JPWO2010134434A1 - （メタ）アクリル酸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、結晶化により、高純度の（メタ）アクリル酸を安定して効率的に得るための方法を提供することを目的とする。本発明に係る（メタ）アクリル酸の製造方法は；晶析装置から排出される冷熱媒の温度が、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下に安定化するまで、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を冷却する工程；次いで、晶析装置へ供給する冷熱媒の温度を、粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点から１℃以上低い温度とし、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にする工程；および、粗（メタ）アクリル酸溶液から（メタ）アクリル酸を結晶化させる工程を含むことを特徴とする。
Description
本発明は、（メタ）アクリル酸を製造するための方法に関するものである。
（メタ）アクリル酸は、一般的に、気相接触酸化反応により得られる（メタ）アクリル酸含有反応ガスを凝縮塔または捕集塔に導いて粗（メタ）アクリル酸溶液とし、さらに精製することにより製造される。かかる精製方法としては、蒸留や放散、抽出などの他に晶析が用いられる。
化合物の結晶の純度や状態は、結晶化の際における冷却速度や冷却時間などに依存することが知られている。ところが、特に（メタ）アクリル酸の工業的な大量生産においては、当然に粗溶液をその凝固点以下まで冷却することにより実施されるが、その際における温度制御は必ずしも厳密には行われていないのが現状であった。
例えば特許文献１には、高純度な（メタ）アクリル酸をより簡便に得るために、接触気相酸化により得られる（メタ）アクリル酸含有ガスを凝縮させ、さらに得られた溶液から（メタ）アクリル酸を結晶化するという技術が開示されている。この結晶化温度としては−２５℃〜＋１４℃と１２℃〜−５℃という温度範囲が例示されている。当該特許文献に記載されている実施例では、粗溶液を室温から−０．９℃まで冷却して第１のアクリル酸結晶を形成させ、さらに３時間５４分かけて−４．４℃まで冷却している。しかし、比較的温度の高い粗溶液からアクリル酸結晶が晶出するまでの粗溶液の温度変化に関しては、詳しい記載は無い。アクリル酸の融点が１３．５℃であるところ、結晶の生成途中の粗溶液温度が−０．９℃まで低下するということには技術的に疑問があるので、当該温度は粗溶液の温度ではなく晶析装置のジャケット温度であると考えられる。
また、特許文献２には、晶析工程前に粗溶液を凝固点以下まで予備的に冷却して結晶を析出させ、次いで結晶と粗溶液の混合物を晶析槽へ供給するという技術が開示されている。当該技術によれば、晶析槽でのスケール形成を抑制でき、また、濾過性等に優れた粗大結晶が得られるとされている。当該特許文献に記載の実施例では、凝固点が８．５℃である粗溶液を予備的に８．３℃まで冷却し、生じた結晶と共に晶析槽へ供給している。しかし当該技術では、粗溶液を晶析槽へ導入する前に予備的に結晶を得ることを特徴としており、結晶の純度等は考慮されていない。
上述したように、従来、（メタ）アクリル酸を晶析により精製することは一般的に行われてきた。しかしながら、結晶の状態は冷却条件に依存するにもかかわらず、（メタ）アクリル酸の製造においては結晶化時における厳密な温度制御は検討されていなかった。よって、不純物を多く含み、また、反応条件によってはその組成が大幅に変わる粗（メタ）アクリル酸溶液から高純度の（メタ）アクリル酸を安定して効率的に得るには難しいところがあった。
そこで本発明は、結晶化により、高純度の（メタ）アクリル酸を安定して効率的に得るための方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を進めた。その結果、粗（メタ）アクリル酸溶液を凝固点以下に冷却して結晶化させる前に、結晶が析出しない程度に粗溶液を冷却し、次いで粗溶液を凝固点未満まで冷却することにより明確な過冷却状態とすれば、より高純度の（メタ）アクリル酸が安定して得られることを見出して、本発明を完成した。
本発明に係る（メタ）アクリル酸の製造方法は；晶析装置から排出される冷熱媒の温度が、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下に安定化するまで、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を冷却する工程；次いで、晶析装置へ供給する冷熱媒の温度を、粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点から１℃以上低い温度とし、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にする工程；および、粗（メタ）アクリル酸溶液から（メタ）アクリル酸を結晶化させる工程を含むことを特徴とする。
本発明方法においては、粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にするための、晶析装置へ供給する冷熱媒の温度を、粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点から１〜１０℃低い温度とすることが好ましい。過剰に低温度の冷熱媒で粗（メタ）アクリル酸溶液を短時間で冷却すると、過冷却後に結晶化が急激に進行し、結晶の純度が低下するおそれがある。しかし冷熱媒の温度を粗溶液の凝固点から１〜１０℃低い温度までにしておけば、粗溶液は過剰に過冷却されることなく、高純度の結晶をより確実に得ることが可能になる。
本発明方法では、晶析装置として流下液膜式のものを用いることが好ましい。流下液膜式の晶析装置では、伝熱面を通して冷熱媒の冷熱が粗（メタ）アクリル酸溶液へ効率的に伝わり易く、粗溶液の温度制御が容易であり、高純度の結晶がより得られ易い。
本発明方法は上記のとおりのものである。以下、実施の順番に従って、本発明方法を詳細に説明する。
１．予備冷却工程
本発明方法では、先ず、晶析装置から排出される冷熱媒の温度が、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下に安定化するまで、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を冷却する。
本発明方法では、先ず、晶析装置から排出される冷熱媒の温度が、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下に安定化するまで、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を冷却する。
粗（メタ）アクリル酸溶液は、目的化合物である（メタ）アクリル酸に加えて不純物を含むものであれば、特に制限されない。例えば、接触気相酸化反応により得られた（メタ）アクリル酸含有ガスを、捕集液に接触させるか或いは凝縮することにより得られる粗（メタ）アクリル酸溶液を挙げることができる。（メタ）アクリル酸含有ガスを捕集液に接触させるか或いは凝縮することにより得られる粗（メタ）アクリル酸溶液には、（メタ）アクリル酸や未反応原料の他、水、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、アセトン、アクロレイン、フルフラール、ホルムアルデヒドなどの副生不純物が含まれている。
また、より高純度の（メタ）アクリル酸を得るために、いったん晶析精製した（メタ）アクリル酸を溶融した上で粗（メタ）アクリル酸溶液の代わりに晶析装置へ供給し、晶析精製を２回以上繰り返してもよい。本発明において、晶析精製を２回以上繰り返す場合には、１回以上精製された（メタ）アクリル酸であっても、さらに晶析される際には粗溶液というものとする。
本発明方法では、晶析装置を使って（メタ）アクリル酸を晶析精製するが、晶析装置の種類は特に制限されない。例えば、流下液膜式や完全流し込みチューブ式などの動的結晶化用の晶析装置を用いることが好ましい。冷熱媒の冷熱が晶析装置の伝熱面を介して粗（メタ）アクリル酸溶液に伝わり易く、当該粗溶液の温度制御がより容易になるからである。特に、結晶化の進行に伴うパイプの目詰まりや粗溶液の圧力上昇を抑制できることから、流下液膜式の晶析装置が好適である。
本発明方法で用いる動的晶析装置の一例を図１に示す。勿論、本発明はかかる態様に限定されるものではない。
図１に示す晶析装置１は、粗（メタ）アクリル酸溶液を循環させつつその温度を調節したり、（メタ）アクリル酸を晶析させることができる。即ち、流下液膜式晶析装置１に供給された粗（メタ）アクリル酸溶液は、ポンプ４により晶析装置１の上部から供給される。供給された粗溶液は、晶析装置内の晶析管の内側を落下する。当該晶析管は、特に制限はされないが、ステンレス鋼や銅など耐食性に優れ熱伝導率の良い材料で構成されており、また、その外側には熱媒が存在しているので、熱媒の冷熱または温熱は、伝熱面を介して晶析管内の粗溶液に伝えられる。タンク８に貯留されている粗溶液は、晶析装置１へ供給される前に熱交換器７で温度調節してもよいし、そのまま晶析装置１へ供給し、晶析装置１内で温度を調節してもよい。但し、タンク８内に貯留されている粗溶液の温度が高過ぎると、晶析装置１内での冷却に時間がかかり、生産性の低下をまねくため、当該温度は凝固点＋３〜２０℃程度とすることが好ましい。かかる温度制御は、バルブ６により行うことができる。
晶析装置１は、熱媒の熱を粗（メタ）アクリル酸へ十分に伝えられるように構成する。例えば、晶析装置１中の晶析管を細長くするなどして、伝熱面の表面積を大きくすることが好ましい。例えば、晶析管の直径を５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下程度にするのに対して、管長を１５ｍ以上、２５ｍ以下程度にすれば、伝熱面の表面積を十分に大きくすることができる。また、晶析管は一本でもよいが、複数本とすることにより伝熱面表面積をより一層大きくすることも可能である。
本発明方法では、粗溶液から（メタ）アクリル酸を晶析させる前に、晶析装置において、（メタ）アクリル酸が析出しない程度で且つ粗溶液の温度ができるだけ低くなるように、粗溶液を冷却する。かかる操作は、次に粗溶液を明確な過冷却状態に導くことを可能にする。
粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点は、予備実験などで測定すればよい。具体的には、粗溶液の一部を採取し、徐々に冷却していき、結晶が生じた際の温度を凝固点とすることができる。なお、アクリル酸の融点は１３．５℃であり、メタクリル酸の融点は１５．０℃であるが、接触気相酸化反応由来の溶液には不純物が含まれるので、その凝固点はこれら各融点よりも低くなる。
晶析装置における粗（メタ）アクリル酸溶液の温度は、図１の晶析装置でいえば、粗溶液が伝熱面を経由して晶析装置底部の液溜りに至る前に測定すればよい。しかし、この時点での粗溶液の温度や、或いは伝熱面の最下部の温度を測定することは難しい場合がある。そこで本発明では、より簡便な方法として、粗溶液を冷却した後に晶析装置から排出される冷熱媒の温度の変化により、晶析装置内における粗溶液の冷却状況を把握することにした。
従来方法では、（メタ）アクリル酸溶液を晶析器へ導入後、最初から過剰に冷却し、（メタ）アクリル酸を析出させていた。しかしそれでは、得られる結晶の純度は十分なものではなく、満足な純度の結晶を得るためには晶析回数を増やさなければならなかった。一方、本発明においては、先ず、晶析装置から排出される冷熱媒の温度を、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下に安定化させることにより、晶析装置中の粗溶液をほぼ同様の温度で安定化させる。
より具体的には、比較的温度の高い粗溶液を晶析装置の晶析管へ導入してから十分に時間が経過していない段階では、粗溶液の熱が晶析装置の伝熱面を介して冷熱媒に付与され、晶析装置から排出される冷熱媒の温度（冷熱媒の晶析装置出口温度）は、晶析装置へ供給される冷熱媒の温度（冷熱媒の晶析装置入口温度）よりも高いものとなる。しかし、晶析装置へ供給される冷熱媒の設定温度に応じて粗溶液の全体的な温度が十分に低下し、冷却装置へ循環供給される際の粗溶液の温度（粗溶液の晶析装置入口温度）が安定してくると、伝熱面で奪われる冷熱媒の冷熱も一定となり、晶析装置から排出される冷熱媒の温度も安定化する。本発明では、まず、晶析装置から排出される冷熱媒の温度が粗溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下で安定化すれば、晶析装置の伝熱面で冷却される粗溶液も同様の温度で安定化するとみなすものとする。
晶析装置へ供給する冷熱媒の温度（冷熱媒の晶析装置入口温度）は、晶析装置から排出される冷熱媒の温度（冷熱媒の晶析装置出口温度）や晶析装置から排出される粗溶液の温度（粗溶液の晶析装置出口温度）の変化に応じて、適宜調整すればよい。例えば、冷熱媒の晶析装置入口温度を粗溶液の凝固点よりも高く設定すると、粗溶液が十分に冷却されて冷熱媒の晶析装置出口温度が安定化するまで時間がかかるものの、より一層純度の高い（メタ）アクリル酸結晶が得られる。一方、例えば、粗溶液の導入当初においては、冷熱媒の晶析装置入口温度を粗溶液の凝固点未満とし、冷熱媒の晶析装置出口温度や粗溶液の晶析装置出口温度の変化に応じて、粗溶液の一部が凝固しないように冷熱媒の晶析装置入口温度を粗溶液の凝固点より上に調整していけば、得られる結晶の純度は多少低下するおそれがあるものの、冷熱媒の晶析装置出口温度の安定化に要する時間を短縮でき、より一層効率的な晶析が可能になる。また、晶析精製を複数回繰り返す場合、第一回目など初期においては、精製度よりも冷却時間の短縮を目的として、冷熱媒の晶析装置出口温度が粗溶液の凝固点＋５℃以下で安定化するのであれば、冷熱媒の晶析装置入口温度を粗溶液の凝固点未満から徐々に高めてもよい。
本発明において、晶析装置から排出される冷熱媒の温度が「安定化する」とは、当該冷熱媒の時間当たりの温度変化が１．０℃／ｍｉｎ以下になることをいうものとする。
２．過冷却工程
本発明では、晶析装置から排出される冷熱媒の温度が上記所定温度範囲で安定化した後、晶析装置へ供給する冷熱媒の設定温度を粗溶液の凝固点以下まで下げ、晶析装置内の粗溶液の温度を、その凝固点を超えて低下させることにより明確な過冷却状態にする。
本発明では、晶析装置から排出される冷熱媒の温度が上記所定温度範囲で安定化した後、晶析装置へ供給する冷熱媒の設定温度を粗溶液の凝固点以下まで下げ、晶析装置内の粗溶液の温度を、その凝固点を超えて低下させることにより明確な過冷却状態にする。
なお、一般的に、化合物が晶析する直前における溶液は過冷却状態になるといえる。しかし、溶液をその凝固点以下まで急激に冷却した場合には、明確な過冷却状態は確認できないことが多い。一方、本発明においては、（メタ）アクリル酸が析出しない範囲で粗溶液をできるだけ冷却して安定化させた後に凝固点を超えて冷却することにより、明確な過冷却状態とする。
より具体的には、晶析装置から排出される冷熱媒の温度を上記所定範囲で安定化するまで晶析装置内で粗溶液を冷却した後、晶析装置へ供給する冷熱媒の温度を、粗溶液の凝固点から１℃以上低い温度に設定する。当該温度を粗溶液の凝固点から１℃以上低い温度に設定すれば、上記の予備冷却とあいまって、粗溶液を明確に過冷却状態にすることが可能になる。なお、本発明において過冷却状態とは、（メタ）アクリル酸の結晶が形成されないまま、粗（メタ）アクリル酸溶液の温度がその凝固点よりも一旦０．１℃以上低下することをいうものとする。
本発明においては、粗溶液を過冷却状態にするための上記冷熱媒の温度を、粗溶液の凝固点から１〜１０℃低い温度に設定することが好ましい。上記のとおり、凝固点を超えて冷却すれば、粗溶液を過冷却状態にすることができる。しかし、本発明者の知見によれば、粗溶液を急激に冷却して過冷却状態とするに当たり、上記冷熱媒温度を粗溶液の凝固点から１〜１０℃低い温度に設定しておけば、高純度の（メタ）アクリル酸結晶がより確実に得られる。
３．晶析工程
本発明方法においては、粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にした後、（メタ）アクリル酸を晶析させる。但し、図１に示す様な動的晶析装置の場合には、基本的に特別な処理をする必要は無い。粗溶液は常に流動しているため、いったん過冷却状態になれば、（メタ）アクリル酸は自然に晶析する。
本発明方法においては、粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にした後、（メタ）アクリル酸を晶析させる。但し、図１に示す様な動的晶析装置の場合には、基本的に特別な処理をする必要は無い。粗溶液は常に流動しているため、いったん過冷却状態になれば、（メタ）アクリル酸は自然に晶析する。
本発明方法によれば、高純度の（メタ）アクリル酸結晶が得られる。本発明方法により結晶の純度が向上する理由は明らかではないが、一般的に最初の析出条件で結晶の状態は大きく変わるところ、明確な過冷却状態をつくることで最初に純度の高い結晶核が形成され、その後、高純度の結晶核へ目的化合物である（メタ）アクリル酸が選択的に晶出するのではと考えている。
図１に示す晶析装置においては、（メタ）アクリル酸結晶は晶析管内側の伝熱面に析出する。過冷却状態を経て晶出した（メタ）アクリル酸結晶へ、粗溶液を冷却しつつ液膜状に供給することにより、（メタ）アクリル酸結晶が成長する。粗溶液から（メタ）アクリル酸を十分に晶出させた後は、通常の後処理を行えばよい。
例えば、結晶の表面付近には不純物が混入していたり、また、結晶表面には不純物が付着していることもあるので、結晶表面を部分的に融解して不純物を除去する発汗工程を行ってもよい。その場合、冷熱媒を温熱媒に切り替えて、結晶を適温で部分融解すればよい。純度の高い（メタ）アクリル酸結晶が得られた後は、さらに熱媒の温度を挙げて結晶を融解し、晶析装置から取り出せばよい。より高純度の（メタ）アクリル酸結晶を得るためには、溶解した（メタ）アクリル酸を晶析装置へ供給し、晶析精製を繰り返せばよい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
実施例１ アクリル酸の晶析精製の開始
（１） 粗アクリル酸溶液
反応器内でプロピレンを接触気相酸化反応に付した。得られた反応ガスを捕集塔に導入し、捕集液と接触させ、捕集塔の塔底より粗アクリル酸溶液を得た。当該粗アクリル酸溶液の組成は、アクリル酸９０．０質量％、水３．２質量％、酢酸１．９質量％、マレイン酸０．６質量％、アクリル酸二量体１．５質量％、フルフラール０．０７質量％、ベンズアルデヒド０．２７質量％、ホルムアルデヒド０．０６質量％、ハイドロキノン０．１質量％、その他の不純物２．３質量％であった。当該溶液の凝固点を測定したところ、８．０〜８．５℃であった。
（１） 粗アクリル酸溶液
反応器内でプロピレンを接触気相酸化反応に付した。得られた反応ガスを捕集塔に導入し、捕集液と接触させ、捕集塔の塔底より粗アクリル酸溶液を得た。当該粗アクリル酸溶液の組成は、アクリル酸９０．０質量％、水３．２質量％、酢酸１．９質量％、マレイン酸０．６質量％、アクリル酸二量体１．５質量％、フルフラール０．０７質量％、ベンズアルデヒド０．２７質量％、ホルムアルデヒド０．０６質量％、ハイドロキノン０．１質量％、その他の不純物２．３質量％であった。当該溶液の凝固点を測定したところ、８．０〜８．５℃であった。
（２） 予備冷却工程
上記（１）で得た粗アクリル酸溶液をタンクへ供給し、温度を２２℃に調節した後、図１に示すような流下液膜式晶析パイロット装置の底部へ５５ｋｇ供給した。当該晶析装置中の晶析管は、直径７０ｍｍ、長さ１８ｍの金属管である。また、当該晶析装置は、循環ポンプにより粗溶液を管上部へ移送し、粗溶液を晶析管壁面へ落下被膜状（Ｆａｌｌｉｎｇ Ｆｉｌｍ）に流すことができるようになっている。当該晶析装置においては、熱媒の入口部分と出口部分および粗溶液供給管の晶析管直前部分と晶析管直後部分に温度計を設置した。当該粗溶液を底部から抜き出し、０．３４ｍ3／ｈｒの供給速度で循環供給を開始した。また、同晶析装置へ、２５〜３０℃に設定した冷熱媒を０．８２ｍ3／ｈｒの供給速度で供給し始めた。
上記（１）で得た粗アクリル酸溶液をタンクへ供給し、温度を２２℃に調節した後、図１に示すような流下液膜式晶析パイロット装置の底部へ５５ｋｇ供給した。当該晶析装置中の晶析管は、直径７０ｍｍ、長さ１８ｍの金属管である。また、当該晶析装置は、循環ポンプにより粗溶液を管上部へ移送し、粗溶液を晶析管壁面へ落下被膜状（Ｆａｌｌｉｎｇ Ｆｉｌｍ）に流すことができるようになっている。当該晶析装置においては、熱媒の入口部分と出口部分および粗溶液供給管の晶析管直前部分と晶析管直後部分に温度計を設置した。当該粗溶液を底部から抜き出し、０．３４ｍ3／ｈｒの供給速度で循環供給を開始した。また、同晶析装置へ、２５〜３０℃に設定した冷熱媒を０．８２ｍ3／ｈｒの供給速度で供給し始めた。
先ず、晶析装置へ供給する冷熱媒の設定温度を５℃（粗溶液の凝固点との差：−３〜−３．５℃）下げたところ、粗溶液の出口温度も下がり、冷熱媒の設定温度を下げてから約３分後に粗溶液の出口温度と冷熱媒の出口温度がほぼ同じになり、冷熱媒の出口温度は約３分間で１０℃から９℃に変化したのみで安定化した。
（３） 過冷却工程から結晶化工程
次いで、冷熱媒の入口温度を−１．５℃（粗溶液の凝固点との差：−９．５〜−１０℃）下げた。その結果、粗溶液の出口温度は７．５℃までいったん下がった後、上記凝固点まで上がり、次いで、不純物の濃縮とアクリル酸純度の低下により凝固点は徐々に降下していった。
次いで、冷熱媒の入口温度を−１．５℃（粗溶液の凝固点との差：−９．５〜−１０℃）下げた。その結果、粗溶液の出口温度は７．５℃までいったん下がった後、上記凝固点まで上がり、次いで、不純物の濃縮とアクリル酸純度の低下により凝固点は徐々に降下していった。
冷熱媒の入口温度を−１．５℃まで下げてから温度を徐々に低下させ、粗溶液が１２．２ｋｇになった時点で循環を止め、晶析装置底部の粗溶液を抜き出した。次に、冷熱媒を凝固点付近の温度の温熱媒に切り替えて発汗工程を行った後、融解した部分を晶析装置の底部から抜き出した。さらに温熱媒の温度を上昇させて結晶を完全に融解し、晶析装置の底部から抜き出した。
得られたアクリル酸中の不純物含有率をガスクロマトグラフィ（島津製作所社製）により測定したところ、酢酸の含有量は０．９５質量％に減少し、また、液体クロマトグラフィ（島津製作所社製）でも測定したところ、ハイドロキノンの含有量は０．０２５質量％に減少していた。
実施例２
過冷却工程において、冷熱媒の入口温度を−５．０℃（粗溶液の凝固点との差：−１３〜−１３．５℃）に変更した以外は上記実施例１と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、粗アクリル酸溶液の出口温度は過冷却状態によりいったん７．５℃まで下がった。その後、結晶化中において晶析装置に設置された圧力計の測定値が若干上昇し、晶析管上部が閉塞気味であることが確認されたが、最後まで運転することができた。
過冷却工程において、冷熱媒の入口温度を−５．０℃（粗溶液の凝固点との差：−１３〜−１３．５℃）に変更した以外は上記実施例１と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、粗アクリル酸溶液の出口温度は過冷却状態によりいったん７．５℃まで下がった。その後、結晶化中において晶析装置に設置された圧力計の測定値が若干上昇し、晶析管上部が閉塞気味であることが確認されたが、最後まで運転することができた。
得られたアクリル酸の純度を上記実施例１と同様に測定したところ、酢酸含有量が１．０６質量％、ハイドロキノン含有量が０．０２８質量％と、純度は実施例１よりも僅かに低下していた。その理由は、過冷却時における冷熱媒温度を−１．５℃から−５℃に変更したことにより結晶化が急激に進行し、晶析管への結晶付着状況が悪化したためと考えられる。
比較例１
粗アクリル酸溶液を冷却するための冷熱媒の温度を一貫して１℃（粗溶液の凝固点との差：−７〜−７．５℃）とし、晶析装置の晶析管温度が粗アクリル酸の凝固点以下となった状態から粗アクリル酸溶液の循環を開始した以外は上記実施例１と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、晶析管の伝熱面温度が凝固点以下となっており、粗溶液の循環開始直後から結晶化が始まるため、明確な過冷却状態は認められず、粗溶液温度は凝固点まで下がり続けたのみであった。
粗アクリル酸溶液を冷却するための冷熱媒の温度を一貫して１℃（粗溶液の凝固点との差：−７〜−７．５℃）とし、晶析装置の晶析管温度が粗アクリル酸の凝固点以下となった状態から粗アクリル酸溶液の循環を開始した以外は上記実施例１と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、晶析管の伝熱面温度が凝固点以下となっており、粗溶液の循環開始直後から結晶化が始まるため、明確な過冷却状態は認められず、粗溶液温度は凝固点まで下がり続けたのみであった。
得られたアクリル酸の純度を上記実施例１と同様に測定したところ、酢酸含有量が１．２７質量％、ハイドロキノン含有量が０．０３３質量％と、得られたアクリル酸の純度は低下していた。
上記実施例１〜２および比較例１の結果を表１にまとめる。
上記結果のとおり、粗アクリル酸溶液の晶析管出口直後の温度や冷熱媒の晶析装置出口温度から、粗アクリル酸溶液の過冷却状態が認められない場合には得られたアクリル酸の純度が低い一方で、過冷却状態が明確に認められる場合にはアクリル酸純度は高くなる。また、過冷却状態をつくるための冷却条件が穏和であると、純度はより一層高くなることが明らかとなった。それに対して、明確な過冷却状態が認められなかった場合には、不純物濃度が上がり、想定した量まで不純物を低下させるためには、精製回数を増やす必要があった。
実施例３ アクリル酸の晶析精製の開始
（１） アクリル酸溶融液
反応器内でプロピレンを接触気相酸化反応に付した。得られた反応ガスを捕集塔に導入し、捕集液と接触させ、捕集塔の塔底より粗アクリル酸溶液を得た。当該粗アクリル酸溶液を晶析装置で通常の条件で数回精製した。得られたアクリル酸に含まれる不純物は、酢酸が１５００質量ｐｐｍであり、ハイドロキノンが１質量ｐｐｍであった。当該溶融液の凝固点を測定したところ、１３〜１４℃であった。
（１） アクリル酸溶融液
反応器内でプロピレンを接触気相酸化反応に付した。得られた反応ガスを捕集塔に導入し、捕集液と接触させ、捕集塔の塔底より粗アクリル酸溶液を得た。当該粗アクリル酸溶液を晶析装置で通常の条件で数回精製した。得られたアクリル酸に含まれる不純物は、酢酸が１５００質量ｐｐｍであり、ハイドロキノンが１質量ｐｐｍであった。当該溶融液の凝固点を測定したところ、１３〜１４℃であった。
（２） 予備冷却工程
上記（１）で得たアクリル酸溶融液をタンクへ供給し、温度を２２℃に調節した後、図１に示すような流下液膜式晶析装置の底部へ６８．６ｋｇ供給した。当該晶析装置においては、熱媒の入口部分と出口部分および晶析管直前部分と晶析管直後部分に温度計を設置した。当該溶融液を底部から抜き出し、０．３４ｍ3／ｈｒの供給速度で循環供給を開始した。また、同晶析装置へ、２５〜３０℃に設定した冷熱媒を０．８２ｍ3／ｈｒの供給速度で供給し始めた。
上記（１）で得たアクリル酸溶融液をタンクへ供給し、温度を２２℃に調節した後、図１に示すような流下液膜式晶析装置の底部へ６８．６ｋｇ供給した。当該晶析装置においては、熱媒の入口部分と出口部分および晶析管直前部分と晶析管直後部分に温度計を設置した。当該溶融液を底部から抜き出し、０．３４ｍ3／ｈｒの供給速度で循環供給を開始した。また、同晶析装置へ、２５〜３０℃に設定した冷熱媒を０．８２ｍ3／ｈｒの供給速度で供給し始めた。
先ず、晶析装置へ供給する冷熱媒の設定温度を１０℃（粗溶液の凝固点との差：−３〜−４℃）下げたところ、溶融液の出口温度も下がり、冷熱媒の設定温度を下げてから約３分後に溶融液の出口温度と冷熱媒の出口温度がほぼ同じになり、冷熱媒の出口温度は約２分間で１５℃から１４℃に変化したのみで安定化した。
（３） 過冷却工程から結晶化工程
次いで、冷熱媒の入口温度を７℃（粗溶液の凝固点との差：−６〜−７℃）下げた。その結果、溶融液の出口温度は１２．８℃までいったん下がった後、上記凝固点まで上がり、次いで、不純物の濃縮とアクリル酸純度の低下により凝固点は徐々に降下していった。
次いで、冷熱媒の入口温度を７℃（粗溶液の凝固点との差：−６〜−７℃）下げた。その結果、溶融液の出口温度は１２．８℃までいったん下がった後、上記凝固点まで上がり、次いで、不純物の濃縮とアクリル酸純度の低下により凝固点は徐々に降下していった。
冷熱媒の入口温度を７℃まで下げてからさらに徐々に低下させ、溶融液が２０．２ｋｇになった時点で循環を止め、晶析装置底部の溶融液を抜き出した。次に、冷熱媒を凝固点付近の温度の温熱媒に切り替えて発汗工程を行った後、融解した部分を晶析装置の底部から抜き出した。さらに温熱媒の温度を上昇させて結晶を完全に融解し、晶析装置の底部から抜き出した。
得られたアクリル酸中の不純物含有率を液体クロマトグラフィ（島津製作所社製）により測定したところ、酢酸の含有量は５３５質量ｐｐｍに減少し、また、液体クロマトグラフィ（島津製作所社製）でも測定したところ、ハイドロキノンの含有量は０．１質量ｐｐｍ未満に減少していた。
実施例４
過冷却工程において、冷熱媒の入口温度を２℃（粗溶液の凝固点との差：−１１〜−１２℃）に変更した以外は上記実施例３と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、粗アクリル酸溶液の出口温度は過冷却状態によりいったん１２．８℃まで下がった。その後、結晶化中において晶析装置に設置された圧力計の測定値が若干上昇し、晶析管上部が閉塞気味であることが確認されたが、最後まで運転することができた。
過冷却工程において、冷熱媒の入口温度を２℃（粗溶液の凝固点との差：−１１〜−１２℃）に変更した以外は上記実施例３と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、粗アクリル酸溶液の出口温度は過冷却状態によりいったん１２．８℃まで下がった。その後、結晶化中において晶析装置に設置された圧力計の測定値が若干上昇し、晶析管上部が閉塞気味であることが確認されたが、最後まで運転することができた。
得られたアクリル酸の純度を上記実施例３と同様に測定したところ、酢酸含有率は５４５質量ｐｐｍであり、純度は実施例３よりも僅かに低下していた。その理由は、過冷却時における冷熱媒温度を７℃から２℃に変更したことにより結晶化が急激に進行し、晶析管への結晶付着状況が悪化したためと考えられる。但し、ハイドロキノンの測定値に変化は無かった。
比較例２
粗アクリル酸溶液を冷却するための冷熱媒の温度を一貫して７．５℃（粗溶液の凝固点との差：−５．５〜−６．５℃）とし、晶析装置の晶析管温度が粗アクリル酸の凝固点以下となった状態から粗アクリル酸溶液の循環を開始した以外は上記実施例３と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、晶析管の伝熱面温度が凝固点以下となっており、粗溶液の循環開始直後から結晶化が始まるため、明確な過冷却状態は認められず、粗溶液温度は凝固点まで下がり続けたのみであった。
粗アクリル酸溶液を冷却するための冷熱媒の温度を一貫して７．５℃（粗溶液の凝固点との差：−５．５〜−６．５℃）とし、晶析装置の晶析管温度が粗アクリル酸の凝固点以下となった状態から粗アクリル酸溶液の循環を開始した以外は上記実施例３と同様にして、アクリル酸を製造した。この際、晶析管の伝熱面温度が凝固点以下となっており、粗溶液の循環開始直後から結晶化が始まるため、明確な過冷却状態は認められず、粗溶液温度は凝固点まで下がり続けたのみであった。
得られたアクリル酸の純度を上記実施例３と同様に測定したところ、酢酸含有量が６００質量ｐｐｍ、ハイドロキノン含有量が０．１質量ｐｐｍであり、得られたアクリル酸の純度は上記実施例３と比べて低下していた。
実施例５ アクリル酸の晶析精製の開始
（１） 予備冷却工程
上記実施例３（１）で得たものと同様のアクリル酸溶融液をタンクへ供給し、温度を２２℃に調節した後、図１に示すような流下液膜式晶析装置の底部へ６８．６ｋｇ供給した。当該晶析装置においては、熱媒の入口部分と出口部分および晶析管直前部分と晶析管直後部分に温度計を設置した。当該溶融液を底部から抜き出し、０．３４ｍ3／ｈｒの供給速度で循環供給を開始した。また、同晶析装置へ、２５〜３０℃に設定した冷熱媒を０．８２ｍ3／ｈｒの供給速度で供給し始めた。
（１） 予備冷却工程
上記実施例３（１）で得たものと同様のアクリル酸溶融液をタンクへ供給し、温度を２２℃に調節した後、図１に示すような流下液膜式晶析装置の底部へ６８．６ｋｇ供給した。当該晶析装置においては、熱媒の入口部分と出口部分および晶析管直前部分と晶析管直後部分に温度計を設置した。当該溶融液を底部から抜き出し、０．３４ｍ3／ｈｒの供給速度で循環供給を開始した。また、同晶析装置へ、２５〜３０℃に設定した冷熱媒を０．８２ｍ3／ｈｒの供給速度で供給し始めた。
先ず、晶析装置へ供給する冷熱媒の設定温度を１５℃（粗溶液の凝固点との差：＋１〜＋２℃）下げたところ、溶融液の出口温度も下がり、冷熱媒の設定温度を下げてから約３分後に溶融液の出口温度と冷熱媒の出口温度がほぼ同じになり、冷熱媒の出口温度は約３分間で１７．５℃から１７．０℃に変化したのみで安定化した。
（２） 過冷却工程から結晶化工程
次いで、冷熱媒の入口温度を降温速度０．８℃／分で下げた。その結果、冷熱媒の入口温度が９℃となった時点で、溶融液の出口温度は１２．８℃までいったん下がった後、上記凝固点まで上がり、次いで、不純物の濃縮とアクリル酸純度の低下により凝固点は徐々に降下していった。
次いで、冷熱媒の入口温度を降温速度０．８℃／分で下げた。その結果、冷熱媒の入口温度が９℃となった時点で、溶融液の出口温度は１２．８℃までいったん下がった後、上記凝固点まで上がり、次いで、不純物の濃縮とアクリル酸純度の低下により凝固点は徐々に降下していった。
その後も冷熱媒温度を徐々に低下させ、溶融液が２０．２ｋｇになった時点で循環を止め、晶析装置底部の溶融液を抜き出した。次に、冷熱媒を凝固点付近の温度の温熱媒に切り替えて発汗工程を行った後、融解した部分を晶析装置の底部から抜き出した。さらに温熱媒の温度を上昇させて結晶を完全に融解し、晶析装置の底部から抜き出した。
得られたアクリル酸中の不純物含有率を液体クロマトグラフィ（島津製作所社製）により測定したところ、酢酸の含有量は５００質量ｐｐｍに減少し、また、液体クロマトグラフィ（島津製作所社製）でも測定したところ、ハイドロキノンの含有量は０．１質量ｐｐｍ未満に減少していた。
上記実施例３〜５および比較例２の結果を表２にまとめる。
上記結果のとおり、粗アクリル酸溶液に含まれるアクリル酸濃度が異なり、その凝固点が異なる場合であっても、上記実施例１〜２および比較例１と同様に、粗アクリル酸溶液の過冷却状態が認められない場合には得られたアクリル酸の不純物濃度が高い一方で、過冷却状態が明確に認められる場合にはアクリル酸の不純物濃度は低くなった。また、過冷却状態をつくるための冷却条件が穏和であると、純度はより一層高くなることが再確認できた。
本発明方法によれば、接触気相酸化反応由来のもののような不純物を多く含み、且つ反応条件により組成が大幅に変わり得る粗（メタ）アクリル酸溶液からでも、晶析により、高純度の（メタ）アクリル酸を安定して効率的に得ることができる。よって本発明方法は、（メタ）アクリル酸の工業的な大量生産に資するものとして、産業上極めて有用である。
Claims (3)
- （メタ）アクリル酸を製造するための方法であって；
晶析装置から排出される冷熱媒の温度が、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点超で且つ当該凝固点＋５℃以下に安定化するまで、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を冷却する工程；
次いで、晶析装置へ供給する冷熱媒の温度を、粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点から１℃以上低い温度とし、晶析装置中の粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にする工程；および、
粗（メタ）アクリル酸溶液から（メタ）アクリル酸を結晶化させる工程；
を含むことを特徴とする方法。 - 粗（メタ）アクリル酸溶液を過冷却状態にするための、晶析装置へ供給する冷熱媒の温度を、粗（メタ）アクリル酸溶液の凝固点から１〜１０℃低い温度とする請求項１に記載の方法。
- 流下液膜式の晶析装置を用いる請求項１または２に記載の方法。
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