JP2002542214A - 触媒の水溶液中で水およびシクロヘキサノンを酢酸と置換する方法 - Google Patents

触媒の水溶液中で水およびシクロヘキサノンを酢酸と置換する方法

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JP2002542214A
JP2002542214A JP2000612244A JP2000612244A JP2002542214A JP 2002542214 A JP2002542214 A JP 2002542214A JP 2000612244 A JP2000612244 A JP 2000612244A JP 2000612244 A JP2000612244 A JP 2000612244A JP 2002542214 A JP2002542214 A JP 2002542214A
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デイビッド シー. デコスター,
マーク ダブリュー. ダッセル,
ユースタシオス バッシリオウ,
アダー エム. ロスタミ,
ダグラス ジェイ. ダッジェオン,
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アールピーシー インコーポレイテッド
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    • C07C51/31Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation of cyclic compounds with ring-splitting
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、触媒(好ましくは、コバルト化合物)の水溶液中で、水およびシクロヘキサノンを酢酸と交換する方法に関する。このような水溶液は、シクロヘキサンのアジピン酸への直接酸化によって生成される反応生成物のシクロヘキサノン/水溶液からの水で、触媒を抽出することによって製造される。水およびシクロヘキサノンの両方の交換は、溶媒交換カラム中で実施され、ここで、酢酸は触媒を溶解し、一方で、水蒸気はシクロヘキサノンをコンデンサー内へ押し込み、後に、デカンターによって二相の液体相が形成され得、分離され得;上部液体相は大部分のシクロヘキサノンを含有し、下部液体相は大部分の水を含有する。シクロヘキサノンは予備処理ゾーン中で除去され得、ここで水の一部もまた除去され得、後に濃縮された抽出物が溶媒交換カラムに入る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は、触媒をリサイクルする方法に関し、より詳細には、シクロヘキサン
からアジピン酸への酸化後に生成する、触媒の溶液中の溶媒を、触媒を酸化プロ
セスの開始に有利に再利用可能にする様式で、交換する方法に関する。
【0002】 (発明の背景) 炭化水素の酸化による酸の形成に関する参考文献(特許および論文の両方)は
、あり過ぎるほどあり、最も重要なものの1つには、アジピン酸がある。アジピ
ン酸は、ナイロン66繊維および樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、および種
々雑多な他の化合物を生成するのに使用される。
【0003】 アジピン酸を製造するには、種々の方法がある。従来の方法は、シクロヘキサ
ンを酸素で酸化してシクロヘキサノンとシクロヘキサノールとの混合物(KA混
合物)にする第一工程、次いで、KA混合物を硝酸でアジピン酸に酸化する工程
を包含する。他の方法には、特に、「ヒドロペルオキシド法」、「ホウ酸法」お
よび「直接合成法」(これは、溶媒、触媒および促進剤の存在下にて、シクロヘ
キサンをアジピン酸に酸素を用いて直接的に酸化することを包含する)が挙げら
れる。
【0004】 直接合成法は、長い間にわたって、注目されていた。しかしながら、今日まで
、商業的な成功は殆ど見られない。その理由の1つには、この方法は、一見した
ところ、極めて簡単に見えるものの、実際には、極めて複雑なことがある。この
複雑性があるために、様々な文献において、著しく矛盾した結果、所見および見
解があり得る。
【0005】 直接合成法に従って反応が起こった後、2相の液相の混合物は、主にアジピン
酸からなる固相と共に、室温で存在していることが周知である。これらの2相の
液相は、「極性相」および「非極性相」と呼ばれている。しかしながら、「極性
相」からアジピン酸を分離しこれらの相をさらに処理してまたは処理せずに部分
的または全体的に反応器に再利用すること以外、これらの2相の重要性は、あま
り注目されていない。
【0006】 直接合成法に関する殆どの研究は、文字どおりバッチ様式で行われるか、また
は全て実用的な目的のために行われることに注目することもまた、重要である。
【0007】 上述のように、酸(例えば、アジピン酸)および/または中間体生成物(例え
ば、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、シクロヘキシルヒドロペルオキシ
ドなど)を生成するための有機化合物の酸化に関する参考文献は、あり過ぎるほ
どある。
【0008】 以下の参考文献は、特に、二酸および他の中間体酸化生成物の調製に関連した
酸化プロセスの代表的なものと考えられ得る。
【0009】 米国特許第5,463,119号(Kollar)は、以下(1)、(2)お
よび(3)による、C5〜C8脂肪二塩基酸の酸化的調製のためのプロセスを開
示する: (1)(a)液相中の、5〜8個の環炭素原子を有する少なくとも1つの飽和脂
環式炭化水素と、 (b)過剰の酸素ガスまたは酸素含有ガスとを、 (c)1級および/または2級水素原子のみを含む有機酸を含む溶媒、および (d)反応混合物1000グラムにつき少なくとも約0.002モルの多価重
金属触媒の存在下で、反応させる工程; (2)脂肪族二塩基酸を除去する工程;ならびに (3)脂肪族二塩基酸の除去後に残った、中間体、酸化後の成分、およびそれら
の誘導体を酸化反応に再利用する工程。
【0010】 米国特許第5,374,767号(Drinkardら)は、段階的反応器(
staged reactor)(例えば、反応蒸留カラム)における、アジピ
ン酸シクロヘキシルの形成を開示する。主要量のベンゼンおよび少量のシクロヘ
キセンを含む混合物は、反応ゾーンの下部に供給され、そしてアジピン酸は反応
ゾーンの上部に供給され、アジピン酸シクロヘキシルが形成され、そして反応ゾ
ーンの下部から除去され、そしてベンゼンは反応ゾーンの上部から除去される。
この反応ゾーンはまた酸触媒を含む。
【0011】 米国特許第5,321,157号(Kollar)は、以下(1)および(2
)による、対応する飽和脂環式炭化水素の酸化による、C5〜C8脂肪族二塩基
酸の調製のためのプロセスを開示する: (1)約7%と約30%との間の脂環式炭化水素変換レベルで、 (a)液相中の、5〜8個の環炭素原子を有する少なくとも1つの飽和脂環式
炭化水素と、 (b)過剰の酸素ガスまたは酸素含有ガス混合物とを、脂環式炭化水素(a)
1モルにつき1.5モル未満の溶媒(ここで、この溶媒は、1級および/または
2級水素原子のみを含む有機酸を含む)、および (d)反応混合物1000グラムにつき少なくとも約0.002モルの多価重
金属触媒の存在下で、反応させる工程;ならびに (2)C5〜C8脂肪族二塩基酸を単離する工程。
【0012】 米国特許第3,987,100号(Barnetteら)は、シクロヘキサン
を酸化してシクロヘキサノンおよびシクロヘキサノールを生成するプロセスを記
載し、このプロセスは、少なくとも3つの連続した酸化ステージの各々において
、各ステージに、酸素分子および不活性ガスを含むガスの混合物を導入すること
によって、液体シクロヘキサンのストリームを酸素と接触させる工程を包含する
【0013】 米国特許第3,957,876号(Rapoportら)は、区分された酸化
プロセス(ここで、酸素含有ガスは酸化部分内の各ゾーンに、このゾーンの条件
下で反応する過剰量で供給される)における、シクロヘキサン可溶性コバルト塩
を含むシクロヘキサンの酸化による、実質的に他の過酸化物を含まないシクロヘ
キシルヒドロペルオキシドの調製のためのプロセスを記載する。
【0014】 米国特許第3,932,513号(Russell)は、一連の反応ゾーンに
おける、酸素分子を用い、一連の反応ゾーンの中の最後の反応器の流出物、およ
びこのシクロヘキサン蒸気の平行分布から、シクロヘキサンを気化することによ
るシクロヘキサンの酸化を開示する。
【0015】 米国特許第3,530,185(Pugi)は、酸素含有不活性ガスを用いて
酸化することにより、アジピン酸の前駆体を製造するためのプロセスを開示する
。ここでこのプロセスは、少なくとも3つの連続した酸化ステージにおいて、1
40℃〜200℃の範囲の温度、および50〜350p.s.i.g.の圧力に
維持された液体シクロヘキサンのストリームを、各連続酸化ステージに通し、そ
して各酸化ステージにおいて酸素を含むガスの混合物を、各ステージに導入され
る酸素の実質的に全てがその後のステージで消費されて、残りの不活性ガスが逆
流を通過するような量で、そのステージを通るストリームの通路の間の液体のス
トリームに導入することによって行われる。
【0016】 米国特許第3,515,751号(Obersterら)は、ε−ヒドロキシ
カプロン酸を生成するためのプロセスを開示する。ここでシクロヘキサンは、触
媒量の低級脂肪族カルボン酸、および触媒量の過酸化物の存在下、ほとんどの酸
化生成物が第2の重い方の液相で見出され、そしてε−ヒドロキシカプロン酸の
生成に関するるような特定の条件下、液相の空気酸化によって酸化される。
【0017】 米国特許第3,361,806号(Lidovら)は、酸化混合物からシクロ
ヘキサンを分離した後、シクロヘキサンの酸化生成物をさらに酸化することによ
って、アジピン酸を生成するプロセスを開示し、より詳細には、シクロヘキサン
の広範な酸化を行い、高収率のアジピン酸前駆体を得るためのプロセス、そして
また、出口のガス中の十分低い濃度の酸素を提供するためのプロセスを開示し、
その結果、後者は可燃性混合物ではない。
【0018】 米国特許第3,234,271号(Barkerら)は、酸素を用いるシクロ
ヘキサンの2工程の酸化により、アジピン酸を生成するためのプロセスを開示す
る。好ましい実施形態において、シクロヘキサノンおよびシクロヘキサノールを
含む混合物は酸化される。別の実施形態において、このプロセスは、シクロヘキ
サンの酸化による、シクロヘキサンからアジピン酸の生成、酸化混合物からのシ
クロヘキサンの分離、およびその再利用、ならびに他の酸化生成物のさらなる酸
化を包含する。
【0019】 米国特許第3,231,608号(Kollar)は、溶媒の存在下、一分子
につき4〜8個の環式炭素原子を有する飽和環式炭化水素から脂肪族二塩基酸を
調製するためのプロセスを開示する。この溶媒は、1級および2級水素原子のみ
、および有機酸のコバルト塩を含む触媒を含む脂肪族一塩基酸を含み、このプロ
セスにおいて、溶媒対飽和環式炭化水素のモル比は、1.5:1と7:1との間
であり、そしてこのプロセスにおいて、飽和環式炭化水素に対する触媒のモル比
は、1モルにつき少なくとも5ミリモルである。
【0020】 米国特許第3,161,603号(Leyshonら)は、シクロヘキサノー
ルおよび/またはシクロヘキサノンの硝酸酸化によるアジピン酸の製造において
得られる排液から、銅−バナジウム触媒を回収するためのプロセスを開示する。
【0021】 米国特許第2,565,087号(Porterら)は、約10%の水の存在
下、酸素分子を含むガスを用いて、液相中で脂環式炭化水素を酸化して、2相を
生成し、エステルの形成を回避することを開示する。
【0022】 米国特許第2,557,282号(Hambletら)は、アジピン酸および
関連の脂肪族二塩基酸の生成を開示し、より詳細には、シクロヘキサンの直接酸
化によるアジピン酸の生成を開示する。
【0023】 米国特許第2,439,513号(Hambletら)は、アジピン酸および
関連の脂肪族二塩基酸の生成を開示し、より詳細には、シクロヘキサンの酸化に
よるアジピン酸の生成を開示する。
【0024】 米国特許第2,223,494号(Loderら)は、環式飽和炭化水素の酸
化を開示し、より詳細には、酸素含有ガスを用いて環式飽和炭化水素を酸化する
ことによる、環式アルコールおよび環式ケトンの生成を開示する。
【0025】 米国特許第2,223,493号(Loderら)は、脂肪族二塩基酸の生成
を開示し、より詳細には、酸素含有ガスを用いて環式飽和炭化水素を酸化するこ
とによる脂肪族二塩基酸の生成を開示する。
【0026】 ドイツ特許DE 44 26 132 A1(Kyselaら)は、その脱水
カラムでのコバルト塩沈殿物を同時に回避しつつ、濾過後のアジピン酸の分離後
、触媒として、コバルト塩の存在下で、空気を用いたシクロヘキサンの液相酸化
からプロセス酢酸を脱水する方法を開示しており、この方法は、このプロセスの
先頭に戻す酢酸相が、0.3〜0.7%未満(原文のまま)の残渣含量まで水を
蒸留的に除去しつつ、追加シクロヘキサンの使用により、共沸蒸留にかけること
で特徴付けられる。
【0027】 PCT国際公開WO96/03365(Costantiniら)および米国
特許第5,756,837号(Costantiniら)は、アジピン酸へのシ
クロヘキサンの直接酸化反応でコバルト含有触媒を再利用する方法を開示してお
り、この方法は、アジピン酸への酸化により得られる反応混合物が、この反応中
に形成されるグルタル酸およびコハク酸の少なくとも一部の抽出により処理され
る工程を包含することにより、特徴付けられる。
【0028】 特許文献は、酸化物中の水の追加または除去に関して矛盾し、少なくとも紛ら
わしい。例えば: 米国特許第5,221,800号(Parkら)は、アジピン酸の製造のため
のプロセスを開示する。このプロセスにおいて、シクロヘキサンは可溶性のコバ
ルト塩の存在下で、脂肪族一塩基酸溶媒中で酸化され、ここで水は、適切な検出
手段によって示されるように、シクロヘキサンの酸化の開始後、反応系に連続し
てかまたは断続的に添加され、そしてここで、この反応は、絶対値で1インチ平
方メートルあたり約50〜420ポンドの酸素の分圧で、約50℃〜約150℃
の温度で行われる。
【0029】 米国特許第4,263,453号(Schultzら)は、反応の開始時に、
一般には、一塩基脂肪酸溶媒に対して0.5〜15%のオーダーの、そして好ま
しくは溶媒に対して1〜10%の水を添加することにより、改良された収率を請
求するプロセスを開示する。
【0030】 米国特許第3,390,174号(Schultzら)は、形成すると実質的
にすぐに反応の水を除去しつつ、それぞれの環式炭化水素を、130℃と160
℃との間の温度で酸化する場合の、改良された収率の脂肪族二塩基酸を請求する
プロセスを開示する。
【0031】 上記参考文献のいずれも、または本発明者が既知の他のいずれの参考文献も、
個々にまたは組み合わせて、本願で記述し請求したような本発明の複雑かつ重大
な制御および要件を受ける酸化反応の制御を開示、示唆または暗示していない。
【0032】 本発明者らの米国特許第5,654,475号、同第5,580,531号、
同第5,558,842号、同第5,502,245号、同第5,801,28
2号、および同時係属出願第08/587,967号(1996年1月17日出
願)(これらの全ては本明細書中で参考として援用される)は、微粒化液体中に
おける反応の制御に関する方法および装置を記載する。さらに、本発明者らの米
国特許第5,801,273号および同第5,817,868号、ならびに以下
の同時係属米国出願は、本明細書中で参考として援用される:08/801,8
47(1997年3月6日出願);08/824,992(1997年3月27
日出願);08/861,281(1997年5月21日出願);08/861
,180(1997年5月21日出願);08/861,176(1997年5
月21日出願);08/861,210(1997年5月21日出願);08/
876,692(1997年6月16日出願);08/900,323(199
7年7月25日出願);08/931,035(1997年9月16日出願);
08/932,875(1997年9月18日出願);08/934,253(
1997年9月19日出願);08/986,505(1997年12月8日出
願);08/989,910(1997年12月12日出願);60/074,
068(1998年2月9日出願);60/075,257(1998年2月1
9日出願);60/086,159(1998年5月20日出願);60/08
6,119(1998年5月20日出願);60/086,118(1998年
5月20日出願);60/091,483(1998年7月2日出願);60/
091,796(1998年7月6日出願);60/093,256(1998
年7月17日出願);60/105,048(1998年10月20日出願);
60/101,918(1998年11月24日出願);60/110,206
(1998年11月30日出願);60/111,848(1998年12月1
1日出願);60/121,170(1999年2月22日出願);および仮出
願登録番号900105.434P2(1999年3月3日出願、D.J.Du
dgeon,D.C.DeCoster,M.W.Dassel,E.Vass
iliou、およびA.M.Rostami,タイトル「Methods of
Extracting Catalyst in Solution in
the Manufacture of Adipic Acid」)。
【0033】 (発明の要旨) 前述のように、本発明は、シクロヘキサンからアジピン酸への酸化後に生成す
る、触媒の溶液中の溶媒を、触媒を酸化プロセスの開始に有利に再利用可能にす
る様式で、交換する方法に関する。より詳細には、本発明は、金属触媒の水溶液
中で水およびシクロヘキサノンを酢酸と置換する方法に関し、この溶液はシクロ
ヘキサンのアジピン酸への酸化後に生成され、この方法は、以下: (a)金属触媒の水溶液を溶媒交換カラムの上部プレートまたは中間プレート
に供給する工程であって、溶媒交換カラムはまた底部プレートを有する、工程; (b)底部プレートの近傍から底部液体を除去する工程であって、底部液体が
底部の温度である、工程; (c)リボイラー中で該底部液体を沸騰し、生成した底部蒸気を底部プレート
の近傍のカラムに戻す工程; (d)リボイラーに酢酸を導入する工程; (e)リボイラーから、実質的な量の水およびシクロヘキサノンを含まない金
属触媒の酢酸溶液を除去する工程、 を包含する。
【0034】 本発明の方法は、溶媒交換カラムの上部プレートの近傍から上部蒸気を除去し
、蒸気を凝縮して凝縮して凝縮物を形成する工程、および該凝縮物が二相の液体
相を構成する場合、凝縮物を、大部分のシクロヘキサノンを含む上部液体相およ
び大部分の水を含む下部液体相に分離する工程、をさらに包含する。
【0035】 好ましくは、金属触媒は、コバルト化合物を含む。
【0036】 さらに、本方法は、水を、リボイラーまたは溶媒交換カラムのいずれか、また
はその両方に、加える工程をさらに包含する。
【0037】 底部液体中の水含量は、金属触媒が底部温度でまたは底部温度より上で沈殿す
るレベルより高いレベルに制御され得、そして維持され得る。水含量は、好まし
くは、第2の液体相を形成することなく、シクロヘキサノンのアジピン酸への酸
化の反応チャンバに、再利用に適切であるのに十分低く残る様式で、さらに制御
され得る。
【0038】 大部分のシクロヘキサノンおよび少なくとも一部の水が、触媒抽出物が溶媒交
換カラムに入る前に、除去されることもまた、好ましい。
【0039】 溶媒交換カラムの上部に形成された凝縮物は、交換カラムに少なくとも部分的
に再利用され得る。
【0040】 カラムの温度(底部の温度を含む)は、当該分野で周知の技術(例えば、真空
ポンプの使用)によってカラム内の圧力を減少することによって制御そして低下
され得る。この温度の制御は、底部プレートまたはリボイラーループの近傍にお
いて一般的な水レベルで触媒の沈殿を妨げるのに必要とされ得る。
【0041】 本発明の方法は、生成したアジピン酸を、ポリオール、ポリアミン、およびポ
リアミドからなる群から選択される反応物と、それぞれポリエステル、またはポ
リアミド、または(ポリイミドおよび/またはポリアミドイミド)のポリマーを
形成するための様式で、反応させる工程をさらに包含する。これらの方法はまた
、ポリマーを繊維に紡績する工程、またはポリマーを充填剤および/または他の
添加剤と混合し、複合体を形成する工程を包含する。
【0042】 部に関する「大部分の」および「大部分」は、50%より多く、そして実質的
に100%までの重量部を意味する。
【0043】 部に関する「小部分の」および「小部分」は、50%より少なく、そして実質
的に0%までの重量部を意味する。
【0044】 「中間プレート」は、上部プレートと底部プレートとの間の任意のプレートで
ある。
【0045】 (発明の詳細な説明) 本発明の読者の理解は、図面と組み合わせられた以下の詳細な説明を参照する
ことによって高められる。
【0046】 前述のように、本発明は、シクロヘキサンからアジピン酸への酸化後に生成す
る、触媒の溶液中の溶媒を、触媒を酸化プロセスの開始に有利に再利用可能にす
る様式で、交換する方法に関する。
【0047】 本発明の教示から利益を得る触媒溶液の例は、以下に記載される方法に従って
得られる触媒抽出物である。1998年7月2日に出願の本発明者らの米国特許
出願第60/091,483号;1998年7月6日出願の同第60/091,
796号;1998年7月17日出願の同第60/093,256号;1998
年10月20日出願の同第60/105,048号;1998年11月24日出
願の60/101,918号;1998年11月30日出願の60/110,2
06号;1998年12月11日出願の60/111,848号;1999年2
月22日出願の60/121,170号;ならびにD.J.Dudgeon,D
.C.DeCoster,M.W.Dassel,E.Vassiliou,お
よびA.M.Rostaniの表題「Methods of Extracti
ng Catalyst in Solution in the Manuf
acture of Adipic Acid」の1999年3月3日出願の仮
出願整理番号900105.434P2。これらの全ては本明細書中に参考とし
て援用される。
【0048】 これらの抽出物は、少量のシクロヘキサノン、二塩基性酸(例えば、アジピン
酸、グルタル酸、およびコハク酸)、エステル、およびシクロヘキサンからアジ
ピン酸への酸素による直接酸化の他の副生成物を有する、金属触媒(例えば、コ
バルト塩)の水溶液である。
【0049】 この水性触媒抽出物は、存在する水の含量のために、シクロヘキサンからアジ
ピン酸への酸化ソーンに直接再利用され得ない。抽出物中の触媒の総量を再利用
する際、酸化ゾーンに入る水の含量は、反応チャンバ中での二相の液体相の形成
を引き起こすのに十分高く、それによって、受容できない反応速度の低下を生じ
る。
【0050】 触媒抽出物中の水の含量によって引き起こされる上記の技術的要因に加えて、
抽出物中に存在するシクロヘキサノンに起因する重大な経済的要因もまた存在す
る。シクロヘキサノンは、むしろ高価であり、そしてシクロヘキサノンは触媒抽
出物中に少量レベルでのみ存在するが、酸化ゾーンへの触媒抽出物の直接供給を
通したシクロヘキサンの損失は経済的に受容され得ない。
【0051】 上記不利な因子を回避するための1つの方法は、蒸発によって水およびシクロ
ヘキサノンを除去し、次いで、直ぐに残渣を酸化ゾーンに移行することである。
このようなプロセスは、一見比較的容易であるように思われるが、それは、それ
にも関わらず、新しい受容できない技術的作業を導入する。水およびシクロヘキ
サノンの蒸発後に残存する残渣は、粘着性の塊であり、それは、その残渣が接触
するデバイスの全ての部分に粘り強く堆積し、パイプ、バルブ、および熱移動表
面を詰まらせ、そして蒸発ゾーンから酸化ゾーンまでのその移動に関する克服で
きない問題が存在する。溶媒(例えば、酢酸)中に粘性の塊を溶解する工程を進
行する場合でさえ、堆積および詰まりの問題は、蒸発ゾーンの近傍において緩和
されない。
【0052】 本明細書中以下で説明されるように、本発明者らは、水およびシクロヘキサノ
ンの両方とも、単純な溶媒交換カラムを使用することによって固体を形成するこ
となく酢酸と交換され得ることを予想外に発見した。
【0053】 ここで、図1を参照して、溶媒交換カラム12を含む新規な溶媒交換システム
10が描かれている。この溶媒交換カラム12は、上部プレート14、中間プレ
ート16、および底部プレート18を有する。この溶媒交換カラム12は、液体
ライン12’を通してリボイラー20に接続され、この液体ライン12’は、底
部プレート18の近傍で始まり、そしてリボイラー20に入る前に、酢酸ライン
22と合流する。
【0054】 リボイラー20は、次に、蒸気ライン20’を通して、底部プレート18の近
傍の溶媒交換カラム12に接続される。このリボイラー20はまた、触媒出口ラ
イン24に接続される。添加ライン20はまた、リボイラー20に接続される。
【0055】 抽出ライン28は、中間プレート16の近傍に接続されることが示されるが、
それはまた上部プレート14の近傍に接続され得る。好ましくは、それは、底部
プレート18より、上部プレート14により近い中間プレートの近傍の溶媒交換
カラム12に接続される。
【0056】 溶媒交換カラム12は、ライン12’を通してコンデンサー30に接続され、
このライン12’は上部プレート14の近傍で始まる。
【0057】 コンデンサー30は、ライン30’を通してデカンター32に接続され、これ
は順に、シクロヘキサノン出口ライン32’に、そして水出口ライン32’に接
続される。
【0058】 この実施形態の操作において、水と比較して少量のシクロヘキサノンを含む触
媒の水溶液または抽出物は、抽出ライン28を通して溶媒交換カラム12に導入
される。この溶媒交換カラム12において、酢酸の蒸気は、底部プレート18か
ら上部プレート14に向かう方向に上向きに移動する。この酢酸蒸気はカラム中
で上向きに移動するにつれて凝縮し、抽出物の水およびシクロヘキサノンが気化
する。この凝縮物は溶解された触媒とともに下向きに移動し、水およびシクロヘ
キサノンの蒸気は、上向きに移動し、最終的にライン12’から除去される。
【0059】 沸点(シクロヘキサノンの場合約156℃、酢酸の場合118℃、および水の
場合100℃)に基づいて、酢酸の凝縮およびこのようなカラム中の水の除去が
予想されるが、シクロヘキサノンは3つの全ての中で断然最も沸点が高く、酢酸
中に完全に溶解し得、酢酸と共に凝縮し、溶媒交換カラム中で下向きに移動する
ことも予想される。しかし、シクロヘキサノンは、水との共沸混合物として酢酸
から効率的に分離し、そしてそれはライン12”を通して、水と共に溶媒交換カ
ラムを離れる。
【0060】 溶媒交換カラム12を離れる水およびシクロヘキサンは、ライン12’’を通
って、コンデンサー30に入り、ここで濃縮物を形成し、これがライン30’を
通ってデカンター32に向けられる。デカンター32において、この濃縮物は、
2つの液相を形成し得る:上部液相は、シクロヘキサノンの大部分を含み、そし
て下部液相が水の大部分を含む。上部液相はまた、少量の水およびあるいは酢酸
を含み、一方下部液相は少量のシクロヘキサノンおよび酢酸を含むが、酢酸オー
バーヘッドの量は、カラムヘ還流することによりかなり減少され得る、上部相を
、ライン32’を通して除去し、一方下部相を、ライン32’’を通して除去す
る。触媒はコンデンサー30に移されない。
【0061】 前述のように、抽出ライン28は、中間プレートの1つの近傍に至ることが好
ましい。なぜならば、抽出ライン28が上部プレート14の近傍の領域に接続さ
れる場合よりも、より少ない酢酸が、この構成によりライン12’’の経路を経
て進むからである。しかしながら、カラムが非効率的になるので、抽出ライン2
8の接続は、低くなり過ぎるべきではない。この接続は、底部プレート18より
も上部プレート14に近くなるべきである。
【0062】 上部プレート14の近傍で、かつ溶媒交換カラム12への抽出ライン28の接
続に対応する中間プレートの近傍の温度は、好ましくは約100℃に維持される
。底部プレート18の近傍における温度は、好ましくは120℃〜125℃の範
囲に維持される。
【0063】 溶媒交換カラム12において濃縮された酢酸は、ライン12’を通って、リボ
イラー20へ、直接に(示されない)、または酢酸ライン22と合流した後のい
ずれかで移される。当然のことながら、酢酸ライン22は、直接リボイラー20
へ、またはカラムの底(示されない)へ接続され得る。
【0064】 酢酸は、酢酸ライン22を通ってリボイラー20に入る。酢酸ライン22を通
ってリボイラー20へ入る酢酸の流速は、ライン24を通ってリボイラー20か
ら出る溶液中の触媒の希釈度を決定する。ライン24を通ってリボイラー20を
出る触媒の酢酸溶液は、ライン28を通ってカラム12に入る全ての触媒、非常
に少量の水(好ましくは0.1〜1%のオーダー)、およびライン28を通って
溶媒交換カラムに入る少量の副生成物(例えば、二塩基酸、エステルなど)を含
み、実質的にシクロヘキサノンは全く含まない。ライン24中の溶液は、さらな
る処理をすることなしに直接酸化段階へ再利用するために適しているが、所望さ
れる場合には、さらなる処理が加えられる。
【0065】 底部プレート18の近傍における濃縮された液体の水含有量を制御可能に増加
するために、添加ライン26を通してリボイラー20に水が添加され得る。当然
のことながら、添加ラインを通る水の添加はまた、ライン24を通って出る溶液
の水含有量をいくらか増加させる。底部プレート18の近傍における水含有量は
、ある水含有量よりも高く維持され、この水含有量以下では、底部プレート18
の近傍で有効な温度、リガンド構造、触媒濃度などの特有の組合せで、コバルト
触媒の過剰な脱水に起因して、触媒が沈殿する。
【0066】 カラムの寸法、プレートの数、抽出ライン28が溶媒交換カラム12に接続さ
れる位置、リボイラーのサイズ、リボイラーに提供される熱などは、個々の環境
に依存し、そしてこれらは、過度の実験なしに当業者により非常に容易に決定さ
れ得る。
【0067】 従って、このシステムは、どの段階でも固体形成の無い、効率的な溶媒交換の
優れた方法を提供する。
【0068】 別の好ましい実施形態において、図2によりよく示されるように、図1と類似
の構成が示され、これは、さらなる特徴を組込む。
【0069】 第2の酢酸ライン23が、底部プレート18の近傍に接続され、これを通って
酢酸が操作の間にシステムに供給され得る。第2の酢酸ライン23は、酢酸ライ
ン22に加えて存在し得るか、または酢酸ライン22と置き換えられ得る。
【0070】 オンライン水分析機34は、ライン12’に接続され、そしてライン34iを
通って制御装置38に接続される。次いで制御装置38は、バルブ36に接続さ
れてこのバルブ36を制御し、このバルブが添加ライン26に接続される。制御
装置38は、個別の制御装置であるか、システム全体の操作を制御するより複雑
な制御装置(示されない)の一部であり得る。操作の際、水分析機34は、ライ
ン12’を通って移動する流れを分析し、そしてその流れにおける水含有量を決
定する。次いでこの情報を、ライン34iを通して制御装置38に与え、これが
今度は、完全に閉じた位置から完全に開いた位置までの範囲で、添加バルブ36
の開口を増大させるか、または減少させる。
【0071】 底部プレート18の近傍における水含有量はまた、ボイル−アップ比(boi
l−up ratio)、または他の方法により調節され得る。
【0072】 上述のように、底部プレート18の近傍における水のレベルおよびそれに従う
ライン12’の流れにおける水のレベルは、上限および下限を有する所定のレベ
ル内でなければならない。水のレベルが所定の限界より上の場合、触媒が再利用
される反応チャンバー(示されない)において、2つの液体相の形成を引き起こ
す。水レベルが下限を下回る場合、触媒の沈殿を引き起こし得る。この水レベル
の所定の範囲は、多数の因子に依存し、この因子としては、上限に関して反応チ
ャンバー(示されない)における状態、および温度、触媒に結合されたリガンド
、触媒濃度、ならびにとりわけ触媒の沈殿に関して、種々雑多な副生成物の濃度
が挙げられる。水レベルが所定の下限より低い場合、制御装置38水レベルが所
定範囲内に再び低下するまで、コントロールバルブ36を逐次的に開放させる。
水レベルが所定の範囲の上限を超える場合には、反対の動作が、制御装置38お
よびコントロールバルブ36によってとられる。
【0073】 底部プレート18の近傍における温度の制御は、圧力の制御により達成され得
る。カラムにおける圧力が低いほど、操作温度が低くなる。温度が低いほど、所
定の範囲の下限が低くなる。
【0074】 底部プレート18の近傍においては、酢酸の過剰な存在量のために、リガンド
交換が少なくとある程度は起こると考えられる。従って、抽出ライン28を通っ
てカラムに入るコバルトの二塩基酸との塩は、少なくとも部分的にコバルトの酢
酸塩に変換される。
【0075】 水レベルが2種類(酢酸中に溶解した遊離の水および触媒に結合した結晶水)
に分けられ得るということに留意することは重要である。従って、遊離水が0%
の場合でさえ、そして結晶水がコバルト原子1モルにつき4モルの水よりも少な
い場合でさえ、触媒は、沈澱することを避けられ得る(例えば、本発明者らの実
験の1つにおいて、コバルトに対する水のモル比は、触媒の沈殿無しで1.7〜
1であった)。従って、遊離水および結晶水の両方が、当該分野に周知の技術に
よりモニターされ、かつ制御されることが重要である。従って、本発明に従って
、遊離水のレベルは、触媒の沈澱無しに0.3%よりもかなり低くなり得る。
【0076】 ライン32’’’および32’’’’(これらは、デカンタをカラム12の上
部プレート14の近傍に接続し戻す)は、シクロヘキサノン相の一部および水相
の一部をそれぞれ還流するために利用され得る。還流は、カラム12からライン
12’を通ってコンデンサー30に入る酢酸の量を減らすために役立つ。2つの
液相の還流は、任意の適切な比率で実行され得る。当然のことながら、1つの単
一の液相のみがデカンタ32に存在する場合には、単一液相の還流が行われ得る
。ただ1つの単一液相濃縮物の場合には、デカンタを使用する必要が無いことが
明らかである。
【0077】 コンデンサー30へ通過する酢酸の量は、好ましくは10%未満であり、より
好ましくは5%未満であり、そしてさらにより好ましくは1%未満である。濃縮
物中に酢酸が実質的に存在しないことが好ましい1つの理由は、ライン32’を
通るシクロヘキサノンの流れ、およびライン32’’を通る水の流れが、以下に
記載されるような触媒抽出ステーションにおいて利用されることである:本出願
人らの米国特許出願第60/091,483号(1998年7月2日出願);同
第60/091,796号(1998年7月6日);同第60/093,256
号(1998年7月17日);同第60/105,048号(1998年10月
20日);同第60/101,918号(1998年11月24日出願);同第
60/110,206号(1998年11月30日出願);同第60/111,
848号(1998年12月11日);同第60/121,170号(1999
年2月22日);および「Method of Extracting Cat
alyst in Solusion in the Manufacture
of Adipic Acid」と題する、D.J.Dudgeon,D.C
.DeCoster,M.W.DasselE.Vassiliou,およびA
.M.Rostamiの仮出願整理番号900105.434P2(1999年
3月3日出願);これらの全ては本明細書中に参考として援用される。本出願人
らは、水を用いる触媒抽出が、酢酸の実質的に非存在下においてかなりより効率
的であるということを見出した。
【0078】 たとえ上記の実施形態において実質的な量の酢酸がライン28を通って全く導
入されないとしても、ライン32‘’を通って溶媒交換システムを離れる水は、
約5〜10重量%の酢酸を含む。
【0079】 ライン24を通ってシステムを離れる触媒の酢酸溶液は、所望されるならば、
約0.5重量%以下の遊離した水を酢酸中に含むように制御され得る。
【0080】 かなりより効率的なシステムが図3に示され、ここで溶媒交換システム10は
、コイル(例えば、蒸気で操作されるコイル)によって加熱されるプレフラッシ
ャー40を備える前処理ステーション11の後になる。このプレフラッシャー4
0は、第2のコンデンサー44に接続され、これが次に第2のデカンタ46に接
続される。この第2のデカンタ46は、第2のシクロヘキサノン出口ライン46
’および第2の水出口ライン46’’に接続される。プレフラッシャ−40は、
溶媒交換カラム12の上部プレート14の近傍に接続される。第2の抽出ライン
29もまた、プレフラッシャー40に接続される。
【0081】 この実施形態の操作において、触媒抽出物は、前述の実施形態に記載されるよ
うに、第2の抽出ライン29を通ってプレフラッシャー40に入る。この触媒抽
出物は、コバルト塩の水性溶液ならびにシクロヘキサノンを含む。前述のように
、触媒抽出物は、好ましくは実質的な量の酢酸を含まない。条件は、好ましくは
シクロヘキサノンの大部分および大量の水(例えば水の約2/3)が、ライン4
0’を通って(少なくとも部分的に共沸混合物として)除去されるように維持さ
れ、これらは第2のコンデンサー44において濃縮され、次いで第2のデカンタ
46において主にシクロヘキサノンを含む上部液相にデカンテーションされ、そ
して下部液相は主に水を含む。上部液相は、シクロヘキサノン出口ライン46’
を通って回収され、そして下部液相は、水出口ライン46’’を通って、前述し
た親出願に記載される触媒抽出システム(示されない)へ再利用される。
【0082】 濃縮された水性抽出物は、次いでライン40’’を通って、カラム12の上部
プレート14の近傍へ導入される。この時点からの操作は、前出の場合と実質的
に同じである。
【0083】 この場合、ほとんど全てのシクロヘキサノンを除去し、そしてこれを第2のデ
カンタ46に集めることが好ましいので、コンデンサー30に濃縮され、そして
デカンタ32に導入されるシクロヘキサノンの量は、非常に少なく、そして大部
分の場合、単一の液相が存在する。1つの単一の液相のこのような場合において
、デカンタは、明らかに必要ではない。1つまたは2つのどちらの液相が存在し
ても、デカンタ中の酢酸の量は、前出の実施形態における量よりはかなり少なく
、そして約1重量%に近い。
【0084】 再び、ライン24を通ってシステムを離れる酢酸中の触媒溶液は、所望される
ならば、酢酸中0.5重量%以下の遊離の水を含むように制御され得る。
【0085】 いくらかの酢酸が第2の抽出ライン29に存在する場合、ライン40’’が、
中間プレート16の近傍に接続されることが好ましく、それにより下部ストリッ
ピング部分に加えて上部精留部分を形成する。
【0086】 触媒抽出物を前処理するより効果的な方法は、図3のプレフラッシャー40に
換えて第2のリボイラー50(図4によりよく示される)と組み合わされた前処
理カラム48を使用することである。
【0087】 図4に示される実施形態において、大量の水(例えば、水の2/3)と共に実
質的に全てのシクロヘキサノンは、前処理カラムにおける触媒抽出物から除去さ
れ、そしてデカンタ46において優先的にシクロヘキサノン(これはライン46
’を通って除去される)を含む上部液相および下部水相(これはライン46’’
を通って除去される)を形成する。このような場合、前処理された触媒抽出物は
、実質的にシクロヘキサノンを全く含まず、従って、デカンタ32において、少
量の酢酸(例えば、約1重量%)を含む単一の水性液相のみが存在する。図3の
実施形態のように、いくらかの酢酸(例えば、10〜20重量%)が第2の抽出
ライン29に存在する場合、ライン29および50’’は、それぞれカラム48
および12の中間おプレートの近傍に接続されることが好ましく、それにより、
下部ストリッピング部分に加えて上部精留プレートを形成する。
【0088】 本発明によれば、任意の液体または気体またはオフガスが、任意の部分から任
意の他の部分へと全体的または部分的に再利用され得る(それが望ましいなら)
ことが理解できるはずである。さらに、例示している実施形態(部分的または全
体的に)の任意の組合せ、または任意の等価な構成、または等価な構成の任意の
組合せが使用され得、そしてこれらは本発明の範囲内である。
【0089】 種々雑多な機能は、好ましくは、コンピュータ化制御装置で制御されるものの
、本発明によれば、任意の他の型の制御装置または手動制御装置および/または
1つ以上の機能を制御する労力を利用することが可能である。好ましいコンピュ
ータ化制御装置には、人工知能システム(エキスパートシステム、ニューラルネ
ットワーク、ファジー論理システム(これらは、当該技術分野で周知である))
が挙げられる。これらの3種類の人工知能システムのうち、ニューラルネットワ
ーク(これは、学習システムである)は、その装置の異なる場所から情報(例え
ば、圧力、温度、化学分析値または他の分析値など)を集め、この情報をその結
果(例えば、圧力低下速度、反応速度、反応性など)と共に保存し、他のデータ
(もし、入手可能なら)と共に、この情報を将来使用するためにプログラム化し
て、各場合でとる措置に関する決定を行う。エキスパートシステムは、経験を積
んだ人間の専門知識に基づいて、プログラム化されている。ファジー論理システ
ムは、専門知識規則に加えて、直観規則に基づいている。
【0090】 本発明による酸化は、非破壊的な酸化であり、ここで、その酸化生成物は、一
酸化炭素、二酸化炭素、およびそれらの混合物とは異なる(例えば、アジピン酸
)。もちろん、この酸化生成物(これは、1種類の生成物または生成物の混合物
であり得る)と共に、少量のこれらの化合物は、形成され得る。
【0091】 アジピン酸に関して、その調製は、本発明の方法で特に適しているが、一般的
に情報は、他の参考文献のうち、多数の米国特許に見い出され得る。これらには
、以下で挙げられるが、これらに限定されない: 米国特許第2,223,493号;第2,589,648号;第2,285,
914号;第3,231,608号;第3,234,271号;第3,361,
806号;第3,390,174号;第3,530,185号;第3,649,
685号;第3,657,334号;第3,957,876号;第3,987,
100号;第4,032,569号;第4,105,856号;第4,158,
739号(グルタル酸);第4,263,453号;第4,331,608号;
第4,606,863号;第4,902,827号;第5,221,800号;
および第5,321,157号。
【0092】 二酸(例えば、アジピン酸)または他の適当な化合物は、当該技術分野で周知
の技術に従って、ポリエステル、またはポリアミド、または(ポリイミドおよび
/またはポリアミドイミド)のポリマーを形成する様式で、それぞれ、多価アル
コール、ポリアミン、およびポリアミドからなる群から選択される第3の反応物
と反応され得る。好ましくは、この多価アルコール、ポリアミンおよびポリアミ
ドは、過度の架橋を回避するために、それぞれ、主に、ジオール、ジアミンおよ
びジアミドである。この反応から得られるポリマーは、当該技術分野で周知の技
術により紡糸されて、繊維を形成し得る。このポリマーはまた、充填剤および/
または他の添加剤と混合されて、複合材料を形成し得る。
【0093】 本発明の操作を説明している例は、例示の目的のためにのみ示されており、い
ずれの様式でも、本発明の範囲を限定するものとは解釈すべきではない。それに
加えて、この上で詳述した好ましい実施形態だけでなく、本発明の範囲内に含ま
れる他の任意の実施形態は、常識および/または専門家の意見に従って、個々に
、またはそれらの任意の組合せで、実施され得ることを強調しておく。これらの
実施形態の個々の部分はまた、本発明に従って、個々に、または実施形態の他の
個々の部分と組み合わせて、全体として、実施され得る。これらの組合せもまた
、本発明の範囲内にある。さらに、その論述において企図した何らかの説明は、
推測にすぎず、本発明の範囲を狭くするとは解釈されない。
【0094】 全ての百分率は、重量%で示される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の好ましい実施形態のブロック図を示す。
【図2】 図2は、本発明のなお別の好ましい実施形態のブロック図を示す。
【図3】 図3は、本発明のなお別の好ましい実施形態のブロック図を示し、これは、予
備点滅器を組み込む。
【図4】 図4は、本発明の別の好ましい実施形態のブロック図を示し、これは、予備処
理カラムを組み込む。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ ,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 バッシリオウ, ユースタシオス アメリカ合衆国 デラウェア 19711− 7419, ニューアーク, サウス タウン ビュー レーン 12 (72)発明者 ロスタミ, アダー エム. アメリカ合衆国 ワシントン 98110, バインブリッジ アイランド, ノースイ ースト シー レイ コート 9205 (72)発明者 ダッジェオン, ダグラス ジェイ. アメリカ合衆国 ワシントン 98110, バインブリッジ アイランド, ワイアッ ト ウェイ ノースイースト 280, ナ ンバービー−206 Fターム(参考) 4H006 AA02 AB84 AD12 BA20 BA32 BB17 BB31 BD84 BS10 4H039 CA65 CH70

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属触媒の水溶液中で水およびシクロヘキサノンを酢酸と置
    換する方法であって、該溶液はシクロヘキサンのアジピン酸への酸化後に生成さ
    れ、該方法は、以下: (a)該金属触媒の水溶液を溶媒交換カラムの上部プレートまたは中間プレー
    トに供給する工程であって、該溶媒交換カラムはまた底部プレートを有する、工
    程; (b)該底部プレートの近傍から底部液体を除去する工程であって、該底部液
    体が底部の温度である、工程; (c)リボイラー中で該底部液体を沸騰し、生成した底部蒸気を該底部プレー
    トの近傍のカラムに戻す工程; (d)該リボイラーにまたは該底部プレートの近傍に酢酸を導入する工程; (e)該リボイラーから、実質的な量の水およびシクロヘキサノンを含まない
    金属触媒の酢酸溶液を除去する工程、 を包含する、方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法であって、前記工程(a)の前に、大
    部分のシクロヘキサノンおよび少なくとも一部の水を除去する工程をさらに包含
    する、方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2のいずれかに記載の方法であって、該方法
    が、(a)前記溶媒交換カラムの上部で凝縮物を形成し、そして該溶媒交換カラ
    ムに少なくとも一部の該凝縮物を還流し戻す工程、(b)該溶媒交換カラムの該
    上部プレートの近傍から上部蒸気を除去し、該蒸気を凝縮して凝縮して凝縮物を
    形成する工程、および該凝縮物が二相の液体相を構成する場合、該凝縮物を、大
    部分のシクロヘキサノンを含む上部液体相および大部分の水を含む下部液体相に
    分離する工程、ならびに(c)それらの工程の組み合わせ、からなる群から選択
    される工程をさらに包含する、方法
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の方法であって、前記底部液
    体中の水含量、該底部液体の温度、およびそれらの組み合わせから実質的になる
    群から選択されるパラメータを、所定の範囲内に制御および維持する工程をさら
    に包含する、方法。
  5. 【請求項5】 前記金属触媒がコバルト化合物を含む、請求項1〜4のいず
    れかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の方法であって、該方法が、
    前記アジピン酸を、ポリオール、ポリアミン、およびポリアミドからなる群から
    選択される反応物と、それぞれポリエステル、またはポリアミド、または(ポリ
    イミドおよび/またはポリアミドイミド)のポリマーを形成するための様式で、
    反応させる工程をさらに包含し、該方法はまた、該ポリマーを繊維に紡績する工
    程、または該ポリマーを充填剤および/または他の添加剤と混合し、複合体を形
    成する工程を包含する、方法。
JP2000612244A 1999-04-20 2000-04-19 触媒の水溶液中で水およびシクロヘキサノンを酢酸と置換する方法 Withdrawn JP2002542214A (ja)

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