. No. 3,578,690 to Becker; U.S. Pat.
It is number 4009122. It has also been proposed to use t-butyl alcohol produced when propylene is reacted with t-butyl hydroperoxide as an intermediate in the synthesis of other organic compounds. And Schneider proposed a method for producing isoprene in U.S. Pat.
3418340 to give t-butyl alcohol. Connor et al. in US Pat. No. 3,836,603 propose the use of t-butyl alcohol as an intermediate in a multi-step process for the production of p-xylene. Also related to the present discovery are these patents relating to methods for separating propylene oxide from other by-products formed. These patents show great interest in separating useful propylene oxide from hexene oligomers with very similar boiling points. It would be a significant advance in this technology if no oligomeric by-products were produced, or if they were produced, their separation steps were so small that they were unnecessary, as was the case in these patents. U.S. Pat. No. 3,464,897 describes the separation of propylene oxide from other hydrocarbons having boiling points close to that of propylene oxide by distilling the mixture in the presence of open-chain or cyclic paraffins containing 8 to 12 carbon atoms. is listed. Similarly, propylene oxide was
The same absorbent disclosed in No. 3,607,669 can be used to separate it from water. Propylene oxide is produced from the by-products by fractional distillation in the presence of hydrocarbons having 8 to 20 carbon atoms according to US Pat. No. 3,843,488. Furthermore, according to U.S. Pat. No. 3,909,366, propylene oxide is extracted from paraffinic and olefinic carbonized impurities by extractive distillation in the presence of aromatic hydrocarbons having 6 to 12 carbon atoms. It is taught that hydrogens are produced. The present invention utilizes a charged hydroperoxide (t-butyl hydroperoxide or t-amyl hydroperoxide) as a catalyst in the presence of an effective amount of a soluble molybdenum catalyst in a liquid phase in a reaction zone to react with a charged C 3 -C 20 . The present invention relates to a method for reacting with an olefin to produce an olefin epoxide, a product corresponding to the charged olefin, and an alcohol, a product corresponding to the charged hydroperoxide. Charge a solution of about 30% by weight of the charged hydroperoxide in the product alcohol to the reaction zone and add enough of the charged olefin to the reaction zone to provide a ratio of about 0.5 to about 2 moles of charged olefin to 1 mole of charged peroxide. By charging the reaction medium in an appropriate amount relative to the amount of the charging solution in the alcohol produced, the amount of polar components (hydroperoxide charged, alcohol produced and epoxide produced) is increased to 60% by weight or more in the reaction zone. improved by the method of the present invention by maintaining the The preferred olefin charged is propylene and the preferred hydroperoxide is t-butyl hydroperoxide. The corresponding epoxide in this case is propylene oxide and the alcohol produced is t-butyl alcohol. Under atmospheric conditions, t-butyl hydroperoxide and t-amyl hydroperoxide are relatively stable materials. However, as temperatures rise, these hydroperoxides tend to become unstable, resulting in the onset of thermal and/or catalytic decomposition and the production of undesirable byproducts such as ketones, low molecular weight alcohols, tertiary alcohols, and oxygen. Product formation occurs. Reacting such a hydroperoxide with an olefin using a catalyst,
This is a particularly troublesome problem at temperatures of 50-180°C (e.g. 100-130°C) commonly used when producing olefin epoxides. This problem can be overcome, at least in part, by conducting the epoxidation reaction in the presence of an excess of olefin reactant. However, unreacted olefin must be separated from the epoxide reaction product for reuse, and separation becomes increasingly difficult as the molecular weight of the olefin reactant increases. The problem is that it can also occur when using smaller molecular weight olefins, and the utility costs associated with recovering and reusing large quantities of olefins anyway are greater than the costs of producing the corresponding olefin epoxide and alcohol reaction products. This puts considerable pressure on the In addition, it increases the reaction rate, thereby increasing the TBHP
Alternatively, if excess propylene is used to suppress the side reactions of TAHP, a serious problem arises in the form of propylene dimers. Dimer formation is a secondary reaction and is accelerated as the concentration of propylene increases. Also, the use of excess propylene provides a non-polar medium, which in turn tends to make the molybdenum catalyst less solubilized during the reaction. According to the present invention, a C 3 -C 20 olefin is converted into t-butyl hydroperoxide or t-butyl hydroperoxide in the liquid phase in the presence of a catalytically effective amount of a soluble molybdenum catalyst.
In a process for preparing olefin epoxides by reaction with amyl hydroperoxide, the hydroperoxide is charged to the reaction zone with a solution of at least 30% by weight of the corresponding product alcohol, and the olefin is added to the reaction zone per mole of hydroperoxide. It has been discovered that charging the reaction zone in amounts such that 0.5 to 2 moles of olefin, relative to the hydroperoxide charged, results in unexpectedly high selectivities to olefin epoxide based on hydroperoxide converted. Reactants and Catalysts The process of the present invention is used to epoxidize C3 - C20 olefinically unsaturated compounds, such as substituted or unsubstituted aliphatic and cycloaliphatic olefins. This method is particularly useful for epoxidizing compounds having at least one double bond located in the alpha position or internally of the carbon chain. Typical compounds include propylene, n
-Butylene, isobutylene, pentenes, methylpentenes, hexenes, octenes, dodecenes, cyclohexene, substituted cyclohexenes, butadiene, styrene, substituted styrenes, vinyltoluene, vinylcyclohexene, phenylcyclohexene, and the like. The invention is very useful for the epoxidation of primary or alpha olefins, and propylene is particularly advantageously epoxidized according to the process of the invention. Surprisingly, it has been found that the process of the invention does not work equally well for all hydroperoxides. For example, when cumene hydroperoxide is used and propylene is used in a very excessive amount, the selectivity to propylene oxide based on the added cumene hydroperoxide is poor. t-Butyl hydroperoxide (TBHP) and t-amyl hydroperoxide (TAHP)
is the hydroperoxide used in the method of the invention. Among them, t-butyl hydroperoxide is preferred. The TBHP must be provided as a solution of at least 30% by weight, preferably about 40-75% by weight, in t-butyl alcohol. Suitable catalysts for the epoxidation process of the invention are molybdenum catalysts that are soluble in the reaction medium. Examples of suitable soluble catalysts are molybdenum compounds such as molybdenum octonate, molybdenum naphthenate, molybdenum acetylacetonate, molybdenum/alcohol complexes, molybdenum/glycol complexes, and the like. Other catalysts known to be useful are 1984
Molybdenum complexes of alkylene glycols and molybdenum compounds as described in U.S. Pat. be. Briefly, these complexes are prepared by reacting ammonium-containing molybdenum compounds with alkylene glycols in the presence of water at elevated temperatures (eg, 80-130°C). Among molybdenum compounds containing ammonium, preferred are ammonium heptamolybdate tetrahydrate or ammonium dimolybdate hydrate. Preferred alkylene glycols are ethylene glycol and/or propylene glycol, although others have been found to be useful. Still other catalysts which have been found useful in the practice of the present invention are U.S. patent application Ser. It is a molybdenum complex of monohydric alcohols as described in Simply put, 2-
It is obtained by reacting an alkanol such as ethylhexanol with molybdenum oxide in the presence of ammonium hydroxide or by reacting an alkanol with ammonium heptamolybdate in the presence of a controlled amount of water. Reaction conditions Epoxidation reaction is 50~180℃, preferably 90~
It is carried out in a temperature range of 140°C. A particularly preferred range is 100-130°C, with about 110-120°C being the most preferred one-step operating temperature. It has been found that using a slight molar excess of olefin increases the oxide concentration, improves oxide selectivity and increases the amount of molybdenum that can be recovered. These advantages are due to the more polar reaction medium (lower propylene concentration, higher TBHP/TBA concentration), which stabilizes the TBHP and makes the molybdenum catalyst more active and soluble over the entire reaction time.
The lower temperature of our invention stabilizes the catalyst and prevents the decomposition of TBHP through undesirable pathways. The catalyst concentration in the process of the invention should be in the range of 50 to 100 ppm (0.01 to 0.10% by weight) based on the total amount of reactants charged. The concentration of catalyst is calculated as molybdenum metal. The preferred range is 200~
It is 600ppm. Generally about 250-500 ppm is the most preferred concentration. These catalyst concentrations are similar to those currently used in prior art methods (they range from 50 to
200ppm). Furthermore, it has been found that the process of the present invention provides a process in which the molybdenum catalyst is in solution in the medium during the reaction period. The epoxidation reaction of the present invention is carried out in the presence of a polar solvent. The polar solvent should be compatible with the hydroperoxide reactant (ie, should have the same carbon skeleton as the hydroperoxide). T-butyl hydroperoxide and TBA are commercially produced simultaneously by oxidation of isobutane, with TBA being the polar solvent if TBHP is used as the hydroperoxide.
TBA produced simultaneously with TBHP will normally provide all the polar solvent required for the present invention. Preferably, the solution of TBHP in TBA contains very little water (0-1% by weight). Preferably, the concentration of water is less than 0.5% by weight. The reaction can be carried out such that hydroperoxide conversion (usually 96-99%) is achieved while maintaining high epoxide selectivity (usually also 96-99%) based on the hydroperoxides reacted. . It is very unusual for these two values to be so high at the same time. This is because the profitability of commercial olefin epoxidation plants increases significantly as the yield of olefin epoxide increases. Reaction times can vary widely from the order of minutes to hours. Generally speaking, reaction times range from 30 minutes to 3 or 4 hours;
1.5 to 2.0 hours is about the average time. The preferred one-step reaction time/temperature is 2 hours at 110-120°C. Preferably, the reaction is carried out in two or more temperature steps. The reaction operation generally begins by charging the olefin to a reaction vessel. The hydroperoxide, polar solvent and catalyst are then added and the contents heated to the desired temperature. Another method is to heat the olefin reactant to or near the desired reaction temperature and then add the hydroperoxide, polar solvent, and catalyst. Additional heat is provided by the exotherm of the reaction. The reaction is allowed to proceed for the desired time at the reaction temperature, generally 110-120°C, or is carried out for 1 hour at 50-120°C, followed by 1 hour at 120-120°C.
It is carried out for 1 hour at 150°C. The mixture is cooled and the oxide is recovered. Generally speaking, the oxide concentration is at a propylene/TBHP molar ratio of 1.6.
~1.9:1 (TBHP content is 68-80% by weight) and about 24-28% when propylene/TBHP molar ratio is 1.1:1-1.2:1 (TBHP content is 68-80% by weight) ), it is about 31-32%. Using a series of reactors helps achieve the goals of high reaction medium polarity and low olefin concentration. The use of a multistage reactor allows for the stepwise addition of olefins, thereby increasing the polarity of the reaction medium and, in the case of propylene, further reducing the formation of propylene dimers. . This idea is called a continuous stirred tank reaction (CSTR) or a series of CSTR reactions.
This can be further improved by using . This is because CSTRs inherently provide lower concentrations of reactants compared to plug flow reactors (PFRs). A more effective method is CSTR or a series of
using a CSTR followed by one or more plug flow reactors.
The reason is that in a plug flow reactor the conversion can be more effectively forced to completion. It is possible, and also desirable, to operate each step at progressively higher temperatures. For example, the CSTR can be carried out at a reaction temperature of about 70-115°C, preferably 90-115°C, most preferably 100-110°C. PFR is higher temperature i.e. 115~150℃, most preferably 120~
It should be operated in a temperature range of 140°C. The plug reactor may be of any design familiar to those skilled in the art, such as jacketed reactors, heat transfer reactors, adiabatic reactors, and combinations thereof. The effluent from the CSTR can be referred to as an intermediate reaction mixture since the reaction is not complete. The residence time of the reactants in each reactor is up to the operator, but is preferably adjusted so that about 30% to about 50% by weight TBHP is converted in the CSTR. CSTR and PFR
The average residence time in the reaction mixture is adjusted based on other reaction conditions such as catalyst concentration, reaction temperature, etc., in a manner well known to those skilled in the art. Under the reaction conditions of the present invention, propylene oxide is produced in high concentrations (24-32%) and has a high selectivity (96-99%) based on the converted t-butyl hydroperoxide and a It was discovered that the yield of propylene oxide produced on the basis of One particularly preferred set of operating conditions (particularly for continuous processes) is to use the propylene and hydroperoxide reactants at low molar ratios of propylene to hydroperoxide (e.g., a charge of propylene to about 1 mole of hydroperoxide charge). 0.5 to about 2 moles). Another preferred method of operation is to carry out the first 0.5 to 1.5 hour reaction at low temperature (50 to 120°C), usually 0.5 to about 1.5 hours.
A temperature step is used so that the second step, which is a time reaction, is carried out at a higher temperature (usually 120-150°C). The low molar ratio of propylene to TBHP is facilitated by the optional stepwise addition of propylene to the staged reactors. According to this technique, the amount of olefin accumulated at any point in the stepwise series of reaction vessels is very small relative to the hydroperoxide. Usually, the charging ratio of propylene to hydroperoxide is about 2:1 to 20:1 expressed in molar ratio.
It is thought that it will change within the range of . Initial molar ratios of olefin to hydroperoxide of less than 2:1 were considered undesirable due to decreased selectivity. In the present invention, the initial charge molar ratio of olefin to hydroperoxide should not exceed 2.0:1. Propylene and TBHP to continuously stirred talc reactor
The wide range expressed by the preparation speed is 0.5:1 ~
The ratio is 2.0:1, preferably 0.9:1 to 1.8:1. Most preferably the molar ratio of olefin to hydroperoxide in the charge is from 1.05:1 to
The ratio is 1.35:1. If excess propylene is charged, the ratio of propylene to TBHP in the CSTR will be different from the initial charge ratio because both propylene and TBHP are consumed in the reactions that occur. In this case, as the conversion rate of TBHP increases, the ratio of propylene to TBHP also increases. For example, charged propylene and
If the initial molar ratio of TBHP is 1 mole of TBHP to 1.15 moles of propylene, and the rate of withdrawal of the reaction medium from the CSTR is such that the conversion of TBHP is maintained at 50% in the CSTR, The average molar ratio of unreacted propylene to reacted TBHP will be about 1.3:1. If the withdrawal rate of the reaction medium is such that the conversion of TBHP in the CSTR is maintained at about 90%, the average molar ratio of unreacted propylene to unreacted TBHP is about 2.5:1. It will be. In this same case, if we assume that TBHP was charged as a 70% by weight solution in t-butyl alcohol (TBA), the feed to the CSTR would be approximately 72.7% by weight of polar material (propylene, TBHP and It will consist of the charge TBHP divided by the sum of the weight of TBA (the sum of the weights of TBHP and TBA).As the reaction progresses, propylene (a non-polar substance) is converted to propylene oxide (a polar substance), resulting in the above-mentioned TBHP At 50% conversion, the reaction medium contains approximately 84.6% by weight of polar materials (unreacted
TBHP, charged TBHP, TBA formed as reaction products, and the total weight of propylene oxide divided by the sum of these four materials and unreacted propylene). mentioned above
At 90% conversion of TBHP, the reaction medium will consist of about 94% by weight polar material based on this same criterion. The method and apparatus of the present invention will be illustrated by the following examples, but the present invention is not limited thereto. Polarity of the Reaction Medium Example 1 To demonstrate the importance of the polarity of the reaction medium when practicing the present invention, three experiments were conducted using propylene, propane, t-butyl hydroperoxide, and t-butyl alcohol as feed materials. A series of batch experiments were conducted. In all experiments, the catalyst used was a molybdenum/ethylene glycol complex prepared as follows: Catalyst Preparation Mechanical stirrer, nitrogen inlet, thermometer, DeanStark trap, One round bottom Morton flask equipped with a condenser and nitrogen bubbler was charged with 100 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate and 300 g of ethylene glycol. While slowly bubbling nitrogen through the flask, heat the reaction mixture to 85-110°C for about 1 hour.
heated for an hour. At the end of the heating period, the reaction was almost complete and almost all of the ammonium heptamolybdate had dissolved. This reaction mixture is approximately 85
Aspirator vacuum was applied at a temperature of ~95°C for approximately 1.5 hours, followed by reheating at 90-100°C for an additional hour.
When cooled, it contains 16.1% molybdenum (determined by atomic absorption spectroscopy), 1.17% nitrogen (determined by Kjeldahl method) and 1.67% water (determined by Karl Fisher method).
A transparent liquid catalyst composition was obtained containing: Epoxidation Experiments Epoxidation experiments conducted in a 300 ml stainless steel autoclave are summarized in Tables 1 and 2. The above autoclave was charged with the propylene feed components at ambient temperature and then t-
The butyl hydroperoxide (TBHP) feed component was premixed with 0.38 g of catalyst before being charged. A catalyst concentration of approximately 350 ppm in the reaction medium was thus obtained.
In the pure propylene experiments, the TBHP feed component consisted of about 72.36 weight percent TBHP dissolved in t-butyl alcohol containing about 0.2 weight percent water. experiments with propylene/propane mixtures with propane added to the propylene feed;
and propylene/TBA mixtures in which t-butyl alcohol was further added to the TBHP feed, the TBHP feed was approximately 73 wt% TBHP dissolved in t-butyl alcohol containing about 0.2 wt% water. It was something that would become possible. The amounts of feed components were adjusted in each experiment to achieve the desired molar ratio of propylene to TBHP as shown in Tables 1 and 2. Thus, for example, in Run 1 of Table 1, the propylene feed component consisted of about 49.4 grams of propylene, and the TBHP feed component consisted of about 93.36 grams of TBHP, about 35.4 grams of t-butyl alcohol, about 0.26 grams of water, and about 100 grams of catalyst.
It consisted of 0.38g. In Experiment 2 of Table 1, the propylene feed components were approximately 34.65 grams of propylene and approximately 35.45 grams of propane.
It consisted of g. TBHP supply ingredients are:
TBHP71.72g, t-butyl alcohol 26.33g,
It consisted of about 0.2 g water and about 0.38 g catalyst. In Experiment 3 of Table 1, the propylene feed component consisted of approximately 36.4 g of propylene, TBHP
The feed components consisted of about 74.36 g of TBHP, about 64.27 g of t-butyl alcohol, about 0.2 g of water, and about 0.38 g of catalyst. All experiments shown in Table 1 were performed at reaction temperature
The reaction was carried out at 120°C for about 2.0 hours. All experiments shown in Table 2 were conducted at a reaction temperature of 110°C and a reaction time of 1.0 h, followed by a reaction temperature of 130°C and a reaction time of 1.0 h.
It took 1.0 hours. The reactants used and the results obtained are shown in Tables 1 and 2.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 まず第1表をみるとプロピレンのTBHPに対
するモル比に基づいて実験は“3つ組み”に並べ
られている事が分かる。そしてそれぞれの“3つ
組み”は、徐々にプロピレンのTBHPに対する
モル比が増加している事が分かる。TBHP基準
のプロピレンオキシドの選択率の結果を示した第
4欄をみると、実験1において1モルのプロパン
を加えることにより、仕込物の極性が低下し、仕
込物(TBHPおよびTBA)中の極性成分が、仕
込物のわずかに約58.2重量%をしめるに過ぎなく
なると、極性成分が仕込物の約74.6重量%をしめ
る本発明の実験2と比較して選択率がはつきりと
低下していることが分かる。実験1で用いたプロ
パンの量と同量のTBAを更に加え、仕込物の極
性を増加させ仕込物中の極性成分が約80.6重量%
をしめるようにした実験3は、実験1の低い選択
率が反応物質の“希釈”に起因するものではな
く、仕込物の極性の低下に起因するものであるこ
とを示している。実験3は、実験2に対して実験
1が行なつているのと正に同等の“希釈”が施こ
された。 反応したTBHP基準のプロピレンオキシド選
択率に対する同様の効果が、第2、第3及び第4
組目の“3つ組”(実験4〜12)において認めら
れる。 5組目の3つ組(実験13〜15)をみると、実験
13において極性成分は仕込物のわずか40.9重量%
(計算値)であり、実験14においては極性成分は
仕込物のわずか58.3重量%(計算値)であるが、
実質的に同様な結果がえられている。実験15で示
されているように、仕込物中の極性成分の割合1
%を72.8重量%に増加させたところ、TBHPのプ
ロピレンオキシドへの選択率はほんのわずか向上
した。初期のプロピレンのTBHPに対する比が
大きくなると(1.9〜2.1:1)、TBHPと触媒の
極性媒体安定化効果は、プロピレン濃度の増加の
結果として、反応速度が大きくなる(TBHPの
反応速度がそれよりも小さくなる)ことによつて
“失われる”。プロピレン濃度の増加による不都合
は、第8欄に示した結果より明かなようにプロピ
レン2量体の生成が増加することである。 データの次の組(実験16〜19)をみると、実験
16〜18においては、極性成分は約32.2重量%、約
52.2重量%及び約47.1重量%をしめており、実質
的に同様の結果がえられた。極性成分が仕込物中
の約67.1重量%をしめる実験119において、
TBHPのプロピレンオキシドへの選択率は向上
していない。しかしながら、第8欄で示されてい
るように、本発明の請求範囲外である、実験16〜
21における、プロピレンのTBHPに対するより
高いモル比に起因する、プロピレン2量体の量の
さらに著しい増加に留意されたい。実験16〜21に
おいて、TBHPのプロピレンオキシドへの選択
率は反応速度の急激な増加(プロピレンの
TBHPに対するモル比が増加したため、TBHP
の分解反応が減少してしまつた)により“失われ
る”ため、実質的に同様のものであつた。 次に第2表をみると、極性成分が仕込物のそれ
ぞれ58.4重量%、54.7重量%及び52.2重量%をし
めている実験22、25及び28においては、極性成分
が仕込物のそれぞれ74.5重量%、71.6重量%、
69.6重量%をしめている本発明の実験23、26及び
27と比較して、TBHPのプロピレンオキシドへ
の選択率(第4欄)が明らかに劣つているという
傾向が繰り返されていることが分かる。実験22、
25及び28の選択率は、極性成分が仕込物のそれぞ
れ79.3重量%、78.2重量%及び76.0重量%をしめ
ている実験24、27及び30でえられた選択率と比較
しても、明らかに劣つている。 実施例 2 実施例2〜4では、エポキシ化反応が低い反応
温度で行なわれる際には、収率、選択率、および
転換率という見地からみると、触媒の濃度が比較
的高いことが重要であることを示している。 容量300mlの316ステンレススチール製のオート
クレーブ(窒素でパージされている)に、プロピ
レン43.9g(1.0452モル)を室温で入れた。ま
た、予め混合されたTBHP溶液(TBHA60.75
%、TBA38.91%および水0.34%から成つている)
88.2gと、モリブデン/2―エチル―1―ヘキサ
ノール触媒(モリブデン含有率5.96%)とを室温
で入れた。モリブデン/2―エチル―1―ヘキサ
ノール触媒は、三酸化モリブデン29.0gを2―エ
チル―1―ヘキサノール299.5g、濃水酸化アン
モニウム20mlおよびトルエン250mlと共に、室温
から140℃で15〜45分間かけて加熱し、水約9ml
およびトルエン約165mlを除去して調製した。加
熱を140℃〜153℃でさらに4.25時間継続し、その
時点で、水約16mlおよびトルエン約234mlを回収
した。反応混合物を過し、液に水が含まれて
いるのでモレキユラーシーブで乾燥した。乾燥物
を再過し、モリブデンに関する分析を行なつた
ところ、モリブデンを5.96%含んでいることが分
かつた。プロピレンをオートクレーブに入れ、次
いで、上記触媒0.9gを予めTBHPと混合したも
のを室温で入れた。この実験において、プロピレ
ン/TBHPのモル比は1.75:1、TBHP/TBA
のモル比は1.28:1、触媒の量は全反応仕込物を
基準としてモリブデン0.0403重量%であつた。上
記オートクレーブを撹拌させながら110℃に30分
間かけて加熱し、110℃で90分保持した。反応混
合物を室温に冷却し、加圧下でサンプリングを行
なつた。回収された生成物の総重量は133.0g、
また、液状生成物の総重量(プロピレン除去後)
は93.0gであつた。 液状生成物を分析したところ、TBHPを1.18%
含むことが分かつた。 残留TBHPグラム数=1.0974g 残留TBHPモル数=0.0122モル 反応したTBHPモル数 =供給モル数−残留モル数 =0.5954−0.0122 =0.5832モル TBHPの転換率=反応したモル数/供給したモル数 =0.5332/0.5954 =97.94% 全生成物を加圧下で分析したところ、プロピレ
ンオキシド24.729重量%およびプロピレングリコ
ール0.152重量%を含むことが分かつた。全生成
物中に、未反応のプロピレンはわずか13.922%し
か含まれていないことに留意すべきである。 プロピレンオキシド(PO)グラム数 =32.8896g POモル数=0.5671モル POへの選択率=POモル数/反応したTBHPモル数 =0.5671/0.5832 =97.23% POに収率=POモル数/供給したTBHPモル数 =0.5671/0.5954 =95.24% また、上記の液状生成物を原子吸光スペクトル
法で分析したところ、モリブデン526ppmを含ん
でおり、モリブデンの回収率は91.5%であること
が分かつた。 実施例 3 容量300mlの316ステンレス製のオートクレーブ
(窒素でバージされる)に、プロピレン45.3g
(1.07857モル)を入れた。同様に室温で、予め混
合されたTBHP溶液(TBHP60.75%、
TBA38.91%および水0.34%から成る)88.15gお
よび実施例2に記載された方法で調製されたモリ
ブデン/2―エチル―1―ヘキサノール触媒(モ
リブデン含有率5.96%)0.45gを入れた。本エポ
キシ化反応においては、プロピレンのTBHPに
対するモル比は1.81:1、TBHP/TBAのモル
比は1.28:1、またモリブデン触媒の量は全反応
仕込量を基準として0.0200重量%であつた。本実
施例で使用した触媒の量は実施例2の約半分であ
る。ここでも、プロピレンのTBHPに対する低
い量比はモリブデン回収率のはつきりとした増加
をもたらしている。 オートクレーブを撹拌させながら110℃に30分
間かけて加熱し、110℃で90分保持した。反応混
合物を室温まで冷却し、加圧下でサンプリングを
行なつた。回収された生成物の総重量は133.9g、
また液状生成物の総重量(プロピレン除去後)は
94.2gであつた。液状生成物を分析したところ、
モリブデンを264ppm含有しており、モリブデン
の回収率は93.0%であつた。 液状生成物を分析し、TBHPをまだ3.92%含ん
でいることが分かつた。 残留TBHPグラム数 =94.2×3.92% =3.69264g 残留TBHPモル数=0.0410モル 反応したTBHPモル数 =供給モル数−残留モル数 =0.5950−0.0410 =0.5540モル TBHPの転換率=反応したモル数/供給したモル数 =0.5540/0.5950 =93.11% 全生成物を加圧下で分析したところ、プロピレ
ンオキシド22.928重量%および未反応プロピレン
16.14%を含んでいることがわかつた。 プロピレンオキシド(PO)グラム数 =133.9×22.928% =30.70g POモル数=0.5293モル POへの選択率=POモル数/供給したTBHPモル数 =0.5293/0.5540 =95.54% POに収率=POモル数/供給TBHPモル数 =0.5293/0.5950 =88.96% 実施例3では、触媒濃度を低くした以外は実質
的に実施例2と同様の実験であつたが、より高い
触媒濃度をもつ実施例2と比較して、プロピレン
オキシドの収率が6%程低かつた。しかしなが
ら、実施例3においては、反応流出液の中のモリ
ブデン回収率(可溶性モリブデン)が非常に高く
(93.0%)、実施例2(91.5%)よりも更に高かつ
たことに留意すべきである。 実施例 4 窒素でパージされた容量300mlの316ステンレス
スチール製のオートクレーブに室温でプロピレン
48.3g(1.1500モル)を入れた。このプロピレン
に、予め混合されたTBHP溶液(124.2g)およ
びモリブデン触媒(1.2g)を加えた。予め混合
されたTBHP/モリブデン触媒溶液中124.2gを
しめるTBHP成分は次のような組成であつた:
TBHP60.50%、TBA39.30%および水0.2%。予
め混合されたTBHP/モリブデン触媒溶液中の
モリブデン触媒成分は、モリブデン/2―エチル
―1―ヘキサノール(モリブデン含有率6.50%)
触媒1.2gから成つていた。 濃縮モリブデン触媒は、2―エチル―1―ヘキ
サノール299.5gを三酸化モリブデン(MoO3
29.0gと混合し、この混合物に濃水酸化アンモニ
ウム20mlを加えることによつて調製された。触媒
生成反応混合物を180℃に加熱し、かかる温度で
5時間保持し、21ml程の水を除去した。この反応
混合物を冷却し過した。原子吸光分析による
と、液のモリブデン含有率は6.50%(可溶性触
媒中のモリブデン含有率:97.7%)であつた。 この反応において、プロピレンのTBHPに対
するモル比はわずか1.38:1であり、TBHP/
TBAのモル比は1.27:1であつた。使用したモ
リブデン触媒の量は、全反応仕込量を基準とし
て、モリブデン含有率が0.0449重量%であつた。
オートクレーブ及び内容物を撹拌しながら、110
℃に120分(2時間)加熱した。反応混合物を冷
却し、圧力を抜いて2つの試料容器に回収した。 全生成物重量は173.5gであつた。 液状生成物の全重量は142.2gであつた。 液状生成物を分析した結果、TBHPを1.70%含
むことが分かつた。 残留TBHPグラム数 =2.4174g 残留TBHPモル数=0.026モル 反応したTBHPモル数 =供給モル数−残留モル数 =0.8349−0.0269 =0.8080モル 転換率=0.8080/0.8349 =96.78% 液状生成物を原子吸光スペクトル法で分析した
ところ、モリブデンを527ppm含んでおり、実質
的にモリブデン回収率は96.1%であることが分か
つた。 実施例 5及び6 実施例5及び6は、異なるモリブデン/2―エ
チルヘキサノール触媒を用いた以外は、実施例2
〜4と同様に行なつた。しかしながら、その結果
は、本質的に同様であつて、反応の終了時には、
可溶性のモリブデンが極めて高収率で回収された
(いずれの実験においても96%)。これらの結果
を、以下に簡単な表の形で要約する。なお、実験
は、110℃で1.5時間行なつた。
[Table] First, looking at Table 1, you can see that the experiments are arranged in "triplicates" based on the molar ratio of propylene to TBHP. It can be seen that in each "triad" the molar ratio of propylene to TBHP gradually increases. Looking at the fourth column showing the selectivity results for propylene oxide based on TBHP, we see that the addition of 1 mol of propane in experiment 1 decreased the polarity of the feed and increased the polarity in the feed (TBHP and TBA). When the components accounted for only about 58.2% by weight of the feed, the selectivity decreased significantly compared to Experiment 2 of the present invention, where the polar components accounted for about 74.6% by weight of the feed. I know that there is. The same amount of TBA as the amount of propane used in Experiment 1 was added to increase the polarity of the feed, and the polar component in the feed was approximately 80.6% by weight.
Run 3 shows that the lower selectivity of Run 1 is not due to "dilution" of the reactants, but is due to a decrease in the polarity of the feed. In Experiment 3, the exact same "dilution" was applied to Experiment 2 as in Experiment 1. A similar effect on propylene oxide selectivity based on reacted TBHP was observed in the second, third and fourth
It is observed in the "triads" of the group (Experiments 4 to 12). Looking at the fifth set of triplets (Experiments 13 to 15), we find that experiments
In 13, polar components accounted for only 40.9% by weight of the ingredients.
(calculated value), and in Experiment 14, the polar component was only 58.3% by weight (calculated value) of the ingredients;
Substantially similar results are obtained. As shown in experiment 15, the proportion of polar components in the feed is 1
% to 72.8 wt%, the selectivity of TBHP to propylene oxide improved only slightly. As the initial propylene to TBHP ratio increases (1.9 to 2.1:1), the polar media stabilizing effect of TBHP and the catalyst increases the reaction rate (as the reaction rate of TBHP increases as a result of the increased propylene concentration). is “lost” by becoming smaller). The disadvantage of increasing the propylene concentration is that the formation of propylene dimers increases, as is evident from the results shown in column 8. Looking at the next set of data (Experiments 16-19), experiments
16 to 18, the polar component is about 32.2% by weight, about
52.2% by weight and approximately 47.1% by weight, and substantially similar results were obtained. In experiment 119, where the polar components accounted for approximately 67.1% by weight of the feed,
The selectivity of TBHP to propylene oxide has not improved. However, as shown in column 8, experiments 16-
Note the even more significant increase in the amount of propylene dimer in 21 due to the higher molar ratio of propylene to TBHP. In experiments 16-21, the selectivity of TBHP to propylene oxide was increased by a rapid increase in reaction rate (propylene
As the molar ratio to TBHP increased, TBHP
was "lost" due to a reduction in the decomposition reaction of Next, looking at Table 2, in experiments 22, 25, and 28, in which the polar components accounted for 58.4% by weight, 54.7% by weight, and 52.2% by weight of the ingredients, respectively, the polar components accounted for 74.5% by weight of the ingredients, respectively. 71.6% by weight,
Experiments 23, 26 and 69.6% by weight of the present invention
It can be seen that the trend of clearly inferior selectivity of TBHP to propylene oxide (column 4) compared to 27 is repeated. Experiment 22,
The selectivities of 25 and 28 are clearly inferior when compared with the selectivities obtained in experiments 24, 27 and 30, where the polar components accounted for 79.3%, 78.2% and 76.0% by weight of the feed, respectively. It's on. Example 2 In Examples 2-4, a relatively high concentration of catalyst is important from a yield, selectivity, and conversion standpoint when the epoxidation reaction is carried out at low reaction temperatures. It shows that there is. A 316 stainless steel autoclave (purged with nitrogen) with a capacity of 300 ml was charged with 43.9 g (1.0452 moles) of propylene at room temperature. Also, pre-mixed TBHP solution (TBHA60.75
%, TBA 38.91% and water 0.34%)
88.2 g and molybdenum/2-ethyl-1-hexanol catalyst (molybdenum content 5.96%) were charged at room temperature. The molybdenum/2-ethyl-1-hexanol catalyst is prepared by heating 29.0 g of molybdenum trioxide with 299.5 g of 2-ethyl-1-hexanol, 20 ml of concentrated ammonium hydroxide, and 250 ml of toluene from room temperature to 140°C for 15 to 45 minutes. and about 9ml of water
and about 165 ml of toluene were removed. Heating was continued at 140<0>C to 153<0>C for an additional 4.25 hours, at which point about 16 ml of water and about 234 ml of toluene were collected. The reaction mixture was filtered, and since the liquid contained water, it was dried with a molecular sieve. When the dried material was filtered again and analyzed for molybdenum, it was found that it contained 5.96% molybdenum. Propylene was charged into the autoclave, and then 0.9 g of the above catalyst premixed with TBHP was charged at room temperature. In this experiment, the propylene/TBHP molar ratio was 1.75:1, TBHP/TBA
The molar ratio of was 1.28:1 and the amount of catalyst was 0.0403% by weight molybdenum based on the total reaction charge. The autoclave was heated to 110°C for 30 minutes while stirring, and maintained at 110°C for 90 minutes. The reaction mixture was cooled to room temperature and sampled under pressure. The total weight of the recovered product was 133.0g;
Also, total weight of liquid product (after propylene removal)
The weight was 93.0g. Analysis of the liquid product revealed 1.18% TBHP
It was found that it included. Number of grams of residual TBHP = 1.0974 g Number of moles of residual TBHP = 0.0122 moles Number of moles of TBHP reacted = number of moles supplied - number of moles remaining = 0.5954 - 0.0122 = 0.5832 mole Conversion rate of TBHP = number of moles reacted / number of moles supplied = 0.5332 /0.5954 = 97.94% The total product was analyzed under pressure and found to contain 24.729% by weight propylene oxide and 0.152% by weight propylene glycol. It should be noted that the total product contains only 13.922% unreacted propylene. Propylene oxide (PO) grams = 32.8896g PO moles = 0.5671 mole Selectivity to PO = PO moles/reacted TBHP moles = 0.5671/0.5832 = 97.23% PO yield = PO moles/supplied TBHP Number of moles = 0.5671/0.5954 = 95.24% Furthermore, when the above liquid product was analyzed by atomic absorption spectroscopy, it was found that it contained 526 ppm of molybdenum, and the recovery rate of molybdenum was 91.5%. Example 3 45.3 g of propylene was placed in a 316 stainless steel autoclave (purged with nitrogen) with a capacity of 300 ml.
(1.07857 mol) was added. Similarly at room temperature, pre-mixed TBHP solution (TBHP60.75%,
88.15 g (consisting of 38.91% TBA and 0.34% water) and 0.45 g of molybdenum/2-ethyl-1-hexanol catalyst (5.96% molybdenum content) prepared as described in Example 2 were charged. In this epoxidation reaction, the molar ratio of propylene to TBHP was 1.81:1, the molar ratio of TBHP/TBA was 1.28:1, and the amount of molybdenum catalyst was 0.0200% by weight based on the total reaction charge. The amount of catalyst used in this example is about half that of Example 2. Again, the low ratio of propylene to TBHP results in a significant increase in molybdenum recovery. The autoclave was heated to 110°C for 30 minutes while stirring and held at 110°C for 90 minutes. The reaction mixture was cooled to room temperature and sampled under pressure. The total weight of the recovered product was 133.9g;
Also, the total weight of the liquid product (after removing propylene) is
It weighed 94.2g. Analysis of the liquid product revealed that
It contained 264 ppm of molybdenum, and the recovery rate of molybdenum was 93.0%. The liquid product was analyzed and found to still contain 3.92% TBHP. Number of grams of residual TBHP = 94.2 x 3.92% = 3.69264 g Number of moles of TBHP remaining = 0.0410 moles Number of moles of TBHP reacted = number of moles supplied - number of moles remaining = 0.5950 - 0.0410 = 0.5540 mole Conversion rate of TBHP = number of moles reacted/supplied Number of moles converted = 0.5540/0.5950 = 93.11% Analysis of the total product under pressure revealed 22.928% by weight of propylene oxide and unreacted propylene.
It was found that it contains 16.14%. Propylene oxide (PO) grams = 133.9 x 22.928% = 30.70 g PO moles = 0.5293 moles Selectivity to PO = PO moles / supplied TBHP moles = 0.5293/0.5540 = 95.54% PO yield = PO moles number/number of moles of TBHP supplied = 0.5293/0.5950 = 88.96% In Example 3, the experiment was substantially the same as Example 2 except that the catalyst concentration was lowered, but Example 2 with a higher catalyst concentration and In comparison, the yield of propylene oxide was about 6% lower. However, it should be noted that in Example 3, the molybdenum recovery (soluble molybdenum) in the reaction effluent was very high (93.0%), even higher than in Example 2 (91.5%). . Example 4 Propylene was added at room temperature to a 316 stainless steel autoclave with a capacity of 300 ml and purged with nitrogen.
48.3g (1.1500 mol) was added. To the propylene was added a premixed TBHP solution (124.2 g) and molybdenum catalyst (1.2 g). The 124.2 g TBHP component in the premixed TBHP/molybdenum catalyst solution had the following composition:
TBHP60.50%, TBA39.30% and water 0.2%. The molybdenum catalyst component in the premixed TBHP/molybdenum catalyst solution is molybdenum/2-ethyl-1-hexanol (6.50% molybdenum content).
It consisted of 1.2 g of catalyst. Concentrated molybdenum catalyst converts 299.5 g of 2-ethyl-1-hexanol into molybdenum trioxide (MoO 3 ).
29.0 g and adding 20 ml of concentrated ammonium hydroxide to this mixture. The catalyst formation reaction mixture was heated to 180°C and held at that temperature for 5 hours, removing approximately 21 ml of water. The reaction mixture was cooled and filtered. According to atomic absorption spectrometry, the molybdenum content of the liquid was 6.50% (molybdenum content in the soluble catalyst: 97.7%). In this reaction, the molar ratio of propylene to TBHP is only 1.38:1, TBHP/
The molar ratio of TBA was 1.27:1. The amount of molybdenum catalyst used had a molybdenum content of 0.0449% by weight based on the total reaction charge.
110 while stirring the autoclave and contents.
℃ for 120 minutes (2 hours). The reaction mixture was cooled, depressurized and collected into two sample containers. Total product weight was 173.5g. The total weight of the liquid product was 142.2 g. Analysis of the liquid product revealed that it contained 1.70% TBHP. Number of grams of residual TBHP = 2.4174 g Number of moles of residual TBHP = 0.026 moles Number of moles of reacted TBHP = number of moles supplied - number of moles remaining = 0.8349 - 0.0269 = 0.8080 moles Conversion rate = 0.8080/0.8349 = 96.78% Atomic absorption spectroscopy of the liquid product When analyzed using a method, it was found that it contained 527 ppm of molybdenum, and the molybdenum recovery rate was essentially 96.1%. Examples 5 and 6 Examples 5 and 6 are similar to Example 2 except that different molybdenum/2-ethylhexanol catalysts were used.
It was carried out in the same manner as in 4. However, the results are essentially the same; at the end of the reaction,
Soluble molybdenum was recovered in very high yields (96% in both experiments). These results are summarized below in the form of a simple table. Note that the experiment was conducted at 110°C for 1.5 hours.

【表】 この領域の研究を開始した当初において、市販
のTBHPに代えて乾燥TBHP(H2O0.4重量%以
下)を使用した場合、実験結果が劇的に改善され
ることを見いだした。したがつて、TBHP/
TBA溶液が極めて少量の水、即ち0.5重量%以下
の水を含むのが好ましい。従来、特許及び文献に
おいては、プロピレン/TBHPのモル比が低い
場合、選択率が低いといわれていたので、プロピ
レンのエポキシ化実験の当初は、オレフイン/ヒ
ドロペルオキシドのモル比を高く選択した。プロ
ピレン/TBHPのモル比を6:1〜10:1とし
て130回以上のエポキシ化実験を行なつた。これ
らのプロピレン/TBHPのモル比にあつては、
触媒及び反応条件を種々変更しても、エポキシ化
の実験結果に大きな影響を及ぼさないようであつ
た。 更に、プロピレン/TBHPのモル比6〜10:
1であつては、モリブデン回収率は60〜80%の範
囲であつた。 しかしながら、合成される数多くのモリブデン
触媒を識別するのに役立つであろう方法を見出そ
うと当初のプロピレン/TBHPのモル比を低く
したところ、反応温度、滞留時間及びモリブデン
触媒濃度を適当に調節すれば、驚くべきことに、
プロピレンオキシドの選択率が良好となることを
見出した。 更に、エポキシ化反応を、比較的高濃度のモリ
ブデン触媒を用いて比較的低温で行なうと、良好
な結果が得られることを見出した。更にまた、仕
込んだモリブデンの大半が可溶性のモリブデンと
なり、この可溶性モリブデンの割合がプロピレ
ン/TBHPの投入(仕込)比が減少するにつれ
て増大することもまた驚くべき発見であつた。更
に、プロピレン/TBHPの仕込比が小さいと副
生するプロピレン二量体の生成量も少なくなるこ
とが判明した。 第4表に反応器流出液中のプロピレン二量体の
濃度についてのデータを示す。反応器流出液中の
プロピレン二量体はGCマススペクトルを用いて
定量した。特記したプロピレン二量体は望ましく
ない副生成物である。何故ならば、プロピレン二
量体は、プロピレンオキシドと共沸し、プロピレ
ンオキシドから最もよく分離するためにはコスト
のかかる抽出蒸留によらなければならないからで
ある。抽出蒸留塔のコスト及びかかる精製ユニツ
トを作動させるためのユーテイリテイーコストは
非常に高いものである。従来のプロピレンオキシ
ドプロセス条件を用いる第5表の実施例は、第4
表に示したプロピレン二量体のレベルが驚く程低
いことを示している。 第5表には、プロピレン/TBHPのモル比が
低く、反応が段階的であり、かつ触媒レベルが低
いばかりでなく、TBHP濃度が高くても実験結
果が改善される実施例が存在する。これらの実施
例は、プロピレン/TBHPのモル比が1.1〜1.2:
1の好ましい反応条件を示す。第6表の実施例
は、モリブデン触媒を好結果でリサイクルするこ
とができることを示す。 第7表の実施例21〜25は、本プロセスを1000ml
の反応器に3.3倍スケールアツプした場合に得ら
れる実験結果を示す。これら実施例における操作
上の相違点は、プロピレンを反応器に仕込んだ後
TBHP/TBA/触媒溶液を添加するに先立つ
て、反応温度又は反応温度近辺の温度まで加温し
た点である。反応は、発熱により、所望の温度で
行なうことができる。これらのスケールアツプし
た量にあつても、良好な結果を維持することがで
きる。 第5表には、2―エチル―1―ヘキサノールと
アンモニウムヘプタモリブデイト(ヘプタモリブ
デン酸アンモニウム)からなる典型的な触媒の製
造方法を示す。 第8表には、反応を2区分の反応器スキーム
(two―part reactor sheme)で連続的に進行す
ることができることを示す実施例が存在する。
CSTRの後に、それよりやや高い温度でPFRが続
く。またプロピレン/TBHPの比が低い例が示
してある。触媒の回収率が100%よりやや大きく
記載されたものもある。この過剰分は実験的な誤
差によるもので、触媒の回収率は、本来、定量的
である。 本発明の方法は、プロピレン/TBHPモル比
が低くかつ極性反応溶媒を使用するために、高濃
度のプロピレンオキシド(24〜32%)を生成し、
プロピレンの使用量がはるかに少ない。本方法に
おいては、4〜16%のプロピレンが未反応であ
る。選択率(生成するプロピレンオキシドのモル
数/消費されるTBHPのモル数)は、プロピレ
ン/TBHPのモル比を低くしても、低下しない。
驚くべきことに、TBHPを基準としたプロピレ
ンオキシドの選択率が増加することがわかる。こ
れは反応溶媒の極性が大きいことによるものであ
る。 驚くべきことに、本発明の方法を用いると、ア
ルキレンオキシドへの選択率は少なくとも96%で
あり、生成物流体中のアルキレンオキシドの濃度
は少なとくも24%とすることができ、アルキレン
オキシドの収率は少なくとも94%であり、かつ、
ヒドロペルオキシドの転化率は少なくとも96%と
することができる。 更に、驚くべきことに、プロピレンオキシド/
TBHPの比が低い場合のモリブデンの回収率は、
一般に>90%である。
[Table] At the beginning of our research in this area, we found that experimental results were dramatically improved when dry TBHP (less than 0.4% by weight H 2 O) was used in place of commercially available TBHP. Therefore, TBHP/
Preferably, the TBA solution contains very little water, ie less than 0.5% by weight of water. Conventionally, in patents and literature, it has been said that when the propylene/TBHP molar ratio is low, the selectivity is low, so a high olefin/hydroperoxide molar ratio was selected at the beginning of the propylene epoxidation experiment. More than 130 epoxidation experiments were conducted with propylene/TBHP molar ratios ranging from 6:1 to 10:1. Regarding these propylene/TBHP molar ratios,
Various changes in catalyst and reaction conditions did not appear to significantly affect the experimental results of the epoxidation. Furthermore, the molar ratio of propylene/TBHP is 6 to 10:
1, the molybdenum recovery was in the range of 60-80%. However, by lowering the initial propylene/TBHP molar ratio in an attempt to find a method that would help distinguish between the large number of molybdenum catalysts synthesized, the reaction temperature, residence time, and molybdenum catalyst concentration were adjusted appropriately. Then, surprisingly,
It has been found that the selectivity of propylene oxide is improved. Furthermore, it has been found that good results are obtained when the epoxidation reaction is carried out at a relatively low temperature using a relatively high concentration of molybdenum catalyst. Furthermore, it was also a surprising discovery that most of the charged molybdenum became soluble molybdenum, and that the proportion of soluble molybdenum increased as the propylene/TBHP charge ratio decreased. Furthermore, it has been found that when the propylene/TBHP charging ratio is small, the amount of by-product propylene dimer produced is also small. Table 4 provides data on the concentration of propylene dimer in the reactor effluent. Propylene dimer in the reactor effluent was determined using GC mass spectrometry. The specifically mentioned propylene dimer is an undesirable by-product. This is because propylene dimer is azeotropic with propylene oxide and must be best separated from propylene oxide by costly extractive distillation. The cost of extractive distillation columns and the utility costs for operating such purification units are very high. The examples in Table 5 using conventional propylene oxide process conditions are as follows:
The table shows that the levels of propylene dimer are surprisingly low. There are examples in Table 5 where the propylene/TBHP molar ratio is low, the reaction is stepwise, and the experimental results are improved not only at low catalyst levels but also at high TBHP concentrations. These examples show that the propylene/TBHP molar ratio is between 1.1 and 1.2:
1 shows preferred reaction conditions. The examples in Table 6 show that molybdenum catalysts can be recycled with good results. Examples 21 to 25 in Table 7 use 1000 ml of this process.
The experimental results obtained when the reactor was scaled up 3.3 times are shown. The operational difference in these examples is that after charging the propylene to the reactor,
Prior to adding the TBHP/TBA/catalyst solution, it was heated to a temperature at or near the reaction temperature. The reaction can be carried out exothermically at the desired temperature. Good results can be maintained even at these scaled-up quantities. Table 5 shows the preparation of a typical catalyst consisting of 2-ethyl-1-hexanol and ammonium heptamolybdate (ammonium heptamolybdate). In Table 8 there are examples showing that the reaction can proceed continuously in a two-part reactor scheme.
CSTR is followed by PFR at a slightly higher temperature. Also shown are examples with low propylene/TBHP ratios. In some cases, the catalyst recovery rate is listed as slightly higher than 100%. This excess is due to experimental error; catalyst recovery is quantitative in nature. The method of the present invention produces high concentrations of propylene oxide (24-32%) due to the low propylene/TBHP molar ratio and the use of polar reaction solvents;
Much less propylene is used. In this method, 4-16% of propylene is unreacted. The selectivity (moles of propylene oxide produced/moles of TBHP consumed) does not decrease even when the propylene/TBHP molar ratio is lowered.
Surprisingly, it can be seen that the selectivity of propylene oxide based on TBHP increases. This is due to the high polarity of the reaction solvent. Surprisingly, using the process of the present invention, the selectivity to alkylene oxide is at least 96%, the concentration of alkylene oxide in the product stream can be at least 24%, and the selectivity to alkylene oxide is at least 96%. the yield is at least 94%, and
The conversion of hydroperoxide can be at least 96%. Furthermore, surprisingly, propylene oxide/
The recovery rate of molybdenum when the ratio of TBHP is low is:
Generally >90%.

【表】【table】

【表】 あつた。
3:触媒はMoO/2〓エチルヘキサノール/NHOH/
トルエンコンプレツクス(5.96%モリブデン)で
あつた。
[Table] Atsuta.
3: The catalyst is MoO 3 /2〓ethylhexanol/NH 4 OH/
It was heated with toluene complex (5.96% molybdenum).

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 注:上記実験のそれぞれにおいて用いたそれぞれの触
媒についての記載及びその製造方法について
は第5表参照
[Table] Note: See Table 5 for descriptions of each catalyst used in each of the above experiments and its manufacturing method.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 ヒドロペルオキシドの選択 表示した実験は、本発明を実施する場合にt―
アミルヒドロペルオキシドも使用可能であること
を示すためになされた。 実施例 32 触媒の製造 メカニカルスターラー、窒素導入口、温度計、
デイーンスタークトラツプ、コンデンサー及び窒
素バブラーを装備した1の丸底モルトフラスコ
に、アンモニウムヘプタモリブデイト(触媒A)
又はアンモニウム・ジモリブデイト(触媒B)
100gと、エチレングリコール300gとを仕込ん
だ。この反応混合物を、フラスコに窒素を緩やか
に通過させながら、85〜110℃に約1時間加熱し
た。上記加熱時間の終了時には、反応は実質的に
完了し、実質上全てのアンモニウム・モリブデイ
トが溶解した。この反応混合物を、約85〜95℃で
約1.5時間アスピレーターで減圧に付し、次いで
90〜100℃に更に1時間再加熱した。冷却すると、
16.1%のモリブデン(原子吸光スペクトル法で定
量)、1.17%の窒素(ケールダール法で定量)及
び1.67%の水(カール フイツシヤー法で定量)
を含む透明な液体触媒組成物(触媒A)が得られ
た。この触媒の酸価(試料1g当たりのKOHmg
数)は、二重定量法(duplicate analysis)で
80.94と167.85であることが判明した。触媒Bは、
原子吸光スペクトル法により13.2%のモリブデン
を含有していることが判明した。 エポキシ化の実験 容量300mlのステンレススチール製のオートク
レーブで行なつたエポキシ化の実験を第9表に要
約した。プロピレン供給成分を室温で仕込み、次
いで、t―アミルヒドロペルオキシド(TAHP)
供給成分を予め触媒0.38gと混合してから仕込ん
だ。こうして、反応媒体中約350ppmの触媒濃度
が得られた。TAHP供給成分は、約0.2重量%の
水を含有するt―アミルアルコール中、70重量%
のTAHP溶液からなつていた。用いた反応条件
及び得られた結果を第9表に要約する。
[Table] Selection of Hydroperoxides The experiments shown show that t-
This was done to show that amyl hydroperoxide can also be used. Example 32 Production of catalyst Mechanical stirrer, nitrogen inlet, thermometer,
Ammonium heptamolybdate (catalyst A) was added to one round-bottom malt flask equipped with a Dean Stark trap, condenser, and nitrogen bubbler.
or ammonium dimolybdate (catalyst B)
100g and 300g of ethylene glycol were charged. The reaction mixture was heated to 85-110° C. for about 1 hour while passing nitrogen slowly through the flask. At the end of the heating period, the reaction was substantially complete and substantially all of the ammonium molybdate was dissolved. The reaction mixture was subjected to aspirator vacuum at about 85-95°C for about 1.5 hours and then
Reheated to 90-100°C for an additional hour. When cooled,
16.1% molybdenum (determined by atomic absorption spectroscopy), 1.17% nitrogen (determined by Kjeldahl method) and 1.67% water (determined by Karl-Fitscher method)
A transparent liquid catalyst composition (catalyst A) was obtained. Acid value of this catalyst (KOHmg per 1g of sample)
number) was determined by duplicate analysis.
It turned out to be 80.94 and 167.85. Catalyst B is
It was determined by atomic absorption spectroscopy to contain 13.2% molybdenum. Epoxidation Experiments Epoxidation experiments conducted in a 300 ml stainless steel autoclave are summarized in Table 9. Charge the propylene feed components at room temperature, then t-amyl hydroperoxide (TAHP)
The feed components were premixed with 0.38 g of catalyst before charging. A catalyst concentration of approximately 350 ppm in the reaction medium was thus obtained. The TAHP feed component is 70% by weight in t-amyl alcohol containing approximately 0.2% water.
It consisted of a TAHP solution. The reaction conditions used and the results obtained are summarized in Table 9.

【表】【table】

【表】 第9表から、いずれの例においても、プロピレ
ンオキシドについての選択率が良好であり、t―
アミルヒドロペルオキシドの転化率が良好であつ
たことがわかるであろう。 本発明の技術思想を拡張すべく、TBHP又は
TAHP以外のヒドロペルオキシド例えばクメン
ヒドロペルオキシド(CHP)を用いて種々の実
験を行なつた。その結果、驚くべきことに、プロ
ピレン/ヒドロペルオキシドのモル比が高い場合
にはTBHPとCHPとは同様の挙動をするものの、
本発明の低いモル比、即ち約2:1以下にあつて
はそれらの挙動が相違することが見出された。使
用する触媒濃度が高い場合には、CHPを用いる
プロピレンオキシドの収率は、プロピレン/クメ
ンヒドロペルオキシドのモル比が低いと、
TBHPを用いて得られるプロピレンオキシドの
収率に比べて低かつた。CHPを低モル比の例で
用いた場合には、反応したCHPを基準とするプ
ロピレンオキシドの選択率は、触媒濃度が増大す
るにつれて増大するが、同様の例でTBHPを用
いた場合程には到らない。したがつて、特に本発
明の方法に関して好結果を得るために、ヒドロペ
ルオキシドの選択も重大であることも見出され
た。かかる発見については、以下の実施例につい
て詳細に説明する。これらの実施例は、前述した
操作手順に従つて表に注記したパラメータを用い
て行なわれた。 第10表と第11表とはプロピレン/CHPのモル
比の重畳効果を示す。CHPを用いる場合、反応
したCHPを基準とするプロピレンオキシドへの
選択率は、プロピレン/CHPの仕込み比が減少
するにつれて減少する。実施例32〜36は、プロピ
レン/CHPの仕込み比が減少するにつれてプロ
ピレンオキシドの選択率が減少し、二量体の含有
率(「純PO」基準、即ち留去されるプロピレン)
が低触媒レベル(69〜78ppm)にあつて一般に増
大することを示している。実施例37と実施例38と
は、中程度の触媒レベル(約250ppm)について
同様の傾向があることを示し、実施例39〜45はこ
れらの望ましくない結果が高触媒濃度(400〜
449ppm)についても事実であることを示してい
る。 CHPを用いる場合、プロピレン/TBHP仕込
み比が低下する場合と違つて、プロピレン二量体
の生成は、プロピレン/CHP仕込み比が低下す
るにつれて低下することはない。事実、二量体の
生成は、初期プロピレン/CHPの比が減少する
につれて増大する傾向がある。更に、第10表に
は、クミルアルコール中のCHPの2つの相異な
るCHP濃度、30%及び59%についてこれらの傾
向があり、CHP量(30%)が低い場合には事実
PO選択率に対して良好な結果が得られることが
示されていることに留意すべきである。 第12表には、プロピレン/CHPモル仕込み比
を一定に保ち(実施例34、37及び39については約
3:1そして実施例35及び41については約1.3:
1)、触媒レベルを60〜80ppmのモリブデン触媒
領域から250〜450ppmの触媒領域まで増大させる
場合に、反応したCHP基準のプロピレンオキシ
ド選択率、CHP転化率及びプロピレンオキシド
収率が全て増大することが証明されるような形で
前述の実施例が再配列されている。プロピレン二
量体の生成も減少している。しかしながら、実施
例35及び41については、プロピレン/CHP比が
低いと、反応したCHP基準のプロピレンオキシ
ドの選択率がなお低いことに留意すべきである。
したがつて、TBHPを用いる場合には低いプロ
ピレン/TBHPのモル比で反応したTBHP基準
に対するプロピレンオキシドの選択率が良好とな
るのに対し、CHPを用いる場合には反応剤の比
を高く維持する必要があるように思われる。 第13表には、所定の触媒レベル(250ppm又は
400〜450ppm)にあつて、CHP濃度が30%から
59%に増大する場合、反応したCHPを基準とす
るプロピレンオキシドの選択率が減少しかつプロ
ピレン二量体の生成が増大することを証明するた
めの前述の4つの実施例と2つの新しい実施例
(50及び51)が存在する。プロピレンオキシドの
収率も減少する。 第14表には、プロピレン/CHPの仕込み比が
1.3:1〜1.4:1であつて、CHP濃度(30.0→43
→50%)又は触媒濃度(総投入量基準60→250→
450%)を変化させてもPO選択率又は収率を向上
させることができないことを示すために、前述の
実施例を更に別の形に再配列してある。実際、反
応剤のモル比1.3:1〜1.4:1にあつては、最適
の触媒レベルは200〜350ppmの範囲であるように
思われる。プロピレン二量体の生成は、PO選択
率の減少とともに増大し、PO選択率の増大とと
もに減少することに注目しなければならない。こ
のような後者の関係はTBHPにあつては見られ
ない。 ここで示したCHPの実験結果は、CHP転化率
及びエポキシド選択率がモル比の減少とともに減
少するというコラー(Kollar)の米国特許第
3351635号(第10表参照)においてある程度確認
される。しかしながら、本発明におけるように高
濃度の触媒を用いるこということは、上記米国特
許第3351635号においては見出されておらず、
CHPを用いる場合ある程度の改善が可能である
ことすらも、またTBHPを用いる場合に劇的な
改善が可能であることも見出されていなかつた。 結局、実施例55は、実施例39で段階的な反応
(90℃で1時間続いて110℃で1時間)を行なうの
に対し90℃で1時間一段階行なう以外は実施例39
と実質的に同様に行なつた。その他些細な相違点
は、仕込み比を7.03:1でなく7.18:1にし、触
媒濃度を78ppmでなく79ppmとした点である
TBHPを用いる場合のように、CHP転化率は、
はるかに低かつた(実施例39の97.7%に比べて66
%)。
[Table] From Table 9, in all examples, the selectivity for propylene oxide was good, and t-
It can be seen that the conversion of amyl hydroperoxide was good. In order to expand the technical idea of the present invention, TBHP or
Various experiments were performed using hydroperoxides other than TAHP, such as cumene hydroperoxide (CHP). As a result, surprisingly, although TBHP and CHP behave similarly at high propylene/hydroperoxide molar ratios,
It has been found that at the low molar ratios of the present invention, ie, below about 2:1, their behavior is different. When the catalyst concentration used is high, the yield of propylene oxide using CHP is lower than that when the molar ratio of propylene/cumene hydroperoxide is low.
The yield of propylene oxide was lower than that obtained using TBHP. When CHP is used in the low molar ratio example, the propylene oxide selectivity relative to reacted CHP increases as the catalyst concentration increases, but not as much as when TBHP is used in the same example. I can't reach it. It has therefore also been found that the choice of hydroperoxide is also critical in order to obtain good results, especially with respect to the process of the invention. Such discoveries are discussed in detail in the Examples below. These examples were performed according to the operating procedures described above and using the parameters noted in the table. Tables 10 and 11 show the superimposed effect of the propylene/CHP molar ratio. When using CHP, the selectivity to propylene oxide based on reacted CHP decreases as the propylene/CHP charge ratio decreases. Examples 32-36 show that the propylene oxide selectivity decreases as the propylene/CHP charge ratio decreases, and the dimer content (on a "pure PO" basis, i.e. propylene distilled off) decreases as the propylene/CHP charge ratio decreases.
shows a general increase at low catalyst levels (69-78 ppm). Examples 37 and 38 show similar trends for moderate catalyst levels (approximately 250 ppm), and Examples 39-45 show that these undesirable results are more pronounced at high catalyst concentrations (400-400 ppm).
449ppm) is also shown to be true. When using CHP, the production of propylene dimers does not decrease as the propylene/CHP feed ratio decreases, unlike when the propylene/TBHP feed ratio decreases. In fact, dimer formation tends to increase as the initial propylene/CHP ratio decreases. Furthermore, Table 10 shows these trends for two different CHP concentrations, 30% and 59%, of CHP in cumyl alcohol;
It should be noted that good results have been shown to be obtained for PO selectivity. Table 12 holds the propylene/CHP molar charge ratio constant (about 3:1 for Examples 34, 37 and 39 and about 1.3: for Examples 35 and 41).
1) Propylene oxide selectivity, CHP conversion, and propylene oxide yield based on reacted CHP all increase when increasing the catalyst level from the 60-80 ppm molybdenum catalyst region to the 250-450 ppm catalyst region. The foregoing embodiments have been rearranged in such a manner as to be evident. Propylene dimer production is also reduced. However, it should be noted that for Examples 35 and 41, at low propylene/CHP ratios, the selectivity of propylene oxide based on reacted CHP is still low.
Therefore, when using TBHP, the selectivity of propylene oxide to the reacted TBHP standard is better at a low propylene/TBHP molar ratio, whereas when using CHP, the ratio of reactants is kept high. It seems necessary. Table 13 lists the specified catalyst level (250 ppm or
400-450ppm), CHP concentration is from 30%
Four previous examples and two new examples to demonstrate that propylene oxide selectivity relative to reacted CHP decreases and propylene dimer production increases when increasing to 59%. (50 and 51) exist. The yield of propylene oxide is also reduced. Table 14 shows the propylene/CHP charging ratio.
The ratio is 1.3:1 to 1.4:1, and the CHP concentration (30.0→43
→50%) or catalyst concentration (total input amount basis 60→250→
The previous example has been rearranged in yet another way to demonstrate that changing the 450%) does not improve PO selectivity or yield. In fact, for reactant molar ratios of 1.3:1 to 1.4:1, optimal catalyst levels appear to be in the range of 200 to 350 ppm. It must be noted that the production of propylene dimers increases with decreasing PO selectivity and decreases with increasing PO selectivity. This latter relationship is not observed in the case of TBHP. The CHP experimental results presented here are consistent with Kollar's U.S. patent, in which CHP conversion and epoxide selectivity decrease with decreasing molar ratio.
It is confirmed to some extent in No. 3351635 (see Table 10). However, the use of a high concentration of catalyst as in the present invention was not found in the above-mentioned US Pat. No. 3,351,635,
It has not been found that even a certain degree of improvement is possible when using CHP, nor that a dramatic improvement is possible when using TBHP. In conclusion, Example 55 is similar to Example 39, except that the stepwise reaction (90°C for 1 hour followed by 110°C for 1 hour) is carried out in one step at 90°C for 1 hour.
I did essentially the same thing. Other minor differences are that the charging ratio is 7.18:1 instead of 7.03:1, and the catalyst concentration is 79ppm instead of 78ppm.
As with TBHP, the CHP conversion is
much lower (66 compared to 97.7% in Example 39)
%).

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 オレフインの選択 便宜上、本発明の前述した実施例において、プ
ロピレンを用いてきたけれども、比較データを提
供すべく、その他のC3〜C20オレフインについて
も本発明を実施することができる。これを以下の
具体的な実施例によつて示す。C4〜C20のより高
級なオレフインをエポキシ化する場合、オレフイ
ンを実質上定量的にエポキシドに転化することが
重要である。その理由は、供給原料とエポキシド
反応生成物とが類似した物理的特性を有し、供給
原料とエポキシド反応生成物との分離が極めて困
難であるからである。 実施例 33 メカニカルスターラー、デイーンスタークトラ
ツプ、温度計、窒素導入口及び窒素バブラーを装
備した容量1の丸底モルトンフラスコに、クラ
イマツクスモリブデン社(Climax Molybdenum
Co.)製のアンモニウムヘプタモリブデイト4水
化物[分子量=1235.86,グラム原子モリブデン
=0.2000,(NH46Mo7O24・4H2O]35.31gを仕
込み、続いて、2―エチル―1―ヘキサノール
(純度99%,アルフア社製,分子量=130.2,モル
数=1.4)182.32gと水14.4mlとを仕込んだ。アル
コール(2―エチル―1―ヘキサノール)のモル
数/モリブデンのグラム原子数の比は7.0/1で
あり、添加したH2Oのモル数/モリブデンのグ
ラム原子数の比は4.0/1であることに留意すべ
きである。反応混合物を緩やかに178℃に加熱し、
178〜180℃に5時間保持した。この間にH2O29
mlがデイーンスタークトラツプで除去された。冷
却した反応混合物をガラス炉紙(grass filter
paper)で過し、固体を除去した。液の重量
は176.3gであつた。 AA(原子吸光スペクトル分析)による液中
のモリブデンの%=10.1% ケールダール法による液中の窒素の%=0.34
% 供給されたモリブデンのg数=19.187 液中に可溶化したモリブデンのg数=17.81 触媒中に混和されたモリブデンの%=92.80% 実施例 34 マグネテイクスターラーのバー、温度計、コン
デンサー、窒素導入口及び窒素バブラーを装備し
た容量250mlの丸底モルトンフラスコに、オクテ
ン―1(分子量112,0.375モル)42.0gを仕込み、
続いて、TBHP/TBAと予め混合したモリブデ
ン触媒5810―60(10.1%モリブデン)0.39gと共
にTBHP72.0%溶液35.5gを仕込んだ。反応混合
物を緩やかに95℃に加熱し(99℃に発熱)、次い
でかかる温度(93〜96℃)に2.0時間保持した。
冷却後、反応混合物は、固体を含まず、74.1gの
重量であつた。 TBHP重量%=1.70% オクテンオキシド重量%=46.182 オクテン重量%=12.677% オクテンオキシドg=34.221 エポキシドモル数=0.26735 C8エポキシドの選択率 =0.26785/1.2703=98.91% C8エポキシドの収率 =0.26735/0.2843=94.03% 残留TBHPg=1.2597 残留TBHPモル数=0.0140 供給されたTBHPモル数=0.2843 反応したTBHPモル数=0.2703 TBHP転化率=0.2703/0.2843=95.08% 表には、その他の実施例も幾つか示してある。
これらの実施例にあつては、操作手順及び装置は
実施例34における操作手順及び装置と全く同様で
あつた。
TABLE Olefin Selection Although, for convenience, propylene has been used in the foregoing examples of the invention, the invention can also be practiced with other C3 - C20 olefins to provide comparative data. This is illustrated by the following specific examples. When epoxidizing higher C4 to C20 olefins, it is important to convert the olefins substantially quantitatively to epoxides. The reason is that the feedstock and the epoxide reaction product have similar physical properties and separation of the feedstock and the epoxide reaction product is extremely difficult. Example 33 A 1 volume round bottom Molton flask equipped with a mechanical stirrer, Dean Stark trap, thermometer, nitrogen inlet and nitrogen bubbler was charged with Climax Molybdenum.
2 - ethyl - 1 - 182.32 g of hexanol (99% purity, manufactured by Alpha, molecular weight = 130.2, number of moles = 1.4) and 14.4 ml of water were charged. The ratio of moles of alcohol (2-ethyl-1-hexanol)/gram atoms of molybdenum is 7.0/1, and the ratio of moles of added H 2 O/gram atoms of molybdenum is 4.0/1. It should be noted that The reaction mixture was gently heated to 178 °C;
It was held at 178-180°C for 5 hours. During this time H2O29
ml was removed with a Dean Stark trap. The cooled reaction mixture was filtered through a glass furnace paper (grass filter).
paper) to remove solids. The weight of the liquid was 176.3g. % of molybdenum in the liquid by AA (atomic absorption spectroscopy) = 10.1% % of nitrogen in the liquid by Kjeldahl method = 0.34
% Number of grams of molybdenum supplied = 19.187 Number of grams of molybdenum solubilized in the liquid = 17.81 % of molybdenum mixed in the catalyst = 92.80% Example 34 Magnetic stirrer bar, thermometer, condenser, nitrogen introduction 42.0 g of octene-1 (molecular weight 112, 0.375 mol) was charged into a 250 ml round-bottom Molton flask equipped with a spout and a nitrogen bubbler.
Subsequently, 35.5 g of 72.0% TBHP solution was charged together with 0.39 g of molybdenum catalyst 5810-60 (10.1% molybdenum) premixed with TBHP/TBA. The reaction mixture was slowly heated to 95°C (exotherm to 99°C) and then held at that temperature (93-96°C) for 2.0 hours.
After cooling, the reaction mixture was free of solids and weighed 74.1 g. TBHP weight % = 1.70% Octene oxide weight % = 46.182 Octene weight % = 12.677% Octen oxide g = 34.221 Number of epoxide moles = 0.26735 Selectivity of C 8 epoxide = 0.26785/1.2703 = 98.91% Yield of C 8 epoxide = 0.26735/ The table also shows some other examples It is shown.
In these Examples, the operating procedures and equipment were exactly the same as those in Example 34.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 t―ブチルヒドロペルオキシドおよびt―ア
ミルヒドロペルオキシドから選ばれたヒドロペル
オキシドを、可溶性モリブデン触媒の存在下、50
〜180℃の温度において液相で反応させオレフイ
ンに対応する生成物であるオレフインのエポキシ
ドならびにヒドロペルオキシドに対応する生成物
であるt―ブチルアルコールおよびt―アミルア
ルコールを生成せしめるオレフイン類のエポキシ
化方法であつて、ヒドロペルオキシドに対するオ
レフインのモル比を0.5:1〜2:1とし、ヒド
ロペルオキシドを少なくとも30重量%の濃度を有
する対応する生成物アルコール中の溶液として反
応媒体に供給し、該反応媒体中の極性成分の含量
を少なくとも60重量%に維持し、該極性成分が該
ヒドロペルオキシド、該対応するアルコールおよ
び該対応する生成物のオレフインエポキシドから
なることを特徴とする方法。 2 生成物であるアルコール中のヒドロペルオキ
シドの溶液が0〜1重量%の水分を含有する特許
請求の範囲第1項記載の方法。 3 反応を、最初は連続撹拌槽型反応器または一
連のかかる反応器中で、次に、一もしくは二以上
のプラグ・フロー反応器中で、段階的に行なう特
許請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。 4 触媒が、モリブデンおよび2―エチルヘキサ
ノールまたはアルキレングリコールからなるコン
プレツクスである特許請求の範囲第1〜3項のい
ずれか1項に記載の方法。
[Claims] 1. A hydroperoxide selected from t-butyl hydroperoxide and t-amyl hydroperoxide is heated to 50% by weight in the presence of a soluble molybdenum catalyst.
A method for epoxidizing olefins by reacting in liquid phase at a temperature of ~180°C to produce olefin epoxide, which is a product corresponding to olefin, and t-butyl alcohol and t-amyl alcohol, which are products corresponding to hydroperoxide. wherein the molar ratio of olefin to hydroperoxide is from 0.5:1 to 2:1, the hydroperoxide is fed to the reaction medium as a solution in the corresponding product alcohol with a concentration of at least 30% by weight, and the reaction medium is A process characterized in that the content of polar components therein is maintained at least 60% by weight, said polar components consisting of said hydroperoxide, said corresponding alcohol and said corresponding product olefin epoxide. 2. The process of claim 1, wherein the product solution of hydroperoxide in alcohol contains 0 to 1% water by weight. 3. Claims 1 or 3 in which the reaction is carried out stepwise, first in a continuous stirred tank reactor or series of such reactors and then in one or more plug flow reactors. The method described in Section 2. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst is a complex consisting of molybdenum and 2-ethylhexanol or alkylene glycol.
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