RU2796601C2 - Method for producing carbonate esters and catalytic structure for producing carbonate esters - Google Patents
Method for producing carbonate esters and catalytic structure for producing carbonate esters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796601C2 RU2796601C2 RU2020142188A RU2020142188A RU2796601C2 RU 2796601 C2 RU2796601 C2 RU 2796601C2 RU 2020142188 A RU2020142188 A RU 2020142188A RU 2020142188 A RU2020142188 A RU 2020142188A RU 2796601 C2 RU2796601 C2 RU 2796601C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbonate ester
- catalyst
- base material
- catalytic
- reaction
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
[0001][0001]
Настоящее изобретение относится к способу получения карбонатного сложного эфира и к каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира.The present invention relates to a process for producing a carbonate ester and to a catalytic structure for producing a carbonate ester.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
[0002][0002]
В настоящее время вызывает беспокойство проблема глобального потепления. COP (Конференция Сторон) выступает за обсуждение международных схем, таких как снижение выбросов парниковых газов, устанавливает долговременные глобальные цели, такие как в достаточной мере оставаться ниже среднего повышения температуры на 2°C выше доиндустриального уровня и достижение максимума выбросов настолько скоро, насколько это возможно, для резкого снижения выбросов на основе новейших научных знаний. Хотя Парижское соглашение, достигнутое при COP21, обязывает все нации прилагать усилия для выработки и обмена информацией о долговременных стратегиях развития с низкими выбросами парниковых газов, наша страна выработала в качестве долговременной цели снижение на 80% выбросов парниковых газов к 2050 году. Полагают, что диоксид углерода имеет наибольшее влияние из всех техногенных выбросов парниковых газов, поэтому участвующие стороны напряженно работают для разработки технологических контрмер для снижения выбросов диоксида углерода. Хотя предпринимались попытки превращения выбрасываемого диоксида углерода в полезное вещество в качестве технологической контрмеры, требуется большое количество энергии для превращения диоксида углерода в другое вещество, и поэтому желательна разработка эффективного катализатора для ускорения реакции. Кроме того, полезное вещество должно быть весьма востребованным веществом, чтобы его можно было приспособить к методике, вносящей вклад в снижение выбросов диоксида углерода.Currently, the problem of global warming is of concern. COP (Conference of the Parties) advocates discussion of international schemes such as reducing greenhouse gas emissions, setting long-term global targets such as staying well below average temperature rise of 2°C above pre-industrial levels and peaking emissions as soon as possible , to dramatically reduce emissions based on the latest scientific knowledge. Although the Paris Agreement reached at COP21 commits all nations to make efforts to develop and share information on long-term development strategies with low greenhouse gas emissions, our country has developed an 80% reduction in greenhouse gas emissions by 2050 as a long-term goal. Carbon dioxide is believed to have the largest impact of all man-made greenhouse gas emissions, so stakeholders are working hard to develop technological countermeasures to reduce carbon dioxide emissions. Although attempts have been made to convert emitted carbon dioxide into a useful substance as a technological countermeasure, a large amount of energy is required to convert carbon dioxide into another substance, and therefore it is desirable to develop an effective catalyst to accelerate the reaction. In addition, the beneficial substance must be highly sought-after substance in order to be adapted to a technique that contributes to the reduction of carbon dioxide emissions.
[0003][0003]
При этом карбонатные сложные эфиры являются очень полезными соединениями, которые можно применять в качестве добавок, таких как добавка к бензину для увеличения октанового числа, добавка к дизельному топливу для снижения количества частиц в выхлопных газах, а также в качестве алкилирующего агента, карбонилирующего агента, растворителя или подобных материалов для синтеза смолы или органического соединения, такого как поликарбонат, уретан, фармацевтический агент, агрохимикат или электролит для литиевых батарей, сырье для смазывающего материала или сырье для поглотителя кислорода для предотвращения ржавчины в трубах паровых котлов.However, carbonate esters are very useful compounds that can be used as additives such as gasoline octane additive, diesel fuel additive to reduce exhaust particulates, and as an alkylating agent, carbonylating agent, solvent. or similar materials for the synthesis of a resin or an organic compound such as polycarbonate, urethane, a pharmaceutical agent, an agrochemical or lithium battery electrolyte, a lubricant raw material, or an oxygen scavenger raw material for rust prevention in steam boiler pipes.
[0004][0004]
Карбонатный сложный эфир представляет собой общее название соединения, полученного путем замены одного или двух из двух атомов водорода в угольной кислоте, CO(OH)2, алкильной группой или арильной группой, имеющего структуру RO-C(=O)-OR' (где R и R' представляют собой насыщенную углеводородную группу или ненасыщенную углеводородную группу). Следовательно, если такое соединение может быть эффективно получено из диоксида углерода, который представляет собой соединение, эквивалентное угольной кислоте, это может оказаться полезным для снижения выбросов диоксида углерода.A carbonate ester is the general name for a compound obtained by replacing one or two of the two hydrogen atoms in carbonic acid, CO(OH) 2 , with an alkyl group or an aryl group, having the structure RO-C(=O)-OR' (where R and R' is a saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group). Therefore, if such a compound can be effectively produced from carbon dioxide, which is a compound equivalent to carbonic acid, it may be useful to reduce carbon dioxide emissions.
[0005][0005]
Когда карбонатный сложный эфир непосредственно синтезируют из диоксида углерода и жидкого спирта, известно, что реакция протекает с ускорением в присутствии твердого катализатора, такого как порошок оксида церия (CeO2) или порошок оксида цинка (ZrO2), и нитрильного соединения в качестве агента гидратации. В частности, когда в качестве твердого катализатора применяют порошок оксида церия, известно, что реакция протекает быстрее (например, см. Патентный документ 1).When the carbonate ester is directly synthesized from carbon dioxide and liquid alcohol, the reaction is known to be accelerated in the presence of a solid catalyst such as cerium oxide (CeO 2 ) powder or zinc oxide (ZrO 2 ) powder and a nitrile compound as a hydration agent. . In particular, when cerium oxide powder is used as the solid catalyst, it is known that the reaction proceeds faster (for example, see Patent Document 1).
[0006][0006]
Несколько известных примеров применения катализатора в системе реакции в растворе путем закрепления катализатора на несущей катализатор конструкции направлены на увеличение скорости подачи раствора сырья или на предотвращение вымывания катализатора в сырье (например, см. Патентные документы 2 - 5). В этих примерах для закрепления катализатора на несущей катализатор конструкции применяют такие техники, как покрытие металлом, распыление, осаждение из паров или покрытие жидкостью.Several well-known examples of using a catalyst in a solution reaction system by attaching a catalyst to a catalyst support structure aim to increase the feed solution feed rate or to prevent the catalyst from being washed out of the feed (eg, see Patent Documents 2-5). In these examples, techniques such as metal plating, spraying, vapor deposition, or liquid plating are used to secure the catalyst to the catalyst support structure.
ДОКУМЕНТ УРОВНЯ ТЕХНИКИPRIOR ART DOCUMENT
ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТPATENT DOCUMENT
[0007][0007]
Патентный документ 1: Японская опубликованная нерассмотренная заявка на патент №2012-162523Patent Document 1: Japanese Published Unexamined Patent Application No. 2012-162523
Патентный документ 2: Японская опубликованная нерассмотренная заявка на патент №H6-145113Patent Document 2: Japanese Published Unexamined Patent Application No. H6-145113
Патентный документ 3: Международная опубликованная заявка на патент WO2016/093329Patent Document 3: International Published Patent Application WO2016/093329
Патентный документ 4: Японская опубликованная нерассмотренная заявка на патент №2013-646Patent Document 4: Japanese Published Unexamined Patent Application No. 2013-646
Патентный документ 5: Японская опубликованная нерассмотренная заявка на патент №2016-59901Patent Document 5: Japanese Published Unexamined Patent Application No. 2016-59901
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ РЕШАЕТ ИЗОБРЕТЕНИЕPROBLEMS SOLVED BY THE INVENTION
[0008][0008]
Когда авторы настоящего изобретения испытывали описанные методики, они столкнулись с проблемой уязвимости оксида церия к измельчению в ходе реакции. Поскольку порошок оксида церия, непосредственно применяемый в реакции, измельчается из-за трещин, вызываемых контактом между частицами порошка или между порошком и стенкой реактора, трудно отделить порошок от продукта, такого как карбонатный сложный эфир. Кроме того, если оксид церия непосредственно загружают в реактор, текучая среда субстрата реакции вызывает неравномерности в реакционном сосуде, которые вызывают затруднение при достижении высокой эффективности реакции, когда реакция протекает с таким высоким расходом, который необходим для промышленных способов.When the authors of the present invention tested the described methods, they encountered the problem of the vulnerability of cerium oxide to grinding during the reaction. Since the cerium oxide powder directly used in the reaction is pulverized due to cracks caused by contact between the powder particles or between the powder and the reactor wall, it is difficult to separate the powder from a product such as a carbonate ester. In addition, if cerium oxide is directly charged to the reactor, the reaction substrate fluid causes unevenness in the reaction vessel, which makes it difficult to achieve high reaction efficiency when the reaction proceeds at such a high flow rate as is necessary for industrial processes.
[0009][0009]
Следовательно, для предотвращения измельчения порошка оксида церия в ходе реакции, авторы настоящего изобретения испытали применение каталитической конструкции, в которой катализатор, содержащий оксид церия, зафиксирован с материалом основы (несущая катализатор конструкция), такой как соты, в реакционной системе. Согласно способам, описанным в Патентных документах 2 - 5, катализатор фиксировали на материале основы слоем, не более чем 5 - 10 мкм.Therefore, in order to prevent grinding of the cerium oxide powder during the reaction, the present inventors have experienced the use of a catalyst structure in which a catalyst containing cerium oxide is fixed with a base material (catalyst-supporting structure) such as a honeycomb in the reaction system. According to the methods described in
Кроме того, когда оксид церия нанесен на материал основы при помощи способов, описанных в Патентных документах 2 - 5, было обнаружено, что затруднительно дальше улучшать эффективность реакции, поскольку количество катализатора, зафиксированного на единице площади материала основы, определяет скорость реакции. Кроме того, если на материал основы нанесено большое количество катализатора, катализатор может отпадать или может отделяться от материала основы.In addition, when cerium oxide is applied to the base material by the methods described in
[0010][0010]
Следовательно, настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанных проблем и его задачей является обеспечение способа получения карбонатного сложного эфира, в котором, при применении каталитической конструкции, имеющей достаточное количество содержащего оксид церия твердого катализатора, нанесенного на материал основы, можно подавить измельчение и отделение твердого катализатора, и который может обеспечить высокоэффективную реакцию получения карбонатного сложного эфира в течение длительного времени. Кроме того, задачей настоящего изобретения также является обеспечение каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира, которую можно подвергать регенерирующей обработке, такой как термообработка или подобная обработка, для восстановления его функции, даже если ее каталитическая активность ухудшилась после продолжительного периода нахождения в условиях реакции, и следовательно, которую легко можно применять непрерывно в течение длительного времени.Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a method for producing a carbonate ester in which, by using a catalyst structure having a sufficient amount of a cerium oxide-containing solid catalyst supported on a base material, grinding and separation of the solid catalyst can be suppressed. , and which can provide a highly efficient carbonate ester production reaction for a long time. Further, it is also an object of the present invention to provide a carbonate ester catalyst structure that can be subjected to a regenerating treatment such as a heat treatment or the like to restore its function even if its catalytic activity has deteriorated after a long period of exposure to the reaction conditions, and therefore, which can be easily applied continuously for a long time.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧPROBLEM SOLVING TOOLS
[0011][0011]
В ходе обширных исследований для решения вышеописанных задач авторы настоящего изобретения изучали способы закрепления твердого катализатора на материале основы и обнаружили, что относительно большое количество твердого катализатора можно закрепить на материале основы относительно прочно, когда твердый катализатор закреплен на материале основы вместе с неорганическим связующим, содержащим оксид алюминия и/или диоксид кремния. Они также обнаружили, что активность твердого катализатора в достаточной мере сохранялась при применении неорганического связующего для закрепления твердого катализатора. В результате дополнительных исследований, основанных на этих открытиях, авторы осуществили настоящее изобретение.In the course of extensive research to solve the above problems, the present inventors have studied methods for attaching a solid catalyst to a base material, and found that a relatively large amount of solid catalyst can be attached to the base material relatively firmly when the solid catalyst is attached to the base material together with an inorganic binder containing an oxide. aluminum and/or silicon dioxide. They also found that the activity of the solid catalyst was sufficiently maintained when an inorganic binder was used to fix the solid catalyst. As a result of additional research based on these discoveries, the authors have carried out the present invention.
Сущность настоящего изобретения состоит в следующем:The essence of the present invention is as follows:
[0012][0012]
(1) Способ получения карбонатного сложного эфира, включающий стадию обеспечения возможности взаимодействия одноатомного спирта и диоксида углерода между собой в присутствии каталитической конструкции и агента гидратации с образованием карбонатного сложного эфира, где:(1) A process for producing a carbonate ester, comprising the step of allowing a monohydric alcohol and carbon dioxide to react with each other in the presence of a catalytic structure and a hydration agent to form a carbonate ester, wherein:
каталитическая конструкция содержит материал основы и каталитический слой, образованный на по меньшей мере части поверхности материала основы, и содержащий твердый катализатор и неорганическое связующее;the catalytic structure comprises a base material and a catalytic layer formed on at least a portion of the surface of the base material and containing a solid catalyst and an inorganic binder;
твердый катализатор содержит оксид церия;the solid catalyst contains cerium oxide;
количество нанесенного твердого катализатора составляет от 15 г/м2 до 200 г/м2; иthe amount of applied solid catalyst is from 15 g/m 2 to 200 g/m 2 ; And
неорганическое связующее содержит оксид алюминия и/или диоксид кремния.the inorganic binder contains alumina and/or silicon dioxide.
(2) Способ получения карбонатного сложного эфира по п. (1), отличающийся тем, что неорганическое связующее содержит диоксид кремния.(2) The method for producing a carbonate ester according to (1), characterized in that the inorganic binder contains silica.
(3) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) или (2), отличающийся тем, что каталитическая конструкция дополнительно содержит промежуточный слой, состоящий из неорганического связующего, образованный между каталитическим слоем и материалом основы.(3) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) or (2), characterized in that the catalytic structure further comprises an intermediate layer consisting of an inorganic binder formed between the catalytic layer and the base material.
(4) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (3), в котором количество нанесенного твердого катализатора в каталитическом слое составляет от 15 г/м2 до 150 г/м2.(4) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) - (3), in which the amount of supported solid catalyst in the catalytic layer is from 15 g/m 2 to 150 g/m 2 .
(5) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (3), в котором количество нанесенного твердого катализатора в каталитическом слое составляет от 15 г/м2 to 70 г/м2.(5) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) - (3), in which the amount of supported solid catalyst in the catalytic layer is from 15 g/m 2 to 70 g/m 2 .
(6) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (5), в котором материал основы содержит сквозные отверстия, которые служат в качестве проходных путей для одноатомного спирта и диоксида углерода, и(6) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) to (5), wherein the base material contains through holes that serve as passageways for monohydric alcohol and carbon dioxide, and
каталитический слой образован на поверхности указанных сквозных отверстий.the catalytic layer is formed on the surface of said through holes.
(7) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (6), в котором твердый катализатор дополнительно содержит оксид редкоземельного элемента.(7) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) to (6), wherein the solid catalyst further contains an oxide of a rare earth element.
(8) Способ получения карбонатного сложного эфира по п. (7), в котором твердый катализатор содержит оксид лантана.(8) The carbonate ester production method according to (7), wherein the solid catalyst contains lanthanum oxide.
(9) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (8), в котором средняя толщина каталитического слоя составляет 12 мкм - 150 мкм.(9) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) - (8), in which the average thickness of the catalytic layer is 12 μm - 150 μm.
(10) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (9), в котором материал основы представляет собой металлические соты.(10) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) - (9), in which the base material is a metal honeycomb.
(11) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (10), в котором агент гидратации содержит нитрильное соединение.(11) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) - (10), in which the hydration agent contains a nitrile compound.
(12) Способ получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (1) - (11), в котором агент гидратации содержит 2-цианопиридин.(12) The method for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (1) - (11), in which the hydration agent contains 2-cyanopyridine.
(13) Каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира, содержащая:(13) A carbonate ester catalytic structure, comprising:
материал основы; иbase material; And
каталитический слой, образованный на по меньшей мере части поверхности материала основы и содержащий твердый катализатор и неорганическое связующее,a catalytic layer formed on at least a part of the surface of the base material and containing a solid catalyst and an inorganic binder,
где:Where:
твердый катализатор содержит оксид церия;the solid catalyst contains cerium oxide;
количество нанесенного твердого катализатора составляет от 15 г/м2 to 200 г/м2; иthe amount of applied solid catalyst is from 15 g/m 2 to 200 g/m 2 ; And
неорганическое связующее содержит диоксид кремния и/или оксид алюминия.the inorganic binder contains silicon dioxide and/or alumina.
(14) Каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира по п. (13), где количество нанесенного твердого катализатора составляет от 15 г/м2 до 150 г/м2.(14) The carbonate ester catalyst structure according to (13), wherein the amount of supported solid catalyst is 15 g/m 2 to 150 g/m 2 .
(15) Устройство для получения карбонатного сложного эфира, содержащее:(15) An apparatus for producing a carbonate ester, comprising:
каталитическую конструкцию для получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (13) или (14); иa catalytic structure for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (13) or (14); And
путь введения для подачи по меньшей мере одноатомного спирта и диоксида углерода в каталитическую конструкцию.an introduction route for feeding at least a monohydric alcohol and carbon dioxide into the catalytic structure.
(16) Устройство для получения карбонатного сложного эфира по п. (15), дополнительно содержащее путь выгрузки, по которому выходит карбонатный сложный эфир, полученный из одноатомного спирта и диоксида углерода.(16) The carbonate ester producing apparatus according to (15), further comprising a discharge path through which the carbonate ester produced from monohydric alcohol and carbon dioxide is discharged.
(17) Устройство для получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (15) или (16), в котором множество каталитических конструкций расположены в одну линию.(17) An apparatus for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (15) or (16), in which a plurality of catalytic structures are arranged in one line.
(18) Устройство для получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (15) или (16), содержащее интегрированную конструкцию, включающую множество параллельно расположенных каталитических конструкций.(18) An apparatus for producing a carbonate ester according to any one of paragraphs. (15) or (16), containing an integrated structure, including a plurality of parallel catalytic structures.
(19) Способ получения карбонатного сложного эфира, включающий стадию циркуляции реакционного субстрата, содержащего одноатомный спирт и диоксид углерода, через устройство для получения карбонатного сложного эфира по любому из пп. (15) - (18) с объемной скоростью (в минуту) от 0,005 до 5000.(19) A method for producing a carbonate ester, comprising the step of circulating a reaction substrate containing a monohydric alcohol and carbon dioxide through a carbonate ester producing apparatus according to any one of paragraphs. (15) - (18) with space velocity (per minute) from 0.005 to 5000.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯEFFECTS OF THE INVENTION
[0013][0013]
Настоящее изобретение обеспечивает способ получения карбонатного сложного эфира и каталитическую конструкцию для получения карбонатного сложного эфира, причем каталитическая конструкция, содержащая достаточное количество содержащего оксид церия твердого катализатора, находящегося на материале основы, может подавлять измельчение и отделение твердого катализатора и может обеспечивать высокоэффективную реакцию получения карбонатного сложного эфира.The present invention provides a process for producing a carbonate ester and a catalyst structure for producing a carbonate ester, wherein the catalyst structure containing a sufficient amount of a cerium oxide-containing solid catalyst placed on a base material can suppress grinding and separation of the solid catalyst, and can achieve a highly efficient carbonate complex production reaction. ether.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0014][0014]
[Фигура 1] Частично увеличенное поперечное сечение, показывающее каталитическую конструкцию для получения карбонатного сложного эфира согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.[Figure 1] Partially enlarged cross-section showing a catalytic structure for producing a carbonate ester according to one embodiment of the present invention.
[Фигура 2] Частично увеличенное поперечное сечение, показывающее каталитическую конструкцию для получения карбонатного сложного эфира согласно другому варианту реализации настоящего изобретения.[Figure 2] Partially enlarged cross-section showing a catalytic structure for producing a carbonate ester according to another embodiment of the present invention.
[Фигура 3] График, показывающий выходы в реакции получения карбонатного сложного эфира (изменения в скоростях сохранения каталитической активности) с использованием каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения и каталитической конструкции, использованной для сравнения.[Figure 3] Graph showing carbonate ester production reaction yields (changes in catalytic activity retention rates) using a carbonate ester production catalyst design according to one embodiment of the present invention and the catalyst design used for comparison.
[Фигура 4] Вид сбоку, показывающий конкретный пример устройства для получения карбонатного сложного эфира, содержащего каталитические конструкции.[Figure 4] Side view showing a specific example of a carbonate ester apparatus containing catalyst structures.
[Фигура 5] Вид сверху (A) и вид снизу (B), показывающие устройство для получения карбонатного сложного эфира, содержащее каталитические конструкции.[Figure 5] Top view (A) and bottom view (B) showing a carbonate ester making apparatus containing catalyst structures.
[Фигура 6] Схематические изображения, показывающие один пример формы устройства для получения карбонатного сложного эфира, содержащего каталитические конструкции, подходящего для применения в промышленном масштабе.[Figure 6] Schematic representations showing one example of the shape of a carbonate ester apparatus containing catalyst constructs suitable for industrial scale applications.
[Фигура 7] Виды, показывающие конкретные примеры сотоподобного основного материала (металлические соты), использованного в устройстве для получения карбонатного сложного эфира, которое имеет цилиндрическую внешнюю форму (Фигура 7 (A)) и внешнюю форму прямоугольного параллелепипеда (Фигура 7 (B)), соответственно.[Figure 7] Views showing specific examples of the honeycomb-like base material (metal honeycomb) used in the carbonate ester making apparatus, which has a cylindrical outer shape (Figure 7(A)) and a rectangular parallelepiped outer shape (Figure 7(B)) , respectively.
[Фигура 8] Диаграмма, схематически показывающая конкретный пример оборудования для получения карбонатного сложного эфира, содержащего устройство, такое как устройство для получения карбонатного сложного эфира, и подобные устройства.[Figure 8] A diagram schematically showing a specific example of a carbonate ester production equipment, including an apparatus such as a carbonate ester production apparatus and the like.
ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR IMPLEMENTING THE INVENTION
[0015][0015]
Ниже предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения будет описан подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Компоненты, имеющие по существу одинаковые функциональные конфигурации, обозначены одинаковыми позиционными обозначениями в описании и фигурах, чтобы избежать дублирующихся объяснений. Кроме того, компоненты на фигурах выделены согласно удобству, и аспектное соотношение и размеры компонентов на фигурах не представляют реальное аспектное соотношение и размеры компонентов.Below, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Components having substantially the same functional configurations are identified by the same reference numerals in the description and figures in order to avoid duplicate explanations. In addition, the components in the figures are highlighted for convenience, and the aspect ratios and sizes of the components in the figures do not represent the actual aspect ratios and sizes of the components.
[0016][0016]
<1. Каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира><1. Catalyst Design for Carbonate Ester Production>
Вначале будет описан предпочтительный вариант реализации каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира согласно настоящему изобретению. Фигура 1 представляет частично увеличенное поперечное сечение каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира согласно указанному варианту реализации. Каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира 1 согласно указанному варианту реализации (здесь и далее просто «каталитическая конструкция») катализирует образование карбонатного сложного эфира из диоксида углерода и одноатомного спирта в присутствии агента гидратации.First, a preferred embodiment of the catalytic design for producing the carbonate ester of the present invention will be described. Figure 1 is a partially enlarged cross-section of a carbonate ester catalyst structure according to this embodiment. The catalytic structure for producing
[0017][0017]
Каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира 1 согласно указанному варианту реализации содержит материал основы 10 и каталитический слой 20, образованный на по меньшей мере части поверхности материала основы 10, который содержит твердый катализатор 40 и неорганическое связующее 50, где: твердый катализатор 40 содержит оксид церия; количество твердого катализатора 40 на основе в каталитическом слое 20 составляет от 15 г/м2 до 200 г/м2; и неорганическое связующее 50 содержит диоксид кремния и/или оксид алюминия. Кроме того, согласно указанному варианту реализации каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира 1 снабжена промежуточным слоем 30, содержащим неорганическое связующее 50, между каталитическим слоем 20 и материалом основы 10.The catalyst structure for producing
[0018][0018]
(1.1. Материал основы)(1.1. Base material)
Материал основы 10 представляет собой несущую катализатор конструкцию для поддержки твердого катализатора 40. Следовательно, твердый катализатор 40 может быть прикреплен к поверхности материала основы 10 так, чтобы могло быть устранено неравномерное распределение твердого катализатора 40 в реакционном сосуде при реакции, и могли быть снижены локальные изменения температуры в реакционном сосуде, вызванные теплом, выделяющимся при реакции, по сравнению с непосредственным применением порошкообразного катализатора. Следовательно, согласно указанному варианту реализации, продукт может быть синтезирован в высокоэффективном режиме.The
Кроме того, каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира 1 может быть извлечена из реакционного сосуда, а затем подвергнута регенерирующей обработке, такой как тепловая обработка или подобная обработка, для восстановления ее функции, даже если активность твердого катализатора 40 снижена после длительного периода непрерывной реакции, и поэтому легко может быть использована в течение длительного промежутка времени. Кроме того, как будет описано подробно, компоненты твердого катализатора 40 можно регулировать для поддержания превосходной каталитической функции и снижения частоты регенерирующей обработки.In addition, the catalyst structure for producing
[0019][0019]
Материал основы 10 ничем конкретно не ограничен, пока это позволяет формировать каталитический слой 20, содержащий твердый катализатор 40, и может иметь любую форму и размеры. В частности, материал основы 10 предпочтительно имеет сквозные отверстия, выполняющие роль проходных путей для одноатомного спирта и диоксида углерода. Поскольку материал основы 10 имеет сквозные отверстия, эффективность диффузии сырья, т.е. одноатомного спирта и диоксида углерода, может быть увеличена, и продукты, такие как карбонатный сложный эфир, и образующуюся в качестве побочного продукта воду, легко собирать. Кроме того, каталитический слой 20 обеспечивают на поверхности сквозных отверстий, так что может быть увеличена площадь каталитического слоя 20, контактирующая с сырьем, т.е. одноатомным спиртом и диоксидом углерода, для увеличения эффективности реакции получения карбонатного сложного эфира.The
[0020][0020]
Материал основы 10 может иметь пористую форму, такую как пеноподобная форма, сотоподобная форма (монолитная форма), форма сетки, колончатая форма, цилиндрическая форма или подобные формы. В частности, материал основы 10 предпочтительно имеет пористую форму, пеноподобную форму, сотоподобную форму или форму сетки. Поскольку указанные формы могут быть снабжены сквозными отверстиями, благоприятно могут быть получены вышеописанные преимущества обеспечения сквозных отверстий. В частности, когда материал основы 10 имеет сотоподобную форму, удельная площадь поверхности сквозных отверстий может быть относительно большой при увеличении физической прочности материала основы 10 и стабильности формы материала основы 10.The
[0021][0021]
Хотя форма поперечного сечения сквозного отверстия в сотоподобной структуре ничем конкретно не ограничена, оно может иметь форму многоугольника, такого как треугольник, четырехугольник или шестиугольник, или любую форму волны, такую как синусоидальная волна (плавникообразная форма).Although the cross-sectional shape of the through hole in the honeycomb structure is not particularly limited, it may be a polygonal shape such as a triangle, a quadrangle, or a hexagon, or any waveform such as a sine wave (fin shape).
[0022][0022]
Хотя размер сквозных отверстий в материале основы 10 ничем конкретно не ограничен, он составляет, например, 0,3 - 6 мм и предпочтительно 0,5 - 5 мм. Аналогично, хотя число сквозных отверстий (число ячеек) в материале основы 10 ничем конкретно не ограничено, оно может составлять, например, 25 - 1200 ячеек/дюйм2 (3,9 - 186 ячеек/см2) и предпочтительно 100 - 600 ячеек/дюйм2 (15,5 - 93 ячеек/см2).Although the size of the through holes in the
[0023][0023]
Кроме того, материал, составляющий материал основы 10, ничем конкретно не ограничен и может представлять собой металлический материал, такой как нержавеющая сталь или алюминиевая сталь, или любой керамический материал, такой как кордиерит, муллит, карбид кремния, оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, диоксид циркония или диоксид церия.In addition, the material constituting the material of the
[0024][0024]
Материал основы 10 представляет собой сотоподобный материал основы, состоящий из металлического материала или керамики, а именно, керамические соты или металлические соты, и особенно предпочтительно металлические соты. Металлический материал, такой как нержавеющая сталь (мартенситная, ферритная, аустенитная, аустенитно-ферритный дуплекс или упрочненная осаждением сталь), можно применять в качестве материала основы 10 для улучшения теплопроводности материала основы 10. В результате тепло, выделяющееся в реакции, легко может отводиться из реакционного сосуда вместе с движением сырья, для поддержания в основном однородной температуры в каталитическом резервуаре, благодаря чему обеспечивается возможность каталитическому слою 20 стабильно проявлять высокую каталитическую активность в течение длительного времени. Альтернативно, если для создания материала основы 10 применяют керамику, можно дополнительно улучшить адгезию каталитического слоя 20 к материалу основы 10. Конкретный пример металлических сот без каталитического слоя показан на Фигуре 6.The
[0025][0025]
(1.2. Каталитический слой)(1.2. Catalytic bed)
Каталитический слой 20 формируют на по меньшей мере части поверхности материала основы 10 через посредство промежуточного слоя 30, который будет описан позже. Однако, как будет описано подробно, каталитический слой 20 может также быть расположен непосредственно на поверхности материала основы 10.The
В общем, каталитический слой 20 формируют на внутренней стенке сквозных отверстий материала основы 10. Каталитический слой 20 содержит твердый катализатор 40, содержащий оксид церия, и катализирует реакцию получения карбонатного сложного эфира из диоксида углерода и одноатомного спирта.In general, the
[0026][0026]
Каталитический слой 20, твердый катализатор 40 содержит по меньшей мере оксид церия. Оксид церия обладает превосходной каталитической активностью в реакции получения карбонатного сложного эфира из диоксида углерода и одноатомного спирта. Однако, поскольку оксид церия в общем уязвим к измельчению, оксид церия в указанном варианте реализации прочно прикреплен к материалу основы 10 посредством неорганического связующего 50, которое будет описано ниже, благодаря чему подавляется отделение и предотвращается измельчение.
[0027][0027]
Твердый катализатор 40 может дополнительно содержать один или несколько видов катализаторов помимо оксида церия. В качестве такого катализатора можно применять любой катализатор, способный катализировать реакцию между диоксидом углерода и одноатомным спиртом, примеры включают соединение олова, соединение таллия, соединение никеля, соединение ванадия, соединение меди, карбонат щелочного металла, оксид циркония, оксид титана и редкоземельный элемент (в частности, оксид редкоземельного элемента) помимо церия. Из их числа предпочтительным является оксид циркония, поскольку он имеет высокую каталитическую активность. В этом случае доля оксида церия в твердом катализаторе 40 составляет, например, 5 атомных процентов (ат.%) или более, и предпочтительно, 20 ат.% или более. Кроме того, доля оксида церия в твердом катализаторе 40 может составлять 100 ат.%.
[0028][0028]
Если катализатор из оксида церия непрерывно используют для реакции прямого синтеза карбонатного сложного эфира, каталитическая активность со временем снижается, и поэтому достаточно часто может требоваться регенерирующая обработка катализатора. Однако высокую каталитическую активность можно поддерживать путем регулирования компонентов катализатора. Например, при добавлении других редкоземельных элементов помимо церия в качестве сокаталитического компонента, каталитическая активность твердого катализатора 40, вероятно, будет сохраняться высокой в реакции получения карбонатного сложного эфира в течение более длительного времени.If the cerium oxide catalyst is continuously used for the carbonate ester direct synthesis reaction, the catalytic activity decreases with time, and therefore, regeneration treatment of the catalyst may be required quite often. However, high catalytic activity can be maintained by adjusting the catalyst components. For example, by adding rare earth elements other than cerium as a co-catalyst component, the catalytic activity of the
Примеры редкоземельных элементов помимо церия включают скандий, иттрий, лантан, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций. Из редкоземельных элементов в твердый катализатор 40 предпочтительно вводят лантан, празеодим или гадолиний, и особенно благоприятно применение лантана. Металлический элемент, содержащийся в твердом катализаторе 40 или присутствующий во внешнем слое твердого катализатора 40, главным образом представляет собой оксид.Examples of rare earth elements other than cerium include scandium, yttrium, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. Of the rare earth elements, lanthanum, praseodymium or gadolinium are preferably introduced into the
[0029][0029]
Доля сокаталитического компонента, например, оксида редкоземельного элемента, в твердом катализаторе 40 предпочтительно составляет 0,01 - 10 масс. %, более предпочтительно, 0,05 - 5,0 масс. %, еще более предпочтительно, 0,1 - 2,5 масс. % и особенно предпочтительно, 0,2 - 2,0 масс. %, например, 1 масс. %, от общей массы твердого катализатора.The proportion of the co-catalytic component, for example rare earth oxide, in the
[0030][0030]
Кроме того, количество твердого катализатора 40, находящегося в каталитическом слое 20, составляет от 15 г/м2 до 200 г/м2. Следовательно, эффективность реакции, катализируемой каталитической конструкцией 1, может быть увеличена. С другой стороны, если количество нанесенного твердого катализатора 40 составляет менее 15 г/м2, эффективность реакции, катализируемой каталитической конструкцией 1, может быть недостаточной. Кроме того, если количество нанесенного твердого катализатора 40 превышает 200 г/м2, сырьевой субстрат может диффундировать в глубокую часть каталитического слоя 20 и превращаться в помеху, которая, напротив, ухудшает эффективность реакции. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что количество твердого катализатора 40 и эффективность реакции не находятся в простой положительной корреляции, а в соответствующем диапазоне количество твердого катализатора 40 обеспечивает высокую эффективность реакции. Поскольку такое относительно большое количество твердого катализатора 40 может быть нанесено на каталитическую конструкцию 1, активность можно поддерживать высокой даже при высокой скорости подачи сырья, и размер реактора может быть относительно небольшим для уменьшения стоимости завода.In addition, the amount of
[0031][0031]
С точки зрения увеличения эффективности реакции, катализируемой каталитической конструкцией 1, количество твердого катализатора 40 находящегося в каталитическом слое 20 составляет, например, от 10 г/м2 до 200 г/м2, предпочтительно, от 15 г/м2 до 150 г/м2, более предпочтительно, от 15 г/м2 до 70 г/м2 и еще более предпочтительно, от 15 г/м2 до 30 г/м2.From the viewpoint of increasing the efficiency of the reaction catalyzed by the
Аналогично, с точки зрения увеличения эффективности реакции, катализируемой каталитической конструкцией 1, количество оксида церия, находящегося в каталитическом слое 20, составляет, например, от 10 г/м2 до 200 г/м2, предпочтительно, от 15 г/м2 до 150 г/м2, более предпочтительно, от 15 г/м2 до 70 г/м2 и еще более предпочтительно, от 15 г/м2 до 30 г/м2.Similarly, from the viewpoint of increasing the efficiency of the reaction catalyzed by the
[0032][0032]
Твердый катализатор 40 наносят в количестве в вышеуказанном диапазоне, толщина каталитического слоя 20 составляет в среднем примерно 12 мкм - 150 мкм, что значительно больше толщины каталитического слоя, образованного способами, описанными в Патентных документах 2 - 5 (которая составляет в лучшем случае около 5 мкм). Традиционно сложно нанести такое большое количество твердого катализатора 40 без подавления его реакционной активности, в указанном варианте реализации эту задачу решают путем применения неорганического связующего 50, которое будет описано ниже. Средняя толщина каталитического слоя 20 может составлять около 12 мкм - 180 мкм и предпочтительно около 15 мкм - 150 мкм.The
[0033][0033]
Кроме того, толщина каталитического слоя 20, образованного в сквозных отверстиях материала основы 10, зависит от формы сквозных отверстий и не обязательно является равномерной. Равномерный каталитический слой может быть образован на плоской поверхности при помощи ракельного способа или подобного способа для получения корреляции между количеством твердого катализатора в каталитическом слое и толщиной каталитического слоя, так что даже при формировании сквозных отверстий среднюю толщину каталитического слоя 20 на материале основы 10 можно определить исходя из массы твердого катализатора 40 на основе как видимую толщину. В настоящем описании (среднюю) толщину каталитического слоя 20 всегда определяли согласно указанному способу.In addition, the thickness of the
[0034][0034]
Кроме того, хотя средний размер частиц, применяемых при получении твердого катализатора 40, ничем конкретно не ограничен, он составляет, например, от 0,001 мкм до 100 мкм, предпочтительно, от 0,005 мкм до 100 мкм, более предпочтительно, от 0,01 мкм до 80 мкм, еще более предпочтительно, от 0,1 мкм до 60 мкм, особенно предпочтительно, от 1,0 мкм до 30 мкм, и наиболее предпочтительно, от 3,0 мкм до 15 мкм. Следовательно, удельная поверхность твердого катализатора 40 может быть относительно большой для улучшения эффективности катализа реакции, а отделение твердого катализатора 40 предотвращают при помощи неорганического связующего 50.In addition, although the average particle size used in the preparation of the
[0035][0035]
Здесь «средний размер частиц» относится к 50% объемного распределения частиц по размерам (D50), измеренному способом лазерной дифракции/светорассеяния во влажном состоянии. Когда измерение способом лазерной дифракции/светорассеяния затруднено из-за плохой диспергируемости или подобной причины, можно применять такие методики, как наблюдение в сканирующий электронный микроскоп, расчет по данным измерений дифракции рентгеновских лучей, метод анализа изображений или подобные методы.Here, "average particle size" refers to 50% of the particle size distribution by volume (D50) as measured by the laser diffraction/wet scattering method. When measurement by the laser diffraction/light scattering method is difficult due to poor dispersibility or the like, techniques such as scanning electron microscope observation, calculation from X-ray diffraction measurement data, an image analysis method, or the like can be applied.
[0036][0036]
Кроме того, помимо вышеописанного твердого катализатора 40, каталитический слой 20 также содержит неорганическое связующее 50 для прикрепления твердого катализатора 40. Неорганическое связующее 50 содержит диоксид кремния и/или оксид алюминия. В результате обширных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда в качестве неорганического связующего 50 применяют диоксид кремния и/или оксид алюминия, твердый катализатор 40 может находится в относительно большом количестве без подавления каталитической активности твердого катализатора 40. Такое неорганическое связующее 50 обеспечивает возможность плотного прикрепления твердого катализатора 40, содержащего оксид церия, к материалу основы 10, и подавление отделения или отпадения твердого катализатора 40 в ходе реакции. В результате каталитическую конструкцию 1 можно применять в течение длительного времени при сохранении ее высокой активности. Кроме того, неорганическое связующее можно применять для сохранения адгезии между каталитическим слоем 20 и материалом основы 10 без разрушения каталитического слоя 20, даже если температура реакции или регенерирующей обработки становится относительно высокой.Moreover, in addition to the
[0037][0037]
Диоксид кремния и оксид алюминия, которые могут содержаться в неорганическом связующем 50, ничем конкретно не ограничены и могут представлять собой любой диоксид кремния и оксид алюминия, полученные с использованием подходящего соединения в качестве предшественника. Эти диоксид кремния и оксид алюминия могут быть аморфными или кристаллическими.The silica and alumina that may be contained in the
[0038][0038]
Неорганическое связующее 50 может дополнительно содержать компонент помимо диоксида кремния и оксида алюминия. Примеры такого компонента включают магний, кальций и примеси, которые могут попасть в смесь во время получения неорганического связующего 50. Кроме того, доля общего количества диоксида кремния и оксида алюминия в неорганическом связующем 50 предпочтительно составляет 20 масс. % или более, и более предпочтительно, 50 масс. % или более. Еще более предпочтительно, неорганическое связующее 50 состоит по существу из диоксида кремния и/или оксида алюминия, и особенно предпочтительно, состоит из диоксида кремния и/или оксида алюминия.The
[0039][0039]
Кроме того, диоксид кремния и оксид алюминия обычно существуют в виде сборки (агломерата) мелких частиц в неорганическом связующем 50, поэтому неорганическое связующее 50 пористое. Поскольку неорганическое связующее 50 пористое, сырье, т.е. диоксид углерода и одноатомный спирт, могут достигать поверхности твердого катализатора 40, не находящейся на поверхности каталитического слоя 20.In addition, silica and alumina usually exist as an assembly (agglomerate) of fine particles in the
[0040][0040]
Хотя удельная поверхность твердых частиц неорганического связующего 50 ничем конкретно не ограничена, она может составлять, например, от 1 м2/г до 1000 м2/г и предпочтительно, от 10 м2/г до 500 м2/г.Когда удельная поверхность неорганического связующего 50 лежит в вышеуказанном диапазоне, скорость диффузии диоксида углерода и одноатомного спирта в неорганическое связующее 50 будет достаточно высока для ускорения реакции на поверхности твердого катализатора 40, и твердый катализатор 40 может быть более плотно прикреплен к каталитическому слою 20. Удельную поверхность можно измерить при помощи метода БЭТ.Although the specific surface area of the solid particles of the
[0041][0041]
Количество твердого компонента в неорганическом связующем 50, находящегося в каталитическом слое 20, составляет, например, от 1 г/м2 до 100 г/м2 и более предпочтительно, от 1 г/м2 до 40 г/м2. Следовательно, открытая поверхность твердого катализатора 40 может быть сделана большой для повышения эффективности реакции, а также для плотного прикрепления твердого катализатора 40 к материалу основы 10.The amount of the solid component in the
[0042][0042]
Кроме того, твердый компонент неорганического связующего 50 содержится в каталитическом слое 20 в доле, например, от 0,01 г до 5 г, предпочтительно, от 0,10 г до 1,0 г на 1 г твердого катализатора. Следовательно, открытая поверхность твердого катализатора 40 может быть сделана большой для повышения эффективности реакции, а также для плотного прикрепления твердого катализатора 40 к материалу основы 10.In addition, the solid component of the
[0043][0043]
Твердый компонент, содержащийся в неорганическом связующем 50, относится к частицам неорганического оксида, намеренно введенным в связующее, и отвержденному материалу в связующем. Массовое отношение твердого компонента в неорганическом связующем может быть определено путем деления массы, оставшейся после высыхания и отверждения отдельно неорганического связующего, на массу неорганического связующего до высыхания и отверждения. То есть, масса твердого компонента неорганического связующего может быть рассчитана как (массовое отношение твердого компонента) x (масса нанесенного неорганического связующего).The solid component contained in the
[0044][0044]
(1.3. Промежуточный слой)(1.3 Intermediate layer)
Промежуточный слой 30 представляет собой слой, состоящий из неорганического связующего 50, расположенный между материалом основы 10 и каталитическим слоем 20. Следовательно, промежуточный слой 30, состоящий из неорганического связующего 50, может быть образован между каталитическим слоем 20, содержащим твердый катализатор 40, и материалом основы 10, благодаря чему можно дополнительно повысить адгезию каталитического слоя 20 к материалу основы 10, что предотвращает отделение твердого катализатора 40 от каталитической конструкции 1. Кроме того, такой промежуточный слой 30 может быть обеспечен для достижения адекватной адгезии между каталитическим слоем 20 и материалом основы 10, даже если применяемый материал основы 10 по своей природе имеет плохую адгезию к каталитическому слою 20.The
[0045][0045]
Поскольку компонент неорганического связующего 50 может быть таким же, как в описанном выше каталитическом слое 20, его описание опущено. Однако неорганическое связующее 50 в каталитическом слое 20 и неорганическое связующее в промежуточном слое 30 могут быть одинаковыми или разными с точки зрения их состава.Since the
[0046][0046]
Кроме того, количество твердого компонента в неорганическом связующем 50, находящемся в промежуточном слое 30, составляет, например, от 1 г/м2 до 100 г/м2, и более предпочтительно, от 10 г/м2 до 50 г/м2. В указанном диапазоне адгезия между каталитическим слоем 20 и материалом основы 10 может быть дополнительно улучшена, при предотвращении когезионного разрушения промежуточного слоя 30.In addition, the amount of the solid component in the
[0047][0047]
В описанной каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1 согласно указанному варианту реализации относительно большое количество твердого катализатора 40 плотно прикреплено в каталитическом слое 20 при помощи неорганического связующего 50, содержащего диоксид кремния и/или оксид алюминия. Кроме того, неорганическое связующее 50 не подавляет катализ реакции твердым катализатором 40. В результате, если каталитическую конструкцию для получения карбонатного сложного эфира 1 применяют для получения карбонатного сложного эфира, может быть улучшена эффективность реакции получения карбонатного сложного эфира. Кроме того, поскольку твердый катализатор 40 плотно прикреплен к материалу основы 10 посредством неорганического связующего 50, может быть предотвращено отделение твердого катализатора 40 от каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1 и, следовательно, измельчение твердого катализатора 40.In the described catalyst structure for producing
[0048][0048]
С такой каталитической конструкцией для получения карбонатного сложного эфира 1, может быть достигнута высокая эффективность реакции, даже при проведении реакции с таким большим расходом, который требуется в промышленном способе. Кроме того, поскольку отделение и измельчение твердого катализатора 40 может быть предотвращено, она весьма долговечна и может быть повторно использована даже в агрессивной среде, необходимой в промышленном способе.With such a catalytic structure for producing
[0049][0049]
Была описана каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира 1 согласно указанному варианту реализации, но настоящее изобретение не ограничено этим вариантом реализации. Фигура 2 представляет собой частично увеличенное поперечное сечение каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира согласно другому варианту реализации настоящего изобретения. В каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1A, показанной на Фигуре 2, каталитический слой 20 обеспечивают на материале основы 10. В отличие от вышеописанной каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1, исключен промежуточный слой, состоящий из неорганического связующего 50. Даже если промежуточный слой исключен, как в данном случае, твердый катализатор 40 в каталитическом слое 20 успешно прикреплен посредством неорганического связующего 50, содержащего диоксид кремния и/или оксид алюминия, благодаря чему предотвращается отделение твердого катализатора 40 от каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1A и связанное с ним измельчение твердого катализатора 40.A catalytic design for producing
[0050][0050]
Связь между каталитическим слоем 20 и промежуточным слоем 30 можно наблюдать при помощи элементного анализа или подобного метода, такого как применение оптического микроскопа, сканирующего электронного микроскопа, ЭДС (энергодисперсионного рентгеновского спектрометра) или подобных приборов.The relationship between the
[0051][0051]
Кроме того, долю металлического компонента (например, церия), присутствующего в каталитическом слое 20, можно определить при помощи элементного анализа, с тем чтобы рассчитать количество твердого катализатора 40, нанесенного в каталитическом слое 20, исходя из площади каталитического слоя и общей массы нанесенного каталитического слоя 20. Конкретнее, когда компонентом твердого катализатора 40 является оксид церия, его можно рассчитать согласно следующему уравнению.In addition, the proportion of the metal component (for example, cerium) present in the
[0052][0052]
(количество твердого катализатора на основе)=[(масса каталитического слоя) x (массовая доля церия в каталитическом слое) x ((масса оксида церия)/(масса церия))]/(площадь каталитического слоя)(amount of solid catalyst on the basis)=[(mass of catalytic layer) x (mass fraction of cerium in the catalytic layer) x ((mass of cerium oxide)/(mass of cerium))]/(area of catalytic layer)
[0053][0053]
Это значение равно массе твердого катализатора 40 на единицу площади материала основы 10, на которой находится твердый катализатор 40, и может быть определено независимо от присутствия промежуточного слоя 30.This value is equal to the weight of the
[0054][0054]
В качестве метода элементного анализа для идентификации металлического компонента можно применять сканирующую высокочастотную индуктивно-связанную плазму (ИСП). Количество неорганического связующего 50, находящегося в каталитическом слое 20 или в промежуточном слое 30, можно, аналогично, определить, вычислив отношение твердого компонента, содержащегося в неорганическом связующем, использованном для создания каталитического слоя 20 или промежуточного слоя 30, исходя из доли металлического компонента, определенной при помощи вышеуказанного элементного анализа. Здесь площадь каталитического слоя относится к площади, нанесенной (образованной) твердый катализатором 40 (каталитический слой 20). Например, если материал основы 10 имеет форму сот, и на внешнюю периферию не нанесен каталитический слой 20, площадь каталитического слоя относится ко всей площади поверхности, образующей сквозные отверстия внутри материала основы 10, на которую нанесен каталитический слой 20. В случае если обеспечен промежуточный слой 30, количество нанесенного твердого катализатора 40 можно определить аналогичным образом.Scanning high-frequency inductively coupled plasma (ICP) can be used as an elemental analysis method to identify a metal component. The amount of
[0055][0055]
<2. Способ получения каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира><2. Process for Producing a Catalyst Structure for Producing Carbonate Ester>
Ниже будет подробно описан способ получения каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира согласно указанному варианту реализации путем иллюстрации способа получения каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1.The method for producing the carbonate ester catalyst structure according to this embodiment will be described in detail below by illustrating the method for producing the carbonate
[0056][0056]
Вначале готовят маточный раствор связующего для создания промежуточного слоя 30. Маточный раствор связующего можно получить путем растворения или диспергирования материала неорганического связующего 50, например, оксида алюминия, диоксида кремния или их предшественника, в подходящей жидкой среде, такой как вода или спирт.Концентрация материала неорганического связующего 50 в маточном растворе ничем конкретно не ограничена и может быть соответствующим образом определена в соответствии со способом нанесения маточного раствора связующего на материал основы 10.First, a binder mother liquor is prepared to create an
[0057][0057]
Затем подготавливают материал основы 10, формируя на нем промежуточный слой 30. Конкретнее, маточный раствор связующего наносят на материал основы 10, высушивают и отверждают.Маточный раствор связующего можно наносить любым способом нанесения покрытия, с использованием стержневого устройства для нанесения покрытия, ракельного устройства, валика для нанесения покрытия, устройства для нанесения покрытия с дозирующей системой Commabar, нанесения покрытия при помощи головки, нанесения покрытия при помощи гравированного валика, нанесения покрытия при помощи центрифугирования, щелевого нанесения или подобных способов, струйной печати, распыления, погружения или подобных способов. В частности, если материал основы 10 имеет сквозные отверстия, предпочтительно погружение, а именно, погружение материала основы 10 в маточный раствор связующего. С целью увеличения толщины пленки промежуточного слоя 30 раствор связующего можно наносить повторно много раз.Then, the
[0058][0058]
Затем маточный раствор связующего, нанесенный на материал основы 10, высушивают и отверждают с образованием промежуточного слоя 30. Температура высушивания может представлять собой любую температуру, позволяющую удалить жидкую среду, и подходящим образом может быть установлена в соответствии с температурой кипения среды. Например, в случае воды, температура может составлять от 60°C до 100°C. Кроме того, время высушивания можно устанавливать в соответствии с сухим состоянием. Температуру отверждения можно устанавливать в соответствии с температурой отверждения отверждающего компонента в связующем. Например, в случае материала на основе силоксана, температура отверждения может составлять от 120°C до 200°C. Время отверждения также ничем конкретно не ограничено и может быть определено соответствующим образом.Then, the binder mother liquor applied to the
[0059][0059]
Затем готовят смесь, образующую каталитический слой, для создания каталитического слоя 20. Смесь, образующую каталитический слой, можно получить путем растворения или диспергирования твердого катализатора 40 и материала неорганического связующего 50, такого как оксид алюминия, диоксид кремния или их предшественник, в соответствующей жидкой среде, такой как вода или спирт.The catalyst layer forming mixture is then prepared to form the
[0060][0060]
Затем формируют каталитический слой 20 на промежуточном слое 30, нанесенном на материал основы 10, или на материале основы 10. Конкретнее, смесь, образующую каталитический слой, наносят, высушивают и отверждают на поверхности промежуточного слоя 30 или на поверхности материала основы 10. Смесь, образующую каталитический слой, можно наносить любым способом нанесения покрытия, с использованием стержневого устройства для нанесения покрытия, ракельного устройства, валика для нанесения покрытия, устройства для нанесения покрытия с дозирующей системой Commabar, нанесения покрытия при помощи головки, нанесения покрытия при помощи гравированного валика, нанесения покрытия при помощи центрифугирования, щелевого нанесения или подобных способов, струйной печати, распыления, погружения или подобных способов. В частности, если материал основы 10 имеет сквозные отверстия, предпочтительно погружение, а именно, погружение материала основы 10 в смесь, образующую каталитический слой. С целью увеличения толщины пленки каталитического слоя 20 смесь, образующую каталитический слой, можно наносить повторно много раз.Then, a
[0061][0061]
Затем смесь, образующую каталитический слой, нанесенную на материал основы 10, высушивают и отверждают с образованием каталитического слоя 20. В результате можно получить каталитическую конструкцию 1 согласно указанному варианту реализации. Температура высушивания может представлять собой любую температуру, позволяющую удалить жидкую среду, и подходящим образом может быть установлена в соответствии с температурой кипения среды. Например, в случае воды, температура может составлять от 60°C до 100°C. Кроме того, время высушивания можно устанавливать в соответствии с сухим состоянием. Температуру отверждения можно устанавливать в соответствии с температурой отверждения отверждающего компонента в связующем. Например, в случае материала на основе силоксана, температура отверждения может составлять от 120°C до 200°C. Время отверждения также ничем конкретно не ограничено и может быть определено соответствующим образом.Then, the mixture forming the catalyst layer deposited on the
[0062][0062]
Адгезия на границе между поверхностью материала основы 10 и промежуточным слоем 30 или каталитическим слоем 20 может не быть адекватной. Поэтому перед нанесением (созданием) промежуточного слоя 30 или каталитического слоя 20 непосредственно на материал основы 10, предпочтительно проводят следующую стадию предварительной обработки. Конкретнее, сначала материал основы промывают летучим органическим растворителем, таким как спирт или ацетон, и высушивают, для удаления масла с поверхности материала основы 10. Затем материал основы 10 погружают в водный раствор щелочи, промывают водой и высушивают.Затем металлический материал основы погружают в кислый водный раствор, промывают водой и высушивают.Альтернативно, материал основы 10 можно подвергнуть химической обработке, термической обработке, плазменной обработке, УФ-обработке или обработке коронным разрядом.Adhesion at the interface between the surface of the
[0063][0063]
<3. Способ получения карбонатного сложного эфира><3. Production method of carbonate ester>
Ниже будет описан способ получения карбонатного сложного эфира с использованием вышеописанной каталитической конструкции в соответствии с предпочтительным вариантом реализации. Способ получения карбонатного сложного эфира согласно указанному варианту реализации включает стадию обеспечения возможности взаимодействия одноатомного спирта и диоксида углерода с образованием карбонатного сложного эфира в присутствии вышеописанной каталитической конструкции 1 и агента гидратации.The process for producing a carbonate ester using the above catalyst structure according to the preferred embodiment will be described below. The process for producing a carbonate ester according to this embodiment includes the step of allowing a monohydric alcohol and carbon dioxide to react to form a carbonate ester in the presence of the catalyst construct 1 described above and a hydration agent.
[0064][0064]
Перед изложением способа получения карбонатного сложного эфира согласно указанному варианту реализации, опишем механизм реакции в указанном способе. Вначале каталитическая конструкция 1 катализирует реакцию между одноатомным спиртом и диоксидом углерода согласно Формуле (1) ниже.Before describing the process for producing a carbonate ester according to said embodiment, let us describe the reaction mechanism in said method. First,
[0065][0065]
Полагают, что твердый катализатор 40 в каталитической конструкции 1 имеет механизм катализа, включающий диссоциативную адсорбцию спирта в форме R-O-M (М представляет твердый катализатор 40) и образование RO-C (=O)-O...M с CO2 в основной точке, и адсорбцию спирта в форме HO-R...M в кислотной точке, благодаря чему оба адсорбированных соединения образуют RO-C(=O)-OR.The
[0066][0066]
Заметим, что реакция, выраженная Формулой (1) выше, представляет собой обратимую реакцию. Следовательно, в присутствии образовавшейся воды, снова реагирующей с полученным карбонатным сложным эфиром, снова получается одноатомный спирт и диоксид углерода. Следовательно, применяют агент гидратации для проведения реакции гидратации, выраженной Формулой (2) ниже, для удаления воды, образующейся в качестве побочного продукта.Note that the reaction expressed by Formula (1) above is a reversible reaction. Therefore, in the presence of the resulting water, again reacting with the resulting carbonate ester, monohydric alcohol and carbon dioxide are again obtained. Therefore, a hydration agent is used to carry out the hydration reaction expressed by Formula (2) below to remove water generated as a by-product.
H2O+R'CN=>R'C (=O)-NH2 (2)H 2 O+R'CN=>R'C (=O)-NH 2 (2)
[0067][0067]
Поскольку воду удаляют по реакции, выраженной Формулой (2) выше, обратная реакция в Формуле (1) подавляется и реакция образования карбонатного сложного эфира ускоряется. По непонятным причинам твердый катализатор 40, по-видимому, также обладает каталитической активностью в реакции гидратации, выраженной Формулой (2) выше. Здесь был описан механизм реакции, протекающей в способе согласно настоящему изобретению.Since water is removed by the reaction expressed by Formula (2) above, the reverse reaction in Formula (1) is suppressed and the carbonate ester formation reaction is accelerated. For unknown reasons, the
[0068][0068]
Как описано выше, способ получения карбонатного сложного эфира согласно указанному варианту реализации включает стадию обеспечения возможности взаимодействия одноатомного спирта и диоксида углерода с образованием карбонатного сложного эфира в присутствии вышеописанной каталитической конструкции 1 и агента гидратации.As described above, the process for producing a carbonate ester according to this embodiment includes the step of allowing a monohydric alcohol and carbon dioxide to react to form a carbonate ester in the presence of the above catalyst construct 1 and a hydration agent.
[0069][0069]
Конкретнее, каталитическую конструкцию 1 обеспечивают в реакционном сосуде, и в указанный сосуд вводят агент гидратации, одноатомный спирт и диоксид углерода, благодаря чему обеспечивают возможность прохождения реакции получения карбонатного сложного эфира.More specifically, the
[0070][0070]
В качестве одноатомного спирта можно применять одно или более соединений, выбранных из первичного спирта, вторичного спирта и третичного спирта.As the monohydric alcohol, one or more compounds selected from a primary alcohol, a secondary alcohol, and a tertiary alcohol can be used.
[0071][0071]
Конкретнее, пример одноатомного спирта включают метиловый спирт, этиловый спирт, н-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, втор-бутиловый спирт, трет-бутиловый спирт, н-пентиловый спирт, н-гексанол, 2-гексанол, 3-гексанол, гептанол, гексанол и фенол.More specifically, an example of a monohydric alcohol include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, sec-butyl alcohol, t-butyl alcohol, n-pentyl alcohol, n-hexanol, 2-hexanol , 3-hexanol, heptanol, hexanol and phenol.
[0072][0072]
Вид одноатомного спирта можно выбрать в соответствии с химической структурой интересующего карбонатного сложного эфира и способа применения получаемого карбонатного сложного эфира.The type of monohydric alcohol can be selected according to the chemical structure of the carbonate ester of interest and the manner in which the resulting carbonate ester is used.
[0073][0073]
Агент гидратации ничем конкретно не ограничен, кроме того, что он должен реагировать с водой и удалять воду, он может представлять собой содержащее цианогруппу соединение, как показано в Формуле (2) выше, один или более видов таких соединений можно применять отдельно или в комбинации. Конкретнее, примеры включают ацетонитрил, цианоэтан, 1-цианопропан, 2-цианопропан, цианоэтилен, фенилацетонитрил, бензонитрил, 2-цианопиридин, 2-цианопиразин, 2-цианопиримидин, тиофен-2-карбонитрил и 2-флуонитрил (2-цианофуран). В частности, предпочтительным является 2-цианопиридин с точки зрения эффективности удаления воды, т.е. скорости реакции гидратации.The hydration agent is not particularly limited, except that it must react with water and remove water, it may be a cyano group-containing compound as shown in Formula (2) above, one or more kinds of such compounds can be used alone or in combination. More specifically, examples include acetonitrile, cyanoethane, 1-cyanopropane, 2-cyanopropane, cyanoethylene, phenylacetonitrile, benzonitrile, 2-cyanopyridine, 2-cyanopyrazine, 2-cyanopyrimidine, thiophene-2-carbonitrile, and 2-fluonitrile (2-cyanofuran). In particular, 2-cyanopyridine is preferred in terms of water removal efficiency, i. e. rate of hydration reaction.
[0074][0074]
Количество применяемого агента гидратации можно определить исходя из количества применяемого одноатомного спирта. Например, применяют агент гидратации в количестве от 0,01 до 2 моль, и предпочтительно, от 0,1 до 0,5 моль на 1 моль применяемого одноатомного спирта.The amount of hydration agent used can be determined based on the amount of monohydric alcohol used. For example, a hydration agent is used in an amount of 0.01 to 2 mol, and preferably 0.1 to 0.5 mol, per 1 mol of monohydric alcohol used.
[0075][0075]
Температура реакции получения карбонатного сложного эфира ничем конкретно не ограничена и предпочтительно составляет от 50°C до 300°C. Если температура реакции ниже 50°C, скорость реакции может быть низкой, в зависимости от субстрата реакции, и трудно протекает как реакция синтеза карбонатного сложного эфира, так и реакция гидратации агента гидратации, что приводит к низкой продуктивности карбонатного сложного эфира. С другой стороны, если температура реакции превышает 300°C, скорость каждой реакции становится высокой, но вероятно превращение в другой мономер или полимеризация карбонатного сложного эфира и амидного мономера, в зависимости от субстрата реакции, при этом выход карбонатного сложного эфира становится низким. Еще более предпочтительна температура реакции от 100°C до 200°C. Поскольку считается, что температура реакции варьируется в зависимости от вида и количества твердого катализатора 40 и количеств или соотношений исходных материалов (одноатомного спирта, агента гидратации), оптимальные условия предпочтительно определяют в соответствии с указанным.The reaction temperature for producing a carbonate ester is not particularly limited, and is preferably 50°C to 300°C. If the reaction temperature is lower than 50°C, the reaction rate may be slow depending on the reaction substrate, and both the carbonate ester synthesis reaction and the hydration agent hydration reaction are difficult to proceed, resulting in low productivity of the carbonate ester. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 300° C., the rate of each reaction becomes high, but conversion into another monomer or polymerization of the carbonate ester and the amide monomer is likely, depending on the reaction substrate, and the yield of the carbonate ester becomes low. Even more preferably, the reaction temperature is from 100°C to 200°C. Since the reaction temperature is considered to vary depending on the kind and amount of the
[0076][0076]
Давление в реакции ничем конкретно не ограничено и предпочтительно составляет от 0,1 МПа до 20 МПа (абсолютное давление). Если давление в реакции ниже 0,1 МПа (абсолютное давление), потребуется устройство для снижения давления, что не только усложняет оборудование и увеличивает стоимость, но и требует затрат энергии на снижение давления, что приводит к плохой энергоэффективности. С другой стороны, если давление в реакции превышает 20 МПа, может трудно протекать реакция гидратации агента гидратации, в зависимости от вида агента гидратации, что не только ухудшает выход карбонатного сложного эфира, но также требует затрат энергии на увеличение давления, что приводит к плохой энергоэффективности. С точки зрения увеличения выхода карбонатного сложного эфира, давление в реакции предпочтительно составляет от 0,1 МПа до 10 МПа (абсолютное давление).The reaction pressure is not particularly limited, and is preferably 0.1 MPa to 20 MPa (absolute pressure). If the reaction pressure is lower than 0.1 MPa (absolute pressure), a pressure reducing device is required, which not only complicates the equipment and increases the cost, but also requires energy to reduce the pressure, resulting in poor energy efficiency. On the other hand, if the reaction pressure exceeds 20 MPa, the hydration reaction of the hydration agent may be difficult to proceed depending on the kind of the hydration agent, which not only deteriorates the yield of the carbonate ester, but also requires energy to increase the pressure, resulting in poor energy efficiency. . From the viewpoint of increasing the yield of the carbonate ester, the reaction pressure is preferably 0.1 MPa to 10 MPa (absolute pressure).
[0077][0077]
Время реакции ничем конкретно не ограничено и может определяться в соответствии с видом реакционного субстрата (сырья), видом гидрата и скоростью образования побочного продукта, и составляет, например, от 5 минут до 24 часов, предпочтительно, от 15 минут до 8 часов, и еще более предпочтительно, от 30 минут до 6 часов. При применении непрерывного реактора общее время, проходящее от введения материала в реакционный сосуд до выгрузки полученного продукта из сосуда, с учетом расхода сырья, может оцениваться как время реакции (время нахождения). Кроме того, когда реакционный субстрат циркулирует в каталитической конструкции для прохождения реакции, расход циркуляции можно определить исходя из объемной скорости, выраженной Уравнением (3) ниже.The reaction time is not particularly limited, and may be determined according to the kind of reaction substrate (raw material), the kind of hydrate, and the formation rate of the by-product, and is, for example, 5 minutes to 24 hours, preferably 15 minutes to 8 hours, and more more preferably, from 30 minutes to 6 hours. When using a continuous reactor, the total time elapsed from the introduction of material into the reaction vessel to the discharge of the resulting product from the vessel, taking into account the consumption of raw materials, can be estimated as the reaction time (residence time). In addition, when the reaction substrate is circulated in the catalyst structure to carry out the reaction, the circulation flow rate can be determined based on the space velocity expressed by Equation (3) below.
Объемная скорость ничем конкретно не ограничена и составляет, например, от 0,005 до 5000 за минуту, предпочтительно, от 0,05 до 500 за минуту, и еще более предпочтительно, от 0,5 до 50 за минуту. Если объемная скорость слишком низкая, CO2 израсходуется раньше, чем пройдет через каталитическую конструкцию, поэтому эффективность реакции может быть низкой, и могут увеличиваться побочные реакции. С другой стороны, большая объемная скорость требует большего размера насоса, что может привести к плохой энергоэффективности. Карбонатный сложный эфир может быть получен эффективно путем циркуляции субстрата реакции, содержащего сырье, в устройстве для получения карбонатного сложного эфира с объемной скоростью в вышеуказанном диапазоне, например, от 0,005 до 5000 (за минуту).The space velocity is not particularly limited and is, for example, from 0.005 to 5000 per minute, preferably from 0.05 to 500 per minute, and even more preferably from 0.5 to 50 per minute. If the space velocity is too low, the CO 2 will be used up before it passes through the catalyst structure, so the reaction efficiency may be low and side reactions may increase. On the other hand, a higher volume velocity requires a larger pump size, which can lead to poor energy efficiency. The carbonate ester can be efficiently produced by circulating the reaction substrate containing the raw material in the carbonate ester maker at a space velocity in the above range, for example, 0.005 to 5000 (per minute).
[0078][0078]
Так можно эффективно получать карбонатный сложный эфир. Кроме того, поскольку в указанном варианте реализации применяют каталитическую конструкцию 1 согласно вышеописанному варианту реализации, предотвращают отделение твердого катализатора 40 от каталитической конструкции и его измельчение. Следовательно, каталитическую конструкцию 1 можно повторно применять даже в жестких условиях среды, необходимых для промышленного способа. Кроме того, каталитический компонент можно регулировать для дальнейшего повышения активности твердого катализатора 40, которую можно сохранять в течение длительного времени.Thus, the carbonate ester can be efficiently produced. In addition, since the
[0079][0079]
<4. Устройство для получения карбонатного сложного эфира><4. Carbonate Ester Machine>
Ниже будет описано устройство для получения карбонатного сложного эфира на основе предпочтительного варианта реализации. Устройство для получения карбонатного сложного эфира содержит вышеописанную каталитическую конструкцию для получения карбонатного сложного эфира. В качестве конкретного примера, устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 содержит кожух (корпус) 62, показанный на Фигурах 4 и 5. Кожух 62 изготовлен, например, из трубы из нержавеющей стали или подобного материала, и внутри установлена каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира 1. Устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 предпочтительно содержит множество каталитических конструкций для получения карбонатного сложного эфира 1, причем указанные каталитические конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1 расположены, например, последовательно.The carbonate ester production apparatus based on the preferred embodiment will be described below. The device for producing carbonate ester contains the above-described catalytic structure for producing carbonate ester. As a specific example, the carbonate
[0080][0080]
Устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 обеспечивают путем подачи 64, по которому можно подавать сырье для получения карбонатного сложного эфира, а именно, одноатомный спирт и диоксид углерода, в каталитические конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1. Как показывает Стрелка A на Фигуре 4, когда вышеописанное сырье подают в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 через путь введения 64, реакция получения карбонатного сложного эфира протекает внутри каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1. Затем, как показывает Стрелка B на Фигуре 4, карбонатный сложный эфир, полученный в реакции получения карбонатного сложного эфира, выгружают из устройства для получения карбонатного сложного эфира 60 вместе с непрореагировавшим сырьем и остальным через путь выгрузки 70.The
[0081][0081]
Для регулирования температуры реакции получения карбонатного сложного эфира в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 подают теплопереносящую текучую среду (не показана). Теплопереносящая текучая среда может увеличивать температуру каталитической конструкции для получения карбонатного сложного эфира 1 и регулировать температуру реакции. Следовательно, устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 обеспечено трубой для подачи нагревательной среды 66 для подачи теплопереносящей текучей среды. Теплопереносящую текучую среду подают в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 через ввод 66A трубы для подачи нагревательной среды 66, как показывает Стрелка C на Фигуре 4, и выпускают из устройства для получения карбонатного сложного эфира 60 через вывод 66B, как показывает Стрелка D на Фигуре 4. Затем температуру теплопереносящей текучей среды регулируют до заранее заданной температуры и снова подают в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 через ввод 66A трубы для подачи нагревательной среды 66.In order to control the temperature of the carbonate ester production reaction, a heat transfer fluid (not shown) is supplied to the carbonate
[0082][0082]
Форма устройства для получения карбонатного сложного эфира 60 не ограничена описанной формой. Например, для увеличения расхода текучей среды, содержащей сырье, подаваемой через путь введения, устройство для получения карбонатного сложного эфира может быть разработано в форме, приспособленной для увеличения размеров. Так, если размер устройства для получения карбонатного сложного эфира нужно увеличить, можно расположить вертикально в ряд множество интегрированных конструкций 2, каждая из которых включает множество параллельно расположенных каталитических конструкций для получения карбонатного сложного эфира 1, как показано в примере на Фигуре 6. В устройстве для получения карбонатного сложного эфира 60A, имеющем такую конструкцию, по-видимому, только интегрированную конструкцию 2, содержащую каталитическую конструкцию 1, разрушающуюся после длительной работы, легко можно заменить, и благодаря этому стоимость эксплуатации устройства, необходимого для катализа, может быть минимизированы. Каждая из конструкций 2, содержащая множество параллельно интегрированных каталитических конструкций для получения карбонатного сложного эфира 1, предпочтительно, обеспеченных герметизирующей конструкцией, чтобы обеспечить поток текучей среды через каталитические конструкции 1. Кроме того, когда множество конструкций 2, содержащих множество параллельно интегрированных каталитических конструкций для получения карбонатного сложного эфира 1, расположены вертикально в ряд, предпочтительно обеспечено пространство между ними, чтобы обеспечить стабильное течение текучей среды в устройстве для получения карбонатного сложного эфира 60A. Чтобы близко расположить каталитические конструкции 1 в поперечном сечении устройства для получения карбонатного сложного эфира для минимизации размера устройства, можно применять каталитическую конструкцию в виде прямоугольного параллелепипеда 1B, наподобие показанной на Фигуре 7(B). Благодаря применению такой каталитической конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда 1B, множество каталитических конструкций 1B можно близко расположить в поперечном сечении устройства для получения карбонатного сложного эфира, таким образом минимизируя потери емкости резервуара. Форма каталитической конструкции 1B, однако, ничем конкретно не ограничена, и каталитическая конструкция 1B может иметь форму, отличную от прямоугольного параллелепипеда. Кроме того, каталитическая конструкция 1B предпочтительно имеет пористую, пеноподобную, сотоподобную структуру или структуру в форме сетки.The shape of the
Интегрированная конструкция 2 предпочтительно содержит закрепленную пластину 62A в качестве детали кожуха 62 для поддержки множества каталитических конструкций 1B. Закрепленную пластину 62A обеспечивают с рамами 62B, соответствующими внешней форме каталитических конструкций 1B. Каталитическая конструкция 1B разъемно закреплена в раме 62B, как показано стрелкой на Фигуре 6. Кроме того, вместо каталитической конструкции 1B в интегрированную конструкцию 2 может быть добавлена сотоподобная конструкция в форме прямоугольного параллелепипеда 1C, не содержащая катализатора. Конструкция 1C, имеющая сотоподобную структуру в форме прямоугольного параллелепипеда, но не несущая катализатора, может применяться для того, чтобы общее количество катализатора, включенного в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60A, не было избыточным. Несколько (например, 1 или 2) не содержащих катализатора конструкций 1C может быть обеспечено в интегрированной конструкции 2, содержащей несколько десятков (например, примерно 30 - 40, как показано на Фигуре 6) каталитических конструкций 1B, для регулирования распределения катализатора на соответствующем уровне и подавления образования побочных продуктов.The
Устройство для получения карбонатного сложного эфира 60A, имеющее конструкцию, в которой каталитические конструкции 1 расположены не только в ряд, но и параллельно, другими словами, множество расположенных в ряд интегрированных конструкций 2, каждая из которых содержит множество параллельно расположенных каталитических конструкций 1, можно выгодно применять в реакционной системе, в которой расход текучей среды, содержащей сырье, составляет, например, 500 м3/ч или более, и предпочтительно 550 м3/ч или более. Если текучую среду подают с меньшим расходом, можно применять устройство для получения карбонатного сложного эфира 60, содержащее, например, 10 или менее каталитических конструкций 1, расположенных только в ряд.The carbonate
[0083][0083]
<5. Оборудование для получения карбонатного сложного эфира><5. Carbonate Ester Equipment>
Ниже будет описано оборудование для получения карбонатного сложного эфира, содержащее устройство для получения карбонатного сложного эфира и подобные устройства, на основании предпочтительного варианта реализации. Как можно видеть на Фигуре 7, оборудование для получения карбонатного сложного эфира 100 содержит устройство для получения карбонатного сложного эфира 60, систему подачи сырья для подачи сырья в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60, и систему сбора для сбора полученного карбонатного сложного эфира.The carbonate ester production equipment including the carbonate ester production apparatus and the like will be described below based on the preferred embodiment. As can be seen in Figure 7, the carbonate
[0084][0084]
Когда внутренне давление в резервуаре для CO2 72, представляющем собой часть системы подачи, повышают при помощи нагнетательного насоса для CO2 73, диоксид углерода из резервуара для CO2 72 поступает в буферный резервуар 74. В это же время жидкий одноатомный спирт и 2-цианопиридин в качестве сырья, хранящегося в резервуаре для сырья 76, подают из резервуара для сырья 76 в буферный резервуар 74 посредством насоса для сырья 78. Соответственно, диоксид углерода, одноатомный спирт и другое сырье, подаваемое по отдельным линиям в буферный резервуар 74, смешиваются в буферном резервуаре 74. Смесь подают в устройство для получения карбонатного сложного эфира 60 через первый фильтр 80.When the internal pressure in the CO 2 tank 72, which is part of the supply system, is increased using the CO 2 pressure pump 73, carbon dioxide from the CO 2 tank 72 enters the
[0085][0085]
В устройстве для получения карбонатного сложного эфира 60 каталитическая конструкция для получения сложного эфира 1 ускоряет реакцию получения карбонатного сложного эфира и образуется карбонатный сложный эфир, соответствующий виду одноатомного спирта в сырье. Полученные карбонатные сложные эфиры подают в систему сбора через второй фильтр 82. В системе сбора жидкость, содержащую карбонатный сложный эфир, и жидкость, содержащую непрореагировавшее сырье, а именно, одноатомный спирт, 2-цианопиридин и прочее, разделяют, и затем насос для циркуляции реакционного раствора 84 направляет жидкость, содержащую карбонатный сложный эфир, в насос для экстракции жидкости 86, в то время как жидкость, содержащую одноатомный спирт, направляют обратно в буферный резервуар 74. Жидкости помимо карбонатного сложного эфира удаляют при помощи насоса для экстракции жидкости 86, получая высокочистый карбонатный сложный эфир.In the carbonate
ПРИМЕРЫEXAMPLES
[0086][0086]
Ниже настоящее изобретение будет описано подробнее с помощью примеров и сравнительных примеров, хотя настоящее изобретение не ограничено указанными примерами и сравнительными примерами.Below, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Comparative Examples, although the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples.
[0087][0087]
(Пример 1)(Example 1)
1. Получение каталитической конструкции1. Obtaining a catalytic structure
Оксид церия (HSA-20SP, доступный от Solvay Special Chem Japan, Ltd., средний размер частиц: около 10 мкм, содержание примесей: 0,02% или ниже) прокаливали в течение 3 часов на воздухе при 873 K, получая порошкообразный твердый катализатор. Конкретнее, 20 г оксида церия помещали в тигле в муфельную печь (FO310, доступная от Yamato Scientific Co., Ltd.) и повышали температуру со скоростью 10°C/мин до 873 K перед прокаливанием. Полученный твердый катализатор, связующее диоксид кремния (Sumiceram P-750 (в основном смесь связующего на основе силоксана и воды), доступный от ASAHI Chemical Co., Ltd.) и воду взвешивали, получая массовое отношение 2,05:1:1, получая 50 г смеси, образующей каталитический слой, которую использовали для заполнения стакана объемом 50 см3.Cerium oxide (HSA-20SP available from Solvay Special Chem Japan, Ltd., average particle size: about 10 µm, impurity content: 0.02% or less) was calcined for 3 hours in air at 873 K to obtain a powdered solid catalyst . More specifically, 20 g of cerium oxide was placed in a crucible in a muffle furnace (FO310 available from Yamato Scientific Co., Ltd.) and the temperature was raised at a rate of 10° C./min to 873 K before calcination. The obtained solid catalyst binding silica (Sumiceram P-750 (basically a mixture of siloxane and water based binder) available from ASAHI Chemical Co., Ltd.) and water was weighed to obtain a mass ratio of 2.05:1:1, obtaining 50 g of the catalytic bed mixture used to fill a 50 cm 3 beaker.
Кроме того, для получения промежуточного слоя между каталитическим слоем и покрытым катализатором материалом основы, стакан объемом 50 см3 заполняли 50 г маточного раствора связующего диоксида кремния. В качестве покрытого катализатором материала использовали цилиндрические металлические соты диаметром 19 мм, длиной 20 мм и плотностью 100 ячеек/дюйм2 (тип стали: YUS205M1, толщина пластины: 50 мкм, форма плавника (гофрированная фольга) форма: синусоидальная волна, доступные от Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.). эти металлические соты помещали в вышеописанный стакан, заполненный маточным раствором связующего диоксида кремния. После подтверждения, что соты полностью погружены в раствор, соты извлекали и избыток жидкости сдували потоком азота. Полученные покрытые соты высушивали при 80°C и отверждали при 150°C, получая соты, покрытые промежуточным слоем, к которым было прикреплено примерно 30 г/м2 диоксида кремния, т.е. связующего компонента. Толщину пленки промежуточного слоя в данном случае оценивали примерно в 20 мкм.In addition, to form an intermediate layer between the catalyst layer and the catalyst-coated base material, a 50 cm 3 beaker was filled with 50 g of a silica binder stock solution. As the catalyst-coated material, a cylindrical metal honeycomb with a diameter of 19 mm, a length of 20 mm, and a density of 100 cells/in 2 (steel type: YUS205M1, plate thickness: 50 µm, fin shape (corrugated foil) shape: sine wave, available from Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.). these metal honeycombs were placed in the above-described beaker filled with a mother liquor of a silica binder. After confirming that the combs were completely immersed in the solution, the combs were removed and the excess liquid was purged with a stream of nitrogen. The resulting coated honeycomb was dried at 80°C and cured at 150°C to obtain a honeycomb coated with an intermediate layer to which about 30 g/m 2 of silicon dioxide was attached, i.e. binding component. The thickness of the film of the intermediate layer in this case was estimated at about 20 μm.
Затем эти соты помещали в стакан, содержащий вышеуказанную смесь оксида церия и связующего. После подтверждения, что соты полностью погружены в раствор, соты извлекали и избыток жидкости сдували потоком азота. Полученные покрытые соты высушивали при 80°C и отверждали при 150°C, таким образом нанося диоксид кремния, т.е. связующий компонент, и оксид церия, на поверхность промежуточного слоя, и получая каталитическую конструкцию согласно настоящему примеру, на которую в итоге было нанесено примерно 15 г/м2 оксида церия. Толщину пленки каталитического слоя в данном случае оценивали примерно в 14 мкм. Кроме того, если бы аналогично был высушен и отвержден, как описано выше, только связующий компонент, его удельная поверхность, измеренная по методу БЭТ, составила бы 59 м2/г.These honeycombs were then placed in a beaker containing the above mixture of cerium oxide and binder. After confirming that the combs were completely immersed in the solution, the combs were removed and the excess liquid was purged with a stream of nitrogen. The resulting coated honeycombs were dried at 80°C and cured at 150°C, thereby depositing silica, i.e. binder, and cerium oxide, on the surface of the intermediate layer, and obtaining a catalytic structure according to the present example, which was finally coated with about 15 g/m 2 cerium oxide. The film thickness of the catalytic layer in this case was estimated at about 14 µm. Furthermore, if only the binder were similarly dried and cured as described above, its BET specific surface area would be 59 m 2 /g.
[0088][0088]
2. Получение карбонатного сложного эфира2. Obtaining a carbonate ester
Использовали пять полученных каталитических конструкций (каждая содержала 0,3 прикрепленного оксида церия) и закрепляли их в центре 1-дюймовой трубы из нержавеющей стали, служившей реактором с неподвижным слоем (см. Фигуры 4 и 5). Взвешивали 323 г 1-пропанола и 93 г 2-цианопиридина и смешивали в мольном отношении 6:1, получая смесь, которую подавали в вышеуказанный реактор с неподвижным слоем с расходом 150 мл/мин при помощи циркуляционного насоса, в то время как CO2 вводили в трубу для продувки. Затем повышали давление до абсолютного значения 1,0 МПа. Кроме того, при помощи нагревателя повышали температуру до 132°C. Давали реакции протекать в течение 6 часов начиная от момента достижения желаемой температуры. После 6 часов реакции при 132°C реактор охлаждали до комнатной температуры, затем снижали давление до нормального давлении и добавляли вещество внутреннего стандарта, т.е. 1-гексанол. Полученный продукт собирали и анализировали при помощи ГХ (газовой хроматографии).Five catalytic structures obtained (each containing 0.3 attached cerium oxide) were used and fixed in the center of a 1 inch stainless steel tube serving as a fixed bed reactor (see Figures 4 and 5). 323 g of 1-propanol and 93 g of 2-cyanopyridine were weighed and mixed in a molar ratio of 6:1, obtaining a mixture, which was fed into the above fixed-bed reactor at a flow rate of 150 ml/min using a circulation pump, while CO 2 was introduced into the purge pipe. Then the pressure was increased to an absolute value of 1.0 MPa. In addition, using a heater raised the temperature to 132°C. The reaction was allowed to proceed for 6 hours from the moment the desired temperature was reached. After 6 hours of reaction at 132°C, the reactor was cooled to room temperature, then the pressure was reduced to normal pressure and the internal standard substance was added, i.e. 1-hexanol. The resulting product was collected and analyzed by GC (gas chromatography).
[0089][0089]
Степень прохождения реакции синтеза определяли путем расчета выхода DPrC, а именно, выхода дипропилкарбоната в качестве полученного продукта (здесь и далее обозначаемого «DPrC»), а также мольного отношения побочных продуктов и DPrC, исходя из концентрации каждого из компонентов согласно следующему уравнению ниже (где побочные продукты относятся к воде, получаемой вместе с DPrC, и продуктам помимо 2-пиколинамида (здесь и далее обозначаемого «2-PA»), который является гидратом 2-цианопиридина (здесь и далее обозначаемого «2-CP»). Побочными продуктами были пропилкарбамат, пропилпиколинат, пропил-пиридин-2-карбоксимидат и подобные соединения.The synthesis reaction rate was determined by calculating the yield of DPrC, namely the yield of dipropyl carbonate as the product obtained (hereinafter referred to as "DPrC"), as well as the mole ratio of by-products and DPrC, based on the concentration of each of the components according to the following equation below (where By-products refer to water produced together with DPrC and products other than 2-picolinamide (hereinafter referred to as "2-PA"), which is a hydrate of 2-cyanopyridine (hereinafter referred to as "2-CP"). By-products were propyl carbamate, propyl picolinate, propyl pyridine-2-carboximidate and the like.
[0090][0090]
Если спирт (моль)/нитрильная группа (моль) ≥2:If alcohol (mol)/nitrile group (mol) ≥2:
Выход DPrC (мольн. %)=((молярная масса DPrC)/(молярная масса подаваемой нитрильной группы)) x 100Yield of DPrC (mole %)=((molar mass of DPrC)/(molar mass of nitrile group fed)) x 100
[0091][0091]
Если спирт (моль)/нитрильная группа (моль)<2:If alcohol (mol) / nitrile group (mol)<2:
Выход DPrC (мольн. %)=(2 x (молярная масса DPrC)/(молярная масса подаваемого 1-пропанола)) x 100Yield DPrC (mole %)=(2 x (molar mass of DPrC)/(molar mass of 1-propanol fed)) x 100
[0092][0092]
Побочные продукты/DPrC (мольн. %)=(сумма молярных масс компонентов побочных продуктов)/(молярная масса DPrC) x 100By-products/DPrC (mole %)=(sum of molar masses of by-product components)/(molar masses of DPrC) x 100
[0093][0093]
В результате, в вышеуказанных условиях, выход DPrC составлял 55 мольн. % и отношение побочных продуктов/DPrC было снижено до 1,0 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли много раз в вышеуказанных условиях реакции, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.As a result, under the above conditions, the yield of DPrC was 55 mol. % and the ratio of side products/DPrC was reduced to 1.0 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was repeatedly calcined and used many times under the above reaction conditions, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0094][0094]
Конкретнее, наличие ухудшения эффективности реакции из-за повторного применения катализатора с повторным прокаливанием и наличие отпадения катализатора оценивали по следующим критериям, ни один из которых не наблюдался в Примере 1. Повторное прокаливание катализатора проводили путем промывания использованной каталитической конструкцией тем же видом спирта, который применяли для синтеза диалкилкарбоната, а затем прокаливания полученной конструкции при 300°C в течение 3 часов на термостойкой тарелке в муфельной печи, после регулирования концентрации кислорода в воздухе до уровня, равного или меньшего предела взрываемости спирта путем смешивания азота с воздухом. Альтернативно, катализатор можно повторно прокаливать, не вынимая каталитической конструкции из реактора, а оставляя каталитическую конструкцию закрепленной в реакторе, путем проведения прокаливания тем же образом, который описан выше, за исключением того, что не используют муфельную печь.More specifically, the presence of deterioration in reaction efficiency due to reuse of the catalyst with recalcination and the presence of catalyst dropout were evaluated by the following criteria, none of which were observed in Example 1. Recalcination of the catalyst was carried out by washing the used catalyst structure with the same kind of alcohol that was used for the synthesis of dialkyl carbonate, and then calcining the resulting structure at 300°C for 3 hours on a heat-resistant plate in a muffle furnace, after adjusting the oxygen concentration in the air to a level equal to or less than the explosive limit of alcohol by mixing nitrogen with air. Alternatively, the catalyst can be re-calcined without removing the catalyst structure from the reactor, but leaving the catalyst structure fixed in the reactor, by carrying out the calcination in the same manner as described above, except that a muffle furnace is not used.
[0095][0095]
(Наличие ухудшения эффективности реакции)(Presence of deterioration in reaction efficiency)
Ухудшение эффективности реакции считали «наличествующим», если выход карбонатного сложного эфира уменьшался на 5 мольн. % или больше по сравнению с первым применением, и ухудшение эффективности реакции считали «отсутствующим», если выход карбонатного сложного эфира уменьшался менее чем на 5 мольн. %.Deterioration in reaction efficiency was considered "present" if the yield of the carbonate ester was reduced by 5 mol. % or more compared with the first application, and the deterioration of the reaction efficiency was considered "absent" if the yield of the carbonate ester decreased by less than 5 mol. %.
(Наличие отпадения)(Presence of falling away)
Отпадение катализатора считали «наличествующим», если масса каталитической конструкции после реакции уменьшалась на 0,2 г или более, по сравнению с массой до реакции (примерно 8,80 г), и отпадение катализатора считали «отсутствующим», если масса каталитической конструкции после реакции уменьшалась менее чем на 0,2 г. Catalyst dropout was considered "present" if the post-reaction weight of the catalytic structure decreased by 0.2 g or more compared to the pre-reaction weight (about 8.80 g), and catalyst dropout was considered "absent" if the post-reaction weight of the catalytic structure decreased by less than 0.2 g.
Наличие ухудшения эффективности реакции и наличие отпадения катализатора при реакции и прокаливании таким же образом оценивали в примерах и сравнительных примерах, приведенных в настоящем описании.The presence of a deterioration in the reaction efficiency and the presence of a catalyst falling off during the reaction and calcination were similarly evaluated in the Examples and Comparative Examples given in the present specification.
[0096][0096]
(Примеры 2-4)(Examples 2-4)
Каталитические конструкции согласно Примерам 2 - 4 получали так же, как и в Примере 1, за исключением того, что оксид церия наносили путем повторного погружения металлических сот в жидкость для нанесения покрытия, содержащую порошок оксида церия, несколько раз для прикрепления оксида церия в количестве примерно 30 г/м2, 70 г/м2 и 150 г/м2, соответственно. Каталитические слои полученных конструкций имели толщину пленки, оценивающуюся как примерно 20 мкм, примерно 50 мкм и примерно 100 мкм, соответственно.The catalytic structures of Examples 2 to 4 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the cerium oxide was applied by re-dipping the metal honeycomb into the coating liquid containing the cerium oxide powder several times to attach the cerium oxide in an amount of about 30 g/m 2 , 70 g/m 2 and 150 g/m 2 , respectively. The catalytic layers of the resulting structures had film thicknesses estimated at about 20 µm, about 50 µm, and about 100 µm, respectively.
[0097][0097]
Когда оценивали реакции с использованием каждой из каталитических конструкций, каталитическая конструкция, несущая 30 г/м2 катализатора согласно Примеру 2 показала выход DPrC 57 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 1,2 мольн. %. Каталитическая конструкция из Примера 3, несущая 70 г/м2 катализатора, показала выход DPrC 52 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 1,4 мольн. %. Каталитическая конструкция из Примера 4, несущая 150 г/м2 катализатора, показала выход DPrC 42 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 2,7 мольн. %. Кроме того, на всех конструкциях порошок оксида церия не отпадал от основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, после того, как каждую конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись и было подтверждено, что оксид церия не отпадает от материала основы.When the reactions were evaluated using each of the catalytic constructs, the catalytic construct bearing 30 g/m 2 of catalyst according to Example 2 showed a DPrC yield of 57 mol. % and the ratio of by-products/DPrC, reduced to 1.2 mol. %. The catalytic structure from Example 3, carrying 70 g/m 2 of catalyst, showed a yield of DPrC of 52 mol. % and the ratio of by-products/DPrC, reduced to 1.4 mol. %. The catalytic structure of Example 4, carrying 150 g/m 2 of catalyst, showed a yield of DPrC of 42 mol. % and the ratio of by-products/DPrC, reduced to 2.7 mol. %. In addition, on all structures, the cerium oxide powder did not fall off the base and had high adhesion even after the reaction. In addition, after each structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that cerium oxide did not fall off from the base material.
[0098][0098]
(Пример 5)(Example 5)
Взвешивали тот же порошок оксида церия, что и в Примере 1, связующее диоксид кремния (Sumiceram, P-700-D (преимущественно смесь порошка диоксида кремния со средним размером частиц около 5 мкм, связующего на основе силоксана и воды), доступный от ASAHI Chemical Co., Ltd.) и воду, получая массовое отношение 2:0,95:1,5, получая 50 г смеси, образующей каталитический слой, которую использовали для заполнения стакана объемом 50 см3. Оставшаяся часть процедуры соответствовала Примеру 2, в результате получали каталитическую конструкцию, несущую 30 г/м2 катализатора согласно Примеру 5. Толщину пленки каталитического слоя оценивали как примерно 20 мкм. Оценивали реакцию с применением указанной конструкции и получили выход DPrC 54 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 0,9 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции.The same cerium oxide powder as in Example 1 was weighed, a silica binder (Sumiceram, P-700-D (preferably a mixture of silica powder with an average particle size of about 5 μm, a siloxane-based binder and water), available from ASAHI Chemical Co., Ltd.) and water to give a weight ratio of 2:0.95:1.5 to give 50 g of the catalyst bed mixture, which was used to fill a 50 cm 3 beaker. The remainder of the procedure was as in Example 2, resulting in a catalyst structure bearing 30 g/m 2 of catalyst according to Example 5. The film thickness of the catalyst layer was estimated to be about 20 µm. The reaction was evaluated using this construct and a yield of DPrC of 54 mol was obtained. % and the ratio of by-products/DPrC, reduced to 0.9 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction.
Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы. Конкретнее, после вышеописанной оценки активности каталитическую конструкцию из Примера 5 подвергали регенерирующей обработке путем прокаливания в течение 3 часов на воздухе при 573 K и снова подвергали оценке активности. В результате выход DPrC составил 54 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC составило 0,9 мольн. %, то есть такое же, как при первичной оценке Примера 5. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от основы и имел высокую адгезию даже после реакции.In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material. More specifically, after the activity evaluation described above, the catalyst structure of Example 5 was subjected to a regeneration treatment by calcination for 3 hours in air at 573 K, and again subjected to activity evaluation. As a result, the yield of DPrC was 54 mol. % and the ratio of by-products/DPrC was 0.9 mol. %, that is, the same as in the initial evaluation of Example 5. In addition, the cerium oxide powder did not fall off the base and had high adhesion even after the reaction.
[0099][0099]
(Примеры 6 и 7)(Examples 6 and 7)
Каталитические конструкции согласно Примерам 6 и 7 получали аналогично Примеру 1, за исключением того, что в качестве металлических сот материала основы применяли цилиндрические металлические сотовые конструкции диаметром 19 мм, длиной 20 мм и плотностью 300 и 300 ячеек на квадратный дюйм (тип стали: YUS205M1, толщина пластины: 50 мкм, форма плавника (гофрированная фольга: синусоидальная волна, доступные от Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.), соответственно, и количество прикрепленного оксида церия составляло 30 г/м2. Толщина пленки каталитического слоя в обоих случаях составляла примерно 11 мкм. Когда каждую из конструкций оценивали в реакции, каталитическая конструкция с 200 ячеек на квадратный дюйм согласно Примеру 6 показала выход DPrC 58 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 1,1 мольн. %. В то же время каталитическая конструкция с 300 ячеек на квадратный дюйм согласно Примеру 7 показала выход DPrC 59 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 1,0 мольн. %. Кроме того, в обеих конструкциях порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда каждую из конструкций повторно прокаливали и применяли много раз аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.Catalyst structures according to Examples 6 and 7 were prepared similarly to Example 1, except that cylindrical metal honeycombs with a diameter of 19 mm, a length of 20 mm and a density of 300 and 300 cells per square inch were used as metal honeycombs of the base material (steel type: YUS205M1, plate thickness: 50 µm, fin shape (corrugated foil: sine wave, available from Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.), respectively, and the amount of attached cerium oxide was 30 g/m 2. The film thickness of the catalytic layer in both cases When each of the constructs was evaluated in the reaction, the 200 cells per square inch catalytic design of Example 6 showed a DPrC yield of 58 mole % and a byproduct/DPrC ratio reduced to 1.1 mole %. The 300 cells per square inch catalytic design of Example 7 showed a DPrC yield of 59 mole % and a by-products/DPrC ratio reduced to 1.0 mole. %. In addition, in both designs, the cerium oxide powder did not fall off the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when each of the structures was re-calcined and used many times in the same manner as Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0100][0100]
(Пример 8)(Example 8)
Взвешивали тот же порошок оксида церия, что и в Примере 1, связующее диоксид кремния (Sumiceram, P-700-D (преимущественно смесь порошка диоксида кремния со средним размером частиц около 5 мкм, связующего на основе силоксана и воды), доступный от ASAHI Chemical Co., Ltd.) и воду, получая массовое отношение 2:0,95:1,5, получая 50 г смеси, образующей каталитический слой, которую использовали для заполнения стакана объемом 50 см3. Оставшаяся часть процедуры соответствовала Примеру 2, за исключением того, что не наносили предварительно связующее диоксид кремния для создания промежуточного слоя между каталитическим слоем и покрытым катализатором материалом основы, в результате получали каталитическую конструкцию с прикрепленным 30 г/м2 катализатора согласно Примеру 8. Толщину пленки каталитического слоя оценивали как примерно 20 мкм. Оценивали реакцию с применением указанной конструкции и получили выход DPrC 54 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 0,9 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, но было подтверждено, что часть порошка оксида церия отпадала от материала основы, хотя степень указанного отпадения была приемлемой.The same cerium oxide powder as in Example 1 was weighed, a silica binder (Sumiceram, P-700-D (preferably a mixture of silica powder with an average particle size of about 5 μm, a siloxane-based binder and water), available from ASAHI Chemical Co., Ltd.) and water to give a weight ratio of 2:0.95:1.5 to give 50 g of the catalyst bed mixture, which was used to fill a 50 cm 3 beaker. The remainder of the procedure was the same as Example 2, except that no silica pre-binder was applied to create an intermediate layer between the catalyst layer and the catalyst-coated base material, resulting in a catalyst structure with 30 g/m 2 attached catalyst according to Example 8. the catalytic layer was estimated to be about 20 µm. The reaction was evaluated using this construct and a yield of DPrC of 54 mol was obtained. % and the ratio of by-products/DPrC, reduced to 0.9 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. When this structure was re-calcined and used in the same manner as Example 1, the reaction characteristics hardly changed, but it was confirmed that a part of the cerium oxide powder fell off from the base material, although the degree of said falling off was acceptable.
[0101][0101]
(Пример 9)(Example 9)
Каталитический компонент, отличный от вышеописанных примеров, применяли следующим образом.A catalyst component other than the examples described above was used as follows.
Конкретнее, гидроксид натрия вводили в раствор, полученный при растворении нитрата церия и нитрата циркония, в котором церий составлял 20 ат.масс. %, получая осадок. Осадок отфильтровывали, промывали водой и прокаливали в течение 3 часов на воздухе при 1273 К. затем применяли сита для дифференциации частиц по размерам, получая порошок оксида церия-циркония со средним размером частиц примерно 10 мкм и содержанием примесей 0,1% или менее. Оставшаяся часть процедуры соответствовала Примеру 2, в результате получали каталитическую конструкцию, несущую 30 г/м2 катализатора. Толщину пленки каталитического слоя оценивали как примерно 20 мкм. Оценивали реакцию с применением указанной конструкции и получили выход DPrC 48 мольн. % и отношение побочные продукты/DPrC, сниженное до 0,8 мольн. %. Порошок оксида церия-циркония не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия-циркония не отпадал от материала основыMore specifically, sodium hydroxide was introduced into a solution obtained by dissolving cerium nitrate and zirconium nitrate, in which cerium was 20 at.mass. %, getting a precipitate. The precipitate was filtered off, washed with water, and calcined for 3 hours in air at 1273 K. Then, sieves were used to differentiate particle sizes, obtaining a cerium-zirconium oxide powder with an average particle size of about 10 μm and an impurity content of 0.1% or less. The remainder of the procedure was as in Example 2, resulting in a catalyst structure bearing 30 g/m 2 of catalyst. The film thickness of the catalytic layer was estimated to be about 20 µm. The reaction was evaluated using this construct and a yield of 48 mol DPrC was obtained. % and the ratio of by-products/DPrC, reduced to 0.8 mol. %. The cerium-zirconium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. When this structure was re-calcined and used in the same manner as Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium-zirconium oxide powder did not fall off from the base material.
[0102][0102]
(Примеры 10-14)(Examples 10-14)
Каталитические конструкции получали аналогично Примеру 1. Каталитические конструкции получали и оценивали аналогично Примеру 1, за исключением того, что для оценки в реакции вместо 1-пропанола применяли метанол, этанол и н-бутанол (первичные спирты), изопропанол в качестве вторичного спирта и трет-бутиловый спирт (третичный спирт), соответственно. В результате выходы диметилкарбоната, диэтилкарбоната, дибутилкарбоната, диизопропилкарбоната и ди-трет-бутилкарбоната составили 56 мольн. %, 55 мольн. %, 52 мольн. %, 48 мольн. % и 42 мольн. %, соответственно, тогда как отношения побочные продукты/карбонатный сложный эфир были снижены до 0,8 мольн. %, 0,9 мольн. %, 1,0 мольн. %, 1,4 мольн. % и 1,8 мольн. %, соответственно. Во всех случаях порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанные конструкции повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакций почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.Catalyst constructs were prepared analogously to Example 1. Catalyst constructs were prepared and evaluated analogously to Example 1, except that methanol, ethanol and n-butanol (primary alcohols), isopropanol as secondary alcohol and tert- butyl alcohol (tertiary alcohol), respectively. As a result, the yields of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, diisopropyl carbonate and di-tert-butyl carbonate were 56 mol. %, 55 mol. %, 52 mol. %, 48 mol. % and 42 mol. %, respectively, while the ratio of side products/carbonate ester were reduced to 0.8 mol. %, 0.9 mol. %, 1.0 mol. %, 1.4 mol. % and 1.8 mol. %, respectively. In all cases, the cerium oxide powder did not fall off the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when these structures were re-calcined and used in the same manner as Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0103][0103]
(Примеры 15-17)(Examples 15-17)
Каталитическую конструкцию из Примера 5 оценивали в реакции аналогично описанному в Примере 3, за исключением давления в реакции, составлявшего 2,0 МПа, 4,0 МПа и 8,0 МПа, соответственно. В результате выходы DPrC составили 55 мольн. %, 55 мольн. % и 54 мольн. %, соответственно, и отношения побочные продукты/DPrC были снижены до 0,7 мольн. %, 0,6 мольн. % и 0,5 мольн. %, соответственно. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанные конструкции повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.The catalyst structure of Example 5 was evaluated in a reaction similar to that described in Example 3, except for the reaction pressure of 2.0 MPa, 4.0 MPa and 8.0 MPa, respectively. As a result, the yields of DPrC were 55 mol. %, 55 mol. % and 54 mol. %, respectively, and the ratio of by-products/DPrC were reduced to 0.7 mol. %, 0.6 mol. % and 0.5 mol. %, respectively. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when these structures were re-calcined and used in the same manner as Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0104][0104]
(Пример 18)(Example 18)
Оксид церия (HS, средний размер частиц: около 5 мкм, содержание примесей: 0,02% или ниже, доступный от Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.) прокаливали в течение 3 часов на воздухе при 873 K, получая порошкообразный твердый катализатор. Полученный порошок применяли для получения каталитической конструкции аналогично Примеру 1, за исключением того, что количество прикрепленного катализатора составляло 200 г/м2. Толщину пленки промежуточного слоя в данном случае оценивали примерно в 140 мкм. Оценивали реакцию с применением указанной конструкции и получили выход DPrC в указанных условиях, равный 40 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC было снижено до 2,9 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.Cerium oxide (HS, average particle size: about 5 μm, impurity content: 0.02% or less, available from Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was calcined for 3 hours in air at 873 K to obtain a powdery solid catalyst . The obtained powder was used to obtain a catalytic structure similar to Example 1, except that the amount of attached catalyst was 200 g/m 2 . The thickness of the film of the intermediate layer in this case was estimated at about 140 μm. The reaction was evaluated using the indicated construct and a yield of DPrC under the indicated conditions was 40 mol. %. The ratio of by-products/DPrC was reduced to 2.9 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0105][0105]
(Пример 19)(Example 19)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что в качестве сотового материала основы применяли SUS304. В результате получили выход DPrC в указанных условиях, равный 51 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC было снижено до 1,2 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that SUS304 was used as the honeycomb base material. The result was a yield of DPrC under these conditions, equal to 51 mol. %. The ratio of by-products/DPrC was reduced to 1.2 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0106][0106]
(Пример 20)(Example 20)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что в качестве сотового материала основы применяли керамику (400 ячеек на квадратный дюйм, цилиндрической формы, торговое название: Honeyceram, доступный от NGK Insulators, Ltd.). В результате выход DPrC ы указанных условиях составил 50 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC было снижено до 1,2 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that ceramic (400 cells per square inch, cylindrical, trade name: Honeyceram, available from NGK Insulators, Ltd.) was used as the honeycomb base material. As a result, the yield of DPrC under these conditions was 50 mol. %. The ratio of by-products/DPrC was reduced to 1.2 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
(Пример 21)(Example 21)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что в качестве неорганического связующего применяли золь диоксида кремния (доступный от JGC Catalyst and Chemicals Ltd.). в результате выход DPrC в указанных условиях составил 54 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC было снижено до 1,1 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that a silica sol (available from JGC Catalyst and Chemicals Ltd.) was used as the inorganic binder. as a result, the yield of DPrC under these conditions was 54 mol. %. In this case, the ratio of by-products/DPrC was reduced to 1.1 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0107][0107]
(Пример 22)(Example 22)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что в качестве неорганического связующего применяли золь оксида алюминия (доступный от Nissan Chemical Corporation). В результате выход DPrC в указанных условиях составил 51 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC было снижено до 1,2 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that alumina sol (available from Nissan Chemical Corporation) was used as the inorganic binder. As a result, the yield of DPrC under these conditions was 51 mol. %. The ratio of by-products/DPrC was reduced to 1.2 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0108][0108]
(Пример 23)(Example 23)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что в качестве агента гидратации применяли бензонитрил. В результате выход DPrC в указанных условиях составил 40 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC было снижено до 2,8 мольн. %. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно прокаливали и применяли аналогично Примеру 1, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that benzonitrile was used as the hydration agent. As a result, the yield of DPrC under these conditions was 40 mol. %. At the same time, the ratio of by-products/DPrC was reduced to 2.8 mol. %. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was re-calcined and used in the same manner as in Example 1, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material.
[0109][0109]
(Сравнительный пример 1)(Comparative example 1)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что повышали давление газообразного азота во время продувки после нанесения порошка оксида церия, благодаря чему конечное количество прикрепленного оксида церия составило 8 г/м2. Толщину пленки промежуточного слоя в данном случае оценивали примерно в 6 мкм Оценивали реакцию с применением указанной конструкции и получили выход DPrC в указанных условиях всего 30 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC возросло до 3,6 мольн. %. Порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that the pressure of nitrogen gas was increased during the purge after the application of cerium oxide powder, whereby the final amount of attached cerium oxide was 8 g/m 2 . The thickness of the film of the intermediate layer in this case was estimated at about 6 μm. %. At the same time, the ratio of by-products/DPrC increased to 3.6 mol. %. The cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction.
[0110][0110]
(Сравнительный пример 2)(Comparative example 2)
Каталитическую конструкцию получали и оценивали в реакции аналогично Примеру 1, за исключением того, что количество прикрепленного оксида церия составляло 250 г/м2. Толщину пленки промежуточного слоя в данном случае оценивали примерно в 180 мкм. Оценивали реакцию с применением указанной конструкции и получили выход DPrC всего 22 мольн. %. При этом отношение побочные продукты/DPrC возросло до 4,5 мольн. %. Оксид церия частично отпал от материала основы, и адгезия после реакции была недостаточной.The catalytic structure was prepared and evaluated in a reaction similar to Example 1, except that the amount of attached cerium oxide was 250 g/m 2 . The thickness of the film of the intermediate layer in this case was estimated at about 180 μm. The reaction was evaluated using this construct and a yield of DPrC of only 22 mol was obtained. %. At the same time, the ratio of by-products/DPrC increased to 4.5 mol. %. The cerium oxide was partially detached from the base material, and the adhesion after the reaction was insufficient.
[0111][0111]
Вышеописанные результаты собраны в Таблицах 1 - 4.The above results are summarized in Tables 1 to 4.
В каждой таблице: «металлические соты 1» относится к цилиндрическим металлическим сотам 100 ячеек на квадратный дюйм (тип стали: YUS205M1, толщина пластины: 50 мкм, форма плавника (гофрированная фольга) форма: синусоидальная волна, доступные от Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.); «металлические соты 2» относится к цилиндрическим металлическим сотам 200 ячеек на квадратный дюйм (тип стали: YUS205M1, толщина пластины: 50 мкм, форма плавника (гофрированная фольга) форма: синусоидальная волна, доступные от Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.); «металлические соты 3» относится к цилиндрическим металлическим сотам 300 ячеек на квадратный дюйм (тип стали: YUS205M1, толщина пластины: 50 мкм, форма плавника (гофрированная фольга) форма: синусоидальная волна, доступные от Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.); «металлические соты 4» относится к цилиндрическим металлическим сотам 100 ячеек на квадратный дюйм (тип стали: SUS304, толщина пластины: 50 мкм, форма плавника (гофрированная фольга) форма: синусоидальная волна, доступные от Nippon Steel and Sumikin Materials Co., Ltd.); и «керамические соты» относится к цилиндрическим керамическим сотам 400 ячеек на квадратный дюйм (торговое название: Honeyceram, доступные от NGK Insulators, Ltd.).In each table: "
Кроме того, в каждой таблице «диоксид кремния 1» относится к диоксиду кремния, полученному из Sumiceram, P-750 (доступный от ASAHI Chemical Co., Ltd.); «диоксид кремния 2» относится к диоксиду кремния, полученному из Sumiceram, P-700-D (доступный от ASAHI Chemical Co., Ltd.); «диоксид кремния 3№относится к диоксиду кремния, полученному из золя диоксида кремния (доступный от JGC Catalyst and Chemicals Ltd.); и «оксид алюминия» относится к оксиду алюминия, полученному из золя оксида алюминия (доступный от Nissan Chemical Corporation).In addition, in each table, "
[0112][0112]
[Таблица 1][Table 1]
[0113][0113]
[Таблица 2][Table 2]
[0114][0114]
[Таблица 3][Table 3]
[0115][0115]
[Таблица 4][Table 4]
[0116][0116]
Так, в Примерах 1 - 23 карбонатные сложные эфиры были получены с хорошим выходом, и образование побочных продуктов было снижено. Кроме того, каталитические конструкции из Примеров 1 - 23 были способны противостоять ухудшению эффективности реакции (каталитической активности) и отделению катализатора даже после повторного применения.Thus, in Examples 1-23, the carbonate esters were obtained in good yield and the formation of by-products was reduced. In addition, the catalyst structures of Examples 1 to 23 were able to withstand deterioration in reaction efficiency (catalytic activity) and catalyst separation even after repeated use.
[0117][0117]
С другой стороны, в Сравнительных примерах 1 и 2 выходы карбонатных сложных эфиров были низкими, поскольку количество твердого катализатора на основе было или слишком велико, или слишком мало, и количество образовавшихся побочных продуктов было большим. Кроме того, в Сравнительном примере 2, где было большее количество твердого катализатора на основе, наблюдалось ухудшение эффективности по причине отпадения и отделения твердого катализатора.On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the yields of carbonate esters were low because the amount of solid-based catalyst was either too large or too small, and the amount of by-products formed was large. In addition, in Comparative Example 2, where there was a larger amount of solid catalyst on the basis, deterioration in efficiency was observed due to falling off and separation of the solid catalyst.
[0118][0118]
Кроме того, когда твердый катализатор подвергали реакции аналогично Примеру 1 без применения материала основы, порошкообразный твердый катализатор дополнительно измельчался и вызывал закупорку фильтров, что затрудняло дальнейшую работу.In addition, when the solid catalyst was subjected to the reaction in the same manner as in Example 1 without the use of a base material, the powdered solid catalyst was further crushed and caused clogging of the filters, making further work difficult.
[0119][0119]
(Пример 24)(Example 24)
Каталитическую конструкцию, несущую 30 г/м2 прикрепленного оксида церия согласно Примеру 2 применяли для оценки в непрерывной проточной реакции. Подготовленный буферный резервуар наполняли 445 г раствора того же состава, который применяли для реакции. Реакционный раствор поступал из этого резервуара в реактор со скоростью 111 г/ч, и такое же количество раствора отбирали из реактора. Время нахождения реакционного раствора в реакторе составляло 240 минут, что представляет собой 2/3 от времени согласно Примерам 1 - 7.A catalytic structure bearing 30 g/m 2 attached cerium oxide according to Example 2 was used for evaluation in a continuous flow reaction. The prepared buffer tank was filled with 445 g of a solution of the same composition that was used for the reaction. The reaction solution was fed from this tank into the reactor at a rate of 111 g/h, and the same amount of solution was withdrawn from the reactor. The residence time of the reaction solution in the reactor was 240 minutes, which is 2/3 of the time according to Examples 1 to 7.
[0120][0120]
В результате выходы DPrC через 6, 12, 18 и 22 часа реакции составляли в общем примерно 29 мольн. %. Отношения побочные продукты/DPrC составляли в эти моменты времени 0,8 мольн. %, 1,0 мольн. %, 1,0 мольн. % и 1,0 мольн. %, соответственно, подтверждая насыщенные и стабильные условия. Кроме того, порошок оксида церия не отпадал от материала основы и имел высокую адгезию даже после реакции. Кроме того, когда указанную конструкцию повторно применяли несколько раз, характеристики реакции почти не изменялись, и было подтверждено, что порошок оксида церия не отпадал от материала основы. Следовательно, каталитическая конструкция согласно настоящему изобретению также показала себя применимой в непрерывно действующем реакторе, приспособленном к высокому расходу сырья.As a result, the outputs of DPrC after 6, 12, 18 and 22 hours of reaction were in total about 29 mol. %. The by-product/DPrC ratios were 0.8 mol at these times. %, 1.0 mol. %, 1.0 mol. % and 1.0 mol. %, respectively, confirming saturated and stable conditions. In addition, the cerium oxide powder did not fall off from the base material and had high adhesion even after the reaction. In addition, when this structure was repeated several times, the reaction characteristics hardly changed, and it was confirmed that the cerium oxide powder did not fall off from the base material. Therefore, the catalytic design according to the present invention has also been shown to be useful in a continuous reactor adapted to a high feed rate.
[0121][0121]
(Пример 25)(Example 25)
Каталитический компонент, отличный от вышеуказанных примеров, готовили следующим образом.A catalyst component other than the above examples was prepared as follows.
Вначале оксид лантана (LaO3⋅⋅H2O) в качестве предшественника катализатора растворяли в 2 г сверхчистой воды в флаконе для образцов объемом 20 мл.First, lanthanum oxide (LaO 3 ⋅⋅H 2 O) as a catalyst precursor was dissolved in 2 g of ultrapure water in a 20 ml sample vial.
В это же время 2,5 г CeO2, уже прокаленного при 600°C в течение 3 часов, помешали в стеклянный стакан объемом 50 мл. Раствор, содержащий предшественник, равномерно добавляли к CeO2 в стакане и полученный результат перемешивали стеклянной палочкой. Стакан помещали на обогреваемую мешалку, температуру которой предварительно устанавливали примерно 80°C, и перемешивали раствор в стакане стеклянной палочкой. Продолжали перемешивание стеклянной палочкой, поддерживая металлические компоненты в однородном состоянии, до выпаривания воды.At the same time, 2.5 g of CeO 2 , already calcined at 600° C. for 3 hours, was stirred into a 50 ml glass beaker. The solution containing the precursor was uniformly added to the CeO 2 in the beaker, and the result was stirred with a glass rod. The beaker was placed on a heated stirrer, the temperature of which was previously set to about 80°C, and the solution in the beaker was stirred with a glass rod. Stirring was continued with a glass rod, keeping the metal components in a homogeneous state, until the water evaporated.
Кроме того, 2 г сверхчистой воды помещали во флакон, в котором находился раствор предшественника, для ополаскивания флакона, и полученный раствор выливали в стакан, содержащий CeO2. Затем перемешивание стеклянной палочкой до испарения воды и последующее ополаскивание повторяли еще один раз таким же образом. Полученный продукт высушивали на обогреваемой мешалке в течение примерно 2 часов для полного испарения воды из стакана.In addition, 2 g of ultrapure water was put into a vial containing the precursor solution to rinse the vial, and the resulting solution was poured into a beaker containing CeO 2 . Then stirring with a glass rod until the water evaporated and subsequent rinsing was repeated one more time in the same way. The resulting product was dried on a heated stirrer for about 2 hours to completely evaporate the water from the beaker.
Компоненты предшественника катализатора из стакана переносили в тигель и прокаливали в муфельной печи. Программу прокаливания устанавливали на повышение температуры со скоростью 2°C/мин и прокаливание при 400°C в течение 4 часов.The catalyst precursor components were transferred from the beaker to a crucible and calcined in a muffle furnace. The calcination program was set to raise the temperature at a rate of 2°C/min and calcinate at 400°C for 4 hours.
[0122][0122]
Полученный катализатор из Примера 25 и катализатор для сравнительного примера, приготовленный так же, как описано в Примере 25, но не содержащий оксида лантана, применяли для получения карбонатного сложного эфира в описанных ниже условиях.The obtained catalyst from Example 25 and the comparative example prepared in the same manner as described in Example 25 but without lanthanum oxide were used to prepare a carbonate ester under the conditions described below.
[0123][0123]
(Условия реакции получения карбонатного сложного эфира)(Reaction conditions for producing carbonate ester)
-Мольное отношение подачи: (PrOH)/(2-CP)/(Катализатор (CeO2+LaO3 или CeO2))-Molar feed ratio: (PrOH)/(2-CP)/(Catalyst (CeO 2 +LaO 3 or CeO 2 ))
=300/50/1=300/50/1
-Катализатор: образец, прикрепленный на фольгу (примерно 150 г/м2)- Catalyst: sample attached to foil (approx. 150 g/m 2 )
-Количество реакционного раствора: 325 г- Amount of reaction solution: 325g
-Количество подаваемого/выгружаемого раствора: 162,5 г/ч- The amount of the supplied / discharged solution: 162.5 g / h
-Время нахождения: 2 ч- Stay time: 2 hours
-Давление в реакции: 0,9 МПа-Reaction pressure: 0.9Mpa
-Температура в реакции: 132°C- Reaction temperature: 132°C
Полученные результаты показаны на Фигуре 3. Как можно видеть из графика на Фигуре 3, катализатор из Примера 25 подтвердил сохранение высокой каталитической активности в течение длительного времени благодаря регулированию компонентов катализатора без проведении регенерирующей обработки, такой как прокаливание, описанное в Примере 1. Конкретнее, как можно видеть на графике, показанном на Фигуре 3, где в качестве сравнения был использован катализатор сравнения, выход карбонатного сложного эфира был высоким сразу после начала реакции, но было обнаружено, что активность снижалась. С другой стороны, когда был использован катализатор из Примера 25, превосходная каталитическая активность сохранялась без существенного изменения даже через 50 часов реакции.The results obtained are shown in Figure 3. As can be seen from the graph in Figure 3, the catalyst of Example 25 proved to maintain high catalytic activity for a long time by controlling the catalyst components without performing a regenerating treatment such as the calcination described in Example 1. More specifically, as can be seen in the graph shown in Figure 3, where a reference catalyst was used as a comparison, the yield of the carbonate ester was high immediately after the start of the reaction, but it was found that the activity decreased. On the other hand, when the catalyst of Example 25 was used, the excellent catalytic activity was maintained without significant change even after 50 hours of reaction.
[0124][0124]
Хотя предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения были подробно описаны, настоящее изобретение не ограничено указанными вариантами реализации. Средний специалист в той области техники, к которой относится настоящее изобретение, разумеется, поймет различные изменения и модификации в рамках объема технический идей, определяемых формулой изобретения, и такие изменения и модификации следует рассматривать как надлежащим образом входящие в технический объем настоящего изобретения.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to these embodiments. One of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will, of course, understand various changes and modifications within the scope of the technical ideas defined by the claims, and such changes and modifications should be considered as properly falling within the technical scope of the present invention.
ОПИСАНИЕ ПОЗИЦИОННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙDESCRIPTION OF POSITIONING DESIGNATIONS
[0125][0125]
1, 1A Каталитическая конструкция для получения карбонатного сложного эфира1, 1A Catalyst design for carbonate ester production
10 Материал основы10 Base material
20 Каталитический слой20 Catalyst layer
30 Промежуточный слой30 Interlayer
40 Твердый катализатор40 Solid catalyst
50 Неорганическое связующее50 Inorganic binder
60 Устройство для получения карбонатного сложного эфира60 Carbonate ester plant
100 Оборудование для получения карбонатного сложного эфира100 Carbonate ester equipment
Claims (32)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018-130710 | 2018-07-10 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020142188A RU2020142188A (en) | 2022-08-10 |
RU2796601C2 true RU2796601C2 (en) | 2023-05-26 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6475949B1 (en) * | 1998-12-11 | 2002-11-05 | Mitsui Mining And Smelting Co., Ltd. | Promoter for purifying internal engine exhaust and method for preparing the same |
JP2012162523A (en) * | 2011-01-20 | 2012-08-30 | Nippon Steel Corp | Method for producing carbonic acid ester |
RU2606623C2 (en) * | 2010-09-16 | 2017-01-10 | Басф Се | Method of producing acrylic acid from ethanol and formaldehyde |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6475949B1 (en) * | 1998-12-11 | 2002-11-05 | Mitsui Mining And Smelting Co., Ltd. | Promoter for purifying internal engine exhaust and method for preparing the same |
RU2606623C2 (en) * | 2010-09-16 | 2017-01-10 | Басф Се | Method of producing acrylic acid from ethanol and formaldehyde |
JP2012162523A (en) * | 2011-01-20 | 2012-08-30 | Nippon Steel Corp | Method for producing carbonic acid ester |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3950123B1 (en) | Heterogeneous catalyst based on ionic liquid, and preparation method therefor and use thereof | |
RU2437715C1 (en) | Material with composite particles on substrate, method of producing said material and method of producing compounds using material with composite particles on substrate as chemical synthesis catalyst | |
JP4885947B2 (en) | Method for producing acrylic acid from glycerol | |
RU2476267C2 (en) | Composite oxide of catalyst of reforming of hydrocarbons, method of its obtaining and method of obtaining synthesis-gas with its application | |
CN1217736C (en) | Cocatalytic polymetallic oxide catalyst | |
JP5458352B2 (en) | Method for producing carbonate ester | |
US11123716B2 (en) | Denitrification catalyst for vessel, using ceramic nanotubes grown on porous metal structure, and preparation method thereof | |
KR101365787B1 (en) | Process conditions for pt-re bimetallic water gas shift catalysts | |
CN1665589A (en) | Catalyst for exhaust gas purification | |
CN106694008A (en) | Method for catalyzing hydrazine hydrate dehydrogenation by using supported RhNi/CeO2@C3N4 nano-catalyst | |
JP2004089812A (en) | Hydrogen producing catalyst and preparation method therefor | |
RU2796601C2 (en) | Method for producing carbonate esters and catalytic structure for producing carbonate esters | |
US20180319734A1 (en) | A process for the synthesis of dialkyl carbonates | |
JP2019502546A (en) | Catalyst composition and process for the direct production of hydrogen cyanide in an acrylonitrile reactor feed stream | |
JP2004313984A (en) | Dimethycarbonate synthetic catalyst | |
JP7488763B2 (en) | Method for producing carbonate ester and catalyst structure for producing carbonate ester | |
La et al. | Direct synthesis of dimethyl carbonate from CH 3 OH and CO 2 by H 3 PW 12 O 40/Ce x Ti 1-x O 2 catalyst | |
EP2621858A2 (en) | Multiphase alumina particle | |
JP2009125736A (en) | Exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas cleaner | |
JP6522916B2 (en) | Waste water treatment catalyst and waste water treatment method using the same | |
JP2021151986A (en) | Method and device for producing carbonate ester | |
JP2011236146A (en) | Method for producing diaryl carbonate and method for producing polycarbonate | |
JP5394280B2 (en) | Reforming catalyst for hydrogen production, method for producing the same, and method for producing hydrogen using the catalyst | |
Jadhav et al. | A Green process for selective hydrolysis of cinnamaldehyde in water to natural benzaldehyde by using Ti and Zn modified hydrotalcites as catalysts | |
Vasantha et al. | Facile synthesis of bis (indolyl) methanes over cordierite honeycomb coated with modified forms of zirconia under microwave irradiation condition |