(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アセトンと水素とを処理帯域中に導入することと；
該処理帯域中、前記水素の存在下で、前記アセトンに接触蒸留を施して、少なくとも幾らかの前記アセトンをメチルイソブチルケトンに転化することと；
前記処理帯域からメチルイソブチルケトンを取り出すことと；
を含む、メチルイソブチルケトンを製造する方法。
【請求項２】
前記処理帯域は、（ｉ）前記アセトンをメシチルオキシドに転化するための前記アセトンの二量化／脱水反応と、該メシチルオキシドを前記メチルイソブチルケトンに転化するための水素化反応とが触媒の存在下で起きる少なくとも１つの反応帯域と、（ｉｉ）該反応帯域から生じた反応生成物及び／または未反応の反応体の蒸留が起きかつ前記反応帯域に隣接する少なくとも１つの蒸留帯域と、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒は二元機能性なので、前記二量化／脱水反応と前記水素化反応とを促進または触媒する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒は、（ｉ）前記二量化／脱水反応を促進または触媒するためのイオン交換樹脂、ゼオライトまたはアルミナと、（ｉｉ）前記水素化反応を促進または触媒するためのニッケル、パラジウムまたは銅と、を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記処理帯域は塔によって提供され、前記触媒は粒子状形態であり、かつ、前記反応帯域中に位置する充填床の形態で、前記アセトンの前記塔の中への導入が達成される箇所またはレベルよりも上において提供され、充填蒸留媒体は、前記蒸留帯域中の触媒床よりも下に及び／またはよりも上に前記塔中に設けられる、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記塔内部の温度と圧力とは、前記塔の圧力において前記アセトンがその沸点にあるようなものである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記塔の中への前記水素の導入は、前記アセトンのレベルよりも低いレベルであり、前記触媒床よりも下である、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記メチルイソブチルケトンと、形成された任意の他の副産物と、凝縮したアセトンとを、前記反応帯域の底部に移動させることと；こうした成分を、再沸騰段中で再沸騰させることと；アセトンよりも高い沸点を有し、従って再沸騰によって大幅に蒸発しない前記メチルイソブチルケトンと任意の他の副産物とを、生成物の留分または流れとして除去することと；を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
いかなる未反応の蒸発したアセトンも前記塔の頂部から取り出すことと；取り出され蒸発したアセトンを凝縮することと；凝縮したアセトンを還流として、前記触媒床においてまたはそれよりも上で前記塔に戻すことと；を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記再沸騰段のすぐ上の前記塔の底部に前記アセトンを導入することと、前記生成物の留分または流れを前記再沸騰段から連続的に取り出すことと、を有する連続法である、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
最初に前記アセトンの前記再沸騰段中への導入が達成されるバッチ法であり、その後メチルイソブチルケトン含有生成物の留分は前記再沸騰段から取り出される、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）二元機能触媒を反応帯域中に含む接触蒸留塔に、アセトンと水素とを充填する工程と；
（ｂ）前記反応帯域中で同時に；
（ｉ）前記アセトンと水素とを反応させて、未反応のアセトンと未反応の水素とメチルイソブチルケトンを含む反応生成物とを含む反応混合物を生成し、
（ｉｉ）メチルイソブチルケトンを含む前記反応生成物を、前記未反応のアセトンと未反応の水素とから分離する工程と；
（ｃ）前記反応帯域よりも下の箇所において、前記反応生成物を前記接触蒸留塔から取り出す工程と；
（ｄ）前記反応帯域よりも上の箇所において、未反応のアセトンと未反応の水素とを前記接触蒸留塔から取り出す工程と；
を含む、メチルイソブチルケトンの製造方法。
【請求項１３】
前記二元機能触媒は、ＶＩＩ族またはＩＢ族水素化金属と組合せた酸性イオン交換樹脂を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記触媒は、陽イオン交換樹脂表面の０．０５重量％Ｐｄを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記二元機能触媒は、ＶＩＩＩ族またはＩＢ族水素化金属と組合せたゼオライトを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記未反応のアセトンと未反応の水素とは、オーバーヘッドとして前記接触蒸留塔から取り出される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記オーバーヘッドは冷却されて、前記未反応のアセトンを凝縮し、実質的に全ての前記アセトンはオーバーヘッドとして前記接触蒸留塔に戻る、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応生成物は、ボトムとして前記接触蒸留塔から取り出される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応生成物はメチルイソブチルケトンとメシチルオキシドとを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記反応生成物はさらに処理されて、前記メチルイソブチルケトンを前記メシチルオキシドから分離する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）イオン交換樹脂表面の０．０５重量％Ｐｄを含む触媒を反応帯域中に含む接触蒸留塔に、アセトンと水素とを充填する工程と；
（ｂ）前記反応帯域中で同時に；
（ｉ）前記アセトンと水素とを反応させて、未反応のアセトン、未反応の水素、並びにメチルイソブチルケトン及びメシチルオキシドを含む反応生成物を含む反応混合物を生成し、
（ｉｉ）メチルイソブチルケトンとメシチルオキシドとを含む前記反応生成物を、前記未反応のアセトンと未反応の水素とから分離する工程と；
（ｃ）前記反応生成物をボトムとして前記接触蒸留塔から取り出す工程と；
（ｄ）未反応のアセトンと未反応の水素とをオーバーヘッドとして前記接触蒸留塔から取り出す工程と；
（ｅ）前記オーバーヘッドを冷却して、前記未反応のアセトンを凝縮する工程と；
（ｆ）実質的に全ての前記アセトンを還流として前記接触蒸留塔に戻す工程と；
（ｇ）前記メチルイソブチルケトンを、前記反応生成物の残りの部分から分離する工程と；
を含む、メチルイソブチルケトンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、重要な工業溶剤であるメチルイソブチルケトンの製造に関する。本発明は特に、メチルイソブチルケトンを製造する方法に関する。本発明によればメチルイソブチルケトンを製造する方法が得られ、この方法は、アセトンと水素とを処理帯域中に導入することと；処理帯域中、水素の存在下で、アセトンに接触蒸留を施して、少なくとも幾らかのアセトンをメチルイソブチルケトンに転化することと；処理帯域からメチルイソブチルケトンを取り出すことと；を含む。
【０００２】
発明の要約
接触蒸留は、単一の処理帯域中で、蒸留と同時にまたは蒸留と組み合わせて化学反応を達成することを含む。本発明においては、処理帯域中で以下の反応が起きてメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）を生成する：
0004245275.tif 000002
水素化：
0004245275.tif 000003
二量化／脱水反応（１）は、従来の稼働条件下では平衡によって非常に制限される（extremely equilibrium limited）。
【０００３】
処理帯域は従って、（ｉ）アセトンをメシチルオキシドに転化するためのアセトンの二量化／脱水反応、すなわち反応（１）と、メシチルオキシドをメチルイソブチルケトンに転化するための水素化反応、すなわち反応（２）とが触媒の存在下で起きる少なくとも１つの反応帯域と、（ｉｉ）反応帯域から生じた反応生成物及び／または未反応の反応体の蒸留が起きかつ反応帯域に隣接する少なくとも１つの蒸留帯域と、を備える。
【０００４】
本触媒は好ましくは二元機能性である。従って本触媒は、二量化／脱水反応すなわち反応（１）と水素化反応すなわち反応（２）とを促進または触媒できる。性質が酸性である本触媒の二量化／脱水機能（反応（１））は、イオン交換樹脂の例えばジビニルベンゼンに基づく陽イオン交換樹脂、スチレンに基づく陽イオン交換樹脂、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）樹脂、若くはその他同様なもの；ゼオライト、またはアルミナによって与えることができ、好ましくは陽イオン交換樹脂による。樹脂類は温度制限を有するので、反応帯域中の温度条件は約１３５℃を超えるべきではない。水素化機能は金属によって与えることができ、好ましくは元素周期表のＶＩＩＩ族及びＩＢ族の金属の、例えばニッケル、パラジウムまたは銅による。
【０００５】
処理帯域は一般的に塔によって与えられる。本触媒は粒子状形態としてよく、また、反応帯域中に位置する充填床の形態で配設してよい。触媒床は、アセトンが塔に入る箇所またはレベルよりも上に位置してよい。適切な充填蒸留媒体の例えばラシヒリング、または蒸留装置若くは設備を次に、塔中の触媒床よりも下に及び／またはよりも上に、すなわち蒸留帯域中に設ける。
【０００６】
塔の圧力においてアセトンがその沸点にあるように、塔内部の温度と圧力とを選択する。すなわち、塔内部の温度を圧力によって制御する。アセトンの沸点の圧力による変化は、例えばＰＲＯ  ＩＩという商標でSimulation Sciences, Inc.から入手可能なシミュレーションパッケージ等のシミュレーションパッケージのような周知の源から得られる。塔の中の温度条件は好ましくは５０℃〜１６０℃、より好ましくは１００℃〜１３５℃である。こうした温度条件下で、アセトンをその沸点に維持するのに必要な圧力は１５barを超えない。
【０００７】
塔の中への水素の導入は好ましくは、アセトンよりも低いレベルであるがリボイラーよりも上である。
メチルイソブチルケトン、任意の他の副産物、及び凝縮したアセトンを、反応帯域の底部に移動させることができ、こうした成分を、塔または反応帯域の底部に位置する再沸騰段中で再沸騰させる。メチルイソブチルケトンと任意の他の副産物とはアセトンよりも高い沸点を有し、従って再沸騰によって大幅に蒸発せず、生成物の留分または流れとして除去できる。
【０００８】
いかなる未反応の蒸発したアセトンも、塔の頂部から取り出し、凝縮し、還流として触媒床においてまたはそれよりも上で塔に戻してよい。
本発明の１実施例においては、本方法は連続法であり、再沸騰段のすぐ上の塔の底部にアセトンを導入することと、生成物の留分または流れを再沸騰段から連続的に取り出すこととを有する。
【０００９】
しかしながら本発明の別の実施例においては、本方法はバッチ法としてよく、アセトンを最初に再沸騰段中に導入することを有する。この方法は次に、再沸騰段中で所望の生成物の仕様が実現した時に終了してよく、その後メチルイソブチルケトン含有生成物の留分を再沸騰段から取り出す。
【００１０】
好適な実施例の説明
本発明をここから、例として添付の線図と下文で述べる限定するものではない実施例とに関連して説明する。
【００１１】
図１を参照すると、参照符号１０は全体として、メチルイソブチルケトンを製造するための、本発明の１実施例による方法を示す。
方法１０は、４つの帯域１４、１６、１８及び２０を内部に有する接触蒸留塔１２を含み、帯域１４は最下部に位置し、帯域２０は最上部に位置する。帯域１４、１６、及び２０は蒸留帯域であり、蒸留充填材の例えばラシヒリングを充填してある。帯域１８は反応帯域であり、充填触媒床を含む。床１８中の触媒は粒子状形態であり、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ樹脂、ゼオライト類またはアルミナ等の二量化／脱水機能を有する粒子状触媒成分と、ニッケル、パラジウムまたは銅等の水素化機能を有する粒子状触媒成分との組合せまたは混合物である。
【００１２】
アセトン供給ライン２４は帯域１６に至り、一方、水素供給ライン２２は帯域１４に至る。
リボイラー２６は塔１２の下端に位置し、適切な加熱手段２８の例えば蒸気加熱コイルまたは電気加熱要素と、リボイラー２６から延び出る生成物取り出しライン３０とが取り付けられている。
【００１３】
蒸気取り出しライン３２は、塔１２の頂部から延び出て凝縮器３４に至り、凝縮器３４は、適切な冷却または凝縮手段３６の例えば冷却水供給と、塔１２の帯域２０に戻る戻りラインまたは還流ライン３８とを備える。水素取り出しライン４０は還流ライン３８から延び出ており、ライン４０中に取り付けた背圧調整器（図示せず）を通していかなる過剰の水素も取り出す。
【００１４】
触媒床は、帯域１８中に位置する代わりに、アセトン供給ライン２４と水素供給ライン２２とが触媒床よりも下に位置するならば、塔１２の別の帯域中に位置できることは了解されるはずである。
【００１５】
使用に際しては、液体アセトンを、アセトン供給ライン２４を通して塔１２の帯域１６に供給する。同時に水素ガスを、水素供給ライン２２を通して塔１４の帯域１６に導入する。
【００１６】
塔１２内部の温度を圧力によって制御する。例えばＰＲＯ  ＩＩという商標でSimulation Sciences, Inc.から入手可能なシミュレーションパッケージ等のシミュレーションパッケージから得ることができるようなアセトンの沸点の圧力による変化を用いて選択した圧力条件下で、アセトンがその沸点にあるように、圧力と温度との条件を選択する。従って、蒸留塔１２中の温度を１００℃〜１３５℃の領域に維持でき、その場合、アセトンをその沸点に保つように圧力を適合させる。当然リボイラー２６は、入ってくるアセトンを蒸発させ、蒸発した状態に維持するのに役立つ。
【００１７】
ガス状の水素と蒸発したアセトンとは従って塔１２を上昇し、反応帯域１８中の触媒床内部で反応する。最初にメシチルオキシド（ＭＳＯ）を、上文で説明した反応（１）に従って形成する。次にメシチルオキシドを、上文で説明した反応（２）に従って水素化してメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）にする。
【００１８】
形成されたメチルイソブチルケトンと任意の他の副産物とはアセトン供給物よりも高い沸点を有し、従ってリボイラー２６中に落下し、リボイラー２６から生成物取り出しライン３０に沿って除去される。
【００１９】
未反応のアセトンを塔１２の頂部において還流するために、フローライン３２に沿って取り出し、凝縮器３４中で凝縮させ、フローライン３８に沿って塔の頂部に戻す。反応（１）、（２）、及び（３）において軽沸点成分（light boiling component）は形成されず、従って、塔１２から取り出す塔頂留出物はない。すなわち、塔１２を全還流下で稼働させる。いかなる未反応の水素もフローライン４０に沿って取り出す。
【００２０】
メチルイソブチルケトン生成物は従って、単一の接触蒸留塔１２を使用して１段階で形成される。
必要ならば、すなわち使用する触媒の選択率によっては、形成された任意の副産物は、フローライン３０によって通じる下流の別の蒸留塔（図示せず）中でメチルイソブチルケトンから分離してよい。
【００２１】
図２を参照すると、参照符号５０は全体として、メチルイソブチルケトンを製造するための、本発明の別の実施例による方法を示す。
方法５０のうち、図１に関連して上文で説明した方法１０の部分と同じかまたは同様の部分は同じ参照符号を用いて示す。
【００２２】
方法５０は塔５２を含む。塔５２は塔１２と同様であるが、３つの帯域５４、５６、及び５８のみを有し、帯域５４は最下部に位置し、帯域５８は最上部に位置する。蒸留媒体の例えばラシヒリングを蒸留帯域５４、５８中に入れ、一方、触媒床を反応帯域５６中に設ける。水素供給ライン２２は、帯域５４の下部に至る。
【００２３】
方法５０はバッチ法であり、塔５２に至るアセトン供給ラインは無い。しかしながら、１バッチ分のアセトンを最初にリボイラー２６中に導入する。
リボイラー２６を電気的に加熱するので、加熱手段２８は電気加熱要素の形態である。
【００２４】
使用に際しては、リボイラー２６中で蒸発したアセトンと水素ガスとは、帯域５６中の触媒床を通って上方へ向かって移動する。未反応のアセトンを、フローライン３２を通して出し、凝縮器３４中で凝縮させ、フローライン３８を通して塔の頂部に戻す。未反応の水素をフローライン４０に沿って取り出す。
【００２５】
形成されたより高沸点のメチルイソブチルケトン生成物と任意の他の副生物とはリボイラー２６中に落下する。リボイラー２６の内容物を定期的に分析する。アセトンの沸騰に有利であるように塔内部の圧力条件を適合させてあるので、より高沸点の生成物はリボイラー中で沸騰して塔５２を上昇することができない。リボイラー２６中に存在するアセトンのみが沸騰して蒸発し、従って塔５２を上昇する。このようにして、もはやアセトンが反応に利用できなくなる時まで、ますます多くのメチルイソブチルケトンと他の副生物とがリボイラー２６中に蓄積する。利用できるアセトンを全て使用し終わった時に、フローライン３２に沿って移動する成分は無くなるので凝縮負荷（condenser duty）はゼロに低下し、この時点において反応は終了し、メチルイソブチルケトン生成物をフローライン３０に沿って取り出す。
【００２６】
アセトンの二量化／脱水反応、すなわち反応（１）は、特定の反応条件下では平衡によって非常に制限されることと、従って、接触蒸留技術から利益を得る可能性があると思われることとを示すために、実施例１を次の通りに行った：
実施例１
平衡値に近い転化データを得るように、アセトンの二量化／脱水反応（反応（１））を、バッチオートクレーブ中で４８時間にわたって実行した。１００mlのアセトンと１０mlの粒子状の０．０５％Ｐｄ／Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ  Ｒｈｏｍ  ＆  Ｈａａｓ  １５触媒を、オートクレーブすなわち反応器中に充填した。反応器を次に窒素を用いて２回パージし、その後窒素を用いて５barに加圧した。それに続いて反応器を、１１０℃、攪拌機速度２００rpmで４８時間加熱した。冷却後に、反応器の内容物をガスクロマトグラフィー（ＧＣ）によって分析し、このランから得られた結果を表１に与える。
【００２７】
表１から明らかなように、アセトンの転化は１０％未満であり、アセトンの二量化反応は、与えられた反応条件下では平衡によって非常に制限されることと、接触蒸留技術から利益を得る可能性があることとが示される。
【００２８】
0004245275.tif 000004
接触蒸留は、実施例１の平衡によって制限されるアセトンの二量化反応の転化を増大させるという利点を有することが意外にも見い出された。このために実施例２において、実質的に図３に従いしかし水素供給物を有しないバッチ式接触蒸留塔を使用した。
【００２９】
実施例２
１００mlの粒子状の０．０５％Ｐｄ／Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ  １５触媒をバッチ蒸留塔５２の反応帯域５６中に充填し、残りの帯域すなわち区画５４及び５８に６mmのラシヒリング蒸留充填材を充填した。１lのアセトンを塔のリボイラー中に充填した。塔を次に、窒素を使用して５barに加圧した。リボイラーの加熱を開始し、リボイラーの試料をＧＣ分析のために定期的に採取した。
【００３０】
このランから得られたデータを下記の表２に提出する。接触蒸留を使用した際には、実施例１におけるように同様の反応条件下で従来のバッチ反応器を使用した際に得られた転化よりも、はるかに高い転化が得られる。この実施例の結果によって、接触蒸留技術は、平衡によって制限されるアセトンの二量化反応の転化を増大させるという利点を有することが明確に証明される。
【００３１】
0004245275.tif 000005
実施例３において実施例１を繰り返したが、ただし、窒素の代わりに水素を使用してオートクレーブを加圧した。
【００３２】
実施例３
反応条件は従って、実施例１において説明したものと同じだった。しかしながら、窒素の代わりに水素を使用して、オートクレーブを４８時間にわたって５barに加圧した。
【００３３】
このランの結果を表３に与える。窒素の代わりに水素を使用した際には、アセトンの転化ははるかに高く、というのはメシチルオキシドは水素化されてメチルイソブチルケトンになり、これは、生成物すなわちメチルイソブチルケトン側の方へ平衡を押す助けとなるからである。アセトンの転化は、しかしながら、水素の無い状態で接触蒸留技術を使用した際（表２）よりも依然として低い。加えて、水素の存在下でさえも、形成された他の生成物が依然として多くある。こうした他の生成物は、ＭＳＯへのさらなる反応から生じる副産物であり、例えばホロン、イソホロン、メシチレン等である。
【００３４】
0004245275.tif 000006
この後、実施例４において実施例２を繰り返したが、ただし、水素供給物を使用した、すなわち、水素を使用して塔を加圧した。
【００３５】
実施例４
実施例２において使用したものと同じバッチ接触蒸留塔中で反応を実行したが、水素を使用して塔を加圧した。水素は、触媒すなわち反応帯域を流量７ノルマルリットル毎時（normal liter per hour）で通過した。結果を表４に与える。この結果は、接触蒸留はアセトンの転化を向上することを示す。しかしながら、形成されたメシチルオキシドが全て水素化されてメチルイソブチルケトンになるわけではなく、これは、このランにおいて使用した低圧条件（５bar）下で使用した低水素流量が原因である。
【００３６】
0004245275.tif 000007
実施例５において実施例４を繰り返したが、ただし、より高い水素流量を使用した。
【００３７】
実施例５
アセトンの二量化を従って実施例４におけるように実行した。水素流量を１２ノルマルリットル毎時に増大させた。結果を表５に示す。水素流量の増大に伴って、より多くのメチルイソブチルケトンがメシチルオキシドの水素化によって形成される；しかしながら、形成されたメシチルオキシドが全て転化されてメチルイソブチルケトンになるわけではない。このことは、このランにおいて使用した５barという低圧条件下ではより高い水素流量が望ましいか、または、水素流量１２ノルマルリットル毎時を維持しながら圧力を５barを超えて増大させる必要があることを示す。
【００３８】
0004245275.tif 000008
実施例６において、圧力を５barに維持し、水素流量をなおさらに増大させた。
【００３９】
実施例６
アセトンの二量化を実施例５におけるように実行した。水素流量を５５ノルマルリットル毎時に増大させた。結果を表６に示す。水素流量の増大に伴って、より多くのメチルイソブチルケトンがメシチルオキシドの水素化によって形成される。表５及び表６から、水素流量を１２から５５ノルマルリットル毎時に増大させた場合により少ない副産物が形成されることが明らかであり、メシチルオキシド中間体から副産物が形成されることを示す。
【００４０】
0004245275.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【図１】  メチルイソブチルケトンを製造するための、本発明の１実施例による方法を概略的にかつ簡略化した流れ図形態で示す。
【図２】  メチルイソブチルケトンを製造するための、本発明の別の実施例による方法を概略的にかつ簡略化した流れ図形態で示す。
【図１】
0004245275.tif 000010
【図２】
0004245275.tif 000011