(57)【要約】アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する方法および装置。好適な態様における装置は低級アルカン／アルケン供給源、酸素の源を与えるための酸素供給源および金属酸化物触媒反応槽を含有する。前記金属酸化物触媒反応槽は反応槽チャンバおよびこのチャンバの中に入っていて前記低級アルカン／アルケン供給材料を前記酸素の源と反応させることで前記低級アルカン／アルケンを選択的部分酸化で前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種に転化させる触媒を含有する。また、好適な態様では、分離装置を前記反応槽の下流に位置させることで前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールを全生成物流れおよび未転化反応体から分離する。
2004531542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成するための装置であって、
（ａ）低級アルカン／アルケン供給源、
（ｂ）酸素の源を与えるための酸素供給源、および
（ｃ）前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせるための金属酸化物触媒反応槽、
を含んで成る装置。
【請求項２】
前記アルキレンオキサイドおよび前記アルキレングリコールを全生成物流れおよび未転化反応体から分離するための分離装置が更に組み込まれている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記分離装置に流入ライン、蒸留装置および生成物流出ラインが組み込まれている請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記蒸留装置が瞬間蒸発器である請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記瞬間蒸発器が前記アルキレンオキサイド種および前記アルキレングリコール種を全生成物流れおよび未転化反応体から分離するに充分な圧力差を維持する請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記蒸留装置が蒸留塔である請求項３記載の装置。
【請求項７】
前記蒸留塔が前記アルキレンオキサイド種および前記アルキレングリコール種を全生成物流れおよび未転化反応体から分離するに充分な温度差を維持する請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記未転化反応体を前記反応槽に戻すための再循環ラインが更に組み込まれている請求項３記載の装置。
【請求項９】
前記生成物流出ラインに少なくとも２つの生成物流出流れが含まれる請求項３記載の装置。
【請求項１０】
前記低級アルカン／アルケン供給源がブタン／ブチレン、プロパン／プロピレンおよびエタン／エチレンから成る群から選択される請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記低級アルカン／アルケン供給源がエタン／エチレンである請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記低級アルカン／アルケン供給源がプロパン／プロピレンである請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記低級アルカン／アルケン供給源が実質的に硫黄を含有しない請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記低級アルカン／アルケン供給源が実質的に燐を含有しない請求項１記載の装置。
【請求項１５】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源が酸素、オゾンおよび窒素酸化物の中の少なくとも１種である請求項１記載の装置。
【請求項１６】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源がＮ２Ｏである請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源を少なくとも１種の金属酸化物触媒で与える請求項１記載の装置。
【請求項１８】
前記金属酸化物触媒が少なくとも１種の金属酸化物を含有していて前記金属酸化物が前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化を受けさせるに適したより低い標準自由エネルギーを与えるように炭化水素部分との反応で還元を受けてより低い酸化状態になる請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記金属酸化物がセリウム、鉄、銅、ニッケル、鉛、カドミウム、モリブデン、バナジウム、ビスマス、マンガン、バリウム、コバルト、ストロンチウム、タングステン、サマリウム、オスミウム、レニウム、希土類元素の酸化物およびこれらの酸化物の混合物から成る群から選択される請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記金属酸化物がＮｉＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、ＢｉＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＢａＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｒＯ２、ＷＯ２、ＷＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＯｓＯ４、Ｒｅ２Ｏ７、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、希土類酸化物およびこれらの混合物から成る群から選択される請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記金属酸化物触媒が再生可能である請求項１７記載の装置。
【請求項２２】
前記金属酸化物触媒を酸素の源に接触させることで前記金属酸化物触媒に再生を受けさせる請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記金属酸化物触媒に再生を循環流動床反応槽内で受けさせる請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源に加えて水素の源を与えるための水素供給源が更に組み込まれている請求項１記載の装置。
【請求項２５】
前記低級アルカン／アルケンを酸素と反応させて前記エチレンオキサイドおよびエチレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる請求項１記載の装置。
【請求項２６】
前記低級アルカン／アルケンからエチレングリコールを生じさせる請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記低級アルカン／アルケンからジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）およびテトラエチレングリコール（Ｔ４Ｇ）から成る群から選択される高級グリコールを生じさせる請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成するための装置であって、低級アルカン／アルケン供給源、酸素の源を与えるための酸素供給源および金属酸化物触媒反応槽を含んでいて前記金属酸化物触媒反応槽が
（ａ）反応槽チャンバ、および
（ｂ）前記チャンバの中に入っていて前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる燐酸塩変性触媒、
を含んで成る装置。
【請求項２９】
前記燐酸塩変性触媒が燐酸鉄である請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
触媒変性剤が更に組み込まれている請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記触媒変性剤が白金含有化合物である請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
前記燐酸塩変性触媒を担持している担体が更に組み込まれている請求項２８記載の装置。
【請求項３３】
前記担体がセリア、チタニア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、燐酸アルミニウムモレキュラーシーブ（ＡｌＰＯ）、高シリカモレキュラーシーブゼオライト、ＭＣＭ型巨孔性ゼオライト、これらの混合物から成る群から選択される請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成するための装置であって、
（ａ）低級アルカン／アルケン供給源、
（ｂ）酸素の源を与えるための酸素供給源、
（ｃ）反応槽チャンバおよび前記チャンバの中に入っていて前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる燐酸塩変性触媒が組み込まれている金属酸化物触媒反応槽、および
（ｄ）前記アルキレンオキサイドおよび前記アルキレングリコールを全生成物流れおよび未転化反応体から分離するための分離装置、
を含んで成る装置。
【請求項３５】
前記分離装置に流入ライン、蒸留装置および生成物流出ラインが組み込まれている請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
前記蒸留装置が瞬間蒸発器である請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
前記瞬間蒸発器が前記アルキレンオキサイド種および前記アルキレングリコール種を全生成物流れおよび未転化反応体から分離するに充分な圧力差を維持する請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記蒸留装置が蒸留塔である請求項３５記載の装置。
【請求項３９】
前記蒸留塔が前記アルキレンオキサイド種および前記アルキレングリコール種を全生成物流れおよび未転化反応体から分離するに充分な温度差を維持する請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
未転化反応体を前記反応槽に戻すための再循環ラインが更に組み込まれている請求項３５記載の装置。
【請求項４１】
前記生成物流出ラインに少なくとも２つの生成物流出流れが含まれる請求項３５記載の装置。
【請求項４２】
前記低級アルカン／アルケン供給源がブタン／ブチレン、プロパン／プロピレンおよびエタン／エチレンから成る群から選択される請求項３４記載の装置。
【請求項４３】
前記低級アルカン／アルケン供給源がエタン／エチレンである請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
前記低級アルカン／アルケン供給源がプロパン／プロピレンである請求項４２記載の装置。
【請求項４５】
前記低級アルカン／アルケン供給源が実質的に硫黄を含有しない請求項３４記載の装置。
【請求項４６】
前記低級アルカン／アルケン供給源が実質的に燐を含有しない請求項３４記載の装置。
【請求項４７】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源が酸素、オゾンおよび窒素酸化物の中の少なくとも１種である請求項３４記載の装置。
【請求項４８】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源がＮ２Ｏである請求項４７記載の装置。
【請求項４９】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源を少なくとも１種の金属酸化物触媒で与える請求項３４記載の装置。
【請求項５０】
前記金属酸化物触媒が少なくとも１種の金属酸化物を含有していて前記金属酸化物が前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化を受けさせるに適したより低い標準自由エネルギーを与えるように炭化水素部分との反応で還元を受けてより低い酸化状態になる請求項４９記載の装置。
【請求項５１】
前記金属酸化物がセリウム、鉄、銅、ニッケル、鉛、カドミウム、モリブデン、バナジウム、ビスマス、マンガン、バリウム、コバルト、ストロンチウム、タングステン、サマリウム、オスミウム、レニウム、希土類元素の酸化物およびこれらの酸化物の混合物から成る群から選択される請求項５０記載の装置。
【請求項５２】
前記金属酸化物がＮｉＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、ＢｉＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＢａＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｒＯ２、ＷＯ２、ＷＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＯｓＯ４、Ｒｅ２Ｏ７、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、希土類酸化物およびこれらの混合物から成る群から選択される請求項５１記載の装置。
【請求項５３】
前記金属酸化物触媒が再生可能である請求項４９記載の装置。
【請求項５４】
前記金属酸化物触媒を酸素の源に接触させることで前記金属酸化物触媒に再生を受けさせる請求項５３記載の装置。
【請求項５５】
前記金属酸化物触媒に再生を循環流動床反応槽内で受けさせる請求項５３記載の装置。
【請求項５６】
酸素の源を与えるための前記酸素供給源に加えて水素の源を与えるための水素供給源が更に組み込まれている請求項３４記載の装置。
【請求項５７】
前記低級アルカン／アルケンを酸素と反応させて前記エチレンオキサイドおよびエチレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる請求項３４記載の装置。
【請求項５８】
前記低級アルカン／アルケンからエチレングリコールを生じさせる請求項５７記載の装置。
【請求項５９】
前記低級アルカン／アルケンからジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）およびテトラエチレングリコール（Ｔ４Ｇ）から成る群から選択される高級グリコールを生じさせる請求項５８記載の装置。
【請求項６０】
前記燐酸塩変性触媒が燐酸鉄である請求項３４記載の装置。
【請求項６１】
触媒変性剤が更に組み込まれている請求項６０記載の装置。
【請求項６２】
前記触媒変性剤が白金含有化合物である請求項６１記載の装置。
【請求項６３】
前記燐酸塩変性触媒を担持している担体が更に組み込まれている請求項３４記載の装置。
【請求項６４】
前記担体がセリア、チタニア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、燐酸アルミニウムモレキュラーシーブ（ＡｌＰＯ）、高シリカモレキュラーシーブゼオライト、ＭＣＭ型巨孔性ゼオライト、これらの混合物から成る群から選択される請求項６３記載の装置。
【請求項６５】
アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する方法であって、
（ａ）低級アルカン／アルケンの源を準備し、
（ｂ）酸素の源を準備し、そして
（ｃ）前記低級アルカン／アルケンの源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる、
段階を含んで成る方法。
【請求項６６】
前記触媒が金属酸化物もしくは混合金属酸化物触媒である請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
前記触媒に金属酸化物触媒と混合金属酸化物触媒の両方を含有させる請求項６５記載の方法。
【請求項６８】
前記触媒に燐酸塩による変性を受けさせる請求項６５記載の方法。
【請求項６９】
前記触媒に更に白金含有化合物を包含する触媒変性剤も含有させる請求項６５記載の方法。
【請求項７０】
アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する方法であって、
（ａ）低級アルカン／アルケンの源を準備し、
（ｂ）酸素の源を準備し、そして
（ｃ）前記低級アルカン／アルケンの源と前記酸素の源を燐酸塩変性触媒の存在下で反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる、段階を含んで成る方法。
【請求項７１】
アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する方法であって、
（ａ）低級アルカン／アルケンの源を準備し、
（ｂ）酸素の源を準備し、そして
（ｃ）前記低級アルカン／アルケンの源と前記酸素の源を燐酸塩変性触媒の存在下で反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせ、そして
（ｄ）前記アルキレンオキサイドおよび前記アルキレングリコールを全生成物流れおよび未転化反応体から分離する、
段階を含んで成る方法。
【請求項７２】
低級アルカンおよび／または低級アルケンから選択的部分酸化で合成されたアルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールであって、炭素数が４を超える高級炭化水素を実質的に含有しないアルキレンオキサイドおよびアルキレングリコール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に低級（ｌｏｗｅｒ）アルキレンオキサイドおよび低級アルキレングリコールの合成、より詳細には、低級アルキレンオキサイドおよび低級アルキレングリコールを低級アルカンおよび／または低級アルケンから選択的部分酸化（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｐａｒｔｉａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）で合成する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エチレンオキサイド（ＥＯ）およびエチレングリコールは資本集約的な多段階方法を用いてエタンおよび／またはエチレンから製造されている。このような通常の方法ではエチレンおよび他のオレフィン炭化水素をエタン、プロパン、ブタンまたはナフサ炭化水素から製造する目的で熱分解装置が用いられる。そのエチレンを他の副生成物から分離した後、それに銀触媒を用いたエポキシ化を受けさせるとエチレンオキサイドと他の生成物（これには水および二酸化炭素が含まれる）が生じる。次に、そのエチレンオキサイドをそのような他の反応生成物および未転化反応体（ｕｎｃｏｎｖｅｒｔｅｄ  ｒｅａｃｔａｎｔｓ）から分離する。そのエチレンオキサイドを更にエチレングリコール（１，２−エタンジオールまたはＭＥＧ）に転化させる場合には、それを１０倍以上の比率の水と一緒に混合した後、それに熱による加水分解を受けさせるが、また、ＥＯからＭＥＧを生じさせる選択的触媒作用経路も調査された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロピレングリコール（１，２−プロパンジオールまたはＭＰＧ）の製造も同様にしてプロピレンオキサイドの加水分解で行われる。プロピレンオキサイドをプロピレンから生じさせる場合、最初にプロピレンを塩素および水と反応させて中間体であるクロロヒドリンを生じさせる必要がある。次に、その中間体であるクロロヒドリンを水酸化ナトリウムまたは水酸化カルシウムと反応させるとプロピレンオキサイドと塩化ナトリウムもしくは塩化カルシウムが生じる。塩化物である塩副生成物が多量に生じるが、その塩の処分に費用がかかる。
【０００４】
また、プロピレンオキサイドを生じさせる他の間接的経路も公知である。例えば、イソブタンを酸素と反応させることでｔ−ブチルヒドロパーオキサイドを生じさせることができ、これを今度はプロピレンと反応させるとプロピレンオキサイドとｔ−ブタノールが生じる。次に、そのｔ−ブタノールをメタノールと反応させると共生成物（ｃｏ−ｐｒｏｄｕｃｔ）であるメチルｔ−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）［これは普通のガソリン用添加剤である］が生じ得る。別の方法では、エチルベンゼンが出発材料として用いられ、スチレンが結果として生じる共生成物である。そのような公知のプロピレンオキサイド製造方法では、それらの各々で結果として共生成物が生じてしまう。そのような共生成物は時には有益であるが、それらを常に取り扱って処分する必要があり、従って、プロピレンオキサイド生産の費用に加わってしまう。
【０００５】
従って、低級アルカンおよび／または低級アルケンを出発炭化水素原料として用いてエチレンオキサイド、エチレングリコール、プロピレンオキサイド、プロピレングリコール、そして他の低級アルキレンオキサイドおよび低級アルキレングリコールを直接生じさせることを可能にする方法が得られたならば、それは従来技術に比べて望ましい利点になる。例えば、熱分解装置および関連した装置が必要でないことから投資費用がほぼ５０パーセント低くなる。また、転化工程で中間段階がなくなることで製造工程がより簡潔になることから製造費用が低くなりかつサイクル時間（ｃｙｃｌｅ  ｔｉｍｅｓ）も短くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明は、低級アルカンおよび／または低級アルケンの少なくとも１種を酸素の源および場合により水素の源と反応させて前記低級アルカンおよび／または低級アルケンを所望最終生成物の少なくとも１種に転化させることで低級アルキレンオキサイドおよび低級アルキレングリコールを製造する方法および装置に向けたものである。
【０００７】
その必要な酸素を適切な如何なる源から得てもよく、そのような源には、これらに限定するものでないが、酸素、オゾンおよび窒素酸化物が含まれる。好適には、前記反応の実施で酸素を用いる。Ｏ２をＮ２、Ｈｅまたは他の不活性ガスと混合して如何なる濃度で供給してもよい。酸素の便利で安全な源は空気である。また、適切な金属酸化物触媒を用いるか或は金属酸化物触媒をＮ２Ｏ、ＮＯｘまたは硫黄酸化物（これらをインサイチューで生じさせてもよいか或は反応装置に間接的に供給してもよい）と反応させることで必要な酸素を供給することも可能である。用語「金属酸化物」を本明細書で用いる場合、これに単一の金属もしくは複数の金属の酸化物を包含させる。本発明の好適な態様では、１種以上の被還元性金属酸化物触媒を用いて酸素を供給した後、それを空気、Ｏ２、他の酸素含有ガスまたは他の適切な酸素源に接触させることで再生させる。
【０００８】
追加的に、水素の源、例えばＨ２ガスなどを直接もしくは間接的に供給することも可能である。また、１種以上の水素添加／脱水素用金属触媒を用いて必要な水素を供給することも可能である。
【０００９】
好適な態様において、本発明は、金属もしくは混合金属酸化物触媒を用いて前記選択的部分酸化反応に好ましい標準自由エネルギー（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｒｅｅ  ｅｎｅｒｇｙ）を与えることを包含する。エチレンオキサイドまたはエチレングリコールをそれぞれエポキシ化およびジヒドロキシル化で合成する時に金属酸化物触媒を用いるのが特に適することを見いだした。そのような種類の金属酸化物（本明細書では「酸化還元」触媒と呼ぶ）では格子の酸素に容易に近づくことが可能で、それによって供給材料の酸化が助長され、その結果、それに相当して前記金属酸化物の還元がもたらされる。その後、その触媒に他の酸素源、例えばＯ２または酸素含有ガスなどによる酸化を再び受けさせる。有効な酸化還元用触媒の例には、これらに限定するものでないが、セリウム、鉄、銅、ニッケル、鉛、カドミウム、モリブデン、バナジウム、ビスマス、マンガン、バリウム、コバルト、ストロンチウム、タングステン、サマリウム、オスミウム、レニウム、希土類元素の酸化物およびこれらの酸化物の混合物が含まれる。
【００１０】
前記反応の実施では、また、一般に水素添加／脱水素用金属として知られる金属も単独または上述した金属酸化物触媒との組み合わせで効果を示す。以下により詳細に説明するように、そのような触媒はＯ２とＨ２から高反応性のヒドロパーオキソおよび／またはパーオキソ種を生じさせかつジヒドロキシル化またはエポキシ化反応に必要な酸素と水素をもたらすと考えている。そのような触媒には、これらに限定するものでないが、ニッケル、パラジウム、白金、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、銅、亜鉛、金、銀およびこれらの金属の混合物が含まれる。
【００１１】
典型的には、前記酸化還元用および水素添加／脱水素用の両方の触媒を適切な担体、例えばセリア、チタニア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、燐酸アルミニウムモレキュラーシーブ（ＡｌＰＯ）、高シリカモレキュラーシーブゼオライト（ｈｉｇｈ  ｓｉｌｉｃａ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｉｅｖｅ  ｚｅｏｌｉｔｅｓ）、ＭＣＭ型巨孔性（ｌａｒｇｅ  ｐｏｒｅ）ゼオライト、これらの担体の混合物および本技術分野で良く知られている他の触媒支持体材料などに担持させる。
【００１２】
従って、本装置には、好適な態様において、低級アルカン／アルケン供給源、酸素の源を与えるための酸素供給源および金属酸化物触媒反応槽（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅａｃｔｏｒ）が備わっている。前記金属酸化物触媒反応槽には反応槽チャンバ（ｒｅａｃｔｏｒ  ｃｈａｍｂｅｒ）、および前記チャンバの中に入っていて前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記エチレンオキサイドおよびエチレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる燐酸塩変性触媒（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃａｔａｌｙｓｔ）が備わっている。
【００１３】
前記酸化還元用および水素添加／脱水素用の両方の触媒に燐含有塩による変性を受けさせてもよい。理論により拘束されることを望むものでないが、そのような燐酸塩による変性を受けさせると金属部位が孤立することで前記酸化還元用および水素添加／脱水素用触媒の両方がより活性になりかつエタンからそれぞれエチレングリコールおよびエチレンオキサイドを生じさせるジヒドロキシル化もしくはエポキシ化の選択率がより高くなると考えている。そのような燐酸塩変性触媒の調製は、本分野の技術者に良く知られた技術を用いて燐含有塩（例えば燐酸、燐酸二水素アンモニウム、燐酸ナトリウムなど）を添加することで実施可能である。別法として、前記酸化還元用もしくは水素添加／脱水素用触媒を生じさせる時に共沈、ゾルゲル方法または本分野の技術者に公知の他の方法を用いて燐酸塩を前記触媒の中に取り込ませることも可能である。
【００１４】
また、好適な態様では、本装置に更に前記エチレンオキサイドおよび前記エチレングリコールを全生成物流れおよび未転化反応体から分離するための分離装置も含める。この分離装置には流入ライン（ｉｎｐｕｔ  ｌｉｎｅ）、蒸留装置および生成物流出ラインが備わっている。前記蒸留装置は瞬間蒸発器（ｆｌａｓｈ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）または蒸留塔であってもよく、蒸発または蒸留を本技術分野で公知の条件下で実施して所望の生成物純度を得る。
【００１５】
本装置に未転化反応体を前記反応槽に戻すための再循環ラインを含めてもよい。加うるに、中間体生成物が望まれる時には、前記生成物流出ラインに少なくとも２つの生成物流出流れを含めてもよい。
【００１６】
好適な態様では、前記低級アルカン／アルケン供給源をブタン／ブチレン、プロパン／プロピレンおよびエタン／エチレンから成る群から選択する。また、好適には、前記触媒が起こす可能性のある触媒力低下を軽減する目的で前記低級アルカン／アルケン供給源が実質的に硫黄も燐も含有しないようにする。そのような低級アルカン／アルケン供給源は炭素数が２の炭化水素、好適にはエタンおよび／またはエチレンである。
【００１７】
酸素の源を与える酸素供給源は酸素、オゾンおよび窒素酸化物の中の少なくとも１種である。この酸素の源は好適にはＯ２またはＮ２Ｏである。好適な態様では、少なくとも１種の金属酸化物触媒を用いて酸素の源を与える。そのような金属酸化物触媒には、この金属酸化物が前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化を受けさせるに適したより低い標準自由エネルギーを与えるように炭化水素部分との反応で還元を受けてより低い酸化状態になる少なくとも１種の金属酸化物が含まれる。そのような金属酸化物はセリウム、鉄、銅、ニッケル、鉛、カドミウム、モリブデン、バナジウム、ビスマス、マンガン、バリウム、コバルト、ストロンチウム、タングステン、サマリウム、オスミウム、レニウム、希土類元素の酸化物およびこれらの酸化物の混合物から成る群から選択可能である。このような金属酸化物はＮｉＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、ＢｉＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＢａＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｒＯ２、ＷＯ２、ＷＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＯｓＯ４、Ｒｅ２Ｏ７、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、希土類酸化物およびこれらの混合物から成る群から選択可能である。
【００１８】
結果として得るアルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールは炭素数が４を超える高級炭化水素を実質的に含有しない。
【００１９】
本発明に従う金属酸化物触媒は再生可能である。好適な態様では、前記金属酸化物触媒を酸素源に例えば固定床、流動床、循環流動床または他の適切な反応槽の中で接触させることで、前記金属酸化物触媒を再生させる。また、好適な態様では、本装置に更に酸素の源を与えるための前記酸素供給源に加えて水素の源を与えるための水素供給源を含めてもよい。
【００２０】
好適な態様における燐酸塩変性触媒は燐酸鉄である。しかしながら、水素添加用触媒も同様にうまく働く。この触媒に更にこの触媒の活性および／または選択性を向上させる触媒変性剤（ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｍｏｄｉｆｉｅｒ）、例えば白金含有化合物を含めることも可能である。また、他の変性剤、例えばアルカリおよびアルカリ土類の酸化物などを用いることも可能である。本装置にまた前記燐酸塩変性触媒を担持させるための担体を含めることも可能である。好適な態様では、前記担体をセリア、チタニア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、燐酸アルミニウムモレキュラーシーブ（ＡｌＰＯ）、高シリカモレキュラーシーブゼオライト、ＭＣＭ型巨孔性ゼオライト、これらの混合物から成る群から選択する。
【００２１】
本発明はエタン／エチレンを酸素と反応させてエチレンオキサイドおよびエチレングリコールの中の少なくとも１種、好適にはエチレングリコールを生じさせる目的で使用可能である。しかしながら、また、エタン／エチレンからジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）およびテトラエチレングリコール（Ｔ４Ｇ）から成る群から選択される高級グリコールを生じさせることも可能である。
【００２２】
また、期待したように、生じたグリコールが縮合を起こしそして／またはエトキシル化を起こす結果として高級グリコールも生じる。一般的には、低級グリコールの方が好適であるが、アルカン／アルケンの転化率がより高くなるように進行させるか或はアルキレングリコールを反応槽に再循環させて戻すことを通して高級グリコールを優先的に生じさせることも可能である。
【００２３】
従って、本発明の１つの面は、アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する方法および装置を提供し、この装置は、低級アルカン／アルケン供給源、酸素の源を与えるための酸素供給源、および前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせるための金属酸化物触媒反応槽を含有する。
【００２４】
本発明の別の面は、アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する装置のための金属酸化物触媒反応槽を提供することにあり、前記金属酸化物触媒反応槽は、反応槽チャンバおよび前記チャンバの中に入っていて前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる燐酸塩変性触媒を含有する。
【００２５】
本発明の更に別の面は、アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を低級アルカンおよび／または低級アルケンから合成する方法および装置を提供することにあり、前記装置は、低級アルカン／アルケン供給源、酸素の源を与えるための酸素供給源、金属酸化物触媒反応槽（この金属酸化物触媒反応槽には反応槽チャンバおよび前記チャンバの中に入っていて前記低級アルカン／アルケン供給源と前記酸素の源を反応させることで前記低級アルカン／アルケンに選択的部分酸化による転化を受けさせて前記アルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールの中の少なくとも１種を生じさせる燐酸塩変性触媒が備わっている）、および前記アルキレンオキサイドおよび前記アルキレングリコールを全生成物流れおよび未転化反応体から分離するための分離装置を含有する。
【００２６】
以下の好適な態様の説明を本図を考慮して読んだ後の本分野の技術者に本発明の前記および他の面が明らかになるであろう。
【００２７】
以下の説明において、いくつかの図全体に渡って同様な参照文字は類似または相当する部分を表す。また、以下の説明において、「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上方」および「下方」などの如き用語は便宜の言葉であり、限定する用語として解釈されるべきでないと理解する。
【００２８】
本発明をエタンからエチレンオキサイドもしくはエチレングリコールを合成することの説明に関連して記述する。しかしながら、本分野の技術者に明らかなように、本発明は他の低級アルカンおよび／または低級アルケンを出発炭化水素材料および他の原料供給材料として用いて他のアルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールを合成する目的でも使用可能である。
【００２９】
本発明に従ってエタンに選択的ジヒドロキシル化を受けさせることを基にしてエチレングリコールを生じさせる典型的な４経路を以下に挙げる。再生可能な金属酸化物触媒［これの非限定例は反応（４）に示すＦｅ２Ｏ３である］を用いる好適な特定態様では、４経路全部を積極的に用いてエチレングリコールをエタンから生じさせる：
【００３０】
【化１】
2004531542.tif 000003
【００３１】
これらの反応は気体、液体、超臨界または多相媒体中で実施可能である。この上に示したように、エタンおよび／またはエチレンをエチレングリコールに転化させる時、適切な如何なる酸素源も使用可能である。しかしながら、前記反応を気相中で実施する時には、Ｏ２ガスまたはＮ２Ｏがそのような反応体の最も好適な形態である。また、炭化水素原料と同様に、エタンおよびエチレンの使用は相互に排他的ではなく、これらの反応体の混合物をエチレングリコールの合成で用いてもよいと理解されるべきである。
【００３２】
これらの反応は幅広い範囲の温度および圧力で実施可能である。しかしながら、一般的には、比較的低い温度および比較的高い圧力の条件が好適である。温度を低くすればするほど選択率が向上しそして望ましくない燃焼副生成物、例えばＣＯ、ＣＯ２などの生成が減少またはなくなる傾向がある。圧力を高くすればするほど一般に所望最終生成物が生じる速度が速くなる。この合成を典型的には２５℃から５００℃の範囲の温度において１気圧から２００気圧の範囲の圧力下で実施する。
【００３３】
特別な理論にも機構的経路にも限定することを意図するものでないが、反応（１）−（２）に示す如きジヒドロキシル化は高反応性ヒドロパーオキソおよび／またはパーオキソ種の生成を経由して進行すると考えている。具体的には、前記金属酸化物がＯ２ガスまたはＮ２Ｏのいずれかと反応することによる前記金属酸化物の酸化によってパーオキソ中間体が生じると思われる。このパーオキソ中間体はパーオキソまたはある種の反応性単原子（ｍｏｎａｔｏｍｉｃ）酸素のいずれかであろう。そのような酸素は前記金属酸化物から生じるが、前記酸化物からそれを生じさせるには触媒が必要であり得る。
【００３４】
本発明の最も好適な態様では、被還元性で再生可能な金属酸化物である酸化還元触媒を用いて反応（１）−（４）を進行させる。本発明で用いるに適した金属酸化物は、一般に、この金属酸化物が選択的部分酸化反応（特別なケースではエチレングリコールを生じさせる反応）のためのより低い標準自由エネルギーを与えるように、炭化水素部分との反応で還元を受けてより低い酸化状態になる金属酸化物である。その後、供給材料に由来する酸素がその金属酸化物を再び酸化させる。金属酸化物を酸素の源として用いてエチレングリコールをエタンから合成する時、再循環反応系で前記金属酸化物を酸素の源（空気）で再び酸化させた後に再循環して戻す典型的な反応を以下に示す：
【００３５】
【化２】
2004531542.tif 000004
【００３６】
他の金属酸化物の場合にも、選択した個々の金属酸化物に適切な原子価と係数を均衡させることで、この上に示した酸化還元反応と同様な酸化還元反応を示すことができる。
【００３７】
そのような触媒を用いて必要な酸素を格子から表面に移動する酸素（恐らくはＯ−２、Ｏ−またはＯ２−表面種）として生じさせることができると考えている。そのような触媒が高い活性を示すことを説明する１つの可能性は、そのような金属酸化物が格子の中に点欠陥部、段階欠陥部（ｓｔｅｐ  ｄｅｆｅｃｔｓ）、他の種類の欠陥部もしく障害、またはカチオン原子価を有することで酸素がそれに容易に近づくことができる点にある。
【００３８】
そのように高い活性を示す性質の基礎が何であっても、アルカンおよびアルケンの選択的部分酸化の実施で用いるに特に適した金属酸化物は数多く存在し、それらにはＮｉＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、ＢｉＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＢａＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＳｒＯ２、ＷＯ２、ＷＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＯｓＯ４、Ｒｅ２Ｏ７、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、希土類酸化物およびこれらの金属酸化物の混合物が含まれる。
【００３９】
特別な理論にも機構的経路にも限定することを意図するものでないが、反応（３）に示す如きジヒドロキシル化もまた高反応性ヒドロパーオキソおよび／またはパーオキソ種の生成を経由して進行すると考えている。具体的には、前記金属酸化物がＨ２ガスと反応することで中間体であるヒドロパーオキソ種が生じることに加えて更にＨ２Ｏが除去されることでパーオキソ種が生じると思われる。
【００４０】
そのような中間体はまた水素添加／脱水素用金属触媒がＯ２と反応した後にＨ２と反応することでも生じる。そのような触媒に吸着されている酸素（ヒドロパーオキソもしくはパーオキソ中間体として）はオレフィン（供給材料として添加されたか或はアルカンの酸化でインサイチュー生成した）に付加する能力を有する。酸素とオレフィンの反応で生じる中間体はエポキシドである。次に、そのエポキシドが水と反応してグリコールが生じる。
【００４１】
例えば、エチレンおよび／またはエタン供給材料をＨ２およびＯ２と一緒にするとエチレンオキサイドが中間体として生じ、それがＨ２Ｏと反応するとエチレングリコールが生じる。典型的には、所望の最終生成物が生じるように反応条件、例えばＯ２／Ｈ２のモル比、圧力および温度などを調節する。最も高い活性を示す水素添加／脱水素用金属には、これらに限定するものでないが、ニッケル、パラジウム、白金、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、銅、亜鉛、金、銀およびこれらの金属の混合物が含まれる。
【００４２】
本明細書に記述する酸化還元用および水素添加／脱水素用触媒の調製は本技術分野で公知の通常手順を用いて実施可能である。例えば、前以て成形しておいた担体または支持体（これらの用語を本明細書では互換的に用いる）に反応を起こさせるに必要な元素がある形態で入っている液状溶液を含浸させることでそれらに前記触媒を取り込ませることができる。そのような支持体の形状は一般にあまり重要でなく、従って、そのような担体は例えばペレット、押出し加工粒子、球、環、モノリスなどの形態を取ってもよい。
【００４３】
２種以上の金属を取り込ませる場合には、これらの金属を同時または逐次的に取り込ませてもよく、その順はあまり重要でない。この上に示したように、典型的な支持体には、セリア、チタニア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、燐酸アルミニウムモレキュラーシーブ（ＡｌＰＯ）、高シリカモレキュラーシーブゼオライト、ＭＣＭ型巨孔性ゼオライト、これらの担体の混合物、および本技術分野で良く知られている他の触媒支持体材料が含まれる。
【００４４】
そのような金属を前記担体の粒子またはモノリス構造の中に取り込ませる時、この金属の形態を一般に液状溶媒に容易に溶解し得る塩の形態にしておく。必要な金属もしくは金属酸化物の量そしてそのような触媒作用を示す化合物の塩が当該溶媒の中で示す溶解度に応じて含浸段階を数回行う必要があり得る。一般的には各含浸と含浸の間に乾燥段階を用いる。これは金属および金属酸化物を固体状支持体材料に取り込ませることに関して本技術分野で良く知られている手順である。次に、その含浸段階の全部が完了した後、その材料を通常はより高い温度、典型的には１００−９００℃に加熱することで、前記塩を少なくともある程度分解させて金属酸化物を生じさせる。
【００４５】
別法として、各含浸そして乾燥段階を受けさせた後の金属塩を１００−９００℃に加熱することも可能である。そのような乾燥そして加熱段階を増分的にいろいろな温度で適切な時間に渡って実施してもよいか、或はそのような加熱段階の温度をかなり直線的に所望温度になるまで上昇させてもよい。望まれるならば、本分野の技術者に良く知られている方法を用いて、そのような金属酸化物に水素または他の還元ガス（例えば一酸化炭素）による還元を少なくともある程度受けさせることも可能である。
【００４６】
別法として、ある形態の必須金属を１種以上の金属酸化物と一緒に融合、結合または圧縮して固体状のペレットまたはより大きな構造物にしてもよいか、或は１種以上の支持体材料と一緒にして複合体を生じさせた後、それをこの上に記述したように加熱することも可能である。そのような材料に上述した如き還元を受けさせてもよい。
【００４７】
更にその上、支持体材料を調製している時に触媒を生じさせることも可能である。例えば、１種以上の金属酸化物の個々の加水分解性単量体を縮合させて所望の酸化物にすることで酸化物粉末を生じさせた後、それをブレンドしそして圧縮することで当該触媒のペレット、即ちより大きな構造物を生じさせてもよい。次に、その材料を加熱した後、場合によりそれに上述した如き還元を受けさせてもよい。
【００４８】
更に別のアプローチでは、本技術に記述されている方法を用いて、前以て成形しておいた担体の上に金属塩を沈澱させてもよい。このような手順を用いると活性金属が担体の外側に付着することで選択率が向上し得ることによっていくつかの利点が得られる。ゼオライト型材料に担持させた選択的部分酸化アミン化用触媒（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｐａｒｔｉａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｖｅ  ａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｏｎ  ｚｅｏｌｉｔｅ−ｔｙｐｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を調製することでさらなる利点をいくつか実現することができる。ゼオライトにいろいろな触媒作用金属イオンを取り込ませる時に公知のイオン交換手順を用いてもよい。それによって形状選択性（ｓｈａｐｅ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）が得られ、かつ完全な酸化に対比して選択的部分酸化が向上し得る。このようにゼオライトに金属を取り込ませる手順は良く知られている。
【００４９】
そのような触媒用支持体を用いると有意な利点が数多く得られる。ある種の触媒はこれを長期間に渡って用いると反応条件下で構造的に安定でない。このことはバッチ（ｂａｔｃｈ）反応の時にはあまり問題にならない。しかしながら、管状反応槽または流動床反応槽内で触媒を固定床反応槽の一部として用いて反応を実施する時には、そのような触媒が反応媒体に関してより大きな構造的安定性／一体性を示すのが望ましい。
【００５０】
担持されていない触媒を特に流動床反応槽で用いると摩滅が大きな問題になり得る。そのような触媒の表面に耐摩滅性被膜を与えることによって、その触媒が示す耐摩滅性の向上を達成することができる。そのような被膜は反応体および生成物に耐性を示すべきでありかつ反応体および生成物がその被膜を自由に通り抜けて触媒部位に到達するに充分多孔性であるべきである。そのような触媒により良好な耐摩滅性を示す外側被膜を与える目的でポリケイ酸、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、他の金属酸化物およびこれらの酸化物の混合物を用いてもよい。保護被膜を与える目的で用いられる技術は本分野の技術者に良く知られている。
【００５１】
本発明の１つの態様における被還元性金属酸化物触媒は多数の多孔性微細球であることを特徴とする微細構造を有する。そのような微細球の表面に耐摩滅性被膜を与える。このような特別な例では、そのような被膜にポリケイ酸を含める。しかしながら、この上に述べたように、また耐摩滅性を与える他の不活性材料、例えば酸化亜鉛、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２および他の金属酸化物などによる被膜を生じさせることも可能である。
【００５２】
ここに、エチレンオキサイドの合成を参照して、エタンに転化を受けさせてエチレンオキサイドを生じさせる転化は下記の反応式で示される：
【００５３】
【化３】
2004531542.tif 000005
【００５４】
この上で考察したように、反応（３）に関しては、金属酸化物がＨ２ガスと反応して中間体であるヒドロパーオキソ種が生じることに加えて更にＨ２Ｏが除去されることでパーオキソ種が生じると予測する。また、エタンからエチレンオキサイドが生じるエポキシ化もこの上にエチレングリコールの合成に関連して記述したのと本質的に同じ反応条件下で本質的に同じ様式で進行する。従って、これらの反応は気体、液体、超臨界または多相媒体中で実施可能である。
【００５５】
エタンをエチレンオキサイドに転化させる時に酸素および水素のいろいろな源を用いることができるが、しかしながら、酸素ガス（好適には不活性ガスと混合）および水素が好適である。エチレンオキサイドを合成する時の出発炭化水素原料としてエタンまたはエチレンのいずれかを用いてもよいか、或はこれらの出発材料の混合物を用いてもよい。エポキシ化反応は幅広い範囲の温度および圧力に渡って実施可能である。エチレンオキサイドの合成では、一般に、１つの注目すべき例外を伴わせて、この上にエチレングリコールの合成で考察した条件と同じ条件を用いる。共生成物であるエチレンオキサイドと水が反応してエチレングリコールが生じる反応を最小限にする目的で反応体を一般に不活性ガス（例えば窒素またはヘリウム）で希釈する。しかしながら、この上にエチレングリコールの合成に関連して考察した比較的低い温度および比較的高い圧力の同じ条件が好適である。このように、エチレンオキサイドの合成を典型的には１気圧から２００気圧の範囲の圧力下２５℃から５００℃の範囲の温度で実施する。
【００５６】
エチレングリコールの場合と同様に、エタンおよび／またはエチレンからエチレンオキサイドを生じさせるエポキシ化を好適には被還元性金属酸化物触媒（これは反応に必要な酸素を与える）を用いて実施する。エチレンオキサイドの合成で用いるに適した金属酸化物はこの上にエチレングリコールの合成に関連した記述した触媒と同じ触媒であると期待する。
【００５７】
本発明の好適な態様では、反応（１０）および（１１）に示すように、触媒を連続的に再生し再循環する。
【００５８】
【化４】
2004531542.tif 000006
【００５９】
他の金属酸化物の場合にも、選択した個々の金属酸化物に適切な原子価と係数を均衡させることで、この上に示した酸化還元反応と同様な酸化還元反応を示すことができる。
【００６０】
ここに本図を参照して、図１および２は、１９９９年１０月２９日付けで提出した表題が「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ａｌｉｐｈａｔｉｃ，Ｃｙｃｌｉｃ  ａｎｄ  Ａｒｏｍａｔｉｃ  Ａｌｋａｎｏｌａｍｉｎｅｓ  ａｎｄ  Ａｌｋｙｌｅｎｅａｍｉｎｅｓ」の米国特許出願０９／４３０，６３４（現在は米国特許第６，２８１，３８７号）（これの開示は引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）に示されている図３および４に相当する。図１に、エタンを基にしてモノエタノールアミンを生じさせる時のいろいろな経路の標準自由エネルギー変化を温度の関数として示す一連のプロットを含める。図２に、エタンを基にしてエチレンジアミンを生じさせる時のいろいろな経路の標準自由エネルギー変化を温度の関数として示す一連のプロットを含める。これらの図は、エタンをモノエタノールアミンまたはエチレンジアミンのいずれかに転化させる時に熱力学的障害が存在しないことを示している。
【００６１】
図３および４は、エタンにエポキシ化およびジヒドロキシル化による転化を受けさせてそれぞれエチレンオキサイドおよびエチレングリコールを生じさせる時にも同様に熱力学的障害が存在しないことを示している。触媒を用いないで酸素ガスを必要な酸素源として用いた反応はあらゆるケースで非常に好ましい標準自由エネルギー変化を示す。適切な金属酸化物触媒または水素添加／脱水素用金属触媒を用いると、いくらかあまり好ましくはないが、それでも熱力学的に有利な自由エネルギー変化が得られる。
【００６２】
そのような触媒を用いることで得られる主な利点は、出発材料である炭化水素からエチレングリコールおよびエチレンオキサイドへの選択率が向上しかつ転化率が高くなる点にある。それと同時に、高い活性を示す触媒を用いて操作を行うと一般に反応温度を低くすることができ、それによって、燃焼生成物の生成が最小限になるか或はなくなる傾向がある。例えば、図３および４は、被還元性ＭｎＯ２触媒をエタンにジヒドロキシル化を受けさせてエチレングリコールを生じさせる時そしてエタンにエポキシ化を受けさせてエチレンオキサイドを生じさせる時のそれぞれで２５０度Ｋ（−２３．６℃）の温度の所に非常に好ましい標準自由エネルギー変化が生じることを示している。
【００６３】
この反応は反応体の一方をもう一方に増分的に添加するか或は反応体を一緒にして触媒に添加することで実施可能である。この反応は触媒を反応体（場合により溶媒に入っている）に入れてスラリー状にするか或はオートクレーブを用いてバッチまたは半バッチ様式で実施可能である。溶媒を用いて液相を２相生じさせ、それらの一方に選択的部分酸化用触媒が入り込むようにしそしてもう一方に反応体が反応を起こすに充分な量で混ざり合うようにしてもよい。より好適な方法は、選択的部分酸化用触媒を用いた固定床もしくは流動床で反応を連続様式で実施する方法である。
【００６４】
金属酸化物触媒床の中の反応体（例えば酸素）の濃度を制御しそして／または金属酸化物触媒の源を与える目的で無機膜反応槽（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｒｅａｃｔｏｒｓ）を用いてもよい。このような反応槽は不活性膜充填床反応槽（ＩＭＰＢＲ）、不活性膜流動床反応槽（ＩＭＦＢＲ）、触媒作用膜反応槽（ＣＭＲ）、充填床触媒作用膜反応槽（ＰＢＣＭＲ）または流動床触媒作用膜反応槽（ＦＢＣＭＲ）であり得る。
【００６５】
図５に図式的に示す好適な態様では、低級アルカン／アルケン供給源１２と酸素供給源１４と金属酸化物触媒反応槽１６が備わっている装置１０の中で反応を実施する。この装置１０に更に複数の反応生成物を分離するための分離装置２０を含めてもよい。低級アルカン／アルケン供給源１２でエタン／エチレン、ブタン／ブチレンおよび／またはプロパン／プロピレンを供給してもよい。
【００６６】
好適には、低級アルカン／アルケン供給源１２が硫黄も燐も実質的に含有しないようにする。酸素供給源１４は酸素、窒素酸化物またはオゾンであってもよく、追加的に水素源２２を含めてもよい。
【００６７】
金属酸化物触媒反応槽１６には、チャンバ２４およびチャンバ２４の中に入っている変性燐酸塩触媒２６（これは好適には燐酸鉄である）が備わっている。この触媒に変性剤、好適には白金含有変性剤を含有させてもよい。また、反応槽１６に入っている触媒２６を担持させる目的で担体３０を与えることも可能である。担体３０はセリア、チタニア、ジルコニア、シリカ、アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、燐酸アルミニウムモレキュラーシーブ（ＡｌＰＯ）、高シリカモレキュラーシーブゼオライト、ＭＣＭ型巨孔性ゼオライトおよびこれらの混合物から成る群から選択可能である。
【００６８】
分離装置２０には入り口３４、蒸留装置３６および生成物出口４０が備わっている。別法として、この分離装置に少なくとも２つの流出流れ４０’および４０”を持たせてもよい。この分離装置２０にまた未転化反応体を反応槽１６に戻すための再循環ライン４２を含めることも可能である。蒸留装置３６は、複数の生成物を分離する目的で蒸気圧差を利用した瞬間蒸発器であってもよい。別法として、蒸留装置３６は分離するのに生成物の温度差を利用した蒸留塔であってもよい。
【００６９】
循環式流動床反応槽を用いるといろいろな利点が得られる。気体および触媒粒子は上昇管（ｒｉｓｅｒ）の中で本質的に栓流（ｐｌｕｇ  ｆｌｏｗ）特徴を示すことから、エチレンオキサイドおよびエチレングリコールの選択率が高くなり、そして上昇管の中に酸素ガスを存在させないと、エチレンオキサイドおよびエチレングリコールばかりでなくエタン／エチレンが起こす分解の度合が低下することから選択率が更に向上する。具体的には、そのように気体および触媒粒子が上昇管の中で本質的に栓流の特徴を示すことから逆混合が最小限になることでエチレンオキサイドおよびエチレングリコールが生じる選択率が高くなり、そして上昇管の中に酸素ガスを存在させないと、エチレンオキサイドおよびエチレングリコールが燃焼してＣＯｘおよび水が生じる度合が低くなることで選択率が更に向上する。
【００７０】
緩く結合していることで高い活性を示す酸素種が上昇管の中に入り込む前にそれを除去しておくと、結果として、転化率が高くなりかつ触媒が示す高い選択率が維持される。また、触媒が循環する速度を高くするとヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）（これは上昇管の中の温度を制御するに役立つ）が得られかつ伝熱面積が小さくなる（さもなければ反応熱を除去する必要があるであろう）。従って、そのような反応槽のデザインにすると経済的になるばかりでなく工程の利点も得られる。
【００７１】
循環式流動床反応槽を用いると重要な利点が得られはするが、本発明をそれに関して限定するものでないと理解されるべきである。また、用いる反応槽の種類がどの種類であるかに関係なく、金属酸化物触媒が酸素を充分な量で与えない場合には反応系の中に追加的Ｏ２を少量入り込ませることも可能であると理解されるべきである。追加的酸素が必要な場合のそれの添加量を供給材料の総量を基準にして典型的には５パーセント未満、好適には２パーセント未満にする。
【００７２】
この上に示したように、エタンにジヒドロキシル化またはエポキシ化を受けさせてエチレングリコールおよびエチレンオキサイドを生じさせることに関連して本発明を詳細に記述してきた。しかしながら、本発明はいろいろなアルカンおよびアルケン出発材料を用いて他のアルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールを生じさせる一般的用途を有することを本分野の技術者は容易に理解するであろう。例えば、プロパン／プロピレンから１，２プロパンジオール、１，３プロパンジオールおよびプロピレンオキサイドが生じる。また、ブタンから１，２ブタンジオール、１，３ブタンジオール、１，４ブタンジオール、２，３ブタンジオール、２，４ブタンジオールおよびブチレンオキサイドが生じる。
【００７３】
また、この上に記述した反応は互いに排他的でないことも本分野の技術者は容易に理解するであろう。即ち、エチレングリコールまたはエチレンオキサイドのいずれかを生じさせてもよいか或はこれらの生成物の両方を同時に生じさせてもよい。生じさせる個々の生成物１種または２種以上そしてそれを達成する個々の経路１種または２種以上は、原料の分圧の制御、反応槽の温度および適切な触媒の選択で決まる。従って、本発明は、アルカンおよび／またはアルケンを出発材料である炭化水素として用いることを基にして幅広く多様なアルキレンオキサイドおよびアルキレングリコールを生じさせる実施可能で経済的な手段を与えるものである。
【００７４】
この上に示した説明を読んだ後の本分野の技術者に特定の変更および改良が思い浮かぶであろう。簡潔さおよび判読性の目的でそのような変更および改良の必ずしも全部を本明細書に含めてはいないが、それらも正当に添付請求の範囲内であると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１に、エタンを基にしてモノエタノールアミンを生じさせる時のいろいろな経路の標準自由エネルギー変化を温度の関数として示す一連のプロットを含める。
【図２】図２に、エタンを基にしてエチレンジアミンを生じさせる時のいろいろな経路の標準自由エネルギー変化を温度の関数として示す一連のプロットを含める。
【図３】図３に、エタンを基にしてエチレンオキサイドを生じさせる時のいろいろな経路の標準自由エネルギー変化を温度の関数として示す一連のプロットを含める。
【図４】図４に、エタンを基にしてエチレンオグリコールを生じさせる時のいろいろな経路の標準自由エネルギー変化を温度の関数として示す一連のプロットを含める。
【図５】図５は、エタンをエチレンオキサイドおよびエチレングリコールに転化させるための本発明に従って構成した装置を示す構成図である。
【図１】
2004531542.tif 000007
【図２】
2004531542.tif 000008
【図３】
2004531542.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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