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技術 トルエンのニトロ化の間に形成される副成分の除去法

出願人 バイエルマテリアルサイエンスアクチエンゲゼルシャフト
発明者 ユルゲンミュニヒディートマーヴァスティアンヴォルフガングローレンツベルトルトケゲンホフ
出願日 2004年6月30日 (16年3ヶ月経過) 出願番号 2004-194526
公開日 2005年1月27日 (15年8ヶ月経過) 公開番号 2005-023076
状態 特許登録済
技術分野 有機低分子化合物及びその製造
主要キーワード アルカリ性廃水 酸性洗浄水 アルカリ性洗浄水 ジニトロクレゾール ニトロクレゾール モノニトロトルエン 沈殿容器 アルカリ性水相
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この項目の情報は公開日時点(2005年1月27日)のものです。
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課題

ニトロ化の不所望の副成分を分離及び処理するための、単純かつ経済的な方法を提供する。

解決手段

a)(1)ニトロ化処理洗浄工程から生じる酸性及びアルカリ性廃水と(2)硫酸濃縮工程からの水性留出物とを合わせて、得られた混合物が5未満のpHを有するようにし、b)得られた水相有機相とを相分離により分離し、かつc)工程b)からの有機相をニトロ化処理に再利用することを特徴とする、有機副成分を除去するための方法。

概要

背景

トルエン、及び硫酸硝酸との混合物混酸)からジニトロトルエンDNT)を製造するための慣用の方法において、酸性反応水は硫酸濃縮工程において留去され、DNTの精製からのアルカリ性及び酸性の洗浄水は、廃水として得られる。モノニトロトルエン及びジニトロトルエンに加え、このプロセス廃水は、モノニトロクレゾールジニトロクレゾール及びトリニトロクレゾール(以後、包括的にニトロクレゾールと呼称される)、ピクリン酸及びニトロ安息香酸のようなニトロ化副生成物を含有する。芳香族ニトロ化合物生物学的廃水処理プラント中では容易に分解されず、バクテリアに対する毒性の特性を有するため、前記物質は廃水から除去されねばならない。

芳香族化合物のニトロ化における有機副成分の処理に関する従来の公知技術は、以下の通りである:
US特許6506948には、トルエンと混酸とから製造されたDNTの精製からの洗浄水の後処理が記載されている。DNTは酸性及びアルカリ性の洗浄水から回収され、有機副成分はアルカリ性水相中に残存する。しかしながら、前記副成分の後処理はUS特許6506948には記載されていない。それどころかこの刊行物には、生物学的廃水処理プラントへ排出する前の、可能な化学的前処理酸化)又は物理的前処理(吸着)に関して、単に一般的言及がなされているに過ぎない。

EPA10962446の記載によれば、アルカリ性DNT洗浄工程において生成物流から分離されたニトロクレゾールの処理は、高められた温度で硝酸を用いて酸化分解することにより行うことができる。しかしながら前記刊行物に記載されている通り、これには独特付加処理工程が必要とされる。この処理工程には180℃までの温度が必要である。更に、活性炭への吸着による後処理、又は生物学的廃水処理プラント中での相応する後処理がなお必要である。

US特許5232605には、ニトロベンゼンの後処理からのアルカリ性洗浄水中のニトロ化合物を分解するために、前記廃水を硝酸を用いて、290℃までの温度で、130バールまでの圧力で処理することが記載されている。この別個の付加的な処理工程の後に、廃水を生物学的廃水処理プラントへ送出することができる。

ニトロベンゼンの製造の文脈において、US特許4230567には、高められた圧力及び温度での付加的な処理工程におけるニトロフェノールの分解も記載されている。ニトロベンゼンのアルカリ性洗浄後、洗浄水は、50〜350バールの圧力で、不活性ガス雰囲気下で150℃〜500℃の温度にさらされる。

DNTのアルカリ性洗浄後、US特許4597875の方法には、洗浄水からのニトロクレゾール成分の酸性沈殿及びその機械的沈殿が必要である。その後、ニトロクレゾール化合物は適当な燃焼工程において焼却される。しかしながらここでも、ニトロクレゾール成分を後処理するためには付加的な処理工程が必要である。
US6506948
EPA10962446
US5232605
US4230567
US4597875

概要

ニトロ化の不所望の副成分を分離及び処理するための、単純かつ経済的な方法を提供する。a)(1)ニトロ化処理の洗浄工程から生じる酸性及びアルカリ性廃水と(2)硫酸濃縮工程からの水性留出物とを合わせて、得られた混合物が5未満のpHを有するようにし、b)得られた水相有機相とを相分離により分離し、かつc)工程b)からの有機相をニトロ化処理に再利用することを特徴とする、有機副成分を除去するための方法。なし

目的

本発明の対象は、ニトロ化の不所望の副成分を分離及び処理するための、単純かつ経済的な方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
0件

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請求項1

トルエンジニトロトルエンへとニトロ化する間に形成され、かつ、ジニトロトルエンの洗浄工程からの酸性及びアルカリ性廃水中に、及び硫酸濃縮工程からの水性留出物中に、少量のモノニトロトルエン及びジニトロトルエンと共に存在する有機副成分を除去するための方法において、a)(1)ニトロ化処理の洗浄工程から生じる酸性及びアルカリ性廃水と(2)硫酸濃縮工程からの水性留出物とを合わせて、得られた混合物が5未満のpHを有するようにし、b)得られた水相有機相とを相分離により分離し、かつc)工程b)からの有機相をニトロ化処理に再利用することを特徴とする、有機副成分を除去するための方法。

技術分野

0001

本発明は、トルエンニトロ化によるジニトロトルエンDNT)の製造により得られた有機副成分を後処理又は除去するための方法に関する。前記の副成分は、粗DNTからのプロセス水を用いて分離される。プロセス廃水生物学的後処理に送出することができるようにするために、この有機材料を処理することが必要である。

背景技術

0002

トルエン、及び硫酸硝酸との混合物混酸)からジニトロトルエン(DNT)を製造するための慣用の方法において、酸性反応水は硫酸濃縮工程において留去され、DNTの精製からのアルカリ性及び酸性の洗浄水は、廃水として得られる。モノニトロトルエン及びジニトロトルエンに加え、このプロセス廃水は、モノニトロクレゾールジニトロクレゾール及びトリニトロクレゾール(以後、包括的にニトロクレゾールと呼称される)、ピクリン酸及びニトロ安息香酸のようなニトロ化副生成物を含有する。芳香族ニトロ化合物は生物学的廃水処理プラント中では容易に分解されず、バクテリアに対する毒性の特性を有するため、前記物質は廃水から除去されねばならない。

0003

芳香族化合物のニトロ化における有機副成分の処理に関する従来の公知技術は、以下の通りである:
US特許6506948には、トルエンと混酸とから製造されたDNTの精製からの洗浄水の後処理が記載されている。DNTは酸性及びアルカリ性の洗浄水から回収され、有機副成分はアルカリ性水相中に残存する。しかしながら、前記副成分の後処理はUS特許6506948には記載されていない。それどころかこの刊行物には、生物学的廃水処理プラントへ排出する前の、可能な化学的前処理酸化)又は物理的前処理(吸着)に関して、単に一般的言及がなされているに過ぎない。

0004

EPA10962446の記載によれば、アルカリ性DNT洗浄工程において生成物流から分離されたニトロクレゾールの処理は、高められた温度で硝酸を用いて酸化分解することにより行うことができる。しかしながら前記刊行物に記載されている通り、これには独特付加処理工程が必要とされる。この処理工程には180℃までの温度が必要である。更に、活性炭への吸着による後処理、又は生物学的廃水処理プラント中での相応する後処理がなお必要である。

0005

US特許5232605には、ニトロベンゼンの後処理からのアルカリ性洗浄水中のニトロ化合物を分解するために、前記廃水を硝酸を用いて、290℃までの温度で、130バールまでの圧力で処理することが記載されている。この別個の付加的な処理工程の後に、廃水を生物学的廃水処理プラントへ送出することができる。

0006

ニトロベンゼンの製造の文脈において、US特許4230567には、高められた圧力及び温度での付加的な処理工程におけるニトロフェノールの分解も記載されている。ニトロベンゼンのアルカリ性洗浄後、洗浄水は、50〜350バールの圧力で、不活性ガス雰囲気下で150℃〜500℃の温度にさらされる。

0007

DNTのアルカリ性洗浄後、US特許4597875の方法には、洗浄水からのニトロクレゾール成分の酸性沈殿及びその機械的沈殿が必要である。その後、ニトロクレゾール化合物は適当な燃焼工程において焼却される。しかしながらここでも、ニトロクレゾール成分を後処理するためには付加的な処理工程が必要である。
US6506948
EPA10962446
US5232605
US4230567
US4597875

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の対象は、ニトロ化の不所望の副成分を分離及び処理するための、単純かつ経済的な方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

驚異的にも、前記対象は、付加的な処理工程なしで、かつニトロ化処理に対して異種である材料を供給することなしに、殊に既存の方法と比較した場合に処理技術の点で単純である工程を用いることにより達成される。

0010

本発明は、トルエンをジニトロトルエンへとニトロ化する間に形成される有機副成分を後処理又は除去するための方法に関する。ジニトロトルエンへのトルエンのニトロ化は、1工程又は2工程で行われてよい。前記有機副成分は、ジニトロトルエンの洗浄工程からの酸性及びアルカリ性の廃水中、及び硫酸濃縮工程からの水性留出物中に、少量のモノニトロトルエン及びジニトロトルエンと共に存在する。該方法は:
a)(1)洗浄工程からの酸性及びアルカリ性廃水と(2)硫酸濃縮工程からの水性留出物とを合わせて、得られた混合物が5未満のpH(70℃で測定)を有するようにし、
b)得られた水相有機相とを相分離により分離し、
かつ
c)工程b)からの有機相をニトロ化処理に再利用する
ことから成る。

0011

芳香族炭化水素のニトロ化のための慣用の方法では、炭化水素を硫酸と硝酸との混合物(混酸)と反応させる。ジニトロトルエンへのトルエンのニトロ化の場合、例えばUS特許6528690(これはEPA2−908442に相当すると思われる)に記載されているような一工程のニトロ化処理と並び、二工程のニトロ化は一般的な慣用の方法の1つであり、この開示は参考のために挙げられたものである。二工程法では、トルエンはまず、硝酸及び硫酸を用いてモノニトロトルエン(MNT)に変換される(モノ−工程)。得られた反応混合物をMNTと酸性相とに分離した後(これは静的沈澱槽又は動的沈殿槽中で行うことができる)、MNTは硝酸及び硫酸と反応し、ジニトロトルエン(DNT)が生じる(ジ−工程)。モノ−工程からの硫酸相を濃縮する。ジ−工程のための硫酸フィードは、濃縮酸である。ジ−工程の反応混合物を、有機相、即ち粗DNTと酸性相とに分離し、その際、酸性相をモノ−工程のための硫酸フィードとして使用すること、又は濃縮することが可能である。ジ−工程の反応混合物を同様に静的沈澱槽又は動的沈殿槽中で分離することができる。

0012

混酸を用いたトルエンのニトロ化によるDNTの全ての製造法によって2つの材料流が生じ、これらを後処理に送出しなければならない。前記の流れは、粗DNT及び硫酸であり、これは、反応水により、及び使用した硝酸中に存在する水により希釈されたものである。

0013

粗DNTは一般に、実質的に、硫酸1.5質量%まで、過剰の硝酸0.5質量%〜1.2質量%、及びニトロ化の副成分約1質量%までを含有する所望の反応生成物から成る。前記副成分は、実質的にはニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸である。慣用の方法において、酸及び副成分は、水を用いた2〜4つの洗浄工程で、粗DNTから除去される。この処理に導入される洗浄水は、少なくとも1つの洗浄工程において1種の塩基を含有してよい。慣例的には、塩基は、2〜10質量%の濃度の、水酸化ナトリウム又は炭酸ナトリウムである。中性水性洗浄工程では、ニトロ化生成物から大幅に硫酸及び硝酸が除去されるが、アルカリ性洗浄工程でも、塩形成有機成分、例えばニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸が水相に移動する。

0014

一工程のアルカリ性洗浄工程及び最後の水性洗浄工程の他に、清水、又は向流で導入される後続の工程からの洗浄水を、洗浄水として使用することができる。しかしながら、洗浄水は、清水、脱塩水、又は上記のニトロ化処理に続く処理からの適当な品質の任意の他の水であってもよい。

0015

洗浄工程のために使用される洗浄水の量は、DNT100質量部当たり、洗浄水が有利に15〜90質量部、更に有利に50〜65質量部である。

0016

使用する洗浄水の品質、及び洗浄水フィードの源に応じて、中性水性洗浄工程により、硝酸1.0〜3.0質量%及び硫酸2.0〜6.0質量%の有利な酸含分、及び数千ppmのDNT含分を有する酸性プロセス廃水が生じる。プロセス廃水中の有機ニトロ化副生成物(即ち、有機副成分)の濃度は、一般に300〜900ppmである。

0017

アルカリ性洗浄工程の廃水流は、有機ニトロ化副生成物を一般に3.0〜7.0質量%含有しており、これは実質的に、水溶性塩の形の、ニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸から成る。この廃水流は、更に、DNT数千ppm、それと共に、水溶性塩の形の、硝酸2.0〜4.0質量%、硫酸約0.6〜1.2質量%を含有し得る。アルカリ性洗浄工程の廃水流は、80℃で測定された、7.0を上回る、有利に7.5を上回るpHを有する。

0018

洗浄工程は、適当な装置中で、有利にスクラバー又は抽出カラム中で、又はミキサー沈殿槽中で行われる。

0019

ニトロ化からの希釈硫酸は、硫酸を70〜90質量%、有利に70〜80質量%、最も有利に75〜79質量%含有し得る。これは、硝酸0.005〜0.5質量%、有利に0.005〜0.05質量%、MNT3.0質量%まで、DNT0.2〜2.0質量%をも含有し得る。処理すべき酸は、実質的にニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸から成る有機副成分0.2質量%までをも含有する。希釈硫酸の濃縮の可能な方法の例は、特に、[例えば、Bodenbrenner, von Plessen, Vollmueller, Dechema-Monogr. 86 (1980), 197に記載されている通り]常圧でのポーリング法(Pauling process)(これにより約97%硫酸がもたらされる)、US特許6332949(これはDE−A1−19642328に相当すると思われる)に記載されているような真空蒸発(これも最高97%の硫酸をもたらす)であり、この開示は参考のために挙げられたものである。所望の硫酸に加え、0.2〜1.0質量%、有利に0.2〜0.6質量%の硫酸含分、0.7〜7.0質量%のMNT含分、及び2.0〜6.0質量%のDNT含分を有する1種以上の水相が、一般に蒸気凝縮後に得られる。他の有機化合物は、慣例的に0.4質量%までの濃度で存在する。留出物中の有機成分は、溶解又は分散されている。

0020

本発明の方法によれば、中性及びアルカリ性DNT洗浄工程及び硫酸濃縮工程の廃水流が合わせられる。ニトロ化からの水相は、複数の個々の流れ、有利に2〜4つの流れから成るが、但し、個々の流れのうち少なくとも1つは中性水性洗浄工程に由来しており(酸性洗浄水)、個々の流れの少なくとも1つはアルカリ性洗浄工程に由来している(アルカリ性洗浄水)。硫酸濃縮工程からの水相は、酸及び有機成分の上記含分を有する1つ以上の個々の流れから成る。

0021

プロセス廃水流は、動的混合要素を備えた適当なタンク中で、例えば静的混合ユニットを用いて合わせることができる。流れを合わせた後、得られた混合物のpHは70℃で測定して5未満、有利に2未満である。この混合物から有機相を沈殿させる。アルカリ性洗浄工程を大量の塩基を用いて行う場合、DNT洗浄工程からの廃水及び硫酸濃縮工程からの留出物を合わせると、理論的には5以上のpHを得ることが可能である。pHを5未満にするためには、例えば、使用するアルカリ性廃水の量を相応して低下させなければならないであろう。有機相は、MNT及びDNT、並びにニトロ化副生成物から成る。このニトロ化副生成物は、主にニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸である。アルカリ性洗浄工程でカーボネートを使用する場合、流れが合わせられる点、又はその近傍に、適当な脱ガス装置が存在しなければならない。形成された有機相を分離するために、合わせられた廃水流を適当な沈殿容器に送出し、相分離により分離させる。この沈殿工程の後に、水相を別個に更なる廃水処理に送出する。

0022

プロセス廃水流を合わせる場合、更に、MNTを供給することができる。MNTの添加により相分離を促進させることができ、かつ、有機相の凝固点を低下させることにより、処理における材料のこの混合物の搬送を容易にすることができる。添加されるMNTの量は、プロセス廃水100質量部当たり、有利にMNT0.2〜9.0質量部、更に有利に0.5〜4.0質量部である。

0023

密度差のために、主にMNT、DNT、ニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸から成る有機相は、一般により重い相を形成する。本発明による方法において、この有機相を沈殿容器から回収し、ニトロ化処理へ返送する。ここで、有機相は、一工程ニトロ化処理(例えば、断熱ジニトロ化)の場合には、直接、ニトロ化反応器へ返送されることができ、又は二工程法の場合には、MNT製造のためのニトロ化反応(モノ−工程)へ、又はDNT製造のためのニトロ化反応(ジ−工程)へ返送されることができる。廃水に混入されたMNT及びDNTは、ニトロ化処理に再利用することにより回収され、かつ、驚異的にも、有機副成分、例えばニトロクレゾール、ピクリン酸及びニトロ安息香酸は、ニトロ化処理において存在する硝酸により、酸化条件下で酸化的に分解される。これは例えば、分解生成物としてのシュウ酸の形成により示される。

0024

従って、本発明の利点は、ニトロ化処理において形成され、DNT洗浄工程、及び引き続き廃水を合わせて有機材料を沈殿させることにより分離された不所望の有機副成分が、付加的な処理工程なしで、かつ、処理に対して異種の付加的な物質の導入なしで、容易に分解されることができる点にある。また、プロセス廃水に混入されたMNT及びDNTは、この方法により回収される。

0025

以下の実施例により本発明の方法を更に詳説する。上記開示で記載した本発明は、この実施例により意図又は範囲のどちらをも限定されるものではない。当業者には、以下の方法の条件の公知の変法を使用して良いことが容易に理解されるであろう。他に記載がない限り、全ての温度はセルシウス度であり、全ての百分率質量百分率である。

0026

実施例1
DNT洗浄工程及び硫酸濃縮工程からのプロセス廃水を合わせ、次いで相分離させることにより得られた有機相混合物10gを、70℃で、硫酸79質量%、硝酸10質量%及び水11質量%から成る混酸混合物500gに添加した。

0027

有機相混合物は以下の組成を有していた:

0028

0029

以下の濃度プロフィールを、観察期間に亘り、反応混合物中で測定した:

0030

0031

ニトロクレゾール濃度は、反応時間に亘り96.6質量%低下した。ピクリン酸濃度は、22.8質量%低下した。

0032

説明を目的として、上記で本発明を詳細に記載したが、そのような詳細は単にその目的のためだけのものであり、請求項により制限されるものを除き、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、当業者により変法が創作されてよいと理解されるべきである。

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