TWI458700B - Method for separating epoxycyclohexane with n-pentanol - Google Patents

Description

分離環氧環己烷與正戊醇之方法

本發明係關於一種分離環氧環己烷與正戊醇之方法，詳言之，係關於一種透過改變環氧環己烷與正戊醇之相對揮發度，俾利於分離環氧環己烷與正戊醇之方法。

環己酮，係製造己內醯胺(caprolactam，簡稱CPL)的重要原料，也是合成尼龍6等化工製品之重要來源，故在現代有機化學工業上亦佔有極重要之地位。常見之工業製法係以環己烷為原料，並進行氧化、中和、分解等一連串的反應後，再進行純化而獲得環己酮。然而，環己烷氧化製備環己酮的過程，會有許多種的副產物，其中在塔頂蒸餾出的低沸點物質稱為輕質油。輕質油具有十餘種成分，成分複雜且難以分離，此附帶的經濟效應很低，因此以往常被當作燃料燃燒。惟，輕質油內含環氧環己烷及正戊醇等高單價原料，具有經濟回收價值。但在常壓下，環氧環己烷與正戊醇的沸點接近，無法使用一般蒸餾或是精餾方式進行分離。

目前，第50095248號日本專利揭露一種純化環氧環己烷的方法，該方法係先以減壓蒸餾去除溶液輕成分，再以鹼性試劑將溶液內醛、酮反應成高沸點物質，最後以蒸餾方式獲得純度94.7重量%的環氧環己烷。第101225077A號中國專利揭露一種從輕質油中回收環氧環己烷工藝的開環反應方法，該方法是將含有環氧環己烷組分的輕質油與氯化氫進行開環反應，使環氧環己烷轉化為高沸點的2-氯代環己醇，利用精餾的方式，獲得高沸點的2氯代環己醇，再將2-氯代環己醇與鹼進行閉環反應，通過精餾得環氧環己烷。第1331077號中國專利揭露一種從環己烷氧化副產物中分離回收環氧環己烷的方法，該方法是將含環氧環己烷的輕質油溶液直接與鹵代氫反應，其反應會生成高沸點的2-鹵代環己醇，經分離收集的2-鹵代環己醇再與鹼性溶液進行環化反應，後續經過蒸餾可得到環氧環己烷。第1106784號中國專利揭露一種回收環氧環己烷的方法，該方法是利用共沸蒸餾去除醇類以及其他雜質，來回收環氧環己烷。第1295068A號中國專利揭露一種環氧環己烷脫醇再精製的方法，該方法是在鹼性條件下使環氧環己烷與醇類雜質反應，生成高沸點的環己二醇醚，之後進行過濾中和，經蒸餾可以獲得低含量醇類雜質的環氧環己烷。第1454893號中國專利揭露一種提純環氧環己烷的方法，該方法是利用羥胺鹽或亞硫酸氫鈉飽和水溶液或過氧化氫水溶液，去除醛酮類雜質，最後加入苯或是苯同系物質共沸去除醇類雜質，最後可獲得純度98重量%的環氧環己烷。

然而，上述分離或純化方法多數是利用反應來去除醇類、醛類、酮類等其他雜質，此回收方式僅能回收環氧環己烷，而無法同時回收正戊醇，且利用反應方式來回收環氧環己烷，整體過程較複雜。此外，利用環氧環己烷與醇類進行反應，提高回收純度的作法，不但無法回收醇類，同時也降低環氧環己烷的回收率。

是以，如何有效在簡單的分離方法中，同時回收環氧環己烷與醇類，且所回收的環氧環己烷具有高純度及高回收率，實為目前亟欲解決的課題。

為達成上揭及其他目的，本發明提供一種分離環氧環己烷與正戊醇之方法，包括下列步驟：調整含有環氧環己烷與正戊醇之混合液中環氧環己烷與正戊醇的相對揮發度；以及蒸餾該經調整相對揮發度之混合液，以分離出環氧環己烷與正戊醇。

由於環氧環己烷與正戊醇在常壓情況下的沸點接近，因此一般蒸餾方式不易使環氧環己烷與正戊醇分離。為達本發明之目的，本發明係藉由添加選自醯胺類化合物、含羥基化合物、亞碸類化合物及苯甲醚所組成群組的至少一種化合物，以調整該相對揮發度，進而分離環氧環己烷與正戊醇。

本發明之分離方法簡單，可同時回收環氧環己烷與正戊醇，且所回收之環氧環己烷具有高純度及高回收率，並可循環再使用。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點及功效。本發明亦可藉由其它不同之實施方式加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明所揭示之精神下賦予不同之修飾與變更。

在環己烷氧化製備環己酮的過程會生成副產物輕質油，習知技術大多利用反應去除醛、酮雜質，再利用蒸餾方式取得以環氧環己烷及正戊醇為主的餾份。

本發明係提供一種可同時回收環氧環己烷與正戊醇之分離方法。本發明之分離方法可用於氧化環己烷製備環己酮之製程，在所產出之輕質油中，亦即在利用習知技術去除醛酮雜質，獲得之含有環氧環己烷與正戊醇的混合液中，添加選自醯胺類化合物、含羥基化合物、亞碸類化合物及苯甲醚所組成群組的至少一種化合物，以調整混合液達到氣液平衡狀態時之該環氧環己烷與正戊醇的相對揮發度，此外，調整該相對揮發度前，該混合液中環氧環己烷與正戊醇的莫耳比通常為4至11.5。接著，蒸餾該經調整相對揮發度之混合液，以分離出環氧環己烷與正戊醇。

本發明中，所添加的化合物可以是醯胺類化合物、含羥基化合物、亞碸類化合物及苯甲醚所組成群組的至少一種化合物，只要該化合物係為對反應無不利影響者。通常，使用之化合物為液態以利於調整相對揮發度，舉例而言，該化合物包括醯胺類溶劑、亞碸類溶劑或醇類溶劑，且可使用適當比例之上述一種、兩種或更多種該等化合物之混合物。此外，所添加的化合物不可與環氧環己烷及/或正戊醇共沸，通常可選擇的化合物沸點係可不超過環氧環己烷的沸點，或者高於正戊醇的沸點。

本發明中，該醯胺類化合物包括N,N-二甲基甲醯胺(N,N-dimethylformamide)、二甲基乙醯胺(dimethyl acetamide)、1-甲基-2-吡咯啶酮(1-methyl-2-pyrrolidone)及2-吡咯啶酮(2-pyrrolidone)。該亞碸類化合物包括二甲亞碸、二乙亞碸及二丙亞碸。該含羥基化合物包括環己醇(cyclohexanol)、乙二醇(ethylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)、苯甲醚(anisole)、1,4-丁二醇(1,4-butanediol)及甘醇(glycerol)。

通常，添加該化合物使環氧環己烷對正戊醇之相對揮發度為約1.3至3.2，且該環氧環己烷與正戊醇處於氣液平衡狀態時的溫度係介於130至180℃。

於進行蒸餾時，蒸餾壓力為1大氣壓，且蒸餾溫度一般可在約125至130℃之溫度條件下進行蒸餾。更具體而言，以蒸餾塔蒸餾時，該蒸餾塔之回流比為2至6，且進料溫度約為125℃，出口溫度約為129至130℃。

此外，適用於本發明方法之操作，可於批次操作系統進行，或可於連續操作系統進行。

本發明之分離方法簡單，可同時分離環氧環己烷與正戊醇，且可獲得純度為98重量%以上的環氧環己烷，並具有高回收率。

以下係藉由特定之具體實施例進一步說明本發明之特點與功效，但非用於限制本發明之範疇。

本發明之實施例如下所示，但本發明並不限於這些實施例。本發明係利用氣相層析儀分析氣液平衡時溶液氣相及液相的組成，並經由下列方程式計算環氧環己烷與正戊醇的相對揮發度：

相對揮發度(relative volatility)：α₁₂ =(y1/x1)/(y2/x2)；

氣液平衡後，x1表示液相之環氧環己烷莫耳分率，x2表示液相之正戊醇莫耳分率、y1表示氣相之環氧環己烷莫耳分率，以及y2表示氣相之正戊醇莫耳分率。

實施例1

取環氧環己烷與正戊醇(92/8 mol/mol)之混合液，於該混合液中加入N,N-二甲基甲醯胺。在常壓下利用氣液平衡測定儀(Fischer，型號：Labodest VLE 602)控制加熱溫度、回流速度達到穩定，在氣液平衡時分析溶液氣相及液相的組成，得到氣液平衡時的溫度為139.1℃，且經計算環氧環己烷與正戊醇的相對揮發度為3.01。

實施例2至11

重複實施例1之操作方式，並根據下表1分別加入不同的化合物，當加熱溫度及回流速度控制達到穩定時，藉由氣相層析儀分析氣液平衡時溶液氣相及液相的組成，且結果如表1所示。

實施例12

於直徑為3 cm，長度為90 cm，填充3×3 mm之不銹鋼θ網環的管柱之實驗蒸餾設備中分離環氧環己烷與正戊醇之混合液。分離方法之操作條件如下：蒸餾壓力為1大氣壓，所用以調整相對揮發度之化合物為1-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)，其進料流率2.0 ml/min，進料溫度為125℃，蒸餾塔回流比為4，蒸餾出口溫度為129至130℃。在反應系統達到平衡時，以氣相層析儀分析上層出料成份，結果，測得環氧環己烷的純度為98重量%以上，底部溶液則為正戊醇與1-甲基-2-吡咯啶酮之混合溶液。此外，從正戊醇與1-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)的氣液平衡(VLE)數據圖，確認正戊醇與1-甲基-2-吡咯啶酮的相對揮發度大於1.3，亦可以有效分離正戊醇與NMP。

比較例1

如上實施例1所述步驟，在常壓下取環氧環己烷與正戊醇之混合液，利用氣液平衡測定儀(Fischer，型號：Labodest VLE 602)控制加熱溫度、回流速度達到穩定，在氣液平衡時分析溶液氣相及液相的組成，得到氣液平衡時的溫度為129.9℃，發現難以將環氧環己烷與正戊醇分離，且經計算環氧環己烷與正戊醇的相對揮發度為1.07。

由上述結果顯示，本發明之分離方法可藉由加入特定化合物以改變環氧環己烷與正戊醇之相對揮發度，俾利於分離該環氧環己烷與正戊醇。是以，本發明之分離方法簡單，可同時回收環氧環己烷與正戊醇，且經回收的環氧環己烷純度可達98重量%以上，同時具有高環氧環己烷回收率之優點。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (8)

1. 一種分離環氧環己烷與正戊醇之方法，包括下列步驟：調整含有環氧環己烷與正戊醇之混合液達到氣液平衡狀態，使環氧環己烷與正戊醇的相對揮發度大於或等於1.3，且該混合液係製備環己酮產出之輕質油；以及蒸餾該經調整相對揮發度之混合液，以分離出環氧環己烷與正戊醇。
2. 如申請專利範圍第1項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，係添加選自醯胺類化合物、含羥基化合物、亞碸類化合物及苯甲醚所組成群組的至少一種化合物，以調整該相對揮發度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，其中，該醯胺類化合物包括N,N-二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、1-甲基-2-吡咯啶酮及2-吡咯啶酮。
4. 如申請專利範圍第2項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，其中，該亞碸類化合物包括二甲亞碸、二乙亞碸及二丙亞碸。
5. 如申請專利範圍第2項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，其中，該含羥基化合物包括環己醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇及甘醇。
6. 如申請專利範圍第1項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，其中，調整該相對揮發度前，該混合液中 環氧環己烷與正戊醇的莫耳比為4至11.5。
7. 如申請專利範圍第1項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，其中，該方法係以批次操作系統進行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之分離環氧環己烷與正戊醇之方法，其中，該方法係以連續操作系統進行。