JP6932768B2 - イソシアネートの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はイソシアネートの製造方法であって、燃焼を意図したオフガス流(offgas streams)が、オフガス燃焼に送られる前に、吸着装置を通って誘導され、この方法で溶媒が枯渇し、該吸着装置が交互に、
(i)少なくとも1つのオフガス流で充填され、かつ
(ii)蒸気で再生される
平行に接続した少なくとも2つの吸着装置を備えてなるものであり、
プロセス段階(process stage)(i)において、溶媒が枯渇したオフガス流が得られ、かつプロセス段階(ii)の間に水と溶媒とを含む流れが得られ、その溶媒画分がイソシアネートを調製する方法に再利用される方法に関する。
多くの産業上の製造プロセス(特に化学生成物の製造プロセス)では、製造プロセスの実際の生成物以外に気体性のプロセス生成物(process product)が得られ、これはそれらを環境中へオフガスとして放出する前に、経済的損失および環境破壊を最小化するために処理しなければならない。そのようなワークアップ(workup)工程には様々なプロセスが含まれ得る。そのような洗浄作業には、スクラビング、吸収(例えばNOの吸収)、吸着、濃縮(condensation)および濾過が含まれる。先行技術において、予備洗浄(場合によっては、さらに事前の)のために行なわれたすべての洗浄作業の結果、この方法で予備洗浄に供されたそのような気体性のプロセス生成物を組み合わせて、このように得られたオフガス流を共通のオフガス燃焼に送ることが慣習的であり、ここで燃焼ガス(さらなる洗浄後に必要な場合、例えば酸性成分を結合させるための塩基スクラビング)は公式の環境条例に従いつつも環境へ放出することができる。
気体性のプロセス生成物が得られる産業上の製造プロセスの一例としては、対応するアミンのホスゲン化によるイソシアネートの製造である。ホスゲン化において塩化水素の共生成物および未変換のホスゲンからなる気体のプロセス流が得られる。また通常、使用される溶媒の残留物(ならびにホスゲン調製からの不活性物質あるいは過剰な一酸化炭素)もそこに存在する。続くワークアップ工程にはさらなる気体性のプロセス生成物が得られるかもしれず、それらの中には溶媒も含むものもある。この点に関して、異なる時点で得られた溶媒の、様々な気体性のプロセス生成物からの回収が重要である。イソシアネート製造プロセスにおける蒸留による溶媒回収の方法は、例えばEP1575908B2およびEP1575906B1において提起されている。これらの公報のいずれも、オフガス燃焼の直前の溶媒回収について記載していない。
WO2004/056758A1は、活性炭への不純物(ホスゲンおよびクロロベンゼンの残留物)の吸着による塩化水素/ホスゲン分離からの塩化水素のさらなる精製について記載している。
イソシアネート製造工場からのオフガス流からの溶媒回収に、オフガス燃焼中へのそれらの導入の前に信頼できるプロセスを利用可能にしておくことが好ましいであろう。
そのようなプロセスを単純なやり方で、変更された境界条件(例えば溶媒、エネルギーまたはオフガス燃焼について変更された費用)に適応させることが可能なことも好ましいであろう。
この条件を考慮して、本発明は、
以下の工程:
A.溶媒(4)を使用してイソシアネート(1)に対応するアミン(2)とホスゲン(3)とを反応させて、イソシアネート(1)と溶媒(4)とを含んでなる液体流および少なくとも1種の溶媒含有オフガス流を得ること;
B.イソシアネートと溶媒とを含んでなる液体流をワークアップし、イソシアネートを分離することであって、ここで場合によりさらなる溶媒(4)を使用して、同様に少なくとも1種の溶媒含有オフガス流を得ること;
を含んでなるイソシアネート(1)の製造方法であって、
a)工程Aおよび/または工程Bからの少なくとも1種の溶媒含有オフガス流が、
交互に(alternately)
(i)少なくとも1つのオフガス流が充填され、かつ
(ii)蒸気で再生される
平行に接続している少なくとも2つの吸着ユニット(3021、3022)を備えてなる溶媒を吸着するための吸着装置(3020)へ誘導され、ここで
プロセス段階a)(i)の間に溶媒が枯渇したオフガス流(220)が得られ、かつプロセス段階a)(ii)の間に、水および溶媒(230)を含んでなる流れが得られ、かつ、
b)(i)溶媒が枯渇した(solvent-depleted)オフガス流(220)がオフガス燃焼(6000)へ送られ、かつ
(ii)水および溶媒(230)を含んでなる流れから水が枯渇し、かつ次いで工程Aおよび/または工程Bへ再利用される、
方法を提供する。
本発明は、本発明による方法の実行に好適な、対応するアミン(2)のホスゲン化によりイソシアネート(1)を調製するためのプラント(10000)をさらに提供する。
初めに本発明の様々な可能な実施態様の概要が続く:
本発明の第一の実施態様(これは他のすべての実施態様と組み合わせてもよい)において、工程Aは、
I)アミン(2)とホスゲン(3)とを反応させ、得られたプロセス生成物をイソシアネートと溶媒とを含んでなる液体流(60)、ならびにホスゲン、塩化水素および溶媒を含んでなる気体流(70)へ分離すること
を含んでなり、
工程Bは、
II)工程I)からの液体流(60)から、蒸留装置(2100)中でこの液体流(60)を溶媒とイソシアネートとを含んでなる液体流(80)、およびホスゲンと塩化水素を含んでなる気体流(90)に分離することにより、ホスゲンおよび塩化水素とを枯渇させることを含んでなり、
該気体流(70)および(90)は、場合によりさらなる洗浄工程を通過した後に、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流の構成要素として、適切な場合には唯一の構成要素として工程a)へ送られる。
本発明の第二の実施態様(これは第一の実施態様の特定の構成である)において、工程B.II)の後に工程B.III)およびB.IV)が続く:
III)工程II)からの液体流(80)から、蒸留装置(2200)中でこの液体流(80)を、溶媒を含んでなる気体流(110)、およびイソシアネートを含んでなる液体流(100)とに分離することにより、溶媒を枯渇させること;
IV)工程IV)からの気体流(110)から、この気体流(110)を好ましくは濃縮装置(2310)中でのその液化の後に、蒸留装置(2300)中で溶媒を含んでなる液体流(120)と、ホスゲンを含んでなる気体流(130)とに分離することにより、ホスゲンを枯渇させること;
ここで、場合によりさらなる洗浄工程を通過した気体流(130)が、少なくとも1つの溶媒含有オフガス流の構成要素として工程a)に送られる。
本発明の第三の実施態様(これは第二の実施態様の特定の構成である)では、工程B.IV)の後に
V)液体流(100)から液体イソシアネート流(140)を得て、場合により流れ(141)としてポリマー除去のための上流ユニット(upstream unit) (2410)中でのポリマーイソシアネート画分の除去を含んでなる蒸留装置(2400)中で、二次成分と場合により溶媒とを含んでなる気体流(150)をもたらすこと
が続く。
本発明の第四の実施態様(これは第一、第二、および第三の実施態様の特定の構成である)では、工程Bはさらに、
VI)場合により濃縮の後に、溶媒(4)中での吸収によって気体流(70)および(90)、および存在する場合には気体流(130)、を洗浄して、吸収装置(2500)中で溶媒とホスゲンとを含んでなる液体流(160)、および塩化水素と溶媒を含んでなる気体流(170)を得ること
を含んでなる。
本発明の第五の実施態様(これは第四の実施態様の特定の構成である)では、工程B.VI)の後に、
VII)さらなる吸収装置(2600)中で、吸収剤(180)としての水または塩酸中で、気体流(170)を洗浄して、塩酸含有流(190)を得て、好ましくは蒸気濃縮装置(2610)を通過させた後に、溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(200)を得ること
が続く。
本発明の第六の実施態様(これは第五の実施態様の特定の構成である)では、工程B.VII)は、蒸気濃縮装置(2610)の通過を含み、この工程B.VII)はさらに以下、
蒸気濃縮装置(2610)中で得られた液体流(191)を、水相(192)と有機相(193)とに分離すること;
吸収剤(180)の構成要素として水相(192)を吸収装置(2600)中へ再利用すること、および/または
好ましくは乾燥後に、有機相(193)を工程A.I)、B.III)、B.IVおよびB.VI)の少なくとも1つへ再利用すること
を含んでなる。
本発明の第七の実施態様(これは第五および第六の実施態様の特定の構成である)では、工程B.VII)の後に、
VIII)オフガス流(3000)のワークアップ装置中で、溶媒および場合により気体性二次成分を含んでなる気体流(200)を洗浄すること、ここで
VIII−1)吸収装置(2600)から生じる気体流(200)を、好ましくは蒸気濃縮装置(2610)を通過させた後に、ホスゲンが水(260)を使用して触媒によって、好ましくは活性炭素で、分解されるホスゲン分解装置(3010)中へ誘導されて、溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(210)、および塩酸を含んでなる液体流(270)を得て、
該気体流(210)が工程a)中で溶媒を吸着するための吸着装置(3020)へ誘導されること
が続く。
本発明の第八の実施態様(これは他のすべての実施態様、特に第七の実施態様と組み合わせてもよい)では、工程Aを実行するためのホスゲン(3)は一酸化炭素(300)と塩素(310)とを反応させることによって調製され、一酸化炭素およびホスゲンを含んでなるオフガス流(320)が得られ、これは場合によりさらなる洗浄工程を通過させた後に、オフガス燃焼に送られる少なくとも1種の溶媒含有オフガス流に供給され、より具体的には工程VIII.1)を実行する前に、場合によりさらなる精製工程を通過させた後にオフガス流(320)を気体流(200)と組み合わせる。
本発明の第九の実施態様(これは第八の実施態様の特定の構成である)では、一酸化炭素(300)と塩素(310)との反応からの一酸化炭素とホスゲンを含んでなるオフガス流(320)は、吸収カラム(4010)中で0.0℃から−20.0℃の範囲の温度を有する溶媒(4)中で洗浄され、ホスゲンが枯渇したオフガス流(330)が工程VIII.1)の実行に先立って得られ、このオフガス流(330)は、気体流(200)と合わせられるものであり、吸収装置(2500)に送られる吸収カラム(4010)中で溶媒含有およびホスゲン含有流(340)が得られる。
本発明の第十の実施態様(これは他のすべての実施態様、特に第四、第五、第六、第七、第八、または第九の実施態様と組み合わせてもよい)では、工程b)(ii)において水と溶媒を含んでなる流れからの水の枯渇は、この流れが濃縮され、次いで水相(250)および有機相(240)に分離されるように行われ、該有機相(240)が場合によりさらに乾燥されてもよく、ここで水を枯渇した後に得られる流れの工程Aおよび/または工程Bへの再利用が、有機相(240)が、場合によりさらに乾燥された後に、工程Aおよび/または工程Bへ、より好ましくは工程A.I)、B.III)、B.IV)およびB.VI)の少なくとも1つへ再利用されるように行われる。
本発明の第十一の実施態様(これは第十の実施態様の特定の構成である)では、水相(250)は工程B.VII)において使用される吸収剤の構成要素として使用される。
本発明の第十二の実施態様(これは第二〜第十一の実施態様の特定の構成であり、特に第三〜第十一の実施態様の特定の構成である)では、装置(2200)および(2300)、特に装置(2200)、(2300)、(2400)、そして存在する場合には(2410)は、大気圧力に対して減圧下で操作され、この目的のために必要な真空生成プラントからのオフガス流を冷却することなく、または1.0℃を下回らない温度に冷却した後に、場合により触媒性ホスゲン分解のための装置(3010)を通過させた後に工程a)に送られる。
本発明の第十三の実施態様(これは他のすべての実施態様と組み合わせてもよい)では、アミン(2)は、メチレンジフェニレンジアミン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミン、メチレンジフェニレンジアミンとポリメチレンポリフェニレンポリアミンとの混合物、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミンおよびナフチルジアミンからなる群から選択される。好ましくは、アミンは、メチレンジフェニレンジアミン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミン、メチレンジフェニレンジアミンとポリメチレンポリフェニレンポリアミンとの混合物、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミンおよびナフチルジアミンからなる群から選択される。
上で簡潔に概説された実施態様および本発明のさらに可能な構成は、以下に詳細に説明される。当業者にとって文脈から反対が明白でない限り、様々な実施態様は互いに組み合わせ可能である。
本発明の方法は、原則的に任意の所望の芳香族、脂肪族、芳香脂肪族のイソシアネート(1)の調製に適している。本発明の方法は、メチレンジフェニレンジイソシアネート(メチレンジフェニレンジアミンから)、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(ポリメチレンポリフェニレンポリアミンから)、メチレンジフェニレンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートとの混合物、トリレンジイソシアネート(トリレンジアミンから)、キシリレンジイソシアネート(キシリレンジアミンから)、ペンタン1,5−ジイソシアネート(ペンタン−1,5−ジアミンから)、ヘキサメチレンジイソシアネート(ヘキサメチレンジアミンから)、イソホロンジイソシアネート(イソホロンジアミンから)、およびナフチルジイソシアネート(ナフチルジアミンから)の調製のために使用することが好ましく、より好ましいのはメチレンジフェニレンジイソシアネート、メチレンジフェニレンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートとの混合物およびトリレンジイソシアネートである。本発明の方法は、メチレンジフェニレンジイソシアネートおよびメチレンジフェニレンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートとの混合物の調製最も好ましく適している。メチレンジフェニレンジイソシアネートはジフェニルメタンシリーズのジアミンとも呼ばれる。ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートはジフェニルメタンシリーズのポリアミンとも呼ばれる。
工程Aは気体相または液体相中で達成することができる。液体相ホスゲン化では、溶媒(4)中でアミン(2)とホスゲン(3)とを溶解して反応させることが慣習的である。気体相ホスゲン化では、生じる液体相に形成されたイソシアネートの変換と共に、イソシアネート(1)の沸点より下の、および対応する塩化カルバモイルの分解点より上の温度で、溶媒(4)(場合により再利用されたイソシアネートなどのさらなる液体)と接触させることにより、アミンとホスゲンとの反応からの粗製気体性のプロセス生成物を急速に冷却することが慣習的である。プロセスレジームに関係なく、したがって形成されるのはイソシアネート(1)と溶媒(4)を含む液体流である。さらなるワークアップに供される気体性のプロセス生成物の追加の形成とともに、最大限の価値のある原料の回収がある。先行技術において今日まで可能かつ経済的に実行可能である気体性のプロセス生成物のワークアップの手段を消尽した後には、常にオフガス流が残存する。気体性のプロセス生成物すべてからの溶媒の完全な回収は、目的のために要する不釣り合いに高いエネルギー入力のために非経済でありうるため、イソシアネートの調製のための方法では、通常少なくとも1種の溶媒を含有しているオフガス流が得られる。本発明によれば、この少なくとも1種の溶媒含有オフガス流は、オフガス燃焼(工程b)(i)に先立って、吸着法(工程a)によってさらに溶媒が枯渇する。ここでは、この溶媒の枯渇が、オフガス燃焼直前に起こることが好ましい(即ち、工程a)および工程b)(i)の間に起こるプロセス段階はそれ以上ない)。
本発明に従って使用可能な好適な不活性溶媒(4)は、反応条件下で不活発な溶媒であり、例えばモノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン(特にオルト異性体)、ジオキサン、トルエン、キシレン、塩化メチレン、ペルクロロエチレン、トリクロロフルオロメタン、または酢酸ブチルである。不活性溶媒(4)には、イソシアネート(質量による目標割合<100ppm)が本質的に含まれず、ホスゲン(質量による目標割合<100ppm)が本質的に含まれず、このことは再利用流を使用する場合に注意するべきである。したがって、EP1854783A2に記載のような方法によって作業することが好ましい。溶媒は、個々にまたは例示を目的に言及された溶媒の任意の所望の組み合わせの形態で使用することができる。好ましいのはモノクロロベンゼン(MCB)またはオルト−ジクロロベンゼン(ODB)の使用である。
本発明の文脈では、工程Bは先行技術において慣習的なものとして実行することができる。好ましい実施態様はさらに以下で概説される。
本発明による方法の工程a)は、溶媒を吸着するための吸着装置中で燃焼される少なくとも1種の溶媒含有オフガス流からの溶媒の枯渇を含む。これは、吸着剤(好ましくは活性炭)を含む、平行に接続している少なくとも2つの吸着装置を備える。これらの吸着装置のうちの1つは、最大で吸着剤の飽和限界までa)(i)において後で燃焼される少なくとも1種の溶媒含有オフガス流で充填される。その後、燃焼される少なくとも1種の溶媒含有オフガス流は、a)(ii)において新鮮なまたは再生成された吸着剤を含む第二吸着装置へ誘導され、同時に第一吸着装置に含有されている吸着剤は蒸気で再生される。工程a)の好ましい構成はさらに下で詳細に説明される。
工程b)(i)において、溶媒が枯渇したオフガス流(220)は、好ましくはオフガス燃焼に直接供給される(即ち好ましくは工程a(i)とb)(i)との間に中間工程がない)。オフガス燃焼は、当業者に化学工学において知られた工程であり、先行技術において慣習的なものであるように本発明の文脈で実行することができる。
工程a)ii)、工程b)(ii)において得られた水と溶媒とを含む流れからの水の枯渇は、この流れが濃縮されて次に水相と有機相へ分離されるように適切に行われ、ここで有機相は場合によりさらに乾燥されてもよく、工程Aおよび/または工程Bへの、水の枯渇後に得られた流れの再利用が、場合によりさらに乾燥された有機相が工程Aおよび/またはBにおいて溶媒(4)の構成要素として使用されるように実行される。この工程の好ましい構成はさらに下で詳細に説明される。
添付の図面に関して詳細な記載が続き、そこでは当業者に反対が文脈から明白でない限り、また異なる実施態様を所望に応じて互いに組み合わせ可能である。
連続的または半連続的な、好ましくは連続的な、工程Aにおけるイソシアネートの製造は先行技術から知られた方法によって達成される。好適なプロセスは例えば、EP2077150A1、EP1616857A1、EP1873142 A1、EP0716079A1およびEP0314985B1(液体相プロセス)、およびEP2196455A1、EP1449826A1およびWO2015/144681A1(気体相プロセス)に記載されている。しかしながら、アミン(2)とホスゲン(3)との反応物の濃度および流量は、共反応物の混合において、好ましくはホスゲンの第一級アミンへのモル比として1.1:1から30:1、より好ましくは1.25:1から3:1が確立されるように選択される。
本発明による方法の好ましい実施態様では、工程Aは、
I)アミン(2)とホスゲン(3)とを反応させ、得られたプロセス生成物を、イソシアネートと溶媒とを含む液体流(60)、ならびにホスゲン、塩化水素および溶媒を含む気体流(70)へ分離すること
を含む。
アミン(2)およびホスゲン(3)は、対応するレザーバー(reservoir)容器(1020、1030)からの(1100)中でミキシングに供給される(図1を参照)。これは好ましくは溶媒(4)中の溶液(20、30)の形態で行われる。気体相プロセスの場合には、溶媒(4)中の反応物の分解とともに省略することが可能である。好適な混合ユニット1100は、先行技術から十分に公知である。混合後に反応混合物(50)を反応空間(1200)へ誘導する。これは混合ユニット1100で得られた混合物が完全に反応するまで十分な機会を与えられる滞留時間装置である。好適な装置は、先行技術から十分に公知である。粗製プロセス生成物の液体流60および気体流70への分離は、反応空間自体または下流の分離ユニット1210において達成される。混合ユニットと反応空間または混合ユニット、反応空間と分離ユニットまたは反応空間および分離ユニットを単一の装置(例えば対応する反応器中で)を統合することも可能である。本発明によれば、多数の混合ユニットおよび/または反応空間および/または、存在する場合に分離装置を直列にか平行して接続することも可能(例えば多数の直列に接続させた反応器のカスケードの形態)である。1200で得られたプロセス生成物は、所望のイソシアネートと同様に溶解した塩素ガス、過剰な気体性ホスゲンと溶媒とを含む液体相(60)と、塩化水素ガス過剰な気体性ホスゲンと気体性溶媒とを含む気体相(70)とに分かれる。液体相および気体相は、反応空間(1200)または分離ユニット(1210)から別々に除去される。反応空間の後に、必要に応じて塩化カルバモイルを開裂させるための装置(図1に示されない)が続いてもよい。そのような場合では、液体相(60)は工程Bにおいてワークアップに供される前にこの装置を通過する。結果として生じた塩化水素が富化した気体相は、好ましくは気体相(70)と組み合わさり、それらは一緒にさらなるワークアップに供される。
この実施態様では、工程B中のこのワークアップは少なくとも工程II)を含む:
II)工程I)からの液体流(60)から、この液体流(60)を蒸留装置(2100;「脱ホスゲン化カラム」)中で溶媒とイソシアネートとを含む液体流(80)と、ホスゲンと塩化水素とを含む気体流(90)とに分離することによってホスゲンおよび塩化水素を枯渇すること。
液体粗製イソシアネート流60からの、B.II)における脱ホスゲン化カラム2100と呼ばれるものの中での塩化水素およびホスゲンのさらなる除去は、好ましくはEP1854783B1、特に段落[0018]および[0023]において記載されているような先行技術から公知の任意の所望の方法によって達成することができる。
記載された工程I)およびII)では、気体流(70)および(90)が得られる。これらは、好ましくはさらなる洗浄工程を通過した後に、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流の構成要素として、適切な場合唯一の構成要素として工程にa)に送られる。そのようなさらなる洗浄工程において、流れ(70)および(90)の組成は変更される(例えば、これらの流れからホスゲン、塩化水素および/または溶媒が枯渇されていてもよい)。
言及された気体流(70)および(90)に加えて、プロセス中での他の地点で気体流を得てもよく、概説された方法でイソシアネートの調製のための本発明の方法における気体性のプロセス生成物のワークアップの一部としてもよい。この一例は、結果的に流(130)による流れ(80)からの溶媒のさらなる分離をもたらす気体流である。これは好ましくは工程B.IIの後に、
III)工程II)からの液体流(80)から、この液体流(80)を蒸留装置(2200;「溶媒カラム」)中で、溶媒を含む気体流(110)、およびイソシアネートを含む液体流(100)とに分離することによって溶媒が枯渇させること;
IV)工程IV)からの気体流(110)から、この気体流(110)を好ましくは濃縮装置(2310)中で液化した後に、蒸留装置(2300;「溶媒ストリッパー(solvent stripper)」)中で溶媒を含む液体流(120)と、ホスゲンを含む気体流(130)とに分離することにより、ホスゲンを枯渇させること
が続くような方法で達成される。
好ましくはEP1854783B1、特に段落[0024]から[0027]に記載されているように工程B.III)は、先行技術から知られた任意の方法によって達成することができる。蒸留装置(2200)は、直列に接続された2つ以上の蒸留塔(この選択肢は図面を単純化する理由により図1には示されていない)を備えていてもよい。
好ましくはEP1854783B1、特に段落[0027]および[0028]に記載されているように工程B.IV)は、先行技術から知られた任意の方法によって達成することができる。
工程B.IV)において、気体流(130)が得られる。これらは、好ましくはさらなる洗浄工程を通過した後に、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流の構成要素として工程a)へ送られる。この点では、気体流(70)および(90)に関する言及を参照してもよい。
言及された工程a)の実行に先立った、気体流(70)、(90)および(130)のさらなる洗浄工程は、様々な方法で構成されてもよい。本発明の方法の好ましい実施態様では、工程B)はさらに工程VI)を含む:
VI)溶媒(4)中で気体流(70)および(90)および、存在する場合には気体流(130)を、吸収によって洗浄し(即ち、ホスゲンを実質的に除去する)、吸収装置(2500;「ホスゲン吸収器」)中で溶媒とホスゲンとを含む液体流(160)および、塩化水素と溶媒とを含む気体流(170)を得て、ここで好ましくは、気体流(70)および(90)が第一に合わせられ、合わさった(70)と(90)の流れ、および存在する場合に流れ(130)が各々濃縮して、次に吸収装置(2500)中へ液体形態で導入されること。
EP2093215A1に記載されているように、好ましくは工程VI)は、先行技術から知られた任意の方法によって達成することができる。
原則として工程VI)中で形成された流れ(170)は工程a)に送ることができる。しかしながら、前もって気体流(170)をさらに精製することが好ましい。これは、工程VII)における塩化水素含有量の枯渇を包含する:
VII)追加の吸収装置(2600;「HCl吸収カラム」)において吸収剤(180)としての水または塩酸中で気体流(170)を洗浄し、塩酸含有流−場合により微量の溶媒を含む−(190)および好ましくは蒸気濃縮装置(2610)を通過させた後に溶媒と場合により気体性二次成分を含む気体流(200)を得ること。
工程VII)は先行技術から知られた任意の方法によって達成することができる。好ましいのはEP2021275B1に記載されているような方法である。
使用される吸収剤(180)は、水(例えばスチーム濃縮液)または0.50質量%〜15.0質量%の範囲の塩酸(希釈塩酸)である。塩酸含有流(190)は塩酸槽(2630)へ放出される。塩酸槽(2630)と同様に、必要に応じて流れ(190)を受け入れることができるようにさらなる貯溜槽(2640)が配置される。この「希釈酸槽」(2640)は流れ(190)の組成が塩酸に必要な仕様と著しく異なる場合に利用される。
塩化水素の吸収で放出された熱は、流れ(170)中の溶媒を大部分、または完全に気体流(200)に転送する。
蒸気濃縮装置(2610)を使用した好ましい実施態様では、その中で液体流(191)が得られる。流れ(191)は一般に水性かつ有機的な成分を含有している。したがってこの実施態様においては、相分離装置(2620)中で流れ(191)を水相(192)と有機相(193)とに分離することが適切かもしれない。水相(192)は好ましくは−特に好ましくは希釈酸槽(2640)中へ放出した後に−吸収剤(180)の構成要素としてHCl吸収カラム(2600)へ再利用される。さらなる使用のために、水で飽和している有機相(193)は、レザーバー容器(2710)に回収され、好ましくは乾燥させた後に(特に乾燥容器2710中の分子櫛によって)工程A.IおよびB.IIIの少なくとも1つへ再利用される。これはA.I)中で使用される新鮮な溶媒(4)を、それを乾燥させるかまたは溶媒槽(1040)へ直接誘導した後に有機相(193)と混合することにより達成することができる。好ましくは乾燥後に有機相(193)を蒸留塔(2200)へ、例えばそれを流れ(80)と混合することによって導入することも、または図1に示されているように、それを流れ(80)とは関係なくこの蒸留塔へ導入することも可能であり、このようにして流れ(110)[蒸留装置(2200)から、B.III]と(120)[((蒸留装置(2300)、B.IVから))]を介してそれを溶媒槽(1040)へ誘導する。また吸収装置(2500)中で使用される溶媒(4)の構成要素として、有機相(193)を乾燥させた後に使用する(B−VI)ことも可能である。
工程VII)における吸収プロセスは流れ(190)中の溶媒含有量が最小であることを確保するために直接または間接のストリッピング(stripping)と組み合わせすることができる。
0.5℃から60.0℃、好ましくは10.0℃から30.0℃の範囲の温度での冷却水で操作される蒸気濃縮装置(2610)の好ましい使用−特に追加のストリッピングの場合−は、受け入れ可能な枯渇で最大のカラム(2600)からの気体性頂部流を濃縮する単純な手段を提示する。濃縮温度の好適な選択は、プロセスのこの時点で溶媒が濃縮し出されるか、工程a)へ再利用されるかの割合に影響する要因のうちの1つになり得る。
原則として気体流(200)は工程a)に送ることができる。しかしながら、この流れを事前にさらに精製し、より詳しくは依然として分離させられていないホスゲンの残留物を分解することが好ましい。この目的のために、好ましい実施態様では、この後に工程B.VIIが続く:
VIII)オフガス流(3000)をワークアップするための装置中で溶媒と場合により気体性二次成分とを含む気体流(200)を洗浄すること、
ここで(詳細に関しては図2を参照)
VIII−1)吸着装置(2600)から発生する、好ましくは蒸気濃縮装置(2610)を通過した後の気体流(200)が、ホスゲンが水(260)を使用して触媒によって分解され、好ましくは活性炭上で分解される、ホスゲン分解(3010;「ホスゲン破壊」)のための装置へ誘導されて、溶媒と場合により気体性二次成分とを含む気体流(210)および塩酸を含む液体流(270)が得られ、ここで気体流(210)は工程a)における溶媒を吸着するための吸着装置(3020)へ誘導される。
ホスゲンの分解用の装置(3010)は、ホスゲンが、5.0℃から50.0℃、好ましくは20.0℃から40.0℃の範囲における温度での水を使用し、触媒により、好ましくは活性炭上で分解されるように、操作されることが好ましい。冷水は、利水、蒸気濃縮液、脱塩水または少なくともこれらの2つの混合物であってもよい。蒸気濃縮液の使用が好ましい。ホスゲン分解は、特に直列に接続している2台の管型反応装置(「ホスゲン破壊塔」)中で、800mbarから1000mbar(絶対圧)、好ましくは850mbarから950mbar(絶対圧)の範囲での圧力で好ましくは達成される。
本発明のこの実施態様において、工程a)において吸着装置(3020)へ供給される流れは、したがって溶媒と、ホスゲン分解(3010)中で得られる任意の気体性二次成分(ホスゲン以外)とを含んだ、事実上ホスゲンを含まない気体流(210)からなる。また工程a)へ供給される流れは専らこの気体流(210)からなってもよい。
溶媒を吸着するための吸着装置(3020)は、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流(即ち特に流れ(210))が、20.0℃から60.0℃、好ましくは30.0℃から45.0℃の範囲での温度および850mbarから1000mbar(絶対圧)、好ましくは920mbarから980mbar(絶対圧)の範囲の圧力で活性炭上に通過されるように好ましくは操作され、この場合、溶媒が吸着装置(3021)中で活性炭の飽和限界を超過しない程度に活性炭上で吸着される。(3010)中でのホスゲン分解とは対照に、(3020)に水は加えられない。そのような充填間隔が終了した後に、その後装置(3021)中での活性炭は、蒸気を直接導入することによって活性炭から活性炭上に吸着された溶媒を再び脱着する(desorbing)ことにより再生成される(プロセス段階a)(ii)。結果生じる熱い水性の溶媒混合物(230)は濃縮装置(5010)中で冷却され、相分離装置(5020)中で、「希釈酸槽」(2640)へ誘導される水相(250)と、保管容器(2700)へ誘導される溶媒を含む有機相(240)へ分離される。時間での充填間隔の長さは、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流(即ち特に流れ(210))の溶媒濃度および利用可能な活性炭の容積に依存する。オフガス燃焼(6000)に供給される、溶媒が枯渇したオフガス流(220)は、有機炭素について間隔的または連続的に、好ましくは連続的に分析器によりモニタリングされる。燃焼によって所望されない溶媒の損失がないように充填間隔の持続時間が選択される。吸着装置(3021)中の活性炭の再生中に、連続的なオフガス洗浄作業を操作できるように少なくとも1種の溶媒含有オフガス流(即ち特にオフガス流(210))は第二の、同一吸着装置(3021)へ送られ、その中で溶媒が枯渇する。充填間隔の長さは好ましくは1.0時間から24時間、より好ましくは1.5時間から12時間、最も好ましくは2.0から6.0時間である。
工程a)(i)中で得られる吸収装置(3020)からの溶媒が枯渇したオフガス流(220)は、燃焼(6000)に送られる。工程a)(ii)の中で得られる水および溶媒からなる流れ(230)は、
X)好ましくは、この流れ(230)が濃縮装置(5010)中で濃縮され、次に相分離装置(5020)中で水相(250)および有機相(240)へ分離されるような方法で水が枯渇し(図2を参照)、この場合に有機相(240)をさらに乾燥させてもよい。その後、任意にさらに乾燥させた有機相は、少なくとも工程A.I)、B.III)、B.IV)およびB.VI)の少なくとも1つに再利用される。水相(250)は、工程VII)で、吸収剤の構成要素として有利に使用することができ、中間保存のために水相(250)は、「希釈酸槽」(2640)へ好ましくは誘導される。
有機相(240)の好ましい乾燥は、例えばゼオライトで乾燥させることにより達成することができる。好適なゼオライトは例えば2.0Å〜10Å、好ましくは3.0Å〜5.0Åの孔径を有している分子櫛である。
A.I)で使用される新鮮な溶媒(4)は乾燥後に有機相(240)と混合するか、または溶媒槽(1040)へ直接誘導することができる。場合により乾燥させた有機相(240)は、例えばそれを流れ(80)と混合することによって、または流れ(80)とは無関係に蒸留塔(2200)へそれを導入することにより同様に導入することができ、このようにしてそれを溶媒槽(1040)へ流れ(110)[蒸留装置(2200)から、B.III]および(120)[蒸留装置(2300)、B.IVから)を介して誘導することができる。また吸収装置(2500)中で吸収剤として使用される溶媒(4)の構成要素として場合により乾燥させた有機相(240)を使用することも可能である。
安全上の理由で、本発明のすべての実施態様において、対応する装置(4000)中で一酸化炭素(300)と塩素(310)との反応によって工程Aを実行するためにその場で(on site)必要なホスゲン(3)を調製することが好ましい。この工程の実行については、EP1640341B1によれば「低温合成器」あるいはEP0134506B1によれば「高温合成器」を利用することが可能である。好ましく使用される高温合成(EP 0 134506B1参照)では触媒としての活性炭を含有している管型反応装置中の塩素の一酸化炭素との反応によってホスゲンを変換すること、同時に蒸気を生成させるために得られた反応熱の同時活用を含有している。これは粒状活性炭を含有し、かつ100mm以下の明確な管状直径を有する第一管型反応装置中で、95容積%〜98容積%の使用する塩素を過剰な一酸化炭素と反応させることによって行われ、250.0℃を超える温度での反応でホスゲンを得る。ここで得られた反応熱は、150.0℃から320.0℃で沸騰する液体または沸騰しない液体の蒸発冷却によって除去され、その温度は強制循環ポンプおよび温度調節により反応器出口で150.0℃から320.0℃に維持される。反応器を出る液体または気体の熱担体は、冷却媒体としての水で充填した熱交換器中で濃縮されて蒸気を生成するか、および/または反応器出口での熱担体の温度より下の温度に冷却されて反応器へ再利用される。反応器を出る反応ガスは、50.0℃〜120.0℃の温度に冷却され、次に、粒状活性炭を含有している第二反応器へ渡され、その温度は自動調温によって50.0℃〜100.0℃に設定され、変換は第二反応器を出るホスゲンが50ppmv未満の残留塩素含有量を有するように完了するまで行われる。上で記載されるように、反応器の頂部に存在するホスゲンが縮合される。すべてのプロセスにおいて、一酸化炭素とホスゲンとの残留物を含むオフガス流(320)が発生し、それは好ましくはさらなる洗浄工程を通過した後に、オフガス燃焼(6000)に送られる工程a)からの少なくとも1種の溶媒含有オフガス流に供給される。好適な洗浄工程は、吸収カラム(「ホスゲンスクラビング装置(phosgene scrubber)」;(4010))中で0.0℃から−20.0℃の範囲の温度を有する溶媒(4)中でのオフガス流(320)の吸収を含んでいて、ここではホスゲンのうちのいくらかが一酸化炭素とホスゲンの残留物とを含むオフガス流(320)からスクラビングで排出される(scrubbed out)。吸収カラム(4010)中で得られた溶媒含有およびホスゲン含有流(340)は、吸収装置(2500)に好ましくは送られる。依然として微量の溶媒を含有しているホスゲンが枯渇した残留オフガス流(330)は、図1に示されるように、ホスゲン分解(3010)に送られることが好ましい。このように、ホスゲン調製からのオフガス流は同様に本発明の吸着に送られる。
純粋な形態での所望のイソシアネート(1)の調製については、上記の溶媒カラム(2200)中での溶媒の除去後に得られた流れ(100)をさらに蒸留することが好ましい。これは、工程B.V)で好ましくは遂行される:
V)場合によりポリマー除去(2410)のための上流装置中で流れ(141)としてポリマーイソシアネート画分の除去を含む、液体流(100)から液体イソシアネート流(140)を得て、蒸留装置(2400)中で二次成分と場合により溶媒とを含む気体流(150)を得ること。
この実施態様では、したがって流れ(140)は精製された形態のイソシアネート(1)を含む。この文脈では、2400での蒸留が洗浄作業だけでなく異性体分離も含有している場合(140)、異なる異性体組成(140−1、140−2、…)の異なるイソシアネート流(1)を累積的に表してもよい。さらに、特定の実施態様で得られた流れ141はアネート(1)も含有し、流れ141は特に、ポリマーイソシアネート画分(即ち重合されたアミンから派生し得るイソシアネート(1)、例えば3つ以上のベンゼン「核」を有するポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート)を含む。特定の実施態様で得られた「残留物流」143−即ち、2410での上流のポリマー除去が特に無い−は依然としてイソシアネート(1)も含有していて、それはこの流れから得ることができる。後の実施態様は、トリレンジイソシアネートの調製に特に好適であり、その場合には、蒸留装置2400は分割壁カラムとして好ましくは構成される。
工程V)は先行技術から知られた任意の方法によって達成することができる。好適な方法は、EP1475367B1あるいはEP1371635B1に述べられている。
本発明による方法において、特にプロセス工程III)、IV)およびV)におけるユニット[(即ち(2200)、(2300)、存在する場合(2400)および(2410)]は大気圧に対して低減した圧力で操作される。この目的に必要な真空生成プラントはオフガス流(図1に示されない)を製造する。先行技術では、これらのオフガス流は典型的に、好ましくは精製後に、同伴溶媒を濃縮し出すために、比較的低温(−30.0℃から0.0℃)で部分的に濃縮される。本発明の方法は、この濃縮をより高温(1.0℃から50.0℃;冷凍エネルギーの削減)で行うことを可能にし、さらにこの濃縮を全体的に省略することも可能にする。また本発明に従って、該濃縮よりも、単純な液体分離(小滴分離)を行なうことも可能である(かつ好ましい)。この目的に好適な装置は当業者に知られていて、好ましくは重力による分離器、サイクロン、ラメラ分離器、ニット(knits)などが含まれる。比較的高温での濃縮によりまたは液体の分離により同伴液体が取り除かれたか、あるいはこのように得られた真空生成プラントからのオフガスは、原則として工程aに直接送ることができる。しかしながら、丁度前の流れ(200)のように、この流れを特に微量のホスゲンを分解するためにさらに精製することが好ましい。この目的のために、同伴液体が取り除かれた真空生成プラントからのオフガスは、オフガス流(3000)のワークアップ装置中で洗浄され、ここでオフガス流は丁度流れ(200)のように、ホスゲン分解(3010;「ホスゲン破壊」)用の装置へ最初に誘導され、次に気体流(210)の構成要素として工程a)からの溶媒を吸着するための吸着装置(3020)に供給される。
本発明は、さらに以下のプラント構成要素を備えてなる、対応するアミン(2)のホスゲン化によってイソシアネート(1)を調製するためのプラント(10000)を提供する:
0)場合によりかつ好ましくは、一酸化炭素(300)と塩素(310)との反応によりホスゲン(3)を製造するための、一酸化炭素およびホスゲンを含むオフガス流(320)をもたらす装置(4000);
I)場合により下流に接続された分離ユニット(1210)を有する、ホスゲン化を実行するための反応空間(1200)を含んでなる反応ゾーン(1000)(ここで反応空間または分離ユニットが液体流(60)および気体流(70)のための出口導管を備えているものである);
II)液体流(60)を液体流(80)と気体流(90)とに分離するための蒸留装置(2100);
III)場合によりかつ好ましくは、液体流(80)を気体流(110)と液体流(100)に分離するための蒸留装置(2200);
IV)場合によりかつ好ましくは、気体流(110)を、好ましくは濃縮装置(2310)中で液化した後に、液体流(120)と気体流(130)とに分離するための蒸留装置(2300);
V)場合によりかつ好ましくは、液体流(100)から液体イソシアネート流(140)を得るための蒸留装置(2400)であって、二次成分と場合により溶媒を含んでなる気体流(150)をもたらし、ポリマーイソシアネート画分(141)を除去するためのポリマー除去(2410)のための上流ユニットを備えてなる蒸留装置;
VI)気体流(70)および(90)、および存在する場合に気体流(130)を、場合により吸収装置(2500)上流に接続した濃縮装置(2510)(図1に示されない)に通過させた後に、溶媒(4)中で吸収するための装置(2500)であって、液体流(160)および気体流(170)を得るための装置;
VII)塩酸と場合により溶媒とを含んでなる流れ(190)、および溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(200)を得るための、好ましくは蒸気濃縮装置(2610)を備えてなる、水または塩酸の中で気体流(170)を吸収(2600)するための装置;
VIII)
VIII−1)流れ(200)中に存在するホスゲンを分解するための、そして好ましくは流れ(320)中に存在するホスゲンも分解するための、触媒によりホスゲンを分解するための装置(3010)であって、溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(210)を得る、装置;
VIII−2)流れ(210)からの溶媒を吸着するための吸着装置(3020)であって、該吸着装置(3010)が交互に、
(i)流れ(210)で充填され得、かつ
(ii)蒸気で再生される得る
ように構成される、平行に接続した、少なくとも2つの吸着装置(3021、3022)を備えてなるものである、装置
を備えてなるオフガス流(3000)のワークアップ装置;
IX)VIII−2)(i)で得られた気体流(220)を燃焼するためのオフガス燃焼装置(6000);
X)反応ゾーン(1000)および/または吸収装置(2500)中で、プロセス段階VIII−2)(ii)で脱着された溶媒を再利用するためのユニット。
本発明の方法は少なくとも以下の利点を生じさせる:
i)溶媒は、非常に低温(<−30.0℃)へエネルギー集約的に冷却することなく燃焼に送られるオフガス流から回収することができる。冷凍用の維持費がない。
ii)オフガス燃焼中での溶媒含有量の最小化、従って燃焼残留物の最小化。イソシアネート調製において使用される溶媒が塩素を含むことが多いために、燃焼オフガスの洗浄を単純化することがさらに可能である
iii)溶媒の回収は、新鮮な溶媒の購入を劇的に減少させるために資源を節約する。
iv)ホスゲン分解と排ガス燃焼の間、およびオフガス導管中の液体分離器との間での電気的なトレース加熱が省略される。
燃焼中の溶媒の純粋な熱の利用と比較した下流の溶媒吸着プラントの使用による溶媒回収のための本発明の手順の成功は、付加的な吸着段階の資本費用にもかかわらず当業者に驚くべきことであった。溶媒吸着での製造プラントは低い蒸気枯渇、および非常に低い維持費(5年後にのみ吸着のための活性炭の交換が頻繁に必要となる)で操作することができる。
本発明は、特定の例によって以下にさらに説明される。
実施例
通常作業におけるメチレンジフェニレンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートの混合物(以下総称してMDI)を調製するための一般条件−プロセス段階IからIX;図1も参照のこと
110.0℃の温度で20.4t/hのメチレンジフェニレンジアミンとポリメチレンポリフェニレンポリアミンの混合物(以下総称してMDA)を、30.0℃の温度で溶媒として55.0t/hのモノクロロベンゼン(MCB;4)と静的ミキサー(1020)によって混合して27.1%のMDA溶液(20)が得られた。ホスゲン(3)は、2つのホスゲン生成装置および2つのホスゲン液化装置を備えるホスゲンを製造するための装置(4000)によって得られた(以下のプロセス段階0を参照)。その後、ホスゲン(3)をホスゲン溶液槽(1030)中で主としてMCB(4)からなる流れ160と混合させて35.0%のホスゲン溶液(30)を得た。EP1873142B1に記載されているように、0.0℃の温度での1時間あたりに120トンのこのホスゲン溶液(30)を、断熱反応で45.0℃の温度での1時間あたりに20.4トンの27.1%のMDA溶液(20)と反応させた。2つの原料溶液を混合装置(1100)中で混合した後に得られた反応溶液(50)を熱したホスゲン化塔(1200)へパイプライン(「サスペンション導管(suspension conduit)」)を通過させて81.0℃の温度で流した。ホスゲン化塔の頂部では、絶対圧は1.6barであり、温度は111.0℃である。反応で形成された塩化水素は、気体流(70)として、微量のホスゲンとMCBと一緒に除去された。液体の反応混合物(60)はホスゲン化塔(1200)から引き出され、ワークアップシーケンス(II ff.)に供給された。この目的のために、それは最初に副流として熱した脱ホスゲン化カラム(2100、II)へ導入される。116.0℃の頂部温度および1.6barの絶対圧で、ホスゲンは微量のMCBと塩化水素と一緒に上(overhead)(90)で除去された。ホスゲンはホスゲン吸収カラム(2500、VI)でMCBに吸収され、得られたホスゲン溶液は、ホスゲン溶液槽(1030)に流れた。塩化水素は塩化水素吸収器(2600、VII)へ誘導され、そこに得られた塩酸は、さらなる使用のために塩酸槽(2630)へ誘導された。塩化水素吸収(2600)からの蒸気は、濃縮装置2610中で部分的に液化され、残りの気体流(200)は流動方向における第一装置として少なくとも1つのホスゲン分解(3010)を備えるオフガス流(3000、VIII)のワークアップのための装置へ送られた。塩化水素吸収(2600、VII)への、そしてそれゆえにオフガス燃焼までのオフガス流(3000、VIII)のワークアップのための装置への気体相を介した、ホスゲン吸収カラム(2500、VI)の気体相からのオフガス経路は開かれた。
イソシアネート含有反応溶液(60)から塩化水素および過剰ホスゲンを除去した後に、粗製イソシアネート溶液(80)が得られ、それを脱ホスゲン化カラム2100の塔底から放出し、155.0℃の温度で溶媒蒸留(2200、III)の第一蒸留段階に流し、それからMCBを除去した。この溶媒蒸留塔(2200)の塔頂の絶対圧は、145.0℃の塔底温度で600mbarであった。MCBは気体形態で上部(110)から引き出され、このMCB気体流はで空気濃縮装置(2310)で濃縮された。可能性のある真空導管中へのイソシアネートのいかなる侵入を防ぐためにこの18.0t/hの行濃縮溶媒は、スクラビングカラム(図1に示されていない)へ噴霧された。残留する濃縮MCB(100t/h)は、ホスゲンからMCBを除去する蒸留塔(2300とIV)中にポンプで送られ、ホスゲン含有蒸気(130)は濃縮されてホスゲン吸収器(2500、VI)へポンプで送られ、かつ溶媒ストリッパー(120)の底部からのホスゲンを含まないMCBは溶媒槽(1040)へ送られた。粗製MDIは塔底部2200から放出され、第二蒸留塔(図1に示されない)中で1%まで残留MCBを除去した。この溶媒蒸留塔の塔頂の絶対圧は、塔低温度150.0℃で70mbarであった。MCBは、気体の形態で上部で引き出され、このMCB気体流は濃縮されて第一蒸留塔(2200)の底部に再利用された。続けて、20mbarの絶対圧および170.0℃の頂部の温度で、向流の蒸発装置中にて生成物からフェニルイソシアネートなどの二次成分および残留MCBを除去した。25.45t/hのMDIを塔底生成物(100)として得て、これをさらなる蒸留工程(2410/2400)によってメチレンジフェニルジイソシアネート(140)、およびメチレンジフェニルジイソシアネートとポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(141)の混合物へ分離した。
ホスゲンの調製のための一般条件−プロセス段階0
混合チューブ内で、4400m(STP)/hの塩素と4650m(STP)/hの一酸化炭素とを、18.0℃および1.8bar(絶対圧)の圧力で連続的に混合した。塩素の完全な反応後に、依然として9.0%の一酸化炭素がホスゲン中に残存しているほどに、塩素に比べて過剰な一酸化炭素を使用した。塩素および一酸化炭素からなる混合ガスを、シェルの基部とチューブホスゲン生成装置で存在している分配装置に流した。分配装置の上のチューブ内には触媒として存在する10トンの活性炭(Norit RB4C)が存在している。高い発熱反応で混合ガスをこの触媒上で枯渇させてホスゲンを得た。その反応は蒸発による水冷を用いて水循環によって冷却した。生成装置の出口経路のホスゲンの温度は55.0℃であり、圧力は1.53bar(絶対圧)であった。この時点では、反応の完了は残留塩素含有量および一酸化炭素含有量を連続的に測定することによってモニタリングした。その後、このように調製された過剰な一酸化炭素を含有している気体性のホスゲンは、−17.0℃でホスゲン液化装置中で濃縮された。ホスゲン液化装置からの塔底生成物はホスゲン溶液槽(1030)に流した。過剰な一酸化炭素は濃縮せず、上で下流の同一の設計の第二ホスゲン生成装置へ流され、ここでそれは塩素が完全に変換した後に依然としてホスゲン中に9.0%の一酸化炭素が残存しているように適切な量の塩素と接触した。第二ホスゲン生成装置の下流も同様に、反応の完了は、残留塩素含有量と一酸化炭素含有量を連続的に測定することによりモニタリングされた。このように調製されたホスゲンは、−17.0℃で第二ホスゲン液化装置中で濃縮された。第二ホスゲン液化装置からの塔底生成物は、同様にホスゲン溶液槽に流された。したがって、1時間あたりに42トンのホスゲンがホスゲン溶液槽に到達した。
ホスゲン液化装置からの塔頂生成物(流れ320)として、150m/hの過剰な一酸化炭素は微量のホスゲン(オフガス総量の0.50%)で汚染され、−17.0℃での冷溶媒(MCB)で作動する吸収カラム(「ホスゲンスクラビング装置(phosgene scrubber)」(4010))ので予備洗浄に供して、気体流からホスゲンのうちのいくらかをスクラビングした。このように得られたホスゲン含有MCB溶液は、液体流(340)としてホスゲン吸収(2500)に送られた。微量の溶媒およびホスゲンで依然として汚染されている残存オフガス流(330)は、流れ(200)と組み合わさり、ホスゲン分解(3010)に送られた。
ホスゲン溶液槽(1030)内では、ホスゲンは必要に応じてさらに溶媒(4)(溶媒は流れ160を介してホスゲン溶液槽中に常に存在する)と混合させてもよい。
アンモニアスクリュー圧縮機と呼ばれるものがホスゲン液化装置における冷凍に使用される。このように、反応で使用を見いだされるMCB溶媒、およびオフガス流の濃縮のための冷却器に供給されるMCB冷却液は、−17.0℃に冷却される。
例1(比較例):真空生成からのオフガスの濃縮のための、−17.0℃の温度でのMCBを使用した溶媒の部分的回収
ホスゲンの調製のためのプラント、およびMDIの調製のためのプラントは、2つのセットでの一般的調製条件に述べられているような銘板負荷(nameplate)で操作した。2つのプラントからのオフガス流は同伴MCBを含んでいた。オフガス流は、プロセス段階0)中のホスゲン調製(150m/h)、プロセス段階V)中の蒸留のための真空生成(50m/h)、およびプロセス段階VII)中の塩化水素吸収(100m/h)からのオフガスからなっていた。プロセス段階III、IVおよびV中でのMDIのプラント中の真空ポンプおよびそれらのレザーバーによる真空生成(図中で示されない)からのオフガスは組み合わせられ、−17.0℃の温度でMCBで操作された濃縮装置によってホスゲン分解(3010)に送られた。ホスゲン吸収(7500m/h)からのオフガス流(170)は、塩化水素吸収器(2600)へ誘導された。オフガス流中に存在しているMCB溶媒を回収するための手順は以下のとおりであった。ホスゲンプラント中のホスゲンガススクラビング装置(4010)からの150m/hのオフガス流(330)を、MDIプラント中の塩化水素吸収(2610)中の濃縮装置からの100m/hのオフガス流(200)と組み合わせ、ホスゲン分解(3010)に送った。組み合わせたオフガスは、その後ろに搭載された通気装置によるホスゲン分解を通過させた。銘板負荷では、合計300m/hのオフガスがホスゲン分解(3010)に流された。各々に14mのNorit RB4C活性炭が充填された直列に接続した2つのホスゲン破壊塔は、930mbar絶対圧の減圧下で操作された。ホスゲン分解は25.0℃(流れ260)での冷濃縮液を循環させて操作され、それは活性炭を永久に湿潤にし、希釈酸槽(2640)に流れていた希釈塩酸(流れ270)をスクラビングで落とした。ホスゲン分解を離れた300 m/hのオフガス流(210)は、燃焼(6000)に送られた。ホスゲン分解とオフガス燃焼との間のオフガス導管はMCBの濃縮を最小化するためにトレース加熱(trace-heated)された。さらに、濃縮した、水で湿潤の、酸性のMCBを放出するためにこのオフガス導管に液体分離器を組み入れた。
全体評価:このように、8000時間の操作でオフガス燃焼によって1年当たりに合計330トンの溶媒が失われ、液体分離器から放出されなければならなかった1年当たりに追加の100トンの溶媒を別々に燃焼しなければならなかった。真空生成からのオフガスからの溶媒を濃縮するための冷凍エネルギーのために103kWhが必要であった。
例2(本発明):オフガス中のMCBを濃縮するための、−17.0℃の温度でのMCBを使用しない溶媒吸着のための装置による溶媒の回収
ホスゲンの調製、およびMDIの調製用のプラントは、2組の一般調製条件に述べられているような銘板負荷で操作された。2つのプラントからのオフガス流はすべて同伴MCBを含んでいた。オフガス流は、プロセス段階0)におけるホスゲン調製からのオフガス(150m/h)、プロセス段階V)における蒸留のための真空生成からのオフガス(50m/h)、およびプロセス段階VII)における塩化水素吸収からのオフガス(100m/h)から構成されていた。プロセス段階III、IVおよびVにおける真空ポンプおよびそれらのレザーバーによる真空生成からのオフガス流(図面の中で示されない)は合わせられ、液体の分離によって29.0℃でホスゲン分解(3010)に送られた(この中でオフガス中に同伴されたMCBおよびホスゲンを含有している小滴が重力によって分離された)。ホスゲン吸収(9000m/h)からのオフガス流(170)は、塩化水素吸収器(2600)へ誘導された。オフガス流中に存在するMCB溶媒の回収の手順は、以下のとおりであった。ホスゲンプラント中のホスゲンスクラビング装置(4010)からのオフガス流(330)の150m/hを、MDIプラント中の塩化水素吸収(2610)中の濃縮装置からのオフガス流(200)の100m/hと合わさり、ホスゲン分解(3010)に送られた。合わさったオフガスは、その後ろに搭載された通風装置によりホスゲン分解に流された。銘板負荷では、合計300m/hのオフガスがホスゲン分解(3010)に流された。直列に接続している2つのホスゲン破壊塔(その各々には14mのNorit RB4C活性炭が充填された)は、900mbar絶対圧の減圧下で操作された。ホスゲン分解は25.0℃(流れ260)で冷濃縮液の循環で操作され、それは活性炭を永久に湿潤にし、希釈酸槽(2640)に流れた希塩酸(流れ270)をスクラビングし出した。ホスゲン分解を出た300m/hのオフガス流(210)は、溶媒吸着(3020)に誘導された。
溶媒の吸着は、47.0℃での流れ(210)からの溶媒含有オフガスが、Norit RB4C活性炭の2mによって誘導されるように、溶媒が950mbar絶対圧で活性炭上の吸着するように操作された。オフガス流(220)は、分析器(FID)で有機炭素について連続的にモニタリングした。溶媒の損失がないように、充填間隔を同期した。2時間の充填間隔の後に、オフガス流(220)を介した溶媒との活性炭の飽和の結果の溶媒損失を回避するために、活性炭を1時間再生成した。この間に溶媒吸着を平行に接続された同一の構成の溶媒吸着によって継続した。活性炭の再生は活性炭上に吸着された溶媒が1時間に0.15メートルトンの直接の2.5bar蒸気で脱着されるように行われた。結果として生じた熱い水性溶媒混合物(230)は、冷却水で操作されていた濃縮装置(5010)により30.0℃に冷却され、溶媒分離器(5020)中で希釈酸槽(2640)へ誘導された水相(250)と、100kg/hでレザーバー容器(2700)へ誘導された水で飽和したMCB含有の有機相(240)とに分離された。溶媒乾燥は、バッチ式モードで1週間に2度操作が行われた。乾燥は、4Åの孔径を有している分子櫛で達成された。この目的のために、5トンの湿潤なMCB溶媒が、乾燥容器(2710)を介して15時間上向きに底部から50kgの分子櫛で充填されたレザーバー容器(2700)からのポンプで誘導された。乾燥容器を出るMCBは、依然として40ppmの残留含水量を有していて、溶媒蒸留(2200)へ再利用された。その後、分子櫛は2日間にわたって80.0℃の温度で20m/hの窒素で再生成された。窒素は、2.5barの過剰な、内部で上昇した蒸気での熱交換器によって加熱された。
全体的評価:このように、8000時間の操作で1年当たりに合計30トンの溶媒が失われた。真空生成からのオフガスから溶媒を濃縮し出すための冷凍エネルギーは必要ではなかった。20000m/aの熱い窒素が溶媒の乾燥からの分子櫛を再生するために消費され、これは過剰な内部で上昇した2.5bar蒸気で加熱された。分子櫛は1年に一度交換しなければならない。溶媒吸着中の活性炭の再生のために、600to/aの過剰な、内部で上昇した2.5barの蒸気が消費された。溶媒吸着中の活性炭は5年ごとに交換しなければならない。
結論:本発明は全体として400トンのMCBおよび828kWの冷凍エネルギーを節約した。他方では、装置(溶媒吸着、溶媒濃縮装置、溶媒分離器、溶媒乾燥器、レザーバーおよびパイプライン)および補助としての窒素に追加の費用があった。しかしながら、これらの追加装置の操作は非常に低い資本費用および維持費用の悩みしかなかった。分子櫛および活性炭のための費用および窒素は低かった。必要な蒸気は、濃縮液処理を促進するために空気冷却器によって別途濃縮させなければならない、内部で上昇した過剰な蒸気であった。

Claims (15)

  1. 以下の工程:
    A.溶媒(4)を使用してイソシアネート(1)に対応するアミン(2)とホスゲン(3)とを反応させて、イソシアネート(1)と溶媒(4)とを含んでなる液体流および少なくとも1種の溶媒含有オフガス流を得ること;
    B.イソシアネートと溶媒とを含んでなる液体流をワークアップし、イソシアネートを分離することであって、ここで、さらなる溶媒(4)を使用して、同様に少なくとも1種の溶媒含有オフガス流を得てもよく
    を含んでなるイソシアネート(1)の製造方法であって、
    a)工程Aおよび/または工程Bからの少なくとも1種の溶媒含有オフガス流が、
    交互に
    (i)少なくとも1種のオフガス流で充填され、かつ
    (ii)蒸気で再生される
    平行に接続している少なくとも2つの吸着ユニット(3021、3022)を備えてなる溶媒を吸着するための吸着装置(3020)
    へ誘導され、ここで
    プロセス段階a)(i)の間に溶媒が枯渇したオフガス流(220)が得られ、かつプロセス段階a)(ii)の間に、水と溶媒(230)とを含んでなる流れが得られ、かつ、
    b)(i)溶媒が枯渇したオフガス流(220)がオフガス燃焼(6000)へ送られ、かつ
    (ii)水と溶媒(230)とを含んでなる流れから水を枯渇させ、かつ次いで工程Aおよび/または工程Bへ再利用される、
    方法。
  2. 工程Aが、
    I)アミン(2)とホスゲン(3)とを反応させ、得られたプロセス生成物をイソシアネートと溶媒とを含んでなる液体流(60)、ならびにホスゲン、塩化水素および溶媒を含んでなる気体流(70)へ分離すること
    を含んでなり、
    工程Bが、
    II)工程I)からの液体流(60)から、蒸留装置(2100)中でこの液体流(60)を溶媒とイソシアネートとを含んでなる液体流(80)、およびホスゲンと塩化水素とを含んでなる気体流(90)に分離することにより、ホスゲンおよび塩化水素を枯渇させることを含んでなり、
    該気体流(70)および(90)が、場合によりさらなる洗浄工程を通過した後に、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流の構成要素として、適切な場合には唯一の構成要素として工程a)へ送られる、
    請求項1に記載の方法。
  3. 工程B.II)の後に:
    III)工程II)からの液体流(80)から、蒸留装置(2200)中でこの液体流(80)を溶媒を含んでなる気体流(110)と、イソシアネートを含んでなる液体流(100)とに分離することにより、溶媒を枯渇させること;
    IV)工程IV)からの気体流(110)から、この気体流(110)を、場合により濃縮装置(2310)中でのその液化の後に、蒸留装置(2300)中で溶媒を含んでなる液体流(120)と、ホスゲンを含んでなる気体流(130)とに分離することにより、ホスゲンを枯渇させること;
    が続き、
    ここで該気体流(130)が、場合によりさらなる洗浄工程を通過した後に、少なくとも1種の溶媒含有オフガス流の構成要素として工程a)に送られる、
    請求項2に記載の方法。
  4. 工程B.IV)の後に、
    V)液体流(100)から液体イソシアネート流(140)を得て、場合により流れ(141)としてポリマー除去のための上流ユニット(2410)中でのポリマーイソシアネート画分の除去を含んでなる蒸留装置(2400)中で、二次成分と場合により溶媒とを含んでなる気体流(150)をもたらすこと
    が続く、請求項3に記載の方法。
  5. 工程Bがさらに、
    VI)場合により濃縮の後に、溶媒(4)中での吸収によって、気体流(70)および(90)、および存在する場合には気体流(130)、を洗浄して、吸収装置(2500)中で溶媒とホスゲンとを含んでなる液体流(160)、および塩化水素と溶媒を含んでなる気体流(170)を得ること
    を含んでなる、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 工程B.VI)の後に、
    VII)さらなる吸収装置(2600)中で、吸収剤(180)としての水または塩酸中で、気体流(170)を洗浄して塩酸含有流(190)を得て、場合により蒸気濃縮装置(2610)を通過させた後に、溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(200)を得ること
    が続く、請求項5に記載の方法。
  7. 工程B.VII)が、蒸気濃縮装置(2610)の通過を含み、かつこの工程がさらに、
    蒸気濃縮装置(2610)中で得られた液体流(191)を、水相(192)と有機相(193)とに分離すること;
    吸収剤(180)の構成要素として水相(192)を吸収装置(2600)中へ再利用すること、および/または
    場合により乾燥後に、有機相(193)を、工程A.I)、B.III)、B.IVおよびB.VI)の少なくとも1つへ再利用すること
    を含んでなる、請求項6に記載の方法。
  8. 工程B.VII)の後に、
    VIII)オフガス流(3000)のワークアップ装置中で、溶媒および場合により気体性二次成分を含んでなる気体流(200)を洗浄すること、ここで
    VIII−1)吸収装置(2600)から生じる気体流(200)を、場合により蒸気濃縮装置(2610)を通過させた後に、ホスゲンが水(260)を使用して触媒によって分解されるホスゲン分解装置(3010)中へ誘導されて、溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(210)、および塩酸を含んでなる液体流(270)を得て、
    前記気体流(210)が工程a)中で溶媒を吸着するための吸着装置(3020)へ誘導されること
    が続く、請求項6および7のいずれかに記載の方法。
  9. 工程Aを実行するためのホスゲン(3)が、一酸化炭素(300)と塩素(310)とを反応させることによって製造され、一酸化炭素およびホスゲンを含んでなるオフガス流(320)が得られ、これを場合によりさらなる洗浄工程を通過させた後に、オフガス燃焼に送られる少なくとも1種の溶媒含有オフガス流に供給する、請求項1〜8のいずれか一項、特に請求項8に記載の方法。
  10. 一酸化炭素(300)と塩素(310)との反応からの一酸化炭素とホスゲンを含んでなるオフガス流(320)が、吸収カラム(4010)中の0.0℃〜−20.0℃の範囲の温度を有する溶媒(4)中で洗浄され、ホスゲンが枯渇したオフガス流(330)が工程VIII.1)の実行に先立って得られ、このオフガス流(330)は気体流(200)と合わせられるものであり、吸収装置(2500)に送られる吸収カラム(4010)中で溶媒含有およびホスゲン含有流(340)が得られる、請求項9に記載の方法。
  11. 工程b)(ii)において水と溶媒を含んでなる流れからの水の枯渇が、この流れが濃縮され、次いで水相(250)および有機相(240)に分離されるように行われ、該有機相(240)が場合によりさらに乾燥されてもよく、かつ水を枯渇した後に得られる流れの工程Aおよび/または工程Bへの再利用が、有機相(240)が、場合によりさらに乾燥された後に、工程Aおよび/または工程Bへ再利用されるように行われる、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 水相(250)が工程B.VII)において使用される吸収剤の構成要素として使用される、請求項11に記載の方法。
  13. 装置(2200)および(2300)、および場合により追加的に(2400)、および存在する場合には(2410)が、大気圧力に対して減圧下で操作され、この目的のために必要な真空生成プラントからのオフガス流を冷却することなく、または1.0℃を下回らない温度に冷却した後に、場合により触媒によるホスゲン分解のための装置(3010)に通過させた後に、工程a)に送られる、請求項3〜12に記載の方法。
  14. アミン(2)が、メチレンジフェニレンジアミン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミン、メチレンジフェニレンジアミンとポリメチレンポリフェニレンポリアミンとの混合物、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、およびナフチルジアミンからなる群から選択される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 以下のプラント構成要素を備えてなる、対応するアミン(2)のホスゲン化によってイソシアネート(1)を製造するためのプラント(10000):
    0)場合により、一酸化炭素(300)と塩素(310)との反応によりホスゲン(3)を製造するための、一酸化炭素およびホスゲンを含むオフガス流(320)をもたらす装置(4000);
    I)場合により下流に接続された分離ユニット(1210)を有する、ホスゲン化を実行するための反応空間(1200)を含んでなる反応ゾーン(1000)であって、該反応空間または該分離ユニットが液体流(60)および気体流(70)のための出口導管を備えているものである、反応ゾーン;
    II)液体流(60)を液体流(80)と気体流(90)とに分離するための蒸留装置(2100);
    III)場合により、液体流(80)を気体流(110)と液体流(100)に分離するための蒸留装置(2200);
    IV)場合により、気体流(110)を、場合により濃縮装置(2310)中で液化した後に、液体流(120)と気体流(130)とに分離するための蒸留装置(2300);
    V)場合により、液体流(100)から液体イソシアネート流(140)を得るための蒸留装置(2400)であって、二次成分と場合により溶媒とを含んでなる気体流(150)をもたらし、ポリマーイソシアネート画分(141)を除去するためのポリマー除去(2410)のための上流ユニットを備えてなる蒸留装置;
    VI)気体流(70)および(90)、および存在する場合に気体流(130)を、場合により吸収装置(2500)上流に接続した濃縮装置(2510)に通過させた後に、溶媒(4)中で吸収するための装置(2500)であって、液体流(160)および気体流(170)を得るための装置;
    VII)塩酸と場合により溶媒とを含んでなる流れ(190)、および溶媒と場合により気体性二次成分とを含んでなる気体流(200)を得るための、場合により蒸気濃縮装置(2610)を備えてなる、水または塩酸の中で気体流(170)を吸収するための装置(2600);
    VIII)
    VIII−1)流れ(200)中に存在するホスゲンを分解するための、そして場合により流れ(320)中に存在するホスゲンも分解するための、触媒によりホスゲンを分解するための装置(3010)であって、溶媒と場合により気体性二次成分を含んでなる気体流(210)を得る、装置;
    VIII−2)流れ(210)からの溶媒を吸着するための吸着装置(3020)であって、該吸着装置(3010)が交互に、
    (i)流れ(210)で充填され得、かつ
    (ii)蒸気で再生され得る
    ように構成される、平行に接続した、少なくとも2つの吸着装置(3021、3022)を備えてなる、装置
    を備えてなるオフガス流(3000)のワークアップ装置;
    IX)VIII−2)(i)で得られた気体流(220)を燃焼するためのオフガス燃焼装置(6000);
    X)反応ゾーン(1000)および/または吸収装置(2500)中で、プロセス段階VIII−2)(ii)で脱着された溶媒を再利用するためのユニット。
JP2019511872A 2016-09-01 2017-08-29 イソシアネートの製造方法 Active JP6932768B2 (ja)

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