JP5254234B2 - 穴噴射型リアクターおよびこれを用いたイソシアナートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は穴噴射型リアクターおよびその利用に関し、特に、上記リアクターを用いた気相中で、脂肪族もしくは芳香族のジアミンまたは脂肪族もしくは芳香族のトリアミンのホスゲン化によってイソシアナートを製造する方法に関する。
気相中でホスゲンとアミンとの反応によってイソシアナートを調製する方法は、1940年代初期に報告されている(Siefken, Annalen, 108, 1949)。ホスゲン化反応は、反応速度が速く、通常、試験管リアクター内で行われる。気相におけるホスゲン化では、混合速度を速くし、同時に、高温下でのリアクターの封鎖をできる限り避けることが必要である。
上述の従来技術の欠点を克服するために、本願発明は、新たにデザインされた穴噴射型リアクターを提供することを課題の一つとしている。また、本願発明は、上記リアクターを用いて気相中でアミンのホスゲン化によってイソシアナートを製造する方法を提供することを他の課題としている。
R(NH2)n・・・(II)
(ここで、Rは炭素原子数の上限が15である脂肪族または芳香族炭化水素基を表し、2つのNCO原子団の間には、少なくとも2つの炭素原子が配置され、nは2または3である。)
上記製造方法は、以下の工程を有する。
(b)ホスゲンを上記リアクターの上記内部供給チューブに平行に入れ、流動させ、蒸気状のアミンを外部供給チューブに入れて上記穴を通過させ、その結果、アミンをホスゲンの流れの中に、ホスゲンの流動方向に垂直に噴出させる
(c)ホスゲンと上記アミン蒸気を混合後、上記反応チューブに入れ、反応させるために、収束チャンネル、ネッキングチューブおよび分岐チャンネルに流す
上述の工程(a)では、アミンは不活性ガスまたは不活性溶媒の蒸気を用いて任意に希釈されることが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガスまたはアルゴンガスであってもよい。不活性溶媒としては、トルエン、キシレン、o−ジクロロベンゼンおよびデカリンからなる群より選ばれる溶媒であってもよい。
図1は、本発明にかかる穴噴射型リアクターの概略図である。
本発明の混合リアクターについて、図面と実施形態に沿って詳細に説明するが、本発明の混合リアクターは、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明のクレームの範囲内で公知の改変を加えうる。
360℃に加熱したホスゲンを、内部供給チューブを通して、12m/sの速度で反応チューブ内に連続的に流した。同時に、360℃に加熱した、4,4´−ジアミノジシクロヘキシルメタン(H12MDA)および窒素の混合物を、内部供給チューブの壁に設けた6つの穴を通してホスゲンの流れの中に約42m/sの速度で噴出させた。H12MDA:ホスゲン:窒素のモル比は1:6:1であった。上記穴の噴出方向は、全て内部供給チューブの軸、すなわち、ホスゲンの流れの中心に対して直角であった。
360℃に加熱したホスゲンを、内部供給チューブを通して、8m/sの速度で反応チューブ内に連続的に流した。同時に、360℃に加熱した、H12MDAおよび窒素の混合物を、内部供給チューブの壁に設けた4つの穴を通してホスゲンの流れの中に約25m/sの速度で噴出させた。H12MDA:ホスゲン:窒素のモル比は1:6:1であった。
反応を行うために、穴噴出リアクターの代わりに中央ノズルタイプのリアクターを用いること以外は、同じ条件下で実施例2を繰り返した。中央ノズルタイプのリアクターは、中央ノズルおよび環状スペースを備えている。中央ノズルの横断面の面積は上記穴の横断面の面積の合計と等しい。中央ノズルとチューブリアクターの壁との間の環状スペースの面積は、実施例1における内部供給チューブの横断面面積と等しかった。比較例で用いたミキサーの後部に接続された反応チューブの横断面面積は、実施例2で用いた反応チューブの横断面面積に等しい。
イソフォロンジアミン(IPDA)を、実施例1と同じ製造条件下でホスゲンと反応させた。IPDA:ホスゲン:窒素のモル比は1:6:1であった。リアクターは実施例1で用いたものと同じである。リアクターに入れる前に、ホスゲンと、IPDAおよび窒素の混合物とは、別々に310℃に予備加熱した。IPDIの収量は、理論値の98.6%であった。
Claims (17)
- 内部供給チューブ(3)と、上記内部供給チューブ(3)と同軸である外部供給チューブ(2)とを備え、環状スペースが、2つの上記供給チューブの間に定められ、上記外部供給チューブ(2)の両端が閉じており、収束チャンネル(7)が上記内部供給チューブ(3)の下流部に同軸上に接続されており、ネッキングチューブ(5)が上記収束チャンネル(7)に同軸上に接続されており、上記ネッキングチューブ(5)の横断面の面積が上記内部供給チューブ(3)の横断面の面積よりも小さく、分岐チャンネル(8)が上記ネッキングチューブ(5)の下流部に同軸上に接続され、反応チューブ(6)が上記分岐チャンネル(8)に同軸上に接続されており、上記反応チューブ(6)の横断面の面積が上記ネッキングチューブ(5)の横断面の面積よりも大きく、複数の穴(4)が、上記内部供給チューブ(3)の下流部の壁または上記収束チャンネル(7)の壁に設けられている、気相ホスゲン化反応によってイソシアナートを製造するための穴噴射型リアクター。
- 上記穴(4)の一部または全部が、上記内部供給チューブまたは上記収束チャンネルの同一横断面に設けられ、対称に分布しており、上記横断面は上記内部供給チューブ(3)内における反応体の流動方向に垂直である、請求項1に記載の穴噴射型リアクター。
- 2個以上20個以下の穴(4)を備え、上記穴(4)の横断面の面積の合計が、上記内部供給チューブの横断面の面積の2%以上30%以下である、請求項1に記載の穴噴射型リアクター。
- 4個以上10個以下の穴(4)を備え、上記穴(4)の横断面の面積の合計が、上記内部供給チューブの横断面の面積の5%以上15%以下である、請求項3に記載の穴噴射型リアクター。
- 上記穴(4)が、上記内部供給チューブ(3)の下流部の壁に設けられ、上記穴(4)の平面から上記収束チャンネル(7)の始点までの距離が、約0cm以上5cm以下の範囲にあり、上記穴(4)の平面が上記内部供給チューブ(3)内の反応体の流動方向に垂直である、または、上記穴(4)が上記収束チャンネル(7)の壁に設けられ、上記収束チャンネル(7)の始点から中心断面までの領域に分布している、請求項1に記載の穴噴射型リアクター。
- 上記収束チャンネル(7)の壁と、上記内部供給チューブ(3)内の反応体の流動方向との間の角度αが30°以上60°以下であり、上記分岐チャンネル(8)の壁と上記反応チューブ(6)内の反応物質の流動方向との間の角度βが30°以上60°以下であり、上記ネッキングチューブ(5)の、長さの直径に対する比が1:1以上15:1以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の穴噴射型リアクター。
- 上記ネッキングチューブ(5)の、長さの直径に対する比が3:1以上10:1以下であり、上記ネッキングチューブ(5)の内径が、上記内部供給チューブ(3)の内径の0.2倍以上0.8倍以下である、請求項6に記載の穴噴射型リアクター。
- 上記ネッキングチューブ(5)の内径が、上記内部供給チューブ(3)の内径の0.4倍以上0.7倍以下であり、上記反応チューブ(6)の内径が、上記内部供給チューブ(3)の内径と等しい、請求項7に記載の穴噴射型リアクター。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の穴噴射型リアクターを使用して、式(II)によって表されるアミンを用いて、式(I)によって表される脂肪族または芳香族イソシアナートを製造する方法であって、
R(NCO)n・・・(I)
R(NH2)n・・・(II)
(ここで、Rは炭素原子数の上限が15である脂肪族または芳香族炭化水素基を表し、2つのNCO原子団の間には、少なくとも2つの炭素原子が配置され、nは2または3である。)
以下の工程を有する方法。
(a)式(II)で表される上記アミンおよびホスゲンを、それぞれ200℃−600℃に加熱する
(b)ホスゲンを上記リアクター(1)の上記内部供給チューブ(3)に平行に入れ、流動させ、蒸気状のアミンを上記外部供給チューブ(2)に入れて上記穴(4)を通過させ、その結果、アミンをホスゲンの流れの中に、ホスゲンの流動方向に垂直に噴出させる
(c)ホスゲンと上記アミン蒸気を混合後、上記反応チューブに入れ、反応させるために、上記収束チャンネル(7)、上記ネッキングチューブ(5)および上記分岐チャンネル(8)に流す - 工程(a)において、蒸気状態の上記アミンを不活性ガスまたは不活性溶媒の蒸気を用いて希釈する方法であって、上記不活性ガスは窒素またはアルゴンであり、上記不活性溶媒はトルエン、キシレン、o−ジクロロベンゼンおよびデカヒドロナフタレンからなる群より選ばれる溶媒である、請求項9に記載の方法。
- 混合される前のホスゲンの流速が少なくとも1m/sであり、上記穴の出口における、上記アミンの蒸気の流速が6m/s以上120m/s以下である、請求項10に記載の方法。
- 上記穴の出口における、ホスゲンの流速に対する上記アミンの蒸気の流速の割合が、1:1以上10:1以下である、請求項11に記載の方法。
- 混合される前のホスゲンの流速が3m/s以上20m/s以下、上記穴の出口における、上記アミンの蒸気の流速が20m/s以上100m/s以下であって、上記穴の出口における、ホスゲンの流速に対する上記アミンの蒸気の流速の割合が、3:1以上5:1以下である、請求項12に記載の方法。
- 上記内部供給チューブ内および上記外部供給チューブ内の圧力が、それぞれ200mbar以上3000mbar以下の範囲内にあり、上記反応チューブの出口における圧力が150mbar以上1500mbar以下の範囲内にある、請求項13に記載の方法。
- 式(II)によって表される上記アミンが、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1−アミノ−3,3,5−トリメチル−5−アミノメチル−シクロヘキサン、4,4´−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4−(アミノメチル)オクタン−1,8−ジアミン、トリアミノノナン、異性体の割合が80/20から65/35までである2,4−/2,6−トルエンジアミンの混合物、および2,4−トルエンジアミンからなる群から選ばれるいずれか1つである、請求項9から14のいずれか1項に記載の方法。
- 式(II)によって表される上記アミンが、1,6−ジアミノヘキサン、1−アミノ−3,3,5−トリメチル−5−アミノメチル−シクロヘキサン、4,4´−ジアミノジシクロヘキシルメタン、トリアミノノナン、異性体の割合が80/20から65/35までである2,4−/2,6−トルエンジアミンの混合物、および2,4−トルエンジアミンからなる群から選ばれるいずれか1つである、請求項15に記載の方法。
- 式(I)で表されるイソシアナートが、1,6−ジイソシアナートヘキサン、イソフォロンジイソシアナート、4,4´−ジシクロヘキシルメタンジイソシアナート、トルエンジイソシアナートおよびノナントリイソシアナートからなる群より選ばれるいずれか1つである、請求項9から14のいずれか1項に記載の方法。
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