α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置的制造方法

文档序号:9619045阅读:1144来源:国知局
α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用丙酮氰醇的水合反应的α -羟基异丁酸酰胺的工业制造方法和 反应装置。α-羟基异丁酸酰胺是作为对应的羟基羧酸酯或不饱和羧酸酯的制造原料重要 的化合物,开发工业上稳定制造 α-羟基异丁酸酰胺的方法的意义巨大。
【背景技术】
[0002] 作为以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下,通过丙酮氰醇的水合反应制造 α -羟基异丁酸酰胺的方法,至今为止公开了各种各样的方法。例如专利文献1公开了在使 用锰氧化物的丙酮氰醇的水合反应中,在丙酮氰醇和水的反应原料中添加丙酮,由此改善 反应成绩,丙酮氰醇转化率为99.0%,α-羟基异丁酸酰胺收率为95%。但是,专利文献1 记载的方法中,催化剂寿命的改善不充分,难以以大规模的商业工厂设备实施。
[0003] 对于专利文献1记载的方法,提出了数种改良方法,例如,公开有使氧、臭氧等氧 化剂共存的方法(专利文献2)、调整反应原料的pH的方法(专利文献3和专利文献4)、为 了调整反应原料的PH而使反应生成液的一部分循环的方法(专利文献3)、使二氧化碳共存 的方法(专利文献5)、在反应前预先用还原液将催化剂进行前处理的方法(专利文献6)、 在减压下进行反应的方法(专利文献7)。
[0004] 这些方法分别有提高催化剂活性、催化剂寿命的效果,但是使用含有30重量%以 上浓度的丙酮氰醇的反应原料,难以长时间、稳定地保持高的丙酮氰醇转化率。例如,上述 专利文献4在实施例中记载了将调整反应原料的pH的方法与使氧化剂共存的方法组合,使 用含有30. 4重量%浓度的丙酮氰醇的反应原料的例子,但是以转化率降低至低于开始时 的50%的时间进行定义的寿命再长也不过58天。
[0005] 另外,专利文献8和专利文献9中公开了虽然丙酮氰醇转化率低,仍将反应生成液 中的未反应丙酮氰醇热分解为丙酮和氰酸,将它们从反应生成液分离回收之后,再次形成 为丙酮氰醇的方法,但是该方法在热分解反应、丙酮氰醇合成反应时需要额外的能量,因此 是不经济的。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开昭52-222号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开平3-188054号公报
[0010] 专利文献3 :日本特开平2-196763号公报
[0011] 专利文献4 :日本特表2010-510276号公报
[0012] 专利文献5 :日本特开平7-076563号公报
[0013] 专利文献6 :日本特开平2-298718号公报
[0014] 专利文献7 :日本特开平4-149164号公报
[0015] 专利文献8 :日本特开平6-172283号公报
[0016] 专利文献9 :日本特开平6-184072号公报

【发明内容】

[0017] 发明所要解决的课题
[0018] 一般而言,利用氰酸和丙酮的反应的丙酮氰醇的合成在碱催化剂的存在下定量地 进行,因此,能够容易地得到50重量%以上的高浓度的丙酮氰醇。但是,以锰氧化物为主成 分的催化剂的存在下,使用含有高浓度的丙酮氰醇的反应原料进行水合反应时,催化剂活 性迅速降低,因此,一般作为原料使用低浓度的丙酮氰醇。然而,使用低浓度的丙酮氰醇时, 得到的反应生成液中的α-羟基异丁酸酰胺的浓度也低,在浓缩、精制工序中消耗大量的 能量。
[0019] 本发明的课题在于提供一种方法,其在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下, 通过丙酮氰醇的水合反应制造 α -羟基异丁酸酰胺时,即使在从含有30重量%以上浓度的 丙酮氰醇的反应原料合成α -羟基异丁酸酰胺的严酷条件下,也能够长时间、稳定地保持 高的丙酮氰醇转化率。
[0020] 用于解决课题的方法
[0021] 本发明的发明人等为了解决上述课题,进行了深入研究,结果发现,催化剂活性降 低的主要原因在于作为催化剂的主成分的锰的溶出,并且锰的溶出量与反应液中的丙酮氰 醇浓度有密切的关系。因此,通过以下的本发明,能够降低各反应区域中的丙酮氰醇浓度, 能够改善催化剂寿命,并且即使在从含有30重量%以上的浓度的丙酮氰醇的反应原料合 成α -羟基异丁酸酰胺的严酷条件下,也能够与现有技术相比更大幅度地长时间、稳定地 保持高的丙酮氰醇转化率,从而完成了本发明。
[0022] SP,本发明如下。
[0023] 〈1> 一种α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于:
[0024] 使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置,在以锰氧化物为主成分的催化剂 的存在下,通过丙酮氰醇的水合反应来制造 α-羟基异丁酸酰胺,
[0025] 上述方法包括:
[0026] 工序(B):对上述反应装置中的第一反应区域(I),循环供给从至少一个反应区域 取出的反应液的至少一部分的工序;和
[0027] 工序(bl):进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域,循环供给从至少一 个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序,
[0028] 对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
[0029] 〈2> -种α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于:
[0030] 使用串联连接有至少2个反应区域的反应装置,在以锰氧化物为主成分的催化剂 的存在下,通过丙酮氰醇的水合反应来制造 α-羟基异丁酸酰胺,
[0031] 上述方法包括:
[0032] 工序(A):对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一 个反应区域,分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的工序;
[0033] 工序(B):对上述反应装置中的第一反应区域(I),循环供给从至少一个反应区域 取出的反应液的至少一部分的工序;和
[0034] 工序(bl):进一步对第一反应区域以外的至少一个反应区域,循环供给从至少一 个反应区域取出的反应液的至少一部分的工序,
[0035] 对上述反应装置内的至少一个反应区域供给氧化剂。
[0036] 〈3>如上述〈1>或〈2>所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于,上述 工序(bl)之中的至少一部分工序在比为了向第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该 反应液的至少一个反应区域中的最靠近反应装置的入口的反应区域更靠近反应装置的出 口的位置进行。
[0037] 〈4>如上述〈3>所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于,上述工序 (bl)之中的至少一部分工序在比为了向第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反应 液的所有的反应区域都更靠近反应装置的出口的位置进行。
[0038] 〈5>如上述〈1>~〈4>中任一项所述的α-羟基异丁酸酰胺的制造方法,其中,上 述工序(bl)中的上述第一反应区域以外的至少一个反应区域与上述至少一个反应区域为 同一反应区域。
[0039] 〈6>如上述〈1>~〈5>中任一项所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其中,上 述串联连接的反应区域的数量为7个以下。
[0040] 〈7>如上述〈2>所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其中,工序(A)中的供给 含有丙酮氰醇的反应原料液的反应区域的数量为5个以下。
[0041] 〈8>如上述〈1>所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于,包括供给含 有丙酮氰醇的反应原料液的工序,该反应原料液的总量中的丙酮氰醇的比例为30重量% 以上。
[0042] 〈9>如上述〈2>所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于,上述反应原 料液的总量中的丙酮氰醇的比例为30重量%以上。
[0043] 〈10>如上述〈1>~〈9>中任一项所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征 在于,对上述至少2个反应区域供给的反应区域供给液(C)的总量中,丙酮氰醇的比例为25 重量%以下,上述反应区域供给液(C)是对各个反应区域供给的液体,为选自反应原料液、 稀释剂和从反应区域流出或取出的反应液的至少一种。
[0044] 〈11>如上述〈1>~〈10>中任一项所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征 在于,作为上述氧化剂使用含有氧的气体,含有氧的气体中的氧浓度在2~50容量%的范 围内。
[0045] 〈12>如上述〈11>所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征在于,边取出氧 浓度降低后的气体,边供给氧浓度充足的气体,对反应区域的气体进行更换。
[0046] 〈13>如上述〈1>~〈12>中任一项所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特征 在于,上述以锰氧化物为主成分的催化剂为二氧化锰。
[0047] 〈14>如上述〈1>~〈13>中任一项所述的α -羟基异丁酸酰胺的制造方法,其特 征在于,上述以锰氧化物为主成分的催化剂含有组成式:MnaKbM c0d(式中,Mn表示锰,K表示 钾,〇表示氧,M表示选自V、Sn和Bi中的至少一种元素,各元素的原子比在a = 1时,b为 0· 005~0· 5的范围,c为0· 001~0· 1的范围,d = L 7~2. 0的范围)所示的化合物。
[0048] 〈15>-种反应装置,用于在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇 的水合反应制造 α -羟基异丁酸酰胺,
[0049] 上述反应装置串联连接至少2个反应区域而成,并且具有:
[0050] (a):用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)和第一反应区域以外的至少一 个反应区域分开供给含有丙酮氰醇的反应原料液的配管,和/或
[0051] (b):用于对上述反应装置中的第一反应区域(I)循环供给从至少一个反应区域 取出的反应液的至少一部分的配管,
[0052] 且具有用于对至少一个反应区域进一步供给氧化剂的配管。
[0053] 〈16>如上述〈15>所述的反应装置,其中,还具有用于对第一反应区域以外的至少 一个反应区域循环供给从至少一个反应区域取出的反应液的至少一部分的配管。
[0054] 〈17>如上述〈16>所述的反应装置,其特征在于,具有一个以上循环回路,该循环 回路由以下三者构成,该三者为第一反应区域以外的至少一个反应区域、取出向该反应区 域循环供给的反应液的至少一个反应区域和连接这两个区域的配管,构成该循环回路之中 的至少一个循环回路(V)的上述第一反应区域以外的至少一个反应区域和取出上述反应 液的至少一个反应区域均设置于比为了对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出该反 应液的至少一个反应区域之中的最靠近反应装置的入口的反应区域更靠近反应装置的出 口的位置。
[0055] 〈18>如上述〈17>所述的反应装置,其特征在于,构成循环回路(V)的上述第一反 应区域以外的至少一个反应区域和取出上述反应液的至少一个反应区域均设置于比为了 对第一反应区域(I)循环供给反应液而取出反应液的任意反应区域更靠近反应装置的出 口的位置。
[0056] 〈19>如上述〈15>~〈18>中任一项所述的反应装置,其中,用于取出氧化剂的设备 连接于第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域与其他反应区域之 间、或者第一反应区域(I)和/或第一反应区域以外的至少一个反应区域的中间部。
[0057] 发明的效果
[0058] 根据本发明,在以锰氧化物为主成分的催化剂的存在下通过丙酮氰醇的水合反应 制造 α -羟基异丁酸酰胺时,即使在从含有30重量%以上浓度的丙酮氰醇的反应原料合成 α -羟基异丁酸酰胺的严酷条件下,也能够与现有技术相比更大幅度地长时间、稳定地保持 高的丙酮氰醇转化率,因此,工业上的意义极大。
【附图说明】
[0059] 图1是表示进行ACH(丙酮氰醇)的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反 应装置的一例的工艺流程图。
[0060] 图2是表示进行ACH的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的另一 例的工艺流程图(在反应器内设置多个反应区域的方式)。
[0061] 图3是表示进行ACH的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的另 一例的工艺流程图(将取出的反应液使用热交换器调整液温后返回原来的反应区域的方 式)。
[0062] 图4是表示进行ACH的分开供给和反应液的循环供给的本发明的反应装置的另一 例的工艺流程图(使循环液返回多个反应区域的方式)。
[0063] 图5是表示实施例1中的反应装置的工艺流程图。
[0064] 图6是表示实施例3中的反应装置的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0065] 以下,详细说明本发明。
[0066] 本发明的能够用于制造 α -羟基异丁酸酰胺(以下,原则上记为HBD)的反应装置 为串联连接有至少2个反应区域的反应装置。这里,反应区域是指在丙酮氰醇(以下,原则 上记为ACH)的水合反应中,使具有催化剂活性的以锰氧化物为主成分的催化剂存在的独 立的区域,在该反应区域中,ACH与水反应,转换为目的物的HBD。该反应区域可以为填充有 以锰氧化物为主成分的催化剂的反应器,也可以为在一个反应器中分为若干个的各个催化 剂区域(催化剂层)。
[0067] 本发明的HBD的制造方法中,串联连接的反应区域的数量只要为2个以上即可,没 有特别限定。但是,串联连接的反应区域的数量过多时,装置变得复杂,另外,各个反应区域 的反应控制也变得繁杂,因此,串联连接的反应区域的数量在实用上优选为2~7个的范 围,进一步特别优选为3~5个的范围。另外,反应区域的总数的上限也没有特别限定,
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