JPS581092B2 - ホルムアルデヒドの分離精製法 - Google Patents

ホルムアルデヒドの分離精製法

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JPS581092B2
JPS581092B2 JP52063677A JP6367777A JPS581092B2 JP S581092 B2 JPS581092 B2 JP S581092B2 JP 52063677 A JP52063677 A JP 52063677A JP 6367777 A JP6367777 A JP 6367777A JP S581092 B2 JPS581092 B2 JP S581092B2
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formaldehyde
purification
phase separation
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exchangeable cations
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佐伯達志
三宅哲也
世古真臣
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホルムアルデヒドの分離精製法に関し、更に詳
しくは、ホルムアルデヒドと水の分離を分離塔で行なう
に際し、陽イオンを所定のイオンに置換せしめたゼオラ
イトを吸着剤として使用する事を特徴とするホルムアル
デヒドの気相分離精製法に関する。
ホルムアルデヒドは化学工業上主要な役割をはだすもの
の一つである。
ホルムアルデヒドの工業的製法には空気過剰法とメタノ
ール過剰法等があるが、いづれの方法もメタノールを主
原料とし、ホルムアルデヒド、水、及びメタノールを主
成分とする製品が得られる。
製品中の上記3成分の組成は製造方法によって決まり、
ホルムアルテヒド濃度20%から70%、水濃度20%
から80%、メタノール濃度1%から20%の組成を有
する混合物はホルマリンと呼ばれ市販に供されている。
一方、化学工業原料として、高純度のホルムアルデヒド
を必要とする工業、例えばホルムアルデヒドをモノマー
として重合せしめ、ポリアセクールと呼ばれる重合体を
製造する工業が発展し、高純度ホルムアルテヒドの必要
性が高まって来た。
このため、近年ホルムアルテヒドの分離技術が検討され
、精密蒸溜法、抽出法、ヘミアセタール法、冷凍法、及
びそれ等の組み合わせによる分離精製法が考案された。
しかし、いづれの方法においても、高純度のホルムアル
デヒドを高能率に分離精製するためには多くの困難な点
が残されている。
その原因の第一は、ホルムアルデヒドと水がコンプレツ
クスを形成し、平衡関係が存在する事、第2にホルムア
ルデヒドが化学的に非常に不安定で容易に分解・重合を
起す事、第3に高純度ホルムアルデヒドを要求する工業
、たとえばポリアセタール工業においては、常に出来う
る限り高純度であり、且つ一定純度のホルムアルデヒド
を安定して連続的に供給することを必要とする事等であ
る。
例えばホルムアルテヒドと水の等量混合物より、高純度
のホルムアルテヒドを得るには先ず蒸溜等の手段でホル
ムアルデヒドと水を多少分離せしめた後、アルコール化
合物とヘミアセタール付加物を作り、この付加物を分離
・分解し、発生するホルムアルデヒドを更に冷凍法等の
手段を用いて純度を向上せしめる方法がとられている。
この様な手段では、各工程での効率が悪く、ホルムアル
デヒドの損失が多い。
また谷工程でのトラブルも多く、極めて高純度のホルム
アルデヒドを安定して取得する事は、工業的には困難で
ある。
ホルムアルデヒドは、良く知られている様に極めて活性
の高い化合物であり、吸着現象が吸着物質と吸着剤との
何らかの相互作用をもたらすものであるため、多くの吸
着剤は、ホルムアルテヒドの分解・重合を引きおこす。
分解・重合により、炭酸ガス、蟻酸メチル等が副生じ、
また吸着剤表面に重合物、糖等の析出がみられる。
副反応により生成した炭酸ガス、蟻酸メチル等は、ホル
ムアルデヒド製品に同伴され、製品の純度を低下せしめ
、且つホルムアルデヒドの損失を招く。
また吸着剤表面での重合物、糖等の析出は、吸着剤の能
力を低下せしめ、長期間にわたる吸着剤の工業的使用を
著しく困難なものとする。
本発明者らは、イオン交換樹脂等の有機吸着剤、合成ゼ
オライト、シリカゲル等の無機吸着剤、及びガスクロマ
トグラフィー等の分離分析に用いられる吸着剤について
、広く検討を加えた結果、特開昭52−89570号公
報開示の発明において、交換性陽イオンが主としてカリ
ウムイオンから成るA型合成ゼオライトを用いるホルム
アルデヒドの気相分離法をすでに提供している。
本発明者らは、その後引続いて鋭意検討を加えた結果、
更に、周期律表のIA族第5、6周期、■A族第6周期
の元素イオン、即ち、ルビジウム、セシウム又はバリウ
ムのイオンを交換性陽イオンとするA型合成ゼオライト
が、ホルムアルデヒドの分解・重合を抑制しつつ、ホル
ムアルデヒド混合物の気相分離精製に極めて有効に用い
得ることを見出し、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、交換性陽イオンの主要部分が、ルビジ
ウム、セシウム及びバリウムからなる群から選ばれた元
素イオンの少なくとも一つからなるA型合成ゼオライト
を吸着剤として使用することを特徴とするホルムアルデ
ヒドの気相分離精製法に関するものである。
又本発明は、上記陽イオンの他に、更にIA族第4周期
のカリウムイオンが共に交換しているA型合成ゼオライ
トを用いることを含む。
本発明で使用される吸着剤は合成ゼオライトであり、結
晶分類3類、化学組成(酸化物表示)Na20 Jkl
203 ・2 Si02 ・4.5H20 (交換性
陽イオンをナトリウムイオンで表現)、密度1.99g
r/CC、単位セル体積1870Å3、単位セル定数a
=12.32人(凝セル)、a = 2 4.6 4人
(真セル)、空隙体積Q, 4 7 CC/CC、ケー
ジタイプ:α及びβ、非水和時開口径4.2人、速度開
口径3.9Å及び3.6Åのゼオライトを出発物質とす
る。
これは一般にA型合成ゼオライトとして知られている。
(以下これを単に出発物質と呼ぶ。)出発物質の交換性
陽イオンは、既に公知の方法にて本発明範囲内の陽イオ
ンによって交換される。
例えば、ナトリウム型の出発物質を、水溶性のカリウム
塩、又はバリウム塩、又はカリウム塩及びバリウム塩の
混合物の水溶液と接触せしめる事により、出発物質の交
換性陽イオンは、カリウムイオン、又はバリウムイオン
、又はカリウムイオン及びバリウムイオンの混合イオン
に変換される。
陽イオン交換を容易に行なわしめるためには、交換イオ
ンを出発物質の交換容量に対して過剰量使用する事、及
び加温する事が望ましい。
本発明範囲内の陽イオン以外のイオン、例えば汎用され
るナトリウムイオン、カルシウムイオン、リチウムイオ
ン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、カドミウムイオ
ン、スズイオン等の陽イオンにて、主として交換された
A型合成ゼオライトは、分離精製操作時に、ホルムアル
デヒドを分解・重合せしめ、使用することは不可能であ
る。
本発明の陽イオンによるゼオライトの交換性陽イオンの
交換率、即ち、前記主要部分の割合は、本発明の目的、
効果を奏する上で重要であり、60%以上、好ましくは
80%以上、更に好ましくは90%以上であることが望
ましい。
しかしセシウムイオン、ルビジウムイオンは、イオン半
径の関係で、A型合成ゼオライトの交換性陽イオンの全
量と交換せしめる事が困難であるため、残部の交換性陽
イオンをカリウムイオン、又はバリウムイオンにて交換
する事が望ましい。
又、本発明の陽イオン以外の前記交換性陽イオンの存在
は前記のとおり、ホルムアルテヒドの重合、分解を引き
起すので望ましくないが、その中でもナトリウム・イオ
ンの害は比較的少ないので、主要な被交換陽イオン以外
の少量の残留交換性陽イオンとしてはナトリウム・イオ
ンが無難である。
交換性陽イオンの交換率は、A型合成ゼオライトを強酸
に溶解させた後、原子吸光法によって確認する事が出来
る。
本発明に用いられるA型合成ゼオライトの使用時の形状
は、2ミクロンの単体から、30%程度の無機質バイン
ダーを含む57n7rLφペレットまで広い範囲にわた
り使用可能であるが、陽イオン交換速度、吸着・脱着速
度を速めるためには、出来るだげ粒径の小さい方が好ま
しい。
一方操業的見地からは、分離塔における圧損失を下げ、
操作を容易にする為に、粒径の大きい粒子状のもの、あ
るいはペレット状のものの使用が望ましい。
本発明に用いられる被分離物質は少なくともホルムアル
テヒドと水を含む混合物であるが、この他にメチルアル
コール、エチルアルコール等のアルコール類、炭酸ガス
、一酸化炭素、窒素等のガス、蟻酸、酢酸等の低級カル
ボン酸類、蟻酸メチル、蟻酸エチル等のエステル類等が
存在していても、本発明を有効に実施する事が出来る。
被分離物質中のホルムアルデヒド濃度は、30%から9
9.99%まで、また水濃度は、70%から10ppm
まで極めて広い範囲にわたって、ホルムアルデヒドの有
効なる分離精製を行なう事が可能であり、特に水がホル
ムアルデヒドに対して500ppm以下である場合には
、本発明法を用いると、ホルムアルデヒドの水分含有量
を5ppm以下にまで低下せしめ、極めて水分含有量の
少ないホルムアルデヒドを取得する事が出来る。
本発明は、上記の如き陽イオンを交換したゼオライトを
充填した分離塔を用い気相にて実施される。
公知の様にホルムアルテヒドは、一定の圧力下では、一
定の温度以上で安定に存在することが可能である。
一方ホルムアルデヒドは気体状態にあっても不安定な化
合物であり、高温では分解反応が頻著となる。
本発明は、20℃から250℃、より好ましくは、12
0℃から200℃の温度にて、10mmHgから310
0mmHg, より好ましくは、5 0 0 mmH
gから1 6 0 0mmHgのホルムアルデヒド分圧
の状態で、円滑に実施する事が出来る。
次に本発明による気相分離の具体例を説明する。
分離塔に本発明に使用されるゼオライトを充填し、分離
塔全体を所定の温度及び圧力に設定する。
準備された分離塔へ、あらかじめ気化したホルムアルデ
ヒドと水を含む混合ガスを上方或いは下方より供給する
供給と同時に塔内では分離が行なわれる。
下方から混合ガスを供給した場合は上方からホルムアル
デヒドに富んだガスの流れを得る。
混合ガスの供給は、ホルムアルデヒドに富んだガスの流
れが、目的とするホルムアルデヒドの純度を下回る以前
に停止する。
このタイミングは、使用されるゼオライトの量、混合ガ
スの供給速度によって決定される。
上記混合ガスの供給停止の時点で、塔内には僅かの混合
ガスが残留しているので、これを窒素ガス等の不活性置
換ガスによって除去するか、或いは減圧ポンプによって
吸引除去する。
この状態でゼオライトに吸着されている水分は、通常の
加熱スイソグ法、或いは圧力スイング法のいづれかの方
法にて除かれ、次いで分離塔の温度及び圧力は、次の混
合ガスの導入に備えて設定される。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。
実施例 1〜8 直径8mm、長さ200mmのジャケット付円筒型の分
離塔に、第1表に記した陽イオン交換A型合成ゼオライ
トを充填した。
分離塔を152℃に保ち、同じく152℃に調整された
、水50重量%、ホルムアルテヒド50重量%の気体混
合物を、20ml導入した。
導入10秒後、同じく152℃に調整されたN2 ガス
50mlを導入して、分離塔内をパージし、取り出され
たガスの組成を分析した。
ホルムアルデヒドの分圧は、ほぼ7 6 0 mmHg
であった。
ガスの組成分析は、高感度TCD検出器をもつガスクロ
マトグラフィーで行なった。
結果を第1表に示した。
比較例 1〜3 第1表に記した各種吸着剤を用い、実施例1〜7と同条
件にて水50%、ホルムアルデヒド50%混合物を分離
塔に導入し、取り出されたガスを分析した。
結果を第1表にあわせ示した。実施例9、比較例4〜5 直径8mm、長さ200mmのジャケット付円筒型の分
離塔に、ナトリウム型A型合成ゼオライトを95.1%
バリウムイオン交換したゼオライトを充填した。
分離塔を148℃に保ち、同じく148℃に調整した、
水2%、ホルムアルデヒド98%のガス状混合物をホル
ムアルデヒド分圧740mmHg圧力下にて、50ml
供給した。
塔から流出したガスを分析し第2表に示した。
比較例として、カリウム型又はナトリウム型A型合成ゼ
オライトを用いた結果を第2表に示した。
実施例 10〜16 実施例9と同様にして、第5表に記した陽イオン交換A
型合成ゼオライトを用いた結果を第3表に示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水、メタノール等を含むホルムアルデヒドの混合物
    を気相状態で吸着剤と接触せしめてホルムアルデヒドを
    吸着させて分離精製するに当り、吸着剤として、その交
    換性陽イオンの主要部分が、ルビジウム・イオン、セシ
    ウム・イオン及びバリウム・イオンからなる群から選ば
    れる少なくとも一つからなるA型合成ゼオライトを用い
    ることを特徴とするホルムアルデヒドの気相分離精製法
    。 2 A型合成ゼオライトの主要部分でない交換性陽イオ
    ンがナトリウム・イオンである特許請求の範囲第1項記
    載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。 3 A型合成ゼオライトの該主要交換性陽イオンが全交
    換性陽イオンの60%以上である特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。 4 A型合成ゼオライトの該主要交換性陽イオンが全交
    換性陽イオンの90%以上である特許請求の範囲第3項
    記載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。 5 吸着処理を20℃〜250℃の温度、及び1 0
    mmHg 〜3 1 0 0 mmHgのホルムアルデ
    ヒド分圧で実施する特許請求の範囲第1項記載のホルム
    アルデヒドの気相分離精製法。 6 吸着処理を120℃〜200℃の温度及び5 0
    0 mmHg 〜1 6 0 0 mmHgのホルムア
    ルデヒド分圧で実施する特許請求の範囲第5項記載のホ
    ルムアルデヒドの気相分離精製法。 7 水、メタノール等を含むホルムアルデヒドの混合物
    を気相状態で吸着剤と接触せしめてホルムアルデヒドを
    吸着させて分離精製するに当り、吸着剤として、その交
    換性陽イオンの主要部分が、ルビジウム・イオン、セシ
    ウム・イオン、及びバリウム・イオンからなる群から選
    ばれる少なくとも一つとカリウム・イオンとからなるA
    型合成ゼオライトを用いることを特徴とするホルムアル
    デヒドの気相分離精製法。 8 A型合成ゼオライトの主要部分でない交換性陽イオ
    ンがナトリウム・イオンである特許請求の範囲第7項記
    載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。 9 A型合成ゼオライトの該主要交換性陽イオンが全交
    換性陽イオンの60%以上である特許請求の範囲第7項
    又は第8項記載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。 10 A型合成ゼオライトの該主要交換性陽イオンが
    全交換性陽イオンの90%以上である特許請求の範囲第
    7項記載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。 11 吸着処理を20℃〜250℃の温度、及び1
    0 mmHg 〜3 1 0 0 mmHgのホルムア
    ルデヒド分圧で実施する特許請求の範囲第7項記載のホ
    ルムアルデヒドの気相分離精製法。 12 吸着処理を120℃−200℃の温度及び5
    0 0 mmHg 〜1 6 0 0 mmHgのホル
    ムアルデヒド分圧で実施する特許請求の範囲第11項記
    載のホルムアルデヒドの気相分離精製法。
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