JP4226083B2 - Method for producing ε-caprolactam - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、出発原料をシクロヘキセンとしたε−カプロラクタムの製造方法に関する。詳しくは、シクロヘキセンを水と反応させてシクロヘキサノールを合成し、シクロヘキサノールを脱水素反応してシクロヘキサノンとした後、ベックマン転位によりε−カプロラクタムを製造する方法に関する。
【0002】
【従来技術】
ε−カプロラクタムは、主としてシクロヘキサノンをオキシム化し、生成したシクロヘキサノンオキシムをベックマン転位することにより製造されており、このシクロヘキサノンオキシムは、シクロヘキサノンとヒドロキシルアミンとを反応させて製造するのが一般的である。
【0003】
従来、ε−カプロラクタム製造の原料となるシクロヘキサノンの製造方法は、シクロヘキサンを分子状酸素で酸化してシクロヘキサノールとシクロヘキサノンの混合物を製造し、蒸留によりシクロヘキサノールとシクロヘキサノンを分離し、シクロヘキサノールは脱水素反応によりシクロヘキサノンとする方法、または、フェノールを部分水素還元し、転位反応によりシクロヘキサノンを製造する方法等により工業的に生産されている。
【0004】
近年、シクロヘキサノールを工業的に生産する方法として、シクロヘキセンをゼオライト系触媒の存在下で水和する方法が注目されている。かかる方法に関する報告は昭和40年代頃より多数なされてきているが、工業的規模での生産も最近になってようやく行われるようになった。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】
シクロヘキセンを水和してシクロヘキサノールを製造する方法は、コスト的に有利な方法であり、シクロヘキサノールの好ましい製造方法の一つである。従って、該方法で製造されたシクロヘキサノールをε−カプロラクタムの製造原料として利用することができれば工業的に有用であると考えられる
そこで、本発明者らは当該製法で得られたシクロヘキサノールを用いてε−カプロラクタムの製造を検討したところ、他の方法で得られたシクロヘキサノールから製造されたε−カプロラクタムと異なり、品質において本製造方法における特有の問題が存在することが明らかとなった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
ε-カプロラクタムの品質については、PZ、VB等の評価項目があるが、これらはε-カプロラクタム中に極微量含まれる不純物に由来すると考えられる。従って、この不純物を除去すればε-カプロラクタムの品質が向上すると考えられる。しかしながら、上記不純物を同定するのは困難であること、また不純物がε-カプロラクタム製造工程中のどの工程に由来するものなのかが不明であること、さらには、生成が予想される不純物の種類によってはその除去が困難であることから、ε-カプロラクタムの品質を向上させるには、どの工程のどのような不純物に注目するかが問題となる。
【0007】
本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、シクロヘキセンを出発原料としたε-カプロラクタムにおいては、水和、脱水素、オキシム化、ベックマン転位等の様々な製造工程の中で、オキシム化反応工程における原料であるシクロヘキサノン中の特定の不純物の量を制御することにより、上記課題を解決することを見いだし、本発明に到達した。
【0008】
すなわち、本発明の要旨は、シクロヘキセンを水和し、得られたシクロヘキサノールを脱水素反応によりシクロヘキサノンとし、ついで、下記のガスクロマトグラフィー分析条件による不純物の含有量を1200ppm以下とした後で前記シクロヘキサノンをヒドロキシルアミンと反応させてシクロヘキサノンオキシムとし、更にベックマン転位させてε−カプロラクタムを製造する方法に存する
【0009】
[ガスクロマトグラフィ−分析条件]
(1) カラム:内壁にβ−シクロデキストリン20%を含むシリコーン系液相化合物を膜厚0.5μmでコーテイングしたフューズドシリカのキャピラリーカラム
(2)カラムサイズ、長さ60m×内径0.53mm
(3)カラム温度:初期温度75℃ で、昇温速度1.5℃/分で100℃となるまで昇温し、その後5分間保持し、次いで、昇温速度10℃/分で200℃となるまで昇温し、その後20分間保持する。
(4)検出方法:水素炎イオン化検出法(FID)
(5)キャリヤーガス:ヘリウム
(6)キャリヤーガス流量:シクロヘキサノンのピークの保持時間(tR)を(19±1)分になるように一定流量に調整する。
(7)不純物の含有量:保持時間が(0.30〜0.95)×tR(分)に検出される不純物ピークを定量する。
【0010】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法では、まずシクロヘキセンと水を反応させてシクロヘキサノールとする。シクロヘキセンの水和反応は触媒として、通常、固体酸触媒を用いて反応を行う。固体酸触媒としては、通常、ゼオライトやイオン交換樹脂などが挙げられる。ゼオライトとしては、結晶性のアルミノシリケートやアルミノメタロシリケート、メタロシリケート等の種々のゼオライトが利用でき、特にペンタシル型のアルミノシリケートまたはメタロシリケートが好ましい。メタロシリケートに含まれる金属としては、チタン、ガリウム、鉄、クロム、ジルコニウム、ハフニウム等の金属元素が例示できるが、中でもガリウムが好ましい。
【0011】
水和反応としては、流動床式、攪拌回分方式、連続方式等、一般的に用いられる方法で行われる。連続方式の場合は、触媒充填連続流通式、及び攪拌槽流通式のいずれも可能である。反応の温度は、シクロヘキセンの水和反応の平衡の面や副反応の増大の面からは低温が、また反応速度の面からは高温が有利である。最適温度は、触媒の性質によっても異なるが、通常50〜250℃の範囲から選択される。
【0012】
得られたシクロヘキサノールは、脱水素反応に供されてシクロヘキサノンとされる。シクロヘキサノールの脱水素反応は従来公知の方法のいずれでもよいが、一般的には、脱水素触媒の存在下で200〜750℃に加熱することにより行われる。脱水素触媒としては、銅−クロム系酸化物、銅−亜鉛系酸化物などが例示できる。この反応は平衡反応であり、生成物はシクロヘキサノンとシクロヘキサノールの混合物として得られるので、蒸留等によりシクロヘキサノンとシクロヘキサノールを分離し、分離したシクロヘキサノールは脱水素反応の原料として再利用される。
【0013】
今回の本発明者らの検討により、上記の方法で得られたシクロヘキサノン中には、従来注目されていなかった成分が微量含まれ、これらの不純物が製品ε-カプロラクタムの品質を著しく損なうことが判明した。この原因の一つとして、シクロヘキサノン中に残存した低沸点不純物がオキシム化反応の工程で相当するオキシム類となり、製品ε-カプロラクタム中に不純物として存在することが考えられる。また、これらの不純物はシクロヘキサノンオキシムまたはε-カプロラクタム中で分離精製することが困難である。
【0014】
そこで、本発明では、オキシム化に供するシクロヘキサノンとして、ガスクロマトグラフィ−を用い、前記の条件において測定されるシクロヘキサノンより低沸点成分と推定される特定不純物の含有量が1200ppm以下、好ましくは1000ppm以下、特に好ましくは600ppm以下のものを用いる。かかる純度のシクロヘキサノンを得る方法としては、特定不純物が1200ppm以下となるようにシクロヘキサノールの脱水素反応の条件を調整する方法や、脱水素反応によって得られたシクロヘキサノンの蒸留精製の条件を調整する方法が例示される。
【0015】
こうして得られたシクロヘキサノンは、公知の反応条件下でヒドロキシルアミンと反応させてシクロヘキサノンオキシムとする。ヒドロキシルアミンは単独では安定な化合物ではないため、ヒドロキシルアンモニウムの硫酸塩や硝酸塩の形で使用され、例えば、水溶液中または非水溶液中でシクロヘキサノンとヒドロキシルアンモニウム硫酸塩を反応させる。
【0016】
次いで、シクロヘキサノンオキシムは、公知の方法によりベックマン転位させてε−カプロラクタムとする。例えば、濃硫酸または発煙硫酸中でベックマン転位させてε-カプロラクタム硫酸塩とした後、アルカリで中和する方法、シクロヘキサノンオキシムを固体酸触媒存在下、気相もしくは液相でベックマン転位させる方法、液相で触媒が均一に溶解した状態でベックマン転位させる方法等が挙げられる。いずれの方法においても、得られたε-カプロラクタムは蒸留や晶析等により精製されて製品とする。
【0017】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り実施例に限定されるものではない。
実施例におけるシクロヘキサノン中のメチルシクロペンタノン類の定量はガスクロマトグラフィーにより行った。
【0018】
[ガスクロマトグラフィ−分析条件]
・装置:島津(株)製GC−14A
・ カラム:スペルコ社製 WAX β−DEX 110(内壁にβ−シクロデキストリン20%を含むシリコーン系液相化合物を膜厚0.5μmでコーテイングしたフューズドシリカのキャピラリーカラム)、長さ60m×内径0.53m・カラム温度:初期温度75℃ で、昇温速度1.5℃/分で100℃となるまで昇温し、その後5分間保持し、次いで、昇温速度10℃/分で200℃となるまで昇温し、その後20分間保持する。
【0019】
・検出方法:水素炎イオン化検出法(FID)
・キャリヤーガス:ヘリウム
・キャリヤーガス流量:シクロヘキサノンのピークの保持時間(tR)を(19±1)分になるように一定流量に調整した結果、供給圧力140KPa、セプタムパージ流量14ml/min、スプリット流量28ml/minに設定した。
【0020】
・注入口温度:220℃
・検出器温度:240℃
・試料注入量:0.2μl
・内部標準物質:nーテトラデカン
・試料:試料液10gとn−テトラデカン0.05gの混合液を分析用試料として用いた。
・不純物の定量方法:保持時間が(0.30〜0.95)×tR(分)に検出される不純物のピーク高さより、内部標準法でシクロヘキサノン換算での不純物量定量した。
【0021】
なお、ガスクロマトグラフィ−において、内部標準物質は分離度が良好な物であれば上記のnーテトラデカンに限定されるものではない。また、不純物の定量方法については不純物のピーク面積を基準に測定してもよい。
実施例1
(1)シクロヘキセンの水和反応
水和触媒としてガリウムシリケート(Si/Ga原子比=25/1)を用いた。攪拌翼を備えたオートクレーブにシクロヘキセン15重量部、水30重量部、水和触媒10重量部を入れ窒素雰囲気化、120℃で1時間反応させた。
【0022】
(2)シクロヘキサノールの精製
上記で得られたシクロヘキサノール混合物を10段の精留塔で精製し、純度99.9%の精製シクロヘキサノールを得た。
(3)シクロヘキサノールの脱水素反応
精製シクロヘキサノールを気化して250℃に設定された銅−亜鉛触媒を充填した管状反応器に、反応圧力0.17MPa(0.7kg/cm2G)、LHSV(液空間速度)2.4hr-1で供給して脱水素反応を行った。シクロヘキサノンの収率は60%であった。
【0023】
(4)シクロヘキサノンの精製
シクロヘキサノンを30段の精留塔で還流比30で蒸留精製して低沸点成分を3%除去し、ついで、40段の精留塔でシクロヘキサノールを除去した。得られた精製シクロヘキサノンは、特定不純物を900ppm含有していた。
(5)シクロヘキサノンオキシムの製造
ジャケット付き攪拌槽に仕込んだ45%ヒドロキシルアミン硫酸塩水溶液を85℃に加熱して、精製シクロヘキサノンを滴下した。この時、反応液のpHが4.0〜4.5になるようにアンモニア水を同時に滴下した。シクロヘキサノンの滴下が終了した後、反応を完結するため30分攪拌し続け、その後、静置分離して油相をシクロヘキサノンオキシムとして採取した。シクロヘキサノンオキシム中に含まれる水分は減圧下で脱水した。
【0024】
(6)ベックマン転位
ベックマン転位液の酸度が57%、遊離のSO3濃度が7.5%になるような比率で、かつ、反応器内での滞留時間が1時間になるように、シクロヘキサノンオキシムと25%発煙硫酸(オリウム)をジャケット付き攪拌槽に同時に滴下した。この時、局所的な発熱を抑制するため、攪拌速度100rpm以上で攪拌し、また、ジャケットに冷却水を流して反応温度を70〜100℃に維持した。
(7)SO3処理
こうして得られたベックマン転位液をジャケット付き攪拌槽(500ml)に移送し、SO3濃度を7.0〜7.5%に保持し、攪拌速度300rpm以上で攪拌しながら、処理温度90〜125℃で2時間処理し、SO3処理液を得た。
【0025】
(8)後処理
得られたSO3処理液をアンモニア水で中和した。中和反応はジャケット付き攪拌槽に温水を通し、中和温度70℃、pH7.0〜7.5で行った。
続いて、上記中和液をベンゼンにて抽出した。抽出は分液ロートに中和液、ベンゼンを入れ、10分間震とう後、5分間静置して油相のみを採取し、水相は再度ベンゼンにて抽出した。この際、使用するベンゼン量は、理論量のε−カプロラクタム濃度が18重量%になるように調整した。こうして合計3回、ベンゼンによる抽出を行った後、常法によりベンゼンを留去して粗ε−カプロラクタムを得た。
最後に粗ε−カプロラクタムを蒸留により精製した。蒸留は粗ε−カプロラクタムに適量の25%苛性ソーダ水溶液を添加した後、初留10重量%、主留80重量%、釜残10重量%の3部分に分けて採取し、主留分を品質評価の対象とした。
【0026】
(9)ε−カプロラクタムの品質評価方法
得られた精製ε−カプロラクタムの品質を以下の2規格について評価した。
PZ(過マンガン酸カリ価)
ε−カプロラクタム試料1gを水100mlに溶解し、これに0.01N−過マンガン酸カリウム水溶液1mlを加え、攪拌し、比較標準液(塩化コバルト(CoCl2・6H2O)3.0gと硫酸銅(CuSO4・5H2O)2.00gを水で1000mlに希釈したもの)と同一色になるまでの時間。
【0027】
VB(揮発性塩基)
2N苛性ソーダ水溶液400mlにε−カプロラクタムを30g溶解して1時間煮沸し、発生する分解ガスおよび蒸留水を0.02N塩酸水溶液4mlを溶解した脱塩水500ml中に吹き込ませる。その後、この脱塩水を0.1N苛性ソーダで滴定し、塩酸の減少分をアンモニア換算した数値。
得られた結果を表−1に示す。
【0028】
実施例2
シクロヘキサノンの精製で、シクロヘキサノンを30段の精留塔で還流比30で蒸留精製して低沸点成分を3%除去した後、50段の精留塔で還流比30で蒸留精製して低沸点成分を除去し、ついで、40段の精留塔でシクロヘキサノールを除去した以外は実施例1と同様に行った。得られた精製シクロヘキサノンと精製ε−カプロラクタムの品質について表−1に示す。また、この精製シクロヘキサノンについてのガスクロマトグラムを図1に示す。
【0029】
比較例1
シクロヘキサノンの精製で、30段の精留塔で還流比30で蒸留精製による低沸点不純物の除去を行わなかった以外は実施例1と同様に行った。得られた精製シクロヘキサノンと精製ε−カプロラクタムの品質について表−2に示す。また、この精製シクロヘキサノンについてのガスクロマトグラムを図2に示す。
【0030】
比較例2
シクロヘキサンの酸化で得られたシクロヘキサノールを蒸留精製して低沸点成分を27%除去した精製シクロヘキサノンを使用した以外は実施例1と同様に行った。結果を表−2に示す。
【0031】
比較例3
シクロヘキサンの酸化で得られたシクロヘキサノールを蒸留精製して低沸点成分を12%除去した精製シクロヘキサノンを使用した以外は実施例1と同様に行って、ε−カプロラクタムの品質を評価した。結果を表−2に示す。また、この精製シクロヘキサノンについてのガスクロマトグラムを図3に示す。
【0032】
【表1】
表−1

Figure 0004226083
【0033】
【表2】
表−2
Figure 0004226083
【0034】
表−1、2より、シクロヘキサノンの特定の不純物を1200ppm以下のものを用いることにより、ε−カプロラクタムの品質を向上させることができることがわかる。また、このような特定の不純物の少ないシクロヘキサノンを用いた効果は、シクロヘキセンを出発原料にした場合に特有であって、これまで通常行われてきたシクロヘキサンを出発原料とした場合、特に比較例3では、本願で規定する不純物の範囲内であっても、得られるε−カプロラクタムの品質が劣ることがわかる。
【0035】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、シクロヘキセンを出発原料として、従来の品質に劣らないε−カプロラクタムを安価に製造することが可能となり、産業上有用である。
【0036】
【図面の簡単な発明】
【0037】
【図1】図1は実施例2の精製シクロヘキサノンについてのガスクロマトグラムである。
【0038】
【図2】図2は比較例1の精製シクロヘキサノンについてのガスクロマトグラムである。
【0039】
【図3】図2は比較例3の精製シクロヘキサノンについてのガスクロマトグラムである。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing ε-caprolactam using cyclohexene as a starting material. Specifically, the present invention relates to a method for producing ε-caprolactam by Beckmann rearrangement after reacting cyclohexene with water to synthesize cyclohexanol, dehydrogenating cyclohexanol to cyclohexanone.
[0002]
[Prior art]
ε-Caprolactam is mainly produced by oximation of cyclohexanone, and Beckmann rearrangement of the produced cyclohexanone oxime. This cyclohexanone oxime is generally produced by reacting cyclohexanone and hydroxylamine.
[0003]
Conventionally, cyclohexanone, which is a raw material for producing ε-caprolactam, is produced by oxidizing cyclohexane with molecular oxygen to produce a mixture of cyclohexanol and cyclohexanone, separating cyclohexanol and cyclohexanone by distillation, and cyclohexanol is dehydrogenated. It is industrially produced by a method of making cyclohexanone by reaction, or a method of partially reducing phenol with hydrogen and producing cyclohexanone by rearrangement reaction.
[0004]
In recent years, a method of hydrating cyclohexene in the presence of a zeolitic catalyst has attracted attention as a method for industrially producing cyclohexanol. Many reports on such methods have been made since the Showa 40s, but production on an industrial scale has only recently been carried out.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The method for producing cyclohexanol by hydrating cyclohexene is a cost-effective method and is one of the preferred methods for producing cyclohexanol. Therefore, if the cyclohexanol produced by the method can be used as a raw material for producing ε-caprolactam, it is considered industrially useful. Therefore, the present inventors use cyclohexanol obtained by the production method. Examination of the production of ε-caprolactam revealed that, unlike ε-caprolactam produced from cyclohexanol obtained by other methods, there is a specific problem in the production method in terms of quality.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Regarding the quality of ε-caprolactam, there are evaluation items such as PZ and VB, which are considered to be derived from impurities contained in a very small amount in ε-caprolactam. Therefore, removing this impurity is thought to improve the quality of ε-caprolactam. However, it is difficult to identify the above-mentioned impurities, it is unclear from which step in the ε-caprolactam production process the impurities originate, and further, depending on the type of impurities expected to be produced. Since it is difficult to remove the ε-caprolactam, it is important to determine which impurities in which process to focus on in order to improve the quality of ε-caprolactam.
[0007]
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that ε-caprolactam using cyclohexene as a starting material is subjected to an oximation reaction in various production processes such as hydration, dehydrogenation, oximation, and Beckmann rearrangement. The inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by controlling the amount of specific impurities in cyclohexanone, which is a raw material in the process, and have reached the present invention.
[0008]
That is, the gist of the present invention is to hydrate cyclohexene and convert the obtained cyclohexanol to cyclohexanone by dehydrogenation reaction, and then to reduce the content of impurities according to the following gas chromatographic analysis conditions to 1200 ppm or less. Is a method of producing ε-caprolactam by reacting with hydroxylamine to form cyclohexanone oxime, and further by Beckmann rearrangement .
[0009]
[Gas chromatography-analysis conditions]
(1) Column: a fused silica capillary column coated with a silicone liquid phase compound containing β-cyclodextrin 20% on the inner wall with a film thickness of 0.5 μm. (2) Column size, length 60 m × inner diameter 0.53 mm
(3) Column temperature: with an initial temperature of 75 ° C., the temperature is raised to 100 ° C. at a rate of temperature increase of 1.5 ° C./min, then held for 5 minutes, and then at a temperature increase rate of 10 ° C./min to 200 ° C. The temperature is raised until it is, and then held for 20 minutes.
(4) Detection method: Flame ionization detection method (FID)
(5) Carrier gas: helium (6) Carrier gas flow rate: The cyclohexanone peak retention time (t R ) is adjusted to a constant flow rate so as to be (19 ± 1) minutes.
(7) Impurity content: The impurity peak detected at a retention time of (0.30 to 0.95) × t R (min) is quantified.
[0010]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the production method of the present invention, cyclohexene and water are first reacted to form cyclohexanol. The hydration reaction of cyclohexene is usually carried out using a solid acid catalyst as a catalyst. Examples of the solid acid catalyst usually include zeolite and ion exchange resin. As the zeolite, various zeolites such as crystalline aluminosilicate, aluminometallosilicate, and metallosilicate can be used, and pentasil type aluminosilicate or metallosilicate is particularly preferable. Examples of the metal contained in the metallosilicate include metal elements such as titanium, gallium, iron, chromium, zirconium, hafnium, etc. Among them, gallium is preferable.
[0011]
The hydration reaction is performed by a generally used method such as a fluidized bed method, a stirred batch method, or a continuous method. In the case of a continuous method, both a catalyst-filled continuous flow method and a stirring tank flow method are possible. The reaction temperature is advantageously low from the standpoint of equilibrium of cyclohexene hydration and the increase of side reactions, and high from the standpoint of reaction rate. The optimum temperature varies depending on the nature of the catalyst, but is usually selected from the range of 50 to 250 ° C.
[0012]
The obtained cyclohexanol is subjected to a dehydrogenation reaction to form cyclohexanone. The dehydrogenation reaction of cyclohexanol may be any conventionally known method, but is generally performed by heating to 200 to 750 ° C. in the presence of a dehydrogenation catalyst. Examples of the dehydrogenation catalyst include copper-chromium oxide and copper-zinc oxide. This reaction is an equilibrium reaction, and the product is obtained as a mixture of cyclohexanone and cyclohexanol. Therefore, cyclohexanone and cyclohexanol are separated by distillation or the like, and the separated cyclohexanol is reused as a raw material for the dehydrogenation reaction.
[0013]
According to the present inventors' investigation, it was found that the cyclohexanone obtained by the above method contains a small amount of components that have not been noticed in the past, and these impurities significantly impair the quality of the product ε-caprolactam. did. As one of the causes, it is considered that low boiling point impurities remaining in cyclohexanone become corresponding oximes in the oximation reaction step and exist as impurities in the product ε-caprolactam. Also, these impurities are difficult to separate and purify in cyclohexanone oxime or ε-caprolactam.
[0014]
Therefore, in the present invention, as cyclohexanone to be subjected to oximation, gas chromatography is used, and the content of specific impurities estimated to be lower boiling point components than cyclohexanone measured under the above conditions is 1200 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, particularly Preferably, 600 ppm or less is used. As a method for obtaining cyclohexanone having such purity, a method for adjusting the conditions for the dehydrogenation reaction of cyclohexanol so that the specific impurity is 1200 ppm or less, and a method for adjusting the conditions for the distillation purification of cyclohexanone obtained by the dehydrogenation reaction Is exemplified.
[0015]
The cyclohexanone thus obtained is reacted with hydroxylamine under known reaction conditions to give cyclohexanone oxime. Since hydroxylamine is not a stable compound by itself, it is used in the form of hydroxylammonium sulfate or nitrate. For example, cyclohexanone and hydroxylammonium sulfate are reacted in an aqueous solution or nonaqueous solution.
[0016]
Next, cyclohexanone oxime is converted to ε-caprolactam by Beckmann rearrangement by a known method. For example, Beckmann rearrangement in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to make ε-caprolactam sulfate, then neutralization with alkali, Beckmann rearrangement in the gas phase or liquid phase in the presence of solid acid catalyst, liquid And a Beckmann rearrangement method in which the catalyst is uniformly dissolved in the phase. In either method, the obtained ε-caprolactam is purified by distillation, crystallization, or the like to obtain a product.
[0017]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to an Example, unless the summary is exceeded.
In the examples, methylcyclopentanones in cyclohexanone were quantified by gas chromatography.
[0018]
[Gas chromatography-analysis conditions]
-Equipment: GC-14A manufactured by Shimadzu Corporation
Column: WAX β-DEX 110 (fused silica capillary column coated with a silicone liquid phase compound containing 20% β-cyclodextrin on the inner wall with a film thickness of 0.5 μm), length 60 m × inner diameter 0. 53 m. Column temperature: Initial temperature 75 ° C., heated to 100 ° C. at a heating rate of 1.5 ° C./min, then held for 5 minutes, then 200 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. Until the temperature rises to 20 minutes.
[0019]
・ Detection method: Flame ionization detection method (FID)
Carrier gas: Helium Carrier gas flow rate: As a result of adjusting the retention time (t R ) of cyclohexanone peak to a constant flow rate of (19 ± 1) minutes, supply pressure 140 KPa, septum purge flow rate 14 ml / min, split The flow rate was set to 28 ml / min.
[0020]
・ Inlet temperature: 220 ° C
-Detector temperature: 240 ° C
Sample injection volume: 0.2 μl
Internal standard substance: n-tetradecane Sample: A mixed solution of 10 g of sample liquid and 0.05 g of n-tetradecane was used as a sample for analysis.
Impurity quantification method: From the peak height of the impurity detected at a retention time of (0.30 to 0.95) × t R (min), the amount of impurities in cyclohexanone conversion was quantified by an internal standard method.
[0021]
In the gas chromatography, the internal standard substance is not limited to the above-mentioned n-tetradecane as long as the resolution is good. The impurity quantification method may be measured based on the peak area of the impurity.
Example 1
(1) Hydration reaction of cyclohexene Gallium silicate (Si / Ga atomic ratio = 25/1) was used as a hydration catalyst. An autoclave equipped with a stirring blade was charged with 15 parts by weight of cyclohexene, 30 parts by weight of water, and 10 parts by weight of a hydration catalyst, and the mixture was allowed to react at 120 ° C. for 1 hour.
[0022]
(2) Purification of cyclohexanol The cyclohexanol mixture obtained above was purified by a 10-stage rectification column to obtain purified cyclohexanol having a purity of 99.9%.
(3) Dehydrogenation reaction of cyclohexanol A reaction pressure of 0.17 MPa (0.7 kg / cm 2 G), LHSV was added to a tubular reactor filled with a copper-zinc catalyst that was vaporized from purified cyclohexanol and set at 250 ° C. (Liquid space velocity) The dehydrogenation reaction was carried out at 2.4 hr −1 . The yield of cyclohexanone was 60%.
[0023]
(4) Purification of cyclohexanone Cyclohexanone was purified by distillation in a 30-stage rectification column at a reflux ratio of 30 to remove 3% of low-boiling components, and then cyclohexanol was removed in a 40-stage rectification column. The obtained purified cyclohexanone contained 900 ppm of specific impurities.
(5) Production of cyclohexanone oxime A 45% hydroxylamine sulfate aqueous solution charged in a jacketed stirring tank was heated to 85 ° C., and purified cyclohexanone was added dropwise. At this time, aqueous ammonia was added dropwise so that the pH of the reaction solution was 4.0 to 4.5. After the addition of cyclohexanone was completed, stirring was continued for 30 minutes in order to complete the reaction, and the oil phase was collected as cyclohexanone oxime by standing and separating. Water contained in cyclohexanone oxime was dehydrated under reduced pressure.
[0024]
(6) Beckmann rearrangement Cyclohexanone oxime so that the acidity of the Beckmann rearrangement solution is 57% and the free SO 3 concentration is 7.5%, and the residence time in the reactor is 1 hour. And 25% fuming sulfuric acid (orium) were simultaneously dropped into a jacketed stirring tank. At this time, in order to suppress local heat generation, stirring was performed at a stirring speed of 100 rpm or more, and cooling water was supplied to the jacket to maintain the reaction temperature at 70 to 100 ° C.
(7) SO 3 treatment The Beckmann rearrangement liquid thus obtained was transferred to a jacketed stirring tank (500 ml), the SO 3 concentration was maintained at 7.0 to 7.5%, and stirring was performed at a stirring speed of 300 rpm or more. 2 hours at a treatment temperature of 90 to 125 ° C., to obtain a SO 3 treatment liquid.
[0025]
(8) Post-treatment The resulting SO 3 treatment solution was neutralized with aqueous ammonia. The neutralization reaction was carried out by passing warm water through a jacketed stirring tank at a neutralization temperature of 70 ° C. and a pH of 7.0 to 7.5.
Subsequently, the neutralized solution was extracted with benzene. For extraction, the neutralizing solution and benzene were placed in a separatory funnel, shaken for 10 minutes, allowed to stand for 5 minutes, and only the oil phase was collected. The aqueous phase was extracted again with benzene. At this time, the amount of benzene used was adjusted such that the theoretical amount of ε-caprolactam concentration was 18% by weight. In this way, extraction with benzene was performed three times in total, and then benzene was distilled off by a conventional method to obtain crude ε-caprolactam.
Finally, the crude ε-caprolactam was purified by distillation. Distillation is performed by adding an appropriate amount of 25% aqueous sodium hydroxide solution to crude ε-caprolactam, and then collecting it in three parts, 10% by weight of the initial fraction, 80% by weight of the main fraction, and 10% by weight of the remainder of the kettle. The target of.
[0026]
(9) Quality Evaluation Method for ε-Caprolactam The quality of the obtained purified ε-caprolactam was evaluated according to the following two standards.
PZ (potassium permanganate value)
1 g of ε-caprolactam sample is dissolved in 100 ml of water, and 1 ml of 0.01N potassium permanganate aqueous solution is added to it and stirred, and then a comparative standard solution (3.0 g of cobalt chloride (CoCl 2 · 6H 2 O) and copper sulfate Time until the same color as (CuSO 4 .5H 2 O) (2.00 g diluted with water to 1000 ml).
[0027]
VB (volatile base)
30 g of ε-caprolactam is dissolved in 400 ml of 2N aqueous sodium hydroxide solution and boiled for 1 hour, and the generated decomposition gas and distilled water are blown into 500 ml of demineralized water in which 4 ml of 0.02N hydrochloric acid aqueous solution is dissolved. Then, this demineralized water was titrated with 0.1N caustic soda, and the decrease in hydrochloric acid was converted to ammonia.
The obtained results are shown in Table-1.
[0028]
Example 2
In the purification of cyclohexanone, cyclohexanone was purified by distillation at a reflux ratio of 30 in a 30-stage rectification column to remove 3% of low-boiling components, and then purified by distillation at a reflux ratio of 30 in a 50-stage rectification tower. Then, the same procedure as in Example 1 was performed except that cyclohexanol was removed by a 40-stage rectification column. Table 1 shows the quality of the obtained purified cyclohexanone and purified ε-caprolactam. A gas chromatogram of this purified cyclohexanone is shown in FIG.
[0029]
Comparative Example 1
In the purification of cyclohexanone, the same procedure as in Example 1 was performed, except that low boiling point impurities were not removed by distillation purification at a reflux ratio of 30 in a 30-stage rectification column. Table 2 shows the quality of the obtained purified cyclohexanone and purified ε-caprolactam. Moreover, the gas chromatogram about this refinement | purification cyclohexanone is shown in FIG.
[0030]
Comparative Example 2
The same procedure as in Example 1 was performed except that cyclohexanol obtained by oxidation of cyclohexane was purified by distillation to remove 27% of low-boiling components and purified cyclohexanone was used. The results are shown in Table-2.
[0031]
Comparative Example 3
The quality of ε-caprolactam was evaluated in the same manner as in Example 1 except that purified cyclohexanone obtained by distillation purification of cyclohexanol obtained by oxidation of cyclohexane to remove 12% of low-boiling components was used. The results are shown in Table-2. A gas chromatogram of this purified cyclohexanone is shown in FIG.
[0032]
[Table 1]
Table-1
Figure 0004226083
[0033]
[Table 2]
Table-2
Figure 0004226083
[0034]
From Tables 1 and 2, it can be seen that the quality of ε-caprolactam can be improved by using a specific impurity of cyclohexanone of 1200 ppm or less. In addition, the effect of using cyclohexanone with a small amount of specific impurities is unique when cyclohexene is used as a starting material. When cyclohexane that has been conventionally used is used as a starting material, in Comparative Example 3, in particular, It can be seen that the quality of ε-caprolactam obtained is inferior even within the range of impurities specified in the present application.
[0035]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, ε-caprolactam which is not inferior to conventional quality can be produced at low cost using cyclohexene as a starting material, which is industrially useful.
[0036]
[Simple Invention of Drawing]
[0037]
1 is a gas chromatogram for purified cyclohexanone of Example 2. FIG.
[0038]
FIG. 2 is a gas chromatogram for purified cyclohexanone of Comparative Example 1.
[0039]
FIG. 2 is a gas chromatogram for the purified cyclohexanone of Comparative Example 3.

Claims (1)

シクロヘキセンを水和し、得られたシクロヘキサノールを脱水素反応によりシクロヘキサノンとし、下記のガスクロマトグラフィー分析条件による不純物の含有量を1200ppm以下とした後で前記シクロヘキサノンをヒドロキシルアミンと反応させてシクロヘキサノンオキシムとし、更にベックマン転位させてε−カプロラクタムを製造する方法。
[ガスクロマトグラフィ−分析条件]
(1) カラム:内壁にβ−シクロデキストリン20%を含むシリコーン系液相化合物を膜厚0.5μmでコーテイングしたフューズドシリカのキャピラリーカラム(2)カラムサイズ、長さ60m×内径0.53mm(3)カラム温度:初期温度75℃ で、昇温速度1.5℃/分で100℃となるまで昇温し、その後5分間保持し、次いで、昇温速度10℃/分で200℃となるまで昇温し、その後20分間保持する。
(4)検出方法:水素炎イオン化検出法(FID)
(5)キャリヤーガス:ヘリウム(6)キャリヤーガス流量:シクロヘキサノンのピークの保持時間(tR)を(19±1)分になるように一定流量に調整する。
(7)不純物の含有量:保持時間が(0.30〜0.95)×tR(分)に検出される不純物ピークを定量する。
Hydrating cyclohexene, resulting cyclohexanol and cyclohexanone by dehydrogenation reaction, is reacted with hydroxylamine said cyclohexanone after the content of impurities by gas chromatography under the following conditions was less 1200ppm and cyclohexanone oxime And a method of producing ε-caprolactam by further Beckmann rearrangement.
[Gas chromatography-analysis conditions]
(1) Column: A fused silica capillary column coated with a silicone liquid phase compound containing 20% β-cyclodextrin on the inner wall with a film thickness of 0.5 μm. (2) Column size, length 60 m × inner diameter 0.53 mm (3 ) Column temperature: With an initial temperature of 75 ° C., the temperature is raised to 100 ° C. at a rate of temperature increase of 1.5 ° C./min, then held for 5 minutes, and then to 200 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min The temperature is raised and then held for 20 minutes.
(4) Detection method: Flame ionization detection method (FID)
(5) Carrier gas: helium (6) Carrier gas flow rate: The cyclohexanone peak retention time (t R ) is adjusted to a constant flow rate so as to be (19 ± 1) minutes.
(7) Impurity content: The impurity peak detected at a retention time of (0.30 to 0.95) × t R (min) is quantified.
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