JP2007500198A - カプロラクタムを調製するための連続法 - Google Patents

Abstract

本発明は、シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位によりカプロラクタムを調製するための連続法に関する。該方法は、ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、ｃ）第２の反応混合物の一部分を取り出すことと、を含み、該方法はさらに、１）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、により、反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムを取得することを含む。

Description

本発明は、シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位によりカプロラクタムを調製するための連続法に関する。該方法は、
ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｃ）第２の反応混合物の一部分を取り出すことと、
を含む。

発明の詳細な説明

カプロラクタムは、シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位により調製可能である。そのようなベックマン転位は、カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む反応混合物にシクロヘキサノンオキシムを混合することにより行いうる。そのような方法では、硫酸およびＳＯ_３は、シクロヘキサノンオキシムからカプロラクタムへの転化用の触媒である。そのような転化は、瞬時に起こることが知られている。

そのような方法については、米国特許第３９５３４３８号明細書に記載されている。この方法では、循環反応マスが１．４５の硫酸＋ＳＯ_３対カプロラクタム重量比および５．９重量パーセントのＳＯ_３含有率を有するように、４．９重量％の水を含有するシクロヘキサノンオキシムおよび２５重量パーセントのＳＯ_３を含有する発煙硫酸が、循環反応マスを含有する第１の転位ゾーンに連続的に供給される。送入される供給物に相当する第１の接触転位ゾーンの反応マスの一部分が連続的に取り出されて、循環反応マスを含有する第２の転位ゾーンに供給される。４．９重量％の水を含有するシクロヘキサノンオキシムもまた、第２の転位ゾーンの循環反応マスに連続的に供給される。第２の転位ゾーンの循環反応マスは、１．１４の硫酸＋ＳＯ_３対カプロラクタム重量比および３．２重量パーセントのＳＯ_３含有率を有する。送入される供給物に相当する第２の接触転位ゾーンの反応マスの一部分が取り出される。

米国特許第３９５３４３８号明細書には、オキシムが６重量％までの水を含有しうると記載されている。０．１重量％の水の値が下限として挙げられるが、実際には、この特許に開示されている方法は、高い水含有率で行われている。すなわち、すべての実施例で、４．９重量％の水を含有するオキシムが使用されている。オキシムの水含有率を減少させる方法についての記載はない。

米国特許第３９５３４３８号明細書の方法では、比較的高い発煙硫酸濃度を有する発煙硫酸が必要とされる。したがって、カプロラクタムの所望の収率を得るには大量のＳＯ_３が必要である。

本発明の目的は、比較的少量のＳＯ_３を使用しつつ収率を向上させることである。

この目的は、当該方法が、
１）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、
２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、
により、反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムを取得することをさらに含むことで達成される。

本発明に係る方法によりカプロラクタムの高い収率を得るのにより少ないＳＯ_３の添加ですむことを見いだした。大量のＳＯ_３を添加することは、高ＳＯ_３濃度の発煙硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４／ＳＯ_３混合物）を適用しなければならなくなるか（これは、経済的観点からみても、発煙硫酸の発煙する危険性が増大する点でも、発煙硫酸の流動性が減少する点でも、不利である）または比較的低濃度のＳＯ_３を含む発煙硫酸を用いたとしても依然として単位量のオキシムあたり大量の発煙硫酸を転位混合物に供給しなければならなくなるか（これにより、後続の中和時に多量の副生物（硫酸アンモニウム）が生成することになる）のいずれかの理由で不利である。

本発明に係る方法によれば、プロセスに添加される所定の量のＳＯ_３に対してカプロラクタムのより高い収率を取得しうるか、またはカプロラクタムの所定の収率を取得するのにより少量のＳＯ_３の添加ですむ。これに加えて、本発明に係る方法を用いれば、プロセスに添加される所定の量のＳＯ_３に対して得られるカプロラクタムの向上した品質を取得しうるか、またはカプロラクタムの所定の品質を取得するのにより少量のＳＯ_３の添加ですむ。

反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムは、
１）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、
２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、
により取得される。

有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体の調製は、好ましくは、シクロヘキサノンオキシムに対する溶媒でもある有機溶媒中のシクロヘキサノンの溶液のストリームをヒドロキシルアンモニウムのリン酸緩衝水溶液のストリームに反応ゾーン（これ以降ではシクロヘキサノンオキシム合成ゾーンと記す）内で向流状態で接触させることと、該有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を反応ゾーンから取り出すことと、により行われる。シクロヘキサノンオキシムの調製方法で使用するのに特に好適な有機溶媒は、トルエンおよびベンゼンである。好ましくは、有機溶媒としてトルエンを使用する。リン酸緩衝水性反応媒体は、好ましくは、ヒドロキシルアンモニウム合成ゾーンとシクロヘキサノンオキシム合成ゾーンとの間で連続的に再循環される。ヒドロキシルアンモニウム合成ゾーンでは、硝酸イオンまたは一酸化窒素を水素で接触還元することによりヒドロキシルアンモニウムが生成される。シクロヘキサノンオキシム合成ゾーンでは、ヒドロキシルアンモニウム合成ゾーンで生成されたヒドロキシルアンモニウムがシクロヘキサノンと反応してシクロヘキサノンオキシムを生成する。次に、水性反応媒体からシクロヘキサノンオキシムを分離することが可能であり、水性反応媒体はヒドロキシルアンモニウム合成ゾーンに再循環される。生成されたシクロヘキサノンオキシムを該有機溶媒中に溶解して含む有機媒体を反応ゾーンから取り出し、そして蒸留することにより、２重量％未満、好ましくは１重量％未満、より好ましくはさらに０．２重量％未満、さらにより好ましくは０．１重量％未満の水含有率を有するシクロヘキサノンオキシムを回収する。本発明に係る方法では、この回収されたシクロヘキサノンオキシムは、反応混合物に供給される。

有機媒体は、一般的には、シクロヘキサノンオキシムと該有機溶媒と場合によりシクロヘキサノンとを含む。有機媒体がシクロヘキサノンを含む場合、有機媒体中のシクロヘキサノンの濃度は、０．１重量％超、好ましくは０．５重量％超、最も好ましくは１重量％超でありうる。有機媒体中のシクロヘキサノンの濃度は、１０重量％未満、好ましくは５重量％未満でありうる。有機媒体中のシクロヘキサノンオキシムの濃度は、５重量％超、好ましくは１０重量％超、より好ましくは２５重量％超でありうるとともに、６０重量％未満、好ましくは５０重量％未満でありうる。有機媒体中の有機溶媒の濃度は、４０重量％超、好ましくは５０重量％超でありうるとともに、９５重量％未満、好ましくは９０重量％未満でありうる。

本発明に係る方法では、該有機媒体からのシクロヘキサノンオキシムの分離は、蒸留により行われる。蒸留は、任意の好適な方法で行いうる。蒸留は、任意の好適なカラムまたはカラムの組合せを用いて行いうる。一実施形態では、蒸留による分離は、有機媒体を蒸留して留出物（オーバーヘッド生成物）として有機溶媒およびボトム生成物としてシクロヘキサノンオキシムを取得することを含む。たとえばボトム生成物として取得されるシクロヘキサノンオキシムは、たとえば、２重量％未満、好ましくは１重量％未満、より好ましくは０．２重量％未満、より好ましくは０．１重量％未満の水を含みうる。そしてこれを、第１の反応混合物、第２の反応混合物、および場合により第３の反応混合物に供給しうる。蒸留は、任意の好適な温度、たとえば３５〜１１５℃、好ましくは５０〜１００℃で、かつ任意の好適な圧力、たとえば０．００６〜０．０２０ＭＰａ、好ましくは０．０１２〜０．０２０ＭＰａで行いうる。本明細書中で使用する場合、温度とは、蒸留が行われるカラムの上端の温度を意味する。本明細書中で使用する場合、圧力とは、蒸留が行われるカラムの上端の圧力を意味する。蒸留の実施例については、英国特許出願公開第１３０３７３９号明細書および欧州特許出願公開第５２９１号明細書に記載されている。

好ましい実施形態では、本方法は、
ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｃ）第２の反応混合物の一部分を取り出すことと、
ｄ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第３の反応混合物中に（ｖ）第２の反応混合物の一部分と（ｖｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｅ）第３の反応混合物の一部分を取り出すことと、
を含み、本方法はさらに、
１）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、
２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、
により、反応混合物中に導入されるシクロヘキサノンオキシムを取得することを含む。

好ましくは、第１の反応混合物、第２の反応混合物、および該当する場合には第３の反応混合物は、循環状態に保持される。

そのような多段階転位では、好ましくは、各段階のベックマン転位は、シクロヘキサノンオキシムと、それとは別に、発煙硫酸（第１の段階）と、それぞれ前の段階（もしあれば）から取り出された量の循環反応混合物と、を循環反応混合物に連続的に供給することにより、かつシクロヘキサノンオキシムの量と、発煙硫酸（第１の段階）の量と、それぞれ前の段階（もしあれば）から取り出されて循環反応混合物に導入された循環反応混合物の量と、に相当する量の循環反応混合物を連続的に取り出すことにより、かつ次の段階（もしあれば）に該量を連続的に供給することにより、カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む循環反応混合物中で行われる。多段階転位の最終段階では、シクロヘキサノンオキシムの量と、前の段階から取り出されて最終段階の循環反応混合物に導入された循環反応混合物の量と、に相当する循環反応混合物の一部分を取り出して、該一部分からカプロラクタムを回収する。

第１の反応混合物、第２の反応混合物、および任意の第３の反応混合物は、カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む。反応混合物のモル比Ｍは、（ｎ_ＳＯ３＋ｎ_{Ｈ２ＳＯ４}）／ｎ_ｃａｐとして定義される。ただし、ｎ_ＳＯ３＝反応混合物中のｍｏｌ単位のＳＯ_３の量（１ｍｏｌのＳＯ_３は８０ｇに対応する）、ｎ_{Ｈ２ＳＯ４}＝反応混合物中のｍｏｌ単位のＨ_２ＳＯ_４の量（１ｍｏｌのＨ_２ＳＯ_４は９８ｇに対応する）、およびｎ_ｃａｐ＝反応混合物中のｍｏｌ単位のカプロラクタムの量（１ｍｏｌのカプロラクタムは１１３ｇに対応する）。ＳＯ_３含有率（重量％）とは、硫酸とＳＯ_３とカプロラクタムとを含む反応混合物の全量（ｇ）に対するＳＯ_３の量（ｇ）を意味する。

本発明の好ましい一実施形態では、転位は、連続的につながった２つの段階で行われる。この実施形態では、カプロラクタムは、好ましくは、
ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、ここで、第２の反応混合物のモル比Ｍは、１．０〜１．４であり、かつ第２の反応混合物のＳＯ_３含有率は、６重量％超、より好ましくは８重量％超、さらにより好ましくは１０重量％超であり、かつ第２の反応混合物のＳＯ_３含有率は、好ましくは２０重量％未満、より好ましくは１８重量％未満、さらにより好ましくは１６重量％未満である、
ｃ）第２の反応混合物の一部分を取り出してそれからカプロラクタムを回収することと、
を含む連続法により取得され、本方法はさらに、
１）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、
２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、
により、反応混合物中に導入されるシクロヘキサノンオキシムを取得することを含む。好ましくは、第１の反応混合物および第２の反応混合物は、循環状態に保持される。

本発明のさらにより好ましい実施形態では、転位は、連続的につながった３つの段階で行われる。この実施形態では、カプロラクタムは、
ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
ｃ）第２の反応混合物の一部分を取り出すことと、
ｄ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第３の反応混合物中に（ｖ）第２の反応混合物の一部分と（ｖｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、ここで、第３の反応混合物のモル比Ｍは、１．０〜１．４であり、かつ第３の反応混合物のＳＯ_３含有率は、６重量％超、より好ましくは８重量％超、さらにより好ましくは１０重量％超であり、かつ第３の反応混合物のＳＯ_３含有率は、好ましくは１８重量％未満、より好ましくは１７重量％未満、さらにより好ましくは１６重量％未満である、
ｅ）第３の反応混合物の一部分を取り出してそれからカプロラクタムを回収することと、
を含む連続法により取得され、本方法はさらに、
１）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、
２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、
により、反応混合物中に導入されるシクロヘキサノンオキシムを取得することを含む。好ましくは、第１の反応混合物、第２の反応混合物、および第３の反応混合物は、循環状態に保持される。

多段階転位の最終段階を低モル比にすると後続の中和時に少量の硫酸アンモニウムが生成されるようになり、それと同時に、そのような低モル比で多量のＳＯ_３を用いるとカプロラクタムの収率が向上するようになるうえに得られるカプロラクタムの品質も向上するようになるという理由で、多段階転位の特に最終段階をそのような低モル比かつ高ＳＯ_３含有率で行うことは有利である。

モル比Ｍは、好ましくは反応混合物ごとに異なる。第１、第２、および該当する場合には第３の反応混合物のモル比Ｍは、本明細書中で使用する場合、それぞれ、Ｍ（１）、Ｍ（２）、およびＭ（３）と記される。第１、第２、および該当する場合には第３の反応混合物のＳＯ_３濃度は、本明細書中で使用する場合、Ｃ_ＳＯ３（１）、Ｃ_ＳＯ３（２）、およびＣ_ＳＯ３（３）と記される。第１、第２、および該当する場合には第３の反応混合物の温度は、本明細書中で使用する場合、それぞれ、Ｔ（１）、Ｔ（２）、およびＴ（３）と記される。本明細書中で使用する場合、Ｍ、ＳＯ_３濃度、および温度に対する値は、特に、シクロヘキサノンオキシムを反応混合物中に供給した後で得られる反応混合物における値を意味する。

カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む反応混合物のＳＯ_３含有率は、好ましくは６重量％超、より好ましくは８重量％超、さらにより好ましくは１０重量％超である。実用上の理由で、反応混合物のＳＯ_３含有率は、通常２０重量％未満、たとえば１８重量％未満、たとえば１７重量％未満である。反応混合物のモル比Ｍは、好ましくは１〜２．２、より好ましくは１．１〜１．９である。

ベックマン転位が行われる温度は、好ましくは７０〜１３０℃であり、より好ましくは７０〜１２０℃の温度である。

ＭおよびＳＯ_３濃度に対する好ましい値は、シクロヘキサノンオキシムを適正量でさまざまな段階に供給することにより、かつ適切なＳＯ_３濃度の発煙硫酸を適正量で適用することにより、取得可能である。

好ましくは、Ｍ（２）はＭ（１）未満である。好ましくは、Ｍ（３）はＭ（２）未満である。

好ましい実施形態では、Ｍ（１）は、１．２〜２．２、好ましくは１．４〜１．９であり、より好ましくは１．５〜１．８である。好ましくは、Ｃ_ＳＯ３（１）は、３〜２０重量％、好ましくは５重量％超、より好ましくは６重量％超である。Ｃ_ＳＯ３（１）に対する値を増大させることは、第２の反応混合物に発煙硫酸を供給しなくとも第２の反応混合物のＣ_ＳＯ３（２）を高く保持しうるという利点を有する。Ｃ_ＳＯ３（１）は、好ましくは１８重量％未満、さらにより好ましくは１７重量％未満である。好ましくは、Ｔ（１）は、７０〜１３０℃、より好ましくは７０〜１２０℃である。

好ましい実施形態では、Ｍ（２）は、１．０〜１．６、好ましくは１．２〜１．５である。好ましくは、Ｃ_ＳＯ３（２）は、２〜２０重量％、より好ましくは６重量％超、より好ましくは８重量％超である。Ｍ（２）を上述の範囲内にしてＣ_ＳＯ３（２）の濃度を増大させたところ、驚くべきことに、収率が著しく高くなることが判明した。Ｃ_ＳＯ３（２）は、好ましくは１８重量％未満、さらにより好ましくは１６重量％未満である。好ましくは、Ｔ（２）は、７０〜１３０℃、より好ましくは８０〜１２０℃である。

好ましい実施形態では、Ｍ（３）は、１．０〜１．４、好ましくは１．０〜１．３である。好ましくは、Ｃ_ＳＯ３（３）は、４〜１８重量％、好ましくは６重量％超、より好ましくは８重量％超である。Ｍ（３）を上述の範囲内にしてＣ_ＳＯ３（３）の濃度を増大させたところ、驚くべきことに、収率が著しく高くなることが判明した。Ｃ_ＳＯ３（３）は、好ましくは１７重量％未満、さらにより好ましくは１６重量％未満である。好ましくは、Ｔ（３）は、８０〜１３０℃、より好ましくは８０〜１２０℃である。

ＭおよびＳＯ_３含有率に対する値は、任意の好適な方法で取得可能である。好ましい実施形態では、本方法は、反応混合物を循環状態に保持することと、硫酸とＳＯ_３とを含む混合物（たとえば発煙硫酸）またはカプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む反応混合物を循環反応混合物に供給することと、循環反応混合物の一部分を取り出すことと、を含む連続法である。硫酸とＳＯ_３とを含む混合物の量、そのＳＯ_３含有率、および循環反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの量は、反応混合物のＭおよびＳＯ_３含有率が好ましい値を有するように選択可能である。発煙硫酸は、任意の好適なＳＯ_３濃度、たとえば１８〜３５重量％のＳＯ_３を有しうる。

本発明に係る方法では、転位は、好ましくはさらなる段階に進むごとに反応混合物のモル比Ｍが減少するように連続的につながった複数の段階で行われる。好ましくは、転位は、連続的につながった少なくとも２つの段階、より好ましくは少なくとも３つの段階で行われる。発煙硫酸は、任意の好適な方法で反応混合物に供給しうる。好ましくは、適用される発煙硫酸はすべて、第１の反応混合物に供給され、一方、好ましくは、シクロヘキサノンオキシムは、第１、第２、および該当する場合には第３の反応混合物に供給される。好ましくは、第１の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの量は、第２の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの量よりも多く、該当する場合には、好ましくは、第２の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの量は、第３の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの量よりも多い。さらなる段階に進むごとにモル比を減少させれば、さらなる段階に進むごとにカプロラクタムの収率が減少するので、これは有利である。段階ごとに量を減少させてシクロヘキサノンオキシムを各段階に供給すると、同等のより少量の硫酸アンモニウム副生物の生成を伴って全体としてカプロラクタムの全高収率が保持されるようになる。好ましくは、第１、第２、および該当する場合には第３の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの全量の６０〜９５重量％が第１の反応混合物に供給される。好ましくは、第１、第２、および該当する場合には第３の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの全量の５〜４０重量％が第２の反応混合物に供給される。該当する場合には、好ましくは、第１、第２、および第３の反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムの全量の２〜１５重量％が第３の反応混合物に供給される。

好ましくは、１体積部のシクロヘキサノンオキシムが、少なくとも１０体積部、より好ましくは少なくとも２０体積部の反応混合物に連続的に導入される。

シクロヘキサノンオキシムは、好ましくは、液体溶融物の形態で反応混合物に供給される。

シクロヘキサノンオキシムおよびそれとは別に発煙硫酸は、好ましくは、仕切りを介して導入される。好ましくは、シクロヘキサノンオキシムは、反応混合物と激しく混合される。シクロヘキサノンオキシムを反応混合物と混合するのに好適な方法については、たとえば、米国特許第３６０１３１８号および欧州特許出願公開第１５６１７号の各明細書に記載されている。本発明の好ましい実施形態では、シクロヘキサノンオキシムは、図２に示されるような混合装置を用いて反応混合物に混合される。図２では、混合装置は、第１の部分１０１ａでスロート１０１ｂに向かって細くなりスロート１０１ｂを越えて第２の部分１０１ｃで拡がる円筒状管１０１を含む。管の第２の部分１０１ｃは、第２の管１０２に接続される。スロートには、供給チャンバー１０４に接続されている開口１０３が存在する。シクロヘキサノンオキシムは、供給チャンバー１０４を介して送給され、開口１０３を介して反応混合物に供給される。混合装置は、独立して開口１０３を開状態および閉状態にすることのできるクロージャー１０５を含む。混合装置はまた、管１０１の出口に対向してバッフル１０６を含む。管は、壁１１０とオーバーフロー１１１と出口１１２とを有する捕集槽Ｂ内に開口する。管１０２から送出された反応混合物は、捕集槽Ｂ内に捕集され、一部分は、ライン１１２を介して捕集槽Ｂから送出されてさらに循環され、一部分は、オーバーフロー１１１を介して送出されて後続の反応混合物に供給されるかまたはカプロラクタムの回収に供される。本発明のより好ましい実施形態では、混合装置は、（ｉ）反応混合物を貫流させうる管と、（ｉｉ）管の周囲に配設されたチャネルと、を含み、該チャネルは、管中に開口し、当該方法は、反応混合物を管に通すことと、１つ以上の該チャネルを介して反応混合物中にシクロヘキサノンオキシムを供給することと、を含み、反応混合物のＲｅは、＞５０００、好ましくは１０，０００超である。ここで、Ｒｅは、ρ・Ｖ・Ｄ／ηにより定義されるレイノルズ数である。ただし、
ρ＝管に供給される反応混合物の密度（ｋｇ／ｍ^３単位）
Ｖ＝反応混合物の速度。Ｖは、Ｗ／Ａとして定義される。ここで、Ｗは、管に供給される反応混合物の流量（ｍ^３／秒単位）であり、Ａは、該チャネルが管中に開口するレベルにおける管の断面積（ｍ^２単位）である。
Ｄ＝該チャネルが管中に開口するレベルにおける管の直径（ｍ単位）。
η＝管中に供給される反応混合物の粘度（Ｐａ・秒単位）。

ベックマン転位の最終段階で得られる反応混合物からのカプロラクタムの回収は、公知の方法により行いうる。好ましくは、ベックマン転位の最終段階で得られる反応混合物は、水中のアンモニアで中和され、こうして生成された硫酸アンモニウムは、カプロラクタム溶液から除去される。カプロラクタム溶液は、公知の手順により精製しうる。

好ましい実施形態の説明
図１は、第１の循環系と第２の循環系と第３の循環系とを含む三段階の転位用の好ましい構成を示している。第１の循環系は、混合装置Ａ１と捕集槽Ｂ１とポンプＣ１と冷却器Ｄ１とを含み、第１の反応混合物は、ライン１を介して循環状態に保持される。第２の循環系は、混合装置Ａ２と捕集槽Ｂ２とポンプＣ２と冷却器Ｄ２とを含み、第２の反応混合物は、ライン１１を介して循環状態に保持される。第３の循環系は、混合装置Ａ３と捕集槽Ｂ３とポンプＣ３と冷却器Ｄ３とを含み、第３の反応混合物は、ライン２１を介して循環状態に保持される。シクロヘキサノンオキシムおよび発煙硫酸は、それぞれ、ライン２およびライン３を介して第１の反応混合物中に供給される。第１の反応混合物の一部分は、ライン４を介して捕集槽Ｂ１から取り出され、第２の反応混合物に供給される。シクロヘキサノンオキシムは、ライン１２を介して第２の反応混合物に供給される。第２の反応混合物の一部分は、ライン１４を介して捕集槽Ｂ２から取り出され、第３の反応混合物に供給される。シクロヘキサノンオキシムは、ライン２２を介して第３の反応混合物に供給される。第３の反応混合物の一部分は、ライン２４を介して捕集槽Ｂ３から取り出される。本方法は、連続的に行われる。

図２は、好ましくは、混合装置Ａ１、混合装置Ａ２、および混合装置Ａ３として使用される混合装置を示している。

以下の特定の実施例は、開示の残りの部分を単に例示したものであって限定するものではないとみなされる。実施例では、カプロラクタムの収率を次のように決定した。転位の最終段階から送出された反応混合物からサンプルを採取した。収率（反応混合物に供給されたシクロヘキサノンオキシムの単位量あたりの生成されたカプロラクタムの量）を次のように決定した。１５ｇのＫ_２ＳＯ_４および０．７ｇのＨｇＯに加えてさらに濃硫酸（２０ｍｌ、９６重量％）を、各サンプルの第１の部分（０．２ｇ）に添加した。得られた酸性混合物の窒素含有率をケルダール法により決定し、それからサンプルの第１の部分の窒素のモル濃度（ＴＮ）を計算した。各サンプルの第２の部分をクロロホルムで抽出する。この方法は、カプロラクタムがクロロホルム相に進入するという事実に基づく。不純物は水相中に残る。抽出された水性相の窒素含有率をケルダール法で分析し、それからサンプルの第２の部分の窒素のモル濃度（ＲＮ）を計算した。収率は、次のように計算される。

得られたカプロラクタムの品質規格として使用される２９０ｎｍの吸光度（Ｅ_２９０）を次のように決定した。転位の最終段階から送出された反応混合物をアンモニアで中和し、得られたカプロラクタム含有水性相を分離した。１ｃｍキュベットを用いて、分離されたカプロラクタム含有水性相の吸光度を２９０ｎｍの波長で測定した（７０重量％のカプロラクタム水溶液で算出した）。

（実施例１）
これは、トルエンの存在下で緩衝化リン酸ヒドロキシルアンモニウム溶液とシクロヘキサノンとを反応させることによりシクロヘキサノンオキシムを調製する実施例である。

図３に記載の方法を用いて、単位時間あたり以下のヒドロキシルアンモニウム塩溶液をライン１により向流反応器Ａに供給した。
６５キロモルのＮＨ_２ＯＨ．Ｈ_３ＰＯ_４
９７キロモルのＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４
３８キロモルのＨ_３ＰＯ_４
１９１キロモルのＮＨ_４ＮＯ_３、および
３１８４キロモルのＨ_２Ｏ。

該溶液は、リン酸塩とリン酸との組合せにより緩衝化された媒体中でかつ白金触媒の存在下で５５重量％の硝酸の形態で供給された硝酸イオンを水素によりヒドロキシルアミンに還元するヒドロキシルアミン合成段階から誘導されたものである。溶液のｐＨは、２．１であった。

６５キロモルのシクロヘキサノンのさらなる溶液と、
４００キロモルのトルエン、
９キロモルのシクロヘキサノン、
２キロモルのオキシム、および
５キロモルのＨ_２Ｏ、
を含有するトルエンストリームと、をそれぞれライン２および３により該反応器Ａに送入した。

反応器Ａ内の温度を７０℃に保持した。

ライン４を介してオキシム含有トルエン生成物ストリームを反応器から加熱スパイラル５を備えた蒸留塔Ｃに送出した。該生成物ストリームは、
４００キロモルのトルエン、
６５キロモルのオキシム、および
２０キロモルのＨ_２Ｏ、
を含有していた。

塔Ｃ内で、オキシムとトルエンとの分離を行った。ライン６を介して単位時間あたり６５キロモルのオキシムを送出し、一方、ライン７を介してトルエン（４００キロモル）および水（２０キロモル）を抽出塔Ｂに送出した。

単位時間あたり、
１９１キロモルのＮＨ_４ＮＯ_３
９７キロモルのＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４
１０３キロモルのＨ_３ＰＯ_４
９キロモルのシクロヘキサノン、
２キロモルのオキシム、および
３２３４キロモルのＨ_２Ｏ、
を含有する水溶液を、ライン８により抽出塔Ｂに送出した。

溶解されているトルエンをストリッピングにより除去した後、抽出塔Ｂから送出された水溶液は、以下の組成を有していた。
９７キロモルのＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４
１９１キロモルのＨＮ_４ＮＯ_３
１０３キロモルのＨ_３ＰＯ_４、および
３２４９キロモルのＨ_２Ｏ。

硝酸をヒドロキシルアミンに還元するときの反応媒質として役立てるべく、この溶液をヒドロキシルアミン合成段階に再循環させた。

塔Ｃ内で得られたオキシムは、１０００ｐｐｍ未満の水を含有する。該オキシムを以下に記載の実施例２〜４で使用した。

（比較実験Ａ）
図１および２に示されるような構成を使用した。転位系の第１の段階に、４．７％の水を含有するオキシムを７．１トン／時で供給し（２）、２５重量％のＳＯ_３を含有する発煙硫酸を９．２トン／時で供給する（３）。冷却器（Ｄ１）を横切って４００トン／時の速度で第１の反応混合物を循環させてその温度を７７℃まで低下させることにより、ポンプ槽（Ｃ１）内の温度を１０２℃に保持する。５１ｍｍのスロート直径（１０１ｂ）を有する混合装置（Ａ１）にオキシムを通して、循環する第１の反応混合物中に混合する。混合装置は、１６本のチャネル（直径３ｍｍ）を備えていた。８本のチャネル（チャネルのうちの８本は閉状態位置にある）を介してシクロヘキサノンオキシムを供給した。スロートにおける循環混合物の速度は４０ｍ／秒であり、シクロヘキサノンオキシムが循環反応混合物に供給される速度は４１ｍ／秒である。同等な供給源のオキシムが１．９トン／時で添加（１２）される転位系の第２の段階に、反応器送出物（４）を送る。転位系の第２および第３の段階では、第１の段階で使用されるのと同様であるが第２および第３の段階ではより低いスループットになるように寸法が適合化されている混合装置（それぞれＡ２およびＡ３）にオキシムを通して、それぞれ循環する第２および第３の反応混合物中に混合する。循環速度は１５０トン／時であり、冷却器（Ｄ２）の出口温度は７２℃であり、反応器は８６℃で動作する。最後に、オキシムが１．１トン／時で添加（２２）される転位系の第３の段階に反応器送出物（１４）を送る。１００トン／時の循環速度および７６℃の冷却器（Ｄ３）出口温度により、動作温度を再び８６℃に制御する。

第１、第２、および第３の各反応混合物のモル比は、それぞれ、１．６８、１．３２、および１．１８であり、それぞれ、１．４６、１．１５、および１．０２の重量比に対応する。反応混合物の重量比は、（反応混合物中のＳＯ_３の量＋反応混合物中のＨ_２ＳＯ_４の量）／反応混合物中のカプロラクタムの量として定義される。第１、第２、および第３の各反応混合物のＳＯ_３濃度は、それぞれ、４．８％、２．１％、および０．８％であった。三段階転位系の全収率を先に記載の方法により決定したところ、９８．９％であった。２９０ｎｍの吸光度（先に記載したように決定した）は、３．５４であった。

（実施例２）
比較実験を反復したが、実施例１に従って調製されたシクロヘキサノンオキシムを使用した点が異なっていた。３つの転位段階へのオキシム供給速度は、比較実験Ａの場合とほとんど同等であった。発煙硫酸供給速度を調整しなかったので、比較実験Ａと比べて発煙硫酸対オキシム消費量比は小さかった。比較実験Ａのときと同じように循環速度を保持し、比較実験Ａのときと同一のレベルに反応器温度を保持しうるように冷却温度を微調整した。第１、第２、および第３の各反応混合物のモル比は、それぞれ、１．５８、１．２４、および１．１１である。第１、第２、および第３の各反応混合物のＳＯ_３濃度は、それぞれ、１４．２％、１２．７％、および１２．０％であり、第３の反応器の送出物で測定された全収率を先に記載の方法により決定したところ、９９．４％であった。２９０ｎｍの吸光度（先に記載したように決定した）は、０．６５であった。

（実施例３）
比較実験Ａを反復したが、実施例１に従って調製されたシクロヘキサノンオキシムを使用した点および類似の発煙硫酸対オキシム消費量比になるようにすべく３つの各段階で測定されるモル比が比較実験Ａで得られる値に近いかまたはそれと同等であるように発煙硫酸供給物を減少させた点が異なる。比較実験Ａのときと同じように循環速度を保持し、比較実験Ａのときと同一のレベルに反応器温度を保持しうるように冷却温度を微調整した。第１、第２、および第３の各反応混合物のＳＯ_３濃度は、それぞれ、１４．５％、１３．０％、および１２．３％であった。先に記載の方法により第３の反応器の出口で測定される全収率を調べたところ、９９．５％であった。２９０ｎｍの吸光度（先に記載したように決定した）は、０．３８であった。

比較実験Ａと実施例２との比較から、本発明に従って調製されたオキシムを使用するとカプロラクタムの収率および得られるカプロラクタムの品質が向上することがわかる。実施例２と実施例３との比較から、本発明に従って調製されたオキシムを使用すると、オキシムの単位量あたりの発煙硫酸の添加量を減少させることが可能になり、結果として、最終段階の反応混合物のモル比が減少し（したがって、後続の中和時、より少量の硫酸アンモニウムが生成されるようになる）、カプロラクタムの収率および得られたカプロラクタムの品質がさらに向上することがわかる。

（実施例４）
比較実験を反復したが、実施例１に従って調製されたオキシムを使用した点および９重量％未満のＳＯ_３を含有する発煙硫酸を使用した点が異なっていた。３つの転位段階へのオキシム供給速度は変化させなかった。比較実験Ａのときと類似の発煙硫酸対オキシム消費量比になるようにすべく、比較実験Ａで得られる値に近いかまたはそれと同等であるモル比が３つの各段階で達成されるように発煙硫酸供給速度を最終的に１０トン／時に設定した。

比較実験Ａのときと同じように循環速度を保持し、比較実験Ａのときと同一のレベルに反応器温度を保持しうるように冷却温度を微調整した。第１、第２、および第３の各反応混合物のＳＯ_３濃度は、それぞれ、５．０％、４．４％、および４．２％であった。先に記載の方法により第３の反応器の出口で測定される全収率を調べたところ、９９．３％であった。２９０ｎｍの吸光度（先に記載したように決定した）は、１．０６であった。

比較実験Ａと実施例４との比較から、本発明に従って調製されたオキシムを使用すると、より低いＳＯ_３含有率を有する発煙硫酸を使用しうるようになるとともに、カプロラクタムの収率および得られるカプロラクタムの品質がさらに向上することがわかる。

Claims (14)

1. シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位によりカプロラクタムを調製するための連続法であって、
   ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
   ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）該第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
   ｃ）該第２の反応混合物の一部分を取り出すことと、
   を含み、さらに、
   １）有機溶媒中に溶解されたシクロヘキサノンオキシムを含む有機媒体を調製することと、
   ２）該有機媒体からシクロヘキサノンオキシムを蒸留により分離することと、
   により、これらの反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムを取得することを含む、方法。
2. 前記方法が、
   ｄ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第３の反応混合物中に（ｖ）前記第２の反応混合物の一部分と（ｖｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
   ｅ）該第３の反応混合物の一部分を取り出すことと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムが１重量％未満の水を含有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記反応混合物に供給されるシクロヘキサノンオキシムが０．１重量％未満の水を含有する、請求項１または２に記載の方法。
5. カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む前記反応混合物のＳＯ_３含有率が少なくとも６重量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む前記反応混合物のＳＯ_３含有率が少なくとも８重量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
7. カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む前記反応混合物のＳＯ_３含有率が少なくとも１０重量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記発煙硫酸のＳＯ_３含有率が１８〜３５重量％である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記方法が、
   ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
   ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）該第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、ここで、該第２の反応混合物のモル比Ｍは１．０〜１．４であり、かつ該第２の反応混合物のＳＯ_３含有率は６重量％超である、
   ｃ）該第２の反応混合物の一部分を取り出してそれからカプロラクタムを回収することと、
   を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第２の反応混合物のＳＯ_３含有率が８重量％超である、請求項９に記載の方法。
11. 前記第２の反応混合物のＳＯ_３含有率が１０重量％超である、請求項９に記載の方法。
12. 前記方法が、
    ａ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第１の反応混合物中に（ｉ）発煙硫酸と（ｉｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
    ｂ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第２の反応混合物中に（ｉｉｉ）該第１の反応混合物の一部分と（ｉｖ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、
    ｃ）該第２の反応混合物の一部分を取り出すことと、
    ｄ）カプロラクタムと硫酸とＳＯ_３とを含む第３の反応混合物中に（ｖ）該第２の反応混合物の一部分と（ｖｉ）シクロヘキサノンオキシムとを供給することと、ここで、該第３の反応混合物のモル比Ｍは１．０〜１．４であり、かつ該第３の反応混合物のＳＯ_３含有率は６重量％超である、
    ｅ）該第３の反応混合物の一部分を取り出してそれからカプロラクタムを回収することと、
    を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記第３の反応混合物のＳＯ_３含有率が８重量％超である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第３の反応混合物のＳＯ_３含有率が１０重量％超である、請求項１２に記載の方法。

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