JP2003267970A

JP2003267970A - エチレンカーボネートの製造方法

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Publication number: JP2003267970A
Application number: JP2002068183A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanamaru; 高志金丸
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化エチレンと炭酸ガスとを反応させてエチレ
ンカーボネートを製造方法であって、非水系においては
緩和された反応条件を選択することが出来、含水系にお
いてはエチレンカーボネートの選択率の低下を回避する
ことが出来、しかも、有害な酸化エチレンを巧みに処理
することが出来る様に改良されたエチレンカーボネート
の製造方法を提供する。【解決手段】反応液中の酸化エチレンの残存量が１０重
量ｐｐｍから１重量％の範囲となった時点で反応を停止
する反応工程と、生成したエチレンカーボネートを分離
するエチレンカーボネート回収工程と、未反応の酸化エ
チレンを回収して水和させた後に活性汚泥処処理する酸
化エチレン処理工程とを包含すること特徴とするエチレ
ンカーボネートの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエチレンカーボネー
トの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、酸化エチレンと炭酸ガスとを
反応させてエチレンカーボネートを製造する方法におい
ては、有害な酸化エチレンをプロセス外に排出しない様
にするため、酸化エチレンの転化率が１００％になるま
で反応が行われている。ところで、反応によって酸化エ
チレンを完全に消費せんとした場合、反応速度の比較的
遅い非水系においては高温で長時間反応させる必要があ
り、反応速度の速い含水系においてはエチレンカーボネ
ートの選択率が低下するという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、酸化エチレンと
炭酸ガスとを反応させてエチレンカーボネートを製造す
る方法であって、非水系においては緩和された反応条件
を選択することが出来、含水系においてはエチレンカー
ボネートの選択率の低下を回避することが出来、しか
も、有害な酸化エチレンを巧みに処理することが出来る
様に改良されたエチレンカーボネートの製造方法を提供
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、酸化エチレンと炭酸ガスとを触媒の存在下に反応さ
せてエチレンカーボネートを製造する方法において、反
応液中の酸化エチレンの残存量が１０重量ｐｐｍから１
重量％の範囲となった時点で反応を停止する反応工程
と、生成したエチレンカーボネートを分離するエチレン
カーボネート回収工程と、未反応の酸化エチレンを回収
して水和させた後に活性汚泥処処理する酸化エチレン処
理工程とを包含すること特徴とするエチレンカーボネー
トの製造方法に存する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は、本発明に係るエチレンカー
ボネートの製造方法の好ましい態様を示すプロセス説明
図である。本発明に係るエチレンカーボネートの製造方
法は、主として、反応工程、エチレンカーボネート回収
工程、酸化エチレン処理工程とから成る。なお、以下の
説明において、酸化エチレンをＥＯ、エチレンカーボネ
ートをＥＣの各略号で表すことがあり、また、炭酸ガス
をＣＯ₂の化学式で表し、含水系で副生するエチレング
リコールをＥＧの略号で表すことがある。

【０００６】反応工程においては、ＥＯとＣＯ₂とを触
媒の存在下に反応させてＥＣを製造する。反応器（１）
の形式は、特に限定されないが、連続反応の場合には、
図示した様に、底部のライン（Ｌ１）からＥＯ、Ｃ
Ｏ₂、触媒および水（含水系の場合）を供給し、頂部の
ライン（Ｌ２）から生成するＥＣを含む反応液と未反応
のＣＯ₂とを流出させる気泡塔型反応器が効率的で好ま
しい。回分反応の場合は攪拌機付きオートクレーブが好
適に使用される。

【０００７】原料のＥＯとしては、エチレンの部分酸化
により得られたものが使用される。また、原料のＣＯ₂
としては、例えば炭化水素の燃焼により生成したものを
使用することが出来るが、ＥＯの製造時にエチレンの燃
焼によって副生するものを使用するのが経済的である。
触媒としては、ホスホニウム塩が活性が高く且つ再使用
可能である点で好ましい。更に、ＥＯとＣＯ₂との反応
は水の添加により加速されるため、反応系内に水を存在
させる含水系が好ましい。

【０００８】反応温度は、通常７０〜２００℃、好まし
くは１００〜１７０℃、反応圧力は、通常４９０〜４９
００ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）、好ましくは９８０〜２９
４０ｋＰａ・Ｇである。ＥＯに対するＣＯ₂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、好ましくは０．５〜３及び０．５〜５であ
る。本反応は発熱反応であるため、反応液の一部を外部
へ抜き出し、熱交換器により冷却した後で系内へ返送す
るという、外部循環冷却方式により反応温度を制御する
のが好ましい。

【０００９】反応液中には、一般に、ＥＣの他に、未反
応ＣＯ₂、水、ＥＧ、触媒および微量の未反応ＥＯが含
まれる。本発明においては、反応液中のＥＯの残存量が
１０重量ｐｐｍから１重量％の範囲となった時点で反応
を停止することが重要である。ＥＯの残存量が１０重量
ｐｐｍより少なくなるまで反応を続行した場合は、非水
系においては高温で長時間反応させる必要があり、含水
系においてはエチレンカーボネートの選択率が低下す
る。一方、ＥＯの残存量が１重量％を超える段階で反応
を停止した場合は、ＥＯの利用効率が低すぎて経済的で
はない。反応を停止する際の反応液中のＥＯの残存量
は、好ましくは５０〜１０００重量ｐｐｍである。

【００１０】エチレンカーボネート（ＥＣ）回収工程に
おいては生成したＥＣを分離する。図示したプロセスの
場合は気液分離槽（２）で反応液を処理してＥＣを回収
している。気液分離槽（２）としては、蒸発缶、薄膜蒸
発器などが使用される。また、図示した気液分離槽
（２）は、次工程（酸化エチレン処理工程）のエジェク
ター（４）により減圧で操作される。すなわち、気液分
離槽（２）の気相側に設けられた凝縮器（３）の気相部
はエジェクター（４）により減圧に維持される。

【００１１】上記のエチレンカーボネート回収工程にお
いて、反応液はライン（Ｌ２）から気液分離槽（２）に
供給される。そして、気液分離槽（２）の底部のライン
（Ｌ３）から、主として触媒が流出し、頂部のライン
（Ｌ４）から主としてＥＣが流出する。そして、このＥ
Ｃの流出にＥＯ、水、ＥＧが同伴される。蒸発温度は、
触媒種によって異なるが、通常１００〜１８０℃、好ま
しくは１２０〜１６０℃である。圧力（減圧度）は蒸発
温度を制御する目的で設定される。例えば、蒸発温度を
１６０℃にするための圧力は約８ＫＰａ・Ａである。

【００１２】また、上記のエチレンカーボネート回収工
程において、凝縮器（３）の温度を所定の範囲に保持す
ることにより、ＥＣとＥＯとの沸点差を利用して両者を
分離することが出来る。常圧における沸点は、ＥＣが２
４８℃、ＥＯが１０．５℃である。そして、気液分離槽
（２）圧力（減圧度）が例えば上記の８ＫＰａ・Ａの場
合、ＥＣとＥＯとの沸点差は１６０℃となる。従って、
一般的な冷却水による冷却温度に凝縮器（３）の温度を
設定するならば、凝縮器（３）の凝縮液側であるライン
（Ｌ５）からＥＣを流出させ、気相側であるライン（Ｌ
６）からＥＯを流出させることが出来る。そして、この
ＥＣの流出に水とＥＧが同伴される。凝縮器（３）とし
ては一般的な多管式熱交換器を使用することが出来る。

【００１３】酸化エチレン（ＥＯ）処理工程において
は、未反応のＥＯを回収して水和させた後に活性汚泥処
処理する。

【００１４】図示したプロセスの場合、ＥＯの回収は、
上記の凝縮器（３）に接続されたエジェクター（４）及
び（６）の脱気作用によって行なわれる。エジェクター
（４）及び（６）としてはスチームエジェクターが使用
されているが、他の形式のエジェクターも好適に使用し
得る。エジェクター減圧度は水の蒸気圧で決定されるた
め、減圧度を高くする場合は、図示したプロセスの様に
エジェクターが多段にされる。

【００１５】すなわち、エジェクター（４）の排気側ラ
イン（Ｌ７）に凝縮器（５）を接続し、当該凝縮器
（５）の気相側のライン（Ｌ９）をエジェクター（６）
に接続している。そして、エジェクター（６）の排気側
ライン（Ｌ１０）に凝縮器（７）を接続し、凝縮器
（５）及び凝縮器（７）のそれぞれの凝縮液側のライン
（Ｌ８）及びライン（Ｌ１１）を合体させて水和反応槽
（８）に接続している。なお、凝縮器（７）の気相側の
ライン（Ｌ１２）は排気ガス用のラインである。また、
エジェクター（４）及び（６）の駆動流体（スチーム）
は共通のライン（Ｌ１３）から導入され、その圧力は適
宜選択される。凝縮器（５）及び凝縮器（７）は凝縮器
（３）と同様に一般的な多管式熱交換器で構成すること
が出来る。

【００１６】エジェクター（４）及び（６）により水と
混合してて回収されたＥＯ水溶液は水和反応槽（８）で
処理される。すなわち、ＥＯはＥＧに変換される。水和
反応は公知の条件で行われ、通常、硫酸などが触媒とし
て使用される。水和反応槽（８）においては、ライン
（Ｌ８）及び（Ｌ１１）からＥＯ水溶液が供給され、ラ
イン（Ｌ１３）から触媒が供給され、生成したＥＧの水
溶液はライン（Ｌ１４）から抜出される。ＥＧの水溶液
は活性汚泥槽（図示せず）に供給されるが、余剰の硫酸
は予めアルカリで中和される。そして、ＥＧは微生物に
より容易に分解される。

【００１７】図示した例においては、真空装置としてエ
ジェクターが使用されているが、水封式真空ポンプも好
適に使用することが出来る。高い減圧度が必要な場合
は、水封真空ポンプの前にブースターポンプが設置され
る。なお、真空ポンプの様に、水を駆動流体として使用
しない真空装置を使用した場合は、排気ガスを棚段や充
填物を備えた吸収塔に導いて水と向流接触させてＥＯを
水に吸収させる必要がある。

【００１８】図示した例においては、反応液から最初に
ＥＣを分離（反応液から触媒を除去）しているが、反応
液から最初にＥＯを分離してもよい。また、エチレンカ
ーボネート回収工程における気液分離槽（２）の減圧手
段は酸化エチレン処理工程のエジェクター（４）が兼用
されていているが、独立の手段としてもよい。要する
に、酸化エチレン処理工程のエジェクターは、気液分離
槽（２）の減圧手段とは別途に設けてもよい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。

【００２０】実施例１（反応工程：含水系）攪拌機付きオートクレーブに４１
重量％の水を含む含水酸化エチレン２２．３４重量部、
触媒のトリブチルメチルホスホニウムアイオダイド１．
１２重量部を仕込み、元圧２１００ＫＰａの二酸化炭素
ガスを連続的に供給しながら２０００ＫＰａ、１１０℃
で３０分間反応させた。反応液中の酸化エチレン濃度は
０．８重量％であり、酸化エチレンの反応率は９８％、
エチレンカーボネートの選択率は５２％であった。

【００２１】（エチレンカーポネート回収工程）図１に
示すのと同様のエチレンカーポネート回収工程を採用し
た。気液分離槽（２）（蒸発缶）により、上記の反応液
を８ＫＰa・Ａの減圧下で加熱しながら、反応液の９２
重量％を蒸発させ、反応液から触媒を分離した。釜残中
の触媒の濃度は４３重量％であり、残りはエチレンカー
ボネートが４３重量％、エチレングリコールが１３重量
％であった。

【００２２】蒸発したベーパーは、凝縮温度が５０℃に
なる様に、凝縮器（３）の冷却水量を調節して凝縮し
た。凝縮液の組成は、エチレンカーボネート５０重量
％、エチレングリコール３５重量％、水１５重量％であ
り、酸化エチレンは５００ｐｐｍ未満であった。凝縮器
（３）で凝縮しなかったベーパー組成は、水４５重量
％、炭酸ガス４９重量％、エチレングリコール１重量
％、酸化エチレン４重量％であった。

【００２３】（酸化エチレン処理工程）図１に示すのと
同様の酸化エチレン処理工程を採用した。先ず、上記の
凝縮器（３）から抜き出したベーパーを２段のスチーム
エジェクター（４）及び（６）で吸引し、それぞれ、凝
縮器（５）及び（７）で冷却して水に吸収させた。凝縮
器（５）における凝縮温度は５０℃、凝縮器（７）にお
ける凝縮温度は１０℃としたところ、水和反応槽（８）
に供給されるＥＯ水溶液のＥＯ濃度は０．６重量％であ
った。次いで、水和反応槽（８）において、触媒量の硫
酸を添加し、８０℃で１時間攪拌して水和反応を行なっ
てＥＯをＥＧに変換した。ＥＯの転化率は１００％であ
り、液組成は、水が９８．８重量％、ＥＧが１．１重量
％、他に微量のＥＣを含有していた。次いで、水和反応
液を苛性ソーダで中和した後、純水で５０倍に希釈した
試料１００ｍＬに活性汚泥を加えて２００ｍＬの容器に
入れ、常温で攪拌、曝気しながら溶存酸素を８〜９ｍｇ
／Ｌに調節し、５時間後のＣＯＤを測定したところ、開
始時の１／１０以下に低下していた。なお、以上の操作
で得られたＥＣは１２．１重量部であり、エチレングリ
コールは７．９重量部であった。

【００２４】実施例２（反応工程：非水系）実施例１と同じ装置に、水を含ま
ない酸化エチレン１３．１８重量部、触媒としてヨウ化
カリウム０．５重量部を仕込み、元圧２１００ＫＰａの
二酸化炭素ガスを連続的に供給しながら２０００ＫＰ
ａ、１２５℃で６０分間反応させた。反応液中の酸化エ
チレン濃度は０．９重量％であり、酸化エチレンの転化
率は９８％であり、エチレンカーボネートの選択率は１
００％であった。

【００２５】（エチレンカーポネート回収工程）実施例
１と同じ方法で行なった。

【００２６】（酸化エチレン処理工程）２段のスチーム
エジェクター（４）及び（６）（凝縮器（５）及び
（７）の代わりにメカニカルブースターを備えた水封式
真空ポンプを使用した他は、実施例１と同じ方法で行な
った。水封式真空ポンプの循環駆動水中のＥＯ濃度は
０．５重量％であった。活性汚泥処理において実施例１
と同様にＣＯＤの低下を確認した。なお、以上の操作で
得られたＥＣは２４．７重量部であった。

【００２７】比較例１実施例１において、反応工程における反応時間を２時間
に延長し、反応後の残存ＥＯを１重量ｐｐｍまで低下さ
せた他は、実施例１と同様に操作した。ＥＯの転化率は
略１００％となったものの、ＥＣの選択率は３４％に低
下した。

【００２８】比較例２実施例２において、反応工程で得られる反応液中に残存
するＥＯが１重量ｐｐｍとなるまで反応を続行した他
は、実施例２と同様に操作した。その結果、反応時間は
１２０分を要した。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、非水系に
おいては緩和された反応条件を選択することが出来、含
水系においてはエチレンカーボネートの選択率の低下を
回避することが出来、しかも、有害な酸化エチレンを巧
みに処理することが出来る様に改良されたエチレンカー
ボネートの製造方法が提供され、本発明の工業的価値は
顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエチレンカーボネートの製造方法
の好ましい態様を示すプロセス説明図

【符号の説明】

１：反応器２：気液分離槽３：凝縮器４：スチームエジェクター５：凝縮器６：スチームエジェクター７：凝縮器８：水和反応槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化エチレンと炭酸ガスとを触媒の存在
下に反応させてエチレンカーボネートを製造する方法に
おいて、反応液中の酸化エチレンの残存量が１０重量ｐ
ｐｍから１重量％の範囲となった時点で反応を停止する
反応工程と、生成したエチレンカーボネートを分離する
エチレンカーボネート回収工程と、未反応の酸化エチレ
ンを回収して水和させた後に活性汚泥処処理する酸化エ
チレン処理工程とを包含すること特徴とするエチレンカ
ーボネートの製造方法。
【請求項２】未反応の酸化エチレンの回収が真空装置
の脱気作用によって行なわれる請求項１に記載の製造方
法。
【請求項３】真空装置がエジェクター又は水封式真空
ポンプであり、これらの駆動流体の水への溶解によって
酸化エチレンの回収が行なわれる請求項２に記載の製造
方法。
【請求項４】エチレンカーボネート回収工程におい
て、凝縮器付き気液分離槽に減圧下で反応液を供給し、
反応液から触媒を分離し、回収されたエチレンカーボネ
ート及びこれに同伴する酸化エチレンを上記の凝縮器に
導き、エチレンカーボネートを凝縮液として、酸化エチ
レンをベーパーとして、両者を分離する請求項１に記載
の製造方法。
【請求項５】エチレンカーボネート回収工程におい
て、凝縮器付き気液分離槽の減圧が酸化エチレン処理工
程における未反応の酸化エチレンの回収に使用される真
空装置によって行なわれる請求項４に記載の製造方法。