JP2003518047A - 反応性蒸留によるフェノールの製法 - Google Patents
反応性蒸留によるフェノールの製法Info
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Abstract
Description
蒸留を用いてクメンヒドロペルオキシド(CHP)からフェノール及びアセトン
を生成する方法に関するものである。
ェノールは例えばフェノール樹脂、ビスフェノールA及びカプロラクタムの製造
に用いられる。現在、フェノールの製造には多くの方法が用いられているが、全
生産能力の最大部分を提供する一つの製法は、今や米国全生産量の四分の三を超
える割合を占めるクメン法である。この方法に含まれる基礎的反応はクメンヒド
ロペルオキシドの、フェノール及びアセトンへの分解である: C6H5C(CH3)2OOH=C6H5OH +(CH3)2CO
0%以上である。
度で、希硫酸(0.5乃至25%濃度)で処理される。分解が完了した後、反応
混合物を分離し、油層を蒸留してフェノール及びアセトンを、クメン、α−メチ
ルスチレン、アセトフェノン及びタールと共に得る。クメンを再循環し得て、上
記ヒドロペルオキシドに変換し、その後分解し得る。このように製造されたフェ
ノールは、樹脂に使用するのに適しているが、医薬品級の製品のためにはさらに
精製する必要がある。
解はすでに報告されている。例えば、米国特許第4,490,565号はクメンヒ
ドロペルオキシドの分解におけるゼライトベータの使用を開示しており、米国特
許第4,490,566号は、ZSM−5等の束縛指数(Constraintindex)1−
12のゼライトの使用を開示し、EP−A−492807号は同じ方法でホージ
ャサイトの使用を開示している。クメンヒドロペルオキシドの酸触媒作用分解に
おいてスメクタイトクレーを使用することが米国特許第4,870,217号に記
載されている。
ア等の不活性支持体上の、スルホン酸官能価を有するイオン交換樹脂か又は12
−タングストホスホン酸のようなヘテロポリ酸からなる不均一系触媒上でクメン
ヒドロペルオキシドを反応させることによってフェノールとアセトンとを同時に
製造する方法を開示している。このようなヘテロポリ酸触媒は一般にそれらの水
和物として用いられ、そのものは350℃より高い温度では本来不安定である。
触媒蒸留が用いられる。シューメイカー(Shoemaker)らの“Cumene by Catalyt
ic Distillation,Hydrocarbon Processing”57頁(1987年6月)を参照さ
れたい。
ルキル化及びオリゴマー化のためのルイス酸で促進された無機酸化物触媒系の使
用を開示している。
置かれたゼオライト触媒床においてベンゼンとプロピレンからクメンを製造する
ためのアルキル化法を開示している。アルキル化されたベンゼンは蒸留塔反応器
から固定床の下方の点において取り出され、未反応の有機芳香族化合物はオーバ
ーヘッドとして取り出される。
る水素化によって、クメンとの混合物からα−メチルスチレンを取り出し、側鎖
を選択的に水素化し、クメンを製造する方法を開示している。α−メチルスチレ
ンはクメン−フェノール過酸化法における副生物として生成する。
提供することである。この方法は、過剰の熱発生を回避して、クメンヒドロペル
オキシドの高い反応熱(60.6kcal/モル)を利用してアセトンのような
低沸点分解生成物を分離する、というクメンヒドロペルオキシドの反応法を提供
する。
の上に又は上方部分において、クメンヒドロペルオキシド供給原料を導入する段
階; ii)アセトンの希釈部分を前記クメンヒドロペルオキシドと混合して希釈され
たクメンヒドロペルオキシドを生成する段階; iii)希釈されたクメンヒドロペルオキシドの発熱分解を達成するのに十分な
条件下で、希釈されたクメンヒドロペルオキシドを触媒床に通し、フェノールを
含有する重質留分とアセトンを含有する気化した軽質留分とを含有する生成物に
する段階; iv)重質留分を前記塔からボトムとして取り出す段階; v)気化した軽質留分を、触媒床及び反応性蒸留塔の少なくとも一部から上方
に流す段階; vi)軽質留分を濃縮して、次にクメンヒドロペルオキシド供給原料と混合する
ためのアセトン希釈部分の少なくとも一部を供給する段階、; vii)任意に前記軽質留分の一部をオーバーヘッドとして前記塔から取り出す
段階; viii)段階i)から段階vii)までを繰り返す段階 を含む、クメンヒドロペルオキシドからフェノール及びアセトンを製造する方法
に関する。
によって、クメンヒドロペルオキシドの希釈を制御することができる。好ましく
は、反応器を通過する希釈されたクメンヒドロペルオキシドの液体流れは、触媒
床が湿潤した状態に十分保たれる速度に維持され、それによって触媒温度が上記
液体の沸点に又はその近くに維持され、本発明の方法の恒温的操作を提供する。
段階vii)は任意であるから、本願の請求の範囲の方法には、全てのオーバーヘ
ッド生成物を塔に還流させるという全還流の条件下で行われる操作が含まれる。
触媒床の上流、例えばCHP供給原料トレイ、及び3)前記蒸留塔に導入する前
のクメンヒドロペルオキシドの少なくとも一つに添加され得る。アセトンを含む
回収されたオーバーヘッドを、重質化合物、すなわち182℃より高い標準沸点
を有する化合物、例えば、α−メチルスチレン(AMS)のダイマー、の生成を
低減するのに十分な量で、触媒床に一つ以上の部位において直接添加することも
できる。このような段階間でのアセトン希釈物の注入は、触媒床を反応体液体の
沸点又はその近辺の温度に維持することを補助し、恒温操作を行い、一方反応器
の“ホットスポット”を回避するのに役立つ。 別の面において、本発明は、 a)上方部分に蒸留塔を、下方部分に触媒床を含む反応性蒸留塔; b)フェノールを含む高沸点のボトム生成物を取り出すための触媒床の下流の下
方出口; c)触媒床の上流の部位におけるクメンヒドロペルオキシド供給原料を導入する
ための、蒸留塔の底部又はその近くにある入口; d)アセトンを含む低沸点オーバーヘッド生成物を取り出すための上方出口;e
)前記オーバーヘッド生成物を冷却するための、前記上方出口の上流の熱交換器
; f)そこからオーバーヘッド生成物が回収され及び/又は蒸留塔に戻る出口を有
する熱交換器の上流のオーバーヘッド生成物受け器;及び g)前記受け器から還流するオーバーヘッド生成物を導入するための、前記蒸留
塔の上方部分におけるオーバーヘッド生成物入口 を含む、クメンヒドロペルオキシドからフェノールを製造するための装置に関す
る。
、前記受け器から蒸留塔にオーバーヘッド生成物を導入するための、蒸留塔の下
方部分におけるオーバーヘッド生成物入口; i)オーバーヘッド生成物を、クメンヒドロペルオキシドを導入するための入
口の上流のクメンヒドロペルオキシド供給原料流に再循環させるオーバーヘッド
生成物ライン;並びに j)オーバーヘッド生成物を触媒床の一つ以上の部分に再循環させるオーバー
ヘッド生成物ライン から成る群から選択される要素をさらに含むことができる。
クミルフェノール、及び2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンのよう
な高沸点不純物の同時生成が極めて低く、長いオンストリーム時間において、ク
メンヒドロペルオキシドの100%又は100%に近い変換を達成することがで
きる。さらに本発明は、クメンヒドロペルオキシドの分解により発生する反応熱
を効率的に利用し、低沸点生成物、例えばアセトン、を反応生成混合物から分離
することができる。このような配置はリボイラーの使用を最小にし、エネルギー
コストを減らし、他方、高収率、良好な生成物純度及びより安い設備投資を実現
する。
、リボイラー、オーバーヘッド受け器、及び制御機器を装備した分別塔内に設置
する。供給原料成分類を触媒床の上に導入する。生成物を蒸留法によって反応域
から連続的に取り出す。
にのみ適する。例えば、臨界点より高い操作は限界であり得て、共沸混合物、又
は沸点の近い成分類の存在は障害を起こし得る。
るので、本発明の塔の反応性部分における低減された滞留時間は副生物の生成を
最小に抑える。2−フェニル−2−プロパノールの脱水により、α−メチルスチ
レン(AMS)、さらに二量体化、オリゴマー化、及びコークス生成等の反応を
受け得る反応性中間体の生成がなされるので、このことはCHP分解の場合に特
に好都合である。塔の反応性部分に不均一系触媒を用いる場合、重質化合物の生
成を最小にすることによって触媒寿命は延びる。
び圧力範囲がある。高い反応熱により、好ましくは50重量%未満、より好まし
くは0.1乃至25重量%、最も好ましくは0.5乃至5重量%、例えば約3重量
%の程度の希CHP濃度で、CHPの分解が起きる。塔への供給原料は25乃至
95重量%範囲のCHP、好ましくは75乃至85重量%の範囲のCHP、例え
ば80重量%CHPであり、好ましくはアセトンによりさらに希釈して上記のレ
ベルにする必要がある。希釈レベルは、塔を通す還流速度を設定することによっ
て、又はアセトンを含む再循環されたオーバーヘッドをクメンヒドロペルオキシ
ド供給原料に直接添加することによって調節することができる。
す。アセトンは他の全ての主要成分より顕著に低い沸点を有し、そのために反応
性蒸留塔における分離は容易である。その他の低沸点成分類、例えばメタノール
、アセトアルデヒド、及びベンゼンも塔中に存在し得る。
硫酸(0.01乃至5%濃度)を用いることができる。過塩素酸、燐酸、p−ト
ルエンスルホン酸、及び二酸化硫黄のような他の酸も有効な均一系触媒である。
米国特許第4,490,565号に開示されたゼオライト・ベータのような固体酸
触媒;米国特許第4,490,566号に開示されたZSM−5のようなCons
traint Index1−12のゼオライト;EP−A−492807号に
開示されているホージャサイト;米国特許第4,870,217号に記載されてい
るスメクタイトクレー;米国特許第4,898,995号に開示されている、シリ
カ、アルミナ、チタニア及びジルコニアのような不活性支持体上の12−タング
スト燐酸のような、スルホン酸官能価又はヘテロポリ酸を有するイオン交換樹脂
類がある。本発明に適切に使用できるその他の固体酸触媒には、1999年4月
22日出願の米国特許出願第09/296852号に記載されている、硫酸ジル
コニアのような硫酸遷移金属酸化物を、鉄酸化物又は鉄及びマンガンの酸化物と
共に含むもの、並びに1999年8月3日出願の米国特許出願第09/3662
49号に記載されている、セリウムと、IVB族金属、例えばジルコニウムとの
混合酸化物を含むものがある。
75,749号に開示されているように、VIB族金属のオキシアニオン又はオ
キシドで、少なくとも400℃の温度でオキシド種をか焼することによって改質
したIVB族金属酸化物を含む固体酸触媒を使用することもできる。IVB族金
属酸化物をVIB族金属のオキシアニオンで改質すると、その物質に酸官能価が
与えられる。IVB群金属酸化物、特にジルコニアを、VIB族金属オキシアニ
オン、特にタングステートで改質することが、米国特許第5,113,034号;
及び“Proceedings 9th International Congress on Catalysis”のアラタ(K.A
rata)及びヒノ(M.Hino)の論文(4巻、1727−1735頁、1988)に
記載されている。
ンタンを物理的に吸収するのに十分大きい細孔を有するものが含まれる。代表的
な大きな細孔の結晶性分子篩には、例えば下記のゼオライト類が含まれる:ZS
M−3、ZSM−4、ZSM−12、ZSM−18、ZSM−20、ゼオライト
・ベータ、ゼオライトL、モルデン沸石、ホージャサイト、ゼオライトY、及び
上記のものの希土類金属含有形態。本発明の目的のために、ゼオライトYは合成
型ゼオライトY、並びに、骨格脱アルミン酸塩ゼオライト、例えば米国特許第3
,293,192号に記載されているウルトラステーブルY(USY)及び米国特
許第4,503,023号に記載されるLZ−21を含むその変種が含まれる。こ
れらは引用により本明細書に組み込まれる。
1未満から1000を超える広い範囲にわたるアルファ値を有することができる
。“アルファ値”又は“アルファ数”はゼオライトの酸性官能価の尺度であり、
米国特許第4,016,218号、J. Catalysis、6巻、278−287頁(19
66)及び J. Catalysis 61巻、390−396頁(1980)に、その測定
の詳細と共により完全に記載されている。低酸度(アルファ値が約200未満)
のゼオライト類は、(a)高いシリカ/アルミナ比を有するゼオライトの合成、
(b)蒸気処理、(c)蒸気処理後、脱アルミニウム化、及び(d)骨格アルミ
ニウムをその他の種で置換を含む種々の技術によって得られる。例えば蒸気処理
の場合、ゼオライトを約500゜Fから約1200゜Fまで、より好ましくは約
750゜Fから約1000゜Fまでの範囲の高温の蒸気にさらすことができる。
この処理は100%蒸気の雰囲気、又は蒸気と、ゼオライトに対して実質的に不
活性の気体とからなる雰囲気中で実施できる。同様な処理はより低い温度で、高
圧を用いて、例えば約350゜Fから約700゜Fまでの温度、約10乃至約2
00気圧で達成され得る。数種類の蒸気処理法の特定の詳細が、米国特許第4,
325,994号;第4,374,296号及び第4,418,235号の開示から
得られる。この内容は引用により本明細書に組み込まれる。上記の方法とは別に
又は上記の方法のいずれかに加えて、ゼオライトの表面酸度は、米国特許第4,
520,221号に記載される嵩高の作用剤で処理することによって除去又は低
減し得る。この特許も引用により本明細書に組み込まれる。
び/又はクレー;アルミノホスフェート類、例えばALPO−5、VPI−5;
シリコアルミノホスフェート類、例えばSAPO−5、SAPO−37、SAP
O−31、SAPO−40、SAPO−41;及び他の金属アルミノホスフェー
ト類が含まれる。これらは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第4,
440,871号;第4,554,143号;第4,567,029号;第4,666
,875号及び第4,742,033号に種々記載されている。
は、実質的多孔度、高い表面積、一般的に表面積1平方メートル当り水素イオン
約0.5ミリ当量未満という低い表面酸濃度によって特徴づけられる。上記カチ
オン交換樹脂は一般的に0.5乃至20重量%という少量の水を含むことができ
る。本発明の方法に用いられるマクロ孔質樹脂は、酸官能基の存在及び高度の真
の多孔度を有するが、硬さを有し、溶媒又は溶液に浸したときに又はそこから取
り出したときに最小の容積変化しか受けない構造によって特徴付けられる。
に表わされ、例えば、Amberlyst−15、Amberlyst XN−
1005、Amberlyst XN−1010、Amberlyst XN−
1011、Amberlyst XN−1008及びAmberlite 20
0として市販されているもののようなスルホン化スチレン−ジビニルベンゼンコ
ポリマー交換樹脂である。
に分散するスルホン酸基及び/又はカルボン酸基を含む過フッ素化イオン交換ポ
リマーを含む多孔性マイクロ複合体、例えばナフィオン(Nafion)(登録商標)
も本発明の触媒として有用である。
、押出物等の成形物の形態であり得る。触媒を例えば押出物のように成形する場
合、その触媒を乾燥前に押出し、或いは部分的に乾燥し、次に押出すことができ
る。本触媒はそれだけで押出してもよいし、マトリックス物質と複合化し、その
触媒の最終的形態にしてもよい。この目的のためには、アルミナ、シリカ−アル
ミナ及びシリカのような従来のマトリックス物質が適し、シリカが非酸性結合剤
として、より好ましい。他の結合剤物質、例えばチタニア、ジルコニア及び他の
金属酸化物又はクレーが用いられ得る。活性触媒はマトリックスと、80:20
乃至20:80の重量比で、例えば80:20乃至50:50の、活性触媒:マ
トリックス重量比で複合化し得る。上記複合化は、物質を一緒に十分に混ぜ合わ
せ、その後押出すか又はペレット状にするという従来の手段によって行われ、所
望の最終触媒粒子を得る。
液相で、20乃至150℃、好ましくは40乃至120℃の温度、−10乃至1
000psig、好ましくは大気圧から400psigまでの圧力で接触させる
ことによって達成される。クメンヒドロペルオキシドの接触を有効にするために
、上記触媒は静止床に含まれ、接触操作が連続的に行われる。クメンヒドロペル
オキシドに基づく液空間速度(LHSV)は0.1乃至100時間−1、好まし
くは1乃至50時間−1の範囲である。クメンヒドロペルオキシドは、ベンゼン
、トルエン、クメンのような、分解反応には不活性の有機溶媒、最も好ましくは
アセトンで希釈するのが好ましい。希釈レベルの調節は、塔を通す還流速度を設
定することによって、又は溶媒を含む再循環されたオーバーヘッドをクメンヒド
ロペルオキシド供給原料に直接添加することによって行われる。溶媒の使用は、
反応熱(約60kcal/モル)を放散させるのに役立つために好ましい。
して選択される。充填物は、リングの形態の固体、ポリ−ローブ(poly-lo
bed)押出品又はサドル充填物等、当業者に公知の充填物から選択できる。充
填物の非制限的例は、ラシヒリング、ポールリング、イントス(Intos)リング
、バール(Berl)サドル充填物、ノバロックス(Novalox)サドル充填物及びイ
ンタロックス(Intalox)サドル充填物である。充填物は、構造化充填物、例え
ばKochにより販売されるFLEXIPAC(登録商標)又はSulzerにより販売されるSULZ
ER CHEMTECH又はSULZER(登録商標)から選択することもできる。
るように、特にそれが属する蒸留域の主要部分が充填物からなる場合、蒸気の上
方への通過及び液体の回収や、その後の液体のオーバーフローを可能にする単純
なトレイである。本発明により蒸留トレイが用いられる場合、そのトレイは当業
者に公知の蒸留トレイ、特に多孔トレイ、泡鐘トレイ又はバルブトレイから選択
できる。
される。種々の成分の濃度は、触媒の最適性能に影響を与え、所望反応を遅らせ
たり、不都合な反応を促進したりすることがある。触媒床の最適な操作を達成す
るように、その触媒床は成分濃度が最適となる塔内の位置に配置される。これは
触媒床の下に位置する、ストリッパーとして作用する別の蒸留区分の存在をもた
らし得る。
オキシドからフェノール及びアセトンが生成する。約80重量%CHPを含むク
メンヒドロペルオキシド含有供給原料のライン(110)から、上記供給原料が
入口(120)を介して触媒床(130)の上の部位に導入され、そこで塔のオ
ーバーヘッドから誘導されるアセトンの希釈部分と混合され、希クメンヒドロペ
ルオキシド混合物を生成し、その混合物は、約50乃至90℃の温度、0乃至1
0psigの圧力及び0.3乃至5時間−1のLHSVを含むクメンヒドロペル
オキシド分解条件下で触媒床(130)を通過し、フェノール及びアセトンを含
む生成物を提供する。上記触媒床は固体触媒の、構造化されていない(unstructu
red)充填した床である。触媒は典型的には1/24インチ直径より大きいペレ
ットの形態であり、触媒床の気孔容積は液体をその床の下方に流し、蒸気をその
床の上方に流す。
ながら蒸留水3.0リットル中に溶解する。この溶液にFeSO4・7H2Oを
7.6部を添加する。濃縮したNH4OHを260部、(NH4)6H2W12
O40・H2Oを54部及び蒸留水を2940部含有する別の溶液を調製した。
両方の溶液を60℃に加熱し、その加熱溶液を、ノズル混合を用いて50部/分
の速度で合わせた。最終複合物のpHを、濃縮した水酸化アンモニウムの添加に
よって約9に調整した。次に、このスラリーをポリプロピレン製ボトルに入れ、
蒸気処理室(100℃)中に72時間置いた。生成した生成物を濾過により回収
し、過剰の水で洗滌し、85℃で一晩乾燥した。乾燥した生成物を空気流れで8
00℃で3時間、か焼し、その後ペレットにした。その後、この触媒ペレットを
触媒床に添加した。
部出口(140)を介して反応性蒸留塔から取り出され、送られてプラント(示
されていない)の蒸留区分で回収される。アセトンを含むオーバーヘッドは塔を
上方に流れ、上部出口(150)を通り、そこから凝縮器(160)のような熱
交換器に導かれ、その後オーバーヘッド受け器(170)に達する。アセトンを
含有するオーバーヘッドは上記受け器からライン(180)を通って取り出され
るか、還流として蒸留塔の上部(190)に再循環される。クメンヒドロペルオ
キシド供給原料のアセトンによる希釈は、蒸留塔に再循環されるアセトン量を種
々変えることによって、すなわち塔を通す還流速度を設定することによって制御
される。供給原料の組成及び推定生成物組成を以下の表2に示す。
オキシドからフェノール及びアセトンが生成される。約80重量%CHPを含有
するクメンヒドロペルオキシド含有供給原料ライン(210)は、供給原料を、
触媒床(230)の上の部位における入口(220)から導入し、そこで塔のオ
ーバーヘッドから誘導されるアセトン希釈部分と混合され、希クメンヒドロペル
オキシド混合物を生成し、その混合物は、約50℃乃至90℃の温度、0乃至1
0psigの圧力、0.3乃至5時間−1のLHCVを含む、クメンヒドロペル
オキシド分解条件下で触媒床(230)を通過し、フェノールとアセトンを含有
する生成物を生ずる。上記触媒床は実施例1に記載したような固体触媒の、構造
化されていない充填した床である。生成したフェノール及び重質化合物は上記触
媒床を通って下方に流れ、下方出口(240)により反応性蒸留塔から取り出さ
れ、送られてプラント(示されていない)の蒸留部分で回収される。アセトンを
含有するオーバーヘッドは塔を上方に流れ、上部出口(250)を通り、凝縮器
(260)のような熱交換器に導かれ、その後オーバーヘッド受け器(270)
に達する。アセトン含有オーバーヘッドは上記受け器からライン(280)を通
って取り出されるか、又はライン(290)を通って蒸留塔の上方部分に還流と
して再循環されるか、ライン(292)を通って蒸留塔の下部に再循環される(
CHP供給物トレイレベルにおいて)。或いは、又はそれに加えて、再循環され
たオーバーヘッドは、必要な際に希釈する方法として、ライン(294)を通っ
てクメンヒドロペルオキシド供給原料(210)に導かれる。こうしてクメンヒ
ドロペルオキシド供給原料のアセトンでの希釈は、蒸留塔に再循環されるアセト
ン量を変えることによって、すなわち蒸留塔の上方及び/又は下方部分において
塔還流速度を設定するか、又はCHP供給原料に直接加えることによって、制御
される。提供される供給原料の組成及び推定生成物の組成を以下の表3に示す。
オキシドからフェノール及びアセトンを生成する。約80重量%CHPを含有す
るクメンヒドロペルオキシド含有供給原料ライン(310)は、供給原料を、触
媒床(330)の上の部位における入口(320)に導入し、そこで塔のオーバ
ーヘッドから誘導されるアセトンの希釈部分と混合され、希3重量%クメンヒド
ロペルオキシド混合物を生成し、その混合物は、約50乃至90℃の温度、0乃
至10psigの圧力、0.3乃至5時間−1のLHCVを含む、クメンヒドロ
ペルオキシド分解条件下で触媒床(330)を通過し、フェノール及びアセトン
を含有する生成物をもたらす。触媒床は実施例1に記載されるように固体触媒の
、構造化されず、充填した床である。生成したフェノール及びその他の重質化合
物は上記触媒床を通って下に流れ、反応性蒸留塔から下部出口(340)により
取り出され、プラント(示されていない)の蒸留区分で回収するために送られる
。アセトンを含有するオーバーヘッドは塔を上方に流れ、上部出口(350)を
通り、凝縮器(360)のような熱交換器に導かれ、そこからオーバーヘッド受
け器(370)に導かれる。アセトン含有オーバーヘッドは受け器からライン(
380)を通って取り出され、又はライン(390)を通って蒸留塔の上部に、
又はライン(392)を通って蒸留塔の下部(CHP供給原料トレイのレベル)
に還流として再循環される。或いは、又はそれに加えて、再循環されるオーバー
ヘッドはライン(396)を介して触媒床(340)に直接導くこともできる。
アセトン含有オーバーヘッドのこの段階間注入を用いて触媒床の下部の濃度レベ
ルを制御し、重質化合物の生成を最小にすることができる。こうしてクメンヒド
ロペルオキシド供給原料のアセトンによる希釈は蒸留塔に再循環されるアセトン
量を変えることによって、すなわち蒸留塔の上方部分及び/又は下方部分におけ
る塔を通す還流速度を設定することによって、又は触媒床に直接添加することに
よって制御される。提供される供給原料の組成及び推定生成物組成を表4に示す
。
の流れ図である。
/又はクメンヒドロペルオキシド供給原料中に再循環される本発明の実施態様の
流れ図である。
床中に導入される、本発明の実施態様の流れ図である。
提供することである。この方法は、過剰の熱発生を回避して、クメンヒドロペル
オキシドの高い反応熱(252.6KJ/モル又は60.6kcal/モル)を利
用してアセトンのような低沸点分解生成物を分離する、というクメンヒドロペル
オキシドの反応法を提供する。
米国特許第4,490,565号に開示されたゼオライト・ベータのような固体酸
触媒;米国特許第4,490,566号に開示されたZSM−5のようなCons
traint Index1−12のゼオライト;EP−A−492807号に
開示されているホージャサイト;米国特許第4,870,217号に記載されてい
るスメクタイトクレー;米国特許第4,898,995号に開示されている、シリ
カ、アルミナ、チタニア及びジルコニアのような不活性支持体上の12−タング
スト燐酸のような、スルホン酸官能価又はヘテロポリ酸を有するイオン交換樹脂
類がある。本発明に適切に使用できるその他の固体酸触媒には、米国特許第6,
169,216号に記載されている、硫酸ジルコニアのような硫酸遷移金属酸化
物を、鉄酸化物又は鉄及びマンガンの酸化物と共に含むもの、並びに米国特許第 6,297,406号 に記載されている、セリウムと、IVB族金属、例えばジル
コニウムとの混合酸化物を含むものがある。
IB族金属のオキシアニオン又はオキシドで、少なくとも400℃の温度でオキ
シド種をか焼することによって改質したIVB族金属酸化物を含む固体酸触媒を
使用することもできる。IVB族金属酸化物をVIB族金属のオキシアニオンで
改質すると、その物質に酸官能価が与えられる。IVB群金属酸化物、特にジル
コニアを、VIB族金属オキシアニオン、特にタングステートで改質することが
、米国特許第5,113,034号;及び“Proceedings 9th International Cong ress on Catalysis ”のアラタ(K.Arata)及びヒノ(M.Hino)の論文(4巻、1
727−1735頁、1988)に記載されている。
ンタンを物理的に吸収するのに十分大きい細孔を有するものが含まれる。代表的
な大きな細孔の結晶性分子篩には、例えば下記のゼオライト類が含まれる:ZS
M−3、ZSM−4、ZSM−12、ZSM−18、ZSM−20、ゼオライト
・ベータ、ゼオライトL、モルデン沸石、ホージャサイト、ゼオライトY、及び
上記のものの希土類金属含有形態。本発明の目的のために、ゼオライトYは合成
型ゼオライトY、並びに、骨格脱アルミン酸塩ゼオライト、例えば米国特許第3
,293,192号に記載されているウルトラステーブルY(USY)及び米国特
許第4,503,023号に記載されるLZ−21を含むその変種が含まれる。
1未満から1000を超える広い範囲にわたるアルファ値を有することができる
。“アルファ値”又は“アルファ数”はゼオライトの酸性官能価の尺度であり、
米国特許第4,016,218号、J. Catalysis、6巻、278−287頁(19
66)及び J. Catalysis 61巻、390−396頁(1980)に、その測定
の詳細と共により完全に記載されている。低酸度(アルファ値が約200未満)
のゼオライト類は、(a)高いシリカ/アルミナ比を有するゼオライトの合成、
(b)蒸気処理、(c)蒸気処理後、脱アルミニウム化、及び(d)骨格アルミ
ニウムをその他の種で置換を含む種々の技術によって得られる。例えば蒸気処理
の場合、ゼオライトを約260℃(500゜F)から約649℃(1200゜F)ま
で、より好ましくは約399℃(750゜F)から約538℃(1000゜F)まで
の範囲の高温の蒸気にさらすことができる。この処理は100%蒸気の雰囲気、
又は蒸気と、ゼオライトに対して実質的に不活性の気体とからなる雰囲気中で実
施できる。同様な処理はより低い温度で、高圧を用いて、例えば約177℃(3
50゜F)から約371℃(700゜F)までの温度、約1.0乃至約20.2MP
a(約10乃至約200気圧)で達成され得る。数種類の蒸気処理法の特定の詳細
が、米国特許第4,326,994号;第4,374,296号及び第4,418,2
35号の開示から得られる。上記の方法とは別に又は上記の方法のいずれかに加
えて、ゼオライトの表面酸度は、米国特許第4,520,221号に記載される嵩
高の作用剤で処理することによって除去又は低減し得る。
び/又はクレー;アルミノホスフェート類、例えばALPO−5、VPI−5;
シリコアルミノホスフェート類、例えばSAPO−5、SAPO−37、SAP
O−31、SAPO−40、SAPO−41;及び他の金属アルミノホスフェー
ト類が含まれる。これらは、米国特許第4,440,871号;第4,554,14
3号;第4,567,029号;第4,666,875号及び第4,742,033号
に種々記載されている。
液相で、20乃至150℃、好ましくは40乃至120℃の温度、−69乃至6 895MPa(−10乃至1000psig) 、好ましくは大気圧から2758M Pa(400psig) までの圧力で接触させることによって達成される。クメン
ヒドロペルオキシドの接触を有効にするために、上記触媒は静止床に含まれ、接
触操作が連続的に行われる。クメンヒドロペルオキシドに基づく液空間速度(L
HSV)は0.1乃至100時間−1、好ましくは1乃至50時間−1の範囲で
ある。クメンヒドロペルオキシドは、ベンゼン、トルエン、クメンのような、分
解反応には不活性の有機溶媒、最も好ましくはアセトンで希釈するのが好ましい
。希釈レベルの調節は、塔を通す還流速度を設定することによって、又は溶媒を
含む再循環されたオーバーヘッドをクメンヒドロペルオキシド供給原料に直接添
加することによって行われる。溶媒の使用は、反応熱(約252.6KJ/モル
又は60kcal/モル)を放散させるのに役立つために好ましい。
オキシドからフェノール及びアセトンが生成する。約80重量%CHPを含むク
メンヒドロペルオキシド含有供給原料のライン(110)から、上記供給原料が
入口(120)を介して触媒床(130)の上の部位に導入され、そこで塔のオ
ーバーヘッドから誘導されるアセトンの希釈部分と混合され、希クメンヒドロペ
ルオキシド混合物を生成し、その混合物は、約50乃至90℃の温度、0乃至6 .9MPa(0乃至10psig) の圧力及び0.3乃至5時間−1のLHSVを含
むクメンヒドロペルオキシド分解条件下で触媒床(130)を通過し、フェノー
ル及びアセトンを含む生成物を提供する。上記触媒床は固体触媒の、構造化され
ていない(unstructured)充填した床である。触媒は典型的には1/24インチ
直径より大きいペレットの形態であり、触媒床の気孔容積は液体をその床の下方
に流し、蒸気をその床の上方に流す。
オキシドからフェノール及びアセトンが生成される。約80重量%CHPを含有
するクメンヒドロペルオキシド含有供給原料ライン(210)は、供給原料を、
触媒床(230)の上の部位における入口(220)から導入し、そこで塔のオ
ーバーヘッドから誘導されるアセトン希釈部分と混合され、希クメンヒドロペル
オキシド混合物を生成し、その混合物は、約50℃乃至90℃の温度、0乃至6 9MPa(0乃至10psig) の圧力、0.3乃至5時間−1のLHCVを含む
、クメンヒドロペルオキシド分解条件下で触媒床(230)を通過し、フェノー
ルとアセトンを含有する生成物を生ずる。上記触媒床は実施例1に記載したよう
な固体触媒の、構造化されていない充填した床である。生成したフェノール及び
重質化合物は上記触媒床を通って下方に流れ、下方出口(240)により反応性
蒸留塔から取り出され、送られてプラント(示されていない)の蒸留部分で回収
される。アセトンを含有するオーバーヘッドは塔を上方に流れ、上部出口(25
0)を通り、凝縮器(260)のような熱交換器に導かれ、その後オーバーヘッ
ド受け器(270)に達する。アセトン含有オーバーヘッドは上記受け器からラ
イン(280)を通って取り出されるか、又はライン(290)を通って蒸留塔
の上方部分に還流として再循環されるか、ライン(292)を通って蒸留塔の下
部に再循環される(CHP供給物トレイレベルにおいて)。或いは、又はそれに
加えて、再循環されたオーバーヘッドは、必要な際に希釈する方法として、ライ
ン(294)を通ってクメンヒドロペルオキシド供給原料(210)に導かれる
。こうしてクメンヒドロペルオキシド供給原料のアセトンでの希釈は、蒸留塔に
再循環されるアセトン量を変えることによって、すなわち蒸留塔の上方及び/又
は下方部分において塔還流速度を設定するか、又はCHP供給原料に直接加える
ことによって、制御される。提供される供給原料の組成及び推定生成物の組成を
以下の表3に示す。
オキシドからフェノール及びアセトンを生成する。約80重量%CHPを含有す
るクメンヒドロペルオキシド含有供給原料ライン(310)は、供給原料を、触
媒床(330)の上の部位における入口(320)に導入し、そこで塔のオーバ
ーヘッドから誘導されるアセトンの希釈部分と混合され、希3重量%クメンヒド
ロペルオキシド混合物を生成し、その混合物は、約50乃至90℃の温度、0乃 至69MPa(0乃至10psig) の圧力、0.3乃至5時間−1のLHCVを
含む、クメンヒドロペルオキシド分解条件下で触媒床(330)を通過し、フェ
ノール及びアセトンを含有する生成物をもたらす。触媒床は実施例1に記載され
るように固体触媒の、構造化されず、充填した床である。生成したフェノール及
びその他の重質化合物は上記触媒床を通って下に流れ、反応性蒸留塔から下部出
口(340)により取り出され、プラント(示されていない)の蒸留区分で回収
するために送られる。アセトンを含有するオーバーヘッドは塔を上方に流れ、上
部出口(350)を通り、凝縮器(360)のような熱交換器に導かれ、そこか
らオーバーヘッド受け器(370)に導かれる。アセトン含有オーバーヘッドは
受け器からライン(380)を通って取り出され、又はライン(390)を通っ
て蒸留塔の上部に、又はライン(392)を通って蒸留塔の下部(CHP供給原
料トレイのレベル)に還流として再循環される。或いは、又はそれに加えて、再
循環されるオーバーヘッドはライン(396)を介して触媒床(340)に直接
導くこともできる。アセトン含有オーバーヘッドのこの段階間注入を用いて触媒
床の下部の濃度レベルを制御し、重質化合物の生成を最小にすることができる。
こうしてクメンヒドロペルオキシド供給原料のアセトンによる希釈は蒸留塔に再
循環されるアセトン量を変えることによって、すなわち蒸留塔の上方部分及び/
又は下方部分における塔を通す還流速度を設定することによって、又は触媒床に
直接添加することによって制御される。提供される供給原料の組成及び推定生成
物組成を表4に示す。
Claims (19)
- 【請求項1】 i)上方部分において蒸留塔及び下方部分において触媒床を
含む反応性蒸留塔に、触媒床の上の部位又は上方の部分において、クメンヒドロ
ペルオキシド供給原料を導入する段階; ii)アセトンの希釈部分を前記クメンヒドロペルオキシドと混合し、希釈され
たクメンヒドロペルオキシドを生成する段階; iii)希釈されたクメンヒドロペルオキシドを、クメンヒドロペルオキシドの
発熱分解を達成するのに十分な条件下で触媒床を通し、フェノールを含有する重
質留分とアセトンを含有する気化した軽質留分を含む生成物にする段階; iv)重質留分をボトムとして前記塔から取り出す段階; v)気化した軽質留分を触媒床及び反応性蒸留塔の少なくとも一部を通って上
方に流す段階; vi)軽質留分を凝縮し、次のクメンヒドロペルオキシド供給原料との混合のた
めに、前記アセトンの希釈部分の少なくとも一部とする段階; vii)任意に軽質留分の一部をオーバーヘッドとして前記塔から取り出す段階
;並びに viii)段階i)乃至vii)を繰り返す段階 を含む、クメンヒドロペルオキシドからフェノールとアセトンを製造する方法。 - 【請求項2】 段階v)及びvi)を用いてクメンヒドロペルオキシドのアセ
トンによる希釈を制御する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 アセトンの、前記塔を通す還流速度を設定してクメンヒドロ
ペルオキシド供給原料の希釈を制御する、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 希釈したクメンヒドロペルオキシドの、反応器を通る流れが
、触媒床を湿潤状態に保つのに十分な速度に維持され、それによって触媒温度が
液体の沸点又は沸点近くに維持される、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 アセトンの前記希釈部分が、1)蒸留塔の上方部分、2)触
媒床の上流の蒸留塔の下方部分、及び3)前記蒸留塔に導入される前のクメンヒ
ドロペルオキシド供給原料の少なくとも一つに添加される、請求項1記載の方法
。 - 【請求項6】 アセトンの前記希釈部分が蒸留塔の上方部分に添加される、
請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 アセトンの前記希釈部分が蒸留塔の下方部分に添加される、
請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 アセトンの前記希釈部分が、前記蒸留塔に導入される前のク
メンヒドロペルオキシド供給原料に添加される、請求項1記載の方法。 - 【請求項9】 アセトンの希釈部分が、182℃より高い標準沸点を有する
重質化合物の生成を低減させるのに十分な量、触媒床に1カ所以上において直接
添加される、請求項1記載の方法。 - 【請求項10】 アセトンの希釈部分が、触媒床の温度を反応体液体の沸点
又は沸点近くの温度に維持するのに十分な量、触媒床に添加され、恒温操作が行
われる、請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 触媒床が固体酸不均一触媒を含む、請求項1記載の方法。
- 【請求項12】 クメンヒドロペルオキシドの発熱分解を達成するのに十分
な条件が、20乃至150℃の温度、及び大気圧から1000psigまでの圧
力を含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項13】 クメンヒドロペルオキシドの発熱分解を達成するのに十分
な条件が、温度40乃至120℃、及び大気圧から400psigまでの圧力を
含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項14】 a)上方部分における蒸留塔及び下方部分における触媒床
を含む反応性蒸留塔; b)フェノールを含む高沸点のボトム生成物を取り出すための、前記触媒床の
下流の下部出口; c)触媒床の上流の部位にクメンヒドロペルオキシド供給原料を導入するため
の、蒸留塔の底部又は底部近くにおける入口; d)アセトンを含有する低沸点オーバーヘッド生成物を取り出すための上部出
口; e)オーバーヘッド生成物を冷却するための熱交換器; f)熱交換器から冷却したオーバーヘッド生成物を受け取るためのオーバーヘ
ッド生成物受け器であって、前記オーバーヘッド生成物を回収し及び/又は蒸留
塔に戻す出口を有する受け器;及び g)前記受け器から還流するオーバーヘッド生成物を導入するための、蒸留塔
の上方部分にあるオーバーヘッド生成物入口 を含む、クメンヒドロペルオキシドからフェノールを製造する装置。 - 【請求項15】 h)クメンヒドロペルオキシドを導入するための入口又は
その近くにおいて蒸留塔に前記受け器からオーバーヘッド生成物を導入するため
の、蒸留塔の下方部分におけるオーバーヘッド生成物入口; i)クメンヒドロペルオキシドを導入するための前記入口の上流のクメンヒド
ロペルオキシド供給原料にオーバーヘッド生成物を再循環するオーバーヘッド生
成物ライン;及び j)触媒床の一カ所以上の部分にオーバーヘッド生成物を再循環するオーバー
ヘッド生成物ライン から成る群から選択される要素をさらに含む、請求項14記載の装置。 - 【請求項16】 前記受け器から蒸留塔にクメンヒドロペルオキシド導入口
又はその近くにおいてオーバーヘッド生成物を導入するための、蒸留塔の下方部
分におけるオーバーヘッド生成物入口をさらに含む、請求項14記載の装置。 - 【請求項17】 クメンヒドロペルオキシドのための前記入口の上流のクメ
ンヒドロペルオキシド供給原料にオーバーヘッド生成物を再循環するオーバーヘ
ッド生成物ラインをさらに含む、請求項14記載の装置。 - 【請求項18】 触媒床の一カ所以上の部分にオーバーヘッド生成物を再循
環するオーバーヘッド生成物ラインをさらに含む、請求項14記載の装置。 - 【請求項19】 触媒床の下に位置するストリッピング部をさらに含む、請
求項14記載の装置。
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