JPH03170452A - 水、二酸化炭素及びアミンを含有する混合物から水を分離する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は水、二酸化炭素及び１種類もしくは複数種類の
アミンを含有する混合物から水を分離する方法に関する
ものである。

（従来技術） 目的生成物のほかにさらに反応生成物として水が形成さ
れる化学反応においては、未反応出発材料を反応容器に
返還する際、原則的に循環流における水分含量を過大に
多くしないように循環流から分岐流を形成することが必
要である。水分含量過多は目的生成物への転化を低減さ
せるからである。この分岐流は原ｌｌｌｌ的に水のほか
に未反応出発材料を含有するので、これを水と分離して
反応容器に逼却される。この際の分離は例えば蒸留によ
り行われる。

しかしながら、このような分岐流の蒸留分離は、分岐流
に水のほかに回収されるべき出発材料としてのアミンと
二酸化炭素を含有する場合には問題を生ずる。このよう
なアミン、水及び二酸化炭素を含有する分岐流は、例え
ば過剰量のモノアルキルアミンを二酸化炭素と反応させ
てジアルキル尿素を製造する場合に形成される（例えば
***特許９３７５８６号及び１７６８２５６号参照）。

この分岐流の蒸留分離に際しては、二酸化炭素とアミン
は塔頂生成物として得られる。しかしながら、この塔頂
生成物を冷却すると固体状カルバマートが沈着するおそ
れがあり、これにより重大な方法技術的問題が生起し得
る。

***特許１７６８２５６号から、蒸留の際のカルバマー
トの形成を防止するため、アミン、二酸化炭素及び反応
水を含有する混合物分岐流を蒸留カラム中において苛性
ソーダ液で処理し、これにより二酸化炭素を炭酸ナトリ
ウムとして結合させ、これを水溶液として蒸留カラムか
ら排出させることが公知となっている。しかしながら、
この方法は二酸化炭素結合のために大量の苛性ソーダ液
を必要とし、得られた炭酸ナトリウム水溶液の処理或は
再使用がまた問題となる欠点を有する。

そこで、この分野の技術的課題は、従来方法の欠点を軽
減し或は回避克服し得る、水、二酸化炭素及びアミン含
有混合物から水を分離する方法を提供することである。

（発明の要約） しかるに上記の技術的課題は、水、二酸化炭素及び１種
類もしくは複数種類のアミンを含有する混合物から水を
分離する方法において、混合物を膜の一方の面に接触さ
せ、膜の他方の面から水を含有する浸透液を蒸気として
除去して、透析蒸散により上記混合物から水を分離する
ことを特徴とする方法により解決され得ることが本発明
者らにより見出された。

（発明の構成） この新規方法により、水、Ｃ０２及びアミン含有混合物
から簡単に水が分離除去される。アルカリ液の添加によ
るＣＯ２結合は、本発明方法による水分離の場合には不
要である。

本発明方法を実施するため一般的に水選択性の膜が使用
される。分離処理に付される混合物中のアミン含有分に
かんがみて、耐塩基性の膜を使用することが好ましい。

好ましい膜は例えばポリビニルアルコールを主体とする
無孔隙膜である。

本発明方法により透析蒸散で混合物から水を分離するた
めの装置としては、例えば分離されるべき混合物のため
の原料混合物チェンバ、分離された浸透液のための浸透
液チェンバ及びこれらの間に配置された膜から成り、さ
らに原料混合物チェンバと連結された少なくとも１本の
流入導渠及び？透液チェンバと連結された少なくとも１
本の流出導渠が設けられた装置が好ましい（例えば***
特許出願公開３５２９１７５号参照。）原料混合物チェ
ンバは、膜により抑留される混合物の一部（残渣）のた
めの流出導渠を有することが好ましい。

本発明による透析蒸散は、浸透液中の水の含有割合が使
用される混合物中の水の含有割合よりも高く、遊離アミ
ンとして、またカルバマートとして存在するアミンにつ
いての浸透液中アミン含有割合及びＣＯ。として、また
カルバマートとして存在するＣＯ２についての浸透液中
ＣＯ■含有割合が使用される混合物中のそれより高くな
るように行われることが好ましい。

膜の浸透液側面にある蒸気状浸透液はその形態、すなわ
ち蒸気として転送され得るが、これはまた凝縮させて液
状で転送されることもできる。

この凝縮はこれに連結された１個或は複数個の凝縮器に
おいて行われ・る。複数個の連結凝縮器の場合には、各
凝縮器において相異なる圧力及び／或は温度を使用する
のが好ましい。圧力及び／或は温度のような方法条件の
変更により浸透液を分別して浸透液流及び滲透液部分流
がそれぞれ異なる組成を有するようにすることができる
。直列連結された凝縮器から得られる非凝縮浸透液を圧
縮して蒸気状で転送するのがさらに好ましい。

本発明方法は、水、Ｃ０２及び１種類もしくは複数種類
のアミンを含有する混合物から水を分離するために使用
されるが、このアミンは１級アミン、２級アミン及び３
級アミンのいずれであってもよい。しかしながら２級ア
ミン、ことに１級アミンを含有する混合物の場合が有利
である。アミンとしては、炭素原子１から６個、ことに
１から３個をアルキル基中に有するアルキルアミンであ
ることが好ましいが、この場合２級及び３級アミンにつ
いてアルキル基は同じでも異なってもよい。ことに好ま
しいアミンは、メチルアミン、エチノレアミン、プロピ
ノレアミン、ヘキシルアミン、ジメチノレアミン、ジエ
チノレアミン、メチノレーイソプロビルアミン、トリメ
チルアミンである。

以下において工程表を略図的に示す第１乃至３？を参照
して本発明方法をさらに具体的に説明する。

第１乃至３図において、符号５はＣＯ■／ＦＩ２０／ア
ミン混合物を透析蒸故により分離するための装置、符号
４はこの装置に装着される膜、符号１は分離処理に付さ
れる混合物の給送導管、２は残渣流の排出導管、３は浸
透液の排出導管を意味する。

第１図において透析蒸散装置５において発生する浸透液
蒸気は、一定の圧力に維持された圧力制御真空ポンプ６
によりさらに導管７を経て蒸気状で転送される。定状的
条件下において浸透液の組成は圧力制御によりもたらさ
れる浸透液圧力で決定される。

第２図において浸透液蒸気は導管３を経て熱交換器８に
おいて冷却され、凝縮液は容器９に集められ、導管１０
から排出される。比較的少量の凝縮され得ない部分流が
圧力制御真空ボンプ１１を経て導管１２から排出される
が、この場合真空ポンプによりもたらされる圧力は、凝
縮液の蒸気圧より高くなるように設定される。原則的に
圧力ポンプにより設定される圧力は、１から２００ミリ
バール、好ましくは１から１００ミリバール、ことに１
から５０ミリバールであって、凝縮液蒸気圧より高く、
導入されるｄ合物蒸気圧より低くなされる。浸透液圧力
、これにより影響される分離選択性及び浸透液組成は、
凝縮温度における浸透液の蒸気圧により決定される。導
入される混合物の温度は一般に２０から１５０℃、好ま
しくは６０から１００℃、ことに７０から９０℃である
。

第３図においては、浸透液蒸気は、導管３を経て熱交換
器１３により冷却されて、容器ｌ４にわいて部分的に凝
縮され、この部分的凝縮液は導管ｌ５を経て排出される
。浸透液の非凝縮部分部は圧力制御コンプレッサＩ６に
より圧縮され、第２熱交換器１７により冷却され、容器
Ｉ８において凝縮され、導管ｌ９から排出される。浸透
液の非凝縮残渣は、さらに次の圧力制御コンプレッサ２
０により導管２Ｉを経て転送される。このような浸透液
の搬送及び処理は、浸透液を複数種類の組成の異なる凝
縮液部分に分配することを可能とする。この場合の凝縮
液部分の量及び種々の組成に関する分配は、圧力及び凝
縮温度の選択によりさらに広い範囲にわいて変化せしめ
られ、浸透液の分別を簡単に行うことを可能とする。複
数凝縮工程採用の場合、一般に２から５段、好ましくは
２から３段の凝縮処理が有利である。

第３図による実施態様において、滲透液をさらに多段で
圧縮し、それぞれの残留蒸気状滲透液をさらに転送する
こともできる。多段の圧縮を行う場合、一般に２から５
段、好ましくは２から３段の圧縮処理が有利である。

本発明方法の実施態様において、水、二酸化炭素及びモ
ノアルキルアミンを含有する流体流は、高温、高圧下の
反応容器中においてモノアルキルアミンを二酸化炭素と
反応させてジアルキル尿素を製造する方法において、未
反応のモノアルキルアミン及び二酸化炭素ならびに生成
水分を生成化合物であるジアルキル尿素から分離し、分
離された未反応のモノアルキルアミン及び二酸化炭素な
らびに水分離後も場合によりなお残留する水分を反応に
返還する場合に循環流としてもたらされる。

ジアルキル尿素製造のための出発材料としては、一般的
にモノアルキルアミン及びＣＯ２が、ｃｏ２１モルに対
してモノアルキルアミン２から５モル、ことに２から３
モルの割合で使用される。モノアルキルアミンとしては
、炭素原子を１から８個、ことに１から４個汀するもの
、例えばメチルアミン、エチノレアミン、プロビノレア
ミン、イソブチルアミン、ヘキシルアミンが好ましい。

反応は一般に１５０から２２０℃、ことに１８０から２
００’Ｃの温度、３０カら１６０１＜　−　７Ｌ／、こ
とｋ：ｔｏｏから１５０／（　−　ルの圧力において、
好ましくは連続的に行われる。

反応後に未反応出発材料は、一般的に放圧及び加熱によ
りジアルキル尿素から分離され、モノアルキルアミン、
ＣＯ２及び水分を含有する循環流として反応容器に返送
される。循環流中における反応生成水分の量割合を著し
く過多とならないようにするため、本発明水分離方法で
は循環流の全体或は一部を透析蒸散処理に付する。浸透
液はこの蒸散処理に付される循環流に比し高い水分含有
割合、低いＣＯ２及びモノアルキルアミン含有割合を有
する。透析蒸散に付されて反応容器に返還される残渣は
、透析蒸散に付される循環流よりも低い水分含有割合及
び高いＣＯ。及びモノアルキルアミン含有割合を有する
。

主成分をなす水分のほかに僅少量割合のＣＯ２及びモノ
アルキルアミンを含有する滲透液は、モノアルキルアミ
ン回収のため、アルカリ液、ことに苛性ソーダ液、例え
ばｌＯから２５重量％の苛性ソーダ水溶液で処理するの
が好ましく、結合されるべきＣＯ２ｆｆｉに対して化学
量論的量の、或は過剰量の、例えば１．１倍までの過剰
量の水酸化アルカリで処理される。

このアルカリ液による浸透液の処理は、一般に８０から
１３０℃、ことに９０から１１０℃の温度、１から３バ
ールの圧力において行われるが、これには蒸留力ラムを
使用し、浸透液をカラム中央部分に導入し、アルカリ液
はカラム頂部に導入するのが好？しい。カラム項部から
ジアルキル尿素製造のため反応容器に返送されるべきモ
ノアルキルアミンが取出される。カラム底部から結合形
態のＣＯ２と水を含有する炭酸塩水溶液が取出される。

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

実施例ｌ メチルアミンとＣＯ２との圧力容器中における反応によ
りジメチル尿素を製造し、未反応メチルアミン及びＣＯ
２ならびに生成水分を目的生成物、ジメチル尿素から分
離して、４５重量％のメチルアミン（遊離メチルアミン
及びカルバマートとして結合されたメチルアミン）、２
８重量％のＣＯ２（溶解されたＣＯ■及びカルバマート
として結合されたＣＯ２）及び２７重量％の水分から成
る循環流がもたらされる。圧力容器に返還されるべき循
環流中の水分割合を生成水分により過多とさせないため
に、８０℃、浸透液圧力２０ミリバールの循環流をポリ
ビニルアルコールを主体とする溶液拡散膜を使用して透
析蒸散させる。而積２５０■２の膜を使用して、７６？
量％の水、３重量％のＣＯ■及び２１重量％のメチルア
ミンから成る、１３２ｋｇ／ｈの浸透液流がもたらされ
る。この浸透液流で、循環流から水１００ｋｇ／ｂが除
去される。透析蒸散により得られる残渣は残留循環流と
して圧力容器に返還される。

この浸透戒流はメチルアミン回収のため蒸留カラムに転
送され、カラム頂部からＣＯ。結合のための７．２ｋｇ
／ｈのＮａＯＨが苛性ソーダ水溶液として添加される。

カラム底部からメチルアミンが取出され、これはジメチ
ル尿素合成反応のため圧力容器に返還される。

？比例 対比実験のため実施例Ｉと同様に圧力容器中でメチルア
ミンとＣＯ２を反応させ、この場合にも４５重量％のメ
チルアミン、２８重量％のＣＯ■及び２７重量％の水分
から成る循環流が得られる。

循環流から１００ｋκ／ｈの水分を取除くために、周知
の方法により循環流から３７０ｋｇ／ｈの分岐流を取出
し、メチルアミン回収のため蒸留カラム中央部分に導入
し，　ＣＯ２結合のためカラム頂部から苛性？ーダ水溶
液として１８８ｋｇ／ｈのＮａｔａｌを添加する。

カラム底部ナトリウムカルボナート水溶液を、カラム頂
部からメチルアミンを取出し、後者は圧力容器に返還さ
れる。

この対比例においては、１８８ｋｇ／ｈのｆｆａＯＨで
、本発明の実施例１における処理の場合よりファクタ２
６だけ多いＮａＯＨ量を必要とする。

実施例２ 実施例１による組成（メチルアミン４５重量％、ＣＯ■
２８重量％、水２７重量％）の循環流を第１図による透
析蒸散装置により透析蒸散に付し、蒸気状浸透液を導管
７より排出する。この処理された浸透液は所定浸透液圧
３０ミリバールにおいて水７４重量％、ＣＯ■４重量％
及びメチルアミン２２重量％の組成を示し、所定浸透液
圧を１００ミリバールに高めると、水５８重量％、ＣＯ
２９重量％、メチルアミン３３重量％の組成を示す。

実施例３ 実施例１による組成の循環流を実施例１による第３図装
置で８０℃において透析蒸散に付し、次いで得られた浸
透液を同図によ・る２段階凝縮に付する。

第１段凝縮工程で真空ポンプｌ６により圧力５０ミリバ
ールとし、この場合凝縮温度０゜Ｃ（第１例）で、水７
１重量％、ＣＯ２９重量％、メチルアミン２０重阻％の
組成を有する凝縮液流１５として、全浸透波の９４重量
％浸透岐が熱交換器ｌ３において得られる。熱交換５１
３における凝縮温度を２０゜Ｃ（第２例）とする場合、
圧力を変えないで、水８０重量％，ＣＯ２６重量％、メ
チルアミン１４重量％の組成の凝縮液として、第１凝縮
工程における８７重量％（全浸透液に対し）の凝縮液が
導管１５において得られる。

第２段凝縮工程において、上記両側の場合、凝縮温度Ｏ
℃、圧力をそれぞれｌバールに調整する。これによりそ
れぞれ残留浸透液部分が導管ｌ９において凝縮液として
得られる。第１例の場合、第２凝縮工程における凝縮液
量は約６重量％であり、第２例の場合、約１３重量％（
それぞれ導管１３における当初得られた浸透夜景に対し
て）であって、凝縮液は両側を通じて実質的に１００％
のメチレンから成る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明方法の異なる実施態様の工程
を示すフローシートである。主要部分と符号との対応関
係は以下の通りである。 １・・・被処理混合物の給送導管、２・・・残留残渣流
排出導管、３・・・浸透液排出導管、４・・・（透析蒸
散）膜、５・・・透析蒸散装置、６・・・圧カ制御１：
｛空ポンプ、８・・・熱交換４、９・・・凝縮液容器、
１１・・・圧力制御真空ポンプ、１３・・・熱交換器、
１４・・・凝縮液容語、１６・・・圧カ制御コンプレッ
サ、１７・・・熱交換語、１８・・・凝縮液容器、２ｏ
・・・圧カ制御コンプレッサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水、二酸化炭素及び１種類もしくは複数種類のアミンを
   含有する混合物から水を分離する方法において、混合物
   を膜の一方の面に接触させ、膜の他方の面から水を含有
   する浸透液を蒸気として除去して、透析蒸散により上記
   混合物から水を分離することを特徴とする方法。