JP2015229646A - Method of producing carboxylic acid and ketone and/or alcohol - Google Patents

Method of producing carboxylic acid and ketone and/or alcohol Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing ketone and/or alcohol at a high yield.SOLUTION: A method of producing carboxylic acid and ketone and/or alcohol includes: a process of mixing an oxidation reaction liquid which is obtained by oxidizing a hydrocarbon compound with molecular oxygen, with water, and separating the liquid mixture into an oil phase containing a hydroperoxide and an aqueous phase containing carboxylic acid; a process of concentrating the aqueous phase to obtain a concentrated liquid containing the carboxylic acid, and recovering the water; a process of removing the carboxylic acid in the water recovered in the process of concentration; a process of reusing the water from which the carboxylic acid is removed, in the process of liquid separation; and a process of decomposing the hydroperoxide in the oil phase into the ketone and/or the alcohol.

Description

本発明は、カルボン酸並びにケトン及び/又はアルコールの製造方法に関する。   The present invention relates to a process for producing carboxylic acids and ketones and / or alcohols.

炭化水素化合物を分子状酸素で酸化し、対応するケトン及び/又はアルコールを製造する方法は古くからよく知られている。特にシクロヘキサンの酸化によって得られるシクロヘキサノン及び/又はシクロヘキサノールは、ナイロン6及びナイロン6,6の原料として極めて重要な化合物である。   Methods for oxidizing hydrocarbon compounds with molecular oxygen to produce the corresponding ketones and / or alcohols have been well known for a long time. In particular, cyclohexanone and / or cyclohexanol obtained by oxidation of cyclohexane is a very important compound as a raw material for nylon 6 and nylon 6,6.

炭化水素化合物の分子状酸素による酸化は、対応するハイドロパーオキサイドを経由して進行する。一般に、炭化水素化合物からハイドロパーオキサイドへの酸化反応の選択率は高い。しかしながら、ハイドロパーオキサイドの分解の際には、いろいろな副生物が生成するため、選択率が低下する。この選択率の低下を防止するために、酸化反応を転化率が低い段階で終了し、ハイドロパーオキサイドが分解せず残存している状態で酸化反応液を次工程に送り、ハイドロパーオキサイドを高選択率で分解する方法が一般的に採用されている。   Oxidation of the hydrocarbon compound with molecular oxygen proceeds via the corresponding hydroperoxide. In general, the selectivity of the oxidation reaction from a hydrocarbon compound to hydroperoxide is high. However, when hydroperoxide is decomposed, various by-products are generated, and the selectivity is lowered. In order to prevent this reduction in selectivity, the oxidation reaction is terminated at a stage where the conversion rate is low, and the oxidation reaction solution is sent to the next process in a state where the hydroperoxide remains without being decomposed, so that the hydroperoxide is increased. A method of decomposing at a selectivity is generally employed.

ところが、酸化反応を転化率が低い段階で終了しても、副生物の生成は避けられない。副生物としては、例えば、原料及び目的物とは異なる種々の炭化水素、アルコール、ケトン、パーオキサイド、アルデヒド、エステル、カルボン酸、各種縮合物、一酸化炭素、及び二酸化炭素が挙げられる。これらの副生物の中で特に生成量の多いものは、カルボン酸及びエステルである。   However, even if the oxidation reaction is terminated at a stage where the conversion rate is low, the production of by-products cannot be avoided. By-products include, for example, various hydrocarbons, alcohols, ketones, peroxides, aldehydes, esters, carboxylic acids, various condensates, carbon monoxide, and carbon dioxide that are different from the raw materials and the target product. Among these by-products, carboxylic acids and esters are particularly produced.

これらの副生物のうち、カルボン酸の中には、工業的に利用価値のある有用な化合物が含まれている。例えば、シクロヘキサンの酸化の際に副生するアジピン酸は、ナイロン6,6の原料として有用である。また、アジピン酸を水素化して得られる1,6−ヘキサンジオールは、ポリエステル及びポリウレタンの原料として有用な化合物である。これら利用価値のあるカルボン酸等を酸化反応液から分離し、別途有価物を製造することは、副生物の有効利用として価値がある。   Among these by-products, carboxylic acids contain useful compounds having industrial utility value. For example, adipic acid by-produced during the oxidation of cyclohexane is useful as a raw material for nylon 6,6. Further, 1,6-hexanediol obtained by hydrogenating adipic acid is a useful compound as a raw material for polyester and polyurethane. It is valuable as an effective use of by-products to separate these valuable carboxylic acids and the like from the oxidation reaction solution and separately produce valuable materials.

酸化反応液中のカルボン酸を分離・取得する方法は二つに大別される。ひとつはアルカリ水溶液で酸化反応液を中和し、カルボン酸塩として水相に抽出する方法である。もうひとつは水で抽出して(以下「水抽出工程」という)、カルボン酸のままで取得する方法である。前者は抽出率は高いものの、鉱酸等のカルボン酸より強い酸を加えてカルボン酸を遊離させ、再度抽出分離する必要がある。そのため、前者の方法は、工程が複雑で収率が低い。また、この方法では、鉱酸等の副原料が必要となる。それゆえ、一般に、後者の方法が工業的に採用されている。   Methods for separating and obtaining carboxylic acid in the oxidation reaction solution are roughly divided into two. One is a method in which an oxidation reaction solution is neutralized with an aqueous alkaline solution and extracted into a water phase as a carboxylate. The other is a method in which the carboxylic acid is obtained by extraction with water (hereinafter referred to as “water extraction step”). Although the former has a high extraction rate, it is necessary to add an acid stronger than a carboxylic acid such as a mineral acid to liberate the carboxylic acid and extract and separate it again. Therefore, the former method has a complicated process and a low yield. In addition, this method requires auxiliary materials such as mineral acids. Therefore, the latter method is generally employed industrially.

後者のプロセスにおいては、カルボン酸を含む水溶液は、濃縮及び脱水された後、アルコールを加えてエステル化される。その後、水素化及び蒸留精製を経て、1,6−ヘキサンジオール等の有価ジオールが取得される。水素化の際に生成したアルコールは、エステル化工程にリサイクルすることができる。   In the latter process, the aqueous solution containing the carboxylic acid is concentrated and dehydrated and then esterified by adding alcohol. Thereafter, valuable diols such as 1,6-hexanediol are obtained through hydrogenation and distillation purification. The alcohol produced during the hydrogenation can be recycled to the esterification step.

また、濃縮及び脱水の際に回収された水は、水抽出工程にリサイクルしてもよい(以下、回収及びリサイクルされる水を「循環水」という)。リサイクルの目的は、水の有効利用と、水抽出の際に水相に溶解したシクロヘキサノン及び/又はシクロヘキサノール等の目的生成物の回収である。   Further, the water collected during the concentration and dehydration may be recycled to the water extraction step (hereinafter, the collected and recycled water is referred to as “circulated water”). The purpose of recycling is the effective use of water and the recovery of target products such as cyclohexanone and / or cyclohexanol dissolved in the aqueous phase during water extraction.

特表2011−512339号公報Special table 2011-512339 gazette 特表2012−512876号公報Special table 2012-512876 gazette

本発明の目的は、ケトン及び/又はアルコールを高収率で製造する方法を提供することである。   The object of the present invention is to provide a process for producing ketones and / or alcohols in high yield.

本発明の一側面によると、炭化水素化合物を分子状酸素で酸化して得られる酸化反応液と水とを混合し、ハイドロパーオキサイドを含んだ油相とカルボン酸を含んだ水相とに分液する工程と、前記水相を濃縮してカルボン酸を含んだ濃縮液を得ると共に水を回収する工程と、前記濃縮工程で回収した水中のカルボン酸を除去する工程と、前記カルボン酸が除去された水を前記分液工程に再利用する工程と、前記油相中の前記ハイドロパーオキサイドをケトン及び/又はアルコールに分解する工程とを含んだカルボン酸並びにケトン及び/又はアルコールの製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, an oxidation reaction liquid obtained by oxidizing a hydrocarbon compound with molecular oxygen and water are mixed, and separated into an oil phase containing hydroperoxide and an aqueous phase containing carboxylic acid. A step of concentrating the aqueous phase to obtain a concentrated solution containing carboxylic acid and recovering water, a step of removing carboxylic acid in the water recovered in the concentration step, and removal of the carboxylic acid A method for producing a carboxylic acid and a ketone and / or an alcohol, comprising a step of reusing the separated water for the liquid separation step and a step of decomposing the hydroperoxide in the oil phase into a ketone and / or an alcohol. Provided.

本発明によると、ケトン及び/又はアルコールを高収率で製造することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to produce ketones and / or alcohols in high yield.

一般に、ハイドロパーオキサイドは、酸又はアルカリによって分解される。ハイドロパーオキサイドのうち、脂肪族炭化水素又は脂環式炭化水素から得られるハイドロパーオキサイドに関しては、アルカリによる分解では、比較的高い選択率で対応するケトン及び/又はアルコールが得られる。しかしながら、酸による分解での選択率は低い。前述の如く、水抽出工程ではハイドロパーオキサイドは酸性条件下で分解されるため、その分解選択率は低い。したがって、水抽出工程でのハイドロパーオキサイドの分解は、できるだけ避けなければならない。   Generally, hydroperoxide is decomposed by acid or alkali. Among hydroperoxides, with regard to hydroperoxides obtained from aliphatic hydrocarbons or alicyclic hydrocarbons, the corresponding ketones and / or alcohols can be obtained with a relatively high selectivity in the decomposition with alkali. However, the selectivity in acid degradation is low. As described above, in the water extraction step, hydroperoxide is decomposed under acidic conditions, so its decomposition selectivity is low. Therefore, the decomposition of hydroperoxide in the water extraction process should be avoided as much as possible.

酸性条件下でのハイドロパーオキサイドの分解速度は、水相の水素イオン濃度に依存する。水抽出工程にリサイクルされる循環水中には、水と沸点が近接したカルボン酸が水と共沸し濃縮されるため、循環水は強い酸性を示す。したがって、これらの酸を中和し、水素イオン濃度を下げる(即ちpHを上げる)ことによって、ハイドロパーオキサイドの分解が抑制されると推測される。   The decomposition rate of hydroperoxide under acidic conditions depends on the hydrogen ion concentration in the aqueous phase. In the circulating water recycled to the water extraction process, the carboxylic acid having a boiling point close to that of water is azeotropically concentrated with the water, so that the circulating water shows strong acidity. Therefore, it is estimated that the decomposition of hydroperoxide is suppressed by neutralizing these acids and lowering the hydrogen ion concentration (that is, raising the pH).

しかしながら、本発明者らが鋭意検討を行った結果、循環水中のカルボン酸を中和しても、ハイドロパーオキサイドの分解は抑制されず、むしろ加速されることが判明した。   However, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that even if the carboxylic acid in the circulating water is neutralized, the decomposition of the hydroperoxide is not suppressed but rather accelerated.

すなわち、本発明者らは、水抽出工程におけるハイドロパーオキサイドの分解を防止するためには、水素イオンだけでなくカルボン酸アニオンも除去する必要があることを発見し、本発明を完成するに到った。   That is, the present inventors have discovered that it is necessary to remove not only hydrogen ions but also carboxylic acid anions in order to prevent decomposition of hydroperoxide in the water extraction step, and the present invention has been completed. It was.

以下、本発明の態様について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明で用いる炭化水素化合物の構造には特に制約はない。本発明で用いる炭化水素化合物としては、例えば、鎖状の飽和炭化水素、鎖状の不飽和炭化水素、環状の飽和炭化水素、環状の不飽和炭化水素が挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular in the structure of the hydrocarbon compound used by this invention. Examples of the hydrocarbon compound used in the present invention include chain saturated hydrocarbons, chain unsaturated hydrocarbons, cyclic saturated hydrocarbons, and cyclic unsaturated hydrocarbons.

鎖状の飽和炭化水素としては、炭素原子数3〜10の鎖状の飽和炭化水素が好ましい。炭素原子数3〜10の鎖状の飽和炭化水素の具体例としては、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどが挙げられる。   The chain saturated hydrocarbon is preferably a chain saturated hydrocarbon having 3 to 10 carbon atoms. Specific examples of the chain saturated hydrocarbon having 3 to 10 carbon atoms include propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane and decane.

鎖状の不飽和炭化水素としては、炭素原子数3〜6の鎖状の不飽和炭化水素が好ましい。炭素原子数3〜6の鎖状の不飽和炭化水素の具体例としては、プロピレン、ブチレン、ペンテン、ヘキセンなどが挙げられる。   As the chain-like unsaturated hydrocarbon, a chain-like unsaturated hydrocarbon having 3 to 6 carbon atoms is preferable. Specific examples of the chain unsaturated hydrocarbon having 3 to 6 carbon atoms include propylene, butylene, pentene, hexene and the like.

環状の飽和炭化水素としては、炭素原子数5〜12の環状の飽和炭化水素が好ましい。炭素原子数5〜12の環状の飽和炭化水素の具体例としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカンなどが挙げられる。   As the cyclic saturated hydrocarbon, a cyclic saturated hydrocarbon having 5 to 12 carbon atoms is preferable. Specific examples of the cyclic saturated hydrocarbon having 5 to 12 carbon atoms include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclodecane, cycloundecane, and cyclododecane.

環状の不飽和炭化水素としては、炭素原子数5〜12の環状の不飽和炭化水素が好ましい。炭素原子数5〜12の環状の不飽和炭化水素の具体例としては、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン、シクロウンデセン、シクロドデセン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、シクロドデカジエン、シクロドデカトリエン等の側鎖を有する若しくは有しない脂肪族環状不飽和炭化水素;トルエン、キシレン等の側鎖を有する芳香族炭化水素が挙げられる。   As the cyclic unsaturated hydrocarbon, a cyclic unsaturated hydrocarbon having 5 to 12 carbon atoms is preferable. Specific examples of the cyclic unsaturated hydrocarbon having 5 to 12 carbon atoms include side chains such as cyclopentene, cyclohexene, cyclooctene, cycloundecene, cyclododecene, cyclohexadiene, cyclooctadiene, cyclododecadiene, and cyclododecatriene. Aliphatic cyclic unsaturated hydrocarbons having or not having aromatic hydrocarbons; aromatic hydrocarbons having side chains such as toluene and xylene.

これらの炭化水素化合物の例示は、その構造異性体を含む。また、これらの炭化水素化合物は、置換基を有していても差し支えない。置換基としては、アルキル基、アリール基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、アルコキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。なお、置換された炭化水素化合物全体の炭素原子数が上記の範囲内であることがより好ましい。   Examples of these hydrocarbon compounds include structural isomers thereof. Moreover, these hydrocarbon compounds may have a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group, and a halogen atom. In addition, it is more preferable that the carbon atom number of the whole substituted hydrocarbon compound exists in said range.

これらの炭化水素化合物の中で特に工業的に重要な炭化水素化合物としては、シクロヘキサン、シクロドデカン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。   Among these hydrocarbon compounds, particularly industrially important hydrocarbon compounds include cyclohexane, cyclododecane, toluene, xylene and the like.

本発明で用いる炭化水素化合物は、分子状酸素により酸化されて、その炭化水素化合物と炭素数が同数であるアルコール、ケトン、及びハイドロパーオキサイドの少なくとも1つとなる。アルコール及び/又はケトンはさらに酸化されてカルボン酸が生成する。副生するカルボン酸の炭素数は前記炭化水素化合物と同数の場合が多いが、脱炭酸、脱CO反応によって、前記炭化水素化合物より炭素数の少ないカルボン酸も生成する。   The hydrocarbon compound used in the present invention is oxidized by molecular oxygen and becomes at least one of alcohol, ketone, and hydroperoxide having the same number of carbon atoms as the hydrocarbon compound. The alcohol and / or ketone is further oxidized to produce a carboxylic acid. Although the carbon number of the by-product carboxylic acid is often the same as that of the hydrocarbon compound, a carboxylic acid having a carbon number smaller than that of the hydrocarbon compound is also generated by decarboxylation and de-CO reaction.

例えば、炭化水素化合物がシクロヘキサンの場合、アルコールはシクロヘキサノール、ケトンはシクロヘキサノン、ハイドロパーオキサイドはシクロヘキシルハイドロパーオキサイドであり、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、1−オキシカプロン酸等が副生する。   For example, when the hydrocarbon compound is cyclohexane, the alcohol is cyclohexanol, the ketone is cyclohexanone, the hydroperoxide is cyclohexyl hydroperoxide, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, oxalic acid, glutaric acid Adipic acid, 1-oxycaproic acid and the like are by-produced.

炭化水素化合物の分子状酸素による酸化は、コバルト等の遷移金属を触媒に用いて行ってもよく、触媒を用いないで行ってもよい。酸化反応の温度は炭化水素化合物のC−H結合の結合エネルギーや触媒の有無等によって異なるが、一般的に100〜180℃、より一般的には120〜170℃で行われる。温度が低すぎる場合、酸化反応が十分な速度で進行せず、長大な酸化反応槽が必要になるなど生産性が悪くなることがある。反応温度が高すぎると所望の生成物の選択率が低下することがある。酸化工程は、一般的に、炭化水素化合物の蒸気圧より0.01〜1MPa高い加圧下で行われる。   The oxidation of the hydrocarbon compound with molecular oxygen may be performed using a transition metal such as cobalt as a catalyst, or may be performed without using a catalyst. The temperature of the oxidation reaction varies depending on the bond energy of the C—H bond of the hydrocarbon compound, the presence or absence of a catalyst, etc., but is generally 100 to 180 ° C., more generally 120 to 170 ° C. When the temperature is too low, the oxidation reaction does not proceed at a sufficient rate, and the productivity may be deteriorated, for example, a long oxidation reaction tank is required. If the reaction temperature is too high, the selectivity of the desired product may be reduced. The oxidation step is generally performed under a pressure higher by 0.01 to 1 MPa than the vapor pressure of the hydrocarbon compound.

水抽出工程は、酸化反応液と循環水を混合し、カルボン酸等の水溶性副生物を水相に抽出後、両相を分離する工程である。循環水の酸化反応液に対する割合はカルボン酸等の水溶性副生物を水相に抽出するために十分な量であれば特に制約されないが、0.1容量%以上50容量%以下が好ましく、1容量%以上30容量%以下がより好ましい。循環水の割合が過少の場合、カルボン酸等の水溶性副生物を十分に水相抽出できないことがある。
循環水の割合が過多の場合、循環水の回収に多大なエネルギーが必要となることがある。
The water extraction step is a step in which the oxidation reaction solution and circulating water are mixed, water-soluble byproducts such as carboxylic acid are extracted into an aqueous phase, and then both phases are separated. The ratio of the circulating water to the oxidation reaction solution is not particularly limited as long as it is an amount sufficient to extract a water-soluble by-product such as carboxylic acid into the aqueous phase, but is preferably 0.1% by volume to 50% by volume, A volume% or more and 30 volume% or less is more preferable. When the ratio of circulating water is too small, water-soluble by-products such as carboxylic acid may not be sufficiently extracted in the aqueous phase.
When the ratio of circulating water is excessive, a large amount of energy may be required to collect the circulating water.

水抽出工程の温度は、酸化工程の温度と同じであってもよく、酸化工程の温度と異なっていてもよい。後者の場合、例えば、抽出率の向上及びハイドロパーオキサイドの分解防止等の目的で、酸化反応液を冷却し低温化しても差支えない。水抽出工程の温度は、一般的に100℃〜170℃であり、好ましくは120〜165℃が採用される。温度が高すぎる場合、水抽出工程においてハイドロパーオキサイドが分解することがある。温度が低すぎる場合、ハイドロパーオキサイド分解工程排出液中にハイドロパーオキサイドが残存したり、エステル分解工程でエステルの加水分解が十分に進行しない場合がありうる。なお、上記問題を回避するため、水抽出工程排出液を加熱することもできるが、この場合、ハイドロパーオキサイドの熱分解を誘発し、最終的なアルコール及び/又はケトンの選択率が低下する可能性がある。   The temperature of the water extraction step may be the same as the temperature of the oxidation step or may be different from the temperature of the oxidation step. In the latter case, for example, for the purpose of improving the extraction rate and preventing hydroperoxide decomposition, the oxidation reaction solution may be cooled to lower the temperature. Generally the temperature of a water extraction process is 100 to 170 degreeC, Preferably 120 to 165 degreeC is employ | adopted. If the temperature is too high, hydroperoxide may decompose in the water extraction process. When the temperature is too low, hydroperoxide may remain in the hydroperoxide decomposition step discharge liquid, or ester hydrolysis may not sufficiently proceed in the ester decomposition step. In order to avoid the above problem, the water extracted from the water extraction process can be heated, but in this case, the thermal decomposition of hydroperoxide is induced, and the final alcohol and / or ketone selectivity may be reduced. There is sex.

水抽出の装置には特に制約はない。水抽出は、例えば、多孔板抽出塔、回転円板抽出塔、脈動多孔板塔、振動プレート塔等の抽出塔を用いて、水抽出と分液操作をひとつの装置内で行ってもよい。あるいは、水抽出部分と分液部分とが分離された装置を用いても差支えない。後者の場合、水抽出部分には、例えば攪拌混合槽、スタティックミキサー等が用いられ、分液部分には例えばセトラー、遠心分離装置、液体サイクロン等が用いられる。これらの中でスタティックミキサーとセトラーの組合せは最もシンプルで簡便な装置である。また、セトラー内にコアレッサー等の分液を促進するパーツを内装させても差支えない。分液工程の温度は水抽出工程の温度と異なっても差し支えないが、同温度であることが一般的である。   There are no particular restrictions on the water extraction apparatus. In the water extraction, for example, water extraction and liquid separation operation may be performed in one apparatus using an extraction tower such as a perforated plate extraction tower, a rotating disk extraction tower, a pulsating perforated plate tower, and a vibrating plate tower. Alternatively, an apparatus in which the water extraction part and the liquid separation part are separated may be used. In the latter case, for example, a stirring / mixing tank, a static mixer, or the like is used for the water extraction portion, and for example, a settler, a centrifugal separator, or a liquid cyclone is used for the liquid separation portion. Among these, the combination of a static mixer and a settler is the simplest and most convenient device. In addition, parts that promote liquid separation, such as coalescers, may be installed inside the setler. The temperature of the liquid separation step may be different from the temperature of the water extraction step, but is generally the same temperature.

水抽出工程及び分液工程の滞留時間はそれぞれの装置によって異なるが、両工程併せた滞留時間で、1分以上60分以下であることが好ましく、1分以上30分以下であることがより好ましい。滞留時間が短すぎる場合、油相と水相の分離が不十分となることがある。滞留時間が長すぎる場合、長大な装置が必要となる。   Although the residence time of the water extraction step and the liquid separation step varies depending on each device, the residence time of both steps is preferably 1 minute or more and 60 minutes or less, and more preferably 1 minute or more and 30 minutes or less. . If the residence time is too short, separation between the oil phase and the water phase may be insufficient. If the residence time is too long, a long apparatus is required.

水抽出工程では、主に、二価カルボン酸、オキシカルボン酸、炭素鎖の短い一価カルボン酸が抽出される。例えば、炭化水素化合物がシクロヘキサンの場合、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、1−オキシカプロン酸等が抽出される。水抽出及び分液工程から排出された油相は、次工程であるハイドロパーオキサイド分解工程に送られる。   In the water extraction step, divalent carboxylic acid, oxycarboxylic acid, and monovalent carboxylic acid having a short carbon chain are mainly extracted. For example, when the hydrocarbon compound is cyclohexane, formic acid, acetic acid, propionic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, 1-oxycaproic acid and the like are extracted. The oil phase discharged from the water extraction and liquid separation process is sent to the hydroperoxide decomposition process which is the next process.

ハイドロパーオキサイドの分解は、バナジウム、モリブデン、クロム、ルテニウム、コバルト等の遷移金属触媒を用いて行っても差支えないが、アルカリ水溶液と接触させて分解する方法は、任意の次工程であるエステル分解工程と併せて、単一の工程に簡素化することも可能である(以下、ハイドロパーオキサイド分解工程とエステル分解工程とを併せて「ケン化工程」という)。   Hydroperoxide decomposition can be performed using transition metal catalysts such as vanadium, molybdenum, chromium, ruthenium, cobalt, etc., but the method of decomposition by contacting with an alkaline aqueous solution is an optional ester decomposition. In combination with the process, it is also possible to simplify to a single process (hereinafter, the hydroperoxide decomposition process and the ester decomposition process are collectively referred to as “saponification process”).

ケン化工程で用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物水溶液、水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物水溶液、並びに炭酸ナトリウム及び炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩水溶液が好適に用いられる。これらのアルカリは単独で用いても、混合して用いても差支えない。   Examples of the alkali used in the saponification step include alkali metal hydroxide aqueous solutions such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkaline earth metal hydroxide aqueous solutions such as magnesium hydroxide and calcium hydroxide, and sodium carbonate and potassium carbonate. An alkali metal carbonate aqueous solution is preferably used. These alkalis may be used alone or in combination.

アルカリの使用量は、分液工程から排出されるカルボン酸及びエステルの合計量の当量以上であれば、特に制約されないが、好ましくは1.05倍当量以上10倍当量以下、より好ましくは1.15倍以上3倍当量以下である。アルカリ使用量が過少の場合、エステルが残存しケトン及び/又はアルコールの収率が低下することがある。アルカリ使用量が過多の場合、アルカリが浪費される。   The amount of alkali used is not particularly limited as long as it is equal to or greater than the total amount of carboxylic acid and ester discharged from the liquid separation step, but is preferably 1.05 to 10 times, more preferably 1. It is 15 times or more and 3 times equivalent or less. If the amount of alkali used is too small, the ester may remain and the yield of ketone and / or alcohol may decrease. If the amount of alkali used is excessive, alkali is wasted.

一般的に、分液工程とハイドロパーオキサイド分解工程及びエステル分解工程との間には、特段の過熱又は冷却装置を設けない。したがって、水抽出、分液、ハイドロパーオキサイド分解、エステル分解の各工程は、同温度で行われるか、又は、ハイドロパーオキサイドの分解熱のために、ハイドロパーオキサイド分解及びエステル分解工程が、水抽出及び分液工程より若干高い温度で行われてもよい。後者の場合、ハイドロパーオキサイド分解及びエステル分解工程は、一般的に、水抽出及び分液工程より5℃〜30℃高い温度で行われる。   In general, no special overheating or cooling device is provided between the liquid separation step, the hydroperoxide decomposition step, and the ester decomposition step. Accordingly, the water extraction, liquid separation, hydroperoxide decomposition, and ester decomposition processes are performed at the same temperature, or because of the heat of decomposition of hydroperoxide, the hydroperoxide decomposition and ester decomposition processes are performed in water. It may be carried out at a temperature slightly higher than the extraction and liquid separation steps. In the latter case, the hydroperoxide decomposition and ester decomposition steps are generally performed at a temperature 5 to 30 ° C. higher than the water extraction and liquid separation steps.

なお、上述した通り、ハイドロパーオキサイド分解工程とエステル分解工程とは、単一工程として行ってもよく、別工程として行ってもよい。後者の場合、触媒を用いてハイドロパーオキサイド分解してもよい。   Note that, as described above, the hydroperoxide decomposition step and the ester decomposition step may be performed as a single step or may be performed as separate steps. In the latter case, hydroperoxide decomposition may be performed using a catalyst.

一方、水抽出及び分液工程から排出された水相は、濃縮工程で濃縮され、カルボン酸を含んだ濃縮液と水とに分離される。即ち、この工程により、有価なカルボン酸が取得される。本工程における濃縮温度及び圧力は、水が蒸発する条件であれば特に制約されないが、通常は常圧下100℃以上130℃以下で行われる。   On the other hand, the aqueous phase discharged from the water extraction and liquid separation step is concentrated in the concentration step and separated into a concentrated solution containing carboxylic acid and water. That is, valuable carboxylic acid is acquired by this process. The concentration temperature and pressure in this step are not particularly limited as long as water evaporates, but it is usually performed at 100 ° C. or higher and 130 ° C. or lower under normal pressure.

濃縮工程で濃縮されたカルボン酸濃縮液は、有価なカルボン酸を含んでいる。このカルボン酸は、適宜、反応及び精製工程に供され、別の有用な化合物が製造される。例えば、シクロヘキサンの空気酸化の際に生成したアジピン酸及びオキシカプロン酸を含むカルボン酸濃縮液からは、エステル化反応及び水素化反応を経て、1,6−ヘキサンジオールが製造される。   The carboxylic acid concentrate concentrated in the concentration step contains valuable carboxylic acid. This carboxylic acid is appropriately subjected to a reaction and purification step to produce another useful compound. For example, 1,6-hexanediol is produced from a carboxylic acid concentrate containing adipic acid and oxycaproic acid produced during air oxidation of cyclohexane through an esterification reaction and a hydrogenation reaction.

濃縮工程で回収された循環水は、前記水抽出工程にリサイクルされる。循環水中には、水と沸点が近接しており水と共沸し得るカルボン酸が含まれている。例えば、循環水中には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等が含まれ得る。ハイドロパーオキサイドの分解は酸によって加速される。上述した通り、酸によるハイドロパーオキサイドの分解では、所望のケトン及び/又はアルコールの選択率は、アルカリ又は触媒による分解に比べて低い。そのため、循環水中の酸は中和されなければならない。しかも、上述した通り、本発明者らは、酸が有機酸の場合、水素イオンのみならず、有機酸根自体がハイドロパーオキサイドの分解を促進するため、循環水からは、水素イオンのみならず、有機酸根自体も除去する必要があることを見出した。即ち、本発明者らは、循環水中におけるカルボン酸の除去を行うことが、所望のケトン及び/又はアルコールの高収率化に大きく寄与することを見出した。   The circulating water recovered in the concentration step is recycled to the water extraction step. Circulating water contains carboxylic acid which has a boiling point close to that of water and can azeotrope with water. For example, the circulating water may contain formic acid, acetic acid, propionic acid and the like. Hydroperoxide decomposition is accelerated by acid. As described above, the decomposition of hydroperoxide with an acid has a lower selectivity for the desired ketone and / or alcohol than the decomposition with an alkali or catalyst. Therefore, the acid in the circulating water must be neutralized. Moreover, as described above, when the acid is an organic acid, the present inventors promote not only hydrogen ions but also organic acid radicals themselves to decompose hydroperoxide, and therefore, from circulating water, not only hydrogen ions, It has been found that the organic acid radical itself needs to be removed. That is, the present inventors have found that the removal of the carboxylic acid in the circulating water greatly contributes to the high yield of the desired ketone and / or alcohol.

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、カルボン酸の「除去」とは、上記水中のカルボン酸濃度を50mmol/L以下まで低減することを意味している。   In the present specification and claims, “removal” of carboxylic acid means reducing the concentration of carboxylic acid in the water to 50 mmol / L or less.

循環水中のカルボン酸の除去方法には特に制限はない。最も簡便な方法である蒸留精製も利用可能であるが、ギ酸及び酢酸等が水と共沸することがある。上記除去工程では、カルボン酸をアルカリで中和後、水を蒸留精製する方法を用いてもよい。或いは、分離膜を用いて水を精製する方法を用いてもよい。工業的に最も簡便な方法は、イオン交換樹脂を用いて精製する方法である。   There is no particular limitation on the method for removing the carboxylic acid in the circulating water. Although distillation purification, which is the simplest method, can be used, formic acid, acetic acid and the like may azeotrope with water. In the removing step, a method of distilling and purifying water after neutralizing the carboxylic acid with an alkali may be used. Alternatively, a method of purifying water using a separation membrane may be used. The industrially simplest method is a method of purification using an ion exchange resin.

イオン交換樹脂としては、一般的に、アニオン交換樹脂を用いる。再生の容易さを考慮すれば、弱塩基性アニオン交換樹脂が好適に用いられる。この弱塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、ポリアミン又はジメチルアミンを交換基に有するものを使用することができる。なお、イオン交換樹脂による処理温度は、イオン交換樹脂の耐熱性によって制約を受ける。弱塩基性アニオン交換樹脂の場合、通常は100℃以下、強塩基性アニオン交換樹脂の場合、通常は60℃以下で使用される。   As an ion exchange resin, an anion exchange resin is generally used. Considering the ease of regeneration, weakly basic anion exchange resins are preferably used. As this weakly basic anion exchange resin, for example, those having polyamine or dimethylamine as an exchange group can be used. The treatment temperature with the ion exchange resin is limited by the heat resistance of the ion exchange resin. In the case of a weakly basic anion exchange resin, it is usually used at 100 ° C. or lower, and in the case of a strongly basic anion exchange resin, it is usually used at 60 ° C. or lower.

以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<水抽出工程でのハイドロパーオキサイドの分解におけるカルボン酸除去の効果>
[実施例1]
ギ酸1重量%水溶液(pH 2.2)を準備した。これを弱塩基性イオン交換樹脂(三菱化学社製ダイヤイオンWA20)を充填したカラムに、60℃及び空塔速度1.5(1/h)で通液し、ギ酸の除去を行った。カラムからの流出液を液体クロマトグラフィーで分析した結果、ギ酸は検出されず、pHは6.6であった。
<Effect of removing carboxylic acid in hydroperoxide decomposition in water extraction process>
[Example 1]
A 1% by weight aqueous solution of formic acid (pH 2.2) was prepared. This was passed through a column packed with a weakly basic ion exchange resin (Diaion WA20 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at 60 ° C. and a superficial velocity of 1.5 (1 / h) to remove formic acid. As a result of analyzing the effluent from the column by liquid chromatography, no formic acid was detected and the pH was 6.6.

1Lのオートクレーブに前記イオン交換処理水211gとシクロヘキサン383gを加えた。これを160℃に加熱後、10重量%のシクロヘキシルハイドロパーオキサイドのシクロヘキサン溶液36.2gを圧入し、1時間反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解率は54.4%、シクロヘキサノン選択率は24.1%、シクロヘキサノール選択率は41.5%であった。   To a 1 L autoclave, 211 g of the ion exchange treated water and 383 g of cyclohexane were added. After heating this to 160 ° C., 36.2 g of a cyclohexane solution of 10% by weight of cyclohexyl hydroperoxide was injected and reacted for 1 hour. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the decomposition rate of cyclohexyl hydroperoxide was 54.4%, the selectivity of cyclohexanone was 24.1%, and the selectivity of cyclohexanol was 41.5%.

[比較例1]
イオン交換樹脂処理を行わなかった以外は実施例1と同様にして、シクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解を行った。シクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解率は99.8%、シクロヘキサノン選択率は22.0%、シクロヘキサノール選択率は38.0%であった。
[Comparative Example 1]
The cyclohexyl hydroperoxide was decomposed in the same manner as in Example 1 except that the ion exchange resin treatment was not performed. The decomposition rate of cyclohexyl hydroperoxide was 99.8%, the cyclohexanone selectivity was 22.0%, and the cyclohexanol selectivity was 38.0%.

[比較例2]
ギ酸水溶液を水酸化ナトリウムで中和してpHを7.2に調整したこと以外は比較例1と同様にして、シクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解を行った。シクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解率は100%、シクロヘキサノン選択率は20.8%、シクロヘキサノール選択率は35.8%であった。
[Comparative Example 2]
Cyclohexyl hydroperoxide was decomposed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the aqueous formic acid solution was neutralized with sodium hydroxide and the pH was adjusted to 7.2. The decomposition rate of cyclohexyl hydroperoxide was 100%, the cyclohexanone selectivity was 20.8%, and the cyclohexanol selectivity was 35.8%.

<循環水中のカルボン酸除去の効果>
[実施例2]
500mlのSUS316L製オートクレーブに、シクロヘキサン250g、0.1重量%のオクチル酸コバルトのシクロヘキサン溶液293mg(Co金属として0.2重量ppm)を加え、ガス吹込みノズルから窒素を導入しながら、内部温度を157℃に加熱した。内部温度が157℃に達した後、吹込みガスを空気に切り替え、1L/分の速度で空気を吹込みながら、21分間シクロヘキサンの酸化反応を行った。当該バッチ反応を10バッチ行い、酸化反応液を得た。酸化反応でのシクロヘキサン転化率は4.2%、シクロヘキサノン選択率は19.4%、シクロヘキサノール選択率は41.6%、シクロヘキシルパーオキサイドの選択率は16.3%であり、アジピン酸選択率は1.7%、オキシカプロン酸選択率は3.1%であった。
<Effect of removing carboxylic acid in circulating water>
[Example 2]
To 500 ml of SUS316L autoclave, 250 g of cyclohexane and 293 mg of cyclohexane solution of 0.1 wt% cobalt octylate (0.2 wt ppm as Co metal) were added, and the internal temperature was adjusted while introducing nitrogen from the gas blowing nozzle. Heated to 157 ° C. After the internal temperature reached 157 ° C., the blowing gas was switched to air, and the cyclohexane oxidation reaction was performed for 21 minutes while blowing air at a rate of 1 L / min. The batch reaction was performed 10 batches to obtain an oxidation reaction solution. Cyclohexane conversion in the oxidation reaction is 4.2%, cyclohexanone selectivity is 19.4%, cyclohexanol selectivity is 41.6%, selectivity of cyclohexyl peroxide is 16.3%, adipic acid selectivity 1.7%, and oxycaproic acid selectivity was 3.1%.

当該酸化反応液に350gの水を加えて攪拌後、これを分液して、抽出水を分取した。抽出水をボトム温度100℃から120℃の温度で単蒸留し、釜残中水分が3重量%となるまで濃縮し、循環水を得た。循環水を液体クロマトグラフィーで分析した結果、ギ酸1.02重量%、酢酸0.33重量%、プロピオン酸0.04重量%、酪酸0.03重量%が含まれており、pHは2.17であった。この循環水に対し、実施例1と同様にイオン交換樹脂処理を行った。その結果、イオン交換処理水中には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸は検出されず、pHは6.59であった。   350 g of water was added to the oxidation reaction solution and stirred, and then this was separated to extract extracted water. The extracted water was simply distilled at a bottom temperature of 100 ° C. to 120 ° C. and concentrated until the water content in the residue in the kettle became 3% by weight to obtain circulating water. As a result of analyzing the circulating water by liquid chromatography, it contained 1.02% by weight of formic acid, 0.33% by weight of acetic acid, 0.04% by weight of propionic acid and 0.03% by weight of butyric acid, and the pH was 2.17. Met. The circulating water was treated with an ion exchange resin in the same manner as in Example 1. As a result, no formic acid, acetic acid, propionic acid, or butyric acid was detected in the ion-exchanged water, and the pH was 6.59.

一方、前記酸化反応液を約10倍に濃縮し、シクロヘキサノン12.52重量%、シクロヘキサノール27.40重量%、シクロヘキシルハイドロパーオキサド12.45重量%を含有する酸化濃縮液を取得した。1Lのオートクレーブにシクロヘキサン440g、前記イオン交換処理水70gを加えて160℃に加熱後、前記酸化濃縮液45gを圧入して5分間攪拌して反応を行い、分液した。分離された油相は約10倍に濃縮され、新たなイオン交換処理水を用いて同様の反応操作を繰り返した。合計3回反応分液操作を繰り返した後、油相及び水相のガスクロマトグラフィー分析を行った結果、シクロヘキシルハイドロパーオキサイド分解率は37.6%、シクロヘキサノン選択率24.7%、シクロヘキサノール選択率42.5%であった。一方、水相中のアジピン酸及びオキシカプロン酸について液体クロマトグラフィーを用いて定量分析を行った結果、アジピン酸抽出率は82.5%、オキシカプロン酸抽出率は81.9%であった。   On the other hand, the oxidation reaction liquid was concentrated about 10 times to obtain an oxidation concentrated liquid containing 12.52% by weight of cyclohexanone, 27.40% by weight of cyclohexanol and 12.45% by weight of cyclohexyl hydroperoxide. After adding 440 g of cyclohexane and 70 g of the ion exchange treated water to a 1 L autoclave and heating to 160 ° C., 45 g of the oxidized concentrated solution was injected and stirred for 5 minutes to carry out the reaction, followed by liquid separation. The separated oil phase was concentrated about 10 times, and the same reaction operation was repeated using fresh ion-exchanged water. After repeating the reaction separation operation three times in total, gas chromatographic analysis of the oil phase and the water phase revealed that the cyclohexyl hydroperoxide decomposition rate was 37.6%, cyclohexanone selectivity 24.7%, cyclohexanol selection The rate was 42.5%. On the other hand, as a result of quantitative analysis using liquid chromatography for adipic acid and oxycaproic acid in the aqueous phase, the adipic acid extraction rate was 82.5% and the oxycaproic acid extraction rate was 81.9%.

分離された油相は再度10倍に濃縮し、シクロヘキサン400gと17重量%炭酸ナトリウム水溶液80gとを混合しあらかじめ160℃に加熱した混合液に圧入し、60分間同温度で攪拌した。これにより、残存するシクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解とエステルの加水分解とを同時に行った(ケン化処理)。分液後、油相及び水相のガスクロマトグラフィー分析を行った結果、シクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解率は100%で、酸化反応液中のシクロヘキシルハイドロパーオキサイドを基準にしたシクロヘキサノン選択率は44.4%、シクロヘキサノール選択率は34.3%であった。   The separated oil phase was again concentrated 10 times, mixed with 400 g of cyclohexane and 80 g of a 17 wt% aqueous sodium carbonate solution, and press-fitted into a liquid mixture previously heated to 160 ° C., and stirred at the same temperature for 60 minutes. Thereby, decomposition | disassembly of the remaining cyclohexyl hydroperoxide and hydrolysis of ester were performed simultaneously (saponification process). As a result of gas chromatographic analysis of the oil phase and the water phase after the liquid separation, the decomposition rate of cyclohexyl hydroperoxide was 100%, and the cyclohexanone selectivity based on cyclohexyl hydroperoxide in the oxidation reaction solution was 44. The selectivity for 4% and cyclohexanol was 34.3%.

[比較例4]
イオン交換樹脂処理を行わなかった以外は実施例3と同様な実験操作をおこなった。水抽出操作後のシクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解率は60.3%、シクロヘキサノン選択率は22.5%、シクロヘキサノール選択率は39.3%であり、アジピン酸抽出率は81.9%、オキシカプロン酸抽出率は80.5%であった。また、ケン化処理後のシクロヘキシルハイドロパーオキサイドの分解率は100%、酸化反応液中のシクロヘキシルハイドロパーオキサイドを基準にしたシクロヘキサノン選択率は37.9%、シクロヘキサノール選択率は35.3%であった。
[Comparative Example 4]
The same experimental operation as in Example 3 was performed except that the ion exchange resin treatment was not performed. The decomposition rate of cyclohexyl hydroperoxide after the water extraction operation was 60.3%, the cyclohexanone selectivity was 22.5%, the cyclohexanol selectivity was 39.3%, the adipic acid extraction rate was 81.9%, oxy The caproic acid extraction rate was 80.5%. Further, the decomposition rate of cyclohexyl hydroperoxide after saponification treatment was 100%, the cyclohexanone selectivity based on cyclohexyl hydroperoxide in the oxidation reaction solution was 37.9%, and the cyclohexanol selectivity was 35.3%. there were.

以上の結果を以下の表1にまとめる。表1から明らかな通り、循環水からカルボン酸を除去することにより、所望のケトン及び/又はアルコールの高収率化を達成することができた。
The above results are summarized in Table 1 below. As is apparent from Table 1, it was possible to achieve a high yield of the desired ketone and / or alcohol by removing the carboxylic acid from the circulating water.

Claims (6)

炭化水素化合物を分子状酸素で酸化して得られる酸化反応液と水とを混合し、ハイドロパーオキサイドを含んだ油相とカルボン酸を含んだ水相とに分液する工程と、
前記水相を濃縮してカルボン酸を含んだ濃縮液を得ると共に水を回収する工程と、
前記濃縮工程で回収した水中のカルボン酸を除去する工程と、
前記カルボン酸が除去された水を前記分液工程に再利用する工程と、
前記油相中の前記ハイドロパーオキサイドをケトン及び/又はアルコールに分解する工程と
を含んだカルボン酸並びにケトン及び/又はアルコールの製造方法。
A step of mixing an oxidation reaction solution obtained by oxidizing a hydrocarbon compound with molecular oxygen and water, and separating the mixture into an oil phase containing hydroperoxide and an aqueous phase containing carboxylic acid;
Concentrating the aqueous phase to obtain a concentrated liquid containing carboxylic acid and recovering water;
Removing the carboxylic acid in the water recovered in the concentration step;
Recycling the water from which the carboxylic acid has been removed to the liquid separation step;
A method for producing a carboxylic acid and a ketone and / or an alcohol, comprising a step of decomposing the hydroperoxide in the oil phase into a ketone and / or an alcohol.
前記油相はカルボン酸エステルを更に含み、前記方法は前記カルボン酸エステルをカルボン酸とアルコールとに加水分解する工程を更に含んでいる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the oil phase further comprises a carboxylic acid ester, and the method further comprises hydrolyzing the carboxylic acid ester to a carboxylic acid and an alcohol. 前記ハイドロパーオキサイドの分解工程と前記カルボン酸エステルの分解工程とを前記油相とアルカリ水溶液とを接触させることにより単一工程として行う請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the hydroperoxide decomposition step and the carboxylic acid ester decomposition step are performed as a single step by bringing the oil phase into contact with an aqueous alkali solution. 前記カルボン酸の前記除去はイオン交換樹脂を用いて行われる請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the removal of the carboxylic acid is performed using an ion exchange resin. 前記イオン交換樹脂はアニオン交換樹脂である請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the ion exchange resin is an anion exchange resin. 前記ハイドロパーオキサイドがシクロヘキシルハイドロパーオキサイドであり、ケトンがシクロヘキサノンであり、アルコールがシクロヘキサノールである、請求項1乃至5の何れか1項に記載の方法。

The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydroperoxide is cyclohexyl hydroperoxide, the ketone is cyclohexanone, and the alcohol is cyclohexanol.

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