KR920005784B1 - 할로겐화 벤젠 유도체의 제조방법 - Google Patents
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Description
도면은 모의 이동상을 이용한 2염화 벤젠 이성체의 연속흡착 분리를 예시하는 흐름도이다.
본 발명은 할로겐화 벤젠 유도체를 흡착분리에 의해 제조하는 방법에 관한 것이다.
할로겐화 벤젠 유도체의 대표적 물질로서는 예를들면 디클로로벤젠, 클로로톨루엔, 디클로로톨루엔, 디클로로큐멘등을 들 수 있다. 이들은 농약, 의약의 합성중간체로서 중요하다. 할로겐화 벤젠 유도체는, 일반으로 벤젠, 알킬벤젠 또는 할로겐화 알킬벤젠의 할로겐화에 의해 이성체 혼합물로서 얻어지며, 이 이성체 혼합물로부터 목적의 이성체를 분리함으로써 제조된다. 이성체의 분리는 증류분리, 정석분리, 흡착분리 등에 의하나, 비점차, 응고점차는 일반으로 작기 때문에 종래의 일반적인 증류분리법, 정석분리법의 적용이 곤란한 경우가 많다.
한편 근년에 촉매에 의한 크실렌으로 대표되는 디알킬벤젠을 이성화시키는 방법(USP 4409413 등) 및 디알킬벤젠 이성체 혼합물을 제올라이트 흡착제에 의해 흡착분리하는 방법(특공소 42-15681호 공보, 특공소 58-38202호 공보 등)이 개발되었다. 이들의 방법에 의하면, 목적의 이성체를 어느 정도 고순도로 분리할 수 있다. 또 분리 후의 나머지의 성분을 이성체화 공정으로 돌리고, 이성화시켜서, 다시 흡착분리공정에서 목적의 이성체를 분리함으로써, 궁극적으로 목적의 이성체만을 제조할 수 있다.
그러나, 할로겐화 벤젠 유도체의 제조에 상기의 이성화와 흡착분리에 의한 제조방법을 응용한 경우, 제올라이트 흡착제의 열화가 서서히 일어나서 생산성의 저하가 문제가 된다.
본 발명자들은 제올라이트 흡착제의 열화원인에 대하여 예의 검토를 진행한 경과, 원료에 포함되는 반응시에 부생하는 미량의 수분이 열화의 원인인 것을 발견하였다. 또 본 발명자들은 파우저사이트(faujasite)형 제올라이트와 같이, 물을 강하게 흡착하는 제올라이트 만큼, 흡착제의 열화정도가 큰 것을 발견하였다.
그리고 흡착원료중에 물과 할로겐화 수소가 고농도로 공존하는 경우에는 제올라이트 흡착제를 파괴하여, 흡착능력을 현저하게 저하시키는 것을 발견하였다.
그리고 본 발명자들은 이들 실질상 무시할 수 있는 정도까지 제거함으로써 흡착제의 열화를 대폭으로 억제할 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명의 하나의 목적은 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을 제올라이트 흡착제와 접촉시켜서 목적의 이성체를 선택적으로 분리할 때, 제올라이트 흡착제의 열화를 방지하여 생산성의 저하없이 장기간 공업적으로 분리가능한 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을 제올라이트 흡착제와 접촉시켜서 목적의 이성체를 고순도로 분리하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기타 목적, 특성 및 이점은 다음의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.
이들의 목적은 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을 증류처리 또는 방산처리에 제공하여 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물에서 할로겐화 수소를 제거한 후, 제올라이트 흡착제와 접촉시켜서, 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체의 목적물을 선택적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 제조법에 의해서 달성된다.
본 발명에서 원료로서 사용하는 할로겐화 벤젠 유도체는 예를들면 다음의 일반식(I)
(식중, X1은 할로겐원자를 표시하며, X2, X3는 각각 할로겐원자 또는 수소원자를 표시하며, R은 저급알킬기 또는 할로겐원자를 표시한다). 로 표시되는 화합물을 들수 있다.
여기서 R은 저급알킬기이며, 탄소원자수 1 내지 4의 알킬기를 나타낸다. R은 구체예로서는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, i-프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다. 또 X1, X2,X3또는 R이 할로겐원자를 나타내는 경우, 할로겐원자의 종류는 동일하거나 달라도 좋다. 할로겐원자는 구체적으로는 염소원자. 브롬원자. 요오드원자 등이고, 바람직하게는 염소원자. 브롬원자이다. 할로겐화 벤젠 유도체의 구체예로서는, 예를들면 디클로로벤젠, 클로로톨루엔, 디클로로톨루엔, 트리클로로벤젠, 트리클로로톨루엔, 테트라클로로벤젠, 디브롬벤젠, 브롬톨루엔, 디브롬톨루엔, 디클로로브롬벤젠, 트리브롬벤젠, 디브롬클로로벤젠, 클로로쿠멘, 디클로로쿠멘, 트리클로로쿠멘, 디브롬쿠멘, 브롬쿠멘 등을 들 수 있다. 이중 특히, 클로로벤젠, 클로로툴루엔, 디클로로톨루엔, 디클로로쿠멘이 바람직하게 사용할 수 있다. 이들의 할로겐화 벤젠 유도체는 이성체 혼합물로서 공급된다.
본 발명에서 원료로서 사용되는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물은 벤젠, 알킬벤젠 또는 할로겐화 알킬벤젠의 할로겐화반응 또는 이성화반응에 의하여 제조되어, 반응시에 부생하는 미량의 할로겐화 수소를 함유하고 있다. 또 이러한 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물은 원래, 통상, 미량의 수분을 함유하고 있다. 할로겐화 반응 또는 이성화반응은, 상법에 의해 행할 수가 있다.
예를들면 이성화반응은, 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물 원료를 촉매와 접촉시킴으로써 행할 수 있다. 여기서 촉매로서는 염화 알루미늄이나 제올라이트를 사용할 수가 있으며, 제올라이트 촉매의 구체예로서는 파우저사이트형 제올라이트, 펜타시일형 제올라이트, 모데나이트형 제올라이트 등을 들 수가 있다. 이성화반응에 있어서 제올라이트 촉매를 사용한 경우에는 예를들면 일본국 특개소 58-144330호 공보에 따라서, 이성화반응을 실시할 수가 있다. 즉 반응온도 200 내지 550℃, 바람직하게는 250 내지 50℃로 중량공 속도(WHSV) 0.05 내지 30Hr-1, 바람직하게는 0.1 내지 20Hr-1의 조건으로서 기상반응, 액상반응, 고동상, 이동상, 유동상의 어느 방식도 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서는 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을 증류처리 또는 방산처리에 제공함으로써, 할로겐화 수소를 제거하는 것이 중요하다.
할로겐화 수소의 일반적인 제거방법인 알칼리 수용액에 의한 흡수방법에서는, 할로겐화 벤젠 유도체의 이성에 혼합물과 물의 접촉이 피할 수 없으므로 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물의 수분이 미량 용해하여 버리고, 다음 공정에서 사용하는 제올라이트 흡착제의 열화를 초래하므로 바람직하지 않다.
증류처리 또는 방산처리를 행함으로써 수분과의 접촉을 피한 그대로 할로겐화 수소를 제거하는 것이 가능하다.
증류처리 또는 빙산처리에 제공하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을 특히 한정되지 않고, 예를 들면 반응 혼합물 그대로 있어도 좋고, 또는 이성체 반응 혼합물로부터의 추출물, 유출물 등이라도 좋다.
본 발명에 있어서 방산처리한 할로겐화 수소를 함유한 원료에 질소 등의 불활성가스를 취입함으로써 휘발성분을 반응액에서 제거하는 것을 말한다. 또 증류처리는 상법에 따라서 실시하는 종류를 말한다. 증류처리 또는 방산처리는 단탑에서도 충전탑에서도 어느것이나 실시할 수 있다. 조작압은 상압, 감압 또는 가압의 어느 것이라도 좋다. 증류처리 또는 방산처리는, 반응액중의 할로겐화 수소농도가 통상, 10ppm 이하, 바람직하게는 이하로 되기까지 실시한다.
본 발명에 있어서는 증류처리 또는 방산처리에 의해, 원료중에 존재하는 수분도 동시에 제거할 수가 있어서 제올라이트 흡착제의 열화를 방지할 수 있다. 증류처리 또는 방산처리는 반응액중의 물의 농도가 통상, 10ppm 이하, 바람직하게는 1ppm이하로 되기까지 실시한다.
또 할로겐화 벤젠 유도체의 이성화반응에 불균화반응, 탈메틸화반응, 탈할로겐화반응 등의 부반응이 일어나는 경우, 부생성물로서 탈메틸 및/또는 탈할로겐된 저비성분이 생성한다. 예를들면 클로로톨루엔의 이성화 생성물에는 톨루엔 및 클로로벤젠이 미량으로 부생한다. 이와 같은 저비성분은 제올라이트 흡착제를 열화시키는 일은 없는 경우가 많으나, 제품의 고순도가 요구되는 경우, 저비성분의 제거가 필요하다. 증류처리 또는 방산처리를 실시함으로써 저비성분의 제거도 동시에 행할 수가 있다. 저비성분의 비휘발도가 작은 경우에는 다단의 증류장치 또는 방산장치를 사용하면 좋다.
이와 같이 하여 증류처리 또는 방산처리를 행한 후의 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물은 흡착분리공정에 공급된다. 흡착분리공정에서, 목적으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체를 선택적으로 분리한다.
흡착제로서는 제올라이트를 사용할 수가 있다.
제올라이트 흡착제로서는 특히 한정되지 않으나. 할로겐화 수소 및 수분에 의하여 현저한 열화를 받는 것이, 본 발명의 작용으로서 특히 바람직한 결과를 나타낸다. 구체적으로는 예를들면, X형, Y형 등의 파우저사이트형 제올라이트, ZSM-5형등의 펜타시일형 제올라이트, 모르데나이트형 제올라이트, L형 제올라이트, 베에타형 제올라이트 등을 사용한 경우에 본 발명의 효과가 현저하다.
탈착제로서는, 톨루엔, 크실렌 등 방향족 화합물을 사용할 수 있다. 흡착 및 탈착의 방법 및 조건은 통상의 방법 및 조건이 채용된다. 예를들면 일본국 특공소 63-24981호 공보의 방법에 의하여 흡착 및 탈착을 행할 수 있다.
목적물을 흡착 취득한 후의 이성체 혼합물은 다시 이성화반응에 제공되어, 목적으로 하는 이성체 농도를 편형 비율까지 높일 수 있다. 이와 같은 리사이클에 의해서 목적물을 공업적으로 유리하게 생산할 수 있다.
다음의 실시예를 참고하면, 본 발명을 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.
[실시예 1]
규산소오다 135g, Al2(SO4)3ㆍ18H2O 8.6g, n-프로필아민 15g, H2SO411.2g 및 물 400g로 된 수성 혼합물을 155℃에 72시간 유지하여 결정하여 행하고, SiO2/Al2O3비 45.5mol의 제올라이트 ZSM-5 분말을 합성하였다. 이 ZSM-5 분말을 10wt% 염화암모늄 수용액을 사용하여(고액비 2.0
/kg, 90℃에서)5회 이온교환을 행하고, 충분히 수세하여 120℃에서 15시간 건조 후, 600℃에서 2시간 공기중에서 소성하여 산형의 ZSM-5 촉매를 얻었다. 얻어진 산형의 ZSM-5 촉매를 사용하여, 고정상 유통 반응기를 사용하여, 액상에서 o-디클로로 벤젠의 이성화반응을 행하고, 염화수소를 포함 디클로로 벤젠 이성체 혼합물을 얻었다. 반응에 제공된 o-디클로로 벤젠은 미리 분자 시이브로 탈수처리한 것을 사용하였다. 이성화반응조건을 다음에 표시한다.
WHSV=4.5Hr-1
반응온도=300℃
반응압력=30kg/㎠-G
반응 후의 이성체 혼합물의 조성은 o-디클로로 벤젠 : m-디클로로 벤젠 : p-디클로로 벤젠=58 : 27 : 15이며, 염화수소농도는 120ppm, 물은 10ppm이었다. 또 부생물인 클로로벤젠의 농도는 0.09wt%였다.
얻어진 반응 혼합물을 압력 200nmHg로 약 30분간 증류하여, 반응 혼합물중에서 염화수소 및 물을 제거 하였다. 증류 후의 반응 혼합물중의 염화수소는 1ppm, 물은 6ppm, 저비성분은 0.01wt%였다.
본 이성체 혼합물을 제1도에 도시한 의사이동상 장치에서 흡착분리하였다. 제1도를 간단히 설명한다.
내용적 약 13ml의 흡착실 1 내지 12에 0.75LiO2ㆍ0.25Na2OㆍAl2O3ㆍ2.5SiO2로 나타낸다. Li로 치환된 X형 제올라이트 흡착제를 충전하였다. 라인 13에서 탈착제인 톨루엔을 300ml/hr로 공급하여, 라인 15에서 상기 이성체 혼합물을 17ml/hr로 공급하엿다. 라인 14에서 엑스트락트 흐름을 74ml/hr로 발출하여, 라인 16에서 라피네이트 흐름을 29㎖/hr로 발출하여, 나머지의 유체를 라인(17)에서 발출하였다. 또 흡착실(1)과 (12)사이의 유체의 흐름은 밸브(18)로 닫혀져 있다. 이때 약150초 간격으로 흡착실(1)을 (12)로, (11)을 (10)으로, (8)을 (7)로, (5)를 (4)로 동시에 이동시켰다(다른 흡착실도 흡착실 1실분 상방에 동시에 이동한다). 흡착온도는 130℃에서 실시하였다. 운전개시에서 2시간 후, 라피네이트 흐름에 포함되는 디클로로벤젠 혼합물중의 m-디클로로벤젠 순도는 99.5%이며, m-디클로로벤젠의 회수율은 70%였다. 또한 라피네이트 흐름, 엑스트락트 흐름을 각각 보존하여, 100시간 후에 조성을 분석하면, 라피네이트 흐름중의 디클로로 벤젠 혼합물중의 m-디클로로벤젠 순도는 99.5%이며, 회수율은 68%였다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서 반응 혼합물을 증류하는 대신에 상온상압하 N2가스를 약 1
/min으로 약 1시간 반응혼합물중에서 버어브링시킴으로써 염화수소 및 물을 방산시켜서 제거하는 이외는 실시예 1과 같이 하여 이성화반응 및 흡착분리를 행하였다. 방산 후의 반응 혼합물중의 염화수소는 8ppm, 물은 7ppm, 저비성분은 0.08wt%였다.
흡착분리개시로부터 2시간 후의 라피네이트 흐름중의 m-디클로로벤젠 순도는 99.6%이며, m-디클로로벤젠의 회수율은 68%였다. 또한 48시간 후의 라피네이트 흐름중에 m-디클로로벤젠의 순도는 99.6%이며, 회수율은 67%였다.
[비교예 1]
실시예 1에 있어서 반응 혼합물을 증류하지 않고 그대로 흡착분리공정에 공급하는 이외는 실시예 1과 같이 하여 이성화 반응 및 흡착분리를 행하였다. 반응 혼합물중의 염화수소는 120ppm, 물은 10ppm, 저비성분은 0.09wt%였다.
흡착분리 개시로부터 2시간 후의 라피네이트 흐름중의 디클로로벤젠의 순도는 99.5%이며, 회수율은 68%였다. 또한 48시간 후의 라피네이트 흐름중의 m-디클로로벤젠의 순도는 91.3%이며, 회수율은 60%였다.
[실시예 3]
실시예 1에 있어서 o-디클로로벤젠 대신에 2,5-디클로로톨루엔을 사용하는 이외는 실시예 1과 같이하여 이성화반응, 증류처리를 행하고, 또한, 실시예 1에 있어서 Li로 치환된 X형 제올라이트를 사용한 이외는 실시예 1과 같이 하여 흡착분리를 행하고, 2, 6-디클로로톨루엔을 분리하였다. 결과를 표 1에 표시한다.
또 증류처리를 하지 않은 경우의 결과를 비교예 2로서, 모두 표 1에 표시한다.
[실시예 4]
실시예 1에 있어서 o-디클로로벤젠 대신에 2, 4-디클로로쿠멘을 사용하여, Li로 치환된 X형 제올라이트 대신에 K로 치환된 Y형 제올라이트를 사용하는 이외는 실시예 1과 같이하여 이성화반응, 증류처리 및 흡착분리를 행하여, 3, 5-디클로로쿠멘을 분리하였다. 결과를 표 1에 표시한다.
또 증류처리를 하지 않은 경우의 결과를 비교예 3으로서, 모두 표 1에 표시한다.
[표 1]
Claims (5)
- 할로겐화 벤젠 유도체의 이성화공정에서 생성하는 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을, 증류처리에 제공하여 이성체 혼합물을 분리함이 없이 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물에서 할로겐화 수소를 제거한 후, 제올라이트 흡착제와 접촉시켜서 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체의 목적물을 선택적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 할로겐화 벤젠 유도체는 다음의 일반식(I)
(식중, X1은 할로겐원자를 표시하며, X2, X3는 각각 할로겐원자 또는 수소원자를 표시하며, R은 저급알킬기 또는 할로겐원자를 표시한다.)으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 제조방법. - 제1항에 있어서, 제올라이트 흡착제가 몰데나이트형 제올라이트 펜타실형 제올라이트, 파우저형 제올라이트, L형 제올라이트, 베타형 제올라이트형으로 된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물이 이성화반응에 의하여 얻어진 반응 혼합물인 것을 특징으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 제조방법.
- 할로겐화 벤젠 유도체의 이성화공정에서 생성하는 할로겐화 수소를 함유하는 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물을, 방산 처리에 제공하여 이성체 혼합물을 분리함이 없이 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체 혼합물에서 할로겐화 수소를 제거한 후, 제올라이트 흡착제와 접촉시켜서 할로겐화 벤젠 유도체의 이성체의 목적물을 선택적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 할로겐화 벤젠 유도체의 제조방법.
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1989
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