JPH07506595A - ビスフェノールa製造におけるヘビーエンドからの有価物の回収 - Google Patents
ビスフェノールa製造におけるヘビーエンドからの有価物の回収Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ヒスフェノールA製造におけるヘビーエンドからの有価物の回収技術分野
本発明はヒスフェノールへの製造に関し、そして、より詳細にはフェノール及び
アセトンの反応によるビスフェノールAの製造におけるヘビーエンドからの有価
物の回収に関する。
発明の背景
フェノール及びアセトンの反応による2、2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
プロパン、即ち、 [ビスフェノールA J (BPA)の製造はよく知られ、
そして商業的に実施されている。米国特許第3.242.219号及び仏画特許
第1.179.377号、第1.342.760号及び第1.353.609号
を参照されたい。
少なくとも50%、そして約90%(重量基準)まてのBPAを含みうる廃棄ス
トリームはこのような製造において一般的に生じつる。廃棄ストリームからBP
Aを回収することはこれまで困難であったために、それは、一般的に、廃棄物と
ともに燃焼され、又は、さもなけれは最小値で処分されていた。HCI触媒法に
おいて、このストリームは通常、総ブラント製造の3〜4%である。このような
廃棄ストリームは、例えば、”Industrial Crystalliza
tion for U[trapureProducts″Charles G
、 Moyers、Jr、、 CEP 1986年5月、pp−42〜46、及
び米国特許ff14.209.646号に記載の結晶化法において生じうる。
我々のプラントで得られるような、即ち、50〜90%のパラ−バラ−BPA(
p、p−BPA) 、5〜35%のオルト−パラ−BPA(o、 p−BPA)
及び0〜15%のフェノール、並ひに5〜30%の他の、約3〜約15%(総組
酸物基準で)のフェノールとメンチルオキシドの反応生成物、2.2.4−トリ
メチル−4−ヒドロキシフェニル−クロマン(明細書中、[コダイマーJと呼ぶ
であろう(下記構造式1参照)。)を含む、より高分子量の物質を有するBPA
廃棄廃棄スト−リーム有価物を回収するように設5!された我々の方法と同様の
方法は知られていない。このような廃棄ストリームは上記の米国特許第4.20
9.646号中、コラム13の下段に存在すると考えられ、それの全体を引用に
より明細書中に取り入れる。
上記の[他の」化合物中に含まれる別の化合物は2.4.4− )ジメチル−2
−ヒドロキシフエニルクロマン(+1)、イソプロペニルダイマー(IID、[
ヒスフェノール−X」、スピロ化合物(V)、[4環A」(Vl)と呼はれる化
合物、及び[4環B J (Vll)と呼ばれる化合物である。クロマンの沸点
はp、 p−BPAより若干低いが、o、 p−BPAより高いので、クロマン
は特に厄介な、不純物である。米国特許第4、954.661号は本発明と同様
な幾つかの工程を教示するが、それは、もっと複雑であり、そしてコダイマー除
去の重要な問題について記載していない。
本発明の要旨
我々は、約50〜90%(7) p、 p−BPA 、約5%〜約35%(7)
o、 p−BPA 、約〇〜約15%のフェノール、約3〜約15%のコダイマ
ー、及び約5%〜約30%の他の物質を含む混合物から有411i物製品を得る
方法を発明した。
我々の方法は、総計でフィードの約86〜90%となる軽質留分及び重質留分を
得るために、薄膜エバポレーター(好ましくは、UnitOperations
of Chemical Engr、、第二版、 McGraw Hill、
1967に記載のような攪拌式フィルムエバポレーター、又は、ワイプドフィ
ルムエバポレーター)に混合物を通過させること、(a)主としてp、 p−B
PAを含む留分、(b) :]ダタイマを含む留分、及び、(c)o、 p−B
PA及びフェノールを含む留分に分留すること、及び、カラムボトムを蒸発のた
めにワイプドフィルムエバポレーターに戻すこと、を含む。
前記のI+、 p−BPA留分(a)は回収され、そして、第二段階の結晶化(
例えは、米国′4+j3′F第4.209.646号のゾーン10のような)に
リサイルされ、ぞして、任意に前記のo、 p−BPA/フェノール留分(c)
を、o、 p−BPAからのパラ−パラ−異性体への異性化及びフェノールとア
セトンの縮合のために攪拌型タンク反応器に送る。
我々は、留分(C)を縮合反応器又は結晶化器に戻す前に別の異性化反応器(米
国特許第4.825.010号に記載のように)に通過させるか、又は、別には
、最初のフェノール/アセトン反応器に単純に戻すかを選択することができる。
コダイマー留分(b)及びワイプドフィルムエバポレーターからの重質留分は燃
料として燃焼されても、又は、別の方法で処分されても、又は合板用接着剤とし
て使用されてもよい。我々の方法において新規性の重要な点は、コダイマー留分
(b)が蒸留塔からサイドストリームで取り出されることである。
発明の詳細な説明
下記のような実験プログラムが詳細な方法を開発するために使用された。
提案のBPAヘヒーエント蒸留法は小さいな連続パイロットユニットニットはり
ボイラーとしてワイプドフィルムエバポレーター(WFC)を備えていなかった
。代わりに、塔からのホトムストリームは回収され、そして、別の措成において
WFEで後で処理された。実験の蒸留装置を図1及び2においてブロックの形で
示す。
図1は実験室用連続蒸留ユニットのフローダイアグラムである。
図2は実験室用連続WFεユニットのフローダイアクラムである。
図3は我々のへビーエンド蒸留法のブロックフローダイアグラムである。
図4は我々の発明のへビーエンド法の統合フローダイアダラムである。
図1を参照して、1インチ直径の蒸留塔lは316ステンレススチールPro−
Pak充填充填物及23を含み、各床深さは10インチである。
フィートはFλ1]ラボポンプ4て3000mLフィード容器がら塔Iに0.
25インチ直径の316ステンレススチールフイードライン6を通してポンプ送
りされた。フィートライン6はヒートトレースされ、断熱されている。フィート
は下部充填床3の下、2枚のオールダーショーhレー(Oldershaw t
rays)を含むセクション8の上である7において導入された。オールダーツ
9−セクション8のすぐ下はりボイラー9であり、それは約30分間のりボイラ
ー滞留時間に最小化するように改良された1000mL丸底フラスコである。ボ
トムの製品はりボイラー9からボトムレシーバ−10に流れ、11て真空に連結
されていた。
真空はバキュームポンプ12により実行された。ボトムの速度の調節はリボイラ
−9での一定のitνレベルを維持するようにストップコック13の操作により
達成された。コダイマーのパージストリームは2つの充填床2及び3の間て塔l
からサイドドロー14により取り出された。ルノイド15はタイマー16に連結
され、選択的に塔lの液流■を落としてサイトドロー14に向は変えることによ
り液体取り出し速度を調節した。メスシリンダー17は11において真空と連結
され、それはコダイマー留分を回収し、そしてテークオフ速度を測定するために
使用された。流速測定セクション18はサイドドロー14の下に位置し、そこで
、塔内の液体速度は既知体積の液体を回収するために必要な時間を決定すること
により測定された。
冷却水用の2個の別々のジャケットを有する凝縮器19は使用された。T部ツヤ
ケント(示していない)を通して温水が流れ、そして、上部ジャケットでは冷た
い水道水が使用された。リフラックスタイマー20はメスシリンダー21で回収
されたオーバーヘッド製品の流速を調節した。リフラックスコレクター22は上
部光11床2の中心部にリフラックスを戻すように凝縮器19の下に設置された
。
真空は凝縮器19の上部及びボトムレシーバ−lO、並びにメスシリンダー17
及び21て真空ポンプにより引かれた。あらゆる水又は有機物質か真空ポンプ1
2を汚染することを回避するために、ドライアイストラップ23はポンプと蒸留
系の間にあった。ドライアイストラップとダイパーの間の真空ゲージ25により
測定して約5mm Hgに圧力を制御するようにカルテシアンダイパー24は使
用された。
熱電対、コントローラー、ヒーティングテープ及びマントル、タイマー、及びヒ
ートランプは全て共通のコントロールパネルに配線された(示していない)。リ
ボイラーへのヒートインプット及びフィートラインヒートトレースは温度コント
ローラーにより調節された。
8時間の長さまでの実験運転を行い、6時間の定常状態運転を行った。ユニット
のスタートアップをするために、フィード容器5を加熱した。フィード容器5及
びフィードライン6の温度が130〜140″Cに達したとき、150°Cに予
熱されたヘビーエンドをフィート容器5に注いだ。リボイラー9の温度が150
°Cに達したときにフィードポンプ4を始動した。フィート組成の表1を参照さ
れたい。
その後、塔の上部セクション2のヒーティングテープ及びマントルのバリアツク
のスイッチを入れ、そして凝縮器19の冷水流を開始した。ボトムレシーバ−1
0及びメスシリンダー17及び19も加熱した。
気体かオーハーヘツ)・て凝縮し始めたときに、タイマー16及び20のスイッ
チを入れ、オーバーヘット及びサイドドローサンプルの回収を開始した。リボイ
ラー9での液体が210mLレベルに達したときにポl−ム取り出しを開始した
。
熱電対の読み、バリアツクの設定及び系圧力をモニターし、データを1時間毎に
記録した。フィード及びオーバーヘッド並びにサイトドロー製品のレベルは10
〜15分毎に記録され、フィード及び製品の速度をチェックした。塔1の流速測
定セクション18の液体流速も周期的に記録した。リボイラー9のレベルを頻繁
にチェックし、そして、ライン中のストップコック13を調節することによりボ
トム取り出し速度を調整した。シリンダー21が一杯になったときにメスシリン
ダー17及び21を周期的に取り替えた。150°Cてのヘビーエンドは必要に
応してフィード容器5に加えられた。
フィート容器5中の全てのフィードか無くなったときに、先ずストップコック1
3.26及び27を閉止し、同時に定常状態の留分の回収を止めることによりユ
ニットはシャットダウンされる。最後に、製品を重量測定し、サンプリングし、
ラベルの付いたジャーに移した。
図2において、連続WFEユニットのフローダイアダラムを示す。
Pope 5cientificにより製造された2インチ直径の実験室規模の
ワイプドフィルムエバポレーター28を実験に使用した。WFE28は内部凝縮
器29及びワイパーブレードの回転用のl/15馬カモ−ター30を備えていた
。ホットオイルバス31は295°Fの熱油を冷媒として内部凝縮器に供給した
。518°FのWFEジャケット温度は温度コントローラー32により維持され
た。
連続蒸留塔ユニットからのボトムの物質は10100Oフイード容器34からF
l+11 ラホポンプ33で0,25インチ直径の316ステンレススチールフ
イー1−ライン35を通してWF62Bにポンプ送りされた。フィードラインを
電気ヒートトレース36で包んだ。留出物は500mL丸底レシーバー37に回
収され、そして、WFEホトム物質は別の500mL丸底レンーハー38に回収
された。
真空は真空ポンプ39によりWF228上で引かれた。あらゆる有機物質か真空
ポンプを汚染することを避けるために、ウェットアイストラップ40及びドライ
アイストラップ41をWFE28及び真空ポンプ39の間に設置した。系内の圧
力を、カルテシアンダイパー42圧力コントローラーを使用して8mm Hgに
維持した。圧力ゲージ43はドライアイストラップ及び圧力コントローラーの間
に位置した。
フィートをWFE8に導入する前に、フィード容器34、フィードラインヒート
トレース36、及びWFEジャケットを予熱した。温度が所望の値に達したとき
に、フィートポンプ33を始動した。ワイパーブレートモーター30を始動し、
そしてワイパーブレード速度設定を100%に設定した。フィード物質をフィー
ドライン35中で電気ヒートトレース36により320°Fに予熱した。1!/
FEジヤケツトの温度は、フィートの約90%が留去するように温度コントロー
ラー32により518゜Fに維持された。
ユニットが定常状匹に達した後、留出物レシーバ−37を交換し、定常状態の留
出物サンプルを回収した。その後、全てのフィード物質がjj′l(<なったと
きに、留出物レシーノ<−37を最初のレジ−t<−1ニー戻した。その後、種
々の留分を重量測定し、サンプリングし、そしてラベルにJきのジャーに移した
。。フィード(塔のボトム) 、WFE留出物、及びWFEボトムをガスクロマ
トグラフィーにより分析し、その結果を表1に与える。
この実験室デモンストレーションは3つの重要な問題に回答することが意図され
た。(1)系は手に負えない運転上の問題なしに運転されうるか。(2)フィー
ド中の約50%以上のコダイマーは許容される収率て除去されつるか。(3)回
収された物質のリサイクルがBPAの品質に与える影響は何か。実験室蒸留ユニ
ットで幾つかの実験を行った。そして、別のWFE試験も行った。塔のオーツく
−ヘ・ノドを実験室BPA反応器にリサイクルし、そしてWFE留出物(p、
p−BPAと類似)をラホハソチクリスタライザーにリサイクルした。
実験プログラムの結果の要約を表1に提供する。系を定常状態で6時間までの時
間で数回運転し、重大な運転上の問題はなかった。
リボイラーコントローラーの設定を最適化した後、ユニツトの運転は極端に安定
していた。第一の重要な発見は、回収された物質のリサイクルは、重要な比の3
〜4倍のリサイクル比でさえ反応器(エポキシグレード)又は結晶化器(ポリカ
ーボネートグレード)の製品に影響かなかったことである。ガスクロマトグラフ
ィーによる種々の塔の留分の分析は、35,1%のコダイマーが液体サイドドロ
ーにより取り出されることを示した。サイドドローは18.4%のコダイマーを
含むと決定された。
上記のように、ターゲツト値の50%のコダイマーがユニ・ノドから取り忠され
るへきである。実験室系のコンピュータモデルを作り、そして、実験ユニットの
コンフイクルーシチン及び我々の実験運転条件を与えたときに、上記の結果は満
足いく設計の効率を示すということを示した。更なるコンピュータモデルは、商
業的な設計(即ち、WFEを別に運転しないで塔のりボイラーとして使用する)
は液体ザイトエトローの使用により50%のコダイマーを取り出すであろうこと
を示した。
表1
実験結果の要約
充填物の高さ 2つの10インチのベッドリボイラ一温度(’ F ’) 50
9塔の中間α温度(0F ) 444
塔のオーバーヘッド温度(’ F )388運転圧力(mm HgM 6
オーハーヘソド流速/フィート流速 16.5%サイトドロ−
塔のホトム流速/フィード流速 72.1%塔の中間屯ての液体流速/フィート
流速73.8%本 1〜ライアイストラツプの下流で測定。塔頂圧力はこれより
数ミリメートル高いと考えられる。
ストリーム組成(wt%)
ストリ フィート オーバー 塔 サイド WFE WFEユムー ヘット 史
上ム 五三二 虱世惣 光重hフェノール 5.3 31.3 0 0.4 0
0p.p−BPA 63.5 4.4 82,2 24.7 84.9 65
.2o.p−BPA 21.1 54.3 8.8 56.5 9.5 4.0
コダイマ− 5,19、5 2.5 18.4 2.7 1.OBPX 4.9
0.5 6.6 0 、2.9 29.8総計の87分 7.4 1.2 5
.3 0、8実験ユニットと商業プロセスの設計の主な相違は実験ユニットがリ
ボイラーとしてWFEを使用しなかつたことである。代わりに、塔のボトムを回
収して、そして別にP、 P−BPAを処理してp、 p−BPA留分を得た。
ラボユニットは30分間という保守的なりボイラー滞留時間を用いて運転された
。薄膜エバポレーターをリボイラーとして有する商業ユニットは、これよりかな
り低い滞留時間、より低いリボイラ一温度、そして最小のBPA熱分解で運転さ
れるであろう。商業ユニットは、このため、実証二ニットと比較して、リサイク
ル物質中に向上した収率及びより低い分解製品を有するであろう。
ワイヤーメツツユ構造の充填物でなく実験室規模のPro−Pak充填物を使用
することは小さな相違を構成する。別の小さな相違は塔のフィー1一点とりボイ
ラーの間の2段トレーのオールダーショーコラムセクソチンの使用であった。こ
れは、低沸点成分がりボイラーに到達する前にフィート中の低沸点成分をストリ
ップするために行われた。この種のりボイラーでの過去の実験は、リボイラーが
1理論段より低い性能を示すために、過度の量の軽質物質がホトムヘ失われるこ
とを示した。
4.2ft”Pfaudler WFEのパイロットプラントの試みにおいて、
85〜90%のフィート物質が約351b/hr−f t”の速度て蒸発しうろ
ことが示された。この試みによる留出物はフィー!・中の全てのコダイマーを含
み、そして、リサイクルされたときに許容されない色相を製品に付与した。
この実験結果を基に、我々は、我々の方法において次の条件及び工程を使用した
。それは大体、図3に模式的に示される。
図3において、上記に規定した「ヘビーエンド」導入ストリーム44は約30〜
401Mhr−ft2の伝熱表面積を提供するワイプドフィルムエバポレーター
45に入る。当業界に知られるように、ワイプドフィルムエバポレーターーは一
定のクリアランスを維持することによりエバポレーター表面上の薄膜を単に維持
するだけでなく、加熱された表面上に製品を直接的に接触させ続けること、即ち
、熱交換表面に直接的に接触させることを「試みるjことによりフィルムを攪拌
する。ワイプドフィルムエバポレーターは、このように、単純な「薄膜」より薄
いだけてなく、実質的な程度の攪拌、非常に薄い薄膜及び非常に短い滞留時間を
意味し、真空との組み合わせで、ワイプドフィルムエバポレーターは熱に敏感な
物質が加熱された表面上で分解する前にそれらを蒸発させることかできることで
知られる。ワイブトフィルムエハボレーンヲンは、1平方フイートの表面積当た
り処理された留出物の1時間当たりのポンド数で比較されうるが、これは処理さ
れた特定の物質とともに勿論変化するであろう。市販のワイプドフィルムエバポ
レーターのいずれも我々の目的に適するであろう。処理量の体積制限は装置自体
により決定されるが、通常、上記に記載のワイプドフィルムか維持されないなら
ば適切に運転されないてあろう。我々の発明において使用されうる典型的なワイ
プドフィルムエバポレーターのより完全な記載はPfaudlerの’Wipe
d−Fi1m Evaporator”販売公報5B−39−100−1,pp
l〜8.1984に見られ、それを引用によりここに取り入れる。しかし、我々
はいかなる特定のモデル又はワイプドフィルムエバポレーターのスタイルに制限
することを意図しない。
再び、図3を参照して、ワイプドフィルムエバポレーターはインプットストリ−
ム
る。重質ストリーム47は処分又はここには関係ない他の用途のために取り出さ
れる。軽質ストリームは蒸留塔48に送られ、それは3つのストリーム、即ち、
最初の反応に戻されうるo. p−BPAおよびフェノールを含む異性体/フェ
ノールストリーム49、燃焼され又はさもなければ利用されうるコダイマースト
リーム50、及び、結晶化又は他の晴製工程に適切なp. p−BPAの優れた
製品であるBPA製品ストリーム5Iに分けられる。塔のホトムの一部分はWF
E45にストリーム52により戻されうる。
商業へヒーエント処理ユニットの詳細な記載は次のよってある。
プロセスフローダイアグラムを図4に与える。物質収支(表2)を作るためにコ
ンピュータモデル及び他の設計パラメータを使用した。
フィート組成はブラントサンプルの分析から決定し、出てきたリサイクルストリ
ームは約3.4%のフェノール、67、4%のp.p−BPA 。
17、2%のo.p−BPA 、5.7%のコダイマー、5.1%のBPX 、
及び1.0%の水であった。このストリームは、縮合反応において酸触媒を用い
たブラントの結晶化プロセスから生じる典型的な廃棄ストリームである。
ヘヒーエントフィートトラム53はプロセスに入るヘビーエンド物質の変動体積
を提供する。フィード(ストリーム44)はジャケット付きワイプドフィルムエ
バポレーターー45に温度329°Fでポンプ送りされる。塔のホトムの一部分
(ストリーム52)はヘビーエンドストリーム44と8合され、その後、WFE
45に入る。熱媒は典型的な市販の熱伝導面であり、それは600°Fで〜VF
Eジャケットに入る。
l昆合フィード(ストリーム54)の約90%はWFE45中で蒸発する。
1〜″F巳45て蒸発しなかっlこ重質1勿質(ストリーム47)(まヘビーエ
ンドウェス1〜トラム55に流れる。WFE54からの気体(ストリーム46)
はへヒーエント蒸留塔48の下部に入る。ヘビーエンド蒸留塔48は耐腐蝕性の
4tへ造化充填物の2床を含む。上部床は10フイートの高さを有し、そして下
部床は7フイーI・の高さを有する。両方で、2つの床は約20理論1′h留段
を提供する。構造化充Ja物は高い効率及び低い圧力#員失を示し、エバポレー
ター中に必要な温度を低下させ、そして、二のため、BPAの熱分解量が下がる
。ヘビーエンド蒸留塔48は5mmHg絶対圧のオーバーヘッド圧力で運転され
、塔全体の圧力損失は約5mm H[!である。
充填物の2床の間に位置する液体サイトドローマー留分50を取り出すために使
用される。コダイマー留分50はへビーエンドウェストドラム
と混合されて、それは本プロセスの最終的な廃棄物になる。このスl−リームは
特定のフェノール/アルデヒド樹脂の成分として有用であることができ、又は、
それはボイラー燃料として使用されつる。
約90%を越えるp. p−BPAを含むp. p−BPA留分51は塔のボト
ムから抜き出しされ、そしてp. p−BPAの回収のために結晶化エリアにポ
ンプ送りされる。オーバーヘッド気体はヘビーエンド塔凝縮器56中で120°
Fに冷却される。凝縮した。、 p−BPA及びフェノールはりフラックスI・
ラム57に流れる。このストリームの一部分は上部の充填床の上で塔内へ連流さ
れる(スI・リーム58)。このストリームの残りは回収されたo. p−BP
A/フェノール留分49であり、これはフェノールの回収及びオルト−パラ異性
体の異性化のために反応エリアヘポンプ送りされる。
気体は真空系59により蒸留系から抜き出される。非凝縮性ストリーム60はヘ
ビーエンドフィード44からの殆との水及び一部分のフェノールを含む。
Claims (9)
- 1.反応ゾーンでのフェノールとアセトンの反応によるビスフェノールAの製造 における廃棄物ストリームから有価物を回収する方法であって、前記廃棄ストリ ームは、約50〜90重量%のp,p−ビスフェノールA、約5〜約30%のo ,p−ビスフェノールA、約0〜約15%のフェノール、約3〜約15%の2, 2,4−トリメチル−4−ヒドロキシフェニル−クロマン及び約5〜約30%の 他の物質を含む組成を有し、前記方法は、(a)前記廃棄ストリームを薄膜エバ ポレーターに導入して、そこから重質ストリームを分離し、そして、軽質ストリ ームの形で前記廃棄ストリームの少なくとも約70%を回収すること、(b)前 記軽質ストリームを蒸留塔に導入して、前記軽質ストリームを(i)少なくとも 約70%のp,p−BPAを含む留分、(ii)少なくとも30%の2,2.4 −トリメチル−4−ヒドロキシフェニル−クロマンを含む留分、及び(iii) フェノール及び約40%のo,p−BPAを含む留分に分離すること、並びに、 ストリーム(i)からp,p−BPA有価物を回収することを含む、方法。
- 2.留分(iii)がBPA有価物の回収のために前記反応ゾーンに戻される請 求の範囲1の方法。
- 3.前記ストリーム(iii)をアイソマイザーに導入し、o,p−BPAをp ,p−BPAに変換させ、そして、留分(i)及び(iii)中のp,p−BP Aを回収することを含む請求の範囲1の方法。
- 4.前記薄膜エバポレーターがワイプトフィルムエバポレーターである請求の範 囲1の方法。
- 5.前記薄膜エバポレーターがワイプトフィルムエバポレーターである請求の範 囲2の方法。
- 6.前記薄膜エバポレーターがワイプトフィルムエバポレーターである請求の範 囲3の方法。
- 7.前記留分(i)が少なくとも80%のBPAを含む請求の範囲1の方法。
- 8.前記留分(ii)が約30〜約60%の2,2,4−トリメチル−4−ヒド ロキシフェニル−クロマンを含む請求の範囲1の方法。
- 9.前記留分(iii)が約60〜約90%のo,p−BPAを含む請求の範囲 1の方法。
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