JP2006506324A - アルキレンカーボネートの精製方法 - Google Patents

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Abstract

プロピレンカーボネートなどのアルキレンカーボネートを、塩基性アルミナなどの50〜400m2/gの表面積を有するアルミナまたはシリカ固体吸着剤と接触させて、アルキレンカーボネートから不純物を除去し、色および色安定性を改善する。

Description

本発明は、50〜400m2/gの表面積を有する塩基性アルミナなどの固体吸着剤と接触させることによる、プロピレンカーボネートなどのアルキレンカーボネートの精製に関する。
アルキレンオキシドを二酸化炭素と反応させることにより、アルキレンカーボネートが製造されることが知られている。例えば、米国特許第2,773,070号、米国特許第2,873,282号、4,786,741号、5,179,214号、5,283,356号などを参照されたい。適正な触媒および反応条件は、例えば、上記参考文献で知られており、また教示されている。
従来技術における問題は、アルキレンカーボネート製品の色の不安定性、ならびに様々な不純物によってアルキレンカーボネート製品が汚染されることであった。
例えば米国特許第5,179,214号および5,282,356号では、連続反応システムで、アルキレンオキシドおよび二酸化炭素を、触媒を含有する連続反応器中に導入し、反応混合物の一部分を連続的に再循環させること、および反応混合物の他の部分を連続的に抜き取ってフラッシングさせることによって、未反応のアルキレンオキシドおよび二酸化炭素を除去することが既に提案されている。この除去された物質は、圧縮され、反応混合物に戻すことができる。フラッシングからの残渣は、蒸留して、触媒溶液から製品カーボネートを分離する。連続システムでの問題は、未反応のアルキレンオキシドの水準を低下させるために、バッチシステムにおけるよりも高温度が用いられるが、このことで軽質および重質不純物が形成されるという不利益が生じることであった。満足すべき製品を製造するには、アルキレンオキシドの綿密な蒸留手順が必要とされる。
米国特許第5,631,386号では、二酸化炭素などの不活性ガスでストリッピングすることによって、アルキレンカーボネートから残留するアルキレンオキシドを除去することが提案されている。
WO01/66510A2には、多重蒸留を用いることによって高純度アルキレンカーボネートを供給するプロセスが記載されている。高純度アルキレンカーボネートを高表面積活性炭を用いてさらに精製して、アルキレンカーボネートのUV吸光度が改善できることが開示されている。しかし、本発明のプロセスとは異なり、WO01/66510A2のプロセスは、触媒残渣の除去に対しては有効ではない。
アルキレンカーボネートの製造に使用される触媒に由来する窒素化合物および臭素化合物を含む色を形成する不純物は、高表面積アルミナまたはシリカと接触させることによってアルキレンカーボネートから除去できることが今や見出された。
本発明によって処理されたアルキレンカーボネートは、公知の反応試薬、触媒および反応条件を使用して調製される。例えば、米国特許第2,773,070号、2,873,282号、4,786,741号、5,179,214号、5,283,356号など参照のこと。
本発明は、臭化テトラエチルアンモニウムを触媒として用いてのプロピレンオキシドと二酸化炭素、およびエチレンオキシドと二酸化炭素の反応によって調製されたプロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートの処理に特に適用できる。
米国特許第5,283,356号に記載されているように、アルキレンカーボネートを製造するためのアルキレンオキシドと二酸化炭素の反応は、約100〜約225℃以上、好ましくは約175〜約215℃の温度で実施することができる。反応は、大気圧または、有利には約300psig以上の加圧下で実施することができる。反応は、約300psig〜約3000psigの圧力下で実施するのがより好ましい。反応は、バッチ式または連続的に行うことができる。
連続反応では、触媒を含有する連続反応器にアルキレンオキシドおよび二酸化炭素を導入し、反応混合物の一部を反応器に戻して連続的に再循環させてもよい。この反応物の他の部分を連続的に抜き取り、処理して、製品アルキレンカーボネートから未反応アルキレンオキシドを除去する。別法としては、適切に熱を除去しながら連続反応を一度の通過で実施することができる。
別法としては、アルキレンオキシドおよび触媒のバッチを、オートクレーブまたは反応釜タイプの反応器に装入することができる。二酸化炭素を導入することによって所望の圧力が得られる。典型的には、反応混合物を反応温度に加熱し攪拌し、また二酸化炭素の加圧下で保持する。アルキレンオキシドの大部分を反応させた後、反応混合物を処理して、未反応アルキレンオキシドを除去する。
反応に必要とされる化学量論量を超えた過剰の二酸化炭素を供給する割合で、アルキレンオキシドおよび二酸化炭素を混合すべきである。この過剰量は、おおよそアルキレンオキシド1モルに対し二酸化炭素約1.1モルから、アルキレンオキシド1モルに対し二酸化炭素約10モルである。過剰のアルキレンオキシドは避けるべきである。その理由は、主にアルキレンオキシドポリマーからなる望ましくない副生物が生成するからであり、また爆発性の状態が生じるからである。
アルキレンカーボネートを生成するアルキレンオキシドおよび二酸化炭素間の所望の反応が完了した後、反応混合物を処理して、残存するアルキレンオキシドを除去する。有利には、系の圧を減少させ、系から二酸化炭素およびアルキレンオキシドのガス抜きをする。このようなガス抜きを行った後でも、反応混合物は許容水準が0.06%以下であるに対し、通常0.1%〜1%以上という非許容水準のアルキレンオキシドを含む。一般に、単純なフラッシングとフラッシュされたアルキレンオキシドおよび二酸化炭素の除去では、許容される製品を製造するには不十分である。米国特許第5,631,386号のストリッピング手順が有利に使用することができる。
この公知の手順によって調製されたアルキレンカーボネートは、変色する傾向があり、このことは、その製品の販売および使用に重要かつ不利な影響をおよぼす。色の不安定性の正確な原因は、確実には分っていないが、色の不安定性をもたらす少なくとも一因は、アルキレンカーボネートの製造に使用される触媒に由来する少量の窒素化合物および/またはハロゲン化合物がアルキレンカーボネート中に存在することにあると考えられており、したがって本発明の重要な特徴はこのような不純物の除去にある。
本発明にしたがえば、窒素化合物などの不純物の水準を低下させ、またアルキレンカーボネートの色および色安定性を改善するために、カーボネートを、カーボネートの色を改善し不純物の水準を低下させるのに有効な、高表面積シリカもしくはアルミナの吸着剤と液相で接触させる。本発明を実施する際に使用される吸着剤は、50〜400m2/gの表面積を有する。塩基性アルミナは、特定された表面積を有する通常のシリカおよびアルミナと同様に有用である。
吸着接触は、約15℃〜90℃、好ましくは20℃〜40℃の範囲の温度で好適に実施できる。アルキレンカーボネートの流速は、1時間当たり、吸着剤1量当たり約1〜10体積部が好ましく、2〜5体積部がより好ましい。
一般に、新規な吸着剤接触床を使用している間に、使用し尽くされた接触床を再生することができるように、複数の接触床を使用するのが好ましい。再生は、水等で洗浄した後に、乾燥によるか、スチーム、窒素などのような加熱された不活性ガスでストリッピングすることによって実施できる。
本明細書では、塩基性アルミナとは、少なくとも9のpHを有する塩基性溶液を含浸させ、乾燥させて得られる50〜400m2/gの表面積を有するアルミナを意味する。塩基性溶液は、好適には水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン酸塩、および有機酸塩から選択した化合物などのアルカリ金属化合物またはアンモニウム化合物の溶液である。使用することができる適切な塩基性化合物には、ナトリウム、カリウム、または炭酸アンモニウム、水酸化物、重炭酸塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、安息香酸塩またはクエン酸塩が含まれる。使用に最も好ましい塩基性化合物は、炭酸カリウムである。
本発明で使用する変性されたアルミナは、上記のような適当なpHを有する選ばれた塩基性化合物の溶液を作製し、この溶液を、表面の濡れが生じることなくアルミナの空孔を充填するのにちょうど十分な量で、アルミナに添加することによって調製することができる。この溶液の濃度および量は、乾燥重量基準で、1〜10%の塩基性化合物がアルミナに添加されるように選ばれる。
上記のような塩基性アルミナの他に、指定された表面積を有する通常のアルミナおよびシリカを使用することができる。
以下の実施例は、本発明を例示するものである。
実施例1
1cmIDカラムをアルドリッチ社製塩基性アルミナ(150メッシュ)(38.4g、50cc、SA=155m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=431、1400ppmBrおよび250ppmN)を2/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
上述の結果は、プロピレンカーボネートの色の改善および不純物含有量の低減において、本発明の吸着剤処理が有効であることを実証している。
さらに、促進エージングテストでは、2か月後でも色が生じないことが示された。
実施例2
1cmIDカラムをアルドリッチ社製酸性アルミナ(150メッシュ)(46.6g、49cc、SA=155m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=431、1020ppmBrおよび180ppmN)を1/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
実施例3
1cmIDカラムをアルドリッチ社製中性アルミナ(150メッシュ)(44.3g、47cc、SA=155m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=431、1020ppmBrおよび180ppmN)を2/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
実施例4
1cmIDカラムをエンゲルハルト社製A13996Rアルミナ(14×30メッシュ)(23.4g、46cc、SA=196m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=431、1020ppmBrおよび180ppmN)を2/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
実施例5
1cmIDカラムをグレース社製シリカ(14×30メッシュ)(16.3g、44cc、SA=320m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=431、1020ppmBrおよび180ppmN)を2/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
実施例6
1cmIDカラムをエンゲルハルト社製E149Tアルミナ(14×30メッシュ)(29.3g、44cc、SA=50m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=431、1020ppmBrおよび180ppmN)を2/hrのLHSVで吸着床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
比較例1(低表面積アルミナ)
1cmIDカラムをアルコア社製T64アルミナ(90.8g、47cc、SA=0.04m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=430、1020ppmBr)を2/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
比較例2(活性炭)
1cmIDカラムをカルゴン社製CAL12×40活性炭(14.0g、41cc、SA=1100m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=430、1020ppmBr)を2/hrのLHSVで吸着剤床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
比較例3(活性炭)
1cmIDカラムをカルゴン社製APC12×40活性炭(14.0g、41cc、SA=1350m2/g)で充填した。供給原料のプロピレンカーボネート(APHA=430、1020ppmBr)を2/hrのLHSVで吸着床を通過させ、生成物を50ccずつ採取した。以下の結果が得られた。
Figure 2006506324
上記のデータは、本発明による結果が有効であること、ならびに比較のために低表面積吸着剤および高表面積活性炭はあまり有効でないことを示している。

Claims (5)

  1. アルキレンカーボネートの処理方法であって、アルキレンカーボネートの色および色安定性を改善し、アルキレンカーボネートから不純物を除去するのに有効な条件において、該アルキレンカーボネートを50〜400m2/gの表面積を有するシリカまたはアルミナ固体吸着剤と液相中で接触させることを含む方法。
  2. アルキレンカーボネートがプロピレンカーボネートである請求項1に記載の方法。
  3. 固体吸着剤がアルミナである請求項1に記載の方法。
  4. 固体吸着剤がシリカである請求項1に記載の方法。
  5. 固体吸着剤が塩基性アルミナである請求項1に記載の方法。

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