WO2004108696A1 - アルキレンカーボネートの製造方法 - Google Patents

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WO2004108696A1
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reactor
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side flow
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PCT/JP2004/007744
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French (fr)
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Hiroshige Okamoto
Ken Someya
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D317/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D317/08Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3
    • C07D317/10Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings
    • C07D317/32Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D317/34Oxygen atoms
    • C07D317/36Alkylene carbonates; Substituted alkylene carbonates

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an alkylene carbonate. More specifically, it is a process for producing an alkylene carbonate soot, in which an alkylene oxide is reacted with carbon dioxide in the presence of a catalyst in a reactor to obtain a reaction mixture containing the alkylene carbonate in the reactor.
  • the reactor communicates with the process-side flow path of the heat exchanger through a pipe to form a circulation circuit, and the temperature during the reaction or after the reaction is between 140 ° C. and 200 ° C.
  • the present invention relates to a manufacturing method characterized in that an internal temperature is maintained at 1 35 ° C. to 200 ° C.
  • an alkylene carbonate is produced by the method of the present invention, it is possible to prevent or remove dirt substances from forming on and adhere to the inner wall of the process-side flow path of the heat exchanger. Therefore, the heat removal capability of the heat exchanger does not decrease, and it becomes possible to produce the alkylene carbonate rice cake continuously and stably for a long time.
  • the reaction for producing an alkylene carbonate by reacting an alkylene oxide with carbon dioxide in the presence of a catalyst is a liquid phase reaction of 96.23 KJ / m01. Generates a large heat of reaction. Therefore, in the industrial production of alkylene carbonates, it is particularly important to remove reaction heat stably for stable operation and process safety.
  • a heat exchanger is used to remove the heat of reaction generated.
  • the operation of the system for producing alkylene carbonate from alkylene oxide and carbon dioxide is continued for a certain period of time in the presence of a catalyst, the contamination on the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger As a result, the heat removal ability decreases. Therefore, the conventional production method has a problem that stable continuous production of alkylene carbonate becomes difficult due to such a decrease in the heat removal capability of the heat exchanger.
  • any of the above-mentioned publications discloses a method of removing heat of reaction at the time of production of an alkylene force by using a heat exchanger, it adheres to the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger. There is no disclosure of a chemical cleaning method for easily cleaning soiled materials.
  • General heat exchanger cleaning and cleaning methods include a mechanical cleaning method that removes contaminated substances after the equipment is disassembled and opened, and chemicals are dissolved and peeled off without opening the equipment. There are known chemical cleaning methods to remove them. As mechanical cleaning methods, brushes, drills, etc. are driven by an electric or air motor to clean the inner surface of the heat exchanger tube. Water pressurized to 20 to 30 MPa with a high-pressure pump is used as a thin nozzle. The method is a method in which the dirt substance adhering to the heat exchanger is forcibly peeled off and blown away, or sand (or iron particles) is blown with high-pressure air to remove the dirt substance. For example, a sandblasting method to be removed.
  • the present inventors have prevented the formation and adhesion of dirt substances on the inner wall of the process-side flow path of the heat exchanger, or by simply removing the adhered dirt substances.
  • the alkylene oxide is used to produce an alkylene carbonate.
  • heat exchange of the heat exchange medium with a temperature of 140 ° (: ⁇ 2 0 00 t: heat exchanger) While flowing through the side flow path, the process liquid is flowed through the circulation circuit, and the internal temperature of the process side flow path is maintained at 1 35 ° C to 200 ° C. It was found that dirt substances can be prevented from being generated and adhered to the inner wall of the container or adhered dirt substances can be removed. Based on the above findings, the present inventors have completed the present invention.
  • one of the main objects of the present invention is to prevent the formation and adhesion of dirt substances on the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger or to easily remove the dirt substances attached. It is to provide a method for producing an alkylene carbonate continuously and stably for a long period of time, while preventing the heat removal capability of the exchanger from decreasing.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the system used in Example 1 for continuously producing alkylene carbonate.
  • RR 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 8 carbon atoms, or 6 to 6 carbon atoms. 8) is reacted with carbon dioxide in the presence of a catalyst in the reactor to obtain a reaction mixture in the reactor.
  • the reaction mixture has the following formula (2):
  • the reactor communicates with the process-side flow path of the heat exchanger via a pipe to form a circulation circuit, and the heat exchanger uses a heat exchange medium whose temperature is adjusted within a predetermined temperature range.
  • the reactor and the process side flow path of the heat exchanger are included while flowing a heat exchange medium having a temperature of 140 ° C. to 200 ° C. through the heat exchange side flow path of the heat exchanger.
  • a manufacturing method is provided, wherein the process liquid is allowed to flow through the above-mentioned circulation circuit, and the internal temperature of the process-side flow path is maintained at 1355 ° C to 200 ° C.
  • a method for producing an alkylene carbonate comprising the following formula:
  • R 1 R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 8 carbon atoms, or a carbon number. Is reacted with carbon dioxide in the presence of a catalyst in the reactor to obtain a reaction mixture in the reactor, the reaction mixture comprising: The following formula (2):
  • the reactor communicates with the process-side flow path of the heat exchanger through a pipe to form a circulation circuit, and the heat exchanger flows a heat exchange medium whose temperature is adjusted within a predetermined temperature range.
  • Heat exchange for the production of the heat exchange side flow and A process-side flow path for flowing a process liquid, and the manufacturing method includes: a heat exchange medium having a temperature of 140 ° C. to 200 ° C. during or after the reaction. While flowing through the heat exchange side flow path, the process liquid is flowed through the circulation circuit including the reactor and the process side flow path of the heat exchanger, and the internal temperature of the process side flow path is set to 1 3 5 ° Manufacturing method characterized by maintaining C to 200 ° C
  • the present inventors have determined that the process side of the heat exchanger is less than 140 ° C when the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchanger is low.
  • the surface temperature of the heat transfer tube that becomes the flow path is lowered, and contaminants such as polymers are likely to form and adhere to the heat transfer tube inner wall of the heat exchanger, leading to a decrease in heat removal capability. Therefore, if dirt substances adhere to the inner wall of the process-side flow path of the heat exchanger, the cleaning liquid is put in and circulated in the circulation circuit to maintain the temperature of the heat exchanger at 1 1 6 to 1 65 ° C.
  • the reason why the heat removal capacity does not decrease when the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchange flow path of the heat exchanger is increased to 14 ° C is considered as follows. If a heat exchange medium of 140 ° C or higher is supplied to the heat exchanger side flow path of the heat exchanger, the surface temperature of the process side flow path will increase to 1 35 ° C or higher, and contaminants such as polymers will be removed. This is thought to be difficult to adhere to the inner wall of the process side flow path. Furthermore, when the temperature of the heat exchange medium is increased to 1450 ° C, a small amount of dirt substances adhering to the process-side flow path will be reduced in temperature by thermal decomposition, and the remaining dirt substances (polymers, etc.) will be easily peeled off.
  • the present invention has been completed based on the fact that the heat removal capability is considered to have been recovered because it has changed into a substance and becomes fine fine particles and dispersed in the liquid.
  • the present invention is a method for producing an alkylene carbonate, which has the following formula (1):
  • R 1 R 2 , R 3 and 4 are each independently a hydrogen atom, a linear hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 8 carbon atoms, or a carbon number
  • the reactor communicates with the process-side flow path of the heat exchanger via a pipe to form a circulation circuit, and the heat exchanger uses a heat exchange medium whose temperature is adjusted within a predetermined temperature range.
  • Heat exchange in relation to the production of alkylene carbonate A process-side flow path for flowing a process liquid, and the manufacturing method includes: a heat exchange medium having a temperature of 140 ° C. to 200 ° C. during or after the reaction. While flowing through the heat exchange side flow path, the process liquid is flowed through the circulation circuit including the reactor and the process side flow path of the heat exchanger, and the internal temperature of the process side flow path is set to 1 3 5 ° It is a manufacturing method characterized by maintaining the temperature at C to 200 ° C.
  • the alkylene oxide used as a raw material in the method for producing an alkylene carbonate of the present invention is a compound represented by the following formula (1).
  • R 1 R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 8 carbon atoms, or a carbon number. Represents an aromatic hydrocarbon group of 6 to 8.
  • alkylene oxides examples include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, vinyl ethylene oxide, cyclohexene oxide, and styrene oxide, and particularly ethylene oxide and styrene oxide.
  • Propylene oxide is preferred because it is easily available.
  • the alkylene oxide is present in the presence of a catalyst.
  • a reaction mixture is obtained in the reactor.
  • the reaction mixture contains an alkylene carbonate represented by the following formula (2). 2 R 3
  • R 1 , R 2 R 3 and R 4 are as defined in the formula (1).
  • alkylene carbonates include ethylene carbonate, propylene strength, butylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, cyclohexene carbonate, and styrene strength.
  • the production method of the invention is preferably used for the production of ethylene carbonate and propylene carbonate.
  • an alkylene oxide and carbon dioxide are subjected to a reaction in the presence of a catalyst.
  • the catalyst used is the above formula
  • the catalyst is not particularly limited as long as it is a catalyst usually used for carrying out the reaction of (3). Specifically, tetraethylammonium bromide, 5-membered ring Z, 6-membered hydrocarbon halides, rhodium ammonium or bromides of alkali metals such as pyrolysis products An inorganic material catalyst such as iodide, and those obtained by adding a small amount of alcohols or water to these are used, but an inorganic material catalyst that can be easily recovered is preferable.
  • the amount of catalyst used is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 3 wt%, more preferably 0.1 to 2 wt% for the reaction system.
  • the reaction temperature for producing the alkylene carbonate is usually from 100 to 200 ° C., preferably from 150 to 190 ° C.
  • the reaction pressure is usually 2 to 15 MPa, preferably 4 to 12 MPa.
  • the reaction time varies depending on the composition ratio of the raw material alkylene oxide and carbon dioxide, the type of alkylene oxide, the type and concentration of the catalyst used, the reaction temperature, and the like. For example, if the average residence time obtained from the amount of the retained liquid in the fully mixed reactor and the total amount of the supplied liquid is defined as the reaction time, it is usually 0.5 to 10 H 1-, preferably 1 to 5 H r. is there.
  • the amount ratio of the raw material alkylene oxide to carbon dioxide is usually expressed as a molar ratio of carbon dioxide to alkylene oxide, and is usually 1 to 5, preferably 1 to 2. It is. Normally, when excess carbon dioxide gas is released from the reactor, the accompanying unreacted alkylene oxide also increases. Therefore, when adjusting the amount ratio of alkylene oxide and carbon dioxide, the amount of carbon dioxide supplied should be adjusted so that the reactor pressure remains constant, rather than releasing excess carbon dioxide gas from the reactor. The method of adjusting is preferable.
  • the reactor for carrying out the above reaction communicates with the process-side flow path of the heat exchanger via a pipe to form a circulation circuit.
  • the reaction system for producing an alkylene force is a fully mixed reactor, a multi-stage reaction system using a fully mixed reactor in series, a plug flow reactor, a fully mixed reactor and a plug flow reactor. Commonly used reaction methods such as a combination of these can be used.
  • the alkylene carbonate is produced using a complete mixing type reactor, a method of circulating a reaction liquid with a large flow rate with a pump is preferable so that carbon dioxide is easily dissolved in the reaction mixture.
  • the number of circulations per unit time is 10 to 50 times / Hr, and preferably 20 to 40 times / Hr.
  • the heat exchanger used in the present invention performs heat exchange in connection with the production of a heat exchange side flow path for flowing a heat exchange medium whose temperature is adjusted within a predetermined temperature range and an alkylene force one point. And a process-side flow path for flowing a process liquid.
  • the process liquid is a liquid that is processed by a heat exchanger (that is, the temperature is adjusted), and the heat exchange medium is a medium for adjusting the temperature of the process liquid.
  • the heat exchange side flow path of the heat exchanger is a flow path for flowing a heat exchange medium, and the process side flow path is a flow path for flowing a process liquid.
  • a heat exchange medium having a temperature of 140 ° C. to 200 ° C.
  • the internal temperature of the process side flow path is set to 1 3
  • a serpentine heat exchanger, a double tube heat exchanger, a general multi-tube heat exchanger, etc. provided in the reactor can be used alone or in combination.
  • either the tube side or the shell side of the multi-tube heat exchanger may be used as the heat exchange side flow path or the process side flow path for the process liquid and the heat exchange medium. Absent.
  • the overall heat transfer coefficient (U) is increased to determine what is passed through the tube side and the shell side of the heat exchanger. It may be selected as needed as needed, such as when cleaning, or by facilitating cleaning by passing a fluid that is easily contaminated with dirt through the tube.
  • the heat exchanger used in the present invention is preferably an apparatus that functions as both a preheater and a cooler.
  • a heat exchanger can be used as a preheater for raising the temperature of the reaction solution to the reaction start temperature during start-up, and as a cooler for removing reaction heat during steady operation.
  • the material of the process side flow path of the heat exchanger is not particularly limited as long as it has corrosion resistance to the process liquid.
  • Stainless steel is preferably used because iron catalysis causes the formation of a polymer of alkylene oxide.
  • the heat exchange medium used in the present invention is not particularly limited as long as its temperature can be maintained at 140 ° C. to 200 ° C., preferably 140 ° C. to 180 ° C.
  • water, steam, heat transfer oil, etc. that are generally used as a heat exchange medium are included.
  • As the heat exchange medium a heat transfer oil that is thermally stable and has a low vapor pressure is preferable because the design pressure of the heat exchanger can be lowered.
  • the temperature of heat transfer oil is easy to adjust, when used as a heat exchange medium, the reaction temperature can be adjusted by increasing or decreasing the supply amount of the heat exchange medium. Become.
  • the present invention is basically compatible with the prior art in that the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchanger is adjusted to specific conditions.
  • the present invention In this production method, the temperature is from 140 ° C. to 200 ° C., preferably 140 ° C. during or after the reaction between the alkylene oxide and carbon dioxide for producing the alkylene carbonate. ° (: ⁇ 1800 ° C while passing the heat exchange medium through the heat exchange side flow path of the heat exchanger, the process liquid is added to the circulation circuit including the reactor and the process side flow path of the heat exchanger. And the internal temperature of the process-side flow path is maintained from 1 35 ° C. to 20 00: preferably from 1 35 ° C. to 180 ° C.
  • the reaction mixture obtained by reacting alkylene oxide and carbon dioxide is allowed to flow as the process liquid, preventing the formation and attachment of contaminants on the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger. Or after the above reaction, flush the cleaning liquid as a process liquid and process the heat exchanger. Removes contaminants adhering to the inner wall of the flow path.
  • the temperature of the heat exchange medium during the reaction of the alkylene oxide and carbon dioxide to produce the alkylene carbonate there is no particular limitation on the temperature of the heat exchange medium during the reaction of the alkylene oxide and carbon dioxide to produce the alkylene carbonate.
  • the heat exchange medium having a temperature of 140 ° C. to 200 ° C. (preferably, 140 ° C.
  • the reaction mixture obtained by reacting alkylene oxide and carbon dioxide in the above-mentioned circulation circuit including the reactor and the process side flow path of the heat exchanger is supplied to the heat exchange side flow path of the heat exchanger.
  • the internal temperature of the process side flow path is maintained at 1 35 ° C to 20 00 ° C, preferably 13 5 ° C to 180 ° C. It is preferable to prevent dirt substances from being generated and attached to the inner wall of the process-side flow path.
  • the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchanger is 140 ° C. to 200 ° C., and If the internal temperature is 1 3 5 ° (: ⁇ 2 0 0 ° C), fouling substances will hardly form and adhere to the inner wall of the process flow path of the heat exchanger.
  • the temperature of the heat exchange medium is 1 If the temperature is less than 40 ° C, the generation and deposition of dirt substances will progress, and it will be necessary to increase the amount of heat exchange medium supplied to maintain the heat removal amount, but to increase the amount of heat exchange medium supplied Is limited due to problems such as pump capacity and pressure loss in the piping, and in some cases, the amount of heat removed decreases, making it impossible to maintain the reaction temperature, so the operation cannot be continued. On the other hand, if the heat is removed using a heat exchange medium exceeding 200 ° C, the reaction temperature will be over 200 ° C. It is difficult to maintain the. Also, rather Rieki side reaction Oko As a result, the alkylene oxide concentration in the gas phase of the reactor is increased, which reduces safety.
  • the washing liquid is flowed as a process liquid to remove the contaminants adhering to the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger.
  • the reaction mixture is withdrawn from the reactor, the reactor is emptied, (2) the washing liquid is put into the reactor, and (3) the temperature is 1
  • the reactor and heat exchanger process while flowing a heat exchange medium between 40 ° C and 200 ° C, preferably between 140 ° C and 180 ° C, through the heat exchange side flow path of the heat exchanger.
  • the cleaning liquid is allowed to flow as a process liquid through the above-mentioned circulation circuit including the side flow path, and the internal temperature of the process side flow path is set to 1 3 5 ° (: ⁇ 2 0 0 ° C, preferably 1 3 5 ° (: ⁇ 1 Maintain the temperature at 80 ° C.
  • alkylene carbonate When alkylene carbonate is produced by the above method, dirt attached to the inner wall of the process-side flow path of the heat exchanger in a short time without disassembling the heat exchanger. Since the substance can be removed, the heat removal capacity of the heat exchanger can be restored and the alkylene carbonate
  • the method of removing the contaminants adhering to the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger by flowing the cleaning liquid as the process liquid is as follows: If necessary, alkylene carbonate It can also be carried out before starting the reaction to produce the net.
  • the cleaning solution used for cleaning the heat exchanger does not dissolve the soiling substances including the adhesive polymer, but decomposes the deposits under specific temperature conditions and disperses them in the cleaning solution. Therefore, the cleaning liquid is not particularly limited as long as it is a liquid substance at the internal temperature of the process-side flow path (1 35 ° C. to 200 ° C.). Preference is given to water that is readily available and easy to dispose of waste liquid, or ethylene carbonate that can be easily recovered as a product by distillation. In particular, when ethylene carbonate, which is a product, is used as a cleaning liquid after ethylene carbonate has been manufactured, there is no problem even if residual liquid remains in the reactor, and there is no need to dry the reactor. preferable.
  • the temperature of the circulating cleaning liquid is raised and lowered to It is preferable to expand and contract the heat transfer tube as a path by thermal expansion. At this time, as the difference between the lower limit and the upper limit of the temperature increases, the effect increases because the elongation and shrinkage of the fouling substances increase. However, since it takes time to change the temperature, an extremely large temperature difference is not preferable.
  • the lower limit of the cleaning liquid temperature is set to 100 ° C. and the upper limit is set to 1550 ° C., and the temperature of the heat exchange medium may be changed as described above.
  • the heat exchanger may be cleaned alone, but the reactor The entire circulation circuit communicating with the process-side flow path of the heat exchanger may be cleaned.
  • the circulation circuit in which the reaction mixture circulates it is considered that a soiled substance containing an adhesive polymer similar to that in the heat exchanger is generated and adhered to the part where the temperature is low due to heat dissipation or the like.
  • a method is preferred in which the cleaning liquid is circulated through the entire circulation circuit to decompose and remove the dirt.
  • Parts that have a low temperature due to heat dissipation such as nozzles of instruments (for example, thermometers, liquid level gauges, pressure gauges, flow meters), sampling nozzles, pipe connection flanges, valve bonnets Examples include degassing and draining nozzles for circulation pumps and strainers.
  • instruments for example, thermometers, liquid level gauges, pressure gauges, flow meters
  • sampling nozzles for example, thermometers, liquid level gauges, pressure gauges, flow meters
  • sampling nozzles for example, thermometers, liquid level gauges, pressure gauges, flow meters
  • pipe connection flanges for example, valve bonnets
  • valve bonnets examples include degassing and draining nozzles for circulation pumps and strainers.
  • the reaction mixture obtained by reacting the alkylene oxide and carbon dioxide flows as a process liquid, and the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger is contaminated.
  • This may be performed after the method for producing alkylene carbonate according to the present invention, which is characterized by preventing the formation and adhesion of substances, but may be a method using a heat exchanger for controlling the reaction temperature.
  • the alkylene carbonate is produced by any method, it can be carried out to wash the heat exchanger.
  • Ethylene carbonate was manufactured using the manufacturing equipment shown in Fig. 1.
  • Reactor 10 has an inner diameter of 1.6 ⁇ ⁇ , a straight barrel length of 8 m, a capacity of 20 m 3 , and is made of stainless steel with a liquid dispersion nozzle to increase the absorption efficiency of carbon dioxide gas at the top of the reactor.
  • This is a vertical cylindrical tank that communicates with the process-side flow path of the heat exchanger via a pipe to form a circulation circuit.
  • Heat exchanger 14 is a 1-pass heat exchanger (heat transfer area 1 47.6 m 2 , tube outer diameter 4 2.7 mm, tube length 6.95 m, number of tubes 1 7 2
  • the tube side is the process side flow path and the process liquid is flowed
  • the shell side is the heat exchange side flow path and the heat exchange medium is flowed.
  • Heat exchanger oil (trade name: KSK— 0 i 1 — 2 8 0), manufactured by Soken Chemical, Japan, is passed through the heat exchanger side flow path (shell side) of the heat exchanger 14 as a heat exchange medium. did. This heat transfer oil was used as a heating fluid during startup and as a cooling fluid during steady operation. Ethylene oxide cooled to about 5 ° C as one of the raw materials is supplied from the pipe 7 to the ethylene oxide pump 2 where the pressure is increased, and the pressure is increased through the pipe 2 5 to the reactor 1 0. In 2, Supplied with 5 OOK g ZH r. For carbon dioxide, the other raw material, liquefied carbon dioxide was supplied from pipe 5 to the carbon dioxide supply pump 1.
  • the pressure was increased, gasified with a hot water bath type carbon dioxide evaporator 4, and a constant pressure of about 9.5 MPa was applied from the pipe 6 to the gas phase part above the reactor 10 at a temperature of about 90 ° C. Adjusted to be supplied.
  • the average carbon dioxide supply was 2,700 KgZHr.
  • potassium iodide As the catalyst, potassium iodide (KI) was used and prepared in an ethylene carbonate solution at 5 wt%.
  • the catalyst solution was prepared by preparing 9 parts of the recovered catalyst recovered after purifying the ethylene carbonate product and 1 part of the fresh catalyst solution, supplying the catalyst solution to the catalyst supply pump 3 from the pipe 8, piping 2 6 To reactor 10 via pipe 15. With the catalyst feed pump 3, the catalyst solution feed rate was set to 2 7 4 Kg so that the concentration of potassium iodide in the reactor circulating fluid (reaction system) was 0.23 to 0.26 wt%. / H r to R 7
  • the reaction mixture was discharged from the reactor 10 so that the amount of liquid retained in the reactor 10 was constant at 14.5 tons.
  • the discharge amount of the reaction mixture is adjusted by the feed control valve 20 and passed through pipes 1 9 and 21. And discharged.
  • Ethylene carbonate was produced under the conditions where the reaction temperature measured with a thermometer T 1 provided at the bottom of the reactor 10 was 1 76 ° C to 1777 ° C.
  • the reaction mixture is passed through the circulation circuit including the reactor 10 and the process side flow path of the heat exchanger 14 while flowing the heat exchange medium through the heat exchange side flow path of the heat exchanger 14. It was. Specifically, the reaction mixture was extracted from the outlet of the reactor 10, pressurized by the reactor circulation pump 9, and sent to the heat exchanger 14 ′ via the pipes 1 1 and 12.
  • the reaction mixture whose temperature was adjusted by the heat exchanger 14 was circulated in the circulation circuit by returning it from the inlet to the reactor 10 through the pipe 15.
  • the reaction mixture circulation rate in the reactor 10 was monitored with the reactor circulation flow meter 13 and adjusted to be constant at about 400 ton / hr. As a result, the average residence time in the reactor was 2.65 Hr, and the number of circulations was 28 times ZHr.
  • the reactor temperature control valve 16 is automatically controlled so that the temperature of the reaction mixture measured by the thermometer T 2 provided at the outlet of the heat exchanger is constant at 1 ° C to 3 ° C.
  • the flow rate of the heat exchange medium was adjusted.
  • the heat exchange medium was supplied from the pipe 18 to the shell side of the heat exchanger 14.
  • the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchanger 14 was initially set to 1400 ° C, and was raised to 1450 ° C in the second and third days after the start of operation.
  • the temperature of the heat exchange medium is measured with a thermometer t 1 installed at the heat exchange medium supply port of the heat exchanger 14 and the flow rate changes.
  • the temperature of the thermometer T 1 provided at the bottom of the reactor is about 1 It was almost constant in the range of 7 6 to 1 7 7 ° C.
  • the concentration of ethylene oxide present in the gas phase of reactor 10 is measured using an on-line gas chromatograph as a continuous analyzer to monitor the ethylene oxide reaction rate and early detection of reaction abnormalities. did.
  • the ethylene oxide concentration measured with a continuous analyzer was in the range of 3-5 Vol% with respect to the gas phase in the reactor.
  • the ethylene carbonate yields ranged from 4, 970 to 4,990 Kg / Hr (average of 4,978 Kg / Hr).
  • the heat transfer capacity of the heat exchanger 14 was evaluated by calculating the overall heat transfer coefficient (U) using the following formula. ⁇
  • Ethylene carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchanger 14 was set to 100 ° C. to 1300 ° C.
  • the yield of one ethylene strength was 4, 970 to 4,990 Kg / Hr (average of 4,978 Kg ZHr).
  • Ethylene carbonate was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat exchange medium supplied to the heat exchanger 14 was set to 100 ° C. to 130 ° C. As a result, on the second day, 70 8 KJ / m 2 ⁇ Since the overall heat transfer coefficient (U) after H r ⁇ ° C dropped to 39 8 KJZ m 2 ⁇ H r ⁇ ° C on the 40th day, there was no room for the heat exchange medium supply. The reaction was once stopped and the heat exchanger 14 was washed by the following method.
  • the heat exchanger was washed in the same manner as in Example 2 using an ethylene power one point as the washing liquid. Specifically, after all of the process liquid in the reactor 10 has been withdrawn from the system, ethylene carbonate 14.5 ton is put into the reactor 10 and the pressure is increased by the reactor circulation pump 9 to react. The circulation circuit was circulated by adjusting it to approximately 40 ton / hr with the circulation meter 1 3. After the circulation of the cleaning liquid was started, the gas phase part of the reactor 10 was pressurized to about 0.8 MPa with nitrogen gas, and the vent gas release control valve 23 was fully closed. Thereafter, a heat exchange medium of 160 ° C. to 180 ° C. was supplied to the shell side of the heat exchanger 14 and the temperature was raised at about 30 ° C.
  • the strainer of the circulation pump was inspected, and about 0.3 kg of black and fine particles accumulated.
  • the alkylene carbonate is produced by the method of the present invention, it is possible to prevent the formation and adhesion of dirt on the inner wall of the process side flow path of the heat exchanger, so that the heat removal capability of the heat exchanger is reduced. Therefore, it is possible to produce alkylene carbonate continuously and stably for a long period of time.
  • the heat exchanger process can be performed easily and quickly without disassembling the heat exchanger. Since the contaminants adhering to the inner wall of the side channel can be removed, it is possible to restore the heat removal capability of the heat exchanger and easily resume the production of the alkylene force one point.

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Abstract

アルキレンオキサイドを反応器中で触媒の存在下に二酸化炭素と反応させて、アルキレンカーボネートを含有する反応混合物を反応器中に得るアルキレンカーボネートの製造方法であって、上記反応器は、配管を介して熱交換器のプロセス側流路と連通して循環回路を形成しており、反応中又は反応後に、温度が140℃~200℃の熱交換媒体を上記熱交換器の熱交換側流路に流しながら、反応器と熱交換器のプロセス側流路とを含む上記循環回路にプロセス液を流して、プロセス側流路の内部温度を135℃~200℃に維持することを特徴とする製造方法。

Description

明 細 書 アルキレンカーボネー トの製造方法 技術分野
本発明は、 アルキレンカーボネー トの製造方法に関する。 更に詳細には、 アルキレンォキサイ ドを反応器中で触媒の存 在下に二酸化炭素と反応させて、 アルキレンカーボネー トを 含有する反応混合物を反応器中に得るアルキレンカーボネー 卜の製造方法であって、 上記反応器は、 配管を介して熱交換 器のプロセス側流路と連通して循環回路を形成しており 、 反 応中又は反応後に、 温度が 1 4 0 °C〜 2 0 0 °Cの熱交換媒体 を上記熱交換器の熱交換側流路に流しながら、 反応器と熱交 換器のプロセス側流路とを含む上記循環回路にプロセス液を 流して、 プロセス側流路の内部温度を 1 3 5 °C〜 2 0 0でに 維持する こ とを特徴とする製造方法に関する。 本発明の方法 でアルキレンカーボネー トを製造する と、 熱交換器のプロセ ス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着するのを防止するか又 は付着した汚れ物質を除去するこ とができるので、 熱交換器 の除熱能力が低下せず、 連続的且つ長期間安定にアルキレン カーボネー 卜を製造する こ とが可能となる。
従来技術 触媒の存在下に、 アルキレンオキサイ ドを二酸化炭素と反 応させてアルキレンカーボネー トを製造するための反応は、 液相反応であ りながら 9 6 . 2 3 K J / m 0 1 という非常に 大きな反応熱を発生させる。 その為、 アルキレンカーボネー 卜の工業生産においては、 安定して反応熱を除去するこ とが 安定運転とプロセスの安全化の為に特に重要である。 通常、 アルキレンカーボネー トを製造する際には、 発生する反応熱 を除去するのに熱交換器が用いられている。 しかし、 触媒の 存在下に、 アルキレンォキサイ ドと二酸化炭素とからアルキ レンカーボネー 卜を製造するためのシステムの運転を一定の 期間続けていると、 熱交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ 物質が生成付着し、 除熱能力が低下する。 従って、 従来の製 造方法には、 このような熱交換器の除熱能力の低下によって、 アルキレンカーボネー トの安定した連続製造が難しく なると いう問題が伴う。
例えば、 日本国特開昭 5 0 — 1 4 6 3 2号公報の実施例に おいては、 アルキレン力一ポネー ト を製造する際に発生する 反応熱を除去するために、 二重管式又は多管式の熱交換器を 用い、 反応器の反応温度が 1 7 5 °C、 第 2および第 3 反応器 の反応温度が 1 8 0, °Cの条件で運転している。 しかし、 熱交 換器に供給する冷却用流体とその供給温度に関する記載はな く 、 熱交換器における汚れ物質の生成付着を防止する方法に 闋する記載もない。 また、 日本国特開昭 5 4 — 9 8 7 6 5号公報の実施例にお いても反応器と熱交換器とを含む循環経路を用いてアルキレ ンカーボネー トを製造している。 具体的には、 反応器出口で 測定した反応温度を 1 9 0 °Cに調整するために、 冷却用流体 として 1 1 0 °Cの水を熱交換器の冷媒側流路に供給し、 その 結果、 熱交換器から排出される水蒸気 (冷媒) の温度が 1 6 0 °C又は 1 7 0 °Cになったこ とが記載されている。 しかし、 この公報にも、 熱交換器における汚れ物質の生成付着を防止 する方法に関する記載はない。
更に上記したいずれの公報にも、 アルキレン力一ポネ一 ト 製造時の反応熱を熱交換器を用いて除去する方法が開示され ている ものの、 熱交換器のプロセス側流路の内壁に付着した 汚れ物質を容易に洗浄するための化学洗浄法は開示されてい ない。
一般的な熱交換器の清掃、 洗浄法としては、 機器を解体開 放してから付着した汚れ物質を除去する機械的洗浄方法と、 機器を解体開放せずに薬品で汚れ物質を溶解や剥離させて除 去する化学洗浄方法が知られている。 機械的洗浄方法として は、 ブラシ、 ド リル等を電動又はエアーモーターで駆動して 熱交換器のチューブ内面を清掃する方法、 高圧ポンプで 2 0 〜 3 0 M P a に加圧した水を細いノズルから噴射させて、 熱 交換器に付着している汚れ物質を強制的に剥離させ吹き飛ば す方法、 砂 (又は鉄粒) を高圧空気で吹き付けて汚れ物質を 除去するサン ドブラス ト法等が挙げられる。化学洗浄法では、 付着した汚れ物質の種類に応じて洗浄液の種類、 量、 温度条 件、 洗浄法等の検討が必要である (例えば、 玉置明善編者 「化 学プラン ト建設便覧」 、 日本国、 丸善、 昭和 5 5 年 1 1 月 3 0 日第 7刷発行、 1 3 0 5 〜 1 3 0 6 頁を参照) 。 しかし、 アルキレンカーボネー ト製造後の熱交換器を洗浄する方法と しては、 機械的洗浄方法しか実施されておらず、 有効な化学 薬品も化学洗浄方法も未だ知られていない。 発明の概要
以上のような状況に鑑み、 本発明者らは、 熱交換器のプロ セス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着するのを防止するか または付着した汚れ物質を簡便に除去する こ とで、 熱交換器 の除熱能力の低下を防止し、 連続的に安定にアルキレンカー ポネー トを製造するための方法を開発すべき鋭意研究を行つ た。 その結果、 アルキレンカーボネー トの製造時に熱交換器 のプロセス側流路に付着する汚れ物質は 1 1 6 〜 1 6 5 °Cで 約 4 0 w t %強が分解し揮散する こ とを見出した。 この知見 に基づき、 反応器が配管を介して熱交換器のプロセス側流路 と連通する循環回路を形成している反応系において、 アルキ レンカーボネ一 トを製造するためにアルキレンォキサイ ドを 反応器中で二酸化炭素と反応させ、 上記反応中又は反応後に、 温度が 1 4 0 ° (:〜 2 0 0 t:の熱交換媒体を熱交換器の熱交換 側流路に流しながら、 上記循環回路にプロセス液を流して、 プロセス側流路の内部温度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °Cに維持する ことで、 熱交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ物質が生成 付着する ことを防止するか又は付着した汚れ物質を除去する ことができる ことを見出した。 本発明者らは、 上記の知見に 基づき本発明を完成するに至ったものである。
従って、 本発明の主たる 1 つの目的は、 熱交換器のプロセ ス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着する こ とを防止するか 又は付着した汚れ物質を簡便に除去する こ とによって、 熱交 換器の除熱能力の低下を防ぎ、 連続的且つ長期間安定にアル キレンカーボネー トを製造する方法を提供する ことである。
本発明の上記及びその他の諸目的、 諸特徴ならびに諸利益 は、 添付の図面を参照しながら行う以下の詳細な説明及び請 求の範囲から明 らかになる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 実施例 1 で用いた、 アルキレンカーボネー トを連 続的に製造するためのシステムのを示す該略図である。
(符号の説明)
1 : 二酸化炭素供給ポンプ
2 : エチレンオキサイ ド供給ポンプ
3 : 触媒供給ポンプ
4 : 二酸化炭素蒸発器 5 〜 8 , 1 1 , 1 2 , 1 5 , 1 8 〜 : L 9 , 2 2 2
2 4〜 2 6 : 配管
9 : 反応器循環ポンプ
1 0 : 反応器
1 3 : 反応器循環流量計
1 4 : 熱交換器
1 6 : 反応器温度調節弁
1 7 : 熱交換媒体用流量計 2 0 : 送り 出 し調節弁
2 3 反応器ベン トガス調節弁
T , T 2 , t 1 , t 2 : 温度計
発明の詳細な説明 本発明の 1 つの態様によれば、 アルキレンカーボネー トの 製造方法であって、 下記式 ( 1 ) :
,2 ,3
R
Ί I I
R1—— C—— C—— R ( 1 )
0'
(式中、 R R 2、 R 3及び R 4は名々独立に水素原子、 炭 素数 1 〜 8 の直鎖状炭化水素基、 炭素数 3 〜 8 の脂環式炭化 水素基又は炭素数 6〜 8 の芳香族炭化水素基を表す) で表されるアルキ レンオキサイ ド を反応器中で触媒の存在下 に二酸化炭素と反応させて、 反応混合物を反応器中に得、 該 反応混合物は下記式 ( 2 ) :
R丄一C- -C——
Figure imgf000009_0001
(式中、 R 1 R 2、 R 3及び R 4は式 ( 1 ) において定義し た通りである)
で表されるアルキレンカーボネー ト含有し、
該反応器は、 配管を介して熱交換器のプロセス側流路と連 通して循環回路を形成してお り、 該熱交換器は、 温度を所定 の温度範囲内に調整した熱交換媒体を流すための熱交換側流 路と、 アルキレンカーボネー トの製造に関連して熱交換が行 われるプロセス液を流すためのプロセス側流路とを有し、 該製造方法は、 上記反応中又は反応後に、 温度が 1 4 0 °C 〜 2 0 0 °Cの熱交換媒体を該熱交換器の熱交換側流路に流し ながら、 該反応器と該熱交換器のプロセス側流路とを含む上 記循環回路にプロセス液を流して、 プロセス側流路の内部温 度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °Cに維持する ことを特徴とする製造方 法が提供される。
次に本発明の理解を容易にするために、 本発明の基本的特 徴及び好ましい態様を列挙する。 1 . アルキレンカーボネー トの製造方法であって、 下記式
( 1 )
R
R1— C- C— R' ( 1 )
R
(式中、 R 1 R 2 、 R 3及び R 4は名々独立に水素原子、 炭 素数 1 〜 8 の直鎖状炭化水素基、 炭素数 3 〜 8 の脂環式炭化 水素基又は炭素数 6 〜 8 の芳香族炭化水素基を表す) で表されるアルキレンオキサイ ドを反応器中で触媒の存在下 に二酸化炭素と反応させて、 反応混合物を反応器中に得、 該 反応混合物は下記式 ( 2 ) :
Figure imgf000010_0001
(式中、 R 1 、 R 2、 R 3及び R 4は式 ( 1 ) において定義し た通りである)
で表されるアルキレンカーボネー ト含有し、
該反応器は、 配管を介して熱交換器のプロセス側流路と連 通して循環回路を形成しており、 該熱交換器は、 温度を所定 の温度範囲内に調整した熱交換媒体を流すための熱交換側流 路と、' アルキレン力一ボネー トの製造に関連して熱交換が行 われるプロセス液を流すためのプロセス側流路とを有し、 該製造方法は、 上記反応中又は反応後に、 温度が 1 4 0 °C 〜 2 0 0 °Cの熱交換媒体を該熱交換器の熱交換側流路に流し ながら、 該反応器と該熱交換器のプロセス側流路とを含む上 記循環回路にプロセス液を流して、 プロセス側流路の内部温 度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °Cに維持する ことを特徴とする製造方
2 . 該反応中に、 アルキレンオキサイ ドと二酸化炭素とを反 応させて得た反応混合物をプロセス液として流すことを特徴 とする、 前項 1 に記載の製造方法。
3 . 該反応後に、 洗浄液をプロセス液として流すことを特徴 とする、 前項 1 に記載の製造方法。
4 . 該アルキレンォキサイ ドがエチレンォキサイ ドであ り 、 該アルキレン力一ポネ一 卜がエチレン力一ポネー トである こ とを特徴とする、 前項 1 〜 3 のいずれかに記載の製造方法。 以下に、 本発明を詳細に説明する。
触媒の存在下に、 アルキレンオキサイ ドと二酸化炭素から アルキレンカーボネー ト を製造する反応は、 発熱反応である ため、アルキレンカーボネー トの工業生産においては、通常、 反応熱は熱交換器を用いて除去する。 しかし、 アルキレン力 —ポネー トの製造をある程度続けている と、 熱交換器のプロ セス側流路に汚れ物質が生成付着する。 その結果、 熱交換器 の除熱能力が低下して、 アルキレンカーボネー トを安定且つ 連続的に製造する こ とができなくなる。 また、 汚れ物質が付 着した熱交換器を洗浄するために多大な時間と労力が必要と なる。 本発明者らは、 これらの問題を解決するために種々検 討を行った。
先ず、 熱交換器のプロセス側流路に付着し、 除熱能力を低 下させる汚れ物質の物性を確認した。 その為に、 エチレン力 一ポネ一 トを約 3 0 日間製造した後に、 点検開放が容易な反 応器循環ポンプのス ト レーナ一を開放し、 点検を行った。 そ の結果、 放熱によって温度が比較的低くなるス ト レーナ一底 部の内部壁面に、 極く少量の、 薄膜状で弹カ性がある粘着性 重合物等を含む汚れ物質 (以下、 屡々、 「汚れ物質」 と称す る) の付着が確認された。 そこで、 汚れ物質の物性試験と各 種分析を行う為に、 ス ト レーナ一内部の極少量の汚れ物質を 採取した。
赤外分光光度計 (米国、 8 1 0 1 3 01社製の? 丁 3 — 5 7 5 C / V A - 5 0 0 ) を用いて、 粘着性重合物等を含む汚 れ物質の顕微一 〖 R を測定した。 その結果から、 この汚れ物 質は、 カルボニル結合、 エステル結合、 エーテル結合等の構 造を有する化合物であると推定された。 さ らに解析を進めた 結果、 この汚れ物質が、 エチレングリ コール及びエチレン力 ーポネー トを主成分とする重合体、 及びエステル化した重合 物が混じり合った物である ことが判明した。
重合物等を容易に溶解する物質を用いる と、 熱交換器の化 学洗浄が容易となることから、 アセ トン、 メタノール、 トル ェン、 ベンジルアルコール、 酢酸ェチル、 1 0 0 の熱水、 1 N— N a 〇 H、 I N— H C 1 、 ジメチルフオルムアミ ド ( D M F ) 、 テ ト ラヒ ドロフラン(T H F )、 o —ジク ロロべンゼ ン、 エチレンカーボネー ト等を溶解試験液に用いて、 汚れ物 質の溶解試験を試みた。 しかし、 いずれの薬品にも汚れ物質 は溶解しなかった。
次に、 低温型示差走査熱量計 (日本国、 セイ コーイ ンスッ ルメン ト社製の D S C — 2 2 0 C )を用いて、昇温速度 1 0 °C Z分、 常温から 3 6 0 °C間のサイ クルテス トの条件で、 汚れ 物質の示差熱分析 ( D S C ) を行った。 その結果、 常温から 3 6 0 °Cの昇温時には 1 3 5 °C前後と約 2 2 3 前後に明確 な吸熱ピークがあ り、 3 6 0 °Cに達した後に常温に降温して 再び昇温した時には、 以前に見られた吸熱ピークが全く消失 している という驚くべき現象が見られた。
また、 示差熱熱重量同時測定装置 (日本国、 セイ コーイ ン スッルメ ン 卜社製の丁 0 ,0丁八ー 2 2 0 ) を用いて、 昇温 速度 1 0 °C /分、 常温から 6 0 0 °C間の条件で、 汚れ物質の 重量変化を測定した。 その結果、 水分による と思われる重量 減少が 1 1 6 °C以下では 2 0 %である ことが認められた。 更 に温度を上昇させる と汚れ物質は分解し、 1 1 6 °C〜 1 6 5 °C間では 4 3 %、 1 6 5 ° (:〜 4 1 1 °C間では 2 5 %の重量 減少があ り 、 その後 4 4 1 °C〜 6 0 0 °Cの間では重量減少が 認められなかった。 これらの測定結果よ り 、 熱交換器に付着 している汚れ物質は、 比較的低い温度である 1 1 6 〜 1 6 5 °Cで 4 0 %強が分解し揮散することが判明した。
本発明者らは、 汚れ物質の付着状況とこれらの分析結果か 'ら、 熱交換器に供給する熱交換媒体の温度が 1 4 0 °C未満と 低い場合には、 熱交換器のプロセス側流路となる伝熱管の表 面温度が下がり、 重合物等の汚れ物質が熱交換器の伝熱管内 壁に生成付着し易く なり、 除熱能力の低下原因になるものと 推察した。 そこで、 熱交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ 物質が付着した場合には、 洗浄液を入れて循環回路内を循環 させ、 熱交換器の温度を 1 1 6 〜 1 6 5 °Cに維持すれば、 汚 れ物質は容易に分解され、 分解されずに残つた汚れ物質も粘 着性を失い、 伝熱管から剥離して洗浄液に分散するので、 有 効な化学洗浄が行えるのではないかとの仮説を立てた。 本発 明者らは、 この仮説を実証するために、 水とエチレン力一ポ ネー トをそれぞれ洗浄液と して用い、 汚れ物質の付着した熱 交換器の洗浄を上述の方法で試みた。 その結果、 どち らの洗 浄液を用いても熱交換器のプロセス側流路に付着した汚れ物 質は除去され、除熱能力は完全に回復する こ とが認められた。 引き続き、 アルキレンカーボネー ト製造中の熱交換器にお ける汚れ物質の生成付着を防止し、 長期間安定にアルキレン カーボネー トを製造するための方法について検討を行った。 そのために、 先ず、 重合物等を含む汚れ物質が生成付着しな いか又は付着しても分解して剥離し易く なり、 熱交換器の除 熱低下が起こ らない条件を特定するために、 温度調節用流体 の供給温度を段階的に上げながらアルキレンカーボネー 卜を 製造する試験を行った。 その結果、 驚く べきことに、 熱交換 器の熱交換側流路に供給する熱交換媒体の温度を 1 4 0 °Cに 上げる と、 除熱能力の低下はなくなり、 更に 1 4 5 °Cに上げ て運転を続けると、 徐々 に総括伝熱係数 ( U ) が高い値とな り、 除熱能力が回復する現象が認められた。
熱交換器の熱交換側流路に供給する熱交換媒体の温度を 1 4 ◦ °Cに上げると除熱能力が低下しなく なった理由は、 次の よう に考えられる。 熱交換器の熱交換側流路に 1 4 0 °C以上 の熱交換媒体を供給する と、 プロセス側流路の表面温度が 1 3 5 °C以上と高く なり、 重合物などの汚れ物質がプロセス側 流路の内壁に付着し難く なる為と考えられる。 更に熱交換媒 体の温度を 1 4 5 °Cに上げる と、 プロセス側流路に少量付着 していた汚れ物質が熱分解で低分子化し、 残存する汚れ物質 (重合物等) も剥離し易い物質に変化して、 微細な微粒子と なって液中に分散する為に除熱能力が回復したと考え られる これらの知見に基づき、 本発明は完成した。 □ 前に述べたよう に、 本発明は、 アルキレンカーボネー トの 製造方法であって、 下記式 ( 1 ) :
R
Rx—— C -C- ( 1 )
0
(式中、 R 1 R 2、 R 3及び: 4は名々独立に水素原子、 炭 素数 1 〜 8 の直鎖状炭化水素基、 炭素数 3〜 8 の脂環式炭化 水素基又は炭素数 6〜 8 の芳香族炭化水素基を表す) で表されるアルキレンォキサイ ドを反応器中で触媒の存在下 に二酸化炭素と反応させて、 反応混合物を反応器中に得、 該 反応混合物は下記式 ( 2 ) :
R
R C- -C-
0 0 ( 2 )
II
0
(式中、 R 1、 R 2、 R 3及び R 4は式 ( 1 ) において定義し た通りである) ·
で表されるアルキレン力一ポネ一 ト含有し、
該反応器は、 配管を介して熱交換器のプロセス側流路と連 通して循環回路を形成してお り 、 該熱交換器は、 温度を所定 の温度範囲内に調整した熱交換媒体を流すための熱交換側流 路と、 アルキレンカーボネー トの製造に関連して熱交換が行 われるプロセス液を流すためのプロセス側流路とを有し、 該製造方法は、 上記反応中又は反応後に、 温度が 1 4 0 °C 〜 2 0 0 °Cの熱交換媒体を該熱交換器の熱交換側流路に流し ながら、 該反応器と該熱交換器のプロセス側流路とを含む上 記循環回路にプロセス液を流して、 プロセス側流路の内部温 度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °Cに維持する ことを特徴とする製造方 法である。
本発明のアルキレンカーポネ一 トの製造方法で原料として 使用するアルキレンオキサイ ドは、 下記式 ( 1 ) で表される 化合物である。
R C- ■C- -R4 ( 1 )
0
(式中、 R 1 R 2 、 R 3及び R 4は名々独立に水素原子、 炭 素数 1 〜 8 の直鎖状炭化水素基、 炭素数 3 〜 8 の脂環式炭化 水素基又は炭素数 6 〜 8 の芳香族炭化水素基を表す。 )
このようなアルキレンォキサイ ドとしては、 例えば、 ェチ レンオキサイ ド、 プロ ピレンオキサイ ド、 ブチレンォキサイ ド、 ビニルエチレンオキサイ ド、 シク ロへキセンオキサイ ド 及びスチレンォキサイ ド等が挙げられ、 特にエチレンォキサ ィ ド及びプロ ピレンォキサイ ドが入手の容易さなどの点で好 ましい。
本発明においては、 上記アルキレンオキサイ ドを触媒の存 在下で二酸化炭素との反応に反応器中で付して、 反応混合物 を反応器中に得る。 反応混合物は、 下記式 ( 2 ) で表される アルキレンカーボネー トを含有する。 2 R3
I 1
C -C
1 1 ( 2 )
0 0
\
II
0
(式中の; R 1 , R 2 R 3及び R 4は式 ( 1 ) において定義し た通 りである。 )
アルキレンカーボネー 卜の具体例としては、 エチレンカー ボネ一 卜、プロ ピレン力一ポネー 卜、ブチレンカーボネー ト、 ビニルエチレンカーボネー ト、 シク ロへキセンカーボネー ト 及びスチレン力一ポネー トが挙げられ、本発明の製造方法は、 エチレンカーボネー ト及ぴプロ ピレンカーボネー トの製造に 好ま しく用いられる。
アルキレンォキサイ ドと二酸化炭素からアルキレン力一ポ ネー トを得る反応は、 以下の式 ( 3〉 で表される。
R2 R3
R C- -C—— + 00: R C—— C—— R
I I
0 0
II
0 (式中の R 1 R 2、 R 3及び R 4は式 ( 1 ) において定義し た通りである。 )
本発明の製造方法では、 アルキレンオキサイ ドと二酸化炭 素とを触媒の存在下で反応に付す。 使用する触媒は、 上記式
( 3 ) の反応を実施するために通常用い られる触媒であれば 特に限定はない。 具体的には、 テ ト ラエチルアンモニゥムブ ロマイ ド、 5員環 Z 6員環炭化水素のハロゲン化物、 ロダン アンモニゥム又はその熱分解生成物のような有機物質系触媒 金属又はアルカ リ金属の臭化物ゃ沃化物などの無機物質系触 媒、 並びにこれらに少量のアルコール類や水を添加したもの などが用いられるが、 触媒回収の容易な無機物質系の触媒が 好ましい。 触媒の使用量には特に限定はないが、 反応系に対 して 0 . l 〜 3 w t %が好ましく 、 0 . l 〜 2 w t %が更に 好ましい。
アルキレンカーボネー トを製造する際の反応温度は、通常、 1 0 0 〜 2 0 0 °C、 好ましく は 1 5 0 〜 1 9 0 °Cである。 反 応圧力は、 通常、 2 〜 1 5 M P a、 好ましく は 4〜 1 2 M P aである。 反応時間は、 原料であるアルキレンオキサイ ドと 二酸化炭素の組成比、 アルキレンオキサイ ドの種類、 使用触 媒の種類と濃度、 反応温度等によって異なる。 例えば、 完全 混合反応器の滞留液量と全供給液量から求められる平均滞留 時間を反応時間と定義すると、 通常、 0 . 5 〜 1 0 H 1- 、 好 ましく は 1 〜 5 H r である。 本発明を実施するに当 り、 原料であるアルキレンォキサイ ドと二酸化炭素の量比は、 アルキレンオキサイ ドに対する二 酸化炭素のモル比で表して、 通常、 1 〜 5 、 好ましく は 1 〜 2 である。 通常、 反応器から余剰の二酸化炭素ガスを放出す ると、 同伴する未反応のアルキレンオキサイ ドも増える。 従 つて、 アルキレンォキサイ ドと二酸化炭素の量比を調整する 際には、 余剰の二酸化炭素ガスを反応器から放出するのでは なく 、 反応器圧力が一定となるよう に二酸化炭素供給量を調 整する方法が好ましい。
本発明において上記反応を実施するための反応器は、 配管 を介して熱交換器のプロセス側流路と連通して循環回路を形 成している。 アルキレン力一ポネー ト を製造するための反応 方式と しては、 完全混合の反応器、 完全混合反応器を直列に 用いた多段反応方式、 プラグフロー反応器、 完全混合反応器 とプラグフ ロー反応器を組み合せた方式等の、 一般的に用い られる反応方式を使用することができる。
アルキレンカーボネー トを完全混合方式の反応器を用いて 製造する場合には、 反応混合物中に二酸化炭素が溶解し易い よう に、大流量の反応液をポンプで循環する方法が好ましい。 通常、 単位時間当たり の循環回数は 1 0 〜 5 0 回/ H r であ り、 好まし く は 2 0 〜 4 0 回/ H r である。 反応混合物をポ ンプ循環する配管の途中に熱交換器を設けて、 反応熱の除去 を行う場合には、 大流量の循環を行う と、 熱交換器の冷却能 力が上がるので好ましい。
本発明に用いられる熱 換器は、 温度を所定の温度範囲内 に調整した熱交換媒体を流すための熱交換側流路と、 アルキ レン力一ポネー トの製造に関連して熱交換が行われるプロセ ス液を流するためのプロセス側流路とを有するものである。 プロセス液とは、 熱交換器によって処理される (即ち、 温度 が調節される) 液体であり、 熱交換媒体とは、 プロセス液の 温度を調節するための媒体である。 そして熱交換器の熱交換 側流路とは、 熱交換媒体を流すための流路であり、 プロセス. 側流路とは、 プロセス液を流すための流路である。 本発明で 用いる熱交換器は、 温度が 1 4 0 °C〜 2 0 0 °Cの熱交換媒体 を熱交換器の熱交換側流路に流し、 プロセス側流路の内部温 度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °Cに維持することのできるものであれ ば特に限定はない。 例えば、 反応器内部に設ける蛇管式熱交 換器、 二重管式熱交換器、 一般的な多管式熱交換器などを単 独又は組み'合わせて用いる ことができる。本発明においては、 伝熱面積を大きく し、 装置の小型化が可能な多管式熱交換器 を用いるのが好ま しい。
多管式熱交換器を用いる場合には、 プロセス液と熱交換媒 体は、 多管式熱交換器のチューブ側及びシェル側のいずれを 熱交換側流路又はプロセス側流路にしてもかまわない。 熱交 換器のチューブ側及びシェル側のそれぞれに何を通液するか は、 小型の熱交換器を用いるために総括伝熱係数 (U ) を大 きくする場合や、 汚れ物質が付着しやすい流体をチューブ側 に通液する こ とで洗浄を容易にする場合等、 必要に応じて適 宜選択すればよい。
本発明で用いる熱交換器は、 予熱器と冷却器の両方として 機能する装置が好ましい。 このような熱交換器は、 スター ト アップ時は反応液を反応開始温度まで昇温する予熱器として 使用し、 定常運転中は反応熱の除去を行う為の冷却器として 使用する ことができる。
熱交換器のプロセス側流路の材質はプロセス液に対する耐 蝕性があれば特に限定はない。 鉄鲭はその触媒作用によ り ァ ルキレンォキサイ ドの重合物の生成原因となるので、 ステン レス鋼を用いるのが好ましい。
本発明で用いる熱交換媒体は、 その温度を 1 4 0 °C〜 2 0 0 °C、 好ましく は 1 4 0 °C〜 1 8 0 °Cに維持する ことのでき るものであれば特に限定はなく 、 一般的に熱交換媒体として 用いられる水、 蒸気、 熱媒油等が挙げられる。 熱交換媒体と しては、 熱的に安定で蒸気圧の低い熱媒油が、 熱交換器の設 計圧を低くできるので好ましい。 更に、 熱媒油は温度調整が 容易なので、 熱交換媒体として用いると、 熱交換媒体の供給 量の増減で反応温度が調整できるので、 アルキレン力一ポネ — ト製造装置の運転操作が容易 となる。
本発明は、 熱交換器に供給する熱交換媒体の温度を特定条 件に調整した点で、 従来技術とは基本的に相遨する。 本発明 の製造方法においては、 アルキレンカーボネー トを製造する ためのアルキレンォキサイ ド と二酸化炭素との反応中又は反 応後に、 温度が 1 4 0 °C〜 2 0 0 °C、 好ましく は 1 4 0 ° (:〜 1 8 0 °Cの熱交換媒体を熱交換器の熱交換側流路に流しなが ら、 反応器と熱交換器のプロセス側流路とを含む上記循環回 路にプロセス液を流して、 プロセス側流路の内部温度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 :、 好ましく は 1 3 5 °C〜 1 8 0 °Cに維持する こ とを特徴とする。 本発明においては、 上記反応中に、 アル キレンォキサイ ドと二酸化炭素とを反応させて得た反応混合 物をプロセス液として流し、 熱交換器のプロセス側流路の内 壁に汚れ物質が生成付着する こ とを防止するか、 または上記 反応後に、 洗浄液をプロセス液と して流し、 熱交換器のプロ セス側流路の内壁に付着した汚れ物質を除去する。 これらの 方法によってアルキレン力一ポネー トを製造すると、 熱交換 器の構造や熱交換媒体の種類に関わらず、 アルキレンカーボ ネー トを長期間安定に製造する ことが可能となる。
アルキレンカーボネ一 トを製造するためのアルキレンォキ サイ ド と二酸化炭素との反応中の熱交換媒体の温度に特に限 定はない。 熱交換媒体の温度が高いほどプロセス側流路の内 部温度も高くなるので汚れ物質の生成付着を防止する為には 好ま しいが、 反応温度を 1 0 0 °C〜 2 0 0 °Cに一定に保った めに必要な除熱量、反応温度と熱交換媒体温度との温度差(△ T ) 、 伝熱面積、 及びプロセス液と熱交換媒体の通液量を考 慮して、 最適温度を選択すればよい。 しかし、 本発明の方.法 においては、 上記反応中に、 温度が 1 4 0 °C〜 2 0 0 ° (:、 好 ま しく は 1 4 0 °C ~ 1 8 0 °Cの熱交換媒体を熱交換器の熱交 換側流路に流しながら、 反応器と熱交換器のプロセス側流路 とを含む上記循環回路にアルキレンォキサイ ドと二酸化炭素 とを反応させて得た反応混合物をプロセス液として流して、 プロセス側流路の内部温度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °C、 好ましく は 1 3 5 °C〜 1 8 0 °Cに維持する こ とで、 熱交換器のプロセ ス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着する ことを防止する こ とが好ましい。
前に述べたよう に、 本発明においては、 熱交換器に供給す る熱交換媒体の温度が 1 4 0 °C〜 2 0 0 °Cであ り、 熱交換器 のプロセス'側流路の内部温度が 1 3 5 ° (:〜 2 0 0 °Cであれば 熱交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着する こ とはほとんどない。 しかし、 熱交換媒体の温度が 1 4 0 °C 未満の場合には、 汚れ物質の生成付着が進行し、 熱交換媒体 の供給量を増やして除熱量を維持する必要が生じる。 しかし、 熱交換媒体の供給量を増やすこ とには、 ポンプの能力や配管 の圧力損失等の問題から も限界があ り、 いずれは除熱量が下 がって反応温度の維持ができなく なるので、 運転を継続する こ とができなく なり、 運転停止に至る。 一方、 2 0 0 °Cを越 える熱交換媒体を用いて除熱すれば、 反応温度を 2 0 0 °C以 下に維持する ことが難しく なる。 また、 副反応が起こ り易 く なり、 反応器気相部のアルキレンォキサイ ド濃度が高く なる ので、 安全性が低下する。
本発明においては、 アルキレンカーボネー トを製造するた めのアルキレンォキサイ ドと二酸化炭素との反応によゥて熱 交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着し、 徐 熱能力が低下した場合には、 上記反応後に、 洗浄液をプロセ ス液として流し、 熱交換器のプロセス側流路の内壁に付着し た汚れ物質を除去する ことが好ましい。 具体的には、 アルキ レンカーボネー トを製造するための反応後に、 ( 1 ) 反応器 から反応混合物を抜き出して反応器を空にし、 ( 2 ) 反応器 に洗浄液を入れ、 そして ( 3 ) 温度が 1 4 0 °C〜 2 0 0 °C、 好ましく は 1 4 0 °C〜 1 8 0 °Cの熱交換媒体を熱交換器の熱 交換側流路に流しながら、 反応器と熱交換器のプロセス側流 路とを含む上記循環回路に洗浄液をプロセス液と して流して プロセス側流路の内部温度を 1 3 5 ° (:〜 2 0 0 °C、 好ましく は 1 3 5 ° (:〜 1 8 0 °Cに維持する。 上記の方法でアルキレン カーボネー トを製造すると、 熱交換器の解体などを行う こ と なく 、 簡便且つ短時間に熱交換器のプロセス側流路の内壁に 付着した汚れ物質を除去する こ とができるので、 熱交換器の 除熱能力を回復させて、 アルキレンカーボネー トの製造を短 時間に再開する こ とが可能となる。 尚、 洗浄液をプロセス液 と して流して熱交換器のプロセス側流路の内壁に付着した汚 れ物質を除去する方法は、 必要であれば、 アルキレンカーボ ネー トを製造するための反応を開始する前に行う こともでき る。
熱交換器の洗浄に用いる洗浄液は、 粘着性重合物等を含む 汚れ物質を溶解させるのではなく 、 特定の温度条件で付着物 を分解して洗浄液に分散させる ものである。 従って、 洗浄液 は、 洗浄を実施するプロセス側流路の内部温度 ( 1 3 5 °C〜 2 0 0 °C ) で液状の物質であれば特に限定はない。 好ましい のは、 入手が容易で廃液処理が容易な水、 又は蒸留操作で容 易に製品と して回収する ことのできるエチレンカーボネー ト である。 特にエチレンカーボネー トを製造した後に、 製品で あるエチレンカーボネー トを洗浄液と して用いると、 反応器 内に残液が残っても問題とならず、 反応器内を乾燥する必要 もないので好ましい。
残存する汚れ物質 (主と して粘着性がなく なった重合物) を熱交換器のプロセス側流路から剥離し易く するには、 循環 している洗浄液の温度を上げ下げして、 プロセス側流路とな る伝熱管を熱膨張で伸び縮みさせる こ とが好ましい。 この時、 温度の下限と上限との差が大きいほど汚れ物質の伸びと収縮 が大きく なるので効果は大きく なるが、 温度を変化させるの に時間がかかるので、 極端に大きな温度差は好ましく ない。 例えば、 洗浄液温度の下限を 1 0 0 °Cとし、 上限を 1 5 0 °C として、上記のよう に熱交換媒体の温度を変化させればよい。 熱交換器を単独で洗浄してもよいが、 反応器が配管を介し て熱交換器のプロセス側流路と連通している循環回路全体を 洗浄してもよい。 反応混合物が循環している循環回路の中で 放熱等によ り温度の低い部位には、 熱交換器と同じような粘 着性重合物を含む汚れ物質が生成付着していると考え られる ので、 循環回路全体に洗浄液を循環して汚れ物質を分解、 剥 離させる方法が好ま しい。 放熱などによ り温度の低い部位と しては、 計器 (例えば、 温度計、 液面計、 圧力計、 流量計) のノズル部、サンプリ ング用ノズル、配管の接続部フランジ、 バルブのボンネッ ト、 循環ポンプのガス抜きと抜液ノズル、 ス ト レ一ナなどが挙げられる。
上述した熱交換器の洗浄は、 反応中に、 アルキレンォキサ ィ ド と二酸化炭素とを反応させて得た反応混合物をプロセス 液と して流し、 熱交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ物質 が生成付着する ことを防止する ことを特徵とする本発明のァ ルキレンカーボネー トの製造方法を実施した後に行ってもよ いが、 熱交換器を反応温度の制御に用いる方法であれば、 い かなる方法でアルキレンカーボネー トを製造した後にも、 熱 交換器を洗诤するために実施する ことができる。 発明を実施するための最良の形態
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明す るが、 本発明の範囲を何ら制限するものではない。 実施例 1
図 1 に示す製造装置を用いてエチレンカーボネー トを製造 した。
反応器 1 0 は、 内径 1 . 6 ΓΠ Φ、 直胴部長さ 8 m、 容量 2 0 m 3で、 反応器上部に二酸化炭素ガスの吸収効率を高める ための液分散ノズルを持った、 ステンレス製の縦型円筒槽で あり、 配管を介して熱交換器のプロセス側流路と連通して循 環回路を形成している。熱交換器 1 4 は、 1 パス熱交換器 (伝 熱面積 1 4 7 . 6 m 2、 チューブ外径 4 2 . 7 mm , チュ —ブ長さ 6 . 9 5 m、 チューブ本数 1 7 2本) であ り、 チュ 一ブ側をプロセス側流路としてプロセス液を流し、 シェル側 を熱交換側流路として熱交換媒体を流す構造である。 熱交換 器 1 4 の熱交換側流路 (シェル側 ) には、 熱交換媒体と して 日本国、 綜研化学製の熱媒油 (商品名 : K S K— 0 i 1 — 2 8 0 ) を流した。 この熱媒油はスター トアップ時には加熱用 流体と して用い、 定常運転時には冷却用流体と して用いた。 原料の 1 つと して約 5 °Cに冷却されたエチレンォキサイ ド を配管 7 からエチレンオキサイ ドポンプ 2 に供給し、 そこで 昇圧して、 配管 2 5 を介して配管 1 5 から反応器 1 0 に 2 , 5 O O K g ZH rで供給した。 もう一方の原料である二酸化 炭素については、 液化二酸化炭素を配管 5から二酸化炭素供 給ポンプ 1 に供給した。 そこで昇圧し、 温水浴型の二酸化炭 素蒸発器 4でガス化させ、 約 9 0 °Cの温度で配管 6から反応 器 1 0上部の気相部に約 9. 5 M P aの一定圧力となるよう 調節して供給した。 平均的な二酸化炭素供給量は 2 , 7 0 0 K gZH rであった。
何らかの原因で反応器 1 0の圧力が 1 O M P a以上に上昇 した場合には、 反応器ベン トガス調節弁 2 3 を開けて、 反応 器 1 0内の気相ガスを配管 2 2及び 2 4を経由して排出し、 反応器 1 0の圧力を下げた。
触媒には、 沃化カ リ ウム ( K I ) を用い、 エチレンカーボ ネー ト溶液に 5 w t %となるよう に調合した。 触媒溶液は、 エチレンカーボネー ト製品を精製した後に回収した回収触媒 を 9部及びフ レッシュ触媒溶液を 1部の割合で調合して、 配 管 8から触媒供給ポンプ 3 に供給し、 配管 2 6から配管 1 5 を介して反応器 1 0 に供給した。 反応器循環液. (反応系) の 沃化カ リ ウム濃度が 0. 2 3〜 0 . 2 6 w t % となるよう に、 触媒供給ポンプ 3で、 触媒溶液の供給量を 2 7 4 K g / H r に R し 7こ。
反応器 1 0 内の液保有量が 1 4. 5 ト ンで一定となるよう に、 反応混合物を反応器 1 0から排出した。 反応混合物の排 出量は送り 出 し調節弁 2 0で調整し、 配管 1 9及び 2 1 を通 して排出した。
エチレンカーボネー トの製造は、 反応器 1 0 の底部に設け た温度計 T 1 で測定した反応温度が 1 7 6 °C〜 1 7 7 °Cとな る条件下で実施した。 反応中には、 熱交換媒体を熱交換器 1 4の熱交換側流路に流しながら、 反応器 1 0 と熱交換器 1 4 のプロセス側流路とを含む上記循環回路に反応混合物を流し た。 具体的には、 反応混合物は反応器 1 0 の出口から抜き出 し、 反応器循環ポンプ 9で昇圧し、 配管 1 1 と 1 2 を経て、 熱交換器 1 4'に送った。 そして熱交換器 1 4で温度を調節し た反応混合物は、 配管 1 5 を通って反応器 1 0 にその入口か ら戻すこ とで、 循環回路内を循環した。 反応器 1 0 の反応混 合物循環量は、 反応器循環流量計 1 3 で監視し、 約 4 0 0 ト ン / H r で一定となるよ.う に調整した。 その結果、 反応器に おける平均滞留時間は 2 . 6 5 H r 、 循環回数は 2 8 回 Z H r であった。
熱交換器 1 4 においては、 熱交換器出口に設けた温度計 T 2で測定した反応混合物の温度が 1 Ί 3 °Cで一定となるよう に反応器温度調節弁 1 6 を自動制御して、 熱交換媒体の流量 を調整した。 熱交換媒体は、 配管 1 8 から熱交換器 1 4 のシ ェル側に供給した。 熱交換器 1 4 に供給する熱交換媒体の温 度は、 初めは 1 4 0 °Cに設定し、 運転開始から 2 3 曰 目 には 1 4 5 °Cに昇温した。 熱交換媒体の温度は熱交換器 1 4 の熱 交換媒体供給口に設けた温度計 t 1 で測定し、 その流量変化 は熱交換媒体のための流量計 1 7 で監視した。 (尚、 熱交換 器 1 4 の熱交換媒体出口に設けた温度計 t 2 で測定した温度 も総括電熱係数 ( U ) を計算するために記録した。 )
このよう に、 反応混合物の温度を熱交換器 1 4の出口温度 (即ち、 温度計 T 2で測定した温度) で自動制御した結果、 反応器底部に設けた温度計 T 1 の温度は約 1 7 6 〜 1 7 7 °C の範囲でほぼ一定であった。
反応器 1 0 の気相中に存在するエチレンォキサイ ドの濃度 は、 オンライ ンのガスク ロマ トグラフを連続分析計として測 定し、 エチレンオキサイ ド反応率及び反応異常の早期発見の 為に監視した。 連続分析計で測定したエチレンオキサイ ド濃 度は、反応器内の気相に対して 3 〜 5 Vol%の範囲であった。
エチレンカーボネー トの出来高は 4 , 9 7 0 〜 4 , 9 9 0 K g / H r (平均 4 , 9 7 8 K g / H r ) であった。
熱交換器 1 4の汚れの進行及び除熱能力は、 総括伝熱係数 ( U) を下記式によ り算出して評価した。 ·
U - Q A X (Δ T ) 1 m }
(式中
U : 総括伝熱係数 ( K J m 2 · H r · °C ) Q : 除熱量 (K J ZH r ) =
(プロセス側流量) X (T τ2) χ比熱、
Α : 伝熱面積 = 1 4 7 . 6 m 2、 そして (ΔΤ) 1 m : 対数平均温度差 =
{(T t,)-(T2-t2)} / / ;^でぁ り 式中、 T,、 T2、 t,及び t2はそれぞれ温度計 Τ 1 、
Τ 2、 t 1 および t 2で測定した温度である。 ) 計算には、 エチレンカーボネー ト を含有する反応混合物で あるプロセス液の比熱 ( 2 . 0 O K J /K g - °C) を式中の 比熱と して用いた。
エチレンカーボネー ト製造時の総括伝熱係数 (U) を以下 の表 1 にま とめた。
Figure imgf000032_0001
表 1 か ら も明かなよ う に、 熱交換器に供給する熱交換媒体 の温度を 1 4 0 °Cに したと ころ、 総括伝熱係数 ( U ) の低下 は見られなかった。 更に熱交換媒体の温度を 1 4 5 に上げ て熱交換器に供給する と、 総括伝熱係数 ( U ) は運転経過と 共に若干向上したので、 熱交換器に付着していた汚れ物質が 除去できたと考えられる。 従って、 本発明の方法によってェ チレンカーボネー ト を連続的且つ長期間安定に製造する こ と が可能となる。 比較例 1
熱交換器 1 4に供給する熱交換媒体の温度を 1 0 0 °C〜 1 3 0 °Cと した以外は、 実施例 1 と同様にエチレンカーボネー ト を製造した。
エチレン力一ポネー トの出来高は 4, 9 7 0 〜 4 , 9 9 0 K g / H r (平均 4 , 9 7 8 K g ZH r ) であっ た。
エチ レンカーボネー ト製造時の総括伝熱係数 ( U) を以下 の表 2 にま とめた。
表 2
Figure imgf000033_0001
表 2か ら明かなよう に、 熱交換器に供給する熱交換媒体の 温度が 1 4 0 °C未満の場合には、 総括伝熱係数 ( U ) は徐々 に低下した。 その結果、 反応熱の除去は十分に行われず、 目 標の反応温度 ( 1 7 3 °C ) を維持できなく なり温度上昇が認 められた ( 1 7 4 °C ~ ]: 7 5 °C ) ので、 5 0 日 目 に反応を停 止した。 単位時間当たり のエチレンカーボネー トの出来高は 実施例 1 と変わりなかったものの、 長期間安定にエチレン力 一ポネ一 トを製造する ことはできなかった。 実施例 2
熱交換器 1 4 に供給する熱交換媒体の温度を 1 0 0 °C〜 1 2 0 °Cに設定した以外は、 実施例 1 と同様にエチレン力一ポ ネー トを製造した。 その結果、 2 日 目には 7 0 5 K J / m 2 · H r · °Cだった総括伝熱係数 ( U ) が 3 8 日 目 には 3 7 2 K J / m 2 · H r · °Cまで低下し、 熱交換媒体の供給量に余裕 がなく なつたので、 一旦反応を停止して、 熱交換器 1 4 を次 の方法で洗浄した。
洗浄液と して水を用いた。 反応器 1 0 内の反応混合物の全 量を系外に抜き出した後に、 7 0 °Cの温水 1 3 ト ンを反応器 1 0 に張り込み、 反応器循環ポンプ 9 で昇圧し、 反応器循環 流量計 1 3 で約 4 0 0 ト ン H r に調整して循環回路を循環 させた。 洗浄液の循環を開始した後に、 反応器 1 0 の気相部 を窒素ガスで約 0 . 8 M P a に加圧し、 ベン トガス放出調節 弁 2 3 を全閉にした。 その後、 熱交換器 1 4 のシェル側に 1 6 0 ° (:〜 1 8 0 °Cの熱交換媒体を供給して、 約 3 0 °C / H r の速度で昇温した。 洗浄液の循環温度が 1 6 0 °Cになったら この状態を約 1 . 5時間保ち、 次に約 5 0 °C / H r の速度で 降温させ、 約 1 0 0 °Cになつたら この状態で 0 . 5時間保持 した。 全く 同じ条件で洗浄液を約 1 6 0 °Cに昇温し、 1 . 5 時間保持し、 その後に約 1 0 0 °Cに降温させて 0 . 5 時間保 持するサイクル操作を 5 回繰り返して熱交換器 1 4 .の洗浄を 行った。
このような洗浄を行った後に循環ポンプ 9 のス ト レーナー 内を点検したと ころ、 黒色のサラサラ した微細粒子が約 0 . 7 K g堆積していた。
反応器 1 0 内の洗浄液を全量系外に抜き出した後に、 上述 と同様にエチレンカーボネー トの製造を再開した。 エチレン カーボネー トの出来高は平均 4 , 9 7 8 K g / H r とな り、 運転条件が安定した 2 日 目に総括伝熱係数 ( U ) を求めたと ころ、 洗浄前は 3 7 2 K J / m 2 · H r · °Cだった総括伝熱 係数 ( U ) は 7 1 1 K J / m 2 · H r · °Cに回復していた。 従って、 熱交換器の伝熱管に付着していた汚れ物質は、 短期 間の洗浄で十分に除去することができた。 実施例 3
熱交換器 1 4 に供給する熱交換媒体の温度を 1 0 0 °C〜 1 3 0 °Cに設定した以外は実施例 1 と同様にエチレンカーボネ — トを製造した。 その結果、 2 日 目 には 7 0 8 K J / m 2 · H r · °Cだつた総括伝熱係数 ( U ) が 4 0 日 目には 3 9 8 K J Z m 2 · H r · °Cまで低下し、 熱交換媒体の供給量に余裕 がなく なつたので、 一旦反応を停止して、 熱交換器 1 4 を次 の方法で洗浄した。
洗浄液にエチレン力一ポネー トを用い、 実施例 2 と同様に 熱交換器を洗浄した。 具体的には、 反応器 1 0 内のプロセス 液を全量系外に抜き出した後に、エチレンカーボネー ト 1 4 . 5 ト ンを反応器 1 0 に張り込み、 反応器循環ポンプ 9 で昇圧 し、 反応器循環流量計 1 3で約 4 0 0 ト ン/ H r に調整して 循環回路を循環させた。 洗浄液の循環を開始した後に、 反応 器 1 0 の気相部を窒素ガスで約 0 . 8 M P a に加圧し、 ベン トガス放出調節弁 2 3 を全閉にした。 その後、 熱交換器 1 4 のシェル側に 1 6 0.°C〜 1 8 0 °Cの熱交換媒体を供給して、 約 3 0 °C Z H r で昇温した。 洗浄液の循環温度が 1 5 5 °Cに なったら この状態で約 1 . 5 時間保ち、 次いで約 5 0 °C Z H r の速度で降温させ、 約 1 0 0 °Cになつたら この状態で 1 5 分間保持した。更に上記と同様に約 1 5 5 °Cに昇温させて 1 . 5 時間保持し、 その後に約 1 0 0 °Cに降温させて 1 5 分間保 持するサイ クル操作を 5 回繰り返して洗浄を行った。
このような洗浄を行った後に循環ポンプのス ト レーナ一を 点検したところ、 黒色のサラサラ し微細粒子が約 0 . 3 K g 堆積していた。
反応器 1 0 内の洗浄液を全量系外に抜き出した後に、 上述 と同様にエチレンカーボネー ト製造のための運転を再開 した エチレン力一ボネー トの出来高は平均 4, 9 7 8 K g / H r とな り、 運転条件が安定した 2 日 目 に総括伝熱係数 ( U ) を 求めたと ころ、 洗浄前は 3 9 8 K J / m 2 · H r · °Cだった 総括伝熱係数 ( U ) は 7 0 3 K J Z m 2 · H r · °Cに回復し ていた。 従って、 熱交換器の伝熱管に付着していた汚れ物質 は、 短期間の洗浄で充分に除去する こ とができた。
更に洗浄液であるエチレンカーボネー トを精製する と、 製 品となるエチレンカーボネー トを回収する ことができた。 洗 浄液に製品であるエチレンカーボネー トを用いたので、 洗浄 液が反応器内部に残っても問題とならず、 反応器内を乾燥す る必要もなかった。
産業上の利用可能性
本発明の方法でアルキレンカーボネー トを製造する と、 熱 交換器のプロセス側流路の内壁に汚れ物質が生成付着するの を防止することができるので、 熱交換器の除熱能力が低下せ ず、 連続的且つ長期間安定にアルキレンカーボネー ト を製造 する ことが可能となる。 また、 アルキレン力一ポネー トの製 造によって熱交換器のプロセス側流路に汚れ物質が付着した 場合にも、 熱交換器の解体などを行う ことなく 、 簡便且つ短 時間に熱交換器のプロセス側流路の内壁に付着した汚れ物質 を除去する ことができるので、 熱交換器の除熱能力を回復さ せて、 アルキレン力一ポネー トの製造を容易に再開する こと が可能となる。

Claims

B 求 の 範
1 . アルキレン力一ポネー トの製造方法であって、 下記式
( 1 )
R丄—— C- -C—— R ( 1 )
0
(式中、 R 1、 R 2、 R 3及び R 4は名々独立に水素原子、 炭 素数 1 〜 8 の直鎖状炭化水素基、 炭素数 3 〜 8 の脂環式炭化 水素基又は炭素数 6 ~ 8 の芳香族炭化水素基を表す) で表されるアルキレンォキサイ ドを反応器中で触媒の存在下 に二酸化炭素と反応させて、 反応混合物を反応器中に得、 該 反応混合物は下記式 ( 2 ) :
I
R- C- -C—— R4
( 2 )
0 0
II
0
(式中、 R 12 , R 3及び R 4は式 ( 1 ) において定義し た通りである) で表されるアルキレンカーボネー ト含有し、 該反応器は、 配管を介して熱交換器のプロセス側流路と連 通して循環回路を形成しており 、 該熱交換器は、 温度を所定 の温度範囲内に調整した熱交換媒体を流すための熱交換側流 路と、 アルキレンカーボネー トの製造に関連して熱交換が行 われるプロセス液を流すためのプロセス側流路とを有し、 該製造方法は、 上記反応中又は反応後に、 温度が 1 4 0 °C 〜 2 0 0 °Cの熱交換媒体を該熱交換器の熱交換側流路に流し ながら、 該反応器と該熱交換器のプロセス側流路とを含む上 記循環回路にプロセス液を流して、 プロセス側流路の内部温 度を 1 3 5 °C〜 2 0 0 °Cに維持する こ とを特徴とする製造方 法。
2 . 該反応中に、 アルキレンオキサイ ド と二酸化炭素とを反 応させて得た反応混合物をプロセス液と して流すことを特徴 とする、 請求項 1 に記載の製造方法。
3 . 該反応後に、 洗浄液をプロセス液と して流すこ とを特徴 とする、 請求項 1 に記載の製造方法。
4 . 該アルキレンオキサイ ドがエチレンオキサイ ドであ り、 該アルキレンカーボネー 卜がエチレンカーボネ一 トである こ とを特徴とする、請求項 1 〜 3 のいずれかに記載の製造方法。
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