JP2000063326A - 酢酸ビニルの改良製造方法 - Google Patents
酢酸ビニルの改良製造方法Info
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Abstract
高い圧力にて達成する。 【解決手段】 エチレンと酢酸と酸素との反応による酢
酸ビニルの製造方法において、エチレンを反応器から抜
き取られたガスより回収すると共に、反応器への組合せ
供給物におけるエチレンの量が少なくとも60モル%と
なるよう反応器へ循環させる。
Description
法に関するものである。
在下におけるエチレンのアセトキシル化により製造する
ことができる。酢酸ビニルの他に、二酸化炭素も副生生
成物として生成される。
未反応エチレンとを反応容器から流出するガスより回収
する。未反応エチレンを新鮮エチレンと一緒に反応容器
に循環させる。循環エチレンは或る程度の二酸化炭素と
他の副生生成物とを含有すると共に、或る程度のたとえ
ば窒素およびアルゴンのような不活性ガスをも含有す
る。これら諸成分の存在は反応容器への供給物における
エチレンの濃度を制限する。
響を及ぼす因子は完全には理解されていない。当業者に
よる一般的な見解は、反応混合物におけるエチレンの濃
度が閾値を超えると酢酸ビニルの生成速度がエチレンの
濃度とは無関係になるということである。この見解の背
後にある合理性は、たとえエチレンが速度決定過程に関
与するとしてもエチレンに関する酢酸ビニルの生成速度
がエチレンの化学量論量より高い量を越えるとゼロにな
る傾向を有することである。換言すれば、過剰量のエチ
レンが反応体混合物に存在する限り、この過剰量の程度
は生成される酢酸ビニルの量に負担をかけてはならな
い。
ッドソン等[フロント・ケミカル・リアクション・エン
ジニアリング(1984)、第(1)巻、第300〜3
13頁]における実験データにより支持される。このデ
ータは、大気圧にて行われるアセトキシル化反応におい
て生成される酢酸ビニルの量がエチレン濃度を31.6
モル%〜47.4モル%に増大させた際に実質的に一定
に留まることを示している。
るアセトキシル化反応にも拡大される。アベル等[ケミ
カル・エンジニアリング・テクノロジー、第17巻(1
994)、第112〜118頁]においてはエチレンと
酢酸と酸素とを一緒に8bargの全圧力にて反応させ
る。この刊行物は酢酸ビニルの生成速度が反応混合物に
おけるエチレンの濃度には無関係であり、ただし反応器
から流出するエチレンの濃度は30モル%より高いこと
を示している。エチレン濃度がこの数値を越えるよう確
保するため、57モル%のエチレン供給濃度が用いられ
る。
ドラリアはメタルス・アンド・ミネラルス・レビュー
(1970年12月)、第35〜40頁]において、工
業プロセスでは約65%より高いエチレン濃度を選択し
て爆発限界外に保ちうることを提案している。しかしな
がら69.3:30.7のエチレンと酸素とのモル比を
有するガス混合物を用いた実験において、触媒活性は時
間と共に急速に変化した。さらに、酢酸の濃度および/
従ってエチレン濃度は明らかでない。エチレンが回収さ
れて循環されたかどうかも明らかでない。
第17巻(1970)、第366〜374頁において、
80:10:10のエチレン:酸素:酢酸の供給ガスに
つきパラジウム触媒の触媒活性に対する酢酸カリウムの
作用を記載している(図4)。しかしながらエチレンが
循環されたかどうか明らかでなく、また記載された高い
エチレン濃度の有利な作用も明らかでない。
第23巻(1971)、第19〜30頁において酢酸ビ
ニルを生成する反応速度につき記載しており、この速度
はエチレン分圧と共に直線的に変化する一方、二酸化炭
素が生成する速度は一定に留まる。しかしながら、エチ
レンがこの実験で回収および循環されたことは明らかで
ない。
ビニルへの選択率を大気圧よりも高くして達成すること
にある。
際、反応体混合物におけるエチレンの濃度が60モル%
を越えて増加すれば酢酸ビニルへの選択率も増大するこ
とを突き止めた。この知見は当業界における技術的偏見
とは異なる。
ルの製造方法を提供し、この方法は (a)エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを反応器中へ導
入し; (b)前記エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを大気圧以
上にて前記反応器内で触媒物質の存在下に反応させて酢
酸ビニルを生成させ; (c)前記反応器から未反応エチレンと酢酸ビニルと二
酸化炭素副生物とたとえば窒素および/またはアルゴン
のような不活性ガスとからなるガスを抜き取り; (d)前記反応器から抜き取られたガスより未反応エチ
レンを必要に応じ少量の二酸化炭素および不活性ガスと
一緒に回収し; (e)工程(d)からの回収エチレンおよび追加エチレ
ンを工程(a)における前記反応器に導入し、ここで反
応器への組合せ供給物におけるエチレンの量を少なくと
も60モル%とする工程からなることを特徴とする。
成酢酸ビニルを回収する工程をも含む。
rg))より高い圧力にて酢酸ビニルを製造するための
新規かつコスト上効果的なルートを提供する。この反応
は5x104Paゲージ(0.5barg)〜2x10
6Paゲージ(20barg)、好ましくは6x105
Paゲージ(6barg)〜1.4x106Paゲージ
(14barg)、特に好ましくは7x105Paゲー
ジ(7barg)〜1.2x106Paゲージ(12b
arg)の圧力にて行うことができる。これら圧力条件
は、エチレンと触媒の表面との間の相互作用に影響を与
えて、供給物におけるエチレンの量が60モル%を越え
て増大した際に酢酸ビニルの生成に対する選択率の増大
が観察されると思われる。この作用は驚異的である。エ
チレンに関する酢酸ビニルの生成速度は、少なくとも5
7モル%の初期エチレン濃度をアベル等[ケミカル・エ
ンジニアリング・テクノロジー、第17巻(199
4)、第112−118頁]に教示されたように用いれ
ばゼロ程度になると予想される。
択率の増加は2つの因子の組合せにより説明することが
できる。生成される酢酸ビニルの量の増加に加え、供給
物におけるエチレンの量の増加が副生成物として生成さ
れる二酸化炭素の量を減少させることも判明した。次い
で、これは回収された未反応エチレンから分離せねばな
らない二酸化炭素の量および/または回収エチレンと共
に反応器へ循環される二酸化炭素の量を減少させること
ができる。
とすることができる。好ましくは、流動床反応器内に流
動床触媒を用いる。
とを含む。好ましくは、触媒は補助促進剤をも含む。こ
れら化合物は好適には支持体上に収容される。
ウムである。金属は触媒の全重量に対し0.2重量%よ
り大、好ましくは0.5重量%より大、特に約1重量%
の濃度にて存在させることができる。金属濃度は10重
量%程度に高くすることもできる。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(Na2P
dCl4もしくはK2PdCl4)、酢酸パラジウム、
硝酸パラジウム(II)、H2PdCl4または硫酸パ
ラジウム(II)を包含する。
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。好適促進剤は金である。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。好適な金化合物はHA
uCl4である。促進剤金属は仕上触媒に0.1〜10
重量%の量にて存在させることができる。
できる。適する補助促進剤は第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/またはランタンを包含し、これらは
仕上触媒に塩(たとえば酢酸塩)として存在させる。好
適塩は酢酸カリウムもしくはナトリウムである。補助促
進剤は、触媒組成物中に15%までの濃度にて存在させ
ることができる。触媒が固定床触媒である場合、補助促
進剤濃度は好適には3〜11重量%である。触媒が流動
床触媒であると共に酢酸を液状で反応器中へ導入する場
合、補助促進剤は6重量%まで、好ましくは3.5〜
5.5重量%、特に5重量%の濃度にて存在させること
ができる。触媒が流動床触媒であると共に酢酸を蒸気と
して反応器中へ導入する場合、補助促進剤は全触媒の1
1重量%までの濃度にて存在させることができる。
に、補助促進剤の揮発性に基づき触媒物質における補助
促進剤のレベルは経時的に減少し、従って触媒活性の損
失をもたらす。触媒における補助促進剤の一定濃度を維
持するには、新鮮補助促進剤を反応に際し触媒に添加す
ることができる。これは好適には、補助促進剤物質を液
体酢酸供給物に或いは液体循環酢酸に添加して行うこと
ができる。代案として、追加補助促進剤を溶液として
(たとえば水中もしくは酸中)たとえばノズルのような
適する注入手段を介する噴霧によって直接導入すること
もできる。
持体は多孔質シリカ、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。典型的には支持体は、触媒粒子の少なくとも
60%が2x10−4m(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90%は1.05x
10−4m(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4x10−5m(40
μm)未満の直径を有する。
ができる。好適には触媒作成法の第1段階は、所要の第
VIII族金属と促進剤金属とを可溶性塩の形態で含有
する溶液により支持材料を含浸させることを含む。この
種の塩の例は可溶性ハロゲン誘導体である。含浸溶液は
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5
0〜99%に相応するようにする。
囲圧力もしくは減圧下で周囲温度〜150℃、好ましく
は60〜130℃で乾燥させる。この種の物質を金属状
態まで変換させるには、含浸支持体をたとえばエチレ
ン、ヒドラジン、ホルムアルデヒドもしくは水素のよう
な還元剤で処理する。水素を用いる場合は、一般に触媒
を100〜850℃まで加熱して完全還元を行う必要が
ある。
洗し、次いで乾燥させる。次いで乾燥キャリアに所要量
の保持促進剤を含浸させた後、乾燥させる。代案とし
て、濡れた還元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。
素含有ガスとを触媒物質の存在下に反応させることから
なっている。エチレンは実質的に純粋な形態で使用する
ことができ、或いは窒素、メタン、エタン、二酸化炭素
および水蒸気としての水の1種もしくはそれ以上のまた
は水素、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もできる。
の量は少なくとも60モル%である。組合せ供給物にお
けるエチレン濃度の上限値は、(a)供給物中に酸素お
よび酢酸反応体を有する必要性、並びに(b)二酸化炭
素および他の副生物、さらにたとえば窒素および/また
はアルゴンのような不活性ガスを除去するための反応器
からのガスパージにおけるエチレンの損失などを含め多
くの因子により決定される。好適には、組合せ供給物に
おけるエチレンの量は85モル%までである。好ましく
は、組合せ供給物におけるエチレンの量は少なくとも6
0〜80モル%の範囲である。
炭素および不活性物質を除去すべく反応システムから排
気されるガスにおけるエチレンの損失増加をもたらしう
る。しかしながらシステムにおける不活性物質の量を減
少させれば、排気せねばならないパージガスの量を減少
させることができ、従ってエチレンの損失も減少させる
ことができる。たとえば窒素および/またはアルゴンの
ような不活性ガスを除去するため反応器からパージガス
を排気する必要性は次の方法の1つもしくはそれ以上で
削減することができる:
素、メタンおよびエタンのような不活性物質の減少/最
小化。
びアルゴンのような不活性物質の減少/最小化。
ような不活性物質の減少/最小化。
ジを用いることによる、各装置への不活性ガスパージの
減少/排除。
小化、またはエチレンもしくは二酸化炭素の使用。
への窒素の漏れの減少/排除。
減少/排除。
ド)に先立つオフガス予備スクラバーで使用される水に
おける不活性物質の減少/最小化。
素注入システムの設計。
り分子状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。好ましくはガスは酸素である。反応器
への組合せ供給物における酸素の量は、たとえば変換率
および反応器から流出するガスの可燃性限界などの因子
により決定される。好ましくは、反応器への組合せ供給
物における酸素の量は4〜15モル%、好ましくは4〜
12モル%の範囲である。
きる。必要に応じ、或る程度の酢酸を蒸気として導入す
ることもできる。酢酸は高度精製する必要がなく、すな
わち粗製酢酸とすることができる。好適には液体酢酸を
任意適する注入手段により、たとえばガスを用いて液体
の噴霧を促進するノズルにより流動床反応器に導入する
ことができ、或いは液体オンリースプレー型ノズルも使
用することができる。さらに循環酢酸を反応器中へ導入
することもできる。必要に応じ少量の水を含有する循環
酢酸を粗製酢酸と予備混合することができ、或いは別途
の注入手段により反応器中へ導入することもできる。好
適には反応器への組合せ供給物における酢酸の量は10
〜20モル%の範囲であり、水の量は反応器中へ流入す
る酢酸および水の合計に対し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%未満である。
00〜400℃、好ましくは140〜210℃の温度に
て操作することができる。
行うことができる。
ガスにより、(i)凝縮性生成物を凝縮によりガスから
分離すると共に(ii)工程(i)からのガスをエチレ
ンを回収すべくたとえば膜分離もしくは化学処理により
処理する各工程によって回収することができる。凝縮性
生成物は抜き取られたガスから、たとえば熱交換器を用
いる凝縮により或いは液体酢酸の流れに対し向流により
ガスを急冷し、および/または酢酸ビニルを吸収する凝
縮性生成物を急冷して分離することができる。
をスクラバー内で酢酸と接触させて残留酢酸ビニル生成
物を除去し;(b′)工程(a′)の生成物をスクラバ
ー内で水により処理して酢酸を除去し;(c′)二酸化
炭素を工程(b′)の生成物におけるエチレンから炭酸
カリウムとの接触により除去するという諸工程で構成す
ることができる。ベンフィールド系を用いることができ
る。
の前記および他の特徴につきさらに説明する:
パニーから入手)とデグッサ・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
合物を噴霧乾燥することにより微小球シリカ支持体を作
成した。乾燥支持体において、シリカの80%はゾルか
ら生ずると共にシリカの20%はエアロシル(商標)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。
なく、反応器寸法および操作条件に応じこの分布におけ
る変化も考えられると理解すべきである。
a2PdCl4H2O(21.4gのPdを含有)およ
びHAuCl4H2O(7.23gのAuを含有)の溶
液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。
N2H4の2%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、混合物を濾過すると共に4x
8.3Lの蒸留水で洗浄した。次いで固体を1晩乾燥さ
せた。
液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。
て酢酸ビニルを作成した。反応器の略図を図1に示す。
入口16、18とを有するチューブ状ハウジング12を
規定する。反応器10はさらにハウジング12内に位置
せしめた焼結グリッド板20をも備える。
動床触媒を充填して流動床を形成させる。エチレンと窒
素と酸素と気化した酢酸と必要に応じ気化した水とを含
む供給ガスを、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。
スフロー制御器(図示せず)により制御する。酢酸を2
73g/hrの速度にて反応器10に供給する。酸素を
第1および/または第2入口16、18を介し、反応器
10中への酸素の全速度が83.3g/hrとなるよう
導入する。エチレンの流れを表1に示したように変化さ
せる。一定容積のガス処理量を、窒素の流れを調整して
相応に維持する。
と共に、反応器温度を152℃に維持する(流動床内の
6カ所にて測定)。反応器10に到る経路および反応器
10からの経路の全て(図示せず)を加熱すると共に1
60℃に維持して、反応器供給物および/または生成物
が内部で凝縮しないよう防止する。
000ガスクロマトグラフを用いてオンラインで分析
し、この装置にはフレーム・イオン化検出器(FID)
および熱伝動率検出器(TCD)の両者を装着する。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により定量する。酸素と窒素とを分子篩
カラムで分離すると共にTCDにより定量する。酢酸ビ
ニルと酢酸と他の副生物とをDB1701毛細管カラム
で分離すると共にFIDにより定量する。
ニルのg数。 (2)VA選択率=VA/(VA+1/2CO2)。
度が増加する際に酢酸ビニルの生成速度がどのように変
化するかを示す。グラフは、エチレン濃度が20モル%
から60モル%まで増加する際に酢酸ビニルの生成速度
も増加することを示す。
度が増加する際に一酸化炭素の生成速度がどのように変
化するかを示す。グラフは、エチレン濃度が20モル%
から60モル%まで増加する際に二酸化炭素の速度が減
少することを示す。
の方法の選択率がどのように酢酸ビニルの生成につき益
々選択性が大となるかを示す。
支持体を用いる。
Na2PdCl4H2O(1000gのPdを含有)お
よびHAuCl4H2O(400gのAuを含有)の溶
液を初期湿潤化により含浸させる。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%溶液に添加する。この混合
物を時々撹拌しながら静置させた。その後、混合物を濾
過すると共に4x200Lの蒸留水で洗浄した。次いで
固体を1晩乾燥させた。
液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。
反応器を用いて酢酸ビニルを作成する。酢酸を反応器1
0中へ227g/hrの速度で導入すると共に、酸素を
83.3g/hrの速度で導入する。
ニルのg数。 (2)VA選択率=VA/(VA+1/2CO2)。
および17の結果を比較すれば判るように、触媒活性の
顕著な低下がこの実験の経過にわたり観察される。この
触媒失活は、各例の酢酸ビニルおよび二酸化炭素の生成
速度を直接には比較しえないことを意味する。
えて増加する際、この方法の選択率がどのように酢酸ビ
ニルの生成につき益々選択性となるかを示す。
略図である。
度との関係を示すプロット図である。
度との関係を示すプロット図である。
ン濃度との関係を示すプロット図である。
ン濃度との関係を示すプロット図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 (a)エチレンと酢酸と酸素含有ガスと
を反応器中へ導入し; (b)前記エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを、大気圧
以上にて前記反応器内で触媒物質の存在下に反応させて
酢酸ビニルを生成させ; (c)前記反応器から未反応エチレンと酢酸ビニルと二
酸化炭素副生物とたとえば窒素および/またはアルゴン
のような不活性ガスとからなるガスを抜き取り; (d)前記反応器から抜き取られたガスより未反応エチ
レンを必要に応じ少量の二酸化炭素および不活性ガスと
一緒に回収し; (e)工程(d)からの回収エチレンおよび追加エチレ
ンを工程(a)における前記反応器に導入し、ここで反
応器への組合せ供給物におけるエチレンの量を少なくと
も60モル%とする工程からなることを特徴とする酢酸
ビニルの製造方法。 - 【請求項2】 エチレンを前記反応器から抜き取られた
前記ガスより、(i)ガスから凝縮性生成物を分離する
と共に(ii)工程(i)からのガスをエチレンを膜分
離もしくは化学処理により回収すべく処理する工程によ
り回収する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 凝縮性生成物を、熱交換器の使用または
酢酸ビニル生成物を吸収する液体酢酸および/または凝
縮性生成物の流れに対向して流動するガスの冷却により
分離する請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 化学処理が、(a′)工程(i)からの
ガスをスクラバーにて酢酸と接触させることにより残留
酢酸ビニル生成物を除去し;(b′)工程(a′)の生
成物をスクラバー内で水により処理して酢酸を除去し;
(c′)工程(b′)からの生成物におけるエチレンか
ら二酸化炭素を炭酸カリウムとの接触により除去する工
程からなる請求項2または3に記載の方法。 - 【請求項5】 反応器への組合せ供給物におけるエチレ
ンの量が少なくとも60〜85モル%の範囲、好ましく
は少なくとも60〜80モル%の範囲である請求項1〜
4のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 反応器への組合せ供給物における酸素の
量が4〜15モル%の範囲である請求項1〜5のいずれ
か一項に記載の方法。 - 【請求項7】 反応器への組合せ供給物における酢酸の
量が10〜20モル%の範囲である請求項1〜6のいず
れか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 エチレンと酢酸と酸素含有ガスとを前記
反応器内で5x10 4Paゲージ(0.5barg)〜
2x106Paゲージ(20barg)、好ましくは6
x105Paゲージ(6barg)〜1.4x106P
aゲージ(14barg)、特に好ましくは7x105
Paゲージ(7barg)〜1.2x106Paゲージ
(12barg)の圧力にて反応させる請求項1〜7の
いずれか一項に記載の方法。 - 【請求項9】 前記触媒物質が第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、必要に応じ第
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とからなる請求項1〜8の
いずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】 反応器が流動床反応器からなり、触媒
が流動床触媒からなる請求項1〜9のいずれか一項に記
載の方法。
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