JP2017533077A - ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物のホスゲン化方法 - Google Patents

ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物のホスゲン化方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、特にホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物とを反応させる方法であって、(I)第1の反応チャンバー(300、310、320、330、340、350)および第2の反応チャンバー(200、210、220、230、240、250、260)を有し、第1および第2の反応チャンバーが多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)により互いに分離されている反応器を提供し;(II)第1の反応チャンバー内において一酸化炭素および塩素を提供し;かつ同時に(III)第2の反応チャンバー内においてヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物を提供する工程を含む方法に関する。多孔性炭素膜は、ホスゲンを得るための一酸化炭素と塩素の反応を触媒し、生成したホスゲンが第2の反応チャンバー内へ移動できるように設計されている。本発明は、請求の範囲に記載された方法を実施するのに好適な反応器にも関する。

Description

関連出願の参照
本発明に至った研究は、欧州連合のSeventh Framework Programme (FP7/2007-2013)-INCAS (Integration of Nanoreactor and multisite Catalysis for a Sustainable chemical production)の一部として、助成合意第245988-1号(Grant Agreement No. 245988-1)に支援されたものである。
発明の分野
本発明は、ホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物とを反応させる方法であって、(I)第1の反応空間および第2の反応空間を含む反応器であって、第1および第2の反応空間が多孔性炭素膜により互いに分離されている反応器を提供し;(II)第1の反応空間内において一酸化炭素および塩素を提供し;かつ同時に(III)第2の反応空間内においてヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物を提供する工程を含む方法に関する。さらに本発明は、本発明の方法を実施するのに好適な反応器にも関する。
発明の背景
ホスゲン(COCl)は、医薬、ポリウレタンおよびポリカーボネートの製造において鍵となる試薬である。ホスゲンは非常に反応性な試薬であるが、同時に非常に有毒な試薬であり、プラント中に存在する(ホールドアップ)ホスゲンの量を理由として、産業的規模の製造において、配管またはプラント構成部品に対する他の損傷からの漏出に起因する意図しない放出が発生した場合の、環境に対する危険性を常に抱えている。
鍵となる試薬であるホスゲンを工業的規模で使用する一つの例は、ジフェニルカーボネート(DPC)の製造である。DPCは、例えば、ビスフェノールAとのエステル交換を通しての高品質なポリカーボネートの合成にとって重要な中間体である。フェノールおよびホスゲンからのDPCの合成(直接ホスゲン化)は、2つの工程において進められる:第1工程は、典型的には多管式固定床反応器内での活性化炭素触媒により起こる一酸化炭素と塩素との気相反応においてホスゲンを調製することを含む。反応器内の冷却媒体の沸点によって、冷コンバイナーまたは熱コンバイナーにおけるホスゲンの製造の間に差異が生じる。好適な触媒の存在下でフェノールとホスゲンとを反応させることによって、最終的にDPCが得られる。直接的なフェノールのホスゲン化を介したDPCの製造は、従来の界面方法(ナトリウムフェノキシドとホスゲンとの反応)と比較して大量のNaCl廃棄物の生成が回避されるという利点をもたらす。
ホスゲン合成およびDPC合成の両方とも、−107kJ/molおよび−54kJ/molの反応のエンタルピーを伴う非常に発熱性の反応である。特に、気相内のホスゲン合成の発熱性は効率的な冷却システムを必要とするが、反応器内において500℃を超える局所的温度のホットスポットを防ぐことは不可能である(Mitchell et al., Catal. Sci. Technol., 2012を参照)。300℃を超える温度の発生は、単に反応器内の材料ストレスの増大につながるだけでなく、ホスゲン生成の平衡反応に悪影響を与え(ホスゲンの分解は300℃超で優勢となる)、加えて触媒の失活速度を増大させ、そのため空時収量と工程効率に全体的な落ち込みがある。
方法の安全性を改善するためのより少ないホールドアップ量の観点から、微細構造反応器に関心が寄せられている。例えば、出願の例としてUS6,932,951には、シクロヘキセンをシクロヘキサンに水素化する微細構造反応器が記載されている。
CN101757859Aには、炭素膜反応器およびその使用方法が記載されている。無欠陥炭素膜が反応器のハウジングに結合し、かつ空洞が反応器のハウジング内に形成され、空洞が吸気口および排気口を連絡し、共反応物が吸気側を形成し、パージガス用入気口および排気口を備える空洞が経路側を形成していることが炭素膜反応器の特徴である。無欠陥炭素膜に触媒が充填されるか、あるいは触媒が無欠陥炭素膜上に存在する。
炭素膜を主題とする総説は、“A review on the latest development of carbon membranes for gas separation,” A.F. Ismail, L.I.B. David/Journal of Membrane Science 193 (2001) 1-18である。さらなる出版物は、“Porous, catalytically active ceramic membranes for gas-liquid reactions: a comparison between catalytic diffuser and forced through flow concept,” M. Reif, R. Dittmeyer, Catalysis Today 82 (2003) 3-14である。
開発の現状を考慮すると、ホスゲンのホールドアップの低減を伴う方法への要求が明らかである。本発明の文脈において、このような方法が提供される。より詳細には、反応器システム内で最少量の遊離ホスゲンが存在するホスゲン化方法を提供することが本発明の目的であった。
本発明の目的は、第1の化合物と第2の化合物とを反応させる方法であって、
前記第1の化合物が、GHS06のGHS危険性識別(hazard identification)を有し、かつ、少なくとも1つの第1の液体前駆体化合物と第2の液体前駆体化合物との反応により得られ、かつ、
前記第2の化合物が、前記第1の化合物と化学反応をすることができ、
(I)第1の反応空間および第2の反応空間を含み、前記第1および第2の反応空間が多孔性炭素膜により互いに分離されている、反応器を提供し、
(II)前記第1の反応空間内で前記第1および第2の前駆体化合物を提供し、
かつ、同時に
(III)前記第2の反応空間で前記第2の化合物を提供する
工程を含み、
前記多孔性炭素膜が:
−前記第1および第2の前駆体化合物の反応を触媒して前記第1の化合物を生成し、かつ、
−生成された前記第1の化合物を前記第2の反応空間内へ移動し得る
ように配置されている方法によって、本発明に従い達成される。
本発明によって、第1の化合物がGHS06のGHS(Globally Harmonized System of Classification, Labelling and Packaging of Chemicals of the United Nations)に従った危険性識別を有することが想定されている。欧州連合において、これはCLP規則とも呼ばれる、規則(EC)番号1272/2008によって規定されている。分類GHS06とは、有毒または非常に有毒な物質を指す。
第1の液体前駆体化合物および第2の液体前駆体化合物に関して、本発明によれば、溶媒中の固体の溶液を含む気体および液体が想定されている。
より詳細には、第1の化合物はホスゲンであってもよく、第1の前駆体化合物は一酸化炭素であってもよく、第2の前駆体化合物は塩素であってもよく、かつ第2の化合物はヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物であってもよい。
ホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物との反応における最重要性を理由として、本発明は制限することなくこの第1および第2の化合物に関連して説明されている。
本発明の方法において、ホスゲンは比較的寿命が短い中間体としてしか発生しない。第1の反応空間内に存在する一酸化炭素および塩素の気体混合物は、触媒的に活性化した炭素膜を通過して反応し、ホスゲンが生成される。in situで生成したホスゲンは炭素膜の孔から第2の反応空間内に移動し、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物と反応する。
本発明の方法は、反応システム内における大量のホスゲンの存在を回避することができる。さらなる利点は、従来のプラントにおいて知られている、ホスゲン合成における局所的ホットスポットの回避である。ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物は、反応の熱を除去するためにも作用する。膜の厚さが小さいことも、同様に熱の除去を促進する。また、従来の相転換方法に対して、副生成物のNaClの生成も回避される。全体として、1つの方法に2つの反応を統合することで、長期間にわたって方法の空時収量の増大をもたらし、プラントの熱ストレスが低減される。
本発明の方法の工程(I)において、反応器が提供される。反応器の設計は最初から詳細に規定されず、例えば、連続運転用の管状反応器またはバッチ式モード運転用のタンク反応器であってもよい。反応器は、多孔性炭素膜により互いに分離された2つの反応空間を有する。1つの反応空間はホスゲン生成に、1つの反応空間はホスゲン化に想定されている。2つの反応空間において好適な液体および気体の圧力を選択することにより、第2の反応空間から第1の反応空間への液体反応物の移動を防止することができる。
多孔性炭素膜は、自立膜または気体の透過が可能な基材によって支持された膜であってもよい。多孔性炭素膜は、有機前駆体化合物の熱分解または活性炭、グラフェンまたは炭素ナノチューブ(CNT)等の予め生産された炭素材料から得られる。膜の多孔性が、ホスゲン合成のための触媒作用を条件として、ホスゲンの移動に好適である場合、工業的気体分離分野からの炭素膜を用いることができる。
炭素膜に関連して、用語「多孔性」とは、ここでは膜内に存在する互いに接続した孔が少なくとも生成されたホスゲン分子の膜の通過を可能にすることを意味する。
本発明の方法の工程(II)および(III)は、in situで生成されたホスゲンが、素早くさらに反応できるように同時に行われる。ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する好適な化合物の例として、フェノール等の芳香族アルコール類、脂肪族アルコール類、第1級芳香族アミン類、第2級芳香族アミン類、第1級脂肪族アミン類、第2級脂肪族アミン類、N,N−ジメチルホルムアミドおよびN−メチルホルムアニリドが挙げられる。特に、芳香族および脂肪族のアルコール類およびホルムアミド類が好ましく、前者はポリカーボネートの製造における反応生成物の使用が理由であり、かつ後者はビルスマイヤー−ハーク(Vilsmeier-Haack)ホルミル化におけるそれらの使用が理由である。第1級アミン類がさらに好ましく、それはそれらがホスゲン化によってポリウレタン製造において使用される対応するイソシアネート類に転換することができるためである。
そのため全体として、膜は孔反応器と見なすこともできる。
反応器内の腐食しやすい表面は、例えばステンレススチールまたはSiOコーティングによって保護することができる。
本発明の方法の反応条件に関して、ホスゲン合成の反応温度は、有利には80〜330℃、ホスゲン化(特にフェノールの)の反応温度は、150〜300℃であってもよい。第1および第2の反応空間内の反応温度が190〜210℃であることが特に好ましい。
第1および第2の反応空間内の圧力は、例えば1〜29barであってもよい。24〜26barの圧力が好ましい。特に、好ましい範囲内において、滞留時間を数分となるように(1時間以上と対照的に)減少させることが可能である。
多孔性炭素膜が、Clと第2の反応空間内の出発材料および生成物との接触を防止するためにも設定される場合、ホスゲン化反応においてさらに有利である。このようにして、塩素化物、例えばクロロフェノールの生成を防止することが可能である。
本発明のさらなる態様および側面は、以下に説明されている。文脈から反対が明白でない限り、それらを所望により互いに組み合わせることができる。
本発明の方法の一つの態様において、多孔性炭素膜は、水銀ポロシメーター(ISO 15901−1)決定される≧0.01〜≦10μmの公称孔径(nominal pore size)を有する。公称孔径は、孔径分布の最大値を意味すると通常理解される。好ましい公称孔径は≧0.1〜≦10μmである。
好ましくは、膜はそれぞれの場合において独立して下記のさらなる特性を有する:
厚さ:≧1〜≦10mm
比表面積(BET):≧100〜≦2000m/g
多孔性:≧0.1〜≦0.5
屈曲性:≧1〜≦15
熱伝導率:≧1〜≦175W/m/K
反応器内に取り込まれた膜:≧300〜≦800kg/m
本発明の方法のさらなる態様において、多孔性炭素膜は、第2の反応空間に面した多孔性炭素膜の側に部分的に配置された、第1の化合物(好ましくはホスゲン)と第2の化合物(好ましくは、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基)とを反応させる触媒をさらに含む。好適には、触媒は不均一触媒である。フェノール等の芳香族アルコール類のホスゲン化の場合、例えば、Alを用いることが可能である。
本発明の方法のさらなる態様において、均一触媒は、第2の反応空間にさらに存在する。したがって、好ましくはホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物とを反応させる触媒は、第2の反応空間に存在する反応媒体中に溶解している。フェノール等の芳香族アルコール類のホスゲン化の場合、例えば、TiClまたはピリジンを用いることが可能である。
本発明の方法のさらなる態様において、第1の反応空間内に連続気泡フォームがさらに存在する。原則的に、好適なフォーム材料は、ホスゲン合成において存在する温度および特に最大300℃で安定なもの全てである。フォームは、好ましくは金属フォームまたはセラミックフォームである。フォームは、COとCl反応物の混合の改善だけでなく、第1の反応空間が機械的にそれによって支持され得るという特性をさらに有する。これは特に多層反応器において有利である。
本発明の方法のさらなる態様において、反応器は熱伝導流体を収容する空洞をさらに含む。このようにして熱交換器、特に交差流熱交換器を含むことが可能である。使用される熱伝導流体は、水もしくは油等の液体、または空気等の気体であってもよい。
本発明の方法のさらなる態様において、反応器は第1の化合物(好ましくはホスゲン)と第2の化合物(好ましくはヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物)との反応を完了させる滞留(dwell)域を含む。例えば、フェノールとホスゲンとの反応により、クロロギ酸エステルを生成された中間体として速やかに得るが、クロロギ酸エステルとフェノールとのさらなる反応はより遅く進みDPCを生成する多数段階反応の場合において特に、滞留域(dwell zone)nは、ホスゲン合成後、流れる方向に第2の反応空間の反応の発生の増加をもたらし得る(さらなるホスゲンが第2の反応空間内に移動しないように)。
本発明の方法のさらなる態様において、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物は、フェノール、ジメチルホルムアミドまたはN−メチルホルムアニリドである。
本発明の方法のさらなる態様において、反応器は、複数の第1の反応空間、第2の反応空間および多孔性炭素膜を含み、1つの第1の反応空間および1つの第2の反応空間が、いずれの場合にも多孔性炭素膜により互いに分離されている。したがって、平坦な、多層およびモジュール式反応器を得ることが可能である。
本発明の方法のさらなる態様において、反応器は内側から外側へ同心円状に配置された第1の反応空間および第2の反応空間を持つシリンダー状の構造を有し、第1および第2の反応空間は、多孔性炭素膜により互いに分離されている。その場合、反応器は原則的にバブルカラム反応器のように機能する。好ましくは、2つ以上のこれら反応器が組み合わさってシェルおよびチューブ反応器を形成する。
個別のシリンダー状反応器は、独立して下記の特性を有してもよい:
第2の反応空間の直径:≧3〜≦10cm
第2の反応空間の長さ:≧3〜≦20m
第2の反応空間内の反応混合物の滞留時間:≧1〜≦60分
フェノールのモル過剰:≧4〜≦6。
本発明の方法のさらなる態様において、第1の反応空間および/または第2の反応空間は、流動液体の流動方向に対して直角の≧8・10−5〜≦8・10−4の断面積を有する。断面積は、好ましくは≧1・10−4〜≦7・10−4、より好ましくは≧2・10−4〜≦6・10−4である。
本発明の方法のさらなる態様において、反応器は、共通の第2の反応空間に囲まれた複数の第1の反応空間を含む。
平面構造だけでなく、一端で空洞のシリンダーが閉じられた形態をとる炭素膜の形態も好ましい。
本発明は、さらに、ホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物との反応のための反応器であって、
−第1の反応空間および第2の反応空間であって、第1の反応空間および第2の反応空間が多孔性炭素膜により互いに分離されている、第1の反応空間および第2の反応空間、および
−第2の反応空間に面した多孔性炭素膜の側に少なくとも部分的に配置された、ホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基と含有する化合物とを反応させる触媒
を含む反応器に関する。
好適には、触媒は不均一触媒である。フェノール等の芳香族アルコール類のホスゲン化の場合、例えばAlを用いることが可能である。
本発明の反応器の一つの態様において、第1の反応空間内に連続気泡フォームがさらに存在する。原則的に、好適なフォーム材料は、ホスゲン合成において存在する温度および特に最大300℃で安定なもの全てである。フォームは、好ましくは金属フォームまたはセラミックフォームである。フォームは、COとCl反応物の混合の改善だけでなく、第1の反応空間が機械的に支持され得るという特性をさらに有する。これは特に多層反応器において有利である。
本発明の反応器のさらなる態様において、第1の反応空間および/または第2の反応空間は、流動液体の流動方向に対して直角の≧8・10−5〜≦8・10−4の断面積を有する。
本発明の反応器さらなる態様において、多孔性炭素膜は、水銀ポロシメーター(ISO 15901−1)により決定される≧0.01〜≦10μmの公称孔径を有する。公称孔径は、孔径分布の最大値を意味すると通常理解される。好ましい公称孔径は≧0.1〜≦10μmである。
好ましくは、膜はそれぞれの場合において独立して下記のさらなる特性を有する:
厚さ:≧1〜≦10mm
比表面積(BET):≧100〜≦2000m/g
多孔性:≧0.1〜≦0.5
屈曲性:≧1〜≦15
熱伝導率:≧1〜≦175W/m/K
反応器内に取り込まれた膜:≧300〜≦800kg/m
本発明の反応器のさらなる態様において、反応器は熱伝導流体を収容する空洞をさらに含む。このようにして熱交換器、特に交差流熱交換器を含むことが可能である。使用される熱伝導流体は、水もしくは油等の液体、または空気等の気体であってもよい。
本発明の反応器のさらなる態様において、反応器はホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物との反応を完了させる滞留域をさらに含む。例えば、フェノールとホスゲンとの反応により、クロロギ酸エステルを生成された中間体として速やかに得るが、クロロギ酸エステルとフェノールとのさらなる反応はより遅く進みDPCを生成する多数段階反応の場合において特に、滞留域は、ホスゲン合成後、流れる方向における第2の反応空間の反応におけるホスゲンの分解をもたらし得る(さらなるホスゲンが第2の反応空間内に移動しないように)。
本発明の反応器のさらなる態様において、反応器は、複数の第1の反応空間、第2の反応空間および多孔性炭素膜を含み、1つの第1の反応空間および1つの第2の反応空間が、いずれの場合にも多孔性炭素膜により互いに分離されている。したがって、平坦な、多層およびモジュール式反応器を得ることが可能である。
本発明の反応器のさらなる態様において、反応器は内側から外側へ同心円状に配置された第1の反応空間および第2の反応空間を持つシリンダー状の構造を有し、第1および第2の反応空間は、多孔性炭素膜により互いに分離されている。その場合、反応器は原則的にバブルカラム反応器のように機能する。好ましくは、2つ以上のこれら反応器が組み合わさってシェルおよびチューブ反応器を形成する。
個別のシリンダー状反応器は、独立して下記の特性を有してもよい:
第2の反応空間の直径:≧3〜≦10cm
第2の反応空間の長さ:≧3〜≦20m。
本発明の反応器のさらなる態様において、第1の反応空間および/または第2の反応空間は、流動液体の流動方向に対して直角の≧8・10−5〜≦8・10−4の断面積を有する。
本発明の反応器のさらなる態様において、反応器は、共通の第2の反応空間に囲まれた複数の第1の反応空間を含む。
本発明は、下記の図により、制限されることなく詳細に説明される。図は以下を示す。
図1は、本発明の方法の反応器の断面図である。 図2は、本発明の方法のさらなる反応器の断面図である。 図3は、本発明の方法のさらなる反応器の断面図である。 図4は、本発明の方法のさらなる反応器の断面図である。 図5は、本発明の方法のさらなる反応器の断面図である。 図6は、本発明の方法のさらなる反応器の断面図である。 図7は、本発明の方法のシミュレーション結果を示した図である。 図8は、本発明の方法のさらなる反応器の断面図である。
図1は、本発明の方法で使用可能な反応器の断面図を示す。2つの多孔性炭素膜100、110が、それぞれ第1の反応空間300、310と、第2の反応空間200、210とを分離する。空洞400が熱交換器の機能を担えるように、熱伝導流体が中を流れることができるさらなる空洞400を中央に配置する。第1の反応空間300、310は、支持機能だけはなく、改善された気体混合をもたらす連続気泡フォームを含有する。これは、例えば、連続気泡金属フォームであってもよい。一酸化炭素および塩素を、第1の反応空間300、310に導入し、膜100、110による触媒作用下で反応させ、ホスゲンを生成する。このホスゲンは、膜100、110の孔を通過し、第2の反応空間200、210内へ入る。第2の反応空間200、210内に、フェノール等のヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物が存在し、ホスゲンと反応する。この反応を促進させるため、触媒を用いてもよい。これは、第2の反応空間200、210における均一触媒の形態をとってもよい。代替的または追加的に、不均一触媒は、第2の反応空間200、210に面した膜100、110の側に存在していてもよい。
図2は、本発明の方法で使用可能なさらなる反応器の断面図を示す。ここで示されている反応器は、第1の反応空間320の中央配置が上方および下方で多孔性炭素膜120、130によって第2の反応空間220、230と区切られている点で図1の反応器と異なる。第2の反応空間220、230に隣接して配置されているのは、熱伝導流体を収容する空洞410、420である。図2に示される反応器は、図1の反応器と比べて、大量の反応熱を除去しなければならない場合に有利である。
図3は、本発明の方法で使用可能なさらなる反応器の断面図を示す。反応器は同心円状の構造を有し、そのため管状の反応器、またはシェル状および管状の反応器にすることが可能となる。ここで示されている外観は、反応器の主軸に対して直角の断面である。上述した連続気泡フォームを有する第一の反応空間330が内側に存在する。多孔性炭素膜140により、第1の反応空間330と第2の反応空間240とが分離されている。ここでも、空洞430が熱伝導流体を収容するように機能する。
図4は、本発明の方法で使用可能なさらなる反応器の断面図を示す。反応器は、図1に記載されたとおりである。ここでは、例示目的でDPC合成を説明する。COガスおよびClガスを第1の反応空間300、310内へ導入し、触媒活性炭素膜100、110を通過させてホスゲンを生成する。第2の反応空間200、210内へ導入し、膜100、110中に生成されたホスゲンを、クロロギ酸エステル中間体を介してフェノール(PhOH)と反応させ、ジフェニルカーボネート(DPC)を生成する。フェノール流およびCOおよびCl流は互いに直交して流れる。好適には、熱伝導流体は空洞400を流れ、同様にフェノールの流動方向に直交して、COおよびCl流とは反対に流れる。この場合、交差流熱交換器を含むことが可能である。
図5は、本発明の方法で使用可能なさらなる反応器の断面図を示す。これは、管状反応器であり、同様にシェルおよび管状反応器の一部となり得る。COガスおよびClガスを第1の反応空間340に導入し、触媒活性炭素膜140を通過させて反応させホスゲンを生成する。第2の反応空間250内へホスゲンを導入し、例えばフェノールと反応させ、クロロギ酸エステル中間体の中間体生成とともにジフェニルカーボネートを生成する。反応生成物は、上方端部で管状反応器を離れる。管状反応器、またはシェルおよび管状反応器の場合、フリー・フロー熱伝導媒体による外部からの直接冷却が可能であって、そのため上記で概説された反応器内の別々の空洞がなくてもよい。
図6に示す配置において、図5による反応器との差異は、フェノールの流動方向から見た多孔性炭素膜150の下流に存在する滞留域500における第2の反応器250において、第2の反応空間250内で進行する反応をさらに進めることができることである。したがって、必要であれば、全体の反応の転換をさらに増加させることができる。
図7は、本発明の方法のシミュレーション結果を示す。フェノールのホスゲン化によるDPCの合成は、公知の動力学的情報に基づいてモデル化した。均一触媒または不均一触媒の動力学を、社内結果から得られたモデルに導入した。物理的特性を、Aspen Properties(登録商標)ソフトウェアパッケージから得て、可能であれば実験的Dethermデータベースと比較した。採用した規格は:ホスゲン合成におけるClの99.9%転換、フェノールのホスゲン化におけるホスゲンの100%転換(反応器出口でホスゲンなし)、膜で最大温度300℃であった。使用した圧力は、ホスゲンを液体フェノール中で効果的に溶解し、それによって有意にその寿命を減少させるために、25barであった。100%ホスゲン転換および反応器の冷却に必要なフェノールのホスゲンに対するモル比は、>4:1であった。モデル化に使用した反応器は、図6に示す設定に対応し、したがって滞留域500を有する。図7において、フェノール転換X(PhOH)および多孔性炭素膜Tの温度を、管状反応器の長さに対してプロットした。反応器は、4.5メートルの全長を有していた。3メートルより後の区域は、ホスゲンの完全な転換のための滞留域に相当し、実際のホスゲン合成は、反応器の最初の3メートル内で進行する。フェノールの開始温度は140℃であった。
図6による約400個の反応器を用いて、シェルおよび管状反応器内で、上記モデル計算によって約20000メートルトンのDPCの年間生産を達成することができる。
図8は、本発明の方法のためのさらなる反応器の断面図を示する。見て分かるように、一端で開放された複数の第1の反応空間350が、共通の第2の反応空間260から膜150により分離されて存在する。反応器の下方端で、COおよび塩素ガスが導入される。気体混合物は第1の反応空間内を通り、膜の触媒作用によって反応してホスゲンを生成し、これが膜を通過する。これを、矢印および気泡600により図示した。第2の反応空間の下方端でフェノールが導入される。これを、液体相、例えば融解形態または溶液内に入れる。第2の反応空間内の液体相の表面を点線700により示す。したがって、気相は液体相の上に存在する。第2の反応空間において、導入したフェノールと膜を通過したホスゲンを反応させ、DPCを生成する。DPCの生成混合物および未転換フェノール(「PhOH(過剰)」)を第2の反応空間の上方端で取り出す。反応器の上方端で、気体生成物であるHClおよび未転換CO(「CO(過剰)」)を放出する。
図8による約400個の第1の反応空間を用いて、反応器内で、上記モデル計算によって約20000メートルトンのDPCの年間生産を達成することができる。

Claims (15)

  1. 第1の化合物と第2の化合物とを反応させる方法であって、
    前記第1の化合物が、GHS06のGHS危険性識別(hazard identification)を有し、かつ、少なくとも1つの第1の液体前駆体化合物と第2の液体前駆体化合物との反応により得られ、
    前記第2の化合物が、前記第1の化合物と化学反応をすることができ、
    (I)第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)および第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)を含み、前記第1および第2の反応空間が多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)により互いに分離されている、反応器を提供し、
    (II)前記第1の反応空間内で前記第1および第2の前駆体化合物を提供し、
    かつ、同時に
    (III)前記第2の反応空間内で前記第2の化合物を提供する
    工程を含み、
    前記多孔性炭素膜が、
    −前記第1および第2の前駆体化合物の反応を触媒して前記第1の化合物を生成し、かつ、
    −生成された前記第1の化合物を前記第2の反応空間内へ移動し得る
    ように配置されている、方法。
  2. 前記第1の化合物がホスゲンであり、前記第1の前駆体化合物が一酸化炭素であり、前記第2の前駆体化合物が塩素であり、前記第2の化合物がヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)が、水銀ポロシメーター(ISO 15901-1)により決定される≧0.01〜≦10μmの公称孔径(nominal pore size)を有する、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)が、前記第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)に面した多孔性炭素膜の側に少なくとも部分的に配置された、前記第1の化合物と前記第2の化合物とを反応させる触媒をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 均一触媒が、前記第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)内にさらに存在する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 連続気泡フォームが、前記第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)内にさらに存在する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記反応器が、熱伝導流体を収容する空洞(400、410、420、430)をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記反応器が、前記第1の化合物と前記第2の化合物との反応を完了させる滞留域(dwell zone)(500)をさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記反応器が、複数の第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)、第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)および多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)を含み、1つの第1および第2の反応空間が、いずれの場合にも多孔性炭素膜により分離されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記反応器が、第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)および第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)が内側から外側へ同心円状に配置され、前記第1の反応空間および前記第2の反応空間が、多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)により互いに分離されているシリンダー状構造を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)および/または前記第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)が、流動液体の流動方向に対して直角の≧8・10−5〜≦8・10−4の断面積を有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記反応器が、共通の第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)に囲まれた複数の第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)を含む、請求項1〜8および11のいずれか一項に記載の方法。
  13. ホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物とを反応させるための反応器であって、
    −第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)および第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)であって、前記第1の反応空間および前記第2の反応空間が多孔性炭素膜(100、110、120、130、140、150)により互いに分離されている、前記第1の反応空間および前記第2の反応空間、および
    −前記第2の反応空間に面した前記多孔性炭素膜の側に少なくとも部分的に配置された、ホスゲンと、ヒドロキシル、チオール、アミノおよび/またはホルムアミド基を有する化合物とを反応させる触媒
    を含む、反応器。
  14. 連続気泡フォームが、前記第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)内にさらに存在する、請求項13に記載の反応器。
  15. 前記反応器が、共通の第2の反応空間(200、210、220、230、240、250、260)に囲まれた複数の第1の反応空間(300、310、320、330、340、350)を含む、請求項13または14に記載の反応器。
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