JP7668891B2 - ジフェニルカーボネートの製造方法 - Google Patents
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Description
(第1連続多段蒸留塔)DMC + PhOH ⇔ MPC + MeOH
(第2連続多段蒸留塔)2MPC ⇔ DPC + DMC
不均化反応後、ジアリールカーボネート(例えば、ジフェニルカーボネート(DPC))を含む第2連続多段蒸留塔の高沸点反応混合物を、高沸点物質分離塔A及びジフェニルカーボネート精製塔Bにより蒸留する。ここで、高沸点物質分離塔Aの下部の塔底成分(AB)を、第1連続多段蒸留塔及び第2連続多段蒸留塔に供給することで、反応に必要な触媒をリサイクルしている。
塔底成分(AB)には、高沸点物質が多く含まれる。そのため、系内の高沸点物質の濃度上昇を抑制するため、通常、塔底成分(AB)の少なくとも一部はリサイクルせずに廃棄する。
特許文献1に記載の方法では、第1連続多段蒸留塔と第2連続多段蒸留塔とも反応成績が十分ではなく、目標とするジフェニルカーボネートを生産するには、原料であるジアルキルカーボネートとフェノールとを多量に循環することが必要である。そのため特許文献1に記載の方法において、循環エネルギーを低減するためにも第1連続多段蒸留塔と第2連続多段蒸留塔との反応成績を上げることが求められている。
一方、特許文献1に記載の方法において、反応成績を上げるために、高沸点物質分離塔Aの下部液の触媒濃度を上げることも考えられるが、触媒濃度を上げることで、触媒のロスが増えるため、触媒の補充が増加するという課題がある。
そこで、本発明では、熱使用量を削減し、且つ、触媒の補充量を抑制できるジフェニルカーボネートの製造方法を提供することを目的とする。
ジフェニルカーボネートを連続的に製造する方法であって、
ジアルキルカーボネートとフェノールとを触媒が存在する第1連続多段蒸留塔内に連続的に供給し、該第1連続多段蒸留塔内で反応と蒸留とを同時に行い、生成するアルコール類を含む第1塔低沸点反応混合物を該第1連続多段蒸留塔上部よりガス状で連続的に抜出し、生成するアルキルフェニルカーボネートを含む第1塔高沸点反応混合物を該第1連続多段蒸留塔下部より液状で連続的に抜出し、アルキルフェニルカーボネートを連続的に製造する工程と、
該第1塔高沸点反応混合物を触媒が存在する第2連続多段蒸留塔内に連続的に供給し、該第2連続多段蒸留塔内で反応と蒸留とを同時に行い、生成するジアルキルカーボネート類を含む第2塔低沸点反応混合物を該第2連続多段蒸留塔上部よりガス状で連続的に抜出し、生成するジフェニルカーボネートを含む第2塔高沸点反応混合物を該第2連続多段蒸留塔下部より液状で連続的に抜出し、ジフェニルカーボネートを連続的に製造する工程と、
該ジフェニルカーボネートを含む第2塔高沸点反応混合物を高沸点物質分離塔Aに連続的に導入し、ジフェニルカーボネートを含む塔頂成分(AT)と、触媒を含む塔底成分(AB)と、に連続的に蒸留分離する第1の精製工程と、
該塔頂成分(AT)を、サイドカット抜き出し口を有するジフェニルカーボネート精製塔Bに連続的に導入し、塔頂成分(BT)、サイドカット成分(BS)及び塔底成分(BB)の3つの成分に連続的に蒸留分離することによって、サイドカット成分(BS)としてジフェニルカーボネートを得る第2の精製工程と、
前記第2塔低沸点反応混合物を第1連続多段蒸留塔内に連続的に供給する第1循環工程と、
前記塔底成分(AB)の一部を前記第1連続多段蒸留塔内及び/又は第2連続多段蒸留塔内に連続的に供給する第2循環工程と、
を含み、
前記高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)がジフェニルカーボネート(DPC)及び高沸点物質(HB)を含み、該塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートと高沸点物質との質量濃度比(DPC/HB)が0.1~1.0であり、かつジフェニルカーボネートと触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が1.0~10.0である、ジフェニルカーボネートの製造方法。
[2]
前記塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートの濃度が9~38質量%である、[1]に記載の製造方法。
[3]
前記第2連続多段蒸留塔の下部の接液部に、Feを主成分とし、Moを2質量%以上、Crを18質量%以下含む材質が使用される、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]
前記第2塔低沸点反応混合物中のアルキルアリールカーボネートの濃度が1質量%以下である、[1]から[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]
(a)該第1連続多段蒸留塔が、長さL1(cm)、内径D1(cm)の円筒形の胴部を有し、内部に段数n1をもつインターナルを有する構造をしており、塔頂部又はそれに近い塔の上部に内径d11(cm)のガス抜出し口、塔底部又はそれに近い塔の下部に内径d12(cm)の液抜出し口、該ガス抜出し口より下部であって塔の上部及び/又は中間部に1つ以上の第3の導入口、該液抜出し口より上部であって塔の中間部及び/又は下部に1つ以上の第4の導入口を有する連続多段蒸留であり、L1、D1、L1/D1、n1、D1/d11、D1/d12が、それぞれ下記式(7)~(12)を満足し、
1500 ≦ L1 ≦ 8000 式(7)
100 ≦ D1 ≦ 2000 式(8)
2 ≦ L1/D1 ≦ 40 式(9)
20 ≦ n1 ≦ 120 式(10)
5 ≦ D1/d11 ≦ 30 式(11)
3 ≦ D1/d12 ≦ 20 式(12)
(b)該第2連続多段蒸留塔が、長さL2(cm)、内径D2(cm)の円筒形の胴部を有し、内部に段数n2をもつインターナルを有する構造をしており、塔頂部又はそれに近い塔の上部に内径d21(cm)のガス抜出し口、塔底部又はそれに近い塔の下部に内径d22(cm)の液抜出し口、該ガス抜出し口より下部であって塔の上部及び/又は中間部に1つ以上の第5の導入口、該液抜出し口より上部であって塔の中間部及び/又は下部に1つ以上の第6の導入口を有する連続多段蒸留であり、L2、D2、L2/D2、n2、D2/d21、D2/d22が、それぞれ下記式(13)~(18)を満足し、
1500 ≦ L2 ≦ 8000 式(13)
100 ≦ D2 ≦ 2000 式(14)
2 ≦ L2/D2 ≦ 40 式(15)
10 ≦ n2 ≦ 80 式(16)
2 ≦ D2/d21 ≦ 15 式(17)
5 ≦ D2/d22 ≦ 30 式(18)
(c)該高沸点物質分離塔Aが、長さLA(cm)、内径DA(cm)の円筒形の胴部を有し、内部に段数nAのインターナルを有する連続多段蒸留塔であり、LA、DA、nAが、それぞれ下記式(19)~(21)を満足し、
800 ≦ LA ≦ 3000 式(19)
100 ≦ DA ≦ 1000 式(20)
20 ≦ nA ≦ 100 式(21)
(d)該ジフェニルカーボネート精製塔Bが、長さLB(cm)、内径DB(cm)の円筒形の胴部を有し、内部にインターナルを有する構造をしており、塔の中間部に導入口B1、該導入口B1と塔底との間にサイドカット抜き出し口B2を有し、導入口B1から上部におけるインターナルの段数がnB1、導入口B1とサイドカット抜き出し口B2との間におけるインターナルの段数がnB2、サイドカット抜き出し口B2から下部におけるインターナルの段数がnB3であり、各段数の合計(nB1+nB2+nB3)がnBである連続多段蒸留塔であり、LB、DB、nB1、nB2、nB3、nBが、それぞれ下記式(22)~(27)を満足する、[1]から[4]のいずれかに記載の製造方法。
1000 ≦ LB ≦ 5000 式(22)
100 ≦ DB ≦ 1000 式(23)
5 ≦ nB1 ≦ 20 式(24)
12 ≦ nB2 ≦ 40 式(25)
3 ≦ nB3 ≦ 15 式(26)
20 ≦ nB ≦ 70 式(27)
ジアルキルカーボネートとフェノールとを触媒が存在する第1連続多段蒸留塔内に連続的に供給し、該第1連続多段蒸留塔内で反応と蒸留とを同時に行い、生成するアルコール類を含む第1塔低沸点反応混合物を該第1連続多段蒸留塔上部よりガス状で連続的に抜出し、生成するアルキルフェニルカーボネートを含む第1塔高沸点反応混合物を該第1連続多段蒸留塔下部より液状で連続的に抜出し、アルキルフェニルカーボネートを連続的に製造する工程と、
該第1塔高沸点反応混合物を触媒が存在する第2連続多段蒸留塔内に連続的に供給し、該第2連続多段蒸留塔内で反応と蒸留とを同時に行い、生成するジアルキルカーボネート類を含む第2塔低沸点反応混合物を該第2連続多段蒸留塔上部よりガス状で連続的に抜出し、生成するジフェニルカーボネートを含む第2塔高沸点反応混合物を該第2連続多段蒸留塔下部より液状で連続的に抜出し、ジフェニルカーボネートを連続的に製造する工程と、
該ジフェニルカーボネートを含む第2塔高沸点反応混合物を高沸点物質分離塔Aに連続的に導入し、ジフェニルカーボネートを含む塔頂成分(AT)と、触媒を含む塔底成分(AB)と、に連続的に蒸留分離する第1の精製工程と、
該塔頂成分(AT)を、サイドカット抜き出し口を有するジフェニルカーボネート精製塔Bに連続的に導入し、塔頂成分(BT)、サイドカット成分(BS)及び塔底成分(BB)の3つの成分に連続的に蒸留分離することによって、サイドカット成分(BS)としてジフェニルカーボネートを得る第2の精製工程と、
前記第2塔低沸点反応混合物を第1連続多段蒸留塔内に連続的に供給する第1循環工程と、
前記塔底成分(AB)の一部を前記第1連続多段蒸留塔内及び第2連続多段蒸留塔内に連続的に供給する第2循環工程と、
を含み、
前記高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)がジフェニルカーボネート(以下「DPC」とも記す)及び高沸点物質(以下「HB」とも記す)を含み、該塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートと高沸点物質との質量濃度比(DPC/HB)が0.1~1.0であり、かつジフェニルカーボネートと触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が1.0~10.0である。
このことにより、特に第2連続多段蒸留塔での反応平衡上ジフェニルカーボネートの生成が有利になり、本実施形態のジフェニルカーボネートの製造方法は、反応成績を向上させることができると考えられる。一方、塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートと高沸点物質との質量濃度比(DPC/HB)を下げすぎると高沸分離塔塔底の温度が高くなりすぎるため、リボイラーでの蒸発ができなくなる。このような観点から、塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートと高沸点物質との質量濃度比(DPC/HB)は、0.2~0.8であることが好ましく、0.3~0.6であることがより好ましい。
また、塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートの濃度が9~38質量%であることが好ましく、19~36質量%であることがより好ましく、28~34質量%であることがさらに好ましい。塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートの濃度が前記範囲であると、熱使用量をより削減し、且つ、触媒の補充量をより抑制することができる傾向にある。
なお、本実施形態において、塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネート(DPC)、高沸点物質(HB)及び触媒の濃度は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属類;
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の水素化物、水酸化物、アルコキシド化物類、アリーロキシド化物類、アミド化物類等の塩基性化合物類;
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩類、重炭酸塩類、有機酸塩類等の塩基性化合物類;
トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、ベンジルジエチルアミン等の3級アミン類;
N-アルキルピロール、N-アルキルインドール、オキサゾール、N-アルキルイミダゾール、N-アルキルピラゾール、オキサジアゾール、ピリジン、アルキルピリジン、キノリン、アルキルキノリン、イソキノリン、アルキルイソキノリン、アクリジン、アルキルアクリジン、フェナントロリン、アルキルフェナントロリン、ピリミジン、アルキルピリミジン、ピラジン、アルキルピラジン、トリアジン、アルキルトリアジン等の含窒素複素芳香族化合物類;
ジアザビシクロウンデセン(DBU)、ジアザビシクロノネン(DBN)等の環状アミジン類;
酸化タリウム、ハロゲン化タリウム、水酸化タリウム、炭酸タリウム、硝酸タリウム、硫酸タリウム、タリウムの有機酸塩類等のタリウム化合物類;
トリブチルメトキシ錫、トリブチルエトキシ錫、ジブチルジメトキシ錫、ジエチルジエトキシ錫、ジブチルジエトキシ錫、ジブチルフェノキシ錫、ジフェニルメトキシ錫、酢酸ジブチル錫、塩化トリブチル錫、2-エチルヘキサン酸錫等の錫化合物類;
ジメトキシ亜鉛、ジエトキシ亜鉛、エチレンジオキシ亜鉛、ジブトキシ亜鉛等の亜鉛化合物類;
アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシド等のアルミニウム化合物類;
テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラブトキシチタン、ジクロロジメトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、酢酸チタン、チタンアセチルアセトナート等のチタン化合物類;
トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリブチルメチルホスホニウムハライド、トリオクチルブチルホスホニウムハライド、トリフェニルメチルホスホニウムハライド等のリン化合物類;
ハロゲン化ジルコニウム、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムアルコキシド、酢酸ジルコニウム等のジルコニウム化合物類;
鉛及び鉛を含む化合物類、例えば、PbO、PbO2、Pb3O4などの酸化鉛類;
PbS、Pb2S3、PbS2などの硫化鉛類;
Pb(OH)2、Pb3O2(OH)2、Pb2[PbO2(OH)2]、Pb2O(OH)2などの水酸化鉛類;
Na2PbO2、K2PbO2、NaHPbO2、KHPbO2などの亜ナマリ酸塩類;
Na2PbO3、Na2H2PbO4、K2PbO3、K2[Pb(OH)6]、K4PbO4、Ca2PbO4、CaPbO3などの鉛酸塩類;
PbCO3、2PbCO3・Pb(OH)2などの鉛の炭酸塩及びその塩基性塩類;
Pb(OCH3)2、(CH3O)Pb(OPh)、Pb(OPh)2などのアルコキシ鉛類、アリールオキシ鉛類;
Pb(OCOCH3)2、Pb(OCOCH3)4、Pb(OCOCH3)2・PbO・3H2Oなどの有機酸の鉛塩及びその炭酸塩や塩基性塩類;
Bu4Pb、Ph4Pb、Bu3PbCl、Ph3PbBr、Ph3Pb(又はPh6Pb2)、Bu3PbOH、Ph2PbOなどの有機鉛化合物類(Buはブチル基、Phはフェニル基を示す);
Pb-Na、Pb-Ca、Pb-Ba、Pb-Sn、Pb-Sbなどの鉛の合金類;
ホウエン鉱、センアエン鉱などの鉛鉱物類、及びこれらの鉛化合物の水和物類;
を挙げられる。
2100 ≦ L0 ≦ 8000 式(1)
180 ≦ D0 ≦ 2000 式(2)
4 ≦ L0/D0 ≦ 40 式(3)
10 ≦ n0 ≦ 120 式(4)
3 ≦ D0/d01 ≦ 20 式(5)
5 ≦ D0/d02 ≦ 30 式(6)。
1 ≦ d01/d02 ≦ 5 式(28)。
工程(II)で用いられるジアルキルカーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、上記の化1に記載の下式で表されるものが挙げられる。
PhOH
PhOCOOPh
なお、本実施形態において、第2塔低沸点反応混合物中のアルキルアリールカーボネートの濃度は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
<鉛化合物>
PbO、PbO2、Pb3O4等の酸化鉛類;
PbS、Pb2S等の硫化鉛類;
Pb(OH)2、Pb2O2(OH)2等の水酸化鉛類;
Na2PbO2、K2PbO2、NaHPbO2、KHPbO2等の亜ナマリ酸塩類;
Na2PbO3、Na2H2PbO4、K2PbO3、K2[Pb(OH)6]、K4PbO4、Ca2PbO4、CaPbO3等の鉛酸塩類;
PbCO3、2PbCO3・Pb(OH)2等の鉛の炭酸塩及びその塩基性塩類;
Pb(OCOCH3)2、Pb(OCOCH3)4、Pb(OCOCH3)2・PbO・3H2O等の有機酸の鉛塩及びその炭酸塩や塩基性塩類;
Bu4Pb、Ph4Pb、Bu3PbCl、Ph3PbBr、Ph3Pb(又はPh6Pb2)、Bu3PbOH、Ph3PbO等の有機鉛化合物類(Buはブチル基、Phはフェニル基を示す。);
Pb(OCH3)2、(CH3O)Pb(OPh)、Pb(OPh)2等のアルコキシ鉛類、アリールオキシ鉛類;
Pb-Na、Pb-Ca、Pb-Ba、Pb-Sn、Pb-Sb等の鉛の合金類;
ホウエン鉱、センアエン鉱等の鉛鉱物類、及びこれらの鉛化合物の水和物;
<銅族金属の化合物>
CuCl、CuCl2、CuBr、CuBr2、CuI、CuI2、Cu(OAc)2、Cu(acac)2、オレイン酸銅、Bu2Cu、(CH3O)2Cu、AgNO3、AgBr、ピクリン酸銀、AgC6H6ClO4、[AuC≡C-C(CH3)3]n、[Cu(C7H8)Cl]4等の銅族金属の塩及び錯体(acacはアセチルアセトンキレート配位子を表す。);
<アルカリ金属の錯体>
Li(acac)、LiN(C4H9)2等のアルカリ金属の錯体;
<亜鉛の錯体>
Zn(acac)2等の亜鉛の錯体;
<カドミウムの錯体>
Cd(acac)2等のカドミウムの錯体;
<鉄族金属の化合物>
Fe(C10H8)(CO)5、Fe(CO)5、Fe(C4H6)(CO)3、Co(メシチレン)2(PEt2Ph)2、CoC5F5(CO)7、Ni-π-C5H5NO、フェロセン等の鉄族金属の錯体;
<ジルコニウム錯体>
Zr(acac)4,ジルコノセン等のジルコニウムの錯体;
<ルイス酸類化合物>
AlX3、TiX3,TiX4、VOX3、VX5、ZnX2、FeX3、SnX4 (ここで、Xはハロゲン、アセトキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基である。)等のルイス酸及びルイス酸を発生する遷移金属化合物;
<有機スズ化合物>
(CH3)3SnOCOCH3、(C2H5)3SnOCOC6H5、Bu3SnOCOCH3、Ph3SnOCOCH3、Bu2Sn(OCOCH3)2、Bu2Sn(OCOC11H23)2、Ph3SnOCH3、(C2H5)3SnOPh、Bu2Sn(OCH3)2、Bu2Sn(OC2H5)2、Bu2Sn(OPh)2、Ph2Sn(OCH3)2、(C2H5)3SnOH、Ph3SnOH、Bu2SnO、(C8H17)2SnO、Bu2SnCl2、BuSnO(OH)等の有機スズ化合物;
等の金属含有化合物が触媒として用いられる。
1500 ≦ L1 ≦ 8000 式(7)
100 ≦ D1 ≦ 2000 式(8)
2 ≦ L1/D1 ≦ 40 式(9)
20 ≦ n1 ≦ 120 式(10)
5 ≦ D1/d11 ≦ 30 式(11)
3 ≦ D1/d12 ≦ 20 式(12)
1500 ≦ L2 ≦ 8000 式(13)
100 ≦ D2 ≦ 2000 式(14)
2 ≦ L2/D2 ≦ 40 式(15)
10 ≦ n2 ≦ 80 式(16)
2 ≦ D2/d21 ≦ 15 式(17)
5 ≦ D2/d22 ≦ 30 式(18)
1≦d12/d11≦5 式(29)
1≦d21/d22≦6 式(30)
また、第2連続多段蒸留塔の下部の接液部に、Feを主成分とし、Moを2質量%以上、Crを18質量%以下含む材質が使用されることが好ましい。第2連続多段蒸留塔の下部の接液部にこのような材質を使用すると、第2連続多段蒸留塔の下部における成分中の高沸点物質濃度を上げても、蒸留塔の腐食を抑制できる傾向にある。第2連続多段蒸留塔の下部の接液部における材質の組成としては、Feが60~72質量%、Moが2~3質量%、Crが16~18質量%であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、主成分とは、40質量%以上であることを意味し、50質量%以上であることが好ましく、60質量%であることがより好ましい。
800 ≦ LA ≦ 3000 式(19)
100 ≦ DA ≦ 1000 式(20)
20 ≦ nA ≦ 100 式(21)
1000 ≦ LB ≦ 5000 式(22)
100 ≦ DB ≦ 1000 式(23)
5 ≦ nB1 ≦ 20 式(24)
12 ≦ nB2 ≦ 40 式(25)
3 ≦ nB3 ≦ 15 式(26)
20 ≦ nB ≦ 70 式(27)
なお、本実施形態において、ジフェニルカーボネートの純度や不純物含有量は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態の方法を実施することによって、このような高純度ジフェニルカーボーネートが、長期間、例えば好ましくは2000時間以上、より好ましくは3000時間以上、さらに好ましくは5000時間以上、安定的に製造できる。したがって、本実施形態は高純度ジフェニルカーボネートの工業的製造方法として極めて優れた効果のある方法である。
塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネート(DPC)、高沸点物質(HB)及び触媒の濃度、第2塔低沸点反応混合物中のアルキルアリールカーボネートの濃度、並びにジフェニルカーボネートの純度や不純物成分含有量等、各組成の分析は、ガスクロマトグラフィーにより行った。ガスクロマトグラフィーでの分析は、内部標準法で行い、内部標準物質はトルエンを用いた。
装置:Agilent社製7890A
カラム:Agilent J&W社製 DB-1 (Length 30m×I.D.0.25mm×Film 0.25μm)
キャリアーガス:He 流速2.0mL/分
注入口温度:250℃
注入量:1.0μL
オーブン温度:50℃で2分間保持した後、昇温速度10℃/分で300℃に昇温し8分間保持
注入方法:スプリット法、スプリット比20
検出器:FID 温度300℃
サンプリングした塔底成分(AB)を0.1g計量し、0.04g(いずれも0.1mg精度で秤量)5mLのアセトニトリルを加えてガスクロマトグラフィー用試料溶液を調製した。調製液は、0.45~0.50μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)メンブレンフィルターでろ過した。DPCと内部標準(トルエン)とのピーク面積比と濃度比との関係は、あらかじめ濃度が既知のDPCとトルエンをそれぞれ測定して求め、塔底成分のガスクロマトグラフィー測定値を補正した。100[質量%]から、ガスクロマトグラフィー測定で得られたDPC濃度[重量%]を引いた残りの量[質量%]が、高沸点物質(HB)と触媒との量である。
触媒濃度の測定は、塔底成分(AB)の有機物をマイクロ波で分解した後、ICP発光分光分析装置(ICP)で触媒の金属濃度[質量%]を測定し、触媒の分子量から触媒量[質量%]を計算して求めた。
また、ジフェニルカーボネート精製塔Bのサイドカット成分中のハロゲンの含有量はイオンクロマト法で測定された。
<第1連続多段蒸留塔101>
第1連続多段蒸留塔として、図2に示されるようなL1=3300cm、D1=500cm、L1/D1=6.6、n1=80、D1/d11=17、D1/d12=9 である連続多段蒸留塔を用いた。なお、この実施例では、インターナルとして、孔1個あたりの断面積=約1.5cm2、孔数=約250個/m2を有する多孔板トレイを用いた。
<第2連続多段蒸留塔201>
第2連続多段蒸留塔として、図3に示されるようなL2=3100cm、D2=500cm、L2/D2=6.2、n2=30、D2/d21=3.85、D2/d22=11.1 である連続多段蒸留塔を用いた。なお、この実施例では、インターナルとして、上部にメラパック2基(合計理論段数11段)を設置し、下部に孔1個あたりの断面積=約1.3cm2、孔数=約250個/m2を有する多孔板トレイを用いた。下部の接液部には、Mo成分を2.5質量%、Cr成分を17質量%含む材質を使用した。また、下部の接液部に、テストピースとして、Mo成分を含まず、Cr成分を19質量%含むテストピース1、Mo成分を0.15質量%、Cr成分を0.4質量%含むテストピース2を入れた。
<高沸点物質分離塔A>
高沸点物質分離塔Aとして、図5に示されるようなLA=1700cm、DA=340cmで、インターナルとして、nA=30のメラパックを設置した連続多段蒸留塔を用いた。
<ジフェニルカーボネート精製塔B>
ジフェニルカーボネート精製塔Bとして、図5に示されるようなLB=2200cm、DB=280cm、インターナルとして、nB1=12、nB2=18、nB3=5である3基のメラパックを設置した連続多段蒸留塔を用いた。
<ジフェニルカーボネートの製造>
図4に示されるような第1連続多段蒸留塔101及び第2連続多段蒸留塔201が接続された装置、並びに図5に示される高沸点物質分離塔A及びジフェニルカーボネート精製塔Bからなる装置を用いて、ジフェニルカーボネートを製造した。
フェノール/ジメチルカーボネート=1.9(質量比)からなる原料1を第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11から液状で57トン/hrの流量で連続的に導入した。一方、ジメチルカーボネート/フェノール=3.6(質量比)からなる原料2を第1連続多段蒸留塔101の下部導入口12からガス状で58トン/hrの流量で連続的に導入した。第1連続多段蒸留塔101に導入された原料のモル比は、ジメチルカーボネート/フェノール=1.35であった。触媒はPb(OPh)2として、第1連続多段蒸留塔101の液中に約100ppmとなるように、高沸点物質分離塔Aの底部11から 188kg/hrの流量で連続的に第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11に導入された。第1連続多段101では塔底部の温度が225℃で、塔頂部の圧力が7×105Pa、還流比が0の条件下で連続的に反応蒸留が行われた。メチルアルコール、ジメチルカーボネート、フェノール等を含む第1連続多段蒸留塔101の第1塔低沸点反応混合物を塔頂部13よりガス状で連続的に抜き出し、熱交換器14を経て、抜出し口16から39トン/hrの流量で抜出した。一方、メチルフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート、フェノール、ジフェニルカーボネート、触媒等を含む第1連続多段蒸留塔101の第1塔高沸点反応混合物を塔底部17を経て導入口21より液状で連続的に抜き出した。
24時間後には安定した定常状態に達したので、第1連続多段蒸留塔101の塔底部17からの第1塔高沸点反応混合物をそのまま第2連続多段蒸留塔201のメラパックと多孔板トレイとの間に設置されている原料導入口21から75トン/hrの流量で連続的に供給した。第2連続多段蒸留塔201では、触媒としてPb(OPh)2を存在させて、塔底部の温度が210℃で、塔頂部の圧力が3×104Pa、還流比が0.3の条件下で連続的に反応蒸留が行われた。24時間後には安定的な定常運転が達成できた。第2連続多段蒸留塔201の塔頂部23からジメチルカーボネート35質量%、フェノール56質量%、メチルフェニルカーボネート0.5質量%を含む第2塔低沸点反応混合物が連続的に抜き出され、抜出し口26での流量は62トン/hrで、塔底部27からはメチルフェニルカーボネート38質量%、ジフェニルカーボネート56質量%を含む第2塔高沸点反応混合物が連続的に抜出された。第2連続多段蒸留塔201の第2塔低沸点反応混合物は、導入口11から第1連続多段蒸留塔101に連続的に供給された(第1循環工程)。この際、新規に供給されるジメチルカーボネート及びフェノールの量は、第2塔低沸点反応混合物の組成、量を勘案した上で、上記原料1及び原料2の組成、量を維持するように調整した。
24時間後には安定した定常状態に達したので、第2連続多段蒸留塔201の塔底部27からの第2塔高沸点反応混合物をそのまま高沸点物質分離塔Aの導入口A1に13.1トン/hrで連続的に導入した。高沸点物質分離塔Aにおいて塔底部の温度(TA)を206℃、塔頂部の圧力(PA)を1700Paとし、還流比0.6で連続的に蒸留を行った。このとき、高沸点物質分離塔Aの塔底部の組成は、ジフェニルカーボネート33質量%、高沸点物質63質量%、触媒4質量%とした。つまり、高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)において、ジフェニルカーボネート(DPC)と高沸点物質(HB)との質量濃度比(DPC/HB)が0.5で、ジフェニルカーボネート(DPC)と触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が8.3であった。
高沸点物質分離塔Aの塔頂部13からは、導管16を通して塔頂成分(AT)を12.9トン/hrで連続的に抜き出した。塔頂成分(AT)は、そのまま導入口B1からジフェニルカーボネート精製塔Bに連続的に導入された。高沸点物質分離塔Aの塔底部からは導管11を通して塔底成分(AB)を200kg/hrで連続的に抜き出した。その内、12kg/hrは生成した高沸点物質の濃度を63質量%に維持するため系外に排出した。残りの188kg/hrは第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11に導入された(第2循環工程)。
ジフェニルカーボネート精製塔Bにおいて塔底部の温度(TB)を213℃、塔頂部の圧力(PB)を5000Paとし、還流比1.5で連続的に蒸留を行い、導管26を通して塔頂成分(BT)を5.7トン/hrで連続的に抜き出し、導管31を通して塔底成分(BB)を30kg/hrで連続的に抜き出し、導管33を通してサイドカット成分(BS)を7.2トン/hrで連続的に抜き出した。
系が完全に安定した24時間後の各成分の組成は次のとおりであった。第1連続多段蒸留塔101の塔底成分:メチルフェニルカーボネート18.2質量%、ジフェニルカーボネート2.4質量%。高沸点物質分離塔Aの塔頂成分:メチルフェニルカーボネートより低沸点物質8質量%、メチルフェニルカーボネート34質量%、ジフェニルカーボネート58質量%。ジフェニルカーボネート精製塔Bの塔頂成分:メチルフェニルカーボネートより低沸点物質18質量%、メチルフェニルカーボネート78質量%、ジフェニルカーボネート4質量%。ジフェニルカーボネート精製塔Bの塔底成分:ジフェニルカーボネート95質量%、高沸点物質5質量%。ジフェニルカーボネート精製塔Bのサイドカット成分中のサリチル酸フェニル、キサントン、メトキシ安息香酸フェニルの含有量はいずれも1ppm以下であり、1-フェノキシカルボニル-2-フェノキシカルボキシ-フェニレンは4ppmであった。また、ジフェニルカーボネート精製塔Bのサイドカット成分中のハロゲンの含有量は1ppb以下であった。このことから、ジフェニルカーボネート精製塔Bのサイドカットから得られたジフェニルカーボネートの純度は99.999%以上であることがわかった。また、この高純度のジフェニルカーボネート(DPC)の生産量は、1時間あたり7.2トンであった。このとき、第1連続多段蒸留塔101のジメチルカーボネート(DMC)の転化率及び第2連続多段蒸留塔201のメチルフェニルカーボネート(MPC)の転化率はそれぞれ順に10%及び74%となり、第1連続多段蒸留塔101及び第2連続多段蒸留塔201の蒸気使用量はそれぞれ順に15.1トン/hr及び12.4トン/hrとなった。また、高沸点物質分離塔Aの塔底部から系外に排出された触媒を補給量するためのメイクアップ触媒補給量は2kg/hrとなった。
この条件で長期間の連続運転を行った。500時間後、2000時間後、4000時間後、5000時間後、6000時間後のジフェニルカーボネートの生産量及び純度、また第1連続多段蒸留塔101及び第2連続多段蒸留塔201の蒸気使用量、並びにメイクアップ触媒補給量は実質的に全く変わっていなかった。さらに、第2連続多段蒸留塔201の下部の接液部に腐食は全く見られなかった。一方、テストピース1、テストピース2には腐食が見られ、特にテストピース2には激しい腐食が見られた。
実施例1と同じ装置を用いて、ジフェニルカーボネートを製造した。
このとき、第2連続多段蒸留塔201の塔頂部の第2塔低沸点反応混合物中のメチルフェニルカーボネートの濃度を2.0質量%とした。
その結果、第1連続多段蒸留塔101の塔底部でメチルフェニルカーボネートの濃度は18.2質量%だったが、ジフェニルカーボネートの濃度が2.2質量%になった。このことにより、ジフェニルカーボネートの生産量を1時間あたり7.2トンにするためには、フェノール/ジメチルカーボネート=1.9(質量比)からなる原料1を第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11から液状で58トン/hrの流量で、ジメチルカーボネート/フェノール=3.6(質量比)からなる原料2を第1連続多段蒸留塔101の下部導入口12からガス状で60トン/hrの流量で連続的に導入することが必要になった。
その結果、第1連続多段蒸留塔101のジメチルカーボネート(DMC)の転化率及び第2連続多段蒸留塔201のメチルフェニルカーボネート(MPC)の転化率はそれぞれ順に9.8%及び72%であり、第1連続多段蒸留塔101及び第2連続多段蒸留塔201の蒸気使用量はそれぞれ順に15.4トン/hr及び12.7トン/hrであった。
実施例1と同じ装置を用いて、ジフェニルカーボネートを製造した。
このとき、高沸点物質分離塔Aの塔底部の組成を、ジフェニルカーボネート58質量%、高沸点物質38質量%、触媒成分4質量%とした。つまり、高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)において、ジフェニルカーボネート(DPC)と高沸点物質(HB)との質量濃度比(DPC/HB)が1.5で、ジフェニルカーボネート(DPC)と触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が14.5であった。
その結果、第1連続多段蒸留塔101の塔底部でメチルフェニルカーボネートの濃度は18.2質量%だったが、ジフェニルカーボネートの濃度が0.8質量%になった。このことにより、ジフェニルカーボネートの生産量を1時間あたり7.2トンにするためには、フェノール/ジメチルカーボネート=1.9(質量比)からなる原料1を第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11から液状で63トン/hrの流量で、ジメチルカーボネート/フェノール=3.6(質量比)からなる原料2を第1連続多段蒸留塔101の下部導入口12からガス状で64トン/hrの流量で連続的に導入することが必要になった。また、高沸点物質分離塔Aの塔底部からは高沸点物質の濃度を38質量%に維持するため系外に、20kg/hrの流量で排出することが必要になった。
その結果、第1連続多段蒸留塔101のジメチルカーボネート(DMC)の転化率及び第2連続多段蒸留塔201のメチルフェニルカーボネート(MPC)の転化率は実施例1の場合に比べていずれも10%悪化し、第1連続多段蒸留塔101及び第2連続多段蒸留塔201の蒸気使用量も実施例1の場合に比べてそれぞれ順に9%及び10%増加することとなった。また、高沸点物質分離塔Aの塔底部から系外に排出された触媒を補給量するためのメイクアップ触媒補給量も実施例1の場合に比べて1.5倍になった。
実施例1と同じ装置を用いて、ジフェニルカーボネートを製造した。
このとき、高沸点物質分離塔Aの塔底部の組成を、ジフェニルカーボネート56質量%、高沸点物質37質量%、触媒成分7質量%とした。つまり、高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)において、ジフェニルカーボネート(DPC)と高沸点物質(HB)との質量濃度比(DPC/HB)が1.5で、ジフェニルカーボネート(DPC)と触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が8.3であった。
その結果、高沸点物質分離塔Aの塔底部からは高沸点物質の濃度を37質量%に維持するため系外に、塔底成分(AB)を20kg/hrの流量で排出することが必要になった。その結果、高沸点物質分離塔Aの塔底部から系外に排出された触媒を補給量するためのメイクアップ触媒補給量が実施例1の場合に比べて3.5倍になった。
実施例1と同じ装置を用いて、ジフェニルカーボネートを製造した。
このとき、高沸点物質分離塔Aの塔底部の組成を、ジフェニルカーボネート35質量%、高沸点物質63質量%、触媒成分2質量%とした。つまり、高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)において、ジフェニルカーボネート(DPC)と高沸点物質(HB)との質量濃度比(DPC/HB)が0.5で、ジフェニルカーボネート(DPC)と触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が14.5であった。
その結果、第1連続多段蒸留塔101の塔底部でメチルフェニルカーボネートの濃度は18.2質量%だったが、ジフェニルカーボネートの濃度が0.8質量%になった。このことにより、ジフェニルカーボネートの生産量を1時間あたり7.2トンにするためには、フェノール/ジメチルカーボネート=1.9(質量比)からなる原料1を第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11から液状で63トン/hrの流量で、ジメチルカーボネート/フェノール=3.6(質量比)からなる原料2を第1連続多段蒸留塔101の下部導入口12からガス状で64トン/hrの流量で連続的に導入することが必要になった。
その結果、第1連続多段蒸留塔101のジメチルカーボネート(DMC)の転化率及び第2連続多段蒸留塔201のメチルフェニルカーボネート(MPC)の転化率は実施例1の場合に比べていずれも10%悪化し、第1連続多段蒸留塔101及び第2連続多段蒸留塔201の蒸気使用量も実施例1の場合に比べてそれぞれ順に9%及び10%増加することとなった。
触媒を国際公開第2011/105442号公報の実施例1記載の触媒に換えた以外は、実施例1と同様の装置及び製造方法でジフェニルカーボネートを製造した。
(チタン含有組成物の調製)
攪拌機、ヒーターおよび蒸留塔を具備した容積60Lのバッチ型反応器に、テトラブトキシチタン(DuPont社製、製品名:Tyzor TnBT)を窒素雰囲気下で7kg仕込み、次いで予め蒸留精製したフェノールを14kg仕込んだ。
次に、常圧において、前記バッチ型反応器中の混合物をヒーターによって180℃に加熱し、反応させた。当該反応によって発生したn-ブタノールを蒸留塔の塔頂から回収した。さらに前記バッチ型反応器を約53kPaに減圧し、n-ブタノールを回収した。
その後、前記バッチ型反応器を常圧に戻し、ジフェニルカーボネートを約18kg仕込み、該反応器中の混合物を約190℃に加熱した。次に前記バッチ型反応器を約1.3kPaに減圧し、低沸点成分を含むジフェニルカーボネートを留去して、チタン含有組成物を得た。得られたチタン含有組成物のチタン濃度が5質量%になるようにジフェニルカーボネートを加えた。該チタン含有組成物を200℃、約48hr加熱しジフェニルカーボネートの製造に反応触媒とした。
チタン含有組成物触媒は、第1連続多段蒸留塔101の液中に約100ppmとなるように、高沸点物質分離塔Aの底部11から 188kg/hrの流量で連続的に第1連続多段蒸留塔101の上部導入口11に導入された。
触媒を実施例3と同じ触媒に換えた以外は実施例2と同様の装置及び製造方法でジフェニルカーボネートを製造した。
(図2、図3及び図4)1:ガス抜出し口、2:液抜出し口、3:導入口、4:導入口、5:鏡板部、L1及びL2:胴部長さ(cm)、D1及びD1:胴部内径(cm)、d11及びd21:ガス抜出し口内径(cm)、d12及びd22:液抜出し口内径(cm)、101:第1連続多段蒸留塔、201:第2連続多段蒸留塔、11、12、21:導入口、13、23:塔頂ガス抜出し口、14、24、18,28:熱交換器、17、27:塔底液抜出し口、16、26:塔頂成分抜出し口、31:第2連続多段蒸留塔塔底成分抜出し口
(図5)A1、B1:導入口、B2:抜出し口、11:高沸点物質分離塔Aの塔底成分抜出し口、13、23:塔頂ガス抜出し口、14、24、18、28、:熱交換器、15、25:還流液導入口、16:高沸点物質分離塔Aの塔頂成分抜出し口、17、27:塔底液抜出し口、26:ジフェニルカーボネート精製塔Bの塔頂成分抜出し口、31:ジフェニルカーボネート精製塔Bの塔底成分抜出し口、33:ジフェニルカーボネート精製塔Bのサイドカット成分抜出し口
Claims (4)
- ジフェニルカーボネートを連続的に製造する方法であって、
ジアルキルカーボネートとフェノールとを触媒が存在する第1連続多段蒸留塔内に連続的に供給し、該第1連続多段蒸留塔内で反応と蒸留とを同時に行い、生成するアルコール類を含む第1塔低沸点反応混合物を該第1連続多段蒸留塔上部よりガス状で連続的に抜出し、生成するアルキルフェニルカーボネートを含む第1塔高沸点反応混合物を該第1連続多段蒸留塔下部より液状で連続的に抜出し、アルキルフェニルカーボネートを連続的に製造する工程と、
該第1塔高沸点反応混合物を触媒が存在する第2連続多段蒸留塔内に連続的に供給し、該第2連続多段蒸留塔内で反応と蒸留とを同時に行い、生成するジアルキルカーボネート類を含む第2塔低沸点反応混合物を該第2連続多段蒸留塔上部よりガス状で連続的に抜出し、生成するジフェニルカーボネートを含む第2塔高沸点反応混合物を該第2連続多段蒸留塔下部より液状で連続的に抜出し、ジフェニルカーボネートを連続的に製造する工程と、
該ジフェニルカーボネートを含む第2塔高沸点反応混合物を高沸点物質分離塔Aに連続的に導入し、ジフェニルカーボネートを含む塔頂成分(AT)と、触媒を含む塔底成分(AB)と、に連続的に蒸留分離する第1の精製工程と、
該塔頂成分(AT)を、サイドカット抜き出し口を有するジフェニルカーボネート精製塔Bに連続的に導入し、塔頂成分(BT)、サイドカット成分(BS)及び塔底成分(BB)の3つの成分に連続的に蒸留分離することによって、サイドカット成分(BS)としてジフェニルカーボネートを得る第2の精製工程と、
前記第2塔低沸点反応混合物を第1連続多段蒸留塔内に連続的に供給する第1循環工程と、
前記塔底成分(AB)の一部を前記第1連続多段蒸留塔内及び/又は第2連続多段蒸留塔内に連続的に供給する第2循環工程と、
を含み、
前記高沸点物質分離塔Aの塔底成分(AB)がジフェニルカーボネート(DPC)及び高沸点物質(HB)を含み、該塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートと高沸点物質との質量濃度比(DPC/HB)が0.1~1.0であり、かつジフェニルカーボネートと触媒との質量濃度比(DPC/触媒)が1.0~10.0であり、
前記第2塔低沸点反応混合物中のアルキルアリールカーボネートの濃度が1質量%以下である、ジフェニルカーボネートの製造方法。 - 前記塔底成分(AB)におけるジフェニルカーボネートの濃度が9~38質量%である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記第2連続多段蒸留塔の下部の接液部に、Feを主成分とし、Moを2質量%以上、Crを18質量%以下含む材質が使用される、請求項1又は2に記載の製造方法。
- (a)該第1連続多段蒸留塔が、長さL1(cm)、内径D1(cm)の円筒形の胴部を有し、内部に段数n1をもつインターナルを有する構造をしており、塔頂部又はそれに近い塔の上部に内径d11(cm)のガス抜出し口、塔底部又はそれに近い塔の下部に内径d12(cm)の液抜出し口、該ガス抜出し口より下部であって塔の上部及び/又は中間部に1つ以上の第3の導入口、該液抜出し口より上部であって塔の中間部及び/又は下部に1つ以上の第4の導入口を有する連続多段蒸留であり、L1、D1、L1/D1、n1、D1/d11、D1/d12が、それぞれ下記式(7)~(12)を満足し、
1500 ≦ L1 ≦ 8000 式(7)
100 ≦ D1 ≦ 2000 式(8)
2 ≦ L1/D1 ≦ 40 式(9)
20 ≦ n1 ≦ 120 式(10)
5 ≦ D1/d11 ≦ 30 式(11)
3 ≦ D1/d12 ≦ 20 式(12)
(b)該第2連続多段蒸留塔が、長さL2(cm)、内径D2(cm)の円筒形の胴部を有し、内部に段数n2をもつインターナルを有する構造をしており、塔頂部又はそれに近い塔の上部に内径d21(cm)のガス抜出し口、塔底部又はそれに近い塔の下部に内径d22(cm)の液抜出し口、該ガス抜出し口より下部であって塔の上部及び/又は中間部に1つ以上の第5の導入口、該液抜出し口より上部であって塔の中間部及び/又は下部に1つ以上の第6の導入口を有する連続多段蒸留であり、L2、D2、L2/D2、n2、D2/d21、D2/d22が、それぞれ下記式(13)~(18)を満足し、
1500 ≦ L2 ≦ 8000 式(13)
100 ≦ D2 ≦ 2000 式(14)
2 ≦ L2/D2 ≦ 40 式(15)
10 ≦ n2 ≦ 80 式(16)
2 ≦ D2/d21 ≦ 15 式(17)
5 ≦ D2/d22 ≦ 30 式(18)
(c)該高沸点物質分離塔Aが、長さLA(cm)、内径DA(cm)の円筒形の胴部を有し、内部に段数nAのインターナルを有する連続多段蒸留塔であり、LA、DA、nAが、それぞれ下記式(19)~(21)を満足し、
800 ≦ LA ≦ 3000 式(19)
100 ≦ DA ≦ 1000 式(20)
20 ≦ nA ≦ 100 式(21)
(d)該ジフェニルカーボネート精製塔Bが、長さLB(cm)、内径DB(cm)の円筒形の胴部を有し、内部にインターナルを有する構造をしており、塔の中間部に導入口B1、該導入口B1と塔底との間にサイドカット抜き出し口B2を有し、導入口B1から上部におけるインターナルの段数がnB1、導入口B1とサイドカット抜き出し口B2との間におけるインターナルの段数がnB2、サイドカット抜き出し口B2から下部におけるインターナルの段数がnB3であり、各段数の合計(nB1+nB2+nB3)がnBである連続多段蒸留塔であり、LB、DB、nB1、nB2、nB3、nBが、それぞれ下記式(22)~(27)を満足する、請求項1又は2に記載の製造方法。
1000 ≦ LB ≦ 5000 式(22)
100 ≦ DB ≦ 1000 式(23)
5 ≦ nB1 ≦ 20 式(24)
12 ≦ nB2 ≦ 40 式(25)
3 ≦ nB3 ≦ 15 式(26)
20 ≦ nB ≦ 70 式(27)
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