JP3643035B2 - ラクタムの脱水方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明はラクタム水溶液から水を分離する方法に関する。
より詳しくは、本発明はアミノニトリルと水の反応（この反応は環化加水分解とも呼ばれる）により生成する混合物から水を分離する方法に関する。
【０００２】
（従来の技術）
ラクタムを製造するためのアミノニトリルの環化加水分解中には、ラクタムの１分子当たり１分子のアンモニアが生成される。従って反応の終端では反応混合物は少なくとも生成されたラクタムと、過剰の水と、アンモニアを含有することになる。
さらに、この混合物は反応しなかった少量のアミノニトリル又はおそらくは反応副生物を含有しうる。
さらに、この混合物は環化加水分解反応に使用された溶剤を含有しうる。
環化加水分解は気相でも液相でも実施できる。本発明の方法はこれらの分離方法のいずれかにより生成される混合物に適用できる。
アミノニトリルの環化加水分解によりラクタムを製造する各種の方法には、たとえばＥＰ特許Ａ−０６５９７４１号、公開ＷＯ−Ａ−９６／２２９７４号、ＷＯ−Ａ−９５／１４６６４及びＥＰ−Ａ−９５／１４６６５等に記載された方法がある。
ラクタムを製造するために使用されるアミノニトリルはより具体的には４−１２個の炭素原子を有する、好ましくは線状又は分岐脂肪族アミノニトリルである。
このようなアミノニトリルの例には、アジポニトリル、メチルグルタロニトリル、エチルスクシノニトリル、ジメチルスクシノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル及びドデカンジニトリル等のジニトリルの２つのニトリル官能基の一方に水素添加することにより誘導されるアミノニトリルがある。
アミノニトリルのラクタムへの環化加水分解から得られる溶液の中でも、特に６−アミノカプロニトリル及び水からカプロラクタムを製造する方法が工業的見地から最も重要である。なぜならこのカプロラクタムは重合するとナイロン６を生成するからである。
【０００３】
従って、本発明の方法は特にカプロラクタムの水溶液から水を蒸留する方法に関するが、この蒸留方法は他のカプロラクタムの水溶液にも同様に適用できる。
反応中に形成されるアンモニアを、一般には蒸留によりあらかじめ分離しておく必要がある。
考えられる水の分離方法の１つは、カラムの底部が１４５℃を超えないように水を減圧下（たとえば絶対圧力２０ミリバール以下）で蒸留することである。
かかる方法は、このように蒸留された水を１５℃以下の温度の流体（たとえば水）を循環させることにより凝縮する工程を含む。たとえば、この工程は約６０重量％の濃度の溶質を有する８トン／１時間のラクタム水溶液を処理するために、約１．２メガワットの動力の冷凍装置を必要とする。
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
従って、本発明は、実施に必要な装置及び消費エネルギーの両観点からより経済的な、ラクタム水溶液からの水の分離方法（脱水方法）を提供することを目的とする。
【０００５】
（課題を解決するための手段）
本発明のラクタム水溶液から水分を分離する方法は、
第１の蒸留カラムにおいて、該カラムの底部を１６０℃以下、好ましくは１４５℃以下の温度及び５０−２００ミリバールの絶対圧に維持することにより水を蒸留し、その蒸留物を３０−６０℃で冷媒系により凝縮し、
カラムの底部に残留するラクタムを第２の蒸留カラムにおいて該第２の蒸留カラムの底部を１６０℃以下、好ましくは１４５℃以下の温度及び１０−４５ミリバールの絶対圧に維持することにより蒸留し、
前記第２の蒸留カラムで蒸留された、ラクタム痕跡を含んでいる水を７０℃以上の温度で水蒸気の形で回収し、高くとも第１の蒸留カラムの圧力に等しい圧力で圧縮し、次いで１５℃よりも高い温度で凝縮した後に第１の蒸留カラムへ再循環することよりなる。
本発明に従って方法を実施することにより、水を第１の蒸留カラムの頂部で凝縮するための冷凍装置は不要となる。
【０００６】
第２の蒸留カラムで蒸留された、ラクタム痕跡を含んでいる水は、第１の蒸留カラムへ再循環される。この再循環は、第２の蒸留カラムの圧力の水を温度５−３０℃に対応する絶対圧力１０−４５ミリバールで凝縮した後に行うことができる。そして、この技術では単一カラムを使用する蒸留の場合に必要であった冷凍装置の約１００−２００分の１程度の動力を必要とするに過ぎない。
【０００７】
本発明の他の形態によると、第２の蒸留カラムで蒸留された、ラクタムの痕跡を含有している水は、室温の大気又は水の様な標準的な冷媒を使用して、スチームエジェクタにより１５℃を超える温度で凝縮することを可能にする圧力に圧縮される。この場合、スチームエジェクタの供給圧力は少なくとも第１の蒸留カラムの圧力に等しくなければならず、有利には絶対圧２５ミリバールと５０−２００ミリバールとの間である。この例では冷凍装置は使用されない。
【０００８】
全体的には、本発明は、同一のラクタム水溶液の蒸留容量に対して、すでに述べたように従来よりも遙かに少ないエネルギー消費量を特徴とするものであり、このエネルギーは従来よりも１００−２００倍少ない電気エネルギー消費量の部分と節約された電気エネルギーの僅かに約１５％以下に過ぎない第２の蒸留カラムを加熱するためのスチームのような追加のエネルギー部分とに分解できる。
【０００９】
第１の蒸留カラムの頂部から回収された水はこのカラムの圧力、つまり３５−６０℃の温度に対応する５０−２００ミリバールで凝縮される。これには大気、川水、又は冷却塔から水などの最も広く使用される冷媒が使用できる。
【００１０】
第２の蒸留カラムの頂部から回収された水は、完全に凝縮する前に約７０℃において部分的に凝縮させて第１の蒸留カラムに戻される。この態様は特定条件下における水の凝縮量を制限し、それによりこの方法を実施するに必要なエネルギーを減じることを可能にする。
【００１１】
この凝縮水を第１の蒸留カラムに再循環する前に、ある量の水を添加することにより、カプロラクタムの濃度を減少してその沈降を防止するのが有利である。 さらに、追加のカラムを必要とするにもかかわらず、同一の生産量に対して必要な投資は、単一カラムを使用して実施される方法よりも、本発明の方法の方が少ない。なぜなら前者の方法は相当に大きな冷凍能力を必要とするからである。
【００１２】
アンモニアを除去したラクタム水溶液特にカプロラクタム水溶液は、特に初期の水／アミノニトリルモル比及び有機溶剤の存否などの製造条件に依存して広く変動するラクタム濃度を有する。ラクタム濃度は一般に全溶液の５〜８０重量％の範囲で変動する。
【００１３】
蒸留すべき水は分離すべき元のラクタムとは非常に異なる物理特性を有するので、あまり多い理論段数を有する蒸留カラムを必要としない。
少なくとも２個の理論段を有するカラム、特に充填カラムは、本発明の方法を実施するのに非常に適している。たとえば２−１０個の理論段を有するカラムが使用できる。充填は、多くの製造業者により提案され従来の原則に従った寸法を有する、緩い充填でも良いし、規則型の充填でも良い。水頭損失の観点からあまり有利でないが、同一効率の複数のトレイ（段）を有するカラムを使用することも可能である。
【００１４】
本発明の方法は、２個よりも多いカラムを使用するラクタム水溶液から水を分離するために使用する可能性を排除しない。
しかし、一般にはこれは不要であり、さらに上記の方法により得られる経済的な利益は、蒸留カラムの数が増すほど減少するであろう。以下に本発明の実施例を説明する。
【００１５】
（実施例）
実施例１
直列に接続した、圧力の異なる２つのカラムによる蒸留
水 ４０重量％
カプロラクタム ６０重量％
よりなるカプロラクタム水溶液の蒸留を行った。
第１の蒸留カラムの諸特性は次の通りである。
理論段数：４
還流率：０．１
カラム頂部の絶対動作圧：０．１３バール
頂部温度：５０℃
底部温度：１３５℃
ボイラの熱負荷：３．９Ｇｃａｌ／ｈ
凝縮器の熱負荷：３．６Ｇｃａｌ／ｈ
第２の蒸留カラムの諸特性は次の通りである。
理論段数：３
カラム頂部の絶対動作圧：０．０２５バール
頂部温度：１３０℃
底部温度：１４５℃
ボイラの熱負荷：０．０８Ｇｃａｌ／ｈ
７０℃の穏和な部分凝縮器の熱負荷：０．０２Ｇｃａｌ／ｈ
第１の蒸留カラムに再循環する水のための凝縮器の熱負荷：０．０２Ｇｃａｌ／ｈ
第２の蒸留カラムの頂部で水を凝縮するために冷凍装置により消費された熱：１０ｋＷ（３５℃での凝縮で）
この実施例により、水を除去されたカプロラクタムの組成：
水 ０．０１０重量％
カプロラクタム ９９．９９０重量％
【００１６】
比較例
単一カラムの頂部に冷凍装置を使用する従来の蒸留
水 ４０重量％
カプロラクタム ６０重量％
よりなるカプロラクタム水溶液の蒸留を行った。
蒸留カラムの諸特性は次の通りである。
理論段数：４
還流率：０．１
カラム頂部の絶対動作圧：０．０１５バール
頂部温度：１３℃
底部温度：１４０℃
ボイラの熱負荷：３．６Ｇｃａｌ／ｈ
凝縮器の熱負荷：３．４Ｇｃａｌ／ｈ
冷凍装置により消費された熱：１２００ｋＷ（３５℃での凝縮で）
この比較例により、水を除去されたカプロラクタムの組成：
水 ０．００４重量％
カプロラクタム ９９．９９６重量％

Claims (8)

1. ラクタム水溶液から水分を分離する方法において、
   第１の蒸留カラムにおいて、その底部を１６０℃以下の温度及び５０−２００ミリバールの絶対圧に維持することにより水を蒸留し、その蒸留物を３０−６０℃で冷媒系により凝縮し、
   カラムの底に残留するラクタムを第２の蒸留カラムにおいてその底部を１６０℃以下の温度及び１０−４５ミリバールの絶対圧に維持することにより蒸留し、
   前記第２の蒸留カラムで蒸留された、ラクタム痕跡を含んでいる水を７０℃以上の温度で水蒸気の形で回収し、高くとも第１の蒸留カラムの圧力に等しい圧力で圧縮し、次いで１５℃よりも高い温度で凝縮した後に第１の蒸留カラムへ再循環することよりなる分離方法。
2. 第１の蒸留カラム底は１４５℃以下に維持される請求項１の分離方法。
3. 第２の蒸留カラム底は１４５℃以下に維持される請求項１又は２の分離方法。
4. ラクタムはカプロラクタムである請求項１ないし３のいずれかの分離方法。
5. 前記ラクタムの痕跡を含有している水は温度５−３０℃に対応する圧力１０−４５ミリバールで凝縮した後に循環される請求項４の分離方法。
6. 前記第２の蒸留カラムで蒸留された、ラクタムの痕跡を含有している水に、追加の水が添加された後に、前記第１の蒸留カラムに循環されるものである請求項１ないし５のいずれかの分離方法。
7. 前記第１の蒸留カラム及び前記第２の蒸留カラムは各々少なくとも２つの理論段を有する請求項１ないし６のいずれかの分離方法。
8. 蒸留カラムは充填カラムである請求項１ないし７のいずれかの分離方法。