JP4723882B2 - ポリイソシアネートの製造方法 - Google Patents
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
このようなイソシアネート化反応においては、ポリアミンから、対応するポリイソシアネートが生成されるとともに、大量の塩化水素ガスが副生する。
副生した塩化水素ガスは、例えば、塩化ビニルの製造におけるオキシクロリネーションに用いられる。
また、同一コンビナート内または製造所内に塩素のユーザーが存在すれば、副生した塩化水素ガスを酸化して塩素を製造し、他の用途に使用または販売が可能であるが、他の製品の生産量とバランスをとるために、ポリイソシアネートの製造量の調整、塩素の製造量を調整し、使用しない塩化水素の排出または高価な塩素貯留用高圧設備またはブラインを有する低温設備が必要となる。同一コンビナート内に塩素のユーザーが無い場合は、高価な塩素貯留設備に加えて払い出し設備も必要となり、同一製造設備内で塩素を使用し、消費できる製造方法、およびその効率的なスタートアップ方法が望まれている。
しかるに、この方法では、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルを製造開始し、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートを製造開始し、塩素製造工程において塩素を製造開始することにより、スタートアップ操作を実施した後に、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させるか、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させるか、または、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させるかのいずれか1つの工程を、選択的に実施した後、残りの2つの工程を実施するロードアップ操作を、ポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施する。そのため、ポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで、各工程での製造量を全体的かつ段階的に増加させることにより、効率的な運転を実現することができる。
また、このポリイソシアネートの製造方法では、前記ロードアップ操作では、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させた後に、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させ、次いで、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させることが好適である。
また、このポリイソシアネートの製造方法では、塩素製造工程では、固定床型反応器により塩化水素を酸化し、前記スタートアップ操作では、塩素製造工程において塩素を製造開始する以前に、固定床型反応器の準備運転を実施することが好適である。
しかるに、この方法では、まず、塩化カルボニル製造工程において、予め用意された原料の塩素と一酸化炭素とを反応させて、塩化カルボニルを得た後、ポリイソシアネート製造工程において、得られた塩化カルボニルとポリアミンとを反応させて、ポリイソシアネートを得た後、塩素製造工程において、副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を得るスタートアップ操作を実施し、次いで、塩化カルボニル製造工程において、原料の塩素とともに塩素製造工程において得られた塩素を、一酸化炭素と反応させて、塩化カルボニルを得た後、ポリイソシアネート製造工程において、得られた塩化カルボニルとポリアミンとを反応させて、ポリイソシアネートを得た後、塩素製造工程において、副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を得るロードアップ操作を、ポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施する。そのため、ポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで、各工程での製造量を全体的かつ段階的に増加させることにより、効率的な運転を実現することができる。
また、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法は、アニリンとホルムアルデヒドとを塩酸を含有する酸触媒を用いてポリメチレンポリフェニレンポリアミンを製造するポリアミン製造工程と、塩素と一酸化炭素とを反応させて塩化カルボニルを得る塩化カルボニル製造工程と、塩化カルボニル製造工程において得られた塩化カルボニルとポリアミン製造工程で得られたポリメチレンポリフェニレンポリアミンとを反応させてポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを製造するポリイソシアネート製造工程と、ポリイソシアネート製造工程で副生した塩化水素の少なくとも一部を水に吸収または混合して塩酸を製造する塩酸製造工程−1と、塩酸製造工程−1で得られた塩酸を、ポリアミン製造工程に供給する供給工程−1と、ポリイソシアネート製造工程において副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を製造する塩素製造工程とを備え、ポリアミン製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリアミンの製造を開始し、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルを製造開始し、ポリイソシアネート製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを製造開始し、塩素製造工程において塩素を製造開始することにより、スタートアップ操作を実施し、その後、ポリアミン製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリアミンの生産量を増加させるか、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させるか、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させるか、または、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させるかのいずれか1つの工程を、選択的に実施した後、残りの3つの工程を実施するロードアップ操作を、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施することを特徴としている。
また、塩化カルボニル製造工程で得られる塩化カルボニル中の一酸化炭素量を低減することにより、ポリイソシアネート製造系内を循環する一酸化炭素濃度を低減することができ、そのため塩素製造工程中の一酸化炭素濃度を10容量%以下、好ましくは、3容量%以下とすることができる。また、塩化カルボニルを液化して使用することにより、ポリイソシアネート製造工程から塩素製造工程までの系内の一酸化炭素濃度を0.5容量%未満等実質的に一酸化炭素を含有しない状態とすることができる、塩素製造工程の原単位向上や運転性を向上することができる。
図1において、このポリイソシアネートの製造装置1は、塩化カルボニル製造用反応槽2、イソシアネート化反応槽3、塩化水素精製塔4、塩化水素吸収塔5、塩化水素酸化槽6、これらを接続するための接続ライン(配管)7、および、再使用ライン8を備えている。
塩素ガスおよび一酸化炭素ガスの供給量は、ポリイソシアネートの製造量や副生する塩化水素ガスの副生量によって、適宜設定される。
得られた塩化カルボニルは、塩化カルボニル製造用反応槽2において、適宜、冷却により液化して液化状態としてもよく、適宜の溶媒に吸収させて溶液とすることもできる。
そして、得られた塩化カルボニルは、接続ライン7を介して、イソシアネート化反応槽3に供給される。
イソシアネート化反応槽3は、塩化カルボニルとポリアミンとを反応させて、ポリイソシアネートを製造するための反応槽であれば、特に制限されず、例えば、攪拌翼が装備された反応器が用いられる。また、好ましくは、多段槽として構成される。イソシアネート化反応槽3は、接続ライン7を介して、塩化水素精製塔4に接続されている。
塩化カルボニルは、塩化カルボニル製造用反応槽2から、ガスのまま、あるいは、上記したように、液化状態や溶液状態で、ポリアミンに対して1〜10モル過剰となる割合で、供給される。
ポリアミンは、直接供給してもよいが、好ましくは、予め溶媒に溶解して、10〜25重量%の溶液として供給する。
そして、イソシアネート化反応槽3では、塩化カルボニルとポリアミンとがイソシアネート化反応して、ポリイソシアネートが生成し、塩化水素ガス(HClガス)が副生する(ポリイソシアネート製造工程)。このイソシアネート化反応では、イソシアネート化反応槽3に、上記したようにポリアミンとともに、あるいは別途単独で、上記した溶媒を加えて、例えば、0〜250℃、0〜5MPa−ゲージに設定する。
また、副生した塩化水素ガスは、接続ライン7を介して、飛沫同伴する溶媒や塩化カルボニルとともに塩化水素精製塔4に供給される。
塩化水素精製塔4は、副生した塩化水素ガスを、飛沫同伴する溶媒や塩化カルボニルと分離して精製できれば、特に制限されず、例えば、凝縮器を装備したトレー塔や充填塔などから構成される。また、塩化水素精製塔4は、接続ライン7を介して、塩化水素吸収塔5と塩化水素酸化槽6とに接続されている。
塩化水素精製塔4において、好ましくは、塩化水素ガス中の有機物の濃度を、1重量%以下、好ましくは、100ppm以下にし、かつ、塩化水素ガス中の一酸化炭素の濃度を、1容量%以下にする。塩化水素ガス中の不純物を、このレベルに低減すれば、後述する塩化水素酸化反応において、塩化水素の塩素への転換率を向上させることができる。
塩化水素酸化槽6は、塩化水素ガスを酸化して、塩素(Cl2)を製造するための反応槽であれば、特に制限されず、例えば、触媒として酸化クロムを用いる流動床式反応器や、ルテニウムを含有する触媒を用いる固定床式反応器等から構成される。また、塩化水素酸化槽6は、再供給ライン8を介して塩化カルボニル製造用反応槽2に接続されるとともに、接続ライン7を介して塩化水素吸収塔5に接続されている。
そして、塩化水素酸化槽6では、塩化水素ガスが酸素(O2)によって酸化され、塩素が生成し、水(H2O)が副生する(塩素製造工程)。この酸化反応において、塩化水素の塩素への変換率は、例えば、60%以上、好ましくは、70〜95%である。
このポリイソシアネートの製造装置1を用いたポリイソシアネートの製造方法では、上記したように、イソシアネート化反応槽3において副生した塩化水素を、塩化水素酸化槽6において酸化することにより塩素を得た後、その得られた塩素を、塩化カルボニル製造用反応槽2に供給して、塩化カルボニルの原料として再使用する。そのため、この方法では、塩素を、ポリイソシアネートの製造装置1の系外に排出することなく、循環使用することができるので、副生した塩化水素を、有効利用すると同時に、環境への負荷を低減することができる。
塩化水素吸収塔5は、塩化水素ガスを水に吸収させて塩酸(塩化水素の水溶液:HClaq)を調製できるものであれば、特に制限されず、公知の吸収塔から構成される。
塩化水素吸収塔5では、塩化水素酸化槽6から接続ライン7を介して供給される塩化水素ガスや塩酸水と、塩化水素精製塔4から接続ライン7を介して供給される塩化水素ガスとを、水に吸収させて、塩酸を得る。得られた塩酸は、そのまま、あるいは活性炭等で精製して工業用途等として提供される。
そして、このポリイソシアネートの製造装置1では、上記したように、塩素原子が系内を循環して、ポリイソシアネートを所定の製造量で定常的に製造するので、運転開始時のスタートアップ操作と、運転開始時から定常運転となるまでのロードアップ操作とを効率的に実施することが要求される。
次に、このポリイソシアネートの製造装置1における、スタートアップ操作とロードアップ操作とについて、図2を参照して説明する。
図2に示すように、このポリイソシアネートの製造装置1において、運転開始時のスタートアップ操作(S1〜S4)では、追加塩素のみが用いられる。より具体的には、まず、塩化カルボニル製造用反応槽2に追加塩素と一酸化炭素とを供給する(S1)。追加塩素の供給量は、例えば、定常運転時の供給量を100%としたときの10〜50%、好ましくは、10〜30%である。
次いで、塩化カルボニル製造用反応槽2にて得られた塩化カルボニルは、イソシアネート化反応槽3において、ポリアミンと反応して、ポリイソシアネートが製造され、塩化水素ガスが副生される(S3)。
次いで、このポリイソシアネートの製造装置1では、運転開始時から定常運転となるまでのロードアップ操作(S2〜S6)が繰り返し実施される。より具体的には、まず、追加塩素に加えて、塩化水素酸化槽6において製造された再生塩素を、一酸化炭素とともに塩化カルボニル製造用反応槽2に供給する(S6)。
次いで、塩化カルボニル製造用反応槽2にて得られた塩化カルボニルは、イソシアネート化反応槽3において、ポリアミンと反応して、ポリイソシアネートが製造され、塩化水素ガスが副生される(S3)。このときのポリイソシアネートの製造量および塩化水素ガスの副生量は、増加した塩化カルボニルの製造量に対応して増加する。
定常運転では、定常運転時のポリイソシアネートの製造量に対応して、塩化カルボニル製造用反応槽2に供給される塩素の供給量(追加塩素と再生塩素との合計量)が固定される。
上記の手順で、スタートアップ操作およびロードアップ操作を実施すれば、ポリイソシアネートの製造量が定常運転時の製造量となるまで、各工程での製造量を全体的かつ段階的に増加させることができ、効率的な運転を実現することができる。
また、例えば、イソシアネート化反応槽3において副生した塩化水素ガスの、塩化水素精製塔4で精製した後に塩化水素吸収塔5において直接水に吸収させる量を調整(増加)することにより、塩化水素酸化槽6において再生塩素の製造量を増加させた後に、塩化カルボニル製造用反応槽2において塩化カルボニルの製造量を増加させ、次いで、塩化カルボニル製造用反応槽2において塩化カルボニルの製造量を増加させることもできる。
塩化水素酸化槽6が、流動床式反応器から構成されている場合には、塩化水素酸化槽6に塩化水素ガスが供給される以前に、例えば、窒素等の不活性ガス、空気または塩素もしくは塩化水素を含有する不活性ガスを用いて流動床反応器を循環運転して所定の温度および圧力するの準備運転を実施しておく。
2 塩化カルボニル製造用反応槽
3 イソシアネート化反応槽
6 塩化水素酸化槽
Claims (9)
- 塩素と一酸化炭素とを反応させて塩化カルボニルを製造する塩化カルボニル製造工程と、塩化カルボニル製造工程において得られた塩化カルボニルとポリアミンとを反応させてポリイソシアネートを製造するポリイソシアネート製造工程と、ポリイソシアネート製造工程において副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を製造する塩素製造工程とを備え、
塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルを製造開始し、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートを製造開始し、塩素製造工程において塩素を製造開始することにより、スタートアップ操作を実施し、その後、
塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させるか、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させるか、または、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させるかのいずれか1つの工程を、選択的に実施した後、残りの2つの工程を実施するロードアップ操作を、ポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施することを特徴とする、ポリイソシアネートの製造方法。 - 前記スタートアップ操作では、
塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルを製造開始した後に、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートを製造開始し、次いで、塩素製造工程において塩素を製造開始することを特徴とする、請求項1に記載のポリイソシアネートの製造方法。 - 前記ロードアップ操作では、
塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させた後に、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させ、次いで、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させることを特徴とする、請求項1または2に記載のポリイソシアネートの製造方法。 - 塩素製造工程では、流動床型反応器により塩化水素を酸化し、
前記スタートアップ操作では、塩素製造工程において塩素を製造開始する以前に、流動床型反応器の準備運転を実施することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のポリイソシアネートの製造方法。 - 塩素製造工程では、固定床型反応器により塩化水素を酸化し、
前記スタートアップ操作では、塩素製造工程において塩素を製造開始する以前に、固定床型反応器の準備運転を実施することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のポリイソシアネートの製造方法。 - 塩素と一酸化炭素とを反応させて塩化カルボニルを製造する塩化カルボニル製造工程と、塩化カルボニル製造工程において得られた塩化カルボニルとポリアミンとを反応させてポリイソシアネートを製造するポリイソシアネート製造工程と、ポリイソシアネート製造工程において副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を製造する塩素製造工程とを備え、
まず、塩化カルボニル製造工程において、予め用意された原料の塩素と一酸化炭素とを反応させて、塩化カルボニルを得た後、ポリイソシアネート製造工程において、得られた塩化カルボニルとポリアミンとを反応させて、ポリイソシアネートを得た後、塩素製造工程において、副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を得るスタートアップ操作を実施し、
次いで、塩化カルボニル製造工程において、原料の塩素とともに塩素製造工程において得られた塩素を、一酸化炭素と反応させて、塩化カルボニルを得た後、ポリイソシアネート製造工程において、得られた塩化カルボニルとポリアミンとを反応させて、ポリイソシアネートを得た後、塩素製造工程において、副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を得るロードアップ操作を、ポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施することを特徴とする、ポリイソシアネートの製造方法。 - 前記スタートアップ操作および前記ロードアップ操作において、塩化カルボニル製造工程において用いられる原料の塩素の量は、一定量であることを特徴とする、請求項6に記載のポリイソシアネートの製造方法。
- アニリンとホルムアルデヒドとを塩酸を含有する酸触媒を用いてポリメチレンポリフェニレンポリアミンを製造するポリアミン製造工程と、
塩素と一酸化炭素とを反応させて塩化カルボニルを得る塩化カルボニル製造工程と、
塩化カルボニル製造工程において得られた塩化カルボニルとポリアミン製造工程で得られたポリメチレンポリフェニレンポリアミンとを反応させてポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを製造するポリイソシアネート製造工程と、
ポリイソシアネート製造工程で副生した塩化水素の少なくとも一部を水に吸収または混合して塩酸を製造する塩酸製造工程−1と、
塩酸製造工程−1で得られた塩酸を、ポリアミン製造工程に供給する供給工程−1と、
ポリイソシアネート製造工程において副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を製造する塩素製造工程とを備え、
ポリアミン製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリアミンの製造を開始し、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルを製造開始し、ポリイソシアネート製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを製造開始し、塩素製造工程において塩素を製造開始することにより、スタートアップ操作を実施し、その後、
ポリアミン製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリアミンの生産量を増加させるか、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させるか、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させるか、または、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させるかのいずれか1つの工程を、選択的に実施した後、残りの3つの工程を実施するロードアップ操作を、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施することを特徴とする、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法。 - アニリンとホルムアルデヒドとを塩酸を含有する酸触媒を用いてポリメチレンポリフェニレンポリアミンを製造するポリアミン製造工程と、
塩素と一酸化炭素とを反応させて塩化カルボニルを得る塩化カルボニル製造工程と、
塩化カルボニル製造工程において得られた塩化カルボニルとポリアミン製造工程で得られたポリメチレンポリフェニレンポリアミンとを反応させてポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを製造するポリイソシアネート製造工程と、
ポリイソシアネート製造工程において副生した塩化水素を酸化して、塩化カルボニル製造工程において用いる塩素を製造する塩素製造工程と、
塩素製造工程において未酸化の塩化水素を水に吸収または混合し塩酸を製造する塩酸製造工程−2と、
塩酸製造工程−2で得られた塩酸をポリアミン製造工程に供給する供給工程−2とを備え、
ポリアミン製造工程においてポリメチレンポリフェニレンポリアミンの生産量を増加させるか、塩化カルボニル製造工程において塩化カルボニルの製造量を増加させるか、ポリイソシアネート製造工程においてポリイソシアネートの製造量を増加させるか、または、塩素製造工程において塩素の製造量を増加させるかのいずれか1つの工程を、選択的に実施した後、残りの3つの工程を実施するロードアップ操作を、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの製造量が所定の製造量となるまで繰り返し実施することを特徴とする、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの製造方法。
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