將氨氣及二氧化碳的廢氣體蒸氣通過中間產物轉變為酞菁化合物的具有成本效益的工序的制作方法
【專利說明】將氨氣及二氧化碳的廢氣體蒸氣通過中間產物轉變為酞菁 化合物的具有成本效益的工序
[0001] 本申請案主張2012年9月24日申請的第2755/MUM/2012號印度專利申請案的優 先權。所述申請案的全部內容以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種金屬酞菁化合物與無金屬酞菁化合物之工序，特別是但并不限于 酞菁銅藍（CuPC)之工序。更進一步地，本發明涉及一種利用及轉變氨氣及二氧化碳的廢 氣體蒸氣成便于利用的酞菁中間產物并原位地將酞菁中間產物轉變為各種酞菁化合物，例 如：酞菁銅藍。當中，氨氣及二氧化碳的廢氣體蒸氣之水溶液亦可視為氨基甲酸銨水溶液。 通過本發明之工序，可以減少原料消耗，特別是尿素化合物或其鹽類。因此，可以較低的成 本生產酞菁化合物以及可以極低的環境責任處理酞菁工序中的廢氣。
[0003] 為了在低成本與產生最少廢棄物的情況下制備酞菁化合物，通過本發明可使得制 備酞菁化合物變得更為環保與經濟，而環保與經濟亦為現下所追求。此外，本發明大幅地降 低在酞菁工序工廠中所產生的廢氣中的氨氮負載量。
【背景技術】
[0004] 對于制備如酞菁銅等酞菁化合物，習知地于工業上廣泛地使用將鄰苯二甲酸酐和 /或其衍生物、銅化合物以及尿素在一催化劑存在下于一惰性溶劑中加熱之方法，而此種方 法被稱為尿素法或者惠勒法。
[0005] 前述尿素法乃于工業上被廣泛地應用至今。于工序中，鄰苯二甲酸酐是與尿素化 合物以及一價金屬鹽于一催化劑的存在下進行反應。當中，催化劑通常是鉬酸銨或鉬化氧。 若屬適當，前述反應是在介于攝氏150度至250度之間的一惰性溶劑當中進行。惰性溶劑 舉例而言為Hysolve溶劑、三氯苯、硝基苯、硝烷基苯、環丁颯、或二氯苯。前述溶劑（若存 在）是用過濾或是真空蒸餾的方式去除，而酞菁銅的粗產物是通過與稀釋的無機酸一起煮 沸而萃取。對于以鄰苯二甲酸酐及銅鹽制備酞菁銅的情況而言，雖然使用了，大部分情況下 為每一摩爾的鄰苯二甲酸酐使用二至四摩爾的，過量的尿素，此工序之實際產率僅能達到 理論產率的百分之70至90。通常來說，鄰苯二甲酸酐與尿素的反應時間約為12至16小 時。然而，在反應過程中分解的尿素化合物乃部分地參與反應并部分地自反應器脫出并逸 散至大氣中。于前述工序中，此些廢氣體蒸氣是通過水吸收并再處理以制備氨水溶液或如 硫酸銨、磷酸銨、碳酸銨等銨鹽。
[0006] 此一副產物之處置造成了一大問題。并且，這些處理程序及制備程序也包含在成 本內因而降低凈收益。因此，為了顧及產物的純度與產率，成本的提高外以及尿素化合物的 額外消耗都是在現今的工序當中不可避免的。
[0007] 現今并沒有任何工序可以解決前述缺失、問題以降低生產成本。因此，通過一種最 具成本效益的方式，發展可以制備高產率及高純度的酞菁化合物的工序是被深切期望的。 亦即，通過將氨氣與二氧化碳廢氣轉變成有用的中間產物，如鄰苯二甲醯亞胺、1，3-二亞氨 基異吲哚啉等并再通過與適量的尿素化合物反應，在金屬鹽類與高沸點溶劑的存在下，將 此些中間產物原位地轉變為高產率與高純度的酞菁化合物。本發明人致力于克服前述問題 及達成前述要求而最終完成了以下之發明。圖1為在尿素化合物及金屬鹽的存在下可以形 成酞菁化合物之各種中間產物之圖例。
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【發明內容】
[0009] 本發明揭示一種可以解決及降低氨氣與二氧化碳氣體廢氣量及前述相關處理問 題的工序，通過于反應中洗滌水溶液中的氨氣與二氧化碳廢氣及使溶液飽和而讓氨濃度介 于約10至35重量百分比。在攝氏110度至攝氏250度之間且具有一或多個適當催化劑的 存在下，此溶液接著與鄰苯二甲酸酐及一或多個溶劑反應而制造酞菁中間產物，例如鄰苯 二甲醯亞胺、1，3-二亞氨基異吲哚啉或1，2-二氫-3H-吲唑-3-酮伴隨少量的鄰苯二甲腈 等化合物。接著，在恰巧足夠的門檻量的尿素化合物及金屬鹽的幫助下，這些中間產物原位 地轉變為酞菁銅、無金屬酞菁或者金屬酞菁化合物，例如酞菁鐵、酞菁鎂、酞菁鈷、酞菁鋁或 者其他的金屬酞菁化合物，當中金屬可為硅、鉻、錳、鈦、鎳、鋅、釕、鋰等。此工序使用了幾乎 全部的氨氮，而少量未反應的氨氮則再次地被捕捉并回收以通過類似上述方式制備酞菁中 間產物。
[0010] 于本發明中，適當的溶劑為高沸點溶劑，包含硝基苯、硝基甲苯類化合物、如二氯 甲苯的氯甲苯類化合物、氯苯類化合物、直鏈烷基苯類化合物、環丁颯、1，2-二氯苯、二甲基 甲醯胺及其衍生物。
[0011] 于本發明中，適當的催化劑為鄰苯二甲醯亞胺、1，3-二亞氨基異吲哚啉或1，2- 二氫-3H-吲唑-3-酮以及如稀釋硝酸或稀釋硝酸的鹼金屬鹽的無機化合物。
[0012] 在本發明之另一實施態樣中是關于通過前述工序制備酞菁銅。
[0013] 圖2為本發明合成酞菁銅（CuPC)之工序流程圖，如下：
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[0015] 因此，本發明的一目的與優點在于提供一個工序，可以通過具有成本效益及環保 的方式，在酞菁銅、無金屬酞菁化合物或其他金屬酞菁化合物的制備程序中將氨氣及二氧 化碳廢蒸氣轉變為可利用的中間產物以制備高純度及高產率的酞菁化合物。此工序也可用 來制備其他金屬酞菁化合物或無金屬酞菁化合物。
[0016] 本發明的另一目的與優點在于提供一個工序，可以將在酞菁銅制備程序中生成的 中間產物原位地轉變為高純度及高產率的酞菁銅。
[0017] 本發明的又一目的與優點在于提供一個工序，可以完全的解決氨氣及二氧化碳廢 氣的處理問題，并將此些廢氣轉變成有用的中間產物而可以制備高純度與高產率的酞菁 銅。
[0018] 本發明的再一目的與優點在于提供一個工序，其使用最少量的尿素化合物而可以 減少廢棄物的產生、降低廢棄物處理成本以及降低原物料的耗費成本。
[0019] 本發明的還一目的及優點在于提供一個工序，此工序是通過尿素工序制備酞菁 銅，而可以高經濟地制造可商業用的高純度的酞菁銅和/或其衍生物。
[0020] 本發明的尚一目的及優點在于提供一個經濟、環保并于商業規模上具有期望的一 致性的良好工序。
【具體實施方式】
[0021] 本發明人為了達成上述目的，乃持續研宄并發現了于本發明中的中間產物可以原 位地被添加回初始反應物中，對于使用銅鹽及鄰苯二甲酸酐/尿素工序的情況，實際產率 可以到92至95%。
[0022] 此外，由于在工序中氨與二氧化碳的濃度會不斷復原并以處于活性狀態的形式被 回收，因此在