JP2000191564A - クロロトルエン異性体の分離方法 - Google Patents

クロロトルエン異性体の分離方法

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JP2000191564A
JP2000191564A JP37301898A JP37301898A JP2000191564A JP 2000191564 A JP2000191564 A JP 2000191564A JP 37301898 A JP37301898 A JP 37301898A JP 37301898 A JP37301898 A JP 37301898A JP 2000191564 A JP2000191564 A JP 2000191564A
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JP
Japan
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adsorbent
chlorotoluene
adsorption
zeolite
separating
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JP37301898A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Iwayama
一由 岩山
Masatoshi Watanabe
正敏 渡辺
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/38Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C17/389Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by adsorption on solids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】o−,m−およびp−クロロトルエンを含むク
ロロトルエン異性体混合物からm−クロロトルエンを効
率よく、高純度で分離回収する。 【解決手段】o,mおよびp−クロロトルエンを含むク
ロロトルエン異性体混合物を吸着分離するにあたって、
カリウムイオン(K+)、銀イオン(Ag+)および水素
イオン(H+)を式(1) 【数1】 (但し:[K+]、[Ag+]、[H+]はモルで表示し
た濃度である。)で表される割合で含むゼオライトを吸
着剤として、m−クロロトルエンを分離回収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はクロロトルエン(以
下“CT”と略す)異性体混合物からある特定の異性
体、特に、メタ−体(以下、m−体)を分離する方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】CTは医薬、農薬の中間体原料として需
要であるが、CT異性体間の沸点が極めて近い(o−
体:159.3℃、m−体:161.6℃、p−体:1
62.4℃)ため、CT異性体混合物から単独の異性体
を蒸留分離することは非常に困難である。特に、m−体
を蒸留で分離することは不可能に近い。一方、融点はo
−体:−35.1℃、m−体:−47.8℃、p−体:
7.8℃であり、3つの異性体が存在するCTからm−
体を晶析で分離することも極めて困難である。
【0003】このような状況から、近年、特定のゼオラ
イト吸着剤を用いて、o、mおよびp−CTを含むCT
異性体混合物からm−CTを吸着分離する方法が特開昭
58-131923号公報等に開示されている。現在、m−CT
を更に経済的に製造するために吸着剤の分離性能向上が
求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開昭58-131923号公
報にはカリウムおよび銀イオンを必須成分として含むY
型ゼオライトを吸着剤として用い、m−CTを分離回収
することを特徴とするCT異性体の分離方法が開示され
ている。かかる吸着剤はクロロトルエン異性体の分離性
能において好ましい。しかし、m−CT吸着分離性能を
更に向上させ、生産性を高めることは製造コストを低減
させる上で産業上重要な課題である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らはカリウムお
よび銀イオンを含むゼオライト吸着剤について鋭意検討
を重ねた結果、カリウムイオンおよび銀イオンを含むゼ
オライトにさらに水素イオンを特定の割合で含むゼオラ
イト吸着剤がCT異性体混合物からm−CTを分離回収
するのに優れていることを見出した。
【0006】即ち、本発明は、o,mおよびp−クロロ
トルエンを含むクロロトルエン異性体混合物を吸着分離
するにあたって、カリウムイオン(K+)、銀イオン
(Ag+)および水素イオン(H+)を式(1)
【0007】
【数2】 (但し:[K+]、[Ag+]、[H+]はモルで表示し
た濃度である。)で表される割合で含むゼオライトを吸
着剤として、m−クロロトルエンを分離回収することを
特徴とするクロロトルエン異性体の分離方法、である。
【0008】かかる分離回収に当たっては脱着剤が必要
である。脱着剤は使用する吸着剤により適切な脱着剤が
ある。本発明に基づく吸着剤を用いてm−CTを分離回
収するには脱着剤としてジクロロトルエン(以下“DC
T”と略す)が好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明で使用されるゼオライトと
してはフォージャサイト型ゼオライトが好ましく、特に
Y型ゼオライトが好ましく用いられる。フォージャサイ
ト型ゼオライトは酸化物のモル比で表して下記に示す一
般式を有する結晶性アルミノシリケートである。
【0010】M2/nO・Al23・xSiO2・yH2
ここで、Mは金属イオンまたは水素イオンであり、nは
金属イオンまたは水素イオンの原子価である。xはシリ
カ/アルミナ比であり、xが3未満をX型ゼオライト、
3以上をY型ゼオライトと呼称している。yは水和の程
度により変化する。
【0011】本発明で用いる吸着剤の場合、Mはカリウ
ムイオン(K+)および銀イオン(Ag+)に特定の割合
で水素イオン(H+)を含むことを必須としている。カ
リウムイオンおよび銀イオンに対する水素イオンの比は
[H+]/([K+]+[Ag +]+[H+])で表して、
1から10当量%の範囲である。銀イオンは[Ag+
/([K+]+[Ag+]+[H+])で表して、5から
50当量%、より好ましくは10から40当量%であ
る。
【0012】ゼオライトには合成ゼオライトと天然ゼオ
ライトがあるが、吸着剤としては合成ゼオライトが好ま
しい。合成ゼオライトは一般に粉末として得られる。吸
着剤として用いるにはゼオライト粉末を成形することが
必要である。粉末を成形する方法としては混練り法、転
動法、圧縮法等を例として挙げることが出来る。本発明
においては混練り法がより好ましい。成形においては成
形性、成形体強度等を増加させるためにしばしばバイン
ダーが用いられる。バインダーとしてはアルミナ、ベン
トナイト、カオリン等が好ましく用いられる。バインダ
ー量は成形性、成形体強度等の関係から5〜40重量
%、好ましくは10〜20重量%の範囲で用いられる。
成形体中のゼオライト含量の関係からバインダー量は少
ないほど好ましいが、使用するバインダーの種類および
成形体強度の関係から使用するバインダー量の上限と下
限が決まる。バインダー量はゼオライトの結晶構造、結
晶形態等にも依存する。
【0013】成形された吸着剤は水分を除去するため、
乾燥される。乾燥温度は通常、50〜250℃である。
乾燥後、引き続いて、成形体強度を発現させるため焼成
される。焼成温度は通常、350〜700℃である。
【0014】焼成され、強度を向上させた吸着剤は、吸
着選択性を発現させるために、イオン交換処理される。
イオン交換処理は目的とするカチオンを含んだ水溶液で
処理されるのが一般的である。
【0015】カリウムイオン交換には硝酸カリウム、塩
化カリウム等の水溶性のカリウム塩が、銀イオン交換に
は硝酸銀等の水溶性の銀塩が好ましく用いられる。一
方、水素イオンの導入は希薄な酸水溶液でイオン交換す
るか或いはアンモニウム塩、例えば塩化アンモニウム、
硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム等を含む水溶液で
アンモニウムイオン交換し次いで焼成することにより水
素イオンを導入できる。
【0016】イオン交換されたゼオライト成形体は乾燥
され、次いで焼成して吸着剤として使用される。乾燥温
度は通常、50〜250℃であり、焼成温度は通常、3
50〜700℃である。
【0017】本発明の方法でCT異性体を吸着分離する
ための技術は、いわゆるクロマト分取法であってもよい
し、またこれを連続化した擬似移動床による吸着分取法
でもよい。擬似移動床の場合、最も吸着されやすい異性
体はエキストラクト流れ中に回収され、最も吸着され難
い物質はラフィネート流れの中に回収される。本発明に
基づくm−CTの吸着分離の場合は、m−CTは吸着剤
に最も吸着しにくい為ラフィネート流れの中に回収され
る。
【0018】擬似移動床による連続的吸着分離技術は、
基本的操作として次に示す吸着操作、濃縮操作、脱着操
作および脱着剤回収操作を連続的に循環して実施され
る。 (1)吸着操作 CT異性体混合物が吸着剤と接触し、o−CT、p−C
Tを強吸着成分として選択的に吸着し、弱吸着成分であ
るm−CTが、ラフィネート流れとして後述する脱着剤
とともに回収される。 (2)濃縮操作 強吸着成分であるo−CT、p−CTを選択的に吸着し
た吸着剤は、後で述べるエキストラクトの一部と接触さ
せられ、吸着剤上に残存している弱吸着成分が追い出さ
れo−CT、p−CTが濃縮される。 (3)脱着操作 濃縮されたo−CT、p−CTを含む吸着剤は、脱着剤
と接触させられo−CT、p−CTが吸着剤から追い出
され、脱着剤とともにエキストラクト流れとして回収さ
れる。 (4)脱着剤回収操作 実質的に脱着剤のみを吸着した吸着剤は、ラフィネート
流れの一部と接触させられ該吸着剤に含まれる脱着剤の
一部が脱着剤回収流れとして回収される。
【0019】上記、擬似移動床による吸着分離操作を模
式的に示したのが図1である。吸着剤を充填した吸着室
1〜12が連続的に循環して連絡されている。
【0020】上記、擬似移動床による吸着分離操作を模
式的に示したのが図1である。吸着剤を充填した吸着室
1から12が連続的に循環して連絡されている。13か
ら17はそれぞれ脱着剤供給ライン、エクストラクト抜
き出しライン、異性体混合物供給ライン、ラフィネート
抜き出しライン、脱着剤回収ラインである。また、バル
ブ18は閉じている。図1に示した吸着室の配置状態で
は、吸着室1〜4が脱着操作、5〜7が濃縮操作、8〜
10が吸着操作、11〜12が脱着剤回収操作を実施し
ている。
【0021】これらの吸着分離法に使用される脱着剤に
は、脱着剤存在下で脱着剤の分離性能を損なわないこ
と、吸着剤に吸着したCTを効率よく脱着出来ること、
およびCTと容易に分離出来ること等の特性が要求され
る。このような特性を満足する脱着剤としては、種々の
アルキル置換および/またはハロゲン置換芳香族化合物
が利用できるが、その中でもDCTが好ましい。DCT
には異性体が6種類存在するが中でも特に3,4−DC
T、2,3−DCTが好ましく用いられる。
【0022】吸着分離の操作条件としては、温度は室温
から350℃、好ましくは50から250℃であり、ま
た圧力は大気圧から5MPa、好ましくは大気圧から4
MPaである。吸着は気相でも液相実施されうるが、操
作温度を低くして原料供給物または脱着剤の好ましくな
い副反応を抑制するためにも液相で実施するのが好まし
い。
【0023】
【実施例】以下に、本発明を実施例をもって説明する。
実施例では、吸着剤の吸着性能を敷き(2)の吸着選択
率(α)で表す。
【0024】
【数3】 ここで、A,BはCT異性体の一種を示し、Sは吸着相
を、Lは吸着相と平衡状態にある液相を示す。
【0025】上記吸着選択率(αA/B)の値が1より大
きい時はA成分が選択的に吸着され、1より小さい時は
B成分が選択的に吸着される。また、上記吸着選択率
(α)の値が1より大きい吸着剤、あるいは1より小さ
く0に近い吸着剤ほどAとBの吸着分離が容易になる。
また、Bが脱着剤(以下、”DES”と略す)であり、
AがCT異性体間で最大吸着強さを示すCTである場
合、αDCB/DESの値は1に近い程好ましい。1より著し
く大きい場合には吸着されたCTを充分に脱着出来な
い。一方、1より著しく小さい時には、脱着剤が吸着剤
に強く吸着され、次に吸着されるDCBの吸着が充分に
出来ない。
【0026】K−Y型ゼオライト成形体の調製 シリカ/アルミナ比が5.1であるNa−Y型ゼオライ
ト(東ソー社製)粉末100重量部にアルミナゾル(日
産化学製、Al23含量10重量%)を8重量部(Al
23換算)、アルミナゲル(触媒化成製、Al23含量
70重量%)を7重量部(Al23換算)および湿潤換
算で約50重量%になるように蒸留水を加え1時間混練
りし、0.4mmφの開孔径を有するスクリーンから押
し出した。120℃で1晩乾燥し、500℃で2時間焼
成してNa−Y成形体を得た。
【0027】Na−Y成形体を硝酸カリウム(和光純薬
製)を10重量%含む水溶液で固液比5(l/kg)、
80℃で1時間カリウムイオン交換した。カリウムイオ
ン交換後、蒸留水で固液比5(l/kg)、80℃で1
時間水洗した。この操作を5回繰り返した後、蒸留水で
水洗を5回行った。カリウムイオン交換率は97.4%
であった。
【0028】 Ag−K−Y型ゼオライト吸着剤(吸着剤A)の調製 160mlの蒸留水に硝酸銀(和光純薬)7.06グラ
ムを溶解させた。この硝酸銀水溶液に上記K−Y型ゼオ
ライト成形体を絶乾重量で40グラム入れ、500℃で
2時間焼成してAg−K−Y型ゼオライト吸着剤(吸着
剤A)を調製した。
【0029】 Ag−K−Y吸着剤(吸着剤B))の調製 160mlの蒸留水に硝酸銀(和光純薬)4.71グラ
ムを溶解させた。この硝酸銀水溶液に上記K−Y型ゼオ
ライト成形体を絶乾重量で40グラム入れ、80℃で3
0分間イオン交換した。次いで、蒸留水で固液比5(l
/kg)、80℃で1時間水洗した。この水洗操作を5
回繰り返した。120℃で一晩乾燥し、500℃で2時
間焼成してAg−K−Y型ゼオライト吸着剤(吸着剤
B)を調製した。
【0030】 Ag−K−H−Y型ゼオライト吸着剤の調製 蒸留水40グラムに塩化アンモニウム0.046グラム
を溶解した溶液各々にAg−K−Y(吸着剤A)、Ag
−K−Y(吸着剤B)各々を絶乾重量で10グラム入
れ、80℃、30分間イオン交換し、NH4 +を導入し
た。次いで、蒸留水で固液比5(l/kg)、80℃で
1時間水洗した。この水洗操作を5回繰り返した。12
0℃で一晩乾燥し、500℃で2時間焼成して吸着剤を
調製した(吸着剤C、D)。焼成前の吸着剤中のNH3
を分析し、水素イオン(H+)交換量とした。
【0031】蒸留水40グラムに塩化アンモニウム0.
093グラムを溶解した溶液各々にAg−K−Y(吸着
剤A)、Ag−K−Y(吸着剤B)各吸着剤を絶乾重量
で10グラム入れ、80℃、30分間イオン交換し、N
4 +を導入した。次いで、蒸留水で固液比5(l/k
g)、80℃で1時間水洗した。この水洗操作を5回繰
り返した。120℃で一晩乾燥し、500℃で2時間焼
成して吸着剤を調製した(吸着剤E、F)。
【0032】蒸留水40グラムに塩化アンモニウム0.
185グラムを溶解した溶液各々にAg−K−Y(吸着
剤A)、Ag−K−Y(吸着剤B)各吸着剤を絶乾重量
で10グラム入れ、80℃、30分間イオン交換し、N
4 +を導入した。次いで、蒸留水で固液比5(l/k
g)、80℃で1時間水洗した。この水洗操作を5回繰
り返した。120℃で一晩乾燥し、500℃で2時間焼
成して吸着剤を調製した(吸着剤G、H)。
【0033】上記各吸着剤のイオン交換率を表1に示
す。
【0034】
【表1】 実施例1〜4、比較例1〜4 吸着選択率の測定 吸着剤は性能評価の前に500℃で2時間焼成した。内
容積5mlのオートクレーブ内に吸着剤2グラムと供給
原料3gを充填し、130℃で30分間、時々攪拌しな
がら放置した。使用した供給原料液組成は次の通りであ
った。
【0035】n−ノナン:o−CT:m−CT:p−C
T:3,4−DCT=5:10:10:10:65(重
量比) その結果を表2に示す。
【0036】
【表2】 表2から明らかなように、カリウムイオンおよび銀イオ
ンに水素イオンが存在すると吸着剤の吸着選択率が向上
した。しかし、水素イオンが増え過ぎると逆に吸着選択
率が低下したことから水素イオン量には最適量が存在す
ることがわかる。
【0037】
【発明の効果】本発明の吸着剤を用いることにより、
o,mおよびp−クロロトルエンを含むクロロトルエン
異性体混合物からm−クロロトルエンを効率よく、高純
度で分離回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施態様である擬似移動床による吸
着分離操作を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1〜12:吸着室 13:脱着剤供給ライン 14:エクストラクト抜き出しライン 15:異性体混合物供給ライン 16:ラフィネート抜き出しライン 17:脱着剤回収ライン 18:バルブ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】o,mおよびp−クロロトルエンを含むク
    ロロトルエン異性体混合物を吸着分離するにあたって、
    カリウムイオン(K+)、銀イオン(Ag+)および水素
    イオン(H+)を式(1) 【数1】 (但し:[K+]、[Ag+]、[H+]はモルで表示し
    た濃度である。)で表される割合で含むゼオライトを吸
    着剤として、m−クロロトルエンを分離回収することを
    特徴とするクロロトルエン異性体の分離方法。
  2. 【請求項2】ゼオライトがフォージャサイト型ゼオライ
    トであることを特徴とする請求項1記載のクロロトルエ
    ン異性体の分離方法。
  3. 【請求項3】ゼオライトがY型ゼオライトであることを
    特徴とする請求項2記載のクロロトルエン異性体の分離
    方法。
  4. 【請求項4】脱着剤としてジクロロトルエンを用いるこ
    とを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のク
    ロロトルエン異性体の分離方法。
  5. 【請求項5】脱着剤が3,4−ジクロロトルエンおよび
    /または2,3−ジクロロトルエンであることを特徴と
    する請求項4記載のクロロトルエン異性体の分離方法。
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