JP2000063325A - 酢酸ビニルの製造方法 - Google Patents
酢酸ビニルの製造方法Info
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Abstract
ルに維持すると共に反応システムを所望の操作温度に保
持する。 【解決手段】 エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを触媒
物質の存在下に高められた温度で合して(i)酢酸ビニ
ルからなる生成混合物と(ii)酢酸および水からなる
液体副生物と(iii)二酸化炭素からなる気体副生物
とを生成させる酢酸ビニルの製造方法において、液体副
生物を生成混合物から分離すると共に、反応器へ循環さ
せる前に水含有量を減少させるよう処理して、反応器に
流入する水の量が反応器に流入する酢酸および水の合計
の6重量%未満、好ましくは4重量%未満、より好まし
くは3重量%未満となるようにする。
Description
けるエチレンと酢酸と酸素含有ガスとからの酢酸ビニル
の製造方法に関するものである。
動床触媒の存在下に酢酸ビニルを製造する流動床法はた
とえばEP−A−0685449号、EP−A−068
5451号およびEP−A−0672453号から公知
である。
器における酢酸ビニルの製造方法を開示しており、この
方法はエチレンと酢酸とを1個もしくはそれ以上の入口
を介し流動床反応器に供給し、酸素含有ガスを少なくと
も1個の他の入口を介し流動床反応器に供給し、酸素含
有ガスとエチレンと酢酸とを流動床反応器内で合すると
共に流動床触媒物質と接触させることによりエチレンと
酢酸と酸素とを反応させて酢酸ビニルを生成させると共
に、酢酸ビニルを流動床反応器から回収することができ
る。
の製造は発熱反応であり、発生した流動床反応器の熱を
冷却する手段を設ける必要がある。これに失敗すると反
応器の温度制御の喪失および場合により熱損失をもたら
しうる。熱損失の安全性問題に加え、関与する高温の結
果として触媒損傷/失活の可能性も生ずる。
への液体の注入であって、液体の蒸発により熱を除去す
る目的で液体を反応器中へ導入する。
目的に使用することができる。しかしながら、反応を効
果的に冷却しながら前記目的につき水を導入すること
は、驚くことに酢酸ビニル生成物への選択率に悪影響を
及ぼすことが判明した。或いは液体酢酸をシステムの冷
却に使用することもできる。EP−A−0847982
号は、この目的で循環酢酸の導入を開示している。EP
−A−0847982号はさらに、反応の副生物として
の循環流に水を存在させうることをも記載している。実
際には、酸循環流から全ての水を除去するのは極めて困
難かつ実用的に不便である。
液体酢酸を反応器中へ導入することにより、循環流が低
濃度であるが効果的な水の濃度であれば、許容しうるレ
ベルに維持しうると共に反応システムを所望操作温度に
保ちうることが突き止められた。
ビニル生成物の選択率を許容しうるレベルに維持すると
共に反応システムを所望の操作温度に保持することにあ
る。
給し、エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを反応器内で高
められた温度にて触媒物質の存在下に合して(i)酢酸
ビニルからなる生成混合物と(ii)酢酸および水から
なる液体副生物と(iii)二酸化炭素からなる気体副
生物とを生成させ;(b)液体副生物を生成混合物から
分離し;(c)水含有量を減少させるよう液体副生物を
処理し;(d)処理された副生物を反応器に循環させ、
ここで反応器に流入する水の量が反応器に流入する酢酸
と水との合計に対し6重量%未満、好ましくは4重量%
未満、より好ましくは3重量%未満になるようにするこ
とを特徴とする酢酸ビニルの製造方法を提供する。
を反応器中へ比較的低レベルにて好適には液体副生物循
環における酢酸と混合して反応器中へ導入することによ
り酢酸ビニル生成物の高い選択率を得て従来技術に伴う
問題を解決する。反応器中へ流入する酢酸とは全酢酸、
すなわち新鮮酢酸および循環酢酸を意味する。
を制限すれば、反応に及ぼすことが判明している悪作用
が減少すると共に冷却効果を達成する。
スと酢酸とからの酢酸ビニルの製造方法を提供する。エ
チレンは実質的に純粋とすることができ、或いは窒素、
メタン、エタン、二酸化炭素、水素および/または低レ
ベルのC3/C4アルケンもしくはアルカンの1種もし
くはそれ以上と混合することができる。反応器への組合
せ供給物におけるエチレンは少なくとも60モル%とす
ることができる。
酸素の豊富もしくは貧弱なガスとすることができる。好
適にはガスはたとえば窒素、アルゴンもしくは二酸化炭
素のような適する希釈剤で希釈された酸素とすることが
できる。好ましくは酸素含有ガスは酸素である。
支持体における第VIII族金属系触媒である。好まし
くは第VIII族金属はパラジウムである。適するパラ
ジウムの供給源は塩化パラジウム(II)、テトラクロ
ルパラジウム酸(II)ナトリウムもしくはカリウム
(Na2PdCl4もしくはK2PdCl4)、酢酸パ
ラジウム、H2PdCl4、硝酸パラジウム(II)お
よび硫酸パラジウム(II)を包含する。好適にはパラ
ジウム濃度は触媒の全重量に対し少なくとも0.2重量
%、好ましくは0.5重量%より大、特に約1%であ
る。パラジウム濃度は10重量%程度に高くすることも
できる。
をも含む。適する促進剤は金、銅および/またはニッケ
ルを包含する。好適金属は金である。適する金の供給源
は塩化金、テトラクロル金酸HAuCl4、NaAuC
l4、KAuCl4、酢酸ジメチル金、アセト金酸バリ
ウムもしくは酢酸金を包含する。好適化合物はHAuC
l4である。金属は仕上触媒中に0.1〜10重量%の
量にて存在させることができる。
適にはさらに補助促進剤をも含むことができ、これは第
I族、第II族、ランタニド族もしくは遷移金属、たと
えばカドミウム、バリウム、カリウム、ナトリウム、
鉄、マンガン、ニッケル、アンチモンおよび/またはラ
ンタンから選択される金属であって、仕上触媒中に塩
(典型的には酢酸塩)として存在させる。一般にカリウ
ムを存在させる。金属は仕上触媒における金属に対し
0.1〜15重量%、好ましくは1〜5重量%の濃度で
存在させることができる。好適には触媒は15重量%ま
での補助促進剤を含むことができる。この方法を固定床
反応器で行う場合、3〜11重量%の補助促進剤濃度を
有することが好ましい。この方法を流動床反応器で行う
と共に特に液体酢酸を用いる場合、補助促進剤の好適濃
度は6重量%まで、特に液体酢酸供給物を用いる場合は
2.5〜5.5重量%である。酸を蒸気相で導入する場
合、補助促進剤は11重量%までの濃度にて存在させる
ことができる。
孔質シリカ、アルミナ、シリカ/アルミナ、シリカ/チ
タニア、チタニア、ジルコニアもしくは炭素を包含す
る。好ましくは支持体はシリカである。好適には支持体
は支持体1g当たり0.2〜3.5mlの気孔容積と支
持体1g当たり5〜800m2の表面積と0.3〜1.
5g/mlの見かけ嵩密度とを有することができる。流
動床操作につき、支持体は典型的には触媒粒子の少なく
とも60%が200μm未満の粒子直径を有するような
粒子寸法分布を有することができる。好ましくは触媒粒
子の少なくとも50%、より好ましくは少なくとも80
%、特に好ましくは少なくとも90%は105μm未満
の粒子直径を有する。好ましくは触媒粒子の40%以下
は40μm未満の直径を有する。
号に詳細に記載された方法により作成することができ
る。好適には触媒作成法の第1段階は、所要の第VII
I族金属および促進剤金属を可溶性塩の形態で含有する
溶液による支持材料の含浸である。この種の塩の例は可
溶性ハロゲン誘導体である。含浸用溶液は好ましくは水
溶液であり、使用する溶液の容積は支持体の気孔容積の
50〜100%、好ましくは気孔容積の50〜99%に
相当するような容積である。
下に周囲温度〜150℃、好ましくは60〜130℃に
て金属還元に先立ち乾燥させる。この種の物質を金属状
態まで変換するには、含浸支持体をたとえばエチレン、
ヒドラジンもしくはホルムアルデヒドまたは水素のよう
な還元剤で処理する。水素を使用する場合は、一般に触
媒を100〜850℃まで加熱して完全な還元を行う必
要がある。
水洗し、次いで乾燥させる。次いで乾燥されたキャリア
に所要量の補助促進剤を含浸させ、次いで乾燥させる。
代案として、湿潤な還元された洗浄物質に補助促進剤を
含浸させ、次いで乾燥させる。
び選択率を最大化させることに基づき触媒性能を最適化
するよう変化させることができる。
含有量を減少させると共にこの処理流を反応器に戻す工
程を必要とする。
法により減少させることができる。好適には、水は液体
副生物流を蒸留カラムに通過させると共に酢酸/水混合
物を蒸留カラムの底部から回収して減少させることがで
きる。カラム内のプレート数は、水濃度における所望の
減少に応じて選択することができる。酢酸/水混合物を
蒸留カラムの底部から液体または蒸気のいずれかとして
抜き取ることができる。酢酸/水混合物の蒸留生成物を
蒸気として抜き取る利点は、腐食金属および他の重質物
での汚染を触媒を被毒する能力が低い液体生成物よりも
低くしうる点である。蒸気生成物に関し、これはさらに
部分凝縮により水濃度を減少させるよう処理することが
できる。この具体例において、蒸留カラムの底部におけ
る全カラム蒸気は、そこに導入された蒸気の1部のみを
凝縮させる凝縮器に通過させる。次いで未凝縮の蒸気を
蒸留カラム中に上方へ移動すると共に、凝縮液を回収し
て反応器に循環させる。好ましくは、部分凝縮器は蒸留
カラム内に位置せしめうるが、ダクトの外部に位置せし
めることもできる。部分凝縮を用いる利点は、蒸留カラ
ム蒸気の1部を抜き取り或いは凝集させてこれを凝縮さ
せることにより得られるよりも低い水濃度を有する蒸留
カラムからの酢酸/水混合生成物を生成する点である。
蒸留カラムの底部からの蒸気生成物における所要の水濃
度を後者の手法(カラム蒸気の1部の全凝縮)で達成す
るには、操作困難性を示しうる低い水濃度で蒸留カラム
を操作せねばならない。典型的には、部分凝縮は副生成
物の酸/水流における水含含有量を5重量%程度まで低
く減少させることができる。反応器中へ流入する酸の流
れにおける水含有量はかくしてこの数値より低くなる。
酢酸との反応のような化学手段によっても減少させるこ
とができる。
酢酸とは別途かつ独立して導入することができる。代案
として、循環流を反応器中へ導入する前に新鮮酢酸と混
合することもできる。新鮮酢酸(これは少量の水しか含
有しない)の反応器への導入は、反応器に供給される水
の量を制限する点で有利である。これは、たとえば吸収
器のような処理の他の部分にて新鮮酢酸を使用するのが
好ましい。これら2つの流れまたは組合せ流を、たとえ
ば流動床反応器グリッド、吹込みバーおよび液体/気体
供給ノズルを含め各種の異なる方法により反応器中へ導
入することができる。酢酸含有流は好ましくは噴霧ノズ
ルを介して導入され、ガスを用いて液体の噴霧を促進さ
せる。代案として、液体オンリー噴霧ノズルを使用する
こともできる。エチレンおよび酸素含有ガスは別々の入
口を介して導入することができる。本発明に使用するの
に適するノズルはWO−A−94/28032号に開示
されている。
典型的には、エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを100
〜400℃、好ましくは140〜210℃の温度および
10 5Paゲージ〜2x106Paゲージ(1〜20b
arg)、好ましくは6x105Paゲージ〜1.5x
106Paゲージ(6〜15barg)の圧力にて触媒
と接触させることにより行われる。
反応器にて行うことができる。好ましくは流動床反応器
を流動床触媒と共に使用する。
発明をさらに説明する。
0381m(1.5インチ)直径を有する。反応器(1
0)は、出口(14)と第1(16)および第2(1
8)入口とを有するチューブ状ハウジング(12)を規
定する。さらに反応器(10)は、ハウジング(12)
内に位置せしめた焼結グリッド板(20)をも備える。
の流動床触媒を充填して流動床を形成させる。エチレン
と窒素と酸素と気化酢酸と気化水とを含む供給物を、第
1入口(16)を介し反応器(10)中へ導入する。酸
素および/または窒素を、第2入口(18)を介し反応
器(10)中へ導入する。
体でなく蒸気として反応器に導入する。かくして各実験
は反応に対する水の作用を示す。液体としての酢酸およ
び水の導入は本発明の方法により冷却をもたらすと予想
される。
未満の水を含む実験である。実験Aは、流れが6%より
多い水を含む点で本発明によらない。
60(ナルコ・ケミカル・カンパニーから入手)とエア
ロシル(商標)シリカ(デグッサ・ケミカル・カンパニ
ーから入手)との混合物を噴霧乾燥して作成した。乾燥
支持体においてシリカの80%はゾルから生じ、シリカ
の20%はエアロシルから生じた。噴霧乾燥された微小
球を空気中で640℃にて4時間にわたり焼成した。触
媒調製物につき使用した支持体の粒子寸法分布は次の通
りである:粒子寸法 % >300μm 2 44〜300μm 68 <44μm 30
なく、この分布における変化も反応器寸法および操作条
件に応じて考えられると理解すべきである。
PdCl4xH2O(1000gのPdを含有)および
HAuCl4xH2O(400gのAuを含有)との溶
液を含浸させた。得られた混合物を充分混合し、1時間
にわたり静置させ、次いで1晩乾燥させた。
留水におけるN2H4の5%溶液に添加し、混合物を時
々撹拌しながら静置させた。その後、混合物の濾過する
と共に4x400Lの蒸留水で洗浄した。次いで固体を
1晩乾燥させた。
を初期湿潤化により含浸させた。得られた混合物を充分
混合し、1時間にわたり静置させ、次いで1晩乾燥させ
た。得られた触媒組成は1.63重量%Pd、0.67
重量%Au、6.4重量%KOAcであった。
器には2個の供給入口を装着する。酸素および窒素を第
2入口を介して供給する一方、エチレンと窒素と酸素と
気化循環酢酸に混合した粗製気化酢酸と(使用する場合
は気化水)を第1入口を介して供給する。エチレン(3
30g/hr)と酢酸(255g/hr)と酸素(8
3.3g/hr)とで供給物を構成した。窒素は表1に
示した通りである。反応器に、上記で作成した300g
の流動床触媒を充填した。酸の流れは水を含有しなかっ
た。
整し、液体をポンプにより供給した。反応器圧力は8b
argに維持した。反応器温度を152℃に維持すると
共に、反応器に到る経路および反応器からの経路を全て
熱処理して160℃に維持し、供給物もしくは生成物の
凝縮を防止した。
D検出器の両者が装着されたクロムパック・モデルCP
9000ガスクロマトグラフによりオンラインで分析し
た。エチレンと二酸化炭素とをポラプロットUカラムで
分離すると共にTCDにより定量し、酸素および窒素を
分子篩カラムで分離してTCDにより定量し、さらに酢
酸ビニルおよび酢酸、並びに他の副生物はDB1701
毛細管カラムで分離してFIDで定量した。データを市
販エクセルスプレッドシートにより解析した。結果を表
1に示す。
有量にて反復した。その結果を表1に示す。
有量にて反復した。その結果を表1に示す。
有量にて反復した。その結果を表1に示す。
%未満まで減少する際に選択率が向上することを示す。
水が供給物系に存在しなければ最大の選択率が得られる
ことに注目すべきである。大規模の工業プラントにおい
てこれは可能であるが、副生成物流における水の全部を
除去することに伴うコストが制限的となるので好ましく
ない。すなわち、工業操作条件は水を含むが、このレベ
ルは組合せ酸流にて6重量%未満に保たれる。6重量%
未満の水を液体として含有する酢酸を導入することによ
り反応器は冷却されるであろう。
ある。
Claims (12)
- 【請求項1】 (a)エチレンと酢酸と酸素含有ガスと
を反応器中へ供給し、エチレンと酢酸と酸素含有ガスと
を反応器内で高められた温度にて触媒物質の存在下に合
して(i)酢酸ビニルからなる生成混合物と(ii)酢
酸および水からなる液体副生物と(iii)二酸化炭素
からなる気体副生物とを生成させ; (b)液体副生物を生成混合物から分離し; (c)水含有量を減少させるよう液体副生物を処理し; (d)処理された液体副生物を反応器に循環させ、ここ
で反応器に流入する水の量が反応器に流入する酢酸と水
との合計に対し6重量%未満、好ましくは4重量%未
満、より好ましくは3重量%未満となることを特徴とす
る酢酸ビニルの製造方法。 - 【請求項2】 液体副生物の水含有量を、液体副生物を
蒸留カラムに通過させると共に蒸留カラムから減少水濃
度を有する蒸留生成物を除去することにより減少させる
請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 減少した水濃度を有する蒸留生成物を蒸
気として蒸留カラムから除去する請求項2に記載の方
法。 - 【請求項4】 蒸留カラムの底部における全蒸気流を部
分凝縮器に通過させると共に、減少した水濃度を有する
蒸留生成物を凝集液として回収する請求項3に記載の方
法。 - 【請求項5】 蒸留生成物が約5重量%の水濃度を有す
る請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 部分凝縮器を蒸留カラム内に位置せしめ
る請求項4または5に記載の方法。 - 【請求項7】 液体副生物の水含有量を化学反応により
減少させる請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 化学反応を無水酢酸で行う請求項7に記
載の方法。 - 【請求項9】 減少した水濃度を有する処理酢酸/水の
液体副生物を、反応器中への導入に先立ち新鮮酢酸と混
合する請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】 触媒物質が第VIII族金属(好まし
くはパラジウム)と金、銅、ニッケルおよびその混合物
よりなる群から選択される促進剤とを含む請求項1〜9
のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項11】 触媒物質が第I族、第II族、ランタ
ニド族および遷移金属よりなる群から選択される補助促
進剤をさらに含む請求項1〜10のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項12】 反応器が流動床反応器からなる請求項
1〜11のいずれか一項に記載の方法。
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