KR870001914B1 - 고순도 인돌의 공업적 제조방법 - Google Patents

고순도 인돌의 공업적 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

고순도 인돌의 공업적 제조방법
본 발명은 아닐린 및 에틸렌글리콜로 부터 인돌은 제조하는 방법에 관한 것이다.
인돌은 향료 및 영료 등의 화학공업 원료로서 다양한 용도로 사용된다. 최근에는 인돌을 아미노산 합성 원료로 사용하는데 대해 특별히 주목을 끌고 있다. 종래 인돌은 값비싼 원료로 부터 또는 길고 복잡한 제조공정을 거쳐 제조되었다.값싼 원료로 부터 보다 간단한 공정을 거쳐 인돌을 제조하기 위한 경제적인 방법으로는 아닐린과 에틸렌글리콜의 기-상 촉매반응이 공지되어 있다.
상기 반응용으로 유용한 촉매로서 각종 고체산촉매 및 금속 촉매들이 제안되어 왔다. 기-상 촉매반응의 주요 반응 생성물은 물론 인돌이다. 그러나 인돌 외에도 각종 화합물들이 부반응의 결과 수율은 높지 않으나 또한 생성된다. 또한 우수한 수율로 인돌을 수득하기 위해서는 반응게 내에 과량의 아닐린이 필요하다는 것도 공지되어 있다. 상술한 방법에 따라 인돌을 공업적으로제조하고자 할 때 생성된 반응 혼합물내에 함유되어 있는 다량의 아닐린을 부닐하여 재이용 용도로 회수하지 않을 경우 및 증류와 같은 적당한 방법으로 인돌을 정제하지 않을 경우 화학공업용 원료로서 충분한 순도를 갖는 인돌을 수득하는 것을 기대할 수는 없다. 종류는 공업적인 규모의 인돌의 분리 및 정제방법으로 일반적으로 이용된다.
그러나 수반되는 아닐린의 회수 및 인돌의 정제공정을 통상적인 증류에 의해 수행할 경우 화학공업용 원료로서 사용 가능한 충분한 순도의 인돌을 수득하기가 어렵다. 왜냐하면 통상적인 증류에 있어서 아닐린 및 인돌의 기체-액페 평형으로 부터 예상보다 훨씬 더 거대량의 아닐린이 목적하는 생성물 내에 혼합되며, 혼합된 아닐린의 농도는 정류탑의 환류비 또는 이론적인 플레이트수를 증가시켜도 감소되지 않는다.
본 발명의 목적은 아닐린 및 애틸렌글리콜을 원료로 사용하는 인돌의 공업적인 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응 혼합물로 부터 아닐린을 분리 및 회수하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 아닐린 및 에틸렌글리콜을 반응시키고, 이어서 고순도의 인돌을 수거함으로써 수행된다.
상기 목적들은 하기 방법, 즉 아닐린의 분리 및 회수전 또는 생성된 인돌의 정류전에 미리 반응 혼합물로부터 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분을 분리 제거하고 이어서 정류하여 고-순도의 인돌을 수득함을 특징으로 하는, 촉매 존재하의 아닐린과 에틸렌글리콜의 반응에 의한 인돌의 제조방법에 의해 성취된다.
아닐린과 에틸렌글리콜의 반응에 의해 수득된 반응 혼합물을 증류하여 아닐린을 분리 및 회수하고, 생성된 인돌 분획을 정류한 후에도, 생성된 인돌 내에서 아닐린이 여전히 검출되며, 그에 의해 인돌의 순도를 저하시킨다. 본 발명자들은 정류된 인돌 내에 혼합되어 있는 아닐린의 대부분이 인돌의 정류시 정류탑의 잔류물에 잔류하고는 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들로 부터 유래된다는 것을 예기치 않게 발견하였다. 즉, 반응 혼합물 내에 함유되어 있고 낮은 증기압으로 인해 통상적인 공업적 증류 조작에 의해 쉽게 기화시킬 수 없는 상술한 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들이 인돌 정류용 강세조건들 하에서 아닐린으로 열 분해한다 는것을 알아냈다. 이어서 생성된 아닐린은 정류된 인돌 내에 혼합된다. 따라서 반응 혼합물로부터 아닐린의 분리 및 회수동정 전 또는 생성된 인돌의 정규 공정 전에 미리 상기 고 비-점 불순물들 및 고-휘발성 성분들을 분리 및 제거함으로써, 목적하는 최종 생성물인 양질의 인돌을 수득할 수 있다. 이어서 생성된 인돌에 대해 정류 공정을 수행한다.
본 발명은 인돌의 제조방법으로서, 고체산 촉매 또는 금속촉매 존재하의 기상에서 아닐린과 에틸렌글리콜을 반응시킴으로 수행된다. 본 발명의 실시에 유용한 각종 3매들 중에서 고체산 촉매의 예를 하기에 기재한다.
(1) CdO, ZnO, PbO2, Al2O-B2O3, SiO2-ZnO, SiO2-CaO, SiO2-In2,SiO2-SrO, SiO2-CdO, SiO2-Al2O3, SiO2-MgO, TiO2-SnO2, TiO2-ZrO2, CdO2-Bi2O2, SiO2Y2O3, SiO2, Bi2O3-BeO, SiO2-Ga2O3, SiO2-La2O3, SiO2-Ce2O3, SiO2-ZnO-Ag2O 및 SiO2-MgO-CuO와 같이 , Si, Al, B, Sb, Bi, Sn, Pb, Ga, Ti, Zr, Be, Mg, Y, Cu, Ag, Zn, Cd 및 란타니드 원소들로 부터 설택된 최소한 1개의 원소의 산화물 또는 수산화물을 함유하는 각각의 촉매[이하에서는 "촉매물질(1)"로 기재함] ;
(2) PdS, PtS, CrS, FeS, NiS, CeS, ZnS, MoS2, CdS, WS2, ZnSe 및 CdSe와 같이, Pd, Pt, Cr, Fe, Ni, Co, Zn, Mo, Cd 및 W로부터 설택된 최소한 1개의 원소의 황화물 또는 셀렌화물을 함유하는 각각의 촉매[이하에서는 "촉매물질(2)"로 기재함] ; 및
(3) Fe, Ti, Ca, Mn, Bi, Sr, Y, Al, Zn, Cd, Ni, Mg, Sn, Be, Co 및 란타니드 원소들로 부터 선택된 최소한 1개의 원소와 무기염, 즉 최소한 1개의 할로겐화물, 탄산염, 질산염, 황산염, 인산염, 피로인산염, 인몰리브덴산염 및 실리코 텡스텐산염을 함유하는 각각의 촉매[이하에서는 "촉매물질(3)"로 기재함]로서 그 예로는 황산제이철, 황산탈륨, 황산칼슘, 황산망간, 황산비스무트, 황산스트론튬, 황산이토륨, 브롬화카드뮴, 황산알루미늄, 황산아연, 황산니켈, 염화카드뮴, 황산마그네슘, 황산인듐, 황산베릴륨, 질산가드뮴, 황산코발트, 황산알루미늄 아연, 염화마그네슘, 황산카드뮴 및 인산카드뮴 등이 있다.
한편 금속 촉매의 예로는 Cu, Ag, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Ir, Os, Ru 및 Rh로 부터 선택된 최소한 1개의 원소를 함유하는 각각의 촉매[이하에서는 "촉매물질(4)"로 기재함]를 들 수 있다.
상술한 촉매물질들의 군중에서 촉매물질 (1) 군내의 SiO2-ZnO-Ag2O 또는 SiO2-MgO-CuO, 촉매물질(2)군내의 황화카드뮴, 촉매물질(3)군내의 황산카드뮴, 및 촉매드질(4)군내의 큰 표면적을 갖는 담체상에 지지시킨 Ag 또는 Cu를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 촉매들은 공지된 임의의 공정 또는 방법으로 제조 가능하다. 예를들면 촉매 물질 (1)은 촉매-구성원소의 수-용성 염을 그의 상응하는 수산화물로 가수분해시키고, 이어서 생성된 겔을 건조 및 소성시킴으로써 또는 촉매-구성 원소의 본해되기 쉬운 염을 공기중에서 열 분해시킴으로써 제조 가능하다.
촉매물질(2)는 예를들면 촉매-구성 원소의 수용성 염에 황산나트륨 또는 셀린화 칼륨을 첨가함으로써 또는, 촉매-구성 원소 또는 그의 염을 황산수소기체 또는 셀렌화수소 기체와 접촉시킴으로써 제조 가능하다.
또한 금속 촉매인 촉매물질(4)는, 예를들면 촉매-구성 원소의 염 또는 촉매-구성원소의 수산화물 또는 산화물을 수소, 포르말린, 포름산, 인산 또는 히드라진과 같은 환원제로 환원시킴으로써 제조 가능하다.
고체산 촉매 또는 금속 촉매들은 상술한 촉매물질(1), (2), (3), 및 (4)를 단독으로 또는 이들을 혼합하고 임의로 담체에 지지시켜 수득될 수 있다. 상기 담체로는 종래의 모든 담체가 사용 가능하다. 통상적으로 규조토, 부석, 우이타니아(uitania) 실리카-알루미나, 알루미나, 산화마그네슘, 실리카겔, 황성탄, 활성백토, 석면 등을 사용할 수 있다. 상술한 촉매물질들을 이들 담체들로 통상적인 방법으로 지지시켜 지지촉매를 생성시킨다.
상술한 각각의 촉매물질의 담체에 대한 지지량에는 특정한 제한이 없다. 상술한 각각의 촉매물질들은 그의 알맞은 담체들과 적당량으로 예를들면 1-50% 지지시킨다.
본 발명의 인돌 제조방법에서, 아닐린과 에틸렌글리콜의 반응은 상술한 촉매들 중 1개의 존재하에 기상에서 수행한다. 반응기로는 고정-층 반응기, 유동-층 반응기 또는 이동-층 반응기가 있다.
반응기내에 도입하는 아닐린 및 에틸렌글리콜에 있어서, 에틸렌 글리콜은 아닐린 1몰당 0.01몰-5몰, 바람직하게는 0.05몰-1몰 범위이도록 한다.
원료로서 도입하는 아닐린 및 에틸렌글리콜의 총 도입량은 액공간속도(LHSV)로서 0.01-10g/hr·cc 범위 이도록 한다. 반응기 내로 도입하기 전에 미리 증발기 내에서 기화시킨다. 도입시에는 담체기체로서 예를들면 증기, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 질소, 네온 또는 아르곤을 함께 첨가할 수도 있다. 상기 담체 기체들 중에서 촉매의 수명을 연장시키는 면에서 증기, 수소 및 일산화탄소가 바람직하다.
반응온도는 200-600℃, 바람직하기로는 250-500℃ 범위 이내이다.
반응 압력으로는, 표준 대기압 이상, 원료들 중 1가지 또는 축합상을 형성하는 반응 혼합물 내에 함유되어 있는 1가지 이상의 성분들의 압력 이하의 임의의 압력이 선택 가능하다. 실제적인 측면에서 1.1×105-1.0×107Pa가 바람직하고, 2.0×105-5.0×106Pa가 보다 더 바람직하다.
본 발명 방법에서, 증류에 의한 상술한 인돌 합성반응의 반응 혼합물로부터 목적하는 최종 생성물을 분리 수득시에, 목적하는 최종 생성물을 정류하기 이전에 예를들면 단순 증류 조작을 시행하여 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들을 제거함으로써 목적하는 최종 생성물의 순도를 증가시킬 수 있다.
열분해되는 아닐린을 생성하는 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분만을 분리하는 것은 거의 불가능하다. 그러나 에틸리덴아닐린이 쉽게 이합체화되어 α, γ-디아닐리노-α-부틸렌을 형성하고, 이어서 가열하면 퀴날딘이 수득된다는 것이 공지되어 있다. 이때 이론적으로 또한 아닐린의 생성 가능성이 존재한다. 따라서 반응 조건들 하에서 원료들 중 1가지인 에틸렌글리콜을 아세트알데히드로 탈수시키는 것이 가능하고, 상기 탈수 생성물을 이어서 아닐린과 반응시켜 시프(Schiff) 염기인 에틸리덴아닐린을 생성시킬 수 있다. 상기 에틸리덴아닐린이 상술한 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분이라 추측된다.
본 발명 방법에서, 상술한 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 제거공정은, 목적하는 최종 생성물의 정류 공정 이전에 수행하는 한, 미반응 아닐린의 회수공정과 같은 다른 공정들에 관계없이 임의 순서로 수행할 수 있다. 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 제거는 일반적으로 단순 증류 또는 를래시 증류에 의해 수행하고, 수증기 증류, 정류 또는 수사한 방법으로 수행할 수도 있다. 상기 제거조작은 화분식 또는 연속식으로 어떠한 문제점 또는 불편도 수반되지 않는 상태에서 수행할 수 있다. 상기 고 비점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 제거용으로 사용되는 증발기의 유형에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서 상기 증발기로는 제킷(jacket)-식 증발기, 박막 증발기, 열흡수식 증발기, 손(kettle)형 증발기 또는 강제순환형 증발기 등이 있다. 조작압력은 아닐린 및 인돌과 같이 처리할 개별적인 성분들의 기압 및 사용하는 열매의 온도를 고려하여 알맞게 선택한다. 일반적으로 0.1-760mmHg, 바람직하기로는 1-100mmHg이다.
본 발명 방법에 의해, 정류탑내에 잔류하고, 증류에 의해 미반응 아닐린을 완전히 분리한 후에도 점전적 열분해를 일으켜 아닐린을 생성하는 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들이 인돌의 정류 이전에 분리 및 제거된다 다라서 아닐린이 더 이상 인돌 분획내에 혼합되지 않으며 최종 생성물로서 고-순도의 인돌이 수득된다.
본 발명의 방법 및 그의 효과를 하기 실시예 및 비교예에 의해 보다 상세히 설명한다.
[실시예 1]
내부직경 25mm의 스테인레스 스티일제 반응관에 3-4mm의 입자크기를 갖는 촉매 500cc를 충전하여 반응에 이용한다. 촉매는 황화카드뮴 분말을 압축 성형하여 수득한다. 8×105Pa의 고압하에서 수소기체를 2ℓ/분의 속도로 반응관 내에 공급하고, 촉매층의 온도를 점차적으로 실온-350℃로 상승시킨 후, 촉매층의 온도를 350℃로 유지시킨다. 이어서 아닐린 및 에틸렌글리콜의 33% 수용액을 각각 234g/hr 및 48g/hr로 혼합하고, 생성된 혼합물을 기화시킨다. 기화된 혼합물을 반응관에 공급하여 반응을 개시시킨다. 반응관으로부터 발출되는 기체를 대기압으로 감압시키고 실온으로 냉각시켜 응축액을 수거한다. 수거된 응축액을 이상(two phases) 분리한다. 유기상의 일부를 취하여 정량 분석한다. 그 결과 유기상은 9.1%의 인돌을 함유하는 것으로 나탄난다.
이어서 내부용량 2,000ml의 증류기, 내부직경 35mm및 높이 300mm의 3mm 딕슨(Dickson) 패킹 충전층, 응축기 환류액의 분할기로 이루어진 유리제 증류장치 내에 상기 유기층을 충전시킨다. 조작압력 70mmHg 및 환류비 0.2의 조건으로 회분 증류를 반복하여 아닐린을 회수한다. 수득된 잔류물은 아닐린 28.5% 및 인돌 63.1%를 함유한다.
아닐린을 회수한 후, 잔류물 2,050g을 유기제 회전식 증발기에 충전시키고 조작압력 5.0mmHg 및 오일 욕기 온도 150℃의 조건에서 단순 증류를 수행한다. 증발된 성분들을 응축기 내로 포집한다. 수득된 응축액의 중량은 1,910g이다. 상기 응축액은 아닐린 30.1% 및 인돌 67.1%를 함유한다.
상기 응축액은 아닐린의 회수를 위해 이용한 것과 동일한 증류 장치에 충전시키고, 조작압력 3.0mmHg, 환류비 4.0의 조건하에서 회분 증류를 수행하여 하기 표-1에 기재한 각종 분획들을 수득한다. 수득된 인돌 분획들은 극히 순수하므로 화학공업 원료로서 이용하기에 만족스러운 품질을 지닌다.
[표 1]
Figure kpo00001
[실시예 2]
내부직경 13mm 및 길이 515mm의 유리제 습윤-벽식 박막 증발기를 이용하여 실시예 1에서 아닐린을 회수한 후 수득된 잔류물을 원료로 하여 연속시험을 수행한다. 원료는 박막 증발기의 내부벽을 따라 200cc/hr로 유하시킨다. 외벽의 온도를 열매를 이용하여 일정하게 가열한다. 열매의 온도를 160℃에서 일정하게 유지시키고, 압력은 5mmHg로 유지시킨다. 증발 분획들을 응축기 내로 포집한다. 비-휘발성 분획으로서 수득된 잔류물에는 원료들 중의 1가지로 공급한 인돌을 기준으로 0.5%량의 인돌이 함유되어 있다. 수득된 응축액 2,028g을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 인돌의 정류를 수행한다. 생성된 인돌분획은 극히 순수하여 하기 표-2에 나타난 바와 같이 화학 공업 원료로서 만족스러운 품질을 지닌다.
[표 2]
Figure kpo00002
[비교예 1]
실시예 1에서 사용한 것과 완전히 동일한 증류 장치를 사용하여 실시예 1에 서 아닐린의 회수 후 수득된 잔류물 중 2,000g을 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 분리 및 제거없이 직접 실시예 1과 완전히 동일한 조건하에 회분 증류를 수행한다.
수득된 분획들의 조성을 하기 표-3에 기재한다. 각각의 분획들은 실제량의 아닐린을 함유하고 있다. 극히 소량이나 잔류물 내에서도 또한 아닐린이 검출된다는 것이 특히 주목할 만하다. 상기 현상은 아닐린의 증기압을 기준으로 극히 비정상적인 일이다. 이는 증류기 내에 장류하는 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 열 분해 결과로서 아닐린이 생성된다는 것을 뒷받침한다.
[표 3]
[실시예 3]
직경 3mm 및 높이 2.5mm의 SiO2단체 및 상기 SiO2담체와 지지되어 있는 1.5 중량%의 Cu로 이루어진 펠릿-유사촉매 500cc를 사용하고 실시예 1과 동일한 방법으로 반응을 수행하여, 8.3%의 인돌을 함유하는 유기상을 수득한다.
실시예 1과 동일한 방법으로 유기상으로부터 아닐린을 회수하여, 27.1%의 아닐린 및 58.5%의 인돌을 함유하는 잔류물이 수득된다.
실시예 1의 방법에 따라 2,010g의 잔류물에 대해 단순 증류를 수행하여 응축액 1,760g이 수득된다.
상기 응축액을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 회분 증류하여 분획번호 5, 6 및 7에 해당되는 인돌 분획 962g이 수득된다. 상기 분획내의 인돌의 순도는 99.2%이고, 아닐린은 검출되지 않는다.
[비교예 2]
실시예 3에서 아닐린의 회수 후 수득된 잔류물 1,980g에 대해 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 분리 없이 실시예 1에서와 동일한 방법으로 직접 회분 증류를 수행하여 분획번호 5,6 및 7에 해당되는 인돌 분획 886g이 수득된다. 상기 분획내의 인돌의 순도는 98.1%이고, 아닐린은 0.9% 함유되어 있다.
[실시예 4]
직경 3mm및 높이 2.5mm의 SiO2담체 및 상기 Sio2담체와 지지되어 있는 13중량%의 Ag로 이루어진 펠릿-유사촉매 500cc를 이용하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 반응을 수행하여 9.9%의 인돌을 함유하는 유기상을 수득한다.
상기 유기상으로부터 실시예 1에서와 동일한 방법으로 아닐린을 회수하여, 아닐린 29.5% 및 인돌 66.8%를 함유하는 잔류물이 수득된다.
실시예 1의 방법에 따라, 잔류물 2,039g에 대해 회전 증발기 내에서 단순 증류를 수행하여 응축액 1,890g이 수득된다.
상기 응축액을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 회분 증류하여 분획번호 5,6 및 7에 해당되는 인돌분획 1,040g이 수득된다. 상기 분획내의 인돌의 순도는 99.3%이고, 아닐린은 검출되지 않는다.
[비교예 3]
실시예 4에서 아닐린의 회수 후 수득된 잔류물 2,010g에 대해 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들의 분리없이 실시예 1과 동일한 방법으로 직접 회분 증류를 수행하여 분획번호 5,6 및 7에 해당되는 인돌분획 970g이 수득된다. 상기 분획내의 함유되어 있다.

Claims (8)

  1. 촉매의 존재하에 아닐린을 에틸렌글리콜과 반응시켜 인돌을 제조하는데 있어서, 반응 혼합물을 증류하여 아닐린을 증류액으로 증류시키고, 이어서 잔류물을 증류하여 인돌을 인돌-아닐린 혼합물로서 증류시킴으로써 인돌-아닐린 혼합물을 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들로부터 분리한 후 인돌-아닐린 혼합물을 정류하여 고 순도의 인돌을 수득함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  2. 제 2 항에 있어서, 잔류물의 증류를 0.1-760mmHg의 압력에서 수행함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 잔류물의 증류를 1-100mmHg의 압력에서 수행함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 잔류물의 증류를 단순 증류에 의해 수행함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  5. 촉매의 존재하에 아닐린을 에틸렌글리콜과 반응시켜 인돌을 제조하는데 있어서, 반응 혼합물을 증류하여 아닐린 및 인돌을 증류액으로서 증류시킴으로서 인돌 및 아닐린을 고 비-점 불순물 및 비-휘발성 성분들로부터 분리한 후, 상기 증류액을 정류하여 고순도의 인돌을 수득함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  6. 제6항에 있어서, 반응 혼합물의 증류를 0.1-760mmHg의 압력에서 수행함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 반응 혼합물의 증류를 1-100mmHg의 압력에서 수행함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 반응 혼합물의 증류를 단순 증류에 의해 수행함을 특징으로 하는 고순도 인돌의 제조방법.
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