JP2003146983A - Method for recovering ethylene carbonate - Google Patents

Method for recovering ethylene carbonate

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JP2003146983A
JP2003146983A JP2001345349A JP2001345349A JP2003146983A JP 2003146983 A JP2003146983 A JP 2003146983A JP 2001345349 A JP2001345349 A JP 2001345349A JP 2001345349 A JP2001345349 A JP 2001345349A JP 2003146983 A JP2003146983 A JP 2003146983A
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carbonate
recovering
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient method for producing dimethyl carbonate on the assumption of recovering ethylene carbonate having a purity capable of being utilized for an ester interchange reaction by distilling an ethylene carbonate mixture containing water, ethylene glycol, etc. SOLUTION: This method for recovering ethylene carbonate by feeding (A) an ethylene carbonate feed containing essentially only ethylene glycol and (B) an ethylene carbonate feed containing at least water except for the ethylene carbonate into an identical distillation column for performing continuous distillation by distilling water off from its top and taking out ethylene carbonate without containing water and having >=80 wt.% purity from its bottom is characterized by feeding the feed (B) at an upper stage than that of the feeding position of the feed (A), and drawing out a side stream vapor consisting mainly of ethylene glycol from a middle position of the feeding positions of both of the feeds.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、エチレンカーボ
ネート及びエチレングリコールを含む混合物を蒸留し
て、エステル交換反応に利用可能な純度のエチレンカー
ボネートを回収する方法に係る。特に、エチレンカーボ
ネートとメタノールをエステル交換反応させてジメチル
カーボネートを製造する工程において、炭酸ガス、水、
エチレングリコールを含有する粗エチレンカーボネート
混合物を、エステル交換反応の未反応エチレンカーボネ
ートと副生エチレングリコールの混合物とともに、蒸留
してエチレンカーボネートを分離する際にエネルギー消
費量を削減する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for distilling a mixture containing ethylene carbonate and ethylene glycol to recover ethylene carbonate having a purity usable for a transesterification reaction. Particularly, in the step of producing dimethyl carbonate by transesterifying ethylene carbonate and methanol, carbon dioxide gas, water,
The present invention relates to a method for diluting a crude ethylene carbonate mixture containing ethylene glycol with a mixture of unreacted ethylene carbonate and by-product ethylene glycol in a transesterification reaction to reduce energy consumption when separating ethylene carbonate.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジメチルカーボネートの製造方法には、
メタノールの酸化カルボニル化法、尿素のメタノリシス
法、エステル交換法等が実用化ないしは提案されてい
る。これらのうち、エチレンカーボネートとメタノール
をエステル交換反応させてジメチルカーボネートを製造
する方法に関する提案としては、バッチ反応によるもの
(米国特許第3642858号明細書、特開昭54−4
8715号公報等)、反応釜の上部に蒸留塔を設置して
連続的に生成したジメチルカーボネートを除去しながら
反応を行うもの(米国特許第3803201号明細書
等)、管状リアクターによる連続反応(特開昭63−4
1432号公報等)等があるが、いずれも高純度のエチ
レンカーボネートを原料として使用することを前提とし
たものである。
2. Description of the Related Art A method for producing dimethyl carbonate includes
The methanol oxidative carbonylation method, urea methanolysis method, transesterification method and the like have been put to practical use or proposed. Among them, as a proposal for a method for producing dimethyl carbonate by transesterifying ethylene carbonate and methanol, a method by batch reaction (US Pat. No. 3,642,858, JP-A-54-4) is used.
8715, etc.), a distillation column is installed above the reaction kettle to carry out the reaction while continuously removing dimethyl carbonate (US Pat. No. 3,803,201, etc.), continuous reaction by a tubular reactor (special Kaisho 63-4
No. 1432, etc.), etc., but all of them are based on the premise that high-purity ethylene carbonate is used as a raw material.

【0003】酸化エチレンと炭酸ガスからエチレンカー
ボネートを経由してエチレングリコールを製造するプロ
セスの中間生成物を、エステル交換法ジメチルカーボネ
ート製造の原料として使用する場合は、原料中に炭酸ガ
ス、水、エチレングリコールを含有するため、エステル
交換反応器へ供給する前にエチレンカーボネートを分離
精製する必要がある。水を除去するのは、水の存在によ
りエチレンカーボネートが加水分解される可能性がある
ためであり、エチレングリコールを除去するのは、エチ
レングリコールが該エステル交換反応の副生物として生
成するので、平衡を原料系に戻す働きをするためであ
る。エチレンカーボネートの精製には、蒸留による方法
や晶析による方法(特開平7−89905号公報)があ
るが、蒸留はエネルギーコストがかかり、晶析は設備コ
ストがかかるという欠点がある。
When the intermediate product of the process for producing ethylene glycol from ethylene oxide and carbon dioxide gas via ethylene carbonate is used as a raw material for the transesterification method dimethyl carbonate production, carbon dioxide gas, water and ethylene are contained in the raw materials. Since it contains glycol, it is necessary to separate and purify ethylene carbonate before feeding it to the transesterification reactor. Water is removed because ethylene carbonate may be hydrolyzed in the presence of water, and ethylene glycol is removed because ethylene glycol is produced as a by-product of the transesterification reaction. This is because it works to return the raw material to the raw material system. For purification of ethylene carbonate, there are a method by distillation and a method by crystallization (Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-89905), but there is a drawback that distillation requires energy cost and crystallization requires equipment cost.

【0004】蒸留でエチレングリコールを含有するエチ
レンカーボネートを蒸留精製する場合、エチレンカーボ
ネートとエチレングリコールが共沸するため、通常は減
圧下で還流をかけながら、塔頂からエチレンカーボネー
トとエチレングリコールの共沸混合物、塔底からエチレ
ンカーボネートを抜き出す。常圧下でエチレンカーボネ
ートの沸点は248℃、エチレングリコールは197℃
であり、減圧下においてもこれらの蒸気の温度は高いの
で、留出コンデンサーにおいて熱回収は可能である。し
かし、これに水が加わると水は塔頂から留出するため、
塔頂の温度が低下して塔頂抜き出し流体からの熱回収は
できなくなる。
When distilling and purifying ethylene carbonate containing ethylene glycol by distillation, since ethylene carbonate and ethylene glycol are azeotroped, usually while refluxing under reduced pressure, azeotropic distillation of ethylene carbonate and ethylene glycol is carried out from the top of the tower. Withdraw ethylene carbonate from the mixture and the bottom of the tower. The boiling point of ethylene carbonate under atmospheric pressure is 248 ° C, and that of ethylene glycol is 197 ° C.
Since the temperature of these vapors is high even under reduced pressure, heat can be recovered in the distillation condenser. However, when water is added to this, water distills from the top of the tower,
The temperature at the top of the column drops and heat cannot be recovered from the fluid extracted at the top of the column.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のジメチルカーボ
ネートの製造方法においては、原料として高純度のエチ
レンカーボネートを調達するか、もしくはエステル交換
反応に先立ちエチレンカーボネートを分離精製する必要
があり、前者は原料調達コスト、後者は分離に要するエ
ネルギーコストとして、いずれのケースもジメチルカー
ボネートの製造コストを押し上げる要因となるという問
題点があった。
In the conventional method for producing dimethyl carbonate, it is necessary to procure high-purity ethylene carbonate as a raw material or to separate and purify ethylene carbonate prior to the transesterification reaction. Procurement cost, the latter as energy cost required for separation, has a problem that in any case, it increases the production cost of dimethyl carbonate.

【0006】すなわち、本発明は、酸化エチレンと炭酸
ガスからエチレンカーボネートを経由してエチレングリ
コールを製造する工程の中間生成物として得られる炭酸
ガス、水、エチレングリコールを含有するエチレンカー
ボネート混合物を蒸留して、エステル交換反応に利用可
能な純度のエチレンカーボネートを回収することを前提
として、効率的なジメチルカーボネートの製造方法を提
供することを目的としている。
That is, according to the present invention, an ethylene carbonate mixture containing carbon dioxide, water and ethylene glycol, which is obtained as an intermediate product of the step of producing ethylene glycol from ethylene oxide and carbon dioxide via ethylene carbonate, is distilled. Therefore, it is an object of the present invention to provide an efficient method for producing dimethyl carbonate on the premise that ethylene carbonate having a purity that can be used in a transesterification reaction is recovered.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するため、各種の検討を行った結果、原料に含
有されるエチレンカーボネートを蒸留分離する際に、通
常は蒸留塔の塔頂から抜き出す液組成に含まれるエチレ
ングリコールの一部を側流ベーパーとして取り出し、そ
の凝縮熱を回収することによりジメチルカーボネート製
造時の消費エネルギーを削減できることを見出して、本
発明に到達した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted various studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, when distilling and separating ethylene carbonate contained in a raw material, usually, The present inventors have found that energy consumption during the production of dimethyl carbonate can be reduced by taking out part of ethylene glycol contained in the liquid composition extracted from the column top as a sidestream vapor and recovering the condensation heat thereof.

【0008】すなわち、本発明の要旨は、実質的にエチ
レングリコールのみを含むエチレンカーボネート供給物
(A)及びエチレングリコール以外に少なくとも水を含
むエチレンカーボネート供給物(B)を、同一の蒸留塔
に供給して連続蒸留を行い、塔頂から水を留出させ、塔
底から水を含まない80重量%以上の純度のエチレンカ
ーボネートを缶出させるエチレンカーボネートの回収方
法において、上記供給物(A)の供給位置より上段の位
置に上記供給物(B)を供給し、かつ、両供給物の供給
位置の中間の位置から、エチレングリコールを主成分と
する側流ベーパーを抜き出すことを特徴とするエチレン
カーボネートの回収方法に存する。別の要旨は、上記供
給物(A)が、エチレンカーボネートとメタノールのエ
ステル交換反応生成物から、未反応のメタノール及びジ
メチルカーボネートを分離した後の液状混合物であるこ
とにある。別の要旨は、上記供給物(B)が、水の存在
下、酸化エチレンと炭酸ガスとの反応により得られた生
成物であることにある。また、別の要旨は、上記の蒸留
操作において連続的に抜き出した、エチレングリコール
を主成分とする側流ベーパーの凝縮熱を加熱源として利
用することにある。さらに別の要旨は、これらエチレン
カーボネートの回収方法で得られたエチレンカーボネー
トを、エチレンカーボネートとメタノールのエステル交
換反応の原料として使用することを特徴とするジメチル
カーボネートの製造方法に存する。
That is, the gist of the present invention is to supply an ethylene carbonate feed (A) containing substantially only ethylene glycol and an ethylene carbonate feed (B) containing at least water in addition to ethylene glycol to the same distillation column. In the method for recovering ethylene carbonate, water is distilled from the top of the tower, and ethylene carbonate having a purity of 80% by weight or more containing no water is removed from the bottom of the tower. The above-mentioned feed (B) is fed to a position higher than the feed position, and a sidestream vapor containing ethylene glycol as a main component is withdrawn from a position intermediate between the feed positions of both feeds. It depends on the recovery method of. Another gist is that the feed (A) is a liquid mixture obtained by separating unreacted methanol and dimethyl carbonate from a transesterification reaction product of ethylene carbonate and methanol. Another gist is that the feed (B) is a product obtained by the reaction of ethylene oxide and carbon dioxide in the presence of water. Another point is that the heat of condensation of the sidestream vapor containing ethylene glycol as a main component, which is continuously extracted in the above-mentioned distillation operation, is used as a heating source. Still another gist resides in a method for producing dimethyl carbonate, which comprises using the ethylene carbonate obtained by the method for recovering ethylene carbonate as a raw material for the transesterification reaction of ethylene carbonate and methanol.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】エステル交換反応 該反応は、エチレンカーボネートとメタノールとを、触
媒の存在下、エステル交換反応させて、ジメチルカーボ
ネートとエチレングリコールを生成するもので、下記式
(1)で表される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Transesterification reaction This reaction is a transesterification reaction of ethylene carbonate and methanol in the presence of a catalyst to produce dimethyl carbonate and ethylene glycol, which is represented by the following formula (1). To be done.

【0010】[0010]

【化1】 [Chemical 1]

【0011】触媒としては、慣用のエステル交換触媒を
選択することができる。具体的には、均一系触媒とし
て、トリエチルアミン等のアミン類、ナトリウム等のア
ルカリ金属、クロロ酢酸ナトリウムやナトリウムメチラ
ート等のアルカリ金属化合物、及びタリウム化合物が、
また不均一系触媒としては、官能基により変性したイオ
ン交換樹脂、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸
塩を含浸した無定型シリカ類、アンモニウム交換Y型ゼ
オライト、コバルトとニッケルとの混合酸化物等が、そ
れぞれ例示できる。なお、均一系触媒を使用する場合
は、逆反応の進行や副反応の発生を避けるために、蒸留
分離に先立ち触媒を分離することが好ましい。
As the catalyst, a conventional transesterification catalyst can be selected. Specifically, as homogeneous catalysts, amines such as triethylamine, alkali metals such as sodium, alkali metal compounds such as sodium chloroacetate and sodium methylate, and thallium compounds,
As the heterogeneous catalyst, ion-exchange resins modified with functional groups, amorphous silicas impregnated with alkali metal or alkaline earth metal silicates, ammonium-exchanged Y-type zeolite, mixed oxides of cobalt and nickel, etc. Can be illustrated respectively. When a homogeneous catalyst is used, it is preferable to separate the catalyst before the distillation separation in order to avoid the progress of the reverse reaction and the occurrence of side reactions.

【0012】エステル交換の反応条件としては、反応温
度は50〜180℃で、メタノールとエチレンカーボネ
ートの仕込みモル比は2〜20とするのが一般的であ
る。このモル比が2未満ではエステル交換の転化率が低
下し、一方20を超えると多量の未反応原料が系内に残
留し、加熱・冷却等のエネルギーを多く要したり、リサ
イクル使用する場合の設備への負担が増す等の問題があ
る。エステル交換反応は、バッチ反応によるもの(米国
特許第3642858号明細書、特開昭54−4871
5号公報等)、反応釜の上部に蒸留塔を設置して連続的
に生成したジメチルカーボネートを除去しながら反応を
行うもの(米国特許第3803201号明細書等)、管
状リアクターによる連続反応(特開昭63−41432
号公報等)等、いずれの反応形式も適用可能である。
The transesterification reaction conditions are generally such that the reaction temperature is 50 to 180 ° C. and the molar ratio of methanol and ethylene carbonate charged is 2 to 20. If this molar ratio is less than 2, the conversion rate of transesterification decreases, while if it exceeds 20, a large amount of unreacted raw material remains in the system, which requires a large amount of energy such as heating and cooling, or when recycled. There is a problem that the burden on the equipment increases. The transesterification reaction is a batch reaction (US Pat. No. 3,642,858, JP-A-54-4871).
No. 5, etc.), a distillation column is installed above the reaction kettle to carry out the reaction while continuously removing dimethyl carbonate (US Pat. No. 3,803,201, etc.), a continuous reaction by a tubular reactor (special Kaisho 63-41432
Any of the reaction formats, such as the publication, etc.) is applicable.

【0013】蒸留分離 前記式(1)で示されるエステル交換反応は平衡反応で
あって、エステル交換反応液中には、同式右辺の製品ジ
メチルカーボネート及び副生物エチレングリコールの他
に、同式左辺のエチレンカーボネート及びメタノールが
未反応のまま残存する。そこで、これらの成分を分離
し、製品は取り出し、未反応原料は再使用するため、通
常、蒸留分離が行われる。特に、低沸点成分である、未
反応メタノール(沸点64.7℃)及び製品ジメチルカ
ーボネート(沸点90.3℃)を分離した後のエステル
交換反応液は、未反応エチレンカーボネート(沸点24
8.2℃)及び副生エチレングリコール(沸点197.
3℃)からなり、該反応液から、未反応エチレンカーボ
ネートを回収するのも、通常、蒸留分離による。
Distillation Separation The transesterification reaction represented by the above formula (1) is an equilibrium reaction, and in the transesterification reaction liquid, in addition to the product dimethyl carbonate and the by-product ethylene glycol on the right side of the formula, the left side of the formula Ethylene carbonate and methanol remain as unreacted. Therefore, these components are separated, the product is taken out, and the unreacted raw materials are reused. Therefore, distillation separation is usually performed. In particular, the transesterification reaction liquid after separating unreacted methanol (boiling point 64.7 ° C.) and product dimethyl carbonate (boiling point 90.3 ° C.), which are low-boiling components, is unreacted ethylene carbonate (boiling point 24
8.2 ° C.) and by-product ethylene glycol (boiling point 197.
(3 ° C.), and the unreacted ethylene carbonate is usually recovered from the reaction solution by distillation separation.

【0014】本発明は、蒸留分離により、エステル交換
反応原料として十分な純度を有するエチレンカーボネー
トを回収する方法であり、同一蒸留塔に、複数種のエチ
レンカーボネート供給物を供給する。すなわち、第1の
供給物は、実質的にエチレングリコールのみを含むエチ
レンカーボネート供給物(A)であり、通常、エチレン
カーボネートとメタノールのエステル交換反応生成物か
ら、未反応のメタノール及びジメチルカーボネートを分
離した後の液状混合物が用いられる。なお、本発明にお
いて、実質的にエチレングリコールのみを含むとは、エ
チレングリコール以外の成分の含有量が5重量%以下、
好ましくは1重量%以下のエチレンカーボネートとエチ
レングリコールの混合物を言う。また、第2の供給物
は、エチレングリコール以外に少なくとも水を含むエチ
レンカーボネート供給物(B)であり、通常、水の存在
下、酸化エチレンと炭酸ガスとの反応により得られた生
成物(以下、「EC化反応生成物」ともいう。)が用い
られる。
The present invention is a method of recovering ethylene carbonate having a sufficient purity as a transesterification reaction raw material by distillation separation, and a plurality of kinds of ethylene carbonate feeds are supplied to the same distillation column. That is, the first feed is an ethylene carbonate feed (A) containing substantially only ethylene glycol, and usually unreacted methanol and dimethyl carbonate are separated from the transesterification reaction product of ethylene carbonate and methanol. The resulting liquid mixture is used. In the present invention, "substantially containing only ethylene glycol" means that the content of components other than ethylene glycol is 5% by weight or less,
Preferably it is a mixture of ethylene carbonate and ethylene glycol up to 1% by weight. The second feed is an ethylene carbonate feed (B) containing at least water in addition to ethylene glycol, and is usually a product obtained by the reaction of ethylene oxide and carbon dioxide in the presence of water (hereinafter , Also referred to as "EC-ized reaction product").

【0015】本発明においては、上記供給物(A)及び
上記供給物(B)を、蒸留塔の所定位置に供給して連続
蒸留を行い、塔頂から水を留出させ、塔底から水を含ま
ない80重量%以上、好ましくは90重量%以上の純度
のエチレンカーボネートを缶出させる。しかして、塔頂
からの留出物の組成は、両供給物の組成によって相違す
るが、供給物(B)として上記EC化反応生成物を用い
た場合には、水の他に炭酸ガス及びエチレングリコール
を含む留出物が得られるので、冷却凝縮して一部を蒸留
塔に還流する。通常、凝縮液はエチレングリコール/エ
チレンカーボネートの共沸物で若干の水を伴い、非凝縮
ベーパーは、水蒸気と炭酸ガスの混合物でエチレングリ
コール/エチレンカーボネートを同伴する。
In the present invention, the above-mentioned feed (A) and the above-mentioned feed (B) are fed to a predetermined position of a distillation column to carry out continuous distillation, distilling water from the top of the column and water from the bottom of the column. 80% by weight or more, preferably 90% by weight or more of pure ethylene carbonate containing no is removed. The composition of the distillate from the top of the column depends on the composition of both feeds, but when the above EC-ized reaction product is used as the feed (B), carbon dioxide and Since a distillate containing ethylene glycol is obtained, it is cooled and condensed, and a part thereof is refluxed in the distillation column. Normally, the condensate is an ethylene glycol / ethylene carbonate azeotrope with some water, and the non-condensing vapor entrains ethylene glycol / ethylene carbonate in a mixture of steam and carbon dioxide.

【0016】この連続蒸留分離に際しては、エチレング
リコールを主成分とする側流ベーパーを抜き出すことが
必要であり、この高温ベーパーの抜き出しを行うことに
よって初めて、塔頂から水を留出させながらも、凝縮に
よる熱回収が可能となり、エネルギー消費量の削減に有
効である。エチレングリコールは、前述の通り、水より
沸点が高く、かつエチレンカーボネートより沸点が低い
ために、蒸留塔の濃縮部においてベーパー中に濃縮され
た部分が存在する。この部分の温度は塔頂に比べて高い
ので、ここから側流ベーパーを抜き出すことによりエチ
レングリコールを主成分とする温度の高いベーパーの凝
縮熱を回収することが可能となる。
At the time of this continuous distillation separation, it is necessary to extract the sidestream vapor containing ethylene glycol as a main component, and the water is distilled from the top of the tower for the first time by extracting this high temperature vapor. The heat can be recovered by condensation, which is effective in reducing energy consumption. As described above, ethylene glycol has a higher boiling point than water and a lower boiling point than ethylene carbonate, so that there is a portion concentrated in the vapor in the concentration section of the distillation column. Since the temperature of this portion is higher than that at the top of the column, it is possible to recover the condensation heat of the vapor having a high temperature, which has ethylene glycol as a main component, by extracting the sidestream vapor from this.

【0017】しかして、蒸留操作に際して、前記両供給
物の供給位置及び側流ベーパーの抜き出し位置は、次の
規準に従うことが必要である。 1)蒸気供給物(A)の供給位置より上段の位置に、好
ましくは理論段数で少なくとも2段上段の位置に、最も
好ましくは塔頂位置に上記供給物(B)を供給するこ
と。 2)両供給物の供給位置の中間の位置、好ましくは上記
供給物(A)の供給位置より、理論段数で少なくとも1
段、上段の位置から、エチレングリコールを主成分とす
る側流ベーパーを抜き出すこと。また、このようにして
抜き出された、エチレングリコールを主成分とする側流
ベーパーから、熱回収する方法は、特に制限はないが、
例えば、上記側流ベーパーを、熱交換器で低温の液体と
接触させることにより、凝縮熱を加熱源として利用する
方法、上記側流ベーパーの凝縮熱で水蒸気を発生させ、
それを加熱源として利用する方法等が好ましい。
In the distillation operation, however, it is necessary that the feed position of both feeds and the withdrawal position of the sidestream vapor follow the following criteria. 1) Feeding the above feed (B) to a position above the feed position of the vapor feed (A), preferably at least two theoretical upper stages and most preferably to the top position. 2) At least 1 in theoretical plate number from an intermediate position between the feed positions of both feeds, preferably the feed position of the above feed (A).
Extract the sidestream vapor containing ethylene glycol as the main component from the upper and lower positions. Further, the method of recovering heat from the sidestream vapor containing ethylene glycol as a main component thus extracted is not particularly limited,
For example, by contacting the sidestream vapor with a low temperature liquid in a heat exchanger, a method of utilizing the heat of condensation as a heating source, to generate steam by the heat of condensation of the sidestream vapor,
A method of utilizing it as a heating source is preferable.

【0018】蒸留分離に必要な段数(リボイラー、コン
デンサーを除く塔本体)は、還流比によって異なるが、
経済性を考慮すると5段以上が好ましく、10段以上が
さらに好ましい。還流比は0.01〜1が好ましく、
0.01〜0.5がさらに好ましい。蒸留塔の操作圧力
は、運転温度の上昇により製品純度が低下するのを防止
するため、大気圧以下とする。ただし、圧力を下げすぎ
ると、分離効率、エネルギー効率が悪化するとともに側
流ベーパーの温度が低下して熱回収が困難になるので、
適切な圧力を選択する必要がある。適切な圧力範囲は2
7kPa以下、好ましくは4〜13kPaの範囲であ
る。蒸留塔は、スルザーパッキング、メラパック、MC
パック等の規則充填物や、IMTP、ラシヒリング等の
不規則充填物を充填した充填塔型式、泡鐘塔、シーブト
レイ、バルブトレイ塔を用いた棚段塔型式等、いずれの
型式を用いることもできる。
The number of plates required for distillation separation (column main body excluding reboiler and condenser) depends on the reflux ratio,
Considering economic efficiency, the number of stages is preferably 5 or more, more preferably 10 or more. The reflux ratio is preferably 0.01 to 1,
0.01 to 0.5 is more preferable. The operating pressure of the distillation column is below atmospheric pressure in order to prevent the product purity from decreasing due to the increase in operating temperature. However, if the pressure is lowered too much, the separation efficiency and energy efficiency will deteriorate and the temperature of the sidestream vapor will decrease, making it difficult to recover heat.
Appropriate pressure should be selected. Suitable pressure range is 2
It is 7 kPa or less, preferably 4 to 13 kPa. Distillation columns include Sulzer packing, Melapack, MC
It is possible to use any type such as a packed tower type filled with an ordered packing such as a pack or an irregular packing such as INTP or Raschig ring, a tray tower type using a bubble bell tower, a sieve tray or a valve tray tower. .

【0019】EC化反応 上記エステル交換反応の原料となるエチレンカーボネー
トは、通常、下記式(2)で表されるEC化反応によ
り、触媒の存在下、酸化エチレンと炭酸ガスから生成す
る。EC化反応触媒としては、ホスホニウム塩が活性が
高くかつ再使用可能である点で好ましい。また、助触媒
としてアルカリ金属炭酸塩を用いるのが、より好まし
い。
EC Reaction The ethylene carbonate, which is a raw material for the above transesterification reaction, is usually produced from ethylene oxide and carbon dioxide gas in the presence of a catalyst by an EC reaction represented by the following formula (2). As an EC-forming reaction catalyst, a phosphonium salt is preferred because of its high activity and reusability. Further, it is more preferable to use an alkali metal carbonate as the co-catalyst.

【0020】[0020]

【化2】 [Chemical 2]

【0021】上記式(2)で表される付加反応は、非水
系では高選択率で進行するが、反応速度が非常に遅く、
実用的ではない。したがって、実際には、水の存在下に
行うのが、反応速度を向上させることができて効果的で
ある。しかし同時に、生成したエチレンカーボネートの
一部が、下記式(3)で表される加水分解反応により、
エチレングリコールとなり、エチレンカーボネートの含
有率が低下する。
The addition reaction represented by the above formula (2) proceeds with high selectivity in a non-aqueous system, but the reaction rate is very slow,
Not practical. Therefore, in practice, it is effective to carry out the reaction in the presence of water because the reaction rate can be improved. However, at the same time, a part of the produced ethylene carbonate is subjected to a hydrolysis reaction represented by the following formula (3),
It becomes ethylene glycol and the content rate of ethylene carbonate decreases.

【0022】[0022]

【化3】 [Chemical 3]

【0023】EC化反応に用いる反応器の形式は、特に
限定されるものではないが、底部から酸化エチレン、二
酸化炭素、水及び触媒を供給し、頂部から生成するエチ
レンカーボネートを含む反応液と未反応の二酸化炭素等
を留出させる、気泡塔型反応器を用いるのが効果的であ
る。この反応は、温度70〜200℃、好ましくは10
0〜170℃、圧力490〜4900kPa・G(ゲー
ジ圧)、好ましくは980〜2940kPa・Gで行う
のが一般的である。酸化エチレンに対する二酸化炭素及
び水の供給量(モル比)は、それぞれ、通常0.1〜5
及び0.1〜10であるが、好ましくは、それぞれ0.
5〜3及び0.5〜5とするのがよい。また、この反応
は発熱反応であるので、反応液の一部を外部に抜き出し
て、熱交換器により冷却した後で系内に返送するとい
う、外部循環方式により反応温度を制御するのが好まし
い。
The type of reactor used for the EC-forming reaction is not particularly limited, but ethylene oxide, carbon dioxide, water and a catalyst are supplied from the bottom and a reaction liquid containing ethylene carbonate produced from the top and an unreacted reaction solution are added. It is effective to use a bubble column reactor that distills carbon dioxide and the like in the reaction. This reaction is carried out at a temperature of 70 to 200 ° C., preferably 10
It is general to carry out at 0 to 170 ° C. and a pressure of 490 to 4900 kPa · G (gauge pressure), preferably 980 to 2940 kPa · G. The supply amount (molar ratio) of carbon dioxide and water to ethylene oxide is usually 0.1 to 5 respectively.
And 0.1 to 10, but preferably 0.
5 to 3 and 0.5 to 5 are preferable. Further, since this reaction is an exothermic reaction, it is preferable to control the reaction temperature by an external circulation system in which a part of the reaction liquid is extracted to the outside, cooled by a heat exchanger and then returned to the system.

【0024】EG製造への利用 前記蒸留分離に際して、塔頂から分取される、水とエチ
レングリコールを主成分とする低沸点成分、又は、エチ
レングリコールとエチレンカーボネートの共沸混合物
は、エチレンカーボネートの加水分解によるEGの製造
に利用することができる。加水分解反応は、通常、10
0〜180℃の温度、常圧〜1960kPa・Gの圧力
で行われ、EC化反応触媒を含むエチレングリコール水
溶液が得られ、加水分解反応副生物の二酸化炭素が気相
で分離される。該水溶液は、水を塔頂から除去する脱水
蒸留と、EGとEC化反応触媒を含む高沸点成分とを分
離する精留とを組み合わせて行い、製品EGが取得さ
れ、再利用可能成分が回収される。このようなEG製造
諸工程の採用は、経済性を確保するために望ましい。
Utilization for EG production In the above-mentioned distillation separation, a low boiling point component containing water and ethylene glycol as a main component, or an azeotropic mixture of ethylene glycol and ethylene carbonate, which is collected from the top of the column, is It can be used for the production of EG by hydrolysis. The hydrolysis reaction is usually 10
It is carried out at a temperature of 0 to 180 ° C. and a pressure of atmospheric pressure to 1960 kPa · G to obtain an ethylene glycol aqueous solution containing an EC-forming reaction catalyst, and carbon dioxide as a by-product of the hydrolysis reaction is separated in the gas phase. The aqueous solution is combined with dehydration distillation for removing water from the top of the tower and rectification for separating EG and a high boiling point component containing an EC-forming reaction catalyst to obtain a product EG and recover a reusable component. To be done. Adoption of such EG manufacturing processes is desirable to ensure economic efficiency.

【0025】[0025]

【実施例】(エチレンカーボネートの合成)攪拌機付き
オートクレーブに、水を41重量%含む含水酸化エチレ
ンを2234g、触媒のトリブチルメチルホスホニウム
アイオダイドを112g、助触媒の炭酸カリウム4gを
仕込み、元圧2100kPaの炭酸ガスを連続的に20
00kg/hで供給しながら、2000kPa、110
℃で30分間反応させた。その後、反応液を80℃まで
冷却して53kPaに減圧し、主として未反応の炭酸ガ
スと酸化エチレンからなる気相を分離した。分離した気
相は上記EC化反応に循環再利用することができる。一
方、気相を分離した後の反応液は、分析したところ、エ
チレンカーボネートが46重量%、エチレングリコール
が31重量%、水が19重量%、触媒が4重量%で、未
反応の酸化エチレンは0.1重量%未満であった。
Example (Synthesis of ethylene carbonate) In an autoclave equipped with a stirrer, 2234 g of hydrous ethylene oxide containing 41% by weight of water, 112 g of tributylmethylphosphonium iodide as a catalyst and 4 g of potassium carbonate as a cocatalyst were charged, and the original pressure was 2100 kPa. 20 carbon dioxide continuously
2000 kPa, 110 while supplying at 00 kg / h
The reaction was carried out at 30 ° C. for 30 minutes. Then, the reaction liquid was cooled to 80 ° C. and depressurized to 53 kPa, and a gas phase mainly composed of unreacted carbon dioxide gas and ethylene oxide was separated. The separated gas phase can be recycled and reused in the EC conversion reaction. On the other hand, the reaction solution after separating the gas phase was analyzed to show that ethylene carbonate was 46% by weight, ethylene glycol was 31% by weight, water was 19% by weight, the catalyst was 4% by weight, and unreacted ethylene oxide was It was less than 0.1% by weight.

【0026】(EC化触媒分離)上記気相分離後の反応
液は、2kPaの減圧下で回分蒸留を行い、釜残として
触媒を濃縮分離した。分離した触媒含有釜残は、前記E
C化反応に循環再利用することができる。得られた留出
液には、エチレンカーボネートが47重量%、エチレン
グリコールが32重量%、水が20重量%含有されてい
た。これを、後記エチレンカーボネートの回収に際し、
エチレンカーボネート供給物(B)として利用した。
(EC-catalyzed separation) The reaction liquid after the gas phase separation was subjected to batch distillation under a reduced pressure of 2 kPa, and the catalyst was concentrated and separated as a bottom residue. The separated catalyst-containing residue is E
It can be recycled and reused in the carbonization reaction. The obtained distillate contained 47% by weight of ethylene carbonate, 32% by weight of ethylene glycol and 20% by weight of water. When recovering ethylene carbonate, which will be described later,
Used as ethylene carbonate feed (B).

【0027】(ジメチルカーボネートの合成)メタノー
ルとエチレンカーボネートを、モル比で4:1に調整
し、四級アンモニウム塩構造がスペーサー基を介して架
橋ポリスチレン鎖に結合したアニオン交換樹脂を充填し
た固定床反応器に通した。反応温度を80℃、反応圧力
を700kPaとし、LHSV=2でエステル交換反応
させたところ、エチレンカーボネート38重量%、メタ
ノール28重量%、エチレングリコール14重量%、ジ
メチルカーボネート20重量%の反応液が得られた。
(Synthesis of dimethyl carbonate) A fixed bed in which methanol and ethylene carbonate were adjusted to a molar ratio of 4: 1 and an anion exchange resin having a quaternary ammonium salt structure bonded to a crosslinked polystyrene chain through a spacer group was filled. Passed through reactor. When the reaction temperature was 80 ° C., the reaction pressure was 700 kPa, and the transesterification reaction was performed at LHSV = 2, a reaction liquid of ethylene carbonate 38% by weight, methanol 28% by weight, ethylene glycol 14% by weight, and dimethyl carbonate 20% by weight was obtained. Was given.

【0028】(ジメチルカーボネート反応液の蒸留分
離)上記のエステル交換反応液を、理論段数20段の連
続蒸留装置の10段目に供給し、還流比1で蒸留分離を
行い、塔頂からメタノールとジメチルカーボネートを留
出させ、塔底からエチレンカーボネートとエチレングリ
コールの混合液を缶出させた。留出物からは、さらに未
反応メタノールを回収し、製品ジメチルカーボネートを
取得することができる。この缶出液の組成は、エチレン
カーボネートが73重量%、エチレングリコールが27
重量%であった。ジメチルカーボネートは10重量pp
m未満で、メタノールは検出されなかった。この缶出液
を、下記エチレンカーボネートの回収に際し、エチレン
カーボネート供給物(A)として利用した。
(Distillation and Separation of Dimethyl Carbonate Reaction Liquid) The above transesterification reaction liquid was fed to the 10th stage of a continuous distillation apparatus having 20 theoretical plates, and separated by distillation at a reflux ratio of 1, and methanol was separated from the top of the column. Dimethyl carbonate was distilled off, and a mixed solution of ethylene carbonate and ethylene glycol was removed from the bottom of the column. Unreacted methanol can be further recovered from the distillate to obtain the product dimethyl carbonate. The composition of this bottoms was such that ethylene carbonate was 73% by weight and ethylene glycol was 27%.
% By weight. Dimethyl carbonate is 10 weight pp
Below m, no methanol was detected. This bottom solution was used as an ethylene carbonate supply material (A) when the following ethylene carbonate was recovered.

【0029】(エチレンカーボネートの回収)図1の概
念図に示す蒸留塔を用いて、エチレンカーボネートの回
収を行った。図中、S1〜S6は、ストリーム番号を示
し、○の中の文字は理論段数を示す。すなわち、理論段
数12段(コンデンサーとリボイラーを除く)の蒸留塔
の、第1段に前記エチレンカーボネート供給物(B)を
12kg/hで、第4段に上記エチレンカーボネート供
給物(A)を6.4kg/hで供給した。塔頂の圧力を
8kPa、コンデンサー凝縮温度を50℃、還流比を
0.05とし、塔頂留出の水を34重量%含む塔頂液
2.4kg/h、塔底缶出のエチレンカーボネートを9
5重量%含む160℃の塔底液9.5kg/hを連続的
に抜きながら、第2段からエチレングリコールを78重
量%含む129℃の側流ベーパー5kg/hを抜き出し
た。コンデンサー非凝縮の塔頂ベーパー1.5kg/h
は25℃のベントコンデンサーで全凝縮した。操作条件
と結果の詳細を、表−1と表−2に示した。
(Recovery of ethylene carbonate) Ethylene carbonate was recovered using the distillation column shown in the conceptual diagram of FIG. In the figure, S1 to S6 indicate stream numbers, and the characters in the circles indicate theoretical plate numbers. That is, in a distillation column having 12 theoretical plates (excluding a condenser and a reboiler), the ethylene carbonate feed (B) was 12 kg / h in the first stage, and the ethylene carbonate feed (A) was 6 in the fourth stage. It was supplied at 0.4 kg / h. The overhead pressure was 8 kPa, the condenser condensation temperature was 50 ° C., the reflux ratio was 0.05, the overhead liquid was 2.4 kg / h containing 34% by weight of water, and the ethylene carbonate was taken out from the bottom. 9
While continuously extracting 9.5 kg / h of a bottom liquid at 160 ° C containing 5% by weight, 5 kg / h of a sidestream vapor at 129 ° C containing 78% by weight of ethylene glycol was withdrawn from the second stage. Condenser non-condensing top vapor 1.5kg / h
Was totally condensed in a vent condenser at 25 ° C. Details of operating conditions and results are shown in Table-1 and Table-2.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】この側流ベーパーを熱交換器に供給し、8
0℃の水と熱交換させ、その凝縮熱を回収した。このと
きの、側流ベーパーの凝縮熱は5MJ/hであった。こ
の凝縮熱で104kPaの蒸気を発生させるとその量は
2.1kg/hである。他方、リボイラー加熱に必要な
エネルギーは14MJ/hであったので、リボイラーで
消費した熱量の約36%を100℃の水蒸気として回収
でき、この水蒸気を配管や装置類の加熱、保温に使用す
ることができる。
This sidestream vapor was fed to a heat exchanger,
The heat of condensation was recovered by exchanging heat with water at 0 ° C. At this time, the heat of condensation of the sidestream vapor was 5 MJ / h. When steam of 104 kPa is generated by this heat of condensation, the amount is 2.1 kg / h. On the other hand, the energy required to heat the reboiler was 14 MJ / h, so about 36% of the heat consumed by the reboiler can be recovered as 100 ° C steam, and this steam should be used to heat and heat pipes and equipment. You can

【0033】なお、上記の操作で得られた塔底液の組成
は、エチレンカーボネート95重量%、エチレングリコ
ール5重量%であり、ジメチルカーボネートの合成原料
として、前記エステル交換反応に循環再使用できる。
The composition of the bottom liquid obtained by the above operation is 95% by weight of ethylene carbonate and 5% by weight of ethylene glycol, and can be recycled and reused in the transesterification reaction as a raw material for the synthesis of dimethyl carbonate.

【0034】[0034]

【比較例】実施例においてエチレンカーボネートの回収
にかかる蒸留分離の目的はジメチルカーボネートの原料
となるエチレンカーボネートを分離、回収することであ
る。その場合、通常は供給液に含まれるエチレンカーボ
ネート以外の成分を塔頂から抜き出すのが普通である。
そこで実施例と同じ操作で調製した2種類のエチレンカ
ーボネート供給物(A)、(B)を、実施例と同じ蒸留
塔の同じ位置に供給して、塔底からエチレンカーボネー
トを95重量%、エチレングリコールを5重量%含む缶
出液9.5kg/hを抜き出し、その他の成分をすべて
塔頂から抜き出した。操作条件は、側流ベーパーを抜か
ないことを除いて、実施例と同一である。操作条件と結
果を表−3、表−4に示した。
[Comparative Example] In the examples, the purpose of distillation separation for recovery of ethylene carbonate is to separate and recover ethylene carbonate which is a raw material of dimethyl carbonate. In that case, components other than ethylene carbonate contained in the feed liquid are usually withdrawn from the top of the column.
Then, two kinds of ethylene carbonate feeds (A) and (B) prepared by the same operation as in the example were fed to the same position in the same distillation column as in the example, and 95 wt% of ethylene carbonate and ethylene were fed from the bottom of the column. A bottom solution (9.5 kg / h) containing 5% by weight of glycol was withdrawn, and all other components were withdrawn from the top of the column. The operating conditions are the same as in the example, except that the sidestream vapor is not removed. The operating conditions and results are shown in Table-3 and Table-4.

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】[0036]

【表4】 [Table 4]

【0037】塔頂液組成は、水27重量%、エチレング
リコール58重量%、エチレンカーボネート15重量%
であった。リボイラー加熱に必要なエネルギーは14M
J/hであった。塔頂液の温度は53℃なので、熱回収
は不可能である。
The composition of the top liquid is 27% by weight of water, 58% by weight of ethylene glycol, and 15% by weight of ethylene carbonate.
Met. The energy required to heat the reboiler is 14M
It was J / h. Since the temperature of the overhead liquid is 53 ° C, heat recovery is impossible.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、エチレングリコール製造工程の中間ストリームとし
て得られる炭酸ガス、水、エチレングリコールを含有す
るエチレンカーボネート混合物、及びエステル交換反応
の未反応エチレンカーボネートと副生エチレングリコー
ルの混合物からエステル交換反応原料となるエチレンカ
ーボネートを分離するにあたり、蒸留分離に要するエネ
ルギーの一部を回収してエネルギー消費量を削減できる
という効果が得られる。
As described above, according to the present invention, carbon dioxide obtained as an intermediate stream in the ethylene glycol production process, water, an ethylene carbonate mixture containing ethylene glycol, and unreacted ethylene carbonate in the transesterification reaction. In separating ethylene carbonate, which is a raw material for transesterification reaction, from a mixture of ethylene glycol and by-product, there is an effect that energy consumption can be reduced by recovering a part of energy required for distillation separation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 蒸留塔概念図[Figure 1] Conceptual diagram of distillation column

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】実質的にエチレングリコールのみを含むエ
チレンカーボネート供給物(A)及びエチレングリコー
ル以外に少なくとも水を含むエチレンカーボネート供給
物(B)を、同一の蒸留塔に供給して連続蒸留を行い、
塔頂から水を留出させ、塔底から水を含まない80重量
%以上の純度のエチレンカーボネートを缶出させるエチ
レンカーボネートの回収方法において、上記供給物
(A)の供給位置より上段の位置に上記供給物(B)を
供給し、かつ、両供給物の供給位置の中間の位置から、
エチレングリコールを主成分とする側流ベーパーを抜き
出すことを特徴とするエチレンカーボネートの回収方
法。
1. An ethylene carbonate feed (A) containing substantially only ethylene glycol and an ethylene carbonate feed (B) containing at least water in addition to ethylene glycol are fed to the same distillation column for continuous distillation. ,
In a method for recovering ethylene carbonate in which water is distilled from the top of the tower and ethylene carbonate having a purity of 80% by weight or more and containing no water is removed from the bottom of the tower, the ethylene carbonate is collected at a position above the feed position of the feed (A). The above-mentioned feed (B) is fed, and from a position intermediate between the feed positions of both feeds,
A method for recovering ethylene carbonate, which comprises extracting a sidestream vapor containing ethylene glycol as a main component.
【請求項2】上記供給物(A)の供給位置より、理論段
数で少なくとも2段、上段の位置に上記供給物(B)を
供給することを特徴とする請求項1に記載のエチレンカ
ーボネートの回収方法。
2. The ethylene carbonate according to claim 1, wherein the feed (B) is fed to a position at least two theoretical stages above the feed position of the feed (A) and above. Recovery method.
【請求項3】上記供給物(B)を蒸留塔の塔頂に供給す
ることを特徴とする請求項1又は2に記載のエチレンカ
ーボネートの回収方法。
3. The method for recovering ethylene carbonate according to claim 1, wherein the feed (B) is fed to the top of a distillation column.
【請求項4】上記供給物(A)の供給位置より、理論段
数で少なくとも1段、上段の位置から、エチレングリコ
ールを主成分とする側流ベーパーを抜き出すことを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエチレンカ
ーボネートの回収方法。
4. A sidestream vapor containing ethylene glycol as a main component is withdrawn from at least one theoretical plate and a position above the feed position of the feed (A). The method for recovering ethylene carbonate according to any one of 1.
【請求項5】上記供給物(A)が、エチレンカーボネー
トとメタノールのエステル交換反応生成物から、未反応
のメタノール及びジメチルカーボネートを分離した後の
液状混合物であることを特徴とする請求項1〜4のいず
れか1項に記載のエチレンカーボネートの回収方法。
5. The feed (A) is a liquid mixture obtained by separating unreacted methanol and dimethyl carbonate from a transesterification reaction product of ethylene carbonate and methanol. 4. The method for recovering ethylene carbonate according to any one of 4 above.
【請求項6】上記供給物(B)が、水の存在下、酸化エ
チレンと炭酸ガスとの反応により得られた生成物である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の
エチレンカーボネートの回収方法。
6. The feed (B) is a product obtained by the reaction of ethylene oxide and carbon dioxide gas in the presence of water, according to any one of claims 1 to 5. The method for recovering ethylene carbonate described.
【請求項7】上記側流ベーパーを、熱交換器で低温の液
体と接触させることにより、凝縮熱を加熱源として利用
することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記
載のエチレンカーボネートの回収方法。
7. The heat of condensation is utilized as a heating source by bringing the sidestream vapor into contact with a low temperature liquid in a heat exchanger, as claimed in any one of claims 1 to 6. Method for recovering ethylene carbonate.
【請求項8】上記側流ベーパーの凝縮熱で水蒸気を発生
させ、それを加熱源として利用することを特徴とする請
求項1〜6のいずれか1項に記載のエチレンカーボネー
トの回収方法。
8. The method for recovering ethylene carbonate according to claim 1, wherein steam is generated by the heat of condensation of the sidestream vapor and is used as a heating source.
【請求項9】請求項1〜6のいずれか1項に記載のエチ
レンカーボネートの回収方法で得られたエチレンカーボ
ネートを、エチレンカーボネートとメタノールのエステ
ル交換反応の原料として使用することを特徴とするジメ
チルカーボネートの製造方法。
9. A dimethyl compound, characterized in that the ethylene carbonate obtained by the method for recovering ethylene carbonate according to any one of claims 1 to 6 is used as a raw material for the transesterification reaction of ethylene carbonate and methanol. Method for producing carbonate.
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JP2016501855A (en) * 2012-11-21 2016-01-21 バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフトBayer MaterialScience AG Method for producing dialkyl carbonate
US10829635B2 (en) 2016-03-11 2020-11-10 Lg Chem, Ltd. Economical method of preparing a resin composition including polyalkylene carbonate with improved thermal stability and processability

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