JP3868118B2 - ニトリルの精製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する分野】
本発明は、ニトリルの精製方法、より詳しくは、ニトリル中に微量に含まれるアルデヒドを効率的に且つ安価に除去し得るニトリルの精製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ニトリル、特に、多くの脂肪族ニトリルはオレフィンのアンモ酸化により得られ、その際、アルデヒドが不純物として、微量に含まれる。これらアルデヒドは、該ニトリルの回収工程において系内を汚染したり、製品を着色させるという問題を引き起こす。また、近年の化学技術の発達により、より高純度のニトリルが必要になってきている。しかしながら、ニトリルとそれに不純物として含まれるアルデヒドは、比揮発度が小さいことが多く、単に蒸留によって分離するには多くの蒸留段数を必要とし、且つ多くのエネルギーを消費するから極めて不経済となる。そこで、ニトリルからのアルデヒドの効果的な除去方法の確立が切望されており、これまでにも、いくつかの方法が提案されている。
【0003】
例えば、メタクリロニトリル中のメタクロレインの除去方法として、亜硝酸水素ナトリウムを添加することによりメタクロレインを付加塩として分離除去する方法(特開昭57−62247号)や、アクリロニトリル中のアクロレインの除去方法としてアセチルアセトン等を添加し、アクロレインとの反応物を蒸留等により分離除去する方法(特開昭57−266586号)、アセトニトリル中のアクロレインの除去方法としてオゾンを用いる方法(DD217212号)などがある。
【0004】
また、アクリロニトリル中のアクロレインの除去方法として、1級及び/又は2級アミノ基を交換基としてもつポーラス型陰イオン交換樹脂と接触させる(特公昭58−1108号)、あるいはゲル型陰イオン交換樹脂と接触させる(特開昭58−134063号)等、イオン交換樹脂を用いる方法がある。これらイオン交換樹脂を用いる方法は、系内に新たな不純物を増加させることなく、特異的にアルデヒドを除去することが可能である。
【0005】
しかしながら、1級及び/又は2級アミノ基を交換基としてもつ陰イオン交換樹脂と接触させてアルデヒドを除去する方法は、アミノ基とアルデヒド基がアミノ−カルボニル反応により共有結合を形成するため、通常の方法ではアミノ基からアルデヒド基を離脱することができない。そのため、イオン交換樹脂は再生困難で、使い捨てを前提に使用せざるを得ず、処理費用が増加し極めて不経済である。さらに、アルデヒド除去レベルも不十分なものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
また、多価アミンを担持させた陽イオン交換樹脂にニトリルを接触させることにより、該ニトリル中のアルデヒドを吸着させたのち、アルデヒド除去不能となったイオン交換樹脂を酸性水溶液に接触させて水洗させることにより再生使用する方法(特開平10−7638号)がある。
【0007】
本発明者らの知見によれば、この方法で到達できるアルデヒドの除去レベルは、ゲル型陰イオン交換樹脂と接触させる方法(特開昭58−134063号)と同様に十分なものではない。更に、陽イオン交換樹脂と反応吸着する官能基と、アルデヒドと反応する官能基とが共にアミノ基で同じであり、担持させた多価アミンの利用率が低く、そのため、貫流交換容量は満足できるものではない。
【0008】
本発明は、イオン交換樹脂でニトリル中の不純物であるアルデヒドを除去するのに際して、イオン交換樹脂を再生することが可能で、アルデヒドの除去レベルが高く、貫流交換容量も十分大きなニトリルの精製方法を確立することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を担持した陰イオン交換樹脂の使用が極めて有効であることを見いだし本発明に至った。
【0010】
即ち、本発明は、同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を担持させた陰イオン交換樹脂にニトリルを接触させることにより、該ニトリル中に含まれるアルデヒドを除去することを特徴とするニトリルの精製方法である。
【0011】
ここで活性メチレン基とは、例えばOrganic Reactions Vol.15(1967), JOHN WILEY & SONS, INC. 刊行、第223頁に記載されているように、X−CH2 −Yの一般式を有し、XやYが、NO2 、CN、COR、COAR、CONHR、CONHAr、CO2 R、CO2 H、SO2 、S、オルト位及び/又はパラ位に電子吸引性基を有するAr、4級ピリジニウム塩及びその類似ヘテロ環等の電子吸引性基である構造を有するメチレン基をいう。但し、Rはアルキル基、Arはアリール基を表す。
【0012】
本発明で用いられるこれらの化合物は、活性メチレン基と共に酸性基を有しているが、その酸性基としての種類は、カルボン酸基、スルホン酸基、スルフィン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、などが挙げられる。この様な酸性基の中でもカルボン酸基、スルホン酸基は上記のXやYにも該当し、酸性基も兼ねることから、前記化合物はX、Y以外に酸性基を有していなくてもよい。このような化合物は、構造が単純であり、従って安価で入手が容易になる等の利点があるので、好ましい。
【0013】
このようなXやYが酸性基を兼ねる化合物の例としては、マロン酸、マロン酸モノエステル、マロン酸モノアミド、シアノ酢酸、アセト酢酸、アセトンジカルボン酸、スルホ酢酸、スルホ酢酸エステル、スルホ酢酸アミド、アセトンスルホン酸等が挙げられる。
【0014】
これらの中でも、酢酸のα位の炭素を前述のX、Yの官能基で置換したα−置換酢酸,即ち、マロン酸、マロン酸モノメチル、マロン酸モノエチル、シアノ酢酸、アセト酢酸、スルホ酢酸、アセトンジカルボン酸が、効果並びに入手の容易さから特に好ましい。これらのα−置換酢酸は単独で用いても、あるいは2種以上を併用してもよい。
【0015】
本発明に使用する陰イオン交換樹脂は、特にその種類を問わないが、ニトリルの加水分解を抑制するためには、弱塩基性または中塩基性陰イオン交換樹脂が好ましい。例えば、レバチットMP62(商品名、バイエル社製)、ダイアイオンWA20(商品名、三菱化学社製)、ダウエックスMWA−1(商品名、ダウケミカル社製)等の弱塩基性樹脂、あるいは、レバチットMP64(商品名、バイエル社製)、アンバーライトIRA68(商品名、オルガノ社製)等の中塩基性樹脂等が例示される。これらの樹脂は、市販のものをあらかじめ、希薄なアルカリで前処理した後、十分水洗して使用するのが好ましい。
【0016】
本発明のニトリルは、脂肪族ニトリルおよび芳香族ニトリルのいずれもが対象となり、具体的には、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アセトニトリルおよびプロピオニトリルなどの炭素数2〜4の脂肪族ニトリル、べンゾニトリルなどの芳香族ニトリルであり、これらニトリル中に含まれるアルデヒドはアクロレイン、メタクロレイン、アセトアルデヒド、プロピレンアルデヒドおよびベンズアルデヒドなどである。
【0017】
また本発明のニトリル精製方法は、ニトリル中のみならず、その他の製品中の不純物アルデヒドの除去にも応用することができる。
【0018】
同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物のイオン交換樹脂への担持は、イオン交換樹脂と同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物の水溶液を、固定層、移動層あるいは流動層を用い、回分的または連続的に接触させることにより行うことができるが、経済性、操作性の面から、塔類に該イオン交換樹脂を充填した固定層を用いて連続的に行う方法が好ましい。
【0019】
この場合、同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物の水溶液濃度は、通常0.01モル/L〜飽和濃度、好ましくは、0.1〜5モル/Lである。また、流通する際のSVは、通常0.1〜10hr-1、好ましくは0.5〜5hr-1である。なお、SVとは、流通速度〔mL・hr-1〕を充填量〔mL〕で除した値である。さらに、同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物の流通量は、イオン交換樹脂のアミノ基に対して通常1〜10当量、好ましくは、2〜5当量である。
【0020】
同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を担持した陰イオン交換樹脂へのニトリルの接触は、固定層、移動層又は流動層を用い、回分的又は連続的に行うことができるが、経済性、操作性の面から、塔類に該イオン交換樹脂を充填した固定層を用い連続的に行う方法が好ましい。
【0021】
この場合、ニトリルを流通する際のSVは、ニトリル中のアルデヒド濃度に依存するが、通常0.1〜20hr-1、好ましくは0.5〜10hr-1である。アルデヒド吸着後のイオン交換樹脂の再生、すなわち、イオン交換反応により担持させた同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物の活性メチレン基とニトリル中のアルデヒドとが反応を起こして生成した化合物の樹脂からの離脱は、通常の陰イオン交換樹脂の再生方法により極めて容易に行うことができる。すなわち、塩基性水溶液に接触させた後、十分に水洗すればよい。次いで、同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を再び担持し、蒸留水による洗浄、ニトリルによる水の除去を行った後、アルデヒドを不純物として含むニトリルの精製に使用することができる。
【0022】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0023】
実施例1〜7
弱塩基性陰イオン交換樹脂レバチットMP62(バイエル社製)15mLを3本のガラスカラムに充填し、室温下で、2N苛性ソーダ水溶液を45mL/hrの速度で4時間通液し、蒸留水1Lで十分に洗浄した。カラム上部より1モル/Lの表1に示す同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を15mL/hrの速度で4時間通液して該同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物をイオン交換樹脂に担持させた。これを蒸留水1Lで十分に洗浄後、ニトリルで水を除去した。次いで、それぞれカラム上部よりアクリロニトリル(アクロレイン3ppmを含む)、メタクリロニトリル(メタクロレイン3ppmを含む)、アセトニトリル(アセトアルデヒド3ppmを含む)を45mL/hrの速度で通液させた。通液3日後、カラム下部から流出してきたニトリルをサンプリングし、不純物として含まれるアルデヒドの濃度をガスクロマトグラム装置で測定した。
【0024】
比較例1
弱塩基性陰イオン交換樹脂レバチットMP62(バイエル社製)を強酸性陽イオン交換樹脂アンバーリスト15(オルガノ社製)に、2N苛性ソーダを1N硫酸に、また、同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物をエチレンジアミンに変えた以外は、実施例1〜7と同様に操作を実施した。
【0025】
比較例2
同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を担持させないこと以外は、実施例1〜7と同様に操作を実施した。実施例1〜7及び、比較例1、2の結果を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
実施例8
アルデヒドを不純物として含むニトリルを、アクリロニトリル(アクロレイン3ppmを含む)のみにし、通液日数を50日とした以外は、実施例1と同様に操作を実施した。
【0028】
比較例3
アルデヒドを不純物として含むニトリルを、アクリロニトリル(アクロレイン3ppmを含む)のみにし、通液日数を50日とした以外は、比較例1と同様に操作を実施した。実施例8、比較例3の結果を表2に示す。
【0029】
【表2】
【0030】
実施例9および比較例4
弱塩基性陰イオン交換樹脂レバチットMP62(バイエル社製)15mLをガラスカラムに充填し、室温下で、2N苛性ソーダ水溶液を45mL/hrの速度で4時間通液し、蒸留水1Lで十分に洗浄した。カラム上部より1モル/Lマロン酸を15mL/hrの速度で4時間通液してマロン酸をイオン交換樹脂に担持させた。この樹脂をビーカーに取り、蒸留水1Lで十分に洗浄後、アクリロニトリルで水を除去した。ここに、アクロレイン1.5%を含むアクリロニトリル50mLを加え、室温下、5時間攪拌し、さらに一晩放置して樹脂に担持されたマロン酸とアクロレインとの反応を完了させた。この樹脂を再びガラスカラムに充填し、カラム上部よりアクリロニトリル(アクロレイン3ppmを含む)を、15mL/hrの速度で3日通液させ、カラム下部から流出してきたアクリロニトリルをサンプリングし、不純物として含まれるアクロレインの濃度が3ppmであることを確認した(比較例4)。このイオン交換樹脂を、蒸留水1Lで十分に洗浄し、2N苛性ソーダ水溶液を15mL/hrの速度で4時間通液して再生して、さらに蒸留水1Lで洗浄した。マロン酸の担持およびアクリロニトリル(アクロレイン3ppmを含む)の通液を比較例4と同様に行い、通液3日後、カラム下部から流出してきたアクリロニトリルをサンプリングし、不純物として含まれるアクロレインの濃度を実施例1〜7と同様に測定した。結果を表3に示す。
【0031】
【表3】
【0032】
実施例10〜13
ダイアイオンWA20、ダウエックスMWA−1、レバチットMP64、アンバーライトIRA68各々15mLをガラスカラムに充填し、室温下で、2N苛性ソーダ水溶液を45mL/hrの速度で4時間通液し、蒸留水1Lで十分に洗浄した。カラム上部より1モル/Lのマロン酸を15mL/hrの速度で4時間通液してイオン交換樹脂に担持させた。これを蒸留水1Lで十分に洗浄後、アクリロニトリルで水を除去した。次いで、それぞれカラム上部よりアクリロニトリル(アクロレイン3ppmを含む)を45mL/hrの速度で通液させた。通液3日後、カラム下部から流出してきたアクリロニトリルをサンプリングし、不純物として含まれるアクロレインの濃度を実施例1〜7と同様に測定した。結果を表4に示す。
【0033】
【表4】
【0034】
【発明の効果】
イオン交換樹脂に担持させた同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を、ニトリル中の不純物であるアルデヒドと反応させた後、通常のイオン交換樹脂再生法により容易にイオン交換樹脂から離脱させることができるため、アルデヒド除去能力を失ったイオン交換樹脂の再生を行うことが可能である。また、活性メチレン基がアルデヒドと迅速に反応するため、アルデヒドの除去レベルが高く、さらに、陰イオン交換樹脂に反応吸着する官能基は担持化合物中の酸性基であり、アルデヒドと反応する官能基は担持化合物中の活性メチレン基であるので、貫流交換容量が十分大きく、故にニトリルを効率的に精製することが可能である。
Claims (4)
- 同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物を担持させた陰イオン交換樹脂にニトリルを接触させることを特徴とするニトリルの精製方法。
- 同一分子内に活性メチレン基及び酸性基を有する化合物が、α−置換酢酸である請求項1記載のニトリルの精製方法。
- α−置換酢酸がマロン酸、マロン酸モノメチル、マロン酸モノエチル、シアノ酢酸、アセト酢酸、スルホ酢酸又はアセトンジカルボン酸である請求項2記載のニトリルの精製方法。
- ニトリルが炭素数2〜4のニトリルである請求項1記載のニトリルの精製方法。
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