Lista wynalazków

Sposób otrzymywania węglanów cyklicznych

autorzy: Prof. dr hab. Gabriel Rokicki, Prof. dr hab. Paweł Parzuchowski

Węglan etylenu jest cennym surowcem wykorzystywanym jako składnik mieszanin chemicznych różnego przeznaczenia oraz prekursor w syntezach wartościowych związków chemicznych, ale jego obecnie najważniejsze kierunki zastosowania to nowoczesne technologie otrzymywania poliwęglanów i poliuretanów. Jednym z kluczowych elementów reakcji addycji CO2 i tlenku etylenu, wpływającym na wydajność i czystość produktu finalnego jest dobór katalizatora lub układu katalizatorów aktywujących zarówno CO2 jak również tlenek etylenu. W przypadku prezentowanego rozwiązania zastosowano układ katalityczny złożony z katalizatora homogenicznego, zawierającego sole sodu i dobrane związki fosforoorganiczne oraz związek heterogeniczny oparty na rezolowej żywicy. Według wynalazku, reakcję prowadzi się w warunkach, w których procentowy udział molowy składników układu katalitycznego w stosunku do tlenku etylenu wynosi odpowiednio 0,4 : 0,2 : 0,4, i jest niższy od innych rozwiązań oraz gwarantuje uzyskanie wydajności cyklicznego węglanu na poziomie 98 %. Warunki procesowe to temperatura z zakresu 100-150 oC oraz ciśnienie 50 bar. Reakcję prowadzi się w rozpuszczalniku organicznym, który jest otrzymywany w reakcji cyklicznego węglanu, co eliminuje możliwość zanieczyszczenia produktu innym składnikiem. W literaturze przedmiotu znane są różne katalizatory i układy katalizatorów ułatwiające reakcję sprzęgania dwutlenku węgla z tlenkiem etylenu. Kihara i współpracownicy (J. Org. Chem. vol. 58. nr 23, 1993, s. 6198-6202) ujawnili sposób syntezy węglanu z CO2 i eteru 2,3-epoksypropyleno-fenylowego w rozpuszczalniku, N-metylopirolidonie, wobec halogenków sodu. Reakcję prowadzono pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze 100 oC przez 4 godz. Stosując jako katalizator dodatek 5mol% jodku sodu uzyskano węglan z wydajnością 81%. Kim i współpracownicy (Journal of Catalysis, 232, 2005, s.80-84) ujawniają sposób sprzęgania CO2 i tlenku etylenu wobec układu katalitycznego składającego się z halogenków cynku i trójfenylofosfiny. Reakcję prowadzono przez 1 godz. w temperaturze 100 oC, przy ciśnieniu 34 barów. Najbardziej efektywny okazał się układ składający się z bromkiem cynku i trójfenylofosfiny. Wobec tego katalizatora uzyskano produkt, węglan etylenu, z wydajnością 78%. Podobny układ katalityczny do syntezy węglanu etylenu ujawniono w patencie RU2415837. Produkt otrzymano z wydajnością ok. 98%, ale twórcy nie podają czasu reakcji. Natomiast Huang i współpracownicy (J. Org. Chem. vol. 68, no.17, 2003, s.6705-6709) ujawnili sposób syntezy węglanów w reakcji CO2 i tlenku propylenu wobec trójskładnikowego układu katalitycznego, składającego się z halogenków sodu, trójfenylofosfiny oraz fenolu. Reakcję sprzęgania prowadzono przez 4 godz. w temperaturze 120 oC, pod ciśnieniem 40 bar. Najefektywniejszy okazał się układ katalityczny NaI/PPh3/fenol w obecności którego uzyskano produkt z 96% wydajnością. Zgłaszane rozwiązanie ma przewagę nad powyższymi, ze względu na wyższą wydajność przy niższych stężeniach katalizatora i krótszym czasie reakcji oraz wyeliminowanie konieczności stosowania fenolu w wolnej formie. Zakończono badania laboratoryjne, sformułowano koncepcję prowadzenia procesu ciągłego oraz przygotowano projekt bazowy dla instalacji pilotażowej. Obecnie trwa projektowanie i budowa instalacji pilotażowej o zdolności 2,5 – 5 kg EC/h. Rozruch oraz badania na instalacji są przewidziane na lata 2024/2025. TRL dla całego projektu opracowania technologii produkcji węglanu etylenu można oszacować na 4/5.