JP4949643B2

JP4949643B2 - ケタール合成装置及びケタール合成方法

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Publication number: JP4949643B2
Application number: JP2005166191A
Authority: JP
Inventors: 義夫清木; 哲也今井; 弘幸大空; 聡信安武; 一雅笠木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: JP2006335749A

Description

本発明は、ケタール合成装置及びケタール合成方法に関し、特に、ケトンとアルコールとからケタールを合成するときに利用されるケタール合成装置及びケタール合成方法に関する。

炭酸エステルである炭酸ジメチルは、ポリカーボネートの原料、ガソリン添加剤、ディーゼル燃料添加剤、アルキル化剤、カルボニル化剤、溶剤として広く利用されている。そのガソリン添加剤は、オクタン価を向上させる効果を奏する。ディーゼル燃料の添加剤は、排ガス中のパーティクルを減少させる効果を奏する。

二酸化炭素から炭酸ジメチルを生成する炭酸ジメチル製造方法が知られている。その炭酸ジメチル製造方法としては、次化学反応式：

により示される化学反応を用いる方法が例示される。二酸化炭素から炭酸エステルを生成する収率が向上することが望まれている。アセトンとメタノールとからアセトンジメチルアセタールを生成する収率を向上することが望まれている。

特開２００１−２４７５１９号公報には、副生する水による触媒の分解反応や逆反応を抑制し、高められた収率で所望の炭酸エステルを得ることができると共に反応操作の制御・管理の容易な均一系で反応が行える、工業的に有利な炭酸エステルの製造方法が開示されている。その炭酸エステルの製造方法は、（ｉ）アルコールと二酸化炭素を金属触媒の存在下で反応させて炭酸エステルを得る工程と、（ｉｉ）上記反応工程から得られる反応液を冷却する工程と、（ｉｉｉ）上記冷却工程によって冷却された反応液を脱水する工程と、（ｉｖ）上記脱水工程によって脱水された反応液を上記（ｉ）の反応工程に循環させる工程とを組み合わせたことを特徴としている。

特開２００４−３１５４７５号公報には、排出していた二酸化炭素をスチームリフォーマに戻すとともに炭酸ジメチルの製造に有効に利用し、メタノール及び／又は炭酸ジメチル製造のための装置を簡略化しえる炭酸ジメチルの製造方法及び製造装置が開示されている。その炭酸ジメチルの製造方法は、原料炭化水素と水蒸気とを外部加熱方式の改質器に供給して水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分とする合成ガスを合成し、さらに該合成ガスを触媒上で反応させてメタノールを合成し、該メタノールに二酸化炭素を加えて炭酸ジメチルを製造する方法であり、前記改質器の反応管を加熱するための燃焼輻射部より排出される燃焼排ガスの中の二酸化炭素を回収し、回収した該二酸化炭素の一部叉は全部を前記原料炭化水素に混入してメタノールを合成し、前記二酸化炭素の残りの全部叉は一部を前記合成したメタノールに加えて、炭酸ジメチルを合成することを特徴としている。

特開２００１−２４７５１９号公報特開２００４−３１５４７５号公報

本発明の課題は、アルコールとケトンとからケタールを生成する収率を向上させるケタール合成装置及びケタール合成方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、アルコールと二酸化炭素とから炭酸エステルを生成する収率を向上させるケタール合成装置及びケタール合成方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、より純粋なケタールを生成するケタール合成装置及びケタール合成方法を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるケタール合成装置（２４）（６１）は、ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器（４１）（６５）と、ケタール合成容器（４１）（６５）から排出される混合液体（５１）（７７）をケタール混合液体（５４）（８０）と未反応物混合液体（５６）（７１）とに分離する分離装置（４２、４３）（６２、６７）とを備えている。未反応物混合液体（５６）（７１）は、ケタール混合液体（５４）（８０）より多くケトンとアルコールとを含んでいる。ケタール混合液体（５４）（８０）は、未反応物混合液体（５６）（７１）より多くケタールを含んでいる。未反応物混合液体（５６）（７１）は、ケタール合成容器（４１）（６５）に供給される。本発明によるケタール合成装置（２４）（６１）は、未反応であるケトンとアルコールとの量を低減することができ、ケタールを生成する収率を向上させることができる。

分離装置（４２、４３）は、混合液体（５１）に水を混合して、中間混合液体（５３）とケタール混合液体（５４）との２液相に分離するデカンタ（４２）と、沸点の違いを用いて中間混合液体（５３）を未反応物混合液体（５６）と水混合液体（５５）とに分離する蒸留塔（４３）とを備えていることが好ましい。ケタール混合液体（５４）は、中間混合液体（５３）より多くケタールを含んでいる。中間混合液体（５３）は、ケタール混合液体（５４）より多くケトンとアルコールと水とを含んでいる。未反応物混合液体（５６）は、水混合液体（５５）より多くケトンとアルコールとを含んでいる。水混合液体（５５）は、未反応物混合液体（５６）より多く水を含んでいる。

デカンタ（４２）は、混合液体（５１）に水混合液体（５５）を混合することが好ましい。このとき、本発明によるケタール合成装置（２４）は、消費する水の量を低減することができる。

分離装置（６２、６７）は、沸点の違いを用いて混合液体（７７）から未反応物混合液体（７１）を分離する蒸留塔（６２）を備えていることが好ましい。すなわち、蒸留塔（６２）は、沸点の違いを用いて混合液体（７７）を未反応物混合液体（７１）と中間混合液体（７２）とに分離する。このとき、分離装置（６２、６７）は、中間混合液体（７２）に水を混合して、水混合液体（７９）とケタール混合液体（８０）との２液相に分離するデカンタ（６７）を更に備えている。未反応物混合液体（７１）は、中間混合液体（７２）より多くケトンとアルコールとを含んでいる。中間混合液体（７２）は、未反応物混合液体（７１）より多くケタールと水とを含んでいる。ケタール混合液体（８０）は、水混合液体（７９）より多くケタールを含んでいる。水混合液体（７９）は、ケタール混合液体（８０）より多く水を含んでいる。

ケタールは、アセトンジメチルアセタールであることが好ましい。このとき、アルコールは、メタノールであり、ケトンは、アセトンである。

ケタール合成容器（４１）（６５）は、ケトンとアルコールとが供給される第２室（９４）と、内部が乾燥している第１室（９３）と、第２室（９４）と第１室（９３）とを隔離する膜（９２）とを備えている。その膜（９２）は、ケトンとアルコールとケタールとを透過しないで水を透過する水分離膜（９５、９６）と、水分離膜（９５、９６）の第２室（９４）の側に積層される触媒層（９７）とを備えている。触媒層（９７）は、ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進める触媒を含んでいる。ケトンとアルコールとからケタールと水とを合成する化学反応は、反応場から水が除去されることにより進行し易くなる。アセタール合成容器（４１）（６５）によれば、触媒層（９７）から水が除去されることにより、その化学反応が進行し、ケタールの収率を向上させることができる。

本発明による炭酸エステル合成装置（５）は、本発明によるケタール合成装置（２４）（６１）と、ケタール混合液体（５４）（８０）と二酸化炭素とを反応させて炭酸エステルを生成する炭酸エステル合成装置本体（２１）とを備えていることが好ましい。

本発明によるケタール合成方法は、ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器（４１）（６５）から排出される混合液体（５１）（７７）をケタール混合液体（５４）（８０）と未反応物混合液体（５６）（７１）とに分離するステップと、未反応物混合液体（５６）（７１）をケタール合成容器（４１）（６５）に供給するステップとを備えている。未反応物混合液体（５６）（７１）は、ケタール混合液体（５４）（８０）より多くケトンとアルコールとを含んでいる。ケタール混合液体（５４）（８０）は、未反応物混合液体（５６）（７１）より多くケタールを含んでいる。本発明によるケタール合成方法は、未反応であるケトンとアルコールとの量を低減することができ、ケタールを生成する収率を向上させることができる。

分離するステップは、混合液体（５１）に水を混合して、中間混合液体とケタール混合液体（５４）との２液相に分離するステップと、沸点の違いを用いて中間混合液体（５３）を未反応物混合液体（５６）と水混合液体（５５）とに分離するステップとを備えていることが好ましい。ケタール混合液体（５４）は、中間混合液体（５３）より多くケタールを含んでいる。中間混合液体（５３）は、ケタール混合液体（５４）より多くケトンとアルコールと水とを含んでいる。未反応物混合液体（５６）は、水混合液体（５５）より多くケトンとアルコールとを含んでいる。水混合液体（５５）は、未反応物混合液体（５６）より多く水を含んでいる。

水混合液体（５５）は、混合液体（５１）に混合されることが好ましい。このとき、本発明によるケタール合成方法は、消費する水の量を低減することができる。

未反応物混合液体（７１）は、沸点の違いを用いて混合液体（７７）から分離されることが好ましい。すなわち、その分離するステップは、沸点の違いを用いて混合液体（７７）を未反応物混合液体（７１）と中間混合液体（７２）とに分離するステップと、中間混合液体（７２）に水を混合して、水混合液体（７９）とケタール混合液体（８０）との２液相に分離するステップを備えている。

本発明による炭酸エステル合成方法は、本発明によるケタール合成方法を実行するステップと、ケタール混合液体（５４）（８０）と二酸化炭素とを反応させて炭酸エステルを生成するステップとを備えていることが好ましい。

本発明によるケタール合成装置及びケタール合成方法は、アルコールとケトンとからケタールを生成する収率を向上させることができる。

図面を参照して、本発明によるケタール合成装置の実施の形態を記載する。そのＤＭＣ合成装置５は、図１に示されているように、ＤＭＣ合成塔２１と分離装置２２と分離装置２３とＡＤＡ合成装置２４とを備えている。

ＤＭＣ合成塔２１は、内部に触媒が充填されている反応塔である。ＤＭＣ合成塔２１は、二酸化炭素１８とアセトンジメチルアセタール３１とを化学反応させて混合物３２を生成する。その化学反応は、次化学反応式：

により示される。すなわち、混合物３２は、二酸化炭素と炭酸ジメチルとアセトンとを含んでいる。

分離装置２２は、混合物３２を気液分離し、二酸化炭素３４と混合液３３とに分離する。混合液３３は、炭酸ジメチルとアセトンとを含んでいる。二酸化炭素３４は、二酸化炭素１８とともに、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。分離装置２３は、蒸留塔から形成され、沸点の違いにより混合液３３をアセトン３５と炭酸ジメチル１９とに分離する。

ＡＤＡ合成装置２４は、アセトン３５とメタノール１７とを化学反応させて、アセトンジメチルアセタール３１と水３６とを生成する。

図２は、ＡＤＡ合成装置２４を示している。ＡＤＡ合成装置２４は、ＡＤＡ合成塔４１とデカンタ４２と蒸留塔４３とを備えている。

ＡＤＡ合成塔４１は、メタノール１７とアセトン３５とを化学反応させて、混合液５１を生成する。その化学反応は、次化学反応式：

により示される。すなわち、混合液５１は、アセトンとメタノールとアセトンジメチルアセタールと水とを含んでいる。

デカンタ４２は、供給される液体を混合する容器から形成され、混合液が２液相に分離したときにその２液相を別個に廃液することができる。デカンタ４２は、混合液５１に水５２を混合して、下相混合液５３と上相混合液５４との２液相に分離する。下相混合液５３は、水相であり、水とメタノールとアセトンとを含んでいる。上相混合液５４は、有機相であり、アセトンジメチルアセタールを含んでいる。上相混合液５４は、アセトンジメチルアセタール３１として、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。

蒸留塔４３は、下相混合液５３を蒸留して、混合液５６と水５５とを生成する。混合液５６は、メタノールとアセトンとを含んでいる。混合液５６は、メタノール１７とアセトン３５と混合されて、ＡＤＡ合成塔４１に供給される。水５５は、デカンタ４２に供給される。すなわち、デカンタ４２は、水５５の量が混合液５１を下相混合液５３と上相混合液５４とに分離する量に足りないときに、水５２がその不足分だけ供給される。水５５は、混合液５１を下相混合液５３と上相混合液５４とに分離する量より極めて大きいときに水３６として排水される。

図３は、ＡＤＡ合成塔４１を示している。ＡＤＡ合成塔４１は、外管９１と内管９２とを備えている。外管９１は、樹脂から形成され、円筒に形成されている。内管９２は、円筒に形成され、外管９１の内部に配置されている。すなわち、ＡＤＡ合成塔４１は、外管９１の内部が内管９２により、２つの室に隔離されている。その２つの室は、第１室９３と第２室９４とから形成されている。第１室９３は、外管９１の内部であり、内管９２の外側の空間である。
第２室９４は、内管９２の内部の空間である。

なお、ＡＤＡ合成塔４１は、複数の内管９２を備えることもできる。このとき、その複数の内管９２は、互いに平行に束ねられて外管９１の内部に配置されている。さらに、ＡＤＡ合成塔４１は、第１室９３を内管９２の内側に配置し、第２室９４を内管９２の外側に配置することもできる。

図４は、内管９２を示している。内管９２は、膜担持基材９５と水分離膜層９６と触媒層９７とから形成されている。膜担持基材９５は、多孔質であるセラミックから形成されている。水分離膜層９６は、水を通し、アセトンとメタノールとアセトンジメチルアセタールとを通さない樹脂から形成されている。水分離膜層９６は、膜担持基材９５の第２室９４の側の表面に配置されている。触媒層９７は、アセトンとメタノールとからアセトンジメチルアセタールと水とを合成する化学反応を促進する触媒を含んでいる。触媒層９７は、水分離膜層９６の第２室９４の側の表面に配置されている。

なお、膜担持基材９５は、所定の強度を有し、水を透過させることができる材料に置換することができる。このような材料としては、ゼオライト、金属メッシュが例示される。

内管９２の製造方法は、水分離膜層９６を調製する工程と水分離膜層９６に触媒層９７を被覆する工程とを備えている。

水分離膜層９６を調製する工程では、膜担持基材９５に水分離膜層９６の原料であるゾルを塗布し、焼成することにより水分離膜層９６が調製される。このような水分離膜層９６の調製方法は、周知であり、文献に開示されている。その文献としては、特開平０４−６３１１９号公報が例示される。水分離膜層９６に触媒層９７を被覆する工程では、まず、触媒と水とバインダーとが懸濁されて水スラリーが調製される。そのバインダーとしては、シリカ、アルミナが例示される。その水スラリーは、水分離膜層９６の第２室９４の側の表面にスプレーされた後に焼成されて触媒層９７に形成される。

本発明によるケタール合成方法の実施の形態は、本発明によるケタール合成装置により実行される。すなわち、ＤＭＣ合成塔２１は、二酸化炭素１８とアセトンジメチルアセタール３１とを化学反応させて混合物３２を生成する。分離装置２２は、混合物３２を二酸化炭素３４と混合液３３とに分離する。二酸化炭素３４は、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。分離装置２３は、混合液３３をアセトン３５と炭酸ジメチル１９とに分離する。

ＡＤＡ合成塔４１は、第１室９３に乾燥空気が供給され、または、第１室９３が減圧される。ＡＤＡ合成塔４１は、さらに、第２室９４にメタノール１７とアセトン３５とが供給される。このとき、メタノール１７とアセトン３５とは、触媒層９７でアセトンジメチルアセタールと水とに化学反応し、その水は、水分離膜層９６と膜担持基材９５とを透過して第１室９３で蒸発して排出される。このとき、反応場は、水が除去されることにより化４の化学反応が右に進み易くなり、ＡＤＡ合成塔４１は、アセトンジメチルアセタールの収率を向上させることができる。

デカンタ４２は、混合液５１に水５２を混合して、下相混合液５３と上相混合液５４とに分離する。蒸留塔４３は、下相混合液５３を混合液５６と水５５とに分離する。混合液５６は、ＡＤＡ合成塔４１に供給される。水５５は、デカンタ４２に供給される。

ＡＤＡ合成装置２４は、ＡＤＡ合成塔４１で未反応のアセトンとメタノールを再度ＡＤＡ合成塔４１に供給することにより、アセトンとメタノールとからアセトンジメチルアセタールを生成する収率が向上し、アセトンジメチルアセタールの収率が向上する。このため、ＤＭＣ合成装置５は、ＡＤＡ合成装置２４を備えるときに、炭酸ジメチルの収率が向上し、好ましい。

ＡＤＡ合成塔４１により生成される混合液５１は、混合される水５２の量により状態が変化する。その混合液５１としては、２４６０モルのアセトンジメチルアセタールと７７３モルの水と９０９５モルのメタノールと１９４９モルのアセトンとが混合されている混合液が例示される。アセトンジメチルアセタールと水との混合物は、一般に、２液相に分離する。しかしながら、アセトンジメチルアセタールと水との混合物は、アセトンまたはメタノールの共存下で２液相に分離しにくく、このような組成の混合液５１は、２液相に分離しない。このような混合液５１は、さらに、蒸留操作でもアセトンジメチルアセタールと水とを分離することが困難である。図５〜図８のグラフは、このような混合液５１にｘモルの水５２が混合された混合液の状態を示している。図５のグラフは、水５２の量が７１０モル以下であるときにその混合液が２液相に分離しないで、水５２の量が７１０モル以下であるときにその混合液が下相混合液５３と上相混合液５４との２液相に分離することを示している。

図５のグラフは、さらに、このような混合液５１にｘモルの水５２が混合された混合液の水の濃度を示している。このとき、図５のグラフは、混合液が１相のときにその混合液の水の濃度を示し、混合液が２液相のときにその上相混合液５４の水の濃度を示している。図５のグラフは、２液相に分離したときの上相混合液５４の水の濃度が２液相に分離しないときの混合液の水の濃度より十分に小さいことを示している。

図６のグラフは、さらに、このような混合液５１にｘモルの水５２が混合された混合液のアセトンジメチルアセタールの濃度を示している。このとき、図６のグラフは、混合液が１相のときにその混合液のアセトンジメチルアセタールの濃度を示し、混合液が２液相のときにその上相混合液５４のアセトンジメチルアセタールの濃度を示している。図６のグラフは、水５２を十分に（１５０００モル以上に）混合したときの上相混合液５４のアセトンジメチルアセタールの濃度が２液相に分離しないときの混合液のアセトンジメチルアセタールの濃度と概ね等しいことを示している。

図７のグラフは、さらに、このような混合液５１にｘモルの水５２が混合された混合液のメタノールの濃度を示している。このとき、図７のグラフは、混合液が１相のときにその混合液のメタノールの濃度を示し、混合液が２液相のときにその上相混合液５４のメタノールの濃度を示している。図７のグラフは、２液相に分離したときの上相混合液５４のメタノールの濃度が２液相に分離しないときの混合液のメタノールの濃度より十分に小さいことを示している。

図８のグラフは、さらに、このような混合液５１にｘモルの水５２が混合された混合液のアセトンの濃度を示している。このとき、図８のグラフは、混合液が１相のときにその混合液のアセトンの濃度を示し、混合液が２液相のときにその上相混合液５４のアセトンの濃度を示している。図８のグラフは、２液相に分離したときの上相混合液５４のアセトンの濃度が２液相に分離しないときの混合液のアセトンの濃度より十分に小さいことを示している。

図５のグラフと図６のグラフとは、混合液５１に水を十分に混合したときに、水を下層混合液５３にアセトンジメチルアセタールを上層混合液５４に効率よく分配することができることを示し、デカンタ４２がアセトンジメチルアセタールと水とを効率よく分離することができることを示している。すなわち、ＡＤＡ合成装置２４は、より純粋なアセトンジメチルアセタールと水とを生成することができ、好ましい。

なお、ＡＤＡ合成装置２４は、ＡＤＡ合成塔４１を、水分離膜層９６を備えない他のＡＤＡ合成塔に置換することができる。そのようなＡＤＡ合成塔としては、触媒が充填されている反応塔が例示される。

なお、ＡＤＡ合成装置２４は、デカンタ４２を備えない他のＡＤＡ合成装置に置換することができる。そのＡＤＡ合成装置は、ＡＤＡ合成塔と分離装置と蒸留塔とを備えている。そのＡＤＡ合成塔は、ＡＤＡ合成塔４１と同様であり、メタノールとアセトンとを化学反応させて、第１混合液を生成する。その第１混合液は、アセトンとメタノールとアセトンジメチルアセタールと水とを含んでいる。その分離装置は、その第１混合液を、第２混合液と水とに分離する。その第２混合液は、メタノールとアセトンとアセトンジメチルアセタールとを含んでいる。このような分離装置としては、水を通し、アセトンとメタノールとアセトンジメチルアセタールとを通さない樹脂から形成されている分離膜を備える装置が例示される。その蒸留塔は、蒸留塔４３と同様に形成され、第２混合液を蒸留して、第３混合液とアセトンジメチルアセタールとを生成する。その第３混合液は、メタノールとアセトンとを含んでいる。その第３混合液は、そのＡＤＡ合成塔に供給される。

本発明によるケタール合成装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるＤＭＣ合成装置５のＡＤＡ合成装置２４が他のＡＤＡ合成装置に置換されている。そのＡＤＡ合成装置６１は、図９に示されているように、蒸留塔６２と冷却装置６３と気液分離装置６４とＡＤＡ合成塔６５とアルカリ添加装置６６とデカンタ６７とを備えている。

蒸留塔６２は、供給される混合液を蒸留により混合物７１と混合液７２とに分離する。混合液７１は、アセトン１７とメタノール３５とを含んでいる。混合液７２は、アセトンジメチルアセタールと水とを含んでいる。冷却装置６３は、混合液７１を冷却して凝縮させて、混合物７３を生成する。気液分離装置６４は、混合物７３を気液分離して、ベントガス７４と混合液７５とに分離する。ベントガス７４は、窒素と一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを含んでいる。混合液７５は、アセトンとメタノールとを含んでいる。ベントガス７４は、大気中に排気される。

ＡＤＡ合成塔６５は、既述の実施の形態におけるＡＤＡ合成塔４１と同様に形成され、同様に動作する。すなわち、ＡＤＡ合成塔６５は、混合液７５を化学反応させて混合物７６を生成する。混合物７６は、アセトンジメチルアセタールと水とアセトンとメタノールとを含んでいる。

アルカリ添加装置６６は、混合物７６に水酸化ナトリウム水溶液を混合して混合物７７を生成し、その化学反応を抑制する。混合物７７は、蒸留塔６２に供給される。

デカンタ６７は、既述の実施の形態におけるデカンタ４２と同様に形成され、同様に動作する。すなわち、デカンタ６７は、混合液７２に水７８を混合して、下相混合液７９と上相混合液８０との２液相に分離する。下相混合液７９は、水相であり、水と微量のメタノールと微量のアセトンとを含んでいる。上相混合液８０は、有機相であり、アセトンジメチルアセタールと微量のメタノールと微量のアセトンとを含んでいる。

上相混合液８０は、アセトンジメチルアセタール３１として、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。下相混合液７９は、デカンタ６７に供給される。すなわち、デカンタ６７は、下相混合液７９の量が混合液７２を下相混合液７９と上相混合液８０とに分離する量に足りないときに、水７８がその不足分だけ供給される。下相混合液７９は、混合液７２を下相混合液７９と上相混合液８０とに分離する量より極めて大きいときに排水される。

本発明によるケタール合成方法の実施の他の形態は、ＡＤＡ合成装置６１が適用されるＤＭＣ合成装置５により実行される。すなわち、ＤＭＣ合成塔２１は、二酸化炭素１８とアセトンジメチルアセタール３１とを化学反応させて混合物３２を生成する。分離装置２２は、混合物３２を二酸化炭素３４と混合液３３とに分離する。二酸化炭素３４は、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。分離装置２３は、混合液３３をアセトン３５と炭酸ジメチル１９とに分離する。

蒸留塔６２は、供給される混合液を蒸留により混合物７１と混合液７２とに分離する。冷却装置６３は、混合液７１を冷却して凝縮させて混合物７３を生成する。気液分離装置６４は、混合物７３をベントガス７４と混合液７５とに分離する。ＡＤＡ合成塔６５は、混合液７５を化学反応させて混合物７６を生成する。アルカリ添加装置６６は、混合物７６に水酸化ナトリウム水溶液を混合して混合物７７を生成する。混合物７７は、蒸留塔６２に供給される。デカンタ６７は、混合液７２に水を混合して、下相混合液７９と上相混合液８０との２液相に分離する。上相混合液８０は、アセトンジメチルアセタール３１として、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。下相混合液７９は、水としてデカンタ６７に供給される。

ＡＤＡ合成装置６１は、ＡＤＡ合成塔６５で未反応のアセトンとメタノールを再度ＡＤＡ合成塔６５に供給することにより、アセトンとメタノールとからアセトンジメチルアセタールを生成する収率が向上し、アセトンジメチルアセタールの収率が向上する。このため、ＤＭＣ合成装置５は、ＡＤＡ合成装置６１を備えるときに、炭酸ジメチルの収率が向上し、好ましい。

なお、ＡＤＡ合成装置２４は、ＡＤＡ合成塔６５を、水分離膜層９６を備えない他のＡＤＡ合成塔に置換することができる。そのようなＡＤＡ合成塔としては、触媒が充填されている反応塔が例示される。

なお、ＡＤＡ合成装置６１は、デカンタ６７を他の分離装置に置換することができる。その分離装置は、混合液７２をアセトンジメチルアセタールと水とに分離する。このような分離装置としては、水を通し、アセトンジメチルアセタールとを通さない樹脂から形成されている分離膜を備える装置が例示される。このとき、蒸留塔６２は、供給される混合液を蒸留により混合物７１と混合液７２とに分離する。冷却装置６３は、混合液７１を冷却して凝縮させて混合物７３を生成する。気液分離装置６４は、混合物７３をベントガス７４と混合液７５とに分離する。ＡＤＡ合成塔６５は、混合液７５を化学反応させて混合物７６を生成する。アルカリ添加装置６６は、混合物７６に水酸化ナトリウム水溶液を混合して混合物７７を生成する。混合物７７は、蒸留塔６２に供給される。その分離装置は、混合液７２をアセトンジメチルアセタールと水とに分離する。そのアセトンジメチルアセタールは、アセトンジメチルアセタール３１として、ＤＭＣ合成塔２１に供給される。その水は、排水される。

なお、ＤＭＣ合成装置５は、炭酸ジメチルと異なる炭酸エステルの合成にも利用することができる。このとき、ＤＭＣ合成装置５は、アルコールと二酸化炭素とが供給される。ＤＭＣ合成塔２１は、その二酸化炭素とケタールとからその炭酸エステルとケトンとを合成する化学反応を促進する。その化学反応は、炭化水素基Ｒ_１と炭化水素基Ｒ_２とを用いて、次化学反応式：

により示される。さらに、ＡＤＡ合成塔４１（またはＡＤＡ合成塔６５）は、そのケトンとそのアルコールからそのケタールと水とを合成する化学反応を促進する。その化学反応は、次化学反応式：

により示される。ここで、炭化水素基Ｒ_１と炭化水素基Ｒ_２とは、そのケタールとその炭酸エステルとそのケトンとそのアルコールとが反応場で液体であるように、設計される。たとえば、炭化水素基Ｒ_１と炭化水素基Ｒ_２とは、炭素数が１〜３である。ＤＭＣ合成装置５は、炭酸ジメチルを合成するときと同様にして、炭酸エステルを合成する収率を向上させることができ、好ましい。

図１は、ＤＭＣ合成装置を示すブロック図である。図２は、ＡＤＡ合成装置を示すブロック図である。図３は、ＡＤＡ合成塔を示す斜視図である。図４は、内管を示す断面図である。図５は、混合液中の水の濃度と上相混合液中の水の濃度とを示すグラフである。図６は、混合液中のアセトンジメチルアセタールの濃度と上相混合液中のアセトンジメチルアセタールの濃度とを示すグラフである。図７は、混合液中のメタノールの濃度と上相混合液中のメタノールの濃度とを示すグラフである。図８は、混合液中のアセトンの濃度と上相混合液中のアセトンの濃度とを示すグラフである。図９は、ＡＤＡ合成装置の実施の他の形態を示すブロック図である。

符号の説明

５：ＤＭＣ合成装置
１７：メタノール
１８：二酸化炭素
１９：炭酸ジメチル
２１：ＤＭＣ合成塔
２２：分離装置
２３：分離装置
２４：ＡＤＡ合成装置
３１：アセトンジメチルアセタール
３２：混合物
３３：混合液
３４：二酸化炭素
３５：混合液
３６：水
４１：ＡＤＡ合成塔
４２：デカンタ
４３：蒸留塔
５１：混合液
５２：水
５３：下相混合液
５４：上相混合液
５５：水
５６：混合液
９１：外管
９２：内管
９３：第１室
９４：第２室
９５：膜担持基材
９６：水分離膜層
９７：触媒層
６１：ＡＤＡ合成装置
６２：蒸留塔
６３：冷却装置
６４：気液分離装置
６５：ＡＤＡ合成塔
６６：アルカリ添加装置
６７：デカンタ
７１：混合物
７２：混合液
７３：混合物
７４：ベントガス
７５：混合液
７６：混合液
７７：混合液
７８：水
７９：水
８０：アセトンジメチルアセタール

Claims

ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器と、
前記ケタール合成容器から排出される混合液体に水を混合して、中間混合液体とケタール混合液体との２液相に分離するデカンタと、
沸点の違いを用いて前記中間混合液体を未反応物混合液体と水混合液体とに分離する蒸留塔とを具備し、
前記未反応物混合液体は、前記水混合液体よりケトンとアルコールとを多く含み、
前記水混合液体は、前記未反応物混合液体より水を多く含み、
前記ケタール混合液体は、前記中間混合液体よりケタールを多く含み、
前記中間混合液体は、前記ケタール混合液体よりケトンとアルコールと水とを多く含み、
前記未反応物混合液体は、前記ケタール合成容器に供給される
ケタール合成装置。
請求項１において、
前記デカンタは、前記混合液体に前記水混合液体を混合する
ケタール合成装置。
ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器と、
前記ケタール合成容器から排出される混合液体を未反応物混合液体と中間混合液体とに沸点の違いを用いて分離する蒸留塔と、
前記中間混合液体に添加水を混合して、水混合液体とケタール混合液体との２液相に分離するデカンタとを具備し、
前記未反応物混合液体は、前記中間混合液体よりケトンとアルコールとを多く含み、
前記中間混合液体は、前記未反応物混合液体よりケタールと水とを多く含み、
前記ケタール混合液体は、前記水混合液体よりケタールを多く含み、
前記水混合液体は、前記ケタール混合液体より水を多く含む
ケタール合成装置。
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記ケタールは、アセトンジメチルアセタールであり、
前記アルコールは、メタノールであり、
前記ケトンは、アセトンである
ケタール合成装置。
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記ケタール合成容器は、
ケトンとアルコールとが供給される第１室と、
内部が乾燥している第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔離する膜とを備え、
前記膜は、
前記ケトンと前記アルコールとケタールとを透過しないで水を透過する水分離膜と、
前記水分離膜の前記第１室の側に積層される触媒層とを備え、
前記触媒層は、前記ケトンと前記アルコールとからケタールを合成する化学反応を進める触媒を含む
ケタール合成装置。
ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器と、
前記ケタール合成容器から排出される混合液体をケタール混合液体と未反応物混合液体とに分離する分離装置とを具備し、
前記未反応物混合液体は、前記ケタール混合液体よりケトンとアルコールとを多く含み、
前記ケタール混合液体は、前記未反応物混合液体よりケタールと副生する水を多く含み、
前記未反応物混合液体は、前記ケタール合成容器に供給され、
前記ケタール合成容器は、
ケトンとアルコールとが供給される第１室と、
内部が乾燥している第２室と、
前記第１室と前記第２室とを隔離する膜とを備え、
前記膜は、
前記ケトンと前記アルコールとケタールとを透過しないで水を透過する水分離膜と、
前記水分離膜の前記第１室の側に積層される触媒層とを備え、
前記触媒層は、前記ケトンと前記アルコールとからケタールを合成する化学反応を進める触媒を含む
ケタール合成装置。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載されるケタール合成装置と、
前記ケタール混合液体と二酸化炭素とを反応させて炭酸エステルを生成する炭酸エステル合成装置本体
とを具備する炭酸エステル合成装置。
ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器から排出される混合液体に水を混合して、中間混合液体とケタール混合液体との２液相に分離するステップと、
沸点の違いを用いて前記中間混合液体を未反応物混合液体と水混合液体とに分離するステップと、
前記未反応物混合液体を前記ケタール合成容器に供給するステップとを具備し、
前記未反応物混合液体は、前記水混合液体よりケトンとアルコールとを多く含み、
前記水混合液体は、前記未反応物混合液体より水を多く含み、
前記ケタール混合液体は、前記中間混合液体よりケタールを多く含み、
前記中間混合液体は、前記ケタール混合液体よりケトンとアルコールと水とを多く含む
ケタール合成方法。
請求項８において、
前記水混合液体は、前記混合液体に混合される
ケタール合成方法。
ケトンとアルコールとからケタールを合成する化学反応を進めるケタール合成容器から排出される混合液体を未反応物混合液体と中間混合液体とに沸点の違いを用いて分離するステップと、
前記未反応物混合液体を前記ケタール合成容器に供給するステップと、
前記中間混合液体に水を混合して、水混合液体とケタール混合液体との２液相に分離するステップとを具備し、
前記未反応物混合液体は、前記中間混合液体よりケトンとアルコールとを多く含み、
前記中間混合液体は、前記未反応物混合液体よりケタールと水とを多く含み、
前記ケタール混合液体は、前記水混合液体よりケタールを多く含み、
前記水混合液体は、前記ケタール混合液体より水を多く含む
ケタール合成方法。
請求項８〜請求項１０のいずれかにおいて、
前記ケタールは、アセトンジメチルアセタールであり、
前記アルコールは、メタノールであり、
前記ケトンは、アセトンである
ケタール合成方法。
請求項８〜請求項１１のいずれかに記載されるケタール合成方法を実行するステップと、
前記ケタール混合液体と二酸化炭素とを反応させて炭酸エステルを生成するステップ
とを具備する炭酸エステル合成方法。