JP3939655B2 - 汚染物質の含有量を低減させた有機ヒドロペルオキシドの調製方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚染物質の含有量を低減させた有機ヒドロペルオキシドの調製方法に関する。この有機ヒドロペルオキシドは、酸化プロピレンを調製する際に適切に使用することができる。

有機ヒドロペルオキシドを用いた酸化プロピレンの調製方法は、当技術分野でよく知られている。米国特許第５，８８３，２６８号に記載されているように、この方法は通常どおりエチルベンゼンを過酸化させ、続いて過酸化反応生成物をその酸性成分を中和するのに十分な量の塩基性水溶液と接触させて、得られた混合物を別々の水相と有機相に相分離することを含む。エチルベンゼンヒドロペルオキシドを含む有機相を、固体不均一触媒の触媒作用を用いてプロピレンと反応させて、酸化プロピレンを得ることができる。米国特許第５，８８３，２６８号の記載によれば、プロペンのエポキシ化における触媒の著しい失活は、水で有機相を洗浄して塩基性物質を分離し、続いて得られた有機相から水をストッピングすることによって防止される。

米国特許第５，７２３，６３７号には、エチルベンゼンを自動酸化させてエチルベンゼンヒドロペルオキシドのエチルベンゼン原料溶液を得て、これをチタン含有固体触媒の存在下でプロピレンと反応させて酸化プロピレンを得ることを含む、酸化プロピレンを生成する類似の方法が記載されている。時間の経過に伴うチタン含有固体触媒の活性低下を抑制するために、エチルベンゼンヒドロペルオキシドのエチルベンゼン溶液をアルカリ水溶液で洗浄し、乳酸濃度を重量で５ｐｐｍ以下にして原料溶液を調製する。アルカリ洗浄後に得られた油相を、さらに水で洗浄してもよい。

有機ヒドロペルオキシドをアルカリ金属塩の塩基性水溶液で洗浄し、場合によっては続いて水洗しても、依然として相当量の汚染物質が生成物中に存在することが判明している。金属塩の塩基性水溶液を用いて洗浄すると、有機相に金属イオンが取り込まれることが判明している。汚染物質、とりわけ金属イオンは、有機ヒドロペルオキシドをさらに処理するときに問題を生じさせることがある。有機ヒドロペルオキシドを酸化プロピレンの調製に使用する場合、有機ヒドロペルオキシドストリーム中の金属イオンによって、プロペンから酸化プロピレンを調製するのに一般に使用する触媒がより急速に失活することがある。

今回、驚くべきことに、有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相を空孔率が５０体積％〜９８体積％の固体吸着剤を含むガードベッドと接触させることによって、汚染物質の含有量をとりわけ容易にかつ効果的に低減させることができることが判明した。

続いて有機過酸化物をオレフィン、より具体的にはプロペン、および触媒と接触させて、水酸化アルキルアリールおよび酸化プロピレンを得た場合、この触媒の失活が著しく低減することが観察された。反応混合物中の化合物は有機相に溶解していると考えられているので、失活の低減は非常に驚くべきことである。

したがって、本発明は、汚染物質の含有量を低減させた有機ヒドロペルオキシドの調製方法に関する。この方法は、
（ａ）有機化合物を酸化して、有機ヒドロペルオキシドを含む反応生成物を得ること、
（ｂ）反応生成物を含む有機ヒドロペルオキシドの少なくとも一部を塩基性水溶液と接触させること、
（ｃ）有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相を水相から分離すること、
（ｄ）分離した有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を洗浄すること、および
（ｅ）有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を空孔率が好ましくは５０体積％〜９８体積％の固体吸着剤を含むガードベッドと接触させることを含む。

本発明のプロセスが連続したプロセスステップとして記述されていても、記述されているプロセスステップの合間に、さらにプロセスステップを実施することは可能である。プロセス中に反応しなかった有機化合物を分離することは普通である。これは本プロセス中にいつでも行うことができる。

有機ヒドロペルオキシド類は様々なプロセスで有用である。これらのプロセスの１つは、有機ヒドロペルオキシドを３〜１０個の炭素原子、好ましくは３〜６個の炭素原子、より好ましくは３〜４個の炭素原子を含むオレフィン、最も好ましくはプロペンと反応させて、出発オレフィン（類）と同数の炭素原子を含むオキシラン化合物を得るものである。こうしたプロセスでは、有機化合物は通常アルキルアリールである。こうしたプロセスはさらに、
（ｆ）ステップ（ｅ）で得られた有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を、３〜１０個の炭素原子を含むオレフィンおよび触媒と接触させて水酸化アルキルアリールおよびオキシラン化合物を得ることを含む。一般に、こうしたプロセスはさらに、
（ｇ）オキシラン化合物の少なくとも一部を水酸化アルキルアリールから分離することを含む。

ステップ（ｇ）で得られた水酸化アルキルアリールは、広範囲のプロセスで用いることができる。これらのプロセスの１つは、上記のステップを含み、さらに、
（ｈ）ステップ（ｇ）で得られた水酸化アルキルアリールの少なくとも一部を脱水することを含む。

本発明のプロセスで使用される有機化合物は原則としてどんな化合物でもよいが、最も頻繁に使用される有機化合物はアルキルアリール化合物である。最も頻繁に使用されるアルキルアリール化合物は、１〜１０個の炭素原子、好ましくは２〜８個の炭素原子を含むアルキル置換基を少なくとも１つ含むベンゼン化合物である。ベンゼン化合物が１〜２個の置換基を含むことが好ましい。最も頻繁に使用されるアルキルアリール化合物はエチルベンゼン、ジ（イソプロピル）ベンゼンおよび／またはクメンである。

有機化合物の酸化は、当技術分野で知られているどんな適当な方法によって実施してもよい。この酸化は、希釈剤の存在下で液相中で実施してもよい。この希釈剤は、反応条件下で液体であり、出発原料および得られた生成物と反応しない化合物であることが好ましい。しかし、希釈剤は反応中に必ず存在する化合物であってもよい。例えば、アルキルアリールがエチルベンゼンの場合、希釈剤はエチルベンゼンであってもよい。

この酸化は、好都合には、反応が発熱性であることを考慮して、反応混合物を冷却している間に有機化合物中に空気を送ることによって実施することができる。

所望の有機ヒドロペルオキシドに加えて、有機化合物の酸化中に広範囲の汚染物質が生成することがある。これらはほとんど少量で存在するが、とりわけ有機酸の存在は、有機ヒドロペルオキシドのさらなる使用の際に問題を生じさせることがあることが判明した。従来技術に記載されているように、汚染物質の量を低減させる方法は、有機ヒドロペルオキシドを含む反応生成物を、塩基性水溶液、より具体的には金属塩水溶液と接触させ、続いてさらに水で洗浄するものである。しかし、金属塩水溶液との接触により、反応生成物を含む有機ヒドロペルオキシド中に金属イオンが取り込まれることが観察された。アルカリ金属塩水溶液で洗浄することによって有機酸の量を低減することができるが、アルカリ金属の量は通常増加する。

本発明のプロセスは、ステップ（ｃ）で得られた分離した有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の金属含有量を低減させるのに特に適していることが判明した。この金属は、通常金属イオンの形で存在しているはずである。本発明のプロセスは、塩基性水溶液が金属塩の塩基性水溶液であるプロセスに特に適している。

本発明のプロセスでは、反応生成物を含む有機ヒドロペルオキシドを塩基性水溶液、より具体的には金属化合物を含む塩基性水溶液と接触させる。金属化合物はしばしば金属塩であるが、さらなる金属化合物が存在していてもよい。塩基性水溶液中で使用するのに適当な塩には、アルカリおよびアルカリ土類金属塩などがある。アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩および／またはアルカリ金属炭酸水素塩を使用することが好ましい。これらの化合物の例は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３およびＫＨＣＯ_３である。容易に入手できることを考慮して、ＮａＯＨおよび／またはＮａ_２ＣＯ_３を使用することが好ましい。

商業上の応用例では、塩基性水溶液の少なくとも一部は通常再び使用される。前の洗浄からの汚染物質の存在により、商業上の応用例のステップ（ｂ）で使用される塩基性水溶液は広範囲の化合物を含んでいる可能性がある。

所望量の汚染物質が水相中に含まれる平衡状態に達する速さは、当業者に知られている方法で増大させることができる。したがって、プロセスステップ（ｂ）は高温で、かつ／または反応生成物を含む有機ヒドロペルオキシドと塩基性水溶液の激しい混合中に実施することが好ましい。こうした激しい混合は、当技術分野で知られているどんな方法で行ってもよい。ステップ（ｂ）を実施する厳密な条件は、その他の状況に大きく依存する。

ステップ（ｂ）の後、ステップ（ｃ）で炭化水素相を水相から分離する。好ましい方法は、炭化水素相および水相を安定させ、続いてその一方の相の一部または全部を取り除くことを含む。ステップ（ｂ）で得られた全生成物をステップ（ｃ）にかける必要はない。しかし、ステップ（ｂ）の全生成物をステップ（ｃ）にかけることが好ましい。

ステップ（ｄ）では、ステップ（ｃ）で得られた分離した炭化水素相の少なくとも一部を洗浄する。分離した炭化水素相の洗浄は、当業者に知られているどんな方法で実施してもよい。洗浄液は水であることが好ましい。しかし、その水の少なくとも一部を本プロセスあるいは別のプロセスで前に使用したかもしれないので、洗浄液は広範囲の他の化合物を含んでいる可能性がある。使用済みの洗浄水は酸性化合物を含んでいる可能性があるが、洗浄液のｐＨが少なくとも７．５になるほどの化合物の混合物が通常は存在する。

ステップ（ｄ）の洗浄は、所望の回数繰り返すことができる。一般に、洗浄は１〜５回実施する。可能なら洗浄ステップの回数を限定することが有利であることは明らかである。

汚染物質の数をさらに低減させるために、続いて有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部をガードベッドと接触させる。炭化水素相の一部を使用してもよいが、効率の点から、通常は炭化水素相の全部と接触させることが好ましい。空孔率が好ましくは５０体積％〜９８体積％の固体吸着剤を含むベッドで、少なくとも一部が炭化水素相に溶解していると考えられる汚染物質を除去できることは非常に驚くべきことである。しかし、吸着剤が汚染物質を除去できるので、ステップ（ｅ）で得られた生成物をさらなる転化ステップで用いたとき、圧力低下の大幅な低減が見られることが判明した。

固体吸着剤の空孔率は、固体粒子間の空隙容積と見なされる。固体粒子内部の潜在的な気孔は考慮されない。空孔率は、固体吸着剤粒子の全容積およびそれらの粒子間の容積に基づくものである。ガードベッドの空孔率は、より好ましくは少なくとも５５％であり、更に好ましくは少なくとも６０％である。上限は、固体吸着剤粒子の所望の強度によって決まる。好ましくは、空孔率は高くても９８％、より具体的には高くて９０％、最も具体的には高くて８０％でよい。

多くの固体吸着剤が本発明での使用に適している。いくつかの吸着剤は、有機ヒドロペルオキシドに対する反応性の点から、他の吸着剤より好ましくないことが判明している。固体吸着剤は有機ヒドロペルオキシドと実質的に反応しないことが好ましい。したがって、吸着剤は好ましくは不活性固体であり、より好ましくはシリカ、シリカゲル、ガラス、アルミナからなる群から１種または複数選択された固体であり、とりわけα−アルミナ、モレキュラーシーブ、白土および鉱物が好ましい。

固体が有する可能性のある有機ヒドロペルオキシドに対する残余の反応性を低減するために、固体吸着剤の表面積は小さいことが好ましい。表面積が５０ｍ^２／ｇ未満であることが好ましく、より好ましくは２０ｍ^２／ｇ未満であり、最も好ましくは１５ｍ^２／ｇ未満である。

固体吸着剤は、空孔率が得られる限りどんな形状をとってもよい。本発明で使用した吸着剤は押出し成形によって成形できる。さらに、中空円筒粒子の形状の押出し品（ｅｘｔｒｕｄａｔｅｓ）から良い結果が得られることが判明した。好ましい実施形態では、固体吸着剤の形状は様々なので、段階的なガードベッドを形成する。段階的なガードベッドの場合、大きな空隙を含む大きな固体はガードベッドが有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相と最初に接触する位置に存在するが、小さな空隙を含むより微細な固体粒子はさらに下流（ｄｏｗｎ ｓｔｒｅａｍ）に存在し、全体の空孔率は少なくとも５０％である。

ガードベッドは別々のリアクター中に存在することもできるが、経済的な点から、ガードベッドは、有機ヒドロペルオキシドがさらに転化される触媒床の上にあることが好ましい。

任意選択のプロセスステップ（ｆ）では、ステップ（ｅ）で得られた有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を、３〜１０個の炭素原子を含むオレフィンおよび触媒と接触させて水酸化アルキルアリールおよびオキシラン化合物を得る。こうしたプロセス中で適切に使用できる触媒は、チタン担持シリカおよび／またはシリケートを含む。好ましい触媒はＥＰ−Ａ−３４５８５６に記載されている。この反応は一般に、適度な温度と圧力で進行し、具体的には０〜２００℃、好ましくは２５〜２００℃の温度で進行する。反応混合物を液体状態に保つのに十分な圧力である限り、正確な圧力は重要ではない。大気圧でも十分である。一般に、圧力は１〜１００×１０^５Ｎ／ｍ^２でよい。

エポキシ化反応の終了時に、所望の生成物を含む液体混合物を触媒から分離する。次いで、オキシラン化合物を、当業者に適当だと知られている任意の方法で水酸化アルキルアリールを含む反応生成物から分離してもよい。液体反応生成物は、分別蒸留、選択抽出および／またはろ過によって仕上げることもできる。溶媒、触媒、および未反応のオレフィンまたはアルキルアリールヒドロペルオキシドは再利用でき、あるいは別のプロセスで使用してもよい。

このプロセスで得られた水酸化アルキルアリールは、触媒の存在下で脱水してもよい。このステップに用いることができるプロセスは、国際公開ＷＯ９９／４２４２５およびＷＯ９９／４２４２６に記載されている。しかし、当業者に知られているどんな適当なプロセスも原則的として使用することができる。

Claims (7)

1. （ａ）有機化合物を酸化して、有機ヒドロペルオキシドを含む反応生成物を得ること、
   （ｂ）有機ヒドロペルオキシドを含む反応生成物の少なくとも一部を塩基性水溶液と接触させること、
   （ｃ）有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相を水相から分離すること、
   （ｄ）分離した有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を洗浄すること、および
   （ｅ）有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を空孔率が５０体積％〜９８体積％の固体吸着剤を含むガードベッドと接触させることを含む、汚染物質の含有量を低減させた有機ヒドロペルオキシドの調製方法。
2. プロセス中の有機化合物がアルキルアリールである請求項１に記載の方法。
3. （ｆ）ステップ（ｅ）で得られた有機ヒドロペルオキシドを含む炭化水素相の少なくとも一部を、３〜１０個の炭素原子を含むオレフィンおよび触媒と接触させて水酸化アルキルアリールおよびオキシラン化合物を得ること、および
   （ｇ）オキシラン化合物の少なくとも一部を水酸化アルキルアリールから分離することをさらに含む請求項１又は２に記載の方法。
4. 塩基性水溶液が金属化合物を含む塩基性水溶液である請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. アルキルアリールがエチルベンゼン、ジ（イソプロピル）ベンゼンおよび／またはクメンである請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 固体吸着剤がシリカ、シリカゲル、ガラス、アルミナ、モレキュラーシーブ、白土および鉱物からなる群から１種または複数選択された固体である請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. ガードベッド中の固体の空孔率が５５体積％〜９０体積％である請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。