JP2021151986A - Method and device for producing carbonate ester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,炭酸エステルの製造方法、および炭酸エステルの製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a carbonic acid ester and an apparatus for producing a carbonic acid ester.
炭酸エステルとは、炭酸HO−C(=O)−OHの2原子の水素のうち1原子、あるいは2原子をアルキル基またはアリール基で置換した化合物の総称であり、RO−C(=O)−OR’(R、R’は飽和炭化水素基や不飽和炭化水素基を表す)の構造を持つものである。 Carbonate ester is a general term for compounds in which one or two of the two hydrogen atoms of HO-C (= O) -OH carbonate is substituted with an alkyl group or an aryl group, and RO-C (= O). It has a structure of −OR'(R, R'represents a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group).
炭酸エステルは、オクタン価向上のためのガソリン添加剤、排ガス中のパーティクルを減少させるためのディーゼル燃料添加剤等の添加剤として使われるほか、ポリカーボネートやポリウレタン、医薬・農薬等の樹脂・有機化合物を合成する際のアルキル化剤、カルボニル化剤、溶剤等、あるいはリチウム電池の電解液、潤滑油原料、ボイラー配管の防錆用の脱酸素剤の原料として使われるなど、非常に有用な化合物である。 Carbonate esters are used as additives such as gasoline additives for improving octane value and diesel fuel additives for reducing particles in exhaust gas, and also synthesize resins and organic compounds such as polycarbonate, polyurethane, pharmaceuticals and pesticides. It is a very useful compound as it is used as an alkylating agent, a carbonylating agent, a solvent, etc., or as a raw material for an electrolytic solution of a lithium battery, a raw material for lubricating oil, and a deoxidizing agent for rust prevention of a boiler pipe.
従来の炭酸エステルの製造方法としては、ホスゲンをカルボニルソースとしてアルコールと直接反応させる方法が主流である。この方法は、極めて有害で腐食性の高いホスゲンを用いるため、その輸送や貯蔵等の取扱に細心の注意が必要であり、製造設備の維持管理及び安全性の確保のために多大なコストがかかっていた。また、本方法で製造する場合、原料や触媒中に塩素などのハロゲンが含まれており、得られる炭酸エステル中には、簡単な精製工程では取り除くことのできない微量のハロゲンが含まれる。ガソリン添加剤、軽油添加剤、電子材料向け用途にあっては、腐食の原因となる懸念も存在するため、微量に存在するハロゲンを極微量にするための徹底的な精製工程が必須となる。さらに、最近では、人体に極めて有害なホスゲンを利用することから、本製造方法での製造設備の新設が許可されないなど行政指導が厳しくなされてきており、ホスゲンを用いない新たな製造方法が強く望まれている。 As a conventional method for producing a carbonic acid ester, a method of directly reacting with alcohol using phosgene as a carbonyl source is the mainstream. Since this method uses phosgene, which is extremely harmful and highly corrosive, it is necessary to pay close attention to its transportation and storage, and it costs a lot of money to maintain and manage the manufacturing equipment and ensure safety. Was there. Further, in the case of production by this method, halogens such as chlorine are contained in the raw materials and the catalyst, and the obtained carbonic acid ester contains a trace amount of halogen that cannot be removed by a simple purification step. In applications for gasoline additives, light oil additives, and electronic materials, there is a concern that it may cause corrosion, so a thorough refining process is essential to reduce the amount of halogen present in trace amounts to a very small amount. Furthermore, recently, since phosgene, which is extremely harmful to the human body, is used, administrative guidance has been strict, such as not permitting the construction of new manufacturing equipment using this manufacturing method, and there is a strong desire for a new manufacturing method that does not use phosgene. It is rare.
こうした中、非特許文献1に記載されているように、ホスゲンを用いない炭酸エステルの製造法として、二酸化炭素をエチレンオキシドなどと反応させて環状炭酸エステルを合成し、更にメタノールと反応させて炭酸ジメチルを得る方法が実用化されてきている。この方法は、塩酸などの腐食性物質を使用あるいは発生することがほとんど無く、地球温暖化ガスとして削減を求められている二酸化炭素を骨格に入れることにより削減効果が期待できる環境にやさしい優れた方法である。しかしながら、特許文献1に記載されているように、副生するエチレングリコールなどの有効利用が大きな課題である。またエチレンオキシドの原料であるエチレンや、エチレンオキシドの安全な輸送は困難であるため、これらエチレンとエチレンオキシドの製造工程用プラントに隣接して炭酸エステル製造工程用プラントを立地しなければならないといった制約もある。 Under these circumstances, as described in Non-Patent Document 1, as a method for producing a carbonic acid ester without using phosgene, carbon dioxide is reacted with ethylene oxide or the like to synthesize a cyclic carbonate, which is further reacted with methanol to form dimethyl carbonate. The method of obtaining the ester has been put into practical use. This method uses or hardly generates corrosive substances such as hydrochloric acid, and is an excellent environment-friendly method that can be expected to have a reduction effect by adding carbon dioxide, which is required to be reduced as a greenhouse gas, into the skeleton. Is. However, as described in Patent Document 1, effective utilization of ethylene glycol produced as a by-product is a major issue. In addition, since it is difficult to safely transport ethylene, which is a raw material of ethylene oxide, and ethylene oxide, there is a restriction that a plant for the carbonic acid ester production process must be located adjacent to the plant for the production process of ethylene and ethylene oxide.
また、特許文献2、特許文献3、特許文献4に記載されているように、二酸化炭素をアルキレンオキシド又はエポキサイドと反応させて炭酸エステル(ポリエーテルカーボネートポリオールやポリカーボネートポリオール)を合成する方法が開示されている。これら方法も、地球温暖化ガスとして削減を求められている二酸化炭素を骨格に入れることにより削減効果が期待できる環境にやさしい優れた方法である。しかしながら、触媒として錯体触媒を用いることから、錯体触媒が分解しないよう使用温度の上限に制約があること、反応後に生成物と触媒を分離することが容易でないこと、反応圧力が2MPa〜6MPaのように高圧ほど有利であること、等の課題があった。 Further, as described in Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4, a method for synthesizing a carbonic acid ester (polyether carbonate polyol or polycarbonate polyol) by reacting carbon dioxide with an alkylene oxide or epoxiside is disclosed. ing. These methods are also excellent environmentally friendly methods that can be expected to have a reduction effect by incorporating carbon dioxide, which is required to be reduced as a greenhouse gas, into the skeleton. However, since a complex catalyst is used as the catalyst, there are restrictions on the upper limit of the operating temperature so that the complex catalyst does not decompose, it is not easy to separate the product from the catalyst after the reaction, and the reaction pressure is 2 MPa to 6 MPa. There was a problem that the higher the pressure, the more advantageous it was.
また、特許文献5に記載されているように、メタノールと一酸化炭素を塩化第一銅触媒の存在下、液相で酸素酸化することで炭酸ジメチルを製造する方法も開示されている。しかし、本方法では人体に有害な一酸化炭素を取り扱うことや、ホスゲンを用いる製造法と同様、触媒中にハロゲンを含むことにより、得られる炭酸エステルからのハロゲンの精製工程が必須であること、二酸化炭素が少なからず副生するなどの問題が指摘されている。
一方、特許文献6に二酸化炭素と2価のアルコールからウレタンやカーボネートを製造する方法が開示されているが、触媒に強塩基性含窒素化合物を使用しており、環境負荷の高い方法であることが問題であった。
Further, as described in Patent Document 5, a method for producing dimethyl carbonate by oxygen-oxidizing methanol and carbon monoxide in the liquid phase in the presence of a cuprous chloride catalyst is also disclosed. However, in this method, it is essential to handle carbon monoxide, which is harmful to the human body, and to purify halogen from the carbon dioxide ester obtained by containing halogen in the catalyst, as in the production method using phosgene. Problems such as carbon dioxide being produced as a by-product have been pointed out.
On the other hand, Patent Document 6 discloses a method for producing urethane or carbonate from carbon dioxide and divalent alcohol, but the method uses a strongly basic nitrogen-containing compound as a catalyst and has a high environmental load. Was the problem.
上記の課題を解決すべく、炭酸エステル(炭酸ジメチル)と共に副生する水を系外へ除いて反応制約を解除しようとする試みがなされ、例えば触媒と共に水和剤としてアセタール(非特許文献2)、2,2−ジメトキシプロパン(非特許文献3)を用いた研究が報告されている。しかしながら、この方法では、反応圧力が高くなるに従って反応が進行する特性を有し、低圧では反応収率が非常に低く、極めて高圧でないと高い生産性が得られない。これは、アセタール、2,2−ジメトキシプロパンの水和反応は液相で触媒作用を受けずに進行すると予想されることからCO2圧力には依存せず、炭酸ジメチル直接合成反応の反応速度が全体の反応速度を決定するためと推察されるが、反応圧力が各々300気圧(30MPa)、60気圧(6MPa)という高圧でメタノール転化率が高くなるため、昇圧に必要な動力エネルギーが非常に大きくなりエネルギー効率が悪くなるなどの問題があった。 In order to solve the above problems, an attempt has been made to remove the water produced as a by-product together with the carbonic acid ester (dimethyl carbonate) to the outside of the system to release the reaction restriction. For example, acetal as a wettable powder together with a catalyst (Non-Patent Document 2). , 2,2-Dimethoxypropane (Non-Patent Document 3) has been reported. However, this method has a characteristic that the reaction proceeds as the reaction pressure increases, the reaction yield is very low at low pressure, and high productivity cannot be obtained unless the reaction pressure is extremely high. This is because the hydration reaction of acetal and 2,2-dimethoxypropane is expected to proceed in the liquid phase without being catalyzed, so the reaction rate of the dimethyl carbonate direct synthesis reaction is independent of the CO 2 pressure. It is presumed that this is to determine the overall reaction rate, but since the reaction pressure is as high as 300 atm (30 MPa) and 60 atm (6 MPa), the methanol conversion rate is high, so the power energy required for boosting is very large. There were problems such as poor energy efficiency.
また、モレキュラーシーブ(固体脱水剤)を用いた研究(特許文献7、非特許文献4)が報告されているが、反応部(高圧)と脱水部(常圧)を分離して循環させるプロセスになることからエネルギー消費が大きく、また大量の固体脱水剤を必要とする問題点があった。尚、炭酸エステルの直接合成反応に用いられる固体触媒は、これまでにジメトキシジブチルスズ等のスズ化合物、タリウムメトキシド等のタリウム化合物、酢酸ニッケル等のニッケル化合物、五酸化バナジウム、炭酸カリウム等のアルカリ炭酸塩、及び、Cu/SiO2等種々の化合物が検討されている。 In addition, studies using molecular sieves (solid dehydrating agents) (Patent Document 7, Non-Patent Document 4) have been reported, but in the process of separating and circulating the reaction part (high pressure) and the dehydration part (normal pressure). Therefore, there is a problem that energy consumption is large and a large amount of solid dehydrating agent is required. The solid catalyst used in the direct synthesis reaction of carbonic acid ester has been a tin compound such as dimethoxydibutyltin, a tarium compound such as talliummethoxydo, a nickel compound such as nickel acetate, and an alkali carbonate such as vanadium pentoxide and potassium carbonate. Various compounds such as salts and Cu / SiO 2 have been studied.
一方、水和剤としてアセトニトリルを用いた反応として、固体触媒存在下、2価のアルコールであるプロピレングリコールと二酸化炭素から環状炭酸エステル(プロピレンカーボネート)を直接合成する反応系に関する研究が報告されている(非特許文献5)。
しかし、本反応系でも反応圧力の影響が顕著で、反応圧力が高くなるにしたがって反応が進行する特性を有し、低圧では反応収率が極端に低いが、環状炭酸エステルの直接合成反応が平衡的に有利な高圧で収率が上昇し、反応圧力は100気圧以上が望ましいことが確認され、上記と同様エネルギー効率が悪くなるなどの問題があった。
On the other hand, as a reaction using acetonitrile as a wettable powder, studies on a reaction system for directly synthesizing cyclic carbonate (propylene carbonate) from divalent alcohols propylene glycol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst have been reported. (Non-Patent Document 5).
However, even in this reaction system, the influence of the reaction pressure is remarkable, and the reaction proceeds as the reaction pressure increases. At low pressure, the reaction yield is extremely low, but the direct synthesis reaction of the cyclic carbonate is in equilibrium. It was confirmed that the yield increased at a particularly advantageous high pressure, and the reaction pressure was preferably 100 atm or more, and there were problems such as poor energy efficiency as described above.
本発明者らは、炭酸エステルの製造に際し、1価のアルコールと二酸化炭素から炭酸エステルを不均一系触媒を用いて直接合成する方法に着目し、炭酸エステルと共に副生する水を系外へ除く水和剤として、アセトニトリル、ベンゾニトリルを用いることにより、非特許文献2、3に記載されているような300気圧や60気圧といった高圧は不要で、常圧に近い圧力下で反応が促進されるという効果を初めて見出した(特許文献8、9参照)。しかし、水和剤としてアセトニトリルを用いた場合には、アセトアミド等の副生物が生成し、それらの用途も限定されることから、水和剤としてベンゾニトリルを採用することで、アセトニトリルの場合と同様に、反応系の圧力が常圧に近い圧力下で反応がより進行する現象が見られると共に、副生物の種類も少ないことを見出した。また、主な副生物であるベンズアミド自体も多くの用途があることが判明して発明を為すに至っている。 In the production of carbonic acid ester, the present inventors focused on a method of directly synthesizing carbonic acid ester from monovalent alcohol and carbon dioxide using a heterogeneous catalyst, and remove water produced as a by-product together with carbonic acid ester to the outside of the system. By using acetonitrile and benzonitrile as the wettable powder, high pressures such as 300 atm and 60 atm as described in Non-Patent Documents 2 and 3 are unnecessary, and the reaction is promoted under a pressure close to normal pressure. For the first time, we found the effect (see Patent Documents 8 and 9). However, when acetonitrile is used as the wettable powder, by-products such as acetamide are generated and their uses are limited. Therefore, by adopting benzonitrile as the wettable powder, the same as in the case of acetonitrile In addition, it was found that the reaction proceeded more when the pressure of the reaction system was close to the normal pressure, and that the number of by-products was small. In addition, benzamide itself, which is a main by-product, has been found to have many uses and has been invented.
さらに本発明者は、炭酸エステルの更なる生成量向上のため、水和剤の種類を鋭意検討したところ、炭酸エステルの更なる生成量向上のため、水和剤に2−シアノピリジン又はベンゾニトリルを用いることにより、アセトニトリルやベンゾニトリルの場合と比べ、炭酸エステルの生成量、生成速度を大幅に改善し、常圧に近い比較的低い圧力下で反応が進行しやすく、且つ、反応速度が非常に速いことを見出した(特許文献10、11、12、13参照)。しかし、副生する2−ピコリンアミド又はベンズアミドを再生して、再利用するプロセスが必要であった(特許文献10、11、12、13参照)。
Furthermore, the present inventor diligently examined the type of wettable powder in order to further improve the amount of carbonic acid ester produced, and found that 2-cyanopyridine or benzonitrile was used as the wettable powder in order to further improve the amount of carbonic acid ester produced. By using, the amount and rate of carbonic acid ester production are greatly improved as compared with the case of acetonitrile and benzonitrile, the reaction is easy to proceed under a relatively low pressure close to normal pressure, and the reaction rate is very high. It was found to be fast (see
以上のように、常圧等の穏和な反応圧力下で、アルコールと二酸化炭素を、固体触媒の存在下で反応させて、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、副生水を反応場から除去して、高収率で炭酸エステルを合成する報告例はなかった。 As described above, alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of a solid catalyst under a mild reaction pressure such as normal pressure, and by-product water is used without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder. Was removed from the reaction field to synthesize carbon dioxide ester in high yield.
そこで、本発明の課題は、穏和な反応圧力下で、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、副生水を反応場から除去しつつ、高効率で炭酸エステルを製造する炭酸エステルの製造方法、および炭酸エステルの製造装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to produce carbonic acid under mild reaction pressure with high efficiency while removing by-product water from the reaction field without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder. The present invention provides a method for producing an ester and an apparatus for producing a carbonic acid ester.
課題を解決する手段は、次の態様が含まれる。
[1]
酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種の固体触媒と溶媒との存在下で、二酸化炭素と、沸点が100℃超であり、1価及び2価のアルコールよりなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとを、反応温度が100℃以上、かつ前記アルコールおよび前記溶媒の沸点以下の条件下で反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成し、かつ前記副生水を蒸発により反応場から除去する炭酸エステルの製造方法。
[2]
蒸発した前記副生水を二酸化炭素の気流によって反応場から除去する[1]に記載の炭酸エステルの製造方法。
[3]
前記アルコールが、炭素数4〜10の1価のアルコールである[1]又は[2]に記載の炭酸エステルの製造方法。
[4]
前記アルコールが、炭素数2〜10の2価のアルコールである[1]又は[2]に記載の炭酸エステルの製造方法。
[5]
前記2価のアルコールが、炭素数4〜6の2価のアルコールである[4]に記載の炭酸エステルの製造方法。
[6]
前記溶媒が、エーテル系溶媒である[1]〜[5]のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
[7]
前記溶媒が、疎水性溶媒である[1]〜[6]のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。
[8]
酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種の固体触媒と溶媒とが存在する反応器に、二酸化炭素と、沸点が100℃超であり、1価及び2価のアルコールよりなる群から選択される少なくとも1種のアルコールと、を供給し、反応温度が100℃以上、かつ前記アルコールおよび前記溶媒の沸点以下の条件下で、前記二酸化炭素と前記アルコールとを反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成する反応工程と、
前記反応工程における前記反応器から、気相として排出された、未反応の前記二酸化炭素、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を冷却して、気相として、未反応の前記二酸化炭素と、液相として、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒と、に分離する第1の冷却工程と、
前記第1の冷却工程で、液相として分離された、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を蒸留により、気相として、前記副生水と、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、に分離する第1の蒸留工程と、
前記反応工程における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を蒸留して、気相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、液相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の蒸留工程、又は、前記反応工程における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を冷却して、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、固相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の冷却工程と、
を有し、
前記第1の冷却工程で分離された未反応の前記二酸化炭素と、前記第1の蒸留工程で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、前記第2の蒸留工程又は前記第2の冷却工程で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、を前記反応工程で再利用する、
炭酸エステルの製造方法。
[9]
前記反応工程における前記反応器から、前記液相と共に固相として排出された固体触媒を前記液相と分離する分離工程と、
前記分離工程で分離した固体触媒を再生する触媒再生工程と、
をさらに有し、
前記触媒再生工程で再生された固体触媒を、前記反応工程で再利用する[8]に記載の炭酸エステルの製造方法。
[10]
酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種の固体触媒と溶媒とが存在する反応器を有し、前記反応器に、二酸化炭素と、沸点が100℃超であり、1価及び2価のアルコールよりなる群から選択される少なくとも1種のアルコールと、を供給し、反応温度が100℃以上、かつ前記アルコールおよび前記溶媒の沸点以下の条件下で、前記二酸化炭素と前記アルコールとを反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成する反応塔と、
前記反応塔における前記反応器から、気相として排出された、未反応の前記二酸化炭素、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を冷却して、気相として、未反応の前記二酸化炭素と、液相として、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒と、に分離する第1の冷却塔と、
前記第1の冷却塔で、液相として分離された、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を蒸留により、気相として、前記副生水と、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、に分離する第1の蒸留塔と、
前記反応塔における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を蒸留して、気相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、液相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の蒸留塔、又は、前記反応塔における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を冷却して、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、固相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の冷却塔と、
を備え、
前記第1の冷却塔で分離された未反応の前記二酸化炭素と、前記第1の蒸留塔で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、前記第2の蒸留塔又は第2の冷却塔で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、を前記反応塔で再利用する、
炭酸エステルの製造装置。
[11]
前記反応塔における前記反応器から、前記液相と共に固相として排出された固体触媒を前記液相と分離する分離塔と、
前記分離塔で分離した固体触媒を再生する触媒再生塔と、
をさらに備え、
前記触媒再生塔で再生された固体触媒を、前記反応塔で再利用する[10]に記載の炭酸エステルの製造装置。
The means for solving the problem includes the following aspects.
[1]
Carbon dioxide in the presence of at least one solid catalyst and solvent selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodym oxide, tin oxide, displosium oxide, gadrinium oxide, and europium oxide. And at least one alcohol selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols having a boiling point of more than 100 ° C. and a reaction temperature of 100 ° C. or higher and lower than the boiling point of the alcohol and the solvent. A method for producing a carbonic acid ester, which is reacted below to produce a carbon dioxide ester and by-product water, and the by-product water is removed from the reaction field by evaporation.
[2]
The method for producing a carbonic acid ester according to [1], wherein the evaporated by-product water is removed from the reaction field by an air flow of carbon dioxide.
[3]
The method for producing a carbonic acid ester according to [1] or [2], wherein the alcohol is a monohydric alcohol having 4 to 10 carbon atoms.
[4]
The method for producing a carbonic acid ester according to [1] or [2], wherein the alcohol is a divalent alcohol having 2 to 10 carbon atoms.
[5]
The method for producing a carbonic acid ester according to [4], wherein the divalent alcohol is a divalent alcohol having 4 to 6 carbon atoms.
[6]
The method for producing a carbonic acid ester according to any one of [1] to [5], wherein the solvent is an ether solvent.
[7]
The method for producing a carbonic acid ester according to any one of [1] to [6], wherein the solvent is a hydrophobic solvent.
[8]
In a reactor in which at least one solid catalyst and solvent selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodium oxide, tin oxide, displosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide are present. Carbon dioxide and at least one alcohol selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols having a boiling point of more than 100 ° C. are supplied, the reaction temperature is 100 ° C. or higher, and the alcohol and the solvent are used. A reaction step of reacting the carbon dioxide with the alcohol to produce a carbonic acid ester and by-product water under the conditions below the boiling point of
The unreacted carbon dioxide, the unreacted alcohol, the by-product water, and the solvent discharged as the gas phase from the reactor in the reaction step are cooled, and the unreacted dioxide is used as the gas phase. A first cooling step of separating the carbon into the unreacted alcohol, the by-product water and the solvent as a liquid phase.
The unreacted alcohol, the by-product water and the solvent separated as the liquid phase in the first cooling step are distilled to obtain the by-product water as the gas phase and the unreacted product as the liquid phase. A first distillation step of separating into the alcohol and the solvent, and
The carbonic acid ester, the unreacted alcohol and the solvent discharged as the liquid phase from the reactor in the reaction step are distilled to prepare the unreacted alcohol and the solvent as the gas phase and the liquid phase. The carbonic acid ester, the unreacted alcohol, and the solvent discharged as a liquid phase from the reactor in the second distillation step of separating into the carbonic acid ester and the reaction step are cooled. A second cooling step of separating the unreacted alcohol and the solvent as the liquid phase and the carbonic acid ester as the solid phase.
Have,
The unreacted carbon dioxide separated in the first cooling step, the unreacted alcohol and the solvent separated in the first distillation step, and the second distillation step or the second cooling. The unreacted alcohol and the solvent separated in the step are reused in the reaction step.
Method for producing carbonic acid ester.
[9]
A separation step of separating the solid catalyst discharged as a solid phase together with the liquid phase from the reactor in the reaction step from the liquid phase.
A catalyst regeneration step of regenerating the solid catalyst separated in the separation step, and a catalyst regeneration step.
Have more
The method for producing a carbonic acid ester according to [8], wherein the solid catalyst regenerated in the catalyst regeneration step is reused in the reaction step.
[10]
It has a reactor in which at least one solid catalyst and solvent selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodium oxide, tin oxide, displosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide are present. Then, carbon dioxide and at least one alcohol having a boiling point of more than 100 ° C. and selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols are supplied to the reactor, and the reaction temperature is 100 ° C. or higher. A reaction tower that produces carbonic acid ester and by-product water by reacting the carbon dioxide with the alcohol under conditions below the boiling point of the alcohol and the solvent.
The unreacted carbon dioxide, the unreacted alcohol, the by-product water, and the solvent discharged as the gas phase from the reactor in the reaction tower are cooled, and the unreacted dioxide is used as the gas phase. A first cooling tower that separates carbon into, as a liquid phase, the unreacted alcohol, the by-product water, and the solvent.
The unreacted alcohol, the by-product water and the solvent separated as the liquid phase in the first cooling column are distilled to form the gas phase with the by-product water and the liquid phase with the unreacted product. A first distillation column that separates into the alcohol and the solvent,
The carbonic acid ester, the unreacted alcohol and the solvent discharged as a liquid phase from the reactor in the reaction tower are distilled, and the unreacted alcohol and the solvent are used as a gas phase as a liquid phase. The carbonic acid ester, the unreacted alcohol, and the solvent discharged as a liquid phase from the second distillation column separated into the carbonic acid ester and the reactor in the reaction column are cooled. A second cooling tower that separates the unreacted alcohol and the solvent as the liquid phase and the carbonic acid ester as the solid phase.
With
The unreacted carbon dioxide separated in the first cooling tower, the unreacted alcohol and the solvent separated in the first distillation column, and the second distillation column or the second cooling column. The unreacted alcohol and the solvent separated in the above are reused in the reaction column.
Carbonate ester manufacturing equipment.
[11]
A separation tower that separates the solid catalyst discharged as a solid phase together with the liquid phase from the reactor in the reaction tower from the liquid phase.
A catalyst regeneration tower that regenerates the solid catalyst separated by the separation tower, and a catalyst regeneration tower.
With more
The carbonic acid ester production apparatus according to [10], wherein the solid catalyst regenerated in the catalyst regeneration tower is reused in the reaction tower.
本発明によれば、穏和な反応圧力下で、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、副生水を反応場からへ除去しつつ、高効率で炭酸エステルを製造する炭酸エステルの製造方法、および炭酸エステルの製造装置を提供することができる。 According to the present invention, a carbonic acid ester that produces a carbonic acid ester with high efficiency under mild reaction pressure without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder while removing by-product water from the reaction field. A method for producing a carbonic acid ester and an apparatus for producing a carbonic acid ester can be provided.
以下、本発明について説明する。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「好ましい態様の組み合わせ」は、より好ましい態様である。
Hereinafter, the present invention will be described.
In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
In the numerical range described stepwise, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise.
In the numerical range, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
The term "process" is included in this term as long as the intended purpose of the process is achieved, not only in an independent process but also in cases where it cannot be clearly distinguished from other processes.
The "combination of preferred embodiments" is a more preferred embodiment.
本発明の炭酸エステルの製造方法は、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種の固体触媒と溶媒との存在下で、二酸化炭素と、沸点が100℃超であり、1価及び2価のアルコールよりなる群から選択される少なくとも1種のアルコールとを、反応温度が100℃以上、かつアルコールおよび溶媒の沸点以下の条件下で反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成(下記スキーム参照)し、かつ副生水を蒸発により反応場から除去する方法である。 The method for producing a carbonic acid ester of the present invention is at least one solid catalyst selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodym oxide, tin oxide, disprosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide. In the presence of and a solvent, carbon dioxide and at least one alcohol having a boiling point of more than 100 ° C. and selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols have a reaction temperature of 100 ° C. or higher and a reaction temperature of 100 ° C. or higher. This is a method in which a carbon dioxide ester and by-product water are produced by reacting under conditions below the boiling point of an alcohol and a solvent (see the scheme below), and the by-product water is removed from the reaction field by evaporation.
本発明の炭酸エステルの製造方法では、上記手法により、穏和な反応圧力下で、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、副生水を反応場からへ除去しつつ、高効率で炭酸エステルを製造できる。
本発明の炭酸エステルの製造方法は、次の知見により、見出された。
In the method for producing a carbonic acid ester of the present invention, the above method is used to remove by-product water from the reaction field under mild reaction pressure without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder, and to achieve high efficiency. Can produce carbonic acid esters.
The method for producing a carbonic acid ester of the present invention has been found based on the following findings.
本発明者らは、炭酸エステルの製造に際し、沸点が100℃超のアルコールと二酸化炭素から炭酸エステルを直接合成する方法に着目した。そして、発明者らは、次の知見を得た。
酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種の固体触媒と溶媒との存在下で、二酸化炭素を導入しながら、アルコールと反応させると、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、沸点差を利用して炭酸エステルと共に副生する副生水を反応場から除くことができる。それにより、非特許文献2、3に記載されているような3MPa(30気圧)や6MPa(60気圧)といった高圧は不要で、常圧の反応圧力下等の穏和な反応圧力下で、二酸化炭素とアルコールとの反応が進行する。
The present inventors have focused on a method for directly synthesizing a carbonic acid ester from alcohol and carbon dioxide having a boiling point of more than 100 ° C. in the production of the carbonic acid ester. Then, the inventors obtained the following findings.
Carbon dioxide in the presence of at least one solid catalyst and solvent selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodym oxide, tin oxide, displosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide. By reacting with alcohol while introducing the above, by-product water produced as a by-product with carbon dioxide ester can be removed from the reaction field by utilizing the difference in boiling point without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder. As a result, high pressures such as 3 MPa (30 atm) and 6 MPa (60 atm) as described in Non-Patent Documents 2 and 3 are unnecessary, and carbon dioxide is carbon dioxide under mild reaction pressure such as under normal pressure. And the reaction with alcohol proceed.
以上の知見により、本発明の炭酸エステルの製造方法では、穏和な反応圧力下で、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、副生水を反応場から除去しつつ、高効率で炭酸エステルを製造できることが見出された。 Based on the above findings, the method for producing a carbonic acid ester of the present invention is highly efficient under mild reaction pressure while removing by-product water from the reaction field without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder. It was found that carbonic acid esters can be produced in.
また、本発明の炭酸エステルの製造方法では、固体触媒として、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種を用いることで、従来の錯体触媒では反応後の生成物等との分離の難しさや、触媒自体が熱分解を起こさないよう、反応温度の上限に制約があるという問題も解決できる。 Further, in the method for producing a carbonic acid ester of the present invention, the solid catalyst is selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodym oxide, tin oxide, displosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide. By using at least one of them, it is possible to solve the problems that the conventional complex catalyst is difficult to separate from the product after the reaction and that the upper limit of the reaction temperature is restricted so that the catalyst itself does not undergo thermal decomposition.
以下、本発明の炭酸エステルの製造方法について、さらに詳細に説明する。 Hereinafter, the method for producing a carbonic acid ester of the present invention will be described in more detail.
本発明の炭酸エステルの製造方法において、反応工程では、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種の固体触媒と溶媒の存在下、沸点が100℃超のアルコールと二酸化炭素を直接反応させて炭酸エステルを生成する。
本反応工程では、沸点が100℃超のアルコールと二酸化炭素を反応させると炭酸エステルの他に副生水も生成する。
In the method for producing a carbon dioxide ester of the present invention, in the reaction step, at least one selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodym oxide, tin oxide, disprosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide. In the presence of a seed solid catalyst and a solvent, an alcohol having a boiling point of more than 100 ° C. and carbon dioxide are directly reacted to produce a carbonic acid ester.
In this reaction step, when carbon dioxide is reacted with alcohol having a boiling point of more than 100 ° C., by-product water is produced in addition to carbonic acid ester.
このときの反応条件を、反応温度が100℃以上(つまり、水の沸点以上)、かつアルコールおよび溶媒の沸点以下の条件下とすると、溶媒およびアルコールが液状のままで、副生水が蒸発して、反応場から除去され、炭酸エステルの生成を促進させることが可能となる。
また、蒸発した副生水は二酸化炭素の気流によって反応場から除去することがよい。
When the reaction conditions at this time are such that the reaction temperature is 100 ° C. or higher (that is, the boiling point of water or higher) and the boiling point of the alcohol and the solvent or lower, the solvent and the alcohol remain liquid and the by-product water evaporates. Therefore, it is removed from the reaction field, and it becomes possible to promote the formation of carbonic acid ester.
In addition, the evaporated by-product water may be removed from the reaction field by a stream of carbon dioxide.
ここで、「蒸発により副生水を反応場から除去する」とは、炭酸エステルが生成した反応場(つまり、アルコール、固体触媒及び溶媒が存在する領域)から、全ての副生水を除去する以外に、一部の副生水が反応場に残留することも包含する。なお、反応場中に残留した副生水は、蒸留により分離可能である。 Here, "removing the by-product water from the reaction field by evaporation" means removing all the by-product water from the reaction field where the carbonic acid ester is generated (that is, the region where the alcohol, the solid catalyst and the solvent are present). In addition, it also includes the fact that some by-product water remains in the reaction field. The by-product water remaining in the reaction field can be separated by distillation.
(二酸化炭素)
二酸化炭素は、工業ガスとして調製されたものだけでなく、各製品を製造する工場や製鉄所、発電所等からの排出ガスから分離回収したものも用いることができる。
(carbon dioxide)
As carbon dioxide, not only carbon dioxide prepared as an industrial gas but also carbon dioxide separated and recovered from exhaust gas from factories, steelworks, power plants, etc. that manufacture each product can be used.
(アルコール)
アルコールとしては、1価及び2価のアルコールよりなる群から選択される少なくとも1種のアルコールが適用される。
(alcohol)
As the alcohol, at least one alcohol selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols is applied.
1価のアルコールとしては、1-ブタノール、イソブチルアルコール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール等が挙げられる。
2価のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、trans−1,4−シクロヘキセンジメタノール等が挙げられる。
Examples of the monohydric alcohol include 1-butanol, isobutyl alcohol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, undecanol, dodecanol and the like.
Examples of the divalent alcohol include ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,2-pentanediol, and 1, Examples thereof include 5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,10-decanediol, trans-1,4-cyclohexenedimethanol and the like.
これらの中でも、1価及び2価のアルコールとしては、目的生成物である炭酸エステルに要求される性状に応じて、適宜選定されるが、沸点と、生成物中に取り込まれる二酸化炭素の割合の観点から、炭素数2〜10のアルコールが好ましく、炭素数4〜6のアルコールがより好ましい。
また、1価及び2価のアルコールのうち、ポリカーボネートやその中間体製造の観点からは、1価のアルコールが好ましく、ポリウレタンの中間体(ポリカーボネートジオール)製造の観点からは、2価のアルコールが好ましい。
ここで、高効率で炭酸エステルを生成する観点から、特に好ましい1価のアルコールとしては、炭素数4〜10の1価のアルコールである。一方、同観点から、特に好ましい2価のアルコールとしては、炭素数2〜10(好ましくは炭素数4〜6)の2価のアルコールである。
Among these, the monohydric and divalent alcohols are appropriately selected according to the properties required for the carbonic acid ester which is the target product, and the boiling point and the ratio of carbon dioxide incorporated into the product are used. From the viewpoint, an alcohol having 2 to 10 carbon atoms is preferable, and an alcohol having 4 to 6 carbon atoms is more preferable.
Of the monohydric and divalent alcohols, monohydric alcohol is preferable from the viewpoint of producing polycarbonate and its intermediate, and divalent alcohol is preferable from the viewpoint of producing polyurethane intermediate (polycarbonate diol). ..
Here, from the viewpoint of producing carbonic acid ester with high efficiency, a particularly preferable monohydric alcohol is a monohydric alcohol having 4 to 10 carbon atoms. On the other hand, from the same viewpoint, a particularly preferable divalent alcohol is a divalent alcohol having 2 to 10 carbon atoms (preferably 4 to 6 carbon atoms).
アルコールの沸点は、100℃超であるが、アルコールと副生水との蒸留による分離性の観点から、101〜300℃が好ましく、110〜250℃がより好ましい。 The boiling point of alcohol is more than 100 ° C., but it is preferably 101 to 300 ° C., more preferably 110 to 250 ° C., from the viewpoint of separability by distillation of alcohol and by-product water.
(固体触媒)
固体触媒としては、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種が適用される。
ここで、炭酸エステルの直接合成に用いる触媒は、酸塩基複合機能を有することが必要である。特に、触媒は、酸性度が比較的低く且つ塩基性度が比較的高い性質を有することが好ましい。酸性度が高すぎると、炭酸エステルよりもむしろエーテルを多量に合成することになる。適度な酸塩基複合機能触媒において、アルコールは、塩基点上でR−O−M(Mは触媒、Rはアルコールの「−OH」以外の基)の形で解離吸着し、CO2との間でRO−C(=O)−O…Mを形成し、他方、酸点上でHO−R…Mの形で吸着し、両吸着種の間でRO−C(=O)−ORが生成される機構が考えられる。この機構を発揮する触媒として、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムが適している。
また、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムは、固体触媒であるため、反応温度の上限に制約もなく、反応後の分離も容易である。
以上の理由から、固体触媒としては、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化スズ、酸化ジスプロシウム、酸化ガドリニウム、及び酸化ユウロピウムよりなる群から選択される少なくとも1種が適用される。
(Solid catalyst)
As the solid catalyst, at least one selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodymium oxide, tin oxide, disprosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide is applied.
Here, the catalyst used for the direct synthesis of the carbonic acid ester needs to have an acid-base complex function. In particular, the catalyst preferably has properties of relatively low acidity and relatively high basicity. If the acidity is too high, a large amount of ether will be synthesized rather than a carbonate ester. In an appropriate acid-base complex function catalyst, alcohol is dissociated and adsorbed in the form of ROOM (M is a catalyst, R is a group other than "-OH" of alcohol) on the base point, and is between CO 2 and CO 2. Formed RO-C (= O) -O ... M on the other hand, adsorbed in the form of HO-R ... M on the acid point, and RO-C (= O) -OR was generated between the two adsorbed species. The mechanism to be used is conceivable. Suitable catalysts for exhibiting this mechanism are cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodymium oxide, tin oxide, disprosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide.
In addition, since cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, praseodymium oxide, tin oxide, disprosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide are solid catalysts, there is no restriction on the upper limit of the reaction temperature, and separation after the reaction is possible. Is also easy.
For the above reasons, as the solid catalyst, at least one selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodymium oxide, tin oxide, disprosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide is applied. NS.
酸化セリウムの製造方法の一例は、次の通りである。
酸化セリウムは、セリウム化合物(セリウムアセチルアセトナート水和物、水酸化セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウム、硝酸セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、炭酸セリウム、蓚酸セリウム、過塩素酸セリウム、燐酸セリウム、ステアリン酸セリウム等)を空気雰囲気下で焼成することにより製造できる。
酸化セリウム以外の固体触媒も、同様に製造できる。
An example of a method for producing cerium oxide is as follows.
Cerium oxide is a cerium compound (cerium acetylacetonate hydrate, cerium hydroxide, cerium sulfate, cerium acetate, cerium nitrate, ammonium cerium nitrate, cerium carbonate, cerium oxalate, cerium perchlorate, cerium phosphate, cerium stearate, etc.) Can be produced by firing in an air atmosphere.
Solid catalysts other than cerium oxide can be produced in the same manner.
なお、試薬の固体触媒を利用する場合、試薬のまま利用してもよいし、試薬を空気雰囲気下で乾燥した乾燥品又は焼成した焼成品を利用してもよい。
また、セリウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成して製造した固体触媒を利用できる。
When the solid catalyst of the reagent is used, the reagent may be used as it is, or a dried product obtained by drying the reagent in an air atmosphere or a calcined product obtained by calcining the reagent may be used.
In addition, a solid catalyst produced by precipitating from a solution in which cerium is dissolved, filtering, drying, and firing can be used.
固体触媒の形態は、粉体、成型体のいずれの形態であってもよい。成型体の固体触媒は、触媒のみで、球状、ペレット状、シリンダー状、リング状、ホイール状、顆粒状などに成形してもよい。また、成型体の固体触媒は、固体触媒を被担持体(コージェライト製又はステンレス製のハニカム等)に塗布した成型体であってよい。 The form of the solid catalyst may be either a powder or a molded product. The solid catalyst of the molded body is only a catalyst, and may be molded into a spherical shape, a pellet shape, a cylinder shape, a ring shape, a wheel shape, a granule shape, or the like. Further, the solid catalyst of the molded body may be a molded body in which the solid catalyst is applied to a supported body (honeycomb made of cordierite, stainless steel, etc.).
固体触媒は、溶媒中に分散又は固定化した形態で使用する。ここで、固体触媒を溶媒中に固定化するとは、例えば、固体触媒が被担持体(コージェライト製又はステンレス製のハニカム等)に塗布された成型体を溶媒中に浸漬して配置することを示す。 The solid catalyst is used in a form dispersed or immobilized in a solvent. Here, to immobilize the solid catalyst in a solvent means, for example, immersing a molded body in which the solid catalyst is applied to a supported body (honeycomb made of cordierite or stainless steel, etc.) in the solvent and arranging the solid catalyst. show.
触媒性能が低下した場合は、反応器から触媒を取り出して、メタノールやエタノールなどのアルコールで洗浄後、空気中で100℃程度の温度で乾燥することで、再生することもできる。 When the catalyst performance deteriorates, it can be regenerated by taking out the catalyst from the reactor, washing it with alcohol such as methanol or ethanol, and then drying it in air at a temperature of about 100 ° C.
(溶媒)
溶媒は、固体触媒を分散又は固定化し、反応基質であるアルコールを溶解させるための溶媒である。
溶媒は、二酸化炭素とアルコールとの反応に影響を与えない溶媒が適用される。
溶媒としては、沸点が100℃超であればよく、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル系、2級アミン、3級アミンが挙げられる。
これらの中でも、触媒やアルコールと反応しなく、触媒の分散性の高さと沸点の観点から、溶媒としては、トルエン、デカン、ドデカン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラリン、ジフェニルメタン、フェニルシクロヘキセン、ジフェニルエーテルが好ましい。
特に、高効率で炭酸エステルを生成する観点から、溶媒としては、エーテル系溶媒(エーテル結合を有する溶媒)、あるいは、疎水性溶媒が好ましい。また、溶媒は、エーテル系溶媒と疎水性溶媒を混合して使用してもよい。
ここで、疎水性溶媒とは、25℃の水1Lに溶解する量が10g以下の溶解性(g/L−H2O)を示す溶媒である。
(solvent)
The solvent is a solvent for dispersing or immobilizing the solid catalyst and dissolving the alcohol as the reaction substrate.
As the solvent, a solvent that does not affect the reaction between carbon dioxide and alcohol is applied.
The solvent may have a boiling point of more than 100 ° C., and examples thereof include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, ether-based solvents, secondary amines, and tertiary amines.
Among these, the solvents include toluene, decane, dodecane, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, and tripropylene glycol from the viewpoint of high dispersibility and boiling point of the catalyst without reacting with the catalyst or alcohol. Preferably, dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetralin, diphenylmethane, phenylcyclohexene and diphenyl ether.
In particular, from the viewpoint of producing carbonic acid ester with high efficiency, the solvent is preferably an ether solvent (solvent having an ether bond) or a hydrophobic solvent. Further, as the solvent, an ether solvent and a hydrophobic solvent may be mixed and used.
Here, the hydrophobic solvent is a solvent exhibiting solubility (g / L—H 2 O) in which the amount dissolved in 1 L of water at 25 ° C. is 10 g or less.
(反応条件)
二酸化炭素とアルコールとの反応条件は、反応温度が100℃以上(つまり、水の沸点以上)、かつアルコールおよび溶媒の沸点以下の条件とする。
反応温度は、アルコールおよび溶媒の沸点にもよるが、高効率な炭酸エステル生成の観点から、101〜300℃が好ましく、110〜260℃がより好ましい。
(Reaction condition)
The reaction conditions between carbon dioxide and alcohol are such that the reaction temperature is 100 ° C. or higher (that is, the boiling point of water or higher) and the boiling point of the alcohol and the solvent or lower.
The reaction temperature depends on the boiling points of the alcohol and the solvent, but is preferably 101 to 300 ° C., more preferably 110 to 260 ° C., from the viewpoint of highly efficient carbonic acid ester production.
反応圧力は、常圧(1気圧)でもよく、加圧してもよい。加圧する際は、反応器の肉厚が必要となるため設備コストの観点から、反応圧力は、2MPa未満であることが好ましい。高圧ガス設備にも該当しなくなるため、反応圧力は、1MPa未満とすることが、より好ましい。 The reaction pressure may be normal pressure (1 atm) or may be pressurized. When pressurizing, the wall thickness of the reactor is required, so the reaction pressure is preferably less than 2 MPa from the viewpoint of equipment cost. The reaction pressure is more preferably less than 1 MPa because it does not correspond to high-pressure gas equipment.
二酸化炭素とアルコールとの反応は、例えば、反応場としての、固体触媒を分散又は固定し、アルコールを溶解した溶媒中に、二酸化炭素を導入して実施する。二酸化炭素は、例えば、バブリング装置を使用し、バブリングさせながら導入することが好ましい。 The reaction between carbon dioxide and alcohol is carried out, for example, by introducing carbon dioxide into a solvent in which a solid catalyst is dispersed or fixed as a reaction field and the alcohol is dissolved. It is preferable to introduce carbon dioxide while bubbling using, for example, a bubbling device.
例えば、実験室レベルでのビーカースケールでは、溶媒を収容したビーカーに、内径2mm程度のチューブから二酸化炭素を吹込めばよい。チューブの先にバブラーを設置してもよい。実機レベルでのスケールでは、スパージャーを用いて、二酸化炭素の導入と反応器内の流動を促進することができる。 For example, in a beaker scale at the laboratory level, carbon dioxide may be blown into a beaker containing a solvent from a tube having an inner diameter of about 2 mm. A bubbler may be installed at the end of the tube. On a real-world scale, spargers can be used to facilitate the introduction of carbon dioxide and the flow within the reactor.
二酸化炭素、アルコール、触媒、溶媒の各導入量は、反応器の容量に合わせて、適宜調整することが好ましい。 The amount of carbon dioxide, alcohol, catalyst, and solvent introduced is preferably adjusted as appropriate according to the capacity of the reactor.
二酸化炭素とアルコールとの反応後の各成分は、冷却又は蒸留等により分離し、反応に再利用してもよいし、そのまま、排出してもよい。二酸化炭素については、二酸化炭素を循環させる場合とそのまま排出する場合とで、ライフサイクルアセスメント(Life Cycle Assessment:LCA)の観点から選択できる。 Each component after the reaction of carbon dioxide and alcohol may be separated by cooling, distillation or the like and reused in the reaction, or may be discharged as it is. Carbon dioxide can be selected from the viewpoint of life cycle assessment (LCA) depending on whether carbon dioxide is circulated or discharged as it is.
次に、本発明の炭酸エステルの製造方法および製造装置については、図面を参照しつつ説明する。 Next, the method and apparatus for producing the carbonic acid ester of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置を示す概略構成図である。
第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置は、例えば、図1に示すように、二酸化炭素と前記アルコールとを反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成する反応塔10を備える。
そして、反応塔10では、反応工程が実施される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a carbonic acid ester production apparatus according to the first embodiment.
The carbonic acid ester production apparatus according to the first embodiment includes, for example, as shown in FIG. 1, a
Then, in the
また、第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置は、例えば、反応塔10から気相として排出された各成分を冷却および蒸留し、分離および再生するための、冷却塔11(第1の冷却塔の一例)と、蒸留塔12(第2の蒸留塔の一例)と、冷却塔13と、分離塔14と、を備える。
そして、各塔では、各々、冷却工程(第1の冷却工程の一例)と、蒸留工程(第1の蒸留工程の一例)と、冷却工程と、分離工程と、が実施される。
Further, the carbon dioxide ester production apparatus according to the first embodiment is, for example, a cooling tower 11 (first cooling) for cooling and distilling, separating and regenerating each component discharged as a gas phase from the
Then, in each tower, a cooling step (an example of a first cooling step), a distillation step (an example of a first distillation step), a cooling step, and a separation step are carried out.
また、第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置は、例えば、反応塔10から液相として排出された各成分を蒸留および冷却し、分離および再生するための、蒸留塔21と、分離塔22と、を備える。
そして、各塔では、蒸留工程(第2の蒸留工程の一例)と、分離工程と、が実施される。
Further, the carbonic acid ester production apparatus according to the first embodiment has, for example, a
Then, in each tower, a distillation step (an example of a second distillation step) and a separation step are carried out.
図1中、100は、反応塔10に導入するアルコールROHを示す。
100Aは、反応塔10に導入する二酸化炭素CO2を示す。
100Bは、反応塔10に導入する溶媒Solを示す。
100Cは、反応塔10から排出される気相(未反応二酸化炭素CO2、未反応アルコールROH、副生水H2Oおよび溶媒Sol)を示す。
101は、冷却塔11(第1の冷却塔の一例)から排出される気相(未反応二酸化炭素CO2)を示す。
103は、冷却塔11(第1の冷却塔の一例)から排出される液相(未反応アルコールROH、副生水H2Oおよび溶媒Sol)を示す。
104は、蒸留塔12(第2の蒸留塔の一例)から排出され気相(副生水H2O)を示す。
105は、蒸留塔12(第2の蒸留塔の一例)から排出され液相(未反応アルコールROHおよび溶媒Sol)を示す。
106は、冷却塔13から排出される液相(副生水H2O)を示す。
107は、分離塔14から排出される液相(未反応アルコールROH)を示す。
108は、分離塔14から排出される液相(溶媒Sol)を示す。
201は、反応塔10から排出される液相(炭酸エステルC−ester、未反応アルコールROH、および溶媒Sol)を示す。
202は、蒸留塔21(第2の蒸留塔の一例)から排出される気相(未反応アルコールROHおよび溶媒Sol)を示す。
203は、蒸留塔21(第2の蒸留塔の一例)から排出される液相(炭酸エステルC−ester)を示す。
204は、分離塔22から排出される液相(未反応アルコールROH)を示す。
205は、分離塔22から排出されるから排出される液相(溶媒Sol)を示す。
なお、図示しないが、各塔は、配管によって連結されている。
In FIG. 1, 100 indicates the alcohol ROH to be introduced into the
100A represents carbon dioxide CO 2 to be introduced into the
Reference numeral 100B indicates the solvent Sol to be introduced into the
100C shows a gas phase discharged from reactor 10 (unreacted carbon dioxide CO 2, unreacted alcohol ROH, product water H 2 O and solvent Sol).
Reference numeral 101 denotes a gas phase (unreacted carbon dioxide CO 2 ) discharged from the cooling tower 11 (an example of the first cooling tower).
103 shows a
104 is discharged from the distillation column 12 (one example of a second distillation column) shows the gas phase (product water H 2 O).
106 shows the liquid phase discharged from the cooling tower 13 (product water H 2 O).
Although not shown, each tower is connected by piping.
(反応塔10:反応工程)
反応塔10では、反応工程が実施される。
反応工程は、固体触媒としての固体触媒と溶媒とが存在する反応器10Aに、二酸化炭素と、沸点が100℃超であり、1価及び2価のアルコールよりなる群から選択される少なくとも1種のアルコールと、を供給し、反応温度が100℃以上、かつアルコールおよび溶媒の沸点以下の条件下で、二酸化炭素とアルコールとを反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成する。
(Reaction tower 10: Reaction process)
In the
In the reaction step, at least one selected from the group consisting of carbon dioxide and monohydric and dihydric alcohols having a boiling point of more than 100 ° C. in a
具体的には、反応器10Aに、固体触媒が固定化された溶媒を収容する。反応器10A中の溶媒に、液相のアルコールを上方から供給すると共に、常圧(気相)の二酸化炭素を下方からバブリングしながら導入する。そして、反応器10A内を所定の反応温度、反応圧力とする。それにより、二酸化炭素とアルコールとを反応させて、炭酸エステル及び副生水を生成する。
Specifically, the
反応塔10(その反応器10A)は、例えば、回分式反応器、半回分式反応器、流通反応器(連続槽型反応器、管型反応器等)のいずれの反応器を適用してもよい。
For the reactor 10 (the
(冷却塔11(第1の冷却塔の一例))
冷却塔11では、冷却工程(第1の冷却工程)が実施される。
冷却工程は、反応塔(反応工程)における反応器10Aから、気相として排出された、未反応の二酸化炭素、未反応のアルコール(反応塔10の反応器10A中の未反応のアルコールの一部が気化したアルコール)、副生水(蒸発した副生水)および溶媒(反応塔10の反応器10A中の溶媒の一部が気化した溶媒)を冷却する。このとき、未反応のアルコール、副生水、溶媒は、未反応の二酸化炭素の気流に乗って、反応塔10から排出される。
それにより、気相として、未反応の二酸化炭素と、液相として、未反応のアルコール、副生水および溶媒と、に分離される。そして、これら成分は冷却塔11から排出される。
(Cooling tower 11 (an example of the first cooling tower))
In the
In the cooling step, unreacted carbon dioxide and unreacted alcohol (a part of the unreacted alcohol in the
As a result, it is separated into unreacted carbon dioxide as a gas phase and unreacted alcohol, by-product water and a solvent as a liquid phase. Then, these components are discharged from the
ここで、冷却塔11(冷却工程)における、冷却温度は、未反応のアルコール、副生水および溶媒未満(具体的には、100℃未満)とする。 Here, the cooling temperature in the cooling tower 11 (cooling step) is set to be less than unreacted alcohol, by-product water and solvent (specifically, less than 100 ° C.).
(蒸留塔12(第2の蒸留塔の一例))
蒸留塔12では、蒸留工程(第1の蒸留工程)が実施される。
蒸留工程では、冷却塔11(冷却工程)で、液相として分離された、未反応のアルコール、副生水および溶媒を蒸留する。
それにより、気相として、副生水と、液相として、未反応のアルコールおよび溶媒と、に分離される。そして、これら成分は、蒸留塔12から排出される。
(Distillation column 12 (an example of a second distillation column))
In the
In the distillation step, unreacted alcohol, by-product water and solvent separated as a liquid phase are distilled in the cooling tower 11 (cooling step).
As a result, it is separated into by-product water as a gas phase and unreacted alcohol and solvent as a liquid phase. Then, these components are discharged from the
ここで、蒸留塔12(蒸留工程)における、蒸留温度は、副生水の沸点以上、未反応のアルコールおよび溶媒の沸点未満とする。 Here, the distillation temperature in the distillation column 12 (distillation step) is set to be equal to or higher than the boiling point of the by-product water and lower than the boiling point of the unreacted alcohol and the solvent.
(冷却塔13)
冷却塔13では、冷却工程が実施される。
冷却工程では、蒸留塔12(蒸留工程)から、気相として排出された副生水を冷却する。それにより、副生水は、液化される。そして、副生水は液相として冷却塔13から排出される。
(Cooling tower 13)
In the
In the cooling step, the by-product water discharged as the gas phase is cooled from the distillation column 12 (distillation step). As a result, the by-product water is liquefied. Then, the by-product water is discharged from the
(分離塔14)
分離塔14では、例えば、蒸留塔と冷却塔により、未反応のアルコールおよび溶媒を分離する分離工程が実施される。
蒸留及び冷却工程では、蒸留塔12(蒸留工程)から、液相として排出された、未反応のアルコールおよび溶媒を、互いの沸点差を利用して分離及び液化するように、蒸留および冷却する。
それにより、液相として、未反応のアルコールと、溶媒と、に分離される。そして、これら成分は、蒸留及び冷却塔14から排出される。
(Separation tower 14)
In the
In the distillation and cooling steps, unreacted alcohol and solvent discharged as a liquid phase from the distillation column 12 (distillation step) are distilled and cooled so as to be separated and liquefied by utilizing the difference in boiling points between them.
As a result, the liquid phase is separated into an unreacted alcohol and a solvent. Then, these components are discharged from the distillation and
(蒸留塔21(第2の蒸留塔の一例))
蒸留塔21では、蒸留工程(第2の蒸留工程の一例)が実施される。
蒸留工程では、反応塔10(反応工程)における反応器10Aから、液相として排出された、炭酸エステル、未反応のアルコールおよび溶媒を蒸留する。
それにより、気相として、未反応のアルコールおよび溶媒と、液相として、炭酸エステルと、に分離される。そして、未反応のアルコールおよび溶媒は、蒸留塔21から排出され、目的物である炭酸エステルは、蒸留塔21から回収される。
(Distillation column 21 (an example of a second distillation column))
In the
In the distillation step, the carbonic acid ester, unreacted alcohol and solvent discharged as a liquid phase are distilled from the
As a result, the gas phase is separated into an unreacted alcohol and solvent, and the liquid phase is separated into a carbonic acid ester. Then, the unreacted alcohol and solvent are discharged from the
ここで、蒸留塔21(蒸留工程)における、蒸留温度は、未反応のアルコールおよび溶媒の沸点以上、炭酸エステルの沸点未満とする。 Here, the distillation temperature in the distillation column 21 (distillation step) is set to be equal to or higher than the boiling point of the unreacted alcohol and solvent and lower than the boiling point of the carbonic acid ester.
(分離塔22)
分離塔22では、例えば、2つの冷却塔により、未反応のアルコールおよび溶媒を分離する分離工程が実施される。
分離工程では、例えば、蒸留塔21(蒸留工程)から、気相として排出された、未反応のアルコールおよび溶媒を、互いの沸点差を利用して分離及び液化するように、冷却する。
それにより、液相として、未反応のアルコールと、溶媒と、に分離される。そして、これら成分は、分離塔24から排出される。
(Separation tower 22)
In the
In the separation step, for example, unreacted alcohol and solvent discharged as a gas phase from the distillation column 21 (distillation step) are cooled so as to be separated and liquefied by utilizing the difference in boiling points between them.
As a result, the liquid phase is separated into an unreacted alcohol and a solvent. Then, these components are discharged from the separation tower 24.
(再利用)
第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置において、冷却塔11(蒸留工程)で分離された未反応の二酸化炭素(気相)と、分離塔14で分離された未反応のアルコールおよび溶媒と、分離塔22で分離された未反応のアルコールおよび溶媒を、反応塔10(反応工程)で再利用する。
なお、蒸留塔12、21で分離された未反応のアルコールおよび溶媒(つまり、未反応のアルコールおよび溶媒の混合液)を、分離せずに、そのまま、反応塔10(反応工程)で再利用してもよい。
(Reuse)
In the carbonic acid ester production apparatus according to the first embodiment, unreacted carbon dioxide (gas phase) separated in the cooling tower 11 (distillation step), unreacted alcohol and solvent separated in the
The unreacted alcohol and solvent separated in the
以上の過程を経て、第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置では、炭酸エステルが製造される。 Through the above process, the carbonic acid ester is produced in the carbonic acid ester producing apparatus according to the first embodiment.
[第2実施形態]
図2に、第2実施形態に係る炭酸エステルの製造装置を示す概略構成図を示す。
第2実施形態に係る炭酸エステルの製造装置は、例えば、図2に示すように、第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置において、分離塔31と、触媒再生塔32と、をさらに備える。
第2実施形態に係る炭酸エステルの製造装置は、分離塔31および触媒再生塔32を備える以外は、第1実施形態に係る炭酸エステルの製造装置と同様な構成である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram showing a carbonic acid ester production apparatus according to the second embodiment.
As shown in FIG. 2, the carbonic acid ester production apparatus according to the second embodiment further includes a
The carbonic acid ester production apparatus according to the second embodiment has the same configuration as the carbonic acid ester production apparatus according to the first embodiment, except that the
図2中、301は、液相(炭酸エステルC−ester、未反応のアルコールROH、および溶媒Sol)と共に固相として排出された固体触媒Catを示す。
302は、分離塔31で分離された固体触媒Catを示す。
302は、触媒再生塔32で再生された固体触媒Catを示す。
その他、符号は、図1に付された符号と同じ対象を示す。ただし、201は、分離塔31で分離された液相(炭酸エステルC−ester、未反応のアルコールROH、および溶媒Sol)を示す。
In FIG. 2, 301 shows the solid catalyst Cat discharged as a solid phase together with the liquid phase (carbonate ester C-ester, unreacted alcohol ROH, and solvent Sol).
Other than that, the reference numerals indicate the same objects as the reference numerals given in FIG. However, 201 indicates the liquid phase (carbonate ester C-ester, unreacted alcohol ROH, and solvent Sol) separated by the
(分離塔31)
分離塔31では、分離工程が実施される、
分離工程では、液相(炭酸エステル、未反応の前記アルコール、および溶媒)と共に固相として排出された固体触媒を液相と分離する。
具体的には、フィルター等を利用して、固体触媒を液相と分離する。分離された固体触媒は、固体触媒を含むスラリーとして、分離塔31から排出される。
そして、固体触媒と分離された液相(炭酸エステル、未反応の前記アルコール、および溶媒)は、分離塔31から排出され、蒸留塔21へと送られる。
(Separation tower 31)
In the
In the separation step, the solid catalyst discharged as a solid phase together with the liquid phase (carbonate ester, the unreacted alcohol, and the solvent) is separated from the liquid phase.
Specifically, a filter or the like is used to separate the solid catalyst from the liquid phase. The separated solid catalyst is discharged from the
Then, the liquid phase (carbonic acid ester, the unreacted alcohol, and the solvent) separated from the solid catalyst is discharged from the
(触媒再生塔32)
触媒再生塔32では、触媒再生工程が実施される。
触媒再生工程では、分離塔31(分離工程)で分離された固体触媒を再生する。
具体的には、触媒再生工程では、例えば、固体触媒を焼成して、固体触媒上の不純物等を焼き飛ばすことにより、固体触媒を再生する。
なお、焼成は、例えば、400〜700℃(好ましくは500〜600℃)で3時間程実施する。なお、急激な昇温により固体触媒の構造破壊を防ぐため、焼成前に、110℃で2時間程度乾燥させることが好ましい。
(Catalyst regeneration tower 32)
In the
In the catalyst regeneration step, the solid catalyst separated in the separation tower 31 (separation step) is regenerated.
Specifically, in the catalyst regeneration step, for example, the solid catalyst is regenerated by firing the solid catalyst to burn off impurities and the like on the solid catalyst.
The firing is carried out at, for example, 400 to 700 ° C. (preferably 500 to 600 ° C.) for about 3 hours. In order to prevent structural destruction of the solid catalyst due to a rapid temperature rise, it is preferable to dry the solid catalyst at 110 ° C. for about 2 hours before firing.
(再利用)
そして、第2実施形態に係る炭酸エステルの製造装置では、触媒再生塔32(触媒再生工程)で再生した固体触媒を、反応塔10(反応工程)で再利用する。
(Reuse)
Then, in the carbonic acid ester production apparatus according to the second embodiment, the solid catalyst regenerated in the catalyst regeneration tower 32 (catalyst regeneration step) is reused in the reaction tower 10 (reaction step).
[その他形態]
第1及び第2実施形態に係る炭酸エステルの製造装置(又は製造方法)では、蒸留塔21(蒸留工程)で、液相として分離された、炭酸エステル、未反応のアルコールおよび溶媒を蒸留し、気相として、未反応のアルコールおよび溶媒と、液相として、炭酸エステルと、に分離する形態を説明した。
しかし、本実施形態に係る炭酸エステルの製造装置(又は製造方法)は、蒸留塔21に代えて冷却塔(第2の冷却塔の一例)を備え、蒸留塔21(蒸留工程)で、液相として分離された、炭酸エステル、未反応のアルコールおよび溶媒を冷却して、液相として、未反応のアルコールおよび溶媒と、固相として、炭酸エステルと、に分離する形態であってもよい。
[Other forms]
In the carbonic acid ester production apparatus (or production method) according to the first and second embodiments, the carbonic acid ester, unreacted alcohol and solvent separated as a liquid phase are distilled in the distillation tower 21 (distillation step). The form of separation into an unreacted alcohol and solvent as a gas phase and a carbonic acid ester as a liquid phase has been described.
However, the carbonic acid ester production apparatus (or production method) according to the present embodiment includes a cooling tower (an example of a second cooling tower) instead of the
この形態の炭酸エステルの製造装置(又は製造方法)では、炭酸エステルの融点以下まで冷却し、炭酸エステルを固化させた後、フィルター等により回収する。 In this form of carbonic acid ester production apparatus (or production method), the carbonic acid ester is cooled to below the melting point of the carbonic acid ester, the carbonic acid ester is solidified, and then recovered by a filter or the like.
第1及び第2実施形態に係る炭酸エステルの製造装置(又は製造方法)では、反応塔10から排出される液相としての成分に微量の副生水が含まれることもある。その場合、反応塔10から排出される成分から、副生水を分離するための蒸留塔(蒸留工程)および冷却塔(冷却工程)を設けてもよい。
ただし、反応塔10から排出される液相としての成分から、微量の副生水を分離するのは難しく、大量なエネルギーを要するため、微量の副生水は分離しないことがよい。
In the carbonic acid ester production apparatus (or production method) according to the first and second embodiments, a trace amount of by-product water may be contained in the component as a liquid phase discharged from the
However, it is difficult to separate a trace amount of by-product water from the liquid phase component discharged from the
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the conditions in the Examples are one condition example adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is the one condition. It is not limited to the example. In the present invention, various conditions can be adopted as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.
(比較例1)
回分式、190mLオートクレーブ(磁気撹拌子入り)に、固体触媒としてCeO2:0.17g(1mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:10mmol(1.2g、1.1mL)を導入し、約5gのCO2でオートクレーブ内の空気を3回パージした。
その後、オートクレーブに、CO2(0.4g、9.1mmol@130℃)を導入・昇圧(0.1MPa)した。
オートクレーブ内を攪拌しながら昇温し、反応温度130℃とした。そして、反応温度に達した時間を反応開始時間とし、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを12時間反応させた。その後、オートクレーブを水冷し、室温まで冷えたら減圧して内部標準物質の2−プロパノールを加え、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、鎖状炭酸エステルが0.001mmol生成し、炭酸エステルの収率は0.016%であった。
(Comparative Example 1)
In a batch type, 190 mL autoclave (with magnetic stir bar), CeO 2 : 0.17 g (1 mmol) as a solid catalyst and 1,6-hexanediol: 10 mmol (1.2 g, 1.1 mL) as alcohol were introduced, and about The air in the autoclave was purged 3 times with 5 g of CO 2.
Then, CO 2 (0.4 g, 9.1 mmol @ 130 ° C.) was introduced into the autoclave and the pressure was increased (0.1 MPa).
The temperature was raised while stirring the inside of the autoclave to a reaction temperature of 130 ° C. Then, the time when the reaction temperature was reached was defined as the reaction start time, and CO 2 and 1,6-hexanediol were reacted for 12 hours. Then, the autoclave was cooled with water, and when it was cooled to room temperature, the pressure was reduced to add 2-propanol, which is an internal standard substance, and the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, 0.001 mmol of chain carbonic acid ester was produced, and the yield of carbonic acid ester was 0.016%.
(実施例1)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.6g(3.5mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてトルエン:80mL(70g)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度110℃(トルエンの沸点、加熱は130℃)、反応時間12hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、鎖状炭酸エステルのダイマーが1.35mmol生成、鎖状炭酸エステルのトリマーが0.01mmol生成し、鎖状炭酸エステルの収率は3.18%であった。
(Example 1)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.6 g (3.5 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, and toluene as a solvent. : 80 mL (70 g) was introduced.
Thereafter, the pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min was introduced into the flask, reaction temperature 110 ° C. (boiling point of toluene, the heating is 130 ° C.), with a reaction time 12h, CO 2 1,6 -Reacted with hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, 1.35 mmol of the chain carbonate ester dimer was produced, 0.01 mmol of the chain carbonate ester trimmer was produced, and the yield of the chain carbonate ester was 3.18%.
(実施例2)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.6g(3.5mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてトルエン:80mL(70g)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度110℃(トルエンの沸点、加熱は130℃)、反応時間48hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、鎖状炭酸エステルのダイマーが2.68mmol生成、鎖状炭酸エステルのトリマーが0.02mmol生成し、鎖状炭酸エステルの収率は6.31%であった。
(Example 2)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.6 g (3.5 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, and toluene as a solvent. : 80 mL (70 g) was introduced.
Thereafter, the pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min was introduced into the flask, reaction temperature 110 ° C. (boiling point of toluene, the heating is 130 ° C.), with a reaction time 48h, CO 2 1,6 -Reacted with hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, 2.68 mmol of the chain carbonate ester dimer was produced, 0.02 mmol of the chain carbonate ester trimmer was produced, and the yield of the chain carbonate ester was 6.31%.
(実施例3)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてトルエン:30mL(NO.1)、80mL(NO.2)、又は110mL(NO.3)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度110℃(トルエンの沸点、加熱は130℃)、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表1に示す。表1の結果から、炭酸エステルの収率は、収率1.6〜1.7%であり、溶媒量の影響がないことがわかった。
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, and toluene as a solvent. : 30 mL (NO.1), 80 mL (NO.2), or 110 mL (NO.3) was introduced.
Thereafter, the pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min was introduced into the flask, reaction temperature 110 ° C. (boiling point of toluene, the heating is 130 ° C.), with a reaction time 4h, CO 2 1,6 -Reacted with hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 1. From the results in Table 1, it was found that the yield of carbonic acid ester was 1.6 to 1.7%, and there was no influence of the amount of solvent.
(比較例2)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度130℃、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、反応基質の1,6−ヘキサンジオールが固化し、炭酸エステルの収率は0%であった。そのため、炭酸エステルの生成には溶媒が必要であることがわかった。
(Comparative Example 2)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst and 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol were introduced into 200 mL of a flow-type eggplant-shaped flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 130 ° C., with a reaction time 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, 1,6-hexanediol as a reaction substrate was solidified, and the yield of carbonic acid ester was 0%. Therefore, it was found that a solvent is required for the formation of carbonic acid ester.
(実施例4)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてn−デカン:30mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度110℃(NO.1)、140℃(NO.2)、150℃(NO.3)、又は170℃(NO.4)、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表2に示す。表2の結果から、反応温度が高い方が、炭酸エステルの収率が高いことがわかる。
(Example 4)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, n as a solvent. -Decan: 30 mL was introduced.
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min, and the reaction temperatures were 110 ° C. (NO.1), 140 ° C. (NO.2), 150 ° C. (NO.3). Alternatively, CO 2 and 1,6-hexanediol were reacted at 170 ° C. (NO.4) at a reaction time of 4 hours.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 2. From the results in Table 2, it can be seen that the higher the reaction temperature, the higher the yield of carbonic acid ester.
(実施例5)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてn−デカン:30mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度140℃(NO.1)、又は150℃(NO.2)、反応時間20hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表3に示す。表3の結果から、反応時間を長くすることで、炭酸エステルの収率が向上することがわかる。
(Example 5)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, n as a solvent. -Decan: 30 mL was introduced.
Thereafter, pressure 0.1 MPa, introducing CO 2 into the flask while bubbling at a flow rate of 200 mL / min, reaction temperature 140 ° C. (NO.1), or 0.99 ° C. (NO.2), a reaction time 20h, CO 2 Was reacted with 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 3. From the results in Table 3, it can be seen that the yield of carbonic acid ester is improved by increasing the reaction time.
(実施例6)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてn−ドデカン:30mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度140℃(NO.1)、150℃(NO.2)、又は170℃、反応時間20hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表4に示す。表4の結果から、反応温度をさらに高くすることで、炭酸エステルの収率が向上することがわかる。
(Example 6)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, n as a solvent. -Dodecane: 30 mL was introduced.
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min, and the reaction temperature was 140 ° C. (NO.1), 150 ° C. (NO.2), or 170 ° C., and the reaction time was 20 h. , CO 2 was reacted with 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 4. From the results in Table 4, it can be seen that the yield of carbonic acid ester is improved by further increasing the reaction temperature.
(実施例7)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、表5に示す溶媒:30mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度150℃、反応時間20hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表5に示す。表5の結果から、溶媒に対する固体触媒の分散性が低く、炭酸エステルの収率が低下したことがわかる。
(Example 7)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, Table 5 shows. The solvent shown: 30 mL was introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min in the flask, the reaction temperature 0.99 ° C., with a reaction time 20h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 5. From the results in Table 5, it can be seen that the dispersibility of the solid catalyst in the solvent was low and the yield of carbonic acid ester was lowered.
(実施例8)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテル:1mL(No.1)、5mL(No.2)、又は30mL(No.3)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度170℃、反応時間20hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表6に示す。表6の結果から、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテルを用いると、炭酸エステルの収率が向上することがわかる。ただし、溶媒量が多すぎると、固体触媒の分散性が悪化し、収率が下がることもわかる。
(Example 8)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, and diethylene glycol as a solvent. Diethyl ether: 1 mL (No. 1), 5 mL (No. 2), or 30 mL (No. 3) was introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 170 ° C., with a reaction time 20h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 6. From the results in Table 6, it can be seen that the yield of carbonic acid ester is improved when diethylene glycol diethyl ether is used as the solvent. However, it can also be seen that if the amount of the solvent is too large, the dispersibility of the solid catalyst deteriorates and the yield decreases.
(実施例9)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、アルコールとして1,6−ヘキサンジオール:85mmol(10g、9mL)、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテル:5mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度170℃、反応時間48hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、鎖状炭酸エステルのダイマーが7.3mmol生成、鎖状炭酸エステルのトリマーが0.14mmol生成し、鎖状炭酸エステルの収率は18%であった。
溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテルを用いて、長時間反応すると、炭酸エステルの収率がさらに向上することがわかる。
(Example 9)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 200 mL (upper cooling temperature 4 ° C.), CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 85 mmol (10 g, 9 mL) as an alcohol, and diethylene glycol as a solvent. Diethyl ether: 5 mL was introduced.
Thereafter, pressure 0.1 MPa, was introduced into the flask while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min, reaction temperature 170 ° C., with a reaction time 48h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, 7.3 mmol of the chain carbonate ester dimer was produced, 0.14 mmol of the chain carbonate ester trimmer was produced, and the yield of the chain carbonate ester was 18%.
It can be seen that the yield of carbonic acid ester is further improved by long-term reaction using diethylene glycol diethyl ether as a solvent.
(実施例10)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、表7に示すアルコール:85mmol、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテル:5mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度150℃、反応時間20hで、CO2と各アルコールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表7に示す。表7の結果から、アルコールとして、炭素数2〜10の2価のアルコールを使用すると、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 10)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, alcohol: 85 mmol shown in Table 7, and diethylene glycol diethyl ether: 5 mL as a solvent were introduced into 200 mL of a flow-type flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min in the flask, the reaction temperature 0.99 ° C., with a reaction time 20h, allowed to react with each alcohol CO 2.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 7. From the results in Table 7, it can be seen that when a divalent alcohol having 2 to 10 carbon atoms is used as the alcohol, a carbonic acid ester can be produced with high efficiency.
(実施例11)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、1,10−デカンジオール:85mmol、溶媒としてジエチルベンゼン:10mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度150℃、反応時間20hで、CO2と1,10−デカンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、鎖状炭酸エステルの収率は3.4%であった。
(Example 11)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol), 1,10-decanediol: 85 mmol as a solid catalyst, and diethylbenzene: 10 mL as a solvent were introduced into 200 mL of a flow-type eggplant-shaped flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Thereafter, pressure 0.1 MPa, was introduced into the flask while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min, reaction temperature 0.99 ° C., with a reaction time 20h, allowed to react with CO 2 and 1,10-decanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, the yield of the chain carbonate ester was 3.4%.
(比較例3)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、プロピレングリコール:85mmol(10g、9mL)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度150℃、反応時間20hで、CO2とプロピレングリコールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果、溶媒を使用してないため、CO2とプロピレングリコールとの反応は進行せず、炭酸エステルの収率は0%であった。
(Comparative Example 3)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) and propylene glycol: 85 mmol (10 g, 9 mL) were introduced as solid catalysts into 200 mL of a flow-type eggplant-shaped flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min , and CO 2 and propylene glycol were reacted at a reaction temperature of 150 ° C. and a reaction time of 20 h.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
As a result, since no solvent was used , the reaction between CO 2 and propylene glycol did not proceed, and the yield of carbonic acid ester was 0%.
(実施例12)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、表8に示すアルコール:85mmol、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテル:5mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、表8に示す反応温度、反応時間20hで、CO2と各アルコールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表8に示す。表8の結果から、アルコールとして、沸点が100℃超の炭素数4〜10の1価のアルコールを使用すると、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 12)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, alcohol: 85 mmol shown in Table 8, and diethylene glycol diethyl ether: 5 mL as a solvent were introduced into 200 mL of a flow-type flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Thereafter, the pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min was introduced into the flask, the reaction temperature shown in Table 8, reaction time 20h, allowed to react with each alcohol CO 2.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 8. From the results in Table 8, it can be seen that when a monohydric alcohol having a boiling point of more than 100 ° C. and having 4 to 10 carbon atoms is used as the alcohol, a carbonic acid ester can be produced with high efficiency.
(比較例4)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、表9に示すアルコール:85mmol、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテル:5mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、表9に示す反応温度及び反応時間で、CO2と各アルコールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表9に示す。表9の結果から、アルコールとして、沸点が100℃以下の1価のアルコールを使用すると、沸点が100℃以下で反応温度を上げることができないので、炭酸エステルが生成できないことがわかる。
(Comparative Example 4)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, alcohol: 85 mmol shown in Table 9, and diethylene glycol diethyl ether: 5 mL as a solvent were introduced into 200 mL of a flow-type flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Thereafter, the pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min was introduced into the flask at the reaction temperature and reaction time shown in Table 9, was reacted with each alcohol CO 2.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 9. From the results in Table 9, it can be seen that when a monohydric alcohol having a boiling point of 100 ° C. or lower is used as the alcohol, the reaction temperature cannot be raised at a boiling point of 100 ° C. or lower, so that a carbonic acid ester cannot be produced.
(比較例5)
流通式、ナス型フラスコ200mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、グリセリン:85mmol、溶媒としてジエチレングリコールジエチルエーテル:5mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、表10に示す反応温度、反応時間20hで、CO2とグリセリンとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表10に示す。表10の結果から、3価のアルコールであるグリセリンを使用すると、グリセリンが溶媒に溶けないため、反応温度を高くしても、炭酸エステルが生成できないことがわかる。
(Comparative Example 5)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol) as a solid catalyst, glycerin: 85 mmol, and diethylene glycol diethyl ether: 5 mL as a solvent were introduced into 200 mL of a flow-type flask (upper cooling temperature 4 ° C.).
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min , and CO 2 and glycerin were reacted at the reaction temperature and reaction time of 20 h shown in Table 10.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 10. From the results in Table 10, it can be seen that when glycerin, which is a trihydric alcohol, is used, glycerin is insoluble in the solvent, so that carbonic acid ester cannot be produced even if the reaction temperature is raised.
(実施例13)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度4℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、1,6−ヘキサンジオール:34mmol、表11に示す溶媒:5mLを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度170℃、反応時間24hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表11に示す。表11の結果から、沸点100℃超の溶媒、特にエーテル系溶媒を使用すると、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 13)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol), 1,6-hexanediol: 34 mmol, and the solvent shown in Table 11: 5 mL were introduced into 50 mL of a flow-type eggplant-shaped flask (upper cooling temperature 4 ° C.) as a solid catalyst. ..
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 170 ° C., with a reaction time 24h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 11. From the results in Table 11, it can be seen that a carbonic acid ester can be produced with high efficiency by using a solvent having a boiling point of more than 100 ° C., particularly an ether solvent.
(実施例14)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度20℃)に、固体触媒としてCeO2:0.4g(2.3mmol)、1,6−ヘキサンジオール:34mmol、表12に示す溶媒:5gを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度190℃、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表12に示す。表12の結果から、沸点100℃超の溶媒、特にエーテル系溶媒を使用すると、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 14)
CeO 2 : 0.4 g (2.3 mmol), 1,6-hexanediol: 34 mmol, and the solvent shown in Table 12: 5 g were introduced into 50 mL of a flow-type eggplant-shaped flask (upper cooling temperature 20 ° C.) as a solid catalyst. ..
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 190 ° C., with a reaction time 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 12. From the results in Table 12, it can be seen that a carbonic acid ester can be produced with high efficiency by using a solvent having a boiling point of more than 100 ° C., particularly an ether solvent.
(実施例15)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2:0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、表13に水への溶解性と共に示す溶媒:3gを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度200℃、反応時間1hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表13に示す。表13の結果から、沸点100℃超の溶媒、特にエーテル系溶媒や疎水性溶媒を使用すると、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 15)
CeO 2 : 0.1 g (0.6 mmol), 1,6-hexanediol: 17 mmol as a solid catalyst in a flow-type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), shown in Table 13 with solubility in water. Solvent: 3 g was introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 200 ° C., with a reaction time 1h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 13. From the results in Table 13, it can be seen that a carbonic acid ester can be produced with high efficiency by using a solvent having a boiling point of more than 100 ° C., particularly an ether solvent or a hydrophobic solvent.
(実施例16)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2:0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、表14に示す、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテル2gと、第2溶媒として各溶媒3gを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度200℃、反応時間1hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表14に示す。表14の結果から、沸点100℃超の溶媒で、エーテル系溶媒と疎水性溶媒を混合して使用しても、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 16)
In a flow type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), CeO 2 : 0.1 g (0.6 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 17 mmol, tri as the first solvent shown in Table 14. 2 g of ethylene glycol dimethyl ether and 3 g of each solvent as a second solvent were introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 200 ° C., with a reaction time 1h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 14. From the results in Table 14, it can be seen that carbonic acid ester can be produced with high efficiency even when an ether solvent and a hydrophobic solvent are mixed and used in a solvent having a boiling point of more than 100 ° C.
(実施例17)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2:0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、表15に示す、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを1〜4gと、第2溶媒としてジフェニルエーテルを3g導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度200℃、反応時間1hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表15に示す。表15の結果から、沸点100℃超の溶媒で、エーテル系溶媒の中で、親水性溶媒および疎水性溶媒を混合して使用しても、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 17)
In a flow type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), CeO 2 : 0.1 g (0.6 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 17 mmol, tri as the first solvent shown in Table 15. 1 to 4 g of ethylene glycol dimethyl ether and 3 g of diphenyl ether as a second solvent were introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 200 ° C., with a reaction time 1h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 15. From the results in Table 15, it can be seen that carbonic acid esters can be produced with high efficiency even when a hydrophilic solvent and a hydrophobic solvent are mixed and used in an ether solvent with a solvent having a boiling point of more than 100 ° C. ..
(実施例18)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2:0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、表16に示す、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを2gと、第2溶媒としてジフェニルエーテルを1〜5g導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度200℃、反応時間1hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表16に示す。表16の結果から、沸点100℃超の溶媒で、エーテル系溶媒の中で、親水性溶媒および疎水性溶媒を混合して使用しても、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 18)
In a flow type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), CeO 2 : 0.1 g (0.6 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 17 mmol, tri as the first solvent shown in Table 16. 2 g of ethylene glycol dimethyl ether and 1 to 5 g of diphenyl ether as a second solvent were introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 200 ° C., with a reaction time 1h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 16. From the results in Table 16, it can be seen that carbonic acid esters can be produced with high efficiency even when a hydrophilic solvent and a hydrophobic solvent are mixed and used in an ether solvent with a solvent having a boiling point of more than 100 ° C. ..
(実施例19)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2:0.1g(0.6mmol)、表17に示す各種アルコール:17mmol、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを2gと、第2溶媒としてジフェニルエーテルを3g導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、表17に示す反応温度、反応時間48hで、CO2と各種アルコールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表17に示す。表17の結果から、沸点100℃超の溶媒で、エーテル系溶媒の中で、親水性溶媒および疎水性溶媒を混合して使用し、沸点が100℃以上のアルコールとして、炭素数3〜10の2価のアルコールや、炭素数8〜10の1価のアルコールを使用すると、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 19)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), CeO 2 : 0.1 g (0.6 mmol) as a solid catalyst, various alcohols shown in Table 17: 17 mmol, and triethylene glycol dimethyl ether as a first solvent 2 g. And 3 g of diphenyl ether was introduced as a second solvent.
Thereafter, pressure 0.1 MPa, is introduced into a flow rate 200 mL / min of CO 2 while bubbling in a flask, the reaction temperature shown in Table 17, reaction time 48h, to react the CO 2 and various alcohols.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 17. From the results in Table 17, a solvent having a boiling point of more than 100 ° C., a hydrophilic solvent and a hydrophobic solvent are mixed and used in an ether solvent, and the alcohol has a boiling point of 100 ° C. or higher and has 3 to 10 carbon atoms. It can be seen that carbonic acid ester can be produced with high efficiency by using a divalent alcohol or a monohydric alcohol having 8 to 10 carbon atoms.
(実施例20)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2:0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを2gと、第2溶媒としてジフェニルエーテルを3g導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、表18に示す反応温度、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表18に示す。表18の結果から、沸点100℃超の溶媒で、トリエチレングリコールジメチルエーテルとジフェニルエーテルを用いた場合、反応温度は180〜215℃において高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 20)
In a flow type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), CeO 2 : 0.1 g (0.6 mmol) as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 17 mmol, and triethylene glycol dimethyl ether as a first solvent 2 g. And 3 g of diphenyl ether was introduced as a second solvent.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min in the flask, the reaction temperature shown in Table 18, reaction time 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol ..
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 18. From the results in Table 18, it can be seen that when triethylene glycol dimethyl ether and diphenyl ether are used in a solvent having a boiling point of more than 100 ° C., a carbonic acid ester can be produced with high efficiency at a reaction temperature of 180 to 215 ° C.
(実施例21)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度20℃)に、固体触媒として表22に示すCeO2(No.1)、ZrO2(No.2)、La2O3(No.3)、Sm2O3(No.4)、Pr6O11(No.5)、SnO2(No.6)、Dy2O3(No.7)、Gd2O3(No.8)、Eu2O3(No.9)を0.4g、1,6−ヘキサンジオール:34mmol、溶媒としてジフェニルエーテル:5gを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度190℃、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表19に示す。表19の結果から、CeO2(No.1)以外のZrO2(No.2)、La2O3(No.3)、Sm2O3(No.4)、Pr6O11(No.5)、SnO2(No.6)、Dy2O3(No.7)、Gd2O3(No.8)、Eu2O3(No.9)を固体触媒として用いた場合でも、高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 21)
CeO 2 (No. 1), ZrO 2 (No. 2), La 2 O 3 (No. 3), Sm shown in Table 22 as solid catalysts in a flow-type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 20 ° C.). 2 O 3 (No. 4), Pr 6 O 11 (No. 5), SnO 2 (No. 6), Dy 2 O 3 (No. 7), Gd 2 O 3 (No. 8), Eu 2 O 0.4 g of 3 (No. 9), 1,6-hexanediol: 34 mmol, and diphenyl ether: 5 g as a solvent were introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 190 ° C., with a reaction time 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 19. From the results in Table 19, ZrO 2 (No. 2), La 2 O 3 (No. 3), Sm 2 O 3 (No. 4), Pr 6 O 11 (No. 1) other than CeO 2 (No. 1). 5), SnO 2 (No. 6), Dy 2 O 3 (No. 7), Gd 2 O 3 (No. 8), Eu 2 O 3 (No. 9) are high even when used as solid catalysts. It can be seen that carbonic acid ester can be produced efficiently.
(比較例6)
固体触媒として表20に示す各触媒を0.4g用いる以外は、実施例14と同じ条件で反応させた。
その結果を表20に示す。表20の結果から、SiO2(No.1)、SiO2−Al2O3(No.2)、γ−Al2O3(No.3)、MgO(No.4)、TiO2(No.5)、HfO2(No.6)、Y2O3(No.7)、ZnO(No.8)を固体触媒として用いた場合では、反応性が小さいあるいは、ほとんど反応しないことがわかる。
(Comparative Example 6)
The reaction was carried out under the same conditions as in Example 14 except that 0.4 g of each catalyst shown in Table 20 was used as the solid catalyst.
The results are shown in Table 20. From the results in Table 20, SiO 2 (No. 1), SiO 2- Al 2 O 3 (No. 2), γ-Al 2 O 3 (No. 3), MgO (No. 4), TiO 2 (No. 2) It can be seen that when HfO 2 (No. 6), Y 2 O 3 (No. 7), and ZnO (No. 8) are used as solid catalysts, the reactivity is small or hardly reacts.
(実施例22)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度20℃)に、固体触媒としてCeO2を0.4g(2.3mmol)、1,6−ヘキサンジオール:34mmol、溶媒としてジフェニルエーテル:1g(No.1)、3g(No.2)、5g(No.3、実施例14のNo.1と同じ)、7g(No.4)、10g(No.5)を導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度190℃、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表21に示す。表21の結果から、溶媒として用いるジフェニルエーテルの量は、炭酸エステルの収率に大きな影響を与えず、いずれの量でも高効率で炭酸エステルが生成可能であることがわかる。
(Example 22)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 20 ° C.), 0.4 g (2.3 mmol) of CeO 2 as a solid catalyst, 1,6-hexanediol: 34 mmol, and diphenyl ether: 1 g (No. 1) as a solvent. , 3 g (No. 2), 5 g (No. 3, the same as No. 1 of Example 14), 7 g (No. 4), and 10 g (No. 5) were introduced.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 190 ° C., with a reaction time 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 21. From the results in Table 21, it can be seen that the amount of diphenyl ether used as the solvent does not significantly affect the yield of carbonic acid ester, and carbonic acid ester can be produced with high efficiency in any amount.
(比較例7)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度20℃)に、固体触媒としてCeO2を0.4g(2.3mmol)、1,6−ヘキサンジオール:34mmolを導入したが、溶媒は導入しなかった(0g)。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度190℃、反応時間4hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
溶媒を使用しない場合、炭酸エステルの収率は3.8%であったが、1,6−ヘキサンジオールや生成した炭酸エステルがフラスコ上部の冷却部分に付着、固化して、CO2や副生水の流路が閉塞してしまい、反応の継続が難しかったため、溶媒は必須であることがわかった。
(Comparative Example 7)
0.4 g (2.3 mmol) of CeO 2 and 34 mmol of 1,6-hexanediol were introduced as a solid catalyst into 50 mL of a flow-type eggplant-shaped flask (upper cooling temperature 20 ° C.), but no solvent was introduced. (0 g).
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 190 ° C., with a reaction time 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
When no solvent was used, the yield of carbonic acid ester was 3.8%, but 1,6-hexanediol and the produced carbonic acid ester adhered to and solidified in the cooling part at the top of the flask, resulting in CO 2 and by-products. It was found that the solvent was essential because the water flow path was blocked and it was difficult to continue the reaction.
(実施例23)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度20℃)に、固体触媒としてCeO2を0.4g(2.3mmol)、1,6−ヘキサンジオール:34mmol、溶媒としてジフェニルエーテル:5gを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度110℃(NO.1)、150℃(NO.2)、170℃(NO.3)、190℃(NO.4)、又は210℃(NO.5)、反応時間16hで、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表22に示す。表22の結果から、反応温度が高い方が炭酸エステルの収率が高いことがわかる。
(Example 23)
0.4 g (2.3 mmol) of CeO 2 as a solid catalyst, 34 mmol of 1,6-hexanediol as a solid catalyst, and 5 g of diphenyl ether as a solvent were introduced into 50 mL of a flow-type flask (upper cooling temperature 20 ° C.).
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min, and the reaction temperatures were 110 ° C. (NO.1), 150 ° C. (NO.2), 170 ° C. (NO.3). CO 2 and 1,6-hexanediol were reacted at 190 ° C. (NO.4) or 210 ° C. (NO.5) with a reaction time of 16 hours.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 22. From the results in Table 22, it can be seen that the higher the reaction temperature, the higher the yield of carbonic acid ester.
(実施例24)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度20℃)に、固体触媒としてCeO2を0.4g(2.3mmol)、1,6−ヘキサンジオール:34mmol、溶媒としてジフェニルエーテル:5gを導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度190℃、反応時間を16〜480hとして、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表23に示す。表23の結果から、反応時間を長くすると炭酸エステルの収率が高いことがわかる。
(Example 24)
0.4 g (2.3 mmol) of CeO 2 as a solid catalyst, 34 mmol of 1,6-hexanediol as a solid catalyst, and 5 g of diphenyl ether as a solvent were introduced into 50 mL of a flow-type flask (upper cooling temperature 20 ° C.).
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min, and the reaction temperature was 190 ° C. and the reaction time was 16 to 480 h to react CO 2 with 1,6-hexanediol. rice field.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 23. From the results in Table 23, it can be seen that the yield of carbonic acid ester increases as the reaction time increases.
(実施例25)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2を0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを2gと、第2溶媒としてジフェニルエーテルを3g導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度210℃、反応時間を4〜96hとして、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。
その後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表24に示す。表24の結果から、反応時間を長くすると炭酸エステルの収率が高いことがわかる。また、生成物の平均分子量も大きくできることがわかる。
(Example 25)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), 0.1 g (0.6 mmol) of CeO 2 as a solid catalyst, 17 mmol of 1,6-hexanediol, and 2 g of triethylene glycol dimethyl ether as a first solvent. And 3 g of diphenyl ether was introduced as a second solvent.
Then, CO 2 was introduced into the flask while bubbling at a pressure of 0.1 MPa and a flow rate of 200 mL / min, and the reaction temperature was 210 ° C. and the reaction time was 4 to 96 h to react CO 2 with 1,6-hexanediol. rice field.
Then, when the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 24. From the results in Table 24, it can be seen that the yield of carbonic acid ester increases as the reaction time increases. It can also be seen that the average molecular weight of the product can be increased.
(実施例26)
流通式、ナス型フラスコ50mL(上部冷却温度24℃)に、固体触媒としてCeO2を0.1g(0.6mmol)、1,6−ヘキサンジオール:17mmol、第1溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを2gと、第2溶媒としてジフェニルエーテルを3g導入した。
その後、圧力0.1MPa、流量200mL/minでCO2をバブリングさせながらフラスコ内に導入し、反応温度210℃、反応時間を4hとして、CO2と1,6−ヘキサンジオールとを反応させた。反応後の触媒をエタノールで洗浄後、110℃で12h乾燥させる再生工程を行い、表25に示す反応回数で、再び反応させることを繰り返した。
各反応後、フラスコを空冷し、室温まで冷えたら、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。
その結果を表25に示す。表25の結果から、触媒を再生して、繰り返し使用しても、活性を保持できることがわかる。
(Example 26)
In a circulation type, eggplant-shaped flask 50 mL (upper cooling temperature 24 ° C.), 0.1 g (0.6 mmol) of CeO 2 as a solid catalyst, 17 mmol of 1,6-hexanediol, and 2 g of triethylene glycol dimethyl ether as a first solvent. And 3 g of diphenyl ether was introduced as a second solvent.
Then introduced to a pressure 0.1 MPa, while bubbling CO 2 at a flow rate of 200 mL / min the flask, reaction temperature 210 ° C., the reaction time as 4h, allowed to react with CO 2 and 1,6-hexanediol. After washing the catalyst after the reaction with ethanol, a regeneration step of drying at 110 ° C. for 12 hours was performed, and the reaction was repeated at the number of reactions shown in Table 25.
After each reaction, the flask was air-cooled and cooled to room temperature, the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
The results are shown in Table 25. From the results in Table 25, it can be seen that the activity can be maintained even if the catalyst is regenerated and used repeatedly.
以上から、本実施例では、穏和な反応圧力下で、脱水剤又は化学的な水和剤を使用せずとも、副生水を反応場からへ除去しつつ、高効率で炭酸エステルを製造できることがわかる。 From the above, in this example, the carbonic acid ester can be produced with high efficiency under mild reaction pressure without using a dehydrating agent or a chemical wettable powder while removing by-product water from the reaction field. I understand.
10 反応塔
11 冷却塔(第1の冷却塔の一例)
12 蒸留塔(第1の蒸留塔の一例)
13 冷却塔
14 分離塔
21 蒸留塔(第1の蒸留塔の一例)
22 分離塔
10
12 Distillation column (an example of the first distillation column)
13
22 Separation tower
Claims (11)
前記反応工程における前記反応器から、気相として排出された、未反応の前記二酸化炭素、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を冷却して、気相として、未反応の前記二酸化炭素と、液相として、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒と、に分離する第1の冷却工程と、
前記第1の冷却工程で、液相として分離された、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を蒸留により、気相として、前記副生水と、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、に分離する第1の蒸留工程と、
前記反応工程における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を蒸留して、気相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、液相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の蒸留工程、又は、前記反応工程における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を冷却して、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、固相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の冷却工程と、
を有し、
前記第1の冷却工程で分離された未反応の前記二酸化炭素と、前記第1の蒸留工程で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、前記第2の蒸留工程又は前記第2の冷却工程で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、を前記反応工程で再利用する、
炭酸エステルの製造方法。 In a reactor in which at least one solid catalyst and solvent selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodium oxide, tin oxide, displosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide are present. Carbon dioxide and at least one alcohol selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols having a boiling point of more than 100 ° C. are supplied, the reaction temperature is 100 ° C. or higher, and the alcohol and the solvent are used. A reaction step of reacting the carbon dioxide with the alcohol to produce a carbonic acid ester and by-product water under the conditions below the boiling point of
The unreacted carbon dioxide, the unreacted alcohol, the by-product water, and the solvent discharged as the gas phase from the reactor in the reaction step are cooled, and the unreacted dioxide is used as the gas phase. A first cooling step of separating the carbon into the unreacted alcohol, the by-product water and the solvent as a liquid phase.
The unreacted alcohol, the by-product water and the solvent separated as the liquid phase in the first cooling step are distilled to obtain the by-product water as the gas phase and the unreacted product as the liquid phase. A first distillation step of separating into the alcohol and the solvent, and
The carbonic acid ester, the unreacted alcohol and the solvent discharged as the liquid phase from the reactor in the reaction step are distilled to prepare the unreacted alcohol and the solvent as the gas phase and the liquid phase. The carbonic acid ester, the unreacted alcohol, and the solvent discharged as a liquid phase from the reactor in the second distillation step of separating into the carbonic acid ester and the reaction step are cooled. A second cooling step of separating the unreacted alcohol and the solvent as the liquid phase and the carbonic acid ester as the solid phase.
Have,
The unreacted carbon dioxide separated in the first cooling step, the unreacted alcohol and the solvent separated in the first distillation step, and the second distillation step or the second cooling. The unreacted alcohol and the solvent separated in the step are reused in the reaction step.
Method for producing carbonic acid ester.
前記分離工程で分離した固体触媒を再生する触媒再生工程と、
をさらに有し、
前記触媒再生工程で再生された固体触媒を、前記反応工程で再利用する請求項8に記載の炭酸エステルの製造方法。 A separation step of separating the solid catalyst discharged as a solid phase together with the liquid phase from the reactor in the reaction step from the liquid phase.
A catalyst regeneration step of regenerating the solid catalyst separated in the separation step, and a catalyst regeneration step.
Have more
The method for producing a carbonic acid ester according to claim 8, wherein the solid catalyst regenerated in the catalyst regeneration step is reused in the reaction step.
前記反応塔における前記反応器から、気相として排出された、未反応の前記二酸化炭素、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を冷却して、気相として、未反応の前記二酸化炭素と、液相として、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒と、に分離する第1の冷却塔と、
前記第1の冷却塔で、液相として分離された、未反応の前記アルコール、前記副生水および前記溶媒を蒸留により、気相として、前記副生水と、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、に分離する第1の蒸留塔と、
前記反応塔における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を蒸留して、気相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、液相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の蒸留塔、又は、前記反応塔における前記反応器から、液相として排出された、前記炭酸エステル、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒を冷却して、液相として、未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、固相として、前記炭酸エステルと、に分離する第2の冷却塔と、
を備え、
前記第1の冷却塔で分離された未反応の前記二酸化炭素と、前記第1の蒸留塔で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、前記第2の蒸留塔又は第2の冷却塔で分離された未反応の前記アルコールおよび前記溶媒と、を前記反応塔で再利用する、
炭酸エステルの製造装置。 It has a reactor in which at least one solid catalyst and solvent selected from the group consisting of cerium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, placeodium oxide, tin oxide, displosium oxide, gadolinium oxide, and europium oxide are present. Then, carbon dioxide and at least one alcohol having a boiling point of more than 100 ° C. and selected from the group consisting of monohydric and divalent alcohols are supplied to the reactor, and the reaction temperature is 100 ° C. or higher. A reaction tower that produces carbonic acid ester and by-product water by reacting the carbon dioxide with the alcohol under conditions below the boiling point of the alcohol and the solvent.
The unreacted carbon dioxide, the unreacted alcohol, the by-product water, and the solvent discharged as the gas phase from the reactor in the reaction tower are cooled, and the unreacted dioxide is used as the gas phase. A first cooling tower that separates carbon into, as a liquid phase, the unreacted alcohol, the by-product water, and the solvent.
The unreacted alcohol, the by-product water and the solvent separated as the liquid phase in the first cooling column are distilled to form the gas phase with the by-product water and the liquid phase with the unreacted product. A first distillation column that separates into the alcohol and the solvent,
The carbonic acid ester, the unreacted alcohol and the solvent discharged as a liquid phase from the reactor in the reaction tower are distilled to form a gas phase with the unreacted alcohol and the solvent as a liquid phase. The carbonic acid ester, the unreacted alcohol, and the solvent discharged as a liquid phase from the second distillation column separated into the carbonic acid ester and the reactor in the reaction column are cooled. A second cooling tower that separates the unreacted alcohol and the solvent as the liquid phase and the carbonic acid ester as the solid phase.
With
The unreacted carbon dioxide separated in the first cooling tower, the unreacted alcohol and the solvent separated in the first distillation column, and the second distillation column or the second cooling column. The unreacted alcohol and the solvent separated in the above are reused in the reaction column.
Carbonate ester manufacturing equipment.
前記分離塔で分離した固体触媒を再生する触媒再生塔と、
をさらに備え、
前記触媒再生塔で再生された固体触媒を、前記反応塔で再利用する請求項10に記載の炭酸エステルの製造装置。 A separation tower that separates the solid catalyst discharged as a solid phase together with the liquid phase from the reactor in the reaction tower from the liquid phase.
A catalyst regeneration tower that regenerates the solid catalyst separated by the separation tower, and a catalyst regeneration tower.
With more
The carbonic acid ester production apparatus according to claim 10, wherein the solid catalyst regenerated in the catalyst regeneration tower is reused in the reaction tower.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115007222A (en) * | 2022-07-15 | 2022-09-06 | 宁波天研精开技术有限公司 | Copper-based catalyst on-line regeneration method and device for producing dimethyl carbonate by liquid phase method |
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2020
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