KR800000338B1 - Separatin of catalyst particles from a suspension of these particles in an aqueous hydroyl-ammonium solution - Google Patents

Separatin of catalyst particles from a suspension of these particles in an aqueous hydroyl-ammonium solution

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KR800000338B1
KR800000338B1 KR750002243A KR750002243A KR800000338B1 KR 800000338 B1 KR800000338 B1 KR 800000338B1 KR 750002243 A KR750002243 A KR 750002243A KR 750002243 A KR750002243 A KR 750002243A KR 800000338 B1 KR800000338 B1 KR 800000338B1
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요하네스 프란시스커스 쇼올텐 요오제프
로오데뷔크 테레에지아 코오크스 헨드릭
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에프 카르스·에이취 비이 반 레우벤
스타미카아본 비이 브이
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Abstract

The suspension of catalyst particles in the aq. hydroxylammonium salt soln. is treated with 0.25-2 mg polyacrylamide per g suspended catalyst to obtain a more easily filtered sediment.

Description

하이드록실-암모늄염을 함유하는 수용액의 현탁액으로부터 촉매입자를 분리하는 법How to separate catalyst particles from suspension of aqueous solution containing hydroxyl-ammonium salt

본 발명은 하이드록실 암모늄염을 함유하는 수용액의 현탁액으로부터 촉매입자를 분리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating catalyst particles from a suspension of an aqueous solution containing hydroxyl ammonium salts.

하이드록실아민과 하이드록실 암모늄염은 카프로락탐제조에 사용되고 있다. 사이클로헥사논과 하이드록실아민 또는 그 염이 반응하여 사이클로헥사논옥심을 만들며 사이클로헥사논옥심에서 카프로 락탐을 제조한다.Hydroxylamines and hydroxyl ammonium salts are used in caprolactam preparation. Cyclohexanone and hydroxylamine or salts thereof react to form cyclohexanone oxime and to produce caprolactam in cyclohexanone oxime.

하이드록실 아민과 하이드록실 암모늄염은 산화질소, 질산 또는 질산염들을 환원시켜서 제조할 수 있다. 이들을 환원시키는 방법은 공지된 바와같이 이 화합물들을 수소화수소촉매, 즉 백금이나 팔라듐 혹은 이들 혼합물과 반응시킴으로써 얻을 수 있다.Hydroxyl amines and hydroxyl ammonium salts can be prepared by reducing nitric oxide, nitric acid or nitrates. The method of reducing them can be obtained by reacting these compounds with a hydrogen hydride catalyst, ie platinum or palladium or mixtures thereof, as is known.

산화질소를 촉매와 함께 수소로 환원할때 반응이 끝난 후에는 촉매입자들을 제거해야 한다. 이 촉매입자를 제거할 때에는 여과하여 분리시킨다. 살화질소를 환원시킬때 이 반응물질들은 현탁액내에 있으며 현탁액은 여과할때 시간이 경과함에 따라 여과저항이 커지기 때문에 현탁액내의 혼합물을 여과하는 것은 매우 어려운 방법으로 알려져 있다. 필터를 통해서 유출되는 배수시간으로 측정되는 여과 저항치는 아주 큰값을 가지는 경우도 있다. 여과저항은 하이드록실암모늄염의 제조 및 분리에 좋지않은 영향을 미친다. 여과저항치의 증가는 소량의 불순물입자들의 분해반응에 기인한다. 이 불순물로는 예를들면 호박산, 히드록시카르복시산류, 아민류, 그리고 톨루엔 등이 포함된다. 이 유기 불순물들은, 히드록실암모늄염을 포함하는 용액이 케톤과 반응하여 옥심을 형성한 후, 반응혼합물에서 옥심을 제거하고 잔류용액을 다시 히드록실암모늄염 제조에 재사용할 때의 반응혼합물내에 존재한다. 본 발명은 하이드록실암모늄염을 함유하는 수용액의 현탁액에서 촉매를 분리하는 방법에 관한 것으로 이 공정은 나일론 6의 원료가 되는 카프로락탐제조에 사용되는 히드록실암모늄염 제조시에 매우 중요하다. 일산화질소나 질산 또는 산화질소류를 촉매와 함께 수소로 환원시 이들의 반응혼합물을 여과할 때에 발생하는 높은 여과저항은 현탁액에 응결화제를 넣어주면 저하된다는 사실이 본 발명에서 발견되었다. 이 응결화제의 첨가는 촉매의 활성과 선택성에 아무런 영향을 주지않으며 촉매의 환원작용은 계속된다. 본 발명에 따르면 히드록실 암모늄염을 함유하는 용액에서 촉매입자를 효율의 저하됨이 없이 제거하여 분리할 수 있다. 본 발명의 방법을 사용하면 생성물과 촉매를 분리할때의 시간을 줄임으로써 히드록실암모늄염을 제조하는 기초공정의 효율을 증대하고 시간과 경비를 절약할 수 있다. 본 발명은 히드록시암모늄염이나 히드록시 아민제조시 배치(batch)공정이나 연속공정에 다 적용할 수 있다. 본 발명은 히드록시 암모늄염(또는 히드록시 아민)의 제조와 분리공정을 개량하고자 하는 것이며 특히 이 발명은 산화질소화합물들 즉 일산화질소, 질산, 질산염등을 촉매수소화법으로 환원하여 히드록시 암모늄염을 제조시 유용하다. 이 화합물들을 촉매수소화법으로 환원시킬때에 반응혼합물은 현탁액상이 되며 이때 촉매는 히드록시 암모늄염을 함유하는 산성 수용액속에 분산되어 있다. 이 촉매로는 백금이나 팔라듐 또는 탄소 지지된 이들 혼합체를 사용한다. 촉매수소화 환원법은 산성수용액내에서 행해지며 이때의 산은 반응과 관계없는 비활성인 어떤 무기산도 사용할 수 있다. 본 발명에서는 응결화제를 반응혼합물에 직접 첨가할 수 있다. 이 응결화제는 반응공정중에서 환원전이나 후 또는 도중의 어느때라도 첨가할 수 있다. 이 응결화제를 첨가함으로서 여과저항치를 낮출수 있으며 따라서 여과기를 통하는 반응혼합물의 여과량을 증가시킴으로써 제품을 효율적으로 분리시킬 수 있다.When nitrogen oxide is reduced to hydrogen with a catalyst, the catalyst particles should be removed after the reaction. When the catalyst particles are removed, they are separated by filtration. Filtering the mixture in the suspension is known to be very difficult because the reactants are in suspension when the nitrogen chloride is reduced and the suspension increases in filtration resistance over time. In some cases, the filtration resistance measured by the drainage time flowing through the filter has a very large value. Filtration resistance adversely affects the preparation and separation of hydroxylammonium salts. The increase in filtration resistance is due to the decomposition of small amounts of impurity particles. Examples of the impurities include succinic acid, hydroxycarboxylic acids, amines, toluene and the like. These organic impurities are present in the reaction mixture when the solution containing the hydroxylammonium salt reacts with the ketone to form an oxime and then removes the oxime from the reaction mixture and reuses the remaining solution for the preparation of the hydroxylammonium salt. The present invention relates to a method for separating a catalyst from a suspension of an aqueous solution containing hydroxylammonium salts, which is very important in the preparation of hydroxylammonium salts used in the preparation of caprolactam, which is a raw material of nylon 6. It has been found in the present invention that the high filtration resistance that occurs when filtration of their reaction mixtures upon reduction of nitrogen monoxide, nitric acid or nitric oxide with a catalyst is reduced by adding a coagulant to the suspension. The addition of this coagulant has no effect on the activity and selectivity of the catalyst and the reduction of the catalyst continues. According to the present invention, the catalyst particles may be removed and separated from the solution containing the hydroxyl ammonium salt without degrading the efficiency. By using the method of the present invention, it is possible to reduce the time for separating the product and the catalyst, thereby increasing the efficiency of the basic process for preparing the hydroxylammonium salt and saving time and money. The present invention can be applied to a batch process or a continuous process in the manufacture of hydroxyammonium salts or hydroxy amines. The present invention seeks to improve the production and separation of hydroxy ammonium salts (or hydroxy amines). In particular, the present invention provides hydroxy ammonium salts by reduction of nitric oxide compounds, such as nitrogen monoxide, nitric acid, and nitrates, by catalytic hydrogenation. This is useful for When these compounds are reduced by catalytic hydrogenation, the reaction mixture is in suspension, where the catalyst is dispersed in an acidic aqueous solution containing hydroxy ammonium salts. This catalyst uses platinum, palladium or carbon supported mixtures. Catalytic hydrogenation reduction is carried out in an acidic aqueous solution where the acid can be any inorganic acid that is inert, irrelevant to the reaction. In the present invention, a coagulant may be added directly to the reaction mixture. This coagulant may be added at any time before or after reduction or in the middle of the reaction step. By adding this coagulant, the filtration resistance can be lowered, and thus the product can be efficiently separated by increasing the filtration amount of the reaction mixture through the filter.

이 응결화제의 양은 매촉매 g당 0.1-20mg사이로 첨가할 수 있으며 매촉매 g당 0.25-2mg이 적당하다. 필요에 따라서 응결화제의 첨가는 제조공정에 아무 지장없이 1-8시간의 주기로 반복해서 할 수 있다.The amount of this coagulant can be added between 0.1-20 mg per g catalyst and 0.25-2 mg per g catalyst is suitable. If necessary, the addition of the coagulant may be repeated in a cycle of 1-8 hours without any disruption to the manufacturing process.

현탁액과 응결화제를 가장 효율적으로 혼합시키려면 응결화를 묽은 수용액내에 0.01-1중량퍼센트로 가해주는 것이 좋다. 히드록시암모늄염용액의 일부를 이 묽은 수용액을 만드는데 용매로서 사용할 수 있다.For the most efficient mixing of the suspension and the coagulant, it is recommended that the coagulant be added 0.01-1% by weight in a dilute aqueous solution. A portion of the hydroxyammonium salt solution can be used as a solvent to make this dilute aqueous solution.

응결화제는 음이온계 또는 비이온계 중합체를 사용할 수 있다. 적합한 응결화제를 예로든다면 전분, 젤라된, 폴리아크릴아마이드 및 폴리비닐알콜이 있다. 특히 좋은 결과는 평균 분자량이 3×107이고 평균 중합도가 4×105인 비 이온성 폴리아크릴아마이드를 사용했을때 얻어진다. 이와같은 응결화제는 메이프로훌록(Meyprofloc) P3라는 상품명으로 시중에 나와 있다. 다른 평균분자량과 중합도를 가지고 있는 비이온계 폴리아크릴아마이드로 사용할 수 있다. 촉매입자는 양전하를 띄므로 음이온계 응결화제가 적합할 것 같지만 비이온계 폴리아크릴아마이드가 가장 좋은 결과를 나타내었다. 본 발명의 공정은 다음 실시예에서보는 바와 같다.The coagulant may be an anionic or nonionic polymer. Examples of suitable coagulants include starch, gelled, polyacrylamide and polyvinyl alcohol. Particularly good results are obtained with nonionic polyacrylamides having an average molecular weight of 3 × 10 7 and an average degree of polymerization of 4 × 10 5 . Such coagulants are commercially available under the trade name Meyprofloc P 3 . It can be used as nonionic polyacrylamide having different average molecular weight and degree of polymerization. Since the catalyst particles have a positive charge, anionic coagulants may be suitable, but nonionic polyacrylamide has the best results. The process of the present invention is as shown in the following examples.

[실시예 1]Example 1

온도 60℃이고 수소압이 10기압이며 유효용량이 3리터인 반응기내에서 교반기를 매분당 2,000회로 회전시키면서 소결된 강철로된 4개의 여과통을 장치하여 산화질소 화합물을 계속 촉매환원시켰다.In the reactor having a temperature of 60 ° C., a hydrogen pressure of 10 atm, and an effective capacity of 3 liters, four filtration tubes of sintered steel were installed while rotating the stirrer 2,000 times per minute to continuously catalytically reduce the nitric oxide compound.

반응기내에 유입시킨 수용액은 100g중에 인산 21.6g 및 질산암모늄 22.4g을 함유한 것으로 시간당 5kg의 량으로 유입하였다. 사용한 촉매는 다공성 활성탄에 지지된 팔라듐 백금 촉매 15g으로 촉매조성은 팔라듐이 8중량퍼센트 그리고 백금이 2중량 퍼센트였다. 여기서 반응된 100g당 인산 4.9g 모노히드록시 암모늄 9.3g 밀암모늄인산염 11.7g 질산암모늄염 14.4g을 함유하는 용액을 여과통으로 보내주었다. 이 여과통의 용량은 최고여과저항치에서도 유입이 계속될 수 있을 정도의 용량이었다.The aqueous solution introduced into the reactor contained 21.6 g of phosphoric acid and 22.4 g of ammonium nitrate in 100 g and was introduced at an amount of 5 kg per hour. The catalyst used was 15 g of palladium platinum catalyst supported on porous activated carbon, with a catalyst composition of 8 weight percent palladium and 2 weight percent platinum. The solution containing 4.9 g of monohydroxy ammonium 9.3 g mill ammonium phosphate 11.7 g ammonium nitrate salt 14.4 g per 100 g of the reaction was sent to a filter tube. The capacity of this filter was such that the inflow could continue even at the highest filtration resistance.

10분후 여과기에 모여진 촉매를 단압충격(short pressure pulse)에 의해 반응액으로 돌렸고 여과통을 이렇게해서 씻어준다음 즉시 0.3리터의 여과된 반응액을 얻는데 소요된 시간(배수시간)을 측정하여 여과저항치를 구했다.After 10 minutes, the catalyst collected in the filter was returned to the reaction solution by a short pressure pulse. The filter was washed in this manner and immediately measured the time (drainage time) required to obtain 0.3 liters of the filtered reaction solution. Saved.

초기의 여과저항치는 40초의 배수(配水)시간과 일치했다.The initial filtration resistance was consistent with the drainage time of 40 seconds.

질산염의 용액이 가해진, 탄소로 계산해서 가입된 용액 100g당 0.04g에 달하는, 유기불순물 때문에 여과저항치는 점점 증가했고 9시간후에는 배수시간이 약 100초였다. 다음 비교의 목적으로 특별히 정제시켜준 질산염 용액을 사용했더니 9시간이 더 지난후에(총 18시간후에) 배수시간이 70초로 떨어졌다. 그다음 응결화제가 0.05중량 퍼센트로 포함된 수용액을 반응기내의 현탁액에 가했다. 이때 응결화제는 평균 분자량이 3×107이고 평균중합도가 4×105인 비이온성 폴리아크릴아마이드인 메이프로플록 P3를 썼다. 5분이 더 지나자 배수시간은 40초라는 원래의 값으로 되었고 이 낮은 여과 저항치는 실험이 끝난후 17시간동안 응결화제를 가하지 않고도 유지되었다.The filtration resistance gradually increased due to an organic impurity amounting to 0.04 g per 100 g of carbon-based solution added with a solution of nitrate, and the drainage time was about 100 seconds after 9 hours. Using a specially purified nitrate solution for the next comparison, the drainage time dropped to 70 seconds after 9 hours (18 hours in total). An aqueous solution containing 0.05% by weight of coagulant was then added to the suspension in the reactor. At this time, the coagulant used mayprofloc P 3 which is a nonionic polyacrylamide having an average molecular weight of 3 × 10 7 and an average degree of polymerization of 4 × 10 5 . After 5 minutes, the drainage time had returned to its original value of 40 seconds, and this low filtration resistance was maintained for 17 hours without the addition of a coagulant.

[실시예 2]Example 2

실시예 1에서 처음에 사용한 것과 같은 조성의 질산암모늄염 용액을 동일한 장치에서 유입속도는 시간당 용액 3.5kg으로 하고, 동일한 방식에 의해서 질산 암모늄을 계속해서 환원시켰다. 초기 유입시 여과저항치는 배수시간 40초와 일치했다. 다음 환원시켜줄 질산염용액 1리터에 대해서 사이클로 헥실아민 0.75g을 계속해서 잘가해 주었다. 그때 여과 저항치는 20시간에 걸쳐 배수시간 70초로 상승했다. 다음 환원시킬 용액 1러터에 대해서 싸이클로 헥사는옥심 0.75g을 가한결과 12시간에 걸쳐 배수시간 100초로 여과저항치가 더 상승되었다. 다음 불순물을 가하는것을 그만두자 다시 12시간에 걸쳐 여과저항치는 일정한 배수시간 70초로 감소되었다. 다음 0.05중량퍼센트의 수용액으로서 메아프로훌록 P34mg을 반응기내의 현탁액에 가하자 5분에 걸쳐서 여과저항치가 배수시간 42초로 감소되었다.The ammonium nitrate salt solution of the same composition as that used initially in Example 1 was brought to 3.5 kg solution per hour in the same apparatus, and ammonium nitrate was continuously reduced in the same manner. Filtration resistance at initial inflow was consistent with a drainage time of 40 seconds. Next, 0.75 g of cyclohexylamine was continuously added to 1 liter of the nitrate solution to be reduced. The filtration resistance then rose to the drainage time of 70 seconds over 20 hours. Next, 0.75 g of hexasim was added to the cyclone for one liter of the solution to be reduced, and the filtration resistance was further increased to a drainage time of 100 seconds over 12 hours. Upon stopping the addition of the next impurity, over 12 hours the filtration resistance was reduced to a constant drainage time of 70 seconds. Then, 4 mg of meaprofluloc P 3 as an aqueous 0.05% by weight solution was added to the suspension in the reactor, and the filtration resistance was reduced to a drainage time of 42 seconds over 5 minutes.

Claims (1)

하이드록실 암모늄 염을 함유하는 현탁액을 형성하기 위하여 산화질소 화합물을 수용성 산용액내에서 수소 및 수소화촉매로 처리함으로써 일산화질소, 질산 및 질산염등의 산화질소 화합물을 환원시키고, 또-한 이 현탁액으로 부터 하이드록실 암모늄염을 분리하는 공정으로 이루어지는 하이드록실 아민의 제조및 분리방법에 있어서 전분, 젤라턴폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올등의 응결화제를 상술한 수용성 산용액에 첨가함으로써 하이드록실암모늄염을 함유하는 수용액의 현탁액으로 부터 촉매입자를 분리하는 개선된 방법.Nitrogen oxide compounds such as nitrogen monoxide, nitric acid and nitrates are reduced and-from this suspension by treating the nitric oxide compound with hydrogen and a hydrogenation catalyst in an aqueous acid solution to form a suspension containing hydroxyl ammonium salts. Aqueous solution containing hydroxylammonium salt by adding a coagulant such as starch, gelatin polyacrylamide, polyvinyl alcohol to the above-mentioned water-soluble acid solution in the method for producing and separating hydroxyl amine, which is a step of separating hydroxyl ammonium salt. Improved method for separating catalyst particles from a suspension of
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