KR100305125B1 - 디아릴카보네이트의제조방법 - Google Patents

Abstract

표제 화합물은 연속식 공정에서 2개의 컬럼으로 이루어진 장치내에서 60 내지 320℃의 온도하에 자체가 공지된 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에서 에스테르-교환반응시킴으로써 디알킬 카보네이트 및 페놀 화합물로부터 제조하는데, 제1컬럼에서, 출발물질은 필수적으로 관련된 알킬 아릴 카보네이트를 형성하고, 이로부터 제2컬럼에서, 추가의 에스테르-교환반응 및 불균등화 반응에 의해 디아릴 카보네이트를 제조하며, 이에 의해 2개의 컬럼은 특정하게 질량-커플링되고 에너지-커플링된다.

Description

디아릴 카보네이트의 제조방법

제1도 내지 제6도는 본 발명에 따라 에스테르-교환 반응에 의해 디아릴 카보네이트를 제조하기 위한 각종 장치를 도시한 것이다.

본 발명은 통상의 에스테르-교환 반응 촉매를 이용하여 디알킬 카보네이트 및 페놀로부터 디아릴 카보네이트를 연속 제조하는 방법에 관한 것으로서, 출발 물질을 먼저 역류하에 액체상에서 함께 반응시키고 반응을 반응 컬럼내에서 완료시키는데 있어서, 두 단계를 특정 질량-커플링된 컬럼 조합내에서 수행함을 특징으로 한다.

카본산의 지방족 에스테르 및 페놀로부터 출방하여, 에서테르-교환 반응에 의해 카본산의 방향족 및 지방족-방향족 에스테르(카보네이트)를 제조하는 방법은 원칙적으로 공지되어 있다. 이는 평형 반응으로서, 평형 위치는 지방족-치환된 카보네이트 방향으로 거의 완전히 치우쳐 있다. 따라서, 방향족 카보네이트 및 알콜로부터 지방족 카보네이트를 제조하기는 상당히 쉽다. 그러나, 반응을 방향족 카보네이트 방향으로 역수행하기 위해서는, 매우 바람직하지 못한 상태의 평형을 바꿀 필요가 있고, 고활성 촉매를 사용해야 할 뿐만 아니라 편법을 이용해야만 한다.

지방족 카본산 에스테르를 페놀과 에스테르-교환 반응시키는데 있어서는. 예를 들어, 알칼리 금속 하이드록사이드, 금속 할라이드(DE-OS 25 28 412 및 DE-OS 25 52 907), 유기 주석 화합물(EP 879, 데 880, DE-OS 34 45 552, EP 338, 760), 납화합물(JP-57/176 932), 루이스산/양성자산 촉매(DE-OS 34 45 553)를 포함하는 그룹 중에서 선택된 루이스산 촉매와 같은 다수의 효과적인 촉매가 추천되어 왔다. 공지된 방법에 있어서, 에스테르-교환 반응은 배치식으로 작동되는 반응기내에서 대기압 또는 초대기압하에 추가의 분리 컬럼의 존재 또는 부재하에서 수행된다. 이러한 경우에 있어서, 활성이 가장 큰 촉매를 사용하더라도, 페놀의 약 50%가 적당히만이라도 전환되기까지는 수시간의 반응시간이 필요하다. 따라서, DE-OS 34 45 552에 기술되어 있는 바와 같이 각종 유기 주석 화합물을 사용하여 180℃에서 페놀을 디에틸 카보네이트로 배치식 에스테르-교환 반응시키는데 있어서, 약 20%이상의 디페닐 카보네이트 수율은 약 24시간의 반응시간 후에나 달성할 수 있을 뿐이며, EP-879에 기술되어 있는 바와 같은 유기 주석 촉매의 존재하에서의 페놀과 디메틸 카보네이트와의 배치식 에스테르-교환 반응에 있어서, 페놀 전환도는 30시간 후에 이론치의 34%가 된다.

이는 바람직하지 못한 열동력적 조건으로 인해, 탱크 또는 가압 오토클레이브 내에서 상기한 에스테르-교환 반응이, 고활성 촉매계를 사용하는 경우조차도 산업 공정면에서 매우 불리하게 수행됨을 의미하며, 매우 열악한 시공간 수율 및 높은 반응온도에서 긴 체류시간이 요구되기 때문에 불완전한 에스테르-교환 반응으로 인해 추가의 에너지를 필요로 하는 고 증류 단계가 추가로 적용되어야 한다.

이러한 공정은 또한 고선택성 에스테르-교환 반응 촉매를 사용하더라도, 고온 및 수시간의 장기 체류 시간에서, 예를 들어 에테르 형성 및 이산화탄소의 제거와 같은 상당한 부반응이 발생하기 때문에 특히 불리하다.

따라서, 에스테르-교환 반응을 수행하는 동안 생성된 알콜을 가능한 한 신속하게 분자체에 흡착시킴으로써 반응 평형의 위치를 목적하는 생성물 방향으로 이동시키려는 시도가 있었다〔참조 : DE-OS 제33 08 921호〕. 상기 반응 기술로부터, 반응 알콜의 흡착시 유리되는 알콜의 양을 크게 초과하는 다량의 분자체가 필요하다는 사실이 명백해진다. 또한, 사용되는 분자체는 단시간 후에 바로 재생되어야 하며 알킬 아릴 카보네이트 중간체로의 전환속도는 비교적 낮다. 따라서, 이러한 공정 조차도, 산업적으로 유리하게 이용가능한 것으로 보이지는 않는다.

컬럼상에서 평형 반응, 특히 에스테르화 및 에스테르-교환 반응상에서 평형반응을 수행하고, 평형 반응을 생성물 형성 방향으로 유리하게 이동시키는 방법은 공지되어 있다〔참조 : U. Block, Chem. -Ing.-Techn. 49, 151 (1977); DE-OS 3809 417; B. Schleper, B. Gutsche, J. Wnuck and L. Jeromin, Chem.-Ing. -Techn. 62, 226(1990); Ullmanns Encyclopadie der techn. Chemie〔Encyclopedia of Industrial Chemistry〕, 4th edition, volume 3, pp. 375 ff., 1973; ibid. 5th edition, volume B4, pp. 321, 1992〕.

EP 0 461 274(wo 91/09832)에는, 서로 차례로 연결되어 있는 하나 이상의 다단계 컬럼에서 방향족 카보네이트를 제조하기 위한 연속 에스테르-교환 반응 공정에 대해 기술되어 있는데, 여기서 디알킬 카보네이트 또는 알킬 아릴 카보네이트는 페놀과 반응하고, 휘발성이 큰 생성물, 즉 반응 알콜 및 디알킬 카보네이트는 컬럼 상단에서 분리하고, 고비점 생성물, 즉 아릴 카보네이트는 컬럼 하단에서 분리한다.

이리하여, 컬럼 내에서 에스테르-교환 반응을 수행하는 이미 공지된 공정 원리는 특정 문제, 즉 알킬 카보네이트의 에스테르-교환 반응에 의해 아릴 카보네이트가 수득된다는 문제에 적용되게 된다. 그러나, 이와 같이 어려운 에스테르-교환 반응의 상기한 특정 문제에 장치 및 방법을 조화시킴으로써 에스테르-교환 반응을 보다 유리하게 수행되게 하는 특정 엔지니어링 수단은 제공된 바 없다. 따라서, 예를 들어 두 가지 출발 물질들, 즉 알킬 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물을 계량부가하는 방법 및 강조할 만한 어떠한 유리한 기술도 명백하게 밝혀진 바 없다. 예를 들어 데 0 461 274의 제1도에 따르는 기술에 있어서, 상기한 두가지 출발물질들의 혼합물을 컬럼의 상부로 공급하고, 저비점 반응 생성물, 즉 알콜 및 비반응 디알킬 카보네이트를 컬럼의 상단에서 분리하며, 고비점 반응 생성물, 즉 알킬 아릴 카보네이트 및 디아릴 카보네이트는 컬럼의 하단에서 비반응 디알킬 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물과 함께 분리한다. EP 0 461 274의 제2도에 따르는 기술에 있어서는, 알킬 카보네이트와 방향족 하이드록실 화합물의 혼합물을 컬럼의 상이한 두 위치, 즉 컬럼의 상부 1/3 위치 및 하부 1/3 위치에 공급하고, 출발 물질/ 생성물 혼합물을 제1도에 따르는 기술에서와 같이 분리한다. 상기한 문헌의 명세서 또는 실시예의 어느 곳에서도 출발물질들을 병류(co-current) 및 역류(counter-current)로 반응시키는데 있어서, 이들이 반응 결과에 큰 영향을 미침에도 불구하고 그 명백한 차이를 밝힌 바 없다.

또한, 온도, 압력, 촉매 농도 및 액체 체류 시간의 영향이 고려되지 않고, 매우 광범위한 범위를 들고 있을 뿐으로서, 바람직한 범위일 경우에도, 예를 들어 100 내지 280℃의 온도 범위, 0.1 내지 200bar의 압력 범위, 0.001 내지 50중량%의 촉매 농도 및 0.005 내지 2시간의 액체 체류 시간 등을 들고 있다.

디아릴 카보네이트를 제공하기 위한 디알킬 카보네이트의 전환시 유발되는 각각의 반응, 예를 들면 반응도식 1에 따른 방향족 하이드록실 화합물을 사용하여 디알킬 카보네이트를 제1 에스테르-교환반응시켜 알킬 아릴 카보네이트를 수득하는 단계, 반응도식 2에 따른 디아릴 카보네이트를 수득하기 위한 제2 에스테르-교환반응 단계 및 반응도식 3에 따른 불균등화 반응 단계 각각의 경우에 있어서 바람직한 상이한 방법에 대해서는 EP 0 461 274에서 제안된 바 없다.

Alk-O-CO-O-Alk+Ar-OH →Alk-O-CO-O-Ar+Alk-OH (1)

Alk-O-CO-O-Ar+Ar-OH →Ar-O-CO-O-Ar+Alk-OH (2)

2 Alk-O-CO-O-Ar→Ar-O-CO-O-Ar+Alk-O-CO-O-Alk (3)

(Alk= 알킬: Ar=아릴)

상기한 EP 0 461 274의 구현예들은 당해 분야의 전문가들로 하여금 페놀과 디알킬 카보네이트의 에스테르-교환 반응이 컬럼내에서 공지된 방법에 의해 공지된 수단으로 연속적으로 수행될 수 있으나, 이는 고온 또는 저온, 병류 또는 역류, 저압 또는 고압, 높거나 낮은 몰비 등의 변수에 좌우되지 않는다는 결론에 도달하게 한다. 간단히 말해서, 상기로부터, 상기한 특정 에스테르-교환 반응 문제의 경우, 개선점 및 보다 유리한 방법에의 가능성이 없다는 결론에 도달할 수 있다. 따라서, 인용된 실시예만으로도 상기한 유럽 특허원의 실제적인 가치를 평가할 수 있다.

상기한 예로부터, 디알킬 카보네이트를 페놀을 사용하여 에스테르-교환반응시키는데 있어서, 상당히 높은 온도, 승압 및 디알킬 카보네이트의 3배 이상의 몰과량에서조차도, 10 내지 15%(최상의 경우, 약19%)의 저전환도 및, 특히 0.02kgl^-1h^-1이하의 저시공간 수율을 수득할 수 있을 뿐이다. 이는 놀라운 일이다. 왜냐하면, 특히, 매우 큰 컬럼, 그 중에서도, 20-플레이트의 컬럼 길이가 6cm이고, 용적이 약 300ℓ인 컬럼을 사용했기 때문이다. 과량의 디알킬 카보네이트를 사용하는 경우, 화학양론적인 이유로 인해, 디알킬 카보네이트의 저전환도에 의한 어떠한 경우라도 고도의 페놀 전환도를 얻을 수 있다. 이는 상단에서 분리된 디알킬 카보네이트가 극소량만의 알콜을 함유할 뿐이고, 따라서, 공업적인 방법에 있어서, 상당히 많이 비반응된 출발 생성물이 순환되어, 소량의 반응 알콜로부터 분리되어야 함을 의미한다. 단위 시간당 제공된 생산량에 대해, 저-시공간 수율은 매우 큰 반응기 및 매우 큰 증류 용량을 필요로 한다.

EP 0 461 274의 기술에 따르면 비록 하부 스트림 제2 컬럼에서 수행된 반응 도식 3에 따르는 알킬 아릴 카보네이트의 불균등화 반응은 고수율로 수행되나, 제2알킬 아릴 카보네이트 분자중 오직 반만이 디아릴 카보네이트-최종 생성물로 전환되고 , 나머지 반은 출발 디알킬 카보네이트로 재순환되기 때문에, 디아릴 카보네이트의 공업적 합성을 위해서는, 알킬 아릴 카보네이트의 불균등화 반응은 페놀을 사용한 추가의 에스테르-교환반응에 비해 보다 불리한 것으로 보인다.

반응이 차례로 연결된 2개의 컬럼내에서 수행되며 제2컬럼으로부터 회수된 생성 조성물이 제4도 또는 제5도에 공급 스트림 제6번으로서 명기되어 있는 EP 0 461 274의 실시예 22 내지 30으로부터, 상당량의 페놀의 존재에도 불구하고 제2 반응 단계에서 알콜이 형성되지 않으며, 따라서 반응도식 2에 따르는 제2 에스테르-교환반응 단계의 비율이 주어지지 않거나 중요하지 않음이 명백함을 알 수 있다.

디아릴 카네보이트, 특히 디페닐 카보네이트를 디메틸 카보네이트 및 페놀로부터 제조하기 위한 공업적 방법에 있어서, 페놀 전환도 뿐만 아니라 특정 페놀 전환 및 이로 인한 디메틸 카보네이트 전환을 수득하는데 필요한 디메틸 카보네이트의 양도 중요하다. 실제로, 디메틸 카보네이트의 저전환도로 인해 컬럼 상단에서의 디메틸 카보네이트 중 메탄올이 저농도(예: 메탄올 5 내지 10중량%)로 수득될 수 있을 것이다. 그러나, EP 0 461 274에 있어서는, 순수한 디메틸 카보네이트 또는 디에틸 카보네이트를 출발물질로서 제한 없이 사용한다. 이는, 단지 수 %만의 낮은 디알킬 카보네이트 전환도 측면에서, 이해가능하고 절대적으로 필요한 것인데, 왜냐하면 불리한 평형 위치로 인해, 알콜-함유 디알킬 카보네이트를 사용할 경우, 전환율은 여전히 낮을 것이고, 따라서 공업적으로 허용될 수 없기 때문이다. 그러나, 메탄올은 디메틸 카보네이트와 함께 메탄올 70%중량와 디메틸 카보네이트 30중량%로 이루어진 공비물(azzeotrope)을 형성하는데 이는 증류에 많은 노력을 들였을 때만 분리할 수 있다.

그러나, 디메틸 카보네이트 생성물 스트림으로부터의 극소량의 반응 메탄올을 제거하는 데에는 많은 분리 노력이 필요하며, 그 결과, 비반응된 디메틸 카보네이트를 에스테르-교환반응에 의해 순수한 형태로 회수하는 것도 매우 많은 노력을 기울였을 때에만 달성할 수 있다. 이는 또한 반응기를 통과하는 동안 수득할 수 있는 디메틸 카보네이트의 저전환도로 인해 디메틸 카보네이트의 순환량이 매우 크기 때문에, 특히 경제적으로 중요하다.

따라서, 디알킬 카보네이트 및 페놀로부터 디아릴 카보네이트를 제조하기 위한 개선된 에스테르-교환 반응 공정의 목적은 일단 디알킬 카보네이트 출발물질 스트림내에서 허용가능한 상당량의 알콜을 제조하고, 두번째로, 반응도식 2에 따라 에스테르-교환 반응 단계를 촉진시키는 것, 즉 페놀을 알킬 아릴 카보네이트로 에스테르-교환 반응시켜 디아릴 카보네이트를 수득하고 알킬 아릴 카보네이트의 불균등화 반응을 억제하는데 있다.

극소량의 알콜조차도, 매우 불리한 에스테르-교환반응 평형 위치로 인해, 이미 형성된 아릴 카보네이트와 함께 다시 출발물질 방향으로 반응할 것임을 질량 작용 법칙으로부터 추론할 수 있다. 따라서, 상기한 제1목적을 수행하는 것에 큰 무리가 없는 것으로 보인다. EP 0 461 274의 발명자들 또한 이 사실을 짐작하고 있었음이 분명하다.

반응도식 2에 따라 알킬 아릴 카보네이트를 페놀과 에스테르-교환반응시켜 디아릴 카보네이트를 수득하는 것이, EP 0 461 274의 결과에 따르면, 반응도식 3에 따라 2개의 알킬 아릴 카보네이트 분자의 불균등화 반응에 비해 명백히 불리하거나 거의 완전히 억제된다. 따라서, 제2목적을 달성할 수 있는지의 여부는 대단히 의문시되는 것으로 보인다. 더구나, 공업적 합성을 위해서는, 장치의 크기를 감소시키기 위해서 EP 0 461 274에 기술되어 있는 것 이상의 시공간 수율의 증가가 제3의 목적으로서 시도되어야 한다. 이에 대해, EP 0 461 274는 어떠한 해결책도 제시해 주지 못한다.

놀랍게도, 본 발명에 의해, 페놀과 디알킬 카보네이트의 반응에 의해 디아릴 카보네이트를 수득하는 것이 2-단계 공정에 의해 목적하는 정도로 개선될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 경우에 있어서, 또한 상응하는 알콜을 상당량 함유할 수도 있는 디알킬 카보네이트는 일단 "역류 에스테르-교환반응"(반응기 A)의 양태로 페놀과 반응시키고, 생성된 생성 혼합물은 "반응물 증류"(반응기 B)의 양태로 제2의 컬럼형 반응기내에서 반응시킨다(제1도 내지 제6도). 이러한 방법에 있어서, 반응기 A 및 B는 질량-커플링 및 에너지-커플링시키고, 또한 각각 제1 컬럼(A) 및 제2컬럼(B)로 언급한다.

방향족 하이드록실 화합물을 에스테르-교환반응 촉매의 존재 하에 디알킬 카보네이트와 에스테르-교환반응시켜 디아킬 카보네이트에 수반되는 알콜을 제조하는 방법이 밝혀졌는데, 이 방법은 2개의 연결된 컬럼 장치 A 및 B 내에서, a)디알킬 카보네이트 기체 상태 또는 액체 상태로 A의 하부에 공급하되, 디알킬 카보네이트는 외부 저장기 또는 B의 상부로부터 디알킬 카보네이트가 풍부한 스트림 형태로 유출되고, b) 균질한 가용성 촉매를 사용하는 경우, 방향족 하이드록실 화합물 및 촉매를 따로 또는 같이 A의 상부로 공급하되, 방향족 하이드록실 화합물은 외부 저장기 또는 B의 중심부로부터 방향족 하이드록실 화합물이 풍부한 스트림의 형태로 유출되고, 상기 촉매는 외부 저장기로부터 유출되거나 디아릴 카보네이트의 정제와 관련된 재순환 스트림으로부터 유출되거나 방향족 하이드록실 화합물이 풍부한 스트림의 일부로서 B로부터 유출되고, c) 다소의 디아릴 카보네이트 및 잔류 방향족 하이드록실 화합물 및 잔류 디알킬 카보네이트 외에 상당량의 알킬 아릴 카보네이트를 함유하는 A의 하부 스트림을 B의 하부로 공급하고, d) 잔류 디알킬 카보네이트 및, 경우에 따라, 다소의 방향족 하이드록실 화합물과 함께 알콜을 함유하는 A의 상부 스트림을 후처리기로 공급하거나 B의 상부로 공급하고, e) B의 하부 스트림을 후처리기에 공급하여 디아릴 카보네이트를 회수하고, 후처리시 존재하는 모든 촉매는 분리하여 A 또는 B 또는 둘다에 재순환시킬 수 있고, f) 잔류 디알킬 카보네이트 및, 경우에 따라, 다소의 방향족 하이드록실 화합물과 함께 알콜을 함유하는 B의 상부 스트림을 후처리기에 공급하고, g) 경우에 따라, 방향족 하이드록실 화합물이 풍부한 부-스트림(side stream)을 B의 중심부로부터 그러나 c)의 공급부 위에서 취하여, 이 부-스트림을 b)로서 A로 공급하고, h) 경우에 따라, 디알킬 카보네이트가 풍부한 부-스트림을 B의 중심부로부터 취하여, 이 부-스트림을 a)로서 A로 공급하고, i) 추가로, g)를 b)로서 공급하는 경우, 방향족 하이드록실 화합물을 B의 상부로 공급하고, h)를 a)로서 공급하는 경우, 디알킬 카보네이트를 B의 중심부로 공급하여, 에스테르-교환반응을 수행함을 특징으로 한다.

신규한 방법의 제1변형 양태로서, 에스테르-교환반응으로 컬럼 장치내에서 자체가 공지된 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물 1몰을 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 0.1 내지 10몰, 바람직하게는 0.2 내지 5몰, 특히 바람직하게는 0.5 내지 3몰로 에스테르-교환반응시킴으로써 일반식(Ⅰ)의 디아릴 카보네이트를 제조하는 방법이 밝혀졌는데, 상기 방법은 차례로 연결된 2개의 컬럼내에서, (i) 제1컬럼내에서, 방향족 하이드록실 화합물을 상부로부터 하부로 액체 상태로 수행시키고, 디알킬 카보네이트를 상기한 액체 스트림의 역방향으로 기체 상태로 수행시키는데, 여기서 온도는 100내지 300℃, 바람직하게는 120 내지 250℃, 특히 바람직하게는 150 내지 240℃ 범위로 유지시키고, 압력은 0.5 내지 20 bar, 바람직하게는 0.8 내지 15bar, 특히 바람직하게는 0.9 내지 10bar 범위로 유지시키며, 디알킬 카보네이트는 부수적인 알콜을 디알킬 카보네이트 및 알콜의 총중량을 기준으로 하여 0 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2중량% 분획으로 함유하고, (ii) 제1컬럼의 상부에서, 디알킬 카보네이트에 수반되며 에스테르-교환반응에서 유리되는 알콜을 기체 상태로 분리하고, 제1컬럼의 하부에서, 필수적으로 알킬 아릴 카보네이트로 이루어진 부분적으로 반응된 에스테르-교환반응 생성물을 액체 상태로 분리하고, (iii) 제1컬럼의 하부 스트림을 제2컬럼의 중심부로 공급하는데, 여기서 온도는 60 내지 320℃, 바람직하게는 65 내지 305℃, 특히 바람직하게는 65 내지 250℃ 범위로 유지시키고, 압력은, 제1칼럼으로부터 공급된 하부 스트림의 비점에 따라, 0.05 내지 10bar, 바람직하게는 0.1 내지 5bar, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2bar로 유지시키며, 온도 구배는, 공급된 하부 스트림내에 함유된 알킬 아릴 카보네이트가 제2컬럼의 중심부로부터 필수적으로 상부 또는 하부로 방출되지 않는 방식으로 제2컬럼에 적용시키고, (ⅳ) 제2컬럼의 상부에서, 디알킬 카보네이트, 수반되는 알콜 및 과량의 방향족 하이드록실 화합물의 혼합물을 분리하고, 제2컬럼의 하부에서, 알킬 아릴 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물을 함유할 수 있는 디아릴 카보네이트를 분리하는 방식으로 에스테르-교환반응을 수행함을 특징으로 한다:

Ar¹-O-O-CO-O-Ar¹(Ⅰ)

Ar¹-OH (Ⅱ)

R¹-O-CO-O-R¹(Ⅲ)

상기식에서, Ar¹은 비치환된 페닐 또는 나프틸, 또는 동일하거나 상이하고 C1-C4 알콕시 및 할로겐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 치환체에 의해 일-치환 내지 삼-치환된 페닐이고, R¹은 직쇄 또는 측쇄 C₁-C₆알킬, 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실이다.

본 발명은 또한(즉, 제2의 변형 양태로), 에스테르-교환반응용으로 공지되어 있는 컬럼 장치내에서 자체가 공지된 에스테르-교환반응 촉매의 존재 하에 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물을 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 0.1 내지 10몰, 바람직하게는 0.5 내지 2몰, 특히 바람직하게는 0.8 내지 1.2몰을 사용하여 에스테르-교환반응시킴으로써 일반식(Ⅰ)의 디아릴 카보네이트를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 반응을 역류 칼럼 A와 반응 컬럼 B의 질량-커플링 및 에너지-커플링 조합 공정 하에서 수행하고, 반응 및 분리 공정을 상기한 장치 내에서 병렬식으로 수행하되, 역류 컬럼 A에서, 반응 컬럼 B로부터 액체 상태로 적어도 부분적으로 분리한 방향족 하이드록실 화합물을, 0.05 내지 20bar의 압력하에 100 내지 300℃의 온도에서, 역류하에 기체 상태로 수행된, 디알킬 카보네이트 100 내지 95중량부 및 이에 수반된 일반식(Ⅳ)의 알콜 0 내지 5중량부의 혼합물(여기서, 이 혼합물은 반응 컬럼 B로부터 기체 상태로 분리되고 이는 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물을 함유할 수 있다)과 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에서 액체상으로 반응시키고, (컬럼 A에서 하부 생성물로서 생성된) 일반식(Ⅴ)의 알킬 아릴 카보네이트와 비반응된 방향족 하이드록실 화합물의 혼합물을 소량의 디알킬 카보네이트의 존재 또는 부재하에 그리고 균질하게 용해된 액체 상태의 촉매의 존재 또는 부재하에 반응기 컬럼 B의 하부로 공급하고, (컬럼 A에서 상부 생성물로서 생성된) 여전히 비반응된 디알킬 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물인 알콜의 기체상 혼합물을 반응기 컬럼 B의 상부에 공급하여, 컬럼 B의 반응 영역에서 100 내지 300℃ 의 온도 및 0.05bar의 압력하에 50 내지 95% 이상 정도로 반응시키는데, 여기서, 추가로, 디아릴 카보네이트를 칼럼 B의 하부에서 하부 생성물로서 분리하고, (컬럼 A로 회수될) 방향족 하이드록실 화합물의 액체 스트림을 컬럼 B의 중심부에서 분리하고, 컬럼 A의 하부 생성물 공급부 위로, (컬럼 A로 회수될) 디알킬 카보네이트 95 내지 100중량부 및 이로부터 유도되는 알콜 및 방향족 하이드록실 화합물 0 내지 5중량부의 기체상 혼합물을, 액체 방향족 하이드록실 화합물이 배출되는 위치와 컬럼 A로부터의 상부 생성물이 공급되는 위치 사이의 컬럼 B의 중심부에서 분리하고, 유도된 알콜 80 내지 20중량%와 디알킬 카보네이트 20 내지 80중량%의 혼합물을 컬럼 B로부터 상부 스트림으로 분리하는데, 여기서 반응되거나 분리된 디알킬 카보네이트 및 반응된 방향족 하이드록실 화합물을 컬럼 A 또는 컬럼 B로 공급함으로써 보강시키는 방식으로 하는 것을 특징으로 한다:

R¹OH (Ⅳ)

Ar¹-O-CO-O-R¹(Ⅴ)

상기 식에서, Ar¹및 R¹은 상기에서 정의한 바와 같다.

디아릴 카보네이트 형성시, 제1에스테르-교환반응 단계가 진행되는 동안, 다소의 디아릴 카보네이트가 또한 이미 형성될 수 있을지라도, 지방족 에스테르 그룹의 방향족 에스테르 그룹으로의 에스테르-교환 반응은 2단계로 수행한다. 상기한 반응도식 3은 추가로 불균등화 반응을 나타내는데, 여기서 디알킬 아릴 카르보네이트 및 목적하는 디아릴 카보네이트가 알킬 아릴 카보네이트로부터 생성된다. 추가로 알킬 아릴 카보네이트를 목적 반응 생성물로서 수득할 수 있다. 즉, 제1컬럼에서 제1에스테르-교환반응 단계를 수행할 수 있을 뿐이다. 본 발명에 따르는 방법을 위한 디알킬 카보네이트는 당해 분야의 전문가들에게 공지되어 있으며 공지된 방법으로 제조할 수 있다.

직쇄 또는 측쇄 C₁-C₄알킬에는 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 펜틸 또는 헥실이 있다.

직쇄 또는 측쇄 C₁-C₆알콕시에는 예를 들어 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시 또는 이소부톡시가 있다.

할로겐에는 예를 들어 불소, 염소 또는 브롬, 바람직하게는 불소 또는 염소, 특히 바람직하게는 염소가 있다.

방향족 에스테르 그룹은 페놀 또는 나프톨, 바람직하게는 페놀로부터 유도할 수 있고, 상기한 방법으로, 일-내지 삼-치환, 바람직하게는 일-또는 이-치환, 특히 바람직하게는 일-치환, 매우 바람직하게는 비치환될 수 있다.

본 발명에 따라 사용할 수 있는 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물에는 예를 들어 비치환된 페놀, o- , m- 또는 p- 크레졸, o-, m- 또는 p- 클로로페놀, o-,m- 또는 p- 브로모페놀, o-,m- 또는 p- 에틸페놀, o-,m- 또는 p- 프로필페놀, 1-나프톨 및 2-나프톨이 있다.

따라서, 바람직하게 사용할 수 있는 방향족 하이드록실 화합물에는 일반적으로 일반식(Ⅳ)의 화합물이 있다.

Ar¹¹-OH (Ⅵ)

상기식에서, Ar¹¹은 페닐 또는 C₁-C₄알킬, C₁-C₄알콕시 또는 염소에 의해 일-치환된 페닐이다.

이들 중에서도, 비치환 페놀이 특히 바람직하다.

본 발명에 따라 사용할 수 있는 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트에는 예를 들어 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트 및 디헥실 카보네이트가 있다. 바람직하게 사용가능한 디알킬 카보네이트에는 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트가 있고, 특히 바람직하게는 디메틸 카보네이트가 있다.

본 발명에 따라 제조할 수 있는 일반식(Ⅰ)의 디아릴 카보네이트에는 예를 들어 디페닐 카보네이트, 이성체성 비스크레실 카보네이트, 이성체성 비스(클로로페닐)카보네이트, 이성체성 비스(메톡시페닐)카보네이트, 이성체성 비스(에톡시페닐)카보네이트, 비스(2,6-디메틸페틸)카보네이트, 비스(2,4-디메틸페닐)카보네이트, 디-1-나프틸 카보네이트 및 디-2-나프틸 카보네이트가 있다.

특히 바람직하게 제조할 수 있는 디아릴 카보네이트에는 디페닐 카보네이트가 있다.

본 발명에 따라 부분적으로 반응된 에스테르-교환반응 생성물로서 수득할 수 있는 아르알킬 아릴 카보네이트 예를 들어 C₁-C₆알킬 페닐 카보네이트(예: 매틸 페닐 카보네이트, 에틸 페닐 카보네이트, 프로필 페닐 카보네이트, 부틸 페닐 카르보네이트, 에틸 페닐 카보네이트, 프로필 페닐 카보네이트, 부틸 페닐 카보네이트 및 헥실 페닐 카보네이트), C₁-C₆알킬(o-, m-, p-크레실)카보네이트〔예: 메틸(o-크레실)카보네이트, 메틸(p-크레실)카보네이트, 에틸(o-크레실)카보네이트, 에틸(p-크레실)카보네이트〕, C1-C₆알킬(o-, m- p-클로로페slf)카르보네이트〔예: 메틸(p-클로로페닐)카보네이트 또는 에틸(p-클로로페닐)카르보네이트〕 및 유사화합물이 있다. 특히 바람직한 알킬 아릴 카보네이트에는 메틸 페닐 카보네이트 및 에틸 페닐 카보네이트가 있다.

본 발명의 제1변형 양태에 따른 방법에 대해서는 첨부된 제1도 및 제2도를 참고로 하여 하rl와 같이 상세히 설명될 수 있다.

컬럼-형 반응기(A)에 있어서, 2개의 출발물질, 즉 소량의 상응하는 반응 알콜을 함유할 수 있는 페놀 및 디알킬 카보네이트를 "역류 에스테르-교환반응" 양태로 주요 반응기 영역에 걸쳐 서로 반대 방향으로 적용 및 반응시켜 알킬 아릴 카보네이트 및 소분획의 디아릴 카보네이트를 수득한다. 본 발명에 있어서의 기술 용어, "역류 에스테르-교환반응"의 필수 특성은 다음과 같다: 출발 물질 및 생성물은 서로에 대해 각가 쌍으로 역류내에서 수행해야 한다. 즉, 하나의 출발물질, 여기서는 페놀을 액체 상태로 컬럼의 상단(1)으로 공급하고, 디알킬 카보네이트/알콜혼합물을 컬럼의 하단(2)으로 기체 상태로 공급하고, 용이하게 휘발가능한 반응 알콜을 여전히 비반응된 디알킬 카보네이트와 함께 컬럼의 상단(4)에서 분리하고, 형성된 휘발성이 약한 알킬 아릴 카보네이트를 여전히 비반응된 페닐과 함게 컬럼의 하단(8)에서 분리한다. 본 발명의 경우에, 페놀 및 형성된 알킬 아릴 카보네이트를 필수적으로 포함하는 액체상과 용이하게 휘발가능한 디알킬 카보네이트 및 반응 알콜을 필수적으로 함유하는 기체상은 서로 차례로 존재해야 하며, 액체상에서의 반응은 기체 영역으로 가한 디알킬 카보네이트가 액체 페놀에 용해됨으로써 출발된다. 따라서, 온도 및 압력은 액체상의 증발이 상당히 발생하지 않는 방식으로 서로 조화되어야 한다.

제2반응기 B에 있어서, 반응기 A에서 생성된 알킬 아릴 카보네이트는 "반응증류"의 양태로 추가로 반응시킨다. 본 발명에 있어서 "반응증류"의 필수 특성은 다음과 같다: 알킬 아릴 카보네이트 중간체는 실제로 반응기의 반응부의 상부 또는 하부로부터 반응기 B에서 특정하게 선택된 온도 구배에 의해 억제된다. 용이하게 휘발가능한 반응생성물, 여기서는 반응 알콜 및 디알킬 카보네이트는 (11)을 통해 컬럼 B의 상단에서 분리하고, 휘발성이 약한 반응 생성물, 여기서는 디아릴 카보네이트(15)를 통해 컬럼의 하단에서 분리한다. 과량의 페놀은 (15)을 통해 반응기 B의 하단에서 디아릴 카보네이트 최종 생성물과 함께 또는, 바람직하게는, (11)를 통해 컬러 B의 상단에서 저비점 생성물과 함께 분리한다, 상기한 경우에 있어서의 조건은 알킬 아릴 카보네이트 몰당 2 내지 20몰, 바람직하게는 3 내지 15몰, 특히 바람직하게는 3 내지 10몰 과량의 페놀을 반응기 B의 반응영역내에서 유지시키는 방식으로 선택하는 것이 바람직하다.

제1도 및 제2도에 있어서, 추가로, (3) 및 (9)는 각가 냉각기 (a1) 및 (b1)에서 액화되고 (5) 및 (10)을 통해 A 및 B에 대한 환fb물로서 다소 회수되는, A 및 B로부터의 기체상 상부 생성물의 분리 라인을 의미한다. (a2) 및 (a3)은 예비 가열기이고, (a4) 및 (b2)는 하부 순환 가열기이며, 일부는(7) 및 (14)를 통해 A 및 B로 회수되고 나머지는 (A)로부터 (8)을 통해 B로 부분적으로 반응된 에스테르-교환반응 생성물로서 수행하거나 (15)를 통해 조 디아릴 카보네이트로서 분리되는, A 및 B로부터의 하단 방류물은 (6) 및 (13)을 통해 분리한다.

제2도에 따르는 특정 기술은 추가로 하기와 같이 기술할 수 있다: 제1도 및 제2도에서 동일한 표시를 사용하는 경우, 이들은 동일한 의미를 지닐 것이다.

특정 반응 단계에 적용된 각종 기술이 실시되는, 서로 차례로 연결된 2개의 컬럼형 반응기 내에서의 특정 에스테르-교환반응 문제에 적용되는 상기한 방법에 의해, 당해 분야에 비해 개선된 디알킬 카보네이트 전환율 및 페놀 전환율 및 높은 시공간 수율이 수득된다. 특히, 본 발명에 따르는 방법에 있어서, 상응하는 알콜의 상당량이 또한 디알킬 카보네이트 출발물질 스트림내에서 허용가능하기 때문에 순수한 디알킬 카보네이트를 공정에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 디메틸 카보네이트/메탄올 분리 증류물로부터의 소량의 반응 알콜을 포함하는 혼합물을 사용할 수도 있다. 제2반응기에 있어서, 알킬 아릴 카보네이트 중간체는 자체가 반응도식 3에 따라 불균등화반응 양태로 반응하여 디아릴 카보네이트 및 디알킬 카보네이트를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 추가로 반응도식 2에 따라 에스테르-교환 반응 양태로 페놀과 상당한 정도로 반응하여 디아릴 카보네이트 및 알콜을 형성하는데, 그 결과, 상당히 적은 디알킬 카보네이트가 저비점 생성물로서 생성된다.

컬럼 B의 상단에서 분리된 디알킬 카보네이트/알콜 혼합물은 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 25 내지 98중량%, 바람직하게는 50 내지 95중량%, 특히 바람직하게는 75 내지 92중량%로 이루어져 있고, 100중량%까지의 나머지 분량은 일반식(Ⅵ)의 알콜로 이루어져 있다.

R¹-OH (Ⅳ)

상기 식에서, R¹은 상기한 바와 같다.

상기한 디알킬 카보네이트/알콜 혼합물은 자체가 과량의 방향족 하이드록실 화합물과 혼합되는데, 여기서, 이들의 혼합 비율은 컬럼 A로부터 계량부가된 과량의 방향족 하이드록실 화합물 및 컬럼에 적용된 온도 특성에 의존한다.

컬럼 B의 하단으로부터 분리한 조 디아릴 카보네이트의 50 내지 100중량%가 순수한 것이고, 100중량% 까지의 나머지 분량은 일반식(Ⅴ)의 알킬 아릴 카보네이트로 이루어져 있다.

Ar¹-O-CO-O-R¹(Ⅴ)

상기 식에서 AR¹및 R¹은 상기한 바와 같다.

컬럼 A에서 완전히 반응되지 않고 과량으로 사용된 페놀(Ⅱ)을 가능한 B의 중심부에 고정시켜 상기한 반응도식2의 양태에 따라 (Ⅵ)과 반응시킨다. 페놀이 B로부터 분리되는 경우, 이는 상단 또는 하단을 통해 상기한 방법으로 분리할 수 있다. 그 다음, 분리될 페놀로 B로부터 상기한 상단 또는 하단 방출물을 보강한다.

상기한 2-단계 공정의 제1반응 단계에서 사용될 컬럼 A 및 "역류칼럼"이라는 용어는, 가장 간단한 경우로는, 등온적으로 가열되거나 또는, 바람직하게는 증류에 사용되는 통상의 덤핑(dumping)되거나 정렬된 팩킹몰(packing)을 함유하는 단열적으로 단열 팩킹 튜브를 의미한다. 컬럼은 하단에서, 액상 점적으로 공급된 디알킬 카보네이트가 완전히 분리되는 승온에서 작동되는 스트립핑 영역(stripping section)을 포함할 수 있는데, 여기서, 디알킬 카보네이트는 컬럼의 에스테르-교환 반응 영역으로 증기상을 재순활시킬 수 있다. 또한, 컬럼 A는, 상부에서, 저비점 반응 알콜 또는 디알킬 카보네이트로부터 공-증발된 페놀 또는 알킬 페닐 카보네이트를 분리하고 이를 액체 상태로 컬럼의 에스테르-교환반응 영역으로 회수하는 농축화 영역을 포함할 수 있다. 그러나, 농축화 또는 스트립핑 영역은 또한 필요치 않을 수도 있다.

컬럼 A 및 B에 사용될 덤핑된 팩킹물 또는 정렬된 팩킹물은 예를 들어 문헌〔참조:Ullmann's Encyclopadie der Technischen Chemie(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry), 4th edition, volume 2, pp. 528 ff 〕또는 관련 장치 엔지니어링사의 리플렛에 기술되어 있는 바와 같은 증류용으로 통상적인 것이다. 언급가능한 예는 Resching 또는 Pall 링, Berl, Intalox 또는 Turus 새들(saddle), 다양한 재료(예: 유리, 세라믹, 자기, 스테인레스강, 플라스틱)로 만들어진, 특히 금속을 사용하는 경우, 섬유 또는 메쉬 형태로 가공할 수 있는, Interpack 팩킹물이 있다. 덤핑된 팩킹물 및 정렬된 팩킹물은 표면적이 크고 습윤성이 우수하며 액체상의 체류시간이 충분한 것이 바람직하다. 이러한 예에는 Pall 및 Novolax 링, Berl 새들, BX 팩킹물, Montz-Pak, Mellapak, Melladur, Kerapak 및 CY 팩킹물이 있다.

그러나, 컬럼 A 및 B에 있어서, 이들은 적당히 팩킹된 컬럼일 뿐만 아니라 고정된 내부를 지닌다. 트레이 컬럼으로는 일반적으로, 예를 들어, 각종 형태로 존재할 수 있는, tl이브 트레이(sieve tray), 버블-캡 트레이(bubble-cap tray), 밸브 트레이(valve tray), 터널 트레이(tunnel tray) 및 원심분리 트레이가 일반적으로 적합하다. 이들중에서도, 양호한 질량 전달과 함께 체류 시간이 긴 벌브-캡 트레이 또는 밸브 트레이, 예를 들어 과류 방지막이 높은 버블-캡 트레이 컬럼을 포함하는 것이 바람직하다.

반응기 A로서 사용될 컬럼의 이론적 플레이트 수는 3내지 50개, 바람직하게는 3 내지 30개, 특히 바람직하게는 5 내지 20개이고, 액체 잔류액은 컬럼 내부 용적의 1 내지 80%, 바람직하게는 10 내지 75%, 특히 바람직하게는 15 내지 70%, 매우 특히 바람직하게는 15 내지 50%이다. 사용가능한 에스테르-교환반응 영역 및 스트립핑 영역 및 농축화 영역은 당해 분야의 전문가들에 의해 보다 정밀하게 고안 될 수 있을 것이다.

컬럼 A는 상부의 1/2, 바람직하게는 1/3, 경우에 따라 촉매 분해된 형태로 함유할 수 있는 페놀 스트림(1)을 액체 상태로, 바람직하게는 컬럼의 상기한 위치에서 통상적인 온도에서 공급하는 방식으로 작동된다.

컬럼 A의 하부의 1/2, 바람직하게는 존재가능한 스트립핑 영역의 윗부분은 (2)를 통해 120 내지 220℃의 온도에서 일반적으로 증기 형태의 디알킬 카보네이트 스트림으로 충전시킨다. 이러한 디알킬 카보네이트 스트림은 상응하는 일반식(Ⅳ)의 알콜을 0 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2중량% 함유한다. 디알킬 카보네이트 스트림을 증발 및 과열 시키는데 필요한 에너지를 분리된 외부 열 교환기 또는 컬럼내에 장착된 열 교환기를 통해 도입시킨다.

에스테르-교환반응 영역을 통해 통과시킨 후, 그리고, 가능하게는 농축화 영역을 통해 통과시킨 후, 반응 알콜을 (4)에서 컬럼의 상단을 통해 분리해낸다. 이는 일반적으로 여전히 과량의 또는 비반응된 디알킬 카보네이트를 함유하고, 농축화 영역이 부재할 경우, 또한 특정량의 방향족 하이드록실 화합물을 함유할 수도 있다.

에스테르 교환반응 영역 및 존재가능한 스트립핑 영역을 통과시킨 후, 알킬 아릴 카보네이트와 과량의 또는 비반응된 페놀의 혼합물은, 이미 형성된 소량의 디아릴 카보네이트 포함하거나 않고, 가용성 촉매의 존재 또는 부재하에서, 그리고 스트립핑 영역이 부재하는 기술의 경우에는, 또한 디알킬 카보네이트와 함께 컬럼 A의 하단(6)에서 방출된다. 하단 생성물은 (8)을 통해 제2에스테르 교환반응 컬럼 B로 직접 공급되는 것이 바람직하나, 또한 적당한 방법으로 미리 농축시켜 즉, 알킬 아릴 카보네이트, 페놀 및 디알킬 카보네이트의 목적하는 함량까지 농축할 수도 있다.

발명에 따르는 에스테르-교환반응 공정에 있어서, 임의의 형태의 내부 또는 외부 열 교환기를 통해서 뿐만 아니라, 바람직하게는 방향족 하이드록실 화합물의 액체 스트림과 기체 상태의 디알킬 카보네이트 공급물을 둘다 사용하여 반응기 A내에서 반응시키는데 필요한 에너지를 도입시키는 것이 편리하다. 또한, 내부 또는 외부 열 교환기를 반응기내에 장착시켜 반응열을 보상한다. 컬럼은 전체 길이를 통해 다소 높거나 낮은 온도 구배를 지닌다.

촉매는 (1)을 통해 컬럼 A로 용해되거나 현탁된 형태로 페놀 출발물질 스트림과 함께 도입시키는 것이 바람직하다. 또는, 촉매는 예를 들어 반응 알콜 또는 시스템 외부의 적합한 불활성 용매 속에 포함된 형태로 별도로 가할 수도 있다. 불균일한 촉매를 사용하는 경우, 이는 팩킹물 대신에 적당한 형태로 상기와 같이 팩킹된 혼합물 중에서 또는 정착된 컬럼 트레이 상에서 베드로서 사용할 수 있다.

컬럼내에서 사용되는 출발물질의 몰비는 사용된 페놀 몰당 디알킬 카보네이트 0.1 내지 10몰, 바람직하게는 0.2 내지 5몰, 특히 바람직하게는 0.5 내지 3몰로 변화가능하다.

반응기 A내의 제1에스테르-교환반응 단계는 컬럼내에서 100 내지 300℃ 바람직하게는 120 내지 150℃, 특히 바람직하게는 150 내지 240℃ 의 온도하에 수행할 수 있다. 바람직하게 적용되는 온도 구배는 주어지는 온도 범위에 달려 있고 컬럼 상부로부터 컬럼 하부 방향으로 증가한다. 이러한 경우에 있어서, 에스테르-교환 반응 영역내에서 반응 온도는 사용된 페놀의 증발 온도 이상이 아니어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 에스테르-교환반응을 대기압에서 뿐만 아니라 또한 500mbr 내지 20bar의 승압 또는 감압하에서 수행하는 것이 유리하다. 바람직한 압력 범위는 0.8 내지 15bar이고, 특히 바람직한 압력 범위는 0.9 내지 10bar이다.

컬럼의 시공간 하중은 시간당 유효 컬럼 용적 1ml당 반응물 총량 0.05 내지 5g/㎖/시, 바람직하게는 0.1 내지 3g/㎖/시, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2g/㎖/시이며, 본 발명의 경우에 있어서의 유효 컬럼 하중은 팩킹물의 하중 또는 고정된 내부물이 위치하는 용적이다.

제2반응 단계에서 사용되고 "반응 칼럼"을 나타내는 반응기 B(제1도 또는 제2도)는 상부로부터 하부 방향으로 증가하는 50 내지 320℃, 바람직하게는 65 내지 305℃, 특히 바람직하게는 65 내지 250℃의 온도 범위를 포함하는 온도 특성이 적용되는 컬럼형 튜브로 이루어져 있다. 컬럼형 반응기의 개별적인 영역내의 온도 구배를 조절하기 위해, 상기 영역을 절연 또는 온도 조절함으로써 처리할 수 있다. 본 발명의 경우에 있어서의, 온도 조절은, 경우에 따라, 가열 또는 냉각을 나타낼 수 있다. 반응기 B는 기체 및 액체 하중 및 필요한 체류 시간에 상당하는 최종 길이의 각종 영역내에서 확장하거나 제작할 수 있다.

반응 영역인 B의 중심 영역에는, 고정된 내부물이 존재하는 것이 바람직하며, 한편, 분리가 일어나는 영역에 덤핑된 팩킹물 및 고정된 팩킹물이 존재하는 것이 바람직하다.

컬럼 B의 하단에서, 등온적으로 단열 컬럼 영역에 의해 분리될 수 있는 하나 이상의 증발기를 배열시킨다. 이들 증발기는 컬럼의 내부에 또는, 바람직하게는, 외부에 배열시킨다. 발명의 산업적 양태에 있어서, 순환 증발기, 유하막(falling-film)증발기 및 구형 튜브 증발기와 같은 기술에서 통상적인 장치를 사용한다.

증발기 영역 위에 존재하는, "반응 영역"이라 칭명되는 중심 영역에는, 고정된 내부물이 사용되는 것이 바람직하며, 특히 바람직한 것에는 액체 잔류액을 다량 포함하는 것, 예를 들어 DE 2 503 195에 기술되어 있는 바와 같은 과류 방지막이 장착된 버블-캡 트레이(bubble-cap tray)가 있다. 이러한 영역에 있어서의 이론적 플레이트수는 2내지 50, 바람직하게는 2 내지 25, 특히 바람직하게는 2 내지 15이다. 상기한 영역내에서의 액체 잔류액은 내부 용적의 5 내지 80%, 바람직하게는 10 내지 75%, 특히 바람직하게는 15 내지 70%, 더욱 특히 바람직하게는 15 내지 50%이다.

다시, 상기한 영역 위에 존재하는 컬럼에는 증류에 의한 질량-분리용으로 특히 적합한 내부물 또는 기타 팩킹물이 포함되어 있다. 컬럼 B의 상단에, 컬럼에 대해 특정 환류 작용을 수행할 수 있는 농축화 영역을 배치하는 것이 바람직하다.

컬럼 B(제1도 내지 제2도)는, "반응영역" 위에서, 소량의 디아릴 카보네이트, 디알킬 카보네이트 및 에스테르-교환반응 촉매를 함유할 수 있는 알킬 아릴 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물로 이루어져 있으며, 컬럼 A로부터 라인(8)을 통해 (6)에서 채취한 스트림을 액체 상태로 공급하는 방식으로 작동시킨다. 이러한 스트림은 "반응영역"을 통과하여 부분적으로 디아릴 카보네이트로 전환되고, 여전히 비반응된 반응물은 상기한 보조 증발기의 존재하에서 기체 상태로 반응영역으로 회수되거나 컬럼 B의 상부로 이송된다. 이들은 상기 영역들을 냉각시키고 다시 반응하여 디아릴 카보네이트 최종 생성물을 형성시킨다. 디아릴 카보네이트 최종 생성물은 컬럼의 하부 영역에서 고비점 반응 성분으로서 농축되며, 여기서 (15)를 통해, 가능하게는, 균질하게 용해된 촉매 및 소량의 알킬 페닐 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물과 함께 방출된다.

반응도식 3에 따르는 불균등화 반응으로부터 수득한 용이하게 휘발되는 반응 생성물, 즉 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트, 또는 반응도식 2에 따르는 제2에스테르-교환반응 단계로부터 수득한 용이하게 휘발되는 반응 생성물, 즉 일반식(Ⅳ)의 알콜을 (11)을 통해 컬럼 B의 상단에서 분리해낸다. 과량으로 존재하거나 비반응된 일반식(Ⅱ)의 페놀은 일반식(Ⅰ)의 디아릴 카보네이트 최종 생성물과 함께(15)를 통해 컬럼의 하단에서 방출시키거나, 바람직한 기술에 있어서는, (11)을 통해 컬럼 B의 상단에서 저비점 생성물과 함께 방출시킬 수 있다.

특정 기술(제2도)에 있어서, 필수적으로 디아릴 카보네이트로 이루어진 조생성 혼합물(16)은 여전히 추가로 반응할 수 있으며, 0.05내지 1.0bar의 압력하에 하부 스트림 분리 반응기 C에서 분리하는데, 여기서 순수한 디아릴 카보네이트는 (15)를 통해 상기한 컬럼의 부-스트림에서 분리하고, 디아릴 카보네이트-함유 촉매 하부 생성물(22)는 컬럼의 하단에서 분리하고, 비반응된 출발물질 및 형성된 저비점 생성물은(19)에서 상단을 통해 분리한다. 촉매 하부 생성물 (22)는 적당한 위치에서 공정내로, 예를 들어(1)을 통해 반응기 A로 또는 (8)을 통해 반응기 B로 회수 할 수 있다. 부분적인 탈활성화가 발생하는 경우, 물론, 촉매 하부 생성물의 일부를 분리하고, 적당한 위치에서, 예를 들어 (1)을 통해, 새로운 촉매에 의해 제거된 부분을 대체할 수도 있다. 컬럼 C의 상부 생성물로서 생성된 혼합물(19)는, 에스테르-교환반응 공정중에서, 가능하게는 압력을 평형화시킨 후, 생성물 스트림(8)로 측방에서 회수할 수 있다.

균질하게 용해되거나 현탄된 촉매를 사용하는 경우, 컬럼 A에서 이미 활성화되고 하부 생성물(6)에 포함된 촉매를 필수적으로 컬럼 B에 공급하고, 그 결과, B의 반응영역에서 활성화된다. 그러나, 반응 영역 위에 위치에서 동일한 유형의 추가의 촉매 또는 제2촉매를 컬럼 B로 추가로 공급할 수도 있다. 비균질성 촉매를 사용하는 경우, 이는 팩킹물 대신에 적합한 형태로 또는, 바람직하게는, 장착된 컬럼 트레이상에서의 베드로서 상기한 바와 같이 팩킹된 혼합물 중에서 사용할 수 있다.

컬럼 B에서의 반응은 50mbar 내지 10bar, 바람직하게는 0.1 내지 5bar, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2bar의 압력하에서 수행한다.

반응영역을 나타내는 컬럼 B의 영역 B₁에서의 온도는 100 내지 300℃, 바람직하게는 120 내지 280℃, 특히 바람직하게는 150 내지 260℃ 범위이다.

반응의 추가의(제2) 변형 양태로, 컬럼 A로 표시되는 반응기는 본 발명의 경우에는 주로 역류 기술로 작동된다. 즉, 컬럼의 상단으로부터 유동하는 액체 방향족 하이드록실 화합물은 기체 상태로 반대 방향으로 진행되는 디알킬 카보네이트와 함께 주요 컬럼 영역에서 반응하는데, 여기서 출발 화합물들은 모두 적당한 위치에서 제2반응기 B로부터 분리한다. 형성된 알킬 카보네이트는, 컬럼 A의 하단에서, 경우에 따라 비반응된 방향족 하이드록실 화합물 및 디알킬 카보네이트와 함께 분리하고, 용이하게 휘발가능한 반응 알콜은 컬럼 A의 상단에서 비반응된 디알킬 카보네이트와 함께 분리하고, 용이하게 휘발가능한 반응 알콜은 컬럼 A의 상단에서 비반응된 디알킬 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물을 포함하는 혼합물 중에서 분리한다. 바람직한 기술은, 컬럼의 하단에서 증발시킴으로써 상당한 분량의 여전히 비반응된 디알킬 카보네이트를 회수하여, 공정상의 상기 위치에서 에너지 공급량 및 에너지 흡수량을 상당히 낮게 유지시킬 수 있게 한다. 컬럼 A의 상단 및 하단에서 생성된 생성물/출발물질 스트림은 적당한 위치에서 컬럼-형 반응기 B로 수행한다.

상기한 반응기 B에 있어서, 반응기 A에서 생성된 알킬 아릴 카보네이트는 추가로 "반응 증류" 양태로 반응한다. 본 발명의 추가의 (제2) 변형 양태에서의 "반응 증류" 양태로 반응한다. 본 발명의 추가의(제2) 변형 양태에서의 "반응 증류"의 필수 특성은 하기와 같다: 알킬 아릴 카보네이트는, 특정하게 선택된 온도 구배에 의해, 실제로 상단 또는 하단에서 반응기의 반응 영역으로부터 유리되는 것이 방지된다. 용이하게 휘발가능한 반응 생성물, 여기서는, 반응 알콜, 디알킬 카보네이트 및 과량의 페놀을 컬럼 B의 상부 영역 및 중심 영역으로 이송시키고, 휘발성이 약한 반응 생성물, 여기서는, 디아릴 카보네이트는 (6)을 통해 컬럼 하단에서 분리한다.

반응기 B에서, 여전히 비반응된 방향족 하이드록실 화합물 및 저급 알콜 및 고급 알콜 디알킬 카보네이트/알콜 혼합물을 각각 별도의 위치에서 반응기로부터 분리할 수 있는 추가의 분리 방법을 동시에 수행할 수 있는데, 여기서 고급 알콜 디알킬 카보네이트 분획은 컬럼 B의 상단에서 저비점 생성물로 분리한다. 저급 알킬 카보네이트 분획 및 방향족 하이드록실 화합물은 반응기 A로 회수한다.

따라서, 본 발명의 추가의 (제2) 변형 양태에 따르는 컬럼 A 및 컬럼 B에 필요한 출발물질은 각각의 커플링된 반응기로부터 교대로 수득한다. 반응에 의한 전체 공정을 통해 또는 생성물과 함께 방출됨으로써 손실되는 출발물질들은 상기한 역류 기술 양태에 따라 반응기 A로 또는, 바람직하게는 반응기 B의 중심부 또는 상부로 직접 공급할 수 있다(참조: 제3도 및 제4도).

전체 공정에 필요한 대부분의 에너지는 반응기 B의 하부로 도입시키고, 여기서 반응에 제공하여 디아릴 카보네이트를 형성하고, 방향족 하이드록실 화합물을 컬럼의 중심 및 상부로 과량 역-증류시킴으로써 제공하고, 여기서 상기한 분리공정을 수행한다. 이와 동시에, 컬럼 B로부터의 에너지는 반응기 B로부터 A로 회수된 출발물질 스트림을 통해 컬럼 A의 작동시 사용할 수 있다.

알킬 아릴 카보네이트 중간체를 분리하지 않고 2개의 질량-커플링되고 에너지-커플링된 컬럼형 반응기에서 특정 에스테르-교환반응 문제에 적용시키는, 본 발명의 추가의(제2) 변형 양태에 따르는 상기한 공정에 의해, 방향족 하이드록실 화합물 및 디알킬 카보네이트의 고전환율을 동시에 수득한다. 반응기 B의 하단 및 상단에서 분리된 생성물은 이미 많이 풍부한 상태이고, 따라서 정제하기 용이하거나, 예를 들어 디메틸 카보네이트의 재생-제조를 위해 연결된 커플링 공정으로 직접 회수할 수 있다. 예를 들어, 반응기 B의 상단에서, 자체적으로 이미 30:70중량%의 메탄올/디메틸 카보네이트 공비 생성물의 조성을 지니며 디메틸 카보네이트의 제조시 에스테르-교환반응 공정에서 추가로 농축시킬 필요없이 사용할 수 있는 메탄올/디메틸 카보네이트 혼합물이 수득된다. 추가로, 알콜-함유 디알킬 카보네이트를 본 발명에 따르는 공정에 도입시킬 수 있다. 에너지는 필수적으로 공정의 하나의 위치, 즉 반응기 B의 하단에 도입시키고, 또한 필수적으로 하나의 위치, 즉 컬럼 B의 상단에서 다시 배출시키며, 각종 반응 단계에서 내부적으로 반복해서 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르는 방법에 의해 최적의 에너지 사용이 가능하다.

"역류 컬럼"으로 언급한 반응기 A는 가장 간단하게는 등온적으로 가열되거나, 바람직하게는 통상의 덤핑된 팩킹물, 정렬된 팩킹물 또는 증류용으로 사용될 컬럼 내부물을 포함하는 등온적으로 단열된 튜브로 나타낸다.

컬럼은, 하단에, 승온에서 작동하는 스트립핑 밸브를 포함할 수 있으며, 액체상 점적물로부터 공급되는 디알킬 카보네이트의 실질적인 완전 분리가 수행되고 디알킬 카보네이트의 실질적인 완전 분리가 수행되고 디알킬 카보네이트는 다시 증기상으로 컬럼의 에스테르-교환반응 영역으로 이송된다. 또한, 컬럼은, 상부에, 저비점 반응 알콜 또는 디알킬 카보네이트로부터 공비 페놀 또는 알킬 페닐 카보네이트를 분리하고 이를 액체 상태로 컬럼의 에스테르-교환반응 영역으로 반송시키는 농축화 영역을 포함할 수 있다.

그러나, 바람직한 기술에 있어서, 이러한 농축화 영역 또는 스트립핑 영역은 또한 이들 위치에서 제외될 수도 있다.

본 발명에 따르는 방법에서, 재킷(jacket) 가열기 또는 기타 열 교환기를 통해서 뿐만 아니라 사용되는 페놀 및 기체 형태로 공급디는 디알킬 카보네이트 둘다를 사용하여 반응에 필요한 에너지를 도입하는 것이 편리하다. 디알킬 카보네이트용 증발에너지는 필요한 경우 분리 증발기 또는 컬럼내에 통합된 증발기를 통해 작용할 수 있다. 또한, 내부 또는 외부 열교환기가 컬럼내에 창작되어 반응열을 보상할 수 있다. 컬럼은 이의 전체 길이에 걸쳐 동일한 온도이거나 온도 구배를 나타낼 수 있다. 에스테르 교환반응 영역, 스트립핑 영역 및 농축화 영역은 당해 분야의 숙련가들에 의해 고안될 수 있다.

컬럼 A는 트레이의 상부 1/2, 바람직하게는 상부 1/3, 특히 바람직하게는 트레이의 상단상에서 또는 팩킹물의 상단에서, 컬럼 B로부터 생성된 페놀 스트림을 액체 상태로 (1)을 통해, 바람직하게는 컬럼의 이들 위치에서 우세한 온도에서 공급하는 방식으로 전체 방법의 추가의 (제2) 변형 양태로 작동시킨다(제3도 내지 제5도). 이러한 페놀 스트림은 아마도 주어진 온도에서 상응하는 페놀 중의 이들 성분의 가용성에 상응하는 페놀 중의 이들 성분의 가용성에 상응하는 저농도의 디알킬 카보네이트 및 알콜을 함유할 수 있다. 목적하는 온도는 별개의 열 교환기를 사용하여 달성할 수 있다. 그러나, 페놀은 바람직하게는 컬럼 B로부터 (9)에서 회수하고 추가의 가열 또는 냉각없이 (1)에서 컬럼 A로 공급한다.

컬럼 A의 하부 1/2내에서, 바람직하게는 존재가능한 스트립핑 영역 위에서, 컬럼 B로부터 (10)에서 회수된 디알킬 카보네이트 스트림을 일반적으로 증기 형태로 120 내지220℃의 온도에서 (2)를 통해 공급한다. 디알킬 카보네이트 스트림은 0 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2중량%에 상응하는 알콜과 상당량의 페놀을 함유한다.

에스테르-교환반응 영역 및, 가능하게는, 농축화 영역을 통과한 후, 반응 알콜은 (3)에서 컬럼의 상단에서 회수된다. 이는 일반적으로는 고량의 또는 비반응된 디알킬 카보네이트를 여전히 함유하고, 농축화 영역이 존재하지 않는 경우, 상당량의 방향족 하이드록실 화합물도 여전히 함유한다. 이러한 상부 스트림은 바람직하게는, 사전 냉각없이, 기체 상태로 (6)에서 컬럼 B로 이송된다.

에스테르-교환반응 영역 및, 존재가능한, 스트립핑 영역을 통과한 후, 이미 형성된 소량의 디아릴 카보네이트를 포함하거나 포함하지 않는 알킬 아릴 카보네이트와 과량의 또는 비반응된 페놀과의 혼합물은, 가용성 촉매의 존재 또는 부재하에 그리고 스트립핑 영역이 없는 기술의 경우에 있어서는, 디알킬 카보네이트와 함께 (4)에서 컬럼 A의 하단에 존재한다. 하부 생성물은 (5)를 통해 제2에스테르-교환반응 컬럼 B로 직접 공급한다.

촉매는 바람직하게는 페놀 공급물(1)로서 소량의 페놀 및 반응 알콜과 함께 용해되거나 현탁된 형태로 또는 계에 대해 이물인 적합한 불활성 용매 속에서 (13')에서 컬럼 A로 동일하거나 그 이상의 높이로 도입시킨다. 촉매는 특히 바람직하게는 칼럼 B로부터 유래되는 액체 페놀 스트림과 함께 컬럼 A로 공급되며, 여기서 촉매는 예를 들면, (13)에서 측방으로 페놀 스트림내로 도입된다. 불균질 촉매가 사용되는 경우, 이들은 언급된 팩킹물과 혼합물, 팩킹물 대신 적합한 형태 또는 장착된 컬럼 트레이상에서의 베드로서 사용할 수 있다.

본 발명의 추가의 (제2) 변형 양태에 따르는 반응기 A에서의 에스테르 교환은 100 내지 300℃, 바람직하게는 120 내지 250℃, 특히 바람직하게는 140 내지 230℃의 온도에서 컬럼내에서 수행할 수 있다. 약간의 온도 구배가 주어진 온도 범위내에 존재할 수 있으며, 이는 컬럼 상부로부터 하부 방향으로 증가한다. 이러한 경우에 있어서, 에스테르-교환반응 영역에서의 반응 온도는 사용된 페놀의 증발 온도 이상이 되지 않아야 한다. 따라서, 본 발명에 따르는 에스테르 교환반응은 대기압 또는 50mabr 내지 20bar의 승압 또는 감압하에 수행하는 것이 유리하다. 바람직한 압력 범위는 0.2 내지 12bar, 특히 바람직하게는 0.5 내지 10bar이다.

컬럼 A는 시공간 하중은 반응물의 총량의 0.025 내지 3g/ml(유효 컬럼 용적)/시, 바람직하게는 0.05 내지 3g/ml/시, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3g/ml시, 특히 바람직하게는 0.1 내지 2g/ml/시이며, 이러한 경우, 유효 컬럼 용적은 고정된 내부물이 존재하는 용적 팩킹물의 유효 컬럼 용적을 뜻한다.

"반응 컬럼"으로서 표시되는, 본 발명의 추가의 (제2) 변형 양태에 따르는 반응기 B(제3도 내지 제5도)는 온도 특성이 관찰된 바와 같이 상부로부터 하부 방향으로 증가하여 온도 범위가 50 내지 320℃, 바람직하게는 60 내지 300℃로 적용되는 컬럼형 튜브로 구성되어 있다. 컬럼형 반응기의 개별적인 영역내의 온도 구배를 조절하기 위해, 이들 영역은 단열시키거나 온도 조절 장치를 장착시킬 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 온도조절은, 경우에 따라 가열 또는 냉각(a2 및 a3)을 의미할 수 있다. 반응기 B는 가스 하중 및 액체 하중 및 요구되는 체류 시간에 상응하는 전체 길이의 각종 영역으로 확장시키거나 축소시킬 수 있다.

반응기 B의 컬럼 튜브는 증류용으로 사용되는 통상의 덤핑된 또는 정렬된 팩킹물로 팩킹할 수 있고, 고정된 내부물, 바람직하게는 개별적인 컬럼 영역에 사용할 수 있는 상이한 유형의 덤핑된 팩킹물, 정렬된 팩킹물 또는 고정된 내부물을 포함할 수 있다. 사용되는 덤핑된 팩킹물 또는 정렬된 팩킹물은 증류용으로 통상적인 덤핑된 또는 정렬된 팩킹물이다〔참조: Ullmanns Encyclopadie der Techn. Chemie(Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry), 4th edition, volume 2, pp. 528, ff. ; the company leaflets of the relevant apparatus engineering companies〕. 언급될 수 있는 예는 다음과 같다: 각종 물질, 예를 들면, 유리, 석기, 자기, 스테인레스 강, 특히 금속이 사용되는 경우, 직물 또는 메쉬 형태로 가공될 수 있는 플라스틱 등으로 만들어진 Interpack 팩킹물, Rasching 또는 Pall 링, Berl, Intalex 또는 트로이드 새들(troid saddle), 바람직한 덤핑된 팩킹물 및 정렬된 팩킹물은 예를 들면 Pall 및 Novolax 링, Berl 새들, BX 팩킹물, Montz-Pak, Metalpak, Melladur, Kerpak 및 CY 팩킹물이다.

그러나, 반응기 B용으로는 팩킹된 컬럼 뿐만 아니라 고정된 내부물을 갖는 것도 적합하다. 트레이 컬럼에 통상적인 것, 예를 들면 시이브 트레이, 버블-캡 트레이, 밸브 트레이, 터널 트레이 및, 더구나, 각종 배치에 존재할 수 있는 원심 분리 트레이가 일반적으로 적합하다. 이들 중에서, 체류 시간이 길고 질량-이동이 양호한 버블-캡 트레이 또는 밸브 트레이, 예를 들면 고과류 방지막을 포함하는 버블-캡 트레이 컬럼이 바람직하다.

컬럼 B의 반응 영역으로는, 고정된 내부물이 바람직하며, 분리를 수행하기 위한 부분으로는, 덤핑된 팩킹물 및 정렬된 팩킹물이 바람직하다.

컬럼 B의 하단에, 단열 처리된 단열 컬럼 부분에 의해 분리될 수 있는 하나 이상의 증발기를 배치한다. 이들 증발기는 컬럼의 내부 또는, 바람직하게는, 외부에 배치할 수 있다. 본 발명의 산업용 양태에 있어서, 당해 기술분야에서 통상적인 장치, 예를 들면 순환 증발기, 유하막 증발기 및 나선형 튜브 증발기를 사용한다.

증발기 영역 위에 존재하는, "반응 영역"으로 칭명되는 중심 영역에는, 고정된 내부물을 사용하는 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는, 다량의 액체 잔류액을 갖는 것, 예를 들면 고과류 방지막을 포함하는 버블-캡 트레이 사용한다. 이러한 영역에서의 이론상의 플레이트 수는 2 내지 50개, 바람직하게는 2 내지 25개, 특히 바람직하게는 2내지 15개이다. 이러한 영역에서의 액체 잔류액은 내부물의 내부 용적의 5 내지 80%, 바람직하게는 10 내지 75%, 특히 바람직하게는 15 내지 50%를 차지한다.

다시, 이러한 영역위에서, 컬럼은 증류에 의한 물질 분리용으로 특히 적합한 다른 팩킹물 또는 내부물로 이루어질 수 있다. 컬럼 B의 상단에서, 농축화 영역은 특정 칼럼 환류가 달성될 수 있도록 배열되어 있다. 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 전체 방법에 필요한 대부분의 에너지는 컬럼 B의 하단에 배열된 증발기에 의해 공정에 도입되며, 대부분의 과잉 에너지는 다시 반응기 B의 상단에 배치된 농축화 영역에 의해 분리된다. 이러한 에너지는 칼럼 A 및 B에서 진행되는 분리 및 반응동안 내부적으로 이용된다.

컬럼 B는, 전체 공정(제3도 내지 제5도) 내에서, 공급물(5)를 통해, (4)에서 컬럼 A로부터 회수되고, 소량의 디아릴 카보네이트, 디알킬 카보네이트 및 에스테르 교환 촉매를 함유할 수 있는 알킬 아릴 카르보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물로 이루어진 액체 상태의 스트림을 "반응 영역"으로 칭명되는 영역 위의 컬럼 중심부로 공급하는 방식으로 작동된다. 이 스트림은 "반응 영역"으로 통과함으로써 디아릴 카보네이트로 부분적으로 전환되고 여전히 비반응된 반응물은 상기한 증발기를 사용하여 기체 상태로 컬럼 B의 중심부와 상부로 반송된다. 이들을 냉각시키고 다시 반응시켜 디아릴 카보네이트 최종 생성물을 형성한다. 디아릴 카보네이트 최종 생성물을 비점이 가장 높은 반응 성분으로서 칼럼의 하부 영역에서 농축시키고 균질하게 용해될 수 있는 촉매 및 소량의 알킬 아릴 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물과 함께 (7)을 통해 배출시킨다. 연결된 하부 순환 가열기가 (a1)이다.

(3)에서 컬럼 A로부터의 상부 생성물로서 분리한 상기한 생성 스트림을 바람직하게는 기체 상태로 컬럼 B 1/2 상부에, 바람직하게는 1/3 상부에 (6)을 통해 공급한다. 생성 스트림을 컬럼 B의 상부에서 일반식(Ⅳ)의 알콜 80 내지 20중량% 및 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 20 내지 80중량%의 혼합물 (i), 바람직하게는 일반식(Ⅳ)의 알콜 30 내지 70중량% 및 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 70 내지 30중량%의 혼합물(i)과 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 95 내지 100중량% 및 일반식(Ⅳ)의 알콜 0 내지 5중량%의 혼합물(ii), 바람직하게는 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 97 내지 99.8중량%와 일반식(Ⅳ)의 알콜 3 내지 0.2중량%의 혼합물(ii)로 분할한다. 주어진 조성 및 100%를 초과하는 외에, 혼합물(ii)는 또한 방향족 하이드록실 화합물을 항상 함유한다. 이러한 분리를 위해, 이론상의 플레이트 수가 10 내지 50개, 바람직하게는 10 내지 30개인 컬럼 영역이 필요하며, 이때 분리는 특이적으로 조절가능한 환류에 의해 영향을 받을 수 있다. 고급 알콜 부분-스트림(i)은 (8)에서 상단을 통해 분리되고(냉각기 a4), 추가로 후처리하거나, 알콜 농축물이 적합한 경우, 디알킬 카보네이트를 제조하기 위한 직접 상부 스트림 에스테르 교환 반응 공정에 직접 공급할 수도 있다. 저급 알콜 부분-스트림(ii)은 지시된 분리 영역 아래에서 (10)을 통해 분리하고 상기한 바와 같이 기체 상태로 (2)에서 컬럼 A로 반송된다. 상기한 증류에 의한 분리용 및 기체 스트림(10)에서 (2)로의 과열용 에너지는 필수적으로 컬럼 B의 하단으로부터 고온에서 증류하고 컬럼 B의 중심부에서 다시 냉각시킨 페놀 및 알킬 아릴 카보네이트에 의해 공급된다. 이들 방법을 지지하기 위해, 필요한 경우, 추가의 열 교환기를 컬럼의 중심부에 제공할 수 있다(제4도 및 제5도에서 a2와 a3).

일반식(Ⅱ)의 축합 페놀을 액체 상태로 이의 비점 바로 아래의 온도에서 디알킬 카보네이트 스트림의 배출 위치(10) 아래의 컬럼 B의 적합한 위치(9)에서 회수하고, 상기 기술한 바와 같이 (1)에서 액체 상태로 컬럼(A)로 반송시킨다. 플레이트 수가 2 내지 20개, 바람직하게는 3 내지 10개인 컬럼 영역이 페놀 스트림의 용해를 위해 필요하다. 더욱이, 반응기를 공급 위치(6)와 기체 배출 위치(10) 사이에서 기체측으로 분리하고, 이러한 칼럼 B의 위치에서, 액체 스트림만을 상부로부터 하부로 이송시키고, 기체 스트림 및 에너지 스트림을 부분적으로 조절가능한 증기 분리기를 사용하여(10)을 통해 (2)로 컬럼 A로, 그리고 (3)을 통해 (6)으로 컬럼 B의 상부로 이송시키는 것이 편리할 수 있다. 이는 예를 들면 (9)와 (10)사이의 특정 중간 플레이트에 의해 가능할 수 있다.

특정 기술에 있어서(제5도), 필수적으로 디아릴 카보네이트로 이루어진 조생성 혼합물(7)을 추가로 반응시키고, 하부 스트림 분리 반응기 C에서 0.05 내지 1.0bar의 압력하에 분리하고 순수한 디아릴 카보네이트를 (15)를 통해 컬럼의 측방 스트림에서 분리하고 디아릴 카보네이트 함유 촉매 하부 생성물 (16)을 컬럼의 하단에서 분리하고 비반응된 출발물질과 형성된 비점이 낮은 생성물을 상단을 통해(14)에서 분리한다. 촉매의 하부 생성물(16)은 적합한 위치에서 공정내로, 예를 들면, 상기산 위치(13, 13')에서 반응기 A로 또는 반응기 B(13'')로 반송할 수 있다. 부분적인 불활성화가 발생하는 경우, 물론 일부의 촉매 하부 생성물을 회수(16')할 수 있고, 제거된 일부의 촉매를 적합한 위치에서 신선한 촉매로 대체할 수있다. 컬럼 C의 상부 생성물로서 제조된 혼합물은 생성물 스트림(4)를 통해 (5)로 반송시키고, 가능하게는, 압력을 균일화한 후 에스테르-교환 반응 공정으로 반송시킨다.

균질하게 용해되거나 현탁된 촉매를 사용하는 경우, 컬럼 A에서 이미 활성화되고 하부 생성물(4)에 함유된 촉매는 필수적으로 (5)에서 컬럼 B로 공급되고, 그 결과, B의 반응기 영역에서 활성이다. 그러나, 추가로, 디알킬 카보네이트-제거 영역 아래에 위치에서, 동일한 유형의 추가의 촉매 또는 제2촉매(13")에 공급할 수 있다. 불균질한 촉매가 사용되는 경우, 이들은 상기한 팩킹물과의 혼합물로, 팩킹물 대신 적합한 형태로, 또는 바람직하게는 장착된 컬럼 트레이상의 베드로서 사용할 수 있다.

컬럼 B에서의 반응은 50mbar 내지 5bar, 바람직하게는 0.1 내지 3bar, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2bar, 매우 특히 바람직하게는 상압하에 수행한다. 반응 영역을 나타내는 컬럼 B 영역에서의 온도는 100 내지 300℃, 바람직하게는 120℃ 내지 280℃, 특히 바람직하게는 140 내지 260℃이다.

반응에 의해 생성물을 형성함으로써 소모되거나 (7) 또는 (8)을 통해 생성물과 함께 공정으로부터 제고된 주출물을 일련의 역류 에스테르-교환반응으로 컬럼 A에 공급하고 페놀은 액체 상태로 컬럼의 상단에서(1')로서 도입하고, 디아릴 카보네이트는 기체 상태로 컬럼 A의 하단에 (2')로서 도입한다. 그러나, 페놀(11) 및 디알킬 카보네이트(12)의 바람직한 공급 위치는 컬럼 B의 중심부와 상부 영역이며, 이 위치에서, 순수한 디알킬 카보네이트 및 상기한 양의 알콜 0 내지 5중량%를 포함하는 혼합물은 별문제로 하고, 또한 20중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하의 알콜과 디알킬 카보네이트의 혼합물을 사용할 수도 있다. 상응하는 알콜의 60중량%이하와 디알킬 카보네이트의 혼합물을, 제5도에 도시한 바와 같이, 컬럼 A로부터 증기 공급물(6) 위의 위치(12')에서 컬럼 B에 가하는 경우, 사용할 수 있다. 바람직하게는 1 내지 10중량%이다.

제3도 및 제5도에서, (a6) 및 (a5)는 각각 칼럼 A 및 C에 대한 통상의 하부 순환 가열기이고(a7) 및 (a8)은 각각 컬럼 A 및 C상에 환류 불균등화 반응기를 갖는 냉각기이고 (a9)는 (2')에서 컬럼 A에 공급되는 디알킬 카보네이트용 증발기(제3도)이다.

제6도는 예시용 양태와 관련하여 기술되는 제4도를 보충하는 추가의 설명을 나타내는 것이다.

유용한 촉매는 불균질 및 균질 촉매이다. 불균질 촉매는 컬럼내에 고정된 베드로서 배치될 수 있다. 그러나, 이들은, 가능하게는 일부의 출발 물질과의 혼합물로서, 컬럼의 상부 내지 중심부에서 현탁액의 형태로 사용될 수 있고, 다시 컬럼을 저휘발성 반응 생성물과 함께 하단을 통과하고, 분리된 후 재사용할 수 있다. 균질 촉매는 컬럼의 상부 내지 중심부에서 사용되고 방향족 하이드록실 화합물과의 혼합물로서 사용될 수 있다.

본 발명에 따르는 모든 반응 단계에, 동일한 촉매를 사용할 수 있다. 이들은 디알킬 카보네이트/페놀 에스테르 교환 반응으로 문헌에 공지된 에스테르 교환 반응 촉매, 예를 들면 수화물, 산화물, 수산화물, 알콜레이트, 아미드 및 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 예를 들면, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 마그네슘 및 칼슘, 바람직하게는 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 및 칼슘, 특히 바람직하게는 리튬, 나트륨 및 칼륨의 기타 염(US 3,642,858; US 3,803,201; EP 1082)이다.

알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 염은 무기 또는 유기산, 예를 들면 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 벤조산, 스테아르산, 카본산(탄산염 또는 탄산수소염), 인산, 프루스산, 티오시안산, 붕산, 주석산, C₁-C₄-스타논산 또는 안티몬산의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 염일 수 있다. 유용한 알칼리 금속 및 알칼리 토금 속의 화합물은 바람직하게는 옥사이드, 수산화물, 알콜레이트, 아세테이트, 프로피오네이트, 벤조에이트, 카보네이트 및 하이 드로겐카보네이트, 특히 바람직하게는 수산화물, 알콜레이트, 아세테이트, 벤조에이트 또는 카보네이트이다.

언급된 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리 토금속 화합물은 반응시킬 반응 혼합물을 기준으로 하여 0.001 내지 2중량%, 바람직하게는 0.005 내지 0.9중량%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 0.5중량%의 양으로 사용된다.

본 발명의 따라 사용될 수 있는 추가의 촉매는 루이스산 금속 화합물, 예를 들면, AlX₃, TiX₄, UX₄, TiX₄, VOX₃, VX₅, ZnX₂, FeX₃및 SnX₄(여기서, X는 할로겐, 아세톡시, 알콕시 또는 아릴옥시이다)〔DE-OS 2,528,421, 2,552,907〕(예: 사염화티탄, 티탄 테트라페녹사이드, 티탄 테트라에톡사이드, 티탄 테트라이소프로필레이트, 티탄 테트라도데실레이트, 주석 테트라이소옥틸레이트 및 알루미늄 트리이소프로필레이트)이외에, 0.001 내지 20중량%의 양의, 일반식(R¹¹)_4-X-Sn(Y)x의 유기주석 화합물(여기서, Y는 라디칼 OCOR¹², OH 또는 OR이고, R¹²는 C₁-C₁₂-알킬, C₆-C₁₂-아릴 또는 C₇-C₁₃-알킬아릴이고, R¹¹은 R¹²와는 독립적으로 R¹²의 의미를 갖고, x는 1 내지 3의 정수이다), 알킬 라디칼의 탄소수가 1 내지 3인 디알킬주석 화합물 또는 비스-(트리알킬주석)화합물, 예를 들면, 트리메틸주석, 아세테이트, 트리에틸주석 벤조에이트, 트리부틸주석 아세테이트, 트리페닐주석 아세테이트, 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디옥틸주석 디라우레이트, 디부틸주석, 아디피네이트, 디부틸디메톡시주석, 디메틸주석 글리콜레이트, 디부틸디에톡시주석, 트리에틸주석 하이드록사이드, 헥사에틸스탄옥산, 헥사부틸스탄옥산, 디부틸주석 옥사이드, 디옥틸주석옥사이드, 부틸주석 트리이소옥틸레이트, 옥틸주석 트리이소옥틸레이트 디부틸스탄온산 및 옥틸스탄온산〔EP 879, EP 880, EP 39, 452 DE-OS 3 445 555, JP 79/630 23〕, 카본산의 디에스테르를 기준으로 하여 0.001 내지 20중량%, 바람직하게는 0.005 내지 5중량% 양의, 일반식 -〔-R, R¹¹Sn-O-〕-의 중합체성 주석 화합물, 예를 들면, 폴리〔옥시(디부틸스탄일렌)〕, 폴리〔옥시(디옥틸스탄일렌)〕, 폴리〔옥시(부틸페닐스탄일렌)〕 및 폴리〔옥시(디페닐스탄일렌)〕〔DE-OS 3 445 552〕, 일반식 -〔-RSn (OH)-O)-〕-의 중합체성 하이드록시스탄옥산, 예를 들면, 폴리(에틸 하이드록시스탄옥산), 폴리(부틸하이드록시스탄옥산), 폴리(옥틸 하이드록시스탄옥산), 폴리(운데실하이드록시스탄옥산) 및 폴리(도데실하이드록시스탄옥산)〔DE-OS 4 006 520〕이다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 추가의 주석 화합물은 일반식 X-R₂Sn-O-R₂Sn-Y의 Sn(Ⅱ) 옥사이드(여기서, X 및 Y는 서로 독립적으로 OH, SCN, OR¹¹, OCOR¹¹또는 할로겐이고, R은 알킬 또는 아릴)이다(EP 0 338 760).

본 발명에 따라 사용할 수 있는 추가의 촉매는 카보네이트 1mol당 0.001 내지 1mol, 바람직하게는 0.005 내지 0.25mol 양의 트리오가노포스핀, 킬레이트 화합물 또는 알칼리 금속 할라이드의 존재 또는 부재하의 납 화합물, 예를 들면. Pb(OH₂),2PbCO₃,Pb(OCO-CH₃)₂,Pb(OCO-CH₃)₂·2LiCl, Pb(OCO-CH₃)₂2PPh₃(JP57/176932, JP 01/093580), 기타 납(Ⅱ) 화합물 및 (Ⅳ) 화합물, 예를 들면, PbO, PbO₂, 적납, 플룸바이트 및 플룸베이트(JP 01/093560), 철(Ⅲ) 아세테이트(JP 61/172852)이외에, 예를 들면, 알칼리 금속, 아연, 티탄 및 철의 구리염 및/ 또는 금속착물(JP 89/00588), 루이스산과 양성자산의 배합물〔DO-OS 3 445 553〕또는 Sc, Cr, Mo, W, Mn, Au, Ga, In, Bi, Te 및 란탄족 원소 화합물(EP 338, 760)이다.

또한, 불균질 촉매 시스템이 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있다. 이러한 불균질 촉매 시스템은, 예를 들면, 규소 및 티탄 할라이드의 공동 가수분해에 의해 제조될 수 있는 규소 및 티탄의 혼합 옥사이드(JP 54/125617) 및 BET 표면적이 큰(즉, 20m²/g초과) 이산화티탄〔DE-OS 4 036 594〕이다.

본 발명에 따르는 방법에서 바람직하게 사용될 수 있는 촉매는 주석 화합물, 티탄 화합물 및 지르코늄 화합물 및 상기한 알칼리 금속 화합물 및 알칼리 토금속 화합물, 특히 바람직하게는 유기 주석 화합물, 티탄 테트라알킬 에스테르 및 티탄 테트라이릴 에스테르이다.

사용가능한 촉매량은 문헌에 언급된 양과 다소 상이할 수 있다.

실시예 1 내지 6 (제1 변형 양태)

(제1도, 반응기 A, 역류 에스테르-교환반응)

175℃로 등온적으로 온도 조절되고 V4A 스테인레스 강 와이어 메쉬 링(3×3mm)으로 팩킹된 길이가 185mm이고 직경이 28mm인 컬럼 상단에 160℃ 로 예열된 페놀과, 각각의 경우에 사용된, 촉매의 액체 혼합물을 연속적으로 충전시켰다. 액체 스트림에 대해, 분리 장치에서 기화시킨 기체상 디메틸 카보네이트 또는 디메틸 카보네이트와 메탄올의 기체상 혼합물을 공급하고 컬럼내로 컬럼 하단에서 35cm 위로 공급하였다. 단 농축화 영역(환류 불균등화 반응기를 갖는 15cm 길이의 단열 컬럼)을 갖는 컬럼의 상부에서, 메탄올과 메틸 카보네이트의 혼합물(상부 생성물)을 연속 배출시키고, 컬럼의 하부에서, 메틸 페닐 카보네이트, 디페틸 카보네이트, 소량의 디메틸 카보네이트 및 촉매의 혼합물(하부 생성물)을 연속 배출시켰다. 분리 스트립핑 영역의 존재하지 않기 때문에, 디메틸 카보네이트는 하부 생성물로부터 완전 제거될 수 없고 하부 생성물의 생성물 농도를 희석시킨다. 메틸 페닐 카보네이트 및 디페닐 카보네이트의 형성에 대한 선택성은 모든 실시예에서 99%를 초과하였다.

하기 표 1에, 사용된 초기 양, 반응 조건 및 실험 결과가 기재되어 있다.

결과는 다수의 측정이 수행되는 수단에 의해 일정한 조건을 설정한 후에 측정되었다.

[표 1]

*) MPC로서 계산된 MPC 형성 및 DPC 형성에 대한 시공간 수율

DMC = 디메틸 카보네이트

MPC = 메틸 페닐 카보네이트

DPC = 디페닐 카보네이트

[실시예 7]

(제2도, 반응기 A, 역류 에스테르-교환반응0

실시예 1 내지 6에 기술된 바와 같이 장착된 내부 직경이 28mm인 350cm 길이의 팩킹된 컬럼 상단에 상기 기술한 조건하에, 페놀 100g/시 및 옥틸스탄온산 1.4g/시 및, 역류 속에서, 증기 디메틸 카보네이트 100g/시의 혼합물을 연속 충전시켰다. 컬럼 상단에서, 메탄올 12.3 중량% 및 디메틸 카보네이트 87.7중량%의 혼합물 75g/시를 연속 분리하고, 컬럼 하단에서, 메틸 페닐 카보네이트 26.8중량%, 디페닐 카보네이트 5.4중량%, 페놀 60.8중량%, 디메틸 카보네이트 7.0 중량% 및 촉매의 혼합물 125g/h를 연속 분리하였다. 이는 26%의 페놀 전환율에 상응한다. 메틸 페닐 카보네이트 및 디페닐 카보네이트의 형성에 대한 선택성은 99%를 초과하였다.

[실시예 8]

(제1도, 반응기 A, 역류 에스테르-교환반응)

실시예 1 내지 6에서 기술한 바와 같이, 페놀 150g/시 및 옥틸스탄온산 2.1g/시의 혼합물을 증기 디에틸 카보네이트 150g/시와 역류 반응시켰다. 컬럼의 상단에서 일정한 조건을 달성한 후, 에탄올 6.5중량%와 디에틸 카보네이트 93.5중량%의 혼합물 115g/시를 연속 분리하고, 컬럼의 하단에서, 에틸 페닐 카보네이트 12.4중량%, 디페닐 카보네이트 0.6중량%, 페놀 75.0중량%, 디에틸 카보네이트 12.0중량% 및 촉매의 혼합물 185g/시를 연속 분리하였다. 에틸 페닐 카보네이트 및 디페닐 카보네이트의 전환에 관한 선택성은 99%를 초과하였다.

[실시예 9 내지 14]

(제1도, 반응기 A, 역류 에스테르-교환반응)

실시예 1 내지 8에 기술한 팩킹된 컬럼과 대조적으로, 길이가 72cm이고 직경이 4.75cm이며 175℃로 등온적으로 온도조절된 총 10개의 트레이 및 액체 잔류액이 240ml인 유리 버블-캡 트레이 컬럼을 사용하였다. 컬럼의 하단에 35cm 길이의 공급물 분획을 배치하고 컬럼의 상단에 40cm 길이의 농축화 영역을 배치하였다. 실시예 1 내지 6에서와 같이 반응을 수행하였다. 메틸 페닐 카보네이트 형성 및 디페닐 카보네이트 형성에 대한 선택성은 모든 실시예에서 99%이었다.

표 2에, 사용된 초기양, 반응 조건 및 실험 결과를 기재하였다. 결과는 다수의 측정 동안 일정한 조건을 달성한 후에 측정하였다.

[표 2]

*) MPC로서 계산된 MPC 형성 및 형성에 대한 시공간 수율

DMC = 디메틸 카보네이트

MPC = 메틸 페닐 카보네이트

DPC = 디페닐 카보네이트

[실시예 15]

(제1도, 반응기 B, 반응 증류)

상단으로부터 하단에 걸쳐 하기의 방식으로 구성된 컬럼 유형의 반응기를 사용하였다.

-단순 증류 장치가 장착되어 있고 비등물 회수점이 낮은 , 길이가 20cm이며 95℃로 가열된 부분 축합기;

-출발물질 공급점;

-185℃로 등온적으로 온도 조절되고 길이가 65cm이며 내부 직경이 4.5cm인 10개의 트레이 시이브-플레이트 컬럼;

-270℃로 등온적으로 온도 조절되고 길이가 25cm이며 내부 직경이 2.8cm이고 V4A 스테인레스 강 외어어 메쉬 링(3×3)으로 팩킹된 튜브(증발기 2);

-길이가 25cm이고 내부 직경이 2.8cm이며 스테인레스 강 V4A 외이어 메쉬링으로 팩킹된 단열적으로 단열 컬럼;

-265℃로 등온적으로 온도 조절되고 길이가 25cm이고 하부 생성물 회수점을 갖는 나선형 튜브 증발기(증발기 1).

메틸 페닐 카보네이트 75g/시, 페놀 175g/시 및 옥틸스탄온산 3g/시의 혼합물을 상기 반응기에 시이브-점 컬럼 위의 공급점에서 연속 공급하였다. 동시에, 나선형 튜브 증발기로부터의 완만한 질소 스트림 2〔ℓ·h^-1〕를 출발 물질 스트림에 대해 반대 방향으로 통과시켰다. 일정한 조건을 달성한 후, 장치의 상단에서, 메탄올 2.2중량%, 디메틸 카보네이트 13.7중량% 및 페놀 84.1중량%의 혼합물 195g/시를 연속 회수하고, 컬럼의 하단에서 페놀 1.5중량%, 메틸페닐 카보네이트 0.9중량% 및 디페닐 카보네이트 97.6중량%의 혼합물 61g/시를 연속적으로 회수하였다. 디페닐 카보네이트의 형성에 대한 시공간 수율은, 반응기 용적을 기준으로 하여, 0.06g/시이었다. 사용된 메틸 페닐 카보네이트 18.6%가 페놀과 반응하고 에스테르-교환반응하여 디페닐 카보네이트를 형성하였다. 디페닐 카보네이트의 형성에 대한 선택성은 99.9%를 초과하고, 이는 부산물이 검출되지 않을 수 있음을 의미한다.

[실시예 16]

(제1도, 반응기 B, 반응 증류)

실시예 15에서 기술한 컬럼 장치에서, 상기 기술한 조건에 메틸 페닐 카보네이트 50g/시, 페놀 200g/시 및 옥틸스탄온산 3.25g/시의 혼합물을 반응시켰다. 일정한 조건을 달성한 후 , 장치의 상단에서, 메탄올 1.0중량%, 디메틸 카보네이트 5.4중량% 및 페놀 93.6중량%의 혼합물 210g/시를 연속 회수하고, 컬럼의 하단에서, 페놀 9.4중량%, 메틸 카보네이트 1.9중량% 및 디페닐 카보네이트 88.7중량%의 혼합물 48g/시를 연속 회수하였다. 디페닐 카보네이트 형성에 대한 시공간 수율은 용적을 기준으로 하여, 0.048g/㎖/시이었다. 사용된 메틸페닐 카보네이트는 20.5%가 페놀과 반응하고, 에스테르 교환 반응하여 디페닐 카보네이트를 형성하였다. 디페닐 카보네이트 형성의 선택성은 99.9%를 초과하고 이는 부산물이 검출되지 않을 수 있음을 의미한다.

[실시예 17]

(반응기 B, 반응 증류)

실시예 15에서 기술한 컬럼 장치에서, 10개의 트레이 시이브-플레이트 컬럼 대신에 183℃로 등온적으로 온도 조절되고 길이가 72cm이고 내부 직경이 4.75cm인 10개의 트레이 버블-캡 트레이 컬럼을 사용하여 상기 기술한 조건하에 메틸 페닐 카보네이트 150g/시, 페놀 350g/시 및 옥틸스탄온산 6.25g/시의 혼합물을 반응시켰다. 일정한 조건을 달성한 후, 장치의 상단에서, 메탄올 1.3중량%, 디메틸 카보네이트 8.5중량% 및 페놀 90.2중량 %의 혼합물 365g/시를 연속 분리하고, 컬럼의 하단에서, 페놀 6.2중량%, 메틸 페닐 카보네이트 14.0중량% 및 디페닐 카보네이트 79.8중량%의 혼합물 135g/시를 연속 회수하였다. 반응기 용적을 기준으로 하여, 디페닐 카보네이트 형성에 대한 시공간 수율은 0.085g/㎖/시였다. 사용된 메틸 페닐 카보네이트 16.6%가 페놀과 반응하고 에스테르-교환반응하여 다시 디페닐 카보네이트를 형성하였다. 디페닐 형성의 선택성은 99%를 초과하고 이는 부산 물이 검출되지 않을 수 있음을 의미한다.

위의 실시예로부터, 특정 에스테르 교환반응 문제에 적용된 본 발명에 따르는 기술을 사용하여, 반응도식 1에 따르는 제1에스테르 교환 반응 단계에서, 압력 및 과량의 디알킬 카보네이트를 적용하지 않고 비교적 낮은 온도에서도 아릴 카보네이트와 알콜의 시공간 수율이 선행 기술에 비해(0.02g/㎖/시 미만) 상당히 크며 (즉 0.02 내지 0.06g/㎖/시), 동시에 매우 높은 선택성이 달성될 수 있으며(즉, 99.9중량%를 초과함), 이는 생성 스트림에서의 부산물이 0.1중량%를 초과하지 않음을 의미한다. 알킬 아릴 카보네이트의 전환은 반응 증류 장치에서 대부분 정량적으로 본 발명에 따르는 기술에 의해 수행되는 반면, 이들은 반응도식 3에 따라 불균등화 반응에 의해서 뿐만 아니라 페놀과의 에스테르 교환반응에 의해 상당히 전환되어 디아릴 카보네이트를 제공한다.

[실시예 18 내지 21(제2변형 공정)]

상기에서 지정된 것 이외에, 추가의 기호가 하기에 주어진 바와 같은, 역류 에스테르-교환반응 컬럼 A와 반응컬럼 장치 B(제4도의 특정 양태로서 제6도 참조)가 조합된 에스테르-교환반응:

[역류컬럼 A]

하부로부터 기술함:

F1:컬럼의 저부에 20cm길이의 사이펀을 통한 액체 하부 회수부;

G1: 컬럼 A의 하단에 장치 B로부터의 기체상 디알킬 카보네이트 스트림용 공급위치;

K1: 내부 직경이 12cm이고 10개의 버블-캡 트레이(12×10cm)를 갖는 단열 유리 트레이 컬럼(트레이 측정);

F2: 컬럼 A의 상단에서 컬럼 B로부터의 액체 페놀 스트림용 도입점;

G2: 단열 유리 튜브를 통하여 컬럼 장치 B로의 기체상 상부 생성물 회수부.

반응 컬럼 장치 B:

하부로부터 상부로 기술함:

V1: 하단에 비점이 높은 수위의 조절이 가능한 회수부(P1) 및 컬럼 K2에 대한 연결부로서 단열 유리 L자형 관(elbow)를 갖는 유하막 증발기(증발 면적 약 0.1m²);

K2: 내부 직경이 10cm이고 5개의 버블-캡 트레이(10×10cm) 및 온도 측정점 T1을 갖는 단열 트레이 컬럼;

V2: 길이가 30cm이고 내부 직경이 7.5cm이며 각각의 직경이 1cm인 2개의 내부 증발기 코일(증발기 면적 약 0.15cm²) 및 하단 및 상단에서의 내부 온도 측정점(T2, T3)을 갖는 오일-온도조절된 강력한 냉각기;

K3: 내부 직경이 10cm인 10개의 버블-캡 트레이(10×10cm)의 단열 트레이 컬럼;

F3: 컬럼 A로부터 액체 하부 생성물(F1)에 대한 공급점;

K4: 길이가 55cm이고 내부 직경이 5cm이며 SULZER 배치된 팩킹물 DX를 갖는 단열 컬럼 영역;

B1: 액체 스트림 측정용 2개의 50ml 유동 측정 트레이 사이에 페놀 배출용 100ml 트레이(F4)를 갖는 칼럼 A(길이 30cm, 내부 직경 5cm)에 대한 액체 페놀 스트림 배출용 특정 영역;

K5: 길이가 55cm이고 내부 직경이 5cm이며 SULZER 배치된 팩킹물 DX를 갖는 단열 컬럼;

E2: 디알킨 카보네이트 또는 디알킬 카보네이트/알콜 공급 위치(예를 들면, 알콜 함량이 비교적 높은 출발 물질의 혼합물이 사용되는 경우, E1 근처);

B2: (i) 컬럼 A용 기체 배출구(G3)

(ii) 기체 스트림을 컬럼 K6으로 조절 가능하게 유도하기 위한 밸브에 의해 조절 가능한 라인(G4) 및

(iii) 액체 스트림을 컬럼 K6으로부터 반송시키기 위한 50cm 길이의 다양하게 조절할 수 있는 사이펀을 갖는 특정 트레이;

K6: 길이가 55cm이고 내부 직경이 5cm이며 SUZER 배치된 팩킹물 DX를 갖는 단열 칼럼;

G5: 컬럼 A로부터의 기체 스트림용 기체 요입 튜브;

E1: 페놀 공급 위치;

K7: SUZER 캄파니 EX에 배치된 팩킹물로 팩킹된 120×5cm의 단열 영역;

P2: 환류 냉각기, 환류 불균등화 반응기 및 환류 측정기를 갖는 상부 생성물 회수점;

K: 칼럼 영역;

V: 수증기/열교환기;

B: 특정 트레이;

F: 액체 공급 및 회수점;

G: 기체 공급 및 배출점;

E: 출발물질 공급점;

P: 최종 생성물 회수점;

T: 온도 측정점(다음에 주어지지 않은 측정점은 도면으로부터 추론할 수 있다).

컬럼 A의 상단 생성물 회수점(G2)을 단열 라인을 통해 컬럼 장치 B의 기체 유입 튜브(G5)에 연결시킨다. 컬럼 A의 하단 생성물 회수점(F1)을 단열 라인을 통해 컬럼 B의 투입물 공급점(F3)에 연결시킨다. 장치 B의 특정 트레이(B1)에서 액체 배출구(F4)를 중간 연결된 계량 펌프를 갖는 가열가능한 라인을 통해 컬럼 A의 투입물 공급점(F2)에 결합시킨다.

장치 B의 특정 트레이(B2)에서의 기체 배출구(G3)를 단열 라인을 통해 컬럼 A의 기체 투입물 공급기(G1)에 연결시킨다. 비점이 높은 생성 혼합물(P1)을 통해 장치 B의 하단에서 회수하고 비점이 낮은 생성 혼합물을 장치 B의 상단에서 (P2)를 통해 회수한다.

실험은 하기의 기술에 따르는 장비로 수행하였다:

개시 방법 및 작동 조건:

1. 장비는 공칭 하중하, 소정의 압력하에(모든 실시예에서 대기압하에) 200℃로 고정된 증발기 V1 및 V2를 사용하여 E1를 통해 페놀 용량의 크기 순서에 있어서 페놀 환류가 전체 장비에 제공될 때까지 페놀로 충전시켰다.

2. (F4)를 통해 이동하는 페놀을 동일한 밸브에 고정시켰다.

3. (13을 통해) 도입되는 촉매 및 (E2를 통해) 도입되는 DMC를 미리 설치된 밸브에 고정시켰다.

4. 표에 언급된 밸브간의 상부 온도 T₁₁에서 메탄올과 디메틸 카보네이트의 혼합물을 온도 조절 및 환류 조절하에 P2를 통해 회수하였다.

5. 온도 Tg를 밸브 G4에 의해 조절되는 K5로부터 유출되는 기체 스트림을 사용하여 예비 설정된 값으로 조절하였다.

6. 페놀 용량(E1)을, 페놀 용량이 감소함에 따라 T₇는 증가하고 페놀 용량이 증가함에 따라 T₇는 감소하도록 예비 설정된 온도 T₇의 값을 통해 조절하였다.

7. 하부 증발기 온도 V1 및 V2를 증가시킴으로써, 예비 설정된 온도 T₁, T₂및 T₃의 값을 고정시키고, 디페닐 카보네이트 생성 혼합물을 P1을 통해 컬럼 B의 하단에서 회수하였다.

8. (F4)를 통한 페놀 순환량은, 페놀 순환량이 감소하면 T₅가 증가하고 페놀 순환량이 증가하면 하강하도록 온도 T₅의 값을 통해 조절하였다.

실험 조건 및 실험 결과는 표에 나타내었다.

실시예로부터, 본 발명에 따르는 방법을 사용함으로써, 특정의, 질량-커플링되고 에너지-커플링된 컬럼 조합 방법으로, 선행 기술에서 불가능한 고도로 농축화된 디페닐 카보네이트 분획 및 메탄올 분획이 동시에 수득됨을 알 수 있다. 실시예 21로부터, 디메틸 카보네이트와 메탄올의 혼합물(여기서, 메탄올은 혼합물의 8중량%를 차지한다)을 적합한 위치에서 본 발명에 따르는 방법으로 수율의 손실없이 도입할 수 있다. 컬럼 B의 하부 증발기를 통해 도입된 에너지는 모든 반응 및 이동 공정 및 분리 공정을 수행하기 위해 자유롭게 사용할 수 있다. 모든 증발 공정 및 냉각 공정은 직접 커플링되고, 냉각 및 재증발이 외부적으로 수행될 필요가 없기 때문에, 도입된 에너지의 최적 이용이 가능하다.

[표 : (실시예 18 내지 21)]

* E1에 제공된 페놀, DMC 및 메탄올의 혼합물.

** Sncat = 폴리(옥틸하이드록시스탄온산)

DMC = 디메틸 카보네이트

MPC = 메틸 페닐 카보네이트

DPC = 디페닐 카보네이트

Claims (12)

1. 방향족 하이드록실 화합물에 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에 디알킬 카보네이트와 에스테르-교환반응시켜 디아릴 카보네이트를 연속적으로 제조하면서 동시에 디알킬 카보네이트에 수반되는 알콜을 제조하는 방법으로서, 2개의 연결된 칼럼 장치 A 및 B 내에서, a) 디알킬 카보네이트를 기체 상태 또는 액체 상태로 A의 하부에 공급하되, 디알킬 카보네이트는 외부 저장기 또는 B의 상부로부터 디알킬 카보네이트가 풍부한 스트림 형태로 유출되고, b) 균질한 가용성 촉매를 사용하는 경우, 방향족 하이드록실 화합물은 외부 저장기 또는 B의 중심부로부터 방향족 하이드록실 화합물 및 촉매를 따로 또는 같이 A의 상부로 공급하되, 방향족 하이드록실 화합물이 풍부한 스트림 형태로 유출되고, 촉매는 외부 저장기로부터 유출되거나 디아릴 카보네이트의 정제와 관련된 재순환 스트림으로부터 유출되거나 방향족 하이드록실 화합물이 풍부한 스트림의 일부로서 B로부터 유출되고, c) 다소의 디아릴 카보네이트 및 잔류 방향족 하이드록실 화합물 및 잔류 디알킬 카보네이트 외에 상당량의 알킬 아릴 카보네이트를 함유하는 A의 하부 스트림을 B의 하부로 공급하고, d) 잔류 디알킬 카보네이트와 함께 알콜을 함유하는 A의 상부 스트림을 후처리기로 공급하거나 B의 상부로 공급하고, e) B의 하부 스트림을 후처리기에 공급하여 디아릴 카보네이트를 회수하고, 후처리시 존재하는 모든 촉매는 분리하여 A 또는 B 또는 둘다에 재순환시킬 수 있고, f) 잔류 디알킬 카보네이트와 함께 알콜을 함유하는 B의 상부 스트림을 후처리기에 공급하여, 에스테르-교환반응을 수행함을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, g) 방향족 하이드록실 화합물이 풍부한 부-스트림(side stream)을 B의 중심부로부터 그러나 c)의 공급부 위에서 취하여, 이 부-스트림을 b)로서 A로공급하는 방법.
3. 제1항에 있어서, h) 디알킬 카보네이트가 풍부한 부-스트림을 B의 중심부로부터 취하여, 이 부-스트림을 a)로서 A로 공급하고, 디알킬 카보네이트를 B의 중심부로 공급하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 에스테르-교환반응용으로 공지된 컬럼 장치내에서 자체가 공지된 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물 1몰을 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 0.1 내지 10몰로 에스테르- 교환반응시킴으로써 일반식(Ⅰ)의 디아릴 카보네이트를 제조하는 방법으로서, 차례로 연결된 2개의 컬럼내에서, (i) 제1칼럼 내에서, 방향족 하이드록실 화합물을 상부로부터 하부로 액체 상태로 수행시키고, 디알킬 카보네이트를 상기한 액체 스트림의 역방향으로 기체 상태로 수행시키는데, 여기서 온도는 100 내지 300℃ 범위로 유지시키고, 압력은 0.5 내지 20bar 범위로 유지시키며, 디알킬 카보네이트는 수반되는 알콜을 디알킬 카보네이트 및 알콜의 총중량을 기준으로 하여 0 내지 5중량% 분획으로 함유하고, (ii) 제1컬럼의 상부에서, 디알킬 카보네이트에 수반되며 에스테르-교환반응에서 유리되는 알콜을 기체 상태로 분리하고, 제1컬럼의 하부에서 필수적으로 알킬 아릴 카보네이트로 이루어진 부분적으로 반응된 에스테르-교환반응 생성물을 액체 상태로 분리하고, (iii) 제1칼럼의 하부 스트림을 제2칼럼의 중심부로 공급하는데, 여기서 온도는 60 내지 320℃ 범위로 유지시키고, 압력은, 제1칼럼으로부터 공급된 하부 스트림의 비점에 따라, 0.05 내지 10bar로 유지시키며, 온도 구배는, 공급된 하부 스트림내에 함유된 알킬 아릴 카보네이트가 제2칼럼의 중심부로부터 필수적으로 상부 또는 하부로 방출되지 않는 방식으로 제2칼럼에 적용시키고, (ⅳ) 제2칼럼의 상부에서, 디알킬 카보네이트, 수반되는 알콜 및 과량의 방향족 하이드록실 화합물을 분리하고, 제2칼럼의 하부에서, 알킬 아릴 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물을 함유할 수 있는 디아릴 카보네이트를 분리하는 방식으로 에스테르-교환 반응을 수행함을 특징으로 하는 방법:

   Ar¹-O-O-CO-O-Ar¹(Ⅰ)

   Ar¹-OH (Ⅱ)

   R¹-O-CO-O-R¹(Ⅲ)

   상기 식에서, Ar¹은 비치환된 페닐 또는 나프틸, 또는 동일하거나 상이하고 C₁-C₄알킬, C₁-C₆알콕시 및 할로겐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 치환체에 의해 일-치환 내지 삼-치환된 페닐이고, R₁은 직쇄 또는 측쇄 C₁-C₆알킬, 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실이다.
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 에스테르-교환반응용으로 공지되어 있는 칼럼 장치내에서 자체가 공지된 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물을 일반식(Ⅲ)의 디알킬 카보네이트 0.1 내지 10몰과 에스테르-교환반응시킴으로써 일반식(Ⅰ)의 디아릴 카보네이트를 제조하는 방법으로서, 반응을 역류 컬럼 A와 반응 컬럼 B의 질량-커플링 및 에너지-커플링 조합 공정하에서 수행하고, 반응 및 분리 공정을 상기한 장치내에서 병렬식으로 수행하되, 역류 컬럼 A에서, 반응 컬럼 B로부터 액체 상태로 적어도 부분적으로 분리한 방향족 하이드록실 화합물을, 0.05 내지 20bardml 압력하에 100 내지 300℃의 온도에서, 역류하게 기체 상태로 수행된, 디알킬 카보네이트 100 내지 95중량부 및 이에 수반된 일반식(Ⅳ)의 알콜 0 내지 5중량부의 혼합물(여기서, 이 혼합물은 반응 컬럼 B로부터 기체 상태로 분리되고 이는 일반식(Ⅱ)의 방향족 하이드록실 화합물을 함유할 수 있다)과 에스테르-교환반응 촉매의 존재하에서 액체상으로 반응시키고, (A에서 하부 생성물로서 생성된) 일반식(Ⅴ)의 알킬 아릴 카보네이트와 비반응된 방향족 하이드록실 화합물의 혼합물을 소량의 디알킬 카보네이트의 존재 또는 부재하에, 그리고 균질하게 용해된 액체 상태의 촉매의 존재 또는 부재하에 반응기 컬럼 B의 하부로 공급하고, (A에서 상부 생성물로서 생성된) 여전히 비반응된 디알킬 카보네이트 및 방향족 하이드록실 화합물로서의 알콜의 기체상 혼합물을 반응기 컬럼 B의 상부에 공급하여, 컬럼 B의 반응영역에서 100 내지 300℃의 온도 및 0.05 내지 5bardml 압력하에 60 내지 95% 이상 정도로 반응시키는데, 여기서, 추가로, 디아릴 카보네이트를 컬럼 B의 하부에서 하부 생성물로서 분리하고, (A로 회수될) 방향족 하이드록실 화합물의 액체 스트립을 컬럼 B의 중심부에서 분리하고, 컬럼 A의 하부 생성물의 공급부 위로, (A로 회수될) 디알킬 카보네이트 95 내지 100중량부 및 이로부터 유도되는 알콜 및 방향족 하이드록실 화합물 0 내지 5중량부의 기체상 혼합물을 액체 방향족 하이드록실 화합물이 배출되는 위치와 컬럼 A로부터의 상부 생성물이 공급되는 위치 사이에 컬럼 B의 중심부에서 분리되고, 유도된 알콜 80 내지 20중량%와 디알킬 카보네이트 20 내지 80중량%의 혼합물을 컬럼 B로부터 상부 스트림으로서 분리하는데, 여기서 반응되거나 분리된 디알킬 카보네이트 및 반응된 방향족 하이드록실 화합물을 컬럼 A 또는 B로 공급함으로써 보강시키는 방식으로 하는 것을 특징으로 하는 방법:

   Ar¹-O-CO-O-Ar¹(Ⅰ)

   Ar¹-OH (Ⅱ)

   R¹-O-CO-O-R¹(Ⅲ)

   R¹OH (Ⅳ)

   Ar¹-O-CO-O-R¹(Ⅴ)

   상기 식에서, Ar¹은 비치환된 페닐; 1 내지 3개의C₁-C₄알킬, C₁-C₄알콕시 및 할로겐 래디칼에 의해 치환된 페닐, 또는 나프틸이고, R1은 직쇄 또는 측쇄 C₁-C₆알킬 또는 C₅-C₆사이클로알킬이다.
6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 일반식(Ⅵ)의 방향족 하이드록실 화합물, 바람직하게는 비치환된 페놀을 사용함을 특징으로 하는 방법.

   Ar¹¹-OH (Ⅵ)

   상기 식에서, Ar11은 페닐 또는, C₁-C₄알킬, C₁-C₄알콕시 또는 염소에 의해 일-치환된 페닐이다.
7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 디메틸 카보네이트 또는 디에틸 카보네이트, 바람직하게 디메틸 카보네이트를 디알킬 카보네이트로서 사용함을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 제2컬럼의 중심부내의 공정영역에서, 알킬 아릴 카보네이트 몰당 2 내지 20몰 과량의 페놀을 사용함을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 제2컬럼에 팩킹물(packings) 또는 내부물(internals)을 포함시키고, 바람직하게는 중심부에 내부물을 포함시키고, 당해영역의 위 및 아래에 팩킹물을 포함시킴을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 내부물이 포함된 제2컬럼의 중심부의 이론적 플레이트수가 2 내지 50개이고, 액체 잔류액이 내부물의 내부용적의 5 내지 80%를 구성함을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 컬럼 A가 트레이 컬럼임을 특징으로 하는 방법.
12. 제5항에 있어서, 디알킬 카보네이트를 컬럼 B에 공급할 때, 디알킬 카보네이트/알콜의 혼합물 중 수반되는 알콜의 허용가능한 함량이, 혼합물의 총중량을 기준으로 하여, 0 내지 5중량% 범위 이상을 초과할 수 있고, 0 내지 60중량%임을 특징으로 하는 방법.