JP2755099B2

JP2755099B2 - ナフタレンジカルボン酸の製造法

Info

Publication number: JP2755099B2
Application number: JP5045261A
Authority: JP
Inventors: 充樹安原; 聡之服部; 信広武井; 友義山本; 貴行加藤; 躍動橘
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JPH0672949A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ジイソプロピルナフタ
レン（以後、「ＤＩＰＮ」と云うこともある。）を分子
状酸素により液相酸化して、ナフタレンジカルボン酸
（以後、「ＮＤＣＡ」と云うこともある。）を製造する
方法に関する。ＮＤＣＡは耐熱性や強度が高く、また酸
素通過量が低いなどエンジニアリングプラスチックとし
て優れた特性を有するポリエチレンナフタレート（ＰＥ
Ｎ）などのポリエステル及びポリアミドを製造するため
の原料である。

【０００２】

【従来の技術】ＤＩＰＮをコバルト、マンガンなどの重
金属と臭素化合物からなる触媒の存在下、分子状酸素に
より液相酸化してＮＤＣＡを製造する方法は公知であ
り、各種の提案がなされている（特開平１−121240号、
特開昭63−250344号、特開平１−160943号、特開昭60−
89445号、特開昭60−89446号など）。これらのうち、特
開昭60−89445号公報記載の方法は２，６−ＤＩＰＮを
炭素数３以下の脂肪族モノカルボン酸を少なくとも50重
量％含む溶媒中で、コバルト及び／又はマンガンよりな
る重金属と臭素からなる触媒の存在下に、該重金属を
２，６−ＤＩＰＮ 1モル当たり、少なくとも0.2モル使
用する液相空気酸化法であり、特開昭60−89446号公報
記載の方法は該重金属を溶媒に対して少なくとも１重量
％存在させる液相空気酸化法である。特開昭60−89445
号公報及び特開昭60−89446号公報に開示された実施例
では、酢酸溶媒中で重金属を２，６−ＤＩＰＮ 1モルに
対して0.28〜3.9モルと多量に用いることにより、２，
６−ＮＤＣＡが収率70〜90％もの高成績で得られてい
る。多量の触媒を用いる効果は明確ではないが、反応初
期に多量に生成する酸化中間体で触媒が失活し、反応系
内での賦活・再生が遅いため、これを補うために多量の
触媒が必要であると特開昭60−89445号公報及び特開昭6
0−89446号公報に記載されている。

【０００３】反応条件については、特開昭60−89445号
公報、特開昭60−89446号公報記載の実施例では反応温
度は160〜200℃、反応圧力は20〜30kg／cm²Ｇ(ゲージ圧
力）であり、特開平１−121240号公報記載の実施例では
180〜200℃、反応圧力は15〜30kg／cm²Ｇであり、特開
昭63−250344号公報記載の実施例では180〜200℃、反応
圧力は15kg／cm²Ｇであり、そして、特開平１−160943
号公報記載の実施例では200℃, 30kg／cm²Ｇである。

【０００４】以上の従来技術は共通点として、酢酸およ
び／又はプロピオン酸を溶媒として用い、コバルト、マ
ンガンなどの重金属触媒と臭素化合物触媒存在下に、Ｄ
ＩＰＮを液相空気酸化してＮＤＣＡを製造する際に、Ｄ
ＩＰＮに対して多量の重金属および臭素触媒を使用し、
かつ160〜200℃、15〜30kg／cm²Ｇの高温高圧の条件下
でＮＤＣＡを得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきた従来の
ＤＩＰＮを酸化してＮＤＣＡを製造する方法は、いずれ
も、反応中に触媒が失活していくため２，６−ＤＩＰＮ
に対してコバルト、マンガン等の重金属触媒及び臭素化
合物を多量に用いなければならず、また、反応温度と反
応圧力が高いという共通の問題点がある。

【０００６】本発明は、触媒をリサイクル使用してもコ
バルト、マンガン等の重金属触媒の活性低下が少なく、
長時間に渡り安定した高収率で、そして高品質のＮＤＣ
Ａを製造でき、かつ反応温度及び反応圧力を低下できる
方法を提供することをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決して、コバルト、マンガンなどの重金属および臭
素化合物存在下に、ＤＩＰＮを分子状酸素含有ガスによ
り液相酸化してＮＤＣＡを得る方法について種々検討し
た。その結果、ＤＩＰＮに対して多量の重金属および臭
素化合物触媒を使用し、かつ160〜200℃、15〜30kg／cm
²Ｇの高温高圧の条件下でＤＩＰＮを液相酸化してＮＤ
ＣＡを製造する条件では、初期段階でのＮＤＣＡ収率は
確かに高い値が得られるが、一方ではコバルト、マンガ
ン等の重金属触媒の活性低下（劣化）が激しいことを見
出した。そして、反応液にスラリーとして懸濁するＮＤ
ＣＡを濾過器や遠心分離器を用いて、ＮＤＣＡと固液分
離して回収される触媒（コバルト、マンガン等の重金属
及び臭素化合物を含む酢酸又はプロピオン酸溶液）を酸
化反応槽にリサイクル使用した場合には、循環触媒中に
酸化反応によって生成した水がかなり蓄積する結果、初
期の触媒活性を維持することが困難となり、水の蓄積に
つれて経時的にＮＤＣＡ収率が低下し、同時に不純物副
生量が増加することがわかった。これらにより、製品Ｎ
ＤＣＡの収率低下のみならず、純度低下や色相悪化を引
き起こすなど工業生産する上に好ましくない事実が起き
ていることを見出すに至った。リサイクル使用が困難な
場合には、ＮＤＣＡの生産速度を維持するために多量の
新鮮な触媒を再投入しなければならず、さらには廃触媒
量の増加に伴う処理手段を講じなくてはならず、ＮＤＣ
Ａ製造工程数が増加してコストが高くなるという欠点が
判明した。

【０００８】そこで、本発明者らは、コバルト、マンガ
ンなどの重金属および臭素化合物存在下に、ＤＩＰＮを
分子状酸素含有ガスにより液相酸化してＮＤＣＡを得る
方法について鋭意研究した結果、酸化反応溶液内にクロ
ルベンゼンあるいはベンゼンを存在させると生成した水
の蒸発量が増え、しかも酸化反応溶液から蒸発した気相
を凝縮させて得られた凝縮液は２相に分かれてそのうち
の１相に水のほとんどが集まることを見出した。そこ
で、従来の還流方式を変えて凝縮液を一旦集め、水の分
配率が少ないクロルベンゼン相又はベンゼン相のみを酸
化反応溶液内に戻してやり、酸化反応で生成した水の殆
どが分配している相を系外に抜き出すことにより、循環
触媒及び酸化反応液に含まれる水の蓄積を抑え、触媒活
性の低下を大幅に減少させ、前記の目的を達成すること
が出来た。

【０００９】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のであり、ジイソプロピルナフタレンを少なくともコバ
ルト、マンガン、セリウム又はニッケルのうちの１種の
重金属塩と臭素化合物とからなる触媒を含み酢酸、プロ
ピオン酸又は両者の混合物を溶媒とする溶液中で分子状
酸素により酸化してナフタレンジカルボン酸を製造する
際に、この酸化反応を行わせる溶液にクロルベンゼン又
はベンゼンを供給し、該酸化反応溶液から排出される気
相を冷却して凝縮させ、クロルベンゼンあるいはベンゼ
ンに富む相と水に富む相に分相する該凝縮液のうちクロ
ルベンゼンあるいはベンゼンに富む相は前記酸化反応溶
液内へ循環し、水に富む相は系外に抜き出すことを特徴
とするナフタレンジカルボン酸の製造方法を提供するも
のである。又は、該酸化反応溶液から排出される気相を
部分的に凝縮させて得られる部分凝縮液を該酸化反応溶
液に循環すると共に、残りの気相を冷却して完全凝縮さ
せた後、クロルベンゼンあるいはベンゼンに富む相と水
に富む相に分相する該完全凝縮液の内、クロルベンゼン
あるいはベンゼンに富む相は前記酸化反応液に循環し、
水に富む相は系外に抜き出すことを特徴とするナフタレ
ンジカルボン酸の製造方法を提供するものである。

【００１０】本発明における原料であるジイソプロピル
ナフタレン（ＤＩＰＮ）としては、２，６−体、２，７
−体の他、全ての異性体、及びこれらの混合物を使用す
ることが出来る。ＤＩＰＮ供給量は、使用する溶媒に対
して、１〜40重量％であってよい。

【００１１】本発明において使用する溶媒としては、酢
酸および／又はプロピオン酸あるいは、酢酸および／又
はプロピオン酸と他の溶媒との混合物を用いても差し支
えない。酢酸および／又はプロピオン酸と他の溶媒との
混合物を酸化溶媒として使用する場合には、酢酸および
／又はプロピオン酸が溶媒中に占める割合を少なくとも
50重量％以上、特に60重量％以上に保つことが好まし
い。50重量％未満では、酸化速度が抑えられ、ＮＤＣＡ
収率が低下するので好ましくない。他の溶媒としては、
ベンゼン、モノクロロベンゼン、モノブロモベンゼンな
どに例示される、酸化に対して安定な溶媒を用いる。最
も好ましい溶媒は酢酸である。

【００１２】水の存在はある程度は許容されるが、多量
に存在すると酸化を阻害するので好ましくない。水含量
は、コバルトとマンガンなど重金属の合計モル量に対し
て10倍モル以下、好ましくは７倍モル以下、特に５倍モ
ル以下が適当である。10倍モルを越えると触媒活性の低
下が著しく、ＮＤＣＡ収率が低下する。さらには、生成
したナフタレンジカルボン酸（固体スラリー）の粘着性
が増加し、酸化槽や配管の壁に厚く付着し、閉塞の原因
となることが見いだされた。10倍モル以下で運転すれ
ば、流動性の優れたさらさらとしたＮＤＣＡが得られ、
閉塞の心配がない。

【００１３】従って、酸化反応溶液中のコバルトやマン
ガン等の重金属の合計モル量に対して水のモル量が10倍
以下になるように、酸化反応液に供給するクロルベンゼ
ンやベンゼンの量及び凝縮液の内、クロルベンゼンある
いはベンゼンに富む相の循環量を定める必要がある。

【００１４】酸化触媒としては、少なくともコバルト、
マンガン、セリウム、ニッケルのうちの１種の重金属塩
と臭素化合物を併用して用いる。触媒活性の高さや製品
であるＮＤＣＡと塩を形成しないことなどからコバルト
とマンガンの組合せが最も好ましい。これらの重金属
は、酢酸または／およびプロピオン酸に可溶性のもので
あり、水酸化物、炭酸塩、有機酸塩、ハロゲン化物など
が挙げられるが、これらのうち有機酸塩、特に酢酸塩が
好ましい。臭素化合物としては、臭素（Ｂr₂）、臭化水
素、臭化水素塩などの無機臭素化合物、臭化メチル、臭
化エチル、臭化プロピル、臭化エチレンなどの臭化アル
キルが挙げられる。これらの中で臭化水素、臭化ナトリ
ウム、臭化カリウム、臭化アンモニウム、臭化コバル
ト、臭化マンガンが特に好ましい。

【００１５】コバルトとマンガンを併用することによ
り、コバルトまたはマンガンを単独で使用した場合と較
べて高い触媒作用が認められる。触媒として使用する両
重金属の比は、原子比で0.1≦Ｃo／（Ｃo＋Ｍn）≦0.
9、特に0.2≦Ｃo／（Ｃo＋Ｍn）≦0.7が好ましい。この
範囲を外れると、ＮＤＣＡ収率が低下する。

【００１６】コバルト、マンガンを合計した重金属のＤ
ＩＰＮに対する使用量は、モル比で表現して、0.1≦
（Ｃo＋Ｍn）／ＤＩＰＮ≦10、特に0.5≦（Ｃo＋Ｍn）
／ＤＩＰＮ≦４が好ましい。この範囲以下では、ＮＤＣ
Ａ収率が低下し、トリメリット酸の副生量が著しく増加
するだけでなく、トリメリット酸がコバルトやマンガン
などの重金属と錯体を形成し、触媒損失量を増加させて
しまう。この範囲以上では、多量の触媒を使用すること
になるので、生成し析出したＮＤＣＡに重金属が同伴
し、ＮＤＣＡの純度低下をもたらすだけでなく、触媒損
失につながる。また、反応器が大きくなり、ＮＤＣＡ生
産性が低下する、分子状酸素含有ガスの吹き込み管に触
媒が析出し、閉塞する等、工業的に好ましくない事態が
起きる。

【００１７】酸化反応促進剤である臭素化合物のコバル
トおよびマンガン金属の合計量に対する使用量は、モル
比で表現して0.1≦Ｂr／（Ｃo＋Ｍn）≦１、特に0.2≦
Ｂr／（Ｃo＋Ｍn）≦0.5が好ましい。この範囲以下で
は、酸化反応が円滑に進まず、ＮＤＣＡ収率が低下す
る。この範囲以上では、臭素のナフタレン環への付加反
応が起き、ＮＤＣＡ収率の低下、ＮＤＣＡ純度の低下や
品質悪化をもたらし、さらには排出される気相に同伴す
る臭化メチル量が増加するので、大気汚染の問題が生ず
る等、好ましくない。

【００１８】分子状酸素含有ガスとしては、空気をその
まま使用することが出来る。また、酸素や空気を不活性
ガスで希釈したものを用いることが出来る。酸素分圧と
しては、0.2〜２kg／cm²が好ましい。

【００１９】モノクロルベンゼン又はベンゼンの酸化反
応槽への供給量は、酸化反応で生成した水100重量部に
対して100〜1000重量部、より好ましくは250〜750重量
部である。尚、ここにいう供給量とは、リサイクルされ
るクロルベンゼン又はベンゼンと新たに供給するクロル
ベンゼン又はベンゼンの合計供給量を意味する。クロル
ベンゼン又はベンゼン供給量が100重量部未満になる
と、効率良く水が酸化槽から除去出来ず、循環触媒中に
水が蓄積し、触媒活性を落とす欠点がある。クロルベン
ゼンを1000重量部を越えて供給しても酸化生成水の除去
効率は高まらず、寧ろクロルベンゼン量の増加による冷
却器能力の肥大化、相分離器の大型化、そしてクロルベ
ンゼン循環機器類の肥大化といった経済面でのコストア
ップがもたらされるので、好ましくない。クロルベンゼ
ン又はベンゼンは、酸化反応に先立って酸化反応溶液に
添加しておくことが望ましい。ＤＩＰＮの溶媒として使
用する方法が特に簡便である。ＤＩＰＮと別途に添加し
てもよいことはいうまでもない。

【００２０】反応温度は、150〜180℃の範囲で実施する
ことが好ましい。この範囲以下では、ＤＩＰＮから酸化
中間体への酸化は速やかに進むが、酸化中間体からＮＤ
ＣＡへの酸化が円滑に進まず、ＮＤＣＡ収率が低下す
る。この範囲を越えると溶媒である酢酸やプロピオン酸
の燃焼損失が増加し、経済的に好ましくない。反応時間
は、0.5〜５時間であってよい。

【００２１】使用する圧力は、酸化反応槽中に液相が維
持できるような圧力以上であれば良いが、10kg／cm²Ｇ
を超過すると溶媒を構成する酢酸及び／又はプロピオン
酸の燃焼損失が増加するので好ましくない。空気を用い
た場合の反応圧力は、10kg／cm²Ｇ以下で十分である。
通常、反応圧力は５〜10、特に６〜８kg／cm²Ｇであっ
てよい。

【００２２】本発明方法の酸化反応を実施するに当たっ
ては、加熱された気液混合器にジイソプロピルナフタレ
ンと分子状酸素含有ガスを同時に供給して、前もって接
触せしめて気液混合を行った後、この気液混合物を予め
分子状酸素含有ガスにより前酸化したコバルト、マンガ
ン等の重金属塩及び臭素化合物を含む酢酸及び／又はプ
ロピオレン酸溶液中に供給することが望ましい。気液混
合器は、酸素含有ガスと液体である原料ＤＩＰＮが効率
よく、混合できる構造を有していればよく、その構造は
限定されない。原料ＤＩＰＮ、例えば２，６−ＤＩＰＮ
の融点は70℃であり、固化しやすい。固化によるライン
の閉塞を防止する意味と、触媒を含む酢酸および／又は
プロピオン酸溶液中への原料の拡散効率を高める意味か
ら気液混合器を100〜200℃、特に100〜150℃の範囲で加
熱することが好ましい。気液混合器内での２，６−ＤＩ
ＰＮの固化を防止するために、ベンゼン、モノクロルベ
ンゼン、モノブロモベンゼンなどに例示される、酸化に
対して安定な溶媒で希釈しても差し支えないが、クロル
ベンゼン又はベンゼンにこの希釈剤を兼ねさせることが
好ましい。分子状酸素含有ガスの供給速度は、標準状態
の空気供給量に換算してＤＩＰＮ 1モル当り1000ｌ〜50
00ｌであってよい。気液混合時間は、気液接触が充分に
行なえる範囲であれば、特に限定されない。

【００２３】酢酸および／又はプロピオン酸、あるいは
酢酸および／又はプロピオン酸と他の溶媒との混合物に
コバルト、マンガン等の重金属及び臭素化合物を溶解さ
せて酸化反応に供することになるが、高収率でＮＤＣＡ
を製造するには、酸素含有ガスで予め前酸化処理を行う
ことが好ましい。処理温度は、室温〜180℃の範囲で行
うことが好ましい。この範囲を越えると溶媒の燃焼損失
が無視できなくなる。圧力は、１〜10kg／cm²Ｇが好ま
しい。処理時間は、0.5〜５時間であってよい。前酸化
の方法としては、攪拌しながら該触媒溶液に酸素含有ガ
スをノズル、リングスパージャー、焼結金属、多孔質磁
器製の微細気泡ディフューザーなどを通して供給するこ
とにより実施される。

【００２４】本発明方法は、バッチ方式でも連続方式で
も実施できるが、連続方式及び触媒溶液中に原料ＤＩＰ
Ｎと酸素含有ガスを連続で供給して酸化反応を行うセミ
・バッチ方式が好ましい。

【００２５】上記酸化反応終了後、必要に応じ酸化を更
に完全なものとするために、所謂、ポスト・オキシデー
ション（後酸化）を行ってよい。このようなポスト・オ
キシデーションは、主酸化反応に引き続き酸化反応容器
内でそのままか、または主酸化反応後、一旦別容器に移
してこれを所要時間分子状酸素と接触させる事により行
われる。

【００２６】この際、ポスト・オキシデーションの反応
圧力、温度は主反応の場合と同じである必要はなく、こ
れより高くても低くてもよい。

【００２７】上記酸化反応の際に、酸化反応溶液からは
蒸気が出る。そこで、酸化反応槽に冷却器を取り付けて
オフガス中の蒸気を凝縮させ、凝縮液を分液槽で受け
る。そうすると分液槽ではクロルベンゼンあるいはベン
ゼンに富む相と水に富む相の２相に分相される。分相は
単なる静置でもよく、公知の装置を用いて分相を促進す
る手段を講じてもよい。両相の上下関係はクロルベンゼ
ンを用いるかあるいはベンゼンを用いるかによって異な
り、クロルベンゼンの場合には、これに富む相が下にな
り、ベンゼンの場合にはこれに富む相が上になる。この
うち、クロルベンゼンあるいはベンゼンに富む相は酸化
反応槽に循環してやる。この循環は連続的あるいは間欠
的に行ってもよく、１バッチの反応ごとに行ってもよ
い。

【００２８】前記凝縮を行なう前に蒸気を中途まで冷却
して、反応溶媒である酢酸又はプロピオン酸を凝縮さ
せ、これを前記酸化反応溶液に循環することが好まし
い。この第１の凝縮器の役割は、酸化反応槽のオフガス
に同伴する気相成分の内、水を出来るだけ凝縮させず、
酢酸及び／又はプロピオン酸とクロルベンゼン又はベン
ゼンの一部を凝縮させることにある。前段の凝縮器（第
１凝縮器）で液化しなかった水とクロルベンゼン又はベ
ンゼンと酢酸及び／又はプロピオン酸の一部は、続く後
段の凝縮器（第２凝縮器）で完全に凝縮させる。後段の
凝縮によって得られる第２凝縮液中には、酸化反応生成
水と重金属触媒の配位水が含まれる。従って、第１凝縮
器の運転条件は、酸化反応の理論生成水（ＤＩＰＮ１モ
ル当たり、６モルの水）以上の水が気相として第２凝縮
器に送入される様に、第１凝縮器出口温度が設定され
る。その結果、ＮＤＣＡと分離された触媒液中に水が蓄
積することがなく、触媒液を酸化槽に循環した場合で
も、酸化反応液中の水分量を重金属触媒の合計モル量に
対して、10倍モル以下、好ましくは７倍モル以下、特に
好ましくは５倍モル以下に保つことが出来る。例えば、
酸化反応槽の圧力が８kg／cm ²Ｇの条件下では、第１凝
縮器出口の温度を60から130℃の範囲に、好ましくは80
から120℃の範囲に制御することが好ましい。この温度
範囲を越えると第１凝縮液量が減り、第２凝縮器に入る
酢酸量が著しく増加する結果、第１凝縮器から酸化反応
槽に循環される酢酸量が極端に減り、酸化反応槽の運転
が出来なくなる。一方、前記温度範囲から下がると、循
環酢酸量は増加するものの、第１凝縮器で凝縮される水
分量もまた増加し、多量の水が酸化反応槽に循環される
ことになり、効果的な水抜きが困難となり、ＮＤＣＡを
固液分離後、回収される触媒液中に水が蓄積し、触媒活
性が著しく低下する。

【００２９】酸化反応が終了した反応液は、例えば濾過
により触媒を分離し、続いて熱酢酸や水を用いて洗浄し
た後、触媒を含まないナフタレンジカルボン酸を得る。
粗ナフタレンジカルボン酸は、さらに晶析により精製す
ることが出来る。あるいは、メタノールによりジメチル
エステルに変換後、晶析や精密蒸留操作により精製する
ことができる。

【００３０】尚、使用済みの重金属触媒は殆ど変性して
おらず、勿論、触媒活性も殆ど低下していない。酸化反
応で副生するトリメリット酸は、重金属触媒と錯塩を形
成して製品ＮＤＣＡに同伴して沈殿し、触媒ロスの原因
となる。従って、前記錯塩を製品ＮＤＣＡの水洗により
回収し、炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウムと反応さ
せて、重金属の炭酸塩として再生した後、循環触媒と共
に酸化槽にリサイクルすれば、本質的には何ら新鮮な触
媒を追加補充することなく、一度使用した触媒にて何度
でも酸化反応に再使用することが出来る。一方、臭素化
合物は、徐々に蒸発、分解等によって減少していくので
適宜不足分を補充してやる。

【００３１】

【作用】酸化反応溶液にクロルベンゼンあるいはベンゼ
ンを存在させることにより、酸化反応にって生成した水
がこれらに同伴して蒸発量が増す。この気相は、クロル
ベンゼン、あるいはベンゼンと酢酸あるいはプロピオン
酸と水からなっており、これを凝縮もしくは部分的に凝
縮させるとクロルベンゼンあるいはベンゼンに富む相と
水に富む相の２相に分相する。酢酸あるいはプロピオン
酸は両相に分配するが、水は１方の相に極端に片寄る。
そこで、この水に富む相は、系外に抜き出すことによ
り、生成水を酸化反応系から除外して活性低下を防止し
ている。酸化反応液からナフタレンジカルボン酸を分離
した後の触媒液には、水が蓄積しないのでその壗、酸化
反応槽にリサイクルすることが出来るので、触媒液から
水を除去する為の特別な蒸留設備やその他の脱水設備が
不要となる。クロルベンゼンあるいはベンゼンに富む相
を酸化反応液に循環することによってクロルベンゼンあ
るいはベンゼンと酢酸あるいはプロピオン酸の減少分を
補うことが出来、新規補充分を節約出来る。

【００３２】

【実施例】

実施例１図１に示す装置を使用した。この装置においては酸化反
応槽１として攪拌機７付のチタン製オートクレーブを使
用した。この酸化反応槽１の底部近傍にはスパージャー
８が配設され、スパージャー８には原料と空気を供給す
る原料供給ライン９が接続されている。原料供給ライン
９は気液混合器５を介してＤＩＰＮ供給ライン10、クロ
ルベンゼン供給ライン11及び空気供給ライン12が接続さ
れている。酸化反応槽１の側壁中央部には酢酸供給ライ
ン13が接続され、上部には第１凝縮器19と気相排出ライ
ン14が接続されている。気相排出ライン14は凝縮器６を
介して分液槽２に接続されている。分液槽２の底部から
はクロルベンゼンに富む相17を戻す循環ライン15が酸化
反応槽１の側壁へ配管接続されている。酸化反応槽１の
底部にはＮＤＣＡ抜き出しライン16が接続されている。
分液槽２の側壁中央部からは水に富む相18をそして上部
からは気相を気液分離器３へ移すラインが接続されてい
る。気液分離器３の上部にはオフガス放出ラインが接続
され、底部には水に富む相18を受ける受器４が配管接続
されている。

【００３３】上記の装置において、まず、容量500mlの
酸化反応槽１に触媒として、酢酸コバルト四水塩0.05モ
ル、酢酸マンガン四水塩0.05モル、臭化ナトリウム0.02
5モル、氷酢酸142mlを仕込み攪拌下、圧力を８kg／cm²
Ｇに保ちながら、圧縮空気を空気供給ライン12から標準
状態に換算して500ml／minで供給した。一方、凝縮器６
には５℃の冷却水を、凝縮器19には、90℃の熱媒油を循
環させた。室温から170℃まで１時間かけて徐々に昇温
し、触媒の前酸化処理を行った。170℃に到達後、空気
供給量を1000ml／minに高め、２，６−ＤＩＰＮ 50gを
クロルベンゼン100ｇに溶解した原料液を20時間かけて
定量ポンプを用い、7.95ｇ／hrの供給速度で圧縮空気と
共に220℃に加熱した外径１インチ、内径21.4mm、長さ2
50mm（内部にヘリパックを充填したもの）のＳＵＳ製管
よりなる気液混合器５の中に供給して気液混合後、上記
の触媒溶液中に分散させた。空気の供給速度は標準状態
換算で1000ml／minを維持した。凝縮器19に90℃の熱媒
油を循環して、酸化槽オフガスに同伴する成分の内、主
として酢酸を凝縮させて酸化槽に戻し、凝縮器６に５℃
に保った冷却水を循環させて水−クロルベンゼン蒸気お
よび酢酸蒸気を完全に凝縮し、凝縮液は分液槽２に貯蔵
した。原料供給開始後、２時間毎に分液槽に溜まった酢
酸量を測定し、次の２時間で同量の酢酸を酢酸供給ライ
ン13から補充した。

【００３４】20時間の原料供給終了後、原料と空気の供
給を止めた。酸化反応槽を冷却して圧力を常圧に戻した
後、ライン16より生成物を抜き出した。続いて、生成物
を濾過器を用いて濾過し、淡黄色固体（ＮＤＣＡ）とコ
バルト及びマンガン触媒を含む濾液（酢酸溶液）に分離
した。分液槽２に貯蔵した20時間分の凝縮液は、２相を
形成していた。上相はクロルベンゼン37ｇ、酢酸79ｇ、
水24ｇからなり、下相はクロルベンゼン56ｇ、酢酸27
ｇ、水２ｇからなっていた。飽和蒸気圧からオフガスに
同伴した水を考慮しても、反応生成水27ｇの内、95％以
上の水がクロルベンゼンに同伴して酸化反応槽から除去
されたことになる。20時間での供給ＤＩＰＮあたりのＮ
ＤＣＡ収率は89モル％であった。

【００３５】濾過器から回収された上記濾液、即ち回収
触媒を含む酢酸溶液に臭化ナトリウム粉末0.025モルを
新たに加えて溶解し、循環触媒として酸化反応槽に送入
し、次の酸化反応に使用した。この回収触媒液には、５
ｇの水が含まれていた。続いて、分液槽２で相分離した
下相を全量、酸化反応槽に送入した。攪拌下、圧力を８
kg／cm²Ｇに保ちながら、圧縮空気を標準状態に換算し
て500ml／minで供給し、室温から170℃まで１時間かけ
て徐々に昇温し、触媒の前酸化処理を行った。170℃に
到達後、空気供給量を1000ml／minに高め、２，６−Ｄ
ＩＰＮ 50ｇをクロロベンゼン100ｇに溶解した原料液を
20時間かけて定量ポンプを用い、7.95ｇ／hrの供給速度
で圧縮空気と共に、220℃に加熱した気液混合器５の中
に供給し気液混合後、上記の触媒溶液中に分散させた。
空気の供給速度は標準状態換算で1000ml／minを維持し
た。凝縮器19に90℃の熱媒油を循環して、酸化槽オフガ
スに同伴する成分の内、主として酢酸を凝縮させて酸化
槽に戻し、凝縮器６に５℃に保った冷却水を循環させて
水−クロルベンゼン蒸気および酢酸蒸気を完全に凝縮
し、凝縮液は分液槽２に貯蔵した。原料供給開始後、２
時間毎に分液槽に溜まった酢酸量を測定し、次の２時間
で同量の酢酸を酢酸供給ライン13から補充した。

【００３６】20時間の供給終了後、原料と空気の供給を
止めた。酸化反応槽を冷却して圧力を常圧に戻した後、
ライン16より、生成物を抜き出した。続いて、生成物を
濾過し、淡黄色固体と触媒を含む濾液に分離した。

【００３７】分液槽２に貯蔵した20時間分の凝縮液は２
相を形成していた。上相はクロルベンゼン41ｇ、酢酸82
ｇ、水24ｇからなり、下相はクロルベンゼン63ｇ、酢酸
28ｇ、水２ｇからなっていた。飽和蒸気圧からオフガス
に同伴した水を考慮しても、理論反応生成水27ｇの内、
95％以上の水がクロルベンゼンに同伴して反応槽から除
去されたことになる。20時間での供給ＤＩＰＮあたりの
ＮＤＣＡ収率は88モル％であった。

【００３８】同様の操作をあと２回繰り返した。その間
に、臭化ナトリウムは上述の様に追加し、分液槽２で相
分離後、回収された下相は循環再使用した。コバルトお
よびマンガン触媒は全く添加しなかった。計４回に渡り
濾別回収された淡黄色固体の全量（粗ＮＤＣＡ）と４回
目の濾液に含まれる２，６−ＮＤＣＡを液体クロマトに
より定量し、反応成績を計算した結果、80時間に渡り供
給したＤＩＰＮの通算モル数に対する２，６−ＮＤＣＡ
の収率（２，６−ＤＩＰＮ基準）は85％であった。

【００３９】比較例１クロルベンゼンを供給しないことを除いては、実施例１
と全く同様の操作を同じ反応装置を用いて行った。その
際、２，６−ＤＩＰＮは、外部電気ヒーターにより80℃
に加熱溶融して気液混合器５に空気と共に供給した。
２，６−ＤＩＰＮ供給速度は、実施例１と同じ2.65ｇ／
hrである。

【００４０】凝縮器19に循環する熱媒油温度を90℃に保
ち、凝縮器６に循環する冷却水の温度を５℃に保ちなが
ら、水−酢酸蒸気を完全に凝縮し、凝縮液は分液槽２に
貯蔵した。本例では、クロルベンゼン相が無いので２相
を形成しなかった。原料供給開始後、２時間毎に分液槽
に溜まった酢酸量を測定し、次の２時間で同量の酢酸を
酢酸供給ライン13から補充した。

【００４１】20時間の原料供給終了後、原料と空気の供
給を止めた。酸化反応槽を冷却して圧力を常圧に戻した
後、ライン16より生成物を抜き出した。続いて、生成物
を濾過器を用いて濾過し、淡黄色固体（ＮＤＣＡ）とコ
バルト及びマンガン触媒を含む濾液（酢酸溶液）に分離
した。分液槽に貯蔵した20時間分の凝縮液は、酢酸85
ｇ、水16ｇから成っており、均一相を形成していた。理
論反応生成水27ｇ内、60％程度しか反応槽から除去され
ておらず、かなりの生成水が回収触媒液に残存してい
た。20時間での供給ＤＩＰＮあたりのＮＤＣＡ収率は89
モル％であった。

【００４２】濾過器から回収された上記濾液、即ち回収
触媒を含む酢酸溶液に臭化ナトリウム粉末0.025モルを
新たに加えて溶解し、循環触媒として酸化反応槽に送入
し、次の酸化反応に使用した。この回収触媒液には、18
ｇの水が含まれていた。

【００４３】攪拌下、圧力を８kg／cm²Ｇに保ちなが
ら、圧縮空気を標準状態に換算して500ml／minで供給
し、室温から170℃まで１時間かけて徐々に昇温し、触
媒の前酸化処理を行った。170℃に到達後、空気供給量
を1000ml／minに高め、２，６−ＤＩＰＮを20時間かけ
て定量ポンプを用い、2.65ｇ／hrの供給速度で圧縮空気
と共に、220℃に加熱した気液混合器５の中に供給し気
液混合後、上記の触媒溶液中に分散させた。空気の供給
速度は標準状態換算で1000ml／minを維持した。凝縮器1
9に循環する熱媒油温度を90℃に保ち、凝縮器６に循環
する冷却水の温度を５℃に保ちながら、水−酢酸蒸気を
完全に凝縮し、凝縮液は分液槽２に貯蔵した。原料供給
開始後、２時間毎に分液槽に溜まった酢酸量を測定し、
次の２時間で同量の酢酸を酢酸供給ライン13から補充し
た。

【００４４】20時間の供給終了後、原料と空気の供給を
止めた。酸化反応槽を冷却して圧力を常圧に戻した後、
生成物を濾過し、淡黄色固体と触媒を含む濾液（回収触
媒を含む酢酸溶液）に分離した。分液槽２に貯蔵した20
時間分の凝縮液は、酢酸120ｇ、水23ｇから成ってお
り、回収触媒液には、約22ｇの水が残存していた。20時
間での供給ＤＩＰＮあたりのＮＤＣＡ収率は85モル％で
あった。

【００４５】同様の操作をあと２回繰り返した。その間
に、臭化ナトリウムは上述の様に追加したが、コバルト
およびマンガン触媒は全く添加しなかった。計４回に渡
り濾別回収された淡黄色固体の全量（粗ＮＤＣＡ）と４
回目の濾液に含まれる２，６−ＮＤＣＡを液体クロマト
により定量し、反応成績を計算した結果、80時間に渡り
供給したＤＩＰＮの通算モル数に対する２，６−ＮＤＣ
Ａの収率（２，６−ＤＩＰＮ基準）は65％であった。

【００４６】実施例２ディスクタービン型多段攪拌翼、原料及び触媒供給ライ
ン、クロルベンゼン供給ライン、オフガス排出ライン、
生成物抜き出しラインを有するチタンライニング製1.5
ｌ酸化反応槽１に、ＤＩＰＮ供給ライン10を経由して、
２，６−ＤＩＰＮを20.1ｇ／hr、クロルベンゼン供給ラ
イン11とクロルベンゼン循環ライン28から酸化反応槽１
に供給されるクロルベンゼンの合計量を48.1ｇ／hrにな
るように調整し、触媒循環ライン23を経由して酸化反応
槽１にリサイクルされる循環触媒中の酢酸コバルト（無
水塩換算）を19.5ｇ／hr、酢酸マンガン（無水塩換算）
を19.0ｇ／hr、臭化ナトリウムが5.6ｇ／hrになるよう
に補充触媒を触媒補充ライン27を経由して加えながら、
連続運転した。また、空気供給ライン12から、コンプレ
ッサーで加圧した空気を酸素71.8ｇ／hr、窒素236.4ｇ
／hrになるように供給し、170℃，８kg／cm²Ｇで連続運
転を行った。循環触媒液として触媒循環ライン23を経由
してリサイクルされた酢酸量は240ｇ／hrであり、水分
量は5.5ｇ／hrであった。尚、循環触媒液中には、トリ
メリット酸が0.04ｇ／hrと僅かに含まれていた。

【００４７】第１凝縮器19の出側温度が90℃になるよう
に冷却水量を制御し、オフガスに同伴する酸化槽気相成
分を部分凝縮させた。この第１凝縮液は受器20に貯ま
り、受器20の液面が一定になるように、周波数を調整し
ながら循環ポンプ22を経由して酸化反応槽１に連続循環
した。酸化反応槽１に循環する第１凝縮液は、酢酸が主
成分であった。第１凝縮器で凝縮しなかった成分は、第
２凝縮器６で35℃まで冷却し、完全に凝縮させた。第２
凝縮器６を通った後、気液分離器21でオフガスと気液分
離された第２凝縮液の全量は、100ｇ／hrであり、その
内訳は、水が11.8ｇ／hr、クロルベンゼンが34.1ｇ／h
r、酢酸が54ｇ／hrであった。

【００４８】この第２凝縮液は、分液槽２で直ちに２相
分離し、上相と下相をそれぞれ界面が一定になるよう
に、ポンプ30及びポンプ29を作動させて排出した。ポン
プ30の排出した水に含む相の量は、水が11.2ｇ／hr、ク
ロルベンゼンが17.2ｇ／hr、酢酸が46.5ｇ／hrであり、
ポンプ29で循環されるクロルベンゼンに含む相の量は、
水が0.6ｇ／hr、クロルベンゼンが16.9ｇ／hr、酢酸が
7.5ｇ／hrであった。この様に、酸化生成水の理論生成
量（10.2ｇ／hr）以上の水を系外に排出できた。尚、水
の排出量が理論量よりも多いのは、触媒付着水（４配位
水）も抜けていることによる。

【００４９】触媒循環による連続運転開始時から10hr後
のＮＤＣＡ収率（ＤＩＰＮ基準）は85％であったが、触
媒循環を連続的に続けると収率は向上し始め、10から10
0hrの間、ＮＤＣＡ収率は90％で安定した。トリメリッ
ト酸収率は６％であった。その間、循環触媒の活性の低
下は見られなかった。粗ＮＤＣＡは、さらさらとした淡
黄色粉末であり、触媒との固液分離性は良好であった。

【００５０】以上のように、クロルベンゼンを加えて酸
化生成水の蒸発量を増やし、オフガス同伴成分を部分凝
縮することによって回収される、酢酸を主成分とする部
分凝縮液は酸化槽に循環し、酸化生成水は続く第２凝縮
器で完全凝縮させて、クロルベンゼン相（下相）と相分
離して系外に抜き出せば、簡単に酸化生成水を酸化系か
ら除くことが出来、触媒循環させても、ＮＤＣＡの濾過
性も悪化せず、触媒活性の低下もなく、長時間に渡り、
高いＮＤＣＡ収率を維持することが出来る。

【００５１】比較例２クロルベンゼンを供給しないこと及び、クロルベンゼン
循環ポンプ29を起動させないことを除いて、実施例２と
同様の装置及び同様の操作を行った。

【００５２】第２凝縮器６出側の完全凝縮液は２相に分
相せず、酸化生成水排出ライン26から抜き出される量
は、水が8.3ｇ／hr、酢酸が50ｇ／hrであった。実施例
２と比較しても、水抜け量は理論的な酸化生成水量（1
0.2ｇ／hr）を下回っており、その結果、固液分離器25
を経由して酸化槽に循環される循環触媒液中の水分は、
実施例２の5.5ｇ／hrと較べて大きく、しかも触媒循環
時間が長くなるにつれて、増加した。

【００５３】触媒循環開始10hr後に触媒循環ライン23を
経由して循環される触媒液中の水量は約25ｇ／hrであ
り、その時のＮＤＣＡ収率は85％であったが、20hr後の
水量は約43ｇ／hrにまで増加し、ＮＤＣＡ収率は79％に
低下した。

【００５４】さらに触媒循環を続けたところ、更に水が
蓄積し、30hr後にはＮＤＣＡ収率は、70％まで低下し
た。明らかに触媒活性の低下が見られ、固液分離器25か
ら得られる粗ＮＤＣＡも、粘りけのある茶褐色固体に変
化し、濾過性も悪化した。

【００５５】比較例３比較例２の第１凝縮器19出側温度を90℃から130℃に高
めて、第２凝縮器６に流れる水量を高めることを除い
て、比較例２と同様の操作を行った。第２凝縮器６出側
の完全凝縮液は２相に分相せず、酸化生成水排出ライン
26から抜き出される水量は12.8ｇ／hrにまで増加した
が、酢酸量も181ｇ／hrに増加した。部分凝縮液受器25
から酸化反応槽１に戻る酢酸量が減少し、酸化槽液面レ
ベルが急激に低下し、酢酸反応槽１から固液分離器25に
到るラインで触媒とＮＤＣＡによる閉塞が起こり、連続
酸化の安定性が損なわれ、運転が不可能となった。

【００５６】比較例４第１凝縮器19出側温度を50℃にする以外は、実施例２と
全く同様の操作を行った。その結果、部分凝縮する液量
が増加し、第２凝縮器６での完全凝縮量が減少した。第
２凝縮器６を通った後、気液分離器21でオフガスと気液
分離された凝縮液の全量は、23.6ｇ／hrであり、その内
訳は、水が5.8ｇ／hr、クロルベンゼンが7.9ｇ／hr、酢
酸が9.9ｇ／hrであった。

【００５７】その結果、水抜け量は理論的な酸化生成水
量（10.2ｇ／hr）を下回っており、その結果、固液分離
器25を経由して酸化反応槽１に循環される循環触媒液中
の水分は、実施例２の5.5ｇ／hrと較べて大きく、しか
も触媒循環時間が長くなるにつれて、増加した。

【００５８】触媒循環開始10hr後に触媒循環ライン23を
経由して循環される触媒液中の水量は約50ｇ／hrであ
り、その時のＮＤＣＡ収率は75％であったが、さらに触
媒循環を続けたところ、更に水が蓄積し、20hr後にはＮ
ＤＣＡ収率は、50〜60％まで低下した。明らかに触媒活
性の低下が見られ、固液分離器25から得られる粗ＮＤＣ
Ａも、粘りけのある茶褐色固体に変化し、濾過性も悪化
した。

【００５９】比較例５第１凝縮器19出側温度を140℃にする以外は、実施例２
と全く同様の操作を行った。その結果、部分凝縮する第
１凝縮液量が減少し、第２凝縮器６での完全凝縮量が増
加した。第２凝縮器６を通った後、気液分離器21でオフ
ガスと気液分離された第２凝縮液の全量は、219ｇ／hr
であり、その内訳は、水が14.1ｇ／hr、クロルベンゼン
が54ｇ／hr、酢酸が151ｇ／hrであった。

【００６０】第１凝縮液受器20から酸化反応槽１に戻る
酢酸量が減少し、酸化槽液面レベルが急激に低下し、酸
化反応槽１から固液分離器25に到るラインで触媒とＮＤ
ＣＡによる閉塞が起こり、連続酸化の安定性が損なわ
れ、運転が不可能となった。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
酸化技術では解決出来なかった酸化生成水の蓄積による
触媒失活を抑えることが可能となり、触媒をリサイクル
使用しても、初期の活性を長期間に渡り維持出来、経時
的なＮＤＣＡ収率の低下や不純物副生量の増加を抑える
ことが出来、その結果、長時間に渡り、安定した収率で
高品質のＮＤＣＡを製造できることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用した装置の一例の構成を
示す系統図である。

【図２】本発明の実施例に使用した装置の他の一例の構
成を示す系統図である。

【符号の説明】

１…酸化反応槽２…分液槽３…気液分離器４…受器５…気液混合器６…第２凝縮器７…攪拌機８…スパージャー９…原料供給ライン 10…ＤＩＰＮ供給ライン 11…クロルベンゼン供給ライン 12…空気供給ライン 13…酢酸供給ライン 14…気相排出ライン 15…循環ライン 16…ＮＤＣＡ抜き出しライン 17…クロルベンゼンに富む相 18…水に富む相 19…第１凝縮器 20…第１凝縮液受器 21…気液分離器 22…第１凝縮液循環ポンプ 23…触媒循環ライン 24…オフガス排出ライン 25…固液分離器 26…酸化生成水排出ライン 27…触媒補充ライン 28…クロルベンゼン循環ライン 29…クロルベンゼン循環ポンプ 30…生成水排出ポンプ

フロントページの続き (72)発明者山本友義東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者加藤貴行東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者橘躍動東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ジイソプロピルナフタレンをコバルト、
マンガン、セリウム、又はニッケルの内、少なくとも１
種の重金属塩と臭素化合物からなる触媒を含む酢酸、プ
ロピオン酸又は両者の混合溶媒中で、分子状酸素により
酸化してナフタレンジカルボン酸を製造する際に、この
酸化反応を行わせる溶液にクロルベンゼン又はベンゼン
を供給し、該酸化反応溶液から排出される気相を冷却し
て凝縮させ、クロルベンゼンあるいはベンゼンに富む相
と水に富む相に分相する該凝縮液のうちクロルベンゼン
あるいはベンゼンに富む相は前記酸化反応溶液内へ循環
し、水に富む相は系外に抜き出すことを特徴とするナフ
タレンジカルボン酸の製造方法
【請求項２】酸化反応液から排出される気相を部分的
に凝縮させて得られる部分凝縮液を該酸化反応液に循環
すると共に、残りの気相を冷却して完全凝縮させた後、
クロルベンゼンあるいはベンゼンに富む相と水に富む相
に分相する該完全凝縮液の内、クロルベンゼンあるいは
ベンゼンに富む相は前記酸化反応液に循環し、水に富む
相は系外に抜き出すことを特徴とする請求項１記載のナ
フタレンジカルボン酸の製造方法
【請求項３】ジイソプロピルナフタレンが、２，６−
ジイソプロピルナフタレン、２，７−ジイソプロピルナ
フタレン又は両者の混合物である請求項１又は２記載の
ナフタレンジカルボン酸の製造方法
【請求項４】該酸化を150〜180℃、反応圧力10kg／cm
²Ｇ(ゲージ圧力）以下で行う請求項１又は２記載のナフ
タレンジカルボン酸の製造方法