JP2016216363A - Method for producing carbonic acid ester and production device therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing carbonic acid ester where monovalent alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of a solid catalyst and benzonitrile even if pressure lies in relatively low, mild reaction conditions to achieve the reaction of carboxylic acid ester at a high reaction speed and a high reaction rate, and further, by-produced benzamide is regenerated into benzonitrile and reutilized it, by-products are hardly generated other than water, and an environmental load is small.SOLUTION: There is provided a carbonic acid ester generation device containing: a first reaction step where monovalent alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of a solid catalyst and benzonitrile to generate carbonic acid ester and water and subsequently benzamide is generated by hydration reaction between the benzonitrile and the generated water; and a second reaction step where benzamide is separated from the first reaction step thereafter the benzamide is heated and is caused to dehydration reaction in the presence of a catalyst carried with a metal and also in the presence of an organic solvent so as to be regenerated into benzonitrile. The benzonitrile regenerated in the second reaction step is used in the first reaction step.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、一価アルコールと二酸化炭素を、固体触媒と水和剤の存在下で反応させて炭酸エステルを製造し、その際に生成する水と前記水和剤との反応で副生する副生物を、元の水和剤に戻して再利用する炭酸エステルの製造方法及び製造装置に関する。特に、水和剤としてベンゾニトリルを使用し、副生物がベンズアミドである炭酸エステルの製造方法及び製造装置に関する。   In the present invention, a carbonic acid ester is produced by reacting a monohydric alcohol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst and a wettable powder, and a by-product produced as a by-product by the reaction of water generated at that time with the wettable powder. The present invention relates to a method and an apparatus for producing a carbonate ester in which a living organism is returned to its original wettable powder and reused. In particular, the present invention relates to a method and an apparatus for producing a carbonic acid ester in which benzonitrile is used as a wettable powder and a by-product is benzamide.

炭酸エステルとは、炭酸CO(OH)2の2原子の水素のうち1原子、あるいは2原子をアルキル基またはアリール基で置換した化合物の総称であり、RO-C(=O)-OR’(R、R’は飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基や芳香族炭化水素基を表す)の構造を持つものである。 Carbonic acid ester is a general term for compounds in which one or two of hydrogen atoms of carbon dioxide CO (OH) 2 is substituted with an alkyl group or an aryl group, and RO-C (= O) -OR '( R and R ′ each represent a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group).

炭酸エステルは、オクタン価向上のためのガソリン添加剤、排ガス中のパーティクルを減少させるためのディーゼル燃料添加剤等の添加剤として使われるほか、ポリカーボネートやウレタン、医薬・農薬等の樹脂・有機化合物を合成する際のアルキル化剤、カルボニル化剤、溶剤等、あるいはリチウム電池の電解液、潤滑油原料、ボイラー配管の防錆用の脱酸素剤の原料として使われるなど、非常に有用な化合物である。   Carbonate esters are used as additives for gasoline additives to improve octane number, diesel fuel additives for reducing particles in exhaust gas, etc., and also synthesize polycarbonate and urethane, resins and organic compounds such as pharmaceuticals and agricultural chemicals. It is an extremely useful compound such as an alkylating agent, a carbonylating agent, a solvent, or the like, or a lithium battery electrolyte, a lubricating oil raw material, or a raw material for an oxygen scavenger for rust prevention of boiler piping.

従来の炭酸エステルの製造方法としては、ホスゲンをカルボニルソースとしてアルコールと直接反応させる方法が主流である。この方法は、極めて有害で腐食性の高いホスゲンを用いるため、その輸送や貯蔵等の取扱に細心の注意が必要であり、製造設備の維持管理及び安全性の確保のために多大なコストがかかっていた。また、本方法で製造する場合、原料や触媒中に塩素などのハロゲンが含まれており、得られる炭酸エステル中には、簡単な精製工程では取り除くことのできない微量のハロゲンが含まれる。ガソリン添加剤、軽油添加剤、電子材料向け用途にあっては、腐食の原因となる懸念も存在するため、微量に存在するハロゲンを極微量にするための徹底的な精製工程が必須となる。さらに、最近では、人体に極めて有害なホスゲンを利用することから、本製造方法での製造設備の新設が許可されないなど行政指導が厳しくなされてきており、ホスゲンを用いない新たな製造方法が強く望まれている。   As a conventional method for producing a carbonate ester, a method in which phosgene is directly reacted with an alcohol using a carbonyl source is the mainstream. This method uses phosgene, which is extremely harmful and highly corrosive, and therefore requires extreme care in handling such as transportation and storage, and it costs a great deal of money to maintain and maintain manufacturing facilities and ensure safety. It was. Moreover, when manufacturing by this method, halogens, such as chlorine, are contained in a raw material and a catalyst, The trace amount halogen which cannot be removed by a simple refinement | purification process is contained in the carbonate ester obtained. In applications for gasoline additives, light oil additives, and electronic materials, there are also concerns that cause corrosion, and therefore a thorough refining process to make trace amounts of halogens extremely small is essential. Furthermore, since phosgene, which is extremely harmful to the human body, has been used recently, administrative guidance has been tightened, such as the establishment of a new production facility for this production method is not permitted, and a new production method that does not use phosgene is strongly desired. It is rare.

こうした中、非特許文献1に記載されているように、ホスゲンを用いない炭酸エステルの製造法として、二酸化炭素を非常に反応性の高いエチレンオキシドなどと反応させて環状炭酸エステルを合成し、更にメタノールと反応させて炭酸ジメチルを得る方法が実用化されてきている。この方法は、塩酸などの腐食性物質を使用したり、発生することがほとんど無く、地球温暖化ガスとして削減を求められている二酸化炭素を骨格に入れることにより削減効果が期待できる環境にやさしい優れた方法である。ただ、特許文献1に記載されているように、副生するエチレングリコールなどの有効利用が大きな課題であり、またエチレンオキシドの原料であるエチレンや、エチレンオキシドの安全な輸送は困難であるため、これらエチレンとエチレンオキシドの製造工程用プラントに隣接して炭酸エステル製造工程用プラントを立地しなければならないといった制約もある。   Under these circumstances, as described in Non-Patent Document 1, as a method for producing a carbonate ester without using phosgene, a cyclic carbonate is synthesized by reacting carbon dioxide with a highly reactive ethylene oxide or the like, and further methanol. A method of obtaining dimethyl carbonate by reacting with benzene has been put into practical use. This method uses environmentally friendly corrosive substances such as hydrochloric acid, is rarely generated, and can be expected to have a reduction effect by incorporating carbon dioxide, which is required to be reduced as a global warming gas, into the skeleton. It is a method. However, as described in Patent Document 1, effective utilization of by-produced ethylene glycol is a major issue, and since ethylene oxide as a raw material for ethylene oxide and safe transport of ethylene oxide are difficult, these ethylene There is also a restriction that a carbonate ester production process plant must be located adjacent to the ethylene oxide production process plant.

また、特許文献2に記載されているように、メタノールと一酸化炭素を塩化第一銅触媒の存在下、液相で酸素酸化することで炭酸ジメチルを製造する方法も開示されている。しかし、本方法では人体に有害な一酸化炭素を取り扱うことや、ホスゲンを用いる製造法と同様、触媒中にハロゲンを含むことにより、得られる炭酸エステルからのハロゲンの精製工程が必須であること、CO2が少なからず副生するなどの問題が指摘されている。 Further, as described in Patent Document 2, a method for producing dimethyl carbonate by oxidizing methanol and carbon monoxide in a liquid phase in the presence of a cuprous chloride catalyst is also disclosed. However, in this method, carbon monoxide harmful to the human body is handled, and, as in the production method using phosgene, a halogen purification step from the obtained carbonic acid ester is essential by including halogen in the catalyst. Problems such as CO 2 being generated as a by-product have been pointed out.

さらに、非特許文献2に記載されているように、メチルナイトライドと一酸化炭素からPd-Cu系触媒存在下、炭酸ジメチルを製造する方法も実用化されている。本方法では、原料となるメチルナイトライドを炭酸ジメチル製造時に副生する一酸化窒素にメタノールと酸素を反応させて生成するという方法で供給するものであり、プロセスが複雑であることや、人体に有害な一酸化炭素を取り扱うことなどの課題がある。   Furthermore, as described in Non-Patent Document 2, a method for producing dimethyl carbonate from methyl nitride and carbon monoxide in the presence of a Pd—Cu-based catalyst has been put into practical use. In this method, methyl nitride, which is a raw material, is supplied by reacting methanol and oxygen with nitric oxide produced as a by-product during the production of dimethyl carbonate, and the process is complicated. There are issues such as handling harmful carbon monoxide.

それに対し、メタノールと二酸化炭素を固体触媒存在下で反応させて炭酸エステルを直接合成しようとする試みがなされている(たとえば、非特許文献3など)。しかし、本反応は平衡反応であるが、平衡が原料系に大きく偏っているため、メタノール転化率が高々1%程度に留まり、反応率、生産性が低いという克服すべき大きな課題があった。   On the other hand, attempts have been made to directly synthesize carbonate esters by reacting methanol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst (for example, Non-Patent Document 3). However, although this reaction is an equilibrium reaction, since the equilibrium is largely biased toward the raw material system, there was a major problem to be overcome that the methanol conversion rate remained at about 1% at most, and the reaction rate and productivity were low.

上記の課題を解決すべく、炭酸エステル(炭酸ジメチル)と共に副生する水を系外へ除いて反応制約を解除しようとする試みがなされ、例えば触媒と共に水和剤としてアセタール(非特許文献4)、2,2-ジメトキシプロパン(非特許文献5)を用いた研究が報告されているが、反応圧力が高くなるに従って反応が進行する特性を有し、低圧では反応収率が非常に低く、極めて高圧でないと高い生産性が得られない。これは、アセタール、2,2-ジメトキシプロパンの水和反応は液相で触媒作用を受けずに進行すると予想されることからCO2圧力には依存せず、炭酸ジメチル直接合成反応の反応速度が全体の反応速度を決定するためと推察されるが、反応圧力が各々300気圧(30MPa)、60気圧(6MPa)という高圧でメタノール転化率が高くなるため、昇圧に必要な動力エネルギーが非常に大きくなりエネルギー効率が悪くなるなどの問題があった。 In order to solve the above-mentioned problems, an attempt has been made to remove the reaction restriction by removing water by-produced with carbonate (dimethyl carbonate) out of the system. For example, acetal as a wettable powder with a catalyst (Non-patent Document 4). , 2,2-dimethoxypropane (Non-patent Document 5) has been reported, but the reaction proceeds as the reaction pressure increases, and the reaction yield is very low at low pressure. Unless the pressure is high, high productivity cannot be obtained. This is because the hydration reaction of acetal and 2,2-dimethoxypropane is expected to proceed without being catalyzed in the liquid phase, so the reaction rate of the direct synthesis reaction of dimethyl carbonate is not dependent on CO 2 pressure. It is presumed to determine the overall reaction rate, but because the methanol conversion rate increases at high pressures of 300 atm (30 MPa) and 60 atm (6 MPa), respectively, the motive energy required for boosting is very large. There was a problem that energy efficiency became worse.

また、モレキュラーシーブ(固体脱水剤)を用いた研究(非特許文献6)が報告されているが、反応部(高圧)と脱水部(常圧)を分離して循環させるプロセスになることからエネルギー消費が大きく、また大量の固体脱水剤を必要とする問題点があった。   In addition, research using molecular sieves (solid dehydrating agent) (Non-patent Document 6) has been reported, but it is a process that separates and circulates the reaction part (high pressure) and the dehydration part (normal pressure). There was a problem that consumption was large and a large amount of solid dehydrating agent was required.

尚、炭酸エステルの直接合成反応に用いられる固体触媒は、これまでにジメトキシジブチルスズ等のスズ化合物、タリウムメトキシド等のタリウム化合物、酢酸ニッケル等のニッケル化合物、五酸化バナジウム、炭酸カリウム等のアルカリ炭酸塩、及び、Cu/SiO2等種々の化合物が検討されている。 Solid catalysts used for the direct synthesis reaction of carbonate ester have so far been tin compounds such as dimethoxydibutyltin, thallium compounds such as thallium methoxide, nickel compounds such as nickel acetate, vanadium pentoxide, potassium carbonate and other alkaline carbonates. Various compounds such as salts and Cu / SiO 2 have been studied.

一方、水和剤としてアセトニトリルを用いた反応として、固体触媒存在下、二価アルコールであるプロピレングリコールと二酸化炭素から環状炭酸エステル(プロピレンカーボネート)を直接合成する反応系に関する研究が報告されている(非特許文献7)。しかし、本反応系でも反応圧力の影響が顕著で、反応圧力が高くなるにしたがって反応が進行する特性を有し、低圧では反応収率が極端に低いが、環状炭酸エステルの直接合成反応が平衡的に有利な高圧で収率が上昇し、反応圧力は100気圧以上が望ましいことが確認され、上記と同様エネルギー効率が悪くなるなどの問題があった。   On the other hand, as a reaction using acetonitrile as a wettable powder, research on a reaction system for directly synthesizing a cyclic carbonate (propylene carbonate) from propylene glycol and carbon dioxide as a dihydric alcohol in the presence of a solid catalyst has been reported ( Non-patent document 7). However, even in this reaction system, the influence of the reaction pressure is significant, and the reaction proceeds as the reaction pressure increases. The reaction yield is extremely low at low pressure, but the direct synthesis reaction of cyclic carbonate is balanced. In particular, it was confirmed that the yield increased at a particularly advantageous high pressure, and the reaction pressure was preferably 100 atm or higher, and there was a problem that the energy efficiency was deteriorated as described above.

本発明者らは、炭酸エステルの製造に際し、一価アルコールと二酸化炭素から炭酸エステルを不均一系触媒を用いて直接合成する方法に着目し、炭酸エステルと共に副生する水を系外へ除く水和剤として、アセトニトリル、ベンゾニトリルを用いることにより、30気圧や60気圧といった高圧は不要で、常圧に近い圧力下で反応が促進されるという効果を初めて見出した(特許文献4、5参照)。しかし、水和剤としてアセトニトリルを用いた場合には、アセトアミド等の副生物が生成し、それらの用途も限定されることから、水和剤としてベンゾニトリルを採用することで、アセトニトリルの場合と同様に、反応系の圧力が常圧に近い圧力下で反応がより進行する現象が見られると共に、副生物の種類も少ないことを見出した。   The present inventors pay attention to a method of directly synthesizing a carbonate ester from monohydric alcohol and carbon dioxide using a heterogeneous catalyst in the production of carbonate ester, and remove water by-produced with the carbonate ester out of the system. By using acetonitrile and benzonitrile as a compatibilizer, it was found for the first time that the reaction is accelerated under a pressure close to normal pressure without requiring high pressure such as 30 or 60 atmospheres (see Patent Documents 4 and 5). . However, when acetonitrile is used as a wettable powder, by-products such as acetamide are produced, and their use is limited. By adopting benzonitrile as a wettable powder, it is the same as in the case of acetonitrile. In addition, it was found that the reaction proceeds more under the pressure of the reaction system close to normal pressure, and that there are few types of by-products.

国際公開第2004/014840号International Publication No. 2004/014840 欧州特許出願公開第365083号明細書European Patent Application No. 365083 特開2009−132673号公報JP 2009-132673 A 特開2010−77113号公報JP 2010-77113 A 特開2012−162523号公報JP 2012-162523 A 特開2009−213975号公報JP 2009-213975 A

化学工学, 68(1) (2004) 41Chemical engineering, 68 (1) (2004) 41 触媒, 36 (1994) 127Catalyst, 36 (1994) 127 Catal. Lett., 58(1999)Catal. Lett., 58 (1999) Polyhedron, 19 (2000) 573Polyhedron, 19 (2000) 573 Appl. Catal. A Gen, 237 (2002) 103Appl. Catal. A Gen, 237 (2002) 103 Eco Industry, 6 (2001) 11Eco Industry, 6 (2001) 11 Catal. Lett., 112, (2006) 187Catal. Lett., 112, (2006) 187 M.B.Smith, J.March, Adv. Org. Chem.: Reactions, Mechanism, and Structure 5th ed., John Wiley & Sons, New York, (2001)M.B.Smith, J.March, Adv.Org.Chem .: Reactions, Mechanism, and Structure 5th ed., John Wiley & Sons, New York, (2001) 御園生誠、斉藤泰和、触媒化学、丸善 (1999)Misono Misasa, Saito Yasukazu, Catalytic Chemistry, Maruzen (1999) C.W.Kuo, et al., Chem. Commun., (2007) 301C.W.Kuo, et al., Chem. Commun., (2007) 301 S. Enthaler, Chem. Eur. J., 17 (2011) 9316S. Enthaler, Chem. Eur. J., 17 (2011) 9316

本発明者はさらに、炭酸エステルの更なる生成量向上のため、水和剤の種類を鋭意検討したところ、ベンゾニトリルを用いることにより、アセトニトリルの場合と比べ、炭酸エステルの生成量、生成速度を大幅に改善し、常圧に近い比較的低い圧力下で反応が進行しやすく、且つ、反応速度が非常に速いことを見出した(特許文献4参照)。しかし、副生するベンズアミドの処理方法や利用方法に関しては、検討されていなかった。   The present inventor has further studied the types of wettable powder for further improvement in the production amount of carbonate ester. By using benzonitrile, the production amount and production rate of carbonate ester are reduced as compared with the case of acetonitrile. It was found that the reaction was greatly improved, the reaction was likely to proceed under a relatively low pressure close to normal pressure, and the reaction rate was very high (see Patent Document 4). However, the processing method and utilization method of by-product benzamide have not been studied.

本発明で水和剤としているベンゾニトリルを始めとするニトリルは、一般的に、溶媒、合成樹脂、染料、医薬中間体等の多くの用途に利用されている。中でも、ベンゾニトリルは医薬品や農薬の原料となる物質で、各種誘導体を合成する際の出発原料として使用される物質である。   Nitriles such as benzonitrile as a wettable powder in the present invention are generally used in many applications such as solvents, synthetic resins, dyes, and pharmaceutical intermediates. Among them, benzonitrile is a substance used as a raw material for pharmaceuticals and agricultural chemicals, and is a substance used as a starting material when synthesizing various derivatives.

しかしながら、ベンゾニトリルと水との反応により生成するベンズアミドの用途は一部の医農薬中間体に限定される。そのため、ベンゾニトリルを水和剤として使用する炭酸エステルの製造においては、副生するベンズアミドをベンゾニトリルに再生して再利用することが有効と考えられ、この再生反応を選択率高く(副生成物が生じると水和剤として再利用が難しくなると考えられるため)、且つ収率高く(収率が低いとベンズアミドの残留量が多くなり、ベンゾニトリルとの分離処理量が多くなり負荷が高くなるため)行うことが課題となることが判明した。   However, the use of benzamide produced by the reaction of benzonitrile and water is limited to some medical and agrochemical intermediates. Therefore, in the production of carbonic acid esters using benzonitrile as a wettable powder, it is considered effective to regenerate the benzamide produced as a by-product into benzonitrile and reuse it. This regeneration reaction is highly selective (by-product). If this occurs, it may be difficult to reuse as a wettable powder), and the yield is high (if the yield is low, the residual amount of benzamide increases, the amount of separation treatment from benzonitrile increases, and the load increases. ) Turned out to be a challenge.

一般的に、ニトリルの合成方法の一つとして、無機シアン化物による求核置換反応が利用されているが、有毒なシアン化物の使用やハロゲン塩が副生するという問題がある(非特許文献8)。   In general, nucleophilic substitution reaction with inorganic cyanide is used as one of the methods for synthesizing nitriles, but there is a problem that toxic cyanide is used and halogen salts are by-produced (Non-patent Document 8). ).

また、アンモ酸化法(SOHIO法)という方法で、Mo−Bi系やFe−Sn系の酸化物触媒を用いて、アンモニア存在下で空気を酸化剤とした気相反応が工業化されているが、400℃以上の高い反応温度が必要であり、さらに、アクリロニトリルなどに限定される(非特許文献9)。   In addition, a gas phase reaction in which air is used as an oxidizing agent in the presence of ammonia using a Mo-Bi-based or Fe-Sn-based oxide catalyst in an ammoxidation method (SOHIO method) has been industrialized. A high reaction temperature of 400 ° C. or higher is required, and it is further limited to acrylonitrile and the like (Non-patent Document 9).

一方、アミドの脱水反応によるニトリルの合成もあり、ベンズアミドの脱水反応では数件報告例があるが、いずれも均一系触媒を使用することから合成後の精製、触媒の分離等の後工程が煩雑になること、強力な試薬(強酸あるいは強塩基)を使用し、また多量の副生物も発生することから環境負荷が大きいことが課題となっている(非特許文献10、11)。   On the other hand, there are nitrile syntheses by amide dehydration, and there are several reports of benzamide dehydration reactions, but since all use homogeneous catalysts, subsequent processes such as purification after synthesis and separation of the catalyst are complicated. Therefore, the use of a strong reagent (strong acid or strong base) and generation of a large amount of by-products cause a large environmental load (Non-Patent Documents 10 and 11).

また、不均一系触媒を用いたアミドの脱水反応として、特許文献6には、第1級アミドの脱水反応用触媒とそれを用いたニトリルの製造方法に関する記載がある。触媒はバナジウムをハイドロタルサイトに担持した固体触媒で、第1級アミドとしてベンズアミドのような芳香族アミド、ヘテロ環を有するアミド、脂肪族アミドでも活性を有するとされているものの、反応速度が遅く十分でない。これは、一般的にニトリルよりもアミドの方が安定な物質であり、アミドの脱水反応は反応速度が遅いこと、さらに、アミド分子内でアミド基の水素原子と窒素ヘテロ原子間で分子内水素結合を起こすが、アミドは特に分子内水素結合が大きく、安定な物質となり、脱水反応が進行しにくいからだと考えられる。   In addition, as a dehydration reaction of an amide using a heterogeneous catalyst, Patent Document 6 describes a catalyst for a dehydration reaction of a primary amide and a nitrile production method using the same. The catalyst is a solid catalyst with vanadium supported on hydrotalcite, and it is said that the primary amide is also active with aromatic amides such as benzamide, amides with heterocycles and aliphatic amides, but the reaction rate is slow. not enough. This is because the amide is generally more stable than the nitrile, and the dehydration reaction of the amide is slower, and the intramolecular hydrogen between the hydrogen atom of the amide group and the nitrogen heteroatom in the amide molecule. This is probably because amides have particularly large intramolecular hydrogen bonds, become stable substances, and are unlikely to undergo dehydration.

以上のように、一価アルコールと二酸化炭素を、固体触媒の存在下で反応させて高収率に炭酸エステルを合成し、副生するベンズアミドからベンゾニトリルへと再生させる、炭酸エステルの製造方法及び装置に関する報告例はこれまでなかった。   As described above, a method for producing a carbonate ester, which comprises reacting a monohydric alcohol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst to synthesize a carbonate ester in a high yield and regenerate from the by-product benzamide to benzonitrile, and There have been no reports on devices.

したがって、上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、アルコールと二酸化炭素を、固体触媒と水和剤のベンゾニトリルとの存在下で反応させて炭酸エステルを直接合成する際に、生成する水をベンゾニトリルと反応させて、反応系から除去することで、炭酸エステルの生成を促進する一方、副生するベンズアミドは脱水反応させて選択率高く且つ収率高くベンゾニトリルに再生し、水和剤として再利用を図ることで、上記反応系全体として高効率で、且つ系外には製品である炭酸エステルと副生水のみとなる環境負荷の小さい炭酸エステルの製造方法と製造装置を提供することにある。   Therefore, in view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to produce a carbonic acid ester directly by reacting alcohol and carbon dioxide in the presence of a solid catalyst and a hydrating agent benzonitrile. By reacting water with benzonitrile and removing it from the reaction system, the formation of carbonate ester is promoted. On the other hand, by-product benzamide is dehydrated to regenerate benzonitrile with high selectivity and high yield. Providing a method and an apparatus for producing a carbonate ester that is highly efficient as a whole of the above reaction system and has only a carbonate ester and by-product water as a product, and has only a small environmental impact, by reusing it as a compatibilizer. There is to do.

本発明者らは、炭酸エステルの製造に際し、一価アルコールと二酸化炭素から炭酸エステルを直接合成する方法に着目し、炭酸エステルと共に副生する水を系外へ除く水和剤として、アセトニトリル、ベンゾニトリルを用いることにより、非特許文献4、5に記載されているような30MPa(300気圧)や6MPa(60気圧)といった高圧は不要で、常圧に近い圧力下で反応が促進されるという効果を初めて見出し、特許出願した(特許文献4、特許文献5)。いずれの水和剤を用いた場合でも、副生アミドの分離あるいは再利用等の処理方法が検討されておらず、課題であった。   The inventors of the present invention focused on a method of directly synthesizing carbonate ester from monohydric alcohol and carbon dioxide in the production of carbonate ester, and used acetonitrile, benzoate as a wettable powder to remove water produced as a byproduct together with carbonate ester out of the system. By using nitrile, high pressure such as 30 MPa (300 atm) or 6 MPa (60 atm) as described in Non-Patent Documents 4 and 5 is unnecessary, and the effect of promoting the reaction under a pressure close to normal pressure. For the first time and filed a patent application (Patent Document 4, Patent Document 5). Even when any wettable powder is used, a treatment method such as separation or reuse of by-product amide has not been studied, which is a problem.

上記知見を元に、本発明者らは、副生物の利用も含めた炭酸エステルの製造方法について検討を進め、常圧に近い比較的低い圧力下で反応が進行しやすく、反応速度が非常に速く、且つ副生物の種類も少ないという、水和剤として優れた特性を有するベンゾニトリルを、本製造方法に用いることを考えた。   Based on the above knowledge, the present inventors proceeded with a study on a method for producing a carbonate ester including utilization of by-products, and the reaction was likely to proceed under a relatively low pressure close to normal pressure, and the reaction rate was very high. It was considered that benzonitrile having excellent characteristics as a wettable powder, which is fast and has few by-products, is used in this production method.

そこで、固体触媒として触媒を構成する元素、組成に着目して鋭意検討したところ、酸性度が比較的低く塩基性度が比較的高い酸塩基複合機能を有する固体触媒が、水和剤にベンゾニトリルを用いた場合、固体触媒存在下で水和反応によりベンズアミドを生成する反応が促進されて反応系からの脱水が効率よく進み、比較的低圧の温和な条件下でも反応平衡制約を受けることなく炭酸エステルを高い収率で得られることを見出した。   Thus, as a solid catalyst, the inventors have intensively studied focusing on the elements and composition constituting the catalyst. As a result, a solid catalyst having an acid-base complex function having a relatively low acidity and a relatively high basicity has Is used, the reaction to produce benzamide by hydration reaction in the presence of a solid catalyst is promoted, the dehydration from the reaction system proceeds efficiently, and the carbonic acid is not subject to reaction equilibrium constraints even under mild conditions of relatively low pressure. It has been found that the ester can be obtained in high yield.

さらに、このような触媒の中でも、CeO及びZrOのいずれか一方、又は、双方の酸化物が非常に有効であることを見出した(特許文献5)。 Furthermore, among such catalysts, it has been found that either one of CeO 2 and ZrO 2 or both oxides are very effective (Patent Document 5).

次に、それらの知見に基づき、本発明者等は、ベンゾニトリルを水和剤として用いた場合、副生するベンズアミドは、用途が限定されて有効活用が難しいという問題を解決すべく、ベンゾニトリルへの再生反応について鋭意検討した。   Next, based on these findings, the present inventors have found that when benzonitrile is used as a hydrating agent, benzamide produced as a by-product has a limited use and is difficult to effectively utilize. The regenerative reaction to was studied earnestly.

従来、ベンズアミドの脱水反応は均一系触媒でしか行われていなかったが、副生物を抑え、反応系において液相で存在する原料及び生成物からの分離を容易にできる不均一系触媒を検討した。   Previously, benzamide dehydration reaction was carried out only with homogeneous catalysts, but we studied heterogeneous catalysts that suppress by-products and can be easily separated from raw materials and products that exist in the liquid phase in the reaction system. .

本発明者等は、ベンズアミドの脱水反応として、金属酸化物における金属と酸素の間の二重結合が脱水反応の活性主として有効であると考え、二重結合を有する金属酸化物を活性種とする触媒を検討した。   The present inventors consider that a double bond between a metal and oxygen in a metal oxide is mainly effective as a dehydration reaction as a dehydration reaction of benzamide, and use a metal oxide having a double bond as an active species. The catalyst was studied.

その結果、触媒担体に、金属−酸素間の二重結合を有する特定の金属酸化物を担持させた触媒を用いると、比較的温和な条件下であっても高活性となることを見出し、発明を為すに至った。   As a result, it has been found that when a catalyst in which a specific metal oxide having a double bond between metal and oxygen is supported on a catalyst carrier, high activity is obtained even under relatively mild conditions. I came to do it.

本発明の要旨は、下記の通りである。
(1)CeO及びZrOのいずれか一方、又は、双方の固体触媒とベンゾニトリルとの存在下で、一価アルコールと二酸化炭素を反応させて炭酸エステルと水を生成すると共に、前記ベンゾニトリルと前記生成した水との水和反応によりベンズアミドを生成させる第1の反応工程と、
前記第1の反応工程から前記ベンズアミドを分離した後、当該ベンズアミドを、モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、ニオブのいずれか1種または2種以上の金属種の金属酸化物がSiO、TiO、CeO、ZrO、Al、Cのいずれか1種又は2種以上の触媒担体に担持された触媒の存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応することにより、ベンゾニトリルに再生する第2の反応工程を有し、
前記第2の反応工程で再生したベンゾニトリルを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする炭酸エステルの製造方法である。また、
The gist of the present invention is as follows.
(1) A monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of either one of CeO 2 and ZrO 2 or both solid catalysts and benzonitrile to produce a carbonate and water, and the benzonitrile A first reaction step of generating benzamide by a hydration reaction between the water and the generated water;
After separating the benzamide from the first reaction step, the metal oxide of one or more metal species of molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, niobium is SiO 2 , TiO 2 , By dehydration reaction by heating in the presence of a catalyst supported on one or more of the catalyst supports of CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and C and in the presence of an organic solvent , Having a second reaction step to regenerate to benzonitrile,
Benzonitrile regenerated in the second reaction step is used in the first reaction step. Also,

(2) 前記第1の反応工程からの前記ベンズアミドの分離は、
前記第1の反応工程から排出される炭酸エステル、ベンズアミド、未反応のベンゾニトリル、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及びベンズアミドとに分離する工程と、
前記固液分離後の液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンをそれぞれに分離する工程と、
前記固液分離後の固体触媒及びベンズアミドを、親水性溶媒で抽出した後に固液分離し、液相のベンズアミド及び親水性溶媒と、固相の固体触媒とに分離する工程と、からなり、
更に、前記第2の反応工程の後、
当該工程から排出されるベンゾニトリル、未反応のベンズアミド、及び金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を、濾過して、固相の金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を分離する工程と、
当該分離後に残ったベンゾニトリル、ベンズアミド、有機溶媒、水をそれぞれに分離する工程と、を有し、
前記分離されたベンゾニトリルを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする(1)に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、
(2) Separation of the benzamide from the first reaction step is
The carbonate ester, benzamide, unreacted benzonitrile discharged from the first reaction step, and the solid catalyst are subjected to solvent extraction with alkane and then separated into solid and liquid, and the liquid phase carbonate ester, unreacted benzonitrile, And separating the alkane and the solid catalyst and benzamide in solid phase;
Separating the liquid phase carbonate after solid-liquid separation, unreacted benzonitrile, and alkane, respectively;
The solid catalyst and benzamide after the solid-liquid separation are extracted with a hydrophilic solvent, followed by solid-liquid separation, and separated into a liquid phase benzamide and a hydrophilic solvent and a solid phase solid catalyst.
Furthermore, after the second reaction step,
A step of filtering the catalyst in which the benzonitrile, unreacted benzamide, and metal oxide supported on the catalyst support are discharged from the process to separate the catalyst in which the solid phase metal oxide is supported on the catalyst support. When,
Separating each of the benzonitrile, benzamide, organic solvent, and water remaining after the separation,
The method for producing a carbonate ester according to (1), wherein the separated benzonitrile is used in the first reaction step. Also,

(3)前記分離された固体触媒を再生する工程を更に有し、再生後の触媒を、前記第1の反応工程で使用することを特徴とする(2)に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (3) The method for producing carbonate ester according to (2), further comprising a step of regenerating the separated solid catalyst, wherein the regenerated catalyst is used in the first reaction step. is there. Also,

(4)前記溶媒抽出の際に使用するアルカンが、ヘキサンであることを特徴とする(2)又は(3)に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (4) The method for producing a carbonate ester according to (2) or (3), wherein the alkane used in the solvent extraction is hexane. Also,

(5)前記親水性溶媒が、アセトンであることを特徴とする(2)〜(4)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (5) The method for producing a carbonate ester according to any one of (2) to (4), wherein the hydrophilic solvent is acetone. Also,

(6)前記アルカリ金属を担持した触媒は、SiO、TiO、CeO、ZrOのいずれか1種又は2種以上から成る触媒担体上に、モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、ニオブのいずれか1種又は2種以上の金属酸化物を担持した触媒であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (6) The catalyst carrying the alkali metal is any one of molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, and niobium on a catalyst carrier composed of one or more of SiO 2 , TiO 2 , CeO 2 , and ZrO 2. The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (5), wherein the catalyst is a catalyst supporting one or more metal oxides. Also,

(7)前記触媒担体が、SiOであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (7) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (6), wherein the catalyst carrier is SiO 2 . Also,

(8)前記金属酸化物が、モリブデン酸化物であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (8) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (7), wherein the metal oxide is molybdenum oxide. Also,

(9)前記一価アルコールがメタノールであり、炭酸エステルとして炭酸ジメチルを製造することを特徴とする(1)〜(8)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (9) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (8), wherein the monohydric alcohol is methanol and dimethyl carbonate is produced as a carbonate ester. Also,

(10)前記一価アルコールがエタノールであり、炭酸エステルとして炭酸ジエチルを製造することを特徴とする(1)〜(8)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (10) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (8), wherein the monohydric alcohol is ethanol and diethyl carbonate is produced as a carbonate ester. Also,

(11)前記有機溶媒が、メシチレンであることを特徴とする(1)〜(10)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (11) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (10), wherein the organic solvent is mesitylene. Also,

(12)前記第2の反応工程において、脱水剤を使用することを特徴とする(1)〜(11)のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法である。また、 (12) The method for producing a carbonate ester according to any one of (1) to (11), wherein a dehydrating agent is used in the second reaction step. Also,

(13)前記(1)〜(12)のいずれか1項に記載の製造方法に用いる炭酸エステルの製造装置であって、
二酸化炭素を加圧する手段と、CeO及びZrOのいずれか一方、又は、双方の固体触媒、一価アルコール、二酸化炭素、2−シアノピリジンを混合して反応させる手段と、CeO、ZrO、及びCeOとZrOの化合物からなる群から選ばれた1種又は2種以上からなる固体触媒と、ベンゾニトリルとの存在下で、一価アルコールと二酸化炭素を反応させて炭酸エステルと水を生成すると共に、前記ベンゾニトリルと前記生成した水との水和反応によりベンズアミドを生成させる第1の反応手段と、
当該手段により排出される炭酸エステル、ベンズアミド、未反応のベンゾニトリル、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及びベンズアミドとに分離する手段と、
前記固液分離後の液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンをそれぞれに分離する手段と、
前記固液分離後の固体触媒及びベンズアミドを、親水性溶媒で抽出した後に固液分離し、液相のベンズアミド及び親水性溶媒と、固相の固体触媒とに分離する手段と、
当該分離されたベンズアミドを、モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、ニオブのいずれか1種または2種以上の金属種の金属酸化物がSiO、TiO、CeO、ZrO、Al、Cのいずれか1種又は2種以上の触媒担体に担持された触媒の存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応させ、ベンゾニトリルを生成する第2の反応手段と、
当該手段により排出されるベンゾニトリル、未反応のベンズアミド、及び金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を、濾過して、固相の金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を分離する手段と、
当該分離後に残ったベンゾニトリル、ベンズアミド、有機溶媒、水をそれぞれに分離する手段と、を有し、
前記分離されたベンゾニトリルを、前記第1の反応手段へと搬送する手段を有することを特徴とする炭酸エステルの製造装置である。
(13) A carbonate ester production apparatus used in the production method according to any one of (1) to (12),
A means for pressurizing carbon dioxide; a means for mixing one of CeO 2 and ZrO 2 or both solid catalysts, monohydric alcohol, carbon dioxide and 2-cyanopyridine; and reacting; and CeO 2 , ZrO 2 And a monohydric alcohol and carbon dioxide in the presence of benzonitrile in the presence of one or two or more solid catalysts selected from the group consisting of CeO 2 and ZrO 2 compounds, and carbonate and water. A first reaction means for producing benzamide by a hydration reaction between the benzonitrile and the produced water;
Carbonate ester, benzamide, unreacted benzonitrile, and the solid catalyst discharged by the means are subjected to solvent extraction with alkane, followed by solid-liquid separation, and liquid phase carbonate ester, unreacted benzonitrile, and alkane, Means for separating the solid catalyst and benzamide in solid phase;
Means for separating the carbonate, unreacted benzonitrile, and alkane in the liquid phase after the solid-liquid separation;
The solid catalyst and benzamide after the solid-liquid separation are extracted with a hydrophilic solvent and then separated into solid and liquid, and separated into a liquid phase benzamide and a hydrophilic solvent and a solid phase solid catalyst,
The separated benzamide is a metal oxide of any one or more of molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, niobium, or a metal oxide of SiO 2 , TiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , A second reaction means for producing a benzonitrile by dehydration by heating in the presence of a catalyst supported on any one or two or more catalyst carriers of C and in the presence of an organic solvent;
Means for separating the catalyst in which the solid phase metal oxide is supported on the catalyst carrier by filtering the catalyst in which the benzonitrile, unreacted benzamide and metal oxide supported on the catalyst carrier are discharged by the means When,
And means for separating benzonitrile, benzamide, organic solvent, and water remaining after the separation,
An apparatus for producing a carbonic ester, comprising means for conveying the separated benzonitrile to the first reaction means.

本発明の炭酸エステルの製造方法及び装置では、一価アルコールと二酸化炭素を、固体触媒とベンゾニトリルの存在下で反応させて高収率で炭酸エステルを製造し、副生するベンズアミドから高選択率及び高収率でベンゾニトリルへと再生して、この再生したベンゾニトリルを炭酸エステルの製造に再利用することができる。これによって、反応後の分離が容易で、副生物は水のみとなり、高効率で環境負荷の小さい炭酸エステルの製造が実現可能となる。   In the carbonate ester production method and apparatus of the present invention, a monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted in the presence of a solid catalyst and benzonitrile to produce a carbonate ester in a high yield, and a high selectivity from a by-product benzamide is obtained. And can be regenerated to benzonitrile in high yield, and the regenerated benzonitrile can be reused in the production of carbonates. As a result, separation after the reaction is easy, and the only by-product is water, making it possible to produce a carbonate ester with high efficiency and low environmental impact.

本発明の炭酸エステルの製造装置の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the example of the manufacturing apparatus of the carbonate ester of this invention. 図1の炭酸エステルの製造装置の各工程における各物質の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of each substance in each process of the manufacturing apparatus of the carbonate ester of FIG. 本発明の炭酸エステルの製造装置の他の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other example of the manufacturing apparatus of the carbonate ester of this invention. 図3の炭酸エステルの製造装置の各工程における各物質の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of each substance in each process of the manufacturing apparatus of the carbonate ester of FIG.

<炭酸エステルの製造方法>
以下、具体例を示して、本発明の製造方法を更に詳細に説明する。
<Method for producing carbonate ester>
Hereinafter, the production method of the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

[第1の反応工程]
本発明の炭酸エステルの製造方法における第1の反応工程は、CeO及びZrOのいずれか一方又は双方の固体触媒とベンゾニトリルとの存在下、一価アルコールと二酸化炭素を直接反応させて炭酸エステルを生成するものである。
[First reaction step]
The first reaction step in the method for producing a carbonate ester of the present invention involves directly reacting a monohydric alcohol and carbon dioxide in the presence of one or both of a solid catalyst of CeO 2 and ZrO 2 and benzonitrile to produce carbonic acid. An ester is produced.

本工程では、一価アルコールと二酸化炭素を反応させると炭酸エステルの他に水も生成するが、ベンゾニトリルが存在することで、生成した水との水和反応によりベンズアミドを生成し、生成した水を反応系から除去又は低減することで、炭酸エステルの生成を促進させることが可能となる。

Figure 2016216363
In this step, when monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted, water is produced in addition to the carbonate ester. However, the presence of benzonitrile produces benzamide by hydration reaction with the produced water. It becomes possible to promote the production | generation of carbonate ester by removing or reducing from a reaction system.
Figure 2016216363

(一価アルコール)
ここで、一価アルコールとしては、第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコールのうち一種又は二種以上から選ばれたいずれのアルコールも用いることができ、メタノール、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノール、ベンジルアルコール、アリルアルコールを用いた場合が、生成物の収率が高く、反応速度も速いので好ましい。この時、生成する炭酸エステルはそれぞれ、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸ジブチル、炭酸ジベンジル、炭酸ジアリルとなる。
(Monohydric alcohol)
Here, as the monohydric alcohol, any alcohol selected from one or more of primary alcohol, secondary alcohol, and tertiary alcohol can be used, and methanol, ethanol, 1-propanol , 1-butanol, benzyl alcohol, and allyl alcohol are preferred because the yield of the product is high and the reaction rate is fast. At this time, the produced carbonates are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, dibenzyl carbonate, and diallyl carbonate, respectively.

(炭酸エステル製造触媒)
また、CeO及びZrOのいずれか一方又は双方の固体触媒は、CeOのみ、ZrOのみ、CeOとZrOの混合物、あるいはCeOとZrOの固溶体や複合酸化物であり、特にCeOのみが好ましい。また、CeOとZrOの固溶体や複合酸化物に関しては、CeOとZrOの混合比(モル比)は、特に限定されず、たとえば、1:99〜99:1であることができ、例えば、50:50のモル比であってもよい。
(Carbonate production catalyst)
Moreover, either or both of the solid catalyst of CeO 2 and ZrO 2, only CeO 2, only ZrO 2, a CeO 2 and mixtures of ZrO 2, or CeO 2 solid solution or a composite oxide of ZrO 2, in particular Only CeO 2 is preferred. As for the CeO 2 and ZrO 2 solid solution or a composite oxide, the mixing ratio of CeO 2 and ZrO 2 (molar ratio) is not particularly limited, for example, 1: 99 to 99: can be a 1, For example, the molar ratio may be 50:50.

本発明者らが鋭意検討した結果、炭酸エステル直接合成に用いる触媒は、酸塩基複合機能を有することが必要であり、特に酸性度が比較的低く且つ塩基性度が比較的高い性質を有することが好ましい。酸性度が高すぎると、炭酸エステルよりもむしろエーテルを多量に合成することになり好ましくない。適度な酸塩基複合機能触媒においては、塩基点上でR−O−M(Mは触媒)の形でアルコールが解離吸着し、COとの間でRO−C(=O)−O…Mを形成し、他方、酸点上ではHO−R…Mの形でアルコールが吸着し、両吸着種の間でRO−C(=O)−ORが生成される機構が考えられる。 As a result of intensive studies by the present inventors, the catalyst used for the direct synthesis of carbonic acid ester is required to have an acid-base complex function, and in particular, has a property of relatively low acidity and relatively high basicity. Is preferred. If the acidity is too high, it is not preferable because a large amount of ether is synthesized rather than carbonate. In the moderate acid base complex function catalyst, RO-M on base point (M catalyst) alcohol dissociates adsorbed in the form of, RO-C (= O) with the CO 2 -O ... M On the other hand, on the acid point, alcohol is adsorbed in the form of HO—R... M, and RO—C (═O) —OR is generated between both adsorbed species.

また、この固体触媒は、炭酸エステル合成時に副生する水とベンゾニトリルの水和反応に対しても触媒活性を示す。従って、本触媒表面上では炭酸エステル合成反応と水和反応の両者が進行する状態になるが、炭酸エステルの合成反応には平衡的に不利な低圧の条件下でも、ベンゾニトリルの水和反応は触媒作用を受けて進行し、炭酸エステルの合成反応で副生した水を触媒表面から速やかに脱離することにより炭酸エステルの合成反応の平衡が生成系にシフトして、反応圧力の低い温和な条件下でも炭酸エステル合成反応が平衡制約を受けることなく炭酸エステルの高い反応率を可能にするものと推察する。逆に高圧下では、触媒表面に多量のCO分子が吸着するために、炭酸エステル合成時に生成する水分子との接触が困難になるため、ベンゾニトリルとの水和反応が進行しにくくなり、平衡制約に近い状態でしか炭酸エステルを生産することができず、結果的に高圧下では生産性が高くならなくなるものと考えられる。 This solid catalyst also exhibits catalytic activity for the hydration reaction of water and benzonitrile by-produced during the synthesis of the carbonate ester. Therefore, although both carbonate synthesis reaction and hydration reaction proceed on the surface of this catalyst, the hydration reaction of benzonitrile does not occur even under low pressure conditions, which is unfavorably balanced for the synthesis reaction of carbonate ester. The reaction proceeds under catalysis, and water generated as a by-product in the synthesis reaction of the carbonate ester is quickly eliminated from the catalyst surface, so that the equilibrium of the synthesis reaction of the carbonate ester shifts to the production system, and the mild reaction pressure is low. It is presumed that the carbonic acid ester synthesis reaction enables a high reaction rate of the carbonic acid ester without being subjected to equilibrium constraints even under conditions. On the other hand, under high pressure, a large amount of CO 2 molecules are adsorbed on the catalyst surface, making it difficult to contact with water molecules generated during the synthesis of the carbonic acid ester, making it difficult for the hydration reaction with benzonitrile to proceed. Carbonic acid ester can only be produced under conditions close to equilibrium constraints, and as a result, it is considered that productivity does not increase under high pressure.

上記推察に関し、ベンゾニトリルの反応の観点から説明すれば、ベンゾニトリルは、液相で本発明における固体触媒の触媒作用を受けて、その表面で水和反応が促進される。従って、高圧になると固体触媒の表面がCOで覆われてしまい、主反応で生成した水分子との水和反応に対して触媒作用を受けにくい状態になるため、水和反応速度が低下するものと推察される。一方、非特許文献4、非特許文献5に記載されたアセタールや2,2−ジメトキシプロパンは、液相で触媒作用を何ら受けず、主反応で生成した水分子と水和反応を起こす。従って、主反応が高圧で優位に進行するため、高圧下で水和反応が起こりはじめるものと推察される。 Regarding the above inference, from the viewpoint of the reaction of benzonitrile, benzonitrile is catalyzed by the solid catalyst in the present invention in the liquid phase, and the hydration reaction is promoted on the surface thereof. Therefore, when the pressure is increased, the surface of the solid catalyst is covered with CO 2 , and the hydration reaction rate is reduced because it becomes difficult to be catalyzed by the hydration reaction with water molecules generated in the main reaction. Inferred. On the other hand, acetal and 2,2-dimethoxypropane described in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5 do not undergo any catalytic action in the liquid phase and cause a hydration reaction with water molecules generated in the main reaction. Therefore, since the main reaction proceeds predominantly at high pressure, it is presumed that the hydration reaction begins to occur under high pressure.

また、本発明の触媒の製造法について、下記に例を挙げると、先ず、酸化セリウム(CeO)の場合は、セリウムアセチルアセトナート水和物や水酸化セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウム、硝酸セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、炭酸セリウム、蓚酸セリウム、過塩素酸セリウム、燐酸セリウム、ステアリン酸セリウムなどの各種セリウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化セリウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、セリウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 Further, with respect to the method for producing the catalyst of the present invention, the following examples are given. First, in the case of cerium oxide (CeO 2 ), cerium acetylacetonate hydrate, cerium hydroxide, cerium sulfate, cerium acetate, cerium nitrate It can be prepared by firing various cerium compounds such as ammonium cerium nitrate, cerium carbonate, cerium oxalate, cerium perchlorate, cerium phosphate and cerium stearate in an air atmosphere. When cerium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which cerium is dissolved, filtering, drying, and baking.

一方、酸化ジルコニウム(ZrO)の場合は、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムブトキシド、炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、燐酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、塩化酸化ジルコニウム、酸化二硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどの各種ジルコニウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化ジルコニウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、ジルコニウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 On the other hand, in the case of zirconium oxide (ZrO 2 ), various zirconium compounds such as zirconium ethoxide, zirconium butoxide, zirconium carbonate, zirconium hydroxide, zirconium phosphate, zirconium acetate, zirconium chloride oxide, zirconium oxide nitrate, zirconium sulfate, etc. It can be prepared by firing in an atmosphere. When zirconium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which zirconium is dissolved, filtering, drying and baking.

また、CeOとZrOの固溶体や複合酸化物のような化合物の場合は、セリウムとジルコニウムを含んだ溶液に塩基を添加して共沈により水酸化物を形成後、濾過、水洗したものを空気雰囲気下で乾燥、焼成することにより調製できる。また、CeOとZrOの粉末同士を物理混合して焼成することでも調製できるが、最終調製品の比表面積が高くならないため、反応がより進み易い共沈法が好ましい。 In the case of a compound such as a solid solution or composite oxide of CeO 2 and ZrO 2 , a base is added to a solution containing cerium and zirconium to form a hydroxide by coprecipitation, followed by filtration and washing with water. It can be prepared by drying and firing in an air atmosphere. Although the powder particles of CeO 2 and ZrO 2 can also be prepared by firing the physical mixture, the specific surface area of the final preparation is not high, preferably easily coprecipitation reaction proceeds more.

これらの方法により、具体的にはCeO−ZrOのような酸化セリウムと酸化ジルコニウムの化合物からなる固体触媒を得ることができる。尚、酸化セリウムからなる触媒や酸化ジルコニウムからなる触媒を調製する場合を含めて、これら各触媒の調製時の焼成温度は、最終調製品の比表面積が高くなる温度を選択することが好ましく、出発原料にもよるが、例えば300℃から1100℃が好ましい。また、本発明による固体触媒については、上記の元素以外に触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでも構わないが、できるだけ不純物が混入しないようにするのが望ましい。不純物は触媒に対して1質量%未満が好ましい。 Specifically, a solid catalyst comprising a compound of cerium oxide and zirconium oxide such as CeO 2 —ZrO 2 can be obtained by these methods. In addition, including the case of preparing a catalyst made of cerium oxide or a catalyst made of zirconium oxide, it is preferable to select a temperature at which the specific surface area of the final preparation is increased as the firing temperature at the time of preparation of each catalyst. Although depending on the raw material, for example, 300 to 1100 ° C. is preferable. Further, the solid catalyst according to the present invention may contain inevitable impurities mixed in the catalyst production process in addition to the above elements, but it is desirable that impurities are not mixed as much as possible. The impurities are preferably less than 1% by mass with respect to the catalyst.

ここで本発明の触媒は、粉体、または成型体のいずれの形態であってもよく、成型体の場合には球状、ペレット状、シリンダー状、リング状、ホイール状、顆粒状などいずれでもよい。   Here, the catalyst of the present invention may be in any form of powder or molded body, and in the case of a molded body, it may be any of spherical, pellet, cylinder, ring, wheel, granule, etc. .

(二酸化炭素)
また、本発明で用いる二酸化炭素は、工業ガスとして調製されたものだけでなく、各製品を製造する工場や製鉄所、発電所等からの排出ガスから分離回収したものも用いることができる。
(carbon dioxide)
Moreover, the carbon dioxide used in the present invention is not limited to those prepared as industrial gases, but can also be used that separated and recovered from exhaust gases from factories, steel mills, power plants, etc. that manufacture each product.

(固液分離)
一価アルコールの転化率が100%で、安息香酸メチルやカルバミン酸メチルのような副生物が生成しない条件では、反応後は主生成物である炭酸エステル、副生成物であるベンズアミド、未反応のベンゾニトリル、CeO等の固体触媒となる。これらを分離するためには、まず、有機溶剤による抽出工程で液体成分(炭酸エステル、ベンゾニトリル)を抽出し、固体成分(ベンズアミドと固定触媒)とフィルターで分離できる。ここで使用する有機溶剤は炭酸エステルが溶解できるアルカンが好ましく、さらに、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンがより好ましい。
(Solid-liquid separation)
Under the conditions where the conversion rate of monohydric alcohol is 100% and no by-products such as methyl benzoate and methyl carbamate are produced, the main product carbonate ester, by-product benzamide, unreacted It becomes a solid catalyst such as benzonitrile and CeO 2 . In order to separate them, first, a liquid component (carbonate ester, benzonitrile) is extracted in an extraction step using an organic solvent, and can be separated from a solid component (benzamide and a fixed catalyst) with a filter. The organic solvent used here is preferably an alkane that can dissolve the carbonate, and more preferably hexane, octane, nonane, decane, and undecane.

(液体成分の分離)
次に、分離された液体成分には、炭酸エステル、ベンゾニトリル、有機溶剤が含まれているが、各物質の融点及び沸点が、炭酸エステルは、4℃及び90℃(炭酸ジメチル)、-43℃及び128℃(炭酸ジエチル)、-41℃及び167℃(炭酸ジプロピル)、25℃以下及び207℃(炭酸ジブチル)等があり、また、−13℃及び188℃(ベンゾニトリル)、−95℃及び69℃(例えば、ヘキサン)であることから、炭酸エステルを蒸留により分離することが可能であり、製品である炭酸エステルを高純度で回収することが可能である。また、蒸留以外にも、段階的に冷却して融点以下になり固化したものを、フィルター分離して回収することも可能である。
(Separation of liquid components)
Next, the separated liquid component contains carbonic acid ester, benzonitrile, and organic solvent. The melting point and boiling point of each substance are 4 ° C and 90 ° C (dimethyl carbonate), -43 ℃ and 128 ℃ (diethyl carbonate), -41 ℃ and 167 ℃ (dipropyl carbonate), 25 ℃ or less and 207 ℃ (dibutyl carbonate), -13 ℃ and 188 ℃ (benzonitrile), -95 ℃ And 69 ° C. (for example, hexane), the carbonate ester can be separated by distillation, and the product carbonate ester can be recovered with high purity. In addition to distillation, it is also possible to filter and recover what is solidified by cooling stepwise to below the melting point.

(固体成分の分離)
また、固体成分として分離されたベンズアミドと固体触媒は、親水性溶媒でベンズアミドのみを抽出し、固体触媒とフィルターで分離できる。ここで使用する親水性溶媒は、アセトン、エタノール、エーテル、水であることが、取扱い易さや後段での分離を考えると好ましい。親水性溶媒に溶けたベンズアミドは蒸留によって分離でき、副生したベンズアミドを高純度で精製することが可能である。
また、親水性溶媒に溶けたベンズアミドの分離は、蒸留以外にも、冷却して融点以下になり固化したベンズアミドを、液体の親水性溶媒と、フィルター分離して回収することも可能である。
(Separation of solid components)
The benzamide and the solid catalyst separated as solid components can be separated from the solid catalyst and the filter by extracting only benzamide with a hydrophilic solvent. The hydrophilic solvent used here is preferably acetone, ethanol, ether, or water in view of ease of handling and separation at a later stage. The benzamide dissolved in the hydrophilic solvent can be separated by distillation, and the by-product benzamide can be purified with high purity.
In addition to distillation, benzamide dissolved in a hydrophilic solvent can be recovered by cooling and solidifying the benzamide that has cooled to below the melting point and solidified with a liquid hydrophilic solvent.

(分離された固体触媒の再生処理)
分離された固体触媒は、触媒を再生する工程で再生処理され、第1の反応工程で再利用すること可能である。触媒再生工程は加熱して、固体触媒上の不純物等を焼き飛ばす工程であり、好ましくは400〜700℃、より好ましくは500〜600℃で3時間程度焼成する。急激な昇温により固体触媒の構造破壊を防ぐため、焼成前に乾燥工程を踏まえた方がよく、110℃で2時間程度乾燥させることが好ましい。
(Regeneration treatment of the separated solid catalyst)
The separated solid catalyst is regenerated in the step of regenerating the catalyst and can be reused in the first reaction step. The catalyst regeneration step is a step of heating to burn off impurities and the like on the solid catalyst, and is preferably calcined at 400 to 700 ° C., more preferably 500 to 600 ° C. for about 3 hours. In order to prevent structural destruction of the solid catalyst due to rapid temperature rise, it is better to consider the drying step before firing, and it is preferable to dry at 110 ° C. for about 2 hours.

(残留成分)
また、未反応の一価アルコールが残留した場合、または、反応温度が130℃以上の高温、あるいは、反応時間が24時間以上の長時間となり、安息香酸メチルやカルバミン酸メチルのような副生物が生成してしまった場合、融点及び沸点がそれぞれ、一価アルコールでは、−97℃及び65℃(メタノール)、−114℃及び78℃(エタノール)、−126℃及び97℃(1-プロパノール)、−90℃及び117℃(1−ブタノール)等があり、また、−15℃及び198℃(安息香酸メチル)、52℃及び177℃(カルバミン酸メチル)であることから、前述の蒸留で180℃程度まで段階的に上昇させることで、一価アルコール、有機溶剤、炭酸エステル、及びカルバミン酸メチルと、安息香酸メチル、及びベンゾニトリルとを分離でき、その後、冷却することで、固化した安息香酸メチルをフィルターによって、ベンゾニトリルと分離することができる。
一価アルコール及び有機溶剤は、大半が有機溶剤であるため、有機溶剤での抽出工程で再利用が可能である。しかしながら、副生物が少ない方が、系外へ分離した後の処理工程の手間が生じ難いため、好ましい。
(Residual components)
Further, when unreacted monohydric alcohol remains, or the reaction temperature is as high as 130 ° C. or higher, or the reaction time is as long as 24 hours or longer, by-products such as methyl benzoate and methyl carbamate are formed. If produced, the melting point and boiling point of monohydric alcohol are -97 ° C and 65 ° C (methanol), -114 ° C and 78 ° C (ethanol), -126 ° C and 97 ° C (1-propanol), -90 ° C and 117 ° C (1-butanol), etc., and -15 ° C and 198 ° C (methyl benzoate), 52 ° C and 177 ° C (methyl carbamate). By stepping up to a certain extent, monohydric alcohol, organic solvent, carbonate and methyl carbamate can be separated from methyl benzoate and benzonitrile. The solidified methyl benzoate can be separated from benzonitrile by a filter by cooling and then cooling.
Since most of monohydric alcohols and organic solvents are organic solvents, they can be reused in the extraction process with organic solvents. However, it is preferable that there are few by-products because it is difficult for the processing step after separation to the outside of the system to occur.

[第2の反応工程]
次に、本発明における第2の反応工程においては、第1の反応工程で副生したベンズアミドを、炭酸エステル生成反応後の系から分離した後、脱水反応によって、ベンゾニトリルを製造する。
[Second reaction step]
Next, in the second reaction step of the present invention, the benzamide produced as a by-product in the first reaction step is separated from the system after the carbonic acid ester formation reaction, and then benzonitrile is produced by a dehydration reaction.

このベンゾニトリルの製造においては、塩基性金属酸化物を担持した触媒と有機溶媒の存在下で、ベンズアミドを脱水反応させて、ベンゾニトリルを生成する。

Figure 2016216363
In the production of benzonitrile, benzamide is produced by dehydrating benzamide in the presence of a catalyst supporting a basic metal oxide and an organic solvent.
Figure 2016216363

(ベンゾニトリル製造触媒)
ここで本発明で用いる触媒は、金属と酸素の間が二重結合を有する金属種(モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、ニオブ)の酸化物(金属酸化物)を、一般的に触媒担体となる物質に担持した触媒を用いることができるが、様々な担体を検討した結果、SiO、TiO、CeO、ZrO、Al、Cのいずれか1種又は2種以上から成る触媒担体に担持した触媒を用いた場合に、高い性能を示すことが判明した。
(Benzonitrile production catalyst)
Here, the catalyst used in the present invention is generally a catalyst carrier made of an oxide (metal oxide) of a metal species (molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, niobium) having a double bond between metal and oxygen. Although a catalyst supported on a substance can be used, as a result of examining various supports, a catalyst composed of one or more of SiO 2 , TiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and C is used. It has been found that high performance is exhibited when a catalyst supported on a carrier is used.

特に、SiO、TiO、CeO、ZrOのいずれか1種又は2種以上の触媒担体を用いると、より高い性能を示すため好ましい。 In particular, it is preferable to use any one or two or more catalyst carriers of SiO 2 , TiO 2 , CeO 2 , and ZrO 2 because higher performance is exhibited.

これは、ベンズアミドとの反応において、金属と酸素の間の二重結合部分が活性を示す可能性があると考えられるため、金属酸化物の中で二重結合を有する金属元素が好ましい。   This is because, in the reaction with benzamide, it is considered that the double bond portion between the metal and oxygen may be active, and thus a metal element having a double bond is preferable among the metal oxides.

また、本発明者が鋭意検討した結果、SiOにモリブデンを高分散に担持させた触媒を用いることが、特に好ましい。高分散しているかどうかは、透過型電子顕微鏡(TEM等)の画像等で確認することができる。 Further, as a result of intensive studies by the present inventors, it is particularly preferable to use a catalyst in which molybdenum is supported on SiO 2 in a highly dispersed state. Whether it is highly dispersed can be confirmed with an image of a transmission electron microscope (such as TEM).

ここで使用する担体の製造方法に関して下記に例を挙げると、SiOの場合の一般的な製造方法として、乾式法と湿式法に大別される。乾式法としては燃焼法、アーク法等、湿式法としては沈降法、ゲル法等があり、いずれの製造方法でも触媒担体を製造することは可能であるが、ゲル法を除く上記方法では球状に成形することが技術的、経済的に困難である為、シリカゾルを気体媒体中又は液体媒体中で噴霧させて容易に球状に成形することが可能であるゲル法が好ましい。 Examples of the carrier production method used here are roughly divided into a dry method and a wet method as general production methods in the case of SiO 2 . The dry method includes a combustion method, an arc method, etc., and the wet method includes a sedimentation method, a gel method, etc., and it is possible to manufacture a catalyst carrier by any of the manufacturing methods. Since it is technically and economically difficult to form, a gel method is preferred in which silica sol can be easily formed into a spherical shape by spraying in a gas medium or a liquid medium.

また、CeOの場合は、セリウムアセチルアセトナート水和物や水酸化セリウム、硫酸セリウム、酢酸セリウム、硝酸セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、炭酸セリウム、蓚酸セリウム、過塩素酸セリウム、燐酸セリウム、ステアリン酸セリウムなどの各種セリウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化セリウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、セリウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 In the case of CeO 2, cerium acetylacetonate hydrate and cerium hydroxide, cerium sulfate, cerium acetate, cerium nitrate, cerium ammonium nitrate, cerium carbonate, cerium oxalate, perchlorate cerium, cerium phosphate, cerium stearate These various cerium compounds can be prepared by firing in an air atmosphere. When cerium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which cerium is dissolved, filtering, drying, and baking.

ZrOの場合は、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムブトキシド、炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、燐酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、塩化酸化ジルコニウム、酸化二硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどの各種ジルコニウム化合物を空気雰囲気下で焼成することにより調製できる。また試薬の酸化ジルコニウムを用いる場合は、そのまま若しくは空気雰囲気下で乾燥または焼成することでも使用できる。さらに、ジルコニウムを溶解させた溶液から沈殿させ、濾過、乾燥、焼成することでも使用できる。 In the case of ZrO 2 , various zirconium compounds such as zirconium ethoxide, zirconium butoxide, zirconium carbonate, zirconium hydroxide, zirconium phosphate, zirconium acetate, zirconium chloride oxide, zirconium dinitrate, zirconium sulfate and the like are calcined in an air atmosphere. Can be prepared. When zirconium oxide as a reagent is used, it can be used as it is or by drying or baking in an air atmosphere. Furthermore, it can be used by precipitating from a solution in which zirconium is dissolved, filtering, drying and baking.

TiOやAlの場合も、一般的な方法で製造することができる。Cは炭素を主体とするものであって、本反応期間中変質しないものであればどんな形態でもよく、例えば活性炭などが望ましいが、これに限定するものではない。 In the case of TiO 2 or Al 2 O 3 , it can be produced by a general method. C is mainly composed of carbon and may be in any form as long as it does not change during the reaction period. For example, activated carbon is preferable, but it is not limited thereto.

また、2種類以上の金属種を含む化合物の場合は、2種以上の金属塩を含んだ溶液に塩基を添加して共沈により水酸化物を形成後、濾過、水洗したものを空気雰囲気下で乾燥、焼成することにより調製できる。また、2種以上の酸化物の粉末同士を物理混合して焼成することでも調製できるが、最終調製品の成分の均質性が高くならないため、反応がより進み易い共沈法が好ましい。   In the case of a compound containing two or more metal species, a base is added to a solution containing two or more metal salts to form a hydroxide by coprecipitation, followed by filtration and washing in an air atmosphere. Can be prepared by drying and baking. Moreover, although it can prepare also by physically mixing and baking the powder of 2 or more types of oxides, since the homogeneity of the component of a final preparation does not become high, the coprecipitation method with which reaction progresses more is preferable.

例えば、CeOとZrOの化合物の場合は、セリウムとジルコニウムを含んだ溶液に塩基を添加して共沈により水酸化物を形成後、濾過、水洗したものを空気雰囲気下で乾燥、焼成することにより調製できる。 For example, in the case of a compound of CeO 2 and ZrO 2 , a base is added to a solution containing cerium and zirconium to form a hydroxide by coprecipitation, followed by filtration and washing, followed by drying and firing in an air atmosphere. Can be prepared.

このような方法により、CeO−ZrOのような酸化セリウムと酸化ジルコニウムの化合物からなる固体触媒担体を得ることができる。尚、酸化セリウムからなる触媒担体や酸化ジルコニウムからなる触媒担体を調製する場合を含めて、これら各触媒担体の調製時の焼成温度は、最終調製品の比表面積が高くなる温度を選択することが好ましく、出発原料にもよるが、例えば300℃から1100℃が好ましい。また、本発明による固体触媒担体については、上記の元素以外に触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでも構わないが、できるだけ不純物が混入しないようにするのが望ましい。 By such a method, a solid catalyst carrier made of a compound of cerium oxide and zirconium oxide such as CeO 2 —ZrO 2 can be obtained. In addition, including the case where a catalyst carrier made of cerium oxide or a catalyst carrier made of zirconium oxide is prepared, the firing temperature at the time of preparation of each of these catalyst carriers may be selected at a temperature at which the specific surface area of the final preparation is increased. Although it depends on the starting material, for example, 300 ° C. to 1100 ° C. is preferable. Further, the solid catalyst carrier according to the present invention may contain inevitable impurities that are mixed in the catalyst manufacturing process in addition to the above elements, but it is desirable that impurities are not mixed as much as possible.

本発明の触媒の製造法は公知の方法で担体に活性種となる金属酸化物を担持すればよい。一般的な溶液を用いた沈殿担持法のほか、たとえば、インシピエントウェットネス(Incipient wetness)法や蒸発乾固法等の含浸法によって、担持することができる。   In the production method of the catalyst of the present invention, a metal oxide as an active species may be supported on a support by a known method. In addition to the precipitation loading method using a general solution, for example, it can be supported by an impregnation method such as an incipient wetness method or an evaporation to dryness method.

下記に好ましい例を挙げる。担体がSiOの場合、市販の粉末または球状のSiOを使用でき、活性金属を均一に担持できるよう、100mesh(0.15mm)以下に整粒し、水分を除去するために、予備焼成を空気中700℃で1時間行うことが好ましい。また、SiOにも様々な性状のものがあるが、表面積が大きいものほど、活性金属を高分散にでき、ベンゾニトリルの生成量が向上することから好ましい。具体的には、300m/g以上の表面積がより好ましい。ただし、調製後の触媒の表面積は、SiOと活性金属との相互作用等により、SiOのみの表面積よりも低下することがある。その場合、製造後の触媒の表面積が、150m/g以上となることがより好ましい。 Preferred examples are given below. When the carrier is SiO 2 , a commercially available powder or spherical SiO 2 can be used, and pre-baking is performed to adjust the particle size to 100 mesh (0.15 mm) or less and to remove moisture so that the active metal can be uniformly supported. It is preferable to carry out at 700 degreeC in air for 1 hour. Moreover, although SiO 2 has various properties, it is preferable that the surface area is large because the active metal can be highly dispersed and the amount of benzonitrile produced is improved. Specifically, a surface area of 300 m 2 / g or more is more preferable. However, the surface area of the catalyst after preparation may be lower than the surface area of only SiO 2 due to the interaction between SiO 2 and the active metal. In that case, it is more preferable that the surface area of the catalyst after manufacture is 150 m 2 / g or more.

活性種となる金属酸化物の前駆体となる金属塩は、各種溶媒への溶解度が高ければよく、例えば、炭酸塩、炭酸水素塩、塩化物塩、硝酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、酢酸塩などの各種化合物を用いることができる。金属化合物の前駆体溶液を担体に含浸した後、乾燥、焼成することで触媒として用いることができ、焼成温度は、使用する前駆体にもよるが、400〜600℃が好ましい。   The metal salt that is the precursor of the metal oxide that becomes the active species only needs to have high solubility in various solvents. For example, carbonate, bicarbonate, chloride, nitrate, sulfate, silicate, acetate Various compounds such as can be used. After impregnating the precursor solution of the metal compound into the support, it can be used as a catalyst by drying and firing, and the firing temperature is preferably 400 to 600 ° C., although it depends on the precursor used.

また、金属酸化物の担持量は適宜設定すれば良いが、例えば全触媒重量を基準に金属酸化物の金属換算担持量を、0.1〜1.5mmol/g程度、特に0.1〜1mmol/g程度、さらには0.2〜0.8mmol/g程度で設定することが好ましい。担持量がより多くなると金属酸化物の粗大化により活性が低下するおそれがある。また、反応時の触媒使用量についても、適宜設定すればよい。   The amount of metal oxide supported may be set as appropriate. For example, the amount of metal oxide supported in terms of metal based on the total catalyst weight is about 0.1 to 1.5 mmol / g, particularly 0.1 to 1 mmol. / G, preferably about 0.2 to 0.8 mmol / g. When the loading amount is larger, the activity may be reduced due to the coarsening of the metal oxide. Moreover, what is necessary is just to set suitably about the usage-amount of the catalyst at the time of reaction.

また、本発明による触媒については、上記の元素以外に触媒製造工程等で混入する不可避的不純物を含んでも構わないが、できるだけ不純物が混入しないようにするのが望ましい。   Further, the catalyst according to the present invention may contain inevitable impurities that are mixed in the catalyst manufacturing process in addition to the above-mentioned elements, but it is desirable that impurities are not mixed as much as possible.

ここで本発明の担体上に担持した触媒は、粉体、または成型体のいずれの形態であってもよく、成型体の場合には球状、ペレット状、シリンダー状、リング状、ホイール状、顆粒状などいずれでもよい。   Here, the catalyst supported on the carrier of the present invention may be in the form of a powder or a molded body. In the case of a molded body, a spherical shape, a pellet shape, a cylinder shape, a ring shape, a wheel shape, a granule Any shape may be used.

(有機溶媒)
脱水反応に用いる有機溶媒には、沸点が130℃以上の各種の物質が好ましく用いられるが、中でも、クロロベンゼン、(o−,m−,p−)キシレン、メシチレンなどがより好ましく用いられ、特にメシチレンが好ましい。
(Organic solvent)
As the organic solvent used for the dehydration reaction, various substances having a boiling point of 130 ° C. or higher are preferably used. Among them, chlorobenzene, (o-, m-, p-) xylene, mesitylene, and the like are more preferably used, and particularly mesitylene. Is preferred.

(反応の条件)
本発明の触媒を用いたベンゾニトリルの製造方法において、反応条件は脱水反応速度と溶媒の沸点、並びに、反応の際に発生するCO排出量や経済性の観点で選択するのが望ましく、例えば、その反応温度は160〜200℃、反応圧力は常圧、反応時間は数時間〜24時間程度で行うことができるが、特にこれらに制限されるものではない。
(Reaction conditions)
In the method for producing benzonitrile using the catalyst of the present invention, the reaction conditions are preferably selected from the viewpoints of the dehydration reaction rate, the boiling point of the solvent, the amount of CO 2 emitted during the reaction, and the economy. The reaction temperature can be 160 to 200 ° C., the reaction pressure is normal pressure, and the reaction time is about several hours to 24 hours, but is not particularly limited thereto.

(反応形式)
次に、本発明の触媒を用いたベンゾニトリル製造方法は、反応形式としては特に制限されず、回分式反応器、半回分式反応器、連続槽型反応器や管型反応器のような流通式反応器のいずれを用いてもよい。また、触媒は、固定床、スラリー床等のいずれも適用することができる。
(Reaction format)
Next, the method for producing benzonitrile using the catalyst of the present invention is not particularly limited as a reaction format, and is distributed as a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous tank reactor or a tubular reactor. Any of the type reactors may be used. Moreover, any of a fixed bed, a slurry bed, etc. can be applied to the catalyst.

(脱水)
本発明の製造方法における副生したベンズアミドからベンゾニトリルを生成(再生)する第2の反応工程においても、炭酸エステル製造する工程と同様に、脱水反応により生成する副生水を除去しながら行うことが望ましく、例えば、ゼオライト等の脱水剤を系内に設置して、副生水を除去しながら反応を行うことが望ましい。本発明者が鋭意検討した結果、ソックスレー抽出管及び冷却器を用いて、脱水剤としてゼオライト(モレキュラーシーブ)や水素化カルシウムを抽出管内に設置して、反応管に触媒、ベンズアミド、有機溶媒を入れて、還流させて反応することで、ベンゾニトリルの生成量を向上させることが可能である。
(dehydration)
In the second reaction step of producing (regenerating) benzonitrile from the by-produced benzamide in the production method of the present invention, it is carried out while removing the by-product water produced by the dehydration reaction, as in the step of producing carbonate ester. For example, it is desirable to install a dehydrating agent such as zeolite in the system and perform the reaction while removing by-product water. As a result of intensive studies by the present inventor, using a Soxhlet extraction tube and a cooler, zeolite (molecular sieve) or calcium hydride was installed in the extraction tube as a dehydrating agent, and a catalyst, benzamide, and an organic solvent were placed in the reaction tube. By reacting with refluxing, it is possible to improve the amount of benzonitrile produced.

また、脱水剤として使用するモレキュラーシーブの種類・形状には特に制限されるものはないが、例えば、3A、4A、5A等一般的に吸水性の高いもので、球状やペレット状のものを使用できる。また、事前に乾燥させておくことが好ましく、300〜500℃で1時間程乾燥することが好ましい。

Figure 2016216363
The type and shape of the molecular sieve used as the dehydrating agent are not particularly limited. For example, 3A, 4A, 5A, etc., which are generally highly water-absorbing, such as spherical or pellets are used. it can. Moreover, it is preferable to dry beforehand and it is preferable to dry at 300-500 degreeC for about 1 hour.
Figure 2016216363

(反応生成物)
ベンズアミドの脱水反応では、上記のような、ベンズアミドの分解によって安息香酸が副生することが考えられるが、本発明の触媒を用いた脱水反応後は、反応物で微量残ったベンズアミド、生成物であるベンゾニトリル、副生物の水、有機溶媒だけであり、上記のような副生物はほとんど生成しない。ソックスレー抽出管及び冷却器を用いた還流の場合、反応温度は、ベンズアミドの脱水反応が液相で行われる条件であることが好ましい。反応効率を考慮すると液相条件下でより高温であることが好ましく、常圧下で反応させる場合、反応管周辺を160〜200℃に加熱することが好ましい。典型例の反応系における各物質の融点は、127℃(ベンズアミド)、−13℃(ベンゾニトリル)、−45℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であり、また、沸点は288℃(ベンズアミド)、188℃(ベンゾニトリル)、100℃(水)、165℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であることから、上記の温度であれば、反応相は、触媒が固体以外は殆どが液体となっており、一部気化した、ベンズアミド、副生水、有機溶媒が冷却器で冷却され、副生水が脱水剤で吸着され、ベンズアミド及び有機溶媒は反応管に戻り、再び反応に寄与する。
(Reaction product)
In the dehydration reaction of benzamide, benzoic acid may be produced as a by-product due to the decomposition of benzamide as described above. However, after the dehydration reaction using the catalyst of the present invention, a small amount of benzamide and product remained in the reaction product. There are only some benzonitriles, by-product water, and organic solvents, and these by-products are hardly produced. In the case of reflux using a Soxhlet extraction tube and a cooler, the reaction temperature is preferably a condition under which a dehydration reaction of benzamide is performed in a liquid phase. Considering the reaction efficiency, it is preferable that the temperature is higher under liquid phase conditions. When the reaction is performed under normal pressure, it is preferable to heat the periphery of the reaction tube to 160 to 200 ° C. The melting point of each substance in the reaction system of a typical example is 127 ° C. (benzamide), −13 ° C. (benzonitrile), −45 ° C. (organic solvent such as mesitylene), and the boiling point is 288 ° C. (benzamide), 188 Since it is ℃ (benzonitrile), 100 ℃ (water), 165 ℃ (organic solvent, for example, mesitylene), at the above temperature, the reaction phase is almost liquid except for the solid catalyst, The partially vaporized benzamide, by-product water, and organic solvent are cooled by a cooler, and the by-product water is adsorbed by the dehydrating agent, and the benzamide and the organic solvent return to the reaction tube and contribute to the reaction again.

[ベンゾニトリルの再利用]
第2の反応工程で再生されたベンゾニトリルは、第1の反応工程に再利用することができる。
[Reuse of benzonitrile]
The benzonitrile regenerated in the second reaction step can be reused in the first reaction step.

<炭酸エステルの製造装置>
次に、以下に具体例を示して、本発明の炭酸エステルの製造方法で使用する製造装置および操業条件(反応条件)の例を更に詳細に説明する。図1は本発明の好適な設備の一例である。また、図1における本設備での各工程における各物質の状態を図2に示す。本設備は、一価アルコールの転化率が100%で、安息香酸メチルやカルバミン酸メチルの副生成物が生成しない反応条件の場合に使用できる。
<Carbonate production equipment>
Next, a specific example is shown below and the example of the manufacturing apparatus and operation conditions (reaction conditions) used with the manufacturing method of the carbonate ester of this invention is demonstrated still in detail. FIG. 1 is an example of a suitable facility of the present invention. Moreover, the state of each substance in each process in this equipment in FIG. 1 is shown in FIG. This equipment can be used in the case of reaction conditions in which the conversion rate of monohydric alcohol is 100% and byproducts of methyl benzoate and methyl carbamate are not generated.

[第1の反応工程]
第1の反応工程においては、第1反応塔1に、CeO及びZrOのいずれか一方又は双方の固体触媒(固相)、一価アルコール12(液相)、ベンゾニトリル13(液相)、昇圧ブロワー10を介して二酸化炭素(気相)を充填する。固体触媒は反応前に新規に充填、あるいは再生塔6で再生された固体触媒14(固相)を使用することができる。また、ベンゾニトリルは反応開始時には新品を使用するが、第1蒸留塔3で精製された未反応のベンゾニトリル20(液相)と第3蒸留塔9で精製された、ベンズアミドから再生されたベンゾニトリルを再利用できる。
[First reaction step]
In the first reaction step, one or both of the solid catalyst (solid phase), monohydric alcohol 12 (liquid phase), and benzonitrile 13 (liquid phase) of CeO 2 and ZrO 2 are added to the first reaction column 1. Then, carbon dioxide (gas phase) is filled through the booster blower 10. As the solid catalyst, a solid catalyst 14 (solid phase) newly charged before the reaction or regenerated in the regeneration tower 6 can be used. Also, a new benzonitrile is used at the start of the reaction, but the unreacted benzonitrile 20 (liquid phase) purified in the first distillation column 3 and the benzamide regenerated from the benzamide purified in the third distillation column 9 are used. Nitriles can be reused.

次に、本発明のCeO及びZrOのいずれか一方又は双方の固体触媒を用いた炭酸エステルの直接合成装置は、回分式反応器、半回分式反応器や連続槽型反応器、管型反応器のような流通反応器のいずれを用いてもよい。 Next, the carbon dioxide ester direct synthesis apparatus using the solid catalyst of either or both of CeO 2 and ZrO 2 of the present invention is a batch reactor, a semi-batch reactor, a continuous tank reactor, a tube type, or the like. Any flow reactor such as a reactor may be used.

(反応温度)
第1反応塔1における反応温度としては、50〜300℃とすることが好ましい。反応温度が50℃未満の場合は、反応速度が低く、炭酸エステル合成反応、ベンゾニトリルによる水和反応共にほとんど進行せず、炭酸エステルの生産性が低い傾向がある。また反応温度が150℃を超える場合は、各反応の反応速度は高くなるが、炭酸エステルの分解や変性、ベンズアミドが一価アルコールと反応しやすくなるため、炭酸エステルの収率が低くなる傾向がある。さらに好ましくは100〜150℃である。但し、この温度は固体触媒の種類や量、原料(一価アルコール、ベンゾニトリル)の量や比により異なると考えられるため、適宜最適条件を設定することが望ましい。好ましい反応温度が100〜150℃であることから、第1反応塔の前段で、原料(一価アルコール、ベンゾニトリル)をスチーム等で予備加熱することが望ましい。
(Reaction temperature)
The reaction temperature in the first reaction tower 1 is preferably 50 to 300 ° C. When the reaction temperature is less than 50 ° C., the reaction rate is low, the carbonate ester synthesis reaction and the hydration reaction with benzonitrile hardly proceed, and the carbonate ester productivity tends to be low. When the reaction temperature exceeds 150 ° C., the reaction rate of each reaction increases, but decomposition and modification of the carbonate ester, and benzamide easily react with the monohydric alcohol, so that the yield of the carbonate ester tends to decrease. is there. More preferably, it is 100-150 degreeC. However, since this temperature is considered to vary depending on the type and amount of the solid catalyst and the amount and ratio of the raw materials (monohydric alcohol and benzonitrile), it is desirable to appropriately set the optimum conditions. Since a preferable reaction temperature is 100 to 150 ° C., it is desirable to preheat the raw material (monohydric alcohol, benzonitrile) with steam or the like before the first reaction column.

(反応圧力)
反応圧力としては、0.1〜5MPa(絶対圧)とすることが好ましい。反応圧力が0.1MPa(絶対圧)未満の場合は、減圧装置が必要となり、設備が複雑且つコスト高になるだけでなく、減圧にするための動力エネルギーが必要となり、エネルギー効率が悪くなる。また反応圧力が5MPaを超える場合は、ベンゾニトリルによる水和反応が進行しにくくなって炭酸エステルの収率が悪くなるばかりでなく、昇圧に必要な動力エネルギーが必要となり、エネルギー効率が悪くなる。また、炭酸エステルの収率を高くする観点から、反応圧力は0.1〜4MPa(絶対圧)がより好ましく、0.2〜2MPa(絶対圧)がさらに好ましい。
(Reaction pressure)
The reaction pressure is preferably 0.1 to 5 MPa (absolute pressure). When the reaction pressure is less than 0.1 MPa (absolute pressure), a pressure reducing device is required, and not only the equipment is complicated and expensive, but also the motive energy for reducing the pressure is required, resulting in poor energy efficiency. On the other hand, when the reaction pressure exceeds 5 MPa, the hydration reaction by benzonitrile is difficult to proceed and not only the yield of the carbonate ester is deteriorated, but also the kinetic energy necessary for pressurization is required and the energy efficiency is deteriorated. Further, from the viewpoint of increasing the yield of carbonate ester, the reaction pressure is more preferably 0.1 to 4 MPa (absolute pressure), and further preferably 0.2 to 2 MPa (absolute pressure).

(ベンゾニトリルの用量)
また水和反応に用いるベンゾニトリルは、原料のアルコールの体積の0.1倍以上1倍以下で反応前に予め反応器中に導入するのが望ましい。0.1倍未満で導入した場合には、水和反応に寄与するベンゾニトリルが少ないために炭酸エステルの収率が悪くなる恐れがある。一方1倍を超えて導入した場合にも、反応終了後、生成物との分離が容易で、再利用が可能であるので、特に問題ない。さらに、固体触媒に対する一価アルコール及びベンゾニトリルの量は、固体触媒の種類や量、一価アルコールの種類やベンゾニトリルとの比により異なると考えられるため、適宜最適条件を設定することが望ましい。
(Dose of benzonitrile)
The benzonitrile used for the hydration reaction is preferably introduced into the reactor in advance at a rate of 0.1 to 1 times the volume of the starting alcohol prior to the reaction. If it is introduced at less than 0.1 times, the yield of the carbonate ester may be deteriorated because there is little benzonitrile contributing to the hydration reaction. On the other hand, when it is introduced more than 1 time, there is no particular problem because it can be easily separated from the product after the completion of the reaction and can be reused. Furthermore, the amount of monohydric alcohol and benzonitrile with respect to the solid catalyst is considered to vary depending on the type and amount of the solid catalyst, the type of monohydric alcohol and the ratio with benzonitrile, and therefore it is desirable to appropriately set optimum conditions.

(反応生成物の分離)
第1反応塔1での反応後の反応液15は、第1抽出塔2にて液相と固相に分離する。反応液15に含まれる物質は、炭酸エステル(液相)、未反応のベンゾニトリル(液相)とベンズアミド(固相)、固体触媒(固相)であり、有機溶媒(液相)によって抽出する。ここで使用する有機溶媒はアルカンが適しており、後段での蒸留による分離のしやすさから、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンが好ましい。第1抽出塔2での抽出工程は、エネルギー消費を抑えるために、抽出時の温度は常温で行うことが好ましいが、有機溶媒の沸点より低い温度(例えば、ヘキサンの場合、沸点が69℃なので、50℃程度に加熱)であれば、加熱することで抽出時間を短縮化することもできる。
(Reaction product separation)
The reaction liquid 15 after the reaction in the first reaction tower 1 is separated into a liquid phase and a solid phase in the first extraction tower 2. The substances contained in the reaction solution 15 are carbonate ester (liquid phase), unreacted benzonitrile (liquid phase), benzamide (solid phase), and solid catalyst (solid phase), and are extracted with an organic solvent (liquid phase). . Alkane is suitable for the organic solvent used here, and hexane, octane, nonane, decane, and undecane are preferable from the viewpoint of ease of separation by distillation in the subsequent stage. In order to reduce energy consumption, the extraction process in the first extraction column 2 is preferably performed at room temperature, but the temperature is lower than the boiling point of the organic solvent (for example, in the case of hexane, the boiling point is 69 ° C.). If it is heated to about 50 ° C., the extraction time can be shortened by heating.

第1抽出塔2で抽出された抽出液17は、炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、アルカンを含んでいる。第1蒸留塔3にて各物質の沸点が、90℃(例えば炭酸ジメチルの場合)、188℃(ベンゾニトリル)、69℃(例えばヘキサンの場合)であることを利用して蒸留され、製品である炭酸エステル19、未反応のベンゾニトリル20、抽出に用いられたアルカン16に分離される。   The extract 17 extracted in the first extraction tower 2 contains carbonate ester, unreacted benzonitrile, and alkane. In the first distillation column 3, the boiling point of each substance is 90 ° C. (for example, dimethyl carbonate), 188 ° C. (benzonitrile), 69 ° C. (for example, hexane). A carbonate ester 19, unreacted benzonitrile 20 and alkane 16 used for extraction are separated.

一方、第1抽出塔2で分離された固相18には、ベンズアミドと固体触媒が含まれており、第2抽出塔4にて分離される。ここで使用する溶媒は、ベンズアミドを溶解できる親水性溶媒(液相)が適しており、後段での蒸留による分離のしやすさから、アセトン、エタノール、エーテル、水が望ましい。第2抽出塔4での抽出工程も、エネルギー消費を抑えるために、抽出時の温度は常温で行うことが好ましいが、親水性溶媒の沸点より低い温度(例えば、アセトンの場合、沸点が56.5℃なので、40℃程度に加熱)であれば、加熱することで抽出時間を短縮化することもできる。   On the other hand, the solid phase 18 separated in the first extraction tower 2 contains benzamide and a solid catalyst, and is separated in the second extraction tower 4. As the solvent used here, a hydrophilic solvent (liquid phase) capable of dissolving benzamide is suitable, and acetone, ethanol, ether, and water are preferable because they are easily separated by distillation at a later stage. The extraction step in the second extraction tower 4 is also preferably performed at room temperature for extraction in order to suppress energy consumption. However, the temperature is lower than the boiling point of the hydrophilic solvent (for example, in the case of acetone, the boiling point is 56.56). If it is 5 [deg.] C. and heated to about 40 [deg.] C.), the extraction time can be shortened by heating.

ベンズアミドと親水性溶媒を含んだ抽出液21は、第2蒸留塔5にて蒸留され、各物質の沸点が127℃(ベンズアミド)と57℃(例えばアセトンの場合)とに分離される。   The extract 21 containing benzamide and a hydrophilic solvent is distilled in the second distillation column 5, and the boiling point of each substance is separated into 127 ° C. (benzamide) and 57 ° C. (for example, in the case of acetone).

また、第2抽出塔4で分離された固体触媒22(固相)は、触媒再生塔6で再生処理され、第1反応塔1に戻すことが可能である。触媒再生は加熱して、固体触媒上の不純物等を焼き飛ばす工程であり、400〜700℃、好ましくは500〜600℃で3時間程度焼成する。急激な昇温により固体触媒の構造破壊を防ぐため、焼成前に乾燥工程を踏まえた方がよく、110℃で2時間程度乾燥させることが好ましい。   Further, the solid catalyst 22 (solid phase) separated by the second extraction tower 4 can be regenerated by the catalyst regeneration tower 6 and returned to the first reaction tower 1. The catalyst regeneration is a step of heating to burn off impurities and the like on the solid catalyst, and calcination is performed at 400 to 700 ° C., preferably 500 to 600 ° C. for about 3 hours. In order to prevent structural destruction of the solid catalyst due to rapid temperature rise, it is better to consider the drying step before firing, and it is preferable to dry at 110 ° C. for about 2 hours.

第2蒸留塔5で精製されたベンズアミド23(固相)は、ベンゾニトリルへの再生のため、第2反応塔7へ移送するが、配管内での閉塞をさけるため、配管は低圧スチーム等で融点である127℃以上に加熱することが望ましい。   The benzamide 23 (solid phase) purified in the second distillation column 5 is transferred to the second reaction column 7 for regeneration to benzonitrile, but the piping is made of low-pressure steam or the like to prevent blockage in the piping. It is desirable to heat to a melting point of 127 ° C. or higher.

反応後の溶液は、触媒分離装置8においてフィルターでろ過することで固体である触媒のみ分離して、使用済み触媒26として回収できる。この際、通常のろ過などの固液分離方法により容易に回収することができる。触媒分離後は、系内に存在する各物質の沸点が、上述のようにそれぞれ異なることから、蒸留することで、ベンゾニトリル、有機溶媒、ベンズアミド、水に容易に分離することが可能であり、有機溶媒27、ベンズアミド28は、ベンズアミドの脱水反応にリサイクル利用することができる。また、精製したベンゾニトリル13は、炭酸エステルの製造を行う反応で再利用することができる。   The solution after the reaction can be recovered as a used catalyst 26 by separating only the solid catalyst by filtering with a filter in the catalyst separation device 8. At this time, it can be easily recovered by a solid-liquid separation method such as normal filtration. Since the boiling point of each substance present in the system is different as described above after the catalyst separation, it can be easily separated into benzonitrile, organic solvent, benzamide, and water by distillation. The organic solvent 27 and the benzamide 28 can be recycled for the dehydration reaction of benzamide. The purified benzonitrile 13 can be reused in a reaction for producing a carbonate ester.

[第2の反応工程]
第2の反応工程においては、第2反応塔7にて、ベンズアミドの脱水反応によりベンゾニトリルが生成される。本発明の製造装置は、二重結合を有する金属酸化物を担持した触媒と有機溶媒の存在下で、ベンズアミドを脱水反応させて、ベンゾニトリルを生成する装置である。反応形式としては特に制限されず、回分式反応器、半回分式反応器、連続槽型反応器や管型反応器のような流通式反応器のいずれを用いてもよい。また、触媒は、固定床、スラリー床等のいずれも適用することができる。第2反応塔の温度は、反応形式に応じて変更可能であるが、ソックスレー抽出管及び冷却器を用いた還流の場合、反応管周辺を160〜200℃に加熱することが好ましい。本発明の製造装置では、脱水反応により生成する副生水を除去しながら行うことが望ましく、例えば、還流や蒸留、ゼオライト等の脱水剤を系内に設置して、副生水を除去しながら反応を行うことが望ましい。本発明者が鋭意検討した結果、ソックスレー抽出管及び冷却器を用いて、脱水剤としてゼオライト(モレキュラーシーブ)や水素化カルシウムを抽出管内に設置して、反応管に触媒、ベンズアミド、有機溶媒を入れて、還流させて反応することで、ベンゾニトリルの生成量を向上させることが可能である。有機溶媒には沸点が130℃以上の物質が好ましく、例えば、クロロベンゼン、(o−,m−,p−)キシレン、メシチレンなどが挙げられる。
[Second reaction step]
In the second reaction step, benzonitrile is generated in the second reaction column 7 by a dehydration reaction of benzamide. The production apparatus of the present invention is an apparatus for producing benzonitrile by dehydrating benzamide in the presence of a catalyst supporting a metal oxide having a double bond and an organic solvent. The reaction format is not particularly limited, and any of a batch reactor, a semi-batch reactor, a flow reactor such as a continuous tank reactor and a tubular reactor may be used. Moreover, any of a fixed bed, a slurry bed, etc. can be applied to the catalyst. The temperature of the second reaction column can be changed according to the reaction mode, but in the case of reflux using a Soxhlet extraction tube and a cooler, the periphery of the reaction tube is preferably heated to 160 to 200 ° C. In the production apparatus of the present invention, it is desirable to carry out while removing the by-product water produced by the dehydration reaction. For example, a dehydrating agent such as reflux, distillation or zeolite is installed in the system to remove the by-product water. It is desirable to carry out the reaction. As a result of intensive studies by the present inventor, using a Soxhlet extraction tube and a cooler, zeolite (molecular sieve) or calcium hydride was installed in the extraction tube as a dehydrating agent, and a catalyst, benzamide, and an organic solvent were placed in the reaction tube. By reacting with refluxing, it is possible to improve the amount of benzonitrile produced. The organic solvent is preferably a substance having a boiling point of 130 ° C. or higher, and examples thereof include chlorobenzene, (o-, m-, p-) xylene, and mesitylene.

ソックスレー抽出管及び冷却器を用いた還流の場合、反応管周辺を160〜200℃に加熱する。各物質の融点は、127℃(ベンズアミド)、−13℃(ベンゾニトリル)、−45℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であり、また、沸点は288℃(ベンズアミド)、188℃(ベンゾニトリル)、100℃(水)、165℃(有機溶媒、例えばメシチレン)であることから、反応相は、触媒が固体以外はすべて液体となっており、一部気化した、ベンズアミド、副生水、有機溶媒が冷却器で冷却され、副生水が脱水剤で吸着され、ベンズアミド及び有機溶媒は反応管に戻り、再び反応に寄与する。   In the case of reflux using a Soxhlet extraction tube and a cooler, the periphery of the reaction tube is heated to 160 to 200 ° C. The melting point of each substance is 127 ° C. (benzamide), −13 ° C. (benzonitrile), −45 ° C. (organic solvent such as mesitylene), and the boiling point is 288 ° C. (benzamide), 188 ° C. (benzonitrile), Since the reaction phase is 100 ° C. (water) and 165 ° C. (organic solvent such as mesitylene), the reaction phase is all liquid except for the solid catalyst, and partially evaporated benzamide, by-product water, and organic solvent Cooled by a cooler, by-product water is adsorbed by a dehydrating agent, and benzamide and the organic solvent return to the reaction tube and contribute to the reaction again.

反応後の溶液は、低圧スチーム等でベンズアミドの融点である288℃以上に加熱したまま、触媒分離塔8で触媒のみ分離して、使用済み触媒26として回収する。この際、通常のろ過などの固液分離方法により容易に回収することができる。触媒分離後は、系内に存在する各物質の沸点が、上述のようにそれぞれ異なることから、第3蒸留塔9にて蒸留することで、ベンゾニトリル13、有機溶媒27、ベンズアミド28、水29に容易に分離することが可能であり、有機溶媒27、ベンズアミド28は、第3反応塔7の前段に戻し、リサイクル利用することができる。また、精製したベンゾニトリル13は、炭酸エステルの製造を行う第1反応塔1で再利用することができる。   The solution after the reaction is recovered as a used catalyst 26 by separating only the catalyst in the catalyst separation column 8 while being heated to 288 ° C. or higher, which is the melting point of benzamide, with low-pressure steam or the like. At this time, it can be easily recovered by a solid-liquid separation method such as normal filtration. After the catalyst separation, the boiling points of the respective substances present in the system are different as described above. Therefore, by distillation in the third distillation column 9, benzonitrile 13, organic solvent 27, benzamide 28, water 29 The organic solvent 27 and the benzamide 28 can be returned to the previous stage of the third reaction column 7 and recycled. Further, the purified benzonitrile 13 can be reused in the first reaction column 1 for producing a carbonate ester.

[炭酸エステルの製造方法および装置の他の例]
また、図3は本発明の好適な設備の他の一例であり、図4は図3の設備での各工程における各物質の状態である。本設備は、未反応の一価アルコールが残留し、安息香酸メチルやカルバミン酸メチルの副生成物が生成してしまう反応条件の場合にも使用できる。基本的な構成は前述の図1の場合と同じであるが、第1抽出塔2で抽出された抽出液17には、炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、アルカンの他、カルバミン酸メチルと安息香酸メチルを含んでいる。第1蒸留塔3にて各物質の沸点が、90℃(例えば炭酸ジメチルの場合)、215℃(ベンゾニトリル)、69℃(例えばヘキサンの場合)、65℃(例えばメタノールの場合)、177℃(カルバミン酸メチル)、233℃(安息香酸メチル)であることを利用して、180℃程度まで段階的に温度上昇することで蒸留され、製品である炭酸エステル19、抽出に用いられたアルカンと未反応一価アルコールの混合物33、カルバミン酸メチル32に分離される。また、蒸留後、30〜100℃程度に冷却することで、融点が103℃である安息香酸メチルが固化することから、フィルター等で固液分離することができ、未反応のベンゾニトリル20、安息香酸メチル31に分離することができる。また、アルカンと一価アルコールの混合物33は、大半がアルカンであるため、抽出用の溶媒として再利用が可能である。
[Another Example of Carbonate Production Method and Apparatus]
FIG. 3 shows another example of the preferred equipment of the present invention, and FIG. 4 shows the state of each substance in each process in the equipment of FIG. This equipment can also be used in the case of reaction conditions in which unreacted monohydric alcohol remains and by-products of methyl benzoate and methyl carbamate are generated. The basic configuration is the same as in the case of FIG. 1 described above, but the extract 17 extracted in the first extraction tower 2 includes carbonate, unreacted benzonitrile, alkane, methyl carbamate and benzoic acid. Contains methyl acid. The boiling point of each substance in the first distillation column 3 is 90 ° C. (for example, dimethyl carbonate), 215 ° C. (benzonitrile), 69 ° C. (for example, hexane), 65 ° C. (for example, methanol), 177 ° C. (Methyl carbamate) 233 ° C. (methyl benzoate), which is distilled by gradually increasing the temperature up to about 180 ° C., and the product carbonate 19 and the alkane used for extraction The mixture is separated into a mixture 33 of unreacted monohydric alcohol and methyl carbamate 32. In addition, by cooling to about 30 to 100 ° C. after distillation, methyl benzoate having a melting point of 103 ° C. solidifies, so that it can be separated into solid and liquid with a filter or the like, and unreacted benzonitrile 20 and benzoate It can be separated into methyl acid 31. Moreover, since the mixture 33 of alkane and monohydric alcohol is mostly alkane, it can be reused as a solvent for extraction.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
図1に示す製造装置を用いて、炭酸エステルの製造を行った。CeO(第一稀元素製:不純物濃度0.02%以下)を873Kで空気雰囲気下、3時間焼成し、粉末状の固体触媒を得た。そこで、190mlのオートクレーブ(反応器)に磁気攪拌子、上記固体触媒(1mmol)、メタノール(100mmol)及びベンゾニトリル(BN、50mmol)を導入し、約5gのCOでオートクレーブ内の空気を3回パージした後、所定の量のCOを導入・昇圧した。そのオートクレーブをバンドヒーター、ホットスターラーにより150℃まで攪拌しながら昇温し、目的の温度に達した時間を反応開始時間とした。150℃で12時間反応させた後、オートクレーブを水冷し、室温まで冷えたら減圧して内部標準物質の2−プロパノールを加え、生成物を採取し、GC(ガスクロマトグラフィー)で分析した。このようにして、COの導入量及び反応圧力を変えて表1に示す試験No.1〜2の実験を行った。

Figure 2016216363
Example 1
Carbonate ester was produced using the production apparatus shown in FIG. CeO 2 (manufactured by the first rare element: impurity concentration of 0.02% or less) was calcined at 873 K in an air atmosphere for 3 hours to obtain a powdered solid catalyst. Therefore, a magnetic stirrer, the solid catalyst (1 mmol), methanol (100 mmol) and benzonitrile (BN, 50 mmol) were introduced into a 190 ml autoclave (reactor), and the air in the autoclave was blown 3 times with about 5 g of CO 2. After purging, a predetermined amount of CO 2 was introduced and pressurized. The autoclave was heated up to 150 ° C. with a band heater and a hot stirrer, and the time when the target temperature was reached was defined as the reaction start time. After reacting at 150 ° C. for 12 hours, the autoclave was cooled with water, and when cooled to room temperature, the pressure was reduced and 2-propanol as an internal standard substance was added, and the product was collected and analyzed by GC (gas chromatography). Thus, test No. shown in Table 1 was changed by changing the amount of CO 2 introduced and the reaction pressure. 1-2 experiments were performed.
Figure 2016216363

その結果、比較的低い圧力下の1MPaでも炭酸ジメチル(DMC)生成量が多く、メタノールベースでのDMC収率は、1MPa時に15%、5MPa時に8%で得られることが確認された。また副生物のベンズアミド(BA)の生成量はDMCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   As a result, it was confirmed that the amount of dimethyl carbonate (DMC) produced was large even at 1 MPa under a relatively low pressure, and that the DMC yield based on methanol was 15% at 1 MPa and 8% at 5 MPa. The amount of by-product benzamide (BA) produced was almost the same as DMC, and no other by-products were detected.

ここで、メタノール(アルコール)ベースの収率は、化学両論比でアルコール:炭酸エステル=2:1であることから、以下の式により算出した。

Figure 2016216363
Here, since the yield based on methanol (alcohol) is alcohol: carbonate = 2: 1 in terms of the stoichiometric ratio, it was calculated by the following equation.
Figure 2016216363

次に、各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DMC、BN、メタノール、ヘキサンが、固体には、BAとCeOが含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、120℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、DMC、BN、ヘキサン及びメタノールへと分離し、純度96%以上のDMCを回収することができた。また、固定成分中のBAとCeOはアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeOとBA及びアセトンを分離し、さらにBAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上のBAを回収できた。 Next, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid contains DMC, BN, methanol, and hexane, and the solid contains BA and CeO 2 . The liquid component after solvent extraction with hexane was separated into DMC, BN, hexane and methanol by distillation that gradually increased the temperature to about 120 ° C., and DMC with a purity of 96% or more could be recovered. Further, BA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , BA and acetone, and further, BA and acetone are separated by distillation, respectively, and purity is 97% or more. Of BA could be recovered.

続いて、回収したBAからBNへの再生について以下に記す。担体となるSiO(富士シリシア製、CARiACT、G−6、表面積:535m/g)を100mesh以下に整粒し、700℃で約1時間、予備焼成した。その後、金属としてMoを担持するために、最終的にMo金属担持量が0.5mmol/gとなるように(NHMo24(関東化学製、特級)を用いて水溶液を調製し、SiOに含浸した。その後、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して、MoO/SiO触媒を得た。そこで、試験管に磁気撹拌子、上記触媒(0.1g)、DMC生成で副生したBA、メシチレン(20ml)を導入し、モレキュラーシーブ4A(300℃で1時間事前乾燥)を充填したソックスレー抽出器、リービッヒ冷却器を接続し、冷却器の温度は10℃に、磁気撹拌装置は約200℃、600rpmに設定した。Arガスで冷却器、ソックスレー抽出管、試験管内をパージした後、溶液が蒸発し始めた時間を反応開始時間とし、500時間反応させた。反応後、試験管(溶液)を室温まで冷却し、反応溶液にエタノール20ml、内部標準物質としてアントラセン(0.1g)を加えて、サンプルを採取し、GC−MS(ガスクロマトグラフ−質量分析計)で定性分析、FID−GCで定量分析した。このようにして、表1に示すように試験No.1〜2を行ったところ、BNはそれぞれ6.3mmol、3.5mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は約90%、選択率はほぼ100%となった。 Subsequently, regeneration from the recovered BA to BN will be described below. SiO 2 (manufactured by Fuji Silysia, CARiACT, G-6, surface area: 535 m 2 / g) serving as a carrier was sized to 100 mesh or less and pre-baked at 700 ° C. for about 1 hour. Thereafter, in order to support Mo as a metal, an aqueous solution is prepared using (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 (manufactured by Kanto Kagaku, special grade) so that the amount of Mo metal supported is finally 0.5 mmol / g. And impregnated with SiO 2 . Thereafter, about 6 hours drying at 110 ° C., and calcined at 500 ° C. for about 3 hours, to obtain a MoO 3 / SiO 2 catalyst. So, a magnetic stir bar, the above catalyst (0.1 g), BA produced as a by-product of DMC generation, and mesitylene (20 ml) were introduced into a test tube, and Soxhlet extraction was packed with molecular sieve 4A (pre-dried at 300 ° C. for 1 hour). The temperature of the cooler was set to 10 ° C., and the magnetic stirrer was set to about 200 ° C. and 600 rpm. After purging the cooler, the Soxhlet extraction tube, and the test tube with Ar gas, the reaction start time was defined as the time when the solution started to evaporate, and the reaction was performed for 500 hours. After the reaction, the test tube (solution) was cooled to room temperature, 20 ml of ethanol and anthracene (0.1 g) as an internal standard substance were added to the reaction solution, a sample was taken, and GC-MS (gas chromatograph-mass spectrometer) Qualitative analysis and quantitative analysis by FID-GC. In this way, as shown in Table 1, test no. As a result of performing 1-2, BN produced 6.3 mmol and 3.5 mmol, respectively. In all experiments, water was the only byproduct, yield was about 90%, and selectivity was almost 100%.

上記試験後の固液共存物質を120℃の加熱下、フィルターでろ過して、液体と固体(触媒)を分離した。液体には、BN、水、未反応のBA、メシチレンが含まれる。この液体成分を、180℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、BN、水、未反応のBA、メシチレンへと分離し、純度98%以上のBNを回収することができた。また、分離した未反応のBAとメシチレンは、再びBAの脱水反応にリサイクル利用が可能である。   The solid-liquid coexisting substance after the test was filtered with a filter under heating at 120 ° C. to separate the liquid and the solid (catalyst). The liquid includes BN, water, unreacted BA, and mesitylene. This liquid component was separated into BN, water, unreacted BA, and mesitylene by distillation that gradually increased the temperature to about 180 ° C., and BN having a purity of 98% or more could be recovered. The separated unreacted BA and mesitylene can be recycled again for the dehydration reaction of BA.

このようにして再生したBNを用いて、2回目のDMC生成反応を行った。反応条件は同じで、BNの量が50mmolとなるよう、1回目の反応で未反応だったBNと再生して得られたBNに、少量の新品のBNを追加した。その結果、1回目と同様に、DMCが高収率で得られることが確認され、また副生物のBAの生成量もDMCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   A second DMC production reaction was performed using the BN regenerated in this manner. The reaction conditions were the same, and a small amount of new BN was added to the BN obtained by regeneration and the unreacted BN in the first reaction so that the amount of BN was 50 mmol. As a result, as in the first time, it was confirmed that DMC was obtained in a high yield, and the amount of BA produced as a by-product was almost the same as DMC, and no other by-products were detected. .

上記の結果から、反応開始時には、新品のBNが50mmol必要であるが、分離した未反応のBNと副生したBAからBNへと再生して再利用することにより、従来、DMCの生成に必要なBNのほとんどを削減することが可能となる。また、BAは医農薬の中間体としての利用方法もあり得るが、それ程使用量も多くなく、処分費用が大きくかかっていたところを9割以上削減可能となった。さらに、BAからBNへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DMC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。   From the above results, 50 mmol of new BN is required at the start of the reaction. However, it is conventionally necessary to generate DMC by reusing and reusing separated unreacted BN and by-product BA to BN. Most BN can be reduced. In addition, BA may be used as an intermediate for medicines and agrochemicals, but the amount used is not so much, and it was possible to reduce more than 90% of the place where disposal costs were high. Furthermore, when regenerating and distilling from BA to BN, the temperature is increased to about 180 ° C., so this heat is used by supplying it through a heated pipe when reusing it for DMC production. be able to.

(実施例2)
一価アルコールでエタノール(100mmol)を用いること以外は、実施例1と同様にした。

Figure 2016216363
(Example 2)
Example 1 was repeated except that ethanol (100 mmol) was used as a monohydric alcohol.
Figure 2016216363

表2の結果より、炭酸ジエチル(DEC)の場合もDMCほどではないが、エタノールベースでのDEC収率は、1MPa時に13%、5MPa時に7%で得られることが確認された。また副生物のBAの生成量はDECとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   From the results of Table 2, it was confirmed that diethyl carbonate (DEC) was not as high as DMC, but the ethanol-based DEC yield was 13% at 1 MPa and 7% at 5 MPa. The amount of BA produced as a by-product was almost the same as that of DEC, and no other by-products were detected.

次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DEC、BN、エタノール、ヘキサンが、固体には、BAとCeOが含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、130℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、DEC、BN、ヘキサン及びエタノールへと分離し、純度96%以上のDECを回収することができた。また、固定成分中のBAとCeOはアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeOと2−PA及びアセトンを分離し、さらにBAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上のBAを回収できた。
続いて、回収したBAからBNへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表2に示すように試験No.3〜4を行ったところ、BNはそれぞれ6.0mmol、3.2mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は約90%以上、選択率はほぼ100%となった。
Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid includes DEC, BN, ethanol, and hexane, and the solid includes BA and CeO 2 . The liquid component after solvent extraction with hexane was separated into DEC, BN, hexane and ethanol by distillation that gradually increased the temperature to about 130 ° C., and DEC having a purity of 96% or more could be recovered. Further, BA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , 2-PA and acetone, and further BA and acetone are separated by distillation, respectively. % Or more of BA could be recovered.
Subsequently, regeneration from the recovered BA to BN was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 2, test no. When 3 to 4 were performed, BN produced 6.0 mmol and 3.2 mmol, respectively. In all experiments, the only by-product was water, yield was about 90% or more, and selectivity was almost 100%.

上記試験後の固液共存物質についても実施例1と同様に各液体及び固体を分離し、純度98%以上のBNを回収することができた。   As for the solid-liquid coexisting substance after the test, each liquid and solid was separated in the same manner as in Example 1, and BN having a purity of 98% or more could be recovered.

このようにして再生したBNを用いて、2回目のDEC生成反応を行った。実施例1と同様に反応条件は同じで、BNの量が50mmolとなるよう、未反応のBNと再生して得られたBNに、少量の新品のBNを追加した。その結果、1回目と同様に、DECが高収率で得られることが確認され、また副生物のBAの生成量もDECとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   Using the BN regenerated in this manner, a second DEC generation reaction was performed. The reaction conditions were the same as in Example 1, and a small amount of new BN was added to BN obtained by regeneration with unreacted BN so that the amount of BN was 50 mmol. As a result, as in the first time, it was confirmed that DEC was obtained in high yield, and the amount of BA produced as a by-product was almost the same as DEC, and no other by-products were detected. .

一価アルコールがエタノールで、生成物がDECの場合も、従来、DECの生成に必要なBNのほとんどを削減することが可能となり、廃棄処分となっていたBAを9割以上削減可能となった。さらに、BAからBNへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DEC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。   Even when the monohydric alcohol is ethanol and the product is DEC, it has become possible to reduce most of the BN conventionally required for the production of DEC and to reduce the amount of BA that has been disposed of by more than 90%. . Furthermore, when regenerating and distilling from BA to BN, the temperature is raised to about 180 ° C., so this heat is used by supplying it through the insulated pipe when reusing it for DEC production. be able to.

(実施例3)
一価アルコールで1-プロパノール(100mmol)を用いて、24時間反応すること以外は、実施例1と同様にした。

Figure 2016216363
Example 3
The same procedure as in Example 1 was performed except that 1-propanol (100 mmol) was used as a monohydric alcohol and the reaction was performed for 24 hours.
Figure 2016216363

表3の結果より、炭酸ジプロピル(DPC)の場合もDMCほどではないが、1-プロパノールベースでのDPC収率は、1MPa時に12.4%、5MPa時に6.4%で得られることが確認された。また副生物のBAの生成量はDPCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   From the results in Table 3, it is confirmed that the DPC yield based on 1-propanol is 12.4% at 1 MPa and 6.4% at 5 MPa, although not as much as DMC in the case of dipropyl carbonate (DPC). It was done. The amount of BA produced as a by-product was almost the same as DPC, and no other by-products were detected.

次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DPC、BN、1-プロパノール、ヘキサンが、固体には、BAとCeOが含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、170℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、DPC、BN、ヘキサン、1-プロパノールへと分離し、純度96%以上のDPCを回収することができた。また、固定成分中のBAとCeOはアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeOとBA及びアセトンを分離し、さらにBAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上のBAを回収できた。 Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid includes DPC, BN, 1-propanol, and hexane, and the solid includes BA and CeO 2 . The liquid component after solvent extraction with hexane can be separated into DPC, BN, hexane, and 1-propanol by distillation that gradually increases the temperature to about 170 ° C., and DPC with a purity of 96% or more can be recovered. It was. Further, BA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , BA and acetone, and further, BA and acetone are separated by distillation, respectively, and purity is 97% or more. Of BA could be recovered.

続いて、回収したBAからBNへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表3に示すように試験No.5〜6を行ったところ、BNはそれぞれ5.9mmol、2.8mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は約90%以上、選択率はほぼ100%となった。   Subsequently, regeneration from the recovered BA to BN was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 3, the test No. When 5 to 6 were performed, BN produced 5.9 mmol and 2.8 mmol, respectively. In all experiments, the only by-product was water, yield was about 90% or more, and selectivity was almost 100%.

上記試験後の固液共存物質についても実施例1と同様に各液体及び固体を分離し、純度98%以上のBNを回収することができた。   As for the solid-liquid coexisting substance after the test, each liquid and solid was separated in the same manner as in Example 1, and BN having a purity of 98% or more could be recovered.

このようにして再生したBNを用いて、2回目のDPC生成反応を行った。実施例1と同様に反応条件は同じで、BNの量が50mmolとなるよう、未反応のBNと再生して得られたBNに、少量の新品のBNを追加した。その結果、1回目と同様に、DPCが高収率で得られることが確認され、また副生物のBAの生成量もDPCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   A second DPC generation reaction was performed using the BN thus regenerated. The reaction conditions were the same as in Example 1, and a small amount of new BN was added to BN obtained by regeneration with unreacted BN so that the amount of BN was 50 mmol. As a result, as in the first time, it was confirmed that DPC was obtained in high yield, the amount of BA produced as a by-product was almost the same as DPC, and no other by-products were detected. .

一価アルコールが1-プロパノールで、生成物がDPCの場合も、従来、DPCの生成に必要なBNのほとんどを削減することが可能となり、廃棄処分となっていたBAを9割以上削減可能となった。さらに、BAからBNへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DPC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。   Even when the monohydric alcohol is 1-propanol and the product is DPC, it is possible to reduce most of the BN conventionally required for the production of DPC, and the amount of BA that has been disposed of can be reduced by more than 90%. became. Furthermore, when regenerating and distilling from BA to BN, the temperature is raised to about 180 ° C., so this heat is used by supplying it through a heated pipe when reusing it for DPC production. be able to.

(実施例4)
一価アルコールで1-ブタノール(100mmol)を用いて、24時間反応すること以外は、実施例1と同様にした。

Figure 2016216363
Example 4
Example 1 was repeated except that 1-butanol (100 mmol) was used as a monohydric alcohol and the reaction was performed for 24 hours.
Figure 2016216363

表3の結果より、炭酸ジブチル(DBC)の場合もDMCほどではないが、1-ブタノールベースでのDBC収率は、1MPa時に11.4%、5MPa時に5.8%で得られることが確認された。また副生物のBAの生成量はDBCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   From the results in Table 3, it is confirmed that the yield of DBC based on 1-butanol is 11.4% at 1 MPa and 5.8% at 5 MPa, although not as high as DMC in the case of dibutyl carbonate (DBC). It was done. The amount of BA produced as a by-product was almost the same as that of DBC, and no other by-products were detected.

次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DBC、BN、1-ブタノール、ヘキサンが、固体には、BAとCeOが含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、まず、120℃程度まで段階的に温度を上昇させる蒸留により、ヘキサン、1-ブタノールを分離し、その後、約0℃まで冷却することで、BNを析出させ、純度96%以上のDBCを回収することができた。また、固定成分中のBAとCeOはアセトン200mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeOとBA及びアセトンを分離し、さらにBAとアセトンは蒸留により、それぞれ分離し、純度97%以上のBAを回収できた。 Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid contains DBC, BN, 1-butanol and hexane, and the solid contains BA and CeO 2 . The liquid component after solvent extraction with hexane first separates hexane and 1-butanol by distillation that gradually increases the temperature to about 120 ° C., and then cools to about 0 ° C. to precipitate BN. It was possible to recover DBC having a purity of 96% or more. Further, BA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 200 ml of acetone and then filtered through a filter to separate CeO 2 , BA and acetone, and further, BA and acetone are separated by distillation, respectively, and purity is 97% or more. Of BA could be recovered.

続いて、回収したBAからBNへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表3に示すように試験No.7〜8を行ったところ、BNはそれぞれ5.5mmol、2.6mmol生成した。いずれの実験でも副生物は水しかなく、収率は約90%以上、選択率はほぼ100%となった。   Subsequently, regeneration from the recovered BA to BN was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 3, the test No. When 7 to 8 were performed, BN produced 5.5 mmol and 2.6 mmol, respectively. In all experiments, the only by-product was water, yield was about 90% or more, and selectivity was almost 100%.

上記試験後の固液共存物質についても実施例1と同様に各液体及び固体を分離し、純度98%以上のBNを回収することができた。   As for the solid-liquid coexisting substance after the test, each liquid and solid was separated in the same manner as in Example 1, and BN having a purity of 98% or more was recovered.

このようにして再生したBNを用いて、2回目のDBC生成反応を行った。実施例1と同様に反応条件は同じで、BNの量が50mmolとなるよう、未反応のBNと再生して得られたBNに、少量の新品のBNを追加した。その結果、1回目と同様に、DBCが高収率で得られることが確認され、また副生物のBAの生成量もDBCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。   A second DBC production reaction was performed using the BN thus regenerated. The reaction conditions were the same as in Example 1, and a small amount of new BN was added to BN obtained by regeneration with unreacted BN so that the amount of BN was 50 mmol. As a result, as in the first time, it was confirmed that DBC was obtained in a high yield, and the amount of BA produced as a by-product was almost the same as DBC, and no other by-products were detected. .

一価アルコールが1-ブタノールで、生成物がDBCの場合も、従来、DBCの生成に必要なBNのほとんどを削減することが可能となり、廃棄処分となっていたBAを9割以上削減可能となった。さらに、BAからBNへと再生、蒸留した際、180℃程度まで温度を上昇させていることから、DBC製造への再利用の際に、保温した配管を通じて供給することで、この熱を利用することができる。   Even in the case where the monohydric alcohol is 1-butanol and the product is DBC, it is possible to reduce most of the BN conventionally required for the production of DBC, and to reduce the amount of BA that has been disposed of by 90% or more. became. Furthermore, when regenerating and distilling from BA to BN, the temperature is increased to about 180 ° C., so this heat is used by supplying it through a heated pipe when reusing it for DBC production. be able to.

(実施例5)
回収したBAからBNへの再生での触媒調製において、SiO担体に担持する金属元素を、V、Re、W、Nbとし、試薬も関東化学製の特級を用いること以外は、実施例1と同様にNO.9〜16の試験を行った。

Figure 2016216363
(Example 5)
In the catalyst preparation in the regeneration from the recovered BA to BN, the metal elements supported on the SiO 2 carrier are V, Re, W, and Nb, and the reagent is also a special grade manufactured by Kanto Kagaku. Similarly, NO. 9 to 16 tests were conducted.
Figure 2016216363

表5の結果より、金属元素をV、Re、W、Nbとした場合も、収率は90%前後で選択率はほぼ100%となることがわかった。   From the results of Table 5, it was found that even when the metal elements were V, Re, W, and Nb, the yield was around 90% and the selectivity was almost 100%.

(実施例6)
回収したBAからBNへの再生での触媒調製において、最終的なMo担持量が表6に示すようにし、反応圧力を1MPaのみとする以外は、実施例1と同様にNO.17〜22の試験を行った。その結果、表6に示すように、Mo担持量は0.1〜-1mmolでは高い活性を示し、0.6mmol程度が好適な担持量であることがわかった。一方、担持量を多くしすぎると、活性が相対的に低下したが、これは、Mo酸化物が多量に担持されることで、SiO担体上のMo酸化物が大きな凝集体となるためと推察される。

Figure 2016216363
(Example 6)
In the catalyst preparation by regeneration from the recovered BA to BN, NO. Is the same as in Example 1 except that the final Mo loading is as shown in Table 6 and the reaction pressure is only 1 MPa. The test of 17-22 was done. As a result, as shown in Table 6, it was found that the Mo loading amount was high at 0.1 to −1 mmol, and about 0.6 mmol was a suitable loading amount. On the other hand, when the loading amount was excessively increased, the activity was relatively lowered. This is because the Mo oxide on the SiO 2 carrier becomes a large aggregate because the Mo oxide is loaded in a large amount. Inferred.
Figure 2016216363

なお、上記実施例1〜3では、BAからBNへの再生反応において、MoO/SiO触媒を用いたが、金属元素として、W、Re、V、Nbのいずれか1種類または2種類を、最終的に0.5mmol/gとなるように水溶液を調整後、SiOに含浸し、110℃で約6時間乾燥、500℃で約3時間焼成して得られる触媒を用いても、同様の効果が得られた。また、担体にはSiO以外にも、CeO、ZrO、CeO−ZrOを用いても、同様の効果が得られた。 In Examples 1 to 3 , the MoO 3 / SiO 2 catalyst was used in the regeneration reaction from BA to BN, but any one or two of W, Re, V, and Nb were used as the metal element. Even after using a catalyst obtained by adjusting the aqueous solution so that the final concentration is 0.5 mmol / g, impregnating with SiO 2 , drying at 110 ° C. for about 6 hours, and calcining at 500 ° C. for about 3 hours. The effect of was obtained. Also, the carrier in addition to SiO 2, even with CeO 2, ZrO 2, CeO 2 -ZrO 2, similar effects were obtained.

(実施例7)
回収したBAからBNへの再生工程において、有機溶媒にメシチレンの代わりにo−キシレン(20ml)を用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表7(NO.23)に示すように、BNは3.2mmol生成した。副生物は水しかなく、収率は42.7%、選択率はほぼ100%となった。

Figure 2016216363
(Example 7)
In the regeneration process from the recovered BA to BN, the same procedure as in Example 1 was performed except that o-xylene (20 ml) was used instead of mesitylene as the organic solvent and the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 7 (NO.23), 3.2 mmol of BN was generated. By-product was only water, yield was 42.7%, and selectivity was almost 100%.
Figure 2016216363

以上の結果から、有機溶媒にo−キシレンを用いても、高い収率で反応することがわかった。なお、m−キシレン、p−キシレンでも同様の効果が得られた。   From the above results, it was found that even when o-xylene was used as the organic solvent, the reaction was performed in a high yield. Similar effects were obtained with m-xylene and p-xylene.

(比較例1)
DMC製造反応において、水和剤としてアセトニトリル(AN、300mmol)を導入し、150℃で24時間反応させること以外は、実施例1と同様にした。

Figure 2016216363
(Comparative Example 1)
In the DMC production reaction, the same procedure as in Example 1 was carried out except that acetonitrile (AN, 300 mmol) was introduced as a wettable powder and allowed to react at 150 ° C. for 24 hours.
Figure 2016216363

表8の結果より、ANの用いるとBNの場合と比較して、DMC生成量が約1/10と低くなり、メタノールベースでのDMC収率は、0.5MPa時に8.2%が最高であることから、本発明の方が高効率であることがわかった。また副生物のアセトアミド(AA)の生成量はDMCとほぼ同量であり、それ以外の副生物は全く検出されなかった。
次に、実施例1と同様に各試験後の固液共存物質にヘキサン200mlを加えて撹拌し、溶媒抽出し、フィルターでろ過して、液体と固体を分離した。液体には、DMC、未反応のAN、メタノール、ヘキサンが、固体には、AAとCeOが含まれる。ヘキサンで溶媒抽出後の液体成分は、ANの融点と沸点がそれぞれ-45℃と82℃であることから、蒸留ではDMCとANとを分離することができないため、一旦-30〜0℃に冷却し、析出したDMCを分離することは可能である。その後、70℃程度まで温度を上昇させて蒸留した際、メタノールとヘキサンの混合物が未反応ANとを分離でき、未反応ANは、DMC生成反応へと再利用可能であるが、メタノールとヘキサンの混合物中に含まれるメタノール濃度が高いため、抽出用の溶媒として再利用が難しく、廃棄処理する必要がある。また、固定成分中のAAとCeOはアセトン100mlに溶解後、フィルターでろ過することで、CeOとAA及びアセトンを分離し、さらにAAとアセトンは70℃程度まで加熱した蒸留により、それぞれ分離し、純度95%以上のAAを回収できた。
From the results shown in Table 8, when AN is used, the amount of DMC produced is about 1/10 lower than that of BN, and the DMC yield based on methanol is highest at 8.2% at 0.5 MPa. From this, it was found that the present invention is more efficient. The amount of by-product acetamide (AA) produced was almost the same as that of DMC, and no other by-products were detected.
Next, as in Example 1, 200 ml of hexane was added to the solid-liquid coexisting substance after each test, and the mixture was stirred, extracted with a solvent, and filtered through a filter to separate a liquid and a solid. The liquid contains DMC, unreacted AN, methanol, and hexane, and the solid contains AA and CeO 2 . Since the liquid component after solvent extraction with hexane has a melting point and boiling point of AN of -45 ° C and 82 ° C, respectively, DMC and AN cannot be separated by distillation, so it is once cooled to -30 to 0 ° C. It is possible to separate the precipitated DMC. Thereafter, when the temperature is increased to about 70 ° C. and distillation is performed, a mixture of methanol and hexane can separate the unreacted AN, and the unreacted AN can be reused for the DMC formation reaction. Since the concentration of methanol contained in the mixture is high, it is difficult to reuse it as a solvent for extraction, and it is necessary to dispose of it. In addition, AA and CeO 2 in the fixed component are dissolved in 100 ml of acetone and filtered through a filter to separate CeO 2 , AA and acetone, and AA and acetone are separated by distillation heated to about 70 ° C. As a result, AA having a purity of 95% or more was recovered.

続いて、回収したAAからANへの再生についても、実施例1と同様に行った。その結果、表8に示すように試験No.24〜25を行ったところ、ほとんど反応しなかった。これは、固体触媒が塩基性であるのに対し、AAが酸性であることから、固体触媒上の活性点をAAが被毒することになり、反応が進行しないと考えられる。   Subsequently, regeneration from the collected AA to AN was performed in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 8, test no. When 24-25 was performed, there was almost no reaction. This is considered that since the solid catalyst is basic while AA is acidic, AA poisons the active sites on the solid catalyst and the reaction does not proceed.

したがって、副生したAAを脱水して、ANを再生することはできなかったため、2回目のDMC生成反応は、未反応のANに新品のANを追加し、ANの量が300mmolとなるようにして、150℃で24時間反応させること以外は、実施例1と同様に反応させた。その結果、1回目と同様に、BNの場合と比較して、DMC生成量が約1/10と低くなり、メタノールベースでのDMC収率は、0.5MPa時に1.7%が最高となった。   Therefore, since the AA produced as a by-product could not be dehydrated and the AN could not be regenerated, the second DMC formation reaction was performed by adding new AN to the unreacted AN so that the amount of AN was 300 mmol. The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reaction was performed at 150 ° C. for 24 hours. As a result, as in the first time, the amount of DMC produced was reduced to about 1/10 compared to the case of BN, and the DMC yield based on methanol reached 1.7% at 0.5 MPa. It was.

(比較例2)
BAからBNへの再生工程(及び再生工程後の分離工程)を行わないこと以外は、実施例1と同様の条件で試験NO.26〜27を行った。その結果、純度96%以上のDMCと、純度97%以上のBAを回収できたが、大量に副生したBAは利用用途がほとんどなく、産業廃棄物として処理することとなった。また、2回目のDMC生成反応には、新規に少なくとも7.7または4.3mmolのBNが必要となり、原料コストの増加にも繋がった。

Figure 2016216363
(Comparative Example 2)
Except that the regeneration step from BA to BN (and the separation step after the regeneration step) is not performed, test NO. 26-27 was performed. As a result, DMC with a purity of 96% or more and BA with a purity of 97% or more could be recovered, but a large amount of by-produced BA had almost no use and was treated as industrial waste. In addition, at least 7.7 or 4.3 mmol of BN was newly required for the second DMC production reaction, which led to an increase in raw material costs.
Figure 2016216363

(比較例3)
回収したBAからBNへの再生反応において、触媒として表10に示すような触媒を調製して用い、反応圧力を1MPaのみとすること以外は、実施例1と同様にした。その結果、表10(NO.28〜29)に示すように、BNの生成量が少なく、活性が低かった。

Figure 2016216363
(Comparative Example 3)
In the regeneration reaction from the recovered BA to BN, a catalyst as shown in Table 10 was prepared and used as the catalyst, and the same reaction as in Example 1 was performed except that the reaction pressure was only 1 MPa. As a result, as shown in Table 10 (NO. 28 to 29), the amount of BN produced was small and the activity was low.
Figure 2016216363

1 第1反応塔、2 第1抽出塔、3 第1蒸留塔、4 第2抽出塔、5 第2蒸留塔、6 触媒再生塔、7 第2反応塔、8 触媒分離塔、9 第3蒸留塔、10 CO昇圧ブロワー、11 CO、12 一価アルコール、13 2−シアノピリジン、14 固体触媒、15 反応液、16 アルカン、17、21 抽出液、18 固相物質、19 炭酸エステル、20 未反応2−シアノピリジン、22 使用済固体触媒、23 2−ピコリンアミド、24 親水性溶媒、25 固体触媒、26 使用済固体触媒、27 有機溶媒、28 未反応2−ピコリンアミド、29 水、30 ろ過塔、31 ピコリン酸メチル、32 カルバミン酸メチル、33 アルカン及び未反応一価アルコール 1 first reaction tower, 2 first extraction tower, 3 first distillation tower, 4 second extraction tower, 5 second distillation tower, 6 catalyst regeneration tower, 7 second reaction tower, 8 catalyst separation tower, 9 third distillation Tower, 10 CO 2 pressure blower, 11 CO 2 , 12 monohydric alcohol, 13 2-cyanopyridine, 14 solid catalyst, 15 reaction solution, 16 alkane, 17, 21 extract, 18 solid phase material, 19 carbonate ester, 20 Unreacted 2-cyanopyridine, 22 used solid catalyst, 23 2-picolinamide, 24 hydrophilic solvent, 25 solid catalyst, 26 used solid catalyst, 27 organic solvent, 28 unreacted 2-picolinamide, 29 water, 30 Filtration tower, 31 methyl picolinate, 32 methyl carbamate, 33 alkane and unreacted monohydric alcohol

Claims (13)

CeO及びZrOのいずれか一方、又は、双方の固体触媒とベンゾニトリルとの存在下で、一価アルコールと二酸化炭素を反応させて炭酸エステルと水を生成すると共に、前記ベンゾニトリルと前記生成した水との水和反応によりベンズアミドを生成させる第1の反応工程と、
前記第1の反応工程から前記ベンズアミドを分離した後、当該ベンズアミドを、モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、ニオブのいずれか1種または2種以上の金属種の金属酸化物がSiO、TiO、CeO、ZrO、Al、Cのいずれか1種又は2種以上の触媒担体に担持された触媒の存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応することにより、ベンゾニトリルに再生する第2の反応工程を有し、
前記第2の反応工程で再生したベンゾニトリルを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする炭酸エステルの製造方法。
In the presence of either one or both of CeO 2 and ZrO 2 and benzonitrile, a monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted to produce a carbonate and water, and the benzonitrile and the production. A first reaction step of producing benzamide by hydration reaction with purified water;
After separating the benzamide from the first reaction step, the metal oxide of one or more metal species of molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, niobium is SiO 2 , TiO 2 , By dehydration reaction by heating in the presence of a catalyst supported on one or more of the catalyst supports of CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and C and in the presence of an organic solvent , Having a second reaction step to regenerate to benzonitrile,
Benzonitrile regenerated in the second reaction step is used in the first reaction step.
前記第1の反応工程からの前記ベンズアミドの分離は、
前記第1の反応工程から排出される炭酸エステル、ベンズアミド、未反応のベンゾニトリル、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及びベンズアミドとに分離する工程と、
前記固液分離後の液相の、炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンを、それぞれに分離する工程と、
前記固液分離後の固体触媒及びベンズアミドを、親水性溶媒で抽出した後に固液分離し、液相のベンズアミド及び親水性溶媒と、固相の固体触媒とに分離する工程と、からなり、
更に、前記第2の反応工程の後、
当該工程から排出されるベンゾニトリル、未反応のベンズアミド、及び金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を、濾過して、固相の金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を分離する工程と、
当該分離後に残ったベンゾニトリル、ベンズアミド、有機溶媒、水をそれぞれに分離する工程と、を有し、
前記分離されたベンゾニトリルを、前記第1の反応工程において使用することを特徴とする請求項1に記載の炭酸エステルの製造方法。
Separation of the benzamide from the first reaction step is
The carbonate ester, benzamide, unreacted benzonitrile discharged from the first reaction step, and the solid catalyst are subjected to solvent extraction with alkane and then separated into solid and liquid, and the liquid phase carbonate ester, unreacted benzonitrile, And separating the alkane and the solid catalyst and benzamide in solid phase;
Separating the carbonate, unreacted benzonitrile, and alkane in the liquid phase after the solid-liquid separation, and
The solid catalyst and benzamide after the solid-liquid separation are extracted with a hydrophilic solvent, followed by solid-liquid separation, and separated into a liquid phase benzamide and a hydrophilic solvent and a solid phase solid catalyst.
Furthermore, after the second reaction step,
A step of filtering the catalyst in which the benzonitrile, unreacted benzamide, and metal oxide supported on the catalyst support are discharged from the process to separate the catalyst in which the solid phase metal oxide is supported on the catalyst support. When,
Separating each of the benzonitrile, benzamide, organic solvent, and water remaining after the separation,
The method for producing a carbonate ester according to claim 1, wherein the separated benzonitrile is used in the first reaction step.
前記分離された固体触媒を再生する工程を更に有し、再生後の触媒を、前記第1の反応工程で使用することを特徴とする請求項2に記載の炭酸エステルの製造方法。   The method for producing a carbonate according to claim 2, further comprising a step of regenerating the separated solid catalyst, wherein the regenerated catalyst is used in the first reaction step. 前記溶媒抽出の際に使用するアルカンが、ヘキサンであることを特徴とする請求項2又は3に記載の炭酸エステルの製造方法。   The method for producing a carbonate ester according to claim 2 or 3, wherein the alkane used in the solvent extraction is hexane. 前記親水性溶媒が、アセトンであることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。   The method for producing a carbonate ester according to any one of claims 2 to 4, wherein the hydrophilic solvent is acetone. 前記金属酸化物が担持された触媒担体は、SiO、TiO、CeO、ZrOのいずれか1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。 Catalyst support wherein the metal oxide is supported is a SiO 2, TiO 2, any one of claims 1 to 5, characterized in that CeO 2, one of ZrO 2 1 or two or more The manufacturing method of carbonate ester of description. 前記触媒担体が、SiOであることを特徴とする請求項6に記載の炭酸エステルの製造方法。 The method for producing a carbonate ester according to claim 6, wherein the catalyst carrier is SiO 2 . 前記金属酸化物が、モリブデン酸化物であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。   The said metal oxide is a molybdenum oxide, The manufacturing method of the carbonate ester of any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 前記一価アルコールがメタノールであり、炭酸エステルとして炭酸ジメチルを製造することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。   The method for producing a carbonate ester according to any one of claims 1 to 8, wherein the monohydric alcohol is methanol and dimethyl carbonate is produced as a carbonate ester. 前記一価アルコールがエタノールであり、炭酸エステルとして炭酸ジエチルを製造することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。   The method for producing a carbonate ester according to any one of claims 1 to 8, wherein the monohydric alcohol is ethanol and diethyl carbonate is produced as a carbonate ester. 前記有機溶媒が、メシチレンであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。   The said organic solvent is mesitylene, The manufacturing method of the carbonate ester of any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned. 前記第2の反応工程において、脱水剤を使用することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の炭酸エステルの製造方法。   The method for producing a carbonate ester according to any one of claims 1 to 11, wherein a dehydrating agent is used in the second reaction step. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造方法に用いる炭酸エステルの製造装置であって、
二酸化炭素を加圧する手段と、
CeO及びZrOのいずれか一方、又は、双方の固体触媒と、ベンゾニトリルとの存在下で、一価アルコールと二酸化炭素を反応させて炭酸エステルと水を生成すると共に、前記ベンゾニトリルと前記生成した水との水和反応によりベンズアミドを生成させる第1の反応手段と、
当該手段により排出される炭酸エステル、ベンズアミド、未反応のベンゾニトリル、及び前記固体触媒を、アルカンで溶媒抽出した後に固液分離し、液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンと、固相の前記固体触媒及びベンズアミドとに分離する手段と、
前記固液分離後の液相の炭酸エステル、未反応のベンゾニトリル、及びアルカンをそれぞれに分離する手段と、
前記固液分離後の固体触媒及びベンズアミドを、親水性溶媒で抽出した後に固液分離し、液相のベンズアミド及び親水性溶媒と、固相の固体触媒とに分離する手段と、
当該分離されたベンズアミドを、モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、ニオブのいずれか1種または2種以上の金属種の金属酸化物がSiO、TiO、CeO、ZrO、Al、Cのいずれか1種又は2種以上の触媒担体に担持された触媒の存在下、且つ、有機溶媒の存在下で、加熱して脱水反応させ、ベンゾニトリルを生成する第2の反応手段と、
当該手段により排出されるベンゾニトリル、未反応のベンズアミド、及び金属酸化物が触媒担体に担持された触媒を、濾過して、固相の金属酸化物を担持した触媒を分離する手段と、
当該分離後に残ったベンゾニトリル、ベンズアミド、有機溶媒、水をそれぞれに分離する手段と、を有し、
前記分離されたベンゾニトリルを、前記第1の反応手段へと搬送する手段を有することを特徴とする炭酸エステルの製造装置。
It is a manufacturing apparatus of the carbonate ester used for the manufacturing method of any one of Claims 1-12,
Means for pressurizing carbon dioxide;
In the presence of either one or both of CeO 2 and ZrO 2 , and benzonitrile, a monohydric alcohol and carbon dioxide are reacted to form a carbonate and water, and the benzonitrile and the above A first reaction means for producing benzamide by a hydration reaction with the produced water;
Carbonate ester, benzamide, unreacted benzonitrile, and the solid catalyst discharged by the means are subjected to solvent extraction with alkane, followed by solid-liquid separation, and liquid phase carbonate ester, unreacted benzonitrile, and alkane, Means for separating the solid catalyst and benzamide in solid phase;
Means for separating the carbonate, unreacted benzonitrile, and alkane in the liquid phase after the solid-liquid separation;
The solid catalyst and benzamide after the solid-liquid separation are extracted with a hydrophilic solvent and then separated into solid and liquid, and separated into a liquid phase benzamide and a hydrophilic solvent and a solid phase solid catalyst,
The separated benzamide is a metal oxide of any one or more of molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, niobium, or a metal oxide of SiO 2 , TiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , A second reaction means for producing a benzonitrile by dehydration by heating in the presence of a catalyst supported on any one or two or more catalyst carriers of C and in the presence of an organic solvent;
A means for filtering the catalyst having the benzonitrile, unreacted benzamide, and metal oxide supported on the catalyst carrier discharged by the means, and separating the catalyst having the solid phase metal oxide supported thereon;
And means for separating benzonitrile, benzamide, organic solvent, and water remaining after the separation,
An apparatus for producing a carbonate ester, comprising means for conveying the separated benzonitrile to the first reaction means.
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