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JP2009023930A - Method for producing glycerin derivative - Google Patents

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JP2009023930A
JP2009023930A JP2007187639A JP2007187639A JP2009023930A JP 2009023930 A JP2009023930 A JP 2009023930A JP 2007187639 A JP2007187639 A JP 2007187639A JP 2007187639 A JP2007187639 A JP 2007187639A JP 2009023930 A JP2009023930 A JP 2009023930A
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Japan
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glycerin
carbonate
membrane
reaction
separation membrane
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JP2007187639A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukimasa Fukuda
行正 福田
Yoshifumi Yamamoto
祥史 山本
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン等のポリマー原料、活性剤、潤滑油等、化粧料組成物、工業用有機合成原料として有用であり、エネルギー消費量を抑えた高収率なグリセリン誘導体の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、グリセリンとジアルキルカーボネートとを、副生するメタノールを分離膜を用いて抜き出しながら反応させる。前記分離膜はゼオライト膜であることが好ましい。また、前記ゼオライト膜がY型であることが好ましい。
【選択図】なし
[PROBLEMS] To produce a high-yield glycerin derivative that is useful as a raw material for polymers such as polyester, polycarbonate, and polyurethane, an activator, a lubricating oil, a cosmetic composition, and an organic raw material for industrial synthesis, with reduced energy consumption. It is an issue to provide.
In the present invention, glycerin and dialkyl carbonate are reacted while extracting by-product methanol using a separation membrane. The separation membrane is preferably a zeolite membrane. The zeolite membrane is preferably Y-type.
[Selection figure] None

Description

本発明は、グリセリンからポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン等のポリマー原料、活性剤、潤滑油等、化粧料組成物、工業用有機合成原料として有用なグリセリン誘導体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a glycerin derivative useful as a polymer composition such as polyester, polycarbonate and polyurethane, an activator, a lubricating oil, a cosmetic composition and an industrial organic synthesis material from glycerin.

近年、植物油や動物油等の再生産可能な原料(バイオマス)を用いた燃料が開発されている。例えば、バイオマスを用いた燃料の代表的なものであるバイオディーゼル燃料は、化石燃料の使用量を大幅に削減することができると期待されている。このようなバイオディーゼル燃料を得る方法としては、通常、合成油、植物油および動物油等に含まれるトリグリセリドとメタノールをアルカリ触媒存在下において反応させる方法などが挙げられる(特許文献1)。しかし、トリグリセリドとメタノールのエステル交換反応によって、脂肪酸アルキルエステルを製造する方法は、副生成物として大量のグリセリンが生成される。そこで、副生されるグリセリンの有効活用が待望されている。   In recent years, fuels using reproducible raw materials (biomass) such as vegetable oils and animal oils have been developed. For example, biodiesel fuel, which is a representative fuel using biomass, is expected to greatly reduce the amount of fossil fuel used. Examples of a method for obtaining such biodiesel fuel include a method in which triglyceride contained in synthetic oil, vegetable oil, animal oil and the like is reacted with methanol in the presence of an alkali catalyst (Patent Document 1). However, the method for producing a fatty acid alkyl ester by transesterification of triglyceride and methanol produces a large amount of glycerin as a by-product. Therefore, effective utilization of glycerin produced as a by-product is awaited.

グリセリンを有効活用するための変換技術としては、例えば非特許文献1にはジメチルカーボネートとグリセリンとのエステル交換反応が示されている。しかし、生成したメタノールを蒸留で除去するには大型の蒸留設備が必要であり、大量の熱エネルギーを消費するため効率の良い方法とはいえない。
また、メタノールとジメチルカーボネートは共沸混合物を形成するため、メタノールを蒸留により反応系外へ留去しようとすると、メタノールと共に原料であるジメチルカーボネートも反応系外へ留去される。その結果、生成物の収率が低下する。
特開昭56−120799号公報 Green Chemistry 2005、7、529−539
As a conversion technique for effectively utilizing glycerin, for example, Non-Patent Document 1 discloses a transesterification reaction between dimethyl carbonate and glycerin. However, in order to remove the produced methanol by distillation, a large-scale distillation facility is required, and a large amount of heat energy is consumed, which is not an efficient method.
In addition, since methanol and dimethyl carbonate form an azeotropic mixture, when methanol is distilled out of the reaction system by distillation, dimethyl carbonate as a raw material is distilled out of the reaction system together with methanol. As a result, the product yield decreases.
JP-A 56-120799 Green Chemistry 2005, 7, 529-539

本発明は、前記のかかる問題を解決し、エネルギー消費量を抑えた高収率なグリセリン誘導体の製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for producing a high yield glycerin derivative with reduced energy consumption.

本発明は、グリセリンとジアルキルカーボネートとを、副生するアルコールを分離膜を用いて抜き出しながら反応させることを特徴とするグリセリン誘導体の製造方法である。前記分離膜はゼオライト膜であることが好ましい。さらに、前記ゼオライト膜がY型ゼオライト膜であることが好ましい。   The present invention is a method for producing a glycerin derivative characterized in that glycerin and dialkyl carbonate are reacted while extracting by-produced alcohol using a separation membrane. The separation membrane is preferably a zeolite membrane. Furthermore, the zeolite membrane is preferably a Y-type zeolite membrane.

本発明によれば、経済的、且つエネルギー消費量を抑えてグリセリン誘導体を高収率で製造することができる。これにより、グリセリン誘導体をポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン等のポリマー原料、活性剤、潤滑油等、化粧料組成物、工業用有機合成原料として使用することができる。   According to the present invention, a glycerin derivative can be produced in a high yield economically and with reduced energy consumption. Thereby, glycerin derivatives can be used as polymer raw materials such as polyester, polycarbonate and polyurethane, activators, lubricating oils, cosmetic compositions, and industrial organic synthetic raw materials.

本発明は、グリセリンとジアルキルカーボネートとを、副生するアルコールを分離膜を用いて抜き出しながらエステル交換反応させることを特徴とする。本発明で用いられるグリセリンの純度に特に制限はない。グリセリンは、市販のものを使用することができる。また、パーム油などの植物油に含まれるトリグリセリドとメタノールをアルカリ触媒存在下において反応させ、静置分離した後のグリセリンも使用することができる。   The present invention is characterized in that glycerol and dialkyl carbonate are transesterified while extracting by-product alcohol using a separation membrane. There is no restriction | limiting in particular in the purity of the glycerol used by this invention. Commercially available glycerin can be used. Moreover, the glycerin after making triglyceride and methanol contained in vegetable oils, such as palm oil, react in the presence of an alkali catalyst, and stationary-separating can also be used.

本発明で用いられるジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネートが挙げられ、この中でジメチルカーボネートが好適に使用される。ジアルキルカーボネートの純度も特に制限はない。ジアルキルカーボネートは、限定されるものではないがグリセリンの転化率と経済性を考慮し、グリセリン1モルに対して3から20モル、好ましくは5から10である。   Examples of the dialkyl carbonate used in the present invention include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, and ethyl propyl carbonate. Among them, dimethyl carbonate is preferably used. The purity of the dialkyl carbonate is not particularly limited. The dialkyl carbonate is not limited, but is 3 to 20 mol, preferably 5 to 10, with respect to 1 mol of glycerin in consideration of the conversion rate and economic efficiency of glycerin.

本発明におけるエステル交換反応においては、触媒が使用される。触媒としては、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物など、通常のエステル交換反応に使用される触媒が好適に使用される。具体的には、前記のアルカリ金属化合物としては、例えば、アルカリ金属のアルコラート(リチウムメチラート、ナトリウムメチラート、カリウムメチラート等)、アルカリ金属の炭酸塩(炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等)、アルカリ金属の水酸化物(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等)が挙げられる。前記のアルカリ土類金属化合物としては、例えば、アルカリ土類金属のアルコラート(マグネシウムメチラート等)、アルカリ土類金属の炭酸塩(炭酸マグネシウム等)、アルカリ土類金属の水酸化物(水酸化マグネシウム等)が挙げられる。これらの触媒は、グリセリン1モルに対して0.1から0.0001、好ましくは0.05から0.001モル使用される。   In the transesterification reaction in the present invention, a catalyst is used. As a catalyst, the catalyst used for normal transesterification reaction, such as an alkali metal compound and an alkaline-earth metal compound, is used suitably, for example. Specifically, examples of the alkali metal compound include alkali metal alcoholates (lithium methylate, sodium methylate, potassium methylate, etc.) and alkali metal carbonates (lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, etc.). And alkali metal hydroxides (lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.). Examples of the alkaline earth metal compound include an alkaline earth metal alcoholate (magnesium methylate, etc.), an alkaline earth metal carbonate (magnesium carbonate, etc.), and an alkaline earth metal hydroxide (magnesium hydroxide). Etc.). These catalysts are used in an amount of 0.1 to 0.0001, preferably 0.05 to 0.001 mol per mol of glycerin.

本エステル交換反応の反応温度は、30から200℃、好ましくは50から120℃である。また、反応圧力は大気圧から1MPaG(Gはゲージ圧を示す)の範囲で反応温度に対応して設定されることが好ましく、反応時の雰囲気は窒素等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。なお、反応時間(連続式で反応を行う場合は滞留時間に相当する)は、反応温度や触媒量によって異なるが、1〜24時間の範囲とすることが好ましい。   The reaction temperature of the transesterification reaction is 30 to 200 ° C, preferably 50 to 120 ° C. Further, the reaction pressure is preferably set corresponding to the reaction temperature in the range of atmospheric pressure to 1 MPaG (G indicates gauge pressure), and the atmosphere during the reaction is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen. . The reaction time (corresponding to the residence time when the reaction is performed continuously) varies depending on the reaction temperature and the amount of catalyst, but is preferably in the range of 1 to 24 hours.

本発明では、副生するアルコールを分離膜を用いて反応系外に抜き出しながらエステル交換反応させる。アルコールを抜き出す方法としては、アルコールを含む混合溶液からアルコール蒸気として混合溶液からアルコールを選択的に透過させて除去するパーベーパレーション法、または、アルコール蒸気と混合溶液を形成する成分の蒸気からアルコール蒸気を選択的に取り込み、アルコールを選択的に除去するベーパーパーミエーション法が挙げられるが、好ましくはベーパーパーミエーション法である。本発明において、膜の非透過側に残留した高濃度のジアルキルカーボネート蒸気は、好ましくは冷却して凝縮させ反応混合液へ戻される。これにより、ジアルキルカーボネートを新たに追加することなく、反応を進行させることができ転化率を向上させることができる。   In the present invention, the by-produced alcohol is transesterified while being extracted out of the reaction system using a separation membrane. As a method for extracting alcohol, a pervaporation method in which alcohol is selectively permeated and removed from the mixed solution as alcohol vapor from a mixed solution containing alcohol, or alcohol vapor from the component vapor that forms the mixed solution with alcohol vapor. A vapor permeation method that selectively takes in and selectively removes alcohol is preferable, but a vapor permeation method is preferred. In the present invention, the high-concentration dialkyl carbonate vapor remaining on the non-permeate side of the membrane is preferably cooled and condensed and returned to the reaction mixture. Thereby, reaction can be advanced and conversion can be improved, without adding a dialkyl carbonate newly.

また、反応系を加圧系にして分離膜と接触するアルコール蒸気の分圧を高めたり、分離膜の透過側を減圧にして、分離膜を挟んだ両側のアルコール蒸気の分圧差を大きくすること、また、分離膜の透過側にアルコール以外の気体(例えば空気、窒素ガスなど)を掃引ガスとして流し、透過したアルコール蒸気を分離膜の透過側から強制的に掃引することもできる。分離膜は、分離方法に適した任意の場所に取り付けることができ、例えば、反応器に直接取り付けても、反応液を循環させるラインに組み込んでも良い。さらに、蒸留塔を備えた反応器などを用いて反応し、混合蒸気を蒸留塔で共沸組成にまで蒸留してから分離膜と接触させることもできる。これにより、分離効率をさらに高めることができる。さらに、本発明においては混合蒸気を分離膜と接触させる前に、2〜3℃程度以上好ましくは5℃以上スーパーヒートすることが、分離膜の分離効率を維持するうえで好適である。   Also, increase the partial pressure of alcohol vapor in contact with the separation membrane using a pressurized reaction system, or reduce the permeation side of the separation membrane to increase the partial pressure difference between the alcohol vapors on both sides of the separation membrane. Further, a gas other than alcohol (for example, air, nitrogen gas, etc.) can be made to flow as a sweep gas on the permeation side of the separation membrane, and the permeated alcohol vapor can be forcibly swept from the permeation side of the separation membrane. The separation membrane can be attached at any place suitable for the separation method. For example, the separation membrane may be attached directly to the reactor or incorporated in a line for circulating the reaction liquid. Furthermore, it reacts using the reactor etc. which were equipped with the distillation column, and after making mixed vapor | steam distill to an azeotropic composition with a distillation column, it can also make it contact with a separation membrane. Thereby, the separation efficiency can be further increased. Furthermore, in the present invention, before bringing the mixed vapor into contact with the separation membrane, it is preferable to superheat at about 2-3 ° C. or more, preferably 5 ° C. or more in order to maintain the separation efficiency of the separation membrane.

本発明において用いられる分離膜は、ジアルキルカーボネートに対してアルコールを選択的に透過するものであれば特に限定されない。例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドなどの高分子膜、それらの高分子膜を加熱処理して不溶化した膜、高分子膜を加熱処理した部分炭素化膜又は炭素膜、セラミックス膜、ゼオライト膜などを好適に用いることができる。この中で、耐熱性、耐溶媒性、分離性能の観点からゼオライト膜が好ましい。   The separation membrane used in the present invention is not particularly limited as long as it selectively permeates alcohol with respect to dialkyl carbonate. For example, polymer films such as polyimide, polycarbonate, polysulfone, polyetherimide, polyamideimide, films obtained by heat-treating these polymer films, partially carbonized films or carbon films obtained by heat-treating polymer films, ceramics A membrane, a zeolite membrane, or the like can be suitably used. Among these, a zeolite membrane is preferable from the viewpoints of heat resistance, solvent resistance, and separation performance.

ここで、ゼオライト膜とは、ゼオライトを多孔質支持体上に膜状に形成させたものを指す。ゼオライトの種類(構造)としては、A型(LTA構造)、X、Y型(FAU構造)、T型(ERI,OFF構造)、モルデナイト型(MOR構造)、ZSM−5型(MFI構造)が挙げられ、メタノールを選択的に透過するものとしてはY型のゼオライトを多孔質支持体上に膜状に形成させたY型ゼオライト膜が好ましい。
なおゼオライトの構造とは、非特許文献2に掲載されているゼオライト構造である。ゼオライトには陽イオンを交換させるサイトがあるが、ここに交換されている陽イオンには特に制限がなく、例えば、H+、Li+、Na+、K+、Ca+、Cs+、NH4 +、遷移金属陽イオンなどが挙げられ、これらの陽イオンが混合しても構わない。ゼオライト膜を形成する支持体は、アルミナ、ステンレス、ジルコニア、ムライト、シリカ、チッ化珪素、炭化珪素、有機高分子などの多孔質支持体が用いられる。
[非特許文献2]Atlas of Zeolite Structure types(W.M.Meier,D.H.Olson,Ch.Baerlocher,Zeolites,17(1/2),1996)
これらの膜は、均一膜でも、非対称膜や複合化膜であっても構わない。さらに膜の形態も平膜型、管状型、中空糸型、スパイラル型などいずれでも構わない。
Here, the zeolite membrane refers to a membrane in which zeolite is formed on a porous support. As types (structures) of zeolite, there are A type (LTA structure), X, Y type (FAU structure), T type (ERI, OFF structure), mordenite type (MOR structure), ZSM-5 type (MFI structure). Examples of those that selectively permeate methanol include Y-type zeolite membranes in which Y-type zeolite is formed into a membrane on a porous support.
The zeolite structure is a zeolite structure described in Non-Patent Document 2. There are sites for exchanging cations in zeolite, but there are no particular restrictions on the cations exchanged here, for example, H + , Li + , Na + , K + , Ca + , Cs + , NH 4 + , Transition metal cations, and the like, and these cations may be mixed. As the support for forming the zeolite membrane, a porous support such as alumina, stainless steel, zirconia, mullite, silica, silicon nitride, silicon carbide, or organic polymer is used.
[Non-Patent Document 2] Atlas of Zeolite Structure types (WM Meier, DH Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites, 17 (1/2), 1996)
These films may be uniform films, asymmetric films, or composite films. Furthermore, the form of the membrane may be any of a flat membrane type, a tubular type, a hollow fiber type, a spiral type and the like.

上記ゼオライト膜の調製は、Siを含むコロイダルシリカ、ケイ酸ナトリウム、アルコキシシラン(テトラエトキシシランなど)などのケイ素源、Alを含むアルミニウム、アルミホイルなどの金属アルミニウム、硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、イソプロポキシアルミニウムなどのアルミニウム源、M(MはNa、K)を含む水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの一価の陽イオン源及び水を、Si/Al=10〜60、Na/Si=0.2〜2、水/M=50〜300の組成比で調製されたゲル溶液中に上記支持体を入れて加熱する方法、或いは、同様な組成比のケイ素源、アルミニウム源、一価の陽イオン源および水を含む混合溶液中に、予め表面に支持体上に形成させるゼオライト膜と同じ結晶構造を有するゼオライトの結晶をラビング、ディップコーティング、ろ過などの方法で均一に塗布した支持体を浸漬し、温度80〜120℃、好ましくは95〜110℃で、3〜10時間、好ましくは4〜7時間加熱する方法によって行われる。 The zeolite membrane is prepared by colloidal silica containing Si, sodium silicate, silicon source such as alkoxysilane (such as tetraethoxysilane), aluminum containing Al, aluminum metal such as aluminum foil, aluminum nitrate, aluminum hydroxide, aluminum. An aluminum source such as sodium acid and isopropoxyaluminum, a monovalent cation source such as sodium hydroxide and potassium hydroxide containing M + (M is Na, K) and water, Si / Al = 10 to 60, Na /Si=0.2-2, water / M + = a method of putting the support in a gel solution prepared at a composition ratio of 50-300 and heating, or a silicon source and an aluminum source having a similar composition ratio Same as zeolite membrane previously formed on the support in the mixed solution containing monovalent cation source and water A support on which a zeolite crystal having a crystal structure is uniformly coated by a method such as rubbing, dip coating or filtration is immersed, and the temperature is 80 to 120 ° C., preferably 95 to 110 ° C., and 3 to 10 hours, preferably 4 It is carried out by a method of heating for ˜7 hours.

本発明におけるグリセリン誘導体の製造装置の一例を説明する。加熱手段と撹拌手段を備えた反応槽に、原料のグリセリン、ジアルキルカーボネート、触媒、及び必要に応じて溶媒を加え、所定温度に加熱しながら撹拌する。反応混合液から副生したアルコールとジアルキルカーボネートとを含む混合蒸気が発生し、分離膜装置へ導入される。分離装置の分離膜の透過側は真空ポンプによって減圧にされる。分離膜装置において、前記混合蒸気は分離膜と接触し、アルコール蒸気が膜を選択的に透過する。膜の透過側はアルコール蒸気が高濃度化し、冷却装置によって凝縮されて冷却手段を備えた回収容器に回収される。膜の非透過側を流れた混合蒸気はジアルキルカーボネートが高濃度化されており、反応槽へ戻される。   An example of the manufacturing apparatus of the glycerol derivative in this invention is demonstrated. The raw material glycerin, dialkyl carbonate, catalyst, and a solvent as required are added to a reaction vessel equipped with heating means and stirring means, and stirred while heating to a predetermined temperature. A mixed vapor containing alcohol and dialkyl carbonate by-produced from the reaction mixture is generated and introduced into the separation membrane device. The permeation side of the separation membrane of the separation device is decompressed by a vacuum pump. In the separation membrane apparatus, the mixed vapor comes into contact with the separation membrane, and alcohol vapor selectively permeates through the membrane. On the permeate side of the membrane, the alcohol vapor is highly concentrated, condensed by the cooling device, and recovered in a recovery container equipped with cooling means. The mixed vapor flowing on the non-permeate side of the membrane has a high concentration of dialkyl carbonate, and is returned to the reaction vessel.

本発明における反応は、バッチ式又は連続式いずれにおいても行うことができる。また、前記エステル交換反応において溶媒は特に必要とされないが、反応系で不活性なものであれば使用することに問題はない。溶媒が低沸点でアルコールと共に蒸気化して混合蒸気中に含まれる場合には、ジアルキルカーボネート蒸気よりもさらに分離膜を透過し難いものが好適である。具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油エーテル、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ジエチルエーテル、テトラヒドフラン、tert−ブチルメチルエーテルなどを使用することができる。   The reaction in the present invention can be carried out either batchwise or continuously. In the transesterification reaction, a solvent is not particularly required, but there is no problem in using it as long as it is inert in the reaction system. When the solvent has a low boiling point and is vaporized together with the alcohol and contained in the mixed vapor, a solvent that is more difficult to permeate the separation membrane than the dialkyl carbonate vapor is preferable. Specifically, benzene, toluene, xylene, petroleum ether, hexane, heptane, octane, cyclohexane, methylcyclohexane, dichloromethane, dichloroethane, diethyl ether, tetrahydrofuran, tert-butyl methyl ether, and the like can be used.

本発明で得られるグリセリン誘導体は、式(1)で示されるグリセリンカーボネートや式(2)で得られる(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル アルキルカーボネート、その他のグリセリン誘導体の混合物をいい、環状カーボネート類を含み得る。例えば、グリセリン誘導体中のグリセリンカーボネートと(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル アルキルカーボネートの総重量の割合は、35から100である。この中で、(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル アルキルカーボネートを主成分とするグリセリン誘導体は、副生するアルコールを連続的に系外へ留去しなければ生成できないことから、選択的にアルコールを留去できる本発明は(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル アルキルカーボネートを高収率で生成する方法として有用である。   The glycerin derivative obtained in the present invention refers to a mixture of glycerin carbonate represented by the formula (1), (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl alkyl carbonate obtained by the formula (2), and other glycerin derivatives. Cyclic carbonates can be included. For example, the ratio of the total weight of glycerin carbonate and (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl alkyl carbonate in the glycerin derivative is 35 to 100. Among them, a glycerin derivative mainly composed of (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl alkyl carbonate cannot be produced unless the by-produced alcohol is continuously distilled out of the system. The present invention capable of distilling off alcohol is useful as a method for producing (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl alkyl carbonate in high yield.

Figure 2009023930
Figure 2009023930

Figure 2009023930
(式中、Rは、メチル基、エチル基、プロピル基を示す)
Figure 2009023930
(In the formula, R represents a methyl group, an ethyl group, or a propyl group)

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

[グリセリン誘導体の収率]
内部標準法(内部標準にビフェニルを使用)により、反応液の一部を抜き取り、ガスクロマトグラフィーを用いて分析し、グリセリン基準で算出した。
[Yield of glycerin derivative]
A part of the reaction solution was extracted by an internal standard method (biphenyl was used for the internal standard), analyzed using gas chromatography, and calculated based on glycerin.

[Y型ゼオライト膜の透過性能]
パーベーパレーション法により50℃に加熱したメタノール/tert−ブチルメチルエーテル(10/90 wt/wt)混合液からメタノールを選択的に透過させる分離を行うことで評価を行った。なお、分離係数は次式によって算出した。
[Permeability of Y-type zeolite membrane]
Evaluation was carried out by selectively permeating methanol from a methanol / tert-butyl methyl ether (10/90 wt / wt) mixture heated to 50 ° C. by a pervaporation method. The separation factor was calculated by the following formula.

Figure 2009023930
ここで、PMは、透過液中のメタノールの重量%、PEは透過液中のtert−ブチルメチルエーテルの重量%であり、FMは、混合溶液中のメタノールの重量%、FEは混合溶液中のtert−ブチルメチルエーテルの重量%を表わす。
Figure 2009023930
Here, PM is the weight percent of methanol in the permeate, PE is the weight percent of tert-butyl methyl ether in the permeate, FM is the weight percent of methanol in the mixed solution, and FE is the weight percent in the mixed solution. It represents the weight percentage of tert-butyl methyl ether.

[参考例1]Y型ゼオライト膜の製造
ケイ酸ナトリウム水溶液、アルミン酸ナトリウム、水酸化ナトリウムそして水をSiO/Al=26、NaO/SiO=0.89、HO/NaO=78の組成になるように混合した。混合溶液中にあらかじめY型ゼオライトの結晶(東ソー製、HSZ−320NAA)を表面にラビングによって塗布したムライトチューブ(ニッカトー製、細孔径約1.5ミクロン、外径12mm、内径9mm、長さ100mm)を浸漬し、100℃で6時間加熱を行った。反応終了後、蒸留水を用いて洗浄し、80℃で20時間乾燥を行った。得られたY型ゼオライト膜の分離係数は470であった。
[Reference Example 1] Production of Y-type zeolite membrane A sodium silicate aqueous solution, sodium aluminate, sodium hydroxide and water were mixed with SiO 2 / Al 2 O 3 = 26, Na 2 O / SiO 2 = 0.89, H 2 O. / Na 2 O = 78 were mixed so that the composition of the. A mullite tube (made by Nikkato, pore diameter of about 1.5 microns, outer diameter of 12 mm, inner diameter of 9 mm, length of 100 mm) in which Y-type zeolite crystals (manufactured by Tosoh, HSZ-320NAA) are applied to the surface by rubbing in the mixed solution. Was immersed and heated at 100 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, it was washed with distilled water and dried at 80 ° C. for 20 hours. The separation factor of the obtained Y-type zeolite membrane was 470.

[実施例1]
反応装置を図1に示す。300mlのフラスコ3に炭酸カリウム0.4g(0.003mol)、グリセリン9.2g(0.1mol)、ジメチルカーボネート90.1g(1.0mol)を加えた。フラスコ上部に一端がガラス栓8で閉じられ、もう片方を真空ポンプ13に繋がれた上記で得られたY型ゼオライト膜1を取り付けた。予め95℃に加熱したオイルバス4に移し、大気圧下、4時間30分加熱還流を行った。反応中はゼオライト膜1の周辺を外部からリボンヒーター2で90℃に加熱した。反応によって発生したメタノールはY型ゼオライト膜1によって系外へ取り除き、液体窒素12で冷却したトラップ11に捕集した。反応後、オイルバス4から容器を取り出して室温まで冷却した。反応液の一部を抜き取り、内部標準のビフェニルを加えた後アセトンで希釈してガスクロマトグラフィーによって(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル メチルカーボネートおよびグリセリンカーボネートの定量を行った。その結果、グリセリンは検出されず、(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル メチルカーボネートの収率は80.2%、グリセリンカーボネートの収率は3.8%であった。トラップ11内には9.20gの液体が捕集されていた。液体の一部を抜き取りガスクロマトグラフィーで定量したところメタノールが83.1wt%、ジメチルカーボネートが16.9wt%含まれていた。この結果、熱エネルギーの消費量を大幅に抑えつつグリセリンを変換し、化学原料の出発物質として有用なグリセリン誘導体を高収率で製造ことができることが明らかとなった。
[Example 1]
The reaction apparatus is shown in FIG. To a 300 ml flask 3, 0.4 g (0.003 mol) of potassium carbonate, 9.2 g (0.1 mol) of glycerin, and 90.1 g (1.0 mol) of dimethyl carbonate were added. The Y-type zeolite membrane 1 obtained above with one end closed by a glass stopper 8 and the other end connected to a vacuum pump 13 was attached to the upper part of the flask. It moved to the oil bath 4 heated beforehand at 95 degreeC, and was heated and refluxed under atmospheric pressure for 4 hours and 30 minutes. During the reaction, the periphery of the zeolite membrane 1 was heated to 90 ° C. with a ribbon heater 2 from the outside. Methanol generated by the reaction was removed from the system by the Y-type zeolite membrane 1 and collected in a trap 11 cooled with liquid nitrogen 12. After the reaction, the container was taken out from the oil bath 4 and cooled to room temperature. A part of the reaction solution was extracted, internal biphenyl was added, diluted with acetone, and (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl methyl carbonate and glycerol carbonate were quantified by gas chromatography. As a result, glycerin was not detected, and the yield of (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl methyl carbonate was 80.2%, and the yield of glycerin carbonate was 3.8%. In the trap 11, 9.20 g of liquid was collected. A part of the liquid was extracted and quantified by gas chromatography. As a result, it was found that methanol was 83.1 wt% and dimethyl carbonate was 16.9 wt%. As a result, it has been clarified that glycerin can be converted in a high yield by converting glycerin while greatly reducing the consumption of heat energy and useful as a starting material for chemical raw materials.

[実施例2]
ジメチルカーボネートの使用量を31.6g(0.35mol)に変更した以外は,実施例1と同様の操作で行った。反応液の一部を抜き取り、内部標準のビフェニルを加えた後アセトンで希釈してガスクロマトグラフィーによって(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル メチルカーボネートおよびグリセリンカーボネートの定量を行ったところ、グリセリンは検出されず、(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル メチルカーボネートの収率は23.9%、グリセリンカーボネートの収率は4.3%であった。トラップ11内には8.62gの液体が捕集されていた。液体の一部を抜き取りガスクロマトグラフィーで定量したところメタノールが98.4wt%、ジメチルカーボネートが1.6wt%含まれていた。
[Example 2]
The same operation as in Example 1 was performed except that the amount of dimethyl carbonate used was changed to 31.6 g (0.35 mol). A part of the reaction solution was extracted, internal biphenyl was added, diluted with acetone, and (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl methyl carbonate and glycerin carbonate were quantified by gas chromatography. The yield of (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl methyl carbonate was 23.9%, and the yield of glycerol carbonate was 4.3%. In the trap 11, 8.62 g of liquid was collected. A part of the liquid was extracted and quantified by gas chromatography. As a result, 98.4 wt% of methanol and 1.6 wt% of dimethyl carbonate were contained.

[比較例1]
図1に示す反応装置において、Y型ゼオライト膜1、リボンヒーター2、トラップ11および真空ポンプ13を使用しなかった以外は、実施例1と同様の操作を行った。反応液の一部を抜き取り、内部標準のビフェニルを加えた後アセトンで希釈してガスクロマトグラフィーによって(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル メチルカーボネートおよびグリセリンカーボネートの定量を行った。その結果、Y型ゼオライト膜を用いなかった場合、グリセリンおよび(2−オキソ−1,3−ジオキソラン)メチル メチルカーボネートは検出されず、グリセリンカーボネートの収率は37.5%であった。
[Comparative Example 1]
In the reaction apparatus shown in FIG. 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the Y-type zeolite membrane 1, the ribbon heater 2, the trap 11 and the vacuum pump 13 were not used. A part of the reaction solution was extracted, internal biphenyl was added, diluted with acetone, and (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl methyl carbonate and glycerol carbonate were quantified by gas chromatography. As a result, when the Y-type zeolite membrane was not used, glycerin and (2-oxo-1,3-dioxolane) methyl methyl carbonate were not detected, and the yield of glycerin carbonate was 37.5%.

本発明を実施するための反応装置の概略図である。1 is a schematic view of a reaction apparatus for carrying out the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ゼオライト膜
2 リボンヒーター
3 フラスコ
4 オイルバス
5 攪拌子
6 反応液
7 ガラス管
8 ガラス栓
9 冷却管
10 窒素
11 トラップ
12 液体窒素
13 真空ポンプ
1 Zeolite membrane 2 Ribbon heater 3 Flask 4 Oil bath 5 Stirrer 6 Reaction liquid 7 Glass tube 8 Glass plug 9 Cooling tube 10 Nitrogen 11 Trap 12 Liquid nitrogen 13 Vacuum pump

Claims (3)

グリセリンとジアルキルカーボネートとを、副生するアルコールを分離膜を用いて抜き出しながら反応させることを特徴とするグリセリン誘導体の製造方法。 A method for producing a glycerin derivative, characterized in that glycerin and dialkyl carbonate are reacted while extracting by-produced alcohol using a separation membrane. 前記分離膜がゼオライト膜である請求項1記載のグリセリン誘導体の製造方法。 The method for producing a glycerin derivative according to claim 1, wherein the separation membrane is a zeolite membrane. 前記ゼオライト膜がY型ゼオライト膜であることを特徴とする請求項2記載のグリセリン誘導体の製造方法。 The method for producing a glycerol derivative according to claim 2, wherein the zeolite membrane is a Y-type zeolite membrane.
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