JP2009120528A - ポリイソシアネートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】未精製ポリイソシアネートを精製する精製工程を含むポリイソシアネートの製造方法において、精製工程は、未精製ポリイソシアネートからタール成分を除去するタール成分除去工程と、タール成分が除去された未精製ポリイソシアネートを、仕切壁蒸留塔により蒸留する蒸留工程とを備える。
【選択図】図1
Description
ポリイソシアネートの製造プラントでは、まず、溶媒回収槽において、上記反応により得られる反応液から溶媒を除去して未精製ポリイソシアネートを抜き出し、次いで、蒸留塔において、未精製ポリイソシアネートからタール成分を除去することにより、未精製ポリイソシアネートを精製している(例えば、特許文献1参照。)。
2塔方式では、まず、1段目の蒸留塔において、塔頂から低沸点不純物が留去され、塔底から高沸点不純物を含む粗ポリイソシアネートが抜き出され、次いで、2段目の蒸留塔において、塔底から高沸点不純物が留去され、塔頂から製品ポリイソシアネートが抜き出される。
一方、1塔方式では、蒸留塔において、塔頂から低沸点不純物を留去し、塔底から高沸点不純物を留去し、塔中間から製品ポリイソシアネートが抜き出される。
1塔方式では、蒸留塔が1塔であるため、2塔方式に比べてエネルギー消費を低減できるが、製品ポリイソシアネートの品質に関し、着色が多く、酸度も高いという不具合がある。
本発明のポリイソシアネートの製造方法では、前記蒸留工程後に得られる製品ポリイソシアネートの酸度が、50ppm以下であることが好適である。
本発明のポリイソシアネートの製造方法では、前記精製工程は、前記蒸留工程の後工程として、蒸留により抜き出したポリイソシアネートを冷却する冷却工程を備え、前記蒸留工程から前記冷却工程に至る滞留時間が、30分以内であることが好適である。
蒸留工程においては、仕切壁蒸留塔により蒸留するので、2塔方式に比べてエネルギー消費を低減することができる。
図1において、精製システム1は、ポリイソシアネートの製造プラントにおいて、ポリイソシアネートを製造する製造工程の、次の工程において、未精製ポリイソシアネートを精製する精製工程のために設備されている。
脱溶媒装置2は、反応液を溶媒と未精製ポリイソシアネートとに分離できれば、特に制限されないが、例えば、蒸留塔5から構成される。蒸留塔5は、単蒸留塔でもよく、必要な理論段数で設計される棚段塔や充填塔でもよく、また、図示しないが、通常、塔底にリボイラを備え、塔頂にコンデンサを備えている。
蒸留塔5には、供給管6から反応液が供給される。反応液は、ポリイソシアネートの製造工程において、例えば、塩化カルボニルとポリアミンとの反応により製造されるポリイソシアネート、および、その反応に用いられる溶媒を含んでいる。反応液は、好ましくは、反応後に余剰の塩化カルボニルや副生する塩化水素ガスが、オフガスとして除去されており、具体的には、ポリイソシアネートが5〜40重量%、溶媒が60〜95重量%の割合で含まれており、さらに、塩化カルボニル、塩化水素、タール成分および不純物などがそれぞれ少量含まれている。
そして、蒸留塔5内には、供給管6から反応液が連続的に供給される。蒸留塔5内は、その塔底がリボイラ(図示せず。)によって加熱(例えば、150〜200℃)され、反応液が沸騰するように減圧(例えば、5〜20kPa)される。蒸留塔5内の塔底温度および減圧度は、反応液に含まれるポリイソシアネートや溶媒の種類・濃度、缶出液中のポリイソシアネートの所望濃度、さらには、蒸留塔5の形式・能力などの要因を総合的に判断して、適宜、上記範囲から選択される。
蒸留塔5の塔頂においては、溶媒や、塩化水素および塩化カルボニルなどの塩素含有ガスが、留出液として抜き出され、留出液抜出管7から連続的に流出される。
つまり、脱溶媒装置2では、反応液から溶媒が除去されて、未精製ポリイソシアネートが、缶出液として抜き出される(溶媒除去工程)。
脱タール装置3は、未精製ポリイソシアネートを粗ポリイソシアネートとタール成分とに分離できれば、特に制限されないが、例えば、蒸発器9から構成される。蒸発器9は、特に制限されないが、例えば、薄膜蒸発器であり、ケーシング10内に、ワイパ11および内部コンデンサ12を備えている。
内部コンデンサ12は、冷媒が循環される熱交換器からなり、ケーシング10の軸線方向に沿って底壁に配置され、低沸点留分抜出管14に連通している。
また、ケーシング10の周側壁の外周面には、ケーシング10内を加熱するためのジャケット15が設けられている。
ケーシング10内においては、モータMの駆動によりワイパ11がケーシング10の周側壁の内周面とわずかな隙間を隔てて、周方向に移動している。また、ケーシング10内は、真空吸引管(図示せず。)により、0.01〜20kPaに減圧されるとともに、ジャケット15により、80〜230℃に加熱されている。
つまり、脱タール装置3では、未精製ポリイソシアネートからタール成分が除去されて、粗ポリイソシアネート(すなわち、タール成分が除去された未精製ポリイソシアネート)が、低沸点留分として抜き出される(タール成分除去工程)。
精製装置4は、仕切壁蒸留塔16および冷却器32を備えている。
仕切壁蒸留塔16は、蒸留塔17、加熱部18および冷却部19を備えている。
蒸留塔17の中間部には、供給側空間21に連通するように、低沸点留分抜出管14の下流側端部が接続されており、抜出側空間22に連通するように、製品抜出管23の上流側端部が接続されている。
また、蒸留塔17の塔頂には、留出液抜出管25の上流側端部が接続されている。なお、留出液抜出管25の下流側端部は、ドレインとされるか、あるいは、点線で示すように、留出液を再度蒸留すべく供給管6の途中に接続される。
冷却部19は、冷却循環ライン28およびクーラ29を備えている。冷却循環ライン28の上流側端部は、留出液抜出管25の途中に接続される。冷却循環ライン28の下流側端部は、蒸留塔17の塔頂に接続される。クーラ29は、冷媒が供給されるコンデンサ(凝縮器となる熱交換器)からなり、冷却循環ライン28の接続部分よりも上流側の留出液抜出管25の途中に介在されている。冷却部19では、クーラ29での冷却温度が、例えば、50〜150℃に設定され、留出液抜出管25へ流出する留出液が冷却される。
そして、蒸留塔17内は、塔底が加熱部18によって加熱(例えば、160〜200℃)され、粗ポリイソシアネートが沸騰するように減圧(例えば、5〜20kPa)される。蒸留塔17内の塔底温度および減圧度は、粗ポリイソシアネートに含まれるポリイソシアネートの種類・濃度、抜き出す製品ポリイソシアネートの所望純度、さらには、蒸留塔17の形式・能力などの要因を総合的に判断して、適宜、上記範囲から選択される。
冷却器32は、製品ポリイソシアネートを冷却できれば、特に制限されず、例えば、冷媒が供給されるクーラ(熱交換器)から構成されている。冷却器32には、製品抜出管23の下流側端部が接続されている。
蒸留塔17から抜き出された製品ポリイソシアネートは、比較的高温(100〜200℃)であり、そのため、製品抜出管23で抜き出した後、速やかに冷却することにより、副反応を抑制して、製品ポリイソシアネートの品質低下を防止する。
つまり、冷却器32において、製品ポリイソシアネートは冷却される(冷却工程)。
上記したポリイソシアネートの製造方法によれば、タール成分除去工程において、未精製ポリイソシアネートからタール成分を除去して、粗ポリイソシアネートを抜き出し、次いで、蒸留工程において、粗ポリイソシアネートを、仕切壁蒸留塔16により蒸留することで、製品ポリイソシアネートを抜き出している。
すなわち、着色に関して、通常の1塔方式(サイドカット方式)では、蒸留塔内に流入される粗ポリイソシアネートは、その高沸点不純物が塔底へ分配され、その低沸点不純物が塔頂へ分配され、製品ポリイソシアネートが、そのまま中間部から抜き出される。そうすると、製品ポリイソシアネートには、不純物(とりわけ高沸点不純物)が多く含まれ、その結果、着色が多くなる。
また、酸度に関して、2塔方式では、2段目の蒸留塔において、塔底から高沸点不純物が留去され、塔頂から製品ポリイソシアネートが抜き出される。つまり、製品ポリイソシアネートは、比較的低温で抜き出されるので、製品ポリイソシアネートと、低沸点不純物である塩化水素との反応により副生するカルバモイルクロライドの生成が増加し、その結果、酸度が多くなる。
一方、上記方法では、塔頂において、低沸点不純物は、留出液抜出管25から連続的に流出される一方、冷却部19の冷却により、ポリイソシアネートに富む成分が抜出側空間22内へ流入される。そして、ポリイソシアネートに富む成分が、蒸留塔17の中間部に配置される製品抜出管23から、製品ポリイソシアネートとして連続的に抜き出される。
実施例1
図1に示す精製システムを用いて、反応液から製品トリレンジイソシアネート(TDI)を精製した。
1)溶媒除去工程
まず、製造工程において得られた反応液(トリレンジイソシアネート19重量%、ジクロロベンゼン(DCB)80重量%、塩化カルボニル0.01重量%、タール成分1重量%)を、脱溶媒装置2の蒸留塔5において、下記運転条件下、未精製TDIとDCBとに分離した。
(蒸留塔5の運転条件)
塔底温度:180℃
塔内減圧度:10kPa
反応液供給量:200kg/h
缶出液(未精製TDI)抜出量:50kg/h
留出液(DCB)抜出量:150kg/h
抜き出された未精製TDIは、TDI96.3重量%、タール成分2.6重量%、DCB0.5重量%を含有し、酸度が0.1%であった。
2.タール成分除去工程
次いで、抜き出された未精製TDIを、脱タール装置3の蒸発器9(内部コンデンサを装備する薄膜蒸発器)において、下記運転条件下、粗TDIとタール成分とに分離した。
(蒸発器9の運転条件)
ジャケット加熱温度:200℃
ケーシング内減圧度:1kPa
未精製TDI供給量:50kg/h
高沸点留分(タール成分)抜出量:1kg/h
低沸点留分(粗TDI)抜出量:49kg/h
抜き出された粗TDIは、TDI98.7重量%、高沸点不純物0.1重量%、低沸点不純物(溶媒を含む)1.2重量%を含有し、酸度が150ppmであった。
3.蒸留工程・冷却工程
次いで、抜き出された粗TDIを、精製装置4の仕切壁蒸留塔16(充填物:理論段数7段×3層、製品抜出管:187℃位置(第2層下部))において、下記運転条件下、製品TDIと、高沸点不純物および低沸点不純物とに分離した(蒸留工程)。
(仕切壁蒸留塔16の運転条件)
熱媒温度:220℃
クーラ冷却温度:55℃
塔底温度:190℃
塔内減圧度:17kPa
粗TDI供給量:50.6kg/h
製品TDI抜出量:46.7kg/h
缶出液(高沸点不純物)抜出量:2.2kg/h
留出液(低沸点不純物)抜出量:1.7kg/h
抜き出した製品TDIを、滞留時間7分で、冷却器32により60℃以下に冷却した(冷却工程)。
比較例1
蒸留工程において、仕切壁蒸留塔16から仕切壁20を取り外した蒸留塔を用いて、下記運転条件にて、製品TDIと、高沸点不純物および低沸点不純物とに分離した以外は、実施例1と同様の方法により、製品TDIを得た。
(蒸留塔(仕切壁なし)の運転条件)
熱媒温度:220℃
クーラ冷却温度:85℃
塔底温度:189℃
塔内減圧度:17kPa
粗TDI供給量:61.7kg/h
製品TDI抜出量:56.9kg/h
缶出液(高沸点不純物)抜出量:2.7kg/h
留出液(低沸点不純物)抜出量:2.1kg/h
得られた製品TDIは、純度99.5重量%以上、色相(ハーゼン単位)20以上、酸度33ppmであった。
2 脱溶媒装置
3 脱タール装置
4 精製装置
16 仕切壁蒸留塔
30 冷却器
Claims (5)
- 未精製ポリイソシアネートを精製する精製工程を含むポリイソシアネートの製造方法において、
前記精製工程は、
未精製ポリイソシアネートからタール成分を除去するタール成分除去工程と、
タール成分が除去された未精製ポリイソシアネートを、仕切壁蒸留塔により蒸留する蒸留工程と
を備えていることを特徴とする、ポリイソシアネートの製造方法。 - 前記精製工程は、前記タール成分除去工程の前工程として、溶媒および未精製ポリイソシアネートを含む反応液から溶媒を除去する溶媒除去工程を備えていることを特徴とする、請求項1に記載のポリイソシアネートの製造方法。
- 前記蒸留工程後に得られる製品ポリイソシアネートの酸度が、50ppm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載のポリイソシアネートの製造方法。
- 前記蒸留工程では、ポリイソシアネートの抜出温度が、100〜200℃であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のポリイソシアネートの製造方法。
- 前記精製工程は、前記蒸留工程の後工程として、蒸留により抜き出したポリイソシアネートを冷却する冷却工程を備え、
前記蒸留工程から前記冷却工程に至る滞留時間が、30分以内であることを特徴とする、請求項4に記載のポリイソシアネートの製造方法。
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