α-羥基異丁酸酰胺的制造方法和反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用丙酮氰醇的水合反應(yīng)的α -羥基異丁酸酰胺的工業(yè)制造方法和 反應(yīng)裝置。α-羥基異丁酸酰胺是作為對(duì)應(yīng)的羥基羧酸酯或不飽和羧酸酯的制造原料重要 的化合物，開發(fā)工業(yè)上穩(wěn)定制造 α-羥基異丁酸酰胺的方法的意義巨大。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為以錳氧化物為主成分的催化劑的存在下，通過丙酮氰醇的水合反應(yīng)制造 α -羥基異丁酸酰胺的方法，至今為止公開了各種各樣的方法。例如專利文獻(xiàn)1公開了在使 用錳氧化物的丙酮氰醇的水合反應(yīng)中，在丙酮氰醇和水的反應(yīng)原料中添加丙酮，由此改善 反應(yīng)成績(jī)，丙酮氰醇轉(zhuǎn)化率為99.0%，α-羥基異丁酸酰胺收率為95%。但是，專利文獻(xiàn)1 記載的方法中，催化劑壽命的改善不充分，難以以大規(guī)模的商業(yè)工廠設(shè)備實(shí)施。
[0003] 對(duì)于專利文獻(xiàn)1記載的方法，提出了數(shù)種改良方法，例如，公開有使氧、臭氧等氧 化劑共存的方法（專利文獻(xiàn)2)、調(diào)整反應(yīng)原料的pH的方法（專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4)、為 了調(diào)整反應(yīng)原料的PH而使反應(yīng)生成液的一部分循環(huán)的方法（專利文獻(xiàn)3)、使二氧化碳共存 的方法（專利文獻(xiàn)5)、在反應(yīng)前預(yù)先用還原液將催化劑進(jìn)行前處理的方法（專利文獻(xiàn)6)、 在減壓下進(jìn)行反應(yīng)的方法（專利文獻(xiàn)7)。
[0004] 這些方法分別有提高催化劑活性、催化劑壽命的效果，但是使用含有30重量％以 上濃度的丙酮氰醇的反應(yīng)原料，難以長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地保持高的丙酮氰醇轉(zhuǎn)化率。例如，上述 專利文獻(xiàn)4在實(shí)施例中記載了將調(diào)整反應(yīng)原料的pH的方法與使氧化劑共存的方法組合，使 用含有30. 4重量％濃度的丙酮氰醇的反應(yīng)原料的例子，但是以轉(zhuǎn)化率降低至低于開始時(shí) 的50%的時(shí)間進(jìn)行定義的壽命再長(zhǎng)也不過58天。
[0005] 另外，專利文獻(xiàn)8和專利文獻(xiàn)9中公開了雖然丙酮氰醇轉(zhuǎn)化率低，仍將反應(yīng)生成液 中的未反應(yīng)丙酮氰醇熱分解為丙酮和氰酸，將它們從反應(yīng)生成液分離回收之后，再次形成 為丙酮氰醇的方法，但是該方法在熱分解反應(yīng)、丙酮氰醇合成反應(yīng)時(shí)需要額外的能量，因此 是不經(jīng)濟(jì)的。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開昭52-222號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平3-188054號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平2-196763號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :日本特表2010-510276號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開平7-076563號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開平2-298718號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)7 :日本特開平4-149164號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)8 :日本特開平6-172283號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)9 :日本特開平6-184072號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明所要解決的課題
[0018] 一般而言，利用氰酸和丙酮的反應(yīng)的丙酮氰醇的合成在堿催化劑的存在下定量地 進(jìn)行，因此，能夠容易地得到50重量％以上的高濃度的丙酮氰醇。但是，以錳氧化物為主成 分的催化劑的存在下，使用含有高濃度的丙酮氰醇的反應(yīng)原料進(jìn)行水合反應(yīng)時(shí)，催化劑活 性迅速降低，因此，一般作為原料使用低濃度的丙酮氰醇。然而，使用低濃度的丙酮氰醇時(shí)， 得到的反應(yīng)生成液中的α-羥基異丁酸酰胺的濃度也低，在濃縮、精制工序中消耗大量的 能量。
[0019] 本發(fā)明的課題在于提供一種方法，其在以錳氧化物為主成分的催化劑的存在下， 通過丙酮氰醇的水合反應(yīng)制造 α -羥基異丁酸酰胺時(shí)，即使在從含有30重量％以上濃度的 丙酮氰醇的反應(yīng)原料合成α -羥基異丁酸酰胺的嚴(yán)酷條件下，也能夠長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地保持 高的丙酮氰醇轉(zhuǎn)化率。
[0020] 用于解決課題的方法
[0021] 本發(fā)明的發(fā)明人等為了解決上述課題，進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，催化劑活性降 低的主要原因在于作為催化劑的主成分的錳的溶出，并且錳的溶出量與反應(yīng)液中的丙酮氰 醇濃度有密切的關(guān)系。因此，通過以下的本發(fā)明，能夠降低各反應(yīng)區(qū)域中的丙酮氰醇濃度， 能夠改善催化劑壽命，并且即使在從含有30重量％以上的濃度的丙酮氰醇的反應(yīng)原料合 成α -羥基異丁酸酰胺的嚴(yán)酷條件下，也能夠與現(xiàn)有技術(shù)相比更大幅度地長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地 保持高的丙酮氰醇轉(zhuǎn)化率，從而完成了本發(fā)明。
[0022] SP，本發(fā)明如下。
[0023] 〈1> 一種α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
[0024] 使用串聯(lián)連接有至少2個(gè)反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)裝置，在以錳氧化物為主成分的催化劑 的存在下，通過丙酮氰醇的水合反應(yīng)來制造 α-羥基異丁酸酰胺，
[0025] 上述方法包括：
[0026] 工序（B):對(duì)上述反應(yīng)裝置中的第一反應(yīng)區(qū)域（I)，循環(huán)供給從至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域 取出的反應(yīng)液的至少一部分的工序；和
[0027] 工序（bl):進(jìn)一步對(duì)第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域，循環(huán)供給從至少一 個(gè)反應(yīng)區(qū)域取出的反應(yīng)液的至少一部分的工序，
[0028] 對(duì)上述反應(yīng)裝置內(nèi)的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域供給氧化劑。
[0029] 〈2> -種α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征在于：
[0030] 使用串聯(lián)連接有至少2個(gè)反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)裝置，在以錳氧化物為主成分的催化劑 的存在下，通過丙酮氰醇的水合反應(yīng)來制造 α-羥基異丁酸酰胺，
[0031] 上述方法包括：
[0032] 工序（A):對(duì)上述反應(yīng)裝置中的第一反應(yīng)區(qū)域（I)和第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一 個(gè)反應(yīng)區(qū)域，分開供給含有丙酮氰醇的反應(yīng)原料液的工序；
[0033] 工序（B):對(duì)上述反應(yīng)裝置中的第一反應(yīng)區(qū)域（I)，循環(huán)供給從至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域 取出的反應(yīng)液的至少一部分的工序；和
[0034] 工序（bl):進(jìn)一步對(duì)第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域，循環(huán)供給從至少一 個(gè)反應(yīng)區(qū)域取出的反應(yīng)液的至少一部分的工序，
[0035] 對(duì)上述反應(yīng)裝置內(nèi)的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域供給氧化劑。
[0036] 〈3>如上述〈1>或〈2>所述的α -羥基異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為了向第一反應(yīng)區(qū)域（I)循環(huán)供給反應(yīng)液而取出該 反應(yīng)液的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域中的最靠近反應(yīng)裝置的入口的反應(yīng)區(qū)域更靠近反應(yīng)裝置的出 口的位置進(jìn)行。
[0037] 〈4>如上述〈3>所述的α -羥基異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為了向第一反應(yīng)區(qū)域（I)循環(huán)供給反應(yīng)液而取出該反應(yīng) 液的所有的反應(yīng)區(qū)域都更靠近反應(yīng)裝置的出口的位置進(jìn)行。
[0038] 〈5>如上述〈1>~〈4>中任一項(xiàng)所述的α-羥基異丁酸酰胺的制造方法，其中，上 述工序（bl)中的上述第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域與上述至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域?yàn)?同一反應(yīng)區(qū)域。
[0039] 〈6>如上述〈1>~〈5>中任一項(xiàng)所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其中，上 述串聯(lián)連接的反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量為7個(gè)以下。
[0040] 〈7>如上述〈2>所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其中，工序（A)中的供給 含有丙酮氰醇的反應(yīng)原料液的反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量為5個(gè)以下。
[0041] 〈8>如上述〈1>所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，包括供給含 有丙酮氰醇的反應(yīng)原料液的工序，該反應(yīng)原料液的總量中的丙酮氰醇的比例為30重量％ 以上。
[0042] 〈9>如上述〈2>所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，上述反應(yīng)原 料液的總量中的丙酮氰醇的比例為30重量％以上。
[0043] 〈10>如上述〈1>~〈9>中任一項(xiàng)所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征 在于，對(duì)上述至少2個(gè)反應(yīng)區(qū)域供給的反應(yīng)區(qū)域供給液（C)的總量中，丙酮氰醇的比例為25 重量％以下，上述反應(yīng)區(qū)域供給液（C)是對(duì)各個(gè)反應(yīng)區(qū)域供給的液體，為選自反應(yīng)原料液、 稀釋劑和從反應(yīng)區(qū)域流出或取出的反應(yīng)液的至少一種。
[0044] 〈11>如上述〈1>~〈10>中任一項(xiàng)所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征 在于，作為上述氧化劑使用含有氧的氣體，含有氧的氣體中的氧濃度在2~50容量％的范 圍內(nèi)。
[0045] 〈12>如上述〈11>所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征在于，邊取出氧 濃度降低后的氣體，邊供給氧濃度充足的氣體，對(duì)反應(yīng)區(qū)域的氣體進(jìn)行更換。
[0046] 〈13>如上述〈1>~〈12>中任一項(xiàng)所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特征 在于，上述以錳氧化物為主成分的催化劑為二氧化錳。
[0047] 〈14>如上述〈1>~〈13>中任一項(xiàng)所述的α -羥基異丁酸酰胺的制造方法，其特 征在于，上述以錳氧化物為主成分的催化劑含有組成式：MnaKbM c0d(式中，Mn表示錳，K表示 鉀，〇表示氧，M表示選自V、Sn和Bi中的至少一種元素，各元素的原子比在a = 1時(shí)，b為 0· 005~0· 5的范圍，c為0· 001~0· 1的范圍，d = L 7~2. 0的范圍）所示的化合物。
[0048] 〈15>-種反應(yīng)裝置，用于在以錳氧化物為主成分的催化劑的存在下通過丙酮氰醇 的水合反應(yīng)制造 α -羥基異丁酸酰胺，
[0049] 上述反應(yīng)裝置串聯(lián)連接至少2個(gè)反應(yīng)區(qū)域而成，并且具有：
[0050] (a):用于對(duì)上述反應(yīng)裝置中的第一反應(yīng)區(qū)域（I)和第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一 個(gè)反應(yīng)區(qū)域分開供給含有丙酮氰醇的反應(yīng)原料液的配管，和/或
[0051] (b):用于對(duì)上述反應(yīng)裝置中的第一反應(yīng)區(qū)域（I)循環(huán)供給從至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域 取出的反應(yīng)液的至少一部分的配管，
[0052] 且具有用于對(duì)至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域進(jìn)一步供給氧化劑的配管。
[0053] 〈16>如上述〈15>所述的反應(yīng)裝置，其中，還具有用于對(duì)第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少 一個(gè)反應(yīng)區(qū)域循環(huán)供給從至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域取出的反應(yīng)液的至少一部分的配管。
[0054] 〈17>如上述〈16>所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，具有一個(gè)以上循環(huán)回路，該循環(huán) 回路由以下三者構(gòu)成，該三者為第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域、取出向該反應(yīng)區(qū) 域循環(huán)供給的反應(yīng)液的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域和連接這兩個(gè)區(qū)域的配管，構(gòu)成該循環(huán)回路之中 的至少一個(gè)循環(huán)回路（V)的上述第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域和取出上述反應(yīng) 液的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域均設(shè)置于比為了對(duì)第一反應(yīng)區(qū)域（I)循環(huán)供給反應(yīng)液而取出該反 應(yīng)液的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域之中的最靠近反應(yīng)裝置的入口的反應(yīng)區(qū)域更靠近反應(yīng)裝置的出 口的位置。
[0055] 〈18>如上述〈17>所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，構(gòu)成循環(huán)回路（V)的上述第一反 應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域和取出上述反應(yīng)液的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域均設(shè)置于比為了 對(duì)第一反應(yīng)區(qū)域（I)循環(huán)供給反應(yīng)液而取出反應(yīng)液的任意反應(yīng)區(qū)域更靠近反應(yīng)裝置的出 口的位置。
[0056] 〈19>如上述〈15>~〈18>中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置，其中，用于取出氧化劑的設(shè)備 連接于第一反應(yīng)區(qū)域（I)和/或第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域與其他反應(yīng)區(qū)域之 間、或者第一反應(yīng)區(qū)域（I)和/或第一反應(yīng)區(qū)域以外的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域的中間部。
[0057] 發(fā)明的效果
[0058] 根據(jù)本發(fā)明，在以錳氧化物為主成分的催化劑的存在下通過丙酮氰醇的水合反應(yīng) 制造 α -羥基異丁酸酰胺時(shí)，即使在從含有30重量％以上濃度的丙酮氰醇的反應(yīng)原料合成 α -羥基異丁酸酰胺的嚴(yán)酷條件下，也能夠與現(xiàn)有技術(shù)相比更大幅度地長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地保持 高的丙酮氰醇轉(zhuǎn)化率，因此，工業(yè)上的意義極大。
【附圖說明】
[0059] 圖1是表示進(jìn)行ACH(丙酮氰醇）的分開供給和反應(yīng)液的循環(huán)供給的本發(fā)明的反 應(yīng)裝置的一例的工藝流程圖。
[0060] 圖2是表示進(jìn)行ACH的分開供給和反應(yīng)液的循環(huán)供給的本發(fā)明的反應(yīng)裝置的另一 例的工藝流程圖（在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置多個(gè)反應(yīng)區(qū)域的方式）。
[0061] 圖3是表示進(jìn)行ACH的分開供給和反應(yīng)液的循環(huán)供給的本發(fā)明的反應(yīng)裝置的另 一例的工藝流程圖（將取出的反應(yīng)液使用熱交換器調(diào)整液溫后返回原來的反應(yīng)區(qū)域的方 式）。
[0062] 圖4是表示進(jìn)行ACH的分開供給和反應(yīng)液的循環(huán)供給的本發(fā)明的反應(yīng)裝置的另一 例的工藝流程圖（使循環(huán)液返回多個(gè)反應(yīng)區(qū)域的方式）。
[0063] 圖5是表示實(shí)施例1中的反應(yīng)裝置的工藝流程圖。
[0064] 圖6是表示實(shí)施例3中的反應(yīng)裝置的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 以下，詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0066] 本發(fā)明的能夠用于制造 α -羥基異丁酸酰胺（以下，原則上記為HBD)的反應(yīng)裝置 為串聯(lián)連接有至少2個(gè)反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)裝置。這里，反應(yīng)區(qū)域是指在丙酮氰醇（以下，原則 上記為ACH)的水合反應(yīng)中，使具有催化劑活性的以錳氧化物為主成分的催化劑存在的獨(dú) 立的區(qū)域，在該反應(yīng)區(qū)域中，ACH與水反應(yīng)，轉(zhuǎn)換為目的物的HBD。該反應(yīng)區(qū)域可以為填充有 以錳氧化物為主成分的催化劑的反應(yīng)器，也可以為在一個(gè)反應(yīng)器中分為若干個(gè)的各個(gè)催化 劑區(qū)域（催化劑層）。
[0067] 本發(fā)明的HBD的制造方法中，串聯(lián)連接的反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量只要為2個(gè)以上即可，沒 有特別限定。但是，串聯(lián)連接的反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量過多時(shí)，裝置變得復(fù)雜，另外，各個(gè)反應(yīng)區(qū)域 的反應(yīng)控制也變得繁雜，因此，串聯(lián)連接的反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量在實(shí)用上優(yōu)選為2~7個(gè)的范 圍，進(jìn)一步特別優(yōu)選為3~5個(gè)的范圍。另外，反應(yīng)區(qū)域的總數(shù)的上限也沒有特別限定，