JP2012131728A - Method for preparing dimethyl terephthalate from polyester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、テレフタル酸ジメチルの製造方法、特に、ポリエステル製品からテレフタル酸ジメチルを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing dimethyl terephthalate, and more particularly to a method for producing dimethyl terephthalate from a polyester product.
ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレートはその優れた特性により繊維、フィルム、樹脂等として広く用いられているが、これらの製造工程において発生する繊維状、フィルム状、樹脂状等のポリエステル屑の有効利用はコストの面からのみならず環境問題も含め大きな課題となっている。また、ポリエステルの製品に関しても、製品使用後に発生する廃棄物（例えば、使用後の空のペットボトルなど）の処理が環境面で問題となる。 Polyester, such as polyethylene terephthalate, is widely used as a fiber, film, resin, etc. due to its excellent properties, but effective utilization of polyester waste such as fiber, film, resin, etc. generated in these manufacturing processes is costly. It is a big issue not only from the aspect but also from environmental issues. In addition, regarding polyester products, disposal of waste generated after use of the product (for example, empty plastic bottles after use) becomes an environmental problem.
その処理方法としてマテリアルリサイクル、サーマルリサイクル、ケミカルリサイクルによる各種の提案が成されている。このうちマテリアルリサイクルについては例えば、ペットボトル等のポリエステル樹脂屑が自治体を中心に回収され積極的な再利用が実施されている。しかし、マテリアルリサイクルは通常カスケードリサイクルであり、リサイクルするごとに品質が低下する。また、ポリエステル廃棄物を燃料に転化するサーマルリサイクルは、ポリエステル廃棄物の燃焼熱の再利用という利点を有するが、発熱量が比較的低く、多量のポリエステル廃棄物を燃焼させることに他ならないため、ポリエステル原料損失という問題点があり、省資源の面から好ましくない。 Various proposals have been made by material recycling, thermal recycling, and chemical recycling. Among these, for material recycling, for example, polyester resin scraps such as PET bottles are collected mainly by local governments and actively reused. However, material recycling is usually cascade recycling, and the quality decreases with each recycling. In addition, thermal recycling that converts polyester waste into fuel has the advantage of reusing the combustion heat of polyester waste, but the calorific value is relatively low, and it is nothing but burning a large amount of polyester waste. There is a problem of polyester raw material loss, which is not preferable from the viewpoint of resource saving.
これに対してケミカルリサイクルではポリエステル廃棄物を原料モノマーに再生するため、再生に伴う品質の低下が少なく、クローズドループのリサイクルとして優れている。ケミカルリサイクルにおいては樹脂屑、フィルム屑を対象としたものが大部分であるが、例えば、ポリエステル屑を過剰のエチレングリコール（以下、ＥＧと略記することがある）により解重合した後、得られたビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート（以下、ＢＨＥＴと略記することがある）を直接重縮合して再生ポリエステルを得る方法等が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。これらの方法ではポリエステル原料としてＢＨＥＴを得ているが、ＢＨＥＴは蒸留精製が難しいために、得られるＢＨＥＴの純度が低い傾向がある。一方、ポリエステル屑から高純度のポリエステル原料を得る方法として、ポリエステル屑をＥＧで解重合し、得られたＢＨＥＴをメタノールとエステル交換反応させることで高純度のテレフタル酸ジメチル（以下、ＤＭＴと略記することがある）を得る方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、ＥＧやメタノールは吸湿性が高いために反応系に水分が入る可能性があり、エステル交換反応に触媒として用いられる炭酸ナトリウムは反応系内に存在する水分によって容易に活性が失活するという問題がある。 In contrast, in chemical recycling, polyester waste is recycled to raw material monomers, so there is little degradation in quality due to recycling, and it is excellent as closed-loop recycling. Most of the chemical recycling targets resin waste and film waste. For example, polyester waste was obtained after depolymerization with excess ethylene glycol (hereinafter sometimes abbreviated as EG). There have been proposed a method of directly polycondensing bis (β-hydroxyethyl) terephthalate (hereinafter sometimes abbreviated as BHET) to obtain a regenerated polyester (for example, see Patent Documents 1 and 2). In these methods, BHET is obtained as a polyester raw material. However, since BHET is difficult to purify by distillation, the purity of the obtained BHET tends to be low. On the other hand, as a method of obtaining a high-purity polyester raw material from polyester waste, high-purity dimethyl terephthalate (hereinafter abbreviated as DMT) is obtained by depolymerizing polyester waste with EG and transesterifying the obtained BHET with methanol. There is a method of obtaining the above (see, for example, Patent Document 3). However, since EG and methanol have high hygroscopicity, water may enter the reaction system, and sodium carbonate used as a catalyst in the transesterification reaction is easily deactivated by the water present in the reaction system. There's a problem.
本発明は、テレフタル酸ジメチルの製造において、反応原料中に水分が含まれていても効率的かつ経済的にテレフタル酸ジメチルを製造する方法を提供するものである。 The present invention provides a method for producing dimethyl terephthalate efficiently and economically in the production of dimethyl terephthalate even when water is contained in the reaction raw material.
本発明者らは上記従来技術に鑑み、鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、アルキレンテレフタレート単位を有するポリエステルをアルキレングリコールによって解重合反応を行い、ビス（ω−ヒドロキシアルキル）テレフタレートを含む解重合液を得た後、該解重合反応液中に含まれるビス（ω−ヒドロキシアルキル）テレフタレートをメタノールとエステル交換反応させるに際し、解重合反応に用いたアルキレンテレフタレート単位を有するポリエステルに対して重量比で０．０１〜１０重量％のカルシウムを含む触媒を用い、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分量がエステル交換反応液重量に対して重量比で０．０００１〜２．３重量％であることを特徴とするテレフタル酸ジメチルの製造方法に関するものである。 As a result of intensive studies in view of the above-described prior art, the present inventors have completed the present invention. That is, in the present invention, a polyester having an alkylene terephthalate unit is subjected to a depolymerization reaction with an alkylene glycol to obtain a depolymerization solution containing bis (ω-hydroxyalkyl) terephthalate, and then the bis contained in the depolymerization reaction solution. In the transesterification of (ω-hydroxyalkyl) terephthalate with methanol, a catalyst containing 0.01 to 10% by weight of calcium in a weight ratio with respect to the polyester having an alkylene terephthalate unit used in the depolymerization reaction was used. The present invention relates to a method for producing dimethyl terephthalate, characterized in that the amount of water contained in the reaction liquid at the start of the exchange reaction is 0.0001 to 2.3% by weight with respect to the weight of the transesterification reaction liquid. is there.
本発明によれば、テレフタル酸ジメチルの製造において、反応原料中に水分が含まれていても効率的かつ経済的にテレフタル酸ジメチルを製造することができる。 According to the present invention, in the production of dimethyl terephthalate, dimethyl terephthalate can be produced efficiently and economically even if water is contained in the reaction raw material.
本発明を実施形態に基づき以下に説明する。
本実施形態におけるアルキレンテレフタレート単位を有するポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレートなどを挙げることができる。より詳細には、ポリエチレンテレフタレートを主として含む製品であることが好ましく、更にそのポリエステルに異素材が含まれていてもよく、異素材としては、たとえば、繊維製品では、ポリエチレンテレフタレート繊維の染色に用いられる染料に加え、混紡等の形で含まれているナイロンや木綿等の他の繊維素材や、表面改質等の目的のために使用される他のプラスッチック成分が含まれていてもよい。ここで「主として」とはポリエステルに対して８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上であることを表す。
The present invention will be described below based on embodiments.
Specific examples of the polyester having an alkylene terephthalate unit in the present embodiment include polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyhexamethylene terephthalate, poly-1,4-cyclohexylene dimethylene terephthalate, and the like. it can. More specifically, it is preferable that the product mainly contains polyethylene terephthalate, and the polyester may contain a different material. For example, in a fiber product, the product is used for dyeing polyethylene terephthalate fiber. In addition to the dye, other fiber materials such as nylon and cotton, which are included in the form of blends, and other plastic components used for the purpose of surface modification may be included. Here, “mainly” means 80% by weight or more, preferably 90% by weight or more based on the polyester.
本実施形態におけるアルキレングリコールは、具体的には、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ビス（トリメチレン）グリコール）［別名：ビス（３−ヒドロキシプロピル）エーテル］、ビス（テトラメチレン）グリコール［別名：ビス（４−ヒドロキシブチル）エーテル］、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどを挙げることができる。これらの中でも上記のポリアルキレンテレフタレート単位のアルキレン部分に対応する同一の化学構造式を有するアルキレングリコールを用いることが好ましく、エチレングリコールを用いることがより好ましい。その解重合工程で用いるアルキレングリコールはポリアルキレンテレフタレートの重量に対して０．５〜２０重量倍用いることが好ましく、１．０〜１０重量倍がより好ましい。 Specifically, the alkylene glycol in the present embodiment is ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, hexamethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, bis (trimethylene). ) Glycol) [alias: bis (3-hydroxypropyl) ether], bis (tetramethylene) glycol [alias: bis (4-hydroxybutyl) ether], 1,4-cyclohexanedimethanol and the like. Among these, it is preferable to use an alkylene glycol having the same chemical structural formula corresponding to the alkylene portion of the polyalkylene terephthalate unit, and it is more preferable to use ethylene glycol. The alkylene glycol used in the depolymerization step is preferably used 0.5 to 20 times by weight, more preferably 1.0 to 10 times by weight based on the weight of the polyalkylene terephthalate.
本発明においては、ポリアルキレンテレフタレートを含む製品（ポリエステル）へ過剰モル量のアルキレングリコールを加え、解重合し、ビス（ω−ヒドロキシアルキル）テレフタレート（以下、ＢＨＡＴと略記することがある）およびそれらのオリゴマー成分を含む解重合液を得ることができる。尚、解重合反応においては、公知の解重合触媒を公知の触媒濃度範囲内で使用し、１２０〜２３０℃に加熱された過剰のアルキレングリコール中で解重合反応させることが好ましい。アルキレングリコールの温度が１２０℃未満であると、解重合時間が非常に長くなり効率的ではなくなる。一方、２３０℃を越えるとポリエステルがポリエステル繊維であって、該ポリエステル繊維屑に含まれる異素材等の熱分解が顕著になり、分解して発生した窒素化合物等が回収する有用成分中に分散して、後の有用成分回収のための工程では分離困難となる。また解重合反応においては、その反応時の圧力は０．１〜０．５ＭＰａに保持することができる。解重合触媒の種類としては、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸亜鉛、酢酸マンガン、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、リチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、ルビジウムアルコキシド、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、マグネシウムアルコキシド、カルシウムアルコキシドからなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物を用いるのが好ましい。これらの解重合触媒の添加量はポリアルキレンテレフタレートに対して０．０１〜１０．０重量％が好ましく、０．０１〜５．０重量％の範囲がより好ましい。 In the present invention, an excess molar amount of alkylene glycol is added to a product (polyester) containing polyalkylene terephthalate, depolymerized, and bis (ω-hydroxyalkyl) terephthalate (hereinafter sometimes abbreviated as BHAT) and their products. A depolymerized solution containing an oligomer component can be obtained. In the depolymerization reaction, it is preferable to use a known depolymerization catalyst within a known catalyst concentration range and perform the depolymerization reaction in an excess of alkylene glycol heated to 120 to 230 ° C. When the temperature of the alkylene glycol is less than 120 ° C., the depolymerization time becomes very long and it is not efficient. On the other hand, when the temperature exceeds 230 ° C., the polyester is a polyester fiber, and thermal decomposition of a different material contained in the polyester fiber waste becomes remarkable, and the nitrogen compound generated by decomposition is dispersed in a useful component to be recovered. In the subsequent process for recovering useful components, separation becomes difficult. In the depolymerization reaction, the pressure during the reaction can be maintained at 0.1 to 0.5 MPa. Types of depolymerization catalysts include lithium acetate, sodium acetate, potassium acetate, rubidium acetate, zinc acetate, manganese acetate, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, lithium bicarbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, Rubidium bicarbonate, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, lithium alkoxide, sodium alkoxide, potassium alkoxide, rubidium alkoxide, magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium alkoxide, calcium It is preferable to use at least one compound selected from the group consisting of alkoxides. The addition amount of these depolymerization catalysts is preferably 0.01 to 10.0% by weight and more preferably 0.01 to 5.0% by weight with respect to the polyalkylene terephthalate.
また、解重合反応終了後に得た解重合液から一部のアルキレングリコールを蒸留・蒸発させて解重合液を濃縮することができる。この操作を行うことによって、その後のエステル交換反応において使用するメタノール量を低減することができる。さらに、蒸留・蒸発により回収したアルキレングリコールを例えば再度前述の解重合反応に用いる等の有効利用することが可能となる。またこの工程で蒸留・蒸発させるアルキレングリコールの量は解重合反応を行う際に添加するアルキレングリコールの量に対して０．１〜１．０重量倍とすることや、アルキレングリコールとポリアルキレンテレフタレートとの重量比率が０．５〜２．０倍になるまで実施することが好ましい。またこの蒸留・蒸発させる工程の際には温度を１２０〜１８０℃の範囲にして行うことが、純度が高く、後に解重合反応等に用いることができるアルキレングリコールを得られることができる点で好ましい。また、この蒸留・蒸発させる工程の際の圧力は０．００１〜０．１ＭＰａが好ましい。 Further, the depolymerization liquid can be concentrated by distilling and evaporating a part of the alkylene glycol from the depolymerization liquid obtained after the completion of the depolymerization reaction. By performing this operation, the amount of methanol used in the subsequent transesterification reaction can be reduced. Furthermore, the alkylene glycol recovered by distillation / evaporation can be effectively used, for example, again in the above-mentioned depolymerization reaction. The amount of alkylene glycol distilled / evaporated in this step is 0.1 to 1.0 times the amount of alkylene glycol added during the depolymerization reaction, or alkylene glycol and polyalkylene terephthalate. It is preferable to carry out until the weight ratio becomes 0.5 to 2.0 times. In addition, it is preferable to carry out the distillation / evaporation step at a temperature in the range of 120 to 180 ° C. in terms of high purity and the ability to obtain an alkylene glycol that can be used later in a depolymerization reaction or the like. . The pressure during the distillation / evaporation step is preferably 0.001 to 0.1 MPa.
次いで、解重合反応によって得られた解重合液を、カルシウムを含む触媒を用いてメタノールと反応させ、エステル交換反応を行う。エステル交換反応で用いるメタノール量は、エステル交換反応が平衡反応であることから、平衡反応の観点からはメタノール量が多いほうが好ましいが、多すぎると反応後のメタノールの分離、精製が困難になるので、ポリアルキレンテレフタレートの重量に対して０．５〜１０．０重量倍用いることが好ましく、１．０〜５．０重量倍がより好ましい。 Next, the depolymerization solution obtained by the depolymerization reaction is reacted with methanol using a catalyst containing calcium to perform a transesterification reaction. The amount of methanol used in the transesterification reaction is preferably a large amount of methanol from the viewpoint of the equilibrium reaction because the transesterification reaction is an equilibrium reaction, but if too large, separation and purification of methanol after the reaction becomes difficult. The polyalkylene terephthalate is preferably used in an amount of 0.5 to 10.0 times by weight, more preferably 1.0 to 5.0 times by weight.
本実施形態におけるカルシウムを含む触媒としては、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、炭化カルシウム、ハイドロキシアパタイト、塩化カルシウム、フッ化カルシウム、次亜塩素酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン化カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、カルシウムアルコキシド、酢酸カルシウム、グリコール酸カルシウム、グリセリン酸カルシウム水和物、ステアリン酸カルシウム、３−ヒドロキシ−３−メチル酪酸カルシウム、３−メチル−２−オキソ吉草酸カルシウム、４−アミノサリチル酸カルシウム七水和物、４−クロロベンゾイル−Ｌ−トリプトファンカルシウム、ビス（２，４−ペンタンジオナト）カルシウム（ＩＩ）などが挙げられる。好ましくは、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムである。これらはそのまま触媒として用いても良いし、担体に担持して用いても良い。本実施形態におけるカルシウムを担持する担体としては、特に限定されないが、無機物担体としては、例えば、無機酸化物担体、無機水酸化物担体、活性炭担体などが挙げられる。より具体的には、無機酸化物としては、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、マグネシア、酸化亜鉛、酸化スズなどから選択される一種または二種以上の無機酸化物またはその複合物が挙げられる。無機酸化物の複合物としては、マグネシウムアルミネートなどの複合酸化物やβ−ゼオライト（Ｎａ）などのゼオライトが挙げられる。無機水酸化物としては、水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、水酸化アルミナ、水酸化マグネシア、水酸化亜鉛、水酸化スズなどが挙げられる。好ましくは、シリカ、アルミナ（γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、α−アルミナ）、アルミの水酸化物（ギブサイト、バイヤーライト、ベーマイト、ダイアスポア）などが挙げられ、より好ましくはシリカ又はアルミナである。 As the catalyst containing calcium in the present embodiment, calcium oxide, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium carbide, hydroxyapatite, calcium chloride, calcium fluoride, calcium hypochlorite, calcium phosphate, calcium phosphide, calcium nitrate, sulfuric acid Calcium, calcium alkoxide, calcium acetate, calcium glycolate, calcium glycerate hydrate, calcium stearate, calcium 3-hydroxy-3-methylbutyrate, calcium 3-methyl-2-oxovalerate, calcium 4-aminosalicylate heptahydrate Products, 4-chlorobenzoyl-L-tryptophan calcium, bis (2,4-pentanedionato) calcium (II), and the like. Preferred are calcium oxide, calcium hydroxide, and calcium carbonate. These may be used as a catalyst as they are, or may be supported on a carrier. The carrier supporting calcium in the present embodiment is not particularly limited, and examples of the inorganic carrier include an inorganic oxide carrier, an inorganic hydroxide carrier, and an activated carbon carrier. More specifically, examples of the inorganic oxide include one or more inorganic oxides selected from silica, titania, zirconia, alumina, magnesia, zinc oxide, tin oxide, and the like, or a composite thereof. Examples of the composite of inorganic oxide include composite oxides such as magnesium aluminate and zeolites such as β-zeolite (Na). Examples of the inorganic hydroxide include titanium hydroxide, zirconium hydroxide, alumina hydroxide, magnesia hydroxide, zinc hydroxide, and tin hydroxide. Preferred examples include silica, alumina (γ-alumina, δ-alumina, θ-alumina, α-alumina), aluminum hydroxide (gibbsite, buyerite, boehmite, diaspore), and more preferably silica or alumina. It is.
担体にカルシウムを担持する際のカルシウム担持量は特に限定されないが、効率的にテレフタル酸ジメチルを製造する観点から、触媒全体量に対して、５．０〜３０重量％が好ましく、１０〜２５重量％がより好ましい。上記カルシウム担持触媒を製造する方法は特に限定されないが、担体にカルシウム含有液を含浸させた後、乾燥、次に焼成すれば良い。なお、触媒製造におけるカルシウム含有液の量が多量である場合には、前記含浸および乾燥を繰り返し行うIncipient wetness法や、蒸発乾固法により触媒を製造しても良い。また、前記触媒の製造過程における担体を含浸するときの温度および乾燥するときの温度は、特に限定されるものではない。上記焼成の温度は、特に限定されないが、３００〜７００℃が好ましく、５００℃がより好ましい。また、上記焼成時の雰囲気も、大気雰囲気、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気、水素等の還元性ガス雰囲気等、特に限定されないが、当該焼成時の雰囲気として好ましいのは、大気雰囲気である。また、エステル交換反応における触媒の使用量としては、解重合反応に用いるアルキレンテレフタレート単位を有するポリエステルに対して、言い換えると解重合工程に投入するポリアルキレンテレフタレート単位を有するポリエステルに対して重量比で０．０１〜１０．０重量％が好ましく、効率的かつ十分に反応を進行させる目的から、０．１〜９．０重量％がより好ましい。またこのエステル交換反応の際の触媒としてカルシウムを含む触媒以外に他の公知のアルカリ土類金属化合物またはアルカリ金属化合物等を加えても良い。具体的には、酢酸亜鉛、酢酸マンガン、酢酸スズ、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム、酢酸マグネシウム、酢酸ストロンチウム、酢酸バリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、リチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、ルビジウムアルコキシド、マグネシウムアルコキシド、ストロンチウムアルコキシドからなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物を用いるのが好ましい。これらの化合物の添加量はカルシウムを含む触媒を含めて上記の使用量とすることが好ましい。本発明の製造方法においては、メタノール等のアルコールとのエステル交換反応について従来の触媒と対比してカルシウムを含む触媒を用いると、所定量の範囲内であれば、水が存在していてもメタノールからの脱プロトン化が有効に進行するものと考えられる。その結果、解重合反応物のエステル結合に対する求核置換反応が水の存在下であっても有効に進行するために当該エステル交換反応が効率的に進行するもとの考える。 The amount of calcium supported when calcium is supported on the carrier is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently producing dimethyl terephthalate, it is preferably 5.0 to 30% by weight, preferably 10 to 25% by weight based on the total amount of the catalyst. % Is more preferable. The method for producing the calcium-supported catalyst is not particularly limited, but may be dried and then calcined after impregnating the carrier with a calcium-containing liquid. When the amount of the calcium-containing liquid in the catalyst production is large, the catalyst may be produced by an incipient wetness method in which the impregnation and drying are repeated or an evaporation to dryness method. Further, the temperature at which the carrier is impregnated and the temperature at which the catalyst is dried in the process of producing the catalyst are not particularly limited. Although the temperature of the said baking is not specifically limited, 300-700 degreeC is preferable and 500 degreeC is more preferable. Also, the atmosphere at the time of firing is not particularly limited, such as an air atmosphere, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, a reducing gas atmosphere such as hydrogen, etc., but the atmosphere at the time of firing is preferably an air atmosphere. . The amount of the catalyst used in the transesterification reaction is 0 by weight ratio with respect to the polyester having an alkylene terephthalate unit used in the depolymerization reaction, in other words, to the polyester having a polyalkylene terephthalate unit used in the depolymerization step. The amount is preferably 0.01 to 10.0% by weight, and more preferably 0.1 to 9.0% by weight for the purpose of allowing the reaction to proceed efficiently and sufficiently. In addition to the catalyst containing calcium as a catalyst in the transesterification reaction, other known alkaline earth metal compounds or alkali metal compounds may be added. Specifically, zinc acetate, manganese acetate, tin acetate, lithium acetate, sodium acetate, potassium acetate, rubidium acetate, cesium acetate, magnesium acetate, strontium acetate, barium acetate, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, Cesium carbonate, magnesium carbonate, strontium carbonate, barium carbonate, lithium bicarbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, rubidium bicarbonate, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, hydroxide Magnesium, strontium hydroxide, barium hydroxide, lithium alkoxide, sodium alkoxide, potassium alkoxide, rubidium alkoxide, magnesium alkoxide, strontium alkoxide Preferable to use at least one compound selected from the group. The addition amount of these compounds is preferably the above-mentioned use amount including the catalyst containing calcium. In the production method of the present invention, when a catalyst containing calcium is used in the transesterification reaction with an alcohol such as methanol as compared with a conventional catalyst, methanol is used even if water is present within a predetermined range. It is considered that the deprotonation from is proceeded effectively. As a result, since the nucleophilic substitution reaction for the ester bond of the depolymerized reaction product proceeds effectively even in the presence of water, the transesterification reaction proceeds efficiently.
本実施形態におけるエステル交換反応の温度は、反応温度が高すぎると高圧設備が必要となり、低すぎると反応速度が遅いので、６０〜９０℃が好ましい。エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分量は、含まれている水分量が多すぎるとテレフタル酸ジメチルの収率が低下することから、エステル交換反応開始時点における反応液重量に対して重量比で０．０００１〜２．３重量％が好ましく、０．００１〜２．１重量％がより好ましい。更に好ましくは、０．０５〜２．０重量％、更により好ましいのは０．０８〜１．５重量％であり、最も好ましいのは０．１〜１．０重量％である。 The temperature of the transesterification reaction in the present embodiment is preferably 60 to 90 ° C. because a high pressure facility is required if the reaction temperature is too high, and the reaction rate is slow if the reaction temperature is too low. The amount of water contained in the reaction liquid at the start of the transesterification reaction is reduced with respect to the weight of the reaction liquid at the start of the transesterification because the yield of dimethyl terephthalate decreases if the amount of water contained is too much. The weight ratio is preferably 0.0001 to 2.3% by weight, and more preferably 0.001 to 2.1% by weight. More preferably, it is 0.05 to 2.0% by weight, still more preferably 0.08 to 1.5% by weight, and most preferably 0.1 to 1.0% by weight.
水分量が２．３重量％を超えて多すぎると、本発明の製造方法によっても十分な収率にてテレフタル酸ジメチルを製造することができない。エステル交換反応後、生成したテレフタル酸ジメチルの結晶を遠心分離等の固液分離手段により固液分離することによって、テレフタル酸ジメチルを製造する事ができる。また高純度の物が所望の際には蒸留精製することによってテレフタル酸ジメチルの純度を上げることができる。 If the water content exceeds 2.3% by weight, dimethyl terephthalate cannot be produced in a sufficient yield even by the production method of the present invention. After the transesterification reaction, dimethyl terephthalate can be produced by solid-liquid separation of the produced dimethyl terephthalate crystals by solid-liquid separation means such as centrifugation. When a high-purity product is desired, the purity of dimethyl terephthalate can be increased by purification by distillation.
また、エステル交換反応後において、テレフタル酸ジメチルを分離した残液から、メタノールおよびエチレングリコールを取り除いた残渣を、新たに解重合反応に加える事によって、残液中に流出しているカルシウム成分およびＢＨＡＴやテレフタル酸ジメチル等の有効成分を回収することができる。このリサイクルプロセスは、所定量の投入ポリアルキレンテレフタレートに対するテレフタル酸ジメチル生成量を高めたい場合に好適である。 Further, after transesterification, by adding a residue obtained by removing methanol and ethylene glycol from the residual liquid from which dimethyl terephthalate has been separated to the depolymerization reaction, the calcium component and BHAT flowing into the residual liquid are added. And active ingredients such as dimethyl terephthalate can be recovered. This recycling process is suitable when it is desired to increase the amount of dimethyl terephthalate produced for a given amount of input polyalkylene terephthalate.
以下、実施例により本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定を受けるものではない。生成物の分析は、水素炎イオン化検出器を使用したガスクロマトグラフ（ＧＣ）で行った。ＧＣには株式会社島津製作所社製「ＧＣ−１７Ａ」を使用し、分析用ＧＣカラムにはジーエルサイエンス株式会社製キャピラリーカラム「ＴＣ−５ＨＴ」（カラム内径０．２５ｍｍ、長さ３０ｍ）を使用した。水分の測定には、三菱化学株式会社製カールフィッシャー水分計ＣＡ−０６を使用した。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. The product was analyzed by gas chromatograph (GC) using a flame ionization detector. “GC-17A” manufactured by Shimadzu Corporation was used for GC, and capillary column “TC-5HT” (column inner diameter 0.25 mm, length 30 m) manufactured by GL Sciences Inc. was used for the GC column for analysis. For measurement of moisture, a Karl Fischer moisture meter CA-06 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used.
以下の実施例、比較例で示す「テレフタル酸ジメチル製造量」とは、下記式（１）に基づいて算出した値である。
数式（１）：テレフタル酸ジメチル製造量＝（固液分離後のケーク重量）×（ケーク中のテレフタル酸ジメチル純度（重量％））／１００
“Dimethyl terephthalate production” shown in the following Examples and Comparative Examples is a value calculated based on the following formula (1).
Formula (1): Production amount of dimethyl terephthalate = (cake weight after solid-liquid separation) × (purity of dimethyl terephthalate in cake (% by weight)) / 100
［実施例１］
ポリエチレンテレフタレート１００ｇ、ＥＧ４００ｇ、解重合触媒として炭酸ナトリウム３ｇを還流管付きの三ツ口フラスコに仕込み、反応温度２００℃、常圧で３時間撹拌しながら解重合反応させ、ＢＨＥＴを含む解重合液を得、その後、同反応器にて温度１６０℃、圧力１３．３ｋＰａの条件でＥＧを３００ｇ留去し、解重合液を濃縮した。次いで同反応器へエステル交換触媒として酸化カルシウム０．３７ｇ（ポリエチレンテレフタレートに対して０．３７重量％、以下実施例３，４，６において同じ）、メタノール１７６ｇ、純水１ｇを添加した後、水分量測定のために反応液の一部（０．２ｇ）をサンプリングして水分量を測定したところ、水分濃度は０．３７重量％であった。残りの反応液は常圧下、反応温度７５〜８０℃で１時間エステル交換反応させた。この時、ＤＭＴ結晶の析出はエステル交換反応開始後１分後に確認された。反応後、反応液を１０℃まで冷却した後に吸引ろ過して固液分離し、得られたケークをメタノール１００ｇで２回洗浄ろ過、９０℃で一昼夜乾燥し、テレフタル酸ジメチルを主成分とするケークを得た。テレフタル酸ジメチルの製造量は８１．８ｇであった。結果を表１に示した。
[Example 1]
100 g of polyethylene terephthalate, 400 g of EG, and 3 g of sodium carbonate as a depolymerization catalyst were charged into a three-necked flask equipped with a reflux tube and subjected to a depolymerization reaction with stirring at a reaction temperature of 200 ° C. and normal pressure for 3 hours to obtain a depolymerization solution containing BHET. Thereafter, 300 g of EG was distilled off in the same reactor under the conditions of a temperature of 160 ° C. and a pressure of 13.3 kPa to concentrate the depolymerization solution. Next, 0.37 g of calcium oxide (0.37% by weight based on polyethylene terephthalate, hereinafter the same in Examples 3, 4 and 6), 176 g of methanol and 1 g of pure water were added to the reactor as a transesterification catalyst, A part of the reaction solution (0.2 g) was sampled for the amount measurement, and the water content was measured. As a result, the water concentration was 0.37% by weight. The remaining reaction solution was subjected to a transesterification reaction under normal pressure at a reaction temperature of 75 to 80 ° C. for 1 hour. At this time, precipitation of DMT crystals was confirmed 1 minute after the start of the transesterification reaction. After the reaction, the reaction solution is cooled to 10 ° C. and then suction filtered to separate the solid and liquid. The obtained cake is washed and filtered twice with 100 g of methanol, dried at 90 ° C. all day and night, and a cake containing dimethyl terephthalate as a main component. Got. The production amount of dimethyl terephthalate was 81.8 g. The results are shown in Table 1.
［実施例２］
エステル交換反応時の純水添加量を１ｇから７ｇへ替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。この時、ＤＭＴ結晶の析出はエステル交換反応開始後２５分後に確認され、テレフタル酸ジメチルの製造量は４４．５ｇであった。また、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は２．０重量％であった。結果を表１に示した。
[Example 2]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of pure water added during the transesterification reaction was changed from 1 g to 7 g. At this time, precipitation of DMT crystals was confirmed 25 minutes after the start of the transesterification reaction, and the production amount of dimethyl terephthalate was 44.5 g. Moreover, the water concentration contained in the reaction liquid at the start of the transesterification reaction was 2.0% by weight. The results are shown in Table 1.
［実施例３］
エステル交換触媒として酸化カルシウム０．３７ｇを水酸化カルシウム０．４９ｇ（０．４９重量％）に替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。この時、ＤＭＴ結晶の析出はエステル交換反応開始後５分後に確認され、テレフタル酸ジメチルの製造量は８２．１ｇであった。また、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は０．３９重量％であった。結果を表１に示した。
[Example 3]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.37 g of calcium oxide was replaced with 0.49 g (0.49 wt%) of calcium hydroxide as a transesterification catalyst. At this time, precipitation of DMT crystals was confirmed 5 minutes after the start of the transesterification reaction, and the production amount of dimethyl terephthalate was 82.1 g. Moreover, the water concentration contained in the reaction liquid at the start of the transesterification reaction was 0.39% by weight. The results are shown in Table 1.
［実施例４］
エステル交換触媒として酸化カルシウムの使用量を０．３７ｇから０．１ｇ（０．１０重量％）に替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。この時、ＤＭＴ結晶の析出はエステル交換反応開始後２０分後に確認され、テレフタル酸ジメチルの製造量は７０．５ｇであった。また、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は０．３８重量％であった。結果を表１に示した。
[Example 4]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of calcium oxide used as the transesterification catalyst was changed from 0.37 g to 0.1 g (0.10 wt%). At this time, precipitation of DMT crystals was confirmed 20 minutes after the start of the transesterification reaction, and the production amount of dimethyl terephthalate was 70.5 g. Moreover, the water concentration contained in the reaction liquid at the start of the transesterification reaction was 0.38% by weight. The results are shown in Table 1.
［実施例５］
エステル交換反応時に純水を添加しなかったこと及び水分を吸わせたＥＧ、メタノールを用いたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。この時、ＤＭＴ結晶の析出はエステル交換反応開始後１分後に確認され、テレフタル酸ジメチルの製造量は８３．１ｇであった。また、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は０．１２重量％であった。結果を表１に示した。
[Example 5]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that pure water was not added during the transesterification reaction and that EG and methanol were used to absorb moisture. At this time, precipitation of DMT crystals was confirmed 1 minute after the start of the transesterification reaction, and the production amount of dimethyl terephthalate was 83.1 g. Moreover, the water concentration contained in the reaction liquid at the start of the transesterification reaction was 0.12% by weight. The results are shown in Table 1.
［実施例６］
（前駆体溶液調製工程）
硝酸カルシウム四水和物１１．７８４６ｇを蒸留水５０ｍＬに溶解し、軽く撹拌して溶液を均一にし、前駆体溶液を調製した。
（担持工程）
調製した前駆体溶液を、担体となるγ−アルミナ７．２０１６ｇに、スポイトを用いて担体が満遍なく濡れる程度まで滴下し、ガラス棒を用いて撹拌した後、８０℃程度の熱をかけて水分を飛ばし、乾燥させた。前駆体溶液がなくなるまで同様の操作を行った。その後、前駆体溶液を含浸した固体を１１０℃の恒温乾燥機で一晩乾燥させた。
（焼成工程）
乾燥後の固体を、マッフル炉で空気中５００℃、３時間焼成し、Ｃａ（２０）／γ−アルミナ触媒を得た（金属元素記号直後の括弧内の数字は、触媒全体重量中に占める担持したカルシウムの重量％を示した）。
（テレフタル酸ジメチルの製造）
エステル交換触媒として酸化カルシウム０．３７ｇを上記調製したＣａ（２０）／γ−アルミナ５ｇ（５．０重量％）に替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。この時、ＤＭＴ結晶の析出はエステル交換反応開始後５分後に確認され、テレフタル酸ジメチルの製造量は８２．５ｇであった。また、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は０．３７重量％であった。結果を表１に示した。
[Example 6]
(Precursor solution preparation process)
11.7846 g of calcium nitrate tetrahydrate was dissolved in 50 mL of distilled water and lightly stirred to make the solution uniform to prepare a precursor solution.
(Supporting process)
The prepared precursor solution is dropped onto 7.2016 g of γ-alumina serving as a carrier until the carrier is evenly wetted using a dropper, stirred with a glass rod, and then heated to about 80 ° C. to remove moisture. Flew and dried. The same operation was performed until the precursor solution disappeared. Thereafter, the solid impregnated with the precursor solution was dried overnight in a constant temperature dryer at 110 ° C.
(Baking process)
The dried solid was calcined in a muffle furnace in air at 500 ° C. for 3 hours to obtain a Ca (20) / γ-alumina catalyst (the number in parentheses immediately after the metal element symbol is the support in the total catalyst weight). % By weight of calcium).
(Production of dimethyl terephthalate)
As a transesterification catalyst, dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.37 g of calcium oxide was replaced with 5 g (5.0% by weight) of Ca (20) / γ-alumina prepared above. . At this time, precipitation of DMT crystals was confirmed 5 minutes after the start of the transesterification reaction, and the production amount of dimethyl terephthalate was 82.5 g. Moreover, the water concentration contained in the reaction liquid at the start of the transesterification reaction was 0.37% by weight. The results are shown in Table 1.
［比較例１］
エステル交換触媒として酸化カルシウム０．３７ｇを炭酸ナトリウム０．７ｇに替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。しかし、エステル交換反応開始から１時間経過してもＤＭＴ結晶の析出は見られず、反応不十分として実験を中止した。なお、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は０．３７重量％であった。結果を表１に示した。
[Comparative Example 1]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.37 g of calcium oxide was changed to 0.7 g of sodium carbonate as a transesterification catalyst. However, no precipitation of DMT crystals was observed even after 1 hour from the start of the transesterification reaction, and the experiment was stopped because the reaction was insufficient. The water concentration contained in the reaction solution at the start of the transesterification reaction was 0.37% by weight. The results are shown in Table 1.
［比較例２］
エステル交換反応時の純水添加量を１ｇから１０ｇへ替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。しかし、エステル交換反応開始から１時間経過してもＤＭＴ結晶の析出は見られず、反応不十分として実験を中止した。なお、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は２．７重量％であった。結果を表１に示した。
[Comparative Example 2]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of pure water added during the transesterification reaction was changed from 1 g to 10 g. However, no precipitation of DMT crystals was observed even after 1 hour from the start of the transesterification reaction, and the experiment was stopped because the reaction was insufficient. The water concentration contained in the reaction solution at the start of the transesterification reaction was 2.7% by weight. The results are shown in Table 1.
［比較例３］
エステル交換触媒として酸化カルシウム０．３７ｇを酸化マグネシウム０．２７ｇに替えたこと以外は実施例１と同様にしてテレフタル酸ジメチルの製造を行った。しかし、エステル交換反応開始から１時間経過してもＤＭＴ結晶の析出は見られず、反応不十分として実験を中止した。なお、エステル交換反応開始時点における反応液中に含まれる水分濃度は０．３７重量％であった。結果を表１に示した。
[Comparative Example 3]
Dimethyl terephthalate was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.37 g of calcium oxide was changed to 0.27 g of magnesium oxide as a transesterification catalyst. However, no precipitation of DMT crystals was observed even after 1 hour from the start of the transesterification reaction, and the experiment was stopped because the reaction was insufficient. The water concentration contained in the reaction solution at the start of the transesterification reaction was 0.37% by weight. The results are shown in Table 1.
表１に示すとおり、エステル交換触媒としてカルシウムを含む触媒を用いることで、反応原料中に水分が含まれていても効率的かつ経済的にテレフタル酸ジメチルを製造できることが確認された。 As shown in Table 1, it was confirmed that by using a catalyst containing calcium as the transesterification catalyst, dimethyl terephthalate can be produced efficiently and economically even if water is contained in the reaction raw material.
本発明によれば、テレフタル酸ジメチルの製造において、エステル交換触媒としてカルシウムを含む触媒を用いることで、反応原料中に水分が含まれていても効率的かつ経済的にテレフタル酸ジメチルを製造することができ、その工業的な意義は大きい。 According to the present invention, in the production of dimethyl terephthalate, by using a catalyst containing calcium as a transesterification catalyst, dimethyl terephthalate can be efficiently and economically produced even if moisture is contained in the reaction raw material. And its industrial significance is great.
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