JP2004089883A

JP2004089883A - Reaction apparatus and compound producing method

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Publication number: JP2004089883A
Application number: JP2002255664A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Seiki; 清木　義夫; Kazuto Kobayashi; 小林　一登; Yoshiyuki Takeuchi; 竹内　善幸; Hiroyuki Ozora; 大空　弘幸; Keiichi Akimoto; 秋元　慶一; Noritaka Matsumoto; 松本　典孝
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set the concentration of water in a reactor to a predetermined value or less without increasing energy consumption even in the case of a high reaction temperature. <P>SOLUTION: The mixed vapor discharged from the reactor 1 is separated into first permeated vapor based on water and first non-permeated vapor based on DME and methanol by the first separation membrane 4a of a first separator 4. The obtained first permeated vapor is separated into second permeated vapor based on water and second non-permeated vapor based on DME and methanol by the second separation membrane 6a of a second separator 6 and water is recovered from the second permeated vapor. Further, the first and second non-permeated vapors are introduced into a DME separator 11 to be subjected to gas-liquid separation and the obtained DME is recovered while obtained methanol is refluxed to the reactor 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物の合成に用いられる反応装置及び化合物の製造方法に係り、特に、反応により化合物と水とを生成する反応装置及び化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばＤＭＥ（ジメチルエーテル）の合成方法としては、メタノールの脱水反応により、ＤＭＥと水とを生成するものが知られている。
この合成方法では、反応の進行に伴い生成水と生成ＤＭＥが増加し，反応温度における平衡組成となった時点で，見かけ上反応が停止する。
同一原料メタノール量当たりのＤＭＥ生成量を増加させるために，従来技術では、反応器出口ガスを冷却後，気液分離し，気相としてＤＭＥを回収し，液相として生成水及び未反応メタノールを回収している。更に回収した液相を蒸留塔に導入し、蒸留により水とメタノールとに分離し、分離した水を系外へと排出する一方、分離したメタノールを反応器へと循環させていた。
すなわち反応により生成したＤＭＥと水を反応器から積極的に取り除くことで，反応を促進させている。
また例えば、テレフタル酸の合成方法としては、酢酸等の脂肪族カルボン酸の溶媒存在下、パラキシレンを酸化触媒を用いて空気酸化反応してテレフタル酸を生成するものが一般的である。この合成方法では、酸化反応に伴い水が生成されるために，従来技術では、酸化反応器の酸化排ガス、又は酸化排ガスの凝縮液やその他系内で発生する水含有溶媒を蒸留塔に導入して蒸留を行い、酸化生成水を除去することで反応溶媒を回収している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したＤＭＥプロセスでは、蒸留により水とメタノールを分離しているため、分離にかかるエネルギー消費量が大きくなってしまうという問題がある。
ここで、例えば特開平１０−３０６０６３号公報には、反応器中にメタノールを投入し、脱水反応により炭酸エステルと水とを生成するプロセスにおいて、分離膜を用いて反応器中から排出された溶液（反応液）中の水分を分離し、分離した水を系外へと排出する一方、水分が除去された反応液を反応器へと循環させる技術が提案されており、これを上述したＤＭＥの合成プロセスに適用することが考えられる。
しかしながら、上記公報では、ポリビニルアルコール系複合膜やポリホスファゼン膜など有機系材料からなる分離膜を用いているため、炭酸エステルのように反応温度が低い（１００℃程度）場合には問題ないものの、ＤＭＥのように反応温度が高い（１５０〜４００℃程度）場合には分離膜が熱で破壊されてしまい、水を分離できなくなるという技術的課題がみられた。
尚、このような技術的課題は、上述したＤＭＥの反応装置や合成方法だけでなく、反応物から化合物と水とを生成する反応装置及び化合物の合成方法のうち、高い反応温度を要するものにおいて同様に生じ得るものである。
一方、上述したテレフタル酸プロセスにおいては、水と酢酸の蒸留分離に際して酢酸等の溶媒を水から回収するには希薄酢酸水溶液の比揮発度が小さく水と酢酸は分離が困難なために還流比を高めたり蒸留塔の塔高を高くしたりする必要があり、多大な設備投資やエネルギー消費量を要する問題があった。
【０００４】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的は、反応温度が高い場合にも、エネルギー消費量を増加させることなく或いは、蒸留負荷を下げることによりエネルギー消費量を大幅に削減しつつ反応器中の水の濃度を所定値以下にすることのできる反応装置及び化合物の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、先に、特許第２８０８４７９号公報に示される無機材料製の分離膜を提案しているが、無機材料からなる分離膜は、有機材料からなる分離膜と比較して耐高温性に優れる半面、分離性能（分離係数）が低く，分離した水の中に反応物や化合物等の成分が多く含まれやすくなる、すなわち、反応物や化合物の回収効率が低下してしまうという問題がある。また前述の無機分離膜は，厚さ数ｍｍのセラミックス基材の上に，厚さ数十μｍのシリカゲル膜が塗布されている構造を有しており、分離性能を高くしようとして膜を二重に重ねて使用した場合、薄いシリカゲル膜層が物理的な損傷を受け、分離膜としての機能がかえって低下してしまう事が予想される。
そこで、本発明者は、無機材料からなる分離膜を使用する場合の留意点として、分離膜で分離しきれなかった水以外の成分を回収することが重要であるという知見を得、本発明を案出するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の反応装置は、溶媒の存在下又は非存在下において、反応物基質より目的化合物及び水を生成すると共に、これら化合物、水及び反応物の少なくとも水を含む混合蒸気を発生する反応器と、
無機材料にて構成されると共に、前記反応器から排出された混合蒸気を、前記化合物及び反応物反応基質、前記目的化合物又は前記溶媒の少なくとも一種を主成分とする第一蒸気と前記水を主成分とする第二蒸気とに分離する上流側分離膜と、
無機材料にて構成されると共に、前記上流側分離膜から排出された前記第二蒸気を、前記化合物及び反応物反応基質、前記目的化合物又は前記溶媒の少なくとも一種を主成分とする第三蒸気と前記水を主成分とする第四蒸気とに分離する下流側分離膜と、
前記第一蒸気及び前記第三蒸気を直接又は凝縮させて前記反応器内に還流させる還流路と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の反応装置によれば、上流側分離膜及び下流側分離膜として、無機材料にて構成されるものを用いているので、エネルギー消費量を増加させることなく高温の蒸気を分離することができる。また、上流側分離膜で分離することができずに第二蒸気中に残った化合物及び反応物を、下流側分離膜で分離し第三蒸気として回収するようにしたので、無機材料からなる分離膜を用いた場合にも分離性能の低下を防止することができる。そして、上流側分離膜で分離された第一蒸気と下流側分離膜で分離された第三蒸気とを、反応器内に還流させるようにしたので、反応器中の水の濃度を所定値以下にすることができ、反応の促進を図ることができる。
【０００７】
本発明の反応装置において、上流側分離膜及び下流側分離膜は、無機多孔体の細孔内に、エトキシ基またはメトキシ基を含むアルコキシシランの加水分解により得られたシリカゲルを担持させたものとすることができ、これによれば、上流側分離膜及び下流側分離膜単体の分離性能を向上させることができる。
【０００８】
ここで、反応に伴って化合物の大半が蒸気となる場合には、上流側分離器及び下流側分離器と還流路との間に、第一蒸気及び第三蒸気より化合物を分離する化合物分離器を具備させるようにすれば、容易に化合物を分離することができる。そして、このような化合物分離器としては、例えば、第一蒸気及び第三蒸気を凝縮する凝縮器と、凝縮された当該第一蒸気及び当該第三蒸気を気液分離する気液分離器とを備えるものとすることができる。
一方、反応に伴って化合物の大半が液体となる場合には、反応器下部に滞留する滞留液体が排出される排出部を具備させるようにすれば、容易に化合物を分離することができる。
【０００９】
また、反応器に、反応物の反応を促進する触媒が投入される場合、上流側分離膜は、反応器から排出された混合蒸気を、化合物、反応物及び触媒を主成分とする第一蒸気と水を主成分とする第二蒸気とに分離し、下流側分離膜は、上流側分離膜から排出された第二蒸気を、化合物、反応物及び触媒を主成分とする第三蒸気と、水を主成分とする第四蒸気とに分離することが好ましい。
このような反応装置によれば、反応器中に触媒も還流させることができ、触媒を有効に利用することができる。　また、本発明の化合物の製造方法は、反応器内で溶媒の存在下又は非存在下において、反応物基質より目的化合物及び水を生成すると共に、これら化合物、水及び反応物の少なくとも水を含む混合蒸気を発生する反応工程と、混合蒸気を、前記化合物及び反応物反応基質、前記目的化合物又は前記溶媒の少なくとも一種を主成分とする第一蒸気と水を主成分とする第二蒸気とに分離する前段分離工程と、第二蒸気を、前記化合物及び反応物反応基質、前記目的化合物又は前記溶媒の少なくとも一種を主成分とする第三蒸気と水を主成分とする第四蒸気とに分離する後段分離工程と、第一蒸気及び第三蒸気を、直接又は凝縮させて前記反応器内に還流する還流工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の具体的な適用形態として、反応器内で、アルコールよりジアルキルエーテル及び水を生成すると共に、前記アルコール、前記ジアルキルエーテル及び前記水を含む混合蒸気を発生する反応工程と、前記混合蒸気を、前記アルコール及び前記ジアルキルエーテルを主成分とする第一蒸気と前記水を主成分とする第二蒸気とに分離する前段分離工程と、前記第二蒸気を、前記アルコール及び前記ジアルキルエーテルを主成分とする第三蒸気と前記水を主成分とする第四蒸気とに分離する後段分離工程と、前記第一蒸気及び前記第三蒸気を直接又は凝縮させて前記反応器内に還流する還流工程と、を備えることを特徴とする化合物の製造方法を提供する。ここで、前記アルコールをメタノールとし、また、前記ジアルキルエーテルをジメチルエーテルとすることができる。
さらには、反応器内で、脂肪族カルボン酸を含む溶媒中、酸化触媒の存在下、アルキル芳香族化合物を酸素含有ガスで液相酸化反応を行い、芳香族カルボン酸を生成すると共に、水及び脂肪族カルボン酸を含む混合蒸気を発生する反応工程と、前記混合蒸気を前記脂肪族カルボン酸を主成分とする第一蒸気と、前記水を主成分とする第二蒸気とに分離する前段分離工程と、前記第二蒸気を、前記脂肪族カルボン酸を主成分とする第三蒸気と前記水を主成分とする第四蒸気とに分離する後段分離工程と、前記第一蒸気及び前記第三蒸気を凝縮させ、未凝縮成分を分離すると共に凝縮液を前記反応器内に還流する還流工程と、を備えることを特徴とする化合物の製造方法を提供する。ここで、前記脂肪族カルボン酸を酢酸とし、前記アルキル芳香族化合物をパラキシレンとし、前記芳香族カルボン酸をテレフタル酸とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
―実施の形態１―
図１は、本発明が適用された反応装置（ＤＭＥ合成装置）の実施の形態１を示している。
本実施の形態において、反応器１は、筒状のタンクからなり、内部には図示しない反応管及びメタノール脱水触媒（例えば特開平９−１７３８４８号公報で示されているアルミナ等からなる）が取り付けられている。また、反応器１の上部には、原料を供給する原料供給配管２が取り付けられており、本実施の形態では、メタノール蒸気が供給されるようになっている。一方、反応器１の下部には、反応後の蒸気が排出される反応蒸気排出配管３が取り付けられており、反応により生成したＤＭＥ及び水と、未反応のメタノールとが蒸気となって排出されるようになっている。
【００１２】
そして、反応蒸気排出配管３には、第一分離膜４ａを備えた第一分離器４が接続されている。本実施の形態において、第一分離膜４ａは、水蒸気を透過し、ＤＭＥ蒸気及びメタノール蒸気を透過しない性質を有している。この第一分離膜４ａの詳細については後述する。
【００１３】
また、第一分離器４には、第一分離膜４ａを透過した第一透過蒸気（水を主成分とする）が導入される第一透過蒸気導入配管５が取り付けられ、この第一透過蒸気導入配管５には、第二分離膜６ａを備えた第二分離器６が接続されている。本実施の形態において、第二分離膜６ａは、第一分離膜４ａと同じもので構成されており、水蒸気を透過し、ＤＭＥ蒸気及びメタノール蒸気を透過しない性質を有している。尚、第一分離器４と第二分離器６との間には、必要に応じて第一透過蒸気を過熱するために図示しない過熱器を取り付けることができる。
一方、第一分離器４には、第一分離膜４ａを透過しなかった第一非透過蒸気（ＤＭＥ及びメタノールを主成分とする）が導入される第一非透過蒸気導入配管７も取り付けられている。この第一非透過蒸気導入配管７の途中には、第一非透過蒸気の圧力を調整する調整バルブ８が設けられる。
【００１４】
また、第二分離器６には、第二分離膜６ａを透過した第二透過蒸気（水を主成分とする）が導入される第二透過蒸気導入配管９が取り付けられている。
一方、第二分離器６には、第二分離膜６ａを透過しなかった第二非透過蒸気（ＤＭＥ及びメタノールを主成分とする）が導入される第二非透過蒸気導入配管１０が取り付けられている。
【００１５】
そして、これら第一非透過蒸気導入配管７及び第二非透過蒸気導入配管１０は、ＤＭＥ分離装置１１に接続されている。
本実施の形態において、ＤＭＥ分離装置１１は、第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気を凝縮する凝縮器１２と、凝縮後の第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気を気液分離する気液分離器１３とを備えている。この気液分離器１３には、気体成分（本実施の形態ではＤＭＥ）が排出される気体排出配管１４及び液体成分（本実施の形態ではメタノール）が排出される液体排出配管１５が接続されている。このうち，第一非透過蒸気の気体排出配管１４の途中には、圧力を調整するバルブ８が設けられ、液体排出配管１５は、原料供給配管２に接続されるようになっており、その途中には液相ポンプ１６及び過熱器１７が設けられている。
【００１６】
ここで、第一分離膜４ａ及び第二分離膜６ａについて、図２に示す第一分離膜４ａを例に説明する。
本実施の形態において、第一分離膜４ａは、厚さ約１ｍｍの多孔質セラミックス基材２１と、この多孔質セラミックス基材２１の上に形成される厚さ約１０μｍのシリカゲル膜２２とを有している。尚、第一分離膜４ａは、平面状、管状等、適宜形状で構成されるものである。
【００１７】
第一分離膜４ａでは、シリカゲル膜２２の−ＯＨ基に水（Ｈ_２Ｏ）が選択的に吸着され、他成分がシリカゲル膜２２の細孔内に進入しようとするのを妨害する。一方、−ＯＨ基に吸着された水は細孔内を移動しシリカゲル膜２２を抜けていく。このようにして、シリカゲル膜２２の−ＯＨ基により、蒸気中の水が選択的に分離・除去される。
【００１８】
次に、本実施の形態に係る反応装置の合成プロセスについて説明する。
まず、反応器１内に、原料供給配管２よりメタノール蒸気が供給される。すると、メタノール脱水触媒の作用によりメタノールからＤＭＥと水とを生成する反応が生じ、反応蒸気排出配管３より、生成されたＤＭＥ蒸気及び水蒸気と未反応のメタノール蒸気とが排出される。
【００１９】
そして、反応器１から排出された混合蒸気は、反応蒸気排出配管３を介して第一分離器４に供給され、第一分離膜４ａにより水を主成分とする第一透過蒸気と、ＤＭＥ及びメタノールを主成分とする第一非透過蒸気とに分離される。
ここで、本実施の形態では、第一透過蒸気中に所定量（５モル％程度）のＤＭＥ及びメタノールも含まれてしまうことになる。
【００２０】
これらのうち、第一透過蒸気は、第一透過蒸気導入配管５を介して第二分離器６に供給され、第二分離膜６ａにより水を主成分とする第二透過蒸気とＤＭＥ及びメタノールを主成分とする第二非透過蒸気とに再分離される。すると、第一透過蒸気中に残っていたＤＭＥ及びメタノールの殆どが分離されて第二非透過蒸気となるため、第二透過蒸気中の水の濃度は極めて高いものとなる。そして、第二透過蒸気は、第二透過蒸気導入配管９を介して排出され、水蒸気として回収される。尚、第二透過蒸気導入配管９の途中に凝縮器を設け、水として回収することも可能である。
【００２１】
また、ＤＭＥ及びメタノールを主成分とする第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気は、それぞれ第一非透過蒸気導入配管７及び第二非透過蒸気導入配管１０を介してＤＭＥ分離装置１１に供給される。ここで、気体排出配管１４に調整バルブ８を設けているのは、第一分離膜４ａを透過していない第一非透過蒸気と、第一分離膜４ａを透過した第二非透過蒸気との間の圧力差を調整し、第一透過蒸気が第二非透過蒸気導入配管１０側に逆流するのを抑止するためである。
【００２２】
そして、ＤＭＥ分離装置１１では、供給された第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気が、凝縮器１２で凝縮される。ここで殆どのＤＭＥが気相として残存し，殆どのメタノールが液化される。そして、気液分離器１３で、気体成分すなわちＤＭＥは気体排出配管１４より排出され回収される。一方、液体成分すなわち未反応のメタノールは液体排出配管１５より排出され、液相ポンプ１６で加圧された後、過熱器１７で過熱・気化されて原料供給配管２を介して反応器１内へと戻され、再度原料として使用される。
【００２３】
本実施の形態では、第一分離膜４ａ及び第二分離膜６ａに、非常に高温の蒸気が供給されることになるが、これら第一分離膜４ａ及び第二分離膜６ａとして無機材料系のものを用いているため、膜が蒸気の熱により破壊されるという事態は生じない。また、膜分離を行っているため、エネルギー消費量が増加することもない。そして、反応器１から排出される蒸気を分離しメタノールとして反応器１に還流させているので、反応器１中の水の濃度を低下させることができ、連続的にＤＭＥの合成を行うことができる。
尚、本実施の形態では、第一分離膜４ａ及び第二分離膜６ａとして、水を透過する性質を有するものを用いていたが、これに限られるものではなく、水を透過せず，メタノール，ＤＭＥを透過する性質のものを用いてもよい。
【００２４】
―実施の形態２―
図３は、本発明が適用された反応装置（テレフタル酸合成装置）の実施の形態２を示している。
本実施の形態において、反応器３１には、パラキシレンの酸化触媒（例えばコバルト化合物等）が充填されている。また反応器３１には原料を供給する原料供給配管３２が取り付けられており、本実施の形態では、原料パラキシレン液及び溶媒としての、酢酸溶媒及び酸化触媒が供給されるようになっている。一方、反応器３１の上部には、反応に伴って発生した蒸気が排出される反応蒸気排出配管３３が取り付けられている。また、反応器３１内には、酸化剤としての空気が酸化剤供給管５１を通して，供給されるようになっている。
【００２５】
そして、反応蒸気排出配管３３には、第一分離膜３４ａを備えた第一分離器３４が接続されている。この第一分離膜３４ａは、実施の形態１で説明した第一分離膜４ａと同じものであり、水蒸気を透過し、テレフタル酸蒸気、パラキシレン蒸気及び酢酸蒸気及びその他有機成分蒸気を透過しない性質を有している。
なお，反応器３１内の圧力は１〜２ＭＰａ、温度は約１５０〜２００℃程度であり、反応蒸気排出配管３３から第一分離膜３４ａに供給される蒸気には未反応酸素，酸化剤空気の未反応酸素と窒素及び生成二酸化炭素，一酸化炭素供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分に加えて、水蒸気、テレフタル酸蒸気、パラキシレン蒸気及び酢酸蒸気及びその他有機成分蒸気が含まれる。
【００２６】
また、第一分離器３４には、第一分離膜３４ａを透過した第一透過蒸気（水を主成分とする）が導入される第一透過蒸気導入配管３５が取り付けられ、この第一透過蒸気導入配管３５には、第二分離膜３６ａを備えた第二分離器３６が接続されている。この第二分離膜３６ａは、第一分離膜３４ａと同じもので構成されている。尚、第一分離器３４と第二分離器３６との間には、必要に応じて第一透過蒸気を過熱するために図示しない過熱器を取り付けることができる。
一方、第一分離器３４には、第一分離膜３４ａを透過しなかった第一非透過蒸気（テレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分を主成分とする）が導入される第一非透過蒸気導入配管３７も取り付けられている。この第一非透過蒸気導入配管３７の途中には、凝縮器３８及び圧力調整バルブ３９が設けられる。
【００２７】
また、第二分離器３６には、第二分離膜３６ａを透過した第二透過蒸気（水を主成分とする）が導入される第二透過蒸気導入配管４０が取り付けられ、この第二透過蒸気導入配管４０の途中には、凝縮器４１及び液相ポンプ４２が設けられている。
一方、第二分離器３６には、第二分離膜３６ａを透過しなかった第二非透過蒸気（テレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分を主成分とする）が導入される第二非透過蒸気導入配管４３も取り付けられている。この第一非透過蒸気導入配管４３の途中には、凝縮器４４及び圧力調整バルブ４５が設けられる。
【００２８】
そして、これら第一非透過蒸気導入配管３７及び第二非透過蒸気導入配管４３は、気液分離器４６１、４６２にそれぞれ接続されている。この気液分離器４６１、４６２には、気体成分（本実施の形態では例えば酸素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等）が排出される気体排出配管４７及び液体成分（本実施の形態ではテレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒及びその他有機成分）が排出される液体排出配管４８が接続されている。尚、液体排出配管４８は、原料供給配管３２に接続反応器３１に還流されるようになっており、必要に応じてその途中には液相ポンプ４９が設けられている。
また、反応器３１の下部には、反応器１３１内に液体として存在するテレフタル酸の酢酸スラリーを排出する製品排出配管５０が取り付けられている。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る反応装置の合成プロセスについて説明する。
まず、反応器３１内に原料供給配管３２よりパラキシレン液が溶媒酢酸と共に供給され、酸化剤供給管５１より酸化剤の空気が供給される。反応器３１内では、触媒の作用により、パラキシレンの酸化でテレフタル酸と水とを生成し、反応蒸気排出配管３３より、生成されたテレフタル酸及び水と、未反応のパラキシレンと、溶媒である酢酸溶媒、その他有機成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分との混合蒸気（約１５０℃〜２００℃）が排出される。
【００３０】
そして、反応器３１から排出された混合蒸気は、反応蒸気排出配管３３を介して第一分離器３４に導入され、第一分離膜３４ａにより水を主成分とする第一透過蒸気と、テレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分を主成分とする第一非透過蒸気とに分離される。
ここで、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、第一分離膜３４ａの分離性能により、第一透過蒸気中に所定量ある程度のテレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機性成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分も含まれてしまうことになる。
【００３１】
これらのうち、第一透過蒸気は、第一透過蒸気導入配管３５を介して第二分離器３６に導入され、第二分離膜３６ａにより水を主成分とする第二透過蒸気とテレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機性成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分を主成分とする第二非透過蒸気とに再分離される。すると、第一透過蒸気中に残っていたテレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機性成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分の殆どが分離されて第二非透過蒸気となるため、第二透過蒸気中の水の純度は極めて高いものとなる。そして、第二透過蒸気は、第二透過蒸気導入配管４０に導入され、凝縮器４１で液化された後、液相ポンプ４２で送液され水として回収される。
【００３２】
また、テレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機性成分、供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分を主成分とする第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気は、それぞれ第一非透過蒸気導入配管３７及び第二非透過蒸気導入配管４３を介して凝縮器３８、４４で凝縮された後、気液分離器４６１、４６２に送り込まれる。尚、この間、第一非透過蒸気は凝縮器３８により、第二非透過蒸気は凝縮器４４により、凝縮される。そして、気液分離器４６１、４６２では、第一非透過蒸気及び第二非透過蒸気中に混入していたガス成分（供給空気由来のガス成分及び反応生成ガス成分を主成分とする）が気体排出配管４７より排出される。一方、液体成分（テレフタル酸、パラキシレン及び酢酸溶媒、その他有機性成分からなるを主成分とする）は液体排出配管４８より排出され、必要に応じて液相ポンプ４９で加圧された後、原料供給配管３２を介して反応器３１内へと戻還流される。ここで、パラキシレンは再度原料として使用され、酢酸は再度溶媒として使用される。一方、反応器３１において酸化により生成されたテレフタル酸は、原料供給配管３２を介して還流したものと共に、酢酸スラリーとして製品排出配管５０より排出され回収される、必要に応じて精製処理された後に高純度テレフタル酸が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反応装置及び化合物の製造方法によれば、反応温度が高い場合にも、エネルギー消費量を増加させることなく或いは、蒸留負荷を下げることによりエネルギー消費量を大幅に削減しつつ反応器中の水の濃度を所定値以下にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された反応装置（ＤＭＥ合成装置）の実施の形態１を示す説明図である。
【図２】第一分離膜の断面図である。
【図３】本発明が適用された反応装置（テレフタル酸合成装置）の実施の形態２を示す説明図である。
【符号の説明】
１…反応器、４…第一分離器、４ａ…第一分離膜、６…第二分離器、６ａ…第二分離膜、１１…ＤＭＥ分離装置、１２…凝縮器、１３…気液分離器、１５…液体排出配管、２１…多孔質セラミックス基材、２２…シリカゲル膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor used for the synthesis of a compound and a method for producing the compound, and more particularly to a reactor for producing a compound and water by a reaction and a method for producing the compound.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for synthesizing DME (dimethyl ether), for example, a method for producing DME and water by a dehydration reaction of methanol is known.
In this synthesis method, the generated water and the generated DME increase with the progress of the reaction, and the reaction apparently stops when the equilibrium composition at the reaction temperature is reached.
In order to increase the amount of DME produced per the same amount of raw material methanol, in the prior art, after cooling the gas at the reactor outlet, gas-liquid separation is performed, DME is recovered as a gas phase, and the produced water and unreacted methanol are collected as a liquid phase. We are collecting. Further, the recovered liquid phase was introduced into a distillation column, separated into water and methanol by distillation, and the separated water was discharged outside the system, while the separated methanol was circulated to the reactor.
That is, the reaction is promoted by actively removing DME and water generated by the reaction from the reactor.
Further, for example, as a method for synthesizing terephthalic acid, it is common to generate terephthalic acid by subjecting para-xylene to an air oxidation reaction using an oxidation catalyst in the presence of an aliphatic carboxylic acid such as acetic acid. In this synthesis method, since water is generated along with the oxidation reaction, in the prior art, the oxidation exhaust gas of the oxidation reactor, or a condensate of the oxidation exhaust gas or a water-containing solvent generated in the system is introduced into the distillation column. The reaction solvent is recovered by removing the oxidized water by distillation.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned DME process, since water and methanol are separated by distillation, there is a problem that the energy consumption for the separation increases.
Here, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-306063, in a process in which methanol is charged into a reactor and a carbonate ester and water are generated by a dehydration reaction, a solution discharged from the reactor using a separation membrane is used. A technique has been proposed in which water in the (reaction liquid) is separated and the separated water is discharged outside the system, and the reaction liquid from which the water has been removed is circulated to a reactor. Application to the synthesis process is conceivable.
However, in the above publication, since a separation membrane made of an organic material such as a polyvinyl alcohol-based composite membrane or a polyphosphazene membrane is used, there is no problem when the reaction temperature is low (about 100 ° C.) like a carbonate ester. When the reaction temperature is high (about 150 to 400 ° C.) as in DME, there is a technical problem that the separation membrane is destroyed by heat and water cannot be separated.
In addition, such a technical problem arises not only in the above-described DME reaction apparatus and synthesis method, but also in a reaction apparatus that generates a compound and water from a reaction product and a compound synthesis method that requires a high reaction temperature. It can happen as well.
On the other hand, in the terephthalic acid process described above, in order to recover a solvent such as acetic acid from water during the distillation separation of water and acetic acid, the specific volatility of a dilute acetic acid aqueous solution is small, and water and acetic acid are difficult to separate. There is a problem that it is necessary to increase the height of the distillation column or to increase the height of the distillation column, which requires a large capital investment and energy consumption.
[0004]
The present invention has been made to solve the above technical problems, and its object is to increase the energy consumption without increasing the energy consumption or reducing the distillation load even when the reaction temperature is high. It is an object of the present invention to provide a reaction apparatus and a method for producing a compound which can reduce the concentration of water in a reactor to a predetermined value or less while significantly reducing the consumption.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present applicant has previously proposed a separation membrane made of an inorganic material disclosed in Japanese Patent No. 2808479, but a separation membrane made of an inorganic material has a higher temperature resistance than a separation membrane made of an organic material. On the other hand, the separation performance (separation coefficient) is low, and the separated water tends to contain many components such as reactants and compounds. That is, the efficiency of recovering the reactants and compounds decreases. is there. In addition, the above-mentioned inorganic separation membrane has a structure in which a silica gel membrane having a thickness of several tens of μm is coated on a ceramic substrate having a thickness of several mm. When used in combination, it is expected that the thin silica gel membrane layer will be physically damaged and the function as a separation membrane will be rather deteriorated.
Therefore, the present inventor has found that it is important to collect components other than water that could not be separated by the separation membrane, as a point to keep in mind when using a separation membrane made of an inorganic material. I came up with the idea.
[0006]
That is, the reaction apparatus of the present invention generates a target compound and water from a reactant substrate in the presence or absence of a solvent, and generates a mixed vapor containing at least water of the compound, water and the reactant. Container,
While being composed of an inorganic material, the mixed vapor discharged from the reactor is mainly composed of the first vapor mainly containing at least one of the compound and the reactant reaction substrate, the target compound or the solvent, and the water. An upstream separation membrane that separates into a second vapor as a component,
Along with the inorganic material, the second vapor discharged from the upstream separation membrane, the compound and the reactant reaction substrate, a third vapor containing at least one of the target compound or the solvent as a main component A downstream separation membrane that separates into a fourth steam containing water as a main component,
And a reflux path for directly or condensing the first vapor and the third vapor to reflux in the reactor.
According to the reactor of the present invention, since the upstream separation membrane and the downstream separation membrane are formed of inorganic materials, high-temperature steam can be separated without increasing energy consumption. it can. Further, compounds and reactants that cannot be separated by the upstream separation membrane and remain in the second vapor are separated by the downstream separation membrane and recovered as a third vapor, so that the separation of inorganic materials is performed. Even when a membrane is used, a decrease in separation performance can be prevented. Then, the first steam separated by the upstream separation membrane and the third steam separated by the downstream separation membrane are refluxed in the reactor, so that the concentration of water in the reactor is equal to or less than a predetermined value. And the reaction can be promoted.
[0007]
In the reaction apparatus of the present invention, the upstream separation membrane and the downstream separation membrane have, in the pores of the inorganic porous material, silica gel obtained by hydrolysis of an alkoxysilane containing an ethoxy group or a methoxy group. According to this, the separation performance of the upstream separation membrane and the downstream separation membrane alone can be improved.
[0008]
Here, when most of the compounds are converted to vapors during the reaction, a compound separator for separating the compounds from the first vapor and the third vapor between the upstream separator and the downstream separator and the reflux path. Is provided, the compound can be easily separated. And as such a compound separator, for example, a condenser for condensing the first vapor and the third vapor, and a gas-liquid separator for vapor-liquid separation of the condensed first vapor and the third vapor Can be provided.
On the other hand, when most of the compound becomes liquid during the reaction, the compound can be easily separated by providing a discharge portion for discharging the retained liquid retained in the lower portion of the reactor.
[0009]
When a catalyst that promotes the reaction of the reactant is charged into the reactor, the upstream separation membrane converts the mixed vapor discharged from the reactor into a first vapor mainly containing the compound, the reactant, and the catalyst. And a second steam mainly composed of water, the downstream separation membrane separates the second steam discharged from the upstream separation membrane, a third steam mainly composed of a compound, a reactant and a catalyst, It is preferable to separate into a fourth steam mainly composed of water.
According to such a reactor, the catalyst can be refluxed in the reactor, and the catalyst can be used effectively. In addition, the method for producing a compound of the present invention produces a target compound and water from a reactant substrate in the presence or absence of a solvent in a reactor, and contains at least water of the compound, water and the reactant. A reaction step of generating a mixed vapor, and the mixed vapor is converted into a first vapor mainly composed of at least one of the compound and the reactant reaction substrate, the target compound or the solvent, and a second vapor mainly composed of water. A pre-separation step for separation, and the second vapor is separated into a third vapor mainly composed of at least one of the compound and the reactant-reactive substrate, the target compound or the solvent, and a fourth vapor mainly composed of water. And a reflux step in which the first steam and the third steam are directly or condensed and refluxed in the reactor.
[0010]
As a specific application form of the present invention, in a reactor, a dialkyl ether and water are generated from alcohol, and the alcohol, the reaction step of generating a mixed vapor containing the dialkyl ether and the water, and A pre-separation step of separating the first steam containing alcohol and the dialkyl ether as main components and the second steam containing water as a main component, and the second steam is mainly composed of the alcohol and the dialkyl ether. A post-separation step of separating the third steam and the fourth steam containing water as a main component, and a reflux step of directly or condensing the first steam and the third steam and refluxing into the reactor. And a method for producing a compound. Here, the alcohol can be methanol, and the dialkyl ether can be dimethyl ether.
Further, in the reaction vessel, in a solvent containing an aliphatic carboxylic acid, in the presence of an oxidation catalyst, an alkyl aromatic compound is subjected to a liquid phase oxidation reaction with an oxygen-containing gas to produce an aromatic carboxylic acid, and water and A reaction step of generating a mixed vapor containing an aliphatic carboxylic acid, and a pre-stage separation of separating the mixed vapor into a first vapor mainly composed of the aliphatic carboxylic acid and a second vapor mainly composed of water. A second-stage separation step of separating the second steam into a third steam mainly containing the aliphatic carboxylic acid and a fourth steam mainly containing the water, and the first steam and the third steam. A reflux step of condensing vapor to separate uncondensed components and refluxing a condensed liquid into the reactor. Here, the aliphatic carboxylic acid can be acetic acid, the alkyl aromatic compound can be para-xylene, and the aromatic carboxylic acid can be terephthalic acid.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
-Embodiment 1-
FIG. 1 shows a first embodiment of a reaction apparatus (DME synthesis apparatus) to which the present invention is applied.
In the present embodiment, the reactor 1 is composed of a cylindrical tank, and a reaction tube (not shown) and a methanol dehydration catalyst (for example, composed of alumina or the like described in JP-A-9-173848) are installed inside. Has been. A raw material supply pipe 2 for supplying a raw material is attached to an upper portion of the reactor 1, and in the present embodiment, methanol vapor is supplied. On the other hand, a reaction steam discharge pipe 3 for discharging steam after the reaction is attached to a lower portion of the reactor 1, and DME and water generated by the reaction and unreacted methanol are discharged as steam. It has become so.
[0012]
The first separator 4 having the first separation membrane 4a is connected to the reaction vapor discharge pipe 3. In the present embodiment, the first separation membrane 4a has a property of transmitting water vapor and not transmitting DME vapor and methanol vapor. Details of the first separation membrane 4a will be described later.
[0013]
Further, the first separator 4 is provided with a first permeate vapor introduction pipe 5 into which the first permeate vapor (mainly water) permeating the first separation membrane 4a is introduced. A second separator 6 including a second separation membrane 6a is connected to the introduction pipe 5. In the present embodiment, the second separation membrane 6a is made of the same material as the first separation membrane 4a, and has a property of permeating water vapor and not permeating DME vapor and methanol vapor. A superheater (not shown) can be attached between the first separator 4 and the second separator 6 to superheat the first permeated steam as needed.
On the other hand, the first separator 4 is also provided with a first non-permeate vapor introduction pipe 7 into which first non-permeate vapor (mainly composed of DME and methanol) that has not permeated the first separation membrane 4a is introduced. ing. An adjusting valve 8 for adjusting the pressure of the first non-permeate steam is provided in the middle of the first non-permeate steam introduction pipe 7.
[0014]
Further, the second separator 6 is provided with a second permeated vapor introduction pipe 9 into which the second permeated vapor (mainly water) permeating the second separation membrane 6a is introduced.
On the other hand, the second separator 6 is provided with a second non-permeate vapor introduction pipe 10 into which a second non-permeate vapor (mainly composed of DME and methanol) that has not permeated the second separation membrane 6a is introduced. ing.
[0015]
The first non-permeate vapor introduction pipe 7 and the second non-permeate vapor introduction pipe 10 are connected to a DME separation device 11.
In the present embodiment, the DME separation device 11 performs a gas-liquid separation of the condenser 12 that condenses the first non-permeate vapor and the second non-permeate vapor and the first non-permeate vapor and the second non-permeate vapor after condensation. A gas-liquid separator 13. The gas-liquid separator 13 is connected to a gas discharge pipe 14 for discharging a gas component (DME in the present embodiment) and a liquid discharge pipe 15 for discharging a liquid component (methanol in the present embodiment). I have. Among them, a valve 8 for adjusting the pressure is provided in the middle of the gas discharge pipe 14 for the first non-permeate vapor, and the liquid discharge pipe 15 is connected to the raw material supply pipe 2. Is provided with a liquid phase pump 16 and a superheater 17.
[0016]
Here, the first separation membrane 4a and the second separation membrane 6a will be described using the first separation membrane 4a shown in FIG. 2 as an example.
In the present embodiment, the first separation membrane 4a has a porous ceramics substrate 21 having a thickness of about 1 mm and a silica gel film 22 having a thickness of about 10 μm formed on the porous ceramics base 21. are doing. The first separation membrane 4a is formed in an appropriate shape such as a flat shape and a tubular shape.
[0017]
In the first separation membrane 4a, water (H ₂ O) is selectively adsorbed and prevents other components from trying to enter the pores of the silica gel membrane 22. On the other hand, the water adsorbed on the —OH groups moves in the pores and passes through the silica gel film 22. Thus, the water in the steam is selectively separated and removed by the -OH groups of the silica gel film 22.
[0018]
Next, a synthesis process of the reactor according to the present embodiment will be described.
First, methanol vapor is supplied from the raw material supply pipe 2 into the reactor 1. Then, a reaction of generating DME and water from methanol occurs due to the action of the methanol dehydration catalyst, and the generated DME vapor and water vapor and unreacted methanol vapor are discharged from the reaction vapor discharge pipe 3.
[0019]
Then, the mixed steam discharged from the reactor 1 is supplied to the first separator 4 through the reaction steam discharge pipe 3, and the first permeation steam mainly composed of water, DME and It is separated from the first non-permeate vapor mainly composed of methanol.
Here, in the present embodiment, a predetermined amount (about 5 mol%) of DME and methanol is also contained in the first permeated vapor.
[0020]
Among these, the first permeated vapor is supplied to the second separator 6 through the first permeated vapor introduction pipe 5, and the second permeated vapor mainly composed of water, DME and methanol are separated by the second separation membrane 6a. It is re-separated into the second non-permeate vapor as the main component. Then, since most of the DME and methanol remaining in the first permeated vapor are separated into second non-permeated vapor, the concentration of water in the second permeated vapor becomes extremely high. Then, the second permeated steam is discharged through the second permeated steam introduction pipe 9 and is recovered as steam. In addition, it is also possible to provide a condenser in the middle of the second permeation steam introduction pipe 9 and collect it as water.
[0021]
Further, the first non-permeate vapor and the second non-permeate vapor mainly composed of DME and methanol are supplied to the DME separation device 11 via the first non-permeate vapor introduction pipe 7 and the second non-permeate vapor introduction pipe 10, respectively. Is done. Here, the adjustment valve 8 is provided in the gas discharge pipe 14 because the first non-permeable vapor that has not passed through the first separation membrane 4a and the second non-permeable vapor that has passed through the first separation membrane 4a. This is because the pressure difference between them is adjusted to prevent the first permeated vapor from flowing back to the second non-permeated vapor introduction pipe 10 side.
[0022]
Then, in the DME separation device 11, the supplied first non-permeate vapor and second non-permeate vapor are condensed in the condenser 12. Here, most of the DME remains as a gas phase, and most of the methanol is liquefied. Then, in the gas-liquid separator 13, the gas component, that is, DME is discharged from the gas discharge pipe 14 and collected. On the other hand, the liquid component, ie, unreacted methanol, is discharged from the liquid discharge pipe 15, pressurized by the liquid phase pump 16, then superheated and vaporized by the superheater 17, and is introduced into the reactor 1 through the raw material supply pipe 2. And used again as a raw material.
[0023]
In this embodiment, very high-temperature steam is supplied to the first separation membrane 4a and the second separation membrane 6a. However, the first separation membrane 4a and the second separation membrane 6a are made of inorganic material. Since the film is used, the situation where the film is destroyed by the heat of the steam does not occur. Further, since the membrane is separated, the energy consumption does not increase. Since the steam discharged from the reactor 1 is separated and refluxed as methanol to the reactor 1, the concentration of water in the reactor 1 can be reduced, and the DME can be continuously synthesized. it can.
In the present embodiment, as the first separation membrane 4a and the second separation membrane 6a, those having the property of permeating water are used. However, the present invention is not limited to this. , DME may be used.
[0024]
-Embodiment 2-
FIG. 3 shows Embodiment 2 of a reaction apparatus (terephthalic acid synthesis apparatus) to which the present invention is applied.
In the present embodiment, the reactor 31 is filled with a para-xylene oxidation catalyst (for example, a cobalt compound). Further, a raw material supply pipe 32 for supplying a raw material is attached to the reactor 31. In the present embodiment, an acetic acid solvent and an oxidation catalyst as a raw paraxylene liquid and a solvent are supplied. On the other hand, a reaction steam discharge pipe 33 for discharging steam generated during the reaction is attached to the upper part of the reactor 31. The reactor 31 is supplied with air as an oxidant through an oxidant supply pipe 51.
[0025]
A first separator 34 having a first separation membrane 34a is connected to the reaction vapor discharge pipe 33. The first separation membrane 34a is the same as the first separation membrane 4a described in the first embodiment, and has a property of transmitting water vapor and not transmitting terephthalic acid vapor, paraxylene vapor, acetic acid vapor, and other organic component vapors. have.
The pressure in the reactor 31 is 1 to 2 MPa, the temperature is about 150 to 200 ° C., and unreacted oxygen and oxidant air are supplied to the steam supplied from the reaction steam discharge pipe 33 to the first separation membrane 34 a. In addition to unreacted oxygen and nitrogen, formed carbon dioxide, gas components derived from carbon monoxide supply air, and reaction product gas components, steam, terephthalic acid vapor, para-xylene vapor, acetic acid vapor, and other organic component vapors are included.
[0026]
Further, the first separator 34 is provided with a first permeated vapor introduction pipe 35 into which the first permeated vapor (mainly water) permeating the first separation membrane 34a is introduced. A second separator 36 including a second separation membrane 36a is connected to the introduction pipe 35. The second separation film 36a is formed of the same material as the first separation film 34a. In addition, a superheater (not shown) can be attached between the first separator 34 and the second separator 36 to superheat the first permeated steam as needed.
On the other hand, the first non-permeate vapor (the terephthalic acid, para-xylene and acetic acid solvent, other organic components, the gas components derived from the supply air, and the reaction product gas components) which have not permeated the first separation membrane 34a The first non-permeable vapor introduction pipe 37 into which the main component is introduced) is also attached. A condenser 38 and a pressure control valve 39 are provided in the middle of the first non-permeate vapor introduction pipe 37.
[0027]
The second separator 36 is provided with a second permeate vapor introduction pipe 40 into which a second permeate vapor (mainly water) that has permeated the second separation membrane 36a is introduced. A condenser 41 and a liquid phase pump 42 are provided in the middle of the introduction pipe 40.
On the other hand, the second non-permeate vapor (the terephthalic acid, para-xylene and acetic acid solvent, other organic components, the gas components derived from the supply air, and the reaction product gas components), ) Is also attached. A condenser 44 and a pressure control valve 45 are provided in the middle of the first non-permeate vapor introduction pipe 43.
[0028]
The first non-permeable vapor introduction pipe 37 and the second non-permeable vapor introduction pipe 43 are connected to gas-liquid separators 461 and 462, respectively. The gas-liquid separators 461 and 462 have a gas discharge pipe 47 for discharging a gas component (eg, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and the like in the present embodiment) and a liquid component (terephthalic in the present embodiment). A liquid discharge pipe 48 from which acids, para-xylene and acetic acid solvents and other organic components are discharged is connected. In addition, the liquid discharge pipe 48 is configured to be refluxed to the connected reactor 31 to the raw material supply pipe 32, and a liquid phase pump 49 is provided in the middle of the liquid discharge pipe 48 as needed.
Further, a product discharge pipe 50 for discharging an acetic acid slurry of terephthalic acid existing as a liquid in the reactor 131 is attached to a lower portion of the reactor 31.
[0029]
Next, a synthesis process of the reactor according to the present embodiment will be described.
First, the para-xylene liquid and the solvent acetic acid are supplied into the reactor 31 from the raw material supply pipe 32, and the oxidant air is supplied from the oxidant supply pipe 51. In the reactor 31, terephthalic acid and water are generated by the oxidation of para-xylene by the action of the catalyst, and the generated terephthalic acid and water, unreacted para-xylene, A mixed vapor (about 150 ° C. to 200 ° C.) of a certain acetic acid solvent, other organic components, a gas component derived from the supply air, and a reaction product gas component is discharged.
[0030]
Then, the mixed vapor discharged from the reactor 31 is introduced into the first separator 34 through the reactive vapor discharge pipe 33, and the first permeated vapor mainly composed of water and the terephthalic acid are separated by the first separation membrane 34a. , A para-xylene and acetic acid solvent, other organic components, a gas component derived from the supplied air, and a first non-permeate vapor mainly composed of a reaction product gas component.
Here, in the present embodiment, a certain amount of terephthalic acid, para-xylene, acetic acid solvent, and other organic components are contained in the first permeated vapor by the separation performance of the first separation membrane 34a as in the first embodiment. Therefore, a gas component derived from the supply air and a reaction product gas component are also included.
[0031]
Among these, the first permeated vapor is introduced into the second separator 36 via the first permeated vapor introduction pipe 35, and the second permeated vapor mainly composed of water, terephthalic acid, The xylene and acetic acid solvent, other organic components, a gas component derived from the supply air, and a second non-permeate vapor mainly composed of a reaction product gas component are separated again. Then, most of the terephthalic acid, para-xylene and acetic acid solvent, other organic components, gas components derived from the supply air and reaction product gas components remaining in the first permeated vapor are separated into second non-permeated vapor. Then, the purity of the water in the second permeated steam becomes extremely high. Then, the second permeated vapor is introduced into the second permeated vapor introduction pipe 40, liquefied by the condenser 41, and then sent by the liquid phase pump 42 to be collected as water.
[0032]
In addition, the first non-permeate vapor and the second non-permeate vapor mainly composed of terephthalic acid, para-xylene and acetic acid solvent, other organic components, gas components derived from supply air and reaction product gas components, respectively, are first non-permeate vapors. After being condensed in the condensers 38 and 44 via the steam introduction pipe 37 and the second non-permeate steam introduction pipe 43, the condensate is sent to the gas-liquid separators 461 and 462. During this time, the first non-permeate vapor is condensed by the condenser 38 and the second non-permeate vapor is condensed by the condenser 44. In the gas-liquid separators 461 and 462, gas components (mainly gas components derived from supply air and reaction product gas components) mixed in the first non-permeate vapor and the second non-permeate vapor are converted into gas. It is discharged from the discharge pipe 47. On the other hand, a liquid component (mainly composed of terephthalic acid, para-xylene and acetic acid solvent, and other organic components) is discharged from a liquid discharge pipe 48 and, if necessary, pressurized by a liquid phase pump 49. It is returned to the reactor 31 via the raw material supply pipe 32 and refluxed. Here, para-xylene is used again as a raw material, and acetic acid is used again as a solvent. On the other hand, the terephthalic acid generated by the oxidation in the reactor 31 is discharged and recovered as the acetic acid slurry from the product discharge pipe 50 together with the terephthalic acid refluxed through the raw material supply pipe 32, and after being purified if necessary. High purity terephthalic acid is obtained.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the reaction apparatus and the method for producing a compound of the present invention, even when the reaction temperature is high, the energy consumption can be significantly reduced without increasing the energy consumption or reducing the distillation load. The concentration of water in the reactor can be reduced to a predetermined value or less while reducing the amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing Embodiment 1 of a reaction apparatus (DME synthesis apparatus) to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a sectional view of a first separation membrane.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing Embodiment 2 of a reaction apparatus (terephthalic acid synthesis apparatus) to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor, 4 ... First separator, 4a ... First separation membrane, 6 ... Second separator, 6a ... Second separation membrane, 11 ... DME separation device, 12 ... Condenser, 13 ... Gas-liquid separator , 15: liquid discharge pipe, 21: porous ceramic base material, 22: silica gel membrane

Claims

In the presence or absence of a solvent, the target compound and water are generated from the reaction substrate in the presence or absence of the solvent, and in the presence of the reaction substrate, the target compound and the solvent, at least one of the solvent and a mixed vapor containing water are generated. Reactor
In the presence of the reaction substrate, the target compound, and the solvent, the first vapor containing at least one solvent as a main component and the water together with the mixed vapor discharged from the reactor while being composed of an inorganic material. An upstream separation membrane that separates into a second vapor containing
In the presence of the reaction substrate, the target compound, and the solvent, the second vapor that is composed of an inorganic material and is discharged from the upstream-side separation membrane is a third component containing at least one of the solvent as a main component. A downstream separation membrane that separates into steam and a fourth steam containing water as a main component,
A reflux path for directly or condensing the first steam and the third steam to reflux into the reactor,
A reaction device comprising:

A reactor that generates a target compound and water from the reaction substrate, and generates a mixed vapor of the target compound, water, and the reaction substrate,
While being composed of an inorganic material, the mixed vapor discharged from the reactor is separated into a first vapor mainly composed of the target compound and the reaction substrate and a second vapor mainly composed of water. An upstream separation membrane,
The second steam discharged from the upstream separation membrane, which is composed of an inorganic material, is used as a third steam mainly containing the target compound and the reaction substrate and a fourth steam mainly containing water. A downstream separation membrane that separates into
A reflux path for refluxing the first steam and the third steam into the reactor;
A reaction device comprising:

The reaction apparatus according to claim 2, wherein the reaction substrate is an alcohol, and the target compound is a dialkyl ether.

The reaction device according to claim 2, wherein the reaction substrate is methanol, and the target compound is dimethyl ether.

In the presence of a solvent, while producing the target compound and water from the reaction substrate, a reactor that generates a mixed vapor containing the solvent and water,
An upstream separation membrane composed of an inorganic material and separating the mixed vapor discharged from the reactor into a first vapor mainly composed of the solvent and a second vapor mainly composed of the water. When,
A downstream formed of an inorganic material and separating the second vapor discharged from the upstream separation membrane into a third vapor mainly composed of the solvent and a fourth vapor mainly composed of water. A side separation membrane,
A reflux path for condensing the first steam and the third steam and refluxing into the reactor;
A reaction device comprising:

The reaction apparatus according to claim 5, wherein the solvent is an aliphatic carboxylic acid, the reaction substrate is an alkyl aromatic compound, and the target compound is an aromatic carboxylic acid.

The reaction apparatus according to claim 5, wherein the solvent is acetic acid, the reaction substrate is para-xylene, and the target compound is terephthalic acid.

The upstream-side separation membrane and the downstream-side separation membrane, characterized in that the pores of the inorganic porous material, a silica gel obtained by hydrolysis of an alkoxysilane containing an ethoxy group or a methoxy group is carried. The reactor according to any one of claims 1 to 7, wherein:

A compound separator for separating the target compound from the first vapor and the third vapor is provided between the upstream separator and the downstream separator and the reflux passage. 9. The reactor according to any one of 1 to 8.

The compound separator includes a condenser for condensing the first vapor and the third vapor, and a gas-liquid separator for vapor-liquid separation of the condensed first vapor and the third vapor. The reactor according to any one of claims 1 to 9, wherein:

The reaction apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a discharge part for discharging a retained liquid reaction mixture retained in a lower portion of the reactor.

In the presence or absence of a solvent in the reactor, while producing the target compound and water from the reaction substrate, a reaction step of generating a mixed vapor containing at least water,
Preliminary separation in which the mixed vapor is separated into a first vapor mainly composed of at least one of the solvents and a second vapor mainly composed of water in the presence of the reaction substrate, the target compound and the solvent. Process and
In the presence of the reaction substrate, the target compound, or the solvent, the second vapor is separated into a third vapor mainly containing at least one solvent and a fourth vapor mainly containing water. Process and
A refluxing step of refluxing the first steam and the third steam directly or by condensing into the reactor;
A method for producing a compound, comprising:

In the reactor, a dialkyl ether and water are generated from the alcohol, and a reaction step of generating a mixed vapor containing the alcohol, the dialkyl ether and the water,
A pre-separation step of separating the mixed vapor into a first vapor mainly composed of the alcohol and the dialkyl ether and a second vapor mainly composed of water,
A second-stage separation step of separating the second steam into a third steam mainly containing the alcohol and the dialkyl ether and a fourth steam mainly containing the water,
A refluxing step of refluxing the first steam and the third steam directly or by condensing into the reactor;
A method for producing a compound, comprising:

The method for producing a compound according to claim 13, wherein the alcohol is methanol, and the dialkyl ether is dimethyl ether.

In a reactor, a liquid-phase oxidation reaction of an alkyl aromatic compound with an oxygen-containing gas is performed in a solvent containing an aliphatic carboxylic acid in the presence of an oxidation catalyst to produce an aromatic carboxylic acid and water and an aliphatic carboxylic acid. A reaction step of generating a mixed vapor containing an acid,
A first-stage separation step of separating the mixed steam into a first steam mainly containing the aliphatic carboxylic acid and a second steam mainly containing water.
A second-stage separation step of separating the second steam into a third steam whose main component is the aliphatic carboxylic acid and a fourth steam whose main component is water,
A reflux step of condensing the first vapor and the third vapor, separating uncondensed components and refluxing a condensate into the reactor;
A method for producing a compound, comprising:

The method for producing a compound according to claim 15, wherein the aliphatic carboxylic acid is acetic acid, the alkyl aromatic compound is para-xylene, and the aromatic carboxylic acid is terephthalic acid.

17. The separation step in which the pre-separation step and the post-separation step are performed using a separation membrane having silica gel obtained by hydrolysis of an alkoxysilane containing an ethoxy group or a methoxy group in the pores of the inorganic porous material. The method for producing a compound according to any one of the above.