【課題を解決するための手段】
【0013】
上述の目的は本発明の方法で達成される。好ましい実施様態は、請求項及び以下の明細書に見出されるであろう。個々の加工工程の好ましい実施様態の組合せも、本発明の範囲に含まれる。
【0014】
本発明のメチレンジ(フェニルイソシアネート)の製造方法は以下の工程からなる。
【0015】
(a)二環及び/又は多環のメチレンジ(フェニラミン)を二環及び/又は多環のメチレンジ(フェニルイソシアネート)にホスゲン化する工程と、
(b)工程(a)の粗製メチレンジ(フェニルイソシアネート)を、メチレンジ(フェニルイソシアネート)の二環異性体を含む少なくとも一つの混合物Mとオリゴマー状メチレンジ(フェニルイソシアネート)を含む少なくとも一つの混合物Pへの分別する工程と、
(c)少なくとも一つの混合物Mを、2,2’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)と2,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)から選ばれる少なくとも一つを含む少なくとも一つの他の混合物Fへ精製及び/又は分別する工程と、
(d)工程(c)で得られる一つ以上の混合物Fと工程(b)得られる混合物Pを保存する工程。
【0016】
なお、保存されている混合物F及び/又はPの少なくとも一つの一部が、循環により、工程(b)または(c)の少なくとも一工程で再利用される。
【0017】
「分別」は、混合物の個々の構成要素または混合構成要素への部分的なあるいは完全な分離をいう。
【0018】
「精製」は、混合物中の二次成分の含量を低下させて混合物中の特定成分の純度を増加させることをいう。
【0019】
「保存」は、後での用途及び/又は廃棄のために材料または混合物を一時的に貯蔵することをいう。保存は、特に、少なくとも1日間の材料または混合物の一時的貯蔵をいう。
【0020】
「循環」は、保存装置から所定量の材料をMDI製造プロセスの前工程へ投入することをいう。
【0021】
「蒸留」または「蒸留的」は、蒸留的な分離プロセスによる混合物の精製をいう。蒸留的分離プロセスでは、沸騰する液体とガス状蒸気の間の組成の違いにより分離が行われる。
【0022】
本発明の目的では、含量(ppm)は、基本的には混合物の総重量に対する質量部である。
【0023】
「カラム」は、混合物の蒸留的精製のための装置である。本発明の目的では、カラムは精留カラムである。カラムは、当業界の熟練者には高知である。
【0024】
カラムは、好ましくは分離材を含む長い容器である。分離材は、熱移動と質量移動を強化する内在物である。このカラムは、さらに最下部の分離材の下に凝縮液を収容する部分(底部)と最上部の分離材の上に頂部をもつ。分離対照の混合物を気化させるために、精留カラムの低部に蒸発器を置くことができる。頂部から出るガス流を凝縮させるために、凝縮器を塔頂下流に連結することができる。
【0025】
用いる分離材の種類によって、トレイカラムやランダム充填カラム、規則的充填カラムに分けられる。分離対象材料の気化混合物は、多くの場合カラムの底に位置する供給口に導かれる。この混合物が頂部に向かって進むと低沸点成分が増加して後者が頂部で抜き出され、高沸点成分が循環させられる。高沸点成分は低部に集まり、ここから抜き出される。
【0026】
通常、三種の分離材に分けられる。トレイカラムでは、シーブトレー、バブルキャップトレーまたはバルブトレイが設置され、これらの上に滞留液が存在する。特殊な隙間または穴からこの液体中に蒸気を通過させ、バブル層を形成する。これらのトレイのそれぞれで、新たな温度での液相気相間の平衡が確立される。
【0027】
ランダム充填カラムは、いろいろな充填材で充填可能であり、この充填材が液体とガス乱流に好ましい分布をもたらす。表面積が増加するため、熱交換と質量移動が最適化され、カラムの分離性能が増加する。既知の充填材の例は、ラシヒリング(中空円筒)やポールリング、ハイフローリング、インタロックスサドル、バールサドル、「ヘッジホッグ」である。これらの充填材は、カラム中に規則的に充填してもよいが、ランダムな状態で(床として)も導入される。
【0028】
規則的に充填された分離材(規則的充填材)をもつ充填塔は、規則的に配置された小さな充填材を応用したものである。これらは規則的な形状の構造をもつ。このため、規則的充填はガス流の狭窄(圧力損失に大きな影響を持つ)を抑制する。いろいろなデザインの規則性充填物が、例えばメッシュ充填材や金属シート充填材が存在する。
【0029】
アニリンとホルムアルデヒドの縮合による粗製メチレンジ(フェニラミン)(粗製MDA)の製造は、先行技術から既知である。粗製メチレンジ(フェニラミン)は、二環及び/又は多環のメチレンジ(フェニラミン)を含んでいる。
【0030】
粗製メチレンジ(フェニラミン)の工業的な製造は、通常二段で行われる。一段目で先ず、アニリンをホルムアルデヒドと酸触媒で縮合させて相当するMDA混合物とする。この際通常、塩酸水溶液などの強鉱酸が酸触媒として用いられる。酸触媒でのアニリン−ホルムアルデヒド縮合によるMDAの製造方法は、当業界の熟練者には既知であり、例えばWO99/40059に記載されている。
【0031】
4,4’−メチレンジ(フェニラミン)とまたこれの異性体や同族体の製造は、アニリンとホルムアルデヒドと鉱酸との比率を選択することで、また温度と滞留時間条件を選択することで制御可能である。この縮合は、工業的には連続に行なうことも回分的に行うこともできる。二段目では、好ましくは中和と相分離の後で、この反応液から水とアニリンを蒸留で除き、さらに処理して粗製メチレンジ(フェニラミン)とすることが好ましい。
【0032】
工程(a)
本発明によれば、工程(a)で二環及び/又は多環のメチレンジ(フェニラミン)がホスゲン化され二環及び/又は多環のメチレンジ(フェニルイソシアネート)が得られる。MDAのホスゲン化は当業界の熟練者には良く知られている。用いるMDAは、粗製MDAとも呼ばれ、このからできるMDIも粗製MDIと呼ぶこととする。
【0033】
この反応は、W. Siefken、Liebig Annalen der Chemie 562、75 (1949)に記載のように、気相または液相で回分的または連続的に実施可能である。一級有機アミンとホスゲンの反応による有機イソシアネートの連続的製造は、過去何度も記載され、また工業規模で常用されており、例えば、Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, volume 7, third edition, Carl Hanser Verlag, p. 76 ff. (1993)に記載されている。
【0034】
現在のイソシアネートの工業的合成は、ほぼすべて連続プロセスで行われている。一般にこの連続法の実施様態は、複数段で行われる。一段目のホスゲン化でアミンをホスゲンと反応させて、相当するカルバモイル塩化物と塩化水素とアミン塩酸塩を得る。
【0035】
このアミンとホスゲンの最初の反応は非常に速く発熱性である。副生成物と固体の形成を最小に抑えるため、アミンとホスゲンを迅速に、例えば必要なら有機溶媒中に溶解して混合する。次段のホスゲン化は、カルバモイル塩化物から所望イソシアネートと塩化水素への分解とアミン塩酸塩のカルバモイル塩化物へのホスゲン化の両方を含む。液相のホスゲン化が、例えばEP1616857とWO2004/056756、WO2006/130405、EP01270544の公開特許に記載されている。望まざる中間体アミン塩酸塩の生成を避けるため、このホスゲン化を高温下での気相ホスゲン化として実施することができる。プロセスが、例えばEP1449826とWO2008/006775(エアゾールホスゲン化)の公開特許に記載されている。超臨界領域でのホスゲン化も記載されている(WO2008/049783)。
【0036】
本発明の方法では、このホスゲン化を、例えば通常の好ましくは不活性である溶媒を用いて行うことができる。適当な溶媒は、例えばモノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、または他の塩素化されたトルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素である。ホスゲン化では、70〜120℃の温度と8〜5barの圧力に設定することが好ましい。このホスゲン化は、一段以上で行うことができる。例えば、このホスゲン化を少なくとも一種の不活性の有機溶媒の存在下での二段反応とし、一段階目のホスゲン化をスタチックミキサー中で行い、二段目のホスゲン化を固定装置中で行うことができる。
【0037】
本発明の方法のホスゲン化で用により、用いるMDAに応じた相当するMDI異性体2,2’、2,4’及び/又は4,4’−MDIとPMDIが得られる。
【0038】
二環及び/又は多環のメチレンジ(フェニラミン)のホスゲン化の後で、過剰のホスゲンと溶媒を分離するために反応混合物を後処理する。ある可能な実施様態では、この後に、物理的処理、例えば熱的及び/又は化学的処理が続いて、妨害副生成物を取り除く。このようなプロセスも同様に当業界の熟練者には既知であり、例えば、US3912600やDD288599、US5364958、EP0133538、JP06345707、DD288598、DD288593、EP0524507、EP0866057に記載されている。
【0039】
したがって、工程a)は、得られるMDI混合物の総重量に対して10〜90質量%の、好ましくは20〜75質量%、特に好ましくは30〜60質量%の4,4’−MDIと、1〜12質量%の、好ましくは2〜10質量%、特に好ましくは4〜9質量%の2,4’及び/又は2,2’−MDIと、9〜78質量%の、好ましくは23〜70質量%、特に好ましくは36〜61質量%のPMDIを含む二環及び/又は多環のMDIの混合物を与えることが好ましい。
【0040】
工程(b)
本発明によれば、次いで工程(b)で、粗製メチレンジ(フェニルイソシアネート)を分別して、二環のメチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体の少なくとも一つの混合物Mと高分子状メチレンジ(フェニルイソシアネート)の少なくとも一つの混合物Pを得る。
【0041】
この混合物Mを以降、粗製二環メチレンジ(フェニルイソシアネート)(MDI)とよぶ。粗製二環MDIが、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)とともに、2,2’と2,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体の少なくとも一種を含む混合物であることは当業界の熟練者には既知である。混合物Mは、好ましくは80〜100質量%の、特に85〜100質量%の二環MDIを含み、この二環MDIは、好ましくは混合物Mの総重量に対して80〜100質量%の、特に85〜95質量%の4,4’−MDIと0〜18質量%の、特に5〜14質量%の2,4’−MDIと0〜2質量%の、特に0〜1質量%の2,2’−MDIを含む。
【0042】
高分子状メチレンジ(フェニルイソシアネート)(PMDI)を含む混合物Pは、好ましくは、40〜80質量%の、特に45〜75質量%のPMDIと20〜60質量%の、特に25〜55質量%の二環MDIを含む。
【0043】
粗製メチレンジ(フェニルイソシアネート)の分別は、当業界の熟練者には既知である。この分別は、既知の方法で、例えば蒸留、溶媒抽出、超臨界媒体(例えば、超臨界CO
2)での抽出、または晶析により実施可能である。例えばDE1938384やDE2631168、EP79516、EP1475367の公開特許に記載の蒸留及び/又は晶析が好ましい。
【0044】
粗製メチレンジ(フェニルイソシアネート)の蒸留的分別は、工程(b)で実施し、二環のメチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体を含む少なくとも一つの混合物Mとオリゴマー状のメチレンジ(フェニルイソシアネート)を含む少なくとも一つの混合物Pを得ることが好ましい。原則としてこの蒸留的分別はいろいろな装置で実施可能である。この蒸留的分別は、対流蒸発器で行うことが、特に流下液膜式蒸発器または強制循環エバボレータ中で、あるいはボイラー、特にケトル型ボイラー中で行うことが好ましい。高濃度では、この蒸留的分別を薄膜蒸発機または螺旋管エバボレータ中で行うこともできる。この分別は一段以上で行うことができる。多段の場合、上述の蒸発器が蒸留塔の塔底蒸発器であることが好ましい。
【0045】
特に好ましい実施様態では、この分別が工程(b)で流下液膜式蒸発器により行われる。
【0046】
工程(c)
本発明によれば、少なくとも一つの混合物Mの精製及び/又は分別が工程(c)で行われ、2,2’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)と2,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)から選ばれる少なくとも一つの化合物を含む少なくとも一つの他の混合物Fを与える。
【0047】
二環のメチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体を含む混合物Mの精製及び/又は分別は、当業界の熟練者には既知である。工程(c)で、この混合物Mを、混合物Mとはそれぞれ異性体4,4’−MDIと2,4’−MDIと2,2’−MDIの比率で異なる少なくとも2つの混合物Fに分別することが好ましい。
【0048】
ある好ましい実施様態においては、混合物Mより4,4’−MDIの含量が高い少なくとも一つの混合物F1が得られる。得られた混合物F1中の4,4’−MDI含量は、混合物F1の総重量に対して好ましくは少なくとも95質量%であり、特に好ましくは少なくとも97質量%、特に少なくとも98質量%である。
【0049】
この好ましい実施様態では、混合物Mより4,4’−MDI含量が小さな少なくとも一つの他の混合物F2が得られる。得られた混合物F2中の2,4’−MDI含量は、混合物F2の総重量に対して好ましくは少なくとも15質量%であり、特に好ましくは少なくとも20質量%、特に少なくとも25質量%である。同時に、4,4’−MDIの含量は、混合物F2の総重量に対して好ましくは少なくとも15質量%であり、特に好ましくは少なくとも25質量%、特に少なくとも35質量%である。
【0050】
少なくとも一つの混合物Mの2,2’−MDIと2,4’−MDIと4,4’−MDIから選ばれる少なくとも一つの化合物を含む少なくとも一つの他の混合物Fへの精製及び/又は分別は、蒸留で行うことが好まし、蒸留塔(以降、カラムK2とよぶ)で行うことが好ましい。少なくとも一台の他の蒸留塔を使用することもできる。
【0051】
二環メチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体の混合物Mを、カラムK2に側面から供給することが好ましい。カラムK2は、好ましくは分離材を含み、規則的充填が特に好適である。原則としてランダム充填材またはトレイを使用することもできる。カラムK2は、好ましくはサイドカラムである。本発明の目的では、サイドカラムは、少なくとも一個の低部分岐と、少なくとも一個の側面分岐と少なくとも一個の頂部分岐をもつカラムである。
【0052】
混合物の組成により、塔頂K2の温度が165〜200℃であることが好ましい。低部での圧力は好ましくは11〜20mbarであり、好ましい温度は210〜225℃である。カラムK2は、底部圧力を0.1〜50mbar、より好ましくは1〜30mbar、特に好ましくは2〜15mbarとして、また低部温度を150〜250℃、特に好ましくは180〜240℃、特に200〜225℃として運転することが好ましい。このようにして、高分離効率と低熱ストレスが達成できる。
【0053】
メチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体混合物のカラムK2中での蒸留において、少なくとも97%の異性体純度(即ち、3つの異性体2,2’−MDIと2,4’−MDIと4,4’−MDIに対する純度)をもつ4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)が、側面流(以降、第一側面流または第一側面分岐流とよぶ)として抜き出されることが好ましい。
【0054】
また、このメチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体混合物の蒸留中に、2,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンと4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタンの混合物で質量比が85:15〜15:85のものが第二の側面分岐流として第一の側面分岐より上の側面分岐から、あるいはカラムK2からの塔頂流として得られる。第一の側面分岐の上に第二の側面分岐を有する実施様態が好ましい。このようにして所望の二環異性体の高純度が達成できるためである。カラムK2からの塔頂流は、さらに供給液と共に導入された低沸点成分、例えばモノクロロベンゼンを含んでいる。
【0055】
第二の側面分岐または塔頂K2で得られる流体の2,4’−MDI含量が、二環メチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体の総重量の100質量%に対して20〜95質量%であり、4,4’−MDI含量が5〜80質量%であることが好ましい
【0056】
塔頂K2のカラムの還流比(抜出流に対する還流の比率)は、特に10〜250の範囲、特に好ましくは60〜120の範囲であり、留出液の量は、供給量の1〜5質量%である。底流は、供給液の60〜90質量%、好ましくは75〜85質量%である。
【0057】
第一の好ましい実施様態においては、このカラムK2が分割壁カラムである。このようなカラムK2の構造は当業界の熟練者には既知であり、例えばEP1475367A1に記載されている。なお、この内容を引用として本明細書に組み込む。この分割壁カラムは、カラムK2に対して述べた条件で運転することが好ましい。二環メチレンジ(フェニルイソシアネート)異性体混合物Mは、分割壁カラムの分割壁領域に側面から供給されることが好ましい。この分割壁の領域は、カラムK2の中央領域に位置している。分割壁の長さは、用いるプロセス条件と質量移動材の性質の関数として選ばれる。この分割壁はカラムを、前分別ゾーンと主な分別ゾーンに分割する。規則的充填材が分離材として特に好適である。しかしながら、原則としてランダム充填材またはトレイを使用することもできる。
【0058】
あるいは、二環MDI異性体の蒸留分離を二段として、第一蒸留段を分割壁を持たない蒸留塔中で行い、二段階目を一台または二台の分割壁カラムを用いて行うこともできる。
【0059】
相当するプロセスがEP1475367A1の段落[0024]〜[0031]に記載されている。
【0060】
第二の好ましい実施様態においては、カラムK2が分割壁を持たないサイドカラムである。このサイドカラムの好ましいパラメーターは上述の通りである。なお、2,2’−MDIと低沸点化合物が塔頂分岐から抜き出され、4,4’−MDIと高分点化合物が塔底分岐から抜き出され塔頂と塔底で抜き出される流体が本発明の方法の工程(b)で再使用できることが好ましい。上述のように、4,4’−MDIは、このサイドカラムの第一の側面分岐から流体の総重量に対して少なくとも97質量%の純度で抜き出されることが好ましく、上記の4,4’−MDIと2,4’−MDIの混合物は、第一の側面分岐の上の第二の側面分岐から抜き出されることが好ましい。
【0061】
特に好ましい実施様態では、上記の混合物F1が、カラムK2の下流にある他のカラムK1から得られる。この特に好ましい実施様態では、工程(c)が次のように実施される。
【0062】
混合物IをカラムK2から、好ましくは側面流として抜き出してガス状でカラムK1に供給する。この混合物Iは、混合物Iの総重量に対して好ましくは少なくとも98質量%、特に好ましくは98.5〜99.0質量%の純度をもつ4,4’−MDIである。
【0063】
カラムK1中で、混合物Iを含むガス流を、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)の沸点以上の沸点をもち、好ましくは芳香族ハロゲン化合物の含量が50ppm以下である少なくとも一種の液体化合物Aと接触させることが好ましい。
【0064】
可能な液体化合物類Aは、原則として、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)に不活性である化合物か4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)自体であり、いずれの場合も好ましくはその芳香族ハロゲン化合物の含量が50ppm以下、特に40ppm以下、特に好ましくは30ppm以下、特に20ppm以下、極めて好ましくは10ppm以下である。
【0065】
適当な不活性化合物Aは、特にジベンジルエーテルとターフェニル、高級フタル酸エステル、ナフタレン誘導体である。もちろん、上述の不活性化合物の混合物を使用することもできる。
【0066】
しかしながら、化合物Aが4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)であることが特に好ましい。純度が少なくとも97質量%である、特に好ましくは少なくとも98質量%、特に少なくとも98.5質量%である4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)を化合物Aとして使用することが特に好ましい。しかしながら、原則として、上述の純度の4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)と少なくとも一種の上述の不活性化合物の混合物を使用することができる。
【0067】
化合物Aが、本発明の工程(d)で循環される4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)であることが特に好ましい。このようにして、本発明の方法で処理され適当な方法で保存されたた4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)の一部が、このプロセスに循環させられる。その結果、同時に二つの利点が得られる。一つは、本発明により芳香族ハロゲン化合物の少ない4,4’−MDIが得られことと、もう一つは、本発明により保存の結果少し分解した生成物を含む保存4,4−MDIが循環させられ、高純度で保存されることとなるため、保存4,4’−MDIの品質が最適化(沈殿物や付着物の防止)されることである。なお、保存循環比率(4,4’−MDI循環量の、保存のために新たに加えられる4,4’−MDIの量(添加量)に対する比率)は、好ましくは0.05〜0.4であり、特に0.1〜0.3である。
【0068】
4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)を、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)の保存用施設から循環させることが極めて好ましい。この場合、保存用施設は、保存用の材料または混合物の一時的な集積用の施設、好ましくは容器、特に貯蔵タンクであればいずれであってもよい。
【0069】
液体化合物Aの投入は、カラムK1の最上部の分離材の上で行うことが好ましい。ある好ましい実施様態においては、このカラムK1が規則性充填カラムである。この充填材の比表面積は好ましくは100〜1000m
2/m
3であり、特に好ましくは150〜800m
2/m
3、特に200〜750m
2/m
3、極めて好ましくは250〜600m
2/m
3である。
【0070】
原則として、低圧力損失の充填材が好ましい。適当な充填材は、例えばメッシュ充填材や金属シート充填材、構造性充填材である。メッシュ充填材が特に好ましい。この場合、液体化合物AはカラムK1の最上部充填材の上で投入されることが好ましい。
【0071】
原則として、いろいろな接触方法を用いることができる。ガス流と液体化合物Aがよく接触される方法が好ましい。このために、液体Aを適当に分布させる必要がある。好適な方法は当業界の熟練者には既知である。
【0072】
接触効率は特に、液体をいかに均一に広面積に投入できるかによる。液体分配器によりカラム断面にわたりほぼ均一に液体を分布させることができ、このような液体分配器は当業界の熟練者には既知である。この液体の前分布を、下面に複数の排出口を持つ一個以上の供給管または分配流路により行うことができる。
【0073】
設計上で重要なパラメーターは、カラム断面あたりの供給点の数(=液滴投入密度)である。分配器トレイや流路分配器、チューブ分配器、ノズル分配器などの液体分配器が使用可能である。分配器の底の穴または側面に沿って設けられた有孔投入管による壁面高さ分布や、例えばスリットまたはオーバフロー噴出口やノズルによるオーバフロー分布などの液体分配原理が利用可能である。
【0074】
好適な液体分配器は、特に箱型流路(ボックスチャネル)分配器である。ガス流Iに対して向流に接触させることが好ましい。これにより、特に、得られる混合物中の芳香族ハロゲン化合物含量が低下する。
【0075】
塔頂K1での絶対圧力は好ましくは50mbar以下であり、特に好ましくは1〜30mbar、特に2〜20mbarである。カラムK1の上下の圧力差(圧力損失)は、好ましくは0.5〜30mbarであり、好ましくは0.5〜20mbar、特に好ましくは1〜10mbar、特に2〜5mbarである。圧力損失が小さい場合は低部の領域が比較的低温となるため、生成物にかかる熱ストレスが低下する。
【0076】
カラムK1の低部領域の温度は140〜270℃であり、好ましくは150℃〜240℃、特に好ましくは170〜230℃、特に190〜230℃、極めて好ましくは200〜225℃である。これにより、一定の精製効率で熱ストレスを最小にできる。
【0077】
還流比、即ちスクラビング液体(S)の蒸気(V)の比率:S:V[w/w]は、S:V=0.01〜2.0であり、好ましくはS:V=0.05〜0.5、特に好ましくはS:V=0.1〜0.3である。
【0078】
カラムK1は、与えられた温度で使用する混合物に対して不活性でさえあるなら、いろいろな材料を用いて製造できる。適当な材料は、特に1.4541または1.4571などのオーステナイト系ステンレス鋼である。鉄/オーステナイト1.4462などの高合金材料も好適である。材料1.4541の使用が好ましい。
【0079】
4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)を含む精製した混合物からなり、好ましくは芳香族ハロゲン化合物含量が50ppm以下である流体Oが塔頂K1で得られる。この流体Oは、次いで、好ましくは10〜100℃の温度に、特に20〜80℃、特に20〜60℃の温度に冷却される。
【0080】
流体Oを、塔頂K1の温度から20℃〜60℃の範囲、好ましくは30℃から50℃の範囲にまで5秒間以内に冷却することが好ましい。この急速冷却により、分解生成物の生成、特に二量体分解生成物の生成が抑制される。
【0081】
工程(d)
本発明によれば、工程(c)で得られる一種以上の混合物Fと工程(b)で得られる混合物Pが、工程(d)で保存され、この混合物F及び/又はPの少なくとも一つの一部が循環させられて、工程(b)または(c)の少なくとも一つの工程中で再使用される。
【0082】
保存後にこのプロセスに循環させる量は、原則として広い範囲で変化しうる。保存される総量に対して小量のMDI混合物が循環させられる場合は、沈殿物の形成を完全に防止することができないことがある。他方、高比率での循環は不経済であることも多い。
【0083】
保存後に循環させられる混合物F及び/又はPの量は、保存に回される混合物F及び/又はPの総量に対して好ましくは1〜30質量%であり、好ましくは5〜25質量%、特に10〜20質量%である。
【0084】
この循環の長所は、MDI中の沈殿物及び/又は付着物を引き起こす化合物、特にウレトイミンとウレトジオンを、他の加工工程を用いることなく再溶解させることができることである。
【0085】
したがって、保存混合物FまたはPの循環は、再循環の点が、ウレトジオン単位のイソシアネート単位への再解離が起こるような温度と滞留時間でなるようにして行うことが好ましい。この循環は、T>190℃であり、この温度での滞留時間が5〜30分間となる点でこの混合物が循環されるように行うことが好ましい。
【0086】
また、保存混合物FまたはPの循環は、ウレトイミン単位のイソシアネートとカルボジイミド単位への再解離が起こるような温度と滞留時間である循環点で行うことが好ましい。この循環は、この混合物が、T>190℃で、この温度での滞留時間が5〜30分間である点で再投入されるように行うことが好ましい。
【0087】
保存混合物F及び/又はPの循環は、連続的に(保存混合物の特定部分の連続循環)に行っても、非連続的に行ってもよい。
【0088】
第一の好ましい実施様態では、保存混合物F及び/又はPの循環が連続プロセス中で行われる。混合物F及び/又はPの保存後に連続的に循環させられる量は、保存に回される混合物F及び/又はPの総量に対して、好ましくは1〜30質量%であり、好ましくは5〜25質量%、特に10〜20質量%である。
【0089】
第二の好ましい実施様態では、保存混合物F及び/又はPの循環が回分的なプロセスで行われ、好ましくは、保存メチレンジ(フェニルイソシアネート)の総量中の二量体メチレンジ(フェニルイソシアネート)単位として計算されたウレトジオン含量が0.5質量%を超える場合に、特に好ましくはウレトジオン含量が0.3質量%を超える場合に、回分的なプロセスで行われる。保存後に不連続的に循環させられる混合物F及び/又はPの量は、保存に回される混合物F及び/又はPの総量に対して、好ましくは1〜30質量%であり、好ましくは5〜25質量%、特に10〜20質量%である。
【0090】
保存温度が、ウレトジオンとウレトイミンの形成速度を支配する。保存混合物F及び/又はPの温度は、好ましくは5〜60℃であり、特に好ましくは10〜50℃、特に好ましくは15〜45℃、特に20〜45℃である。
【0091】
保存期間は、少なくとも1日であることが好ましく、特に少なくとも2日間、好ましくは少なくとも3日間、特に好ましくは少なくとも5日間である。いくつかの場合には、この保存期間は少なくとも1週間であり、特に少なくとも2週間である。保存期間の上限は、まったく避けることのできない保存混合物の化学変化により決まりが、特に長くて4週間であり、好ましくは長くて3週間、特に長くて2週間である。当業界の熟練者は、保存後の循環量と上記保存温度を、適当な方法で選択するであろう。上記保存温度と組み合わせて上記の保存期間を決めることが好ましい。
【0092】
好ましい循環位置または循環MDI混合物が再利用される加工工程も、組成により、即ち当該混合物が混合物Pであるか混合物Fであるかにより決まる。相当する好ましい実施様態を以下に述べる。
【0093】
もちろん、得られる混合物PとFは、相互に独立して循環可能であり、特に異なる施設に送り、異なる加工工程で再利用できる。
【0094】
第一の好ましい実施様態では、保存混合物Pの少なくとも一部が循環させられて工程(b)で再利用される。保存混合物Pの少なくとも一部を、工程(b)で用いられる分離装置へ、好ましくはカラムまたは蒸発器、特に薄膜蒸発機または流下液膜式蒸発器へ循環させることが好ましい。
【0095】
この保存混合物Pの循環部分は、粗製メチレンジ(フェニルイソシアネート)を混合物MとPに分離するための流下液膜式蒸発器のポンプ回路に循環させることが好ましい。
【0096】
他の好ましい実施様態においては、少なくとも一つの、混合物F1の総量に対して少なくとも95質量%の4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)を含む混合物F1を、工程(c)に循環させ再利用する。混合物F1は、上に詳細に説明したとおりである。
【0097】
この循環混合物F1中の4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)含量は、循環混合物F1の総量に対して好ましくは少なくとも97質量%であり、好ましくは少なくとも98質量%、特に少なくとも99質量%である。
【0098】
少なくとも一つの混合物F1を、混合物Mの蒸留的分別と工程(d)での再利用のために上記のカラムK2に循環させることが特に好ましい。この循環は、供給液の投入点と同じ点であるいは供給液の投入点より下の点で行うことが好ましい。
【0099】
極めて好ましい実施様態では、上記の混合物F1が、カラムK1に4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)の蒸留的精製のために循環させられ、上記のカラムK2による混合物Mの蒸留的分別の後にこの4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)の蒸留的精製が行われる。上述のように、化合物Aを、液体状態で工程(c)でカラムK1の最上部分離剤(最上分離要素)の上に循環させることが好ましい。
【0100】
他の好ましい実施様態においては、少なくとも一つの、4,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)と2,4’−メチレンジ(フェニルイソシアネート)を含む保存混合物F2が、工程(c)での混合物Mの蒸留的分別のために、カラムK2中に循環させられる。この循環は、カラムK2への供給液(供給される二環MDI異性体の流体)の投入点と同じ点か供給液の投入口の下の点へ行うことが好ましい。混合物F1については、すでに詳述した。
【0101】
本発明の一つの好ましい実施様態を模式的に
図1に示す。なお、
図1は本発明の好ましい実施様態を示すものであり、なんら本発明を制限するものではない。以下に述べる好ましい実施様態の個々の要素は、好ましく上述の実施様態と組み合わせることができる。
【0102】
図1中の引用番号は以下の意味を持つ:
1:カラムK2
2:カラムK1
3a:カラムK2からの上分岐流
3k:カラムK2からの塔頂流
3s:カラムK2からの底流
4:二環MDI異性体の流体(カラムK2への供給液)
5:カラムK1からの塔頂流O
6a:カラムK2からの下側面分岐流
6b:混合物Iの流体O
6c:混合物Iの蒸気
7:カラムK1からの底流
8:凝縮器
9:液体4,4’−MDIの保存タンク
10:保存タンクからの循環
11:液体分配器
12:充填材
13:二環MDIとPMDIの分離装置
14:液体PMDI用保存タンク
15:PMDの循環
16:粗製MDIの供給液
【0103】
図1の好ましい実施様態の説明:
粗製MDI供給液(16)を先ず、装置(13)に送り、MDIの二環異性体とPMDI含有混合物に分離する。装置(13)は流下液膜式蒸発器であることが好ましい。分離後に得られる液体PMDIは、必要なら縮合及び/又は熱交換の後で、保存タンク(14)に送られる。保存されたPMDI含有混合物の装置(13)への本発明の循環(15)は、供給液(15)が投入される点より上に行うことが好ましい。MDI二環異性体の混合物を含む流体(4)をカラムK2(1)に供給する。底流(3s)が塔底K2(1)で得られ、塔頂流(3k)が塔頂で得られる。好ましくは少なくとも98質量%の4,4’−MDIを含む流体(6b)が第一の流体(6a)から抜き出され、4,4’−MDIと2,4’−MDIを含む流体(3a)が第一の側面流の抜き出し口より上の点から抜き出される。流体(6b)は流体Iとなり、これがガス状態でカラムK1(2)に送られ、混合物I(6c)を含む蒸気としてカラムK1(2)の充填材(12)中を通過する。保存タンク(9)から液体4,4’−MDIとして抜き出され、また循環ライン(10)を経由して塔頂K1の液体分配器(11)に送られた4,4’−MDIは、この流体(6c)に向流に移動する。液体分配器(11)は、向流に移動する上向ガス流(6c)と4,4’−MDIの液流との間の接触を高く維持する。塔底K1(2)から流体(7)が得られ、カラムK2(1)に循環させられる。塔頂K1から精製4,4’−MDIの塔頂流O(5)が得られる。ガス流(5)を凝縮器(8)に導き、ここでこの流体(5)が凝縮させられる。このようにして得られた高純度液体4,4’−MDIが、次いで保存タンク(9)に送られる。
【0104】
実施例
実施例1(本発明)
図1に模式的に示す装置を使用した。
【0105】
50.2質量%の4,4’−MDIと6.8質量%の2,4’−MDIと21.2質量%の三環MDIを含む粗製MDIを、5mbarの圧力で2.0kg/hの速度で、材料1.4571製の流下液膜式蒸発器中で気化させた。
【0106】
凝縮後、85.1質量%の4,4’−MDIと12.6質量%の2,4’−MDIと2.3質量%の三環MDを含む留出液が得られた。凝縮器で凝縮される留出液の質量流速は0.690kg/hであった。
【0107】
この留出液を、液状で側面の分岐カラムK2に供給した。このカラムK2と底蒸発器は、材料1.4571製であった。このカラムは低圧力損失の構造性充填材を含んでいた。塔頂圧力は5mbarであった。
【0108】
カラムK2は、濃縮部とストリッピング部を有していた。流体Iを、ガス状でカラムK2のストリッピング部から充填材の下にある第一の側面分岐(6a)を通して抜き出し、カラムK1に送った(混合物Iの流体)。カラムK1(7)からの底流を、カラムK2に、供給液がカラムK2に送られる点より低い点から投入した。この供給点の上で、液体画分を上側面分岐(3a)を通して抜き出した。
【0109】
流体I(6b)は、98.7質量%の4,4’−MDIと1.3質量%の2,4’−MDIを含んでいた。三環化合物の含量は530ppmであった。流体(6)の質量流速は0.79kg/hであった。47質量%の4,4’−MDIと53質量%の2,4’−MDIの混合物を、流体(3k)として抜き出した。この質量流速は0.14kg/hであった。
【0110】
側面流(6)の精製:
このガス状の側面流(混合物I、6cの蒸気)を、カラムK1(2)に供給した。材料1.4571製のカラムK1は、比表面積が500m
2/m
3であるの低圧力損失の充填材(構造性)を含んでいた。塔頂圧力は15mbarであった。
【0111】
液体化合物Aの投入:
98.5質量%の4,4’−MDIと1.5質量%の2,4’−MDIを含む化合物Aの流体を液体状で最上部充填材より上の塔頂K1に投入し、ボックス流路液体分配器(11)により広く分布させた。化合物Aの質量流速は0.17kg/hであった。液体Aは、前もって42℃で保存されていた、すでに上記プロセスを経由した高純度4,4’−MDIが収められている保存タンク(9)からの4,4’−MDIを含んでいた。化合物Aの二量体含量は0.13質量%であった。カラムK1に循環させられる生成物の、保存タンクに送られる生成物に対する質量比は、常に0.26であった。
【0112】
98.5質量%の4,4’−MDIと1.5質量%の2,4’−MDIを含むガス流O(5)が、塔頂K1で生成物として得られた。この質量流速は0.65kg/hであった。流体O(5)を凝縮器(8)中で5秒以内に42℃に冷却し、保存タンク(9)に供給した。