JPH08504762A - 脂肪族アルコールの製造方法 - Google Patents
脂肪族アルコールの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
(a)エステル化条件に保持されたエステル化ゾーンを設け;(b)該エステル化ゾーンに対して、(i)少なくとも1つの脂肪酸を含有する脂肪酸供給材料、および(ii)少なくとも1つの脂肪族アルコールを含有する脂肪族アルコール供給材料を供給し;(c)エステル化ゾーン中で脂肪酸と脂肪族アルコールを反応させて、脂肪酸と脂肪族アルコールとからなる少なくとも1つの高沸点エステルを生成させるとともに、実質的に脂肪酸を含有しないエステル化生成混合物を生成させ;(d)エステル水素化触媒の固定床を有し、かつエステルの水素化条件に保持された少なくとも1つの水素化ゾーンを設け:(e)該エステル化生成混合物の少なくとも1つの高沸点エステルを、少なくとも1つの水素化ゾーン中で液相水素化することにより、脂肪族アルコールを含有する流出流を形成し;(f)水素化ゾーンからの流出流における脂肪族アルコールの一部分をエステル化ゾーンに再循環させて、さらに高沸点のエステルを生成した後;(g)流出流の他の部分を脂肪族アルコールを含有する生成物流として回収することを特徴とする脂肪酸からの脂肪族アルコールの製造方法。
Description
【発明の詳細な説明】
脂肪族アルコールの製造方法
本発明は、脂肪族アルコールの製造方法に関する。
脂肪族アルコールは脂肪酸のエステルを水素化することにより、毎年大量に製
造される。天然に産出する長鎖脂肪酸のエステルを水素化することによって製造
されるこれらのアルコールは、その主な商業用途が合成洗剤の製造であることか
ら、しばしば天然洗剤アルコールといわれる。このような脂肪族アルコールは、
典型的には、約8〜22個の炭素原子を有する。
天然洗剤アルコールの典型的な公知の製造方法においては、天然油脂を加水分
解して、該油脂のトリグリセリドからその脂肪酸成分およびグリセリンを遊離す
る。次に、遊離酸または遊離酸の混合物を低級アルカノール、通常メタノールで
エステル化し、典型的には亜クロム酸銅水素化触媒の存在下で水素化して、供給
原料として用いた脂肪酸に相当する鎖長を有する脂肪酸または脂肪酸の混合物を
生じる。メタノールは水素化反応の副生成物であり、通常、さらに水素化用メチ
ルエステルを生成するために再循環される。例えば、ヤシ油を加水分解すること
によってラウリン酸を含有する脂肪酸の混合物を生じ、それをラウリン酸メチル
および他の脂肪酸メチルエステルに転化し、水素化して、ラウリルアルコールを
含有するアルコールの混合物を生じる。最終原料として使用できる他の天然油脂
としては、パーム核油、ひまわり油、牛脂および豚脂が挙げられる。
脂肪族アルコールのメチルエステルを水素化することによる脂肪族アルコール
の製造に関するさらに他の教示はWO−A−90/08121において得ること
ができる。
さらに先行技術に対する背景情報を提供する有用な文献は以下の通りである。
(a)「天然油脂ベースの脂肪族アルコールの製造(Manufacture of fatty alco
hols based on natural fats and oils)」、ウド・アール・クロイツアー(Udo
R.Kreutzer)、JAOCS、第61巻、第2号(1984年2月)、343〜
348頁
(b)「脂肪族アルコール(Fatty alcohols)」、ジェイ・エイ・モニック(J.
A.Monick)、ジャーナル・オブ・アメリカン・オイル・ケミスツ・ソサイエテ
イ(J.Am.Oil Chemists’Soc.)、1979年11月(第56巻)、853A
〜860A頁
(c)「脂肪酸工業におけるメチルエステル(Methyl esters in the fatty acid
industry)」、アール・ディー・ファリス(R.D.Farris)、ジャーナル・オ
ブ・アメリカン・オイル・ケミスツ・ソサイエテイ、1979年11月(第56
巻)、770A〜773A頁
(d)「脂肪酸製造工業における触媒プロセスI(Katalytische Prozesse auf d
e
ケーネン(J.W.E.Coenen)、フェッテ(Fette)、ザイフェン(Seifen)、ア
ンシュトリッヒミッテル(Anstrichmittel)、1975年9月、77、341〜
347頁
通常、メチルエステルおよび生成アルコールの沸点は互いに数℃程度の差であ
るため、脂肪酸のメチルエステルを水素化供給原料として用いるときは、水素化
生成物から生成アルコールを回収する際に問題が生じる。そのため、ごく少量の
未転化のメチルエステルを生成アルコールから分離することは難しい。この問題
に対するさらなる議論およびこの問題に対する現実的な解決法がWO−A−90
/08123において得られる。しかしながら、WO−A−90/08123の
方法はこの問題に対する解決法を提供しているものの、プラント建設コストやプ
ラントの操作コストといったいずれも製造コストを増大させる付加的な処理工程
を含んでいる。
遊離脂肪酸から出発する脂肪族アルコールの他の製造方法は、エステル化用ア
ルコール成分の非存在下で脂肪酸または脂肪酸混合物を直接水素化することを特
徴とする。この方法は亜クロム酸銅触媒のスラリーを使用する。この方法では、
酸性の供給原料を用いるため、ほとんどの装置が耐食性材料製でなければならな
い。さらに、上記の水素化反応では、相当するメチルエステルを水素化するのに
必要であるよりも高い温度および圧力を必要とする。このような高圧が必要であ
るため、プラントの建設コストおよび操作コストがかなり増大する。さらに、ス
ラリー法を用いることにより、水素化生成物流から触媒を分離し、該触媒を再循
環させるための複雑な処理が必要となる。実際には、触媒失活の速度がかなり速
いため、触媒調製コストは非常に大きい。また、触媒廃棄の問題があり、触媒が
クロムを含有するため、環境的に許容される方法で廃棄しなければならない。他
の欠点は、触媒活性が最高からほど遠いことである。これは、数回しか再循環さ
れていないものの平均活性を示す触媒粒子と同様に、何回も再循環されたため比
較的不活性である触媒粒子を含む再循環触媒を新しい触媒と混合するためである
。
例えば約300℃といった高い操作温度は、相当するメチルエステルの水素化
に必要な温度よりも50−100℃高く、その結果、これらのさらに厳しい水素
化条件によって生成脂肪族アルコール自体が水素化され、相当量の副生成炭化水
素が生じる。このため、一般にこのルートにより得られる収率は、脂肪酸のメチ
ルエステルを水素化供給材料として用いる場合よりも低い。
この最後に記載した方法の変形として、脂肪酸を水素化用供給材料として用い
、生成脂肪族アルコールを入口と水素化反応器とで再循環させることが提案され
ている。この方法によれば、エステル化は水素化反応器中で生じ、それにより、
脂肪酸は生成脂肪族アルコールと反応してワックスエステルを形成する。この方
法は水素化触媒として微細分散された亜クロム酸銅を用いるスラリー法としても
操作される。さらなる記載が「脂肪族アルコールに対する天然油脂ルート(Natu
ral fats and oils route to fatty alcohols)」、ヘニング・ブコルド(Henni
ng Buchold)、ケミカル・エンジニアリング(Chemical Engineering)、198
3年2月21日、42および43頁において得ることができる。水素化条件は、
約4500psia(約310バール)および温度590°F(310℃)の方
法の使用を含む。この方法の欠点は脂肪酸水素化法の欠点と類似しており、高圧
での操作により、資本コストおよび操作コストがかかることが挙げられる。スラ
リー法の使用および使用済み触媒の廃棄に関する複雑な事柄もある。さらに、用
いられる高い操作温度での副生成物である炭化水素が形成することによるポテン
シャル生成アルコール(potential product alcohol)の損失という欠点がある
。
従って、水素化供給材料としての脂肪酸のメチルエステルを使用することに関
する困難を取り除く、脂肪族アルコール、特に天然洗剤アルコールの製造方法を
提供することが望まれる。また、より単純なプラントで、かつ脂肪酸のメチルエ
ステルの使用を含む公知の方法に比べて操作コストを少なくする方法を提供する
ことは有利である。さらに、生成アルコールを再循環してワックスエステルを生
成させるものの、高い操作圧力および触媒スラリー系の使用を排除した脂肪酸か
ら脂肪族アルコールを製造する方法を提供することが望まれる。
従って、本発明は、生成アルコールの回収が単純化されたルートにより脂肪酸
から脂肪族アルコールを製造する方法を提供することを目的とする。また、脂肪
酸のメチルエステルを水素化供給材料として用いることを回避した脂肪酸から脂
肪族アルコールを製造する方法を提供することを他の目的とする。高価な気体再
循環コンプレッサーを使用しないことにより、天然洗剤アルコールの通常の製造
方法に比べてかなりの資本および操作コストの節約が達成できる方法を提供する
ことをさらに他の目的とする。ワックスエステルを中間体として使用できるもの
の、非常に高い水素化圧力を使用せず、かつ再循環触媒スラリー系を使用する欠
点を回避することのできる脂肪酸から脂肪族アルコールを製造する方法を提供す
ることをさらに他の目的とする。
本発明によれば、
(a)エステル化条件に保持されたエステル化ゾーンを設け;
(b)該エステル化ゾーンに対して、(i)少なくとも1つの脂肪酸を含有する脂
肪酸供給材料、および(ii)少なくとも1つの脂肪族アルコールを含有する脂肪
族アルコール供給材料を供給し;
(c)エステル化ゾーン中で脂肪酸と脂肪族アルコールを反応させて、脂肪酸と
脂肪族アルコールとからなる少なくとも1つの高沸点エステルを生成させるとと
もに、実質的に脂肪酸を含有しないエステル化生成混合物を生成させ;
(d)エステル水素化触媒の固定床を有し、かつエステルの水素化条件に保持さ
れた少なくとも1つの水素化ゾーンを設け;
(e)該エステル化生成混合物の少なくとも1つの高沸点エステルを、少なくと
も1つの水素化ゾーン中で液相水素化することにより、脂肪族アルコールを含有
する流出流を形成し;
(f)水素化ゾーンからの流出流における脂肪族アルコールの一部分をエステル
化
ゾーンに再循環させて、さらに高沸点のエステルを生成した後;
(g)流出流の他の部分を脂肪族アルコールを含む生成物流として回収すること
を特徴とする脂肪酸からの脂肪族アルコールの製造方法が提供される。
好ましくは、脂肪酸および脂肪族アルコールは、それぞれ6〜20個の炭素原
子を有する。
脂肪酸または各脂肪酸は、飽和脂肪酸または1つ以上のエチレン性不飽和脂肪
酸基を有する不飽和脂肪酸である。本発明の方法に用いることができる脂肪酸と
しては、例えば、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリ
ン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン
酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、エライ
ジン酸、オレイン酸、リノール酸、ノナデカン酸、アラキン酸など、およびこれ
らのうちの2つ以上の混合物等が挙げられる。
本発明の方法によって製造されるおよび本発明中で使用される脂肪族アルコー
ルとしては、例えば、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール
、n−ノナノール、n−デカノール、n−ウンデカノール、ラウリルアルコール
、n−トリデカノール、ミリスチルアルコール、n−ペンタデカノール、n−ヘ
キサデカノール、n−ヘプタデカノール、n−オクタデカノール、n−ノナデカ
ノール、n−エイコサノールなど、およびこれらのうちの2つ以上の混合物が挙
げられる。
本発明の方法の工程(b)において、脂肪酸と脂肪族アルコールとを化学量論
的にほぼ等量で供給する、もしくは脂肪族アルコールを過剰に供給することが好
ましい。従って、特に好ましい方法においては、エステル化ゾーンに供給される
反応体の脂肪酸と脂肪族アルコールのモル比は約1:1〜1:3、さらに好まし
くは約1:1〜1:2、例えば約1:1〜1:1.5である。よって、このモル
比は、例えば約1:1〜1:1.2でもよい。
本発明の方法においては、エステル化ゾーン中で脂肪族アルコールと脂肪酸を
反応させて高沸点エステルを形成させる。脂肪酸の混合物を出発材料として用い
る場合、脂肪族アルコールの混合物が形成されるため、高沸点エステルの混合物
も形成される。高沸点エステルは、それから得られる脂肪族アルコールまたは脂
肪酸よりもかなり高い沸点を有する。典型的には、高沸点エステルは、大気圧下
で少なくとも240℃の沸点を有する。すなわち、n−ヘキシルカプロエートは
大気圧下で少なくとも246℃の沸点を有し、n−ヘキシルアルコールは同じ圧
力で158℃の沸点を有し、カプロン酸は同じ圧力で205℃の沸点を有する。
沸点のこの差は必要なグレードの脂肪族アルコールの回収を非常に促進する。高
沸点エステルとしては、例えば、n−ヘキシルカプロエート、n−ヘプチルエナ
ンテート、n−オクチルカプリレート、n−ノニルペラルゴネート、n−デシル
カプレート、n−ウンデシルウンデカノエート、ラウリルラウレート、n−トリ
デシルトリデカノエート、ミリスチルミリステート、n−ペンタデシルペンタデ
カノエート、n−ヘキサデシルパルミテート、n−ヘキサデシルパルミトレート
、n−ヘプタデシルヘプタデカノエート、n−オクタデシルステアレート、n−
オクタデシルエライデート、n−オクタデシルオレエート、n−オクタデシルリ
ノレート、n−ノナデシルノナデカノエート、n−エイコシルアラキデートなど
、およびこれらのうちの2つ以上の混合物が挙げられる。
エステル化工程は、自触媒的に、またはエステル化触媒の存在下で行う。また
、自触媒反応と触媒によるエステル化との組合せを用いてもよい。
エステル化ゾーンは自触媒エステル化ゾーンであってもよい。またエステル化
ゾーンは、スルホン酸基および/またはカルボン酸基を有するイオン交換樹脂か
ら選択された少なくとも1チャージの固体エステル化触媒を含有してもよい。好
適なエステル化触媒としては、例えば、アンバーリスト16(Amberlyst 16)イ
オン交換樹脂が挙げられる(「アンバーリスト」は登録商標である)。しかしな
がら、他の当業者にとって公知である、市販された数多くの他のイオン交換樹脂
を用いてもよい。
好ましい方法において、エステル化ゾーンは、約75〜275℃、より好まし
くは約100〜250℃の温度、約0.001〜6バールの圧力にて操作される
。エステル化は可逆反応であり、エステル化の結果、脂肪族アルコールの分子と
反応する脂肪酸の各分子に対して水分子および高沸点エステル分子が生成する。
エステル化条件は、好ましくは、エステル化で生じる水分を蒸発させてエステル
化反応をできる限りを完了させるために、適切なエステル化ゾーン中での操作時
の圧力における水の沸点よりもエステル化の温度が高くなるように選択される。
エステル化の工程においてイオン交換樹脂触媒を用いると、適切なエステル化ゾ
ーンで用いる温度は樹脂の熱安定性によって限定される。
また、触媒エステル化ゾーンと自触媒エステル化ゾーンの組合せを用いること
もできる。例えば、脂肪酸供給材料と脂肪族アルコール供給材料を混合し、得ら
れる混合物を、まず、(i)1チャージの固体エステル触媒を収容し、約100
〜140℃の範囲、例えば110℃に保持された触媒エステル化ゾーンを通過さ
せて、少なくとも70%、例えば約90%以上の脂肪酸をその脂肪酸に相当する
高沸点エステルに転化し、次いで、(ii)さらに高温下で、例えば約180〜2
50℃の範囲(例えば、240℃)で操作された自触媒反応ゾーンを通過させて
、さらにエステル化させるのが好ましい。自触媒反応ゾーンでは、エステル化で
生じる水分を蒸発させて、エステル化反応をできる限り100%完了させるため
、反応温度は、望ましくは、エステル化で広く用いられている圧力下における水
の沸点よりも著しく高い温度に保持される。
また、自触媒エステル化ゾーンの後に触媒エステル化ゾーンを用いることもで
きる。
水素化ゾーンは約100〜250℃の温度、約1〜60バールの圧力で操作さ
れる。1つの水素化ゾーンは、所望により、流出流の一部を再循環させて、エス
テル化ゾーンから入ってくる物質用の希釈剤として作用させるために用いてもよ
い。また、2つ以上の水素化ゾーンを連続して用いてもよく、この場合、水素化
ゾーンはWO−A−87/07598、WO−A−88/05767またはWO
−A−89/05286の教示に従って操作できる。これらの3つの文書に記載
された方法では、各水素化ゾーン供給される液体は水素含有気体とともにその上
端に供給される。
WO−A−88/05767の教示に従う好ましい装置では、2つのゾーンの
みが用いられるとすると、補給水素ガスが最後の水素化ゾーンに供給され、それ
からの流出気体が前の水素化ゾーン、すなわち第1の水素化ゾーンに供給される
。
少なくとも1つの水素化ゾーンに供給された水素含有気体は、好ましくは、大
部分の量の水素、および少量の1つ以上の不活性ガス、例えば、窒素、メタン、
他の低分子量炭化水素(例えば、エタン、プロパン、n−ブタン、イソブタン、
酸化炭素類(carbon oxides)、ネオン、アルゴン等)等を含有する。従って、
好ましい水素含有気体は、少なくとも約50〜95モル%またはそれ以上(例え
ば、約99モル%)のH2、その他N2、CO、CO2、Ar、Ne、CH4の1つ
以上および他の低分子量飽和炭化水素を含有する気体である。このような水素含
有気体は、合成気体および他の通常の水素含有気体源から通常の方法で得ること
ができ、所望により、その後、適当な前処理を行って触媒活性に対して触媒抑制
、触媒被毒、失活等の悪影響を及ぼす亜硫酸不純物(例えは、H2S、COS、
CH3SH、CH3SH3およびCH3SSCH3)およびハロゲン含有不純物(例
えば、HClおよびCH3Cl)を除去したり、大量の酸化炭素類を除去しても
よい。よって、好適な水素含有気体の調製は通常の製造技術を用いて行い、本発
明の一部を構成しない。従って、水素化ゾーンに供給された水素含有気体は、例
えば、天然ガスの蒸気リフォーミングによって生成された94モル%水素流を水
性ガスシフト反応:
CO + H2O = CO2 + H2
に付した後、CO2を除去して約1〜2モル%の酸化炭素類を含有する気体とし
、最後にメタン化反応を行って、数ppmの酸化炭素類のみを含有する気体を得
る。電気分解プラントからの実質的に純粋な水素を用いてもよく、CO、CO2
および軽質炭化水素ガスと混合された水素の圧力スイング吸収処理(pressure s
wing adsorption treatment)によって得られた精製水素流でもよく、どちらも
良い結果が得られる。圧力スイング吸収による水素流の製造に関する議論は、吸
収に関するシンポジウム(第3部)で作成された「圧力スイング吸収による水素
精製(Hydrogen Purification by Pressure Swing Adsorption)」なる題目の論
文、エイチ・エイ・スチュワート(H.A.Stewart)およびジェイ・エル・ヘッ
ク(J.L.Heck)、第64回米国化学工業学会総会、米国ルイジアナ州ニューオ
リンズ、1969年3月16〜20日においてなされている。
本発明の方法の操作においては、定常状態の条件下、気体の組成(液相に溶解
されるか気体状態で存在する)は水素化ゾーンの各部分で異なる。よって、例え
ば、水素の分圧は各水素化ゾーンの各気体流入口端で最も高く、流出気体用流出
口端で最も低く、一方、存在するいずれの不活性材料の分圧の総和は各気体流入
口端から各水素化ゾーンにかけて最も低く、流出気体用流出口端で最も高い。従
って、約50モル%以上、典型的には少なくとも約75モル%以上の不活性ガス
および約50モル%以下の水素、典型的には約25モル%以下の水素を含有する
パージガスを1つの水素化ゾーンまたはいくつかの水素化ゾーンのうちの1つか
ら排出することができる。このパージガスは、1つのエステル化ゾーンまたはい
くつかのエステル化ゾーンのうちの1つを通過して液体エステル化混合物からエ
ステル化で生じる水分を取り除くことができる。好適な操作条件下、流出気体流
または気体流が比較的低濃度(例えば、45モル%以下)の水素を含み、かつ大
量の不活性ガス(例えば、N2、Ar、CH4等)を含むように本発明の方法を操
作することができる。この場合、プラントからの流出気体流は比較的少ないため
、水素損失は最小である。一般に、水素化ゾーンからのパージガス流の組成およ
び抜き取り速度は、主に水素含有気体中の不活性ガスの量に依存する。極限では
、非常に純粋な水素を用いて操作する場合、反応器流出液への不活性ガスの溶解
度はプラントから不活性ガスを除去するのに十分であり、水素化ゾーンから流出
気体流を除去する必要がなくなり、水素化生成物の後処理中に不活性ガスが除去
される。この場合、ストリッピングガスがエステル化ゾーンに数回に分けて供給
される。
WO−A−87/07598またはWO−A−88/05767の教示に従っ
て操作する場合、存在するいずれの不活性ガスも任意の気体状流出流中で自動的
に濃縮されるため、かかる状況での経済的理由から、水素を効率的に用いるため
に水素化ゾーンからの気体状流出物を再循環する必要がない。気体の再循環は、
操作の効率をあげるために通常の蒸気相水素化プロセスで必要である。これは、
比較的揮発性のメチルエステルを用いる場合であっても、水素化ゾーン中の蒸気
相条件を維持するためにエステルに対する水素のモル比を大きくしなければなら
ないからである。本発明の方法で用いる高沸点エステルは揮発性が低いため、高
沸点エステルを蒸気相として保つのに必要な水素の量が非実用的に大きく、それ
ゆえ液相水素化工程を用いるのが好ましい。また、水素消費の経済性を満足させ
るためにかなりの濃度の不活性ガスを含有する気体流を再循環させる必要がない
ため、最大水素分圧は維持されるがプラントの全操作圧力は減少する。そのため
、低圧力で操作するだけでなく気体再循環コンプレサーを必要とせず、建設コス
トを減少させることができる。高価な装置である気体再循環コンプレッサーがな
いことは、据付設備、そのためのコンプレッサー室等の設置に関係する土木工事
作業が不要になることを意味する。さらに、駆動モーター、電力変圧器、計測等
の気体再循環コンプレッサーを据え付ける際に通常必要な付属品を必要としない
。また、気体の再循環用の設備が必要ないため、プラント用配管作業が省かれる
。概括して言うことは難しいが、予備的な計算によれば、年間処理量50,00
0トンの脂肪族アルコール製造プラントに対してWO−A−87/07598、
WO−A−88/05767またはWO−A−89/05286の教示を採用す
ることにより、プラントの水素化部分に対して達成できる全体の資本節約量は、
通常に設計された蒸気相水素化プラントのコストの約20%であるとされる。
通常、減圧下において、少なくとも1つの水素化ゾーンからの流出液流を蒸発
ゾーン中で蒸発させ、それから脂肪族アルコールを気化して、かん出液流(a li
quid bottoms stream)を生成することが好ましい。この場合、蒸発ゾーンは約
100〜250℃の温度、約0.001〜0.8バールの圧力で操作される。蒸
発ゾーン中の滞留時間は約0.5〜60秒である。かん出液流の物質は工程(f
)でエステル化ゾーンに再循環される。エステル化ゾーンに再循環する前に、か
ん出液流の一部分を処理して重質副生成物を除去することができる。
好ましい方法では、少なくとも1つの水素化ゾーンは還元亜クロム酸銅触媒の
固定床を有し、液相水素化条件下で操作される。このような還元亜クロム酸銅触
媒は、好ましくは、EP−A−0301853の教示に従って調製される。
該方法は、好ましくは、工程(c)で脂肪酸の高沸点エステルへの転化が実質
的に終了してエステル化生成物が実質的に脂肪酸を含まないように操作を行う。
従って、エステル化ゾーン中での脂肪酸の高沸点エステルへの転化率は、好まし
くは少なくとも約95%、より好ましくは約98%以上、さらに好ましくは約9
9%〜99.9%以上である。しかし、工程(e)では、高沸点エステルが水素
化ゾ
ーンを通過して完全に水素化される必要はない。高沸点エステルから脂肪族アル
コールへの転化は、通常、1パス当たり35%以上の転化率で操作することが好
ましいが、少なくとも1パス当たり15%の転化率で十分である。しかし、平衡
を考慮することによって可能となる、例えば1パス当たり50〜75パーセント
以上の高い転化率にて操作することが除外されないばかりか、1パス当たり90
%〜95%以上、例えば1パス当たり99.9%が達成される条件下での操作も
除外されるものではない。水素化ゾーンからの流出流中のいずれの未転化高沸点
エステルも、該方法の工程(f)でエステルゾーンに再循環できる。
該方法の工程(g)では、流出流の一部分が、脂肪酸を含有する生成物流とし
て回収される。流出流中のいずれの残留脂肪族アルコールも、該方法の工程(f
)のエステル化ゾーンに再循環できる。この再循環の特徴のため、水素化ゾーン
からの流出流から脂肪族アルコールの最大回収をめざすことは重要ではない。例
えば、好ましくは、水素化ゾーンからの流出流に存在する約30〜40%の生成
アルコールだけを回収して、その残りをエステル化ゾーンに再循環させることが
可能である。工程(f)の水素化ゾーンからの流出流中の少なくとも50%の脂
肪族アルコールを再循環することは実に有利であり、それにより、本発明の方法
の工程(b)の脂肪族アルコール供給材料(ii)を提供できる。特に好ましい方
法において、脂肪族アルコール再循環の速度は、少なくとも、工程(b)におけ
る脂肪酸(i)の理論的供給速度と同じ、さらに好ましくはそれ以上である。こ
のようにして、水素化ゾーンに対する供給材料混合物は高沸点エステルと過剰の
脂肪族アルコールとの混合物を含有でき、該過剰の脂肪族アルコールは工程(a
)の水素化反応において不活性希釈剤として機能する。この工程において不活性
希釈剤を使用することは、それが吸熱源として機能し、水素化工程中に放出され
た反応熱を吸収することができるので有利である。
本発明を明瞭に理解して容易に実施するため、添付図面を参照して本発明の好
ましい方法を説明するが、これらに限定するものではない。
図1は脂肪酸供給材料から洗剤アルコールを製造するためのプラントのフロー
チャートである。
図2はラウリルラウレートおよび他のエステルの液相水素化を研究するための
実験室規模の装置である。
図解し、わかりやくするために熱交換器、冷却器、圧力調製器、圧力解放弁、
流量調整弁、貯蔵タンク、真空ポンプ、ポンプ等、プラントの操作に必要な装置
の付属部品を省いたことは当業者に理解されよう。装置のこのような付属部品の
提供は本発明の一部を構成するものではなく、通常の化学工業における慣行に従
うものである。
図を参照すると、温ラウリル酸供給材料はプラントのライン1に供給され、ラ
イン2に供給された再循環ラウリルアルコール、高沸点エステル(すなわちラウ
リルラウレート)およびジラウリルエーテルの温混合物と混合される。得られた
混合物は、数多くのトレー5を収容するエステル化反応器4の上部に向かって1
10℃の温度でライン3中を流動する。各トレー5は空であってもよく、その上
にイオン交換樹脂等の所定の品質の固体エステル化触媒をトラップしていてもよ
い。好適なイオン交換樹脂の例は、アンバーリスト16(アンバーリストなる用
語は登録商標である)等のスルホン酸基および/またはカルボン酸基を有するも
のである。一連のダウンカマー(downcomer)(図示せず)を設け、反応器4の
1つのトレー5から次の下のトレーへ液体を下に進ませるとともに、1つ以上の
アップカマー(upcomer)を各トレー5に設け、反応器4のトレーからトレーに
気体を上に進ませて、各トレー5上で液体を撹拌させる、あるいは触媒の混合物
と液体とを撹拌させる。容易に修飾されて反応器4を形成できる反応器のより完
全な記載がWO−A−90/08127で得られる。気体流はライン6から反応
器4を通過して上方に向かう。反応器4の圧力は大気圧よりも僅かに高い。各ト
レー5から次の下のトレーに反応器4を下に進む際、ラウリルアルコールはラウ
リルアルコールとエステル化されてラウリルラウレートを生じ、この反応は、ト
レー5がイオン交換樹脂を含まない場合は自触媒的に起こり、トレー5がエステ
ル化触媒を含む場合は触媒的に起こる。ライン6からの逆流気体は、各トレー上
の液体を混合して、エステル化で生じる水分を蒸気として飛散させる機能を有す
る。気体および水蒸気混合物は反応器4を出てライン7に入る。
高沸点エステル、ラウリルアルコールおよびジラウリルエーテルを含有してな
る液相をライン8を通して反応器4から抜き取り、ポンプ9を用いてライン10
にポンプ輸送し、そこで、ライン11中の水素供給気体と混合させる。得られた
ライン12中の混合物は、所望によりライン14中の再循環液体と混合された後
、ライン13を通過し、1チャージの亜クロム酸銅触媒を含有する水素化反応器
15に送られる。該水素化反応器15は液相水素化条件下で操作される。水素化
反応器15は圧力36.3バール(521psig)、温度196℃で操作され
る。
主にラウリルアルコールを含有するが、いくらかの高沸点エステル、ジラウリ
ルエーテル、未反応水素および不活性ガスも含有する液体/気体混合物を、ライ
ン16を通して反応器15の下部から回収し、気体−液体分離器17を通過させ
る。気体相はライン18および減圧弁19を介してライン6に送られる。
気体−液体分離器17からの液体相はライン20に送られ、ライン22、23
および減圧弁24を介して、真空下で操作される蒸発器25にポンプ21を用い
てポンプ輸送される。この液相の一部を、冷却器26を通してライン14に再循
環させることができる。典型的には、180℃付近の高温で液体熱交換媒体を冷
却器26に供給する。原料供給の妨害になる場合、冷却器26を用いて反応器1
5中を循環する液体を必要な温度に維持できる。
液体および蒸気の加熱混合物は、ライン27中の蒸発器25から気体−液体分
離器28に流動する。蒸気相をライン29を通して凝縮器30に送った後、ライ
ン31を通して収集容器32に送る。ライン33を通して生成脂肪族アルコール
を貯蔵する。ライン34は真空ポンプ(図示せず)に連結される。
気体−液体分離器28の下部から回収された液体は主にラウリルアルコールか
らなる混合物であるが、高沸点エステルおよびジラウリルエーテルも混合される
。これをライン35を通してポンプ36に送り、再循環して、ライン37、38
、弁39、ライン40を通してライン2中に流れを形成する。
42で示す重質副生成物制御モジュール中で処理するため、ライン37からラ
イン41に側流を取り入れる。減圧弁43を通過した後、側流を蒸発器44中で
加熱する。ライン45を通して、蒸気と液体の混合物をさらに気体−液体分離器
46に送る。主に高沸点エステルとジラウリルエーテルを含有するかん出液流を
ライン47を通してプラントから除去し、ポンプ48によってライン49中をポ
ンプ輸送して貯蔵または廃棄する。ライン50中の蒸気は主にジラウリルアルコ
ールである。それを凝縮器51中で凝縮し、容器52中で収集し、ライン53、
ポンプ54およびライン55によってライン2に再循環させる。符号56は真空
ポンプ(図示せず)への連結を示す。
気体−液体分離器17中の液面センサーに連結された液面制御器57を用いて
弁24を制御する。気体−液体分離器28中の液面センサーに連結されたもう1
つの液面制御器58をライン34中の絞り弁59に連結し、それにより分離器2
8中の圧力を変化させることができる。このようにして、脂肪族アルコールの蒸
発速度およびそのライン33中の排出速度を制御できる。分離器28中の圧力を
上昇させることが望まれる場合、N2をブリードするのにライン60を使用でき
る。
流速(kgモル/時間)、圧力および温度を以下の表1に示す。
つぎに、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
実施例1
テクニカルグレード(technical grade)のラウリン酸1kgおよびラウリル
アルコール2kgを蒸留装置内でともに加熱した。反応を進めながらエステル化
で生じる水分を反応フラスコから留去した。0.5%以下のラウリン酸が残留す
る場合、大気圧で蒸留することによって過剰のラウリルアルコールを除去し、ラ
ウリルラウレート(88%)、ラウリルアルコール(7.5%)、および主にラ
ウリルアルコールの脱水によって得られるC12オレフィン(1%)と他の高沸点
物質である副生成物の混合物からなる生成物を得た。
減圧下で反応生成混合物を蒸留してこの実施例の方法を繰り返すと、生成物を
回収する間低い蒸留温度を用いることによってオレフィン系副生成物の量が減少
する。
実施例2
以下の酸およびアルコールを用いて実施例1の方法を繰り返し、同様のエステ
ルを得た。
酸 アルコール エステル
カプリル酸 n−オクタノール n−オクチルカプリレート
カプリン酸 n−デカノール n−デシルカプレート
ミリスチン酸 ミリスチルアルコール ミリスチルミリステート
パルミチン酸 n−ヘキサデカノール n−ヘキサデシルパルミテート
パルミトレイン酸 n−ヘキサデカノール n−ヘキサデシルパルミトレート
ステアリン酸 n−オクタデカノール n−オクタデシルステアレート
アラキン酸 n−エイコサノール n−エイコシルアラキデート
実施例3
実施例1からの生成物を添付図面の図2に示す装置内で水素化した。実施例1
で得た粗ラウリルラウレートを、ライン103からの窒素のガスシール下で、ラ
イン101を通して加熱供給材料タンク102に供給した。その中の物質を溶融
状態に保持していずれの液体ラインも閉塞しないように、ライン101および他
のすべての液体供給材料ラインを断熱材および温度制御された電気加熱テープで
覆った。符号104はタンク102からの通気管路を示す。ピストン操作ポンプ
109を用いて、ライン105および弁106、次にフィルター107、108
のいずれか1つを通してタンク102からエステルをポンプ輸送した。弁106
を閉じ、供給材料チェックビュレット111からライン110を介して粗ラウリ
ルラウレートを供給することにより、ポンプ109中の流速をチェックすること
ができた。
さらにエステル供給材料をポンプ109から弁112を通してライン113に
送り、ライン114からの水素と混合した。水素の流速は、圧力表示制御レコー
ダー116の作用下で制御し、流速表示レコーダー117で測定した。ライン1
18を介して混合液体−気体供給材料をジャケット付き水素化反応器119の上
部に供給した。水素化反応器119は、EP−A−0301853に従って予め
注意深く還元され、ガラスビーズ121の層を載せた1チャージの亜クロム酸銅
水素化触媒(240cm3)120を収容している。反応器119の内径は2.
5cmであり、その長さは1mであった。反応器のジャケット122には、熱油
を通過させることができ、符号123、124はそれぞれ油流入口および流出口
を示す。床120中に配置された熱電対125を温度表示レコーダー126に接
続した。
反応器119の下端部は、反応器119の下部に液体128のプールからのオ
ーバーフローとして機能する排出管127を有する。ギアポンプ131によって
、ライン129および弁130を通じてプール128から液体を抜き取ることが
できた。符号132および133はポンプ吸込フィルタを示す。ライン135に
よってポンプ131から弁134を通じて反応器119の入口端部に液体を再循
環できた。
ライン127中で回収された液体は生成アルコールおよび相当量の任意の未転
化ラウリルラウレートの「生産(make)」を表す。この液体は流出気体と混合し
て第2の反応器136に送った。この第2の反応器もガラスビーズ138の層を
載せた(また、EP−A−0301853によって予め注意深く還元された)1
チャージの亜クロム酸銅触媒(240cm3)137を収容している。反応器1
36の内径も2.5cmであり、その長さは1mである。反応器のジャケット1
39には、熱油を通過させることができ、符号140、141はそれぞれ油流入
口および流出口を示す。触媒床137中に配置された熱電対142を温度表示レ
コーダー143に接続した。
第2の反応器136の下端部は、液体生成物および気体を分離容器145に送
る排出管144を有する。ライン146を通して容器145からパージガス流を
抜き取り、減圧弁147を通してパージガスライン148に送った。レベルセン
サー151の制御下で弁150を通過させた後、未変換ラウリルラウレートと混
合されたラウリルアルコールを含有する液体生成物流をライン149中で回収し
た。
サンプルポイント152を用いてライン127中の生成物をサンプリングし、
ライン149中の生成物と比較分析した。符号153は流量計を示す。
分析結果を以下の表2に示す。
以下の操作条件を用いた。
操作圧力:36.4バール
反応器119の温度:197℃
反応器136の温度:190℃
液体再循環速度(ライン135):2400cm3/時間
液体供給速度(ライン101):60cm3/時間
水素パージ速度:1バール、0℃で5リットル/時間
ライン127における反応の中間生成物の分析結果は、第1の反応器119中
でラウリルラウレートの相当な量の転化が行われたことを示す。水素化のさらな
る段階は第2の反応器を必要とし、それにより、触媒量がほとんど2倍となるが
、ラウリルラウレートからラウリルアルコールへの転化は適度に増大するのみで
ある。
表2に示す結果は、ガスクロマトグラフィーによって得た。ガスクロマトグラ
フィー条件は、初期温度130℃で4分間保持し、8℃/分で275℃まで昇温
した後、275℃で10分間保持することである。カラムはOV101シリコー
ンで被覆した25m×0.32mmの細管であった。キャリアガスはヘリウムで
あり、流入口圧力は1.7バールであった。ラウリルアルコールの保持時間は9
分であり、ラウリルラウレートは24分であった。
比較例A
この実施例は水素化工程中においてアルコールと高沸点エステルとが平衡して
存在することを証明するために示した。この比較例では、水素化工程が下記式に
示すように可逆的であることを証明するために、水素化触媒上において、比較的
低い水素化圧力でラウリルアルコールを水素と接触させた。
2C12H25OH = C11H23COOC12H25 + 2H2
ラウリルアルコールをライン101中の装置に供給し、実質的に低い操作圧力を
用いる以外は実施例3と同じ方法を用いた。
操作圧力:3.25バール
反応器119の温度:195℃
反応器136の温度:189℃
ラウリルアルコール供給材料
(97%テクニカルグレード):60cm3/時間
液体再循環(ライン135):2400cm3/時間
水素パージ速度:6リットル/時間(1バール、0℃で測定)
得られた結果を表3に示す。
ライン149中の生成物をライン105中の供給材料として用いた実験により
、ラウリルアルコールとラウリルラウレートの平衡重量比が温度191℃、操作
圧力36.4バールにおいて約11.4:1であることが確証された。水素パー
ジ速度は2リットル/時間(1バール、0℃で測定)であった。
実施例4
水素パージ速度が2リットル/時間(1バール、0℃)であり、反応器119
、136の温度がそれぞれ195℃、189℃であること以外は実施例3の方法
を繰り返した。ラウリルラウレート69.5%およびラウリルアルコール25.
1%を含有する供給材料を用いて、反応器119の周囲の液体再循環の効果を研
究した。その結果を表4に示す。ゼロ再循環実験では、ポンプ131を停止し、
弁130、134を閉じた。
液体再循環の効果は完全系に対する全転化の改良であり、各反応器に対する全
選択性の改良である。
実施例5
ラウリルラウレート54.4重量%、ラウリルアルコール41.3重量%、お
よび炭素数が12の炭化水素とジラウリルエーテルを含む不純物を含有する供給
材料溶液を調製した。供給材料溶液の供給速度を40cm3/時間、反応器11
9に対する流入口温度を195℃とし、0℃、1バールで測定した水素流出流速
が6リットル/時間であること以外は実施例3の方法によって水素化を行った。
ライン127での生成物分布はラウリルアルコール74.11重量%およびラウ
リルラウレート20.1重量%であり、ライン149での生成物分布はラウリル
アルコール82.9重量%およびラウリルラウレート10.9重量%であった。
実施例6
供給材料溶液の供給速度を80cm3/時間とした以外は実施例5の方法を繰
り返すと、ライン127での生成物の分析はラウリルアルコール65.0重量%
およびラウリルラウレート29.3重量%であり、ライン149での材料の分析
はラウリルアルコール77.7重量%およびラウリルラウレート17.5重量%
であった。
実施例7
実施例2の各エステルについて、実施例3または実施例4の方法を繰り返して
、同様の良い結果を得た。
実施例8
アルコールの沸点が170℃を越えないように選択した圧力条件下、実施例3
〜7のうちのいずれか1つの生成物をうまく蒸留して、相当するアルコールを良
い収率で得た。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1994年11月2日
【補正内容】
差換え第6頁
好ましくは、脂肪酸および脂肪族アルコールは、それぞれ6〜26個、より好
ましくは6〜20個の炭素原子を有する。
脂肪酸または各脂肪酸は、飽和脂肪酸または1つ以上のエチレン性不飽和脂肪
酸基を有する不飽和脂肪酸である。本発明の方法に用いることができる脂肪酸と
しては、例えば、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリ
ン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、ぺンタデカン
酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、エライ
ジン酸、オレイン酸、リノール酸、ノナデカン酸、アラキン酸など、およびこれ
らのうちの2つ以上の混合物等が挙げられる。
本発明の方法によって製造されるおよび本発明中で使用される脂肪族アルコー
ルとしては、例えば、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール
n−ノナノール、n−デカノール、n−ウンデカノール、ラウリルアルコール、
n−トリデカノール、ミリスチルアルコール、n−ペンタデカノール、n−ヘキ
サデカノール、n−ヘプタデカノール、n−オクタデカノール、n−ノナデカノ
ール、n−エイコサノールなど、およびこれらのうちの2つ以上の混合物が挙げ
られる。
本発明の方法の工程(b)において、脂肪酸と脂肪族アルコールとを化学量論
的にほぼ等量で供給する、もしくは脂肪族アルコールを過剰に供給することが好
ましい。従って、特に好ましい方法においては、エステル化ゾーンに供給される
反応体の脂肪酸と脂肪族アルコールのモル比は約1:1〜1:3、さらに好まし
くは約1:1〜1:2、例えば約1:1〜1:1.5である。よって、このモル
比は、例えば約1:1〜1:1.2でもよい。
差換え第16頁
図を参照すると、温ラウリル酸供給材料をプラントのライン1に供給され、ラ
イン2に供給された再循環ラウリルアルコール、高沸点エステル(すなわちラウ
リルラウレート)およびジラウリルエーテルの温混合物と混合される。得られた
混合物は、数多くのトレー5を収容するエステル化反応器4の上部に向かって1
10℃の温度でライン3中を流動する。各トレー5は空であってもよく、その上
にイオン交換樹脂等の所定の品質の固体エステル化触媒をトラップしていてもよ
い。好適なイオン交換樹脂の例は、アンバーリスト16(アンバーリストなる用
語は登録商標である)等のスルホン酸基および/またはカルボン酸基を有するも
のである。一連のダウンカマー(downcomer)(図示せず)を設け、反応器4の
1つのトレー5から次の下のトレーへ液体を下に進ませるとともに、1つ以上の
アップカマー(upcomer)を各トレー5に設け、反応器4のトレーからトレーに
気体を上に進ませて、各トレー5上で液体を撹拌させる、あるいは触媒の混合物
と液体とを撹拌させる。容易に修飾されて反応器4を形成できる反応器のより完
全な記載がWO−A−90/08127で得られる。気体流はライン6から反応
器4を通過して上方に向かう。反応器4の圧力は大気圧よりも僅かに高い。各ト
レー5から次の下のトレーに反応器4を下に進む際、ラウリン酸はラウリルアル
コールとエステル化されてラウリルラウレートを生じ、この反応は、トレー5が
イオン交換樹脂を含まない場合は自触媒的に起こり、トレー5がエステル化触媒
を含む場合は触媒的に起こる。ライン6からの逆流気体は、各トレー上の液体を
混合して、エステル化で生じる水分を蒸気として飛散させる機能を有する。気体
および水蒸気混合物は反応器4を出てライン7に入る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
C07C 67/48
69/24
// C07B 61/00 300
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AT,AU,BB,BG,BR,BY,
CA,CH,CZ,DE,DK,ES,FI,GB,H
U,JP,KP,KR,KZ,LK,LU,MG,MN
,MW,NL,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,
SD,SE,SK,UA,US,UZ,VN
(72)発明者 デニス,アラン ジェイムス
イギリス,ティー・エス・5 7・エル・
ダブリュー,クリーブランド,ミッドレス
ブロー,アクラム,ファウンテンズ ドラ
イブ 27番地
(72)発明者 シャリフ,モハマッド
イギリス,ティー・エス・7 8・キュ
ー・ダブリュー,クリーブランド,ミッド
レスブロー,マートン,メイドストーン
ドライブ 19番地
【要約の続き】
脂肪族アルコールの製造方法。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.(a)エステル化条件に保持されたエステル化ゾーンを設け; (b)該エステル化ゾーンに対して、(i)少なくとも1つの脂肪酸を含有する脂 肪酸供給材料、および(ii)少なくとも1つの脂肪族アルコールを含有する脂肪 族アルコール供給材料を供給し: (c)エステル化ゾーン中で脂肪酸と脂肪族アルコールを反応させて、脂肪酸と 脂肪族アルコールとからなる少なくとも1つの高沸点エステルを生成させるとと もに、実質的に脂肪酸を含有しないエステル化生成混合物を生成させ; (d)エステル水素化触媒の固定床を有し、かつエステルの水素化条件に保持さ れた少なくとも1つの水素化ゾーンを設け; (e)該エステル化生成混合物の少なくとも1つの高沸点エステルを、少なくと も1つの水素化ゾーン中で液相水素化することにより、脂肪族アルコールを含有 する流出流を形成し; (f)水素化ゾーンからの流出流における脂肪族アルコールの一部分をエステル 化ゾーンに再循環させて、さらに高沸点のエステルを生成した後; (g)流出流の他の部分を脂肪族アルコールを含む生成物流として回収すること を特徴とする脂肪酸からの脂肪族アルコールの製造方法。 2.脂肪酸および脂肪族アルコールが、それぞれ6〜26個の炭素原子を有す る請求項1記載の方法。 3.エステル化ゾーンが自触媒エステル化ゾーンである請求項1または2記載 の方法。 4.エステル化ゾーンが、スルホン酸基および/またはカルボン酸基を有する イオン交換樹脂から選択されな少なくとも1チャージの固体エステル化触媒を含 有する請求項1または2記載の方法。 5.エステル化ゾーンが約100〜250℃の温度、約0.001〜6バール の圧力にて操作される請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 6.水素化ゾーンが約100〜250℃の温度、約1〜60バールの圧力にて 操作される請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 7.減圧下において、水素化ゾーンからの流出流を蒸発ゾーン中で蒸発させ、 それから脂肪族アルコールを気化して、かん出液流(a liquid bottoms stream )を生成する請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 8.かん出液流の物質を工程(f)でエステル化ゾーンに再循環させる請求項 7記載の方法。 9.エステル化ゾーンに再循環させる前に、かん出液流の少なくとも一部分を 処理して重質副生成物を除去する請求項7または8記載の方法。 10.蒸発ゾーンが約100〜250℃の温度、約0.001〜0.8バール の圧力にて操作される請求項7〜9のいずれかに記載の方法。 11.蒸発ゾーン中の滞留時間が約0.5〜60秒である請求項7〜10のい ずれかに記載の方法。 12.工程(f)中の脂肪族アルコールの再循環速度が、脂肪酸供給材料の脂 肪酸と反応するための少なくとも理論量の脂肪族アルコールを提供するのに十分 である請求項1〜11のいずれかに記載の方法。 13.脂肪酸と脂肪族アルコールのモル比が約1:1〜1:2である請求項1 2項記載の方法。 14.水素化ゾーンが還元亜クロム酸銅触媒の固定床を有し、液相水素化条件 下で操作される請求項1〜13のいずれかに記載の方法。 15.パージガス流が少なくとも1つの水素化ゾーンから回収され、エステル 化ゾーン中で液体エステル化混合物からエステル化で生じる水分をとり除くため のストリッピング用気体として用いられる請求項1〜14のいずれかに記載の方 法。 16.工程(e)において、高沸点エステルから脂肪族アルコールへの転化率 が、少なくとも1つの水素化ゾーン中の通過量の約15〜50%である請求項1 〜15のいずれかに記載の方法。
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