JP5814269B2 - アリルアルコールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロピレン、酢酸及び酸素を反応させてアリルアセテートを製造し、かつアリルアセテートを加水分解してアリルアルコールを製造する方法に関する。

アリルアルコールは、貴重な化学中間体である。アリルアルコールは、プロピレンのアセトキシル化及びそれに続く生成アリルアセテートの加水分解によって生成される。アリルアセテートを生成するためのアセトキシル化は、パラジウム触媒の存在下における気相中で、プロピレン、酢酸及び酸素を反応させることによって実行される。反応混合物は、典型的に、プロピレン、酸素、二酸化炭素を含有して一般的にアセトキシル化反応に再利用される気体ストリームと、アリルアセテート、酢酸及び水を含有する液体ストリームとに分離される。しかし、液体ストリームは、重不純物を含有する傾向がある。このような不純物は、アリリデンジアセテートまたは１，１−ジアセトキシ−２−プロペンとして知られるアリルジアセテートである。アリルジアセテートのような重不純物は、アリルアセテートを加水分解する後続の工程で用いられる固体酸化物触媒を不活性化し得る。液体ストリームが加水分解される前に分解することによってアリルジアセテートを除去することが、いくつかの文献で開示されている。例えば、日本の特許出願である０１−２５０３３８号、２−０９６５４８号、６１−２３８７４５号及び５３−０７１００９号が挙げられる。さらに、同時継続中の出願である、２００９年２月５日に出願された１２／３２２６５０号、及び２００９年１２月１７日に出願された１２／６５３６７７号が挙げられる。

同時継続中の出願である１２／３２２６５０号には、気相中の混合物を固体酸化触媒と接触させてアリルジアセテートをアクロレインに変換させ、かつアクロレインを反応生成物から除去するアリルジアセテートを含有するアセトキシル化混合物を精製する方法が開示されている。同時継続中の出願である１２／６５３６７７号には、高圧でアセトキシル化混合物を蒸留してアリルアセテートを精製してプロピレンを除去し、アリルアセテート、酢酸、アクロレイン、アリルジアセテート及び３−アセトキシプロピオンアルデヒドを含有する第１底部混合物を生成する方法が示唆されている。第１底部混合物は、フラッシュ蒸留され、生成蒸気は、アリルジアセテートを分解するために固体酸化触媒と接触される。アリルアセテート、酢酸及びアクロレインを含有するフラッシュ生成物は、アクロレインを除去しかつアリルアセテート及び酢酸を含有する第２底部混合物を生成するために蒸留される。

日本国特許出願０１−２５０３３８号 日本国特許出願２−０９６５４８号 日本国特許出願６１−２３８７４５号 日本国特許出願５３−０７１００９号 米国特許出願１２／３２２６５０号 米国特許出願１２／６５３６７７号

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より効率的な手法でアリルジアセテートのような重不純物を除去するより経済的な方法を提供することにある。

本発明は、アリルアルコールを製造する方法である。この方法は、パラジウム担持触媒の存在下でプロピレン、酢酸及び酸素を反応させて反応混合物を生成する工程を含む。反応混合物は蒸留されて、プロピレンを含有する気体ストリームと、アリルアセテート、酢酸、アクロレイン及びアリルジアセテートを含有する液体ストリームとが生成される。液体ストリームは蒸留されて、アクロレインを含有する軽ストリーム、アリルアセテート、酢酸及び水を含有するサイドドロー、及びアリルジアセテートと酢酸とを含有する底部ストリームが生成される。底部ストリームは蒸留されて、アリルジアセテートを含有する重ストリームが除去される。サイドドローは加水分解されて、アリルアルコールが生成される。

本発明に係る方法でアリルアルコールを生成する工程を説明する図である。

工程は、プロピレン、酢酸及び酸素（アセトキシル化反応）を含有するフィードを反応させることを含む。アセトキシル化反応は、一般的に、パラジウム触媒、好適にはパラジウム担持触媒の存在下で実行される。パラジウム担持触媒は、一般に、０．１〜５．０質量％、好適には０．３〜１．５質量％のパラジウムを含有する。さらに、触媒は、第１１族の元素、すなわち金、銅、銀及びこれらの混合物である。金、銅、または銀の含有量は、担持触媒の０〜５．０質量％の範囲、好適には０．０２〜１．０質量％の範囲である。

触媒は、付加的に活性剤を含有していてもよい。活性剤は、アルカリまたはアルカリ土類金属化合物であり、例えば水酸化物類、アセテート類、硝酸塩類、炭酸塩、及びカリウム、ナトリウム、セシウム、マグネシウム、バリウムの重炭酸塩、及びこれらに類するものが挙げられる。カリウム及びセシウム塩が活性剤には好適である。活性剤の含有量は、担持触媒の０〜１５質量％、好適には１．５〜１０質量％の範囲であってもよい。

パラジウム担持触媒は、担体を含有する。好適な担体は、アルミナ、シリカ、チタニア、カーボン、及びこれに類するもの、及びこれらの混合物を含む。好適には、担体は、少なくとも１ｍ²／ｇの表面積、及び０．１〜１．５ｍＬ／ｇの細孔体積を有する。

触媒は、多数の手法によって調製されてもよい。これらの手法の例は、米国特許第３９２５４５２号、５０１１９８０号、６３０３５３６号及び米国特許出願公開２００６／０１６７３０７号及び２００６／０２４７４６２号に開示されている。

触媒の調製では、担体は同時にまたは連続的に、パラジウム化合物、任意的に第１１族の金属塩、及び任意的に活性剤で浸漬される。浸漬は、好適には水溶液で実行される。

好適なパラジウム化合物は、塩化パラジウム、クロロパラジウム酸ナトリウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、これに類するもの、及びこれらの混合物である。好適な第１１族の金属塩類は、塩化物、硝酸塩及び硫酸塩を含む。例としては、四塩化金酸、四塩化金ナトリウム、塩化銅、硝酸銅、硫酸銅、硝酸銀、これに類するもの、及びこれらの混合物が挙げられる。好適な活性剤は、水酸化物類、炭酸塩類、重炭酸塩類、アルカリ及びアルカリ土類金属のメタケイ酸塩類、これに類するもの、及びこれらの混合物である。

担体を浸漬する１の手法は、担体と、パラジウム混合物及び第１１族の金属塩の双方を含有する水溶液とを接触させることを含む。他の手法では、担体は、パラジウム化合物及び分離工程の第１１族の金属塩と接触される。

触媒の調製では、定着剤が用いられてもよい。定着剤が用いられる場合は、パラジウム混合物及び第１１族の金属塩類を担体に固着する点で有用である。好適な定着剤は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはアンモニウム化合物、例えば、これらの水酸化物、炭酸塩類、重炭酸塩類、メタケイ酸類、及びこれらに類するもの、及びこれらの混合物を含む。定着剤は、担体がパラジウム化合物及び任意的な第１１族の金属塩で浸漬されている間または浸漬された後に担体に接触されてもよい。

浸漬された担体は、通常、非還元性雰囲気でか焼（高温で加熱されること）される。好適には、か焼は、１００〜６００℃の範囲、より好適には２５０〜５００℃の範囲の温度で実行される。か焼に適した非還元性ガスは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、空気、二酸化炭素、及び類するもの、及びこれらの混合物を含む。好適には、か焼は、窒素、酸素、空気またはこれらの混合物で実行される。

か焼に続いて、生成材料は、少なくともパラジウムの一部及び第１１族の金属が用いられる場合は、これらが０価の対応する元素に変換されるように、通常は還元される。この還元は、生成材料に還元剤が接触せしめられて実行される。好適な還元剤は、水素、一酸化炭素、オレフィン類、アルデヒド類、アルコール類、ヒドラジン類、これらに類するもの、及びこれらの混合物である。還元に用いられる温度は、２０〜７００℃の範囲である。還元剤としては、水素ガスが好適である。一般的には、水素、及びアルゴン、ヘリウム、窒素、これらに類するものといった他のガスを含有したガス混合物が用いられる。還元温度は、好適には３００〜７００℃の範囲、より好適には４５０〜５５０℃の範囲である。

アセトキシル化反応へのフィードは、プロピレンを含有する。フィード中のプロピレンの濃縮率は、一般に、２０〜８０ｍｏｌ％であり、好適には４０〜７０ｍｏｌ％である。反応器へのフィードは、反応器に進入する全てのストリーム、新たなプロピレン、新たな酸素、新たな酢酸及び再循環ストリームを含む。５０ｍｏｌ％超のポリプロピレン容量が、特に望ましい。商業的に入手可能なポリマーグレードプロピレン及びケミカルグレードプロピレンが、プロピレン源として好適である。プロピレン源は、好適には、９０ｍｏｌ％の純度、最も好適には、少なくとも９４ｍｏｌ％の純度を有している。

フィードは、酢酸を含有している。フィード中における酢酸の濃縮率は、典型的には８〜２５ｍｏｌ％、好適には１０〜１８ｍｏｌ％である。

フィードは、酸素を含有している。フィード中における酸素の濃縮率は、典型的には１〜８ｍｏｌ％、好適には２〜６ｍｏｌ％である。酸素は、窒素といった不活性ガスが混合された状態で工程に供給されてもよい。空気が用いられてもよい。工程に用いられる酸素源は、少なくとも９０ｍｏｌ％の純度、より好適には９５ｍｏｌ％の純度を有している。フィード中で許容された酸素濃縮率は、燃焼の限界点で決定される。フィードの燃焼の限界点は、温度、圧力及びその成分に依存する。

フィードは、希釈剤を含有している。希釈剤は、反応器内で起爆性混合物が形成されることを抑制することに有用であり、温度上昇をコントロールする。好適な希釈剤の例としては、プロパン、窒素、ヘリウム、アルゴン、これに類するもの、及びこれらの混合物が挙げられる。

フィードは、水を含有していてもよい。フィード中における水の濃縮率は、典型的には０〜１５ｍｏｌ％、より好適には５〜１０ｍｏｌ％である。

反応は、固定層反応器または流動層反応器、これに類するもので実行される。固定層反応器が好適である。一の実施の形態では、多管固定層反応器が用いられる。典型的な管の直径は、１〜４インチである（米国特許第３９７０７１３号）。

フィードは、反応状態でガス状である。従って、酢酸及び反応器に進入する水の量は、反応のために選択された温度と圧力の下でフィードが気相となるように調整されている。反応は、一般的に１００〜２５０℃の範囲、好適には１２０〜２００℃の範囲の温度で実行される。一般的に、反応圧力は、１５〜４５０ｐｓｉｇの範囲、好適には３０〜１５０ｐｓｉｇの範囲である。

フィードは、好適には１０〜１５０００ｈ^-1の範囲、より好適には３００〜８０００ｈ^-1の範囲の空間速度で触媒を通過する。プロピレンの変換は、一般的には３〜１５％、酢酸は９〜４５％である。酸素の変換は９０％にもなり得る。

アセトキシル化反応は、アリルアセテート、プロピレン、酸素、酢酸、水、アリルジアセテート、二酸化炭素、及び用いられる場合は不活性ガスを含有する混合物を生成する。プロピレンからのアリルジアセテートの選択は、１％以下、例えば０．０１〜１％、より好適には０．１〜０．５％であることが好適である。

反応混合物は、プロピレン、二酸化炭素、酸素を含有する気体ストリーム、及びアリルアセテート、水、酢酸、アクロレイン、アリルジアセテートを含有する液体ストリームを生成するために蒸留される。任意の通常の蒸留を用いることができる。蒸留カラムは、多くの好適なトレイデザインを有する。例えば、バブルキャップトレイ、バルブトレイ、シーブトレイ、ランダムパッキング及びストラクチャパッキングが挙げられる。典型的に用いられるカラムは、１２〜２０のステージを有し、１００〜３００ｐｓｉで還流蒸留比率が２〜５の間で稼働する。好適には、気体ストリームはアセトキシル化反応に再利用される。気体ストリーム中に存在する二酸化炭素の少なくとも一部を、例えばカリとともに除去する必要がある（米国特許第３９７０７１３号及び４４０９３９６号）。気体ストリームを再利用する種々の手法が存在する。一の例では、気体ストリームは、気体ストリームが反応器に進入する前に、反応器に酢酸の必要量が充填されるように、酢酸気化器（詳細は後述する）に供給される。

液体ストリームは一般的に、５〜３０質量％のアリルアセテート、２〜２０質量％の水、１０〜７０質量％の酢酸、０．０１〜２質量％のアクロレイン、及び０．０１〜５質量％のアリルジアセテートを含有している。

液体ストリームは、アクロレインを含有する軽ストリームと、アリルアセテートや酢酸及び水を含有するサイドドローと、酢酸やアリルジアセテートを含有する底部ストリームとを生成するために蒸留される。通常の任意の蒸留が用いられる。典型的に用いられるカラムは、１０〜２５のステージを有し、２０〜７５ｐｓｉで還流供給比率が２〜５の間で稼働する。好適には、サイドドローは、サイドドローが、例えば、一般的に０．０１質量％より少ない、より好適には０．００５質量％より少ないアクロレインの極めて低い濃縮を含有することを確実にするために、液体ストリームの進入地点の下流の地点で取得される。典型的には、サイドドローは、５〜３０質量％のアリルアセテート、１０〜７０質量％の酢酸、及び０．１質量％より少ないアリルジアセテートを含有する。底部ストリームは、典型的には、８０〜９９質量％の酢酸、０．５〜１０質量％のアリルジアセテート及び他の重化合物を含有する。

底部ストリームは、酢酸気化器で気化される。底部ストリームに加えて、新たな酢酸、及びアリルアセテート加水分解と分離工程（後述する）から戻った酢酸が、酢酸気化器に好適に供給される。少なくとも、新たなプロピレン及び再生した気体ストリームが酢酸気化器の底部部分に供給され、酢酸の反応器への進入に先立って、酢酸の気化を補助する。典型的には、気化器は、トレイ型蒸留カラムである。気化器は、典型的には８０〜１４０℃、好適には９０〜１３０℃の温度で操作される。重ストリームは、気化器の底部部分から得られ、典型的には２〜２０質量％のアリルジアセテート、好適には５〜１５質量％のアリルジアセテートを含有している。

工程は、酸化触媒の存在下で、アリルアセテートをアリルアルコールに加水分解し、加水分解生成混合物を生成するためのサイドドローの反応を含む。加水分解反応は、一般的に、５０〜１５０℃の温度でかつ１５〜２００ｐｓｉｇの圧力下で実行される。硫酸、スルホン酸類、リン酸、ヘテロポリ酸類、シリカ−アルミナ類といった酸化触媒、または酸性イオン交換樹脂が用いられる。好適には、固体酸化触媒が用いられる。より好適には、酸性イオン交換樹脂が用いられる。

加水分解生成混合物は、アリルアルコールと酢酸とを分離するように加工される。酢酸は、好適には、アセトキシル化反応で再利用される。典型的には、アリルアルコールと酢酸との分離は、共沸蒸留によって実行される。好適な方法は米国特許第４７４３７０７号及び米国出願公開２００９／０１６６１７４で開示され、これらを参考として引用する。

本発明は、分解反応器を用いることなく、プロセスストリームからアリルジアセテートのような重不純物を除去する。その代わりに、酢酸気化器を用いることによって、重不純物を効率的に分離する。

（実施例１）
本発明に係るアリルアルコールを単位年当たりで５００００トン製造する一の提案された工程を、図１に示す。反応器１０１には、米国の同時継続中の出願（出願番号第１２／５８６９６６号、出願日２００９年９月３０日）の実施例３に開示されているように、触媒が充填されている。新たなプロピレン（５ｍｏｌ％のプロパンを含有する）は、ライン３を介して酢酸気化器１０５に供給される。プロピレン、プロパン、酸素、アルゴン及び二酸化炭素を含有する蒸留カラム１０２から再循環される気体ストリームは、ライン５を介して二酸化炭素除去セクション１０６に供給され、この二酸化炭素除去セクション１０６において、ライン１６を介して二酸化炭素の８０％が除去される。気体ストリームの残余分は、ライン１５を介して気化器１０５に進入する。新たなプロピレンと再循環される気体ストリームは、気化器１０５に進入する前に混合される。

新たな酢酸は、ライン２を介して気化器１０５に進入する。酢酸、水及びアリルジアセテートを含有する再循環ストリームは、ライン１２を介して気化器１０５に進入する。ライン１２のストリームは、気化器１０５に供給される前にライン２の新たな酢酸と混合される。気化器１０５は、５〜２０のトレイを備えたカラムであって、１１４℃及び最高９０ｐｓｉｇで稼働される。気化器１０５は、液体循環ポンプ（図示しない）を備え、新たな及び再循環される酢酸を循環及び加熱する。気化器１０５から出る気体ストリームは、ライン１で新たな酸素（０．１ｍｏｌ％のアルゴンを含有する）と混合され、ライン１３を介してアセトキシル化反応器１０１に供給される。アセトキシル化反応は、１４５℃でかつ８０ｐｓｉｇで実行される。ガスの単位時間当たりの空間速度は、２２００ｈ^-1で制御される。アセトキシル化反応器からの反応混合物は、ライン４を介して蒸留カラム１０２に供給される。カラム１０２は１５のステージを有し、還元率２〜５％の間において２００ｐｓｉｇで操作される。アセトキシル化反応混合物は、カラム１０２の頂上から１０番目のステージに進入する。カラム１０２はさらに、余剰の水の除去用のデカンタを備える。酢酸、アリルアセテート、アリルジアセテート及びアクロレインを含有するカラム１０２からの液体ストリームは、ライン６を介して蒸留カラム１０３に供給される。プロピレン、プロパン、酸素及びアルゴンを含有するカラム１０２からの気体ストリームは、ライン５を介して酢酸気化器１０５において再利用される。酢酸、アリルアセテート、アリルジアセテート及びアクロレインを含有するカラム１０２からの液体ストリームは、ライン６を介して蒸留カラム１０３に供給される。カラム１０３は、１５のステージを有し、およそ３５ｐｓｉｇで操作される。液体ストリームは、カラム１０３の頂上から９番目のステージに進入する。還流供給率は、およそ３：１である。水及びアクロレインを含有するカラム１０３からの軽ストリームは、ライン７を介してオーバヘッドとして扱われる。酢酸及びアリルジアセテートを含有する底部ストリームは、ライン８を介してカラム１０３から排出される。アリルアセテート、酢酸及び水を含有する気体サイドドローは、ライン９を介してカラム１０３の頂上から１３番目のステージから取り出され、濃縮され、加水分解され及び分離セクション１０４に供給される。セクション１０４の詳細は、図示していない。アリルアセテートの加水分解は、酸性イオン交換樹脂の存在下で発生する。加水分解生成物は、（ライン１０における）アリルアルコール生成物と、酢酸及び水を含有してライン８で底部ストリームと混合されて気化器１０５において再循環される（ライン１１における）再循環ストリームとに分離される。アリルジアセテート及び酢酸を含有する重滞留物は、ライン１４を介して気化器１０５から排出される。これらストリームの成分と流率を、表１に示す。

Claims (8)

1. アリルアルコールを製造する方法であって、
   （ａ）プロピレン、酢酸及び酸素を含有するフィードを反応させて反応混合物を生成する工程と、
   （ｂ）該反応混合物を蒸留して、プロピレンを含有する気体ストリームと、アリルアセテート、酢酸、アクロレイン及びアリルジアセテートを含有する液体ストリームとを生成する工程と、
   （ｃ）該液体ストリームを蒸留して、アクロレインを含有する軽ストリームと、アリルアセテートや酢酸や水を含有するサイドドローと、酢酸及びアリルジアセテートを含有する底部ストリームとを生成する工程と、
   （ｄ）酢酸気化器で底部ストリームを気化してアリルジアセテートを含有する重ストリームを除去する工程と、
   （ｅ）サイドドローを加水分解してアリルアルコールを生成する工程と、
   を有することを特徴とする製造方法。
2. 前記工程（ａ）は、
   パラジウム触媒の存在下で実行されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記工程（ａ）は、
   パラジウム担持触媒の存在下で実行されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
4. 気体ストリームの少なくとも一部が酢酸気化器に供給されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
5. 酢酸気化器は、トレイ式蒸留カラムであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
6. 酢酸気化器は、塔頂温度が９０〜１３０℃で操作されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
7. 前記工程（ｅ）は、
   固体酸化触媒の存在下で実行されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 前記固体酸化触媒は、
   イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。

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