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JPS6243974B2 - - Google Patents
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JPS6243974B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6243974B2
JPS6243974B2 JP21650082A JP21650082A JPS6243974B2 JP S6243974 B2 JPS6243974 B2 JP S6243974B2 JP 21650082 A JP21650082 A JP 21650082A JP 21650082 A JP21650082 A JP 21650082A JP S6243974 B2 JPS6243974 B2 JP S6243974B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
aqueous solution
reaction zone
formaldehyde
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP21650082A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59106427A (en
Inventor
Osamu Yamada
Tsumoru Tsureshita
Yoichi Ninagawa
Sunao Kyo
Takayoshi Oosaki
Koichi Kushida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
Priority to JP21650082A priority Critical patent/JPS59106427A/en
Priority to US06/540,870 priority patent/US4511751A/en
Priority to CA000438807A priority patent/CA1215083A/en
Priority to EP83110225A priority patent/EP0106323B1/en
Priority to DE8383110225T priority patent/DE3371902D1/en
Publication of JPS59106427A publication Critical patent/JPS59106427A/en
Publication of JPS6243974B2 publication Critical patent/JPS6243974B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はイソブテンおよび/または第3級ブタ
ノール(これらをC4と呼称することがある)と
ホルムアルデヒド(これをFAと呼称することが
ある)この反応によるイソプレンの製造法に関す
る。 イソブテンもしくはその前駆体とホルムアルデ
ヒドを反応させて一段でイソプレンを合成する試
みは古くから行われており、種々の方法が提唱さ
れている。例えば特公昭46−6936号公報には燐酸
−酸化カルシウム−酸化クロム系触媒を用いた気
相での反応方法が開示されている。しかし、この
方法は触媒寿命が極めて短く、とうてい実用に耐
えるものではない。 特公昭48−28884号公報、特公昭49−10926号公
報、特公昭52−30483号公報および特開昭57−
130928号公報には、種々の酸水溶液を触媒に用い
た液相での反応方法が開示されている。しかし、
本発明者らがこれらの特許公報を追試したとこ
ろ、反応成績、反応方法その他の点で工業的に満
足しうる結果は得られなかつた(後述の参考例参
照)。 特開昭52−91807号公報にはスルフアニル酸誘
導体を触媒とするバツチ式またはピストンフロー
型の反応により70%を越える収率でイソプレンが
生成したことが開示されているが、本発明者らが
追試したところ主生成物は4・4−ジメチル−
1・3−ジオキサンであり、イソプレンは極く微
量しか生成しなかつた(後述の参考例5参照)。
また前述した特許公報に記載の方法においては、
反応を大過剰のイソブテンの存在下かつイソブテ
ンの臨界温度以上の温度条件下、密閉系で行なつ
ているが、かかる反応方法では高圧を必要とし設
備費がかさむという欠点がある。 以上述べたように、イソブテンおよび/または
第3級ブタノールとホルムアルデヒドから一段で
イソプレンを製造する方法には解決すべき問題点
が多く含まれており、そのことがイソプレンの製
造に4・4−ジメチル−1・3−ジオキサンを経
由するいわゆる二段法が採用されてきた大きな原
因となつている。 本発明者らは先にこれら液相における一段での
イソプレンの製造法について種々な角度から検討
した結果、酸性水溶液中にC4とFAを水と共に連
続的または断続的に供給しかつ反応系の有機物の
分圧と水の分圧の割合を特定の範囲に保つと同時
に生成するイソプレンならびに未反応原料を水と
共に反応帯域外に留出させながら反応を行うこと
によつてイソプレンが好収率で得られることを見
出した(特開昭59−70623号)。しかしイソブテン
とFAから一段でイソプレンを得る反応では本質
的に反応帯域におけるイソブテン/FA比を大き
くする必要があり、その結果反応操作は多大のエ
ネルギーを消費するという欠点を伴う。すなわち
FAに対して過剰のC4を用いるとCC4の蒸発、凝
縮および循環に多大のエネルギーが消費されるこ
とになる。そして本発明者らが先に見出した方法
に従つて反応系の有機物の分圧と水の分圧の割合
を特定の範囲に保ちながら反応を行う場合には
C4の増大に対応して蒸発させる水の量を増大さ
せる必要があり、このことが消費されるエネルギ
ーの一層の増大につながる。 本発明によれば、上記の欠点は、イソブテンお
よび/または第3級ブタノールとホルムアルデヒ
ドを酸性水溶液中で反応させることによりイソプ
レンを製造する方法において、 (a) 直列に接続した複数の反応帯域に酸性水溶液
を存在させ、 (b) 第1反応帯域にイソブテンおよび/または第
3級ブタノールを連続的または断続的に供給す
るとともに各反応帯域にホルムアルデヒド源お
よび水を連続的または断続的に供給し、 (c) 各反応帯域からイソプレン、低沸点副生物お
よび未反応原料を水とともに留出させ、これを
次位の反応帯域に供給し、 (d) 最終反応帯域から得られる留出物よりイソプ
レンを回収することにより改善されることが見
出された。すなわち本発明方法によれば反応帯
域の全容積および全反応帯域を通して用いられ
るC4とFAの比(以下全反応帯域を通して用い
られるC4とFAの比をC4/FAと記す)を変化
させることなく各反応帯域におけるC4とFAの
比(以下各反応帯域におけるC4とFAの比を
C/Fと記す)を増大させ、イソプレンの生成
にとつてより有利な条件を実現することができ
る。そしてFAの供給速度の他に水の供給速
度、反応圧力、反応温度、酸性水溶液の酸強度
および反応帯域の容積を各反応帯域毎に適切に
選択することができるので、生成したイソプレ
ンの逐次反応による損失よりもC/Fの値を高
めることによるイソプレン収率の向上の方を大
きくすることができる。その結果、本発明方法
によれば単一の反応帯域において反応を行う場
合に比べて同一のC4/FAの値に於けるイソプ
レンの収率を増大させることができる。言い換
えれば本発明方法によれば単一の反応帯域にお
いて反応を行う場合に比べて同一のイソプレン
収率を達成するのに必要なC4/FAの値を小さ
くすることができるので、C4の使用量および
蒸発させるべき水の量を減少させ、エネルギー
的に有利にイソプレンを製造することができ
る。 本発明により奏される効果はC4/FAが小さい
場合ほど顕著に現われるが、イソプレンの収率を
考慮するとC4/FAは少なくとも2であるのがよ
い。C4/FAについて厳密な意味での上限はない
が、これを徒らに大きくすると接続する反応帯域
の数を増加させたことによる効果が減少するばか
りでなく、エネルギー的にも不利になる。したが
つてC4/FAは15を越えないのがよい。 本発明においては上述のようにC4をFAに対し
て過剰に用いるので、反応帯域に供給されたC4
の大部分は未反応のまま留出するが、該留出物は
反応条件下におけるイソブテンと第3級ブタノー
ルの平衡組成に近い組成を有するので、未反応の
C4を反応に循環する限り、出発物質としてイソ
ブテンおよび第3級ブタノールのうちいずれか一
方を第1反応帯域に仕込んだ場合でも、結局はイ
ソブテンと第3級ブタノールとの混合物を反応原
料として用いることになる。 本発明の方法において接続される反応帯域の数
はC4/FAを一定にして高いイソプレンの収率を
得るためには多い程好ましいが、反応帯域の数の
増加による収率の向上は反応帯域の数が1個から
2個に増加した場合が最も大きく、該数が2個か
ら3個、3個から4個と増加するにつれて小さく
なる。通常、反応帯域の数はC4/FAならびに反
応操作の煩雑さを考慮して2〜4個の範囲内から
選ばれる。原料のC4の全量を最初の反応帯域に
供給するのが好ましいが、その一部を第2番目以
降の反応帯域に供給することもできる。しかし、
それによつて、通常、特別な利益はもたらされな
い。もう一方の原料であるFAは各反応帯域に分
離して供給されるFAの分割割合は各反応帯域中
の酸性水溶液の量および酸強度を考慮して適宜決
められるが、各反応帯域におけるC4とFAの比率
が4〜30となるように分割するのが好ましい。 各反応帯域に供給される水の量は、反応系から
留出する水の量に応じて反応帯域の酸性水溶液の
量が一定に保たれるように決められる。一方各反
応帯域から蒸発する水の量は反応系の圧力(P)
によつて変化する。したがつて、生成物を水とと
もに反応帯域からすみやかに留出させながら反応
を行う本発明の方法に於いては、一般には、各反
応系の圧力(ただし反応条件下で不活性な低沸点
化合物を原料とともに供給した場合はその分圧を
差し引いた圧力)を酸性水溶液の反応温度におけ
る蒸気圧(Pw)の1.1〜2.5倍に保ちながら酸性
水溶液の量が実質上変化しないように水を供給す
るのが好ましい。何故ならばP/Pwの値は生成
物の反応帯域からの留出と密接な関係を有するか
らである。なお、Pwは該酸性水溶液に含まれる
酸性物質の種類と濃度及び温度によつて一義的に
決まる物理定数であり、PはPwのほかに反応系
に存在する原料及び生成物の量に依存する。P/
Pwが2.5を縁えるとイソプレンの収率が顕著に低
下する。P/Pwが1.1に満たない場合にはイソプ
レンの収率に顕著な低下はみられないが、ホルム
アルデヒドの転化率が低下し、また留出物中のイ
ソプレンに対する水の割合が増加して反応帯域で
消費される熱量が増大する。本発明の方法におい
ては第1反応帯域にC4、FA源および水を供給
し、その他の反応帯域にはその前の反応帯域から
得られた留出物を新たなFA源および水とともに
供給するので、第2番目以降の反応帯域に新たに
供給する水の量は、前の反応帯域から供給される
水の量をも考慮して1.1≦P/Pw≦2.5の関係が
満たされるように供給するのがよい。留出した水
性のガス状混合物は一亘全縮あるいは分縮したの
ち次位の反応帯域に供してもよいが、ガス状のま
ま次位の反応帯域に供給した方がエネルギー的に
有利である。その場合留留出物の円滑な流通のた
めには後位の反応帯域ほど反応系の圧力を小さく
するのが好ましい。したがつて各反応帯域に供給
する水の量は、好ましくは反応成績ならびに反応
の円滑な実施の面からP/Pwが上記の関係を満
たしかつ後位の反応帯域ほど反応系の圧力が小さ
くなるように適宜選ばれる。 本発明方法においては酸性水溶液中に反応原料
のほかに反応条件下で不活性な低沸点化合物をも
供給しながら反応を行うことが可能であるが、そ
れによつて特別な利益がもたらされることはな
い。使用しうる反応条件下で不活性な低沸点化合
物とは反応の前後の実質的に変化しない化合物で
あり、具体的にはn−プロパン、n−ブタン、n
−ヘキサン、シクロヘキサンなどで代表される炭
素数1〜10の炭化水素類、窒素ガスなどの不活性
ガスを例示することができる。反応温度は150〜
220℃の範囲内から選ぶのがよい。各反応帯域毎
に反応温度を変化させてもよく、あるいは各反応
帯域とも同じ反応温度でもよい。反応温度は各反
応帯域の酸性水溶液の酸強度に対応して適宜選ば
れ、たとえばより大きい酸強度では低い温度が、
より小さい酸強度では高い温度が選ばれる。反応
温度を150℃未満にすると、反応速度を一定の水
準に維持するために酸性水溶液の酸強度を高めて
もイソプレンの収率の低下を招く。反応温度が
220℃を越えてもイソプレンの選択率が著しく低
下することはないが、最適選択率を与える条件で
のFAの転化率が低下する。220℃を越える反応温
度でFAの転化率が高くなるような反応条件を選
ぶとイソプレンからの逐次反応が増大し、イソプ
レンの選択率の低下をきたす。 酸性水溶液へのFA源の好ましい供給速度は反
応温度、酸性水溶液の酸強度および反応圧力を考
慮して決定され、FA源は各反応帯域に均等にも
しくは不均等に供給される。FA源の供給速度を
大きくするには酸性水溶液の酸濃度を高めるか、
あるいは反応温度を高める必要があり、この場合
反応器の腐食が懸念される。したがつて、FA源
の供給速度は、通常、該FA源を換算した場合に
酸性水溶液1Kgにつき1時間あたり3モル以下で
あるのがよい。FA供給速度について厳密な意味
での下限はないが、該供給速度を徒らに小さくす
ると反応帯域の容積効率が低下して装置面で不利
となるので、FA源の供給速度は該FA源をFAに
換算した場合に酸性水溶液1Kgにつき1時間あた
り0.2モル以上であるのがよい。 本発明方法において用いられる触媒は無機酸、
有機酸およびそれらの塩類などの酸性物質であ
り、これらは反応帯域において水溶液の形で用い
られる。反応帯域の酸性水溶液の酸強度は酸性物
質の種類、反応温度、FA源の供給速度などによ
り異なるが、通常、PH0.5〜2.5の範囲から選ばれ
る。酸性水溶液のPHが2.5を越えた場合にはイソ
プレンの収率の著しい低下を招き、該PHが0.5に
満たない場合はイソプレンの収率の低下のほかに
反応装置の著しい腐蝕を招く。該酸性物質として
は反応条件下において低揮発性もしくは非揮発性
のものが好ましく、具体的には燐酸、硫酸、硼酸
などの無機酸、ケイタングステン酸、リンタング
ステン酸などのヘテロポリ酸、p−トルエンスル
ホン酸、ベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタ
ンスルホン酸、シユウ酸などの有機酸、ならびに
硫酸水素ナトリウムなどの酸性塩を挙げることが
できる。これらの触媒はそれぞれ単独で使用して
も、また2種以上混合して用いてもよい。また各
反応帯域とも同じ触媒を用いても、あるいは各反
応帯域毎に異なる触媒を用いてもよい。 本発明の方法に使用するホルムアルデヒド源と
してはホルムアルデヒド水溶液、ホルムアルデヒ
ドガスなどが挙げられ、このほか反応条件下で分
解してホルムアルデヒドを与えるトリオキサン、
パラホルムアルデヒドなどを用いることもでき
る。またメチラールその他のホルマール類も使用
可能である。しかし、本発明に於いては反応帯域
への水の供給が必須であり、ホルムアルデヒドは
反応帯域において水溶液の形をとるので、ホルム
アルデヒド源としてホルムアルデヒド水溶液を用
いるのが反応操作上有利である。 本発明方法において使用するイソブテンおよび
第3級ブタノールには他の炭化水素類、3−メチ
ル−1・3−ブタンジオール、3−メチル−2−
ブテン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−
1−オール、3−メチル−1−ブテン−3−オー
ル、メチルイソプロピルケトン、2−メチルブタ
ナール、メチル第3級ブチルホルマール、4・4
−ジメチル−1・3−ジオキサン、4−メチル−
5・6−ジヒドロ−2H−ピランなどが含まれて
いてもよい。また反応条件下でイソブテンおよび
第3級ブタノールを与えるメチル第3級ブチルエ
ーテルなどのアルキル第3級ブチルエーテルを使
用することもできる。 イソブテンはその臨界温度が144.7℃であり、
反応条件下ではガス状で存在するため、反応に際
してはガス状のイソブテンを酸性水溶液に効率よ
く溶解させる必要がある。そのためには酸性水溶
液を激しく撹拌し、必要に応じて邪魔板等を挿入
するなどして気液接触が効率よく行われるように
すればよい。反応を長時間にわたつて実施した場
合は反応中に僅かに生成する高沸点副生物、特に
タール性物質が酸性水溶液中に蓄積するが、該高
沸点副生物は酸性水溶液中で相分離するため、各
反応帯域から酸性水溶液の一部を連続的または間
欠的に取つたのちデカンターもしくは抽出塔に導
き、該酸性水溶液から高沸点副生成物を除去する
ことができる。高沸点副生成物を除去した後の酸
性水溶液は各反応帯域に循環し再使用することが
できる。 本発明方法においてイソプレンは、最終反応帯
域で得られる留出物を水相と有機相に分離し、該
有機相を分留することにより得ることができる。
本発明により得られるイソプレンは純度が高く、
ポリイソプレンならびにテルペン系化合物などの
出発原料として極めて有用である。 以下に実施例によつて本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれによつて何ら限定されるもの
ではない。 実施例 1 イソブテン導入管(第2の反応器では第1の反
応器からの留出ガス導入管)、ホルムアルデヒド
水溶液導入管、邪魔板、温度計、電磁式撹拌機を
装着した内容積750mlの耐圧ガラス製反応器二器
を保温された蒸気管によつて連結された反応装置
を使用した。第1の反応器からの水性の反応ガス
は上記蒸気管を通じて凝縮することなく第2の反
応器に導入し、また第2の反応器から留出する水
性の反応ガスは凝縮させたのち、留出槽に捕集す
るようにした。第1と第2の反応器には同量のホ
ルムアルデヒドを導入した。 上記二つの反応器にそれぞれ水187.5gとオル
ト硼酸112.5gを仕込んで、第1の反応器におい
ては15.5g/cm2、第2の反応器においては14.7
Kg/cm2の圧力下に180℃に加熱して37.5重量%の
ホウ酸水溶液を調整した。上記圧力は窒素ガスを
導入するとともに二つの反応器の中間にバルブを
入れることにより保つた。なお37.5重量%のオル
ト硼酸水溶液の180℃における蒸気圧は8.4Kg/cm2
であり、PHは1.2であつた。第1の反応器にイソ
ブテンと6.93重量%のホルムアルデヒド水溶液を
それぞれ257.6g/hr.(4.60モル/hr.)および
99.6g/hr.(0.23モル/hr.)の速度で供給し
た。第1の反応器からの水性の反応ガスが第2の
反応器へ導入されるのを確認してから第2の反応
器に29.4重量%のホルムアルデヒド水溶液を23.5
g/hr.(0.23モル/hr.)の速度で供給し、各々
前記した圧力および温度下、毎分1000の回転数で
撹拌しながら2.5時間反応を行なつた。第2の反
応器から留出する水性の反応ガスは凝縮器で凝縮
させ、留出槽に捕集した。圧力は系内の窒素ガス
をパージすることにより微調整し、一定に保つ
た。また反応器内の酸性水溶液の液面は反応中ほ
ぼ一定に保たれていた。反応開始1.5時間から反
応終了時までに留出槽で捕集した留出液およびこ
の間にパージされた窒素ガスに同伴した物質(ド
ライアイス−アセトンで冷却したトラツプに導入
し、n−ブチルエーテルに吸収させた)を分析し
て反応成績を求めた。留出液を水相と有機相に分
液し、水相についてはガスクロマトグラフイー
(内部標準法)のほか未反応FA定量のため亜硫酸
ソーダ法により分析を行なつた。有機相および前
記トラツプ中の成分はガスクロマトグラフイー
(内部標準法)により分析した。結果を第1表に
示す。 比較例 1 イソブテンおよびホルムアルデヒド水溶液用の
2本の原料導入管、邪魔板、温度計、電磁式撹拌
機、凝縮器に連結された留出液捕集用受器を装着
した内容積750mlの耐圧ガラス製反応器に37.5重
量%のオルト硼酸水溶液300gを入れ、14.8Kg/
cm2の圧力下に180℃に加熱した。上記圧力は窒素
ガスを導入することにより保つた。上記反応器に
イソブテンおよび11.36重量%のホルムアルデヒ
ド水溶液をそれぞれ128.8g/hr.(2.30モル/hr.
)および60.72g/hr.(0.23モル/hr.)に供給
し、前記した圧力および温度下、毎分1000の回転
数で撹拌しながら2.5時間反応を行なつた。反応
器から留出する水性の反応ガスは凝縮器で凝縮さ
せ、留出液捕集用受器に捕集した。圧力は系内の
窒素ガスをパージすることにより微調整し、一定
に保つた。また反応器内の酸性水溶液の液面は反
応中ほぼ一定に保たれていた。実施例1と同様の
方法により反応成績を求めた。結果を表1に示
す。 実施例 2−3 実施例1と同様の装置を用い、供給イソブテ
ン/供給FAおよびこれに応じて供給水量を変化
させた以外は実施例1と同様の反応方法および操
作条件で反応を行なつた。結果を表1に示す。 比較例 2 比較例1と同様の装置を用い、供給イソブテ
ン/供給FAおよびこれに応じて供給水量を変化
させた以外は比較例1と同様の反応方法および操
作方法で反応を行なつた。結果を表1に示す。
The present invention relates to a process for producing isoprene by the reaction of isobutene and/or tertiary butanol (sometimes referred to as C4 ) and formaldehyde (sometimes referred to as FA). Attempts have been made for a long time to synthesize isoprene in one step by reacting isobutene or its precursor with formaldehyde, and various methods have been proposed. For example, Japanese Patent Publication No. 46-6936 discloses a gas phase reaction method using a phosphoric acid-calcium oxide-chromium oxide catalyst. However, this method has an extremely short catalyst life and is not practical. JP 48-28884, JP 49-10926, JP 52-30483 and JP 57-
Publication No. 130928 discloses a liquid phase reaction method using various acid aqueous solutions as catalysts. but,
When the present inventors conducted additional tests based on these patent publications, no results were obtained that were industrially satisfactory in terms of reaction results, reaction methods, and other aspects (see Reference Examples below). JP-A-52-91807 discloses that isoprene was produced in a yield of over 70% by a batch or piston flow reaction using a sulfanilic acid derivative as a catalyst. After further testing, the main product was 4,4-dimethyl-
1,3-dioxane, and only a very small amount of isoprene was produced (see Reference Example 5 below).
Furthermore, in the method described in the patent publication mentioned above,
The reaction is carried out in a closed system in the presence of a large excess of isobutene and at a temperature above the critical temperature of isobutene, but this reaction method has the disadvantage of requiring high pressure and increasing equipment costs. As mentioned above, there are many problems that need to be solved in the one-step method for producing isoprene from isobutene and/or tertiary butanol and formaldehyde, and this is due to the fact that 4,4-dimethyl This is a major reason why the so-called two-step process using -1,3-dioxane has been adopted. The present inventors have previously studied from various angles these methods for producing isoprene in one stage in a liquid phase, and found that C 4 and FA are continuously or intermittently supplied together with water into an acidic aqueous solution, and the reaction system is Isoprene can be produced in a good yield by carrying out the reaction while maintaining the ratio of the partial pressure of organic matter and the partial pressure of water within a specific range and at the same time distilling the produced isoprene and unreacted raw materials out of the reaction zone together with water. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 70623/1983). However, the reaction for obtaining isoprene from isobutene and FA in one step essentially requires a large isobutene/FA ratio in the reaction zone, resulting in the disadvantage that the reaction operation consumes a large amount of energy. i.e.
Using an excess of C 4 relative to FA results in a large amount of energy being consumed in the evaporation, condensation and circulation of CC 4 . In accordance with the method previously discovered by the present inventors, when the reaction is carried out while maintaining the ratio of the partial pressure of organic matter in the reaction system to the partial pressure of water within a specific range,
A corresponding increase in C 4 requires an increase in the amount of water to be evaporated, which leads to a further increase in the energy consumed. According to the present invention, the above-mentioned drawbacks are solved in a method for producing isoprene by reacting isobutene and/or tertiary-butanol with formaldehyde in an acidic aqueous solution. (b) continuously or intermittently supplying isobutene and/or tertiary butanol to the first reaction zone and continuously or intermittently supplying a formaldehyde source and water to each reaction zone; c) Distilling isoprene, low-boiling by-products and unreacted raw materials from each reaction zone together with water and feeding this to the next reaction zone; (d) Recovering isoprene from the distillate obtained from the final reaction zone. It was found that this can be improved by That is, according to the method of the present invention, the total volume of the reaction zone and the ratio of C 4 to FA used throughout the entire reaction zone (hereinafter the ratio of C 4 to FA used throughout the entire reaction zone is referred to as C 4 /FA) are changed. It is possible to increase the ratio of C 4 to FA in each reaction zone (hereinafter the ratio of C 4 to FA in each reaction zone will be referred to as C/F) without causing any problems, thereby realizing more favorable conditions for the production of isoprene. can. In addition to the FA supply rate, the water supply rate, reaction pressure, reaction temperature, acid strength of the acidic aqueous solution, and reaction zone volume can be appropriately selected for each reaction zone, allowing the sequential reaction of the produced isoprene. The increase in isoprene yield by increasing the C/F value can be greater than the loss due to As a result, the method of the present invention can increase the yield of isoprene at the same C 4 /FA value compared to the case where the reaction is carried out in a single reaction zone. In other words, according to the method of the present invention, the value of C 4 /FA required to achieve the same isoprene yield can be reduced compared to when the reaction is carried out in a single reaction zone. Isoprene can be produced in an energetically advantageous manner, reducing the amount of water used and the amount of water to be evaporated. The effect produced by the present invention is more pronounced as C 4 /FA is smaller, but in consideration of the yield of isoprene, C 4 /FA is preferably at least 2. Although there is no upper limit on C 4 /FA in a strict sense, increasing it unnecessarily not only reduces the effect of increasing the number of connected reaction zones, but also becomes disadvantageous in terms of energy. Therefore, C 4 /FA should not exceed 15. In the present invention, as mentioned above, C 4 is used in excess with respect to FA, so the C 4 supplied to the reaction zone is
Most of the unreacted water is distilled out as unreacted, but since the distillate has a composition close to the equilibrium composition of isobutene and tertiary butanol under the reaction conditions, most of the unreacted
As long as C 4 is recycled to the reaction, even if either isobutene or tertiary butanol is charged as a starting material to the first reaction zone, a mixture of isobutene and tertiary butanol will ultimately be used as the reaction raw material. It turns out. The number of reaction zones connected in the method of the present invention is preferably as large as possible in order to maintain a constant C 4 /FA and obtain a high yield of isoprene. It is largest when the number increases from 1 to 2, and decreases as the number increases from 2 to 3 and from 3 to 4. Usually, the number of reaction zones is selected within the range of 2 to 4 in consideration of C 4 /FA and the complexity of the reaction operation. Although it is preferable to feed the entire amount of raw C 4 to the first reaction zone, a portion thereof can also be fed to the second and subsequent reaction zones. but,
It usually does not provide any special benefits. FA, which is the other raw material, is supplied separately to each reaction zone.The division ratio of FA is determined appropriately taking into account the amount of acidic aqueous solution and acid strength in each reaction zone, but the C 4 in each reaction zone is It is preferable to divide it so that the ratio of FA and FA is 4 to 30. The amount of water supplied to each reaction zone is determined in accordance with the amount of water distilled from the reaction system so that the amount of acidic aqueous solution in the reaction zone is kept constant. On the other hand, the amount of water evaporated from each reaction zone is the pressure of the reaction system (P)
It changes depending on. Therefore, in the method of the present invention in which the reaction is carried out while quickly distilling the product together with water from the reaction zone, the pressure of each reaction system (with the exception of low-boiling compounds that are inactive under the reaction conditions) Water is supplied so that the amount of the acidic aqueous solution does not change substantially while maintaining the pressure (subtracting the partial pressure of the raw material) at 1.1 to 2.5 times the vapor pressure (Pw) at the reaction temperature of the acidic aqueous solution. is preferable. This is because the value of P/Pw has a close relationship with the distillation of the product from the reaction zone. Note that Pw is a physical constant that is uniquely determined by the type, concentration, and temperature of the acidic substance contained in the acidic aqueous solution, and P is dependent on the amount of raw materials and products present in the reaction system in addition to Pw. . P/
When Pw approaches 2.5, the yield of isoprene decreases significantly. When P/Pw is less than 1.1, there is no noticeable decrease in the yield of isoprene, but the conversion rate of formaldehyde decreases, and the ratio of water to isoprene in the distillate increases, resulting in a reduction in the reaction zone. The amount of heat consumed increases. In the method of the present invention, a first reaction zone is supplied with C 4 , an FA source and water, and the other reaction zones are supplied with the distillate obtained from the previous reaction zone together with a fresh FA source and water. Therefore, the amount of water newly supplied to the second and subsequent reaction zones should be adjusted so that the relationship 1.1≦P/Pw≦2.5 is satisfied, taking into consideration the amount of water supplied from the previous reaction zone. It is better to do so. The distilled aqueous gaseous mixture may be completely condensed or partially condensed before being supplied to the next reaction zone, but it is more energetically advantageous to supply it as a gas to the next reaction zone. . In this case, in order to ensure smooth flow of the distillate, it is preferable to lower the pressure of the reaction system toward the later reaction zones. Therefore, the amount of water supplied to each reaction zone should preferably be such that P/Pw satisfies the above relationship from the viewpoint of reaction results and smooth reaction implementation, and the pressure of the reaction system is lower in the later reaction zones. be selected as appropriate. In the method of the present invention, it is possible to carry out the reaction while supplying a low-boiling compound that is inactive under the reaction conditions in addition to the reaction raw materials in the acidic aqueous solution, but this does not bring any special benefits. do not have. A low-boiling compound that is inert under the reaction conditions that can be used is a compound that does not substantially change before and after the reaction, and specifically, n-propane, n-butane, n-butane, etc.
Examples include hydrocarbons having 1 to 10 carbon atoms such as hexane and cyclohexane, and inert gases such as nitrogen gas. Reaction temperature is 150~
It is best to choose a temperature within the range of 220℃. The reaction temperature may be changed for each reaction zone, or the reaction temperature may be the same for each reaction zone. The reaction temperature is selected appropriately depending on the acid strength of the acidic aqueous solution in each reaction zone; for example, a lower temperature is used for higher acid strength.
Higher temperatures are chosen for lower acid strengths. If the reaction temperature is lower than 150°C, the yield of isoprene will decrease even if the acid strength of the acidic aqueous solution is increased in order to maintain the reaction rate at a constant level. The reaction temperature is
Even if the temperature exceeds 220°C, the isoprene selectivity does not decrease significantly, but the FA conversion rate under conditions that give the optimum selectivity decreases. If reaction conditions are selected such that the conversion rate of FA is high at a reaction temperature exceeding 220°C, the sequential reactions from isoprene will increase, resulting in a decrease in the selectivity of isoprene. The preferred rate of supply of the FA source to the acidic aqueous solution is determined by taking into account the reaction temperature, the acid strength of the acidic aqueous solution, and the reaction pressure, and the FA source is uniformly or unevenly supplied to each reaction zone. To increase the supply rate of the FA source, increase the acid concentration of the acidic aqueous solution, or
Alternatively, it is necessary to raise the reaction temperature, and in this case there is a concern about corrosion of the reactor. Therefore, the feed rate of the FA source is usually preferably 3 mol or less per hour per 1 kg of the acidic aqueous solution when calculated as the FA source. Although there is no lower limit in the strict sense of the FA supply rate, if the supply rate is unnecessarily reduced, the volumetric efficiency of the reaction zone will decrease and this will be disadvantageous in terms of equipment, so the supply rate of the FA source should be When converted to FA, it is preferably 0.2 mol or more per hour per 1 kg of acidic aqueous solution. The catalyst used in the method of the present invention is an inorganic acid,
Acidic substances such as organic acids and their salts, which are used in the reaction zone in the form of aqueous solutions. The acid strength of the acidic aqueous solution in the reaction zone varies depending on the type of acidic substance, the reaction temperature, the supply rate of the FA source, etc., but is usually selected from the pH range of 0.5 to 2.5. If the pH of the acidic aqueous solution exceeds 2.5, the yield of isoprene will decrease significantly, and if the pH is less than 0.5, not only will the yield of isoprene decrease, but also significant corrosion of the reaction equipment will occur. The acidic substance is preferably one that is low volatile or non-volatile under the reaction conditions, and specifically includes inorganic acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, and boric acid, heteropolyacids such as silicotungstic acid and phosphotungstic acid, and p-toluene. Mention may be made of organic acids such as sulfonic acid, benzenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, oxalic acid, and acid salts such as sodium hydrogensulfate. These catalysts may be used alone or in combination of two or more. Further, the same catalyst may be used in each reaction zone, or a different catalyst may be used in each reaction zone. Formaldehyde sources used in the method of the present invention include formaldehyde aqueous solutions, formaldehyde gas, etc. In addition, trioxane, which decomposes under the reaction conditions to give formaldehyde,
Paraformaldehyde and the like can also be used. Methyral and other formals can also be used. However, in the present invention, it is essential to supply water to the reaction zone, and since formaldehyde takes the form of an aqueous solution in the reaction zone, it is advantageous in terms of reaction operation to use a formaldehyde aqueous solution as the formaldehyde source. The isobutene and tertiary butanol used in the process of the invention may contain other hydrocarbons, 3-methyl-1,3-butanediol, 3-methyl-2-
Buten-1-ol, 3-methyl-3-butene-
1-ol, 3-methyl-1-buten-3-ol, methyl isopropyl ketone, 2-methylbutanal, methyl tert-butyl formal, 4.4
-dimethyl-1,3-dioxane, 4-methyl-
5,6-dihydro-2H-pyran and the like may be included. It is also possible to use alkyl tertiary butyl ethers, such as methyl tertiary butyl ether, which gives isobutene and tertiary butanol under the reaction conditions. Isobutene has a critical temperature of 144.7℃,
Since it exists in a gaseous state under the reaction conditions, it is necessary to efficiently dissolve gaseous isobutene in an acidic aqueous solution during the reaction. For this purpose, the acidic aqueous solution may be vigorously stirred, and if necessary, a baffle plate or the like may be inserted to ensure efficient gas-liquid contact. If the reaction is carried out over a long period of time, a small amount of high-boiling by-products, especially tar-like substances, generated during the reaction will accumulate in the acidic aqueous solution. A portion of the acidic aqueous solution is taken continuously or intermittently from each reaction zone and then introduced into a decanter or an extraction column to remove high-boiling byproducts from the acidic aqueous solution. The acidic aqueous solution after removing high-boiling byproducts can be recycled to each reaction zone and reused. In the method of the present invention, isoprene can be obtained by separating the distillate obtained in the final reaction zone into an aqueous phase and an organic phase, and fractionating the organic phase.
The isoprene obtained by the present invention has high purity;
It is extremely useful as a starting material for polyisoprene and terpene compounds. The present invention will be specifically explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 A pressure-resistant unit with an internal volume of 750 ml equipped with an isobutene inlet tube (in the case of the second reactor, the distillate gas inlet tube from the first reactor), a formaldehyde aqueous solution inlet tube, a baffle plate, a thermometer, and an electromagnetic stirrer. A reaction apparatus was used in which two glass reactors were connected by a heat-insulated steam pipe. The aqueous reaction gas from the first reactor is introduced into the second reactor through the steam pipe without being condensed, and the aqueous reaction gas distilled from the second reactor is condensed and then introduced into the second reactor. The waste was collected in a tank. The same amount of formaldehyde was introduced into the first and second reactors. The above two reactors were charged with 187.5 g of water and 112.5 g of orthoboric acid, and the amount of water was 15.5 g/cm 2 in the first reactor and 14.7 g/cm 2 in the second reactor.
A 37.5% by weight boric acid aqueous solution was prepared by heating to 180° C. under a pressure of Kg/cm 2 . The above pressure was maintained by introducing nitrogen gas and inserting a valve between the two reactors. The vapor pressure of a 37.5% by weight aqueous solution of orthoboric acid at 180℃ is 8.4Kg/cm 2
The pH was 1.2. The first reactor was charged with 257.6 g/hr. (4.60 mol/hr.) and 6.93% by weight formaldehyde aqueous solution, respectively.
It was fed at a rate of 99.6 g/hr. (0.23 mol/hr.). After confirming that the aqueous reaction gas from the first reactor is introduced into the second reactor, 23.5% of the 29.4% by weight formaldehyde aqueous solution is added to the second reactor.
g/hr. (0.23 mol/hr.), and the reaction was carried out for 2.5 hours under the above-mentioned pressures and temperatures with stirring at 1000 revolutions per minute. The aqueous reaction gas distilled from the second reactor was condensed in a condenser and collected in a distillation tank. The pressure was finely adjusted and kept constant by purging the system with nitrogen gas. Furthermore, the level of the acidic aqueous solution in the reactor was kept almost constant during the reaction. The distillate collected in the distillation tank from 1.5 hours after the start of the reaction to the end of the reaction and the substances entrained in the nitrogen gas purged during this period (introduced into a trap cooled with dry ice-acetone and absorbed into n-butyl ether) ) was analyzed to determine the reaction results. The distillate was separated into an aqueous phase and an organic phase, and the aqueous phase was analyzed by gas chromatography (internal standard method) and the sodium sulfite method to quantify unreacted FA. The components in the organic phase and the trap were analyzed by gas chromatography (internal standard method). The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 Pressure-resistant glass with an internal volume of 750 ml equipped with two raw material introduction pipes for isobutene and formaldehyde aqueous solutions, a baffle plate, a thermometer, an electromagnetic stirrer, and a receiver for collecting distillate connected to a condenser. Put 300g of 37.5% by weight orthoboric acid aqueous solution into the reactor, and add 14.8Kg/
Heated to 180 °C under a pressure of cm 2 . The above pressure was maintained by introducing nitrogen gas. Isobutene and 11.36% by weight aqueous formaldehyde solution were each added at 128.8 g/hr. (2.30 mol/hr.) into the above reactor.
) and 60.72 g/hr. (0.23 mol/hr.), and the reaction was carried out for 2.5 hours under the above-mentioned pressure and temperature with stirring at 1000 revolutions per minute. The aqueous reaction gas distilled from the reactor was condensed in a condenser and collected in a receiver for collecting distillate. The pressure was finely adjusted and kept constant by purging the system with nitrogen gas. Furthermore, the level of the acidic aqueous solution in the reactor was kept almost constant during the reaction. Reaction results were determined by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 1. Example 2-3 Using the same apparatus as in Example 1, a reaction was carried out under the same reaction method and operating conditions as in Example 1, except that the supply isobutene/supply FA and the amount of water supplied were changed accordingly. . The results are shown in Table 1. Comparative Example 2 Using the same apparatus as in Comparative Example 1, a reaction was carried out using the same reaction method and operating method as in Comparative Example 1, except that the supplied isobutene/supplied FA and the amount of supplied water were changed accordingly. The results are shown in Table 1.

【表】 実施例 4−6 オルト硼酸水溶液の代りに3.0重量%の燐酸水
溶液を使用し、反応温度を178℃としたことなら
びに反応圧力、原料および水の供給量を表2に示
す如く変化させた以外は実施例1と同様の反応方
法および操作条件で反応を行なつた。なお3.0重
量%の燐酸水溶液の178℃における蒸気圧は9.6
Kg/cm2であり、PHは1.3であつた。結果を表2に
示す。 比較例 3−5 比較例1と同様の装置を用い、比較例3、4お
よび5における供給イソブテン/供給FAが実施
例4、5および6におけるそれと同一になるよう
に反応条件を調節して比較例1の方法および操作
条件にしたがつて反応を行なつた。
[Table] Example 4-6 A 3.0% by weight phosphoric acid aqueous solution was used instead of an orthoboric acid aqueous solution, the reaction temperature was 178°C, and the reaction pressure, raw material and water supply amounts were changed as shown in Table 2. The reaction was carried out using the same reaction method and operating conditions as in Example 1, except for the following. The vapor pressure of a 3.0% by weight phosphoric acid aqueous solution at 178°C is 9.6.
Kg/cm 2 and pH was 1.3. The results are shown in Table 2. Comparative Example 3-5 Comparison was made using the same equipment as in Comparative Example 1 and adjusting the reaction conditions so that the supplied isobutene/supplied FA in Comparative Examples 3, 4 and 5 was the same as that in Examples 4, 5 and 6. The reaction was carried out according to the method and operating conditions of Example 1.

【表】【table】

【表】 実施例 7 イソブテン導入管(第2および第3の反応器で
はそれぞれ第1および第2の反応器からの留出ガ
ス導入管)、ホルムアルデヒド水溶液導入管、邪
魔板、温度計、電磁式撹拌機を装着した内容積
750mlの耐圧ガラス製反応器三器を保温された蒸
気管によつて連結した反応装置を使用した。第1
の反応器および第2の反応器からの水性の反応ガ
スはそれぞれ上記蒸気管を通じて凝縮することな
く第2の反応器および第3の反応器に導入し、ま
た第3の反応器から留出する水性の反応ガスは凝
縮させたのち、留出槽に捕集するようにした。第
1、第2および第3の反応器にはそれぞれ同量の
ホルムアルデヒドを導入した。 上記三つの反応器にそれぞれ3.0重量%の燐酸
水溶液300gを仕込み、第1の反応器においては
16.5Kg/cm2、第2の反応器においては16.0Kg/
cm2、第3の反応器においては15.5Kg/cm2の圧力下
に178℃に加熱した。上記圧力は窒素ガスを導入
するとともに各反応器の中間にバルブを入れるこ
とにより保つた。なお3.0重量%の燐酸水溶液の
178℃における蒸気圧は9.6Kg/cm2である。 第1の反応器にイソブテンおよび6.65重量%の
ホルムアルデヒド水溶液をそれぞれ231.8g/hr.
(4.14モル/hr.)および103.7g/hr.(0.23モ
ル/hr.)の速度で供給した。第1の反応器から
の水性の反応ガスが第2の反応器へ導入されるの
を確認してから第2の反応器に48.1重量%のホル
ムアルデヒド水溶液を14.35g/hr(0.23モル/
hr)の速度で供給した。同様に第2の反応器から
の水性の反応ガスが第3の反応器へ導入されるの
を確認してから第3の反応器に48.1重量%のホル
ムアルデヒド水溶液を14.35g/hr(0.23モル/
hr)の速度で供給し、各々前記した圧力および温
度下、毎分1000の回転数で撹拌しながら2.5時間
反応を行なつた。第3の反応器から留出する水性
の反応ガスは凝縮器で凝縮させ、留出槽に捕集し
た。圧力は系内の窒素ガスをパージすることによ
り微調整し、一定に保つた。また反応器内の酸性
水溶液の液面は反応中ほぼ一定に保たれていた。
実施例1と同様の方法により反応成績を求めた。
結果を表3に示す。 実施例 8 実施例7と同様の装置を用い、供給イソブテ
ン/供給FAおよびこれに応じて供給水量を変化
させた以外は実施例7と同様の反応方法および操
作条件で反応を行なつた。結果を表3に示す。
[Table] Example 7 Isobutene introduction tube (distillate gas introduction tube from the first and second reactors in the second and third reactors, respectively), formaldehyde aqueous solution introduction tube, baffle plate, thermometer, electromagnetic type Internal volume with stirrer installed
A reaction apparatus was used in which three 750 ml pressure-resistant glass reactors were connected by a heat-insulated steam pipe. 1st
The aqueous reaction gases from the reactor and the second reactor are respectively introduced into the second reactor and the third reactor through the steam pipes without condensation, and are also distilled from the third reactor. The aqueous reaction gas was condensed and then collected in a distillation tank. The same amount of formaldehyde was introduced into each of the first, second and third reactors. Each of the above three reactors was charged with 300 g of a 3.0% by weight phosphoric acid aqueous solution, and in the first reactor,
16.5Kg/cm 2 , 16.0Kg/cm 2 in the second reactor
cm 2 and heated to 178° C. under a pressure of 15.5 Kg/cm 2 in the third reactor. The above pressure was maintained by introducing nitrogen gas and inserting a valve between each reactor. In addition, 3.0% by weight of phosphoric acid aqueous solution
The vapor pressure at 178°C is 9.6Kg/cm 2 . The first reactor was charged with 231.8 g/hr of isobutene and 6.65% by weight formaldehyde aqueous solution, respectively.
(4.14 mol/hr.) and 103.7 g/hr. (0.23 mol/hr.). After confirming that the aqueous reaction gas from the first reactor was introduced into the second reactor, a 48.1% by weight formaldehyde aqueous solution was added to the second reactor at 14.35 g/hr (0.23 mol/hr).
hr). Similarly, after confirming that the aqueous reaction gas from the second reactor was introduced into the third reactor, a 48.1% by weight formaldehyde aqueous solution was added to the third reactor at 14.35 g/hr (0.23 mol/hr).
hr), and the reaction was carried out for 2.5 hours under the above-mentioned pressures and temperatures with stirring at 1000 revolutions per minute. The aqueous reaction gas distilled from the third reactor was condensed in a condenser and collected in a distillation tank. The pressure was finely adjusted and kept constant by purging the system with nitrogen gas. Furthermore, the level of the acidic aqueous solution in the reactor was kept almost constant during the reaction.
Reaction results were determined by the same method as in Example 1.
The results are shown in Table 3. Example 8 Using the same apparatus as in Example 7, a reaction was carried out under the same reaction method and operating conditions as in Example 7, except that the supply isobutene/supply FA and the amount of water supplied were changed accordingly. The results are shown in Table 3.

【表】【table】

【表】 実施例 9 実施例1と同様の装置を用い、FAを第1の反
応器および第2の反応器に2:1の割合で導入し
たことならびにFAの供給速度と水の供給量を変
化させた以外は実施例4の反応方法および操作条
件にしたがつて反応を行なつた。結果を表4に示
す。 実施例 10 実施例9の反応方法および操作条件にしたがつ
て反応を行なつた。ただし、第1の反応器を内容
積1000mlの耐圧ガラス製反応器に交換し、これに
3.0重量%の燐酸水溶液400gを仕込み、また第2
の反応器に同濃度の燐酸水溶液200gを仕込み、
第1反応器と第2反応器中の酸性水溶液の容積が
2:1になるようにして反応を行なつた。結果を
表4に示す。 実施例 11 実施例1と同様の装置を用い、FAを第1の反
応器および第2の反応器に1:2の割合で導入し
たことならびにFAの供給速度と水の供給量を変
化させた以外は実施例4の反応方法および操作条
件にしたがつて反応を行なつた。結果を表4に示
す。 実施例 12 実施例11の反応方法および操作条件にしたがつ
て反応を行なつた。ただし、第2の反応器を内容
積1000mlの耐圧ガラス製反応器に交換し、これに
3.0重量%の燐酸水溶液400gを仕込み、また第1
の反応器に同濃度の燐酸水溶液200gを仕込み、
第1反応器と第2反応器中の容積が1:2になる
ようにして反応を行なつた。結果を表4に示す。
[Table] Example 9 Using the same equipment as in Example 1, FA was introduced into the first reactor and the second reactor at a ratio of 2:1, and the FA supply rate and water supply amount were The reaction was carried out according to the reaction method and operating conditions of Example 4, except for some changes. The results are shown in Table 4. Example 10 A reaction was carried out according to the reaction method and operating conditions of Example 9. However, the first reactor was replaced with a pressure-resistant glass reactor with an internal volume of 1000ml, and
400g of 3.0% by weight phosphoric acid aqueous solution was charged, and the second
Pour 200g of phosphoric acid aqueous solution of the same concentration into the reactor,
The reaction was carried out so that the volumes of the acidic aqueous solutions in the first reactor and the second reactor were 2:1. The results are shown in Table 4. Example 11 Using the same apparatus as in Example 1, FA was introduced into the first reactor and the second reactor at a ratio of 1:2, and the FA supply rate and water supply amount were varied. The reaction was carried out in accordance with the reaction method and operating conditions of Example 4 except for this. The results are shown in Table 4. Example 12 A reaction was carried out according to the reaction method and operating conditions of Example 11. However, the second reactor was replaced with a pressure-resistant glass reactor with an internal volume of 1000 ml, and
Prepare 400g of 3.0% by weight phosphoric acid aqueous solution, and
Pour 200g of phosphoric acid aqueous solution of the same concentration into the reactor,
The reaction was carried out so that the volumes in the first reactor and the second reactor were 1:2. The results are shown in Table 4.

【表】【table】

【表】 実施例 13 イソブテン導入管(第2、第3および第4の反
応器では前位の反応からの留出ガス導入管)、ホ
ルムアルデヒド水溶液導入管、邪魔板、温度計、
電磁式撹拌機を装着した内容積750mlの耐圧ガラ
ス製反応器四器を保温された蒸気管によつて連結
された反応装置を使用した。第1、第2および第
3の反応器からの水性の反応ガスはそれぞれ上記
蒸気管を通じて凝縮することなく第2、第3およ
び第4の反応器に導入し、また第4の反応器から
留出する水性の反応ガスは凝縮させたのち留出槽
に捕集するようにした。第1、第2、第3および
第4の反応器にはそれぞれ同量のホルムアルデヒ
ドを導入した。 上記四つの反応器にそれぞれ3.0重量%の燐酸
水溶液300gを仕込み、第1の反応器においては
16.5Kg/cm2、第2の反応器においては16.0Kg/
cm2、第3の反応器においては15.5Kg/cm2、また第
4の反応器においては15.0Kg/cm2の圧力下に178
℃に加熱した。上記圧力は窒素ガスを導入すると
ともに各反応器の中間にバルブを入れることによ
り保つた。なお3.0重量%の燐酸水溶液の178℃に
おける蒸気圧は9.6Kg/cm2である。 第1の反応器にイソブテンおよび5.15重量%の
ホルムアルデヒド水溶液をそれぞれ309.1g/hr.
(5.52モル/hr.)および134.0g/hr.(0.23モ
ル/hr.)の速度で供給した。第1の反応器から
の水性の反応ガスが第2の反応器へ導入されるの
を確認してから第2の反応器に84.1重量%のホル
ムアルデヒド水溶液を14.35g/hr.(0.23モル/
hr.)の速度で供給した。同様に第2の反応器か
らの水性の反応ガスが第3の反応器へ導入される
のを確認してから第3の反応器に48.1重量%のホ
ルムアルデヒド水溶液を14.35g/hr.(0.23モ
ル/hr.)の速度で供給した。更に同様に第3の
反応器からの水性の反応ガスが第4の反応器へ導
入されるのを確認してから第4の反応器に48.1重
量%のホルムアルデヒド水溶液を14.35g/hr.
(0.23モル/hr.)の速度で供給し、各々前記した
圧力および温度下、毎分1000の回転数で撹拌しな
がら2.5時間反応を行なつた。第4の反応器から
留出する水性の反応ガスは凝縮器で凝縮させ、留
出槽に捕集した。圧力は系内の窒素ガスをパージ
することにより微調整し、一定に保つた。また反
応器内の酸性水溶液の液面は反応中ほぼ一定に保
たれていた。実施例1と同様の方法により反応成
績を求めた。結果を表5に示す。
[Table] Example 13 Isobutene introduction pipe (in the second, third and fourth reactors, distillate gas introduction pipe from the previous reaction), formaldehyde aqueous solution introduction pipe, baffle plate, thermometer,
A reaction apparatus was used in which four pressure-resistant glass reactors each having an internal volume of 750 ml and equipped with an electromagnetic stirrer were connected by a heat-insulated steam pipe. The aqueous reaction gases from the first, second and third reactors are respectively introduced into the second, third and fourth reactors without condensation through the steam pipes and from the fourth reactor into the distillate. The emitted aqueous reaction gas was condensed and then collected in a distillation tank. The same amount of formaldehyde was introduced into each of the first, second, third and fourth reactors. Each of the above four reactors was charged with 300 g of a 3.0% by weight phosphoric acid aqueous solution, and in the first reactor,
16.5Kg/cm 2 , 16.0Kg/cm 2 in the second reactor
178 cm 2 under a pressure of 15.5 Kg/cm 2 in the third reactor and 15.0 Kg/cm 2 in the fourth reactor.
heated to ℃. The above pressure was maintained by introducing nitrogen gas and inserting a valve between each reactor. The vapor pressure of a 3.0% by weight aqueous phosphoric acid solution at 178°C is 9.6Kg/cm 2 . The first reactor was charged with 309.1 g/hr of isobutene and 5.15% by weight formaldehyde aqueous solution, respectively.
(5.52 mol/hr.) and 134.0 g/hr. (0.23 mol/hr.). After confirming that the aqueous reaction gas from the first reactor was introduced into the second reactor, an 84.1% by weight formaldehyde aqueous solution was added to the second reactor at 14.35 g/hr. (0.23 mol/hr.).
hr.). Similarly, after confirming that the aqueous reaction gas from the second reactor was introduced into the third reactor, a 48.1% by weight formaldehyde aqueous solution was added to the third reactor at 14.35 g/hr. (0.23 mol). /hr.). Furthermore, after confirming that the aqueous reaction gas from the third reactor was introduced into the fourth reactor, a 48.1% by weight formaldehyde aqueous solution was added to the fourth reactor at a rate of 14.35 g/hr.
(0.23 mol/hr.), and the reaction was carried out for 2.5 hours under the above-mentioned pressures and temperatures with stirring at 1000 revolutions per minute. The aqueous reaction gas distilled from the fourth reactor was condensed in a condenser and collected in a distillation tank. The pressure was finely adjusted and kept constant by purging the system with nitrogen gas. Furthermore, the level of the acidic aqueous solution in the reactor was kept almost constant during the reaction. Reaction results were determined by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 5.

【表】【table】

【表】 参考例 1 特公昭49−10926号公報に記載された実施例5
の反応方法にしたがつて反応を行なつた。ただし
反応器としては、この特許と同一出願人の出願で
発明者が重複する特開昭48−502号公報にチタン
製の反応器が最も優れているとの記載があるた
め、チタン内張オートクレーブを用いた。 撹拌機を備えたチタン内張りオートクレーブに
37%ホルムアルデヒド水溶液10gと第3級ブタノ
ール68gを仕込むと共に、塩化第一鉄2.4gおよ
び水26gをガラス封管内に密封した状態でオート
クレーブ内に仕込んだ。オートクレーブを加熱
し、オートクレーブ内温度が160℃に達した後、
撹拌を開始してガラス封管を破り、160℃で18分
間反応を行なつた。反応後、あらかじめ氷冷した
希薄アルカリ水中へ反応液を圧送し、急冷して反
応を停止した(反応液の冷却には、生成物の損失
が少なくなるとされている、反応液を希薄アルカ
リ水中へ圧送する方法を用いた)。分離した油層
および水層をガスクロマトグラフイーにより分析
し、イソプレンの生成量を求めた。イソプレンの
生成量は3.52gであり、仕込んだホルムアルデヒ
ド基準の収率は42%であつた。また水層について
亜硫酸ソーダ法により未反応ホルムアルデヒドの
定量を試みたが、検出限界以下であつた。 参考例 2 特公昭52−30483号公報に記載された実施例2
の反応方法にしたがつて反応を行なつた。ただし
反応器としてはチタン内張オートクレーブを用い
た。 撹拌機付チタン内張オートクレーブに26%ホル
ムアルデヒド水溶液11.5g、水11.1g、第3級ブ
タノール59.2gを仕込み、次いでカリウム明ばん
1.13gおよび水3gを仕込んだガラス封管をオー
トクレーブ内に入れた。上蓋を取り付けた後、イ
ソブテン33.6gをオートクレーブ内に導入した。
オートクレーブを加熱し、内温が160℃になつた
後、撹拌を開始してガラス封管を破り、160℃に
おいて1時間反応させた。反応終了後、あらかじ
め氷冷した希薄アルカリ水に反応液を圧送して反
応を停止させた。 参考例1と同様にして生成したイソプレンの量
を求めたところ、2.34gであつた。これは仕込ん
だホルムアルデヒド基準で34.5%の収率に相当す
る。また未反応のホルムアルデヒドは検出されな
かつた。 参考例 3 特開昭48−502号公報に記載された実施例1の
反応方法にしたがつて反応を行なつた。 撹拌機付チタン内張オートクレーブに26%ホル
ムアルデヒド水溶液9.2g、水8.5g、第3級ブタ
ノール47.4gを仕込み、次いで塩化アルミニウム
6水和物0.86gおよび水2.0gを仕込んだガラス
封管をオートクレーブ内に入れた。上蓋を取り付
けた後、イソブテン27gをオートクレーブに導入
した。以下参考例1と同様の操作で160℃で30分
間反応を行つた後、同様の後処理をし、分析を行
つた。生成したイソプレンの量は2.55gであり、
仕込みホルムアルデヒド基準の収率は47%であつ
た。また未反応ホルムアルデヒドは検出できなか
つた。 参考例 4 特開昭57−130928号公報に記載された実施例8
の方法にしたがつて反応を行なつた。 撹拌器を備えた内容積1のステンレス製
(SUS−316)オートクレーブに第3級ブタノール
100g、12.12%のホルムアルデヒド水溶液38.0g
(ホルムアルデヒド4.6g)、ケイタングステン酸
0.09gおよび水142.3gを仕込み、撹拌下に210℃
まで上昇し、直さに撹拌を止め急冷した。室温か
ら210℃に達するまでに要した時間は1時間であ
つた。室温まで冷却後、反応液を500mlのガラス
製耐圧ピンに取り出し有機相と水相とに分けた。
有機相および中和した水相をガスクロマトグラフ
イーにより分析し、イソプレンの生成量を求め
た。中和した水相についてさらに亜硫酸ソーダ法
により未反応ホルムアルデヒドを定量した。ホル
ムアルデヒドの転化率は98.2%、ホルムアルデヒ
ド基準のイソプレンの選択率は50.2%、仕込んだ
ホルムアルデヒド基準のイソプレンの収率は49.3
%であつた。 参考例 5 特開昭52−91807号公報に記載された実施例1
の反応方法にしたがつて反応を行なつた。 撹拌器を備えたステンレス製(SUS−316)の
内容積300mlのオートクレーブに6%のメタノー
ルを含む36%のホルムアルデヒド水溶液16.6g、
88%の第3級ブタノール水溶液50.4gおよびスル
フアニル酸0.1gを仕込んだ。次いでイソブテン
33.6gを導入し、130℃に加熱して20分間反応さ
せた。この間、昇温時間に45分を要した。次い
で、反応温度を180℃にして40分間反応を行なつ
た。この間の昇温に要した時間は32分であつた。
反応終了後、急冷し、ドライアイス−アセトンで
冷却したトラツプに常圧になるまでパージした。
オートクレーブ内容物を分液し、油層、水層およ
びトラツプ内容物をガスクロマトグラフイーで分
析した。更に水層について亜硫酸ソーダ法による
ホルムアルデヒドの分析を行つた。その結果、ホ
ルムアルデヒドの転化率は85%、ホルムアルデヒ
ド基準のイソプレンの選択率は0.8%であつた。
主生成物は4・4−ジメチル−1・3−ジオキサ
ンであつた。
[Table] Reference example 1 Example 5 described in Japanese Patent Publication No. 49-10926
The reaction was carried out according to the reaction method. However, as for the reactor, there is a statement that a titanium reactor is the best in JP-A-48-502, which is filed by the same applicant as this patent and whose inventor overlaps, so a titanium-lined autoclave is used. was used. Titanium-lined autoclave with stirrer
10 g of a 37% formaldehyde aqueous solution and 68 g of tertiary butanol were charged, as well as 2.4 g of ferrous chloride and 26 g of water, which were sealed in a glass sealed tube and placed in an autoclave. After heating the autoclave and the temperature inside the autoclave reaches 160℃,
Stirring was started, the glass sealed tube was broken, and the reaction was carried out at 160°C for 18 minutes. After the reaction, the reaction solution was pumped into ice-cooled dilute alkaline water and rapidly cooled to stop the reaction. (using a pressure-feeding method). The separated oil and water layers were analyzed by gas chromatography to determine the amount of isoprene produced. The amount of isoprene produced was 3.52 g, and the yield was 42% based on the formaldehyde charged. In addition, an attempt was made to quantify unreacted formaldehyde in the aqueous layer using the sodium sulfite method, but the amount was below the detection limit. Reference Example 2 Example 2 described in Japanese Patent Publication No. 52-30483
The reaction was carried out according to the reaction method. However, a titanium-lined autoclave was used as the reactor. A titanium-lined autoclave with a stirrer was charged with 11.5 g of 26% formaldehyde aqueous solution, 11.1 g of water, and 59.2 g of tertiary butanol, and then potassium alum was added.
A glass sealed tube containing 1.13 g and 3 g of water was placed in an autoclave. After attaching the top lid, 33.6 g of isobutene was introduced into the autoclave.
After the autoclave was heated and the internal temperature reached 160°C, stirring was started, the glass sealed tube was broken, and the reaction was carried out at 160°C for 1 hour. After the reaction was completed, the reaction solution was pumped into dilute alkaline water that had been ice-cooled in advance to stop the reaction. The amount of isoprene produced was determined in the same manner as in Reference Example 1, and was found to be 2.34 g. This corresponds to a yield of 34.5% based on the formaldehyde charged. Further, unreacted formaldehyde was not detected. Reference Example 3 A reaction was carried out according to the reaction method of Example 1 described in JP-A-48-502. A titanium-lined autoclave with a stirrer was charged with 9.2 g of a 26% formaldehyde aqueous solution, 8.5 g of water, and 47.4 g of tertiary butanol, and then a glass sealed tube containing 0.86 g of aluminum chloride hexahydrate and 2.0 g of water was placed inside the autoclave. I put it in. After installing the top lid, 27 g of isobutene was introduced into the autoclave. The reaction was carried out at 160° C. for 30 minutes in the same manner as in Reference Example 1, followed by the same post-treatment and analysis. The amount of isoprene produced was 2.55g,
The yield based on the formaldehyde charged was 47%. Further, unreacted formaldehyde could not be detected. Reference Example 4 Example 8 described in JP-A-57-130928
The reaction was carried out according to the method. Tertiary butanol in a stainless steel (SUS-316) autoclave with an internal volume of 1 and equipped with a stirrer.
100g, 12.12% formaldehyde aqueous solution 38.0g
(4.6g formaldehyde), tungstic silicoic acid
Add 0.09g and 142.3g of water and heat to 210℃ while stirring.
As soon as the temperature rose, stirring was stopped and the mixture was rapidly cooled. The time required to reach 210°C from room temperature was 1 hour. After cooling to room temperature, the reaction solution was taken out into a 500 ml glass pressure pin and separated into an organic phase and an aqueous phase.
The organic phase and the neutralized aqueous phase were analyzed by gas chromatography to determine the amount of isoprene produced. The amount of unreacted formaldehyde in the neutralized aqueous phase was further determined by the sodium sulfite method. The conversion rate of formaldehyde is 98.2%, the selectivity of isoprene based on formaldehyde is 50.2%, and the yield of isoprene based on charged formaldehyde is 49.3.
It was %. Reference Example 5 Example 1 described in JP-A-52-91807
The reaction was carried out according to the reaction method. 16.6 g of a 36% formaldehyde aqueous solution containing 6% methanol in a stainless steel (SUS-316) autoclave with an internal volume of 300 ml equipped with a stirrer,
50.4 g of an 88% aqueous tertiary butanol solution and 0.1 g of sulfanilic acid were charged. Then isobutene
33.6g was introduced, heated to 130°C, and reacted for 20 minutes. During this time, it took 45 minutes to raise the temperature. Next, the reaction temperature was raised to 180°C and the reaction was carried out for 40 minutes. The time required to raise the temperature during this period was 32 minutes.
After the reaction was completed, the reaction mixture was rapidly cooled and purged into a trap cooled with dry ice-acetone until the pressure reached normal pressure.
The contents of the autoclave were separated, and the oil layer, water layer, and trap contents were analyzed by gas chromatography. Furthermore, the aqueous layer was analyzed for formaldehyde using the sodium sulfite method. As a result, the conversion rate of formaldehyde was 85%, and the selectivity of isoprene based on formaldehyde was 0.8%.
The main product was 4,4-dimethyl-1,3-dioxane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イソブテンおよび/または第3級ブタノール
とホルムアルデヒドを酸性水溶液中で反応させる
ことによりイソプレンを製造する方法において、 (a) 直列に接続した複数の反応帯域に酸性水溶液
を存在させ、 (b) 第1反応帯域にイソブテンおよび/または第
3級ブタノールを連続的または断続的に供給す
るとともに各反応帯域にホルムアルデヒド源お
よび水を連続的または断続的に供給し、 (c) 各反応帯域からイソプレン、低沸点副生物お
よび未反応原料を水とともに留出させ、これを
次位の反応帯域に供給し、 (d) 最終反応帯域から得られる留出物よりイソプ
レンを回収することを特徴とするイソプレンの
製造方法。 2 第1反応帯域に供給するイソブテンおよび/
または第3級ブタノールのモル数と各反応帯域に
供給するホルムアルデヒド源の合計をホルムアル
デヒドに換算した場合のモル数の比が少なくとも
2でありかつ各反応系の圧力が酸性水溶液の反応
温度における蒸気圧の1.1〜2.5倍である特許請求
の範囲第1項記載の方法。 3 各反応帯域へのホルムアルデヒド源の供給速
度が該ホルムアルデヒド源をホルムアルデヒドに
換算した場合に酸性水溶液1Kgにつき1時間あた
り3モル以下である特許請求の範囲第1項記載の
方法。 4 酸性水溶液のPHが0.5〜2.5である特許請求の
範囲第1項記載の方法。 5 接続される反応帯域の数が2.3または4個で
ある特許請求の範囲第1項記載の方法。 6 各反応帯域から酸性水溶液の一部を連続的ま
たは間欠的に抜き取り、該酸性水溶液中に分散す
る高沸点副生物を除去したのち、該酸性水溶液を
反応帯域に循環する特許請求の範囲第1項記載の
方法。
[Scope of Claims] 1. A method for producing isoprene by reacting isobutene and/or tertiary butanol with formaldehyde in an acidic aqueous solution, comprising: (a) having an acidic aqueous solution present in a plurality of reaction zones connected in series; (b) continuously or intermittently supplying isobutene and/or tertiary butanol to the first reaction zone and continuously or intermittently supplying a formaldehyde source and water to each reaction zone; (c) supplying each reaction zone continuously or intermittently; (d) isoprene is recovered from the distillate obtained from the final reaction zone; and (d) isoprene is recovered from the distillate obtained from the final reaction zone. A method for producing isoprene. 2 Isobutene and/or supplied to the first reaction zone
Or, the ratio of the number of moles of tertiary butanol to the total number of formaldehyde sources supplied to each reaction zone in terms of formaldehyde is at least 2, and the pressure of each reaction system is the vapor pressure at the reaction temperature of the acidic aqueous solution. 1. The method according to claim 1, wherein the amount is 1.1 to 2.5 times. 3. The method according to claim 1, wherein the formaldehyde source is supplied to each reaction zone at a rate of 3 mol or less per hour per 1 kg of acidic aqueous solution when the formaldehyde source is converted to formaldehyde. 4. The method according to claim 1, wherein the acidic aqueous solution has a pH of 0.5 to 2.5. 5. The method according to claim 1, wherein the number of connected reaction zones is 2.3 or 4. 6. Claim 1, in which a portion of the acidic aqueous solution is continuously or intermittently withdrawn from each reaction zone, and after removing high-boiling by-products dispersed in the acidic aqueous solution, the acidic aqueous solution is recycled to the reaction zone. The method described in section.
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