α-羟基异丁酸酰胺的制造方法和反应装置的制造方法_4

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特别 限定,优选为锂、钠、钾。改性二氧化锰中所含的碱金属元素量也没有特别限定,以碱金属元 素相对于锰元素的原子比表示,优选为碱金属元素/锰=〇. 005~0. 5的范围,特别优选为 0. 01~0. 25的范围。
[0132] 二氧化锰在自然中也存在,但作为催化剂使用时,适于通过单独或组合使用各 种将二价的锰氧化来制备的方法和将七价的锰还原来制备的方法得到的二氧化锰。作 为这样的二氧化锰的制造方法,例如,可以列举在中性至碱性的区域将高锰酸化合物 在 20 ~100 °C 还原的方法(Zeit. Anorg. Allg. Chem.,309, Ρ. 1 ~Ρ. 32 和 Ρ. 121 ~ p. 150,(1961))、在酸性条件下使高锰酸钾水溶液与硫酸锰水溶液反应的方法(J. Chem. Soc.,p. 2189,(1953)、日本特开昭51-71299号公报)、将高锰酸盐用卤化氢还原的方法(日 本特开昭63-57535号公报)、将高锰酸盐用多元羧酸或多元醇还原的方法(日本特开平 9-24275号公报、日本特开平9-19637号公报)、将高锰酸盐用肼、羟基羧酸或其盐还原的方 法(日本特开平6-269666号公报)和将硫酸锰水溶液电解氧化的方法。
[0133] 作为本发明中的以锰氧化物为主成分的催化剂的制备方法,能够使用上述各种方 法,从能够控制改性二氧化锰的晶型、比表面积的大小以及碱金属元素的种类和量的观点 考虑,优选同时使用二价的锰化合物和七价的锰化合物的方法。作为催化剂制备中所使用 的二价的锰源,优选硫酸盐、硝酸盐、卤化物等水溶性的化合物,其中,特别优选硫酸盐。另 一方面,作为七价的锰源,优选碱金属元素的高锰酸盐,其中,特别优选高锰酸锂、高锰酸 钠、高锰酸钾。作为碱金属源,能够使用硫酸盐、硝酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物等水溶性的化 合物,通常特别优选将上述的高锰酸盐作为碱金属源使用。能够在液性为酸性下或碱性下 都能够制备改性二氧化猛,特别优选在酸性下制备,在碱性下制备时,优选在反应前用稀硫 酸等酸性溶液对改性二氧化锰进行清洗。
[0134] 作为本发明中的以锰氧化物为主成分的催化剂,也能够使用含有锰、碱金属元素 以外的其它元素、例如选自元素周期律表2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15族的至少一 种元素的二氧化锰。其中,含有选自碱土金属、Sc、Y、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Zn、Ga、In、 Ge、Sn、Pb或Bi中的至少一种元素的二氧化锰的ACH水合反应的反应活性和HBD的选择性 优异,故而优选。另外,含有选自V、Sn或Bi中的至少一种元素的二氧化锰的ACH水合反应 的反应活性和HBD的选择性特别优异,故而特别优选。当然,也能够适合使用含有两种以上 元素的二氧化锰。
[0135] 作为在二氧化锰中含有这些元素的方法,可以使用含浸、吸附、混炼、共沉淀等任 一种方法。作为元素源,能够使用硝酸盐、硫酸盐这样的水溶性的化合物、氧化物、氢氧化物 等。例如,在制备含有钒的锰氧化物催化剂时,作为钒源,优选使用硫酸钒、氯化钒这样的水 溶性的盐,特别优选使用硫酸钒。另外,制备含有锡的锰氧化物催化剂时,作为锡源,优选使 用硫酸锡、氯化锡这样的水溶性的盐,特别优选使用硫酸锡。制备含有铋的锰氧化物时,作 为祕源能够使用硫酸祕、硝酸祕这样的水溶性的盐,特别优选使用氧化祕。
[0136] 二氧化锰中所含有的这些元素的量没有特别限定,以相对于锰元素的原子比表 示,优选为二氧化锰中含有的元素/锰=〇. 001~〇. 1的范围,特别优选为〇. 002~0. 04 的范围。
[0137] 本发明中特别优选的以锰氧化物为主成分的催化剂含有下述组成式所示的化合 物。
[0138] 组成式=MnaKbMcOd
[0139] (式中,Mn表示猛,K表示钾,0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 = 1. 7~2. 0的范围)。
[0140] 另外,在以锰氧化物为主成分的催化剂中,除了上述化合物以外,还可以含有水合 水。
[0141] 本发明的HBD的制造中,能够将通过上述方法制备的锰氧化物成型加工为粒状、 片状得到的产物作为固定床催化剂,或者将成型加工为颗粒状、微小球状得到的产物作为 浆态床催化剂,填充或分散于反应区域,用于ACH的水合反应。另外,也能够应用使用二氧 化硅、粘土矿物这样具有塑性和结合性的化合物成型得到的产物。
[0142] 本发明的HBD的制造中能够使用的原料的ACH的制造方法没有特别限定,例如, 能够使用从通过甲酰胺的脱水反应得到的氰酸与丙酮合成的ACH。另外,也能够使用通过 ANDREW法、BMA法这样的从甲烷与氨的反应得到的氰酸与丙酮合成的ACH、从通过丙烷的氨 氧化得到的氰酸与丙酮合成的ACH等。一般而言,利用氰酸和丙酮的反应的ACH的合成在 碱金属化合物、胺类、碱性离子交换树脂等催化剂的存在下定量地进行,能够以高收率得到 ACH,本发明的HBD的制造中,能够使用用这些催化剂合成的ACH。此时,ACH能够使用蒸馏 精制后的产物,也能够不经蒸馏精制就使用。
[0143] 本发明中的ACH的水合反应的反应温度优选为20~120°C的范围,特别优选30~ 90°C的范围。反应压力可以为减压下也可以为高压下,优选为0. 01~1.0 MPa的范围,特别 优选为0. 05~0. 5MPa的范围。各个反应区域中的ACH的滞留时间可以根据反应方式、催 化剂活性选择更为适当的值,通常优选为30秒~15小时,更优选为15分钟~10小时,特 别优选为30分钟~5小时。
[0144] 本发明的HBD的制造中对各反应区域供给的反应区域供给液(C)的pH优选调整 为4以上,特别优选调整为4~8的范围。pH的调整除了之前说明的通过反应液的循环供 给进行的调整以外,还能够使用日本特开平11-335341号公报中所公开的胺类、日本特开 平2-193952号公报所公开的碱金属的氧化物、氢氧化物进行。
[0145] 用于制造本发明的HBD的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,上述反应装置串联连接至少2个反 应区域而成,并且具有:
[0146] (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
[0147] (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,
[0148] 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。
[0149] 用于制造本发明的HBD的反应装置优选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一部分的配管。此时,用于向反 应区域循环供给从上述反应区域取出的反应液的配管的方式没有特别限制,例如,可以为 连接向反应区域独立地循环供给从反应区域取出的反应液的配管的方式,可以为向反应区 域供给前预先在原料制备槽、贮存槽等中将反应原料液、水、丙酮、HBD等稀释剂混合并将它 们同时以1个配管向反应区域供给的方式,也可以为向对反应区域供给反应原料液、水、丙 酮、HBD等稀释剂的配管、连接反应区域间的配管连接循环供给从反应区域取出的反应液的 配管的方式。另外,也可以在循环供给反应液的循环线路的中途设置反应区域。另外,可以 具有一个以上的由以下三者构成的循环回路,该三者为上述第一反应区域以外的至少一个 反应区域(II)、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(IV)和连接这 两个区域的配管,更优选构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的反应区域(II)和 反应区域(IV)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至少 一个反应区域之中的最靠近反应装置入口的反应区域更靠近本发明的反应装置的出口一 侧(下游侧)。或者,从多个反应区域取出用于向反应区域(I)循环供给反应液的反应液 时,更加优选相比于从各个反应区域取出的反应液的累计值最开始超过向反应区域(I)循 环供给的反应液的总量的50%的反应区域,构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V) 的反应区域(II)和反应区域(IV)均设置于更靠近反应装置的出口一侧(下游侧),最优选 构成该循环回路之中的至少一个循环回路(V)的反应区域(II)和反应区域(IV)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所有反应区域都更靠近反应 装置的出口一侧(下游侧)。
[0150] 作为构成循环回路(V)的反应区域(II)和反应区域(IV)的配置,优选反应区域 (IV)设置于比反应区域(II)更靠近本发明的反应装置的出口一侧。或者,优选反应区域 (II)和反应区域(IV)为同一反应区域。
[0151] 用于制造本发明的HBD的反应装置优选具有用于对至少一个反应区域供给含有 选自水、丙酮、HBD和甲酰胺中的至少一种化合物的稀释剂的配管。其中,更优选具有用于 对分开供给ACH的反应区域供给上述稀释剂的配管。此时,用于向反应区域供给上述稀释 剂的配管的方式没有特别限定,例如,可以为连接向反应区域独立供给上述稀释剂的配管 的方式,也可以在向反应区域供给之前预先在原料制备槽中与反应原料液混合并与反应原 料液同时以1个配管向反应区域供给的方式,也可以是向对反应区域供给反应原料液的配 管连接供给上述稀释剂的配管的方式。
[0152] 用于制造本发明的HBD的反应装置具有用于对至少一个反应区域供给氧化剂的 配管。此时,用于向反应区域供给氧化剂的配管的方式没有特别限定。
[0153] 用于制造本发明的HBD的反应装置优选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它反应区域之间、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。
[0154] 〈用于实施本发明的反应装詈和制诰方法的具体例〉
[0155] 以下,例示用于实施本发明的合适的反应装置和制造方法的具体例(并用法)。图 1是以第一反应器la、第二反应器lb、第三反应器Ic的这3个反应器构成的用于制造 HBD 的反应装置的工艺流程图的例子。
[0156] 第一反应器la、第二反应器lb、第三反应器Ic中,设置分别填充有催化剂的第一 反应区域2a、第二反应区域2b、第三反应区域2c。在第一反应器Ia连接对第一反应区域入 口供给的反应液的供给线路IOa和氧化剂供给线路4a,隔着第一反应区域2a在相反侧连接 有来自第一反应区域出口的反应液的流出线路Ila和氧化剂取出线路5a。在第二反应器 Ib连接有对第二反应区域入口供给的反应液的供给线路IOb和氧化剂供给线路4b,隔着第 二反应区域2b在相反侧连接有来自第二反应区域出口的反应液的流出线路Ilb和氧化剂 取出线路5b。在第三反应器Ic连接有对第三反应区域入口供给的反应液的供给线路IOc 和氧化剂供给线路4c,隔着第三反应区域2c在相反侧连接有来自第三反应区域出口的反 应液的流出线路Ilc和氧化剂取出线路5c。
[0157] 3a、3b为含有ACH的反应原料液的供给线路。6a、6b为用于将来自反应区域出口 的反应液返回原来的反应区域入口的循环线路。7为用于对来自反应区域出口的循环的反 应液进行冷却的冷却器。8为用于对来自反应区域出口的反应液进行输送的栗。9为用于 将反应原料液加热到规定的温度的加热器。12a、12b为用于暂时贮存放置来自反应区域出 口的反应液的液体贮存部。
[0158] 例示使用图1的反应装置制造 HBD的方法。含有ACH的反应原料液从反应原料液 供给线路3a和3b经由加热器9分开供给。从3a供给在ACH和水的混合物中至少添加有 丙酮的混合原料作为反应原料液。另一方面,从3b供给ACH单独原料、或在ACH中至少添 加有水和/或丙酮的混合原料作为反应原料液。此外,图1中,在混合含有ACH、水、丙酮等 的反应原料之后使用3a、3b对反应器供给,但是也可以将这些成分分别利用独立的供给线 路对反应器供给。
[0159] 从3a供给的反应原料液中的ACH浓度和水浓度没有特别限定,实用上,优选为 ACH30~60重量%、水70~40重量%,进一步特别优选为ACH35~50重量%、水65~50 重量%。另外,反应原料液中的丙酮浓度也没有特别限定,优选为3~20重量%,更优选为 5~15重量%。另一方面,从3b供给的反应原料液中的ACH浓度和水浓度也没有特别限 定,优选为ACH30~100重量%、水0~50重量%。另外,反应原料液中的丙酮浓度优选为 〇~20重量%。
[0160] 从3a、3b供给的含有ACH的反应原料液与从6a、6b循环的来自反应区域出口的反 应液混合,通过IOaUOb向各反应器供给。如上所说明的那样,从6a、6b循环的来自反应区 域出口的反应液的供给速度(X)相对于对2a、2b的反应区域供给的总反应液的供给速度 (Y)与从6a、6b循环供给的反应液的供给速度⑴之差的比((XV((Y)_⑴))、即循环比没 有特别限定,以体积速度比表示,优选为〇. 5~50的范围,特别优选为1~20的范围。此 外,图1中,混合反应原料液和来自反应区域出口的反应液之后通过l〇a、IOb对反应器供 给,但是也可以将这些液体分别利用独立的供给线路对反应器供给。
[0161] ACH的水合反应以上述所说明的反应温度、反应压力进行。控制ACH的水合反应 的反应温度的方法没有特别限定,能够使用在填充有催化剂的反应区域的周围安装循环热 介质或温水的夹套的方法、在反应区域的内部设置传热线圈的方法、在反应区域的外部实 施用于防止热的扩散的保温措施、在反应原料液和来自反应区域出口的反应液的流通线路 (图1的3a、6a、13a、3b、6b、13b)设置加热器9或冷却器7调整反应液的温度的方法等。此 外,图1是设置加热器9、冷却器7的例子,在不使
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