KR20080042382A - Method for preparing aromatic carbonate and reaction equipment for the same - Google Patents

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KR20080042382A
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Abstract

A method for preparing an aromatic carbonate is provided to avoid a need for a step for separating a heterogeneous catalyst, to increase the concentration of low-boiling point reactants, and to enable continuous removal of byproducts, thereby realizing excellent productivity and cost-efficiency. A method for preparing an aromatic carbonate by using a dialkyl carbonate or alkylaryl carbonate and aromatic hydroxyl compound as reactants comprises the steps of: (i) injecting the reactants to the top of a heterogeneous catalyst layer(1b) fixed to a reactor(1); (ii) passing a mixture containing the resultant product obtained after a part of the reactants undergoes a reaction in the catalyst and the remaining reactants through the catalyst layer; (iii) carrying out heat exchange between a part of the liquid reactants in the mixture and vaporous reactants in a column(1c) installed at the bottom of the catalyst layer and transferring the heat exchanged mixture back to the catalyst layer, and sending the remaining mixture to a heat exchanger(3) linked to the bottom of the reactor; (iv) heating the mixture transferred to the heat exchanger, introducing the vaporous reactants into the bottom of the column, discharging a part of the liquid mixture to the exterior of the reactor by controlling the level, and introducing the remaining liquid mixture to the top of the catalyst layer; (v) discharging the vaporous byproducts generated from the top of the catalyst layer and vaporous reactants forming an azeotropic mixture with the byproducts to the exterior of the reactor through a distillation tower(5) linked to the top of the reactor, followed by cooling; and (vi) partially refluxing the cooled liquid byproducts and the reactants to the top of the catalyst layer.

Description

아로마틱 카보네이트의 제조방법 및 그 제조장치{METHOD FOR PREPARING AROMATIC CARBONATE AND REACTION EQUIPMENT FOR THE SAME}A method for producing an aromatic carbonate and a manufacturing apparatus therefor {METHOD FOR PREPARING AROMATIC CARBONATE AND REACTION EQUIPMENT FOR THE SAME}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아로마틱 카보네이트의 제조장치를 도시한 도면임. 1 is a view showing an apparatus for producing an aromatic carbonate according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 반응기 1a : 지지대1 reactor 1a support

1b : 촉매층 1c : 컬럼층1b: catalyst layer 1c: column layer

3 : 열교환기 4,7,9 : 순환펌프3: heat exchanger 4,7,9: circulation pump

5 : 증류탑 6 : 냉각탑5: distillation column 6: cooling tower

11 : 컬럼층 하측과 연결된 배관 12 : 촉매층 하측과 연결된 배관11: Pipe connected to the lower side of the column bed 12: Pipe connected to the lower side of the catalyst bed

13 : 촉매층 상측과 연결된 배관13 pipe connected to the upper side of the catalyst bed

본 발명은 아로마틱 카보네이트의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정된 불균일계 촉매를 사용함으로써 촉매분리 공정이 필요하지 않을뿐더러, 열교환기 및 순환펌프를 통해 반응물을 반응기 속으로 투입하여 반응 기내에 반응물의 농도를 높임과 동시에 반응 부산물을 지속적으로 제거해 줌으로써 전환율, 선택도가 높은 아로마틱 카보네이트의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an aromatic carbonate and an apparatus for manufacturing the same, and more particularly, by using a fixed heterogeneous catalyst, a catalyst separation process is not required, and a reactant is introduced into a reactor through a heat exchanger and a circulation pump. By increasing the concentration of the reactants in the reactor and by continuously removing the reaction by-products relates to a method for producing a high conversion rate, selectivity aromatic carbonate and its manufacturing apparatus.

아로마틱 카보네이트는 독성이 강한 포스겐(phosgene) 가스를 사용하지 않는 아로마틱 폴리카보네이트와 여러 종류의 이소시아네이트(isocyanate)를 제조할 때 원료로 사용되며, 주로 다이알킬 카보네이트와 아로마틱 하이드록시 화합물의 트랜스에스테르 반응에 의하여 합성된다. 이때 주로 이용되는 반응원료의 예로는 다이메틸 카보네이트(dimethyl carbonate)와 페놀을 들 수 있다. Aromatic carbonates are used as raw materials for the production of aromatic polycarbonates and various types of isocyanates that do not use toxic phosgene gases. Are synthesized. At this time, examples of the reaction raw material mainly used include dimethyl carbonate and phenol.

그러나 상기 트랜스에스테르 반응은 가역반응으로서 반응의 평형상수가 매우 작아서 반응 후 전환율이 매우 낮고, 또한 그 반응속도도 상당히 느려 상업적 생산에 이용되기에는 많은 어려움이 존재한다. However, the transester reaction is a reversible reaction, so the equilibrium constant of the reaction is very small, the conversion after the reaction is very low, and the reaction rate is also very slow, there are many difficulties in commercial production.

이러한 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 노력들이 있었는데, 그 중 반응 촉매의 성능을 향상시켜 반응 속도를 증대시키려는 시도가 있었다. 미국특허 제 4,182,726호는 AlCl3와 같은 AlX3, UX3, TiX3, VOX3, VX3, ZnX2, FeX3 및 SnX3 계열의 반응 촉매를 사용하는 공정이 개시되어 있다.(상기 X는 할로겐족 원소) In order to solve this problem, various efforts have been made, among which attempts have been made to increase the reaction rate by improving the performance of the reaction catalyst. U.S. Patent No. 4,182,726 discloses a process using a AlX 3, UX 3, TiX 3 , VOX 3, VX 3, ZnX 2, a reaction catalyst of the FeX 3 and SnX 3 series, such as AlCl 3 are disclosed. (Wherein X is Halogen group)

또한, 미국특허 제4,045,464호는 반응 촉매로 루이스산(Lewis acid)이나 티타늄 테트라페네이트(titanium tetraphenate)와 같은 Ti계 화합물이 개시되어 있다. 그리고 미국특허 제4,552,704호는 부틸틴옥사이드하이드록사이드(butyltin oxide hydroxide)와 같은 Ti 및 Sn계 반응 촉매에 대해 개시되어 있으며, 미국특허 제4,554,110호는 반응 촉매로, 폴리머릭 틴(polymeric tin) 화합물이 개시되었고, 미국특허 제4,609,501호는 최소한 한 가지의 루이스 산(Lewis acid)과 한 가지의 프로틱 산(protic acid)를 혼합한 반응 촉매가 개시되었다. In addition, US Patent No. 4,045,464 discloses Ti-based compounds such as Lewis acid or titanium tetraphenate as reaction catalysts. In addition, US Patent No. 4,552,704 discloses a Ti and Sn-based reaction catalyst such as butyltin oxide hydroxide, US Patent No. 4,554,110 is a reaction catalyst, a polymeric tin compound US Patent No. 4,609,501 discloses a reaction catalyst in which at least one Lewis acid and one protic acid are mixed.

상기 종래기술들은 DMC(dimethyl carbonate)로부터 DPC(diphenyl carbonate)를 제조하는 효율성을 증대시키기 위하여 반응 공정에 의한 반응성 향상보다는 반응 촉매에 의한 반응 속도 향상에 노력을 기울였다고 볼 수 있다. 그러나 상기의 종래발명에서 제안한 촉매들은 모두 균일계 촉매로서 반응물에 일정 비율로 섞어서 사용해야 하고, 비록 반응 중 발생하는 메탄올 등의 반응 부산물을 반응계로부터 연속적으로 제거하는 공정을 적용했음에도 불구하고, 반응 속도는 높지 않았다. The prior art can be seen that the efforts to improve the reaction rate by the reaction catalyst rather than improving the reactivity by the reaction process in order to increase the efficiency of producing diphenyl carbonate (DPC) from dimethyl carbonate (DMC). However, all of the catalysts proposed in the above-described invention should be used as a homogeneous catalyst by mixing the reactants in a certain ratio, although the reaction rate is continuously removed from the reaction system, although reaction by-products such as methanol generated during the reaction are applied. Not high.

한편, 반응 촉매로 불균일계 촉매를 사용하려는 시도도 있었는데, 미국특허 제5,354,923호는 표면적(surface area)이 20m2/g 이상인 파우더(powder)상의 촉매를 사용하여 교반형 반응기를 사용하였고, 미국특허 제5,565,605호는 티타노알루미노 포스페이트(titanoalumino phosphate)와 같은 불균일계 촉매를 반응에 사용하였다. On the other hand, there have been attempts to use heterogeneous catalysts as reaction catalysts. U.S. Patent No. 5,354,923 uses a stirred reactor using a powdered catalyst having a surface area of 20 m 2 / g or more, and U.S. Patent No. 5,565,605 used a heterogeneous catalyst such as titanoalumino phosphate in the reaction.

그러나 이제까지의 불균일계 촉매는 분체(powder)상으로 반응물과 함께 반응 및 분리 공정을 거치게 되어 장치 및 파이프 내벽에 달라붙어 문제를 일으키고, 촉매 분리 시에도 고비점의 반응 생성물과 상존하여 분리 후 재사용에 문제점을 여전히 내포하고 있다. However, until now, heterogeneous catalysts have been reacted and separated together with reactants in powder form, causing them to stick to the inner wall of equipment and pipes, causing problems. The problem still exists.

반응 촉매 개발과 함께 독특한 반응공정 고안에 의한 DPC 제조 효율성 증대에 대한 노력들도 있었다. 미국특허 제5,210,268호는 다단 층 증류탑을 반응기로 이용하여 고비점의 반응물을 탑의 상층부에 균일계 촉매와 함께 주입하고 저비점의 반응물은 탑의 하부에서 가열 기화시켜 비점이 다른 두 반응물을 향류 접촉시켜 아로마틱 카보네이트를 합성하였다. 또한 미국특허 제5,426,207호는 직렬로 연결된 3개의 반응기를 이용하는 반응공정을 개시하였고, 미국특허 제5,523,451호는 직렬로 연결된 다수의 버블탑(bubble column)을 반응기로 응용된 공정을 개시하였다. 또한 미국특허 제6,507,470호는 반응 증류(reactive distillation) 기법을 이용한 반응공정을 개시하고 있다. Along with the development of reaction catalysts, efforts have been made to increase the efficiency of DPC manufacturing by designing unique reaction processes. U.S. Patent No. 5,210,268 uses a multi-stage distillation column as a reactor to inject a high-boiling reactant with a homogeneous catalyst in the upper layer of the tower, and the low-boiling reactant is heated and vaporized at the bottom of the column to make two reactants with different boiling points countercurrently. Aromatic carbonates were synthesized. In addition, U. S. Patent No. 5,426, 207 discloses a reaction process using three reactors connected in series, and U. S. Patent No. 5,523, 451 discloses a process in which a plurality of bubble columns connected in series are applied to the reactor. In addition, US Pat. No. 6,507,470 discloses a reaction process using reactive distillation techniques.

그러나 상기 공정들은 여전히 균일계 촉매를 사용하거나 또는 파우더 상의 촉매를 사용하여 촉매 분리에 많은 어려움이 존재하고, 연속 운전시 계속하여 일정량의 촉매를 반응계에 공급하여야 하는 경제성의 문제점들이 존재한다.However, these processes still have many difficulties in separating catalysts using homogeneous catalysts or catalysts in powder, and there are economic problems in that a constant amount of catalyst must be continuously supplied to the reaction system during continuous operation.

본 발명의 목적은 불균일계 촉매 하에 다이알킬 카보네이트와 아로마틱 하이드록시 화합물을 반응시켜 아로마틱 카보네이트를 제조함에 있어서, 촉매의 분리공정을 필요로 하지 않으며 반응기 내에서 저비점 반응물의 농도를 증대시키고 반응 부산물의 제거가 지속적으로 이루어짐으로써 생산성 및 경제성이 우수한 아로마틱 카보네이트의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to prepare an aromatic carbonate by reacting a dialkyl carbonate with an aromatic hydroxy compound under a heterogeneous catalyst, which does not require separation of the catalyst, increases the concentration of the low boiling point reactant in the reactor and removes reaction byproducts. Is made continuously to provide a method of producing an aromatic carbonate excellent in productivity and economics.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 아로마틱 카보네이트의 제조방법에 사용될 수 있는 아로마틱 카보네이트의 제조장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an apparatus for producing an aromatic carbonate which can be used in the method for producing the aromatic carbonate.

본 발명은 다이알킬 카보네이트 또는 알킬 아릴 카보네이트와 아로마틱 하이 드록시 화합물을 반응물로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법에 있어서, The present invention provides a method for producing an aromatic carbonate comprising a dialkyl carbonate or an alkyl aryl carbonate and an aromatic hydroxy compound as a reactant.

(1) 상기 반응물을 반응기에 고정된 불균일계 촉매층의 상측에 주입하는 단계; (1) injecting the reactant on top of the heterogeneous catalyst layer fixed in the reactor;

(2) 상기 반응물 중 일부가 상기 촉매층에서 반응이 진행된 후 생성물 및 반응물을 포함하는 혼합액이 상기 촉매층을 통과하는 단계; (2) a portion of the reactant is passed through the catalyst layer after the reaction proceeds in the catalyst layer and the mixed solution including the product and the reactant;

(3) 상기 혼합액 중 액상의 반응물 일부가 상기 촉매층 하측에 설치된 컬럼층에서 기상의 반응물과 열교환되어 상기 촉매층으로 재이동하고, 나머지 혼합액은 반응기 하단에 연결된 열교환기로 이동하는 단계; (3) a part of the reactant in the liquid phase of the mixed liquid is heat-exchanged with the gaseous reactant in the column layer installed under the catalyst layer to be moved back to the catalyst layer, and the remaining mixed liquid is moved to a heat exchanger connected to the bottom of the reactor;

(4) 상기 열교환기로 이동한 혼합액을 가열한 후 기상의 반응물은 상기 컬럼층 하측으로 투입하고, 액상의 혼합액 일부는 수위 조절에 의하여 반응기 외부로 취출하고, 나머지 액상의 혼합액은 상기 촉매층 상측으로 투입하는 단계; (4) After heating the mixed liquid moved to the heat exchanger, the gaseous reactant is introduced into the lower side of the column layer, a portion of the liquid mixture is taken out of the reactor by adjusting the water level, and the remaining liquid mixture is added to the upper side of the catalyst layer. Doing;

(5) 상기 촉매층 상측의 기상의 부산물 및 상기 부산물과 공비를 이루는 기상의 반응물은 상기 반응기 상단에 연결된 증류탑을 통해 상기 반응기 외부로 유출된 후 냉각되는 단계; 및 (5) the gaseous by-products on the catalyst bed and the gaseous reactants azeotropic with the by-products are cooled after being discharged to the outside of the reactor through a distillation column connected to the top of the reactor; And

(6) 상기 냉각된 액상의 부산물 및 반응물 일부가 상기 촉매층 상측으로 환류되는 단계; (6) refluxing the by-product and reactant portions of the cooled liquid phase above the catalyst bed;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing an aromatic carbonate comprising a.

또한, 본 발명은 지지대에 고정된 불균일계 촉매층 및 상기 지지대 하부에 설치된 컬럼층을 포함하는 반응기; 상기 반응기 하단과 연결되어 상기 컬럼층을 통 과한 혼합액을 가열한 후 기상의 반응물을 상기 촉매층 상측, 촉매층 하측 또는 컬럼층 하측으로 투입시키는 열교환기; 상기 열교환기로부터 유입된 액상의 혼합액을 촉매층 상측으로 이동시키는 제1순환펌프; 상기 반응기 상단과  연결되어 상기 촉매층 상측의 기상의 부산물 및 상기 부산물과 공비를 이루는 기상의 반응물을 상기 반응기 외부로 유출시키는 증류탑; 상기 증류탑의 상부와 연결되어 상기 기상의 부산물 및 반응물을 액상으로 냉각시키는 냉각탑; 상기 냉각탑 하부에서 액상의 부산물 및 반응물을 공급받아 냉각탑 상부로 순환시키는 제2순환펌프; 상기 제2순환펌프와 상기 냉각탑 상부 사이에 설치되는 냉각기; 및 상기 냉각탑 하부에 있는 액상의 부산물 및 반응물 일부를 상기 증류탑으로 환류시키는 제3순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조장치를 제공한다. In addition, the present invention includes a reactor including a heterogeneous catalyst layer fixed to the support and a column layer installed below the support; A heat exchanger connected to a lower end of the reactor to heat the mixed solution passing through the column layer, and then introducing a gaseous reactant into the upper catalyst layer, the lower catalyst layer, or the lower column column; A first circulation pump for moving the liquid mixture introduced from the heat exchanger to the upper side of the catalyst bed; A distillation tower connected to an upper end of the reactor to allow a gaseous by-product on the upper side of the catalyst layer and a gaseous reactant to form an azeotropic product with the by-product out of the reactor; A cooling tower connected to an upper portion of the distillation tower to cool the gaseous by-products and reactants in a liquid phase; A second circulation pump configured to receive liquid by-products and reactants from the lower part of the cooling tower and circulate the upper part of the cooling tower; A cooler installed between the second circulation pump and an upper portion of the cooling tower; And a third circulation pump for refluxing a part of the liquid by-products and the reactants in the lower part of the cooling tower to the distillation column.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 다이알킬 카보네이트(dialkyl carbonate) 또는 알킬 아릴 카보네이트와 아로마틱 하이드록시 화합물(aromatic hydroxyl compound)을 반응물로 하여 불균일계 촉매를 이용하는 아로마틱 카보네이트(aromatic carbonate)의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 반응기 내에서 저비점 반응물의 농도를 증대시키고, 반응 촉매로서 불균일계 촉매를 사용하는데 특징이 있다. The present invention relates to a method and apparatus for producing an aromatic carbonate using a heterogeneous catalyst using a dialkyl carbonate or an alkyl aryl carbonate and an aromatic hydroxyl compound as a reactant. It is characterized by increasing the concentration of the low boiling point reactant in the reaction and using a heterogeneous catalyst as a reaction catalyst.

상기 다이알킬 카보네이트는 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.The dialkyl carbonate may be represented by the following formula (1).

Figure 112006082194510-PAT00001
Figure 112006082194510-PAT00001

(상기 화학식 1의 식에서, R은 알킬기이다. 상기 알킬기는 메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl), 부틸(butyl), 시클로헥실(cyclohxyl)등의 일반적인 알킬기이다.)(In formula (1), R is an alkyl group. The alkyl group is a general alkyl group such as methyl, ethyl, propyl, butyl, cyclohexyl, etc.)

상기 다이알킬 카보네이트와 ArOH(여기에서 Ar는 아로마틱기)로 표시되는 아로마틱 하이드록시 화합물은 트랜스에스테르반응(transesterification)에 의하여 하기 화학식 2로 표시되는 알킬 아릴 카보네이트(alkyl aryl carbonate)로 합성되고 반응 부산물로 알킬 알코올이 생성된다. 또한, 알킬 아릴 카보네이트는 불균등화반응(disproportionation) 또는 아로마틱 하이드록시 화합물과의 트랜스에스테르반응에 의하여 하기 화학식 3으로 표시되는 아로마틱 카보네이트로 합성된다.The aromatic hydroxy compound represented by the dialkyl carbonate and ArOH (where Ar is an aromatic group) is synthesized by alkyl aryl carbonate represented by the following Chemical Formula 2 by transesterification and reacted as a reaction byproduct. Alkyl alcohol is produced. In addition, the alkyl aryl carbonate is synthesized into an aromatic carbonate represented by the following formula (3) by disproportionation or transesterification with an aromatic hydroxy compound.

Figure 112006082194510-PAT00002
Figure 112006082194510-PAT00002

Figure 112006082194510-PAT00003
Figure 112006082194510-PAT00003

(상기 화학식 2 및 3의 식에서 각각의 Ar은 탄소 수가 5 내지 30의 아로마틱기이다.) (In the formulas (2) and (3), each Ar is an aromatic group having 5 to 30 carbon atoms.

본 발명의 반응 공정과 관계있는 전형적인 반응식은 하기 반응식 1 내지 3과 같이 표현될 수 있다. Typical schemes relating to the reaction process of the present invention can be represented by the following schemes 1-3.

[반응식 1] Scheme 1

Figure 112006082194510-PAT00004
Figure 112006082194510-PAT00004

[반응식 2] Scheme 2

Figure 112006082194510-PAT00005
Figure 112006082194510-PAT00005

[반응식 3] Scheme 3

Figure 112006082194510-PAT00006
Figure 112006082194510-PAT00006

(상기 반응식 1, 2, 및 3의 식에서 R은 알킬 그룹이고, Ar은 아로마틱기이다.) (In the formulas 1, 2, and 3, R is an alkyl group, and Ar is an aromatic group.)

상기에서 나타낸 반응들은 반응 평형이 존재하는 가역반응으로서, 반응 중 생성되는 반응 부산물을 반응계 밖으로 취출함에 의하여 높은 반응 전환율을 얻을 수 있고, 근본적으로 반응 속도가 느리기 때문에 효율적인 반응 촉매를 사용하여 반응의 속도를 증대시킬 수 있다. The reactions shown above are reversible reactions in which equilibrium exists, and high reaction conversion can be obtained by taking out reaction by-products generated during the reaction out of the reaction system. Can be increased.

본 발명에서 사용하는 반응촉매는 불균일계 촉매로서, 전이금속산화물(transition metal oxide)을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 MoO3, Ga2O3, V2O5, PbO, ZrO2, TiO2, CdO, Fe2O3, CuO, MgO, Y2O3, Mn3NiO, ZnO, Nd2O3, Co2O3, Ru2O3, Nb2O5, Cr2O3 등을 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. The reaction catalyst used in the present invention may be a transition metal oxide as a heterogeneous catalyst, preferably MoO 3 , Ga 2 O 3 , V 2 O 5 , PbO, ZrO 2 , TiO 2 , CdO, Fe 2 O 3 , CuO, MgO, Y 2 O 3 , Mn 3 NiO, ZnO, Nd 2 O 3 , Co 2 O 3 , Ru 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Cr 2 O 3 It can be selected and used above.

상기 불균일계 촉매는 실리카 등의 담체를 이용하게 되며, 이 담체는 크기가 1 내지 200mm 되는 구형, 원통형, 링(ring)형 등의 형상으로 형성된다. 이때 실리카의 비표면적은 20 내지 500m2/g이고, 공극률은 0.25 내지 0.8cm3/g, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.75cm3/g일 수 있다. The heterogeneous catalyst uses a carrier such as silica, and the carrier is formed in a spherical, cylindrical, ring, or the like shape having a size of 1 to 200 mm. In this case, the specific surface area of the silica may be 20 to 500 m 2 / g, and the porosity may be 0.25 to 0.8 cm 3 / g, more preferably 0.4 to 0.75 cm 3 / g.

상기 불균일계 촉매는 생산하고자 하는 아로마틱 카보네이트의 양을 조절하여 투입하게 된다. 즉, 일정 양의 촉매에 의하여 정해진 체류시간 동안 제조되는 아로마틱 카보네이트 양을 실험적으로 결정한 후 생산에 필요한 불균일계 촉매의 양을 결정하게 된다. The heterogeneous catalyst is introduced by adjusting the amount of aromatic carbonate to be produced. That is, the amount of heterogeneous catalyst required for production is determined after experimentally determining the amount of aromatic carbonate prepared for a predetermined residence time by a certain amount of catalyst.

다이알킬 카보네이트 또는 알킬 아릴 카보네이트와 아로마틱 하이드록시 화합물을 포함하는 반응물은 고정된 불균일계 촉매층 상측에 주입된다. 이 때, 다이 알킬 카보네이트 또는 알킬 아릴 카보네이트 혹은 그 혼합물과 아로마틱 하이드록시 화합물과의 몰비는 5:1 내지 1:5 일 수 있다. 주입된 반응물은 촉매층을 거치면서 반응이 일어나고 촉매층 하측에 설치된 컬럼에서 열교환기에 의해 기화된 저비점 반응물과 접촉하여 열교환되어 일부는 상기 저비점 반응물과 같이 촉매층으로 이동하고 반응을 통해 생성된 생성물과 일부 미반응 반응물을 포함하는 혼합액은 반응기 하단에 연결된 열교환기로 이동하게 된다.Reactants comprising dialkyl carbonates or alkyl aryl carbonates and aromatic hydroxy compounds are injected above the fixed heterogeneous catalyst layer. At this time, the molar ratio of the dialkyl carbonate or alkyl aryl carbonate or a mixture thereof and the aromatic hydroxy compound may be 5: 1 to 1: 5. The injected reactant passes through the catalyst bed and undergoes heat exchange by contacting with the low boiling point reactant vaporized by a heat exchanger in a column installed under the catalyst bed. Some of the reactants move to the catalyst bed like the low boiling point reactant and partially unreacted with the product produced through the reaction. The mixed solution containing the reactants is transferred to a heat exchanger connected to the bottom of the reactor.

상기 열교환기는 반응기 하단으로 내려온 혼합액에 열을 가하여 저비점의 반응물과 고비점의 나머지 혼합액으로 분리시키는데, 상기 저비점 반응물은 기화된 상태로 반응기의 컬럼층 하측으로 이동시켜 회수되는데, 이때 상기 저비점 반응물 은 상기 컬럼층 하측 이외에도 촉매층 상측 또는 촉매층 하측으로 이동시킬 수 있다.The heat exchanger is applied to the mixed liquid lowered to the bottom of the reactor to separate the low-boiling reactant and the remaining high-boiling liquid mixture, the low-boiling reactant is recovered by moving to the bottom of the column of the reactor in the vaporized state, wherein the low-boiling reactant is In addition to the bottom of the column layer, the catalyst layer may be moved above or below the catalyst layer.

상기 기화되지 않은 나머지 혼합액은 제1순환펌프에 의하여 촉매층 상측으로 회수된다. 이때, 열교환기 내의 혼합액의 수위 조절에 의하여 생성물을 포함한 혼합액 일부는 반응기 외부로 취출한다. The remaining mixture which is not vaporized is recovered by the first circulation pump above the catalyst bed. At this time, a part of the mixed liquid including the product is taken out of the reactor by adjusting the level of the mixed liquid in the heat exchanger.

상기 취출한 생성물은 고비점 성분인 아로마틱 카보네이트이며, 취출 이후 증류 또는 결정화 등의 통상적인 정제 공정을 거칠 수 있다. The extracted product is an aromatic boiling point of a high boiling point component, and may be subjected to a conventional purification process such as distillation or crystallization after extraction.

상기 가열에 의한 혼합액의 온도는 반응기의 압력에 의하여 달라질 수 있지만 바람직하게는 100℃ 내지 300℃, 보다 바람직하게는 150℃ 내지 250℃가 적당하다. 이 같은 온도에서 반응 압력은 1내지 20기압, 보다 바람직하게는 5내지 10기압이 적당하다.The temperature of the mixed liquid by the heating may vary depending on the pressure of the reactor, but preferably 100 ° C to 300 ° C, more preferably 150 ° C to 250 ° C. At such a temperature, the reaction pressure is suitably 1 to 20 atmospheres, more preferably 5 to 10 atmospheres.

촉매층 상측에는 반응 부산물인 알킬 알코올 및 이와 공비를 이루는 상대적으로 비점이 낮은 알킬 카보네이트들이 증류탑을 통해 반응기 외부로 기체상태로 유출되며, 이렇게 유출된 반응 부산물인 알킬 알코올과 상대적으로 비점이 낮은 알킬 카보네이트들은 냉각탑의 컬럼층에서 액상의 알킬 알코올과 상대적으로 비점이 낮은 알킬 카보네이트와 접촉하여 냉각 응축된다. 이때 발생되는 응축물은 전량 또는 일부분이 증류단계로 환류하거나 외부로 취출된다.  On the upper side of the catalyst layer, alkyl alcohol, which is a by-product of reaction, and relatively low boiling point alkyl carbonates are discharged out of the reactor through a distillation column in a gaseous state. Cooling condensation occurs in contact with the liquid alkyl alcohol and the relatively low boiling alkyl carbonate in the column bed of the cooling tower. The condensate generated at this time is refluxed or taken out to the distillation step in whole or in part.

다음으로, 본 발명에 따른 제조장치를 설명하면,Next, the manufacturing apparatus according to the present invention will be described.

촉매를 지지할 수 있는 지지대와 지지대에 의해 고정된 촉매층 하단에 위치한 컬럼층이 설치된 반응기와 반응물과 생성물을 포함하는 혼합액 중 저비점 반응 물은 기화시켜 컬럼층(1c) 하측으로 회수시키는 열교환기가 연결되고, 열교환기에서 기화되지 않은 나머지 혼합액은 제2순환펌프에 의해 반응기의 컬럼층(1c) 하측 및, 촉매층(1b) 상측 또는 촉매층(1b) 하측으로 이동되어 회수되며, 반응 부산물은 반응기 상부에 연결된 증류탑을 통해 제거되도록 고안된 장치이다. A reactor equipped with a support for supporting a catalyst and a column layer positioned at the bottom of the catalyst bed fixed by the support, and a heat exchanger for vaporizing the low boiling point reactant from the mixed solution containing the reactants and the product by vaporizing it to the lower side of the column layer 1c, The remaining mixture liquid not vaporized in the heat exchanger is transferred to the lower side of the column (1c) and the upper side of the catalyst layer (1b) or the lower side of the catalyst layer (1b) by the second circulation pump, and the reaction by-products are connected to the upper portion of the reactor. It is a device designed to be removed through a distillation column.

도면 1을 참조하여 더욱 구체적으로 본 발명을 설명하면, Referring to the drawings in more detail the present invention,

반응기(1)는 지지대(1a)에 고정된 불균일계 촉매층(1b) 및 상기 지지대(1a) 하부에 설치된 컬럼층(1c)을 포함한다.The reactor 1 includes a heterogeneous catalyst layer 1b fixed to the support 1a and a column layer 1c provided below the support 1a.

열교환기(3)는 상기 컬럼층(1c)을 통과하고 상기 반응기(1) 하단으로부터 유입된 혼합액을 가열한 후, 기상의 저비점 반응물을 상기 촉매층(1b) 상측과 연결된 배관(13), 촉매층(1b) 하측과 연결된 배관(12) 또는 컬럼층(1c) 하측과 연결된 배관(11)을 통해 반응기(1) 내부로 투입하여 순환시킨다.The heat exchanger (3) passes through the column layer (1c) and heats the mixed liquid introduced from the bottom of the reactor (1), and then pipes (13) and catalyst layer (s) connecting the gaseous low boiling point reactant to the upper side of the catalyst layer (1b). 1b) Through the pipe 12 connected to the lower side or the pipe 11 connected to the lower side of the column layer 1c is introduced into the reactor 1 and circulated.

제1순환펌프(4)는 상기 열교환기(3)로부터 기화되지 않고 유입된 고비점 혼합액을 배관(14)을 통해 촉매층(1b) 상측으로 이동시킨다.The first circulation pump 4 moves the high boiling point liquid mixture which is not vaporized from the heat exchanger 3 to the upper portion of the catalyst layer 1b through the pipe 14.

이때, 상기 열교환기(3) 내의 혼합액의 수위 조절에 의하여 생성물을 포함한 혼합액 일부를 배관(15)를 통해 반응기 외부로 취출하게 된다.At this time, by adjusting the level of the mixed liquid in the heat exchanger 3, a part of the mixed liquid including the product is taken out through the pipe 15 to the outside of the reactor.

상기 반응기(1) 상단에 연결되어 있는 증류탑(5)은 상기 촉매층(1b) 상측의 기상의 부산물 및 상기 부산물과 공비를 이루는 기상의 반응물을 상기 반응기(1) 외부로 유출시킨다. 상기 증류탑(5)의 상부와 연결되어 있는 냉각탑(6)은 상기 증류탑(5)으로부터 유입된 기상의 부산물 및 반응물을 액상으로 냉각시키며, 상기 냉각탑(6) 하부의 제2순환펌프(7)는 액상의 부산물 및 반응물을 공급받아 냉각탑(6) 상부로 순환시킨다. 이때 상기 제2순환펌프(7)와 상기 냉각탑(6) 상부 사이에는 냉각기(8)가 설치되어 있다. The distillation column 5 connected to the upper end of the reactor 1 discharges the gaseous by-products on the upper side of the catalyst layer 1b and the gaseous reactants forming the azeotrope with the by-products to the outside of the reactor 1. The cooling tower 6 connected to the upper part of the distillation tower 5 cools the by-products and reactants of the gaseous phase introduced from the distillation tower 5 in the liquid phase, and the second circulation pump 7 below the cooling tower 6 is The liquid by-products and reactants are supplied and circulated to the upper portion of the cooling tower 6. At this time, a cooler 8 is installed between the second circulation pump 7 and the upper portion of the cooling tower 6.

상기 냉각탑(6) 하부에 있는 액상의 부산물 및 반응물 일부는 제3순환펌프(9)를 통해 상기 증류탑으로 환류되거나 일부는 배관(17)을 통해 냉각탑 외부로 취출될 수 있다. Part of the liquid by-products and reactants in the lower portion of the cooling tower 6 may be refluxed to the distillation column through the third circulation pump 9 or may be partially taken out of the cooling tower through the pipe 17.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들 만으로 한정하는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are intended to illustrate the present invention, but are not limited to these.

[실시예] EXAMPLE

원료인 다이알킬 카보네이트로 다이메틸 카보네이트(dimethyl carbonate,DMC)를 사용하였고, 아로마틱 하이드록시 화합물로는 페놀을 사용하였다. 실시예 1은 원료인 다이메틸 카보네이트(DMC)와 페놀 몰비가 3:1이 되도록 섞었고, 실시예2는 원료인 다이메틸 카보네이트(DMC)와 페놀 몰비가 2:1이 되도록 섞은 후 정량 고압 펌프를 이용하여 25g/분의 유량으로 연속적으로 반응기에 주입하였다. 열교환기를 거친 기상성분의 재순환과 관련하여, 실시예1에서는 기상성분의 75 중량%가 촉매층 하부의 컬럼층 하부로 투입되었고, 25 중량%가 촉매층 하부로 투입되었다. 실시예 2에서는 65 중량%가 촉매층 하부의 컬럼층 하부로 투입되었고, 30 중량%가 촉매층 하부로, 그리고 촉매층 상부로는 5중량%의 양이 투입되었다. Dimethyl carbonate (DMC) was used as a dialkyl carbonate as a raw material, and phenol was used as an aromatic hydroxy compound. Example 1 was mixed so that the phenol molar ratio of dimethyl carbonate (DMC) and the raw material is 3: 1, Example 2 was mixed so that the phenol molar ratio of dimethyl carbonate (DMC) and the raw material is 2: 1 and then the metering high pressure pump Was injected continuously into the reactor at a flow rate of 25 g / min. Regarding the recirculation of the gas phase component through the heat exchanger, in Example 1 75% by weight of the gas phase component was introduced into the bottom of the column under the catalyst bed, and 25% by weight was introduced into the bottom of the catalyst bed. In Example 2, 65% by weight was added to the bottom of the column under the catalyst bed, 30% by weight was added to the bottom of the catalyst bed and 5% by weight to the top of the catalyst bed.

반응 온도는 180℃이었고, 반응 압력은 7기압으로 유지하였다. 이때 순환펌프에 의하여 순환되는 반응액의 유량은 500g/분으로 유지하였다. 반응은 24시간 이상 같은 조건으로 연속적으로 진행되었고, 이 때 사용된 촉매는 직경 3mm의 실리카 에 타이타니아(TiO2)를 담지시킨 불균일계 촉매로서 반응기에 충전된 촉매량은 1500g이었다. The reaction temperature was 180 ° C. and the reaction pressure was maintained at 7 atmospheres. At this time, the flow rate of the reaction solution circulated by the circulation pump was maintained at 500g / min. The reaction proceeded continuously under the same conditions for 24 hours or more, and the catalyst used was a heterogeneous catalyst loaded with titania (TiO 2) on silica having a diameter of 3 mm, and the amount of catalyst charged in the reactor was 1500 g.

반응 결과 실시예 1의 페놀전환율은 30.4%이었고, 실시예 2의 페놀전환율은 23.6%이었다. As a result of the reaction, the phenol conversion rate of Example 1 was 30.4%, and the phenol conversion rate of Example 2 was 23.6%.

[비교예 1]Comparative Example 1

본 발명과 대비하기 위하여, 대한민국 등록특허 제 0536185호에 개시된 반응장치를 이용하여 반응물 총량의 중량을 2kg(DMC:PhOH 몰비=3:1)로 하고 기타 반응 조건은 상기 실시예 1과 동일한 실험조건에서 행하였다. 참고로, 상기 반응장치는 본 발명의 반응장치와 달리 열교환기를 거친 반응물이 반응기로 재순환되지 못하고 증류탑으로 이동되는 장치이다.In order to prepare for the present invention, using the reaction apparatus disclosed in Korean Patent No. 0536185, the weight of the total amount of the reactants is 2 kg (DMC: PhOH molar ratio = 3: 1), and other reaction conditions are the same experimental conditions as those of Example 1 above. It was done in. For reference, unlike the reactor of the present invention, the reactor is a device in which a reactant passed through a heat exchanger is moved to a distillation column without being recycled to the reactor.

반응결과 비교예의 페놀 전환율은 22.5%이었다.The reaction result showed that the phenol conversion was 22.5%.

실시예 1 내지 2, 비교예 1의 전환율과 수율을 정리하면 아래 표 1과 같다.Examples 1 to 2, the conversion rate and the yield of Comparative Example 1 are summarized in Table 1 below.

  반응물 총량 (kg)Total amount of reactants (kg) DMC:PhOH 몰비DMC: PhOH molar ratio PhOH 전환율(%)PhOH conversion rate (%) MPC 수율 (PhOH,%)a MPC yield (PhOH,%) a MPC 수율 (feed,%)b MPC yield (feed,%) b 실시예 1Example 1 99 3:13: 1 30.430.4 41.441.4 10.410.4 실시예 2Example 2 99 2:12: 1 23.623.6 33.233.2 11.111.1 비교예Comparative example 22 3:13: 1 22.522.5 32.032.0 8.08.0

(a : MPC 중량/(PhOH 중량+MPC 중량)   b : MPC 중량/반응물 중량) (a: MPC weight / (PhOH weight + MPC weight) b: MPC weight / reactant weight)

아래 표 2는 실시예 1과 비교예 1에서 열교환기를 거친 순환액의 최종 조성의 함량이다.Table 2 below is the content of the final composition of the circulating fluid through the heat exchanger in Example 1 and Comparative Example 1.

본 발명은 반응 촉매로서 불균일계 촉매를 사용하는바, 균일계 촉매를 사용 할 경우 촉매 및 반응물이 장치 및 파이프 내벽에 달라붙는 문제가 발생하지 않으며, 고비점의 반응 생성물과 촉매가 상존하지 않게 되어 연속적인 아로마틱 카보네이트 제조가 가능하게 되는 효과를 가진다. In the present invention, a heterogeneous catalyst is used as a reaction catalyst. When the homogeneous catalyst is used, the catalyst and the reactants do not stick to the device and the inner wall of the pipe, and the high boiling point reaction product and the catalyst do not exist. It has the effect of making continuous aromatic carbonates possible.

또한, 열교환기 및 순환펌프를 통해 반응물을 반응기 내부로 투입시킴과 동시에 반응 부산물을 지속적으로 제거해줌으로써 반응물 전환율과 생성물 효율이 증가하는 효과를 가진다. In addition, by introducing a reactant into the reactor through a heat exchanger and a circulation pump, the reaction by-products are continuously removed, thereby increasing the conversion rate and product efficiency.

Claims (7)

다이알킬 카보네이트 또는 알킬 아릴 카보네이트와 아로마틱 하이드록시 화합물을 반응물로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법에 있어서, In the method for producing an aromatic carbonate comprising a dialkyl carbonate or an alkyl aryl carbonate and an aromatic hydroxy compound as a reactant, (1) 상기 반응물을 반응기에 고정된 불균일계 촉매층의 상측에 주입하는 단계; (1) injecting the reactant on top of the heterogeneous catalyst layer fixed in the reactor; (2) 상기 반응물 중 일부가 상기 촉매층에서 반응이 진행된 후 생성물 및 반응물을 포함하는 혼합액이 상기 촉매층을 통과하는 단계; (2) a portion of the reactant is passed through the catalyst layer after the reaction proceeds in the catalyst layer and the mixed solution including the product and the reactant; (3) 상기 혼합액 중 액상의 반응물 일부가 상기 촉매층 하측에 설치된 컬럼층에서 기상의 반응물과 열교환되어 상기 촉매층으로 재이동하고, 나머지 혼합액은 반응기 하단에 연결된 열교환기로 이동하는 단계; (3) a part of the reactant in the liquid phase of the mixed liquid is heat-exchanged with the gaseous reactant in the column layer installed under the catalyst layer to be moved back to the catalyst layer, and the remaining mixed liquid is moved to a heat exchanger connected to the bottom of the reactor; (4) 상기 열교환기로 이동한 혼합액을 가열한 후 기상의 반응물은 상기 컬럼층 하측으로 투입하고, 액상의 혼합액 일부는 수위 조절에 의하여 반응기 외부로 취출하고, 나머지 액상의 혼합액은 상기 촉매층 상측으로 투입하는 단계; (4) After heating the mixed liquid moved to the heat exchanger, the gaseous reactant is introduced into the lower side of the column layer, a part of the liquid mixture is taken out of the reactor by adjusting the water level, and the remaining liquid mixture is added into the upper portion of the catalyst layer. Making; (5) 상기 촉매층 상측의 기상의 부산물 및 상기 부산물과 공비를 이루는 기상의 반응물은 상기 반응기 상단에 연결된 증류탑을 통해 상기 반응기 외부로 유출된 후 냉각되는 단계; 및 (5) the gaseous by-products on the catalyst bed and the gaseous reactants azeotropic with the by-products are cooled after being discharged to the outside of the reactor through a distillation column connected to the top of the reactor; And (6) 상기 냉각된 액상의 부산물 및 반응물 일부가 상기 촉매층 상측으로 환류되는 단계; (6) refluxing the by-product and reactant portions of the cooled liquid phase above the catalyst bed; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법.Method for producing an aromatic carbonate comprising a. 제1항에 있어서, 상기 불균일계 촉매층은 전이금속산화물 불균일계 촉매가 담체에 담지된 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the heterogeneous catalyst layer comprises a transition metal oxide heterogeneous catalyst supported on a carrier. 제2항에 있어서, 상기 전이금속산화물은 MoO3, Ga2O3, V2O5, PbO, ZrO2, TiO2, CdO, Fe2O3, CuO, MgO, Y2O3, Mn3NiO, ZnO, Nd2O3, Co2O3, Ru2O3, Nb2O5 또는 Cr2O3인 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법. The method of claim 2, wherein the transition metal oxide is MoO 3 , Ga 2 O 3 , V 2 O 5 , PbO, ZrO 2 , TiO 2 , CdO, Fe 2 O 3 , CuO, MgO, Y 2 O 3 , Mn 3 NiO, ZnO, Nd 2 O 3 , Co 2 O 3 , Ru 2 O 3 , Nb 2 O 5 or Cr 2 O 3 The method for producing an aromatic carbonate, characterized in that. 제2항에 있어서, 상기 담체는 비표면적이 20 내지 500m2/g이고, 공극률이 0.25 내지 0.8cm3/g,인 것을 특징하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법.The method of claim 2, wherein the carrier has a specific surface area of 20 to 500 m 2 / g and a porosity of 0.25 to 0.8 cm 3 / g. 제1항에 있어서, 상기 (4)단계의 기상의 반응물은 상기 컬럼층 하측외에도 상기 촉매층 상측 또는 하측으로 투입되는 것을 특징하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the gaseous reactant of step (4) is introduced into the upper or lower side of the catalyst layer in addition to the lower side of the column layer. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 반응기 내부온도는 100℃ 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조방법.The reactor internal temperature is a method for producing an aromatic carbonate, characterized in that 100 ℃ to 300 ℃. 지지대에 고정된 불균일계 촉매층 및 상기 지지대 하부에 설치된 컬럼층을 포함하는 반응기; 상기 반응기 하단과 연결되어 상기 컬럼층을 통과한 혼합액을 가열한 후 기상의 반응물을 상기 촉매층 상측, 촉매층 하측 또는 컬럼층 하측으로 투입시키는 열교환기; 상기 열교환기로부터 유입된 액상의 혼합액을 촉매층 상측으로 이동시키는 제1순환펌프; 상기 반응기 상단과  연결되어 상기 촉매층 상측의 기상의 부산물 및 상기 부산물과 공비를 이루는 기상의 반응물을 상기 반응기 외부로 유출시키는 증류탑; 상기 증류탑의 상부와 연결되어 상기 기상의 부산물 및 반응물을 액상으로 냉각시키는 냉각탑; 상기 냉각탑 하부에서 액상의 부산물 및 반응물을 공급받아 냉각탑 상부로 순환시키는 제2순환펌프; 상기 제2순환펌프와 상기 냉각탑 상부 사이에 설치되는 냉각기; 및 상기 냉각탑 하부에 있는 액상의 부산물 및 반응물 일부를 상기 증류탑으로 환류시키는 제3순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 아로마틱 카보네이트의 제조장치. A reactor including a heterogeneous catalyst layer fixed to a support and a column layer disposed below the support; A heat exchanger connected to a lower end of the reactor to heat the mixed solution passing through the column layer, and then introducing a gaseous reactant into the upper catalyst layer, the lower catalyst layer, or the lower column column; A first circulation pump for moving the liquid mixture introduced from the heat exchanger to the upper side of the catalyst bed; A distillation tower connected to an upper end of the reactor to allow a gaseous by-product on the upper side of the catalyst layer and a gaseous reactant which forms an azeotropic product with the by-product to the outside of the reactor; A cooling tower connected to an upper portion of the distillation tower to cool the gaseous by-products and reactants in a liquid phase; A second circulation pump configured to receive liquid by-products and reactants from the lower part of the cooling tower and circulate the upper part of the cooling tower; A cooler installed between the second circulation pump and an upper portion of the cooling tower; And a third circulation pump for refluxing a part of the liquid by-products and the reactants in the lower part of the cooling tower to the distillation column.
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