JP2009504750A

JP2009504750A - クメンヒドロペルオキシドの分解

Info

Publication number: JP2009504750A
Application number: JP2008527065A
Authority: JP
Inventors: シュミット，ロバート・ジェイ; シュルツ，ラッセル・シー; ブレン，パトリック・ジェイ; タガモリラ，コンスタンテ・ピー; ランクトン，スティーヴン・ピー; ピーターソン，ゲイリー・エイ; フェティス，マイケル・イー
Original assignee: ユーオーピーエルエルシー
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2009-02-05
Also published as: WO2007024572A3; CN101268031B; EP1924543A2; KR100937463B1; EP1924543A4; TW200712045A; WO2007024572A2; US7141700B1; KR20080034998A; CN101268031A

Abstract

クメンの酸化生成混合物（1）を分解し、それによって副生物の形成を減少させながらフェノールとアセトン（23）を製造するための方法であって、これはクメンの酸化混合物（8）を間接熱交換面（3）を有する分解容器（2）の入口へ導入することによって行われ、このときクメンの酸化生成混合物と循環流れが、間接熱交換面（3）の周りを通過することによって混合され、反応し、そして冷却される。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

発明の背景
フェノールは、クメンのクメンヒドロペルオキシド（CHP）への空気酸化と、それに続いての後者のフェノールとアセトンへの酸を触媒とする開裂（CHP分解として知られる）によって製造される。CHP分解は、一般に連続式攪拌反応器または逆混合反応器（back-mixed reactor）の中で商業規模で行われる極めて発熱性の反応である。このような反応器の中で、ほんのわずかのCHPはいかなる所定の時点においても反応せず、反応中間物は本質的に、CHPの分解生成物すなわちフェノールとアセトンに加えて、あらゆる溶媒（例えばクメン）および反応器にCHPとともに添加されるその他の物質からなる。クメンが酸化される間に、少量のジメチルフェニルカルビノール（DMPC）とアセトフェノンも形成される。酸触媒の存在下でDMPCは脱水して、有用な副生物であるアルファメチルスチレン（AMS）になる。酸性のシリカを用いて３００℃において脱水が行われると、純粋なDMPCから極めて高い収量（yield）（例えば９８％の収量）のAMSを得ることができる。しかしながら、フェノールの存在下で、特にCHP/DMPC混合物の分解における溶媒であるフェノール/アセトン/クメンの混合物の存在下で、AMSの最大収量は一般にDMPCの５０〜６０モル％である。主な副生物はAMSの二量体とクミルフェノールであり、これらは商業的な価値を持たない。クミルフェノールが形成されると、フェノールの収量も減少する。

フェノールとアセトンは長い間、クメンの酸化生成物の分解によって製造されてきたが、低いコストで、かつ副生物の形成を減少させて製造するための継続的な誘引がある。
情報の開示
US（米国特許）4,358,618（Sifniades他）は、クメンヒドロペルオキシドの分解によってアセトンとフェノールを製造するための多段階プロセスを開示する。

US 6,201,157 B1（Keenan）は、酸触媒を用いてクメンヒドロペルオキシドを分解し、そして分解が完了した後にアミンを添加することによって酸触媒を中和するためのプロセスを開示する。

US 6,307,112（Weber他）は、クメンヒドロペルオキシドを開裂させるためのプロセスを開示し、このとき開裂反応器へ送られるクメンヒドロペルオキシド含有供給流れに対する再循環部分生成物流れの質量流量比率は１０未満である。この特許は垂直管束の熱交換器の使用を開示する。

Brown Fintube Company Brochure（パンフレット）はTwisted Tube（登録商標）熱交換器を開示する。
発明の概要
本発明は、クメンヒドロペルオキシド（CHP）を含むクメンの酸化生成混合物を分解し、それによって副生物の形成を減少させながらフェノールとアセトンを製造するための方法であって、これはクメンの酸化生成混合物を間接熱交換面を有する分解容器の入口へ導入することによって行われ、このときクメンの酸化生成混合物と、クメンヒドロペルオキシド、フェノール、アセトンおよび酸触媒を含む循環流れが、間接熱交換面の周りを通過することによって混合され、反応し、そして冷却される。間接熱交換面は、発熱性である循環流れから熱を取り出すだけでなく、分解作用を受けつつある反応物質を完全に混合させることによって等温の流れを促進するために用いられる。反応し冷却されて生じた流れは分解容器の出口から連続的に取り出され、それの少なくとも一部は分解容器の入口に導入される。０.５〜５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシドの濃度を有する別の部分は、フェノールとアセトンを後に回収するために取り出される。別の態様において、回収されたアセトンは循環流れへ再循環される。

発明の詳細な説明
クメンヒドロペルオキシド（CHP）とDMPCを含むクメンの酸化生成混合物を分解することによってフェノール、アセトンおよびアルファ-メチルスチレンを製造し、これをクメンの酸化生成混合物を間接熱交換面を有する分解容器の中へ通すことによって行い、このときクメンの酸化生成混合物と、クメンヒドロペルオキシド、フェノール、アセトンおよび酸触媒を含む流入してくる循環流れが、間接熱交換面の周りを通過することによって混合され、反応し、そして冷却され、次いで、分解容器からの未反応のクメンヒドロペルオキシド、フェノールおよびアセトンを含む冷却された流れを循環させることによって上記の循環流れを与えると、アルファ-メチルスチレンの収量の改善が実現する、ということが見いだされた。好ましくは０.５〜５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシドの濃度を有する最終的な反応した流れが循環流れから取り出され、そして回収される。クメンの酸化生成混合物はクメンが酸素で酸化される結果として生じ、これは好ましくは６０〜９５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシドの濃度を有する。分解容器の中でのクメンの酸化生成混合物の流量と循環流れの流量の比率は、好ましくは１：１０〜１：１００である。本発明によれば、適当な好ましい酸触媒は硫酸である。

分解容器は好ましくは５０℃〜８０℃の温度および１１５kPa〜６１８kPaの圧力において運転される。好ましくは、分解容器から生じる流出液は、好ましくは５０℃〜８０℃の温度および液相が維持されるのに十分な圧力に維持される循環流れの中へ導入される。クメンヒドロペルオキシドの分解は高度に発熱性であり、従って、好ましい運転温度を維持するために、間接熱交換面によって分解容器から熱が取り出される。さらに、ここで示される間接熱交換面を使用することによって、プロセスを等温条件により近いものに維持することが可能となり、そのような条件は所望の製品に対する高い選択性を与え、そして望ましくない副生物を最少限にするのに有益かつ極めて望ましい。

分解容器の内容積において用いられる間接熱交換面は、いかなる適当なタイプの公知の熱交換器または交換器であってもよい。適当な熱交換面としては、分割状、らせん状および格子状の支持システムを有する通常のバッフル（そらせ板）構造を用いる突き出し管束（stab-in tube bundles）、および捩れ管熱交換器がある。間接熱交換面は、いかなる適当な方向（すなわち例えば垂直方向または水平方向）に向いていてもよい。分解容器の内部での熱交換面の位置決めは、好ましくは、熱伝達効率が最大となり、そしてクメンの酸化生成混合物からなる流入してくる流れとクメンヒドロペルオキシド、酸触媒およびフェノールを含む循環流れとが適切に混合するようにする。熱交換面は、熱を取り出すためだけでなく、分解容器を流れる内容物を混合し、それによりインラインミキサー、バッフル、攪拌器、またはその種の他のものの必要性を最少限にするために用いられる。熱交換面が内部に位置することにより、一様で持続的に制御される熱の取り出しの維持、短い滞留時間、およびプラントに必要な全体の面積を最少限にする最適な配置が可能となる。

循環流れの中で流れている液体の一部（好ましくは０.５〜５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシドを含むもの）は、循環流れから取り出される。取り出された部分の中には様々な量のジクミルペルオキシド（DCP）も存在し、これは好ましくは脱水機の中で温度を１００℃〜１７０℃の範囲に上昇させることによって分解され、それにより主としてフェノール、アセトンおよびアルファメチルスチレン（AMS）が生成する。DCPからのAMSの形成に有利なこの高温条件は、ジメチルフェニルカルビノール（DMPC）のAMSへの脱水にも有利である。従って、酸を触媒とするCHPの分解によって生じる反応混合物中に存在するDMPCとDCPの両者を、脱水機と呼ばれるプラグ流反応器（plug-flow reactor）の中でこの混合物を１００℃〜１７０℃に短時間加熱することだけによって変換するのが好都合である。脱水機は一般に、反応混合物を望ましい温度にする熱交換器と、これと並んで、中で反応を完了させる管状のタンクまたはバッフル（隔壁）を有するタンクとで構成されている。反応器の後者の部分は本質的に等温になっている。反応において形成されるAMSの収量は、DCPと残留DMPCが分解するときにその反応が最大に達するまで時間とともに増大し、次いで、AMSがさらに反応してAMSの二量体とクミル-フェノールが形成されるにつれて減少する。最適な反応時間は、温度および混合物中に存在する酸触媒と水の濃度に依存する。一般に、温度が高いほど、また存在する酸の濃度が高いほど、そして水の濃度が低いほど、要する時間は短くなる。

１つの態様によれば、脱水機の中でCHPの分解反応が完了した後、そこから生じた流出液はフラッシュドラムの中へ導入され、それによりアセトンの少なくとも一部が蒸発され、次いでその部分は凝縮され、そして循環流れの中へ導入される。フラッシュドラムは好ましくは５０℃〜１５０℃の温度および１１５kPa〜６１８kPaの圧力において運転される。アセトンは好ましくは再循環され、希釈剤としてとして提供され、そして循環流れの中へ導入され、このときクメンの酸化生成混合物に対する再循環アセトンの重量比率は０.１：１〜２：１の範囲である。フェノールとアセトンを含む生じる液体流れはフラッシュドラムから取り出され、そしてフェノールとアセトンを含む生成物をさらに分離するために分別される。

クメンの酸化生成混合物は、分解容器２の中へ向かうライン１を介してプロセスの中へ導入される。クメンヒドロペルオキシド、酸触媒、フェノールおよびアセトンを含む循環流れは、ライン８を介して分解容器２の中へ導入される。分解容器２の中へ導入される二つの上記の流れは分解容器２を通過し、その間に間接熱交換面３と接触する。分解容器２の中の混合し冷却されて生じた全ての物質（inventory）は、そこからライン４を介して取り出される。冷却液はライン15を介してチャンバー16の中へ導入され、そして間接熱交換面３へ流れる。分解容器２を流れる内容物によって加熱されて生じた冷却液は、間接熱交換面３からチャンバー17へ通される。加熱されて生じた冷却液はライン18を介してチャンバー17から取り出され、そして回収される。この加熱された冷却液は、冷却されて間接熱交換面３へ再循環されてもよい。分解容器２からライン４を介して取り出された反応した流れは、ライン５および19を介して運ばれ、そしてポンプ６の中へ導入される。加圧されて生じた流れはポンプ６からライン７を介して運ばれ、一部はさらにライン８を介して運ばれ、そして上述したように分解容器２の中へ導入される。ポンプ６から取り出されてライン７を介して運ばれる加圧された循環流れの別の部分は、ライン10を介して運ばれ、そしてライン11を介して導入される酸触媒と混合される。酸触媒を含む生じた混合物はライン12を介して運ばれ、そして熱量計13の中へ導入される。熱量計13はCHPの分解のための操作条件を監視し、そして制御するために用いられる。生じた流れは熱量計13からライン14、５および19を介して取り出され、そして上述したようにポンプ６の中へ通される。ポンプ６からの加圧された流れの別の部分はライン７および９を介して運ばれ、そして加熱されるべき熱交換器20の中へ導入される。加熱されて生じた流れは熱交換器20からライン21を介して取り出され、そしてフラッシュドラム22の中へ導入される。アセトンを含む蒸気流れはフラッシュドラム22からライン24を介して取り出され、そして冷却するために熱交換器25の中へ導入される。アセトンを含む、冷却され凝縮されて生じた流れは、熱交換器25からライン26を介して取り出され、そしてライン26および19を介してポンプ６の中へ導入される。アセトンとフェノールを含む生じた流れはフラッシュドラム22からライン23を介して取り出され、そして回収される。

例証としての実施態様
８８.５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシド（CHP）を含む２６m³/hrの量のクメンの酸化生成混合物は、CHPの発熱分解の間に所望の温度を維持するのに十分な熱交換面を有する分解容器の中へ導入され、これによりフェノールとアセトンが生成する。分解容器の内容物にはCHP、酸触媒、フェノールおよびアセトンが含まれ、これらは外部を流れるループの中で循環され、そして分解容器の中へ再導入される。外部を流れるループは２６m³/hrの流量で循環され、６wppmの硫酸を含み、そして７５℃の温度に維持される。分解容器と外部を流れるループの中でのクメンの酸化生成混合物の滞留時間は１５分間である。３重量パーセントのCHP濃度を有する分解容器の生成物の流れは外部を流れるループから取り出され、そして１３５℃の温度で運転される脱水機に通される。生じるAMSの収量は８５.５モル％で、供給されるクメン/フェノールの収量の重量比率は１.２９０である。従って、この場合の重量での収量比率は、このタイプの化学についての理論的限界である１.２７７に極めて近い。供給されるクメン/フェノールの収量のモル比は０.９８９である。

上記の説明、図面および例証としての実施態様は、本発明のプロセスによってもたらされる利益と本発明を用いることによって与えられるべき利益を明白に例示している。

図１は、クメンヒドロペルオキシド（CHP）とジメチルフェノールカルビノール（DMPC）を含むクメンの酸化生成混合物を分解することによってフェノールとアセトンを製造するための、本発明の好ましい態様の概略的な流れ図である。

Claims

クメンヒドロペルオキシド（CHP）とジメチルフェニルカルビノール（DMPC）を含むクメンの酸化生成混合物（1）を分解し、それによって副生物の形成を減少させながらフェノール、アセトンおよびアルファ-メチルスチレン（AMS）を製造するための方法であって：
（a）クメンの酸化生成混合物（1）を間接熱交換面（3）を有する分解容器（2）の中へ導入し、このときクメンの酸化生成混合物（1）と、クメンヒドロペルオキシド、フェノール、アセトンおよび酸触媒を含む後述する流入してくる循環流れ（8）が、間接熱交換面（3）の周りを通過することによって混合され、反応し、そして冷却される工程；
（b）分解容器（2）からの未反応のクメンヒドロペルオキシド、フェノールおよびアセトンを含む冷却された流れ（4）を循環させ、それによって工程（a）の循環流れを与える工程；および
（c）０.５〜５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシドの濃度を有する反応した流れ（9）を循環流れ（8）から取り出す工程；
を含む、前記方法。
間接熱交換面（3）は管状、板状および格子状からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
分解容器（2）は５０℃〜８０℃の温度および１１５kPa〜６１８kPaの圧力において運転される、請求項１および２のいずれかに記載の方法。
クメンの酸化生成混合物（1）は６０〜９５重量パーセントのクメンヒドロペルオキシドの濃度を有する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
クメンの酸化生成混合物（1）の流量と循環流れ（8）の流量の比率は１：１０〜１：１００である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
酸触媒（11）は硫酸である、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
アセトン（24）が回収され、そして循環流れ（8）へ再循環される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
クメンの酸化生成混合物（1）に対する再循環アセトン（24）の重量比率は０.１：１〜２：１の範囲である、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
アセトン（24）の回収はフラッシュドラム（22）において行われる、請求項１から８のいずれかに記載の方法。