JPH05201966A - ε−カプロラクタムの製造法 - Google Patents

ε−カプロラクタムの製造法

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JPH05201966A
JPH05201966A JP4263579A JP26357992A JPH05201966A JP H05201966 A JPH05201966 A JP H05201966A JP 4263579 A JP4263579 A JP 4263579A JP 26357992 A JP26357992 A JP 26357992A JP H05201966 A JPH05201966 A JP H05201966A
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宏 市橋
Masaru Kitamura
勝 北村
Koji Kajikuri
浩司 梶栗
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シクロヘキサノンオキシムが高い転化率で反
応する条件においても、極めて高い選択率でε−カプロ
ラクタムが得られ、しかも触媒の寿命が著しく向上する
ε−カプロラクタムの製造法を提供する。 【構成】 アンモニアの共存下、気相でシクロへキサノ
ンオキシムを固体触媒と接触させることを特徴とするε
−カプロラクタムの製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体触媒を用いて気相反
応条件下にシクトヘキサノンオキシムからε−カプロラ
クタムを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ε−カ
プロラクタムはナイロン等の原料として用いられている
重要な基幹化学原料である。
【0003】本発明者らは、固体触媒を用いて気相反応
条件下、反応系に低級アルコール、エーテル化合物を共
存させてシクロヘキサノンオキシムを転位(ベックマン
転位)させることによるε−カプロラクタムの製造方法
を提案している(特開平2−275850号公報及び特
開平2−250866号公報)。
【0004】本発明者らは、その後さらにシクロヘキサ
ノンオキシムの転位反応について鋭意検討を重ねた結
果、反応系にアンモニアを共存させることにより、シク
ロヘキサノンオキシムが高い転化率で反応する条件にお
いても、極めて高い選択率でε−カプロラクタムが得ら
れ、しかも触媒の寿命が著しく向上することを見出し、
本発明を完成するに至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、アン
モニアの共存下、気相でシクロヘキサノンオキシムを固
体触媒と接触させることを特徴とする工業的に優れたε
−カプラクタムの製造法を提供するものである。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
使用する固体触媒としては、例えばシリカ−アルミナ、
ゼオライト等が挙げられ、これらの中でもゼオライトが
好ましく、中でも結晶性シリカ、結晶性メタロシリケー
ト等がより好ましい。
【0007】本発明における結晶性シリカとは、実質的
にケイ素と酸素とからなるものである。また結晶性メタ
ロシリケートとは、ケイ素と酸素の他に金属を含むもの
であり、例えば金属原子数に対するケイ素原子数の比
(Si/Me原子比)が5以上、好ましくは500以上
のものが挙げられる。ここで金属としてはAl、Ga、
Fe、B、Zn、Cr、Be、Co、La、Ge、T
i、Zr、Hf、V、Ni、Sb、Bi、Cu、Nb等
から選ばれる少なくとも1種の金属が挙げられる。Si
/Me原子比は通常の分析手段、例えば原子吸光法、螢
光X線法等により求めることができる。
【0008】またこれらの触媒は公知の方法により製造
することができる。これらの結晶性シリカ、結晶性メタ
ロシリケートには種々の結晶型が知られているが、いわ
ゆるペンタシル型構造に属するものが好ましい。
【0009】本発明は反応系にアンモニアを共存させる
ことを特徴とするものであるが、かかるアンモニアの使
用量は、供給するシクロヘキサノンオキシムに対してモ
ル比で通常10倍以下が適当であり、好ましくは1倍以
下、さらに好ましくは0.001〜0.8倍の範囲である。
またメチルアミン類、ε−カプロラクタムをアンモニア
と併用することもできる。
【0010】本発明においては反応系にアンモニアとと
もにアルコールやエーテル化合物を共存させることもで
きる。この場合、目的物の選択率がさらに向上するので
好ましい。かかるアルコールやエーテル化合物としては
下記一般式(1)で示される化合物が挙げられる。 R1 −O−R2 (1) (式中、R1 はフッ素原子が置換していてもよい低級ア
ルキル基を表し、R2 は水素原子、フッ素原子が置換し
ていてもよい低級アルキル基またはフェニル基を表
す。)アルコールの具体例としては、例えばメタノー
ル、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノー
ル、n−ブタノール、sec−ブタノール、イソブタノ
ール、n−アミルアルコール、n−ヘキサノール、2,
2,2−トリフルオロエタノール等の炭素数6以下の低
級アルコールが挙げられ、中でもメタノールおよびエタ
ノールが好ましい。またエーテル化合物としてはR1
メチル基またはエチル基のものが好ましく、例えばジメ
チルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテ
ル、メチル−n−プロピルエーテル、メチルイソプロピ
ルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、アニ
ソール等の炭素数8以下のエーテル化合物が挙げられ
る。これらのアルコールおよびエーテル化合物は2種以
上を併用することができ、またアルコールとエーテル化
合物を併用することも可能である。
【0011】本発明は反応系に希釈ガスとしてベンゼ
ン、シクロヘキサン、トルエン等のような反応に不活性
の化合物の蒸気あるいは窒素、二酸化炭素等の不活性ガ
スを共存させることもできる。
【0012】次に本発明を実施する際の反応方法につい
て述べる。原料のシクロヘキサノンオキシムは気体状態
で接触反応させるが、反応は固定床方式、流動床方式の
いずれの方式で実施してもよい。添加するアンモニアは
シクロヘキサノンオキシムと予め混合して反応器に供給
してもよいし、シクロヘキサノンオキシムとは別々に供
給してもよい。後者の場合にはアンモニアを分割して添
加することもできる。また固定床反応の場合はシクロヘ
キサノンオキシムがアンモニアと十分に混合された状態
で触媒層を通過させるのが好ましいため、通常前者の方
法が採用される。
【0013】原料シクロヘキサノンオキシムの空間速度
は、通常WHSV=0.1〜40hr-1(すなわち触媒1kg
当たりのシクロヘキサノンオキシム供給速度が0.1〜4
0kg/hr)であるが、好ましくは0.2〜20hr-1であ
り、より好ましくは0.5〜10hr-1の範囲から選ばれ
る。
【0014】本発明の反応温度は通常250〜500℃
であるが、好ましくは300〜450℃であり、さらに
好ましくは300〜400℃である。250℃未満の温
度では反応速度が十分でなく、またε−カプロラクタム
の選択率も低下する傾向がある。一方、500℃を越え
るとε−カプロラクタムの選択率が低下する傾向があ
る。
【0015】さらに本発明は、加圧、常圧、減圧下のい
ずれでも実施することができるが、通常0.05〜10kg
/cm2 の圧力下で実施する。
【0016】反応混合物からのε−カプロラクタムの分
離精製は、例えば反応生成ガスを冷却して凝縮させ、次
いで抽出、蒸留あるいは晶析等をすることにより行うこ
とができる。
【0017】また反応系に加えたアンモニアは、反応生
成物から分離回収して再利用することができる。例えば
反応生成ガスを冷却して凝縮させる際に、アンモニアを
ガス状態で回収することができる。
【0018】長時間の使用によって活性の低下した触媒
は、分子状酸素含有ガス中、例えば空気気流中で焼成す
るか、メタノール等のアルコールを加えた分子状酸素含
有ガス中で焼成することにより容易に元の性能に賦活
し、繰り返し使用し得る。
【0019】
【発明の効果】本発明によればシクロヘキサノンオキシ
ムが高い転化率で反応する条件においても、極めて高い
選択率でε−カプロラクタムが得られ、しかも触媒の寿
命が著しく向上する。
【0020】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0021】参考例1(触媒の調製) 1.5lのステンレス製オートクレーブにテトラエチルオ
ルソシリケート (Si(0C2 5 4 、Al含有量10ppm 以下)1
00g、10%水酸化テトラ−n−プロピルアンモニウ
ム水溶液224.0g、エタノール214gを仕込み、3
0分間激しく攪拌した。混合溶液のpHは13であっ
た。オートクレーブの蓋を締めた後、油浴に浸して内温
を105℃に保ち、400rpm 以上の回転数で攪拌を行
いながら120時間水熱合成を行った。この間オートク
レーブ内の圧力は2〜3kg/cm2 に達した。水熱合成終
了時のpHは11.8であった。白色の固体生成物を濾別
し、次いで洗液のpHが7付近になるまで蒸留水で連続
的に洗浄した。白色固体を乾燥後、空気流通下に500
〜530℃で4時間焼成し、27gの粉末状白色結晶を
得た。該結晶を粉末X線回折で分析した結果、ペンタシ
ル型ゼオライトと同定された。また、原子吸光法による
元素分析の結果、Alの含有量は3ppm であった。この
結晶10gに5%塩化アンモニウム水溶液100gを加
え、50〜60℃で1時間イオン交換処理を行った後、
結晶を濾別した。このイオン交換処理操作を4回行った
後、洗液中にCl- イオンが検出されなくなるまで蒸留
水で結晶を洗浄した。続いて該結晶を120℃で16時
間乾燥し、得られたアンモニウム塩型の結晶を加圧成形
後、24〜48メッシュに篩分けした。さらに該結晶を
窒素ガス流通下に500℃で1時間焼成し、触媒を得
た。
【0022】参考例2(触媒の処理) 石英ガラス製反応管中に参考例1において調製した触媒
を1g充填し、窒素気流下(4.2l/hr)に500℃で
3時間予熱処理した。次いで100℃まで降温し窒素を
窒素(95容量%)−アンモニア(5容量%)の混合ガ
ス(4.2l/hr)に切り換えて10時間保持した。その
後再び窒素(4.2l/hr)に切り換え、毎分1℃の速度
で350℃まで昇温し1時間保持した。次いで窒素を供
給しながら室温まで冷却した。
【0023】実施例1 内径1cmの石英ガラス製反応管中に参考例1で調製した
触媒を0.375g(0.6ml)充填し、窒素気流下(4.2
l/hr)に350℃で1時間予熱処理した。次いで窒素
を窒素(95容量%)−アンモニア(5容量%)の混合
ガス(4.2l/hr)に切り換えた。次に上記混合ガスを
供給しながら、シクロヘキサノンオキシム/メタノール
重量比が1/1.8の混合液を8.4g/hrの速度で反応管
に供給し反応させた。このときのシクロヘキサノンオキ
シムの空間速度WHSVは8hr-1であり、触媒層の温度
(反応温度)は350℃であった。反応は6.25時間継
続した後、すべての供給を止めて終了させた。反応生成
物は水冷下に捕集し、ガスクロマトグラフで分析した。
【0024】尚、ここに空間速度WHSVは次式で算出
し、またシクロヘキサノンオキシムの転化率およびε−
カプロラクタムの選択率もそれぞれ次式で算出した。 WHSV(hr-1)=O/C シクロヘキサノンオキシムの転化率(%)=〔(X−Y)/X〕×100 ε−カプロラクタムの選択率(%)=〔Z/(X−Y)〕×100 また、O、C、X、YおよびZはそれぞれ次のとおりで
ある。 O=シクロヘキサノンオキシムの供給速度(kg/hr) C=触媒重量(kg) X=供給した原料シクロヘキサノンオキシムのモル数 Y=未反応のシクロヘキサノンオキシムのモル数 Z=生成物中のε−カプロラクタムのモル数
【0025】反応終了後、窒素ガス(2.5l/hr)と空
気(2.5l/hr)との混合ガスを0℃に保持したメタノ
ール中にバブリングして得られた窒素、空気およびメタ
ノールの混合ガス(メタノール濃度3.8容量%:0℃で
の飽和濃度)を反応管に供給しながら触媒層を430℃
まで昇温し、その温度で23時間処理した。この操作に
より触媒上に析出した炭素質物質を除去した。
【0026】次いで窒素ガス(4.2l/hr)を供給しな
がら、温度を350℃まで下げた。
【0027】続いて上記と同じ条件で反応と炭素質物質
の除去操作を累計で30回繰り返し実施した。各回の反
応結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】比較例1 実施例1において窒素を窒素−アンモニアの混合ガスに
切り換えることなく供給した以外は実施例1と同じ条件
で反応と炭素質物質の除去を累計で30回実施した。各
回の反応結果を表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】比較例2 内径1cmの石英ガラス製反応管中に参考例1で調製した
触媒の代わりに参考例2で処理された触媒0.375g
(0.6ml)を充填した以外は比較例1と同様の条件で、
反応と炭素質物質の除去操作を累計で30回繰り返し実
施した。各回の反応結果を表3に示す。
【0032】
【表3】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンモニアの共存下、気相でシクロヘキサ
    ノンオキシムを固体触媒と接触させることを特徴とする
    ε−カプロラクタムの製造法。
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