JP2006199685A - Method for producing cyclohexanone oxime - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シクロヘキサノンのアンモキシム化反応により、シクロヘキサノンオキシムを製造する方法に関するものである。シクロヘキサノンオキシムは、ε−カプロラクタムの原料等として有用である。 The present invention relates to a method for producing cyclohexanone oxime by an ammoximation reaction of cyclohexanone. Cyclohexanone oxime is useful as a raw material for ε-caprolactam.
シクロヘキサノンオキシムを製造する方法の1つとして、チタノシリケート触媒の存在下に、シクロヘキサノンを過酸化水素とアンモニアでアンモキシム化する方法が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。この方法は、従来のヒドロキシルアミン硫酸塩でオキシム化する方法のように硫酸をアンモニアで中和する必要がなく、また、固体触媒反応であるため、生成物と触媒との分離が容易である等の利点を有している。
As one of the methods for producing cyclohexanone oxime, a method for ammoximation of cyclohexanone with hydrogen peroxide and ammonia in the presence of a titanosilicate catalyst has been proposed (for example, see
上記アンモキシム化反応は、連続式で行うのが生産性ないし操作性の点で有利であり、例えば、特許文献2及び3には、シクロヘキサノン、過酸化水素及びアンモニアを反応器に供給しながら、反応器内の触媒が分散した反応混合物の液相をフィルターを介して抜き出すことにより、連続式でアンモキシム化反応を行うことが開示されている。また、特許文献4には、原料と共に触媒を反応器に供給しながら、連続式でアンモキシム化反応を行うことが開示されている。
The ammoximation reaction is advantageously performed in a continuous manner in terms of productivity or operability. For example, in
本発明の目的は、上記連続式アンモキシム化反応において、シクロヘキサノンオキシムの選択率をさらに向上させて、シクロヘキサノンオキシムをより高い収率で製造しうる方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a process capable of producing cyclohexanone oxime in a higher yield by further improving the selectivity of cyclohexanone oxime in the continuous ammoximation reaction.
本発明者等は鋭意研究を行った結果、反応器内に触媒が分散した反応混合物の循環流を形成し、この中に各原料を所定の位置から供給することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、反応器内にチタノシリケート触媒が分散した反応混合物を存在させ、この中にシクロヘキサノン、過酸化水素及びアンモニアをそれぞれシクロヘキサノン供給口、過酸化水素供給口及びアンモニア供給口から供給して、連続式反応によりシクロヘキサノンオキシムを製造する方法であって、上記反応混合物は循環流を形成しており、かつ、シクロヘキサノン供給口を基準として、該循環流の下流側に、過酸化水素供給口及びアンモニア供給口がこの順に設けられていることを特徴とする方法を提供するものである。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by forming a circulation flow of a reaction mixture in which a catalyst is dispersed in a reactor, and supplying each raw material from a predetermined position. The headline and the present invention were completed. That is, in the present invention, a reaction mixture in which a titanosilicate catalyst is dispersed is present in a reactor, and cyclohexanone, hydrogen peroxide, and ammonia are supplied to the reactor from a cyclohexanone supply port, a hydrogen peroxide supply port, and an ammonia supply port, respectively. Then, a process for producing cyclohexanone oxime by a continuous reaction, wherein the reaction mixture forms a circulating flow, and hydrogen peroxide is supplied to the downstream side of the circulating flow with respect to the cyclohexanone supply port. The method is characterized in that the port and the ammonia supply port are provided in this order.
本発明によれば、シクロヘキサノンの連続式アンモキシム化反応を高選択率で行うことができ、高収率でシクロヘキサノンオキシムを製造することができる。 According to the present invention, a continuous ammoximation reaction of cyclohexanone can be carried out with high selectivity, and cyclohexanone oxime can be produced in high yield.
以下、本発明を詳細に説明する。本発明で用いるチタノシリケートとは、骨格を構成する元素としてチタン、ケイ素及び酸素を含むゼオライトであり、実質的にチタンとケイ素と酸素から骨格が構成されるものであってもよいし、骨格を構成する元素としてさらに他の元素を含むものであってもよい。チタノシリケートとしては、ケイ素/チタンの原子比が10〜1000のものが好適に用いられ、またその形状は、例えば、微粉状であってもよいし、ペレット状であってもよい。チタノシリケートは、例えば特開昭56−96720号公報に記載の方法により、調製することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The titanosilicate used in the present invention is a zeolite containing titanium, silicon, and oxygen as elements constituting the skeleton, and the skeleton may be substantially composed of titanium, silicon, and oxygen. Further, other elements may be included as an element constituting the element. As the titanosilicate, those having an atomic ratio of silicon / titanium of 10 to 1000 are preferably used, and the shape thereof may be, for example, fine powder or pellet. Titanosilicate can be prepared, for example, by the method described in JP-A-56-96720.
上記チタノシリケートを触媒として用い、この触媒の存在下に、シクロヘキサノンを過酸化水素とアンモニアでアンモキシム化することにより、シクロヘキサノンオキシムを製造することができる。 Cyclohexanone oxime can be produced by using the above titanosilicate as a catalyst and ammoximation of cyclohexanone with hydrogen peroxide and ammonia in the presence of this catalyst.
原料のシクロヘキサノンは、例えば、シクロヘキサンの酸化反応により得られたものであってもよいし、シクロヘキセンの水和、脱水素反応により得られたものであってもよいし、フェノールの水素化反応により得られたものであってもよい。 The raw material cyclohexanone may be obtained, for example, by an oxidation reaction of cyclohexane, may be obtained by a hydration or dehydrogenation reaction of cyclohexene, or may be obtained by a hydrogenation reaction of phenol. It may be what was made.
過酸化水素は、通常、所謂アントラキノン法により製造され、一般に濃度10〜70重量%の水溶液として市販されているので、これを用いることができる。また、過酸化水素は、金属パラジウムを担持した固体触媒の存在下に、有機溶媒中で水素と酸素を反応させることにより製造することもでき、この方法による過酸化水素を使用する場合、反応混合物から触媒を分離して得られる過酸化水素の有機溶媒溶液を、上記過酸化水素水溶液に代えて使用すればよい。過酸化水素の使用量は、シクロヘキサノン1モルに対して、通常0.5〜3モル、好ましくは0.5〜1.5モルである。なお、過酸化水素には、例えば、リン酸ナトリウムのようなリン酸塩、ピロリン酸ナトリウムやトリポリリン酸ナトリウムのようなポリリン酸塩、ピロリン酸、アスコルビン酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、ニトロトリ酢酸、アミノトリ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸等の安定剤が添加されていてもよい。 Hydrogen peroxide is usually produced by the so-called anthraquinone method, and is generally commercially available as an aqueous solution having a concentration of 10 to 70% by weight, so that it can be used. Hydrogen peroxide can also be produced by reacting hydrogen and oxygen in an organic solvent in the presence of a solid catalyst supporting metal palladium. When hydrogen peroxide is used in this method, the reaction mixture An organic solvent solution of hydrogen peroxide obtained by separating the catalyst from the catalyst may be used in place of the aqueous hydrogen peroxide solution. The usage-amount of hydrogen peroxide is 0.5-3 mol normally with respect to 1 mol of cyclohexanone, Preferably it is 0.5-1.5 mol. Examples of hydrogen peroxide include phosphates such as sodium phosphate, polyphosphates such as sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate, pyrophosphate, ascorbic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrotriacetic acid, aminotriacetic acid, A stabilizer such as diethylenetriaminepentaacetic acid may be added.
アンモニアは、ガス状のものを用いてもよいし、液状のものを用いてもよく、また水や有機溶媒の溶液として用いてもよい。アンモニアの使用量は、シクロヘキサノン1モルに対して、好ましくは1モル以上であり、さらに好ましくは1.5モル以上である。 Ammonia may be used in the form of gas, liquid, or water or an organic solvent solution. The amount of ammonia used is preferably 1 mol or more, more preferably 1.5 mol or more, per 1 mol of cyclohexanone.
上記アンモキシム化反応は、溶媒中で行ってもよく、この反応溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、t−アミルアルコールのようなアルコール類や水、またはこれらの混合溶媒が好適に用いられる。 The ammoximation reaction may be carried out in a solvent, and examples of the reaction solvent include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t-butyl alcohol, t -Alcohols such as amyl alcohol, water, or a mixed solvent thereof is preferably used.
上記アンモキシム化反応の反応温度は通常50〜120℃であり、好ましくは70〜100℃である。また、反応圧力は常圧でもよいが、反応混合物の液相へのアンモニアの溶解量を高めるためには、加圧下で反応を行うのが好ましく、この場合、窒素やヘリウム等の不活性ガスを用いて、圧力を調整してもよい。 The reaction temperature of the ammoximation reaction is usually 50 to 120 ° C, preferably 70 to 100 ° C. The reaction pressure may be normal pressure, but in order to increase the amount of ammonia dissolved in the liquid phase of the reaction mixture, the reaction is preferably performed under pressure. In this case, an inert gas such as nitrogen or helium is used. It may be used to adjust the pressure.
本発明では、上記アンモキシム化反応を連続式で行う。この連続式反応は、通常、攪拌槽型やループ型の如き連続式反応器に、触媒が分散した反応混合物を所定量滞留させ、この中に、シクロヘキサノン、過酸化水素、アンモニア及び必要により溶媒等を供給しながら、これら原材料と略同量の反応混合物を抜き出すことにより行われる。ここで、反応混合物の抜き出しは、フィルター等を介して、その液相のみを抜き出し、触媒は反応器内に留まるようにするのがよい。触媒も一緒に抜き出す場合は、反応器への触媒の供給が必要となる。なお、この供給する触媒としては、通常、反応に未使用の新品触媒が使用されるが、抜き出した反応混合物から分離した回収触媒を、必要に応じて再生処理、例えば焼成による有機物の除去等に付した後、再使用することもでき、また新品触媒と回収触媒を併用してもよい。 In the present invention, the ammoximation reaction is carried out continuously. In this continuous reaction, a predetermined amount of a reaction mixture in which a catalyst is dispersed is usually retained in a continuous reactor such as a stirred tank type or a loop type, and in this, cyclohexanone, hydrogen peroxide, ammonia, and a solvent if necessary. The reaction mixture is withdrawn in approximately the same amount as these raw materials while feeding. Here, in extracting the reaction mixture, it is preferable to extract only the liquid phase through a filter or the like so that the catalyst remains in the reactor. When the catalyst is also extracted, it is necessary to supply the catalyst to the reactor. As the catalyst to be supplied, an unused new catalyst is usually used for the reaction, but the recovered catalyst separated from the extracted reaction mixture is used for regeneration treatment, for example, removal of organic substances by firing, etc. After being attached, it can be reused, and a new catalyst and a recovered catalyst may be used in combination.
反応混合物中の触媒濃度は、その活性や反応条件等にもよるが、反応混合物(触媒+液相)の容量あたりの重量として、通常1〜100g/L、好ましくは5〜100g/L、より好ましくは10〜100g/Lである。なお、反応開始時は、例えば触媒を溶媒に分散させてなる触媒分散液を反応器に仕込み、ここに上記の如く原材料の供給を開始すると共に、反応混合物の抜き出しを開始すればよい。また、反応器としては、過酸化水素の分解を防ぐ観点から、グラスライニングが施されたものやステンレススチール製のものを使用するのがよい。 Although the catalyst concentration in the reaction mixture depends on the activity and reaction conditions, the weight per volume of the reaction mixture (catalyst + liquid phase) is usually 1 to 100 g / L, preferably 5 to 100 g / L. Preferably it is 10-100 g / L. At the start of the reaction, for example, a catalyst dispersion obtained by dispersing the catalyst in a solvent may be charged into the reactor, and supply of raw materials may be started here, and extraction of the reaction mixture may be started. Further, as the reactor, from the viewpoint of preventing decomposition of hydrogen peroxide, it is preferable to use a glass-lined one or a stainless steel one.
そして、本発明では、上記連続式アンモキシム化反応において、反応器内に触媒が分散した反応混合物の循環流を形成し、この中に、シクロヘキサノン、過酸化水素及びアンモニアをそれぞれシクロヘキサノン供給口、過酸化水素供給口及びアンモニア供給口から供給する。その際、各供給口の位置関係は、シクロヘキサノン供給口を基準として、上記循環流の下流側に、すなわち流れ方向に向かって、過酸化水素供給口及びアンモニア供給口がこの順に配置されるようにする。このように、反応器内に触媒が分散した反応混合物の循環流を形成し、この中に各原料を所定の位置関係で供給することにより、シクロヘキサノンの縮合反応の如き副反応を抑制することができ、シクロヘキサノンオキシムの選択率を高めることができる。 In the present invention, in the continuous ammoximation reaction, a circulation flow of the reaction mixture in which the catalyst is dispersed in the reactor is formed, and in this, cyclohexanone, hydrogen peroxide and ammonia are respectively supplied to the cyclohexanone supply port, the peroxide. Supply from hydrogen supply port and ammonia supply port. At this time, the positional relationship between the supply ports is such that the hydrogen peroxide supply port and the ammonia supply port are arranged in this order on the downstream side of the circulating flow, that is, in the flow direction, with respect to the cyclohexanone supply port. To do. Thus, by forming a circulation flow of the reaction mixture in which the catalyst is dispersed in the reactor and supplying each raw material in a predetermined positional relationship, side reactions such as cyclohexanone condensation reaction can be suppressed. The selectivity of cyclohexanone oxime can be increased.
図1は、本発明による連続式アンモキシム化反応に用いられる反応装置の例を、模式的に示す断面図である。すなわち、ループ型(ドーナッツ型)の反応器1内には、白抜き矢印で示される如き反応混合物の循環流が、ポンプ等により形成される。そして、この循環流の中に、シクロヘキサノン2’が、供給管2を通ってその先端部の供給口2aから供給され、その下流側で、過酸化水素3’が、供給管3を通ってその先端部の供給口3aから供給され、さらにその下流側で、アンモニア4’が、供給管4を通ってその先端部の供給口4aから供給される。また、反応器1に設けられた抜き出し口1aからは、これら供給物と略同量の反応混合物1’が抜き出される。なお、供給口2a、3a及び4aの上流・下流の関係は相対的なものであり、例えば、過酸化水素供給口3aを基準とすれば、その下流側にアンモニア供給口4aが配置され、さらにその下流側にシクロヘキサノン供給口2aが配置されていると見ることができ、また、アンモニア供給口4aを基準とすれば、その下流側にシクロヘキサノン供給口2aが配置され、さらにその下流側に過酸化水素供給口3aが配置されていると見ることができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a reaction apparatus used for a continuous ammoximation reaction according to the present invention. That is, in the loop type (donut type)
図2は、本発明による連続式アンモキシム化反応に用いられる反応装置の別の例を、模式的に示す縦断面図である。この例では、攪拌槽型の反応器1を用い、その中に白抜き矢印に示される如き反応混合物の循環流を形成するために、円筒形の隔壁5が攪拌翼6を囲むように設けられている。すなわち、攪拌翼6の回転により、隔壁5の内側、すなわち反応器1内の水平方向中央部では、反応混合物の下降流が形成され、隔壁5の外側、すなわち反応器1内の水平方向周縁部では、反応混合物の上昇流が形成され、全体として、これら下降流及び上昇流からなる反応混合物の循環流が形成される。そして、図1と同様に、この循環流の中に、シクロヘキサノン2’,2’が、供給管2,2を通ってその先端部の供給口2a,2aから供給され、その下流側の液深の浅い箇所で、過酸化水素3’,3’が、供給管3,3を通ってその先端部の供給口3a,3aから供給され、さらにその下流側の液深の深い箇所で、アンモニア4’,4’が、供給管4,4を通ってその先端部の供給口4a,4aから供給される。また、反応器1に設けられた抜き出し口1aからは、これら供給物と略同量の反応混合物1’が抜き出される。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing another example of the reaction apparatus used in the continuous ammoximation reaction according to the present invention. In this example, a stirring
なお、図1では、供給口2a、3a及び4aを1個ずつ設ける例を示し、図2では、供給口2a、3a及び4aを2個ずつ設ける例を示したが、その数は任意であり、例えばスパージャーを用いることもできる。また、図1では、反応混合物の抜き出し口1aを、過酸化水素供給口3aの下流側で、アンモニア供給口4aの上流側に1個設ける例を示し、図2では、反応混合物の抜き出し口1aを、アンモニア供給口4aの下流側で、シクロヘキサノン供給口2aの上流側に1個設ける例を示したが、その位置と数は任意であり、適宜調整すればよい。さらに、図1及び図2には示されていないが、溶媒や他の成分の供給口を別に設ける場合は、適当な位置に1個ないし複数個設ければよい。
1 shows an example in which one
シクロヘキサノンオキシムの選択率をさらに向上させるためには、反応混合物の液相におけるアンモニアの濃度が1重量%以上となるようにするのが望ましい。こうすることで、シクロヘキサノンの転化率も向上させることができる。このアンモニアの濃度は、好ましくは1.5重量%以上であり、また、通常10重量%以下、好ましくは5重量%以下である。 In order to further improve the selectivity of cyclohexanone oxime, it is desirable that the ammonia concentration in the liquid phase of the reaction mixture be 1% by weight or more. By doing so, the conversion of cyclohexanone can also be improved. The ammonia concentration is preferably 1.5% by weight or more, and usually 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less.
また、反応混合物の循環流に対するシクロヘキサノン供給口、過酸化水素供給口及びアンモニア供給口の位置関係は、先に述べたとおりであるが、さらに、反応混合物の液深方向、すなわち鉛直方向に対する位置関係としては、図2に示される如く、シクロヘキサノン供給口、過酸化水素供給口及びアンモニア供給口のうち、アンモニア供給口を最下部に設け、過酸化水素供給口を最上部に設けるのが好ましい。このとき、シクロヘキサノン供給口は、例えば図2に示される如く、アンモニア供給口及び過酸化水素供給口の間の中間の位置に設ければよい。 The positional relationship of the cyclohexanone supply port, the hydrogen peroxide supply port, and the ammonia supply port with respect to the circulation flow of the reaction mixture is as described above, and further, the positional relationship of the reaction mixture with respect to the liquid depth direction, that is, the vertical direction. As shown in FIG. 2, among the cyclohexanone supply port, the hydrogen peroxide supply port, and the ammonia supply port, it is preferable to provide the ammonia supply port at the bottom and provide the hydrogen peroxide supply at the top. At this time, the cyclohexanone supply port may be provided at an intermediate position between the ammonia supply port and the hydrogen peroxide supply port, for example, as shown in FIG.
得られた反応混合物の後処理操作については、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、特許文献3に記載の如く、反応混合物の液相を濃縮した後、この濃縮物からシクロヘキサノンオキシムを有機溶媒で抽出し、次いで、この抽出液を再度濃縮することにより、シクロヘキサノンオキシムを分離することができる。
For the post-treatment operation of the obtained reaction mixture, a known method can be appropriately employed. For example, as described in
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれによって限定されるものではない。例中、含有量ないし使用量を表す%及び部は、特記ないかぎり重量基準である。また、シクロヘキサノン及びシクロヘキサノンオキシムの分析はガスクロマトグラフィーにより行い、この分析結果に基づいてシクロヘキサノンの転化率、シクロヘキサノンオキシムの選択率及びシクロヘキサノンオキシムの収率を算出した。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. In the examples, “%” and “part” representing the content or amount used are based on weight unless otherwise specified. Cyclohexanone and cyclohexanone oxime were analyzed by gas chromatography, and the conversion of cyclohexanone, the selectivity of cyclohexanone oxime, and the yield of cyclohexanone oxime were calculated based on the analysis results.
実施例1
この例で用いた反応装置は、図2に概略で示されるとおりである。すなわち、SUS316製の攪拌槽型反応器1に、シクロヘキサノン2’を6.83部、60%過酸化水素水3’を4.44部、及びアンモニア4’を2.23部の割合で、それぞれ供給口2a、3a及び4aから供給し、さらに含水t−ブチルアルコール(水12%)を23.6部の割合で供給しながら、抜き出し口1aからフィルターを介して反応混合物の液相1’を抜き出すことにより、温度85℃、圧力0.35MPa(絶対圧)、滞留時間1.5時間の条件で連続式反応を行った。この間、反応器1内の反応混合物中には、30g/Lの濃度でチタノシリケート(Polimeri Europa社製)を存在させた。反応開始から20時間後に抜き出した反応混合物の液相1’を分析した結果、シクロヘキサノンの転化率は99.8%、シクロヘキサノンオキシムの選択率は99.4%であり、シクロヘキサノンオキシムの収率は99.2%であった。また、アンモニアの濃度は2%であった。
Example 1
The reactor used in this example is as shown schematically in FIG. That is, in a stirred
1……反応器、
2……シクロヘキサノン供給管、
3……過酸化水素供給管、
4……アンモニア供給管、
1a…反応混合物抜き出し口、
2a…シクロヘキサノン供給口、
3a…過酸化水素供給口、
4a…アンモニア供給口、
1’…反応混合物、
2’…シクロヘキサノン、
3’…過酸化水素、
4’…アンモニア、
5……隔壁、
6……攪拌翼。
1 …… Reactor,
2 …… Cyclohexanone supply pipe,
3 ... Hydrogen peroxide supply pipe,
4 ... Ammonia supply pipe,
1a: Reaction mixture outlet,
2a ... cyclohexanone supply port,
3a ... Hydrogen peroxide supply port,
4a ... ammonia supply port,
1 '... reaction mixture,
2 '... cyclohexanone,
3 '... hydrogen peroxide,
4 '... ammonia,
5 ...
6: Stirring blade.
Claims (3)
The method according to claim 1 or 2, wherein among the cyclohexanone supply port, the hydrogen peroxide supply port, and the ammonia supply port, the ammonia supply port is provided at the lowermost portion and the hydrogen peroxide supply port is provided at the uppermost portion.
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