(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸留が１６０℃以下の塔底温度を有する塔を使用しそして５ｂａｒ以下の絶対圧力において実施され、塔頂において蒸留されたアンモニアが１０〜２５ｂａｒの絶対圧力に圧縮されそして後２５〜６０℃の温度において凝縮されることを特徴とする、カプロラクタム水溶液に含まれるアンモニアを蒸留により分離する方法。
【請求項２】
塔底温度が１４５℃以下でありそして絶対圧力が３．５ｂａｒ以下であることを特徴とする請求項１に従う方法。
【請求項３】
塔頂において蒸留されるアンモニアの圧力が容積型の或いは遠心型の圧縮機により増大されることを特徴とする請求項１又は２いずれかに従う方法。
【請求項４】
使用される水溶液が前記溶液の総重量に対して５〜８０重量％のカプロラクタム及び前記溶液の総重量に対して０．８５〜１５重量％のアンモニアを含有する請求項１〜３いずれかに従う方法。
【請求項５】
使用される水溶液が前記溶液の総重量に対して２０〜７５重量％のカプロラクタム及び前記溶液の総重量に対して３．５〜１４重量％のアンモニアを含有する請求項１〜４いずれかに従う方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、混合物から、特にはアミノニトリルと水との間での反応（この反応はまた環化加水分解と呼ばれる）から生じる混合物からアンモニアを蒸留するための改善されたプロセスに関する。
【０００２】
ラクタムを形成するためのアミノニトリルの環化加水分解中、ラクタム１分子当たりアンモニア１分子もまた形成される。
【０００３】
従って、反応の終わりにおいて、反応混合物は、少なくとも生成されたラクタム、過剰の水及びアンモニアを含有している。
【０００４】
混合物はまた、反応しなかったもっと少ない量のアミノニトリル或いは可能性として反応副産物を含む可能性がある。
【０００５】
混合物はまた、環化加水分解反応において溶剤が使用された場合には溶剤を含む可能性もある。
【０００６】
アミノニトリルの環化加水分解二よりラクタムを調製する様々のプロセスの記載としては、例えば、特許ＥＰ−Ａ−０６５９７４１号或いは国際特許出願ＷＯ−Ａ−９６／２２９７４或いは国際特許出願ＷＯ−Ａ−９５／１４６６４及び９５／１４６６５を参照されたい。
【０００７】
環化加水分解は、蒸気相において若しくは液体相において実施されうる。本発明プロセスは、これら調製方法のいずれから生成する混合物にも適用しうる。
【０００８】
アミノニトリルのラクタムへの環化加水分解から生じる溶液のうちでも、６−アミノカプロニトリルと水からのカプロラクタムの調製に相当するものが、このカプロラクタムが重合化に際してナイロン−６を生み出すから、工業的観点から最も重要である。
【０００９】
従って、本発明プロセスは、特にはカプロラクタムの水溶液からアンモニアの蒸留に言及するが、本発明は他の種のラクタムの水溶液にも準用しうる。
【００１０】
カプロラクタム水溶液に溶解しているアンモニアを分離することが所望されるとき、カプロラクタムの劣化をできる限り防止することが必要である。これは、蒸留中、塔（カラム）底における温度が好ましくは１６０℃以下、一層好ましくは１４５℃以下の値に維持されるべきであることを意味する。この制約は、絶対圧力が５ｂａｒ以下、好ましくは３．５ｂａｒ以下の値に制限されねばならないことを意味する。
上記の結果として、塔頂を離れるアンモニアの温度は、採用された上記絶対圧力限界に依存して、＋５℃以下そして好ましくは−６℃以下である。
【００１１】
工業プロセスにおいて、塔頂でのアンモニアの有効な凝縮には、かなりの出力の冷凍ユニットを必要とする。例えば、３００ｋＷの冷凍ユニットが、アンモニアの約１２００ｋｇ／ｈｒを蒸留するのに必要とされる。
【００１２】
本発明の主題は、同じ産出量のアンモニアに対して所要エネルギー、特に電力の消費を減じることを可能とする条件の下で、カプロラクタム水溶液に含まれるアンモニアを、該溶液の塔底での温度を１６０℃以下、好ましくは１４５℃以下の値に維持することにより、蒸留により、分離するためのプロセスである。
【００１３】
より詳しくは、本発明は、蒸留が１６０℃以下の塔底温度を有する塔を使用しそして５ｂａｒ以下の絶対圧力において実施され、塔頂において蒸留されたアンモニアが１０ｂａｒ以上の圧力に圧縮されそして後２５〜６０℃の温度において凝縮されることを特徴とする、カプロラクタム水溶液に含まれるアンモニアを蒸留するプロセスから成る。
【００１４】
好ましくは、塔底における温度は、１４５℃以下でありそして絶対圧力は３．５ｂａｒ以下である。
【００１５】
塔頂で蒸留されるアンモニアは、好ましくは、１０ｂａｒ〜２５ｂａｒの範囲の圧力に圧縮される。
【００１６】
凝縮後、１０〜２５ｂａｒの圧力において得られる液体アンモニアは、液体／蒸気分離器における塔圧力にまで膨脹される。膨脹中、アンモニアは、部分的に蒸発しそして冷え、そして発生した蒸気は蒸留塔の頂部に送られそして後塔頂における圧縮機により再圧縮される。液体／蒸気分離器において回収された液体は、ポンプ加圧されそして後その一部は環流として塔頂部に戻され、回収される純アンモニアを構成する残部は利用可能な生成物として送り出される。
【００１７】
この溶液は、蒸留アンモニアを凝縮するのに外部冷凍ユニットの存在を必要としない。圧縮のために必要なエネルギーは、前記冷凍ユニットが存在するなら消費されるであろうエネルギーの約７０％のオーダにある。
【００１８】
加えて、本プロセスに必要な設備投資は、流れが流通される方式が簡易化されるため少なくて済む。
【００１９】
アンモニアを含有するカプロラクタム水溶液は、カプロラクタムを調製する条件、殊に初期水／アミノニトリルモル比そして有機溶剤が存在するか否かに依存して大きく変動するカプロラクタム濃度及びアンモニア濃度を有する。カプロラクタム濃度は一般に、溶液の総重量に対して５〜８０重量％、好ましくは２０〜７５重量％の範囲をとりうる。アンモニア濃度は一般に、溶液の総重量に対して０．８５〜１５重量％、好ましくは３．５〜１４重量％の範囲をとりうる。
【００２０】
蒸留されるべきアンモニアは、それを含む水溶液中の他の化合物とは非常に異なった物理的特性を有するから、非常に多数の理論段数を備える塔を使用する必要はない。
【００２１】
約１０理論トレイを有する充填塔が本発明プロセスを実施するために非常に好適である。しかし、この目安の値は、本発明範囲の絶対的制限を構成するものでない。もっと高性能の塔も使用できるが、欠点として一層高い設備投資を必要とし、他方もっと効果の低い塔も好ましくないが使用可能である。
【００２２】
使用される充填物は、様々の製造業者により提唱されそして斯界での基準に応じて寸法づけられた充填率の低い充填物或いは規則正しく配列された充填物型式のものでありうる。
【００２３】
ヘッド損失の観点からあまり好ましくないが、トレイを備える塔を使用することもまた可能である。
【００２４】
オーバーヘッド蒸気圧縮機は、用途及び処理容量に依存して、例えば往復動圧縮機若しくはスクリュー圧縮機のような容積型圧縮機型式或いは遠心型式のものでありうる。但し、これら以外の技術も、上述したプロセスに対して使用可能である。
【００２５】
以下の例は、本発明を例示する。本例及び比較試験は８ｔ／ｈのカプロラクタムの製造に対応するものである。
【００２６】
（例１：オーバーヘッド圧縮を使用しての蒸留）
次の組成を有する生成物の蒸留：
−アンモニア：９重量％
−水：３０重量％
−カプロラクタム：６１重量％
蒸留塔の特性は次の通りである：
−蒸留ステージの数：１０
−環流比：０．３０
−塔頂における絶対運転圧力：３．５ｂａｒ
−頭頂温度：３５℃
−塔底温度：１４５℃
−ボイラーの熱負荷：１．１Ｇｃａｌ／ｈ
−オーバーヘッド圧縮機の絶対出口圧力：１４ｂａｒ
−オーバーヘッド圧縮機により消費される電力：１６０ｋＷ
−圧縮機出口における凝縮器の熱負荷：０．７Ｇｃａｌ／ｈ
【００２７】
アンモニアを蒸留除去後に得られたカプロラクタム溶液は、次の組成を有した:
−アンモニア：０．０１重量％
−水：３３重量％
−カプロラクタム：６７重量％
【００２８】
（比較試験１：塔頂において冷凍ユニットを使用する従来からの蒸留）
次の組成を有する生成物の蒸留：
−アンモニア：９重量％
−水：３０重量％
−カプロラクタム：６１重量％
蒸留塔の特性は次の通りである：
−蒸留ステージの数：１０
−環流比：０．３５
−塔頂における絶対運転圧力：３．５ｂａｒ
−塔頂温度：−９℃
−塔底温度：１４５℃
−ボイラーの熱負荷：１．１Ｇｃａｌ／ｈ
−凝縮器の熱負荷：０．５Ｇｃａｌ／ｈ
−冷凍ユニットにより消費される電力：２７０ｋＷ、但し、３５℃で凝縮
【００２９】
アンモニアを蒸留除去後に得られたカプロラクタム溶液は、次の組成を有した:
−アンモニア：０．０１重量％
−水：３３重量％
−カプロラクタム：６７重量％
【００３０】
例１における蒸留の性能は、比較試験におけるのと、アンモニア分離効率に関して全く同等である。
これら結果を実現するためのエネルギー消費量は、本発明に従うプロセスにおいて顕著に少ない。