JPS6140218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、銅系触媒の存在下液相でアクリロニ
トリルと水とを反応させてアクリルアミドを合成
する方法に関する。 アクリルアミドは従来からアクリルアミド系ポ
リマーとして製紙薬剤、凝集剤、石油回収剤およ
び土壌固化剤などに用いられ、また他のポリマー
のコモノマーとしても広い用途を有している。こ
れらの用途に供されるアクリルアミドの製法とし
ては、古くはいわゆる硫酸法により製造されてい
たが、近年に至り銅系触媒の存在下にアクリロニ
トリルと水とを反応させる接触法が開発され、現
在では硫酸法に代わつて工業的に実施されてい
る。 アクリロニトリルの水和反応に用いられる銅系
触媒としては、後述の種々のものが液相固定床又
は懸濁床で用いられるが、いずれの場合も触媒は
経日的に劣化して活性を失なう。これを補うべく
既に多くの方法が提案されており、その例として
は、原料アクリロニトリルを予め酸性水溶液又は
カチオン交換樹脂で処理する方法（特開昭50―
29514，同52―108916）、アクリロニトリル水和反
応系に特定の塩類を添加する方法（特開昭50―
13312，米国特許3869511）、劣化触媒を再生する
方法（特公昭54―7754，米国特許3645913）など
が挙げられる。 本発明者らは、これ等の方法とは異る新たな方
法を探策検討した結果、アクリロニトリル、アク
リルアミド及び水を主要成分とする合成液中のア
セトンの存在量が銅系触媒の活性と活性寿命に関
与することを見出し、本発明の方法に到達した。
即ち、本発明は、銅系触媒の存在下アクリロニト
リルを水和してアクリルアミドを合成するに際し
合成液中にアセトンを30〜10000ppmの範囲で存
在せしめることより成るアクリルアミドの合成方
法である。 合成液中のアセトン存在量が上記の範囲より少
ない場合には、銅系触媒の活性が速かに低下し、
いわゆる触媒寿命が低い。また上記の範囲より多
い場合は、活性が低くかつ触媒寿命が短い。アセ
トンと銅系触媒との相互作用機構については明ら
かではないが、合成液中のアクリロニトリル、ア
クリルアミドなどの重合や銅イオンの存在などと
も複雑に関与しているものと思われる。 次に本発明を詳しく説明する。 本発明の方法に用いられる銅系触媒の例として
は、(A)銅線、銅粉等の形の銅と銅イオンとの組合
わせ、(B)銅化合物を還元剤で還元して得られるも
の（還元銅）、(C)銅化合物を熱などにより分解し
て得られるもの（分解銅）、及び(D)銅のラネー合
金をアルカリなどで展開して得られるもの（ラネ
ー銅）がある。上記の還元剤の製法の例としては
(1)酸化銅を気相中で水素、一酸化炭素またはアン
モニアで還元する方法、(2)銅の塩又は水酸化物を
水溶液中でホルマリン、ヒドラジン又は硼水素化
ナトリウムで還元する方法及び(3)銅の塩又は水酸
化物を水溶液中で元素状のアルミニウム、亜鉛又
は鉄で還元する方法などがあり、得られるものの
主たる触媒成分はいずれも元素状の銅と考えられ
る。上記の分解銅の製法の例としては、(1)銅化合
物を次亜燐酸ナトリウムなどで処理して得られる
水素化銅をアルカリ水中で熱分解する方法、(2)蟻
酸銅又は蓚酸銅を熱分解する方法、(3)特開昭49―
108015に示されたいわゆるクラスター銅を熱分解
する方法及び(4)銅アセチリド又は窒化銅を直接ア
クリロニトリルの水和反応系に加える方法などが
あり、得られるものの主たる触媒成分は(4)項のも
のも含めて元素状の銅と考えられる。上記のラネ
ー銅の製法の例としては、(1)銅―アルミニウム合
金をカセイソーダ、硫酸、水、有機アミンなどで
ほぼ完全に展開する方法及び(2)銅―アルミニウム
合金をカセイソーダ、硫酸、水、有機アミンなど
で部分的に展開してアルミニウムの一部を銅と共
に残す方法などがあり、得られるものの主たる触
媒成分は、いずれも元素状の銅と考えられる。 而して、これ等の銅系触媒は、通常用いられる
担体に担持されていても差支えないし、銅以外の
金属、例えばクロム又はモリブデンを含んでいて
も差支えない。 上記した銅系触媒は、夫々の触媒調製法によつ
て得られ、触媒活性には夫々差異はあるが、合成
液中に存在する不純物その他との相互作用の傾向
については、銅系触媒の調製法によつて相異しな
いことが認められている。 触媒は使用前および使用中を通じて酸素および
酸素含有ガスとの接触を避けることが望ましい。
その理由は、酸素が触媒としての活性を損い、エ
チレンシアンヒドリンなどの副生物を増加させる
からである。 本発明の水和反応に供せられるアクリロニトリ
ルとしては、一般にプロピレンのアンモキシデー
シヨンにより合成されるものが用いられる。この
ものは不純物として一般にアセトン、アクロレイ
ン、オキサゾール、アセトニトリル、プロピオニ
トリル、メタクリロニトリル、シス及びトランス
クロトニトリルなどを含み、安定剤として一般に
ハイドロキノンモノメチルエーテルを含む。 本発明の接触水和反応は、かかるアクリロニト
リルを用いて、前記した銅系触媒の存在下に次の
ようにして行なわれる。反応の形成は液相中の懸
濁床又は固定床の触媒床で、流通式又は回分式が
行なわれる。水和反応に供されるアクリロニトリ
ルと水との重量比率は実質的に任意であるが、好
ましくは60：40〜５：95であり、更に好ましくは
50：50〜10：90の範囲である。水和反応の好まし
い反応温度は70〜150℃であり、更に好ましくは
90〜140℃の範囲である。アクリロニトリルの反
応率は好ましくは10〜98％であり、更に好ましく
は30〜95％の範囲である。 上記したアクリロニトリルと水との重量比、反
応温度およびアクリロニトリルの反応率に於いて
未反応アクリロニトリル、未反応水および生成ア
クリルアミドの３者が均一な溶液系を作らないこ
とがあるが、これを避ける為に合成されたアクリ
ルアミドを共溶剤として再びこの反応系に加えて
も良い。反応器内は、上記した温度と組成に於け
る蒸気圧又はそれに窒素などの不活性ガスを加え
た圧力に保たれるが、その圧力は通常、常圧ない
し10気圧の範囲である。反応器に供給される触
媒、アクリロニトリル、水、共溶剤として用いら
れるアクリルアミドなどに含まれる溶存酸素は触
媒の活性を損い、エチレンシアンヒドリンなどの
副生物を増加させるので、反応器に供給する前に
十分に除去することが望ましく、また同じ理由か
ら反応器内は酸素を含まない雰囲気に保つことが
望ましい。なお、水和反応後、反応器から取り出
される反応液は主として未反応アクリロニトリ
ル、未反応水及びアクリルアミドから成り、更に
エチレンシアンヒドリン等の副生物と銅を含む。 上記の反応で得られた反応液は、通常の蒸発又
は蒸留操作に付して濃縮されたアクリルアミド水
溶液を得ると共に、未反応アクリロニトリルの実
質的全量と水の一部を留出回収する。回収された
アクリロニトリルと水は、他の用途に供すること
もできるが、一般的には原料として再使用され、
本発明の方法もかかる使用法を含む。この場合に
おいて、アクリロニトリル中の不純物であるアセ
トンは、反応などによつて僅かに失なわれる以外
はアクリロニトリルと共に留出回収されて反応系
に循環され、従つてこの操作を続ければ、反応系
のアセトン濃度は増加する。しかし、この濃度は
無限に増加するものではなく、一般には濃度の増
加と共に失なわれる量も増加し、ついにはアクリ
ロニトリルと共に外部から供給される量と均衡し
て一定濃度に達して増加はなくなる。また、アセ
トンを添加又は除去することにより意図的に均衡
濃度を加減することもできる。本発明は、かかる
均衡濃度が触媒の活性と寿命に関与するとの発見
に基きなされたものであり、要すれば反応液中の
アセトンの濃度が30〜10000ppmとなるように調
整すれば良好な活性と寿命が得られる。 次に、反応液中のアセトン濃度をかかる範囲に
調整する方法について述べる。アセトン濃度を増
加させるには、原料アクリロニトリル、反応液、
留出回収液などにアセトンを添加すれば良い。ま
た、アセトン濃度を低下させるには、原料アクリ
ロニトリル又は留出回収液を蒸留、抽出などの処
理に付する方法、留出回収液の少量部分を分離し
て再使用しない方法などが挙げられる。 なお、上記のようにして合成されたアクリルア
ミドを最終的な工業製品とするための工程は、概
略次の通りである。即ち、上記の反応及び蒸発又
は蒸留操作に付して得られたアクリルアミド水溶
液は次いで陽イオン交換処理、キレート樹脂処
理、陰イオン交換処理、空気又は酸素ガス処理、
活性炭処理のような各種の精製方法により精製さ
れる。また、活性炭やイオン交換樹脂と類似の方
法で用いられるいわゆる合成吸着樹脂（例えば北
越炭素工業社製、商品名：吸着樹脂）も使用でき
る。これ等の精製工程の途中または後にアクリル
アミド水溶液を上記の濃縮処理に付しても良い
し、また再度濃縮することがあつても差支えな
い。かくして精製されたアクリルアミドは水溶液
のままか或いは結晶化されて商品となる。 次に実施例および比較例により本発明を更に説
明する。 比較例 １ 80メツシユ以下のラネー銅合金を常法によりカ
セイソーダを用いて展開し洗滌してラネー銅触媒
を製造した。製造中及びその後の取扱いに際し
て、空気との接触を避けた。この触媒150重量部
をステンレススチール製で撹拌機と触媒分離器を
内蔵した反応器に仕込み、これに予め窒素ガスを
用いて溶存酸素を除いたアクリロニトリルと水を
夫々毎時300，700重量部の速度で供給し、反応さ
せた。このアクリロニトリルはプロピレンのアン
モキシデーシヨンにより合成されたものでアセト
ン0.1ppm以下を含有していた。反応液は触媒と
共に撹拌されて懸濁液となり、次いで触媒分離器
を通つて触媒を殆んど含まない液として反応器か
らとりだされる。こうして得られた反応液を濃縮
器、充填塔及び凝縮器からなる減圧濃縮装置に導
入し、濃縮器から約40重量％濃度のアクリルアミ
ド水溶液を得ると共に、凝縮器から未反応アクリ
ロニトリルのほぼ全量と水の一部を回収した。回
収されたアクリロニトリルと水は、空気と接触し
ないようにして反応器に循環した。新規に供給さ
れるアクリロニトリルと回収循環されるアクリロ
ニトリルの量の比は、当初ほぼ１：１であつた
が、この反応を続けるに際し、触媒の活性低下を
補う為に同じ触媒を適時補給して、上記の比率を
ほぼ１：１に保つた。なお、上記の操作から明ら
かなように、この比率が１：１であるときは、ア
クリロニトリルの転化率は50％であり、本例の転
化率は49〜51％に保たれた。 以上の反応を60日間続けたところ、その間の反
応液中のアセトン濃度と補給された触媒の積算量
は次の通りであつた。なお、この間反応したアク
リロニトリルからアクリルアミドへの選択率は約
99.6％であつた。

【表】 実施例 １〜３ 比較例１と同じ反応を行なうに際し、アクリロ
ニトリルに少量のアセトンを添加することにより
反応液中のアセトン濃度を30，280及び3500ppm
の３通りに調整し、夫々60日間続け補給触媒の積
算量について次表の結果を得た。なお、本例のい
ずれにおいても、比較例１と同様に、転化率は49
〜51％に保たれ、選択率は99.7％であつた。

【表】 上表より明らかなように、比較例１に対比し触
媒の補給量を減らすことができる。 実施例４、５及び比較例２ 比較例１と同じ触媒100重量部をステンレスス
チール製で撹拌機と接触分離機能を内蔵した２
の反応器に仕込み、これに予め窒素ガスを用いて
溶存酸素を除いたアクリロニトリルと水を夫々
400，600ｇ／hrの速度で供給し、反応させた。こ
のアクリロニトリルは、プロピレンのアンモキシ
デーシヨンにより合成されたもので、アセトン
0.1ppmを含有したものであるが、これにアセト
ンを0.9，2.7，10重量％の３通りに添加した。反
応液は触媒と共に撹拌されて懸濁液となり、次い
で触媒分離器を通つて触媒を殆んど含まない液と
して反応器からとりだされる。この反応を14日間
続け、反応液についてアクリロニトリルからアク
リルアミドへの転化率とアセトン濃度を求めて第
３表の結果を得た。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅系触媒の存在下アクリロニトリルを水和し
   てアクリルアミドを合成するに際し、合成液中に
   アセトンを30〜10000ppmの範囲で存在せしめ、
   合成液中の溶存酸素が実質的に存在しない状態で
   合成することを特徴とするアクリルアミドの合成
   方法。