制備芳族碳酸酯的方法
【專利說明】制備芳族碳酸酯的方法
[0001]本申請要求2013年5月22日提交的未決美國臨時(shí)專利申請第61826101號(hào)的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及芳族碳酸酯的制備。
[0003]發(fā)明背景
[0004]典型地通過碳酸二烷基酯與芳族羥基化合物之間的轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)來制備芳族碳酸酯。典型地在催化劑存在下進(jìn)行此反應(yīng)以加速轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。催化劑可為均相的和/或異相的。芳族碳酸酯可用作用于制備芳族聚碳酸酯(其用作工程塑料)的原料。
[0005]美國專利第5334742號(hào)描述了一種以塔的特定質(zhì)量偶合及能量偶合組合使用常規(guī)轉(zhuǎn)酯化催化劑，通過使碳酸二烷基酯與苯酚反應(yīng)制備碳酸二芳基酯的方法。WO 01/00560公布描述了一種制備芳族碳酸酯的方法，其通過在鈦-二氧化硅催化劑存在下碳酸二甲酯與苯酚的氣相反應(yīng)或液相反應(yīng)、接著通過在鈦-二氧化硅催化劑存在下所制備的碳酸甲基苯酯的液相反應(yīng)來制備芳族碳酸酯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種用于制備碳酸烷基芳基酯的方法，其包括:a)在反應(yīng)蒸餾塔中在轉(zhuǎn)酯化催化劑存在下使包含芳族羥基化合物的流與包含碳酸二烷基酯的流接觸山)從所述反應(yīng)蒸餾塔抽出包含碳酸烷基芳基酯的第一產(chǎn)物流；c)抽出包含烷基羥基化合物及碳酸二烷基酯的第二產(chǎn)物流；d)添加新鮮碳酸二烷基酯至所述第二產(chǎn)物流；e)將碳酸二烷基酯與所述烷基羥基化合物分離；及f)將來自步驟e)的碳酸二烷基酯再循環(huán)至所述反應(yīng)蒸餾塔。
[0007]附圖簡要說明
[0008]圖1描繪一種用于制備芳族碳酸酯的裝置。
[0009]詳細(xì)描沐
[0010]制備芳族碳酸酯的方法包括碳酸二烷基酯與芳族羥基化合物的轉(zhuǎn)酯化。制備的芳族碳酸酯典型地呈碳酸烷基芳基酯形式，然而碳酸二芳酯可經(jīng)由后續(xù)歧化反應(yīng)形成。在反應(yīng)蒸餾塔中制備的芳族碳酸酯可為碳酸烷基芳基酯、碳酸二芳酯或其混合物。
[0011]碳酸二烷基酯由式R1OCOORi表示。R1代表具有I至10個(gè)碳原子的烷基、具有3至10個(gè)碳原子的脂環(huán)基或具有6至10個(gè)碳原子的芳烷基。R1的實(shí)例包括烷基，例如甲基、乙基、丙基、烯丙基、丁基、丁烯基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基及環(huán)己基甲基及其異構(gòu)體。R1的其他實(shí)例包括脂環(huán)基，例如環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基及環(huán)庚基；及芳烷基，例如芐基、苯乙基、苯丙基、苯丁基、甲基芐基及其異構(gòu)體。
[0012]烷基、脂環(huán)基或芳烷基可被取代基例如低級烷基、低級烷氧基、氰基及鹵素原子取代。
[0013]碳酸二烷基酯的實(shí)例為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二烯丙酯、碳酸二丁烯酯、碳酸二丁酯、碳酸二戊酯、碳酸二己酯、碳酸二庚酯、碳酸二辛酯、碳酸二壬酯、碳酸二癸酯、碳酸二環(huán)戊酯、碳酸二環(huán)己酯、碳酸二環(huán)庚酯及其異構(gòu)體。
[0014]其中R1為具有4個(gè)或更少碳原子的烷基的碳酸二烷基酯是優(yōu)選的。碳酸二烷基酯最優(yōu)選為碳酸二乙酯。
[0015]芳族輕基化合物由式Ar1OH表示，其中Ar1代表具有5至30個(gè)碳原子的芳族基，且對化合物的類型沒有限制，只要羥基直接鍵合至芳族基。Ar1的實(shí)例包括苯基及各種烷基苯基，例如甲苯基、二甲苯基、三甲基苯基、四甲基苯基、乙基苯基、丙基苯基、丁基苯基、二乙基苯基、甲基乙基苯基、戊基苯基、己基苯基、環(huán)己基苯基及其異構(gòu)體；各種燒氧基苯基，例如甲氧基苯基、乙氧基苯基、丁氧基苯基及其異構(gòu)體；各種鹵化苯基，例如氟苯基、氯苯基、溴苯基、氯甲基苯基、二氯苯基及其異構(gòu)體。
[0016]具有這些Ar1的芳族羥基化合物的實(shí)例包括苯酚；各種烷基酚，例如甲酚、二甲苯酚、三甲基苯酚、四甲基苯酚、乙基苯酚、丙基苯酚、丁基苯酚、二乙基苯酚、甲基乙基苯酚、甲基丙基苯酚、二丙基苯酚、甲基丁基苯酚、戊基苯酚、己基苯酚及環(huán)己基苯酚；各種烷氧基苯酚，例如甲氧基苯酚及乙氧基苯酚；及其異構(gòu)體。其中Ar1為具有6至10個(gè)碳原子的芳族基的芳族單羥基化合物是優(yōu)選的且苯酚是最優(yōu)選的。
[0017]轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)制備對應(yīng)于進(jìn)料至反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)物的碳酸烷基芳基酯及烷基羥基化合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過苯酚與碳酸二乙酯進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)且所得產(chǎn)物為碳酸乙基苯酯及乙醇。在其中通過苯酚與碳酸二甲酯進(jìn)行反應(yīng)的另一個(gè)實(shí)施方式中，所得轉(zhuǎn)酯化產(chǎn)物將為碳酸甲基苯酯及甲醇。
[0018]轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)為平衡反應(yīng)，且該平衡偏向反應(yīng)物。另外，反應(yīng)速率低。為幫助使平衡偏移以制備更多芳族碳酸酯，在反應(yīng)蒸餾塔中進(jìn)行反應(yīng)。操作反應(yīng)蒸餾塔以使得轉(zhuǎn)酯化產(chǎn)物在塔頂產(chǎn)物流中移除。
[0019]發(fā)生于反應(yīng)蒸餾塔中的第二平衡反應(yīng)為歧化反應(yīng)。當(dāng)兩個(gè)碳酸烷基芳基酯分子歧化且形成碳酸二芳酯及碳酸二烷基酯時(shí)，發(fā)生此反應(yīng)。在碳酸乙基苯酯及乙醇通過轉(zhuǎn)酯化形成的實(shí)施方式中，歧化反應(yīng)的產(chǎn)物將為碳酸二苯酯及碳酸二乙酯。在形成碳酸甲基苯酯及甲醇的實(shí)施方式中，歧化反應(yīng)的產(chǎn)物將為碳酸二苯酯及碳酸二甲酯。
[0020]轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)和/或歧化反應(yīng)的產(chǎn)物在一或多個(gè)出口處從反應(yīng)蒸餾塔移除且經(jīng)分離和/或再循環(huán)至反應(yīng)蒸餾塔或其他處理單元。
[0021]反應(yīng)蒸餾塔可含有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的可用于反應(yīng)蒸餾塔中的任何內(nèi)部構(gòu)件。適合的塔的實(shí)例包括板式蒸餾塔，其使用盤，例如泡罩盤、篩盤、浮閥塔盤及逆流盤；及填充型塔，其填充有各種填料，例如拉西環(huán)(Raschig ring)、萊辛環(huán)(Lessing ring)、帕爾環(huán)(Pall ring)、伯爾鞍形填料(Berl saddle)、Intelox鞍形填料、迪克森填料(Dixonpacking)、麥克馬洪填料(McMahon packing)、海利填料(Heli pack)、蘇爾壽填料(Sulzerpacking)及 Mellapak0
[0022]用于此反應(yīng)蒸餾塔中的多相催化劑可為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的適用于加速轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)的任何催化劑。多相催化劑可包含鈦、鉻、鎢、鉬、釩、錫、鉛、銅、堿金屬、鋅、鎘、鐵、鋯、路易斯酸(Lewis Acid)、形成路易斯酸的化合物或其混合物。催化劑優(yōu)選包含鈦。
[0023]多相催化劑可負(fù)載于氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、活性碳或其混合物上。催化劑優(yōu)選負(fù)載于二氧化硅上。催化劑優(yōu)選為負(fù)載于二氧化硅上的鈦。
[0024]此外，均相催化劑可在反應(yīng)蒸餾塔中已存在或不存在多相催化劑或載體的情況下添加至反應(yīng)中。在一個(gè)實(shí)施方式中，可添加均相催化劑以代替自多相催化劑浸濾出的金屬。均相催化劑優(yōu)選包含乙醇鈦、酚鈦。均相催化劑可進(jìn)料入苯酚溶液中。
[0025]可添加均相催化劑以維持金屬在反應(yīng)蒸餾塔中的特定濃度。可通過測量底部產(chǎn)物流中的金屬含量來監(jiān)測塔中的金屬濃度。金屬濃度可在每千克產(chǎn)物流10至2000毫克金屬、優(yōu)選50至250mg/kg且優(yōu)選80至200mg/kg范圍內(nèi)。
[0026]此反應(yīng)中遇到的困難之一為多相及均相催化劑由于與催化劑毒物(例如水)接觸而去活化。本說明書將集中于作為催化劑毒物的水，但可通過此方法從碳酸二烷基酯移除在碳酸二烷基酯的沸點(diǎn)以下沸騰的任何毒物。用作此方法中的反應(yīng)物的碳酸二烷基酯化合物可含有水。即使在經(jīng)純化以移除水時(shí)，殘余量的水可存在于碳酸二烷基酯流中。水可以以至多0.5wt%的量存在于包含碳酸二烷基酯化合物的進(jìn)料流中，但優(yōu)選僅以小于lOOOppmw、更優(yōu)選小于300ppmw且最優(yōu)選小于150ppmw的量存在。
[0027]—些可能