JP2018507934A - ポリプロピオラクトンの生成のためのプロセスおよびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第62/116,326号(2015年2月13日出願)に対する優先権を主張する。この米国仮特許出願は、その全体が本明細書中に参考として援用される。
本開示は一般に、ポリプロピオラクトン生成、さらに具体的には、エチレンオキシドの供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームからのポリプロピオラクトンの生成に関する。
ポリプロピオラクトンは、アクリル酸の生成のための有用な前駆体である。ポリプロピオラクトンの熱分解は、ポリアクリル酸をベースとする高吸水性ポリマーの生成のために需要が高い精アクリル酸を生じさせる。ポリプロピオラクトンの1つの利点は、精アクリル酸を発送および貯蔵することに関連する安全性または品質の懸念を伴わずに、安全に輸送し、長期間貯蔵することができることである。アクリル酸市場の規模およびアクリル酸の下流用途の重要性を考えると、アクリル酸の前駆体、例えば、ポリプロピオラクトンを生成する改善された方法が必要とされている。
一態様において、ポリプロピオラクトン(PPL)の合成のための方法であって、
エチレンオキシド(EO)の供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームを用意することであって、これらの供給原料ストリームを任意選択で合わせることと;
供給原料ストリームを第1の反応ゾーンに方向付けることと;
第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下で供給原料ストリームをカルボニル化触媒と接触させ、EOの少なくとも一部分をベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームに変換することであって、BPL生成物ストリームは、BPL、カルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒を含むことと;
BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、カルボニル化触媒リサイクルストリームおよび加工されたBPL生成物ストリームを生成することであって、加工されたBPL生成物ストリームは、BPLおよびカルボニル化溶媒を含むことと;
加工されたBPL生成物ストリームをカルボニル化溶媒除去ゾーンに方向付けることと;
加工されたBPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去して、重合供給ストリームを生成することであって、重合供給ストリームは、BPLを含むことと;
重合供給ストリームを第2の反応ゾーンに方向付けることと;
第2の反応ゾーンにおいて重合供給ストリーム中のBPLを重合触媒と接触させて、PPLを生成することと
を含む、方法を提供する。
エチレンオキシド源;
一酸化炭素源;
カルボニル化触媒源;
カルボニル化溶媒源;
重合触媒源;
第1の反応ゾーンであって、エチレンオキシド源からのエチレンオキシド、一酸化炭素源からの一酸化炭素、カルボニル化触媒源からのカルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒源からのカルボニル化溶媒を受け、第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下でエチレンオキシドおよび一酸化炭素をカルボニル化触媒と接触させることから、ベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームを出力するように構成されており、BPL生成物ストリームは、カルボニル化溶媒およびBPLを含む、第1の反応ゾーン;
BPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去するように構成されている溶媒除去ユニット;ならびに
第2の反応ゾーンであって、溶媒除去ユニットからのBPL生成物ストリーム、および重合触媒源からの重合触媒を受け、第2の反応ゾーンにおいてBPL生成物ストリームを重合触媒と接触させることからPPL生成物ストリームを出力するように構成されており、PPL生成物ストリームは、PPLを含む、第2の反応ゾーン
を含む、システムを提供する。
特定の官能基および化学用語の定義を、下記により詳細に記載する。化学元素は、元素周期表、CASバージョン、Handbook of Chemistry and Physics、第75版、内表紙によって同定し、特定の官能基は一般に、その中に記載されているように定義する。さらに、有機化学の一般原則、ならびに特定の官能性部分および反応性は、Organic Chemistry、Thomas Sorrell、University Science Books、Sausalito、1999年;SmithおよびMarch March’s Advanced Organic Chemistry、第5版、John Wiley & Sons, Inc.、New York、2001年;Larock、Comprehensive Organic Transformations、VCH Publishers, Inc.、New York、1989年;Carruthers、Some Modern Methods of Organic Synthesis、第3版、Cambridge University Press、Cambridge、1987年に記載されている。
本明細書に記載されている方法およびシステムは、重合ステップの前にカルボニル化溶媒を除去することによって、当技術分野において公知の問題の1つに取り組む。その際に、PPLの生成のための本明細書に記載の方法は、より融通性があり効率的である。一態様において、BPLを生成する一酸化炭素によるエチレンオキシドのカルボニル化、BPLからのカルボニル化溶媒の除去、およびPPLを生成するBPLの重合のための方法を提供する。この段階におけるカルボニル化溶媒の除去は、異なる溶媒が重合ステップにおいて使用されることを可能とし、クリーンなリサイクルされた溶媒ストリームを提供し、下流の状況におけるよりも除去することがより容易である。1つの具体例では、本明細書に記載されている方法は、PPL生成物中に供給されるカルボニル化プロセスにおけるTHFの使用を可能とする。PPL重合の特定の触媒を毒し得るため、THFはいくつかの連続的なカルボニル化重合プロセスにおいて使用することができない。しかし、本明細書に記載の方法は、カルボニル化および重合ステップのそれぞれについての最適な溶媒(これらは異なり得る)の選択を可能とし、それによってPPL生成の融通性および効率を増加させる。
I.方法
(a)エチレンオキシド(EO)の供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームを用意することであって、これらの供給原料ストリームを任意選択で合わせることと;
(b)供給原料ストリームを第1の反応ゾーンに方向付け、そこでカルボニル化溶媒の存在下でカルボニル化触媒と接触させ、EOの少なくとも一部分を、ベータプロピオラクトン(BPL)を含むBPL生成物ストリームに変換することと;
(c)カルボニル化触媒をベータラクトン生成物ストリームから分離し、カルボニル化触媒リサイクルストリームを得ることと;
(d)BPLおよびカルボニル化溶媒を含むベータプロピオラクトン生成物ストリームを、カルボニル化溶媒除去ゾーンに方向付け、そこでカルボニル化溶媒を、ベータプロピオラクトン生成物ストリームから除去することと;
(e)ステップ(d)の後に第2の溶媒をベータプロピオラクトン生成物ストリーム中に任意選択で導入し、ベータプロピオラクトン生成物ストリームを第2の反応ゾーンに方向付け、そこでBPLを重合触媒と接触させ、ポリプロピオラクトンを形成することと
を含む、方法を提供する。
エチレンオキシド(EO)の供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームを用意することであって、これらの供給原料ストリームを任意選択で合わせることと;
供給原料ストリームを第1の反応ゾーンに方向付けることと;
第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下で供給原料ストリームをカルボニル化触媒と接触させ、EOの少なくとも一部分をベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームに変換することであって、BPL生成物ストリームは、BPL、カルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒を含むことと;
BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、カルボニル化触媒リサイクルストリームおよび加工されたBPL生成物ストリームを生成することであって、加工されたBPL生成物ストリームは、BPLおよびカルボニル化溶媒を含むことと;
加工されたBPL生成物ストリームをカルボニル化溶媒除去ゾーンに方向付けることと;
加工されたBPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去して、重合供給ストリームを生成することであって、重合供給ストリームは、BPLを含むことと;
重合供給ストリームを第2の反応ゾーンに方向付けることと;
第2の反応ゾーンにおいて重合供給ストリーム中のBPLを重合触媒と接触させて、PPLを生成することと
を含む、方法を提供する。
上記の方法の一部の変形形態では、方法は、重合供給ストリームを重合触媒と接触させる前に、第2の溶媒を重合供給ストリーム中に導入することをさらに含む。
カルボニル化
カルボニル化溶媒
カルボニル化触媒
Lcは、配位子であり、2個またはそれ超のLcが存在するとき、それぞれは、同じであるか、または異なってもよく、
Mは、金属原子であり、2個のMが存在するとき、それぞれは、同じであるか、または異なってもよく、
vは、1〜4の整数(両端を含む)であり、
bは、1〜2の整数(両端を含む)であり、
zは、金属錯体上のカチオン電荷を表す0超の整数である。
M1は、第1の金属原子であり、
M2は、第2の金属原子であり、
Rdは、出現する毎に独立に、水素、ハロゲン、−OR4、−NRy 2、−SRy、−CN、−NO2、−SO2Ry、−SORy、−SO2NRy 2;−CNO、−NRySO2Ry、−NCO、−N3、−SiRy 3;またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有するC1〜20ヘテロ脂肪族;6〜10員アリール;窒素、酸素、および硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜10員ヘテロアリール;ならびに窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜2個のヘテロ原子を有する4〜7員複素環からなる群から選択される任意選択で置換されている基であり、2つもしくはそれ超のRd基は、一緒になって、1個もしくは複数の任意選択で置換されている環を形成し得、
各Ryは、独立に、水素、アシル;カルバモイル、アリールアルキル;6〜10員アリール;C1〜12脂肪族;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜2個のヘテロ原子を有するC1〜12ヘテロ脂肪族;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜10員ヘテロアリール;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜2個のヘテロ原子を有する4〜7員複素環;酸素保護基;および窒素保護基からなる群から選択される任意選択で置換されている基であり、同じ窒素原子上の2個のRyは、この窒素原子と一緒になって、独立に窒素、酸素、および硫黄からなる群から選択される0〜2個のさらなるヘテロ原子を有する任意選択で置換されている4〜7員複素環式環を形成し、
各R4は、独立に、ヒドロキシル保護基またはRyである。
M、およびaは、上記ならびに本明細書におけるクラスおよびサブクラスにおいて定義されている通りである。
R1a、R1a’、R2a、R2a’、R3a、およびR3a’は、独立に、水素、ハロゲン、−OR4、−NRy 2、−SRy、−CN、−NO2、−SO2Ry、−SORy、−SO2NRy 2;−CNO、−NRySO2Ry、−NCO、−N3、−SiRy 3;またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有するC1〜20ヘテロ脂肪族;6〜10員アリール;窒素、酸素、および硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜10員ヘテロアリール;ならびに窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜2個のヘテロ原子を有する4〜7員複素環からなる群から選択される任意選択で置換されている基であり、各R4、およびRyは、独立に、上記で定義され、かつ本明細書におけるクラスおよびサブクラスにおいて記載されている通りであり、
(R2a’およびR3a’)、(R2aおよびR3a)、(R1aおよびR2a)、ならびに(R1a’およびR2a’)のいずれかは、任意選択でそれらが結合している炭素原子と一緒になって1個もしくは複数の環を形成してもよく、この環はさらに、1個もしくは複数のRy基で置換されていてもよく、
R4aは、
Rcは、出現する毎に独立に、水素、ハロゲン、−OR4、−NRy 2、−SRy、−CN、−NO2、−SO2Ry、−SORy、−SO2NRy 2;−CNO、−NRySO2Ry、−NCO、−N3、−SiRy 3;またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有するC1〜20ヘテロ脂肪族;6〜10員アリール;窒素、酸素、および硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜10員ヘテロアリール;ならびに窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜2個のヘテロ原子を有する4〜7員複素環からなる群から選択される任意選択で置換されている基であり、
2個もしくはそれ超のRc基は、それらが結合している炭素原子および任意の介在する原子と一緒になって、1個もしくは複数の環を形成してもよく、
2個のRc基が同じ炭素原子に結合しているとき、それらは、それらが結合している炭素原子と一緒になって、3〜8員スピロ環、カルボニル、オキシム、ヒドラゾン、イミン;および任意選択で置換されているアルケンからなる群から選択される部分を形成してもよく、
R4およびRyは、上記ならびに本明細書においてクラスおよびサブクラスにおいて定義されている通りであり、
Yは、−NRy−、−N(Ry)C(O)−、−C(O)NRy−、−O−、−C(O)−、−OC(O)−、−C(O)O−、−S−、−SO−、−SO2−、−C(=S)−、−C(=NRy)−、−N=N−;ポリエーテル;C3〜C8置換もしくは非置換炭素環;およびC1〜C8置換もしくは非置換複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
m’は、0または1〜4の整数(両端を含む)であり、
qは、0または1〜4の整数(両端を含む)であり、
xは、0、1、または2である。
Reは、出現する毎に独立に、水素、ハロゲン、−OR、−NRy 2、−SRy、−CN、−NO2、−SO2Ry、−SORy、−SO2NRy 2;−CNO、−NRySO2Ry、−NCO、−N3、−SiRy 3;またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有するC1〜20ヘテロ脂肪族;6〜10員アリール;窒素、酸素、および硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜10員ヘテロアリール;ならびに窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立に選択される1〜2個のヘテロ原子を有する4〜7員複素環からなる群から選択される任意選択で置換されている基である。
カルボニル化溶媒除去
PPLへのBPL変換
PPLの熱分解
反応ゾーン
エチレンオキシド
一酸化炭素
重合触媒
各R1およびR2は、独立に、水素、あるいはC1〜20脂肪族;C1〜20ヘテロ脂肪族;3〜8員飽和もしくは部分不飽和の単環式炭素環;7〜14員飽和もしくは部分不飽和の多環式炭素環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜6員単環式ヘテロアリール環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜5個のヘテロ原子を有する8〜14員多環式ヘテロアリール環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜3個のヘテロ原子を有する3〜8員飽和もしくは部分不飽和の単環式複素環式環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜5個のヘテロ原子を有する6〜14員飽和もしくは部分不飽和の多環式複素環;フェニル;または8〜14員多環式アリール環からなる群から選択される、任意選択で置換されているラジカルであり、R1およびR2は、介在する原子と一緒になって、1個もしくは複数のさらなるヘテロ原子を任意選択で含有する1個もしくは複数の任意選択で置換されている環を形成することができ、
各R3は、独立に、水素、あるいはC1〜20脂肪族;C1〜20ヘテロ脂肪族;3〜8員飽和もしくは部分不飽和の単環式炭素環;7〜14員飽和もしくは部分不飽和の多環式炭素環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜6員単環式ヘテロアリール環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜5個のヘテロ原子を有する8〜14員多環式ヘテロアリール環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜3個のヘテロ原子を有する3〜8員飽和もしくは部分不飽和の単環式複素環式環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜5個のヘテロ原子を有する6〜14員飽和もしくは部分不飽和の多環式複素環;フェニル;または8〜14員多環式アリール環からなる群から選択される、任意選択で置換されているラジカルであり、R3基は、R1またはR2基と一緒になって、1個もしくは複数の任意選択で置換されている環を形成することができる。
各R1、R2およびR3は、上記に記載され、
各R4は、独立に、水素、あるいはC1〜20脂肪族;C1〜20ヘテロ脂肪族;3〜8員飽和もしくは部分不飽和の単環式炭素環;7〜14員飽和もしくは部分不飽和の多環式炭素環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5〜6員単環式ヘテロアリール環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜5個のヘテロ原子を有する8〜14員多環式ヘテロアリール環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜3個のヘテロ原子を有する3〜8員飽和もしくは部分不飽和の単環式複素環式環;窒素、酸素、もしくは硫黄から独立に選択される1〜5個のヘテロ原子を有する6〜14員飽和もしくは部分不飽和の多環式複素環;フェニル;または8〜14員多環式アリール環からなる群から選択される任意選択で置換されているラジカルであり、R4基は、R1、R2またはR3基と一緒になって、1個もしくは複数の任意選択で置換されている環を形成することができる。
ナノ濾過
アクリレートのリサイクル
熱の捕捉
反応モード
重合溶媒
II.システム
(a)エチレンオキシドおよび一酸化炭素;
(b)カルボニル化溶媒の存在下でエチレンオキシドおよび一酸化炭素がカルボニル化触媒と接触し、EOの少なくとも一部分が、ベータプロピオラクトン生成物ストリームに変換される、第1の反応ゾーン;
(c)ベータプロピオラクトン生成物ストリームからカルボニル化溶媒を除去するための溶媒除去ユニット;ならびに
(d)溶媒除去の後にベータプロピオラクトン生成物ストリーム中に導入される、カルボニル化溶媒と異なる任意選択の第2の溶媒;ならびに
(e)ベータプロピオラクトン生成物ストリームが、適切な重合触媒と接触し、ベータプロピオラクトンの少なくとも一部分が、ポリプロピオラクトンを形成する、第2の反応ゾーン
を含む。
エチレンオキシド源;
一酸化炭素源;
カルボニル化触媒源;
カルボニル化溶媒源;
重合触媒源;
第1の反応ゾーンであって、エチレンオキシド源からのエチレンオキシド、一酸化炭素源からの一酸化炭素、カルボニル化触媒源からのカルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒源からのカルボニル化溶媒を受け、第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下でエチレンオキシドおよび一酸化炭素をカルボニル化触媒と接触させることから、ベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームを出力するように構成されており、BPL生成物ストリームは、カルボニル化溶媒およびBPLを含む、第1の反応ゾーン;
BPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去するように構成されている溶媒除去ユニット;ならびに
第2の反応ゾーンであって、溶媒除去ユニットからのBPL生成物ストリーム、および重合触媒源からの重合触媒を受け、第2の反応ゾーンにおいてBPL生成物ストリームを重合触媒と接触させることからPPL生成物ストリームを出力するように構成されており、PPL生成物ストリームは、PPLを含む、第2の反応ゾーン
を含む、システムを提供する。
エチレンオキシド源;
一酸化炭素源;
カルボニル化触媒源;
カルボニル化溶媒源;
重合触媒源;
第1の反応ゾーンであって、エチレンオキシド源からのエチレンオキシド、一酸化炭素源からの一酸化炭素、カルボニル化触媒源からのカルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒源からのカルボニル化溶媒を受け、第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下でエチレンオキシドおよび一酸化炭素をカルボニル化触媒と接触させることから、ベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームを出力するように構成されており、BPL生成物ストリームは、カルボニル化溶媒およびBPLを含む、第1の反応ゾーン;
BPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去するように構成されている溶媒除去ユニット;ならびに
第2の反応ゾーンであって、溶媒除去ユニットからのBPL生成物ストリーム、および重合触媒源からの重合触媒を受け、第2の反応ゾーンにおいてBPL生成物ストリームを重合触媒と接触させることからPPL生成物ストリームを出力するように構成されており、PPL生成物ストリームは、PPLを含む、第2の反応ゾーン
を含む、システムを提供する。
実施形態の列挙
1.ポリプロピオラクトンの合成のための方法であって、
(a)エチレンオキシド(EO)の供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームを用意することであって、これらの供給原料ストリームを任意選択で合わせることと;
(b)供給原料ストリームを第1の反応ゾーンに方向付け、そこでカルボニル化溶媒の存在下でカルボニル化触媒と接触させ、EOの少なくとも一部分を、ベータプロピオラクトン(BPL)を含むBPL生成物ストリームに変換することと;
(c)カルボニル化触媒をベータラクトン生成物ストリームから分離し、カルボニル化触媒リサイクルストリームを得ることと;
(d)BPLおよびカルボニル化溶媒を含むベータプロピオラクトン生成物ストリームを、カルボニル化溶媒除去ゾーンに方向付け、そこでカルボニル化溶媒を、ベータプロピオラクトン生成物ストリームから除去することと;
(e)ステップ(d)の後に第2の溶媒をベータプロピオラクトン生成物ストリーム中に任意選択で導入し、ベータプロピオラクトン生成物ストリームを第2の反応ゾーンに方向付け、そこでBPLを重合触媒と接触させ、ポリプロピオラクトンを形成することと
を含む、方法。
2.ステップ(d)が、カルボニル化溶媒を蒸留し、カルボニル化溶媒の蒸留ストリームを取り出すことを含む、実施形態1に記載の方法。
3.カルボニル化溶媒が、1atmで160℃未満の沸点を有する、実施形態1または2に記載の方法。
4.第2の反応ゾーンが、反応押出機である、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
5.ステップ(c)が、ナノ濾過膜でのナノ濾過を含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
6.第1の反応ゾーンに戻されるカルボニル化触媒リサイクルストリームを戻すステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
7.第2の反応ゾーンの温度を維持するために、ステップ(e)において生じた熱が使用される、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
8.ステップ(e)から生じた熱を捕捉し、その熱を他のプロセスに方向付けるステップをさらに含む、実施形態4に記載の方法。
9.熱が、カルボニル化溶媒の蒸留に方向付けられる、実施形態8に記載の方法。
10.ステップ(e)におけるベータプロピオラクトン生成物ストリームが、第2の反応ゾーン中に導入されたときに未希釈である、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
11.ステップ(e)の重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法
12.ステップ(e)の重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態1〜10のいずれか一項に記載の方法
13.カルボニル化触媒が、金属カルボニルを含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
14.カルボニル化溶媒が、極性供与溶媒を含む、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
15.ステップ(e)が、溶媒の非存在下で行われる、先行する実施形態のいずれか一項に記載の方法。
16.ステップ(e)の第2の溶媒が、カルボニル化溶媒と異なる、実施形態1〜14のいずれか一項に記載の方法。
17.ステップ(e)の第2の溶媒が、誘電率によって測定される場合に、カルボニル化溶媒より極性が低い、実施形態1〜14または16のいずれか一項に記載の方法。
18.ポリプロピオラクトンへのエチレンオキシドの変換のためのシステムであって、
(a)エチレンオキシドおよび一酸化炭素;
(b)カルボニル化溶媒の存在下でエチレンオキシドおよび一酸化炭素がカルボニル化触媒と接触し、EOの少なくとも一部分が、ベータプロピオラクトン生成物ストリームに変換される、第1の反応ゾーン;
(c)ベータプロピオラクトン生成物ストリームからカルボニル化溶媒を除去するための溶媒除去ユニット;ならびに
(d)溶媒除去の後にベータプロピオラクトン生成物ストリーム中に導入される、カルボニル化溶媒と異なる任意選択の第2の溶媒;ならびに
(e)ベータプロピオラクトン生成物ストリームが、適切な重合触媒と接触し、ベータプロピオラクトンの少なくとも一部分が、ポリプロピオラクトンを形成する、第2の反応ゾーン
を含む、システム。
19.カルボニル化溶媒が、1atmで160℃未満の沸点を有する、実施形態18に記載のシステム。
20.第2の反応ゾーンが、反応押出機である、実施形態18または19に記載のシステム。
21.溶媒除去ユニットが、ナノ濾過膜を含む、実施形態18〜20のいずれか一項に記載のシステム。
22.熱交換器が、第2の反応ゾーンに接続されている、実施形態18〜21のいずれか一項に記載のシステム。
23.重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態18〜22のいずれか一項に記載のシステム
24.重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態18〜22のいずれか一項に記載のシステム
25.カルボニル化触媒が、金属カルボニルを含む、実施形態18〜24のいずれか一項に記載のシステム。
26.カルボニル化溶媒が、極性供与溶媒を含む、実施形態18〜25のいずれか一項に記載のシステム。
27.第2の溶媒が、カルボニル化溶媒と異なる、実施形態18〜26のいずれか一項に記載のシステム。
28.第2の溶媒が、誘電率によって測定される場合に、カルボニル化溶媒より極性が低い、実施形態18〜27のいずれか一項に記載のシステム。
29.ポリプロピオラクトン(PPL)を生成するための方法であって、
エチレンオキシド(EO)の供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームを用意することであって、これらの供給原料ストリームを任意選択で合わせることと;
供給原料ストリームを第1の反応ゾーンに方向付けることと;
第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下で供給原料ストリームをカルボニル化触媒と接触させ、EOの少なくとも一部分をベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームに変換することであって、BPL生成物ストリームは、BPL、カルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒を含むことと;
BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、カルボニル化触媒リサイクルストリームおよび加工されたBPL生成物ストリームを生成することであって、加工されたBPL生成物ストリームは、BPLおよびカルボニル化溶媒を含むことと;
加工されたBPL生成物ストリームをカルボニル化溶媒除去ゾーンに方向付けることと;
加工されたBPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去して、重合供給ストリームを生成することであって、重合供給ストリームは、BPLを含むことと;
重合供給ストリームを第2の反応ゾーンに方向付けることと;
第2の反応ゾーンにおいて重合供給ストリーム中のBPLを重合触媒と接触させて、PPLを生成することと
を含む、方法。
30.重合供給ストリームを重合触媒と接触させる前に、第2の溶媒を重合供給ストリーム中に導入することをさらに含む、実施形態29に記載の方法。
31.加工されたBPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去することが、カルボニル化溶媒の少なくとも一部分を蒸留することと、カルボニル化溶媒の蒸留ストリームを取り出すこととを含む、実施形態29または30に記載の方法。
32.カルボニル化溶媒が、1atmで160℃未満の沸点を有する、実施形態29〜31のいずれか一項に記載の方法。
33.カルボニル化溶媒が、1atmで、150℃未満、140℃未満、130℃未満、120℃未満、110℃未満、100℃未満、90℃未満、もしくは80℃未満;または60℃〜160℃、60℃〜150℃、60℃〜140℃、60℃〜130℃、60℃〜120℃、60℃〜110℃、60℃〜110℃、60℃〜100℃、60℃〜90℃、60℃〜80℃、70℃〜160℃、70℃〜150℃、70℃〜140℃、70℃〜130℃、70℃〜120℃、70℃〜110℃、70℃〜110℃、70℃〜100℃、70℃〜90℃、もしくは70℃〜80℃の沸点を有する、実施形態32に記載の方法。
34.第2の反応ゾーンが、反応押出機である、実施形態29〜33のいずれか一項に記載の方法。
35.BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離することが、ナノ濾過膜でのナノ濾過を含む、実施形態29〜34のいずれか一項に記載の方法。
36.第1の反応ゾーンに戻されるカルボニル化触媒リサイクルストリームを戻すことをさらに含む、実施形態29〜35のいずれか一項に記載の方法。
37.熱が、重合供給ストリーム中のBPLを重合触媒と接触させることによって生じる、実施形態29〜36のいずれか一項に記載の方法。
38.第2の反応ゾーンの温度を維持するために、生じた熱の少なくとも一部分が使用される、実施形態37に記載の方法。
39.生じた熱の少なくとも一部分を捕捉し、捕捉した熱を他のプロセスに方向付けることをさらに含む、実施形態37に記載の方法。
40.捕捉した熱が、カルボニル化溶媒の蒸留に方向付けられる、実施形態39に記載の方法。
41.重合供給ストリームが、第2の反応ゾーン中に導入されるとき、未希釈である、実施形態29〜40のいずれか一項に記載の方法。
42.重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態29〜41のいずれか一項に記載の方法
43.重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態29〜41のいずれか一項に記載の方法
44.カルボニル化触媒が、金属カルボニルを含む、実施形態29〜43のいずれか一項に記載の方法。
45.カルボニル化溶媒が、極性供与溶媒を含む、実施形態29〜44のいずれか一項に記載の方法。
46.重合供給ストリーム中のBPLを重合触媒と接触させることが、溶媒の非存在下で行われる、実施形態29〜45のいずれか一項に記載の方法。
47.第2の溶媒が、カルボニル化溶媒と異なる、実施形態30〜46のいずれか一項に記載の方法。
48.第2の溶媒が、誘電率によって測定される場合に、カルボニル化溶媒より極性が低い、実施形態30〜45または47のいずれか一項に記載の方法。
49.供給原料ストリームがそれぞれ独立に、0.005重量%未満の酸素を有する、実施形態29〜48のいずれか一項に記載の方法。
50.供給原料ストリームがそれぞれ独立に、200ppm未満の酸素、150ppm未満の酸素、100ppm未満の酸素、50ppm未満の酸素、20ppm未満の酸素、10ppm未満の酸素、5ppm未満の酸素、2ppm未満の酸素、または1ppm未満の酸素を有する、実施形態29〜48のいずれか一項に記載の方法。
51.供給原料ストリームがそれぞれ独立に、0.05重量%未満の水、または0.01重量%未満の水を有する、実施形態29〜50のいずれか一項に記載の方法。
52.供給原料ストリームがそれぞれ独立に、1000ppm未満の水、500ppm未満の水、400ppm未満の水、250ppm未満の水、200ppm未満の水、150ppm未満の水、100ppm未満の水、50ppm未満の水、または10ppm未満の水を有する、実施形態29〜50のいずれか一項に記載の方法。
53.供給原料ストリームがそれぞれ独立に、200ppm未満の合わせた酸素および水を有する、実施形態29〜50のいずれか一項に記載の方法。
54.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、0.005重量%未満の酸素を有する、実施形態29〜53のいずれか一項に記載の方法。
55.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、200ppm未満の酸素、150ppm未満の酸素、100ppm未満の酸素、50ppm未満の酸素、20ppm未満の酸素、10ppm未満の酸素、5ppm未満の酸素、2ppm未満の酸素、または1ppm未満の酸素を有する、実施形態29〜53のいずれか一項に記載の方法。
56.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、0.05重量%未満の水、または0.01重量%未満の水を有する、実施形態29〜55のいずれか一項に記載の方法。
57.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、1000ppm未満の水、500ppm未満の水、400ppm未満の水、250ppm未満の水、200ppm未満の水、150ppm未満の水、100ppm未満の水、50ppm未満の水、または10ppm未満の水を有する、実施形態29〜55のいずれか一項に記載の方法。
58.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、200ppm未満の合わせた酸素および水を有する、実施形態29〜57のいずれか一項に記載の方法。
59.エチレンオキシドをポリプロピオラクトン(PPL)に変換するためのシステムであって、
エチレンオキシド源;
一酸化炭素源;
カルボニル化触媒源;
カルボニル化溶媒源;
重合触媒源;
第1の反応ゾーンであって、エチレンオキシド源からのエチレンオキシド、一酸化炭素源からの一酸化炭素、カルボニル化触媒源からのカルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒源からのカルボニル化溶媒を受け、第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下でエチレンオキシドおよび一酸化炭素をカルボニル化触媒と接触させることから、ベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームを出力するように構成されており、BPL生成物ストリームは、カルボニル化溶媒およびBPLを含む、第1の反応ゾーン;
BPL生成物ストリームを受け、BPL生成物ストリームからカルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去するように構成されている溶媒除去ユニット;ならびに
第2の反応ゾーンであって、溶媒除去ユニットからのBPL生成物ストリーム、および重合触媒源からの重合触媒を受け、第2の反応ゾーンにおいてBPL生成物ストリームを重合触媒と接触させることからPPL生成物ストリームを出力するように構成されており、PPL生成物ストリームは、PPLを含む、第2の反応ゾーン
を含む、システム。
60.BPL生成物ストリームと合わせるための第2の溶媒を出力するように構成されている第2の溶媒源であって、第2の溶媒が、カルボニル化溶媒と異なる、第2の溶媒源をさらに含む、実施形態59に記載のシステム。
61.カルボニル化溶媒が、1atmで160℃未満の沸点を有する、実施形態59または60に記載のシステム。
62.カルボニル化溶媒が、1atmで、150℃未満、140℃未満、130℃未満、120℃未満、110℃未満、100℃未満、90℃未満、もしくは80℃未満;または60℃〜160℃、60℃〜150℃、60℃〜140℃、60℃〜130℃、60℃〜120℃、60℃〜110℃、60℃〜110℃、60℃〜100℃、60℃〜90℃、60℃〜80℃、70℃〜160℃、70℃〜150℃、70℃〜140℃、70℃〜130℃、70℃〜120℃、70℃〜110℃、70℃〜110℃、70℃〜100℃、70℃〜90℃、もしくは70℃〜80℃の沸点を有する、実施形態61に記載のシステム。
63.第2の反応ゾーンが、反応押出機である、実施形態59〜62のいずれか一項に記載のシステム。
64.BPL生成物ストリームを受け、BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を除去し、触媒リサイクルストリームおよび重合供給ストリームを出力するように構成されているナノ濾過膜をさらに含み、
重合供給ストリームが、BPLを含み、第2の反応ゾーンが、重合供給ストリームを受けるように構成されている、実施形態59〜63のいずれか一項に記載のシステム。
65.ナノ濾過膜から第1の反応ゾーンへと触媒リサイクルストリーム出力物を戻すように構成されているカルボニル化触媒リサイクルループをさらに含む、実施形態64に記載のシステム。
66.第2の反応ゾーンにおいて生じた熱の少なくとも一部分を捕捉するように構成されている熱交換器をさらに含む、実施形態59〜65のいずれか一項に記載のシステム。
67.重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態59〜66のいずれか一項に記載のシステム
68.重合触媒が、以下の式の化合物の塩である、実施形態59〜66のいずれか一項に記載のシステム
69.カルボニル化触媒が、金属カルボニルを含む、実施形態59〜68のいずれか一項に記載のシステム。
70.カルボニル化溶媒が、極性供与溶媒を含む、実施形態59〜69のいずれか一項に記載のシステム。
71.第2の溶媒が、カルボニル化溶媒と異なる、実施形態60〜70のいずれか一項に記載のシステム。
72.第2の溶媒が、誘電率によって測定される場合に、カルボニル化溶媒より極性が低い、実施形態60〜71のいずれか一項に記載のシステム。
73.エチレンオキシドおよび一酸化炭素がそれぞれ独立に、0.005重量%未満の酸素を有する、実施形態59〜72のいずれか一項に記載のシステム。
74.エチレンオキシドおよび一酸化炭素がそれぞれ独立に、200ppm未満の酸素、150ppm未満の酸素、100ppm未満の酸素、50ppm未満の酸素、20ppm未満の酸素、10ppm未満の酸素、5ppm未満の酸素、2ppm未満の酸素、または1ppm未満の酸素を有する、実施形態59〜72のいずれか一項に記載のシステム。
75.エチレンオキシドおよび一酸化炭素がそれぞれ独立に、0.05重量%未満の水、または0.01重量%未満の水を有する、実施形態59〜74のいずれか一項に記載のシステム。
76.エチレンオキシドおよび一酸化炭素がそれぞれ独立に、1000ppm未満の水、500ppm未満の水、400ppm未満の水、250ppm未満の水、200ppm未満の水、150ppm未満の水、100ppm未満の水、50ppm未満の水、または10ppm未満の水を有する、実施形態59〜74のいずれか一項に記載のシステム。
77.エチレンオキシドおよび一酸化炭素がそれぞれ独立に、200ppm未満の合わせた酸素および水を有する、実施形態59〜76のいずれか一項に記載のシステム。
78.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、0.005重量%未満の酸素を有する、実施形態64〜77のいずれか一項に記載のシステム。
79.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、200ppm未満の酸素、150ppm未満の酸素、100ppm未満の酸素、50ppm未満の酸素、20ppm未満の酸素、10ppm未満の酸素、5ppm未満の酸素、2ppm未満の酸素、または1ppm未満の酸素を有する、実施形態64〜77のいずれか一項に記載のシステム。
80.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、0.05重量%未満の水、または0.01重量%未満の水を有する、実施形態64〜79のいずれか一項に記載のシステム。
81.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、1000ppm未満の水、500ppm未満の水、400ppm未満の水、250ppm未満の水、200ppm未満の水、150ppm未満の水、100ppm未満の水、50ppm未満の水、または10ppm未満の水を有する、実施形態64〜79のいずれか一項に記載のシステム。
82.カルボニル化触媒リサイクルストリームが、200ppm未満の合わせた酸素および水を有する、実施形態64〜81のいずれか一項に記載のシステム。
Claims (20)
- ポリプロピオラクトン(PPL)を生成するための方法であって、
エチレンオキシド(EO)の供給原料ストリームおよび一酸化炭素の供給原料ストリームを用意することであって、前記供給原料ストリームを任意選択で合わせることと;
前記供給原料ストリームを第1の反応ゾーンに方向付けることと;
前記第1の反応ゾーンにおいてカルボニル化溶媒の存在下で前記供給原料ストリームをカルボニル化触媒と接触させ、前記EOの少なくとも一部分をベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームに変換することであって、前記BPL生成物ストリームは、BPL、カルボニル化触媒、およびカルボニル化溶媒を含むことと;
前記BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を分離して、カルボニル化触媒リサイクルストリームおよび加工されたBPL生成物ストリームを生成することであって、前記加工されたBPL生成物ストリームは、BPLおよびカルボニル化溶媒を含むことと;
前記加工されたBPL生成物ストリームをカルボニル化溶媒除去ゾーンに方向付けることと;
前記加工されたBPL生成物ストリームから前記カルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去して、重合供給ストリームを生成することであって、前記重合供給ストリームは、BPLを含むことと;
前記重合供給ストリームを第2の反応ゾーンに方向付けることと;
前記第2の反応ゾーンにおいて前記重合供給ストリーム中のBPLを重合触媒と接触させて、PPLを生成することと
を含む、方法。 - 前記重合供給ストリームを前記重合触媒と接触させる前に、第2の溶媒を前記重合供給ストリーム中に導入することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記加工されたBPL生成物ストリームからの前記カルボニル化溶媒の少なくとも一部分を前記除去することが、前記カルボニル化溶媒の少なくとも一部分を蒸留することと、前記カルボニル化溶媒の蒸留ストリームを取り出すこととを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記カルボニル化溶媒が、1atmで160℃未満の沸点を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の反応ゾーンが、反応押出機である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記BPL生成物ストリームからカルボニル化触媒の少なくとも一部分を前記分離することが、ナノ濾過膜でのナノ濾過を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の反応ゾーンに戻される前記カルボニル化触媒リサイクルストリームを戻すことをさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 熱が、前記重合供給ストリーム中の前記BPLを前記重合触媒と接触させることによって生じ、前記第2の反応ゾーンの温度を維持するために前記熱の少なくとも一部分が使用される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 熱が、前記重合供給ストリーム中の前記BPLを前記重合触媒と接触させることによって生じ、前記方法が、前記熱の少なくとも一部分を捕捉し、前記捕捉した熱を他のプロセスに方向付けることをさらに含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱が、前記カルボニル化溶媒の前記蒸留に方向付けられる、請求項9に記載の方法。
- 前記重合供給ストリームが、前記第2の反応ゾーン中に導入されるとき、未希釈である、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記カルボニル化触媒が、金属カルボニルを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記カルボニル化溶媒が、極性供与溶媒を含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記重合供給ストリーム中の前記BPLを前記重合触媒と前記接触させることが、溶媒の非存在下で行われる、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の溶媒が、前記カルボニル化溶媒と異なる、請求項2から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の溶媒が、誘電率によって測定される場合に、前記カルボニル化溶媒より極性が低い、請求項2から15または17のいずれか一項に記載の方法。
- エチレンオキシドをポリプロピオラクトン(PPL)に変換するためのシステムであって、
エチレンオキシド源;
一酸化炭素源;
カルボニル化触媒源;
カルボニル化溶媒源;
重合触媒源;
第1の反応ゾーンであって、前記エチレンオキシド源からのエチレンオキシド、前記一酸化炭素源からの一酸化炭素、前記カルボニル化触媒源からのカルボニル化触媒、および前記カルボニル化溶媒源からのカルボニル化溶媒を受け、前記第1の反応ゾーンにおいて前記カルボニル化溶媒の存在下で前記エチレンオキシドおよび前記一酸化炭素を前記カルボニル化触媒と接触させることから、ベータプロピオラクトン(BPL)生成物ストリームを出力するように構成されており、前記BPL生成物ストリームは、カルボニル化溶媒およびBPLを含む、第1の反応ゾーン;
前記BPL生成物ストリームから前記カルボニル化溶媒の少なくとも一部分を除去するように構成されている溶媒除去ユニット;ならびに
第2の反応ゾーンであって、前記溶媒除去ユニットからの前記BPL生成物ストリーム、および前記重合触媒源からの重合触媒を受け、前記第2の反応ゾーンにおいて前記BPL生成物ストリームを前記重合触媒と接触させることからPPL生成物ストリームを出力するように構成されており、前記PPL生成物ストリームは、PPLを含む、第2の反応ゾーン
を含む、システム。 - 前記BPL生成物ストリームと合わせるための第2の溶媒を出力するように構成されている第2の溶媒源であって、前記第2の溶媒が、前記カルボニル化溶媒と異なる、第2の溶媒源をさらに含む、請求項19に記載のシステム。
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