JP2003534321A - ラクタムの精製法 - Google Patents
ラクタムの精製法Info
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Abstract
Description
クタムの精製法に関する。特に、本発明は、アミノカプロニトリルの環化加水分
解によって得られるε−カプロラクタムの精製法に関する。
る主要の化学中間体であるε−カプロラクタムを合成するための幾つかの方法が
提案されている。最も広く使用されている方法のうちの1つは、工業的には、硫
酸又はオレウムの存在下におけるシクロヘキサノンオキシムのベックマン転移よ
りなる。
解によってε−カプロラクタムを得ることよりなる。この反応はフランス特許2
029540に開示されているが、これは、溶剤及び触媒の存在下に液相で、又
は米国特許2357484に開示されるようにアルミナを触媒として使用して気
相で実施することができる。
在下にアミノカプロニトリルを気相で環化加水分解する方法に関する。
如き最終製品の製造に満足な特性を示す重合体を製造するのを可能にする化学中
間体又は単量体を得るためには精製されなければならない。
の処理のために多数の精製法が提案されている。また、アミノカプロニトリルの
環化加水分解によって得られるカプロラクタムの精製法も提案されている。かく
して、米国特許5496941は、加水分解反応媒体から低沸点生成物及び高沸
点生成物を分離することよりなる方法を開示している。この分離は、特にカプロ
ラクタムの蒸留によって達成される。かくして回収されたカプロラクタムは、水
素化、次いでイオン交換樹脂による処理か又は硫酸の存在下での蒸留のどちらか
、そして最後に塩基の存在下での蒸留を受ける。
酸性溶剤を使用する液/液抽出によって又は樹脂による処理によって精製する方
法を提供している。
体として使用するのに要求される純度基準を満たす生成物を得るためには、カプ
ロラクタムの最終的蒸留が一般に要求される。しかしながら、この最終的蒸留は
カプロラクタムの高い損出をもたらし、これはプロセスの全体的な経済性を阻害
する。
では、米国特許4301073は、溶剤による抽出工程、次いで塩基性媒体中で
の蒸留工程を含むカプロラクタムの精製法を提供している。蒸留残査は、カプロ
ラクタムをできるだけ多く回収するために処理される。この処理は、更に蒸留す
ること、及びかくして蒸留されたカプロラクタムを抽出工程に再循環する前に強
酸で処理することよりなる。この方法は、カプロラクタムの回収度を向上させる
ことを可能にするが、しかし再循環前の処理のために酸を使用することを要件と
する。この再循環法は複雑であり、そして酸処理を実施するためにはかなりの費
用を必要とする。更に、この方法は、新規な反応(これは、新規な精製法を必要
とする全く異なる不純物を生成する可能性がある)によって合成されるカプロラ
クタムの処理に置き換えることができない。
分解から生じるラクタムの精製法及び装置であって、高純度のラクタムを高い回
収率で得ることを可能にする精製法及び装置を提供することによって打破するこ
とである。
化加水分解によって得られるラクタム特にε−カプロラクタムの精製法であって
、加水分解反応媒体からアンモニアを除去し次いで該媒体からラクタムを精製形
態で回収することよりなる精製法を提供する。
留を使用し、随意として、ラクタムよりも揮発性の高い化合物を含む塔頂留分と
、所望の純度を有する回収しようとするラクタムを含む留分と、ラクタム及び該
ラクタムよりも揮発性の低い化合物を含む蒸留塔底生成物とを生成することによ
って実施される。
としてラクタムを含み、そしてその不純物は主として塩及び反応副生物よりなる
。この蒸留塔底生成物は、本発明に従えば、蒸留塔底生成物中に存在するラクタ
ムの大部分を分離しそしてその分離したラクタムを精製プロセスの任意の段階に
又は環化加水分解後に得られる媒体に再循環させることよりなる処理を受ける。
はラクタムの晶出によってラクタムを回収するか、又は例えば不純物の大部分を
水で抽出することによって他の不純物からラクタムを分離することのどちらかよ
りなる。
水溶液又はラクタムそれ自体を使用して実施することができる。それは、単一の
工程で実施されるのが有益である。しかしながら、必要ならば、2つ又はそれ以
上の晶出工程を使用することができる。晶出プロセス及びその実施のための条件
は、例えば、ヨーロッパ特許EP943608及び米国特許4882430に説
明されている。
該蒸留塔に入る反応媒体の流れに若しくはラクタムの精製回収のプロセスの他の
段階で若しくは環化加水分解から生じる媒体に加えることのどちらかによって蒸
留装置の塩基性媒体に再循環される。
スによって処理される。気化したラクタムは、晶出を使用する具体例の条件と同
じ条件下に蒸留装置に再循環される。ラクタムの蒸発は、10ミリバール以下の
圧力下に130〜150℃の温度で加熱することによって達成される。
めに水で処理することができ、そして沈降によって分離後に回収されたラクタム
は酸性媒体次いで塩基性媒体での蒸留によるラクタムの精製プロセスに再循環さ
せるのが有益である。
ラクタムの少なくとも90重量%そして有益には少なくとも95重量%を回収す
ることを可能にする。かくして、精製プロセスにおけるラクタムの損出は、関与
するラクタムの3重量%未満に制限される。
低いレベルに制限することを可能にする。これらの損出は、プロセスの経済性に
極めて僅かな影響を及ぼすに過ぎず、そして特に回収されたラクタムの品質は極
めて高いレベルにある。
後のアミノニトリルの環化加水分解のための反応媒体であってよい。該反応媒体
は、アンモニアの蒸発前に水素化を受けることができよう。塩基蒸留に関与する
この反応媒体は、アンモニアの蒸発後に幾つかの予備処理を受けていてもよい。
低い及び高い生成物を除去するために処理される。この処理は米国特許5496
941に開示されているが、これは、アンモニア、水及び他の揮発性生成物を蒸
発させ次いでラクタムを蒸留することよりなる。かくして、本発明の塩基蒸留に
よって処理された加水分解反応媒体は、蒸留によって回収されたラクタムである
。
れは、アンモニアの除去に先立って水素化を受けても又は受けなくてもよい)か
らアンモニアだけが抽出される。
蒸留に供給する前に水素化又は酸化処理を受けることができる。
理、又は強酸例えば硫酸の存在下での蒸留を含むことができる。
むことができるが、かくして晶出したラクタムは本発明に従って塩基蒸留に供給
される媒体を構成することができる。従って、本発明に従った蒸留プロセスは、
多くの開示される精製法において使用されるラクタムの多くの他の公知の処理と
組み合わすことができるラクタム精製法における1つの段階である。
施するために連続して配置された幾つかの蒸留塔を含む蒸留プロセスにおいて使
用することができる。
施するためのこれらの装置も本発明の課題である。
明の第一具体例では、かかる装置は、精製しようとするラクタムが予定量の塩基
と共に供給されるところの第一蒸留塔を含む。この塔(脱水塔として知られる)
では、水が塔頂留分の形態で除去され、そしてラクタム及び塩基を含む蒸留塔底
生成物が第二蒸留塔に供給される。
取り出され、そして分離されたラクタムは第三蒸留塔に供給される。
蒸留塔底生成物はラクタムの大部分を回収するために本発明の方法に従って有益
下に処理することができる。蒸留塔底生成物から回収されたラクタムは第二蒸留
塔に有益下に再循環される。
の蒸留塔を含む。この第一塔は、第一具体例におけるように、水の大部分好まし
くは全部を除去するのを可能にする脱水塔である。
が分離されて蒸留塔底生成物を構成し、そして塔頂で回収されたラクタムは第三
塔に供給される。
よって有益には中間留分の形態で集められる。ラクタムよりも揮発性の高い化合
物より構成される塔頂留分が取り出され、そして蒸留塔底は好ましくは第二塔に
再循環される。
タムを回収するために処理されるのが有益である。かくして回収されたラクタム
は第二塔に再循環されるのが有益である。
脱水段階に供給される。
に硫酸媒体での蒸留、次いで塩基性媒体での蒸留によって処理することよりなる
方法に関する。このような処理は、本発明に従えば、上記の第二具体例に従った
装置で使用される。
され、そして第二蒸留塔で生成された塔頂留分に塩基を添加してから第三蒸留塔
に供給される。
じた硫酸塩が除去され、そして第二蒸留塔で生成された蒸留塔底生成物中に放出
される。この蒸留塔底生成物はラクタム回収処理を受けるのが有益であり、この
処理は、本発明の場合には、有益には、 ・蒸留塔底生成物を水で洗浄してアンモニウム及び/又はアミン硫酸塩の如き
塩を溶解させること、水性相及びラクタムよりなる有機相の分離後の有機相は脱
水塔に供給される媒体に再循環され若しくは第二塔に再循環されるのが好ましく
、又は別法として薄層蒸発若しくは晶出の如き他の処理を受けるのが好ましいこ
と、 ・ラクタムの蒸発を薄膜又は薄層蒸発器で実施すること、 ・水、水性ラクタム溶液又はラクタムからラクタムを晶出させること、 のいずれかであってよい。これらの処理は組み合わせることができ、特に、蒸発
又は晶出に先立って水洗を実施することができる。
液相のどちらかでのアミノカプロニトリルの環化加水分解によって得られるε−
カプロラクタムであるのが有益である。
。この反応は、特に次の特許文献、US4601859、US2762835、
US2208598、DE4235466及びUS5981790に開示されて
いる。
て除去される。
タムを含むことができる。この濃度範囲は、単に一例として挙げられるに過ぎな
い。かくして、より少ないラクタムを含む媒体も本発明の方法によって精製する
ことができる。
塔の操作条件を以下に記載する。
00ミリバールの圧力において実施される。
が蒸留塔底生成物の生成によって実施される。この塔の操作条件は、150℃未
満の塔底温度及び5〜10ミリバールの圧力である。かくして生成された塔頂留
分は、ラクタムよりも高い沸点を有する不純物を100ppm未満で含む。この
塔頂留分は更なる蒸留塔に供給されるが、この操作条件は150℃未満の塔底温
度及び5〜10ミリバールの圧力である。
に向けたポリアミドの製造に要求される基準を満たす純度を示す。好ましくは、
この中間留分は、高沸点を有する生成物を極めて低い濃度で得るために塔から気
相で抜き出される。しかしながら、この中間留分を液相で抜き出すことも可能で
あり、これは本発明の範囲から逸脱しない。
される。
集められた蒸留塔底生成物は、ラクタムの分離段階に、例えば、150℃未満の
温度において5〜10ミリバールの圧力下に薄膜又は薄層蒸発プロセスに供給さ
れる。
り具体的にはカプロラクタムを回収するために晶出プロセスを受ける。
は硫酸塩を抽出するために、この蒸留塔底生成物を水で処理することも可能であ
る。ラクタムを含む回収された有機相は、脱水塔若しくは第二塔に再循環される
か、又は薄膜若しくは薄層蒸発或いは晶出の如きラクタムの更なる分離工程を受
けるかのどちらかである。
炭酸塩、例えば、水酸化ナリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化マ
グネシウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチ
ウム又は混成炭酸塩よりなる群から選択される塩基を塩基性化合物として使用す
ることができる。好ましくは、水酸化ナトリウム水溶液が使用される。塩基の添
加量は、広い範囲内で変動することができる。有益には、それは、カプロラクタ
ム又はラクタム1kg当たり塩基0.05〜2gである。
体か又は装置の第二具体例の第二塔から生じる塔頂留分のどちらかに添加され、
その後にそれが第三塔に供給される。
とも可能である。酸の添加量は、処理しようとする媒体中に存在する塩基遊離塩
基の量の関数として決定される。この遊離塩基の量は、媒体の電位差滴定によっ
て測定される。酸の添加量は遊離塩基1モル当たり酸0.5モル〜1モルそして
好ましくは遊離塩基1モル当たり酸0.7〜0.9モルの間である。この濃度範
囲は、溶融可能な塩、及び媒体の弱い腐食作用を得るのを可能にする。
の詳細な説明に照らしてより一層明らかになるであろう。
置の第二具体例のブロック図を示す。
分解から生じた媒体を、アンモニアの蒸留(ストリッピング)前に水素化によっ
て処理した。得られた媒体を、イオン交換樹脂に通すことによって処理した。こ
れらの処理を実施するための条件は、上記の特許又は特許出願に特に特許出願W
O98/05636及びFR2786180に開示されている。
660”、揮発性塩基含量(NVB)に対しては“Standard ISO 8661”、そしてUV
価(NUV)に対しては“Standard ISO 7059”に開示される標準化操作に従って
測定される。
ム1kg当たり0.6gの純水酸化ナトリウム(濃厚溶液の形態で)を添加した
後、管路1を経て第一蒸留塔2に供給される。第一蒸留塔2は、130℃未満の
底部温度及び70ミリバールの圧力を有する。塔頂留分4は水より構成される。
蒸留塔底生成物5は0.5重量%未満の量の水を含む。この蒸留塔底生成物5は
、還流下7、8に作動する第二蒸留塔6に供給される。塔頂留分9(これは、カ
プロラクタム及び該カプロラクタムよりも低い沸点を有する化合物より本質上な
る)が取り出される。取り出されるカプロラクタムの量は、供給されたカプロラ
クタムの0.5重量%に相当する。カプロラクタムを含む蒸留塔底生成物10は
、第三蒸留塔11(これも、還流下12、13に作動する)に供給される。塔頂
留分14は、適合する純度を有するカプロラクタムより構成される。
としてカプロラクタムよりも高い沸点を有する化合物を含む)は、10ミリバー
ルの圧力及び150℃の温度で作動するスクレーパ付薄膜蒸発器16に供給され
る。蒸発したカプロラクタムは、管路15を経て第三塔11に再循環される。蒸
発されない生成物は管路18を経て取り出される。第一蒸留塔2に供給されたカ
プロラクタムと第三塔11の頂部14で生成されたカプロラクタムとの重量平衡
は、関与するカプロラクタムの99.1%が高い好適な純度で回収されることを
示す。
明に従った装置において、アンモニアの蒸留(ストリッピング)後のアミノカプ
ロニトリル加水分解媒体を処理する。この媒体の特性は次の如くである。 過マンガン酸塩価(PNMnO4):381 揮発性塩基含量(NVB):232meq/kg UV価(NUV):12 更に、電位差滴定によって測定した遊離塩基の濃度は、媒体又は溶液1kg当
たり189meqである。
存在する遊離塩基1モル当たり0.8モルの硫酸(濃厚溶液の形態で)を管路2
3を経て添加した後、管路21を経て第一蒸留塔22に供給される。第一蒸留塔
22は、130℃未満の底部温度及び70ミリバールの圧力を有する。塔頂留分
24は水より構成される。蒸留塔底生成物25は0.5重量%未満の量の水を含
む。この蒸留塔底生成物25は、還流下27、28に作動する第二蒸留塔26に
供給される。この第二塔26から生じる塔頂留分29(これは、カプロラクタム
及び該カプロラクタムよりも低い沸点を有する化合物より本質上なる)は、この
塔頂留分にカプロラクタム1kg当たり0.6gの純水酸化ナトリウム(濃厚溶
液の形態で)を管路39を経て添加した後に、第三蒸留塔31(これも、還流下
32、33に作動する)に供給される。第三塔31から塔頂留分34(これは、
カプロラクタムよりも低い沸点を有する化合物よりなる)が取り出される。蒸留
塔底生成物35は、例示される具体例では、第二塔26に再循環される。この第
三塔31から、精製カプロラクタムが中間留分40の形態で抜き出される。この
抜出操作は、塔の上方部においてガス状の形態で又は塔の下方部において液状の
形態のどちらかで実施される。
てカプロラクタムよりなり、そしてカプロラクタムよりも高い沸点を有する化合
物と硫酸による遊離塩基の中和によって形成された塩とを不純物として含む)は
、10ミリバールの圧力及び150℃の温度で作動するスクレーパ付薄膜型蒸発
器36に供給される。蒸発したカプロラクタムは、図示される具体例では、管路
37を経て第二塔26に再循環される。蒸発されない生成物は管路38を経て取
り出される。第一蒸留塔22に供給されたカプロラクタムと第三塔31からの中
間留分40の形態で生成されたカプロラクタムとの重量平衡は、関与するカプロ
ラクタムの98.9%が高い好適な純度で回収されることを示す。
カプロラクタムを含む溶液を得ることを除いて、例2を反覆する。この混合物に
撹拌を施す。撹拌後、2つの液相が形成される。下方の相は、620重量%のア
ミン硫酸塩(これは、精製プロセスにおいて脱水塔に仕込んだカプロラクタム中
に存在するアミンの量の約70%に相当する)を含む水性相である。上方の相(
これは、カプロラクタムより本質上なる)は第一蒸留塔に再循環される。この方
法によって、蒸留塔に仕込んだカプロラクタムの99%は、この生成物をポリア
ミドの製造に特に織物用途に使用するのに好適な高い純度で回収される。
ロセスによって処理することを除いて、例2を反覆する。蒸留塔底生成物を減圧
下に濃縮させて約8重量%の水濃度を得る。濃縮溶液は40℃の温度にあるが、
次いでこれを約10℃/hrの冷却速度で20℃の領域の温度に冷却させる。形
成した結晶を焼結ガラスフィルターによるろ過によって回収する。回収された水
性母液を可能性のある再循環のために貯蔵する。カプロラクタム結晶の固体ケー
キをカプロラクタムの飽和水溶液で洗浄する。湿った塩基として洗浄する程度は
1〜5回であるのが有益である。回収されたカプロラクタムは、蒸留プロセスに
再循環させるのに十分な純度を有する。この方法によって、蒸留塔に仕込んだカ
プロラクタムの99%は、この生成物をポリアミドの製造に特に織物用途に使用
するのに好適な高い純度で回収される。
Claims (29)
- 【請求項1】 アミノニトリルの環化加水分解によって得られるラクタムを
精製するに際し、加水分解反応媒体からアンモニア及び随意成分としての溶剤を
除去し、次いで塩基の存在下にラクタムの少なくとも1回の蒸留を用いることに
よって反応媒体から該ラクタムを回収し、そして蒸留によって、随意に、ラクタ
ムよりも揮発性の高い化合物を含む塔頂留分と、高純度のラクタムを含む留分と
、ラクタム及び該ラクタムよりも高い沸点を有する化合物を含む蒸留塔底生成物
とを回収することよりなるラクタムの精製法において、ラクタムの大部分を回収
しそしてこの回収されたラクタムをラクタムの精製プロセスに再循環させること
よりなる蒸留塔底生成物の処理工程を含むことを特徴とするラクタムの精製法。 - 【請求項2】 蒸留塔底生成物の処理が、水、ラクタム水溶液及びラクタム
よりなる群から選択される溶剤からラクタムを晶出させるプロセスであることを
特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 蒸留塔底生成物の処理がラクタムの薄層蒸発プロセスである
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 蒸留塔底生成物の処理が、蒸留塔底生成物を水洗しそしてラ
クタムを有機相で回収することを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか
一項記載の方法。 - 【請求項5】 ラクタムを酸性媒体で蒸留し次いで塩基性媒体を蒸留するこ
とを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の方法。 - 【請求項6】 添加される塩基性化合物の量がラクタム1kg当たり塩基性
化合物0.05g〜2gであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記
載の方法。 - 【請求項7】 塩基性化合物がアルカリ金属水酸化物から選択されることを
特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。 - 【請求項8】 酸性化合物が硫酸であることを特徴とする請求項5記載の方
法。 - 【請求項9】 酸性化合物の添加量が、精製しようとするラクタム中に存在
する遊離塩基1モル当たり0.5〜1モルであることを特徴とする請求項5又は
8記載の方法。 - 【請求項10】 ラクタムの蒸留によってラクタムの精製プロセスを実施す
るための装置において、連続して配置された3個の蒸留塔であって、脱水塔であ
る第一塔(2、22)、第二塔(6、26)、及びラクタムよりも揮発性の低い
化合物又は揮発性の高い化合物のどちらも分離するのを可能にする第三塔(11
、31)を含み、第三塔(11、31)から精製ラクタムを抜き出すようにした
こと、及びラクタムに塩基性化合物を添加してから塔のうちの少なくとも1つに
供給するようにしたことを特徴とするラクタムの精製装置。 - 【請求項11】 ラクタムに塩基性化合物を添加してから脱水塔(2、22
)に供給されることを特徴とする請求項10記載の装置。 - 【請求項12】 ラクタムよりも揮発性の高い化合物が第二塔(6)から塔
頂留分(9)として取り出されることを特徴とする請求項11記載の装置。 - 【請求項13】 ラクタムよりも揮発性の低い化合物が第三塔(11)から
蒸留塔底生成物(17)として分離されることを特徴とする請求項12記載の装
置。 - 【請求項14】 第三塔(11)からの蒸留塔底生成物(17)が、存在す
るラクタムを回収しそしてこの回収されたラクタムをラクタムの精製プロセスに
再循環させる処理を受けることを特徴とする請求項12記載の装置。 - 【請求項15】 ラクタムよりも揮発性の高い化合物が第三塔(31)から
塔頂留分として取り出され、そしてラクタムよりも揮発性の低い化合物が第二塔
(26)から蒸留塔底生成物として取り出されることを特徴とする請求項10記
載の装置。 - 【請求項16】 第二塔(26)からの蒸留塔底生成物が、存在するラクタ
ムを回収しその回収されたラクタムをラクタム精製プロセスに再循環させるため
の処理を受けることを特徴とする請求項15記載の装置。 - 【請求項17】 ラクタムの塩基性化合物を添加してから脱水塔(22)に
供給されることを特徴とする請求項15又は16記載の装置。 - 【請求項18】 ラクタムに酸性化合物を添加してから脱水工程に供給され
ること、及びラクタムに塩基性化合物を添加してから第三塔(31)に供給され
ることを特徴とする請求項15又は16記載の装置。 - 【請求項19】 ラクタムよりも揮発性の低い化合物を含む蒸留塔底生成物
の処理が、薄膜又は薄層蒸発、晶出及び/又は水洗よりなる群から選択されるプ
ロセスによってラクタムを分離することよりなることを特徴とする請求項14又
は16記載の装置。 - 【請求項20】 塩基性化合物がアルカリ金属水酸化物から選択されること
を特徴とする請求項10〜19のいずれか一項記載の装置。 - 【請求項21】 添加される塩基性化合物の量がラクタム1kg当たり塩基
性化合物0.05〜2gであることを特徴とする請求項10〜20のいずれか一
項記載の装置。 - 【請求項22】 酸性化合物が硫酸であることを特徴とする請求項18記載
の装置。 - 【請求項23】 酸性化合物の添加量が、精製しようとするラクタム中に存
在する遊離塩基1モル当たり0.5〜1モルであることを特徴とする請求項18
又は21記載の装置。 - 【請求項24】 精製しようとするラクタムを含む媒体が、アンモニアの除
去後にアミノニトリル加水分解反応媒体のイオン交換樹脂による処理によって得
られることを特徴とする請求項10〜23のいずれか一項記載の装置。 - 【請求項25】 ラクタムがカプロラクタムであることを特徴とする請求項
10〜24のいずれか一項記載の装置。 - 【請求項26】 加水分解反応媒体がアンモニアの除去前に水素化を受ける
ことを特徴とする請求項10〜25のいずれか一項記載の装置。 - 【請求項27】 加水分解反応媒体がアンモニアの除去後に水素化を受ける
ことを特徴とする請求項10〜25のいずれか一項記載の装置。 - 【請求項28】 環化加水分解が気相又は液相で実施されることを特徴とす
る請求項10〜27のいずれか一項記載の装置。 - 【請求項29】 環化加水分解が溶剤の存在下に液相で実施されることを特
徴とする請求項10〜27のいずれか一項記載の装置。
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