JP2000239199A - 芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法 - Google Patents
芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法Info
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Abstract
利な条件で行い、高収率でモノマーを連続的に製造す
る。 【解決手段】芳香族ポリエステルおよび一価アルコール
を反応器内へ連続的に供給するとともに、前記反応器内
を一価アルコールの超臨界条件に保持しながら、前記香
族ポリエステルと超臨界一価アルコールとを反応させ、
その反応により生成した超臨界メタノール中に溶存する
芳香族二価カルボン酸エステルおよび二価アルコールを
前記超臨界一価アルコールとともに反応器から連続的に
抜き出す。
Description
ルからそのモノマー成分である芳香族二価カルボン酸エ
ステルおよび二価アルコールを連続的に得る方法に関す
る。
リエチレンテレフタレート(以下、「PET」とも言
う。)がよく知られている。PETは、飲料水を充填す
るための容器、いわゆるペットボトルの原料として広く
利用されている。このようなペットボトルの多くは、現
在のところ、使用後において廃棄物として埋立処理また
は焼却処理等されている。省資源および環境保護等の観
点において、このような処理が好ましくないのは明らか
であるため、PETを分解しPETの原料となるモノマ
ーを製造する様々な方法が提案されている。
ある。 (1)気相または液相下において、メタノールを用いて
PETを解重合してテレフタル酸ジメチルを生成させる
メタノリシス法。 (2)エチレングリコールを用いてPETを解重合し、
反応中間体であるテレフタル酸ビスヒドロキシエチルを
生成させてポリマー原料として使用するグリコリシス
法、あるいは、前記生成したテレフタル酸ビスヒドロキ
シエチルをメタノールを用いてテレフタル酸ジメチルに
変換するエステル交換法。 (3)アルカリ水溶液を用いてPETを加水分解し、こ
の加水分解により生成するテレフタル酸金属塩を酸を用
いて中和し、テレフタル酸を析出させる加水分解法。 (4)超臨界水を用いてPETを加水分解してテレフタ
ル酸を得る方法。 (5)特許第2807781号公報に示されているよう
に、バッチ式反応装置を使用して、PETを超臨界メタ
ノールと反応させ、テレフタル酸ジメチルおよびエチレ
ングリコールを得る方法。
(1)の方法は、反応温度が450K前後と低いため、
反応を長時間行う必要があり、かつ反応促進のために酢
酸亜鉛等の触媒を用いなければならない。触媒を利用す
る反応はコスト面等の工業的な不利を有する。上記
(2)の方法は、上記(1)の方法と同様に触媒を用い
なければならないと共に、反応工程が複雑である。よっ
て(1)の方法と同様に工業的に、適するものではな
い。上記(3)および(4)のPETを加水分解する方
法においては、テレフタル酸の精製がテレフタル酸ジ
メチルおよびテレフタル酸ビスヒドロキシエチルの精製
に比べて難しいため、廃PET中の種々の添加物が精製
されずに回収されたテレフタル酸に混入する可能性があ
る。特に上記(4)の方法では反応条件が、650K
以上かつ30MPa以上という高温・高圧の過酷条件であ
るうえに、生成したテレフタル酸が水溶液中で酸触媒と
して作用し、もう一方のモノマーであるエチレングリコ
ールを分解するためモノマーの完全回収が実質上不可能
となる、等の問題点がある。
温、高圧の超臨界条件下で反応させた後、高圧反応器か
ら生成物を回収するバッチ式のものであり、次の問題点
があった。メタノールに対するテレフタル酸ジメチルの
溶解度は低いため、反応器を冷却させた後に反応生成物
を回収する場合、回収するテレフタル酸ジメチルは反応
器内に析出(沈殿)するため、生成物の抜出しに手間を
要する。また回収時に未分解のPETと混合する可能性
が高く、未分解PETと生成したテレフタル酸ジメチル
とを分離する分離工程を設ける必要もあった。また、回
収効率自体も低く工業的にも適さない方法であった。
回収および分離を簡単に工業的に有利な条件で行うこと
ができるとともに、高収率でモノマーを回収できる芳香
族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法を提供す
ることにある。
明の請求項1記載の発明は、芳香族ポリエステルを超臨
界一価アルコールと反応させて芳香族二価カルボン酸エ
ステルおよび二価アルコールを得る方法において、芳香
族ポリエステルおよび一価アルコールを反応器内へ連続
的に供給するとともに、前記反応器内を一価アルコール
の超臨界条件に保持しながら、前記香族ポリエステルと
超臨界一価アルコールとを反応させ、その反応により生
成した芳香族二価カルボン酸エステルおよび二価アルコ
ールを、これが溶存する前記超臨界一価アルコールとと
もに反応器から連続的に抜き出し、この抜き出した反応
生成物から芳香族二価カルボン酸エステルおよび二価ア
ルコールを分離回収することを特徴とする芳香族ポリエ
ステルからのモノマーの連続製造方法である。
価アルコールを一定の供給速度で供給し、前記反応器内
における超臨界一価アルコール相と芳香族ポリエステル
相との境界位置を把握しながら芳香族ポリエステルの供
給速度を制御する請求項1記載のモノマーの連続製造方
法である。
度センサーを設け、超臨界一価アルコール相および芳香
族ポリエステル相の温度を検知し、検知された温度に基
づいて超臨界一価アルコール相と芳香族ポリエステル相
との境界位置を把握しながら、芳香族ポリエステルを供
給する請求項1または2記載のモノマーの連続製造方法
である。
力を減圧して反応生成物の抜き出しを行なう請求項1〜
3のいずれか1項に記載のモノマーの連続製造方法であ
る。
としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)のほ
か、ポリエチレンナフタレート(PEN)なども含むも
のである。また、以下の実施の形態において、一価アル
コールとして、主にメタノールを中心にして説明する
が、本発明の一価アルコールとしては、メタノールのほ
かエタノールなども含むものである。
ル(たとえばメタノール)を反応器に連続供給し、超臨
界条件で反応させつつ、抜き出しラインから反応生成物
を超臨界一価アルコールとともにモノマーを連続的に製
造する方法である。
応は典型的なエステル交換反応であり、一定の温度、圧
力条件で一定の平衡組成を示す。しかるに、本発明に従
って、反応生成物を超臨界一価アルコールとともに反応
器外へ抜き出すと、平衡組成は生成物側にシフトするた
め分解反応を促進することができ、高収率でモノマーを
回収できる。さらに、バッチ式のように反応後、反応器
を冷却する必要がなく、反応生成物を超臨界状態の一価
アルコールとともに抜き出すため、一価アルコールに対
する溶解度が低い芳香族二価カルボン酸エステルであっ
ても、高収率で回収することが可能である。
反応器が肉厚で、加熱媒体で囲まれた耐圧容器となるこ
ともあって、反応器内における超臨界一価アルコール相
と芳香族ポリエステル相との境界位置を把握する手段が
従来見出せなかった。したがって、反応器内における超
臨界一価アルコール相と芳香族ポリエステル相との境界
位置を把握しないまま、連続運転を行うと、反応器内に
おいて液相がなくなったり、あるいは液相が抜き出しラ
インに流れ込んだり、場合により運転停止に至る。
ば、反応器内に一価アルコールを一定の供給速度で供給
し、前記反応器内における超臨界一価アルコール相と芳
香族ポリエステル相との境界位置を把握しながら芳香族
ポリエステルの供給速度を制御することで、反応器内に
おいて液相がなくなったり、あるいは液相が抜き出しラ
インに流れ込んだり、場合により運転停止に至る事態を
回避でき、もって、生産性が高まり、安定した連続運転
が可能となる。
相と芳香族ポリエステル相との境界位置を把握するにあ
たり、温度センサーを使用する。反応器内は反応生成物
が溶存した超臨界一価アルコール相と未分解ポリエステ
ル相が存在するが、発明者は、超臨界一価アルコール相
の温度が未分解ポリエステル相の温度に比較して低く、
超臨界一価アルコールがメタノールの場合、超臨界メタ
ノール相の温度が未分解ポリエステル相の温度に比較し
て約20℃程度低いことを発見した。
て、各相の温度を検出することにより、超臨界一価アル
コール相と芳香族ポリエステル相との境界位置(界面位
置)を把握することができる。反応は高温、高圧である
から、通常のレベル計は使用できないのに対して、熱電
対などの温度センサーを用いることのより初めて相界面
の検知が可能となる。
圧力を減圧して、好適には常圧に至るまで減圧しながら
反応生成物の抜き出しを行なう。これにより、反応器内
の反応生成物を高効率で回収することができる。
装置例の概略を図1に示す。PET、たとえばPETボ
トルを破砕し、これを溶融タンク1に供給し加熱器2,
2によって加熱して溶融する。溶融された芳香族ポリエ
ステルはギアポンプなどからなる定量ポンプ3aにて反
応器10に連続的に供給される。このとき芳香族ポリエ
ステル供給管路4は保温器等の加温または保温手段5a
を設けておく。
タノールはメタノールタンク11から、定量ポンプ3b
によってメタノール供給管路14を通り、反応器10低
部にまで挿入されたノズル15より反応器10内に供給
される。この場合、メタノールは一定供給速度で供給す
ることが好適である。メタノールの供給管路14には加
熱手段5bまたは保温手段を設けることができる。
ある高温、高圧に耐える耐圧容器である。この反応器1
0には、加熱器20が設けられており、この加熱器2
0,20によってメタノールの臨界温度以上に反応器1
0内を加熱する。加熱温度としては、メタノールの臨界
条件である512.6〜673K、好ましくは523〜
653Kである。また反応器10内の圧力としては、3
〜30MPa、好ましくは5〜25MPaの範囲となるよう
に制御する。また、一価アルコールとしてエタノールを
用いる場合には、エタノールの臨界条件である513.
9〜673K、好ましくは523〜653Kである。ま
た反応器10内の圧力としては、3〜20MPa、好まし
くは5〜15MPaの範囲となるように制御する。反応器
10内の圧力制御は、圧力制御バルブ21にて制御する
ことができる。
ポリエステルと一価アルコールとの重量比は、芳香族ポ
リエステル中に含まれる芳香族二価カルボン酸1モル当
たり、一価アルコール2モル以上、好ましくは4モル以
上の割合である。
界メタノールとを撹拌機24により撹拌しつつ反応させ
ることにより、芳香族二価カルボン酸ジメチルと二価ア
ルコールが生成する。前述のように超臨界メタノール相
Fの温度が未分解ポリエステル相Lの温度と比較して約
20℃程度低いことが発見された。そこでこの両相間の
温度差を、反応器10内に高さ方向に多点に設置した温
度センサー22,22…で検知し、両相の境界位置を制
御器23により検知する。この検知結果に基づき、反応
器10内に供給する芳香族ポリエステルの供給速度を、
たとえば定量ポンプ3bの回転数制御により制御する。
臨界メタノール相Fに溶解する。したがって、この反応
生成物を超臨界メタノールと共に、反応器10上部の超
臨界メタノール相Fに連結した抜き出しライン25よ
り、圧力制御バルブ21を介してフラッシュタンク30
へ抜き出す。反応によって分解して抜き出した減量分の
芳香族ポリエステルが、定量ポンプ3aにて反応器10
内に送液されることで、相の境界位置が一定に保持され
る。
典型的なエステル交換反応であり、一定の温度、圧力条
件で一定の平衡組成を示すものの、反応生成物がメタノ
ールとともに反応器10外へ抜出されることにより、平
衡組成が生成物側にシフトするため、分解反応が促進さ
れる。
ンク30へ抜き出され反応生成物および超臨界メタノー
ルは、フラッシュタンク30で凝縮する。フラッシュタ
ンク30で凝縮しきれない蒸気成分は、冷却水W中を通
る冷却コイル31で冷却して液化し、メタノール回収タ
ンク40にて回収する。前記フラッシュタンク30では
反応生成物である芳香族二価カルボン酸ジメチルの固体
微粉が浮遊する。そのためこの固体微粉が冷却コイル3
1に移行すると冷却コイル31の閉塞原因となるため、
フラッシュタンク30と冷却コイル31との間にフイル
ター32を設置し、固体微粉を除去するのが好ましい。
よびメタノール回収タンク40の凝縮液はそれぞれ、回
収ライン50Aおよび50Bを通して、後続の、反応生
成物から芳香族二価カルボン酸ジメチルおよび二価アル
コールを分離回収する工程、たとえば蒸留または晶析な
どの分離工程に送られ、芳香族二価カルボン酸ジメチル
と二価アルコールとを回収する。
する分解生成芳香族二価カルボン酸ジメチルと二価アル
コールを高収率で回収するために、間欠的にまたは一定
時間毎に、抜き出しライン25の圧力制御バルブ21を
開放して減圧する操作を、反応器10内圧力が常圧とな
るまで行い、反応生成物を抜き出して回収する。
基づいてさらに説明する。
内容積5リットルの反応器10としてのオートクレーブ
を温度603Kに設定し、その内部に溶融PETを10
00g仕込み、メタノールを1000g/hで連続供給
しつつ、反応器10内の圧力が8.1MPaとなるよう、
反応器10上部に位置する超臨界メタノール相から超臨
界メタノールとともに反応生成物を連続的に抜出した。
0内の下部、中部、上部に設置した3点の熱電対により
検知される温度に基づき、その指示値より検知した。具
体的には、下部のPET液相部の温度が330℃であれ
ば、上部の超臨界メタノール相の温度は310℃である
ので、中部の界面近傍の温度が310〜330℃の間と
なるようにPET供給量を制御し、相境界位置を一定に
コントロールした。
つメタノールとともに反応生成物を抜出した。さらに反
応後に、反応器10内の圧力が常圧となるまで反応生成
物を抜出した。反応中にメタノールとともに抜出された
反応生成物および反応後に抜出された反応生成物は、ジ
エチルエーテルに可溶であることより未反応のPETが
含まれないことが確認された。
体生成物、エチレングリコール、メタノールに分別し、
ガスクロマトグラフイーでモノマーであるテレフタル酸
ジメチルを定量した。表1にも示すように、反応中の固
体生成物の回収量は153gでモノマー純度は95%で
あった。反応後に反応器10内圧力を低下させることで
更に回収できた回収量は534gでモノマー純度は76
%であった。
反応生成物を抜き出し回収する、間欠的に減圧させ常圧
まで反応生成物の抜き出し操作を行うことで、回収量の
総量は687gと増大された。反応器10内残さ中のモ
ノマーの残存量は40gと少なく、また炭化反応等の変
質もないため、引き続きPETとメタノールとを供給し
て分解反応を継続することが可能であった。
ノールに代えてエタノールを用い、反応器10内の圧力
を8.0MPaとしたほかは実施例1と同様の反応を実施
した。各反応生成物はろ過と蒸留操作で固体生成物、エ
チレングリコール、エタノールに分別し、ガスクロマト
グラフイーでモノマーであるテレフタル酸ジエチルを定
量した。結果を表2に示す。同表に示すように、反応中
の固体生成物の回収量は145gでモノマー純度は91
%であった。反応後に反応器10内圧力を低下させるこ
とで更に回収できた回収量は508gでモノマー純度は
73%であった。
のバッチ式で実験を行なった。実験は、PET50〜1
000gとメタノール650〜700gとを内容積5リ
ットルのオートクレーブに仕込み、反応温度300〜3
30℃、圧力8.1MPa、反応時間15〜120min
で反応を行い、反応器10が冷却した後、開放して反応
生成物を回収した。
出し量と、仕込みPET量基準の全モノマー純度に対す
る反応時間、温度、PET仕込み量の影響を求め、その
実験結果の一部を表3に示す。
およびモノマー純度の顕著な向上はみられず、またPE
T仕込み量と反応温度とも抜き出し量には大きな影響を
与えなかった。
き出し回収量では約50%、モノマー純度で25%以上
低い値となった。また、反応温度に到達するまでの昇温
時間、および反応器10が冷えて開放が可能となるまで
の時間は数時間を必要とするため、PET分解処理とし
ては極めて効率の悪いものであった。
積5リットルのオートクレーブを603Kに設定し、こ
れに溶融PETを1000g仕込み、メタノールを10
00g/hrで連続供給し、反応器10の圧力が4.0
MPaとなるように、反応器10上部の超臨界メタノール
および反応生成物の連続抜出しを行った。
反応後に反応器10内の圧力が常圧となるまで反応生成
物を抜出した。表4にも示すように、反応中の抜出し量
は224gで、モノマー純度は73%、反応後の抜出し
量は314gでモノマー純度は78%であった。実施例
と比較して抜出し量の合計588gは実施例に比較して
149g少なく、なおかつ反応中に抜出した固体生成物
のモノマー純度は約22%低下した。この原因は、反応
器10の圧力が4.0MPaと低いためであると確認され
た。
検出手段を備えない装置の下で、温度603Kに設定し
た内容積5リットルのオートクレーブに1600gのP
ETを仕込み、メタノールを1000g/hrで連続供
給しつつ、反応器10内圧力が8.1MPaになるように
反応器10上部の超臨界メタノールおよび分解性生物を
連続的に抜出した。反応開始後約30分で、反応器10
上部フランジ(蓋)内面に未反応PETが付着堆積し、
撹拌器が回転不能となり運転の継続が不可能となった。
の回収および分離等が簡単に工業的に有利な条件で行
え、芳香族ポリエステルから効率良くモノマーを連続的
に製造できる。
ある。
…定量ポンプ、4…芳香族ポリエステル供給管路、5a
…保温手段、5b…加熱手段、10…反応器、11…メ
タノールタンク、14…メタノール供給管路、15…ノ
ズル、20…加熱器、21…圧力制御バルブ、22…温
度センサー、23…制御器、24…撹拌器、25…抜き
出しライン、30…フラッシュタンク、31…冷却コイ
ル、32…フィルター、40…メタノール回収タンク、
50…回収ライン、F…超臨界メタノール相、L…未分
解ポリエステル相。
Claims (4)
- 【請求項1】芳香族ポリエステルを超臨界一価アルコー
ルと反応させて芳香族二価カルボン酸エステルおよび二
価アルコールを得る方法において、 芳香族ポリエステルおよび一価アルコールを反応器内へ
連続的に供給するとともに、前記反応器内を一価アルコ
ールの超臨界条件に保持しながら、 前記芳香族ポリエステルと超臨界一価アルコールとを反
応させ、その反応により生成した芳香族二価カルボン酸
エステルおよび二価アルコールを、これが溶存する前記
超臨界一価アルコールとともに反応器から連続的に抜き
出し、 この抜き出した反応生成物から芳香族二価カルボン酸エ
ステルおよび二価アルコールを分離回収することを特徴
とする芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方
法。 - 【請求項2】前記反応器内に一価アルコールを一定の供
給速度で供給し、前記反応器内における超臨界一価アル
コール相と芳香族ポリエステル相との境界位置を把握し
ながら芳香族ポリエステルの供給速度を制御する請求項
1記載のモノマーの連続製造方法。 - 【請求項3】前記反応器内に温度センサーを設け、超臨
界一価アルコール相および芳香族ポリエステル相の温度
を検知し、検知された温度に基づいて超臨界一価アルコ
ール相と芳香族ポリエステル相との境界位置を把握しな
がら、芳香族ポリエステルを供給する請求項1または2
記載のモノマーの連続製造方法。 - 【請求項4】前記反応器内の圧力を減圧して反応生成物
の抜き出しを行なう請求項1〜3のいずれか1項に記載
のモノマーの連続製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP03839699A JP3413366B2 (ja) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | 芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法 |
| DE10006903A DE10006903A1 (de) | 1999-02-17 | 2000-02-16 | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung monomerer Komponenten aus aromatischem Polyester |
| US09/504,900 US6262294B1 (en) | 1999-02-17 | 2000-02-16 | Process for continuously producing monomer components from aromatic polyester |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03839699A JP3413366B2 (ja) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | 芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法 |
Publications (2)
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|---|---|
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| JP3413366B2 JP3413366B2 (ja) | 2003-06-03 |
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ID=12524140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3413366B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3447623B2 (ja) | 1999-07-29 | 2003-09-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法 |
| JP2006282520A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Mitsui Chemicals Inc | ポリエステルより高純度モノマーを回収する方法及び高純度モノマー、ポリエステル |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2807781B2 (ja) | 1996-03-13 | 1998-10-08 | 工業技術院長 | 芳香族ポリエステルからのモノマーの回収方法 |
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-
1999
- 1999-02-17 JP JP03839699A patent/JP3413366B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3447623B2 (ja) | 1999-07-29 | 2003-09-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 芳香族ポリエステルからのモノマーの連続製造方法 |
| JP2006282520A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Mitsui Chemicals Inc | ポリエステルより高純度モノマーを回収する方法及び高純度モノマー、ポリエステル |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3413366B2 (ja) | 2003-06-03 |
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