(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素およびクロリンを含む混合物と、炭素とを接触する工程を有するホスゲンの製造方法であって、前記炭素は、（１）３．５以下のミクロポア対マクロポアの比を有し；（２）１２５℃で３０分間、それに続いて２００℃で３０分間、それに続いて３００℃で３０分間、それに続いて３５０℃で４５分間、それに続いて４００℃で４５分間、それに続いて４５０℃で４５分間、それに続いて最後に５００℃で３０分間にわたって空気中で加熱したときに、前記炭素の重量の１６％以下を損失し；（３）少なくとも１０ｍ2／ｇの表面積を有することを特徴とするホスゲンの製造方法。
【請求項２】
前記接触は、３００℃以下の温度において実施されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
一酸化炭素およびクロリンを含む混合物と、炭素とを接触する工程を有するホスゲンの製造方法であって、前記炭素は、（１）３．５以下のミクロポア対マクロポアの比を有し；（２）１２５℃で３０分間、それに続いて２００℃で３０分間、それに続いて３００℃で３０分間、それに続いて３５０℃で４５分間、それに続いて４００℃で４５分間、それに続いて４５０℃で４５分間、それに続いて最後に５００℃で３０分間にわたって空気中で加熱したときに、前記炭素の重量の１６％以下を損失し；（３）少なくとも１０ｍ2／ｇの表面積を有し；および（４）１，０００ｐｐｍ以上の、３〜１０族の遷移金属、ホウ素、アルミニウムおよびケイ素からなる群から選択される活性金属の含量を有することを特徴とするホスゲンの製造方法。
【請求項４】
前記接触は、３００℃以下の温度で実施されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記炭素中の前記活性金属の含量は、２，０００ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記炭素の表面積は、１００ｍ2／ｇより大きいことを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記炭素においてミクロポア対マクロポアの比は、２．０以下であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記炭素は、１２５℃で３０分間、それに続いて２００℃で３０分間、それに続いて３００℃で３０分間、それに続いて３５０℃で４５分間、それに続いて４００℃で４５分間、それに続いて４５０℃で４５分間、それに続いて最後に５００℃で３０分間にわたって空気中で加熱したときに、前記炭素の重量の５％以下を損失することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、炭素触媒の存在下、クロリンと一酸化炭素との反応によるホスゲンの製造方法に関する。より詳細には、本発明は危険な化学種である四塩化炭素の生成を最小限にしたホスゲンの製造方法に関する。
背景
炭素触媒の存在下、クロリンと一酸化炭素との反応によるホスゲンの生成は、公知の方法である。この方法により生成されたホスゲンは、代表的に重量当たり４００から５００ｐｐｍの四塩化炭素を含む。この量を約１０ビリオンポンド（４．５×１０9Ｋｇ）のホスゲンの世界総生産を基準に評価すると、相当する副生成物はホスゲンに伴って約４から５ミリオンポンド（１．８×１０6Ｋｇから２．３×１０6Ｋｇ）の四塩化炭素となる。
日本国特許公報（公告）平６（１９９４）−２９１２９では、ホスゲンの製造工程間に生成される四塩化炭素の量を、活性炭を使用することで減少できる（例えば、約５０％まで）ことを開示している。その活性炭は酸で洗浄されており、かつ遷移金属、ホウ素、アルミニウムおよびケイ素からなる合計１．５重量％以下の金属成分を含有する。
活性金属の含量が１，０００ｐｐｍ以下であり、かつＷＶＣ温度試験において約１２％以下の重量損失である炭素を使用してホスゲンを製造する方法が記述されている（米国出願番号第60/012,021号および国際出願番号第PCT/US96/17526号を参照されたい）。
四塩化炭素は、オゾン減少と世界的な温暖化可能性（warming potentials）とに関連している。それ故、不純物である四塩化炭素の量を最小限にするホスゲンの製造方法に関心が持たれている。
発明の要旨
一酸化炭素およびクロリンを含む混合物と、炭素とを接触させる工程を有するホスゲンの製造方法を提供する。本発明によれば、炭素は、（１）３．５以下のミクロポア対マクロポアの比を有し；（２）以下に示す時間および温度、すなわち、１２５℃で３０分間、２００℃で３０分間、３００℃で３０分間、３５０℃で４５分間、４００℃で４５分間、４５０℃で４５分間、最後に５００℃で３０分間について空気中で連続的に加熱したときに、この炭素の重量の約１６％以下を損失し；（３）少なくとも１０ｍ2／ｇの表面積を有する。また、本発明によれば、炭素中の活性金属の含量は、１，０００ｐｐｍ以上であってよい。代表的に接触は、約３００℃以下の温度で実施する。
詳細な説明
本発明は、一酸化炭素とクロリンとを炭素を用いて接触することにより製造されるホスゲンの生成を改良することに関する。この改良は、商業的に使用されるか、または当業界で記述されるそれらの炭素を基にした任意の方法と関連させて行うことができる（例えば、それらの方法は米国特許第4,231,959号および第4,764,308号を参照されたい）。
ホスゲンは、一酸化炭素とクロリンとを活性炭の全面にわたって通すことにより商業的に製造される。この反応は猛烈に発熱反応であり、通常は多管ボイラ反応器中で実施し、反応温度をより効果的に調節する。一酸化炭素は、通常は少なくとも化学量論の量で（しばしば化学量論を超えて）加えられ、ホスゲン生成物のフリーのクロリン含量を最小限にする。
本発明に関して使用されるように、「活性金属」という用語は、３〜１０族の遷移金属からなる群に含まれる金属、ホウ素、アルミニウムおよびケイ素を意味する。
本発明のための触媒として有効な炭素材料は、多孔性（すなわち、少なくとも１０ｍ2／ｇの表面積）であって、かつミクロポアとマクロポアの両方とを含む。本発明に関して使用されるように、「ミクロポア」という用語は、２０Å（２ｎｍ）以下のポアサイズであることを意味し、「マクロポア」という用語は２０Å（２ｎｍ）より大きいポアサイズであることを意味する。合計ポア体積およびポア体積分布は、水銀多孔度測定器により測定することができる。ミクロポア体積（ｃｃ／ｇ）を全体のポア体積（ｃｃ／ｇ）から差し引いて、マクロポア体積を決定する。次いで、ミクロポアのマクロポアに対する比が容易に計算される。本発明の製造方法に使用される炭素は、ミクロポアのマクロポアに対する比が３．５未満、好適には２．０以下である。
また、本発明の製造方法に使用される炭素は、空気中で加熱されたとき本質的な重量安定性を示す。より詳細には、１２５℃で３０分間、それに続いて２００℃で３０分間、それに続いて３００℃で３０分間、それに続いて３５０℃で４５分間、それに続いて４００℃で４５分間、それに続いて４５０℃で４５分間、それに続いて最後に５００℃で３０分間にわたって空気中で加熱したときに、本発明の製造方法のために使用される炭素は、それらの重量の約１６％以下を損失する。空気中で炭素試料を加熱する影響を評価するための、一連の時間と温度の条件を「ＷＶＣ温度試験」と本明細書中では定義する。ＷＶＣ温度試験は、熱重量分析（ＴＧＡ）を使用して行うことができる。ＷＶＣ温度試験を受けたときに、重量損失が約１６％以下である炭素は、酸化的安定に有利になるとみなされる。好適には、ＷＶＣ温度試験における重量損失は１０％以下、より好適には５％以下である。
低活性金属含量炭素を使用して、四塩化炭素の形成を低くすることができる（国際出願番号第PCT/US96/17526号を参照されたい）。低活性金属炭素は、三次元マトリックス多孔性炭素質物質を含む。例えば、国際出願番号第PCT/US96/17526号における実施例Ｃおよび実施例Ｄの多孔性炭素質物質を測定したところ、それぞれ約０．５８ｃｃ／ｇおよび０．９０ｃｃ／ｇの合計ポア体積を有し、かつミクロポアのマクロポアに対する比が約０である。三次元マトリックス多孔性炭素質物質は、米国特許第4,978,649号に記載されており、その全体を参照することにより本明細書の一部とする。三次元マトリックスの炭素質物質は、気体または蒸気の炭素を含む化合物（例えば、炭化水素）を、炭素質物質の顆粒の塊（例えば、カーボンブラック）に導入する工程；炭素を含む化合物を分解して顆粒表面上の炭素に付着させる工程；得られた物質と蒸気を含む活性化ガスとを処理して多孔性炭素質物質を供給する工程によって得られることに注目されたい。このようにして炭素−炭素の複合材料が形成される。
しかしながら、我々は、上述したミクロポアのマクロポアに対する比および重量安定性の基準が満足されたとき、炭素は、重量当たり１，０００ｐｐｍ以上の活性金属を含むことができることを発見した。より驚いたことに、鉄の含量でさえも重量当たり１，０００ｐｐｍを超えることが可能である。鉄は、四塩化炭素の形成を促進することが知られている。活性金属が２，０００ｐｐｍ以上である実施態様例に注目されたい。
以下の原料のいずれかからなる炭素は、本発明の方法に対して有効である。すなわち原料としては、木材、泥炭、石炭、ヤシ殻、骨、褐炭、石油を主成分とした残渣、糖であり、それらは必要な場合にミクロポア体積を減少するように処理される。本発明に使用できる市販の骨として、以下の商標名、すなわちCalgonX-BCPおよびCalsicatとして販売されているものが挙げられる。炭素の支持は、粉末、顆粒またはペレットなどの形状で可能である。
ＢＥＴ測定により決定された炭素の表面積は、好ましくは約１００ｍ2／ｇより大きく、より好ましくは約３００ｍ2／ｇより大きい（例えば、５５０から１，０００ｍ2／ｇ）。代表的に、表面積は２，０００ｍ2／ｇ以下である。
１００℃における解離平衡が知られており、ホスゲンは約５０ｐｐｍのクロリンを含み；２００℃では約０．４％、３００℃では約５％、および４００℃では２０％のホスゲンが一酸化炭素とクロリンとに解離する。また、反応温度が高くなると、一般的により多くの四塩化炭素が生成する。従って、反応温度は一般的に、約３００℃以下（例えば、４０℃から３００℃の範囲内）である。好適には、かかる方法の温度は、約５０℃から２００℃であり、より好適には約５０℃から１５０℃である。本発明の方法によって生成されたホスゲンは、ホスゲンを基準にして代表的に重量当たり約３５０ｐｐｍ以下の四塩化炭素を含む（すなわち、１００万重量部のＣＯＣｌ2当たり３５０重量部以下のＣＣｌ4）。好適には、反応温度および炭素は、重量当たり約２５０ｐｐｍ未満の四塩化炭素を含むホスゲンを供給するように選択される。より好ましくは、ホスゲンを基準にして重量当たり約１００ｐｐｍ未満の四塩化炭素を含むホスゲンを供給するように選択される。反応時間および温度は、合計の生成蒸気を基準にして約１００ｐｐｍ以下の濃度の四塩化炭素を提供するように調整される。
さらなる詳述なしに、当業者は本明細書の記載を利用して、それを十分に拡張して本発明を実施することができる。それ故、以下の特定の実施例は単に例示として解釈されるべきであって、任意の方法のいずれも本明細書における開示に含まれる。
実施例
一般的な触媒の試験方法
１００メッシュ（０．０１５ｍｍ）Monel（商標）ニッケル合金スクリーンを含む１／２インチ（１２．７ｍｍ）のＯ．Ｄ．×１５インチ（３８１ｍｍ）Inconel（商標）600ニッケル合金チューブを反応容器として使用した。この反応容器に、約２．５ｍＬから約８ｍＬの炭素触媒を充填し、次いで３００℃まで加熱した。この温度を全ての実施例において使用した。
１：１のモル比の一酸化炭素とクロリンとの混合物を触媒の全面にわたって通した。接触時間は、８〜１２秒であった。実験結果を表１に示す。
比較の実施例は、上述したような同様の方法で実施した。結果を表Ａに示す。
一般的な分析方法
１０５ｍの長さ、Restak（商標）、RTX-1 Crossbond １００％の０．２５ｍｍのＩ．Ｄ．カラムを用いたHewlett Packard HP 5890ガスクロマトグラフィーを有するラインにおいて、反応容器の流出液をサンプリングした。ガスクロマトグラフィーの条件は、５０℃で１０分間、引き続いて１５℃／分の割合で２００℃までをプログラミングした。ガスクロマトグラフィーによって定量的に確認できる最小量の四塩化炭素は、重量当たり約４０ｐｐｍであった。より高度な感度のために、ラインマススペクトル検出器を用いて測定し、４０ｐｐｍ未満の濃度を決定した。
ＢＥＴ表面積、ポア体積およびポア分布は、粉体工学ASAP 2400装置を使用して測定した。
熱分析方法
熱重量分析（ＴＧＡ）は、ＴＡ器具分析器を使用して行った。ＴＧＡ実験は、８０ｍＬ／分の流速で空気中で行った。炭素試料を空気中で以下に示す時間および温度、すなわち、１２５℃で３０分間、２００℃で３０分間、３００℃で３０分間、３５０℃で４５分間、４００℃で４５分間、４５０℃で４５分間、最終的に５００℃で３０分間にわたり加熱した。重量損失は、それぞれの間隔および加熱サイクルが完了した後に測定した。５００℃における加熱サイクル完了後のパーセンテージ重量損失を表に示す。
試薬
炭素試料
Ａ．高い表面積のココナッツ外皮の炭素（Calsicat）
Ｂ．部分的にグラファイト化された炭素（Englehard）
Ｃ．１／６インチ（１．６ｍｍ）グラファイト炭素（Englehard）
Ｄ．X-BCP（商標）タイプの炭素（Calgon Carbon Corp）
Ｒ．GRC-11（商標）炭素（Calgon Carbon Corp）
Ｓ．Centaur（商標）炭素（Calgon Carbon Corp）
Ｔ．ココナッツ外皮炭素５０７型（Barnebey & Sutcliffe Corp）
0004246266.tif 000002
比較実施例
0004246266.tif 000003