JP4243016B2

JP4243016B2 - アクリル酸およびメタクリル酸の製造方法

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Publication number: JP4243016B2
Application number: JP2000511735A
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Inventors: エックベルント; マッハハンマーオット; プロルテオ; シュリープハーケフォルカー; ティールヨアヒム; ブレロスクラウス
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Filing date: 1998-09-09
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Description

【０００１】
本発明は、アクリル酸またはメタクリル酸の製造方法に関する。
【０００２】
アクリル酸は、重要な基礎化学品である。その著しく反応性の二重結合ならびに酸機能に基づいて、殊に重合体製造のためのモノマーとして好適である。アクリル酸モノマーの生産量の中で、大部分は重合の前にエステル化されて例えば接着剤、分散液または塗料となる。生産されるアクリル酸モノマーの小部分だけが直接重合されて、例えば「スーパーアブゾーバー」となる。一般にアクリル酸モノマーの直接重合には高い純度のモノマーが必要であるが、重合前にエステル化される場合には、アクリル酸純度に対する要求はそれほど高くはない。
【０００３】
アクリル酸は、分子状酸素を用い、固体凝集状態で存在する触媒を用い、温度２００〜４００℃において、一段または多段によりアクロレインを経由するプロペンの不均一接触気相酸化により製造できることは一般に公知である〔例えばドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９６２４３１号、ドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第２９４３７０７号、ドイツ特許（ＤＥ−Ｃ）第１２０５５０２号、ドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９５０８５５８号、欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０２５７５６５号、欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０２５３４０９号、ドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第２２５１３６４号、欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０１１７１４６号、英国改訂特許（ＧＢ−Ｂ）第１４５０９８６号および欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０２９３２２４号の各明細書参照〕。その際、例えば元素モリブデン、ビスマスおよび鉄（第一工程中）ならびにモリブデンおよびバナジウム（第二工程中）の酸化物に基づく酸化物多成分触媒が使用される。
【０００４】
ドイツ特許（ＤＥ−Ｃ）第２１３６３９６号明細書からは、アクリル酸を、プロペンならびにアクロレインの接触酸化により得られる反応気体から、ジフェニルエーテル約７５質量％およびジフェニル約２５質量％から成る混合物を用いる向流吸収により分離することが公知である。さらにドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第２４４９７８０号明細書から、向流吸収の前に直接凝縮器（急冷装置）中で溶剤の部分蒸発による高温の反応気体の冷却が公知となっている。その間ならびにその後の工程における問題点は、装置内の固体の析出であり、これは装置の使用率を低下させる。ドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第４３０８０８７号明細書によると、この固体析出は、ジフェニルエーテルおよびジフェニルから成る比較的非極性の溶剤混合物に、極性溶剤、例えばフタル酸ジメチルの０．１〜２５質量％の量を加えて低下できる。
【０００５】
高沸点溶剤混合物中へのアクリル酸を含む反応生成物の上記の吸収の他に、公知の方法では、アクリル酸およびさらに接触酸化により生成する反応水の全凝縮が含まれている。その際、アクリル酸水溶液が生成し、これは共沸剤を用いる蒸留〔ドイツ特許（ＤＥ−Ｃ）第３４２９３９１号、特開平１−１２４７６６号、特開平７−１１８７６６号、特公昭（ＪＰ−Ｂ）第４６−１８９６６号、特公昭（ＪＰ−Ｂ）第４６−１８９６８号、特公昭（ＪＰ−Ｂ）４７−４１８８５号の各明細書参照〕または抽出法〔ドイツ特許（ＤＥ−Ａ）第２１６４７６７号、特開昭（ＪＰ−Ａ）５８−１４００３９号および特開昭（ＪＰ−Ａ）４８−９１０１３号の各明細書参照〕によりさらに処理できる。欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０５５１１１１号明細書中では、接触気相酸化により製造したアクリル酸と副製品との混合物を水と吸収塔内で接触させ、得られた水溶液を、極性で低沸点物、例えば水または酢酸と共沸物を形成する溶剤の存在下で蒸留する。ドイツ特許（ＤＥ−Ｃ）第２３２３３２８号明細書は、水性ブタノール−アクリル酸−エステル化排出液から特定の有機溶剤混合物を用いる抽出によるアクリル酸の分離を記載している。
【０００６】
上記の方法は、抽出または吸収のために有機溶剤を使用し、これを例えば精留などの後続の工程中で高い熱負荷を加えて再び分離することが欠点である。その際、アクリル酸の重合の危険がある。
【０００７】
特開平（ＪＰ−Ａ）０７−０８２２１０号明細書は、アクリル酸の他に酢酸、プロピオン酸、アクロレインおよびフルフラールを含むアクリル酸の精製方法を記載している。この方法によると、水を加えた後に、結晶化を真空中で行い、その際、アクリル酸結晶の分離および洗浄の後に純度９９．６％に達する。特公昭４５−３２４１７号明細書は、追加して酢酸およびプロピオン酸を含むアクリル酸水溶液ならびにメタクリル酸水溶液をヘプタンまたはトルエンを用いて抽出し、引き続き水を蒸留により抽出液から除去する方法を公開している。次の工程において、アクリル酸ならびにメタクリル酸の結晶化をひき起こすために残った抽出液を−２０〜−８０℃に冷却する。結晶を分離し、かつ母液を抽出工程に返還する。この特許明細書によると、有機溶剤ならびに抽出剤の使用が必要であり、さもなければ、冷却した際に結晶が析出しないで溶液が固化するからである。この方法では、有機溶剤の添加の他に、水分離のために蒸留を行わなければならないという欠点がある。カナダ特許第７９０６２５号は、分別結晶化による粗製アクリル酸の別の精製法に関する。その際、粗製アクリル酸の主要な不純物がプロピオン酸の場合には、温度をアクリル酸−プロピオン酸系の包晶温度以下に低下させず、一方、不純物が酢酸の場合には、温度をアクリル酸−酢酸系の共融温度以下には低下させない。結晶化に使用するアクリル酸は、その際、従来の方法、例えばプロペンまたはアクロレインの気相酸化により製造され、かつ引き続き従来から公知の方法、例えば抽出による予備精製を行って製造する。特許明細書の記載によると、アクリル酸の結晶化は、有利には実質的に水を含まないで実施される。
【０００８】
欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０６１６９９８号明細書中には、動的および静的結晶化の組み合わせを用いるアクリル酸の精製方法が記載され、その際、使用製品として予備精製したアクリル酸、例えば蒸留予備精製したアクリル酸を用いる。
【０００９】
上記の文献に記載された方法は、結晶化の前にアクリル酸の予備精製を必要とすることが共通している。予備精製の際に通常、引き続き高い温度負荷により再び分離される有機溶剤を使用するので、その際望ましくないアクリル酸の重合が起きるという問題が常に存在する。
【００１０】
分別結晶化による水溶液中のアクリル酸の精製方法に関する欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０００２６１２号明細書から、アクリル酸の６３体積％にあたる水−アクリル酸の共晶を破壊するために、アクリル酸溶液への塩の添加が公知である。
【００１１】
欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０６７５１００号明細書は、相当する飽和Ｃ₃〜Ｃ₆−カルボン酸の酸化性脱水素、溶融結晶化に続く分別蒸留または分別蒸留に続く溶融結晶化によるα，β−不飽和Ｃ₃〜Ｃ₆−カルボン酸、例えばメタクリル酸の製造方法を記載している。
【００１２】
本発明の課題は、アクリル酸またはメタクリル酸をコストがかかる工程を利用することなく高い純度で得られる方法の発見である。
【００１３】
この課題の解決は、アクリル酸またはメタクリル酸と共ににさらに少なくとも１種の別の成分を含む気体状混合物からのアクリル酸またはメタクリル酸の分離のための方法から出る。
【００１４】
アクリル酸またはメタクリル酸の分離のための本発明による方法は、
ａ）気体状混合物を凝縮させ、
ｂ）工程ａ）において得られた溶液からアクリル酸またはメタクリル酸を結晶化させ、
ｃ）工程ｂ）の母液から得られた結晶を分離し、かつ
ｄ）工程ｃ）からの母液の少なくとも一部の量を、分離の後に工程ａ）に返還する
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明により、アクリル酸またはメタクリル酸の製造方法も提供される。これは、Ｃ₃−アルカン／Ｃ₄−アルカン、Ｃ₃−アルケン／Ｃ₄−アルケン、Ｃ₃−アルカノール／Ｃ₄−アルカノールおよび／またはＣ₃−アルカナール／Ｃ₄−アルカナールおよび／またはこれらの前駆物質から、アクリル酸またはメタクリル酸の他にさらに未反応出発物質および副製品の群からの少なくとも１種の成分を含む粗製品を生成する接触気相酸化から出発する。本発明による製造方法は、気体状粗製品を、アクリル酸またはメタクリル酸の分離のための上記の本発明による方法により処理することを特徴とする。
【００１６】
凝縮させる気体状製品混合物から、アクリル酸またはメタクリル酸を、直接、凝縮により生成する溶液から晶出できることを発見した。その際、殊に重要なことは、このために別の精製工程および補助物質の添加を必要としないことである。
【００１７】
有利な実施態様においては、工程（ａ）中の凝縮をカラム内で行う。本発明の別の有利な態様は、下記の説明および実施例から明らかになる。
【００１８】
本発明による方法の場合に、アクリル酸またはメタクリル酸は、直接かつ直ちに別の中間工程または精製工程なしで、かつ補助物質の添加なしで、製品混合物の凝縮の際に生成する溶液から晶出する。この製品混合物は、実質的に酸への接触気相酸化の際に生成する反応生成物の組成を有する。
【００１９】
唯一の添付図は、本発明による方法の実施のための有利な実施例を示している。
【００２０】
気体状製品混合物を含むアクリル酸またはメタクリル酸の製造
実質的にＣ₃−アルカンならびにＣ₄−アルカン、Ｃ₃−アルケンならびにＣ₄−アルケン、Ｃ₃−アルカノールならびにＣ₄−アルカノールおよび／またはＣ₃−アルカナールならびにＣ₄−アルカナールおよび／またはこれらの前駆物質のアクリル酸またはメタクリル酸への接触気相酸化の反応混合物の組成を有する気体状製品混合物を最初に製造する。殊に有利には、プロペン、プロパン、アクロレイン、ｔ−ブタノール、イソブテン、イソブタン、イソブチルアルデヒド、メタクロレイン、イソ酪酸またはメチル−ｔ−ブチルエーテルの接触気相酸化による気体状製品混合物を製造する。出発化合物として、上記のＣ₃−／Ｃ₄−化合物のすべての前駆物質が使用でき、その際、実際のＣ₃−／Ｃ₄−出発化合物は、気相酸化の間に初めて中間生成物として形成される。例として、メタクリル酸の製造のためには、メチル−ｔ−ブチルエーテルまたはイソ酪酸が挙げられる。アクリル酸もメタクリル酸も直接プロパンならびにイソブタンから製造できる。
【００２１】
粗製品として、有利にはＣ₃−アルカン／Ｃ₄−アルカン、Ｃ₃−アルケン／Ｃ₄−アルケン、Ｃ₃−アルカノール／Ｃ₄−アルカノールおよび／またはＣ₃−アルカナール／Ｃ₄−アルカナールおよび／またはこれらの前駆物質のアクリル酸またはメタクリル酸への接触気相酸化の気体状混合物である。
【００２２】
殊に有利には、分子状酸素を用い、公知の技術によるプロペンおよび／またはアクロレインのアクリル酸への接触気相反応であり、殊には上記の出版物に記載されている方法である。その際有利には、温度２００〜４５０℃かつ場合により加圧下で操作する。有利には、不均一系触媒として、第一段にはモリブデン、ビスマスおよび鉄の酸化物（プロペンのアクロレインへの酸化）、また第二段にはモリブデンおよびバナジウムの酸化物（アクロレインのアクリル酸への酸化）に基づく酸化物多成分触媒を使用する。これらの反応は、例えば一段または二段で実施する。プロパンを出発原料として使用する場合には、これをプロペン／プロパン混合物に下記の方法で変換できる：接触酸化脱水素；均一系酸化脱水素により、例えばＣａｔａｌｙｓｉｓｔｏｄａｙ、２４（１９９５）、３０７−３１３または米国特許（ＵＳ−Ａ）第５５１０５５８号明細書記載；均一系酸化脱水素により、例えば中国特許出願公開（ＣＮ−Ａ）第１１０５３５２号明細書記載；または接触脱水素により、例えば欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０２５３４０９号、ドイツ特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９５０８５５８号、欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０２９３２２４号または欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０１１７１４６号の各明細書記載。好適なプロペン／プロパン混合物は、また石油精製プロペン（プロペン７０％およびプロパン３０％）またはクラッカープロペン（プロペン９５％およびプロパン５％）である。基本的に、プロペン／プロパン混合物、例えば上記のものは、酸素または空気または酸素と窒素とのあらゆる割合での混合物を用いてアクロレインおよびアクリル酸へ酸化できる。プロペン／プロパン混合物使用の場合に、プロパンは希釈気体および／または反応物として作用する。好適な方法は、欧州特許（ＥＰ−Ｂ）第０６０８８３８号明細書中にも記載されており、この場合にはプロパンを反応物として直接アクリル酸に変換している。
【００２３】
プロペンからアクリル酸への変換は、大きく発熱する。原料および製品の他に有利には不活性の希釈気体、例えば循環気体（下記参照）、空気中の窒素、１種またはそれ以上の飽和Ｃ₁〜Ｃ₆−炭化水素、殊にはメタンおよび／またはプロパン、および／または水蒸気を含む反応気体は、従って、反応熱の小さい部分を受け持つことができるに過ぎない。使用する反応器の種類は、それ自体に制約はないけれども、多くの場合に酸化触媒を充填した多管式熱交換器が使用され、それというのも、この場合には、反応で発生する熱の大部分を冷却されている管壁への対流および放射により除去できるからである。
【００２４】
接触気相酸化の場合に、純粋のアクリル酸ではなく、アクリル酸の他に副製品として実質的に未反応アクロレインおよび／またはプロペン、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、プロパン、酸素、酢酸、プロピオン酸、ホルムアルデヒド、その外のアルデヒドおよび無水マレイン酸を含むことがある気体状混合物が得られる。通常、反応生成物混合物は、いずれも全反応混合物に対してアクリル酸１〜３０質量％、プロペン０．０５〜１質量％およびアクロレイン０．０５〜１質量％、酸素０．０５〜１０質量％、酢酸０．０５〜２質量％、プロピオン酸０．０５〜２質量％、ホルムアルデヒド０．０５〜１質量％、アルデヒド類０．０５〜２質量％、無水マレイン酸０．０１〜０．５質量％および不活性希釈気体２０〜９８質量％、有利には５０〜９８％を含む。不活性希釈気体として、殊には飽和Ｃ₁〜Ｃ₆−炭化水素、例えばメタンおよび／またはプロパン０〜９０質量％、さらに水蒸気１〜３０質量％、酸化炭素０．０５〜１５質量％および窒素０〜９０質量％をいずれも希釈気体１００質量％に対して含む。
【００２５】
メタクリル酸は、アクリル酸と同様にしてＣ₄−出発化合物の分子状酸素を用いる接触気相反応により製造できる。殊に有利には、メタクリル酸は、例えばイソブテン、イソブタン、ｔ−ブタノール、イソ−ブチルアルデヒド、メタクロレインまたはメチル−ｔ−ブチルエーテルの接触気相酸化により得られる。触媒としては、同様に遷移金属混合酸化物触媒（例えばＭｏ、Ｖ、Ｗおよび／またはＦｅ）を使用し、その際、反応は、例えば一段または多段で行う。殊に好適な方法は、製造をメタクロレインから出発し、殊にはメタクロレインをｔ−ブタノール、イソブタンまたはイソブテンの気相接触酸化により、または欧州特許（ＥＰ−Ｂ）第００９２０９７号または欧州特許（ＥＰ−Ｂ）第００５８９２７号の各明細書に従ってホルムアルデヒドとプロピオンアルデヒドとの反応により製造する場合である。従って、（Ｉ）プロピオンアルデヒドとホルムアルデヒドとのメタクロレインへの縮合（触媒として第二級アミンの存在下）および（ＩＩ）引き続くメタクロレインのメタクリル酸への酸化によりメタクリル酸を二段で製造する可能性もある。別の好適な方法は、欧州特許（ＥＰ−Ｂ）第０６０８８３８号明細書中に記載のものであり、この場合には、反応物としてイソブタンを直接メタクリル酸に変換できる。
【００２６】
アクリル酸製造の場合と同様に、純粋のメタクリル酸ではなく、メタクリル酸と共に副製品として実質的に変換しなかったメタクロレインおよび／または水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素、酢酸、プロピオン酸、その他のアルデヒドおよび無水マレイン酸を含んでいてもよい気体状混合物が得られる。本発明による方法は、殊には、反応混合物が、全反応混合物に対してメタクロレイン０．０２〜２質量％およびその他は実質的にアクリル酸製造の場合と同様の相当する成分を含む場合にも使用される。
【００２７】
工程（ａ）：
工程（ａ）において、アクリル酸またはメタクリル酸を含む気体状製品混合物を凝縮、殊には部分凝縮または全凝縮させ、これにより溶液が得られる。
【００２８】
凝縮は、有利にはカラム内で行う。その際、分離作用を有する内部装置、殊には充填物、充填体および／またはトレイ、有利には泡鐘トレイ、多孔板トレイ、バルブトレイおよび／またはデュアルフロートレイを有するカラムを使用する。その際、製造した気体状製品混合物の凝縮可能な成分を冷却により分別して凝縮分離させる。気体混合物は、不純物および希釈気体のために高沸点留分、中沸点留分および低沸点留分ならびに非凝縮成分を含むので、カラムには、適当な位置に１個またはそれ以上の側方取り出し口を設けることができる。従って、慣用の凝縮とは異なり、カラム内の凝縮は、個別成分の分離をすでに可能としている。好適なカラムは、少なくとも１基の冷却装置を有し、これには凝縮の際に発生する熱を間接的に（外部に）取り出すことに適するあらゆる慣用の伝熱装置または熱交換器が適する。有利には、多管式熱交換器、平板式熱交換器および空気冷却器である。好適な冷却媒体は、相応する空気冷却器の場合には空気、その他の冷却装置の場合には冷却液体、殊には水である。一基の冷却装置のみを設置する場合には、これをカラム頂部に設置し、この中で低沸点成分を凝縮分離させる。アクリル酸ならびにメタクリル酸を含む気体混合物は複数の留分を含むので、複数の冷却装置をカラムの異なる位置に、例えば高沸点成分の凝縮分離のためにカラムの下部に冷却装置１基および高沸点成分の凝縮分離のためにカラム頂部に冷却装置１基を設置する。アクリル酸ならびにメタクリル酸を含む留分は、カラムの中央部分において１個または複数個の側方取り出し口から取り出す。このようにして、凝縮の際に工程（ｂ）において結晶化する溶液の、中間沸点留分として取り出される。カラム内に存在する圧力は、非凝縮性成分の量に関係し、有利には絶対圧力０．５〜５バール、殊には０．８〜３バールである。カラムの正確な運転条件、例えば温度調節、圧力調節、冷却装置の切り替えおよび配置、アクリル酸ならびにメタクリル酸取り出しのための側方取り出し口の配置、カラム高さおよびカラム直径の選定、カラム内の分離作用がある内部構造物／トレイの数および間隔または分離作用があるカラム内部構造物の種類は、専門家により、分離の課題に対応してその分野に慣例の検討により決定できる。有利な態様においては、高温の気体混合物を凝縮分離の前に直接または間接的に冷却する。有利には、直接冷却の場合に、気体混合物を気体混合物から凝縮した高沸点留分を用いて冷却する。別の場合には、助剤を工程内に使用するが、しかしこれは再び処理しなければならない。装置的には、この予備冷却をカラムのボトム部分に一体化するか（カラム内部構造物を用いるかまたは用いないか）またはカラムとは別に専用装置、例えば気体クーラー、急冷器またはフラッシュ器中で行うことができる。本発明の殊に有利な態様において、カラム内の気体状反応混合物の凝縮は以下のように行い、その際、カラムを種々の部分に分けて下記の種々の工学的課題を解決している。
【００２９】
−ボトム部分：
高温気体混合物の冷却
ボトム部分内では高温気体混合物を導入し、冷却する。これは間接冷却、例えば熱交換器、または直接冷却により、カラムの隣接する部分内で凝縮した高沸点留分を冷却媒体として用いて行うことができる。
【００３０】
−第一冷却部分：
高沸点留分の凝縮
第一冷却部分の領域内において、凝縮熱は、外部に第一冷却部分を介して熱交換器により例えば水を冷却媒体として用いて除去され、これは、凝縮した高沸点留分をカラムから取り出し、熱交換器を用いて冷却し、冷却、凝縮した高沸点留分の一部をカラムに還流させ、一方他の部分、通常は側方取り出し物中の凝縮物１００質量％に対して１質量％以下を取り出して行う。還流した凝縮高沸点留分は、上昇する気体内に対して向流に導入する。
【００３１】
−第一冷却部分から側方取り出し口まで：
高沸点留分濃縮
第一冷却部分と側方取り出し口との間で、第一冷却部分の方向に向流で上方に向かう気体流からの高沸点留分の蒸留濃縮および凝縮分離が起きる。
【００３２】
−側方取り出し口：
酸の取り出し
側方取り出し口を通ってアクリル酸ならびにメタクリル酸を取り出す。
【００３３】
−側方取り出し口から第二冷却部分：
中沸点留分の濃縮
側方取り出し口と第二冷却部分との間の領域内で、向流で上方に向かう気体流から中沸点留分の濃縮が起き、その際、中沸点留分は側方取り出し口の方向に向かって濃縮される。
【００３４】
−第二冷却部分：
低沸点留分の凝縮
第二冷却部分の領域内で、向流で上方に向かう気体流から低沸点留分の濃縮が起きる。凝縮熱は、外部に第二冷却部分を介して例えば水を冷却媒体として用いる熱交換器を用いて除去し、これは凝縮した低沸点留分を取り出して、冷却し、かつ冷却、凝縮した低沸点留分の一部をカラムに還流し、一方、他の部分を取り出す。有利には窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、メタン、プロパンおよびプロペンである非凝縮成分を塔の頂部から取り出す。
【００３５】
さらに、凝縮は、慣用の方法により一段または多段で行うことができ、その際、凝縮の方法には特別な制約はない。有利には、凝縮を直接凝縮器を用いて行い、その際、発生した凝縮物を高温の気体状反応生成物と接触させる。凝縮のための装置として、殊にはスプレー洗浄塔、ベンチュリ洗浄塔、バブルカラムまたは注水表面を有する装置が好適である。
【００３６】
製造した気体状製品混合物からの反応生成物の部分凝縮または全凝縮により得られる混合物、殊にはカラム中の凝縮の際の中沸点留分の凝縮物は、有利にはアクリル酸ならびにメタクリル酸６０〜９９．５質量％、水０．１〜４０質量％、同時に不純物０．１〜１５質量％、殊にはいずれも凝縮物１００質量％に対して、（メタ）アクロレイン０．０１〜５質量％、酢酸０．０５〜５質量％、プロピオン酸０．０１〜５質量％、ホルムアルデヒド０．０１〜５質量％、その他のアルデヒド０．０１〜５質量％およびマレイン酸０．０１〜５質量％を含む。殊に有利には、凝縮の場合による際に、アクリル酸ならびにメタクリル酸９３〜９８質量％、水１〜５質量％、同時に不純物０．５〜５質量％、殊にはいずれも凝縮物１００質量％に対して、アクロレインならびにメタクロレイン０．０１〜３質量％、酢酸０．１〜３質量％、プロピオン酸０．０１〜３質量％、ホルムアルデヒド０．０１〜３質量％、その他のアルデヒド０．０１〜３質量％およびマレイン酸０．０１〜３質量％を含む混合物が得られる。
【００３７】
工程（ｂ）：
工程（ｂ）において、工程（ａ）において得られたアクリル酸ならびにメタクリル酸を含む溶液を結晶化する。すなわち、凝縮工程で得られた溶液を直接結晶化に供給する。その際、溶剤の添加、殊には有機溶剤の添加を行わないで操作する。使用する結晶化方法には特別の制約はない。結晶化は、連続式でも不連続式でも、一段でも多段でも実施できる。有利には、結晶化は一段式で行う。本発明の別の有利な態様においては、結晶化を分別結晶化として行う。通常、分別結晶化の場合に、供給するアクリル酸ならびにメタクリル酸水溶液よりも純度が高い結晶体を製造するすべての工程は、精製工程と呼ばれ、すべての他の工程はストリッピング工程と呼ばれる。有利には、多段法はこの場合に向流原理で操作し、その際、各段階における結晶化の後に結晶体を母液から分離し、その結晶体を次に高い精製程度を有する段階に供給し、一方結晶化残留物を次に低い精製程度の段階に供給する。
【００３８】
有利には、結晶化の間の溶液の温度は、＋５〜＋１４℃、有利には８℃〜１２℃である。結晶化装置内の固体含有量は、有利には０〜８０ｇ／１００ｇ、さらに有利には１５〜３５ｇ（固体）／１００ｇである。
【００３９】
本発明の有利な態様において、結晶化は、装置壁の冷却によりまたは真空中での溶液の蒸発により行う。冷却による結晶化の場合に、攪拌槽または攪拌機を持たない槽と連結しているスクレーピング冷却器(Kratzkuehler)を介して熱を除去する。結晶懸濁液の循環は、その際ポンプを用いて確保する。さらに、壁との間隔が狭い攪拌機を有する攪拌槽の壁を通して熱を除去する方法もある。冷却結晶化の別の有利な態様は、冷却円盤結晶(Kuehlscheibenkristallen) の使用であり、これは例えばゴウダ社(Fa. Gouda、オランダ) が製造している。冷却による結晶化の別の好適な変形法の場合に、従来の伝熱装置（有利には多管式伝熱装置または平板式伝熱装置）を介して熱を除去する。これらの装置は、スクレーパー冷却器、壁との間隔が狭い攪拌機を有する攪拌槽または冷却円盤結晶とは異なり、伝熱面上の結晶層を避けるための装置を有していない。結晶層形成により伝熱抵抗があまりに高い値に上昇した状態に運転中に達した場合に、第二の装置への切り替えを行う。第二の装置の運転時間の間に第一の装置を再生する（有利には結晶層の融解または不飽和溶液を用いる装置の洗浄による）。第二の装置があまりに高い伝熱抵抗に達した場合には、第一の装置に切り換える、等々。この変形法は、また２基を越える装置を交互に運転することもできる。さらに、結晶化は、従来の真空中の溶液蒸発により行うこともできる。さらに別の本発明による有利な態様においては、結晶を結晶化装置内の冷却している平面上で成長させる装置内で、すなわち装置に固着させて結晶化を行う〔例えばズルツァー・ケムテック（Fa. Sulzer Chemtech 、スイス）の層結晶化法か、またはベフス・プロケム社（Fa. BEFS PROKEM 、フランス）の静的結晶化法〕。
【００４０】
工程（ｃ）：
工程（ｃ）においては、工程（ｂ）において得られたアクリル酸結晶ならびにメタクリル酸結晶を母液から分離する。層結晶化または静的結晶化の場合に結晶の母液からの分離は、結晶化装置自体の中で行うことができるが、それというのも結晶は装置内で固定され、母液は流下排出装置を通って装置から排出できるからである。結晶化装置からの結晶の取り出しは、結晶の溶融および引き続く溶融物の流下排出により行う。懸濁液結晶化の場合には、固体−液体−分離のすべての公知の方法が適する。本発明の有利な態様では、結晶を濾過および／または遠心分離により母液から分離する。有利には、濾過または遠心分離に対して、懸濁液の予備濃縮、例えば液体サイクロンを前置する。遠心分離のためには、不連続式または連続式に運転するすべての遠心分離機が適する。最も有利には、一段または多段で運転できる押出式遠心分離機が用いられる。さらに、スクリュー−スクリーン式遠心分離機またはスクリュー押出遠心分離機（デカンター）も好適である。濾過は、有利には不連続式または連続式で攪拌機を有するかまたは有しないか、またはバンド濾過器を用いる吸引濾過器で行われる。一般に、濾過は、加圧下または真空中で行うことができる。
【００４１】
固体−液体−分離の間および／またはその後に、結晶ならびに結晶ケークの純度を上げるための別の工程を採用できる。本発明の殊に有利な態様において、母液から結晶の分離の後に、一段または多段の結晶または結晶ケークの洗浄および／または発汗(Schwitzen) を後続させる。洗浄の場合に、洗浄液量は、好適には０〜５００ｇ（洗浄液）／１００ｇ（結晶体）、有利には３０〜２００ｇ（洗浄液）／１００ｇ（結晶体）である。使用する洗浄液にはいかなる制約もない。しかし有利には、純粋の製品、すなわち純度が洗浄しようとする結晶ケークよりも高いアクリル酸ならびにメタクリル酸を含む液体を用いて洗浄する。その他に水を用いる洗浄も可能である。洗浄は、このために慣用の装置内で行うことができる。有利には、母液の分離および洗浄を１基の装置内に含む洗浄カラム、一段または多段で運転できる遠心分離機、または吸引濾過器またはバンド濾過器を用いることができる。洗浄は、遠心分離機またはバンド濾過器により、一段または多段で行うことができる。その際、洗浄液は結晶ケークと向流に導くことができる。
【００４２】
発汗とは、不純な場所の局所的な発汗排出である。有利には、発汗量は、０〜１００ｇ（溶融結晶体）／１００ｇ（発汗前の結晶体）、有利には５〜３５ｇ（溶融結晶体）／１００ｇ（結晶体）である。発汗を遠心分離機またはバンド濾過器において行うと殊に有利である。１基の装置内で洗浄および発汗を組み合わせを実施することも好適なことがある。
【００４３】
固体−液体−分離および場合によりその他の洗浄および／または発汗の後のアクリル酸結晶ならびにメタクリル酸結晶は、本方法からの精製された酸である。得られる結晶の純度は、通常アクリル酸ならびにメタクリル酸９７〜９９．９９質量％、殊にはアクリル酸ならびにメタクリル酸９８．５〜９９．９質量％である。本発明による方法により製造した結晶は、極めて少量の不純物、例えば酢酸、マレイン酸またはアルデヒドを含むに過ぎない。
【００４４】
希望する場合には、精製した酸を公知の方法によりエステル化または公知の方法によりさらに精製することもできる。
【００４５】
工程（ｄ）：
工程（ｄ）においては、工程（ｃ）からの結晶分離の後に残った母液を少なくとも部分的に直接凝縮工程（ａ）に返還する。返還する母液の量は、０〜１００質量％、殊には８０〜１００質量％、有利には１００質量％である。
【００４６】
図は、本発明による方法の実施のための有利な実施例を示す。導管２および圧縮機３を通って合成反応器４および５に空気を送る。さらに、反応器４には導管９を通って圧縮機６から、実質的に窒素、酸化炭素および未反応原料から成る圧縮した循環気体を導管１から来るプロペンならびにイソブテンと一緒に導入する。合成反応器４内では、二段気相酸化の第一段、すなわちプロペンならびにイソブテンの相当するアクロレインへの酸化が起きる。次いで、合成反応器５内では、アクロレインが相当する酸に酸化される。その際、酸の他にその他の上記の不純物を含む気体状の製品混合物が生成する。これを導管７を通って凝縮器８に導き、その中で冷却および凝縮させる。凝縮器８は、図中ではカラムとして記載してある。製品混合物の非凝縮部分は、導管９を通って排出され、ここから循環気体として上記のように反応器４に返還され、また他の部分、有利には導管９の全流量の５０％が、排ガスとして装置から導管１０を通って排出され、凝縮した高沸点留分は導管１８を通って排出される。一方、凝縮した低沸点留分は、導管１９を通って排出される。アクリル酸ならびにメタクリル酸の大部分を含む凝縮した中間沸点留分は、導管１１（側方排出）を通って結晶化装置１２に送られ、その中で結晶化を行う。結晶化からの母液は、結晶体と一緒に導管１３を通って好適な装置１４に固体−液体−分離のために送られ、その際、導管１５を通って結晶体、導管１６を通って母液が排出される。母液の少なくとも一部は、導管１７を通って凝縮器８、有利には側方排出口（導管１１）の部分に導かれ、凝縮を再び行う。このようにして、導管１５を通って精製された粗製の酸が排出される。
【００４７】
母液の凝縮工程への返還により、本発明は９９．５％以上の高い収率を可能としている。本発明による方法は、殊には、多量の水蒸気を含む反応混合物からのアクリル酸ならびにメタクリル酸の分離のために好適である。
【００４８】
本発明による方法は、従来公知の方法に対して、気相酸化により生成する製品混合物の凝縮の後に、直接凝縮から生成した溶液から結晶化により著しく良い品質を有する粗製の酸が得られるという長所を有する。１段を越える精製工程を有する結晶化の使用により、直接純粋の酸が製造でき、その際、上記の文献の他にも、カナダ特許第７９０６２５号、特開平（ＪＰ−Ａ）００７−０８２２１０号および欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０６１６９９８号の各明細書では、いかなる予備精製も行っていない。
【００４９】
本発明による方法の別の重要な長所は、本方法が比較的低温で実施できることであり、すなわち、アクリル酸の主要流は、直接凝縮および結晶化を経て製品としてプロセスから取り出される。従来技術とは異なり、補助物質を加えず、これによりこれらの補助物質の分離のための高い熱負荷（殊には高いアクリル酸含有量の場合）が不要となるので、従来技術でこの場合に現れる重合の問題点およびプロセス安定剤の使用が減少する。さらに、これによりファウリングも防止または低下できる。気相酸化および凝縮により得られるアクリル酸溶液またはメタクリル酸溶液が直接結晶化でき、かつこれにより非常に高い純度を有する製品が得られることは意外である。殊に、これが水性凝縮でも可能であることは意外である。
【００５０】
本発明は、本発明の有利な実施態様を表している下記の実施例により詳細に説明される。
【００５１】
【実施例】
下記の気体状製品混合物を温度２７０℃においてプロペンの接触気相酸化により得た。
【００５２】
【表１】

【００５３】
混合物（１０９３１ｇ／ｈ）を凝縮工程（ａ）に供給した。凝縮装置として、泡鐘トレイ２７段を有する棚段カラムを使用した。塔底の温度は１００℃であった。凝縮熱は、伝熱媒体を介して第１段および第２７段から除去した。カラムの頂部で、フェノチアジンを安定剤として加えた。第２７段で、下記組成の流れ４２５ｇ／ｈが排出された。
【００５４】
【表２】

【００５５】
塔頂において、下記組成の流れ２ｇ／ｈが排出された。
【００５６】
【表３】

【００５７】
排ガスは下記の組成を有していた。
【００５８】
【表４】

【００５９】
凝縮カラムからの排ガスは、反応に返還（６０質量％）、ならびにプロセスから取り出した（４０質量％）。
【００６０】
第１１段において、４６５７ｇ／ｈかつ８４．５℃の液流をカラムから排出し、これを次いで結晶化した。この液流は下記の組成を有していた。
【００６１】
【表５】

【００６２】
引き続き、第１１段から由来した混合物をラセン攪拌機を備えた１０ｌ攪拌槽内で結晶化させた。結晶化熱は、槽の二重ジャケットから除去した。溶液の平衡温度は４．８℃であった。結晶化の際に得られる懸濁液〔３０ｇ（固体）／１００ｇ（懸濁液）〕を遠心分離機により２０００回転／分（遠心分離機直径２５０ｍｍ）および分離時間１分間で結晶と母液とに分離した。結晶（１２８１ｇ／ｈ）を引き続き溶融結晶（２９６ｇ／ｈ）を用いて１分間、２０００回転／分で洗浄した。
【００６３】
母液（３３７６ｇ／ｈ）を洗浄液と一緒にして第１０段からカラムに返還した。結晶の分析から下記の組成が得られた。
【００６４】
【表６】

【００６５】
表６から分かるように、本発明による方法は、高純度のアクリル酸の製造を可能とする。

Claims

Ｃ ₃ −アルカン、Ｃ ₄ −アルカン、Ｃ ₃ −アルケン、Ｃ ₄ −アルケン、Ｃ ₃ −アルカノール、Ｃ ₄ −アルカノールおよび／またはＣ ₃ −アルカナール、Ｃ ₄ −アルカナールおよび／またはこれらの前駆物質のアクリル酸またはメタクリル酸への接触気相酸化により得られた気体状混合物からのアクリル酸またはメタクリル酸の分離のための方法において、
ａ）気体状混合物を、分離作用を有する内部装置を備えたカラム内で冷却により凝縮させ、中沸点留分の凝縮物溶液を得て、その際、凝縮物溶液はアクリル酸ならびにメタクリル酸６０〜９９．５質量％、水０．１〜４０質量％、凝縮物１００質量％に対して、（メタ）アクロレイン０．０１〜５質量％、酢酸０．０５〜５質量％、プロピオン酸０．０１〜５質量％、ホルムアルデヒド０．０１〜５質量％、その他のアルデヒド０．０１〜５質量％およびマレイン酸０．０１〜５質量％を含み、
ｂ）工程ａ）において得られた該凝縮物溶液からアクリル酸またはメタクリル酸を結晶化させ、
ｃ）工程ｂ）の母液から得られた結晶を分離し、かつ
ｄ）工程ｃ）からの母液の少なくとも一部の量を、分離の後に工程ａ）に返還する
ことを特徴とする方法。
アクリル酸またはメタクリル酸と共に、さらに未反応出発原料および副製品の群からの少なくとも１種の成分を含む粗製品を生成する、Ｃ₃−アルカン、Ｃ₄−アルカン、Ｃ₃−アルケン、Ｃ₄−アルケン、Ｃ₃−アルカノール、Ｃ₄−アルカノールおよび／またはＣ₃−アルカナール、Ｃ₄−アルカナールおよび／またはこれらの前駆物質の接触気相酸化によるアクリル酸またはメタクリル酸の製造方法において、気体状粗製品を請求項１記載の方法により処理する方法。
工程（ｂ）中の結晶化を１段または多段で実施する、請求項１又は２記載の方法。
工程（ｂ）中の結晶化の間の溶液の温度が＋５から＋１４℃の間である、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
工程（ｂ）中の結晶化の際に、熱を装置壁の冷却によりまたは真空中の溶液の蒸発により除去する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
工程（ｃ）中の結晶を濾過および／または遠心分離により母液から分離する、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
工程（ｃ）中で分離された結晶を少なくとも１回は洗浄および／または発汗する、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
工程（ｄ）において、工程（ｃ）からの母液の８０〜１００質量％を工程（ａ）に返還する、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
分離作用を有する内部装置を備えたカラムが、泡鐘トレイを有する棚段カラムである、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。