JP5858319B1 - ジシアノベンゼンの製造方法及び製造装置 - Google Patents

ジシアノベンゼンの製造方法及び製造装置 Download PDF

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Abstract

キシレンをアンモ酸化してジシアノベンゼンを製造するにあたり、ジシアノベンゼンの変質及び損失を防ぎ、工業的及び経済的に有利にジシアノベンゼンを製造することを目的とする。本発明のジシアノベンゼンの製造方法は、キシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させてジシアノベンゼン吸収液を得、ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム等の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出し、ジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離し、有機相に含まれる炭酸アンモニウム塔の塩を分解して、塩を有機相から分離し、有機相を蒸留し、有機相に含まれる低沸点化合物を有機相から分離して、ジシアノベンゼンを得る。

Description

本発明はキシレンをアンモ酸化してジシアノベンゼンを製造する方法及び、その製造方法に用いる製造装置に関する。
ジシアノベンゼンは農薬の原料、ポリアミド樹脂、硬化剤の中間原料として有用な化合物である。ジシアノベンゼンはキシレン（オルト−キシレン、メタ−キシレン及びパラ−キシレン）をアンモ酸化する公知の方法により製造することが可能であり、例えば、特許文献１〜５に記載されている方法で製造することができる。更に、得られたジシアノベンゼンを公知の水素化反応によって水素化することにより、樹脂硬化剤、ナイロン、ポリウレタン、ゴム薬品、紙加工剤及び繊維処理剤など幅広い工業分野で有用なキシリレンジアミンを製造することができる。
水素化触媒を用いてジシアノベンゼンを水素化してキシリレンジアミンを製造する際、所定の方法で得られるジシアノベンゼンを用いると、水素化触媒の寿命が長くなることが知られている（特許文献６参照）。その所定の方法では、まず、キシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させてジシアノベンゼンが有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る。次いで、そのジシアノベンゼン吸収液を塩基性水溶液と接触させ、更に有機相と水相とに液−液分離して水相を除去する。その後、有機相に対して蒸留を行い、ジシアノベンゼンより低沸点の化合物を有機相から分離してジシアノベンゼンを得る。
特開平１−２７５５５１号公報 特開平５−１７０７２４号公報 特開平９−７１５６１号公報 特開平１１−２４６５０６号公報 特開２００３−２６７９４２号公報 国際公開第２０１２／１０５４９８号
特許文献６に記載の方法で得られるジシアノベンゼンは、カルボン酸の含有量が少ないため、不均一系金属触媒の活性を劣化させ難く、合成の際にそれらの触媒を必要とするキシリレンジアミンを含む各種誘導体の有用な原料といえる。
しかしながら、そのようなジシアノベンゼンを、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液を用いた工業的な条件において得る場合、下記の課題があった。すなわち、液−液分離後の有機相中には、塩基性水溶液に含まれていた無視できない量の上記塩が溶解している。この溶解している塩が、液−液分離後の工程でジシアノベンゼンと水からシアノベンズアミドを生成するのを促進する。その結果、ジシアノベンゼンが損失してしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、キシレンをアンモ酸化してジシアノベンゼンを製造するにあたり、ジシアノベンゼンの変質及び損失を防ぎ、工業的及び経済的に有利にジシアノベンゼンを製造する、ジシアノベンゼンの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、塩基性水溶液として炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液を用いた製造方法において、所定の工程を経た有機相に含まれる上記塩を分解し気体として分離する工程を、その他の種々の工程と共に有することにより、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、下記のとおりである。
［１］（１）キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させて、前記ジシアノベンゼンが前記有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る吸収工程と、（２）前記ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、前記ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と前記塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する抽出工程と、（３）前記抽出工程を経た前記ジシアノベンゼン吸収液と前記塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる液−液分離工程と、（４）前記液−液分離工程を経た前記有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解して、前記塩を前記有機相から分離する脱気工程と、（５）前記脱気工程を経た前記有機相を蒸留し、前記有機相に含まれる前記ジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分を前記有機相から分離して、前記ジシアノベンゼンを得る低沸分離工程と、を有する、ジシアノベンゼンの製造方法。
［２］前記脱気工程における気相の圧力は１０１．３ｋＰａ以下である、［１］に記載の製造方法。
［３］前記脱気工程における液相の温度は７０〜１８０℃である、［１］又は［２］に記載の製造方法。
［４］前記抽出工程において、前記塩基は、前記ジシアノベンゼン吸収液に含まれる前記カルボン酸の合計モル数に対して１〜５０倍のモル数のアンモニアである、［１］〜［３］のいずれか１つに記載の製造方法。
［５］前記抽出工程において、前記塩基性水溶液と前記ジシアノベンゼン吸収液とを１４０℃以下の温度条件下で接触させる、［１］〜［４］のいずれか１つに記載の製造方法。
［６］前記キシレンがメタ−キシレンであり、前記ジシアノベンゼンがイソフタロニトリルである、［１］〜［５］のいずれか１つに記載の製造方法。
［７］前記アンモ酸化反応において用いる触媒が、バナジウム及び／又はクロムを含有する触媒である、［１］〜［６］のいずれか１つに記載の製造方法。
［８］前記吸収工程において前記ジシアノベンゼンを吸収する前記有機溶媒が、アルキルベンゼン、複素環化合物、芳香族ニトリル化合物及び複素環ニトリル化合物からなる群より選ばれる１種以上の有機溶媒である、［１］〜［７］のいずれか１つに記載の製造方法。
［９］［１］〜［８］のいずれか１つに記載の製造方法によって得られたジシアノベンゼンからキシリレンジアミンを製造する方法であって、前記ジシアノベンゼンを溶媒に溶解させた後、触媒の存在下、液相において水素化する水素化工程を有する、製造方法。
［１０］（１）キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させて、前記ジシアノベンゼンが前記有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る吸収手段と、（２）前記ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、前記ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と前記塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する抽出手段と、（３）前記抽出手段から送り出される前記ジシアノベンゼン吸収液と前記塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる液−液分離手段と、（４）前記液−液分離手段から送り出される前記有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解して、前記塩を前記有機相から分離する脱気手段と、（５）前記脱気手段から送り出される前記有機相を蒸留し、前記有機相に含まれる前記ジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分を前記有機相から分離して、前記ジシアノベンゼンを得る低沸分離手段と、を備える、ジシアノベンゼンの製造装置。
本発明によると、キシレンをアンモ酸化してジシアノベンゼンを製造するにあたり、ジシアノベンゼンの変質及び損失を防ぐことができ、工業的及び経済的に有利にジシアノベンゼンを製造する、ジシアノベンゼンの製造方法及び製造装置を提供することができる。
本発明のジシアノベンゼンの製造方法に用いる製造装置の一例を示す模式図である。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
（ジシアノベンゼンの製造方法）
本実施形態のジシアノベンゼンの製造方法は、（１）キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させて、上記ジシアノベンゼンが上記有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る吸収工程と、（２）上記ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、上記ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と上記塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する抽出工程と、（３）その抽出工程を経たジシアノベンゼン吸収液と上記塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる液−液分離工程と、（４）その液−液分離工程を経た有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解して、上記有機相から分離する脱気工程と、（５）その脱気工程を経た上記有機相を蒸留し、その有機相に含まれるジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分を有機相から分離して、ジシアノベンゼンを得る低沸分離工程とを有するものである。
本発明における「ジシアノベンゼン」とは、フタロニトリル（すなわち１，２−ジシアノベンゼン）、イソフタロニトリル（すなわち１，３−ジシアノベンゼン）又はテレフタロニトリル（すなわち１，４−ジシアノベンゼン）を指し、それぞれ対応するキシレンであるオルト−キシレン、メタ−キシレン又はパラ−キシレンから、公知のアンモ酸化方法により製造される。
（１）吸収工程
吸収工程においては、キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを、有機溶媒と接触させて、ジシアノベンゼンを有機溶媒に吸収させる。
アンモ酸化反応は公知の方法で行うことが可能である。例えば、アンモ酸化反応用の触媒に、キシレン、酸素及びアンモニアを混合した反応原料ガスを接触させ、後述する条件でアンモ反応を行うことができる。アンモ酸化反応における触媒床の形式は、流動床又は固定床のいずれであってもよい。アンモ酸化の触媒としては、公知の触媒、例えば、特許文献１、２、４又は５に記載の触媒を使用することができるが、それらの中でも、バナジウム及び／又はクロムを含有する触媒がより好ましい。アンモ酸化反応に用いるアンモニアの供給量は、キシレン１モルに対して好ましくは２〜２０モル、より好ましくは６〜１５モルの範囲である。アンモニアの供給量が上記範囲内であると、ジシアノベンゼンの収率がより良好となり、空時収率も更に高められる。アンモ酸化反応により生成したガスと未反応の反応原料ガスの混合物であるアンモ酸化反応ガスに含まれる未反応アンモニアは、回収してアンモ酸化反応に再使用してもよい。アンモ酸化反応に用いる酸素の供給量は、キシレン１モルに対して好ましくは３モル以上、より好ましくは３〜１００モル、さらに好ましくは４〜１００モルの範囲である。酸素の供給量が上記範囲内であると、ジシアノベンゼンの収率がより良好となり、空時収率も更に高められる。酸素の供給源として空気を用いてもよい。
アンモ酸化の反応温度は好ましくは３００〜５００℃、より好ましくは３３０〜４７０℃の範囲である。反応温度が上記範囲内であるとキシレンの転化率がより良好となり、炭酸ガス及びシアン化水素等の生成が抑制され、ジシアノベンゼンを更に良好な収率で製造することができる。アンモ酸化の反応圧力は、常圧、加圧（すなわち常圧より高い圧力）又は減圧（すなわち常圧より低い圧力）のいずれであってもよいが、反応温度と同様の観点から、常圧（大気圧：例えば１００ｋＰａ）〜３００ｋＰａの範囲が好ましい。また、アンモ酸化における反応原料の空間速度（Ｇａｓ Ｈｏｕｒｌｙ Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＝ＧＨＳＶ）は、５００〜５０００ｈ−１であるのが好ましい。
吸収工程において、「ジシアノベンゼンを有機溶媒に吸収させる」とは、アンモ酸化反応ガス中のジシアノベンゼンを、有機溶媒中に溶解させることを意味する。ジシアノベンゼンの吸収に用いる有機溶媒としては、ジシアノベンゼンよりも沸点が低く、ジシアノベンゼンの溶解度が比較的高く、且つジシアノベンゼンに対して不活性なものがよい。これらの条件を満たす有機溶媒としては、例えば、キシレン（オルト−体、メタ−体、パラ−体）、プソイドキュメン、メシチレン及びエチルベンゼン等のアルキルベンゼン；メチルピリジン等の複素環化合物；トルニトリル（オルト−体、メタ−体、パラ−体）及びベンゾニトリル等の芳香族ニトリル化合物；及びシアノピリジン等の複素環ニトリル化合物が挙げられ、これらからなる群より選ばれる１種以上の有機溶媒が、好ましい。これらの中では、アンモ酸化反応で副生されるという観点から、トルニトリルが特に好ましい。
吸収工程では、ジシアノベンゼンをより効率的かつ確実に吸収する観点から、アンモ酸化反応ガスを、８０〜２００℃の有機溶媒に接触させることが好ましく、１〜３０秒間、有機溶媒に接触させることが好ましく、その両条件を満たすように有機溶媒を接触させることがより好ましい。吸収工程における有機溶媒の使用量は、ジシアノベンゼンをより効率的かつ確実に吸収する観点から、ジシアノベンゼン１質量部に対して０．５〜２０質量部であることが好ましい。有機溶媒とアンモ酸化反応ガスとを接触させるには、気液接触装置等を用いればよい。その装置における有機溶媒及びアンモ酸化反応ガスの流れは、向流式及び並流式のいずれであってもよい。また、例えば、有機溶媒を収容する容器の底部にガス吹き込み口を設けて、そのガス拭き込み口からアンモ酸化反応ガスを有機溶媒中に送り込むことによって、両者を接触させることもできる。
（２）抽出工程
抽出工程においては、吸収工程を経て得られたジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液とを接触させ、ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する。ここでいうカルボン酸は、アンモ酸化反応により副生されるものであり、例えば、シアノ安息香酸（オルト−体、メタ−体、パラ−体）、メチル安息香酸（オルト−体、メタ−体、パラ−体）及びフタル酸（オルト−体、メタ−体、パラ−体）が挙げられる。
ジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液とをより効率良く接触させるには、撹拌機を有する混合槽を用いてもよいし、スタティックミキサー等の管型混合機を用いてもよい。また、特に混合のための装置を用いずに、ジシアノベンゼン吸収液の流れに塩基性水溶液を合流させる噴流混合であってもよい。抽出工程における抽出の方式は、回分式、半回分式及び連続式のいずれであってもよい。
塩基性水溶液に含まれる塩基は特に限定されず、無機塩基及び有機塩基のいずれであってもよい。そのような塩基としては、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウムが挙げられる。これらの中では、ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸との中和反応により生成する塩が水に可溶である必要があること、安価に入手可能であること、及び、より効率良くジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸を中和することができることから、アンモニアが好ましい。
塩基（例えばアンモニア）の使用量は、モル基準で、ジシアノベンゼン吸収液に含まれるカルボン酸の量の合計と同等以上であればよい。具体的には、塩基の使用量は、ジシアノベンゼン吸収液に含まれるカルボン酸の合計モル数に対して１〜５０倍のモル数であると好ましく、２〜３０倍であるとより好ましく、３〜１５倍であると更に好ましい。塩基性水溶液におけるアンモニアの濃度は、ジシアノベンゼン吸収液に含まれるカルボン酸の量により適宜調整すればよい。具体的には、塩基性水溶液におけるアンモニアの濃度は、０．１〜２０質量％であると好ましく、０．１〜１０質量％であるとより好ましい。
ジシアノベンゼン吸収液に対する塩基性水溶液の使用量は特に限定されないが、質量基準で、ジシアノベンゼン吸収液と等量以下であることが工業的には望ましい。具体的には、塩基性水溶液としてアンモニア水溶液を用いる場合、その使用量は、ジシアノベンゼン吸収液の１〜１００質量％であると好ましく、２〜５０質量％であるとより好ましく、５〜３０質量％であると更に好ましい。塩基性水溶液の一部又は全部に、次工程の液−液分離工程で回収される水相を使用してもよい。塩基性水溶液には、次工程の液−液分離操作を考慮し、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を予め含有させておくことが望ましい。当該塩を塩基性水溶液に溶解し塩基と共存させて液密度を高めることにより、カルボン酸の抽出に悪影響を与えることなく、液−液分離の分離速度を速めることができる。また、当該塩は単独又は任意の組み合わせで用いることができる。特に、炭酸アンモニウム及びアンモニアが溶解した水溶液は、アンモニア水溶液中に二酸化炭素を含むガスを通気することにより安価且つ容易に調製することができる。そのため、そのような水溶液は、工業的に有用な抽出剤であり、工業的に好ましい塩基性水溶液である。当該塩の使用量は液−液分離工程で求められる分離速度に応じて適宜調整される。通常、当該塩の塩基性水溶液中の溶解量は、塩基性水溶液に対して１〜３０質量％である。
ジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液とを接触させる際の温度（以下、この工程において「接触温度」という。）は、７０℃〜１４０℃であると好ましく、７０℃〜１２０℃であるとより好ましく、７０℃〜１１０℃であると更に好ましい。接触温度を１４０℃以下とすることにより、ジシアノベンゼンからシアノベンズアミド、シアノ安息香酸、及びフタルアミドが多量に生成するのを防ぐことができ、ジシアノベンゼンの水相への溶解を防ぎ、ジシアノベンゼンの損失を防ぐことができるので、好ましい。一方、接触温度の下限は、ジシアノベンゼン吸収液においてジシアノベンゼンが溶解状態を保つことができる温度であればよい。例えば、イソフタロニトリルをメタ−トルニトリルで吸収したイソフタロニトリル濃度が１０質量％の溶液の場合、接触温度を７０℃以上の液温で制御することにより、イソフタロニトリルの析出を防ぐことができるので好ましい。
廃水量低減のために、次工程の液−液分離工程で回収される水相を前述の塩基性水溶液の一部又は全部として使用してもよい。ただし、この回収される水相に有機溶媒を添加してエマルジョンとし、このエマルジョンをジシアノベンゼン吸収液と接触させてもよい。この場合に添加する有機溶媒としては、例えば、キシレン（オルト−体、メタ−体、パラ−体）、プソイドキュメン、メシチレン及びエチルベンゼン等のアルキルベンゼン；メチルピリジン等の複素環化合物；トルニトリル（オルト−体、メタ−体、パラ−体）及びベンゾニトリル等の芳香族ニトリル化合物；及びシアノピリジン等の複素環ニトリル化合物が挙げられ、これらからなる群より選ばれる１種以上の有機溶媒が、エマルジョン形成の観点から好ましい。さらには、吸収工程で用いた有機溶媒をエマルジョンの調製に用いるのが特に好ましい。
ジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液とを接触させる際の圧力（以下、この工程において「接触圧力」という。）は、温度条件により大気圧〜加圧状態に適宜調整される。接触圧力は、ジシアノベンゼン吸収液が液相を保ち、また、塩基性水溶液の少なくとも一部が液相を保ち、且つカルボン酸との中和に必要な量の塩基が水相に存在するような圧力であればよい。また、必要に応じて窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを共存せしめてもよい。塩基性水溶液に含まれる塩として、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムを単独又は任意の組み合わせで用いる場合、接触温度が１４０℃以内であれば、接触圧力は１．６ＭＰａＧ以下の範囲で適宜調整すればよい。
ジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液との接触に要する時間は、ジシアノベンゼンの損失抑制の観点から、２時間以内が好ましく、１時間以内がより好ましく、３０分以内がさらに好ましい。ジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液とを接触させる方法にもよるが、通常は数秒〜３０分で充分である。
抽出工程により水相に生成する水可溶性の塩は、上記カルボン酸と上記塩基との塩であり、例えば、シアノ安息香酸アンモニウム、メチル安息香酸アンモニウム、及びフタル酸アンモニウムが挙げられる。
（３）液−液分離工程
液−液分離工程においては、抽出工程を経たジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる。すなわち、有機相と水相とを相分離する。分離方法としては、混合液を静置して相分離させる方法であってもよい。また、それ以外に、分離方法として、遠心分離機、コアレッサーとセパレーターとの併用等の公知の方法であってもよい。液−液分離の際の温度及び圧力条件は特に限定されず、それらの相を分離できる条件であればよいが、抽出工程の条件と同程度であることが望ましい。液−液分離の際の温度や圧力が、抽出工程における温度や圧力から大幅に低下すると、水相に微量に溶解していたジシアノベンゼンが析出し配管閉塞等の原因となるだけでなく、水相が液相状態を保てなくなり分離が困難となる。
（４）脱気工程
脱気工程においては、液−液分離工程を経た有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムから選ばれる１種以上の塩を分解して、その塩を有機相から分離する。この際、塩は気体として分離される。
液−液分離工程において水相と分離した有機相には、抽出工程において使用した塩基性水溶液がその溶解度の分だけ存在している。そのため、従来、有機相中に溶解した塩が、特に液−液分離後から後段の蒸留処理までの範囲において、ジシアノベンゼンと水からシアノベンズアミドを生成するのを促進し、ジシアノベンゼンを損失してしまう。よって、有機相中に塩が多く含まれるほど、ジシアノベンゼンの損失量が大きくなってしまう。一方で、有機相に溶解した塩を、ジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分（以下、「低沸点化合物」ともいう。）と共に有機相から分離しようとすると、有機相の温度が高くなってジシアノベンゼンの変質がより進行しやすくなるので、結果としてジシアノベンゼンがより損失しやすくなる。ところが、本実施形態においては、有機相中に含まれる塩を本脱気工程において分解し分離することにより低減するので、ジシアノベンゼンの損失が抑制される。本工程において塩を分離した後の有機相から、下記の低沸分離工程において低沸点化合物を分離すればよいので、有機相の温度を高くしても、従来よりもジシアノベンゼンの変質を抑制することができる。さらには、本脱気工程において、有機相中の塩の低減と共に、有機相中の水も低減することができる。ジシアノベンゼンと共にシアノベンズアミドの生成反応の原料となる水を低減することにより、更にジシアノベンゼンの損失を抑制することができる。
有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩は、本工程で有機相を所定の圧力及び温度条件下にすることにより、二酸化炭素及びアンモニアに分解され、気体として除去することができる。一方で、本工程における圧力及び温度は、塩が分解した後に生じる二酸化炭素及びアンモニアに有機相中の他の成分が気体としてなるべく同伴しないように設定することが好ましい。具体的には、気相（本工程において脱気塔を用いる場合はその塔頂）の圧力は、抜き出される有機相中の炭酸イオン及びアンモニウムイオンの含有量が、吸収工程におけるジシアノベンゼン吸収液中の各イオンの含有量と同程度にまで減少する温度となるよう設定するのが望ましい。より具体的には、気相の圧力は、大気圧（１０１．３ｋＰａ）であっても、減圧条件下（１０１．３ｋＰａ未満）であってもよく、好ましくは１０１．３ｋＰａであり、より好ましくは７０ｋＰａ以下であり、さらに好ましくは５０ｋＰａ以下である。ジシアノベンゼンの損失をより抑制し、かつ、塩をより確実に分解・分離し、さらには、有機相においてジシアノベンゼンの溶解状態を保ち、その変質をより抑制する観点から、気相の圧力は、１０ｋＰａ〜１０１．３ｋＰａであると好ましく、１０ｋＰａ〜７０ｋＰａであるとより好ましく、１０ｋＰａ〜５０ｋＰａであるとさらに好ましい。
また、圧力と同様の観点から、液相（本工程において脱気塔を用いる場合はその塔底）の温度は７０〜１８０℃であると好ましく、９０〜１６０℃であるとより好ましく、１００〜１４０℃であるとさらに好ましい。例えば、有機相が、イソフタロニトリルをメタ−トルニトリルで吸収したイソフタロニトリル濃度が１０質量％の溶液である場合、液相の温度は７０℃以上であることが好ましい。
圧力及び温度を上記条件下にすることにより、主に塩を構成している炭酸イオン及びアンモニウムイオンがより効率的に分解する。その結果、有機相中の上記各イオンの含有量は、吸収工程におけるジシアノベンゼン吸収液中の上記各イオンの含有量と同程度にまで十分に低減できる。この塩の低減により、ジシアノベンゼンの変質による損失が抑制される。
有機相中の炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解・分離する方法に用いる装置は、有機相を上記圧力及び温度に設定できるものであれば、塔であってもよく、タンク（槽）であってもよく、特に限定されない。例えば、本工程において、塔（脱気塔）を用いて塩を分解し、有機相から分離する場合、塔頂から、塩が分解して生成した二酸化炭素及びアンモニア、水並びに有機溶媒が排出される。一方、塔底から、塩が一部又は全部分解して除去された有機相が抜き出される。塔頂から排出される水及び有機溶媒は、コンデンサ等により回収して、さらに水と有機溶媒とを分離して、有機溶媒をその脱気塔に戻してもよい。回収した水と有機溶媒との分離が困難な場合、水を分離せずにそのまま水及び有機溶媒を当該脱気塔に戻し、後段の低沸分離工程において水を有機相と分離して除去してもよい。
脱気塔などの本工程に用いられる装置に供給する有機相の温度は、供給する前に脱気塔の塔底温度と同程度の温度に加熱しておくことが望ましい。
脱気工程において、塩を分解・分離する方法に用いる装置を直列に並べて、それぞれの装置において、塩を分解して有機相から分離してもよい。その場合、前段の装置において塩の一部を分解・分離して得られた有機相を、後段の装置に供給し、その後段の装置においてさらに塩を分解・分離した有機相を得ることができる。
本実施形態のジシアノベンゼンの製造方法は、従来であれば後述の低沸分離工程に用いる装置に持ち込まれていた塩及び水を、脱気工程において予め有機相から除去することができるため、低沸分離工程における運転負荷の低減、例えば、塩や水をジシアノベンゼンと分離するのに必要な温度や圧力の負荷の低減が可能となる。
（５）低沸分離工程
低沸分離工程においては、脱気工程を経た有機相を蒸留し、有機相に含まれる低沸点化合物を有機相から分離して、ジシアノベンゼンを得る。この工程において、低沸点化合物は、その一部又は全部を有機相から分離される。また、この工程においてジシアノベンゼンは液体の状態で得られる一方、低沸点化合物は気体の状態で分離される。さらに、低沸点化合物には有機溶媒も含まれる。本工程における蒸留方法は、低沸点化合物を有機相から除去できる（すなわち、低沸点化合物とジシアノベンゼンとを分離できる）限り、特に限定されない。よって、蒸留方法は、回分式及び連続式のいずれの蒸留方法であってもよい。例えば、本工程において蒸留塔を用いて蒸留する場合、有機溶媒を含む低沸点化合物は、塔頂のみから排出されてもよく、塔頂及びサイドカット部（濃縮部；原料供給部よりも上方）の双方から排出されてもよい。また、排出された低沸点化合物を回収し、必要に応じて、有機溶媒とその他の低沸点化合物とに分離した後、有機溶媒を含む低沸点化合物又は有機溶媒を、吸収工程において、アンモ酸化反応ガスに含まれるジシアノベンゼンを吸収するための有機溶媒として使用してもよい。さらに、低沸分離工程において蒸留に用いる蒸留塔などの装置への有機相の供給流量を安定させるために、脱気工程を経た有機相を、タンクなどに一旦貯留してから、低沸分離工程に用いる装置に供給してもよい。
本工程における蒸留の圧力は、減圧下であると好ましく、気相側（蒸留塔を用いる場合は塔頂）の圧力で１〜３０ｋＰａであるとより好ましい。かかる圧力の範囲であると、ジシアノベンゼンの変質をより有効かつ確実に抑制することができる。また、蒸留の温度は、ジシアノベンゼンが析出しない温度であると好ましく、例えば蒸留塔を用いる場合、濃縮部（原料供給部よりも上方）においてジシアノベンゼンが析出しない温度であると好ましい。蒸留塔を用いる場合、蒸留塔の塔底からジシアノベンゼンを液状（溶融状）で得る。
蒸留に用いる装置（例えば蒸留塔）への有機相の供給温度は、その直前の工程における液相の温度と同程度でよい。また、蒸留に用いる装置の液相の温度（蒸留塔の場合は塔底温度）は、加熱によるジシアノベンゼン多量体群の生成を抑えるために、ジシアノベンゼンの融点以上の温度で且つできるだけ低温にするのが好ましい。具体的には、液相の温度は、ジシアノベンゼンがフタロニトリルである場合、１５０〜２００℃であると好ましく、１５０〜１８０℃であるとより好ましく、１５０〜１７０℃であるとさらに好ましい。ジシアノベンゼンがイソフタロニトリルである場合、液相の温度は、１７０〜２２０℃であると好ましく、１７０〜２００℃であるとより好ましく、１７０〜１９０℃であるとさらに好ましい。ジシアノベンゼンがテレフタロニトリルである場合、液相の温度は、２４０〜２９０℃であると好ましく、２４０〜２７０℃であるとより好ましく、２４０〜２６０℃であるとさらに好ましい。また、液相（蒸留塔の場合の塔底）において、ジシアノベンゼン多量体群の生成を抑えるため、溶融状のジシアノベンゼンの滞留時間は短い方が好ましく、例えば、ジシアノベンゼンの滞留時間は１８０分以内であると好ましく、１０〜１２０分であるとより好ましく、１５〜６０分であるとさらに好ましく、２０〜３０分であると特に好ましい。同様の観点から、蒸留塔の設計に際して、塔底容積を蒸留塔の運転に支障が出ない範囲でできるだけ小さくすることが好ましい。
低沸分離工程において、蒸留により有機相から低沸点化合物を分離するのに用いる装置を直列に並べて、それぞれの装置において、蒸留により有機相から低沸点化合物を分離してもよい。その場合、前段の装置において、蒸留により低沸点化合物の一部を分離して得られたジシアノベンゼンを含む有機相を、後段の装置に供給し、その後段の装置においてさらに蒸留により低沸点化合物の一部又は全部を分離して、ジシアノベンゼンを含む有機相を得ることができる。
本実施形態の製造方法によって得られるジシアノベンゼンから、以下で記載する水素化工程を経ることにより、キシリレンジアミンを製造することができる。ここで「キシリレンジアミン」とは、オルト−キシリレンジアミン、メタ−キシリレンジアミン、又はパラ−キシリレンジアミンを示し、それぞれ対応するフタロニトリル（すなわち１，２−ジシアノベンゼン）、イソフタロニトリル（すなわち１，３−ジシアノベンゼン）又はテレフタロニトリル（すなわち１，４−ジシアノベンゼン）を水素化することにより製造することができる。
（６）水素化工程
水素化工程においては、低沸分離工程を経た溶融状のジシアノベンゼンを溶媒に溶解させた後、触媒の存在下、液相において水素化する。溶媒としては、例えば、液体アンモニア、キシリレンジアミンと液体アンモニアとの混合溶媒、芳香族炭化水素（例えば、キシレン、メシチレン及びプソイドクメン等）と液体アンモニアとの混合溶媒、キシリレンジアミン及び芳香族炭化水素と液体アンモニアとの混合溶媒が挙げられる。
溶媒中の液体アンモニア濃度が高いほど、水素化反応によるキシリレンジアミンの収率を高めることができるため、溶媒中の液体アンモニア濃度は高い方が好ましく、例えば、６０質量％以上であると好ましく、１００質量％であると特に好ましい。
水素化反応時の溶媒量は、ジシアノベンゼン１質量部に対して１〜９９質量部であると好ましく、３〜９９質量部であるとより好ましく、５〜９９質量部であるとさらに好ましい。溶媒量が上記範囲内にあると、溶媒回収に要するエネルギーをより小さくすることができ、経済的に有利であり、また、水素化反応におけるキシリレンジアミンの選択率をさらに向上させることができる。
溶融状のジシアノベンゼンを溶媒に溶解させる操作は、スタティックミキサー等の管型混合機を用いて行うこともできる。ただし、管型混合機を用いる場合、析出した不溶成分の付着により混合機内が閉塞する可能性がある。そのような現象を防ぐ観点から、溶解槽内にてジシアノベンゼンを溶媒と混合して溶解させることが好ましい。溶解槽内に溶融状のジシアノベンゼンと溶媒とを供給することにより、特に攪拌しなくても溶解させることが可能だが、必要であれば攪拌してもよい。溶解槽内の圧力及び温度は、溶媒が液相を保ち、且つジシアノベンゼンが溶媒により溶解しやすいように選択される。そのような観点から、具体的には、溶解槽内の圧力は、０．５〜１５ＭＰａであると好ましく、０．７〜１０ＭＰａであるとより好ましく、１〜８ＭＰａであるとさらに好ましい。同様の観点から、溶解槽内の溶液温度は、３〜１４０℃であると好ましく、５〜１２０℃であるとより好ましく、１０〜１００℃であるとさらに好ましい。
溶液中に不溶成分が生じた場合、その一部又は全部を水素化反応に供給する前に固液分離により除去してもよい。固液分離としては、濾過、遠心分離及び沈降分離等の公知の方法を用いることができる。これらの中では、濾過が好ましく、焼結金属フィルター及び／又はストレーナーによるろ過が特に簡便で好適である。
水素化反応に供する水素は反応に関与しない不純物、例えばメタン及び窒素等を含んでいてもよい。ただし、水素中の不純物濃度を抑え、必要な水素分圧をより容易に確保し、反応全圧をより低くすることにより、工業的にさらに有利となるため、水素濃度は５０モル％以上であると好ましい。
水素化反応の触媒としては、公知の担持金属触媒、非担持金属触媒、ラネー触媒又は貴金属触媒等を使用できる。これらの中では、ニッケル及び／又はコバルトを含有する触媒が好適に用いられる。触媒の使用量は、公知のジシアノベンゼンの液相水素化に採用される使用量であれば、特に制限されない。
水素化反応における触媒床の形式は、固定床及び懸濁床のいずれであってもよい。また、水素化反応には、回分式及び連続式のいずれの方法を用いてもよい。固定床の触媒床で連続流通反応を行う場合、水素化反応器の出口から得られる水素化反応液の一部を水素化反応器に連続的に戻す循環方式を採用してもよい。この場合、循環方式単独で、又は特開２００８−３１１５５号公報に記載されているように循環方式とワンパス方式とを組み合わせて用いてもよい。回分式で水素化反応を行う場合、水素化反応時間は０．５〜８時間であると好ましく、連続式で水素化反応を行う場合、反応原料の空間速度（Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｏｕｒｌｙ Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ＝ＬＨＳＶ）は０．１〜１０ｈ−１であるのが好ましい。
水素化反応の圧力及び温度は、水素化反応が進行し、かつ溶媒が液相を保つように選択される。水素化反応の温度は、２０〜２００℃であると好ましく、３０〜１５０℃であるとより好ましく、４０〜１２０℃であるとさらに好ましい。水素化反応における水素圧力は、１〜３０ＭＰａであると好ましく、２〜２５ＭＰａであるとより好ましく、３〜２０ＭＰａであるとさらに好ましい。
ジシアノベンゼンの水素化において、キシリレンジアミンをより効率良く製造するためには、ニトリル基のアミノメチル基への水素化反応の進行度合いを高めることが好ましい。そのためには、水素化反応後に得られる液中のジシアノベンゼン及びシアノベンジルアミンの濃度を低い状態に保つ反応条件を選択することが好ましい。具体的には、水素化反応後に得られる液中でのキシリレンジアミン１００質量％に対するシアノベンジルアミンの量を５．０質量％以下に保つことが好ましく、１．０質量％以下に保つことがより好ましく、０．２質量％以下に保つことがさらに好ましい。また、ジシアノベンゼンの転化率は、９９．５０％以上であると好ましく、９９．９０％以上であるとより好ましく、９９．９５％以上であるとさらに好ましい。上記の各反応条件（溶媒、触媒、原料、水素圧力、及び反応形式等）の組み合わせにおいて、温度又は時間を適宜選択することにより、該水素化反応の進行度合いを上記のように保つことができる。
水素化反応により生成したキシリレンジアミンは、蒸留等の公知の方法によって精製可能である。より高純度のキシリレンジアミンを得ようとする場合、水素化反応後の液にキシリレンジアミンと共に含まれるシアノベンジルアミンを除去することが好ましい。ただし、シアノベンジルアミンは一般に対応するキシリレンジアミンとの沸点差が小さく、通常の蒸留による分離が困難である。そこで、水素化反応後の液を蒸留する前に、蒸留以外の方法により、その液からシアノベンジルアミンを除去してもよい。この際のシアノベンジルアミンの除去方法は特に限定されるものではないが、例えば、水和反応によりシアノベンジルアミンを比較的容易に蒸留分離が可能なシアノベンズアミドへと変換する方法、並びに、特開２００７−３３２１３５号公報に記載されているように水素化溶媒の液体アンモニアを除去した後に触媒の存在下でシアノベンジルアミンを接触水素化し、シアノベンジルアミンの量を低減させる方法等が挙げられる。
（ジシアノベンゼンの製造装置）
本実施形態のジシアノベンゼンの製造方法に用いる製造装置は、（１）キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させて、ジシアノベンゼンが有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る吸収手段と、（２）ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する抽出手段と、（３）抽出手段から送り出されるジシアノベンゼン吸収液と塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる液−液分離手段と、（４）液−液分離手段から送り出される有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解して、塩を有機相から分離する脱気手段と、（５）脱気手段から送り出される有機相を蒸留し、有機相に含まれるジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分を有機相から分離して、ジシアノベンゼンを得る低沸分離手段とを備えるものである。
図１は、本実施形態のジシアノベンゼンの製造方法に用いる製造装置の一例を示す模式図であり、より具体的には、アンモ酸化反応によりイソフタロニトリルを製造する装置のプロセスフローシートである。この製造装置は、アンモ酸化反応を進行させる手段としてのアンモ酸化反応器Ａと、上記吸収手段としての吸収塔Ｂと、上記抽出手段として、かつ上記液−液分離手段の一部としての混合槽Ｃと、上記液−液分離手段としての液−液分離槽Ｄと、上記脱気手段としての脱気塔Ｅと、上記低沸分離手段としての低沸分離塔Ｆと、ジシアノベンゼンを溶媒に溶解する溶解手段としての溶解槽Ｇと、溶解槽Ｇから送り出された溶液中の不溶成分を濾過する手段としての濾過器Ｈと、濾過器Ｈから送り出される液を原料としてジシアノベンゼンの水素化反応を進行させる手段としての水素化反応器Ｉとを備える。
アンモ酸化反応器Ａ及び水素化反応器Ｉには、それぞれの反応に用いられる触媒が充填される。また、アンモ酸化反応器Ａ、吸収塔Ｂ、混合槽Ｃ、液−液分離槽Ｄ、脱気塔Ｅ、低沸分離塔Ｆ、溶解槽Ｇ、濾過器Ｈ及び水素化反応器Ｉには、それぞれ、その前段の装置から送り出されたガスや液体を受け入れるための配管、並びに、その装置において所定の処理をした後のガスや液体を後段の装置に送り出すための配管が接続されている。さらには、アンモ酸化反応器Ａ、吸収塔Ｂ、混合槽Ｃ、液−液分離槽Ｄ、脱気塔Ｅ、低沸分離塔Ｆ、溶解槽Ｇ、濾過器Ｈ及び水素化反応器Ｉには、それぞれ必要に応じて、熱交換器などの加熱手段が付帯していてもよい。また、各配管には、それぞれの装置における圧力を調整したり、それぞれの装置に受け入れる又はそれぞれの装置から送り出すガスや液体の流量を調整したりするための弁が設けられていてもよい。さらに、混合槽Ｃと液−液分離槽Ｄは図１では別の槽であるが、１つの槽を混合槽Ｃ及び液−液分離槽Ｄの両方として用いてもよい。
その他、各装置の形式や運転条件等は、上記「（ジシアノベンゼンの製造方法）」に説明したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に以下の実施例によって本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
ジシアノベンゼンに含まれる有機不純物（シアノベンズアミド及びシアノ安息香酸等）の分析には液体クロマトグラフィーを用い、ジシアノベンゼン吸収液、ジシアノベンゼン又は水素化反応の後の液（水素化反応に供給した物質のうち未反応のまま残存したものと、水素化反応生成物との混合液）の分析にはガスクロマトグラフィーを用いた。また、有機相中の水分濃度は微量水分測定装置により、炭酸イオン濃度は滴定により、アンモニウムイオン濃度は電気泳動装置により、それぞれ分析した。塩濃度については炭酸イオン濃度より換算した。
（１）液体クロマトグラフィー分析
液体クロマトグラフィー分析には、資生堂（株）製ＣＡＰＣＥＬＬ ＰＡＫ Ｃ１８（商品名）のＬＣカラムを備え付けた島津製作所製ＵＶ−ＶＩＳ検出器付き高圧グラジエントＬＣシステムを用いた。アセトニトリル（和光純薬製、特級）と０．５質量％リン酸水溶液との混合液を溶媒及び移動相として使用し、カラムオーブン３５℃、移動相の流速１．０ｍＬ／分の条件下で、ジシアノベンゼンに含まれる有機不純物を分析した。
（２）ガスクロマトグラフィー分析
ガスクロマトグラフィー分析には、Ｊ＆Ｗ社製ＤＢ−１のＧＣカラムを備え付けた、Ａｇｉｌｅｎｔ社製６８９０型ＧＣ分析装置を用いた。温度設定について、サンプル注入口は２３０℃、検出器は２９５℃とした。カラムオーブンは１００℃で１０分間保持した後、昇温速度５℃／分で２８０℃まで昇温した。なお、ジシアノベンゼン吸収液及びジシアノベンゼンのＧＣ測定サンプルは、測定試料０．１ｇに内部標準としてジフェニルメタン（和光純薬製、特級）０．１ｇを添加し、アセトン溶媒１０ｇ（和光純薬製、特級）に溶解させることにより調合した。水素化反応生成液のＧＣ測定サンプルは、水素化反応生成液からアンモニアを除いた後の粗メタ−キシリレンジアミン０．２ｇに内部標準としてジフェニルメタン（和光純薬製、特級）０．１ｇを添加し、メタノール溶媒又はジオキサン溶媒１０ｇ（共に和光純薬製、特級）に溶解させることにより調合した。
（３）有機相中の水分濃度の分析
窒素雰囲気にした耐圧容器（５０ｍＬ、ＳＵＳ３０４製）に、メタ−トルニトリル４０ｇを仕込み、そこに、液−液分離後又は脱気後の有機相を密閉系で採取してサンプル液とした。容器温度が室温まで降下した後に、サンプル液を容器から取り出し、三菱化学社製の微量水分測定装置ＣＡ−１００型により水分濃度を定量した。
（４）有機相中の塩の分析
（４−１）炭酸イオン濃度の分析
窒素雰囲気にした耐圧容器（５０ｍＬ、ＳＵＳ３０４製）に１０質量％塩化バリウム水溶液８ｇ、及びメタ−トルニトリル３５ｇを仕込み、そこに、液−液分離後又は脱気後の有機相を密閉系で採取した。採取時に生成した不溶分を吸引濾過により回収した後、その不溶分をビーカーに入れ、そのビーカー内に０．１Ｎ−塩酸（和光純薬製）１０ｍＬを加えて、不溶分を加熱溶解させた。冷却後、０．１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液（和光純薬製）により滴定し、炭酸イオンＣＯ３ ２−を定量した。
（４−２）アンモニウムイオン濃度の分析
窒素雰囲気にした耐圧容器（５０ｍＬ、ＳＵＳ３０４製）に０．１Ｎ−希硫酸８ｇ、及びメタ−トルニトリル３５ｇを仕込み、そこに、液−液分離後又は脱気後の有機相を密閉系で採取した。その耐圧容器内で、有機相を十分に溶解させた後、耐圧容器から回収したサンプルの水相部分を分取し、大塚電子社製の電気泳動装置で分析することによりアンモニウムイオンＮＨ４ ＋を定量した。
＜実施例１＞
〔アンモ酸化工程〕
五酸化バナジウム（和光純薬製、特級）２２９ｇに水（蒸留水）５００ｍＬを加え、８０〜９０℃に加熱し攪拌しながら、そこにシュウ酸（和光純薬製、特級）４７７ｇを加え溶解して、シュウ酸バナジウムの溶液を得た。また、シュウ酸９６３ｇに水４００ｍＬを加え５０〜６０℃に加熱し、そこに、無水クロム酸（和光純薬製、特級）２５２ｇを水２００ｍＬに加えた溶液をよく攪拌しながら加え溶解して、シュウ酸クロムの溶液を得た。得られたシュウ酸バナジウムの溶液にシュウ酸クロムの溶液を５０〜６０℃にて混合し、バナジウム−クロム溶液を得た。このバナジウム−クロム溶液に、リンモリブデン酸（日本無機化学工業製、Ｈ３（ＰＭｏ１２Ｏ４０）・２０Ｈ２Ｏ）４１．１ｇを水１００ｍＬに溶解して加え、更に、そこに酢酸カリウム（和光純薬製、特級）４．０ｇを水１００ｍＬに溶解して加え、次いで、２０質量％水性シリカゾル（Ｎａ２Ｏを０．０２質量％含有）２５００ｇを加えて、スラリー溶液を得た。このスラリー溶液にホウ酸７８ｇを加え十分に混合し、液量が約３８００ｇになるまで加熱、濃縮して触媒溶液を得た。この触媒溶液を、噴霧乾燥機を用いて、その入口温度を２５０℃、出口温度を１３０℃に保ちながら、空気流通下で噴霧乾燥して、触媒前駆体粒子を得た。その触媒前駆体粒子を、乾燥機を用いて１３０℃の大気雰囲気下で１２時間乾燥した後、焼成装置を用いて４００℃で０．５時間、空気流通下で焼成し、さらに５５０℃で８時間、空気流通下で焼成して触媒を得た。この触媒の原子比は、Ｖ：Ｃｒ：Ｂ：Ｍｏ：Ｐ：Ｎａ：Ｋで１：１：０．５：０．０８６：０．００７：０．００９：０．０２０であり、その触媒濃度は、触媒全質量に対して５０質量％であった。
以下、図１に示した製造装置と同様の製造装置を用いてジシアノベンゼンを製造した。アンモ酸化反応器Ａに上記で調製した触媒６Ｌを充填し、触媒床として流動床を採用した。酸素供給源としての空気、メタ−キシレン（以下、「ＭＸ」と略す。三菱ガス化学製品）及びアンモニア（三菱ガス化学製品）を混合して得た混合ガスを３５０℃に予熱して該反応器Ａに供給した。仕込み条件は、ＭＸ供給量を３５０ｇ／ｈ、アンモニア／ＭＸのモル比を１０、酸素／ＭＸのモル比を５．４、空間速度ＧＨＳＶを６３０ｈ−１とした。反応温度は４２０℃、反応圧力は０．２ＭＰａとした。
（１）吸収工程
アンモ酸化反応器Ａの頂部から抜き出したアンモ酸化反応ガスをイソフタロニトリル吸収塔Ｂに導入し、アンモ酸化反応ガス中のイソフタロニトリルをメタ−トルニトリル（三菱ガス化学製品）溶媒中に吸収した。イソフタロニトリル吸収塔ＢはＳＵＳ３０４製であり、頂部で排気用の配管と接続し、胴体部が内径１００ｍｍΦ、高さ８００ｍｍで、胴体部下部の長さ４５０ｍｍの領域は２重管として蒸気加熱できる構造とし、底部にアンモ酸化反応ガスを供給する吹き込み口を設けた。該吸収塔Ｂにメタ−トルニトリル２ｋｇを収容して１４０℃に保持し、上記アンモ酸化反応ガスを上記拭き込み口から、３５３ｇ／ｈｒの流量で送り込んで、そのアンモ酸化反応ガスを、メタ−トルニトリルにより２時間吸収した。なお、排気用の配管には調圧弁が設けられており、吸収塔Ｂ内の圧力が一定になるよう制御された。アンモ酸化反応ガスとメタ−トルニトリルとの接触時間は１〜２秒間であった。吸収終了時のジシアノベンゼン（イソフタロニトリル）吸収液中の水分濃度は０．１６質量％、炭酸イオン濃度は１０８質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は１２０３質量ｐｐｍであった。また、そのイソフタロニトリル吸収液の組成は、イソフタロニトリル２４．９８質量％、メタ−トルニトリル７３．８９質量％、３−シアノベンズアミド０．４６７質量％、３−シアノ安息香酸０．１５６質量％であった。
（２）抽出工程
イソフタロニトリル吸収液２３５ｇを混合槽Ｃに仕込んで満液状態とし、液温を１００℃に調整した。混合槽Ｃには、ヒーター及び撹拌機付きのオートクレーブ（ＳＵＳ３０４製、容積２５０ｍＬ、上部に０．５ＭＰａＧに設定した背圧弁、底部にノズルを備えたもの）を用いた。イソフタロニトリル吸収液を撹拌しながら所定の温度に昇温後、撹拌を一旦停止した。続いて、２５％アンモニア水（和光純薬製、特級）１．５８ｇ及び炭酸アンモニウム（和光純薬製、特級）３．９６ｇを純水３４．０６ｇに溶解させて調製した塩基性水溶液３９．６ｇを、混合槽Ｃの底部ノズルより５ｇ／ｍｉｎの速度で供給し、混合槽Ｃ内の圧力が０．５ＭＰａＧを保つように、上部の背圧弁から溢れ出てくるイソフタロニトリル吸収液を抜き出した。混合槽内に残ったイソフタロニトリル吸収液は１９８ｇであった。その後、撹拌を再開して液温を１００℃に調整し、１０００ｒｐｍの撹拌状態で１０分間保持した。
（３）液−液分離工程
混合槽Ｃでの撹拌を停止し、イソフタロニトリル吸収液と塩基性水溶液との混合液を液温１００℃の状態を保ちながら１０分間静置し、有機相（上層）と水相（下層）に分離させた。すなわち、混合槽Ｃを液−液分離槽Ｄとしても用いた。その後、抽出工程において調製したものと同じ組成の塩基性水溶液を、混合槽Ｃの底部ノズルより２ｇ／ｍｉｎの速度で供給し、上部の背圧弁より液−液分離後の有機相１２０ｇを連続的に抜き出した。この抜き出した有機相の水分濃度は３．０４質量％、炭酸イオン濃度は２２２３質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は１３１２質量ｐｐｍであり、炭酸アンモニウム塩濃度は３５５６質量ｐｐｍであった。また、その有機相の組成は、イソフタロニトリル２４．２６質量％、メタ−トルニトリル７１．７３質量％、３−シアノベンズアミド０．４５４質量％、３−シアノ安息香酸０．０１１質量％であった。
（４）脱気工程
液−液分離槽Ｄから抜き出された有機相を連続式の脱気塔Ｅに直接供給した。供給する有機相の温度を１４０℃、供給速度を２ｇ／ｍｉｎとした。塔底温度は、供給する温度と同じ温度とし、塔頂圧力は１０１．３ｋＰａとした。塩が分解して生成した二酸化炭素及びアンモニアは脱気塔Ｅの塔頂から排出した。また、二酸化炭素及びアンモニアと共に塔頂から排出された水及び有機溶媒は回収し、水と有機溶媒とを分離せずに全て脱気塔Ｅに戻した。塔底より得られた有機相の水分濃度は３．０１質量％、炭酸イオン濃度は５１質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は１５１質量ｐｐｍであり、炭酸アンモニウム塩濃度は８１質量ｐｐｍであった。また、その有機相の組成はイソフタロニトリル ２４．３５質量％、メタ−トルニトリル ７２．００質量％、３−シアノベンズアミド ０．４５５質量％、３−シアノ安息香酸 ０．０１１質量％であった。
（５）低沸分離工程
脱気塔Ｅの塔底から抜き出された有機相を、連続式の蒸留塔である低沸分離塔Ｆの中段に直接供給した。供給する有機相の温度は前工程の塔底温度と同じ温度とし、供給速度は２ｇ／ｍｉｎとした。低沸分離塔Ｆの条件は、塔頂圧力を５ｋＰａ、塔頂温度を１２０℃、塔底温度を１８０℃、塔底での滞留時間を２０分間とした。メタ−トルニトリル及び他の低沸点化合物を低沸分離塔Ｆの塔頂から除去すると共に溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相を塔底より抜き出した。塔底より得られた有機相の組成は、イソフタロニトリル９７．３９質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド１．８２１質量％、３−シアノ安息香酸０．０４３質量％であった。
＜実施例２＞
（６）水素化工程
実施例１において得られた溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相１質量部を、溶解槽Ｇ（ＳＵＳ３０４製）において、９質量部の液体アンモニアに、２ＭＰａ、２５℃の条件下で溶解させた。次いで、溶解槽Ｇの底部より不溶成分を含む溶液を抜き出し、濾過器Ｈとして焼結金属フィルター（ポア・サイズ４０μｍ、ステンレス製）を用いて、圧力差を利用した液移送による濾過を行い、イソフタロニトリルを含む水素化原料液を得た。
管状縦型の水素化反応器Ｉ（ＳＵＳ３０４製、内径１３ｍｍφ）に、ニッケル含有量５０質量％である市販の担持ニッケル／珪藻土触媒（円柱状、直径３ｍｍΦ、高さ３ｍｍ）を破砕して大きさを揃えたもの（１２−２２ｍｅｓｈ／ＪＩＳ規格）を２５．０ｇ充填し、水素気流下、２００℃で還元して活性化させた。冷却後、反応器Ｉ内に水素ガスを圧入して８ＭＰａの一定圧力に保ち、外部からの加熱により触媒層の温度を８０℃に維持した。反応器Ｉ上部より水素ガスを１８ＮＬ／ｈｒの流速で供給し流通させながら、上記水素化原料液を、反応器上部より２５．０ｇ／ｈｒの速度で連続的に供給した。水素化原料液と水素が触媒層を通過して、反応器下部より得られた水素化反応液からアンモニアを除去し、粗メタ−キシリレンジアミンを得た。得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９１．１６質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。
＜実施例３＞
（４）脱気工程において脱気塔Ｅの塔頂から排出された水及び有機溶媒について、水と有機溶媒を分離し、有機溶媒のみを脱気工程に戻した以外は実施例１と同様の条件及び操作にてジシアノベンゼンを製造した。
脱気工程において、脱気塔Ｅの塔底より得られた有機相の水分濃度は０．９９質量％、炭酸イオン濃度は５１質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は１５１質量ｐｐｍであり、炭酸アンモニウム塩濃度は８１質量ｐｐｍであった。また、その有機相の組成は、イソフタロニトリル２４．８６質量％、メタ−トルニトリル７３．５０質量％、３−シアノベンズアミド０．４６５質量％、３−シアノ安息香酸０．０１１質量％であった。
低沸分離工程において、低沸分離塔Ｆの塔底より得られた有機相の組成は、イソフタロニトリル９７．４２質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド１．８４４質量％、３−シアノ安息香酸０．０３９質量％であった。実施例１と比べて、イソフタロニトリル濃度は同程度であった。
＜実施例４＞
実施例３において得られた溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相を実施例２の水素化工程におけるのと同様の方法で水素化した。得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９１．１８質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。実施例２と比べて、メタ−キシリレンジアミン濃度は同程度であった。
＜実施例５＞
（３）液−液分離工程において得られ脱気塔Ｅに供給する有機相の温度及び脱気塔Ｅの塔底温度を１８０℃にした以外は実施例１と同様の条件及び操作にてジシアノベンゼンを製造した。
脱気工程において、脱気塔Ｅの塔底より得られた有機相の水分濃度は２．９８質量％、炭酸イオン濃度は２５質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は７５質量ｐｐｍであり、炭酸アンモニウム塩濃度は４１質量ｐｐｍであった。また、その有機相の組成は、イソフタロニトリル２４．３６質量％、メタ−トルニトリル７２．０３質量％、３−シアノベンズアミド０．４５５質量％、３−シアノ安息香酸０．０１１質量％であった。
低沸分離工程において、低沸分離塔Ｆの塔底より得られた有機相の組成は、イソフタロニトリル９７．３０質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド１．９２０質量％、３−シアノ安息香酸０．０４０質量％であった。実施例１と比べて、イソフタロニトリル濃度がわずかに減少した。
＜実施例６＞
実施例５において得られた溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相を実施例２の水素化工程におけるのと同様の方法で水素化した。得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９１．０７質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。実施例２と比べて、メタ−キシリレンジアミン濃度がわずかに減少した。
＜実施例７＞
（３）液−液分離工程において得られ脱気塔Ｅに供給する有機相の温度及び脱気塔Ｅの塔底温度を１８０℃にし、（４）脱気工程において脱気塔Ｅの塔頂から排出された水及び有機溶媒について、水と有機溶媒を分離し、有機溶媒のみを脱気工程に戻した以外は実施例１と同様の条件及び操作にてジシアノベンゼンを製造した。
脱気工程において、脱気塔Ｅの塔底より得られた有機相の水分濃度は０．２６質量％、炭酸イオン濃度は２５質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は７５質量ｐｐｍであり、炭酸アンモニウム塩濃度は４１質量ｐｐｍであった。また、その有機相の組成は、イソフタロニトリル２５．０４質量％、メタ−トルニトリル７４．０５質量％、３−シアノベンズアミド０．４６８質量％、３−シアノ安息香酸０．０１１質量％であった。
低沸分離工程において、低沸分離塔Ｆの塔底より得られた有機相の組成は、イソフタロニトリル９７．４３質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド１．８３９質量％、３−シアノ安息香酸 ０．０３８質量％であった。実施例１と比べて、イソフタロニトリル濃度は同程度であった。
＜実施例８＞
実施例７において得られた溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相を実施例２の水素化工程におけるのと同様の方法で水素化した。得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９１．１９質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。実施例２と比べて、メタ−キシリレンジアミン濃度は同程度であった。
＜比較例１＞
（４）脱気工程を省略して、（３）液−液分離工程において得られた有機相を低沸分離塔Ｆに直接供給した以外は、実施例１と同様の条件及び操作でジシアノベンゼンを製造した。なお、低沸分離塔Ｆに供給する有機相の温度は１４０℃、供給速度は２ｇ／ｍｉｎで実施例１と同条件とした。
低沸分離工程において低沸分離塔Ｆの塔底より得られた溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相の組成は、イソフタロニトリル９７．２０質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド２．０１７質量％、３−シアノ安息香酸０．０４３質量％であった。実施例１と比べて、イソフタロニトリル濃度が０．１９質量％減少し、イソフタロニトリルの変質が見られた。また、実施例１と比べて、３−シアノベンズアミドが増加していた。
実施例２と同様にして水素化工程を経て得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９０．９８質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。実施例２と比べて、メタ−キシリレンジアミン濃度が０．１８質量％減少した。
＜比較例２＞
（３）液−液分離工程において得られ低沸分離塔Ｆに供給する有機相の温度を１８０℃にした以外は、比較例１と同様の条件及び操作でジシアノベンゼンを製造した。
低沸分離工程において低沸分離塔Ｆの塔底より得られた溶融状のイソフタロニトリルを主成分とする有機相の組成は、イソフタロニトリル９６．９７質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド２．２４９質量％、３−シアノ安息香酸０．０４０質量％であった。実施例１と比べて、イソフタロニトリル濃度が０．４２質量％減少し、イソフタロニトリルの変質が見られた。また、実施例１と比べて、３−シアノベンズアミドが増加していた。
実施例２と同様にして水素化工程を経て得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９０．７８質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。実施例２と比べて、メタ−キシリレンジアミン濃度が０．３８質量％減少した。
＜比較例３＞
（４）脱気工程における塔頂圧力を３１１．３ｋＰａに変更した以外は実施例１と同様の条件及び操作でジシアノベンゼンを製造した。
脱気工程において、脱気塔Ｅの塔底より得られた有機相の水分濃度は３．０１質量％、炭酸イオン濃度は１６７３質量ｐｐｍ、アンモニウムイオン濃度は８７４質量ｐｐｍであり、炭酸アンモニウム塩濃度は２６７７質量ｐｐｍであった。また、その有機相の組成は、イソフタロニトリル２４．２９質量％、メタ−トルニトリル７１．８３質量％、３−シアノベンズアミド０．４９０質量％、３−シアノ安息香酸０．０１１質量％であった。実施例１と比べて炭酸アンモニウム塩濃度が増加していた。
低沸分離工程において、低沸分離塔Ｆの塔底より得られた有機相の組成は、イソフタロニトリル９７．２６質量％、メタ−トルニトリル０．１０質量％、３−シアノベンズアミド１．９６０質量％、３−シアノ安息香酸０．０４３質量％であった。実施例１と比べてイソフタロニトリル濃度が０．１３質量％減少し、イソフタロニトリルの変質が見られた。また、実施例１と比べて３−シアノベンズアミドが増加していた。
実施例２と同様にして水素化工程を経て得られた粗メタ−キシリレンジアミンの組成は、メタ−キシリレンジアミン９１．０３質量％、３−メチルベンジルアミン０．１０質量％であり、イソフタロニトリルは検出されなかった。残りの成分は、メタ−キシリレンジアミンのオリゴマー類やガスクロマトグラフィーで検出されない高沸点の重合物であった。実施例２と比べて、メタ−キシリレンジアミン濃度が０．１３質量％減少した。
本出願は、２０１４年３月１０日出願の日本特許出願（特願２０１４−０４６４２６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
ジシアノベンゼンは、農薬、機能性材料として有効である。特に農薬の原料やポリアミド樹脂、硬化剤等の中間原料として有用な化合物である。また、キシリレンジアミンは樹脂硬化剤、ナイロン、ポリウレタン、ゴム薬品、紙加工剤、繊維処理剤など幅広い工業分野で有用な化合物である。
Ａ：アンモ酸化反応器、Ｂ：イソフタロニトリル吸収塔、Ｃ：混合槽、Ｄ：液−液分離槽、Ｅ：脱気塔、Ｆ：低沸分離塔、Ｇ：溶解槽、Ｈ：濾過器、Ｉ：水素化反応器。

Claims (10)

  1. （１）キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させて、前記ジシアノベンゼンが前記有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る吸収工程と、
    （２）前記ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、前記ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と前記塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する抽出工程と、
    （３）前記抽出工程を経た前記ジシアノベンゼン吸収液と前記塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる液−液分離工程と、
    （４）前記液−液分離工程を経た前記有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解して、前記塩を前記有機相から分離する脱気工程と、
    （５）前記脱気工程を経た前記有機相を蒸留し、前記有機相に含まれる前記ジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分を前記有機相から分離して、前記ジシアノベンゼンを得る低沸分離工程と、
    を有する、ジシアノベンゼンの製造方法。
  2. 前記脱気工程における気相の圧力は１０１．３ｋＰａ以下である、請求項１に記載の製造方法。
  3. 前記脱気工程における液相の温度は７０〜１８０℃である、請求項１又は２に記載の製造方法。
  4. 前記抽出工程において、前記塩基は、前記ジシアノベンゼン吸収液に含まれる前記カルボン酸の合計モル数に対して１〜５０倍のモル数のアンモニアである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 前記抽出工程において、前記塩基性水溶液と前記ジシアノベンゼン吸収液とを１４０℃以下の温度条件下で接触させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 前記キシレンがメタ−キシレンであり、前記ジシアノベンゼンがイソフタロニトリルである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
  7. 前記アンモ酸化反応において用いる触媒が、バナジウム及び／又はクロムを含有する触媒である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
  8. 前記吸収工程において前記ジシアノベンゼンを吸収する前記有機溶媒が、アルキルベンゼン、複素環化合物、芳香族ニトリル化合物及び複素環ニトリル化合物からなる群より選ばれる１種以上の有機溶媒である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法によって得られたジシアノベンゼンからキシリレンジアミンを製造する方法であって、前記ジシアノベンゼンを溶媒に溶解させた後、触媒の存在下、液相において水素化する水素化工程を有する、製造方法。
  10. （１）キシレンをアンモ酸化させて得られたジシアノベンゼンを含有するキシレンのアンモ酸化反応ガスを有機溶媒と接触させて、前記ジシアノベンゼンが前記有機溶媒に溶解したジシアノベンゼン吸収液を得る吸収手段と、
    （２）前記ジシアノベンゼン吸収液を、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を含む塩基性水溶液と接触させて、前記ジシアノベンゼン吸収液中のカルボン酸と前記塩基性水溶液中の塩基との中和反応により生成する水可溶性の塩を水相に抽出する抽出手段と、
    （３）前記抽出手段から送り出される前記ジシアノベンゼン吸収液と前記塩基性水溶液との混合液を有機相と水相とに分離させる液−液分離手段と、
    （４）前記液−液分離手段から送り出される前記有機相に含まれる炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びカルバミン酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上の塩を分解して、前記塩を前記有機相から分離する脱気手段と、
    （５）前記脱気手段から送り出される前記有機相を蒸留し、前記有機相に含まれる前記ジシアノベンゼンよりも低い沸点を有する成分を前記有機相から分離して、前記ジシアノベンゼンを得る低沸分離手段と、
    を備える、ジシアノベンゼンの製造装置。
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