KR100776960B1 - 탈취된 ｎ-비닐-2-피롤리돈의 제조방법 - Google Patents

탈취된 ｎ-비닐-2-피롤리돈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

악취성분을 함유하지 않은 정제된 N-비닐-2-피롤리돈의 제조방법이 제공된다. 이 방법은 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액에 이보다도 비등점이 낮은 화합물을 첨가하여 수득되는 액을, 증류탑을 사용하여 증류시킴으로써, 악취성분을 이 저비등점 화합물과 함께 유출액으로 제거하는 것으로 이루어진다.

Description

탈취된 Ｎ-비닐-2-피롤리돈의 제조방법 {METHOD FOR PREPARING DEODORIZED N-VINYL-2-PYRROLIDONE}
도 1 은 실시예 1∼3에서 사용한 증류장치의 블록도, 도 2 는 참고예에서 비정제액으로부터 탈수액을 제조하기 위해 사용한 증류장치의 블록도, 그리고 도 3 은 실시예 4∼6에서 사용한 증류장치의 블록도이다.
본 발명은 N-비닐-2-피롤리돈의 탈취방법, 즉 탈취된 N-비닐-2-피롤리돈의 제조방법에 관한 것이다. N-비닐-2-피롤리돈은 의약품, 식품첨가제, 퍼스널 케어품 등의 원료로서 광범한 용도가 있는 폴리-N-비닐-2-피롤리돈의 원료 단량체로서 유용한 화합물이다.
N-비닐-2-피롤리돈은 종래부터 2-피롤리돈과 아세틸렌을 가압하에 액상으로 알칼리촉매의 존재하에 반응시키는 레페법에 의해 공업생산되고 있다. 또 아세틸렌을 사용하지 않은 N-비닐-2-피롤리돈의 제조방법도 제안되고 있다. 예컨대 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈과 티오닐 클로라이드의 반응에 의해 수득되는 N-(2-클로로에틸)-2-피롤리돈을 탈염화수소시키는 방법 (미국특허 제2775599호)이나, N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈과 무수아세트산의 반응에 의해 수득되는 아세트산에스테르 중간체를 탈아세트산시키는 방법이나, N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈을 촉매의 존재하에 기상(氣相)으로 분자내 탈수반응시키는 방법 (일본 공개특허공보 평8-141402호) 등이다.
상기 제조방법에 의해 수득되는 생성물에는 N-비닐-2-피롤리돈 이외에 미반응원료, 촉매, 부생성물 등이 함유되어 있으므로, 증류 등과 같은 적당한 방법에 의해 정제 N-비닐-2-피롤리돈을 회수하지 않으면 안된다.
그러나 일반적인 회수방법에 의해 수득되는 정제 N-비닐-2-피롤리돈에는, 일본 특허공표공보 평8-506580호 (=미국특허 제5329021호)나 일본 공개특허공보 평9-169724호 (=미국특허 제5710284호)에 개시되어 있는 바와 같이, 부생성물인 불포화탄화수소류, 염기성화합물, 비닐에테르화합물 등의 불순물이 여전히 함유되어 있어, 이들은 의약품이나 식품첨가제 등의 용도에 바람직하지 않은 것일뿐만 아니라, 제품의 색상이나 악취에 악영향을 준다.
따라서 상기 문제점의 해결법으로서 예컨대 미국특허 제5039817호에서는 산성이온교환체로 불순물을 제거하는 방법이, 또 일본 공개특허공보 평7-252221호 (=미국특허 제5461159호)에서는 유기카르복실산의 무수물을 첨가하여 처리하는 방법 등이 개시되어 있다. 그러나 이들 방법은 이온교환체의 재생 또는 부원료의 사용이나 그 폐기가 필요하여, 상업적으로 유리한 방법은 아니다. 또 일본 특허공표공보 평8-506580호 (=미국특허 제5329021호)나 일본 공개특허공보 평9-169724호 (=미국특허 제5710284호)에는 다단분별결정법에 의해 정제 N-비닐-2-피롤리돈을 수득하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 정제방법은 특별한 장치가 필요하고 공정도 복잡하며 조작이 번잡하다는 문제를 갖고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개량할 수 있는 방법, 구체적으로는 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액에서 악취성분을 함유하지 않은 정제된 N-비닐-2-피롤리돈을 수득할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상기 목적은, 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액에 N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물을 적어도 1종 첨가하여 수득되는 액을 증류탑을 사용하여 증류시킴으로써 악취성분을 상기 화합물과 함께 유출액으로 제거하는 것으로 이루어지는 방법에 의해 달성된다.
이하에 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한 이하의 기재에서 NVP는 N-비닐-2-피롤리돈의 약칭이다.
일반적인 회수방법을 실시하여 수득되는, 불포화탄화수소류, 염기성 화합물, 비닐에테르화합물 등과 같은 불순물, 특히 악취성분을 함유하는 순도 90 중량% 이상의 NVP가 본 발명의 방법에서 증류조작대상 (출발재료) 이 된다. 이와 같은 NVP의 구체적인 예로는 예컨대 레페법에 의해 공업생산되고 있는 NVP를 들 수 있다. 또 일본 공개특허공보 평8-141402호 (=미국특허 제5625076호)에 개시된 NVP의 제조방법에 의한 반응생성물을 NVP의 순도가 90 중량% 이상이 될 때까지 정 제한 것도 예로 들 수 있다.
본 발명의 방법에서의 증류조작은 다음과 같은 조건하에서 실시된다. 이 증류조작은 탈취효과를 올리기 위해 반복 실시할 수 있다.
탑저액의 온도는 180 ℃ 이하, 바람직하게는 165 ℃ 이하로 제어된다. 탑저액의 온도가 180 ℃ 보다 높은 경우에는 탑저액에 함유되어 있는 NVP의 중합반응이나 열분해가 촉진되어 NVP의 회수율이 저하된다.
증류탑의 조작압력은 증류하는 액의 조성에 따라서도 다르지만, 통상 2.67 ×104 ㎩ (200 mmHg) 이하, 바람직하게는 2.00 ×104 ㎩ (150 mmHg) 이하이다.
증류의 형식에는 특별히 제한은 없고, 회분식이나 연속식의 증류방법을 채택할 수 있다. 증류탑의 형식에도 특별한 제한은 없고, 통상 선반단탑 또는 충전탑 등과 같은 정류탑이 사용된다. 탑의 단수는 증류하는 액의 조성이나 환류비에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 통상 이론단수 3∼30 정도이다.
회분증류의 경우에 있어서, NVP 보다 비등점이 낮은 화합물을 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액에 첨가하는 방법으로는, 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액과 NVP보다 비등점이 낮은 화합물을 미리 혼합한 용액을 탑저부에 넣는 방법, 또는 악취성분를 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액과 NVP 보다 비등점이 낮은 화합물을 각각 따로따로 탑저부에 넣는 방법이 통상 채택되지만, 이들에 한정되지는 않는다.
연속증류의 경우에 있어서, 증류하는 액의 공급 장소에 대해서는 특별히 제 한은 없고, 증류탑의 임의의 장소로부터 이러한 액을 공급할 수 있다. 증류하는 액의 공급방법도 특별히 제한되지 않지만, 통상 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액과 NVP보다 비등점이 낮은 화합물의 혼합용액을 공급하는 방법, 또는 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액과 NVP보다 비등점이 낮은 화합물을 각각 따로따로 공급하는 방법이 채택된다. NVP보다 비등점이 낮은 화합물을 첨가하는 방법도 특별한 제한은 없고, 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액과 NVP 보다 비등점이 낮은 화합물을 미리 혼합하는 방법, 또는 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액과 NVP보다 비등점이 낮은 화합물을 연속적으로 혼합하는 (혼합하면서 공급하는) 방법을 채택할 수 있다.
전술한 바와 같이 일본 공개특허공보 평8-141402호 (=미국특허 제5625076호)에 개시된 NVP의 제조방법에 의한 반응생성물을 NVP의 순도가 90 중량% 이상이 될 때까지 정제한 것은, 본 발명의 방법에 있어서의 출발재료로서 유용하다. 일본 공개특허공보 평8-141402호 (=미국특허 제5625076호)의 방법에서는 특정 촉매의 존재하에서의 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈의 기상 분자내 탈수반응에 의해 NVP, N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈 (약칭 HEP), NVP 보다도 비등점이 높은 HEP 이외의 화합물 (예컨대 2-피롤리돈, NVP의 이량체 등), 물 및 악취성분으로 이루어지는 반응생성물 (이하에서 이것을 비정제액이라 함) 이 생성된다. 이러한 비정제액을 증류 (제1단 증류) 시켜 물을 탑정으로부터 유출시키고, 수득된 탑저액 (이하에서 이것을 탈수액이라 함) 을 증류 (제2단 증류) 시키면, 본 발명의 방법에 있어서 출발재료로서 사용가능한, 순도 90 중량% 이상의 NVP가 탑정으로부터 유출액으로서 수득된다. 순도 90 중량% 이상의 NVP를 제조하기 위한 이와 같은 방법의 상세한 내용은 이하에 설명된다.
비정제액으로부터 탈수액을 제조하기 위한 증류 (제1단 증류) 는 다음과 같은 조건하에서 실시된다.
탑저액의 온도는 180 ℃ 이하, 바람직하게는 165 ℃ 이하로 제어된다. 탑저액의 온도가 180 ℃ 보다 높은 경우에는 탑저액에 함유되어 있는 NVP의 중합반응이나 열분해가 촉진되어 NVP의 회수율이 저하된다.
증류탑의 조작압력은 증류하는 액의 조성에 따라서도 다르지만, 통상 2.67 ×104 ㎩ (200 mmHg) 이하, 바람직하게는 2.00 ×104 ㎩ (150 mmHg) 이하이다.
증류의 형식에는 특별히 제한은 없고, 회분식이나 연속식의 증류방법을 채택할 수 있다.
탈수액의 증류 (제2단 증류) 는 다음과 같은 조건하에서 실시된다.
탑저액의 온도는 230 ℃ 이하, 바람직하게는 210 ℃ 이하이다. 탑저액의 온도가 230 ℃보다 높은 경우에는 NVP의 열중합 또는 열분해에 의한 회수율의 저하, 중합물의 부착에 의한 단 효율저하나 탑 폐쇄 등의 위험성이 증가된다.
증류탑의 조작압력은 증류하는 액의 조성에 따라서도 다르지만, 상기 문제점을 회피하여, 탑저액 온도 230 ℃ 이하에서 조작할 수 있는 압력은 통상 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이하, 바람직하게는 0.67 ×104 ㎩ (50 mmHg) 이하이다.
증류의 형식에는 특별히 제한은 없고, 회분식이나 연속식의 증류방법을 채택 할 수 있다.
연속적으로 증류를 실시하는 경우에 있어서, 증류하는 액은 증류탑의 임의의 장소로부터 공급할 수 있다.
제2단 증류에 의한 유출액은 본 발명의 방법에서 출발재료이다. 이 때문에 이러한 유출액은 본 발명에 따라 이것에 NVP보다도 비등점이 낮은 화합물이 첨가된 후 증류된다. 이러한 증류 (제3단 증류) 는 전술한 바와 동일한 조건, 즉 180 ℃ 이하, 바람직하게는 165 ℃ 이하의 탑저온도 및 2.67 ×104 ㎩ (200 mmHg) 이하, 바람직하게는 2.00 ×104 ㎩ (150 mmHg) 이하의 조작압력하에서 실시된다.
필요에 따라, 제3단 증류에서의 탑저액을 제4단 증류를 실시함으로써 더욱 정제된 NVP를 수득할 수 있다.
NVP보다 비등점이 낮은 화합물에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 수산기를 갖는 화합물 또는 상압에서 150 ℃ 이하의 비등점을 갖는 화합물이 바람직하다. 물은 취급성, 경제성 및 그 자체가 무취인 점에서 바람직하다. NVP에 수산기를 갖는 화합물, 예컨대 물을 일정량 이상 첨가한 경우, 희석됨으로써 NVP 그 자체의 악취는 감소되지만 악취성분의 악취를 두드러지게 느낄 수 있는 현상을 본 발명자는 관찰하였다 (후기의 「악취관능시험」참조). 이러한 현상은 NVP와의 친화성이 상기 악취성분보다 물의 쪽이 강하기 때문에 일어나는 것으로 추측된다. NVP보다 비등점이 낮은 화합물로서 수산기를 갖는 화합물이 바람직하게 되는 이유가 여기에 있다. 상압에서 150 ℃ 이하의 비등점을 갖는 화합물이 바람직하게 되는 이유는 그 증류분리의 용이함에 있다.
NVP보다도 비등점이 낮은 화합물의 구체예로는 펜탄, 헥산, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 헵탄, 옥탄, 이소옥탄 등과 같은 지방족 탄화수소류 ; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠 등과 같은 방향족 탄화수소류 ; 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 사염화탄소, 클로로벤젠 등과 같은 할로겐화 탄화수소류 ; 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, t-부탄올 등과 같은 알코올 화합물류 ; 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥소란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄 등과 같은 에테르 화합물류 ; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등과 같은 케톤 화합물류 ; 포름산메틸, 포름산에틸, 아세트산메틸, 아세트산에틸 등과 같은 에스테르 화합물류 ; 또한 물, 아세토니트릴, 니트로메탄 등을 들 수 있다.
NVP 보다 비등점이 낮은 화합물의 첨가량은 악취성분을 함유하는 NVP 순도 90 중량% 이상의 액의 중량을 기준으로 하여 0.03∼1.0배, 바람직하게는 0.05∼0.7배, 더욱 바람직하게는 0.1∼0.5배로 된다. 0.03배보다 적은 경우에는 악취성분의 유출제거를 충분히 할 수 없게 되고, 한편 1.0배보다 큰 경우에는 유출에 다대한 에너지를 사용하므로 경제적으로 불리해진다.
또한 본 발명의 방법에서는 증류탑의 탑저액을 반복하여 증류시킴으로써, 색상 개선의 효과를 수득할 수도 있다. 본 발명의 방법에서는 또한 증류탑의 탑저액을 일반적인 정석(晶析)방법에 의해 정제함으로써 탈취효과를 상승시킬 수 있다. 여기에서 일반적인 정석방법이란 화학공학편람 (개정6판, 화학공학회편), 505∼512면에 기재되어 있는, 예컨대 냉각탱크, 유하액막형 장치 (FFC) 등에 의한 회분정석법, 그리고 4C 정석장치, KCP 장치 등에 의한 연속정석방법을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하에서 실시예, 참고예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예 1∼3은 본 발명의 방법의 전형예이다.
참고예는 상기 비정제액 및 상기 탈수액의 제조예이다.
실시예 4∼6은 참고예의 탈수액으로부터 출발하여 본 발명의 방법을 실시하는 예이다.
비교예는 NVP보다 비등점이 낮은 화합물을 첨가하지 않은 경우의 예이다.
첨부도면에 있어서, 도 1 은 실시예 1∼3에서 사용한 증류장치의 블록도, 도 2 는 참고예에서 비정제액으로부터 탈수액을 제조하기 위해 사용한 증류장치의 블록도, 그리고 도 3 은 실시예 4∼6에서 사용한 증류장치의 블록도이다.
실시예 1
도 1 에 나타낸 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하였다. 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 99.8 중량%의 액과 그 중량에 대해 0.33배의 물을 혼합한 용액을 연속적으로 증류하였다. 연속증류탑 2 로는 내경 35 ㎜의 유리관에 충전물로서 직경 35 ㎜의 스테인리스제 스루더 패킹을 농축부에 4 엘리먼트, 회수부에 6 엘리먼트 충전한 것을 사용하였다. 유출 탱크 3 내의 유출 액의 온도는 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 2 는 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 2 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 도면에서 4 는 응축기이고, 8 및 10 은 도관이다. 탱크 1 로부터 연속증류탑 2 로 공급하는 액의 단위시간당 공급량 (이하 공급속도라고 함), 연속증류탑 2 로부터 유출되어 응축기 4 및 유출탱크 3 을 거쳐 도관 8 로부터 빠져나오는 유출액의 단위시간당 유출량 (이하 유출속도라고 함) 및 연속증류탑 2 로부터 도관 10 을 거쳐 취출되는 탑저액의 단위시간당 양 (이하 탑저액 취출속도라고 함) 을 각 액의 조성과 함께 표 1 에 나타낸다. 단, 표 1 중의 NVP 는 N-비닐-2-피롤리돈을 의미한다. 또 연속증류탑 2 의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 2 에 나타낸다.
조성
물 (g/시) NVP (g/시)
연속증류탑 2 공급속도 95.4 286.2
유출속도 95.4 0
탑저액 취출속도 0 286.2

연속증류탑 2
탑정 온도 (℃) 53
탑저액 온도 (℃) 154

악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈에 수산기를 갖는 화합물, 예컨대 물을 일정량 이상 첨가한 경우, N-비닐-2-피롤리돈이 희석됨으로써 N-비닐-2-피롤리 돈 자체의 악취가 감소되어, 악취성분의 악취를 두드러지게 느낄 수 있는 현상을 본 발명자는 관찰하였다. 이러한 현상은 N-비닐-2-피롤리돈 중의 악취관능시험에 이용할 수 있다. 연속증류탑 2 로 공급하는 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 99.8 중량%의 액 (연속증류탑 2 에 대한 공급액) 에 대해 실시된 악취관능시험의 예를 이하에 나타낸다. 즉 연속증류탑 2 로의 공급액과 그 농도가 10 중량%가 되도록 물로 희석한 용액을 준비하고, 각각의 액을 10명의 피험자에게 냄새를 맡게 하여 악취를 느낀 피험자의 수를 기록한 결과, 표 3 에 나타낸 결과가 수득되었다.
검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
(실시예 1에서의) 연속증류탑 2 로의 공급액 6/10
상기 공급액의 10 중량% 수용액 10/10

표 3 에 나타낸 바와 같이, 물로 희석한 용액의 것이 악취의 존재를 두드러지게 느낄 수 있다. 따라서, 하기 실시예에서의 악취관능시험에서는 검체로서 시험대상액의 10 중량% 수용액을 사용하였다.
연속증류탑 2 의 탑저액의 악취관능시험 결과를 표 4 에 나타낸다.
검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 2 의 탑저액의 10 중량% 수용액 0/10

이상과 같이 하여 악취성분이 제거된 N-비닐-2-피롤리돈 (연속증류탑 2 의 탑저액) 의 순도는 99.9 중량%이었다.
실시예 2
도 1 에 나타낸 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하였다. 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 99.8 중량%의 액과 그 중량에 대해 0.33배의 메탄올을 혼합한 용액을 연속적으로 증류하였다. 연속증류탑 2 로는 실시예 1 과 동일한 구성의 것을 사용하고, 유출탱크 3 내의 유출액의 온도를 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 2 는 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 0.5가 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 2 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 2 의 공급속도, 유출속도 및 탑저액 취출속도를 각 액의 조성과 함께 표 5 에 나타낸다. 단, 표 5 중의 NVP는 N-비닐-2-피롤리돈을 의미한다. 또 연속증류탑 2 의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 6 에 나타낸다. 또한 연속증류탑 2 의 탑저액의 악취관능시험 결과를 표 7 에 나타낸다.
조성
메탄올 (g/시) NVP (g/시)
연속증류탑 2 공급속도 101.6 304.8
유출속도 101.6 0
탑저액 취출속도 0 304.8

연속증류탑 2
탑정 온도 (℃) 21
탑저액 온도 (℃) 154

검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 2 의 탑저액의 10 중량% 수용액 3/10

이상과 같이 하여 악취성분이 제거된 N-비닐-2-피롤리돈 (연속증류탑 2 의 탑저액)의 순도는 99.9 중량%이었다.
실시예 3
도 1 에 나타낸 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하였다. 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 99.8 중량%의 액과 그 중량에 대해 0.13배의 물 및 0.13배의 1,2-디메톡시에탄을 혼합한 용액을 연속적으로 증류하였다. 연속증류탑 2 로는 실시예 1 과 동일한 구성의 것을 사용하고, 유출탱크 3 내의 유출액의 온도를 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 2 는 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 0.5가 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 2 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 2 의 공급속도, 유출속도 및 탑저액 취출속도를 각 액의 조성과 함께 표 8 에 나타낸다. 단, 표 8 중의 NVP는 N-비닐-2-피롤리돈을 의미한다. 또 연속증류탑 2 의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 9 에 나타낸다. 연속증류탑 2 의 탑저액의 악취관능시험 결과를 표 10 에 나타낸다.
조성
물 (g/시) 1,2-디메톡시에탄 (g/시) NVP (g/시)
연속증류탑 2 공급속도 39.3 39.3 314.1
유출속도 39.3 39.3 0
탑저액 취출속도 0 0 314.1

연속증류탑 2
탑정 온도 (℃) 49
탑저액 온도 (℃) 154

검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 2 의 탑저액의 10 중량% 수용액 1/10

이상과 같이 하여 악취성분이 제거된 N-비닐-2-피롤리돈 (연속증류탑 2 의 탑저액) 의 순도는 99.9 중량%이었다.
참고예 (비정제액 및 탈수액의 제조법)
탄산세슘을 구형상 실리카겔 (5∼10 메쉬) 에 함침시키고, 공기 중에서 800 ℃에서 소성시킴으로써 산소를 제외한 원자비로 Cs1Si100인 조성의 촉매를 제조하였다. 이러한 촉매 5 ㎖를 내경 10 ㎜의 스테인리스제 반응관에 충전하고, 이 반응관을 370 ℃의 용융염 욕에 침지시켰다. 이 반응관에 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈 (약칭 HEP) 의 분압이 76 mmHg가 되도록 질소로 희석한 원료가스를 HEP의 공간속도 200 h-1로 공급하여 상압에서 반응시켜 수득되는 질소를 제외한 반응가스를 냉각포집하였다. 이러한 포집된 액, 즉 비정제액은 N-비닐-2-피롤리돈, HEP, N-비닐-2-피롤리돈보다도 비등점이 높은 HEP 이외의 화합물, 물 및 악취성분을 함유하고 있다. 이 비정제액으로부터 하기의 조작에 따라 탈수액을 제조하였다.
도 2 에 나타낸 장치를 사용하여 상기 비정제액을 연속적으로 증류하였다. 탱크 11 로부터의 비정제액은 연속증류탑 (제1단 증류탑) Ⅰ 에서 증류되고, 탑정으로부터 물 및 악취성분이 유출되어 도관 8 을 거쳐 배출되고, 탑저로부터 탈수액 (탑저액) 이 수득된다. 연속증류탑 Ⅰ 로는 내경 35 ㎜의 유리관에 충전물로서 직경 35 ㎜의 스테인리스제 스루더 패킹을 농축부에 4엘리먼트 그리고 회수부에 6엘리먼트 충전한 것을 사용하였다. 유출탱크 3 내의 유출액의 온도는 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 Ⅰ 은 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 Ⅰ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 탱크 11 로부터 연속증류탑 Ⅰ 로 공급하는 비정제액의 단위시간당 공급량 (이하 공급속도라고 함), 연속증류탑 Ⅰ 로부터 유출되어 응축기 4 및 유출탱크 3 을 거쳐 도관 8 로부터 빠져나오는 유출액의 단위시간당 유출량 (이하 유출속도라고 함), 연속증류탑 Ⅰ 로부터 도관 10 을 거쳐 취출되는 탑저액 (탈수액) 의 단위시간당 양 (이하 탑저액 취출속도라고 함) 을 각 액의 조성과 함께 표 11 에 나타낸다. 단, 표 11 중의 NVP는 N-비닐-2-피롤리돈을, HEP는 N-(2-히드록시에 틸)-2-피롤리돈을, 고비등점 화합물은 N-비닐-2-피롤리돈보다도 비등점이 높은 화합물 (단 HEP를 제외함) 을 의미한다. 또 연속증류탑 Ⅰ 의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 12 에 나타낸다.
조성
물 (g/시) NVP (g/시) HEP (g/시) 고비등점 화합물 (g/시)
연속증류탑 Ⅰ 공급속도 43.2 327.6 20.8 8.4
유출속도 43.2 0 0 0
탑저액 취출속도 0 321.8 20.8 14.2

연속증류탑 Ⅰ
탑정 온도 (℃) 53
탑저액 온도 (℃) 159

실시예 4
도 3 에 나타낸 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하였다. 참고예에서 수득된 탑저액 (탈수액) 을 탱크 111 로부터 증류탑으로 연속적으로 공급하면서 증류하였다. 연속증류탑 (제2단 증류탑) Ⅱ 으로는 내경 50 ㎜의 유리관에 충전물로서 직경 50 ㎜의 스테인리스제 스루더 패킹을 농축부에 7 엘리먼트 그리고 회수부에 7 엘리먼트 충전한 것을 사용하였다. 연속증류탑 (제3단 증류탑) Ⅲ 으로는 내경 35 ㎜의 유리관에 충전물로서 직경 35 ㎜의 스테인리스제 스루더 패킹을 농축부에 4 엘리먼트 그리고 회수부에 6 엘리먼트 충전한 것을 사용하였다. 연속증류탑 (제4단 증류탑) Ⅳ 로는 내경 50 ㎜의 유리관에 충전물로서 직경 50 ㎜ 의 스테인리스제 스루더 패킹을 농축부에 7 엘리먼트 그리고 회수부에 7 엘리먼트 충전한 것을 사용하였다. 유출 탱크 3, 6 및 9 내의 유출액의 온도는 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 Ⅱ 는 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 Ⅱ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅲ 은 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 6 으로부터 연속증류탑 Ⅲ 으로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅳ 는 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 9 로부터 연속증류탑 Ⅳ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다.
여기에서 연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액의 악취관능시험 결과를 표 13 에 나타낸다. 또 연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액 중의 N-비닐-2-피롤리돈 순도는 99.8 중량%이었다.
검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액의 10 중량% 수용액 10/10

연속증류탑 Ⅱ 로부터 도관 14 를 거쳐 배출된 유출액과 그 중량에 대해 0.33배의 물을 도관 14 및 17 에 의해 혼합한 용액을 연속적으로 연속증류탑 Ⅲ 으로 공급하고, 연속증류탑 Ⅲ 의 탑저액을 도관 21 을 거쳐 연속증류탑 Ⅳ 로 공급하며, 연속증류탑 Ⅳ 의 탑정으로부터 도관 23 을 거쳐 유출액으로서 N-비닐-2-피 롤리돈을 수득하였다. 도면에서 4, 7 및 10 은 응축기이고, 16, 19 및 25 는 배출관이다. 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 의 각각의 공급속도, 유출속도 및 탑저액 취출속도를 각 액의 조성과 함께 표 14 에 나타낸다. 단, 표 14 중의 NVP는 N-비닐-2-피롤리돈을, HEP는 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈을, 고비등점 화합물은 N-비닐-2-피롤리돈보다도 비등점이 높은 화합물 (단 HEP를 제외함) 을 의미한다. 또 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 의 각각의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 15 에 나타낸다. 또한 연속증류탑 Ⅳ 의 유출액의 악취관능시험 결과를 표 16 에 나타낸다.
조성
물 (g/시) NVP (g/시) HEP (g/시) 고비등점 화합물 (g/시)
연속증류탑 Ⅱ 공급속도 0 321.8 20.8 14.2
유출속도 0 317.0 0 0
탑저액 취출속도 0 0 20.8 19.0
연속증류탑 Ⅲ 공급속도 105.7 317.0 0 0
유출속도 105.7 0 0 0
탑저액 취출속도 0 313.8 0 3.2
연속증류탑 Ⅳ 공급속도 0 313.8. 0 3.2
유출속도 0 313.8 0 0
탑저액 취출속도 0 0 0 3.2

연속증류탑 Ⅱ 연속증류탑 Ⅲ 연속증류탑 Ⅳ
탑정 온도 (℃) 92 52 91
탑저액 온도 (℃) 194 153 128

검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅳ 로부터의 유출액의 10 중량% 수용액 0/10

이상과 같이 하여 정제된 N-비닐-2-피롤리돈 (연속증류탑 Ⅳ 로부터의 유출액) 의 순도는 99.9 중량%이었다.
실시예 5
도 3 에 나타낸 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하였다. 참고예에서 수득된 탑저액 (탈수액) 을 연속적으로 증류하였다. 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 로는 실시예 4 와 동일한 구성의 것을 사용하고, 유출탱크 3, 6 및 9 내의 유출액의 온도를 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 Ⅱ 는 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 Ⅱ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅲ 은 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 0.5가 되도록 유출탱크 6 으로부터 연속증류탑 Ⅲ 으로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅳ 는 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 9 로부터 연속증류탑 Ⅳ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다.
여기에서 연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액의 악취관능시험 결과를 표 17 에 나타낸다. 또 연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액 중의 N-비닐-2-피롤리돈 순도는 99.8 중량%이었다.
검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액의 10 중량% 수용액 10/10

연속증류탑 Ⅱ 로부터 도관 14 를 거쳐 배출된 유출액과 그 중량에 대해 0.43배의 메탄올을 도관 14 및 17 에 의해 혼합한 용액을 연속적으로 연속증류탑 Ⅲ 으로 공급하고, 연속증류탑 Ⅲ 의 탑저액을 도관 21 을 거쳐 연속증류탑 Ⅳ 로 공급하며, 연속증류탑 Ⅳ의 탑정으로부터 도관 23 을 거쳐 유출액으로서 N-비닐-2-피롤리돈을 수득하였다. 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 의 각각의 공급속도, 유출속도 및 탑저액 취출속도를 각 액의 조성과 함께 표 18 에 나타낸다. 단, 표 18 중의 NVP 는 N-비닐-2-피롤리돈을, HEP는 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈을, 고비등점 화합물은 N-비닐-2-피롤리돈보다도 비등점이 높은 화합물 (단 HEP를 제외함) 을 의미한다. 또 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 의 각각의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 19 에 나타낸다. 또한 연속증류탑 Ⅳ 의 유출액의 악취관능시험 결과를 표 20 에 나타낸다.
조성
메탄올 (g/시) NVP (g/시) HEP (g/시) 고비등점 화합물 (g/시)
연속증류탑 Ⅱ 공급속도 0 321.8 20.8 14.2
유출속도 0 317.0 0 0
탑저액 취출속도 0 0 20.8 19.0
연속증류탑 Ⅲ 공급속도 135.9 317.0 0 0
유출속도 135.9 0 0 0
탑저액 취출속도 0 311.3 0 5.7
연속증류탑 Ⅳ 공급속도 0 311.3 0 5.7
유출속도 0 311.3 0 0
탑저액 취출속도 0 0 0 5.7

연속증류탑 Ⅱ 연속증류탑 Ⅲ 연속증류탑 Ⅳ
탑정 온도 (℃) 92 21 90
탑저액 온도 (℃) 194 153 128

검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅳ로부터의 유출액의 10 중량% 수용액 3/10

이상과 같이 하여 정제된 N-비닐-2-피롤리돈 (연속증류탑 Ⅳ 로부터의 유출액) 의 순도는 99.9 중량%이었다.
실시예 6
도 3 에 나타낸 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 실시하였다. 참고예에서 수득된 탑저액 (탈수액) 을 연속적으로 증류하였다. 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 로는 실시예 4 와 동일한 구성의 것을 사용하고, 유출탱크 3, 6 및 9 내의 유출액의 온도를 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 Ⅱ 는 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 Ⅱ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅲ 은 조작압이 1.33 ×104 ㎩ (100 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 6 으로부터 연속증류탑 Ⅲ 으로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅳ 는 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 9 로부터 연속증류탑 Ⅳ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다.
여기에서 연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액의 악취관능시험 결과를 표 21 에 나타낸다. 또 연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액 중의 N-비닐-2-피롤리돈 순도는 99.8 중량%이었다.
검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅱ 로부터의 유출액의 10 중량% 수용액 10/10

연속증류탑 Ⅱ 로부터 도관 14 를 거쳐 배출된 유출액과 그 중량에 대해 0.2배의 물 및 0.13배의 1,2-디메톡시에탄을 도관 14 및 17 에 의해 혼합한 용액을 연속적으로 연속증류탑 Ⅲ 으로 공급하고, 연속증류탑 Ⅲ 의 탑저액을 도관 21 을 거쳐 연속증류탑 Ⅳ 로 공급하며, 연속증류탑 Ⅳ의 탑정으로부터 도관 23 을 거쳐 유출액으로서 N-비닐-2-피롤리돈을 수득하였다. 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 의 각각의 공급속도, 유출속도 및 탑저액 취출속도를 각 액의 조성과 함께 표 22 에 나타낸다. 단, 표 22 중의 NVP 는 N-비닐-2-피롤리돈을, HEP는 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈을, 고비등점 화합물은 N-비닐-2-피롤리돈보다도 비등점이 높은 화합물 (단 HEP를 제외함) 을 의미한다. 또 연속증류탑 Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 의 각각의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 23 에 나타낸다. 또한 연속증류탑 Ⅳ 의 유출액의 악취관능시험 결과를 표 24 에 나타낸다.
조성
물 (g/시) 1,2-디메톡시 에탄 (g/시) NVP (g/시) HEP (g/시) 고비등점 화합물 (g/시)
연속증류탑 Ⅱ 공급속도 0 0 321.8 20.8 14.2
유출속도 0 0 317.0 0 0
탑저액 취출속도 0 0 0 20.8 19.0
연속증류탑 Ⅲ 공급속도 63.4 42.3 317.0 0 0
유출속도 63.4 42.3 0 0 0
탑저액 취출속도 0 0 310.3 0 6.7
연속증류탑 Ⅳ 공급속도 0 0 310.3 0 6.7
유출속도 0 0 310.3 0 0
탑저액 취출속도 0 0 0 0 6.7

연속증류탑 Ⅱ 연속증류탑 Ⅲ 연속증류탑 Ⅳ
탑정 온도 (℃) 92 50 91
탑저액 온도 (℃) 194 154 128

검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅳ 로부터의 유출액의 10 중량% 수용액 1/10

이상과 같이 하여 정제된 N-비닐-2-피롤리돈 (연속증류탑 Ⅳ 로부터의 유출액) 의 순도는 99.9 중량%이었다.
비교예
참고예에서 수득된 탑저액 (탈수액) 을 도 2 의 것과 동일하게 구성된 증류장치를 사용하여 연속적으로 증류하였다. 이 증류장치는 연속증류탑 Ⅰ 이 내경 50 ㎜의 유리관에 충전물로서 직경 50 ㎜의 스테인리스제 스루더 패킹을 농축부에 7 엘리먼트 그리고 회수부에 7 엘리먼트 충전한 것을 사용한 것 이외에는 참고 예에서 사용한 증류장치와 동일하다. 유출 탱크 3 내의 유출액의 온도는 10 ℃로 유지하였다. 연속증류탑 Ⅰ 은 조작압이 1.33 ×103 ㎩ (10 mmHg) 이고, 환류비가 1이 되도록 유출탱크 3 으로부터 연속증류탑 Ⅰ 로 환류되는 유출액량을 조작하였다. 연속증류탑 Ⅰ 의 공급속도, 유출속도 및 탑저액 취출속도를 각 액의 조성과 함께 표 25 에 나타낸다. 단, 표 25 중의 NVP 는 N-비닐-2-피롤리돈을, HEP는 N-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈을, 고비등점 화합물은 N-비닐-2-피롤리돈보다도 비등점이 높은 화합물 (단 HEP를 제외함) 을 의미한다. 또 연속증류탑 Ⅰ 의 탑정 온도 및 탑저액 온도를 표 26 에 나타낸다. 연속증류탑 Ⅰ 로부터의 유출액에 대한 악취관능시험 결과는 표 27 에 나타낸 바와 같고, 바람직한 것은 아니었다.
조성
물 (g/시) NVP (g/시) HEP (g/시) 고비등점 화합물 (g/시)
연속증류탑 Ⅰ 공급속도 0 321.8 20.8 14.2
유출속도 0 317.0 0 0
탑저액 취출속도 0 0 20.8 19.0

연속증류탑 Ⅰ
탑정 온도 (℃) 92
탑저액 온도 (℃) 194

검체 악취를 느낀 사람수/피험자 총수
연속증류탑 Ⅰ 로부터의 상기 유출액의 10 중량% 수용액 10/10

이상과 같이 하여 수득된 연속증류탑 Ⅰ 로부터의 유출액 중의 순도는 N-비닐-2-피롤리돈 순도는 99.8 중량%이었다.
본 발명에 의해, 악취 성분이 제거된 N-비닐-2-피롤리돈을 수득할 수 있다.

Claims (7)

  1. 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액에 N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물을 적어도 1종 첨가하여 수득되는 액을 증류탑을 사용하여 증류시킴으로써 악취성분을 상기 화합물과 함께 유출액으로 제거하는 것으로 이루어지고, 상기 N-비닐-2-피롤리돈 보다 비등점이 낮은 화합물이 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에테르, 케톤, 에스테르, 아세토니트릴, 니트로메탄 또는 물인 것을 특징으로 하는 탈취된 N-비닐-2-피롤리돈의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물이 수산기를 갖는 화합물 또는 상압에서 150 ℃ 이하의 비등점을 갖는 화합물인 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물이 물, 메탄올 또는 1,2-디메톡시에탄인 방법.
  5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물의 첨가량이 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액의 중량을 기초로 0.03∼1.0배인 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물의 첨가량이 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액의 중량을 기초로 0.05∼0.7배인 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, N-비닐-2-피롤리돈보다 비등점이 낮은 화합물의 첨가량이 악취성분을 함유하는 N-비닐-2-피롤리돈 순도 90 중량% 이상의 액의 중량을 기초로 0.1∼0.5배인 방법.
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