JP2002528527A - ニトリルからのアミドおよび/または酸の製造 - Google Patents
ニトリルからのアミドおよび/または酸の製造Info
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Abstract
Description
に、ニトリルからアミドおよび/または酸を製造するための方法に関する。
リルをその対応するアミドに転化できる、従ってニトリルを水和できる、および
/またはニトリルをその対応する酸に転化できる第2の反応物としての水和化合
物とを処理ゾーンに導入する工程; 前記処理ゾーンにて前記水和化合物の存在
下でニトリルを触媒蒸留に付して、ニトリルの少なくとも幾らかを水和して対応
するアミドにする、および/またはその対応する酸を形成させる工程; および
前記のアミドおよび/または酸を前記処理ゾーンから取り出す工程; を含む、
ニトリルからのアミドおよび/または酸の製造法が提供される。
、あるいは蒸留と組合わせて行うことを含む。従って処理ゾーンは、ニトリルの
アミドおよび/または酸への水和反応が触媒の存在下で触媒作用的に行われる少
なくとも1つの反応ゾーンと、前記反応ゾーンからの反応生成物および/または
未反応物の蒸留が行われる、前記反応ゾーンに隣接した少なくとも1つの蒸留ゾ
ーンとを含む。従って反応ゾーンは、ニトリルのその対応するアミドへの転化ま
たは水和を触媒することのできる触媒粒子の充填床を含んでよい。適切ないかな
る水和触媒も使用することができ、一般には、銅または銅ベースの水和触媒(例
えば、銅−クロムや酸化銅等の水和触媒)が使用される。
リル、メタクリロニトリル、クロトノニトリル、シアン化アリル、またはベンゾ
ニトリル)を含んでよく、これらが水和されて対応する不飽和もしくは芳香族の
アミドおよび/または酸となり、このとき実質的な程度での重合が起こらない。
しかしながらこれとは別に、第1の反応物は、アセトニトリル、プロピオニトリ
ル、ブチロニトリル、またはイソブチロニトリル等の飽和ニトリルを含んでもよ
い。
触媒床が塔のある区域に供給されている。従って蒸留ゾーンが触媒床の上および
/または下に設けられている。蒸留ゾーンは触媒床の上と下に設けられているの
が好ましい。適切な蒸留用充填媒体(例えばラシッヒリング)または蒸留用の機
器もしくは装置が触媒床の下および/または上の塔中に、すなわち蒸留ゾーンに
供給されている。
体成分を沸騰させて触媒蒸留のための駆動力を供給することを含んでよい。必要
であれば、液体成分の一部を処理ゾーン(例えば、触媒床の上または下の)に導
入してもよい。
のための駆動力をもたらすだけであって、従って処理ゾーンにおける反応物と生
成物の蒸留を補助する、というようなものであってよい。このようなケースでは
、ニトリルを触媒床の下の処理ゾーンに供給するときに、第2の反応物を、第1
の反応物すなわちニトリルの処理ゾーン(例えば触媒床の上の)への導入箇所か
らある間隔を置いた場所にて処理ゾーンに供給することができる。従って第2の
反応物は、処理ゾーンでの条件にて、そして触媒の存在下にてニトリルを水和で
きるものでなければならない。具体的には、前記第2の反応物は水であってよい
。
有機化合物であってよい。 しかしながら前記液体成分は、水和反応に関与するような物質であってもよい
。従って、前記液体成分が特に第2の成分と同じであってもよい。言い換えると
、第2の反応物の一部が再沸のために使用され、そして第2の反応物の一部が前
記の処理ゾーンに導入される。
そして低沸点成分を触媒床の下または上に導入してよい。第1の反応物すなわち
ニトリルのほうが高沸点成分である場合は、その一部を触媒床より上に導入し、
残部を沸騰ゾーンにて沸騰させて、触媒蒸留のための駆動力を得る。
を処理ゾーンの頂部にてオーバーヘッドまたは蒸留物成分として取り出すことも
できるし、あるいは処理ゾーンの底部にて高沸点成分として取り出すこともでき
る。
60mの範囲である。一般には、塔の直径は、パイロット・プラントのスケール
に対しては25mm〜110mmの範囲であり、工業規模での運転に対しては1
10mより大きい。触媒床は、所望するいかなる長さであってもよい(例えば0
.5〜10m)。塔中の圧力は広い範囲で変えることができ(例えば10kPa
(g)〜10000kPa(g))、窒素やアルゴン等の不活性ガスによって制
御することができる。塔中の圧力(従って反応温度)により得られる生成物が決
まる。塔中に供給されるニトリルに対応したアミドがある塔圧力で、従ってある
特定の反応温度で得られる場合、対応する酸は、反応が行われる塔圧力を増大さ
せることによって、従って反応温度を増大させることによって、アミドに代えて
、あるいはアミドに加えて生成させることができる。すなわち、過剰の加水分解
を起こさせて対応する酸を形成させることができる。
である。
純化フローダイヤグラムを示す添付の概略図を参照しつつ、幾つかの実施例を挙
げて(これらの実施例によって本発明が限定されることはない)本発明をさらに
詳細に説明する。
の方法を示している。 方法10は触媒蒸留塔12を含む。塔12の寸法は広い範囲で変わってよいが
、一般には長さが約10cm、内径が25mmである。
、そして反応ゾーン14の下に別の蒸留ゾーン18が設けられるような構造にて
設けられている。反応ゾーン14は、銅ベースの粒状水和触媒(例えば、担持さ
れた銅−クロム触媒、担持された酸化銅触媒、または他の類似水和触媒)の支持
された床を含む。蒸留ゾーン16と18にはラシッヒ・リング(図示せず)が充
填されている。
給ライン22が床14のすぐ下にて塔12に連結している。しかしながら、ニト
リル供給ライン22は、床14より上にて塔12に連結していてもよい。
の底部からリボイラー24まで連結しており、戻りライン28がリボイラー24
から塔12まで連結している。リボイラー24にはヒーター30が取り付けられ
ており、生成物取り出しライン34がリボイラーから延びている。
80%を満たし、そして加熱する。塔12中の圧力を、窒素やアルゴン等の不活
性ガスによって、必要に応じて0.1〜100バールの間で調節する。リボイラ
ー24中の水を、充分な還流が起こるようになるまで塔12中に沸騰させる。こ
の段階で、ニトリル(例えば、水より低い沸点を有するアクリロニトリル)の供
給流れを、一般には0.001〜50kg/時間の割合で供給ライン22に沿っ
て塔22中に導入し、次いでフローライン20に沿って水を適切な割合(例えば
、0.01〜100kg/時間)で導入する。供給原料として使用するニトリル
は通常、重合を起こさないように、塔中に導入する前にラジカル抑制剤(例えば
、ヒドロキノンやメチル化ヒドロキノン)で安定化させる。塔12を還流状態に
保持し、ニトリルのアミド生成物を過剰の水と共に、フローライン34に沿って
0.002〜150kg/時間の割合で底部流れとして回収する。
を行った。これらの実施例によって本発明が限定されることはない。 実施例1 還元形態での銅−亜クロム酸塩触媒のペレット(650g)をステンレス鋼製
のワイヤソックス(22個)中に保持し、高さ10m×直径25mmの寸法を有
する触媒蒸留塔12の5mセクションにこれらのペレットを充填した。塔の上部
1メートル(ゾーン16)と下部4メートル(ゾーン18)にラシッヒ・リング
を充填した。脱塩処理した水をリボイラー中にその容量の24〜30%まで導入
した。窒素雰囲気下にて、還流が起こるようになるまで(96℃)、大気圧(8
5kPa)の塔中に水を沸騰させて送り込んだ。35ppmのメチル化ヒドロキ
ノン(MeHQ)を含有するアクリロニトリルを、触媒床のすぐ下の供給箇所(
フローライン22)にて30g/時間の割合で導入し、水を触媒ゾーンより上の
箇所(フローライン20)にて84g/時間の割合で導入した。アクリロニトリ
ルを導入した後、触媒床内部の温度をアクリロニトリル−水共沸混合物の沸点(
64℃)まで下げた。35重量%のアクリルアミド(転化率100%および選択
率100%)を含有する生成物溶液を、フローライン34に沿って114g/時
間の割合でリボイラーから取り出した。
ト(350g)をステンレス鋼製のワイヤソックス(10個)中に保持し、デミ
スタ・ワイヤ中に包み込み、高さ2.1m×直径35mmの寸法を有するガラス
製触媒蒸留塔の頂部セクションにこれらの押出物またはペレットを充填した。塔
の底部600mmの箇所にラシッヒ・リングまたは構造的蒸留充填物を充填した
。脱塩処理水を脱気し、これをリボイラー中にその容量の30%まで導入した。
窒素雰囲気下にて、還流が起こるようになるまで(96℃)、大気圧(85kP
a)の塔中に水を沸騰させて送り込んだ。脱気したニトリルを触媒床のすぐ下の
供給箇所に10〜25g/時間の割合で導入し、水を触媒ゾーンより上の塔中に
、所望の生成物濃度を得るのに必要な割合で供給した。アクリロニトリルの導入
後、触媒床内部の温度をニトリル−水共沸混合物の沸点まで下げた。最大50重
量%までのアミド(転化率と選択率が90%を越える)を含有する生成物溶液を
25〜130g/時間の割合でリボイラーから取り出した。
クス(22個)中に保持し、デミスタ・ワイヤ中に包み込み、高さ10m×直径
25mmの寸法を有する触媒蒸留塔の8.5mセクションにこれらの押出物を充
填した。塔の底部1.5mに10mmのバール・サドル(Berl saddl
es)を充填した。脱塩処理水を脱気してリボイラー中にその容量の30%まで
導入した。大気圧より高い200kPaの窒素圧力下にて、還流が起こるように
なるまで(135℃)、塔中に水を沸騰させて送り込んだ。脱気したアクリロニ
トリル(35ppmのMeHQを含有)を触媒床のすぐ下の供給箇所に48〜1
52g/時間の割合で導入し、水を触媒ゾーンより上の塔中に、必要な生成物濃
度が得られるような割合で供給した。アクリロニトリルの導入後、触媒床内部の
温度をアクリロニトリル−水共沸混合物の沸点(約104℃)まで下げた。最大
50重量%までのアクリルアミド(転化率と選択率が98%を越える)を含有す
る生成物溶液を200〜500g/時間の割合でリボイラーから取り出した。
素圧力を大気圧より高い400kPaに上げた。この結果、リボイラーの温度は
158℃になった。アクリロニトリルを触媒ゾーンの上に導入すると(180g
/時間)、触媒ゾーン中の温度が135〜145℃に低下し、アクリル酸の水溶
液(約75h/時間)とアクリルアミドの水溶液(約175g/時間)が得られ
た。
ソックス中に保持し、デミスタ・ワイヤ中に包み込み、高さ10m×直径110
mmの寸法を有する触媒蒸留塔の7mセクションにこれらの押出物を充填した。
塔の底部2mに10mmのバール・サドルを充填した。脱塩処理水を脱気してリ
ボイラー中にその容量の50%まで導入した。大気圧より高い100kPaの窒
素雰囲気下にて、還流が起こるようになるまで(121℃)、塔中に水を沸騰さ
せて送り込んだ。35ppmのMeHQを含有する脱気したアクリロニトリルを
触媒床より上の供給箇所に0.5〜2.5g/時間の割合で導入し、水を触媒ゾ
ーンより上の塔中に、必要な生成物濃度が得られるような割合で供給した。アク
リロニトリルの導入後、触媒床内部の温度をアクリロニトリル−水共沸混合物の
沸点(約89℃)まで下げた。リボイラー中に0.0125Mの硫酸溶液を加え
ることによって、生成物溶液のpHを5.0〜6.0に調節した。最大50重量
%までのアクリルアミド(転化率と選択率が98%を越える)を含有する生成物
溶液を5〜30kg/時間の割合でリボイラーから取り出した。
することによってニトリルからアミドが得られることが知られている。以下のよ
うな3つのタイプの反応が公知である。
)を触媒として使用する不均一触媒反応; c) ニトリルの水和を容易にするために酵素のような生体触媒が使用される
反応; これらの反応は、アクリロニトリル等のニトリルからのアクリルアミドモノマ
ーの製造のように、アミドの製造に対して使用されている。このようなモノマー
はさらに、採鉱用凝集剤、製紙用助剤、増粘剤、表面被覆剤、および石油回収向
上剤として使用される水溶性のポリマーとコポリマーの製造に対して使用されて
いる。
制御されない場合、ポリマーが形成されることからニトリルの高度発熱水和反応
が複雑になる、ということを本発明者は知っている。反応を終結させるためには
酸を中和する。この結果、アクリルアミドで汚染された主として硫酸塩を含む廃
液が生成される。このため、毒性の高いアクリルアミドを残留水から結晶化させ
、粉末として扱う必要がある。
分離の問題を起こしやすく、一方、単一固定床反応器(すなわち、一連の反応器
ではない)が使用される場合は、水中低濃度のアクリルアミド(7%のオーダー
)が生成されるにすぎない、ということも本発明者は認識している。相分離によ
り、水と共に反応器に供給できるアクリロニリトルの量が制限される。このよう
な場合には、所望する約50%濃度にするために、触媒、未反応アクリロニトリ
ル、および水を濾過および/または蒸留によって除去する必要がある。エネルギ
ーの利用に関して非経済的であることは別として(反応工程において熱が除去さ
れ、蒸留工程において再び加えられる)、これらのプロセスは、生成物を精製し
濃縮するために幾つかの反応器と蒸留塔が必要とされるので極めて資本集約的で
ある。触媒は、場合によっては、酸化し、次いで水素で還元することによって再
生できる場合もあるが、触媒の寿命も制約を受ける。
のプロセスの多くの欠点が解消できる、ということを本発明者は見出した。本発
明の方法は連続プロセスであって、資本経費の大幅な節減を可能にし(公知のプ
ロセスでの5つの反応容器に対し、一般には1つの反応容器で済む)、廃液は殆
どもしくは全く生じない。さらなる利点は、反応熱の一部を使用して反応物を加
熱できるという点であり、このことは必要なエネルギー量がより少なくて済むこ
とを示している。触媒蒸留は実質的に蒸留プロセスであるので、反応温度を制御
することは、従って望ましくない重合を防止または抑制することは、なんら問題
を生じない。追加の分離プロセスを施さなくても必要な生成物濃度(50%)に
達することができ、また触媒の寿命が長くなる。生成物が絶えず熱源から除去さ
れるので、望ましくない重合は殆どもしくは全く起こらない。従って所望の濃度
(1%〜60%)の生成物水溶液を、特別な精製または濃縮操作を必要とせずに
反応器から直接得ることができ、このとき必要なエネルギー量は最小限で済む。
オレフィン系ニトリルの場合、生成物が絶えず熱源から除去されるので、pHを
3〜8に制御すればオリゴマー化/重合による問題は起こらない。
、メタクリルアミド、クロトンアミド、および3−ブテンアミド)は、重合反応
におけるモノマーとして使用することができる。例えば、非イオン性ポリアクリ
ルアミドとアニオン性のポリアクリルアミドが、本発明の方法によって得られる
アクリルアミドから製造されている。カチオン性ポリアクリルアミドの製造に適
したアクリルアミドも、本発明の方法によって製造できると考えられる。
Claims (15)
- 【請求項1】 第1の反応物としてのニトリルと、ニトリルと反応してニト
リルをその対応するアミドに転化できる、従ってニトリルを水和できる、および
/またはニトリルをその対応する酸に転化できる第2の反応物としての水和化合
物とを処理ゾーンに導入する工程; 前記処理ゾーンにて前記水和化合物の存在下でニトリルを触媒蒸留に付して、
ニトリルの少なくとも幾らかを水和して対応するアミドにする、および/または
その対応する酸を形成させる工程;および 前記のアミドおよび/または酸を前記処理ゾーンから取り出す工程; を含む、ニトリルからのアミドおよび/または酸の製造法。 - 【請求項2】 前記処理ゾーンが、ニトリルのアミドおよび/または酸への
水和反応が触媒の存在下で触媒作用的に行われる少なくとも1つの反応ゾーンと
、前記反応ゾーンからの反応生成物および/または未反応物の蒸留が行われる、
前記反応ゾーンに隣接した少なくとも1つの蒸留ゾーンとを含み、前記反応ゾー
ンが、銅水和触媒または銅ベース水和触媒の粒子の充填床を含む、請求項1記載
の製造法。 - 【請求項3】 前記第1の反応物が不飽和ニトリルもしくは芳香族ニトリル
を含み、従って水和されて対応する不飽和もしくは芳香族のアミドおよび/また
は酸になる、請求項2記載の製造法。 - 【請求項4】 前記処理ゾーンが塔またはタワー中に設けられており、前記
触媒床が塔のある区域に供給されており、そして蒸留ゾーンが前記触媒床の上と
下に設けられている、請求項2または3に記載の製造法。 - 【請求項5】 前記処理ゾーンの下端に作用的に連結された再沸ゾーンにて
液体成分を沸騰させて触媒蒸留のための駆動力を供給することを含み、前記液体
成分の一部を前記触媒床の上または下の処理ゾーンに導入してもよい、請求項2
または3に記載の製造法。 - 【請求項6】 前記液体成分が水和反応に関与せず、触媒蒸留のための駆動
力をもたらすだけであり、従って処理ゾーンにおける反応物と生成物の蒸留を補
助し、前記第2の反応物が、前記第1の反応物の処理ゾーンへの導入箇所からあ
る間隔を置いた場所にて処理ゾーンに供給される、請求項5記載の製造法。 - 【請求項7】 前記第2の反応物が水であり、前記液体成分が有機化合物で
ある、請求項6記載の製造法。 - 【請求項8】 前記液体成分と前記第2の反応物が水であり、従って前記液
体成分が水和反応に関与する、請求項5記載の製造法。 - 【請求項9】 前記第1と第2の反応物の高沸点物を前記触媒床の上の処理
ゾーンに導入し、前記第1と第2の反応物の低沸点物を前記触媒床の下に導入す
る、請求項2または3に記載の製造法。 - 【請求項10】 前記処理ゾーンの下端に作用的に連結された再沸ゾーン
にて液体成分を沸騰させて触媒蒸留のための駆動力を供給することを含み、前記
液体成分の一部を前記触媒床の上または下の処理ゾーンに導入してもよい、請求
項4記載の製造法。 - 【請求項11】 前記第1と第2の反応物の高沸点物を前記触媒床の上の処
理ゾーンに導入し、前記第1と第2の反応物の低沸点物を前記触媒床の下に導入
する、請求項4記載の製造法。 - 【請求項12】 前記第1と第2の反応物の高沸点物を前記触媒床の上の処
理ゾーンに導入し、前記第1と第2の反応物の低沸点物を前記触媒床の下に導入
する、請求項5記載の製造法。 - 【請求項13】 前記第1と第2の反応物の高沸点物を前記触媒床の上の処
理ゾーンに導入し、前記第1と第2の反応物の低沸点物を前記触媒床の下に導入
する、請求項6記載の製造法。 - 【請求項14】 前記第1と第2の反応物の高沸点物を前記触媒床の上の処
理ゾーンに導入し、前記第1と第2の反応物の低沸点物を前記触媒床の下に導入
する、請求項7記載の製造法。 - 【請求項15】 前記第1と第2の反応物の高沸点物を前記触媒床の上の処
理ゾーンに導入し、前記第1と第2の反応物の低沸点物を前記触媒床の下に導入
する、請求項8記載の製造法。
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