JPS5938232B2 - プロピレンオキシドの製造方法 - Google Patents

プロピレンオキシドの製造方法

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JPS5938232B2
JPS5938232B2 JP51047895A JP4789576A JPS5938232B2 JP S5938232 B2 JPS5938232 B2 JP S5938232B2 JP 51047895 A JP51047895 A JP 51047895A JP 4789576 A JP4789576 A JP 4789576A JP S5938232 B2 JPS5938232 B2 JP S5938232B2
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
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    • C07D301/03Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/14Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with organic peracids, or salts, anhydrides or esters thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C407/00Preparation of peroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C407/00Preparation of peroxy compounds
    • C07C407/003Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は過酸化水素およびプロピレンからのプロピレン
オキシドの工業的製造のための連続的方法に関する。
従来プロピレンオキシドは大きい工業的規模では専ら二
つの方法、即ちプロピレンクロルヒドリンを経る古い方
法に従うかまたは更に最近の炭化水素過酸化物を用いる
方法により製造されている。
古い方のクロルヒドリン法は環境を汚染する望ましくな
い塩素化副生成物および廃塩が生成されるという欠点を
有する(西ドイツ国特許出願公告明細書第1,543,
174号、第2欄、第15行以降)。例えば米国特許明
細書第3,350,422号に記載されているごとき、
炭化水素過酸化物を経てプロピレンオキシドを製造する
方法に対して工業的に用いられている更に最近の方法は
クロルヒドリン法の著しい欠点を減じている。
プロピレンと炭化水素過酸化物ROOHとの反応は式(
1)により例示することが出来る。式(1)から、この
反応においては生成するプロピレンオキシド1モル当り
、該過酸化物に対応してアルコールROHlモルが常に
生成することがわかる。
即ち、炭化水素過酸化物は酸素移行剤として働き、従つ
て過酸化物の酸素を放出後対応するアルコールが共生成
物として得られそしてしばしば望ましくない副生成物と
して除去されねばならない。従つて、アルコール副生成
物はすべての場合において利用することが出来ないので
、この種の方法を工業的に用い得る可能性は限定される
。それに対して、プロピレンおよび過酸化水素からのプ
ロピレンオキシドの製造のための本発明に従う方法の基
礎となる原理を用いれば、式(2)に示すごとく、環境
汚染の性質のゆえに高い経費をかけて除去されねばなら
ないか、または副生成物として得られるときに適当な他
の用途を見出さねばならな(/福1生成物を含まない望
ましい最終生成物が得られる。然しながら、プロピレン
と過酸化水素との直接反応では望ましい目的物を得るこ
とは出来ない(米国特許明細書第3,350,422号
、第2欄、42〜44行)。
他方、過カルボン酸を用いてプロピレンをエポキシ化し
てプロピレンオキシドを得ることが知られている(Pr
ileschayev.Ber.dtsch.Chem
.Ges.42巻4811頁(1909年)およびD.
Swern″0rganicPer0xides″Wi
leyIntersciencel97l、2巻355
〜533頁、特に375〜378頁および397頁)。
更に、過酸化水素を用いてカルボン酸から過カルボン酸
を得ることが知られている(西ドイツ国特許明細書第2
51,802号および例えばD.Swern.lOc.
cit..l97O年1巻、313〜369頁および4
28〜439頁)。これら二つの部分的段階は式(3)
および(4)により例示され、式中、R−COOHおよ
びR−COOHはそれぞれカルボン酸および過カルボン
酸を表わす。式(4)に従つて得られるカルボン酸を過
カルボン酸を得るための式(3)に従う反応に再循環す
る場合、全体を通じての式(2)は過酸化水素をプロピ
レンと反応させてプロピレンオキシドを得る結果を示す
過酸化水素およびプロピレンから出発しそして過カルボ
ン酸をエポキシ化剤として用いるプロピレンオキシドの
この型の製造方法は従来工業的に満足出来る方法では十
分解決されておらず、従つて工業的規模ではまだ用いら
れていない。これに関しては、例えば米国特許明細書第
3,350,422号(第1欄、65行〜第2欄11行
)次のように述べられている。「クロルヒドリン経路の
複雑さおよび経費を考慮して、研究者はプロピレンおよ
び他のオレフインのエポキシ化のために他の可能な経路
に転向した。
少くとも限られた収率にてプロピレンオキシドおよび他
のオキシドを実際に製造することが出来るという限りに
おいて良好であることが明らかにされた一つの経路は過
酸経路である。この経路は過酸化水素と有機酸との反応
による過酢酸のごとき過酸の生成およびオレフインの該
過酸によるエポキシ化を含む。過酸経路の欠点もまた意
味のある工業化を行うことが出来ないことのごときこと
である。過酸自体取扱いが極めて危険でありそしてきび
しい操作上の問題を生ずる。試薬は高価であり、腐食性
でありそして過酸化水素が水として失われるので再生出
来ない。過酸エポキシ化混合物の組成は生成物エポキシ
ドと極めて反応しやすい化学物質(H2O、AcOHお
よびH2SO4)を含み、その結果全体の効率を低下さ
せる多くの副生成物(グリコール、グリコールモノエス
テル、グリコールジエステル)の生成を招く。この問題
はより反応性の低いオレフイン、特定的にはプロピレン
の場合更に深刻になる。」実際、酸素幾行剤として過カ
ルボン酸の中間段階を経て進行する過酸化水素およびプ
ロピレンからのプロピレンオキシドの製造に対して従来
公知の方法のすべてはプロピレンオキシドの好ましくな
い収率および著しい量のプロピレングリコール、プロピ
レングリコールモノエステルおよびプロピレングリコー
ルジエステルのごとき副生成物を与えるに過ぎない。
特に過カルボン酸の分離に関して、過カルボン酸の爆発
の危険により生ずる極めて困難な工程の問題を克服する
ことも十分可能ではない。蟻酸を用いてオレフインおよ
び過酸化水素からオキシランを製造する方法に対して更
に最近発表された西ドイツ国特許出願公開明細書に従う
方法の場合、そこに記載された手段もまた過酸化水素お
よびプロピレンからのプロピレンオキシドの工業的に満
足出来る製造には十分でない。この方法に対して、反応
混合物が実質的に鉱物を含まずそして実質的に無水であ
るかもしくは極くわずカルか含まないことが必要である
(西ドイツ国特許出願公開明細書第1,618,625
号、特許請求の範囲1)。即ち、例えば西ドイツ国特許
出願公開明細書第1,618,625号の最終節3頁お
よび4頁第1行に、「無水の反応混合物を用いることが
望ましいが、約0.301)以下の水を有する過蟻酸溶
液の製造は簡単でなくまた経剤的に妥当なものでもない
。極く少量の水を含む反応混合物を用いることが好まし
い」と述べている。適当な水含量として209/l以下
の量が述べられておりそしてある場合には必要な水含量
として109/l以下の量が記載されている。この方法
において達成することを意図する鉱酸を含まないことは
重要であり、その理由は蟻酸と過酸化水素との反応に必
要な触媒がオキシラン環の開裂反応、今の場合はプロピ
レンオキシドの開裂をも触媒するからである(西ドイツ
国特許出願公開明細書如,618,625号5頁10〜
14行)。従つて、可能な限り絶対的に無水でありそし
て可能な限り鉱酸を含まない疎水性溶媒中の過蟻酸の溶
液を用いることが最も有利であろう。これらの必要条件
は、特に水を含まないことに関して、従来公知の方法で
は満されず、その理由は0.3%もしくはそれ以下の水
を含むにすぎない非水過蟻酸の製造が西ドイツ国特許出
願公開明細書第1,618,625号に記載された困難
に遭遇しているからである。従つて、例えば西ドイツ国
特許出願公開明細書の方法に従つて達成し得るプロピレ
ンオキシドの収率は消費される過蟻酸に対して85%に
すぎない(西ドイツ国特許出願公開明細書第1,618
,625号実施例3)。然しながら、過蟻酸溶液はなお
比較的高含量の遊離の過酸化水素を含み、これは西ドイ
ツ国特許出願公開明細書第1,618,625号の実施
例1および2に従えば3乃至10モル%の過蟻酸である
ので、用いられる過酸化水素に対するプロピレンオキシ
ドの収率はなお更に低く、その理由はエポキシ化剤とし
て用いられる過蟻酸溶液中に含まれる過酸化水素はプロ
ピレンとの反応から得られるプロピレンオキシドを含む
混合物から回収することが出来ないからである。用いら
れた過酸化水素に対するプロピレンオキシドの最終収率
の正確なパーセント値をそれらの実施例に記載されたデ
ータから求めることは出来ないが、それは50%以下で
ある。西ドイツ国特許出願公開明細書第1,618,6
25号の方法の更に一つの欠点は、酸素移行剤として用
いられる蟻酸はまた腐食の問題に関してカルボン酸の中
で特殊な場合であり、それは低級カルボン酸を用いる反
応において常に極めて重要であり、その理由は蟻酸がス
テンレス・スチールに対してなお特に腐食性であるから
である。
如何なる型の腐食も極めて望ましくないのは、過酸化水
素および過カルボン酸のごとき敏感なパーオキシ化合物
が用いられる方法の場合がまさにそうであり、その理由
は腐食のために過酸化水素および過カルボン酸の分解の
原因となる重金属化合物が反応に運びこまれるからであ
る。オレフインおよび過酸化水素からオレフイン酸化物
の製造に対する更に一つの最近の方法においては芳香族
カルボン酸、好ましくは安息香酸が酸素移行剤として用
いられる(西ドイツ国特許出願公開明細書第2,312
,281号)。
然しながらこの方法においては、過酸化水素を芳香族カ
ルボン酸との反応により過カルボン酸を得る問題が十分
解決されていない。即ち、得ることが出来る過カルボン
酸を含む反応混合物は更に処理するためにJ25℃以下
の温度を保ちながら氷水および冷却された硫酸アンモニ
ウム溶液を用いて希釈されねばならずそして次に未反応
の過酸化水素が分解される。
(西ドイツ国特許出願公開明細書第2,312,281
号5頁、第2および第3節。)この方法の更に一つの欠
点は、芳香族過カルボン酸とプロピレンとの反応の速度
が極めて遅く、その理由は28乃至30℃の温度にて4
時間の反応時間後に、僅かに66%の過カルボン酸が転
化されるにすぎないからである。用いられる過酸化水素
に対するプロピレンオキシドの全収率はこの方法の場合
見かけ上極めて小さい。西ドイツ国特許出願公開明細書
第2,312,281号の実施例1に従えば、用いられ
る過酸化水素に対するプロピレンオキシドの最終収率は
約40%である。プロピレンオキシドを製造するために
用いることが出来る更に一つの方法は西ドイツ国特許出
願公開明細書第1,917,031号に記載されたプロ
ピレンの酸化方法であり、該方法では少くとも−つのカ
ルボン酸、過酸化水素および水から成る平衡混合物を鉱
酸および重金属イオンが存在しない状態でプロピレンと
反応させ、反応中に存在する水の量は、プロピレンオキ
シド、プロピレングリコールおよびプロピレングリコー
ルエステルから成る群から少くとも一つの化合物が得ら
れるように制御される。
この方法を実際に行う場合、第二級アルコール例えばイ
ソプロパノールの空気酸化により製造される過酸化水素
溶液をこの方法において用いうれるべき平衡混合物の調
製のための出発物質として用い、そして尿素溶液を用い
て処理して尿素/過酸化水素付加物を生成させ、該付加
物を抽出溶媒(アルキルケトン、アルキルエステルもし
くはアルキルオルト燐酸塩)と混合し、該手段lこよつ
て過酸化水素を抽出溶媒中に溶解させ、尿素を析出させ
、そしてそのあと得られた過酸化水素溶液中の抽出溶媒
の少くとも一部をカルボン酸、例えば酢酸と混合するか
もしくはこれと置きかえる(西ドイツ国特許出願公開明
細書第1,917,031号、3頁並びに実施例1)。
平衡混合物を用いて行われるプロピレンの酸化の結果、
プロピレンオキシド、プロピレングリコールおよびプロ
ピレングリコールエステルが種々の量にて生成される(
上記引用文献4頁、2および3行)。プロピレンオキシ
ド対プロピレングリコールおよびプロピレングリコール
エステルの比は過カルボン酸を含む平衡混合物中に残存
する水および過剰のカルボン酸の量により制御される(
上記引用文献5頁、6〜8行)。該方法が主生成物とし
てプロピレンオキシドを得ることを意図する場合、西ド
イツ特許出願公開明細書第1,917,031号かられ
かるように、極く僅かに過剰のカルボン酸を用いて行う
のが適当であり、その理由は公知のごとく、それより多
くの量のカルボン酸を存在させると容易にプロピレング
リコールおよびそのエステルの生成を招きそしてプロピ
レンオキシドを生成させる結果とならないからである(
上記引用文献6頁、18〜23行)。このことは更に、
過カルボン酸の生成速度が低下しそしてこれがこの方法
の経済性に悪い影響を有することを意味している(上記
引用文献、7頁、1〜4行)。更に、鉱酸が存在しない
ために、この方法における過カルボン酸の生成速度は過
酸化水素対カルボン酸のすべてのモル比において鉱酸が
存在する場合より著しく低い。
この効果は勿論カルボン酸の過剰量が少ない場合極めて
特に不利である。この方法により達成される、用いられ
る過酸化水素に対するプロピレンオキシドの収率は小さ
く、その理由は特に未反応の過酸化水素が回収されずそ
して未反応の過カルボン酸が分解されるからである。デ
ータの不足のために、西ドイツ国特許出願公開明細書第
1,917,031号の二つの例示実施例から、用いら
れる過酸化水素に対するプロピレンオキシドの収率は正
確に計算出来ない。然しながら、西ドイツ国特許出願公
開明細書第1,917,031号のデータから、実施例
1(a)に従つて調製される過酢酸溶液はなお実質的な
量の遊離の過酸化水素を含むはずであるので、従つて用
いられる過酸化水素の量に対する過酢酸の収率は最も有
利な場合で約69(?/)となり得ることを明かに知る
ことが出来る。従つて、用いられる過酸化水素に対する
プロピレンオキシドの収率も勿論実施例2(B,i)に
おいては約64(fl)まで著しく低下する。従つて、
この分野の状態から、過カルボン酸の製造の工程段階に
関するだけでなく、特定的にはまたそのあとの過カルボ
ン酸の例えば非水溶液としてプロピレンとの反応による
プロピレンオキシドの生成に関しても、工業的に満足出
来る解決を見出すことが出来ないことを知ることが出来
る。英国特許明細書第1,105,261号、西ドイツ
国特許明細書第1,216,306号および西ドイツ国
特許出願公開明細書第1,923,392号に記載され
ているごとき工程技術に関するこの反応における改良方
法もまた工業的規模でその工程を行うために用いること
が出来ないという大きな欠点を有する。英国特許明細書
第1,105,261号における基本的仮定は、この反
応を反応物質を混合する、例えばプロピレンおよび過酢
酸を混合することにより行う場合に、過カルボン酸に対
して僅かに75%の収率が可能であるということである
(英国特許明細書第1,105,261号、1頁20〜
2400英国特許明細書第1,105,261号におい
て、非水過酢酸溶液とプロピレンとの反応を行うために
、反応生成物と出発物質との混合を主として避けるよう
な一連の閉鎖型反応ループを用いることが提案されてい
る。
然しながら、この提案された方法はプロピレンおよび過
カルボン酸からのプロピレンオキシドの経済的製法に対
しては十分でなく、その理由は用いられる過酢酸に対す
るプロピレンオキシドの収率が僅かに90%でありそし
て2.5モル%のプロピレングリコールモノアセテート
および更に2.5モル%の他の高沸点副生成物が生成さ
れるからである(英国特許明細書第1,105,261
号、3頁60〜68行)。
プロピレンと過酢酸との反応に対して極めて精密な付法
のコイル状管を用いることによる西ドイツ国特許明細書
第1,216,306号の方法に従つても、理論値の8
6%の収率が得られるにすぎない。(西ドイツ国特許明
細書第1,216,306号、第8欄、33行)。西ド
イツ国特許出願公開明細書第1,923,392号に従
う方法は反応速度を改善することおよび同時に側反応お
よび二次反応を防ぐことを意図しており、その理由は単
に加圧下で反応を行うことにより反応速度を増すことが
出来るけれども、この方法では側反応の発生を防ぐこと
が出来ないからである(西ドイツ国特許出願公開明細書
第1,923,392号、2頁、14〜18行)。
西ドイツ国特許出願公開明細書第1,923,392号
の方法に従えば、多数の反応帯(実際には多段泡塔)か
ら成る反応系を用いることによりこの欠点をなくす試み
がなされた。然しながら、この方法で反応を行うことは
、技術的に極めて高価な方法を必要とするために新たな
且つ著しい欠点を甘受しなければならないことを意味し
、その理由は不均一相(気相/液相)中のプロピレンと
過酢酸との反応に対する工程技術が均一相中の反応に対
する場合よりはるかに複雑であるからである。これに対
し、本発明において、過酸化水素水溶液およびプロピレ
ンから出発して、a) 10乃至40重量%の水溶性酸
触媒および20乃至30重量%の過酸化水素を含む水溶
液をプロピオン酸と、3.5〜5.0:1の過酸化水素
:プロピオン酸のモル比にて10乃至70℃の温度にて
反応させ、b)得られる反応混合物をベンゼンを用いて
向流法により抽出し、c)主として過酸化水素および酸
触媒を含む、抽出からのラフイネート水溶液の全部もし
くは−部を蒸溜により水を除去することによつて濃縮し
、その際反応段階(a)におけるプロピオン酸との反応
に必要な濃度まで過酸化水素濃度を回復させるのに必要
な過酸化水素を、蒸溜による水の除去の前もしくは後に
濃縮されるべきラフイネートの部分に加えるか、または
場合により濃縮されないラフイネートの部分に加えるこ
とにより、反応段階(a)におけるプロピオン酸との反
応に必要な濃度まで過酸化水素および水溶性酸触媒の濃
度を調整し、d)濃縮されたラフイネートおよび場合に
より濃縮されなかつたラフイネートの部分を反応段階(
a)に循環し、e)主として過プロピオン酸およびプロ
ピオン酸を含むベンゼン抽出液を水もしくは水溶液を用
いて処理し、f)水含有ベンゼン抽出液を共沸蒸溜にか
けて、溜り生成物の残溜水含量を0.5重量%以下とし
、g)共沸蒸溜からの溜り生成物として得られた過プロ
ピオン酸およびプロピオン酸を含む溶液を40〜100
℃の温度および2〜30バールの圧力にて過剰のプロピ
レンと反応させ、そしてh)プロピレンオキシドを含む
反応混合物をそれ自体公知の方法で処理し、純粋のプロ
ピレンオキシドを分離しそして存在し得る過剰のプロピ
レン、プロピオン酸およびベンゼンを回収する場合に、
工業的且つ経済的観点から有利な方法によりプロピレン
オキシドを連続的に製造することが出来ることが見出さ
れた。
酸触媒の存在のもとでの過酸化水素とプロピオン酸との
(a)に従う反応において、プロピオン酸と過プロピオ
ン酸との間に平衡が成立し、それはなる弐に従つて示す
ことが出来る。
酸触媒、例えば硫酸および過酸化水素の濃度に依存しそ
して過酸化水素対プロピオン酸のモル比に依存して、約
30乃至70(Ft)のプロピオン酸が過プロピオン酸
に転化される。
一般に、10乃至40重量%の水溶性酸触媒、例えば硫
酸もしくはメタンスルホン酸および20乃至30重量%
の過酸化水素を含む水溶液と共に、プロピオン酸は純粋
の未希釈の形で用いられる。
然しながら、水、過酸化水素もしくは酸触媒を含むプロ
ピオン酸を用いることも可能であり、この場合には従つ
て反応に必要な過酸化水素、酸触媒、プロピオン酸およ
び水の比を維持するために水溶液の濃度を変えることが
必要である。従つて例えば、プロピオン酸と過酸化水素
の混合物、例えば2.0重量%の過酸化水素を含むプロ
ピオン酸を純粋のプロピオン酸の代りに用いることが出
来る。勿論、水溶液中20乃至30重量%の過酸化水素
含量に相当する過酸化水素の全供給量がプロピオン酸中
に含まれる過酸化水素および水溶液中の過酸化水素から
来るように、酸触媒および過酸化水素を含む供給水溶液
中の過酸化水素含量をプロピオン酸中の過酸化水素含量
に従つて調節されねばならない。例えば、過プロピオン
酸に転化されるべきプロピオン酸がすでに過酸化水素を
含む場合には、水溶液それ自体中の過酸化水素含量は2
0重量%以下、例,えば12乃至19重量%とすること
が出来る。触媒および過酸化水素の上記の濃度比の範囲
内で、すべての考え得る混合比を用いることが出来る。
好ましくは、20乃至35、更に好ましくは22乃至3
0重量%の酸触媒および22乃至28重量%の過酸化水
素を含む水溶液が反応に用いられる。
特定的に好ましくは、23乃至28重量%の酸触媒およ
び22乃至28重量%の過酸化水素を含む水溶液を用い
ることも出来る。一般に、反応槽にはプロピオン酸、お
よび酸触媒および過酸化水素の水溶液が均一に投入され
る。
然しながら、最初に酸触媒および過酸化水素を含む水溶
液の全部もしくは一部を導入しそしてプロピオン酸を加
えることも可能である。過酸化水素対プロピオン酸のモ
ル比は3.5〜5:1である。
プロピオン酸1モルに対し過酸化水素を3.5モルより
少ない割合で使用すると反応混合物が爆発する傾向が大
きくなり危険となる。他方、原理的に過酸化水素対プロ
ピオン酸のモル比に上限をもうけることは必ずしも必要
ないが、プロピオン酸1モルに対し過酸化水素を5モル
を超える割合で使用すると、経済的に不利となりまた後
述する段階(c)における蒸溜中に分解する量も多くな
るので、工業的には上限以下で用いられる。好ましくは
過酸化水素対プロピオン酸のモル比が3.7乃至4.5
:1となるように選ばれるべきである。特定的には3.
9乃至4.2:1のモル比を用いることが有利である。
水溶性酸触媒として硫酸を用いることが有利である。
他の水溶性酸、例えばメタンスルホン酸、工タンスルホ
ン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、イソブ
タンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホ
ン酸、トリフルオルメタンスルホン酸、1−フルオルエ
タンスルホン酸、パーフルオルエタンスルホン酸、パー
フルオルプロパンスルホン酸もしくはパーフルオルブタ
ンスルホン酸のごときスルホン酸:燐酸、メタンホスホ
ン酸もしくはエタンホスホン酸のごときホスホン酸、ホ
スフイン酸もしくは重硫酸ナトリウムもしくは重硫酸カ
リウムのごとき酸塩を用いることも出来る。水溶性酸の
混合物を用いることも出来る。市販過酸化水素、例えば
30乃至90重量%濃度のH2O2を用いて水溶液を調
製する。勿論、他の化学プロセスからの副生成物として
または戻り流として得られる過酸化水素も適当である。
反応温度は一般に10乃至70℃である。反応は20乃
至60℃で行うのが適当である。45℃以下の温度が反
応に対して特に有利である。
30乃至40℃の反応温度を保つことが極めて特に適当
である。
一般に、反応は、過プロピオン酸とプロピオン酸の間の
平衡が成立するまで行われる。
然しながら、平衡に達する前に反応を中断しそしてそこ
で得られた反応混合物を次の工程段階、即ちベンゼンに
よる抽出段階に供給することも可能である。圧力はプロ
ピオン酸と過酸化水素との反応に対して重要ではなく、
従つて反応は常圧、高圧もしくは減圧にて行うことが出
来る。一般に1.1バール以下の圧力にて反応を行うこ
とが適当である。反応は極めて多種の反応槽中で行うこ
とが出来る。定常的な濃度プロフイルを与えるように備
えそして特定的には反応混合物の一部が不均衡に長時間
残留する所謂ポケツトを避けることが適当である。適当
な槽は例えば、閉鎖サイクルとして、例えばループ反応
槽としても配列することも出来る種々の直径および長さ
を有する通常の反応管並びに攪拌ケトル槽である。段階
,(a)からの反応混合物はここで(b)に従うベンゼ
ンを用いる向流抽出に送られる。
この向流抽出は一つもしくはそれ以上の抽出装置により
行うことが出来る。ベンゼンのほかに、水と混和しない
そして反応(a)からの反応混合物に対して不活性であ
る他の溶媒、例えばトルエン、キシレン、エチルベンゼ
ンもしくはシクロヘキサンのごとき炭化水素;塩化メチ
レン、クロロホルム、1,2−ジクロルエタン、1,2
−ジクロルプロパンもしくは1,2−ジクロル−1,2
−ジフルオルエタンのごとき塩素化炭化水素:酢酸エチ
ル、プロピオン酸エチル、燐酸トリブチルエステル、燐
酸トリイソオクチルエステルもしくはメタンホスホン酸
オクチルエステルのごときエステル、または例えばジ一
(4−クロルーブチノリエーテルのごときエーテルも適
当である。例えば、0.5(:!)以下、好ましくは0
.10/)以下のプロピオン酸を含む循環ベンゼンが用
いられる。ベンゼン対抽出されるべき反応混合物の比は
一般に4乃至0.3:1である。然しながら、更に多量
のベンゼンを用いることも出来る。抽出を数個の抽出装
置で行う場合、ベンゼンの量は装置ごとに変えることが
出来る。抽出液中の過プロピオン酸含量は抽出剤の量お
よび抽出段階の数により広範囲に変えることが出来る。
一般に、操作方法は、ベンゼン中約3乃至20重量%濃
度の過プロピオン酸の溶液が得られるような方法である
。好ましくは、約7乃至15重量%の過プロピオン酸を
含むベンゼン抽出液が生成される。従つて抽出段階の数
は出来るだけ多くあるべきである。然しながら,一般に
5乃至10の理論的抽出段数を有する抽出装置が過プロ
ピオン酸の所望の濃度を有する溶液を製造するために十
分である。然しながら好ましくは,(a)に従つて得ら
れる過プロピオン酸を含む反応混合物の抽出(b)は次
のような二つの段階にて行われる。即ち、(a)に従つ
て得られる反応混合物の全体を2乃至6の理論抽出段数
を含む第一の抽出装置中で向流法にてベンゼンを用いて
、またはすでに少量の過プロピオン酸およびプロピオン
酸を含むベンゼン溶液を用いて抽出する。第一の抽出装
置を出そして本質的に段階(a)に従つて反応しなかつ
た過酸化水素を含むラフイネートを次に0.1:1乃至
20:1、好ましくは1:1乃至10:1、なお好まし
くは2:1乃至5:1の比に分け、そこで得られた第一
抽出装置からのラフイネートの小さい方の部分流を出来
るだけ十分抽出するために第二の抽出装置に供給し、該
第二抽出装置も2乃至6の理論抽出段数を含み、そこで
ラフイネートのこの部分を上記のごとく好ましくは0.
1重量%以下のプロピオン酸を含むベンゼンを用いて向
流法で抽出する。有利には、第二の抽出装置から得られ
るベンゼン抽出液を抽出剤として第一の抽出装置に戻し
、他方第一の抽出装置からのラフイネートの大きい部分
流を(a)に従うプロピオン酸との反応に再循環しそし
て本質的に酸触媒および過酸化水素を含む水溶液である
第二抽出装置からのラフイネートを(c)に従う再濃縮
にかける。第二の抽出段階にて抽出されるべき第一抽出
段階からの小さい方のラフイネート流に対するベンゼン
の比は広範囲に変えることが出来、この比は好ましくは
0.5:1乃至8:1、なお好ましく(まl:1乃至4
:1である。勿論、両抽出段階からプロピオン酸および
過プロピオン酸を出来るだけ含まないラフイネートを得
ることが望ましい。然しながら、第二の抽出段階からの
ラフイネート中に残るプロピオン酸および過プロピオン
酸が0.2%もしくはそれ以下であれば一般に十分であ
る。抽出中の温度は広範囲に変えることが出来る。
−般に、抽出は10乃至70℃の温度で行われる。選ば
れる温度は(a)従つて過プロピオン酸を得るための反
応に用いられる温度と同じにするのが適当であり、従つ
て反応段階(a)に対して記載された他の温度も抽出(
b)に対して可能である。圧力に関しては、抽出は常圧
、減圧もしくは高圧にて行うことが出来る。用いること
が出来る抽出装置は多段向流抽出が可能な公知の抽出系
である。
例えば、混合機/沈降槽、篩皿抽出器、パルス篩皿塔も
しくは噴霧塔が適当である。然しながら、単段もしくは
多段遠心分離抽出器も用いることが出来る。過プロピオ
ン酸およびプロピオン酸のほかに、有機抽出液はなお少
量の遊離の過酸化水素、水および酸触媒として用いられ
る痕跡量の酸、例えば硫酸を含む。
ラフイネートは本質的に未反応の過酸化水素および酸触
媒を含む。抽出からの、主として水、過酸化水素および
例えば酸触媒としての硫酸を含むライフネートは、ここ
で蒸溜にて水を除去することによりその全部もしくは一
部を再濃縮することにより、プロピオン酸と過酸化水素
を更に反応させるために工程段階(c)にて処理される
この再濃縮に供給されるラフイネート流から蒸溜除去さ
れるべき水の量は本質的に、(a)に従う過酸化水素と
プロピオン酸との反応により生成される水の量および消
費された量を補充するのに必要な新鮮な過酸化水素と共
に工程に導入される水の量との両方に相当する。少量の
過酸化水素、過プロピオン酸およびプロピオン酸を含み
得る水が蒸溜からの頭部生成物として得られる。一般に
、蒸溜は減圧下、例えば10乃至250m7!LHgl
好ましくは40乃至1507n7!LHgの圧力、およ
び40乃至120℃、好ましくは60乃至85℃の溜り
温度にて行われる。一般に、抽出から出るラフイネート
流の全部はまた、抽出が単一の抽出装置で行われる場合
には再濃縮に適当である。然しながら、(a)に従つて
得られる反応混合物の抽出が例えば二つの抽出装置で行
われる場合には、第一抽出段階からのラフイネートおよ
び第二の抽出段階からのラフイネートの両方を再濃縮に
供給することも可能である。二つの抽出装置中で起る抽
出の場合、第一の装置からのラフイネートを大きい部分
流および小さい部分流に分ける場合、それらの各量は原
理的には再濃縮に適している。有利には、抽出が二つの
抽出装置から成りそして第一の装置から出るラフイネー
トが小さい部分流と大きい部分流に分けられそして少量
の方が第二の装置に通される場合、第二の抽出装置から
のラフイネートは再濃縮のための蒸溜にかけられる。消
費量を補充するための新鮮な過酸化水素は任意の所望の
濃度にて加えることが出来る。
市販の過酸化水素、例えば30乃至90重量%濃度の過
酸化水素水溶液を用いることが適当であり、それには通
常の安定剤を加えることが出来る。例えば、(]IT]
ElinO)6Handbuchderan0rgan
一IschenChemie″(「無機化学のハンドブ
ツク」)第8版、酸素巻、セクシヨン7、1966年2
274および2275頁に記載されているごとき安定剤
が適当である。新鮮な過酸化水素は、蒸溜装置に入る前
に、工程段階(b)に従う抽出からの再濃縮されるべき
ラフイネートと混合することが出来、その二つの物質流
はまた蒸溜装置に別々に供給することも出来る。
新鮮な過酸化水素を再濃縮後のラフイネートに加えるこ
とも可能である。然しながら、新鮮な過酸化水素はまた
(a)に従う反応に直接供給することも出来または再濃
縮に通らない抽出からのラフイネートの部分に混合する
ことも出来る。冷却器および蒸発装置を備えた塔を蒸溜
装置として用いることが適当である。公知の皿付き塔も
しくは充填塔を蒸溜に用いることが出来る。
蒸溜段数は頭部生成物が出来るだけ少量の過酸化水素を
含むよう選択される。凝縮物中の過酸化水素が0.1重
量%以下になることが望ましい。原理的には、公知の蒸
発器が蒸発装置として適している。例えば、生成物の滞
留時間が20分以内、好ましくは10分以内になる蒸発
装置が適している。降下流蒸発器もしくは薄層蒸発器が
特に適している。蒸溜装置に適した材料は、鉄のほかに
主としてクロムおよびニツケルをも含む高合金、高品質
ステンレス・スチール、例えば鉄のほかに17.5重量
%のクロム、11.5重量%のニツケル、2.25重量
%のモリブデンおよび2重量%までのマンガン、1重量
%までの珪素、0.1重量%までの炭素および少量のチ
タンを含むDIN表示(DesignatiOn)1.
4571を有する材料、または鉄のほかに25重量%の
クロム、25重量%のニツケル、2.25重量%のモリ
ブデンおよび2重量%までのマンガン、1重量%までの
珪素、0.06重量%までの炭素および更に少量のチタ
ンを含みそして1.4577なる番号によりDINに従
つて表示された材料のごときものである。ジルコニウム
、ジルコニウムおよびジルコニウム合金を含む材料が蒸
溜装置、特に蒸発器に対する材料として特に適している
。この蒸溜装置からの溜り生成物は反応段階(a)に戻
され、過酸化水素および触媒の濃度は適当にプロピオン
酸との反応に必要な濃度に回復される。
抽出からのラフイネートを反応段階{a)へ再循環させ
るこの手段の理由により、ラフイネートの全部もしくは
一部は前もつて再濃縮(c)を通り、本質的に工程段階
(a),(b),(c)および(d)から成る過酸化水
素および触媒の循環が得られる。工程からの側流として
の循環流の一部、例えば0.1乃至6重量%を時々もし
くは連続的に除くことが適当なことがあり得る。有利に
は、この側流は工程において、循環流において過酸化水
素および酸触媒の濃度および存在し得るあらゆる過プロ
ピオン酸およびプロピオン酸の濃度が出来るだけ低い点
において抜き取られる。新鮮な過酸化水素が加えられる
前且つ(c)に従う再濃縮が行なわれる前の抽出からの
ラフイネートが側流としてのこの抜き取りに極めて特に
適している。循環流の二部でありそして本質的(こ過酸
化水素および酸触媒を含む水溶液であるこの側流は捨て
られるかまたは再生段階に送り込んで処理することが出
来る。例えば、この循環流の部分は水蒸気を用いて真空
中でそこに含まれる過酸化水素を蒸溜することにより再
生することが出来、酸触媒の水溶液が蒸溜残留物として
得られる。溜出物として得られた過酸化水素を含む水溶
液は再濃縮後に適当ならば、工程に戻すことが出来る。
例えば蒸溜による精製の後、酸触媒の水溶液を工程に戻
すことも出来る。循環中でのこの交換によつて、触媒例
えば硫酸の相当する部分が工程から抜きとられ、従つて
工程中に補充されねばならない。硫酸と過酸化水素水溶
液の混合物の形で所要量のH2SO4を加えることによ
り硫酸を補充することが適当であり、循環の側流の再生
から得られそして必要に応じて更に或る新鮮な供給量の
過酸化水素および硫酸により補うことが出来る硫酸およ
び過酸化水素の量を用いることが適当である。然しなが
ら、循環を補充するのに必要な硫酸および過酸化水素を
含む水溶液の全量はまた新鮮な過酸化水素および新鮮な
硫酸から調製することも出来る。本質的に過プロピオン
酸およびプロピオン酸を含みそして工程段階(b)に従
つて得られるベンゼン抽出液は水もしくは水溶液を用い
て工程段階(e)において処理される。
一般に操作方法は過プロプオン酸を含む−ンゼン抽出液
をこの目的に通常用いられる装置の一つにより水を用い
て洗浄するような方法である。この洗浄は、抽出として
例えば多段向流抽出として水を用い゛C例えば三段抽出
装置中で行うのが適当である。勿論、向流抽出の代りに
、共流抽出もしくは交差流抽出を用いることも出来る。
数段の抽出段階を用いて処理する場合、抽出は部分的に
共流抽出として且つ部分的に向流抽出として行うことも
出来る。ベンゼン抽出液に対して0.1乃至5容量%の
水もしくは水溶液を用いることが適当である。
好ましくは0.5乃至3容量%の水が用いられる。純粋
の水の代りに、実質的に過酸化水素および鉱酸を含まな
い水溶液を用いることも出来る。工程中にて得られる水
溶液相を用いることが適当である。例えば、(f)に従
う共沸蒸溜からの水溶液相が適当である。水処理からの
水溶液相はその中に含まれる量の過プロピオン酸および
過酸化水素を工程のために得るために(b)に従つてベ
ンゼンを用いる抽出に戻すことが出来る。段階(e)に
従う水処理のための装置として、公知の抽出系、例えば
混合機/沈降槽、篩皿抽出器、パルス篩皿塔もしくは抽
出遠心分離器が適している。
このようにて、過プロピオン酸を含みそして実質的に過
酸化水素および硫酸を含まないベンゼン溶液が得られ、
次に工程段階(f)に従う共沸蒸溜にかけられる。
この段階において、過プロピオン酸のベンゼン溶液に含
まれる水が除去される。一般に、蒸溜物の量は共沸塔の
溜り中の残留水含量が0.5重量%以下、好ましくは0
.1重量%以下になるように選ばれる。然しながら、水
含量を無視し得る程少量まで減じることも可能である。
共沸塔からの頭部蒸気の凝縮後有機相として分離するベ
ンゼンは還流により塔に戻される。頭部蒸気の凝縮後に
得られそして一般に少量の過プロピオン酸且つまた過酸
化水素を含む水溶液相は適当な点、例えば(e)もしく
は(b)に従う抽出点にて工程に戻されるが、それは工
程から抜き取ることも出来る。共沸蒸溜(f)は常圧も
しくは減圧、例えば100乃至400mmHgにて行う
ことが出来る。溜り温度は例えば30乃至80℃である
。一般に、70℃以下の溜り温度が適当である。共沸蒸
溜には通常の塔、例えば公知の皿付きもしくは充填塔が
適している。
蒸発器として通常の装置を用いることが出来る。降下流
蒸発法もしくは薄層蒸発器が好ましい適当な装置である
。共沸蒸溜からの溜り生成物として得られた、実質的に
無水でありそして過酸化水素を含まない、ベンゼン中の
溶液は工程段階(g)において過剰のプロピレンと、例
えば1.01乃至8:1のプロピレン:過プロピオン酸
のモル比にて40乃至100℃の温度および2乃至30
バールの圧力にて反応させる。反応は2.5乃至20バ
ールの圧力にて行うことも出来る。例えば4乃至18バ
ールの圧力が適当な圧力範囲となる。好ましくは、反応
は5乃至14バールの圧力にて行われる。反応温度は好
ましくは60〜80℃に保たれる。等温条件下での操作
即ち全反応混合物中均一な温度を保つことのほかに、反
応の進行と共に次第に増大する、所謂温度勾配が反応中
に形成する方法も可能である。然しながら、反応の進行
と共に下降温度勾配が形成するような方法で反応を行う
ことも出来る。工程段階(g)を行うときの圧力は反応
混合物が主として液相中に存在するように選ばれる。例
えば2.5:1のプロピレン:過プロピオン酸のモル比
および65乃至75℃の反応温度にて、圧力は例えば6
乃至8バールである。プロピレン対過プロピオン酸のモ
ル比は好ましくは1.5乃至4:1である。
過プロピオン酸1モル当り2.0乃至3.0モルのプロ
ピレンのモル比を用いることが極めて特に有利である。
反応を行うにはこの型の反応に通常用いられる装置、例
えば攪拌ケトル槽、管状反応槽、ループ反応槽もしくは
ループ状反応槽を用いることが出来る。
一般に少くとも二つの理想混合ケトル槽のカスケードと
して作動する装置が用いられる。4乃至501好ましく
は10乃至30の理想混合ケトル槽のカスケードとして
作動する反応系を用いることが特に有利である。
実際に反応を行う場合、例えば一連の数個の攪拌ケトル
槽、例えば3乃至6個のケトル反応槽のカスケードが用
いられる。−般に、工業用プロピレンが工程段階(g)
に従う反応に用いられる。それには工業的に用いる場合
に一般的な不純物、特定的にはプロパンが含まれ得る。
勿論特に精製されたプロピレン、例えば0.5(f)以
下のプロパンを含むプロピレンも用いることが出来る。
プロピレンは種々の方法で反応装置に導入することが出
来る。
プロピレンは液体または気体の形で用いることが出来る
。プロピレンはまた過プロピオン酸溶液と共に反応装置
に通すことも出来る。それら二つの供給物質はまた互い
に別々に反応槽に導人することも出来る。更にプロピレ
ンおよび過プロピオン酸溶液を反応槽に異つた点で通す
ことも可能である。カスケードに配列された数個の反応
槽を用いる場合、プロピレンのすべてを第一の反応槽に
導入することが適当なことがあり得る。然しながら、プ
ロピレンはまた種々の反応槽の間に分けることも出来る
。著しい反応熱は内部および外部の冷却器により除去さ
れる。
反応熱を除くために、反応はまた還流下(沸謄反応槽)
で行うことも出来る。反応は過プロピオン酸の転化を出
来るだけ完全に行うのが適当である。一般に、過プロピ
オン酸の98%以上が転化される。過プロピオン酸の9
9(:Ft)以上を転化することが適当である。反応は
、それを乱流を含む反応管中で部分的に行なう場合、特
に高い選択性をもつて行うことが出来、該反応管は例え
ば一連の撹拌ケトル槽に連結される。逆混合を主として
防ぐ挿入物、例えば有孔バツフル板を取付けた反応管を
用いることが特に有利である。例えば、反応は先づ直列
に配列されたいくつかの、例えば、1乃至3の攪拌反応
装置中で行われ、そして反応混合物を次に反応管に通し
て反応を完結させる。反応管は断熱条件下で操作出来る
が、例えば外部冷却により冷却するか、または管の個々
の部分の間に冷却器を取りつけることも出来る。適当な
反応管の寸法は意図する製造速度に依存する。反応管中
の流速は、反応成分の逆混合が実質的に起らないような
速さであることが必須である。反応管の寸法は1乃至2
00メートルの長さに対して0.01乃至10メートル
とすることが出来る。いくつかの管を平行に操作するこ
とも可能である。例えば、管束を用いることが出来る。
有孔バツフル板を有する反応管を用いる場合、バツフル
板は一般に互いに0.1乃至5mの距離にある。プロピ
レンと過プロピオン酸の間の反応(段階g)を本発明に
従つて行う場合、用いられる過プロピオン酸に対して9
7(f)以上のプロピレンオキシドの収率を達成するこ
とが可能である。副生成物、例えばプロピレングリコー
ル、プロピレングリコールモノエステルおよびプロピレ
ングリコールジエステルの量は生成するプロピレンオキ
シドに対して0.1モル%以下、例えば0.5モル%も
しくはそれ以下である。反応混合物はそれ自体公知の方
法で処理される。
この処理の目的は純粋のプロピレンオキシドを得ること
および場合により過剰のプロピレン、プロピオン酸およ
び有機溶媒を本発明方法を構成する上記段階(a),(
b)又は(g)に再循環することが出来る程度の純度に
て分離することである。反応混合物は一般に蒸溜により
処理される。
プロピレンオキシドとプロピオン酸を互いに極めて迅速
に分離することが適当である。この目的には例えば蒸溜
塔が用いられ、該塔ではプロピレスオキシドを、場合に
より低沸点成分および溶媒の一部と共に、先づ頭部から
溜出せしめそして残余の溶媒およびプロピオン酸は溜り
生成物として得られる。頭部生成物は例えば更に一つの
蒸溜により処理されて純粋なプロピレンオキシドが分離
される。有機溶媒(ベンゼン)およびプロピオン酸はこ
れらの二つの蒸溜塔からの溜り生成物から回収される。
プロピオン酸の蒸溜からの蒸溜残渣はすでに記載された
少量の高沸点成分である。原理的に、溶媒ベンゼンは定
量的に回収することが出来るo本発明に従う方法の一つ
の具体例を図1を用いて説明する。22乃至28重量%
の過酸化水素および23乃至28重量%の硫酸を含む水
溶液を2を経て、そして同時にプロピオン酸を3を経て
、3,9乃至4.2:1の過酸化水素対プロピオン酸の
モル比にて、25乃至45℃の温度にて第一の反応段階
1に供給する。
反応系1における滞留時間は10乃至30分である。反
応系1から4を経て出る反応混合物は約7乃至11重量
%の過プロピオン酸、4乃至7重量%のプロピオン酸、
19乃至23重量%の硫酸、0.5乃至2重量%の力ロ
ー酸(Care/Sacid)および18乃至22重量
%の過酸化水素を含む。それは抽出系5を通り、該抽出
系5は70乃至100の篩皿を有するパルス篩皿塔から
成り、そしてそれに6を経て0.1重量%以下のプロピ
オン酸含量を有するベンゼンを投入する。ベンゼン対1
から来る抽出されるべき反応混合物の比は0.3乃至2
:1である。従つて、抽出液中の過プロピオン酸の含量
は用いるベンゼンの量により広範囲に調節することが出
来そして6乃至12重量%である。系5から7を経て抜
き取られるこの抽出液からのラフイネートは反応系1に
て転化さえなかつた過酸化水素および硫酸並びに硫酸お
よび過酸化水素を含む混合物中にてこれらの成分から常
に少量生成される力ロー酸、および少量の過プロピオン
酸およびプロピオン酸を含む。抽出からのこのラフイネ
ートは8において2:1乃至5:1の比にて大きい部分
流と小さい部分流に分けられる。ラフイネートの大きい
方の部分流は管9を経て混合槽10に供給されそして小
さい方のラフイネート流は11を経て蒸溜装置12に供
給される。蒸発器および塔から成る蒸溜装置12中では
、水は40乃至120m7ILHgの圧力および60乃
至85℃の溜り温度にて頭部から溜出せしめられそして
この水は13を経て工程から抜き取られる。溜出物とし
て13を経て取出される水の量は本質的に消費される過
酸化水素の量を補充するのに必要としそして14を経て
工程に供給される新鮮な過酸化水素中に含まれる水の量
と、反応段階1にて生成される水の量と、ベンゼン抽出
液用の洗浄水として用いられ且つ15を経て工程に供給
される水の量との合計に相当する。13を経て取り出さ
れる蒸溜物は少量の過プロピオン酸、プロピオン酸およ
び過酸化水素を含む。
蒸溜塔12の蒸発装置として降下流蒸発器が用いられる
。本質的に過酸化水素および硫酸を含む水溶液は12に
おいて行われる11を経て供給されるラフイネート流の
再濃縮からの溜り生成物として得られる。16を経て1
0に供給されるこの水溶液中の過酸化水素および硫酸の
濃度は、12における物質流11から流出されるべき水
の量および再濃縮に通されるそれ自体ラフイネート流1
1の量により定められる。
従つて、16中にて支配的な過酸化水素および硫酸の濃
度は専ら抽出からのラフイネートの分割に対して8にお
いて選ばれた比により定められる。抽出系5からの過プ
ロピオン酸のベンゼン抽出液は17を経て抽出系18に
供給され、そこで抽出液は15を経て供給される水によ
り向流法にて抽出される。抽出系18はパルス篩皿塔か
ら成り、該塔は1乃至5の理論抽出段を含む。15を経
て18に供給される水の量はベンゼン溶液の容積の0.
5乃至2%である。
抽出装置18からの水溶液相は19を経て抽出系5に戻
される。このようにして水で処理された過プロピオン酸
のベンゼン溶液は20を経て蒸溜装置21に通り、そこ
で共沸脱水が行われる。蒸溜系21内の圧力は100乃
至300mTILHgでありそして溜り温度は50乃至
75℃である。下降流蒸発器により加熱されるこの塔の
溜りから流出する過プロピオン酸のベンゼン溶液の水含
量は0.1重量%以下である。凝縮後、蒸溜装置21の
塔からの頭部蒸気から分離された水は22を経て19と
合せられ、そして抽出系5に戻される。実質的に無水で
あり且つ過酸化水素を含まずそして共沸蒸溜からの溜り
生成物として得られる過プロピオン酸のベンゼン溶液は
23を経て反応系24に送られ、そこで25を経て系に
供給されるプロピレンとの反応が1.1乃至3:1のプ
ロピレン対過プロピオン酸のモル比にて起る。24中の
圧力は4バールである。
反応系24は長さ10乃至80mの下降流遅延管と直列
にある二つのループ反応槽から成る。反応物質が循環ポ
ンプにより混合される二つのループ反応槽中の温度は5
0乃至80℃である。その二つのループ反応槽内で過プ
ロピオン酸の80乃至95%が転化される。更に99.
8(f)まで転化が進む過プロピオン酸の反応が冷却な
しに操作される下降流遅延管中で起る。得られた混合物
は26を経て受器27に移され、そこでそれは圧が下げ
られる。そこで得られた気相は本質的にプロピレンを含
み、それは28を経て過プロピオン酸との反応、即ち反
応系24に再循環される。プロピレンオキシドは次に残
留プロピレンおよびベンゼンの一部と共に、29を経て
蒸溜装置30に通る液相から蒸溜により分離される。プ
ロピレン、プロピレンオキシドおよびベンゼンを含む流
れは31を経て蒸溜装置32に送られ、そこで更に成分
の分離が起りそして純粋のプロピレンオキシドが得られ
、それは33を経て工程を出る。プロピレンは34を経
て反応系24に再循環される。塔30および32からの
溜り生成物は35および36を経て更に一つの蒸溜装置
37に供給され、そこでベンゼンは頭部生成物として回
収されそして6を経て抽出系5に再循環される。ベンゼ
ン回収塔37からの、本質的にプロピオン酸から成る溜
り生成物は38を経て蒸溜装置39に送られ、そこでプ
ロピオン酸は頭部生成物として溜出せしめられ、このプ
ロピオン酸は3を経て反応系1に再循環される。プロピ
オン酸より高沸点の生成物は蒸溜39からの溜り生成物
として得られそして40を経て工程から抜き取られる。
本発明の方法に従えば、用いられる過酸化水素に対して
少くとも94%且つ用いられるプロピレンに対して少く
とも97%の収率にてプロピレンオキシドを製造するこ
とが出来る。
本発明に従う方法の利点は次のように要約することが出
来る。
1.高収率によるすぐれた経済性、 2.例えばクロルヒドリン法の場合のごとき環境を汚染
する副生成物のないこと、3.例えばプロピレンに対す
る酸化剤として炭化水素過酸化物を用いる方法の場合の
ごとき共生成物がないこと、4.プロピレングリコール
、プロピレングリコールモノプロピオネートもしくはプ
ロピレングリコールジプロピオネートのごとき副生成物
の量が無視し得る程度であること、5.簡単な工程手段
のために技術的努力が少なくてすむこと、および6.大
規模の工業的プロセスとして要求されるものとして、爆
発の危険が実際上完全になくなること。
実施例 1(図2参照) 連続的方法において、加熱することが出来る遅延管から
成り、充填物を含みそして60(V7!の長さおよび5
CTILの直径を有する反応系1に、プロピオン酸を2
60.19/時(=3.51モル/時)にて管2を経て
供給し、31.7重量%の硫酸、26.98重量%の過
酸化水素および1.28重量%の力ロー酸を含む水溶液
を5409/時にて管3を経て供給し、50重量%濃度
の過酸化水素水溶液を136,49/時(=68.29
/時H2O2=2.0モル/時)にて管4を経て供給し
、そして24.65重量%の硫酸、21.21重量%の
過酸化水素、1.0重量%の力ロー酸、1.52重量%
のプロピオン酸および2.25重量%の過プロピオン酸
を1,620.39/時の量にて管5を経て供給した。
過酸化水素対、反応系1に入る上記の生成物流混合物中
のプロピオン酸のモル比は4:1であり、但し力ロー酸
に結合した過酸化水素および更に流れ5中に少量含まれ
る過プロピオン酸に結合した量のH2O2は遊離のH2
O2として計算した。反応系1内において、生成物流2
,3,4および5から得られる混合物を40℃にて18
分間加温し、一方においてプロピオン酸と過酸化水素と
の間の平衡および他方において過プロピオン酸と水との
間の平衡が、2を経て供給されるプロピオン酸の55%
が過プロピオン酸に転化されるように規正された。遅延
管1を通して流れた後、平均8.23重量%の過プロピ
オン酸、5.54重量%のプロピオン酸、22.31重
量%の硫酸、0.9重量%の力ロー酸、19.23重量
%の過酸化水素および43.79重量%の水を含みそし
て2,557.29/時の量にて得られる生成物流を室
温まで冷却しそして気体分離器6に供給し、そこで酸素
88容量%および二酸化炭素12容量%から成る気体を
150m1/時にて分離しそして7を経て除去した。こ
の脱気された反応混合物を次に、それを8にて14.0
9重量%の過プロピオン酸、8.96重量%のプロピオ
ン酸および8.93重量%の過酸化水素を含みそして管
9を経て供給される46f!/時の水溶液と共に抽出系
10に供給した。抽出操作は20℃の温度で行なつた。
40の篩皿が取付けられ、2mの長さおよび2.5CT
!Lの直径を有しそして相分離が起る一つの分離槽を上
端および下端の両方に取付けたパルス篩皿塔を抽出系1
0として用いた。
生成物流9を分離器6から出てくる流れと合した後得ら
れた混合物は2,603.39/時の量にて塔の上端且
つ分離槽の下の位置に供給されそして重い相として塔の
頭部から底部に流れ、他方抽出剤として作用しそして0
.97重量%の過プロピオン酸、0.64重量%のプロ
ピオン酸、0.22重量%の水且つまた痕跡量の過酸化
水素を含みそして後に続く抽出装置12からベンゼン抽
出液として抜き取られるベンゼン溶液が管11を経て塔
10に該塔10の下端の位置にて供給された。9.78
重量%のプロピオン酸のほかに、なお6.56重量%の
プロピオン酸、0.62重量%の水、0.27重量%の
過酸化水素且つまた痕跡量の硫酸を含む過プロピオン酸
のベンゼン溶液を1,838.79/時の量にて塔10
の上部分離槽から管13を経て抜き取つた。
10内で起る抽出からのラフイネートは重い相として下
部の分離槽に集まりそして連続的にそこから管14を経
て2,314.69/時の量にて除去された。
このラフイネートは平均、24.6・5重量%の硫酸、
21.21重量%の過酸化水素、1.0重量%の力ロー
酸、49.37重量パーセントの水且つまた2.25重
量%の過プロピオン酸および1.52重量%のプロピオ
ン酸を含み、そして15にて7:3の比にて大きい流れ
と小さい流れに分割された。ラフイネートのこれらの二
つの部分流の大きい方の流れは管5を経て反応系1に再
循環され、他方小さい方の流れは16を経て抽出装置1
2に供給されそして12の上端に導入された。10と同
様、装置12は分離槽が装備され、2.5mの長さおよ
び20muの直径を有しそして50の実皿を等間隔で取
付けたパルス篩皿塔から成るものであつた。
管17を経て15229/時の量にて供給されそして抽
出剤として作用しそして少量のプロピオン酸および水を
含み得るベンゼンが塔12の下端に導入された。その結
果、抽出装置10からのラフイネートの小さい方の部分
流16は装置12中にてベンゼンを用いて向流法により
抽出された。ベンゼン溶液11は室温にて行われるこの
抽出により抽出液として得られそして塔10に供給され
、他方25.7重量%の硫酸、22,11重量%の過酸
化水素、1.04重量%の力ロー酸且つまた0.09重
量%の過プロピオン酸および0.08重量%のプロピオ
ン酸を含む水溶液が、12にて起る抽出からラフイネー
トとして18を経て塔の下部から6669/時の量にて
抜き取られた。このラフイネート流18は、水を蒸溜除
去することにより再濃縮することによつて、反応装置1
に再循環してプロピオン酸と反応させるために更に処理
された。この再濃縮過程は、40mmHgの圧力にて操
作されそして泡キヤツプ皿、冷却器、還流比を変えるこ
とが出来る装置および沸騰液の蒸気により加熱出来る降
下フイルム蒸発器を取り付けた塔(長さ1m、直径50
mm)から成る蒸溜塔19内にて起つた。ラフイネート
流18は塔の下部に供給された。60〜63℃の溜り温
度、32℃の塔の頭部温度および0.7の還流比(還流
/抜き取り)にて、水のほかになお0.52重量%の過
プロピオン酸および0.43重量%のプロピオン酸を含
む蒸溜物が124.59/時にて得られそして管4を経
て工程から抜き取られた。
更に31.7重量%の硫酸、26.98重量%の過酸化
水素および1.28重量%の力ロー酸を含む水溶液が5
40g/時にて塔19の溜りから管3を経て抜き取られ
、そして30℃に冷却した後反応系1に再循環された。
反応系1、分離系6、抽出装置10および12および蒸
溜装置19を含みそしてここで完成された硫酸および過
酸化水素の循環流18から管20を経て抽出塔12から
のラフイネートとして1.54g/時の量が抜き取られ
、そして適当な用途に送られるかもしくは再生された。
循環系からこのように抜き取られた量の硫酸および過酸
化水素は、このラフイネート(流れ18)の組成を有し
そして適当な濃度の硫酸および過酸化水素の水溶液から
調製された混合物を毎時同量連続的に、生成物流18が
蒸溜塔19に入る直前に管21を経て蒸溜塔19に供給
することにより補充された。循環中の交換から生ずる過
酸化水素の損失は4を経て工程に供給される新鮮な過酸
化水素に対して0.5%であり、これは勿論20から抜
き取られる量の過酸化水素が再生されず、その結果21
を経て供給されるべき補充液を調製するのに用いること
が出来ない場合のみである。軽い相として抽出系10か
ら13を経て抜き取られた過プロピオン酸のベンゼン溶
液は抽出系22に供給され、そこでそれは水を用いて向
流法により抽出され、これは10から来る有機相がパル
ス篩皿塔(長さ1.50m1直径20mTfL)として
設計された抽出系22の下端に供給され、他方管23を
経て塔22に供給される脱イオン水が塔の上端に209
/時の量にて入るように行われる。
18.95重量%の過プロピオン酸、12.6重量%の
プロピオン酸、12.32重量%のH2O2および56
.13重量%の水を含む混合物が329/時の量にて水
溶液相として得られ、そして塔の溜りから管24を経て
抜き取られた。
9.51重量%の過プロピオン酸、6.38重量%のプ
ロピオン酸、0.06重量%の過酸化水素および0.7
3重量%の水を含むベンゼン溶液が1,826.7f1
/時にて塔22の頭部に位置する分離槽から抜き取られ
そして管25を経て蒸溜装置26に供給され、そこで溶
液は共沸的に乾燥された。
5個の泡キヤツプ皿および薄層蒸発器、冷却器且つまた
塔の頭部での蒸溜液の相分離のための分離器を装備した
長さ50cm且つ直径50mmの塔を蒸溜装置26とし
て用いた。
長鎖アルコールを部分的にエステル化した市販のポリ燐
酸ナトリウム塩の型の安定剤をプロピオン酸に約3重量
%濃度に溶かした溶液を5m1/時にてベンゼン溶液2
5にこれが塔26の薄層蒸発器に入る前に加えた。安定
剤溶液は管27を経て生成物流25に供給された。25
0關Hgの圧力にて操作された塔26の溜りの温度は6
2〜65℃であつた。
2.98重量%の過プロピオン酸および0.6重量%の
プロピオン酸並びに1.19重量%の過酸化水素を含む
水溶液149/時、およびベンゼン約230m1/時が
蒸溜物として得られた。
ベンゼンは還流として塔に通され、他方塔の頭部にて分
離器中に得られた水溶液相は管28を経て抜き取られそ
して29にて抽出塔22からの重い相24と合せられて
生成物9となり、そのあと後者はすでに記述した量にて
8にて抽出系10の前にて分離器6を出る混合物に供給
された。6.69重量%のプロピオン酸並びに0.05
重量%の過酸化水素をも含む、プロピオン酸の9.53
重量%濃度のベンゼン溶液が1,817.7g(=2,
011TfL0/時の量にて26にて起る共沸蒸溜から
の溜り生成物として得られそして管30を経て抜き取ら
れた。
この方法により乾燥されたベンゼン抽出液中の過プロピ
オン酸の収率は工程に供給された過酸化水素に対して9
6(:f)であつた。
塔26の溜りから30を経て抜き取られた過プロピオン
酸の乾燥ベンゼン溶液を、三段ケトル槽カスケードとし
て設計された反応装置31中で、管32を経て供給され
た過剰のプロピレンと反応させた。
反応は4バールの圧力にて行われた。反応に送られた過
プロピオン酸に対する過剰量のプロピレンは180モル
%(=145.59プロピレン/時)であつた。二つの
下方向流反応槽と同様、攪拌装置を備えそして21の容
量を有するこの三段カスケードの第一の反応槽は65℃
の温度で操作され、そして第二および第三の反応槽も各
々21の容積を有し、両方共70℃の温度にて操作され
た。ベンゼン中の過プロピオン酸およびプロピレンから
生成された反応混合物に対する平均滞留時間は三つの反
応槽を通して約2.7時間であつた。プロピレンは気体
状にて第一および第二の反応槽に導入され、供給される
全量の61.101)(3.465モルプロピレン/時
)が第一の反応槽に入り、従つて該反応槽中のプロピレ
ン対過プロピオン酸のモル比は常に1.1:1であつた
。これらの反応条件下では、供給物中の過プロピオン酸
の99.8(f)が転化された。
第三の反応槽のあと、1,963.39/時の量にて得
られそして平均、77。53重量%のベンゼン、5.6
1重量%のプロピレンオキシド、13.4重量%のプロ
ピオン酸且つまた3.32重量%のプロピレン、0.0
4重量%のプロピレングリコールモノプロピオネートお
よび0.03重量%のプロピレングリコール、その他痕
跡量の水、エタノール、二酸化炭素および酸素を含む反
応混合物を室温に冷却しそして管33を経て分離器34
に送り、そこでそれを常圧まで下げた。
これにより反応混合物からこれらの圧力および温度条件
下では該混合物中に最早溶解し得ない過剰のプロピレン
の一部且つまた少量の他の化合物が放出される。分離器
34中で気体として放出されたプロピレンは459/時
の量にて管35および32を経て反応系31に戻される
。常圧に下けられそして分離器34から管36を経て出
た、プロピレンオキシドを含む混合物は下降流蒸溜トレ
イン中で分離され、プロピレンオキシドのすべては、3
6になお溶解しているプロピレンおよびベンゼンの一部
と共に蒸溜塔37中で生成物流36から蒸溜して取出さ
れる。37にて202.79/時の量にて得られそして
9,95重量%のプロピレン、54.36重量%のプロ
ピレンオキシド且つまた35.58重量%ベンゼンおよ
び0.16重量%の水を含む蒸溜物は管38を経て蒸溜
塔39に供給し、そこで99.9重量%濃度のプロピレ
ンオキシド110.39/時並びにプロピレン20.2
9/時が得られた。
39にて回収されたこのプロピレンぼ40を経て反応系
31に再循環された。
プロピレンオキシドは塔39から41を経て抜き取られ
た。塔37および39からの溜り生成物はそれぞれ管4
2および43を経て蒸溜塔45に送られ、そこでベンゼ
ンが頭部生成物として15229/時の量にて回収され
、次に管17を経て抽出系12に戻された。ベンゼンの
ほかに、0.729/時の水が蒸溜物として塔45から
得られた。本質的にプロピオン酸から成る塔45からの
溜り生成物は管46を経て真空中で操作される蒸溜塔4
7に入る。ここでプロピオン酸が261.59/時にて
頭部生成物として得られそしてこのプロピオン酸が26
0.19/時にて管2を経て反応系1に再循環され、他
方残余の1.4f1/時の量は、新鮮なプロピオン酸の
適当量を加えた後、27を経て工程に入る安定剤溶液の
調製に用いられた。プロピレングリコールジプロピオネ
ートが2.539/時にて塔47の溜りから48を経て
抜き取られそして更に処理することなく適当な他の用途
に送られた。プロピレンオキシドの収率は反応系31に
供給される過プロピオン酸に対して98.7%でありそ
して1にて工程に供給される過酸化水素に対して94.
75%であつた。
プロピオン酸の損失は2および27を経て工程に供給さ
れた全量の1.35%であり、この供給量の0.75(
:f)はプロピレングリコールジプロピオネート中に含
まれた。ベンゼンの損失は検出されなかつた。反応系3
1に毎時供給されるプロピレンの量(145.59)の
うちの62,59/時(=44.810I))が回収さ
れそして反応段階31に再循環され、54.84%が毎
時得られるプロピレンオキシドの量に含まれた。
プロピレングリコールジプロピオネート中に含まれるプ
ロピレンの量は0.569であり、それは32を経て毎
時供給されるプロピレンの量に対して0.3801)の
損失に相当した。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の方法に従う一つの具体例を示し、そして
、図2は実施例1に関して示される本発明の一つの具体
例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a)10〜40重量パーセントの水溶性酸触媒お
    よび20〜30重量パーセントの過酸化水素を含む水溶
    液をプロピオン酸と、3.5〜5:1の過酸化水素:プ
    ロピオン酸のモル比にて10〜70℃の温度で反応させ
    、(b)得られた反応混合物をベンゼンを用いて向流法
    により抽出し、(c)主として過酸化水素および酸触媒
    を含む、抽出からのラフイネート水溶液の全部もしくは
    一部を蒸溜により水を除去することによつて濃縮し、そ
    の際反応段階(a)におけるプロピオン酸との反応に必
    要な濃度まで過酸化水素濃度を回復させるのに必要な過
    酸化水素を、蒸溜による水の除去の前もしくは後に、濃
    縮されるべきラフイネートの部分に加えるか、または場
    合により濃縮されないラフイネートの部分に加えること
    により、反応段階(a)におけるプロピオン酸との反応
    に必要な濃度まで過酸化水素および水溶性酸触媒の濃度
    を調整し、(d)濃縮されたラフイネートおよび場合に
    より濃縮されなかつたラフイネートの部分を反応段階(
    a)に循環し、(e)主として過プロピオン酸およびプ
    ロピオン酸を含むベンゼン抽出液を水もしくは水溶液を
    用いて処理し、(f)水含有ベンゼン抽出液を共沸蒸溜
    にかけて、溜り生成物の残溜水含量を0.5重量%以下
    とし、(g)共沸蒸溜からの溜り生成物として得られた
    過プロピオン酸およびプロピオン酸を含む溶液を40〜
    100℃の温度および2〜30バールの圧力にて過剰の
    プロピレンと反応させ、そして(h)プロピレンオキシ
    ドを含む反応混合物をそれ自体公知の方法で処理し、純
    粋のプロピレンオキシドを分離しそして存在し得る過剰
    のプロピレン、プロピオン酸およびベンゼンを回収する
    、ことを特徴とする、プロピレンおよび過酸化水素水溶
    液からプロピレンオキシドを連続的に製造する方法。 2 段階(a)における水溶性酸触媒として硫酸を用い
    る特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 23〜28重量%の硫酸および22〜28重量%の
    過酸化水素を含む水溶液を段階(a)において用いる特
    許請求の範囲第1項または第2項記載の方法。 4 段階(a)において過酸化水素:プロピオン酸のモ
    ル比を3.7〜4.5:1とする特許請求の範囲第1項
    〜第3項のいずれかに記載の方法。 5 段階(a)において反応を20〜60℃の温度にて
    行う特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の
    方法。 6 段階(a)において反応を30〜40℃の温度にて
    行う特許請求の範囲第1項〜第5項のいずれかに記載の
    方法。 7 段階(b)においてベンゼン対抽出される反応混合
    物の比を0.3〜4:1とする特許請求の範囲第1項〜
    第6項のいずれかに記載の方法。 8 段階(b)において抽出を0.5%以下のプロピオ
    ン酸を含むベンゼンを用いて行う特許請求の範囲第1項
    〜第7項のいずれかに記載の方法。 9 段階(b)において抽出を10〜70℃の温度にて
    行う特許請求の範囲第1項〜第8項のいずれかに記載の
    方法。 10 段階(b)に従う抽出を二つの段階で行ない、段
    階(a)に従つて得られた反応混合物の全部を、第二の
    抽出装置からの抽出液として得られる溶液のことき少量
    の過プロピオン酸およびプロピオン酸を含むベンゼン溶
    液を用いて第一の抽出装置中で向流法により抽出し、得
    られたラフイネートを2〜5:1の比にて分割し、小さ
    い方の部分流を第二の抽出装置中で向流法によりベンゼ
    ンを用いて抽出し、該抽出に対してベンゼン対小さい方
    の部分流の比は1:1〜4:1とし、抽出液として得ら
    れたベンゼン溶液を抽出剤として第一の抽出装置に導入
    し、ラフイネートを(c)に従う濃縮に通しそして第一
    抽出液からのラフイネートを反応段階(a)に循環させ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第9項のい
    ずれかに記載の方法。 11 段階(c)において蒸溜による水の除去を40〜
    150mmHgの圧力および60〜85℃の温度にて行
    う特許請求の範囲第1項〜第10項のいずれかに記載の
    方法。 12 段階(c)において0.1重量%以下の過酸化水
    素を含む水を、蒸溜による濃縮中に蒸溜除去する特許請
    求の範囲第1項〜第11項のいずれかに記載の方法。 13 段階(e)に従う濃縮に先立つて段階(b)を行
    つた後に得られたラフイネートから、過酸化水素および
    硫酸を含む側流を循環流の0.1〜6重量%の量にて抜
    き取る特許請求の範囲第1項〜第12項のいずれかに記
    載の方法。 14 過酸化水素および硫酸を含む側流を再生段階に供
    給しそして場合により回収された量の過酸化水素および
    硫酸を段階(a)又は段階(c)に戻す、特許請求の範
    囲第1項〜第13項のいずれかに記載の方法。 15 7〜15重量%の過プロピオン酸を含むベンゼン
    抽出液を段階(e)において処理する特許請求の範囲第
    1項〜第14項のいずれかに記載の方法。 16 段階(e)においてベンゼン抽出液を該ベンゼン
    抽出液の容積の0.5〜3容量%の量の水を用いて処理
    する特許請求の範囲第1項〜第15項のいずれかに記載
    の方法。 17 段階(e)においてベンゼン抽出液を段階(f)
    の共沸蒸溜からの水溶液相を用いて処理する特許請求の
    範囲第1項〜第16項のいずれかに記載の方法。 18 段階(e)における水処理から得られた水溶液相
    を段階(b)に循環する特許請求の範囲第1項〜第17
    項のいずれかに記載の方法。 19 段階(f)の共沸蒸溜を30〜80℃および10
    0〜400mmHgにて行う特許請求の範囲第1項〜第
    18項のいずれかに記載の方法。 20 段階(f)において共沸塔からの溜り生成物中の
    残留水含量を0.1重量%以下とする特許請求の範囲第
    1項〜第19項のいずれかに記載の方法。 21 段階(g)において、プロピレン:過プロピオン
    酸のモル比を1.01〜8:1にして反応を行う特許請
    求の範囲第1項〜第20項のいずれかに記載の方法。 22 段階(g)の反応を60〜80℃の温度にて行う
    特許請求の範囲第1項〜第21項のいずれかに記載の方
    法。 23 2〜3:1のプロピレン:過プロピオン酸のモル
    比にて段階(g)の反応を行う特許請求の範囲第1項〜
    第22項のいずれかに記載の方法。 24 段階(g)の反応を10〜30の理想混合ケトル
    槽のカスケードとして作動する反応系中で行う特許請求
    の範囲第1項〜第23項のいずれかに記載の方法。 25 段階(g)の反応を3〜6のケトル反応槽のカス
    ケード中で行う特許請求の範囲第1項〜第24項のいず
    れかに記載の方法。 26 段階(g)の反応を少くとも一部分、管状反応槽
    中で行う特許請求の範囲第1項〜第25項のいずれかに
    記載の方法。 27 段階(g)の反応を有孔バッフル板を取付けた遅
    延管中で一部分行う特許請求の範囲第1項〜第26項の
    いずれかに記載の方法。 28 段階(g)からの反応混合物を段階(h)におけ
    る蒸溜によつて処理する特許請求の範囲第1項〜第27
    項のいずれかに記載の方法。 29 段階(g)からの反応混合物を段階(h)におけ
    る蒸溜により、プロピレンオキシド、プロピレン、プロ
    ピオン酸およびベンゼンに分離する特許請求の範囲第1
    項〜第28項のいずれかに記載の方法。 30 段階(h)において得られたベンゼンを段階(b
    )に循環し、段階(h)において得られたプロピオン酸
    を段階(a)に循環し、そして段階(h)において得ら
    れたプロピレンを段階(g)に循環する特許請求の範囲
    第1項〜第29項のいずれかに記載の方法。
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