KR830002448B1 - Process for preparation of benzene-morocorboxylic acid - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명의 계통도.Schematic diagram of the present invention.
본 발명은 반응 혼합물에서 용해되는 코발트와 망간 화합물로 구성된 촉매의 존재하에, 산소분자를 함유하는 기체로 액상에서 모노알킬-벤젠화합물을 산화시켜서 벤젠-모노카르복실산을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing benzene-monocarboxylic acid by oxidizing a monoalkyl-benzene compound in a liquid phase with a gas containing oxygen molecules in the presence of a catalyst composed of cobalt and manganese compounds dissolved in the reaction mixture.
이러한 방법은 네덜란드 특허출원 제7,311,187호에 공지되어 있다. 네덜란드 특허출원 제7,311,187호에 따른 방법에 의하면, 저급 지방산 및/또는 할로겐 화합물이 실제적으로 존재하지 않는 가운데 코발트 금속과 망간 금속의 중량비가 99.8 : 0.2 이하이며 망간과 코발트의 원자비가 1 : 466 이상이 되도록한 코발트 화합물과 망간 화합물의 존재하에 톨루엔을 산화시켜 안식향산을 제조하는 것이다.Such a method is known from Dutch patent application 7,311,187. According to the method according to Dutch Patent Application No. 7,311,187, the weight ratio of cobalt metal to manganese metal is 99.8: 0.2 or less and the atomic ratio of manganese and cobalt is 1: 466 or more in the absence of practically no lower fatty acids and / or halogen compounds. The benzoic acid is prepared by oxidizing toluene in the presence of cobalt and manganese compounds.
그러나 상기 제조법은 원하는 벤젠-모노카르복실산을 얻기 위한 반응의 선택성이 만족스럽지 못하다는 결점이 있다.However, this process has the drawback that the selectivity of the reaction for obtaining the desired benzene-monocarboxylic acid is not satisfactory.
본 발명의 목적은 이러한 결점을 개선하기 위한 것이다.The object of the present invention is to remedy this drawback.
본 발명에 따른 제조법은 망간과 코발트의 원자비가 1 : 500~1 : 100,000 사이로 적용되는 것이 특징이다. 상기한 망간 : 코발트의 낮은 원자비로서 원하는 바의 벤젠-모노카르복실산을 얻기 위한 반응의 선택성은 네덜란드특허 출원 제7,311,187호에 따른 제조법보다 월등하게 우수하다. 이것은 놀라운 결과이다.Manufacturing method according to the invention is characterized in that the atomic ratio of manganese and cobalt is applied between 1: 500 ~ 1: 100,000. The selectivity of the reaction for obtaining the desired benzene-monocarboxylic acid with a low atomic ratio of manganese: cobalt as described above is superior to the preparation according to Dutch patent application 7,311,187. This is a surprising result.
왜냐하면 네덜란드특허 출원 제7,311,187호에서는 망간 : 코발트 원자비가 1 : 466보다 낮지 않도록 해야한다고 공지되어있으며, 그러한 촉매는 단지 코발트 화합물로만으로 이루어지는 촉매와 비교하여 어떤 실제적인 개선점이 없기 때문이다. 촉매로서 단지 코발트 화합물만을 사용할 때의 결점은 상기 특허 출원서에 공지되어 있다.This is because Dutch Patent Application No. 7,311,187 says that the manganese: cobalt atomic ratio should not be lower than 1: 466, since such a catalyst has no practical improvement compared to a catalyst consisting solely of cobalt compounds. The drawbacks of using only cobalt compounds as catalysts are known from the patent application.
또한 네덜란드특허 출원 제7,311,187호에는 망간 : 코발트의 원자비가 1 : 466보다 몇배 높게 적용하는 것이 망간 : 코발트의 원자비가 1 : 466 범위에서 적용하는 것보다 사실상 좋다고 지적하고 있다.In addition, Dutch Patent Application No. 7,311,187 points out that the atomic ratio of manganese: cobalt is several times higher than that of 1: 466, which is actually better than the atomic ratio of manganese: cobalt in the range of 1: 466.
본 발명에 따른 제조법에서 망간과 코발트의 제일 적당한 원자비는 1 : 500~1 : 10,000 사이에 있고 특히 1 : 600~1 : 6,000이 좋다.The most suitable atomic ratio of manganese and cobalt in the production process according to the present invention is between 1: 500 and 1: 10,000, and particularly preferably 1: 600 to 1: 6,000.
망간과 코발트 화합물은 바람직하기로는 제조되는 벤젠-모노카르복실산의 염으로 사용하는 것이 좋다.Manganese and cobalt compounds are preferably used as salts of the benzene-monocarboxylic acids to be produced.
또한 상기 금속은 예를들어 유리금속, 1~20개의 탄소원자를 가진 지방족 카르복실산의염, 산화물, 수산화물, 착화합물, 다른 유기염 및 알코올레이트의 형태로 첨가될 수 있다. 반응 조건에 따라 제조될 벤젠-모노카르복실산의 염은 첨가된 물질로부터 출발하여 쉽게 생성될 수 있다.The metal may also be added, for example, in the form of free metals, salts of aliphatic carboxylic acids having 1 to 20 carbon atoms, oxides, hydroxides, complexes, other organic salts and alcoholates. Salts of benzene-monocarboxylic acids to be prepared depending on the reaction conditions can be readily produced starting from the added material.
본 발명에 따른 제조법은 모노알킬-벤젠화합물로부터 출발한다.The preparation according to the invention starts from a monoalkyl-benzene compound.
알킬기 외에도 모노알킬 벤젠 화합물은 반응 조건에 따라 불활성인 하나 또는 그 이상의 치환체, 예를들어 염소, 브롬, 니트로, 3차 알킬, 알콕시, 알릴록시 및 시아노겐 그룹을 포함하게 된다.In addition to the alkyl group, the monoalkyl benzene compound will contain one or more substituents which are inert depending on the reaction conditions, for example chlorine, bromine, nitro, tertiary alkyl, alkoxy, allyloxy and cyanogen groups.
본 발명에 따른 제조법은 톨루엔을 안식향상으로 산화하는 데에 매우 적당하다.The preparation according to the invention is very suitable for the oxidation of toluene to benzoic improvement.
예를들어 안식향산은 페놀의 제조에 사용된다.For example, benzoic acid is used in the preparation of phenols.
본 발명에 다른 제조법은 촉진제로써 사용되는 지방족 카르복실산 및/또는 할로겐 화합물이 실제적으로 존재하지 않는 상태에서 이루어진다.Other preparations in the present invention are made in the absence of practically the aliphatic carboxylic acids and / or halogen compounds used as promoters.
상기 제조법은 부가적인 공정을 수반하는 촉진제로써 사용되는 지방족 카르복실산 및/또는 할로겐 화합물로부터 반응 혼합물을 분리하고 정제하는 공정을 생략하게 된다.The preparation omits the process of separating and purifying the reaction mixture from aliphatic carboxylic acids and / or halogen compounds used as promoters involving additional processes.
예를들어 촉진제로서 지방족 카르복실산 및/또는 할로겐 화합물의 사용은 촉진제로 사용될 지방족 카르복실산 및/또는 할로겐 화합물의 일부분을 만드는데 추가로 비용이 들거나, 제조공정중 한 공정을 생략하면서 지방족 카르복실산을 재생시킬 수 있게 된다.For example, the use of aliphatic carboxylic acids and / or halogen compounds as accelerators is additionally expensive to make a portion of the aliphatic carboxylic acids and / or halogen compounds to be used as accelerators, or the aliphatic carboxyl can be omitted while omitting one step in the manufacturing process. Acid can be regenerated.
일정시간에 산소와 반응하는 모노알킬-벤젠 화합물이 동일한 분량이 되도록 하려면 지방족 카르복실산도 역시 공간을 차지하기 때문에 본 발명에 따른 제조 방법보다 더 큰 반응기가 필요하게 된다.In order for the monoalkyl-benzene compound to react with oxygen at a certain time to have the same amount, aliphatic carboxylic acid also takes up space, which requires a larger reactor than the preparation method according to the present invention.
일반적으로 지방족 카르복실산이 벤젠-모노카르복실산보다 강산이므로, 이러한 지방족 카르복실산은 부식문제를 야기하게 된다. 촉진제로서 사용되는 할로겐 화합물 역시 부식성 화합물이다.Since aliphatic carboxylic acids are generally stronger acids than benzene-monocarboxylic acids, these aliphatic carboxylic acids cause corrosion problems. Halogen compounds used as promoters are also corrosive compounds.
본 발명에 따른 제조법에서 일반적인 반응조건은 "탄화수소 제조방법"이라는 서적 13, (11), 173-176-(1964)과 네덜란드 특허출원 제7,311,187호의 명세서에 공지되어 있다.General reaction conditions in the production process according to the invention are known from the specifications of the
본 발명에 따른 제조법의 사용은 반응의 개시제 또는 활성제로 사용될 예를들어 과산화물과 알데히드와 같은 물질을 사용할 수 있다.The use of the preparation according to the invention may use materials such as, for example, peroxides and aldehydes, to be used as initiators or activators of the reaction.
또한 코발트와 망간 화합물 이외에 반응 혼합물에 용해되는 다른 금속의 화합물은, 예를들어 마그네슘, 구리, 스트론튬, 아연, 카드뮴, 수은, 알루미늄, 납, 주석, 안티몬, 비스무스, 은, 니켈 철, 루비듐, 세슘, 하프늄, 티타늄, 갈리움, 텅스텐, 백금, 크롬, 바나듐과 특히 지르코늄같은 조촉매로서 존재할 수도 있다.In addition to cobalt and manganese compounds, other metal compounds dissolved in the reaction mixture are, for example, magnesium, copper, strontium, zinc, cadmium, mercury, aluminum, lead, tin, antimony, bismuth, silver, nickel iron, rubidium, cesium May be present as promoters such as hafnium, titanium, gallium, tungsten, platinum, chromium, vanadium and especially zirconium.
산화공정은 산소분자를 함유하는 기체를 사용한다. 사용될 수 있는 기체의 예로는 공기, 산소가 풍부한 공기, 질소로 희석된 공기, 순수한 산소, 오존 및 이러한 기체들의 혼합물이다.The oxidation process uses a gas containing oxygen molecules. Examples of gases that can be used are air, oxygen rich air, nitrogen diluted air, pure oxygen, ozone and mixtures of these gases.
반응하는 동안 반응계에서 액상이 유지된다면 온도 및 압력은 임계 상태가 아니며 온도는 390~500K 압력은 200~2,000Kpa 사이가 좋다.If the liquid phase is maintained in the reaction system during the reaction, the temperature and pressure are not critical, and the temperature is between 390 and 500 K and between 200 and 2,000 Kpa.
특히 온도는 400~460K, 압력은 300~800Kpa가 적당하다.Especially, temperature is 400 ~ 460K and pressure is 300 ~ 800Kpa.
본 발명에 따른 제조법은 배치-와이즈 및 연속적인 방법으로 실행될 수 있다.The preparation according to the invention can be carried out in a batch-wise and continuous manner.
본 발명은 첨부한 반응설계 도면으로 명백하게 된다.The present invention will be apparent from the accompanying reaction design drawings.
액체 톨루엔은 산화반응기(1)로 라인(2)를 통하여 공급되고 공기는 라인(3)을 통하여 공급된다.Liquid toluene is supplied to the oxidation reactor 1 through line 2 and air is supplied through line 3.
상기 톨루엔은 용해된 촉매로서 코발토스 아세테이트(cobaltous acetate)의 무게로 10~1000ppm을 함유한다.The toluene is a dissolved catalyst and contains 10 to 1000 ppm by weight of cobaltous acetate.
반응기(1)에서 톨루엔은, 온도가 412~438K이고 압력이 300~1,000Kpa되는 액상에서 산화된다.Toluene in the reactor 1 is oxidized in a liquid phase having a temperature of 412 to 438 K and a pressure of 300 to 1,000 Kpa.
라인(4)를 통하여 반응기 배기기체는 응축기(5)로 공급된다. 응축되지 않은 기체는 라인(6)을 통하여 빠져나가고, 응축된 기체는 라인(7)을 통하여 분리기(8)로 공급되어 여기서 유기층과 수성층으로 분리된다.The reactor exhaust gas is fed to the condenser 5 via line 4. Uncondensed gas exits through line 6, and the condensed gas is fed to separator 8 via line 7 where it is separated into an organic layer and an aqueous layer.
이 수성층은 라인(9)을 통하여 제거된다.This aqueous layer is removed via line 9.
이 유리층은 라인(10)을 통하여 산화반응기(1)로 되돌아간다. 액체산화 혼합물은 산화반응기(1)로부터 라인(11)을 통하여 증류칼럼(12)으로 공급된다.This glass layer is returned to the oxidation reactor 1 via line 10. The liquid oxidation mixture is fed from the oxidation reactor 1 to the
상기 증류칼럼(12)에서 안식향산보다 낮은 온도에서 끓는 모든 성분은 안식향산으로 라인(14)을 통하여 증류되고 제거된다.In the
상기 상층부 생성물은 주로 톨루엔으로 구성되는데 증류에 의해 벤즈알데히드의 전량 또는 소량이 회수된 후에 산화반응기(1)로 되돌아가게 된다.The upper layer product is mainly composed of toluene, which is returned to the oxidation reactor 1 after the whole or small amount of benzaldehyde is recovered by distillation.
하층부 생성물은 라인(13)을 통하여 증류칼럼(15)으로 공급되고, 여기서 모든 잔존 안식향산은 높은 온도로 끓여져서 타르라 불리우는 생성물로부터 증류되어 분리된다.The bottom product is fed to
본 발명은 다음의 실시예와 비교실험에 의하여 명백히 설명될 것이다.The invention will be clearly illustrated by the following examples and comparative experiments.
[실시예 1]Example 1
연속적인 산화반응기(1)에서 톨루엔은 코발트(아세테이로서 첨가된)의 중량으로 80ppm의 존재하에 온도가 433K이고, 압력이 500Kpa인 공기로부터 산소를 가진 액상에서 산화된다.In the continuous oxidation reactor 1, toluene is oxidized in a liquid phase with oxygen from air having a temperature of 433 K and a pressure of 500 Kpa in the presence of 80 ppm by weight of cobalt (added as acetate).
상기 반응혼합물은 망간 : 코발트 원자비가 1 : 3,300되는 망간(역시 아세테이트로서 첨가된)을 함유한다.The reaction mixture contains manganese (also added as acetate) having a manganese: cobalt atomic ratio of 1: 3,300.
증류칼럼(12)에서 안식향산보다 낮은 온도에서 끓는 각 성분과 안식향산은 반응기(1)의 하층부로부터 대기압하에서 증류 분리된다.In the
증류칼럼(12)의 하층부 생성물은 모든 안식향산이 반응 생성물로부터 완전히 제거될때가지 증류칼럼(15)에서 대기압하에서 계속 증류된다.The bottom product of the
이러한 조건하에서 반응기로 공급되는 1000moles의 톨루엔에 대해 913moles의 안식향산이 회수되었다.Under these conditions, 913 moles of benzoic acid were recovered for 1000 moles of toluene fed to the reactor.
[실시예 2]Example 2
망간 : 코발트의 원자비가 1 : 1,000이 되도록 하여 실시예의 공정을 되풀이한다.The process of the example is repeated so that the atomic ratio of manganese: cobalt is 1: 1,000.
이러한 조건하에 반응기로 공급되는 1,000moles의 톨루엔에 대해 913moles의 안식향산이 회수되었다.Under these conditions, 913 moles of benzoic acid were recovered for 1,000 moles of toluene fed to the reactor.
[비교실험예 A]Comparative Experiment A
망간 : 코발트의 원자비가 1 : 67이 되도록 하여 실시예 1의 공정을 되풀이 한다.The process of Example 1 was repeated so that the atomic ratio of manganese: cobalt might be 1:67.
이러한 조건하에서 반응기로 공급되는 1,000moles의 톨루엔에 대해 908moles의 안식향산만이 회수되었다.Under these conditions, only 908 moles of benzoic acid were recovered for 1,000 moles of toluene fed to the reactor.
[비교실험예 B]Comparative Experiment Example B
반응 혼합물중 망간을 전혀 없애고 실시예 2의 공정을 되풀이 한다.The process of Example 2 is repeated without any manganese in the reaction mixture.
이러한 조건하에서 반응기로 공급되는 1,000moles의 톨루엔에 대해 909moles의 안식향산만이 회수되었다. 이 실험에서는 중량으로 80ppm되는 코발트농도가 사용되었는데, 중량으로 10~1,000ppm되는 코발트농도도 사용될 수 있다.Under these conditions, only 909 moles of benzoic acid were recovered for 1,000 moles of toluene fed to the reactor. In this experiment, a cobalt concentration of 80 ppm by weight may be used. A cobalt concentration of 10-1,000 ppm by weight may also be used.
망간 함유량은 적어도 중량으로 0.01ppm이 되는 것이 좋다.The manganese content is preferably at least 0.01 ppm by weight.
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