JP4076269B2 - Method for producing cyclic alcohol - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性メタロシリケートを触媒とし、水の存在下、環状オレフィンの接触水和反応を行わせ、環状アルコールを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、環状オレフィンの水和反応に結晶性メタロシリケートを始めとする固体酸触媒を使用し、環状アルコールを製造する方法については、「高シリカゼオライトを用いるシクロヘキセンの液相水和反応」(日本化学会誌,1989,(3),p.521〜527)等の文献、あるいは特開昭60−104028号公報等の特許出願が多数ある。
また、当該反応系における有意な不純物の影響についても、多数の特許出願がある。
【0003】
例えば、特開昭63−154636号公報によれば、有機過酸化物が実質的に存在しない系で接触水和反応を行わせる方法が提案されている。この中で、有機過酸化物は触媒活性を顕著に低下させると記載されており、また、この有機過酸化物はタンクでの保存中にも増加すると記されている(以下、従来技術1と称する)。
特開昭63−250334号公報によれば、環状共役ジエンが200ppm以下である反応系で環状オレフィンの接触水和を行う方法が提案されている。また、その効果としては、触媒の経時的な活性低下を著しく抑制すると記載されている(以下、従来技術2と称する)。
【0004】
特開平7−179381号公報によれば、エポキシ化合物含有量が300ppm以下の環状オレフィンを原料として接触水和を行う方法が提案されており、その効果として、従来の方法と比較して長時間安定した触媒の分離性を維持できると記載されている(以下、従来技術3と称する)。
さらに、特開平7−179382号公報によれば、共役ケトン類含有量が200ppm以下の環状オレフィンを原料として接触水和を行う方法が提案されており、その効果として、触媒の寿命が大幅に改善できると記載している(以下、従来技術4と称する)。
【0005】
一方、これら従来技術の中に記載されている不純物類は、その発生原因が主として環状オレフィンの酸化反応によるものであることが、文献には明示されている。例えば、「Liquid-Phase Oxidations of Cyclic Alkenes」(Journal of the American Chemical Society / 87:21 / November 5, 1965 p4824〜4832)には、シクロヘキセンの酸化反応により、シクロヘキセンハイドロパーオキサイド(従来技術1に記載)、3−ヒドロキシシクロヘキセン(従来技術2に記載)、1,2―エポキシシクロヘキサン(従来技術3に記載)、シクロヘキセノン(従来技術4に記載)が生成することが明示されている。
すなわち、いずれの技術においても、反応系に入る以前の原料が酸化を被らないようにすること、さらに、反応系に存在する原料が酸化を被らないようにすることが必要であるわけである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術1〜4のいずれの記載においても、不純物の悪影響を取り除く手段としては、こうした不純物の生成は許容した上で、これらを含まない原料を用いるという技術思想のもと、これらシクロヘキセンの酸化反応生成物である不純物を除去する方法を例示しているのみである。すなわち、従来の技術では、根本的に該酸化反応生成物の生成を防止するあるいは抑制する方法については一切記述されていなかったのである。
該酸化反応生成物の生成は、1)主たる該水和反応原料の減耗、および2)除去のための、例えば蒸留分離法の如き、何らかのエネルギー消費をもたらす。このため、工業的実施の上では、該酸化反応生成物除去法より該酸化反応生成物生成防止・抑制法の確立をより強く要請されていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この要請に対し、本発明者らは、該酸化反応生成物の生成を抑制もしくは防止することを目標とし、鋭意検討を行った。その結果、驚くべきことに、該酸化反応生成物の生成を抑制するためには、通常工業的実施の際に行われる、空気中の酸素をはじめとする酸化剤と可燃性物質である環状オレフィンの接触を避ける程度の管理では到底不充分であることを見出した。具体的に説明すると、本発明のように引火点の比較的低い可燃性物質を取り扱う化学プラントにおいては、安全上、該物質を扱う塔槽類に空気中の酸素が混入して爆発混合気を形成することを避けるために、気相部を窒素等の不活性ガスで満たす等の手段を講じるのが通常であり、本発明における環状オレフィンにおいても、通常同様の酸素との接触防止策が用いられる。このことは原料環状オレフィンにおいては、当該酸化反応生成物の生成防止措置が安全上の措置と同時に採用されていることを意味している。しかし、反応系全体で当該酸化反応生成物生成を抑制、防止するためには、前記対策のみでは不充分であった。
【0008】
これに加え、水和反応のもう一つの原料である水の含有酸化剤濃度を低く保つことが必要であり、さらに、当該反応系に混入しうるその他の物質についても、その中に含まれる酸化剤の濃度を低く保つことが好ましいことを見出し、その低酸化剤濃度を達成する手段として、工業的にも簡便な方法を確立することにより、本発明を完成した。
【0009】
すなわち、本発明は、下記のとおりである。
1)下記一般式(1)で示される結晶性メタロシリケートを触媒とし、水の存在下、下記一般式(2)で示される環状オレフィンの接触水和反応を行わせ、環状アルコールを製造する方法において、該水中の酸化剤濃度が0.03mmol/リットル以下であることを特徴とする環状アルコールの製造方法。
qM2/k O・xSiO2 ・yAl2 3 ・(1−y)Z2 w (1)
(式中、Mはk価の少なくとも1種のカチオンを表し、Oは酸素、Siはケイ素、Alはアルミニウム、ZはMおよびアルミニウム以外のメタルで、ホウ素、ガリウム、チタン、クロム、鉄、亜鉛、リン、バナジウム、銅の中から選ばれた少なくとも1種のw価のメタルを表す。また、q=1±0.5、1≦x≦1000、0≦y≦1である。)
n 2n-2-mm (2)
(式中、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基またはシクロヘキシル基であり、nは5〜12、mは1〜4の整数である。)
【0010】
2)酸化剤が酸素であることを特徴とする上記1)に記載の環状アルコールの製造方法。
3)接触水和反応によって減少する水を補給する供給水中の酸化剤濃度が0.03mmol/リットル以下であることを特徴とする上記1)または2)に記載の環状アルコールの製造方法。
4)供給水が、反応に供する前に予め酸素を含まないガスと接触させたものであることを特徴とする上記3)に記載の環状アルコールの製造方法。
5)触媒がのべ2000時間以上の水和反応に供された後の触媒であることを特徴とする上記1)ないし4)のいずれかに記載の環状アルコールの製造方法。
【0011】
6)結晶性メタロシリケートが結晶性アルミノシリケートであることを特徴とする上記1)ないし5)のいずれかに記載の環状アルコールの製造方法。
7)環状オレフィンがシクロヘキセンであり、環状アルコールがシクロヘキサノールであることを特徴とする上記1)ないし6)のいずれに記載の環状アルコールの製造方法。
8)環状オレフィンがメチルシクロペンテンであり、環状アルコールがメチルシクロペンタノールであることを特徴とする上記1)ないし6)に記載の環状アルコールの製造方法。
9)環状オレフィンであるシクロヘキセンが、ベンゼンの部分水素化反応によって生成したものであることを特徴とする上記7)に記載の環状アルコールの製造方法。
【0012】
以下、本発明の具体的な実施態様を説明する。
本発明で使用する結晶性メタロシリケートは、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、チタン、クロム、鉄、亜鉛、リン、バナジウム、銅の中から選ばれた、少なくとも1種のメタルを含む結晶性メタロシリケートであって、例えば、無水物の酸化物のモル比で表された組成が、前記一般式(1)で示されるものが挙げられる。
【0013】
前記一般式(1)の中で、Mは結晶性メタロシリケート中のカチオンであり、好ましいのはプロトン、周期律表上のIB、IIA、IIB、IIIA、IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII族の金属カチオンであり、さらに好ましいのはプロトンである。また、ZはMおよびアルミニウム以外のメタルで、ホウ素、ガリウム、チタン、クロム、鉄、亜鉛、リン、バナジウム、銅の中から選ばれた少なくとも1種のメタルであり、これらは結晶性メタロシリケートの水熱合成時に結晶中に取り込まれ、その後のイオン交換操作においても結晶性メタロシリケート中に残存するメタルである。該残存メタルの中で特に好ましいのはホウ素、ガリウム、チタン、クロム、鉄である。
【0014】
触媒の具体例としては、モルデナイト、ホウジャサイト、クリノブチロライト、L型ゼオライト、チャバサイト、エリオナイト、フェリフェライト、モービル社が発表しているZSM系ゼオライトなどの結晶性アルミノシリケート、また、アルミニウム以外にホウ素、ガリウム、チタン、クロム、鉄、亜鉛、リン、バナジウム、銅などの元素をも含有する結晶性アルミノメタロシリケート、アルムニウムを実質的に含まないガロシリケート、ボロシリケートなどのメタロシリケート等が挙げられる。
【0015】
また、AZ−1、TPZ−3、Nu−10(特開昭60−104030号公報に記載)、Nu−3(特開昭57−3714号公報に記載)、Nu−5(特開昭57−129820号公報に記載)、Nu−6(特開昭57−123817号公報に記載)などの結晶性アルミノシリケートも有効である。
また、これらメタロシリケートは、2種類以上を混合しての使用も有用である。
【0016】
本発明で使用する結晶性メタロシリケートは、一次粒子径が0.5μm以下のものが好ましく、より好ましくは0.1μm以下のもの、さらに好ましくは0.05μm以下のものである。粒子径の下限は「結晶性」という言葉で規定される。結晶とは、原子がある対称に従って規則正しく周期的に配列しているものであり、X線による回折現象が認められるものである(共立出版株式会社、化学大辞典、1963年出版、第3巻、第349頁“結晶”の項に記載)。したがって、一定の周期が起こり、X線回折現象が認められるためには、結晶構造に基づくある有限の大きさが存在する。よって、本発明で使用する結晶性メタロシリケートは、X線回折現象が認められ、かつ、一次粒子径が0.5μm以下のものが好ましいということができる。これら一次粒子の形状は種々のものがあるが、本発明でいう一次粒子径とは、走査型電子顕微鏡で見た被測定微粒子の最も巾の狭いところの径を計測し、その計測された数値以下のものの数が少なくとも全体の50%以上であるものを云う。なお、この場合、一次粒子径が0.5μm以下であれば、それらの凝集等によりできる二次粒子の径が大きくなったものでも有効である。
【0017】
また、環状オレフィンの水和反応においては、異性化、重合等の副反応が発生し、例えば、シクロヘキセンの水和反応においては、メチルシクロペンテン類、メチルシクロペンタノール類、ジシクロヘキシルエーテル、ビシクロヘキシルといった副生物が生成する。この副反応を抑制し、収率良く環状アルコールを得るためには、例えば、特開昭58−194828号公報に示されるような結晶性アルミノシリケートZSM−5を触媒として使用することも有効である。結晶性アルミノシリケートZSM−5とは、モービルオイル社が開発したゼオライトであり(米国特許第3702886号明細書参照)、結晶を構成するシリカとアルミナのモル比が20以上であり、結晶構造中に酸素10員環の入口を有する3次元の細孔を有するゼオライトである。
【0018】
一方、本発明の接触水和反応に使用される環状オレフィンとしては、前記一般式(2)で示される化合物であり、例えば、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロノネン、シクロデセン、シクロウンデセン、シクロドデセン、メチルシクロペンテン、メチルシクロヘキセン、ジメチルシクロヘキセン、トリメチルシクロヘキセン、テトラメチルシクロヘキセン、フェニルシクロヘキセン等が挙げられ、また、これらの混合物も有用である。
【0019】
これらの環状オレフィンが水和され、各々相当する環状アルコールを生成する。これら環状オレフィンはその製造方法にもよるが、必ずしも純粋なものが得られるわけではない。例えば、ベンゼンの部分水素化により製造されるシクロヘキセンの場合、不純物として、1)水素化反応の原料あるいは副生成物であるベンゼン、シクロヘキサン、2)原料ベンゼン中の不純物あるいはその水素化物であるトルエン、メチルシクロヘキセン、メチルシクロヘキサン、ノルカンファン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン、3)ベンゼンの水素化反応生成物の蒸留分離に抽出蒸留法等を採用する場合、抽出溶剤等新たな成分の添加を伴うため、当該成分の混入が考えられる。また、工業的に連続的にシクロヘキサノールを製造する場合において、このシクロヘキセンが水和反応器に供給される際には、これにさらに、4)該水和反応主生成物であってリサイクルされる未反応シクロヘキセン中に含まれるシクロヘキサノール、および該水和反応副生物であってリサイクルされる未反応シクロヘキセン中に含まれるメチルシクロペンテン類、メチルシクロペンタノール類が加わる。
【0020】
この結果、該水和反応系には、原料・主生成物以外に、1)〜3)の不純物類、およびメチルシクロペンテン類、メチルシクロペンタノール類が存在することになる。これら原料・主生成物以外の不純物類は、a)水和反応における原料純度を損なうこと、b)原料・主生成物と異なる成分の存在による油水分離の悪化、c)触媒の活性低下への影響、d)成分そのものもしくは成分間の反応・重合による高沸成分生成・配管等の閉塞の原因となりうることから、可能な限り少ないレベルまで前工程にて低減しておくことが好ましい。
【0021】
水和反応の温度は、環状オレフィンの水和反応の平衡の問題および副反応の抑制の面から低温が有利であるが、反応温度があまり低すぎると、反応速度が小さくなり反応器を大きくする必要が生じ合理的でない。したがって、本発明においては50℃〜250℃の範囲で反応を行うが、好ましくは70℃〜200℃、特に80℃〜150℃の範囲が好ましい。
また、反応の圧力は、減圧から加圧までの範囲で適用可能であるが、本発明では、反応の原料である環状オレフィンおよび水の両方が液相を保ちうる圧力で反応を行う。さらに、本発明の主旨に従い、水和反応系内への酸素源となりうる空気の混入を未然に防ぐ意味では、加圧条件下での反応実施が好ましい。
【0022】
反応原料である水と環状オレフィンのモル比は広い範囲でとることができるが、環状オレフィンがあまりに過剰であると、環状オレフィンの転化率が低くなる。一方、水があまりに過剰であると、環状オレフィンの転化率は高くできるが、生成環状アルコールの分離精製の面で不利になるばかりでなく、反応器および後工程での液液分離器を大きくする必要が生じる。しかし、器の容積をむやみに大きくすることは、機器製作面、保守点検面および運転操作の面から得策ではない。したがって、本発明においては、水に対する環状オレフィンのモル比は0.01〜100の範囲が好ましい。
また、環状オレフィンと触媒の重量比は、工業的規模で通常実施される連続的な反応においては、反応温度、反応圧力、環状オレフィンと水のモル比等の条件により異なるが、一般的には、1時間に反応器に供給される環状オレフィンの重量に対し、触媒の重量を0.005〜100の範囲とすることが好ましい。
【0023】
環状アルコールを含むオイル相を反応系より分離する方法としては、例えば、バッチ法においては反応後、反応系を静置して相分離を行い、上層であるオイル相を外部へ取り出す。また、通常の工業的規模での実施形態である連続法では、反応系上部より連続的に反応液を一部取り出し、静置槽において相分離を行わしめ、上層であるオイル相を取り出し、下層である水相を再び反応系に戻す。この際、反応器の内部に静置分離ゾーンを設け、反応器内部で相分離をも行わせることは、触媒を含む水相を戻す際のハンドリング作業が省略できる点、およびその際の移送系のエロージョンの問題がない点で好ましい。
【0024】
オイル相より環状アルコールを取り出すには、通常、蒸留法が用いられ、未反応環状オレフィンは反応系に戻して再使用するのが好ましい。また、純度の高い環状アルコールを得るには、副生するメチルシクロペンテン類を別工程に部分的に抜き出す方法(特開平4−41448号公報に記載)、および/またはオイル相に微量混入する水和反応の触媒をフィルター等で除去した後に環状アルコールを蒸留精製する方法(特開平7−333356号公報に記載)を用いるのがさらに好ましい。
【0025】
本発明は、反応系の水中の酸化剤濃度を低くすることに特徴を有する。本発明で云う酸化剤とは、水和反応原料である環状オレフィンとの反応により、過酸化物あるいはその過酸化物の分解生成物であるハイドロパーオキサイド、エポキシド、シクロアルケノン等を生成するものであり、具体的には酸素、空気、過酸化水素、オゾン、有機過酸、四酢酸鉛、過ヨウ素酸、過マンガン酸塩、硝酸、亜硝酸、窒素酸化物が挙げられるが、本発明の技術領域である環状オレフィンの水和反応に何らかの関係がある物質としては、特に酸素、空気、過酸化水素が挙げられる。
水中の酸化剤濃度を0.03mmol/リットル以下とすることにより、本発明の目的である反応系での該酸化反応生成物の生成が抑制される。
水中の酸化剤濃度を0.03mmol/リットル以下にするには、反応系へ流入する物質に含まれる酸化剤濃度を低レベルに抑えることが望ましい。
【0026】
中でも、水和反応によって減少する水を補充するための供給水中の酸化剤濃度を0.03mmol/リットル以下にすることが必要である。ここで、「減少する」とは、水和反応によって水が反応消費されること、および/または反応液のオイル相に水が溶解しオイルと共に反応系外へ抜き出されることをさす。また、反応系へのその他の経路での酸化剤流入を抑える目的で、1)前述のように環状オレフィンと空気の接触を避けること、2)反応器の気相部を不活性ガスで加圧し、空気の漏れ込みを抑制すること、3)反応器が攪拌機等摺動部を持つ付属設備を有する場合、そのシール液に本発明の主旨に沿い、酸化剤濃度を低減した流体を用いることなどの手段を併用することが望ましい。
【0027】
特開昭61−234945号公報には、酸化剤を用いて水和反応に供される触媒を再生する方法が開示されている。また、特開平3−224633号公報には、触媒に酸化剤を接触させた後、無機アルカリ次いで無機酸と接触させる再生方法が開示されている。これらの方法で酸化剤としてオゾン、過酸化水素を用いる場合には、「処理後に酸化剤が残存していても、熱分解によりきわめて簡便に除去することができ好ましい。」との記述のとおり、熱分解による酸化剤除去を行った後に再生触媒を使用する方法を併用することが望ましい。
【0028】
前述の酸化剤で最も汎用な物質は、空気中の酸素である。水中の酸素濃度0.03mmol/リットルとは、約1mg/リットルに相当する。通常の化学工業においてプロセス内に用いられる工程水としては、ボイラー給水用の「ボイラー外処理」(社団法人日本ボイラー協会編/ボイラ技術講座6/ボイラの水管理/昭和42年発行/p105〜142に記載)の設備を併用してイオン交換処理等を経たものを用いる。但し、この工程水は、通常はボイラー給水のように厳密な酸素濃度管理を必要とせず、この工程水の貯槽は、通常気相部が空気で満たされているため、工程水中には最大で常温における飽和溶解度の酸素、すなわち、約9mg/リットルが溶解し得る。現実的には、その濃度が5〜10mg/リットルとなっているのが普通である。本発明においては、この酸素濃度を1mg/リットル以下に低減する。
【0029】
酸素濃度を低減する方法としては、不活性ガスで曝気する方法が簡便である。具体的には、充填塔などを用い、酸素低減処理前の水を塔上部に供給し、一方、酸素を実質的に含まない不活性ガスを塔下部より供給し、塔内にて両者を接触混合させる。こうした操作により、酸素濃度を低減した水が得られる。本発明で云う1mg/リットル以下にすることは、塔長を適切な長さにする、塔径を処理水量に見合った大きさに設計する、処理水と不活性ガスの比率を調整する、等により達成される。
【0030】
水中の酸化剤濃度の測定は、簡便な公知の方法を用いて行う。具体的には、対象となる酸化剤毎に好適な方法が選択されるが、例えば、過酸化水素であれば、一定量のサンプルを採り、0.1Nの過マンガン酸カリウム水溶液で滴定する方法(丸善株式会社発行/日本分析化学会編/分析化学便覧/改訂二版p27〜28に記載)が簡便である。
また、水中の酸素濃度の測定は、通常は市販の溶存酸素計を用いて行う。溶存酸素計は一般に隔膜電極を用いたものであり、酸素の検出手段としては、ポーラログラフ方式、ガルバニ電池方式などが知られている。
水中の酸素濃度を低減した効果は、水和反応器出口油相中の環状オレフィン酸化反応生成物の低減という形で現れる。また、この影響を反応成績の経時変化、すなわち、前記環状オレフィン酸化反応生成物による触媒活性低下に伴う環状アルコールの経時的濃度低下という形で間接的にみることができる。
【0031】
この環状オレフィン酸化反応生成物による触媒活性低下現象は、fresh触媒、すなわち、これまで未使用だった触媒を用いた場合より、used触媒、すなわち、長時間使い込んだ触媒においてより顕著になる。したがって、本発明における水中の酸素濃度低減の効果も、used触媒においては特に有効と云える。この効果の差異について理由は明確ではないが、結晶性メタロシリケートにおいて発生する格子内金属の脱離現象、すなわち、水熱条件下での準安定相から安定相への相変化に伴う触媒としての活性低下との関係によって、fresh触媒においては、環状オレフィン酸化反応生成物の悪影響が緩和されるものと推定される。ここでいう長時間とは、少なくとも2000時間を意味し、used触媒の定義としては、のべ2000時間以上の水和反応に供された触媒を指す。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、実施例、比較例を示し本発明を詳細に説明する。
【実施例1】
(水の脱気処理)
図1に示すように脱気塔3を用い、その中に充填材としてステンレス製5/8インチポールリング2mを積んだ。供給管1より酸素濃度8mg/リットルのボイラー給水用の純水を100重量部供給した。塔内の断面積当たりの液負荷は60000kg/m2 ・hrであった。一方、供給管2より窒素ガスを供給水1m3 に対し0.2Nm3 となるように供給し、脱気処理を実施した。排出管4より排出された脱気水中の酸素濃度は0.5mg/リットルであった。なお、図1中の5はガスの排出管を示す。
【0033】
【実施例2】
図2に示すように連続流通反応装置を用いてシクロヘキセンの水和反応を行った。すなわち、内容積1リットルの攪拌機付きステンレス製反応器10に、特開平1−180835号公報の実施例1に記載の方法で調合したZSM−5触媒81gと水219gを仕込み、系内を窒素ガス置換し、5Kg/cm2Gに保圧した。回転数850rpmで攪拌しつつ、反応器を昇温し、反応温度125℃とした後、サービスタンク6より供給管8を通じシクロヘキセンを200g/hrの速度で供給した。また、分離器12の水相の液面の測定より、反応消費した水と等量の水をサービスタンク7より供給管9を通じ供給した。反応器10から取り出され,排出管11を通して分離器12に送られた反応混合物中のオイル相は、排出管13より取り出し、水相は復帰管14より反応器10へ戻した。
【0034】
この際、用いたシクロヘキセンは、不純物として、シクロヘキサン2800ppm、ベンゼン7500ppm、トルエンを55ppm、ノルカンファンを45ppm含んでおり、その他の成分はガスクロマトグラフィーの検出限界以下、すなわち、1ppm以下であった。このシクロヘキセンを供給するに当たり、サービスタンク6の気相部には窒素ガスを送気し、窒素ガスを満たし、酸素との接触を避けた。
供給管9からの補給水は、実施例1の脱気処理で得られた脱気水をサービスタンク7(気相部に窒素ガスを送気しつつ)経由で供給した。その補給水中の酸素濃度は0.5mg/リットルであった。
【0035】
この反応における反応成績は、シクロヘキセン供給開始6時間後において、排出オイル中のシクロヘキサノール濃度11.88重量%であった。また、52時間後のシクロヘキサノール濃度は11.49重量%であり、98時間後は11.11重量%であった。また、99時間後、復帰管9より一部抜き出した水相の母液中の酸素濃度は0.5mg/リットルであった。さらに、この99時間後の排出オイル中の不純物としては、原料中のシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、ノルカンファンが濃度変化せず存在した他、反応副生成物として、メチルシクロペンテン類が800ppm、メチルシクロペンタノール類が28ppm、ジシクロヘキシルエーテルが170ppm、その他高沸成分として100ppmが存在していたが、3−ヒドロキシシクロヘキセン、1,2−エポキシシクロヘキサン、シクロヘキセノンは検出されなかった(検出下限は0.1ppm)。
【0036】
【比較例1】
供給管9からの補給水として、実施例1の脱気処理前の水を用いた他は実施例2と同様に水和反応を実施した。この補給水中の酸素濃度は8mg/リットルであった。この反応の成績は、シクロヘキセン供給開始後6時間後において排出オイル中のシクロヘキサノール濃度は11.87重量%であった。また、50時間後、同濃度は11.38重量%であった。また、50時間後、復帰管14より一部抜き出した水相の母液中の酸素濃度は5mg/リットルであった。
【0037】
さらに、この50時間後の排出オイル中の不純物としては、原料中のシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、ノルカンファンが濃度変化せず存在した他、反応副生成物として、メチルシクロペンテン類が790ppm、メチルシクロペンタノール類が26ppm、ジシクロヘキシルエーテルが170ppmに加え、3−ヒドロキシシクロヘキセンが0.2ppm、1,2―エポキシシクロヘキサンが0.1ppm、シクロヘキセノンが0.1ppm検出され、その他高沸成分として100ppmが存在していた。
【0038】
【実施例3】
実施例2の反応を2000時間行った後の触媒2回分を回収し、オイル相を除去した後、実施例2と同じ触媒、水量に調整して、実施例2と同じ反応を行った。反応開始6時間の排出オイル中のシクロヘキサノール濃度は9.63重量%、100時間後は9.41重量%、194時間後は9.20重量%であった。
【0039】
【比較例2】
実施例3と同様に触媒を調整し、比較例1と同じく供給水への窒素ガス曝気を行わずに反応を行った。反応開始後6時間の排出オイル中のシクロヘキサノール濃度は9.62重量%、80時間後は9.28重量%、168時間後8.87重量%であった。
【0040】
【発明の効果】
本発明の方法により、シクロヘキセン酸化反応生成物の生成が抑制され、1)主たる該水和反応原料の減耗、および2)除去のための、例えば蒸留分離法の如き、何らかのエネルギー消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する上での脱気設備プロセスフローの一例である。
【図2】本発明を実施する上での水和反応器プロセスフローの一例である。1 供給管
2 供給管
3 脱気塔
4 排出管
5 排出管
6 サービスタンク
7 サービスタンク
8 供給管
9 供給管
10 反応器
11 排出管
12 分離器
13 排出管
14 復帰管
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a process for producing a cyclic alcohol by using a crystalline metallosilicate as a catalyst and carrying out a catalytic hydration reaction of a cyclic olefin in the presence of water.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a solid acid catalyst such as crystalline metallosilicate is used for the hydration reaction of cyclic olefins, and the method for producing cyclic alcohols is described in “Liquid-phase hydration reaction of cyclohexene using high silica zeolite” (Nippon Kagaku). Many publications such as Journals, 1989, (3), p. 521 to 527), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-104028.
There are also numerous patent applications for significant impurity effects in the reaction system.
[0003]
For example, according to Japanese Patent Laid-Open No. 63-154636, a method is proposed in which a catalytic hydration reaction is carried out in a system substantially free of organic peroxide. Among these, it is described that the organic peroxide significantly lowers the catalytic activity, and that this organic peroxide increases during storage in the tank (hereinafter referred to as Prior Art 1). Called).
According to Japanese Patent Laid-Open No. 63-250334, a method for catalytic hydration of a cyclic olefin in a reaction system in which the cyclic conjugated diene is 200 ppm or less is proposed. In addition, as its effect, it is described that a decrease in the activity of the catalyst over time is remarkably suppressed (hereinafter referred to as Prior Art 2).
[0004]
According to Japanese Patent Laid-Open No. 7-179381, a method of performing catalytic hydration using a cyclic olefin having an epoxy compound content of 300 ppm or less as a raw material has been proposed, and the effect thereof is stable for a long time compared with the conventional method. It is described that the separability of the prepared catalyst can be maintained (hereinafter referred to as Prior Art 3).
Furthermore, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-179382, a method of performing catalytic hydration using a cyclic olefin having a conjugated ketone content of 200 ppm or less as a raw material has been proposed. As a result, the life of the catalyst is greatly improved. It is described that it can be done (hereinafter referred to as Prior Art 4).
[0005]
On the other hand, it is clearly shown in the literature that the impurities described in these prior arts are mainly caused by the oxidation reaction of cyclic olefins. For example, in “Liquid-Phase Oxidations of Cyclic Alkenes” (Journal of the American Chemical Society / 87:21 / November 5, 1965 p4824 to 4832), cyclohexene hydroperoxide (described in Prior Art 1) is obtained by an oxidation reaction of cyclohexene. ), 3-hydroxycyclohexene (described in Prior Art 2), 1,2-epoxycyclohexane (described in Prior Art 3), and cyclohexenone (described in Prior Art 4).
That is, in any technique, it is necessary to prevent the raw material before entering the reaction system from being oxidized, and to prevent the raw material existing in the reaction system from being oxidized. is there.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any of the descriptions in the prior arts 1 to 4, as a means for removing the adverse effects of impurities, the generation of such impurities is allowed, and under the technical idea of using raw materials not containing these impurities, these cyclohexenes are used. It only exemplifies a method of removing impurities that are oxidation reaction products. That is, in the prior art, no method for fundamentally preventing or suppressing the formation of the oxidation reaction product has been described.
The production of the oxidation reaction product results in some energy consumption, for example 1) depletion of the main hydration reaction feedstock, and 2) removal, for example a distillation separation process. For this reason, in industrial implementation, establishment of the oxidation reaction product production | generation prevention and suppression method was requested | required more strongly than this oxidation reaction product removal method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In response to this request, the present inventors have conducted extensive studies with the goal of suppressing or preventing the formation of the oxidation reaction product. As a result, surprisingly, in order to suppress the production of the oxidation reaction product, an oxidizing agent such as oxygen in the air and a cyclic olefin which is a flammable substance are usually used in industrial implementation. It was found that the management to the extent of avoiding the contact was inadequate. More specifically, in a chemical plant that handles a flammable substance having a relatively low flash point as in the present invention, for safety, oxygen in the air is mixed into tower tanks that handle the substance, and an explosive mixture is In order to avoid the formation, it is usual to take measures such as filling the gas phase part with an inert gas such as nitrogen, etc., and in the cyclic olefin in the present invention, the same contact prevention measures with oxygen are usually used. It is done. This means that, in the raw material cyclic olefin, measures for preventing the formation of the oxidation reaction product are adopted simultaneously with safety measures. However, in order to suppress or prevent the production of the oxidation reaction product in the entire reaction system, the above measures alone are insufficient.
[0008]
In addition to this, it is necessary to keep the oxidant concentration of water, which is another raw material of the hydration reaction, low, and other substances that may be mixed into the reaction system are also included in the oxidation. The inventors have found that it is preferable to keep the concentration of the agent low, and have completed the present invention by establishing an industrially simple method as means for achieving the low oxidizing agent concentration.
[0009]
That is, the present invention is as follows.
1) A method for producing a cyclic alcohol by conducting a catalytic hydration reaction of a cyclic olefin represented by the following general formula (2) in the presence of water using a crystalline metallosilicate represented by the following general formula (1) as a catalyst. The method for producing a cyclic alcohol characterized in that the oxidant concentration in the water is 0.03 mmol / liter or less.
qM 2 / k O · xSiO 2 ・ YAl 2 O Three ・ (1-y) Z 2 O w (1)
(Wherein M represents at least one k-valent cation, O is oxygen, Si is silicon, Al is aluminum, Z is a metal other than M and aluminum, and boron, gallium, titanium, chromium, iron, zinc Represents at least one w-valent metal selected from phosphorus, vanadium, and copper, and q = 1 ± 0.5, 1 ≦ x ≦ 1000, and 0 ≦ y ≦ 1.
C n H 2n-2-m R m (2)
(In the formula, R is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group or a cyclohexyl group, n is 5 to 12, and m is an integer of 1 to 4).
[0010]
2) The method for producing a cyclic alcohol as described in 1) above, wherein the oxidizing agent is oxygen.
3) The method for producing a cyclic alcohol as described in 1) or 2) above, wherein the concentration of the oxidant in the feed water for replenishing water reduced by catalytic hydration is 0.03 mmol / liter or less.
4) The method for producing a cyclic alcohol according to 3) above, wherein the supplied water is previously brought into contact with a gas not containing oxygen before being subjected to the reaction.
5) The method for producing a cyclic alcohol according to any one of 1) to 4) above, wherein the catalyst is a catalyst after being subjected to a hydration reaction for a total of 2000 hours or more.
[0011]
6) The method for producing a cyclic alcohol according to any one of 1) to 5) above, wherein the crystalline metallosilicate is a crystalline aluminosilicate.
7) The method for producing a cyclic alcohol according to any one of 1) to 6) above, wherein the cyclic olefin is cyclohexene and the cyclic alcohol is cyclohexanol.
8) The method for producing a cyclic alcohol as described in 1) to 6) above, wherein the cyclic olefin is methylcyclopentene and the cyclic alcohol is methylcyclopentanol.
9) The method for producing a cyclic alcohol as described in 7) above, wherein cyclohexene, which is a cyclic olefin, is produced by a partial hydrogenation reaction of benzene.
[0012]
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
The crystalline metallosilicate used in the present invention is a crystalline metallosilicate containing at least one metal selected from aluminum, boron, gallium, titanium, chromium, iron, zinc, phosphorus, vanadium, and copper. For example, the composition represented by the molar ratio of the oxide of anhydride is represented by the general formula (1).
[0013]
In the general formula (1), M is a cation in the crystalline metallosilicate, preferably a proton, IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB on the periodic table, Group VIII metal cations, more preferably protons. Z is a metal other than M and aluminum, and is at least one metal selected from boron, gallium, titanium, chromium, iron, zinc, phosphorus, vanadium, and copper. These are crystalline metallosilicates. It is a metal that is taken into the crystal during hydrothermal synthesis and remains in the crystalline metallosilicate in the subsequent ion exchange operation. Among the remaining metals, boron, gallium, titanium, chromium and iron are particularly preferable.
[0014]
Specific examples of the catalyst include mordenite, borojasite, clinobutyrolite, L-type zeolite, chabasite, erionite, ferriferrite, crystalline aluminosilicate such as ZSM zeolite announced by Mobil Corporation, In addition to aluminum, crystalline aluminometallosilicates that also contain elements such as boron, gallium, titanium, chromium, iron, zinc, phosphorus, vanadium, copper, metallosilicates such as gallosilicates and borosilicates that do not substantially contain aluminium, etc. Is mentioned.
[0015]
Further, AZ-1, TPZ-3, Nu-10 (described in JP-A-60-104030), Nu-3 (described in JP-A-57-3714), Nu-5 (JP-A-5757). Crystalline aluminosilicates such as Nu-6 (described in JP-A-57-123817) are also effective.
Further, these metallosilicates are also useful when used in combination of two or more.
[0016]
The crystalline metallosilicate used in the present invention preferably has a primary particle size of 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less, still more preferably 0.05 μm or less. The lower limit of the particle size is defined by the term “crystallinity”. Crystals are those in which atoms are regularly and periodically arranged according to a certain symmetry, and diffraction phenomena due to X-rays are observed (Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., Chemistry Dictionary, 1963, Vol. 3, Pp. 349, “Crystals”). Therefore, for a certain period to occur and the X-ray diffraction phenomenon to be recognized, there is a certain finite size based on the crystal structure. Therefore, it can be said that the crystalline metallosilicate used in the present invention preferably has an X-ray diffraction phenomenon and a primary particle diameter of 0.5 μm or less. There are various shapes of these primary particles, but the primary particle size referred to in the present invention is the measured value obtained by measuring the narrowest diameter of the fine particles to be measured as viewed with a scanning electron microscope. The number of the following is at least 50% of the total. In this case, if the primary particle diameter is 0.5 μm or less, it is effective even if the diameter of the secondary particles formed by such aggregation is increased.
[0017]
In addition, side reactions such as isomerization and polymerization occur in the hydration reaction of cyclic olefins. For example, in the hydration reaction of cyclohexene, side reactions such as methylcyclopentenes, methylcyclopentanols, dicyclohexyl ether, and bicyclohexyl. Living creatures produce. In order to suppress this side reaction and obtain a cyclic alcohol with good yield, for example, it is also effective to use crystalline aluminosilicate ZSM-5 as a catalyst as disclosed in JP-A-58-194828. . Crystalline aluminosilicate ZSM-5 is a zeolite developed by Mobil Oil (see U.S. Pat. No. 3,702,886), and the molar ratio of silica and alumina constituting the crystal is 20 or more, A zeolite having three-dimensional pores having an oxygen 10-membered ring inlet.
[0018]
On the other hand, the cyclic olefin used in the catalytic hydration reaction of the present invention is a compound represented by the general formula (2), for example, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, cyclononene, cyclodecene, cycloundecene, Examples thereof include cyclododecene, methylcyclopentene, methylcyclohexene, dimethylcyclohexene, trimethylcyclohexene, tetramethylcyclohexene, phenylcyclohexene, and the like, and mixtures thereof are also useful.
[0019]
These cyclic olefins are hydrated to produce the corresponding cyclic alcohols. Although these cyclic olefins depend on the production method, pure ones are not necessarily obtained. For example, in the case of cyclohexene produced by partial hydrogenation of benzene, as impurities, 1) benzene, cyclohexane, which is a raw material or by-product of a hydrogenation reaction, 2) toluene, which is an impurity in the raw material benzene or its hydride, Methylcyclohexene, methylcyclohexane, norcamphane, n-pentane, n-hexane, n-heptane, xylene, ethylbenzene, styrene, 3) When using extractive distillation method for distillation separation of benzene hydrogenation reaction products, extract solvent Since this involves the addition of new components such as, it is conceivable that the components are mixed. In addition, in the case of continuously producing cyclohexanol industrially, when this cyclohexene is supplied to the hydration reactor, 4) the main product of the hydration reaction is recycled. Cyclohexanol contained in unreacted cyclohexene and methylcyclopentenes and methylcyclopentanols contained in unreacted cyclohexene which is a by-product of the hydration reaction and are recycled are added.
[0020]
As a result, in the hydration reaction system, impurities 1) to 3), methylcyclopentenes and methylcyclopentanols are present in addition to the raw materials and main products. Impurities other than these raw materials and main products a) impair the purity of the raw material in the hydration reaction, b) deterioration of oil / water separation due to the presence of components different from the raw materials and main products, and c) decrease in catalyst activity. Influence, d) It is preferable to reduce it to the lowest possible level in the previous step, because it may cause the component itself or the reaction between the components, generation of high boiling components by polymerization, blockage of piping, etc.
[0021]
The temperature of the hydration reaction is advantageous from the viewpoint of the equilibrium problem of cyclic olefin hydration reaction and the suppression of side reactions, but if the reaction temperature is too low, the reaction rate decreases and the reactor becomes larger. There is a need and it is not reasonable. Therefore, in the present invention, the reaction is carried out in the range of 50 ° C to 250 ° C, preferably 70 ° C to 200 ° C, particularly preferably in the range of 80 ° C to 150 ° C.
The reaction pressure can be applied in the range from reduced pressure to increased pressure, but in the present invention, the reaction is carried out at a pressure at which both the cyclic olefin and water, which are raw materials for the reaction, can maintain a liquid phase. Further, in accordance with the gist of the present invention, it is preferable to carry out the reaction under a pressurized condition in order to prevent air from being mixed into the hydration reaction system.
[0022]
Although the molar ratio of the reaction raw material water to the cyclic olefin can be within a wide range, if the cyclic olefin is too excessive, the conversion rate of the cyclic olefin becomes low. On the other hand, if the amount of water is excessive, the conversion rate of the cyclic olefin can be increased, but not only is it disadvantageous in terms of separation and purification of the produced cyclic alcohol, but also the reactor and the liquid-liquid separator in the subsequent process are enlarged. Need arises. However, increasing the volume of the vessel unnecessarily is not a good idea in terms of equipment production, maintenance and inspection and operation. Therefore, in this invention, the molar ratio of the cyclic olefin with respect to water has the preferable range of 0.01-100.
Further, the weight ratio of the cyclic olefin to the catalyst varies depending on conditions such as reaction temperature, reaction pressure, molar ratio of cyclic olefin and water in a continuous reaction usually carried out on an industrial scale. The weight of the catalyst is preferably in the range of 0.005 to 100 with respect to the weight of the cyclic olefin supplied to the reactor in one hour.
[0023]
As a method for separating the oil phase containing the cyclic alcohol from the reaction system, for example, in the batch method, after the reaction, the reaction system is left to perform phase separation, and the upper oil phase is taken out. In addition, in the continuous method which is an embodiment on a normal industrial scale, a part of the reaction solution is continuously taken out from the upper part of the reaction system, phase separation is performed in a stationary tank, the upper oil phase is taken out, and the lower layer The aqueous phase is returned to the reaction system. In this case, a stationary separation zone is provided inside the reactor, and phase separation is also performed inside the reactor, so that the handling work when returning the aqueous phase containing the catalyst can be omitted, and the transfer system at that time This is preferable because there is no problem of erosion.
[0024]
In order to remove the cyclic alcohol from the oil phase, a distillation method is usually used, and the unreacted cyclic olefin is preferably returned to the reaction system and reused. Further, in order to obtain a high-purity cyclic alcohol, a method of partially extracting methylcyclopentenes as a by-product in another process (described in JP-A-4-41448) and / or hydration mixed in a trace amount in the oil phase It is more preferable to use a method (described in JP-A-7-333356) in which the cyclic alcohol is purified by distillation after removing the reaction catalyst with a filter or the like.
[0025]
The present invention is characterized in that the oxidant concentration in the water of the reaction system is lowered. The oxidizing agent referred to in the present invention is a substance that generates a peroxide or hydroperoxide, epoxide, cycloalkenone, or the like, which is a decomposition product of the peroxide, by reaction with a cyclic olefin that is a raw material for hydration reaction. Specific examples include oxygen, air, hydrogen peroxide, ozone, organic peracids, lead tetraacetate, periodic acid, permanganate, nitric acid, nitrous acid, and nitrogen oxides. Examples of the substance having some relationship with the hydration reaction of the cyclic olefin in the region include oxygen, air, and hydrogen peroxide.
By setting the oxidant concentration in water to 0.03 mmol / liter or less, the production of the oxidation reaction product in the reaction system which is the object of the present invention is suppressed.
In order to make the oxidant concentration in water 0.03 mmol / liter or less, it is desirable to keep the oxidant concentration contained in the substance flowing into the reaction system at a low level.
[0026]
Especially, it is necessary to make the oxidant density | concentration in the feed water for replenishing the water reduced by a hydration reaction below 0.03 mmol / liter. Here, “decrease” means that water is reacted and consumed by the hydration reaction, and / or water is dissolved in the oil phase of the reaction solution and extracted out of the reaction system together with the oil. Also, for the purpose of suppressing the oxidant flow in the other route to the reaction system, 1) avoid contact between the cyclic olefin and air as described above, and 2) pressurize the gas phase part of the reactor with an inert gas. 3) When the reactor has an accessory having a sliding part such as a stirrer, use a fluid having a reduced oxidant concentration in accordance with the gist of the present invention as the sealing liquid. It is desirable to use these means in combination.
[0027]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-234945 discloses a method for regenerating a catalyst subjected to a hydration reaction using an oxidizing agent. JP-A-3-224633 discloses a regeneration method in which an oxidizing agent is brought into contact with a catalyst and then brought into contact with an inorganic alkali and then with an inorganic acid. When ozone or hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent in these methods, as described, “Even if the oxidizing agent remains after the treatment, it can be easily removed by thermal decomposition, which is preferable”. It is desirable to use together a method of using a regenerated catalyst after removing the oxidizing agent by thermal decomposition.
[0028]
The most versatile substance of the aforementioned oxidants is oxygen in the air. The oxygen concentration in water of 0.03 mmol / liter corresponds to about 1 mg / liter. As process water used in the process in normal chemical industry, “Boiler Outside Treatment” for boiler water supply (Japan Boiler Association / Boiler Technology Course 6 / Boiler Water Management / Showa 42 issue / p105-142) Used in combination with the equipment described in (1) above, and after undergoing ion exchange treatment. However, this process water usually does not require strict oxygen concentration control like boiler feed water, and this process water storage tank is usually the largest in process water because the gas phase part is usually filled with air. Saturated solubility of oxygen at ambient temperature, ie about 9 mg / liter can be dissolved. Actually, the concentration is usually 5 to 10 mg / liter. In the present invention, this oxygen concentration is reduced to 1 mg / liter or less.
[0029]
As a method of reducing the oxygen concentration, a method of aeration with an inert gas is simple. Specifically, using a packed tower or the like, water before the oxygen reduction treatment is supplied to the upper part of the tower, while an inert gas substantially free of oxygen is supplied from the lower part of the tower, and both are contacted in the tower. Mix. By such an operation, water having a reduced oxygen concentration can be obtained. In the present invention, to make it 1 mg / liter or less, the tower length is set to an appropriate length, the tower diameter is designed to match the amount of treated water, the ratio of treated water and inert gas is adjusted, etc. Is achieved.
[0030]
The measurement of the oxidant concentration in water is performed using a simple known method. Specifically, a suitable method is selected for each target oxidant. For example, in the case of hydrogen peroxide, a certain amount of sample is taken and titrated with a 0.1N potassium permanganate aqueous solution. (Published by Maruzen Co., Ltd./Analytical Analytical Society of Japan / Analytical Chemistry Handbook / Revised Second Edition p27-28) is simple.
The measurement of oxygen concentration in water is usually performed using a commercially available dissolved oxygen meter. A dissolved oxygen meter generally uses a diaphragm electrode, and a polarographic method, a galvanic cell method, etc. are known as means for detecting oxygen.
The effect of reducing the oxygen concentration in the water appears in the form of reduction of cyclic olefin oxidation reaction products in the hydration reactor outlet oil phase. Further, this influence can be indirectly seen in the form of a change in the reaction results with time, that is, a decrease in the concentration of cyclic alcohol over time accompanying a decrease in catalyst activity due to the cyclic olefin oxidation reaction product.
[0031]
The reduction in the catalytic activity due to the cyclic olefin oxidation reaction product becomes more prominent in a used catalyst, that is, a catalyst that has been used for a long time than when a fresh catalyst, that is, a catalyst that has not been used so far, is used. Therefore, it can be said that the effect of reducing the oxygen concentration in water in the present invention is particularly effective for the used catalyst. Although the reason for this difference in the effect is not clear, the desorption phenomenon of intra-lattice metal that occurs in crystalline metallosilicates, that is, as a catalyst accompanying a phase change from a metastable phase to a stable phase under hydrothermal conditions. It is presumed that the adverse effect of the cyclic olefin oxidation reaction product is alleviated in the fresh catalyst due to the relationship with the decrease in activity. The term “long time” as used herein means at least 2000 hours, and the used catalyst is defined as a catalyst that has been subjected to a hydration reaction for a total of 2000 hours or more.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples.
[Example 1]
(Water degassing)
As shown in FIG. 1, a deaeration tower 3 was used, and a stainless steel 5/8 inch pole ring 2m was loaded therein as a filler. 100 parts by weight of pure water for boiler water supply having an oxygen concentration of 8 mg / liter was supplied from the supply pipe 1. The liquid load per sectional area in the tower is 60000 kg / m 2 -It was hr. On the other hand, nitrogen gas is supplied from the supply pipe 2 to 1 m of supply water. Three 0.2Nm for Three The deaeration process was implemented. The oxygen concentration in the deaerated water discharged from the discharge pipe 4 was 0.5 mg / liter. In addition, 5 in FIG. 1 shows a gas discharge pipe.
[0033]
[Example 2]
As shown in FIG. 2, a cyclohexene hydration reaction was performed using a continuous flow reactor. That is, 81 g of ZSM-5 catalyst and 219 g of water prepared by the method described in Example 1 of JP-A-1-180835 were charged into a stainless steel reactor 10 with a stirrer having an internal volume of 1 liter, and nitrogen gas was introduced into the system. The pressure was replaced and maintained at 5 Kg / cm 2 G. While stirring at a rotational speed of 850 rpm, the reactor was heated to a reaction temperature of 125 ° C., and then cyclohexene was supplied from the service tank 6 through the supply pipe 8 at a rate of 200 g / hr. Further, from the measurement of the liquid level of the aqueous phase of the separator 12, the same amount of water as the reaction consumed was supplied from the service tank 7 through the supply pipe 9. The oil phase in the reaction mixture taken out from the reactor 10 and sent to the separator 12 through the discharge pipe 11 was taken out from the discharge pipe 13, and the aqueous phase was returned to the reactor 10 through the return pipe 14.
[0034]
At this time, the cyclohexene used contained 2800 ppm of cyclohexane, 7500 ppm of benzene, 55 ppm of toluene and 45 ppm of norcamphane as impurities, and the other components were below the detection limit of gas chromatography, that is, 1 ppm or less. In supplying this cyclohexene, nitrogen gas was sent to the gas phase portion of the service tank 6 to fill the nitrogen gas and avoid contact with oxygen.
As the makeup water from the supply pipe 9, the deaerated water obtained by the deaeration process of Example 1 was supplied via the service tank 7 (while supplying nitrogen gas to the gas phase part). The oxygen concentration in the makeup water was 0.5 mg / liter.
[0035]
As a result of the reaction, the cyclohexanol concentration in the discharged oil was 11.88% by weight 6 hours after the start of cyclohexene supply. The cyclohexanol concentration after 52 hours was 11.49% by weight, and after 98 hours it was 11.11% by weight. Further, after 99 hours, the oxygen concentration in the mother liquor of the aqueous phase partially extracted from the return tube 9 was 0.5 mg / liter. Further, as impurities in the discharged oil after 99 hours, cyclohexane, benzene, toluene and norcamphane in the raw material existed without changing the concentration, and as a reaction by-product, methylcyclopentenes were 800 ppm, methylcyclopentanol. 28 ppm, dicyclohexyl ether was 170 ppm, and other high-boiling components were 100 ppm, but 3-hydroxycyclohexene, 1,2-epoxycyclohexane, and cyclohexenone were not detected (the detection lower limit was 0.1 ppm).
[0036]
[Comparative Example 1]
A hydration reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that water before degassing treatment in Example 1 was used as makeup water from the supply pipe 9. The oxygen concentration in the makeup water was 8 mg / liter. As a result of this reaction, the concentration of cyclohexanol in the discharged oil was 11.87% by weight after 6 hours from the start of the supply of cyclohexene. Further, after 50 hours, the same concentration was 11.38% by weight. Further, after 50 hours, the oxygen concentration in the mother liquor of the aqueous phase partially extracted from the return pipe 14 was 5 mg / liter.
[0037]
Further, as impurities in the discharged oil after 50 hours, cyclohexane, benzene, toluene and norcamphane in the raw material were present without changing the concentration, and as a reaction by-product, 790 ppm of methylcyclopentenes, methylcyclopentanol 26 ppm, dicyclohexyl ether was added to 170 ppm, 3-hydroxycyclohexene was detected at 0.2 ppm, 1,2-epoxycyclohexane was detected at 0.1 ppm, cyclohexenone was detected at 0.1 ppm, and other high-boiling components were present at 100 ppm. It was.
[0038]
[Example 3]
After collecting the catalyst for 2 hours after carrying out the reaction of Example 2 for 2000 hours and removing the oil phase, the same catalyst and water amount as in Example 2 were adjusted to carry out the same reaction as in Example 2. The concentration of cyclohexanol in the discharged oil 6 hours after the start of the reaction was 9.63% by weight, 9.41% by weight after 100 hours, and 9.20% by weight after 194 hours.
[0039]
[Comparative Example 2]
The catalyst was prepared in the same manner as in Example 3, and the reaction was performed without performing nitrogen gas aeration on the feed water as in Comparative Example 1. The concentration of cyclohexanol in the discharged oil 6 hours after the start of the reaction was 9.62% by weight, 9.28% by weight after 80 hours, and 8.87% by weight after 168 hours.
[0040]
【The invention's effect】
By the method of the present invention, generation of cyclohexene oxidation reaction product is suppressed, 1) depletion of the main hydration reaction raw material, and 2) suppression of some energy consumption, such as distillation separation, for removal. Can do.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an example of a deaeration equipment process flow in carrying out the present invention.
FIG. 2 is an example of a hydration reactor process flow in practicing the present invention. 1 Supply pipe
2 Supply pipe
3 Deaeration tower
4 discharge pipe
5 discharge pipe
6 Service tank
7 Service tank
8 Supply pipe
9 Supply pipe
10 Reactor
11 Discharge pipe
12 Separator
13 Discharge pipe
14 Return pipe

Claims (9)

下記一般式(1)で示される結晶性メタロシリケートを触媒とし、水の存在下、下記一般式(2)で示される環状オレフィンの接触水和反応を行わせ、環状アルコールを製造する方法において、該水中の酸化剤濃度が0.03mmol/リットル以下であることを特徴とする環状アルコールの製造方法。
qM2/k O・xSiO2 ・yAl2 3 ・(1−y)Z2 w (1)
(式中、Mはk価の少なくとも1種のカチオンを表し、Oは酸素、Siはケイ素、Alはアルミニウム、ZはMおよびアルミニウム以外のメタルで、ホウ素、ガリウム、チタン、クロム、鉄、亜鉛、リン、バナジウム、銅の中から選ばれた少なくとも1種のw価のメタルを表す。また、q=1±0.5、1≦x≦1000、0≦y≦1である。)
n 2n-2-mm (2)
(式中、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基またはシクロヘキシル基であり、nは5〜12、mは1〜4の整数である。)
In the method for producing a cyclic alcohol by using a crystalline metallosilicate represented by the following general formula (1) as a catalyst, in the presence of water, a catalytic hydration reaction of the cyclic olefin represented by the following general formula (2) is performed. A method for producing a cyclic alcohol, wherein the oxidant concentration in the water is 0.03 mmol / liter or less.
qM 2 / k O.xSiO 2 .yAl 2 O 3. (1-y) Z 2 O w (1)
(Wherein M represents at least one k-valent cation, O is oxygen, Si is silicon, Al is aluminum, Z is a metal other than M and aluminum, and boron, gallium, titanium, chromium, iron, zinc Represents at least one w-valent metal selected from phosphorus, vanadium, and copper, and q = 1 ± 0.5, 1 ≦ x ≦ 1000, and 0 ≦ y ≦ 1.
C n H 2n-2-m R m (2)
(In the formula, R is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group or a cyclohexyl group, n is 5 to 12, and m is an integer of 1 to 4).
酸化剤が酸素であることを特徴とする請求項1に記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to claim 1, wherein the oxidizing agent is oxygen. 接触水和反応によって減少する水を補給する供給水中の酸化剤濃度が0.03mmol/リットル以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to claim 1 or 2, wherein the concentration of the oxidant in the feed water for replenishing the water reduced by the catalytic hydration reaction is 0.03 mmol / L or less. 供給水が、反応に供する前に予め酸素を含まないガスと接触させたものであることを特徴とする請求項3に記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to claim 3, wherein the supplied water is previously brought into contact with a gas not containing oxygen before being subjected to the reaction. 触媒がのべ2000時間以上の水和反応に供された後の触媒であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst is a catalyst after being subjected to a hydration reaction for a total of 2000 hours or more. 結晶性メタロシリケートが結晶性アルミノシリケートであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の環状アルコールの製造方法。6. The method for producing a cyclic alcohol according to claim 1, wherein the crystalline metallosilicate is a crystalline aluminosilicate. 環状オレフィンがシクロヘキセンであり、環状アルコールがシクロヘキサノールであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to any one of claims 1 to 6, wherein the cyclic olefin is cyclohexene and the cyclic alcohol is cyclohexanol. 環状オレフィンがメチルシクロペンテンであり、環状アルコールがメチルシクロペンタノールであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to any one of claims 1 to 6, wherein the cyclic olefin is methylcyclopentene and the cyclic alcohol is methylcyclopentanol. 環状オレフィンであるシクロヘキセンが、ベンゼンの部分水素化反応によって生成したものであることを特徴とする請求項7に記載の環状アルコールの製造方法。The method for producing a cyclic alcohol according to claim 7, wherein cyclohexene, which is a cyclic olefin, is produced by a partial hydrogenation reaction of benzene.
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