JP2008508355A - ヒドロホルミル化プロセスの安定化 - Google Patents
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Abstract
Description
(a1)目標全圧を確定し、
(a2)全圧を検出し、検出された全圧と目標全圧との差を測定し、そして
(a3)工程(a2)において測定された圧力差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流を操作して検出された全圧を目標全圧に本質的に合わせること;及び
(b1)目標排出流速を確定し、
(b2)排出流速を検出し、検出された排出流速と目標排出流速との差を測定し、そして
(b3)工程(b2)において測定される排出流速の差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出排出流速を本質的に目標排出流速に合わせること。
1種又はそれ以上の反応物質を供給するための手段を含む反応器;合成ガスを供給するための手段;任意的な、一酸化炭素の第2の供給源を供給するための手段;触媒溶液を供給するための手段;反応及び不活性ガスを排出するための手段;反応流体を引き出すための手段;全体ガス圧力を測定するための手段;並びに反応及び不活性ガスの排出流速を測定するための手段;前記装置は、更に、以下から選択される設計スキームの少なくとも一つを含む。
(a1)目標全ガス圧と測定全ガス圧との圧力差を決定するための手段、
(a2)圧力差に対応する信号を発生するための手段、
(a3)(a2)からの信号を受け取り、出力信号を決定し送信して、合成ガス及び/又は一酸化炭素の第2の供給源の流速を操作し、測定全圧を目標全圧に合わせるための手段;並びに
(b1)目標排出流速と測定排出流速との排出流速差を測定するための手段、
(b2)排出流速差に対応する信号を発生するための手段、
(b3)(b2)からの信号を受け取り、出力信号を決定し送信して、合成ガス及び/又は一酸化炭素の第2の供給源の流速を操作し、測定排出流速を目標排出流速に合わせるための手段。
代替実施形態において、装置は設計構成(a1)〜(a3)及び
(b1)〜(b3)のすべてを含むことが可能である。
(a1)目標全圧を確定し、
(a2)全圧を検出し、検出された全圧と目標全圧との差を測定し、そして
(a3)工程(a2)において測定される圧力差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給量を操作して検出された全圧を目標全圧に本質的に合わせること;及び
(b1)目標排出量を確定し、
(b2)排出流速を検出し、検出された排出流速と目標流速との差を測定し、そして
(b3)段階(b2)において測定される排出流速差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出された排出流速を目標排出量に本質的に合わせること。
(a1)目標全圧を確定し、
(a2)全圧を検出し、検出された全圧と目標全圧との差を測定し、そして
(a3)工程(a2)において測定される圧力差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出された全圧を目標全圧に本質的に合わせること;並びに
(b1)目標排出流速を確定し、
(b2)排出流速を検出し、検出排出流速と目標流速との差を測定し、そして
(b3)工程(b2)において測定される排出流速差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出排出流速を目標排出流速に本質的に合わせること。
(a1)目標全圧を確定し、
(a2)全圧を検出し、検出された全圧と目標全圧との差を測定し、そして
(a3)工程(a2)において測定される圧力差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給量を操作して検出全圧を目標全圧に本質的に合わせること;及び
(b1)目標排出流速を確定し、
(b2)排出流速を検出し、検出された排出流速と目標流速間の差を測定し、そして
(b3)段階(b2)において測定される排出流速差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出排出流速を目標排出流速に本質的に合わせること。
(a1)目標全体ガス圧力と測定全体ガス圧力との圧力差を決定するための手段、
(a2)圧力差に対応する信号を発生させるための手段、
(a3)(a2)からの信号を受け取り、出力信号を決定し送信して、合成ガス及び/又は一酸化炭素の第2の供給源の流速を操作し、測定全圧を目標全圧に合わせるための手段;並びに
(b1)目標排出流速と測定排出流速との排出量差を決定するための手段、
(b2)排出流速差に対応する信号を発生させるための手段、
(b3)(b2)からの信号を受け取り、出力信号を決定し送信して、合成ガス及び/又は一酸化炭素の第2の供給源の流速を操作し、測定排出流速を目標排出流速に合わせるための手段。
この実施例は、運転の逆の一酸化炭素分圧領域における運転用の合成ガス供給流速の第一の量を決定するための本発明の方法を示す。反応器を図3に示すように設定した。反応器は、インペラ(1)、インペラシャフト(2)、プロピレン供給ライン及び供給流制御(3);合成ガス供給ライン及び供給流制御(4)、反応器中のスパージャーにつながる供給ライン;排出流ライン及び排出流制御(5)、全圧センサー(6)、生成物回収系への生成物溶液/触媒用の出口ライン(7)、生成物回収系から戻る触媒用の供給ライン(8)を備えた。実験の間、プロピレン供給流速及び反応器排出流速を、実際の限定内の一定値に保持した。一定の触媒液体レベルを保持し、定常状態運転を達成するために、反応溶液の一部を、連続的に反応器から除去し、生成物回収系に通してヒドロホルミル化製品及び副生成物の一部を除去した。触媒を含有する処理溶液を回収し、連続方式での反応器に再循環して戻した。制御装置4を通して合成ガスを反応器に通し、プロピレン供給流速に対して化学量論量より低い供給量で開始した。一定の全体反応器圧力及び一定のヒドロホルミル化反応速度により示されるように、定常状態が達成されるまで、反応条件を保持した。定常状態条件で、全体反応器圧力、ヒドロホルミル化反応速度、排出流速及び組成並びに他の反応条件を測定した。一旦完了すると、合成ガス供給速度を調整して、別の定常状態データ点を測定した。
1:いくつかの初期反応器排出流速データ点は、残りのデータ点よりも高かった;それにもかかわらず、実験の全体結果は悪影響を受けなかった。
2:反応物質供給圧力限定のせいで、最後のデータ点は定常状態条件下で運転していなかったが、定常状態では圧力は370psigよりも高くあったであろう。これらの限定のせいで、ヒドロホルミル化反応速度はこれらの条件に対して測定することができなかった。
実施例2は、本発明によるヒドロホルミル化速度曲線の負次数領域におけるヒドロホルミル化プロセスの安定運転を示す。合成ガス供給流速制御が第1(4)及び第2(9)流量制御弁からなることを除いて、図3の反応器構造に同一である反応器を、図4に示すように設定した。運転パラメータを実施例1に類似のやり方で制御した。第1合成ガス流量制御器(4)を通して反応器に合成ガスの第1量を供給した。120psig(827kPa)の目標圧力からの測定全圧の偏差に応答して、第2のフォワード圧力制御器(9)を通して合成ガスの追加量を供給して全体反応器圧力を目標圧力に合わせた。一定の全体反応器圧力及び一定のヒドロホルミル化反応速度によって示されるように定常状態条件が達成されるまで、反応条件を保持した。全体反応器圧力、ヒドロホルミル化反応速度、排出流速及び組成、並びに他の反応条件を次に決定した。以下に要約するように、10時間を超える運転にわたり、定常状態の運転条件を実証した。
比較実験1は、安定運転が排出ライン及び排出制御センサーを通して全体反応器圧力を制御することにより保持することができないことを示す。実施例2に記載したように全10.8時間にわたる安定運転を実証した後、反応器を速やかに図7に示すように再設定した(運転しながら<1分)。すべての態様は、反応器圧力を増分合成ガス供給量により制御するよりもむしろ、排出ライン中の背圧制御器(10)を用いて反応器圧力を制御することを除いて、唯一の合成ガス供給量制御(4)を含む図3に示すものと同一であった。排出流速センサー(11)を用いて反応器排出流速を測定した(しかし制御はしなかった)。反応条件は、プロピレン供給流速、299グラム/時間;内部触媒温度、75℃;合成ガス供給比(H2:CO)、1.06;初期全体供給流速、232SLH;反応器圧力、反応器排出背圧制御器を用いて120psigであり、実施例2と類似していた。結果を図8(ヒドロホルミル化反応速度対実行時間)及び図9(反応器排出流速対運転時間)に示す。
この実施例は、比較実験1の反応系に安定な運転をいかに持ち込むかを示す。比較実験1に記載される最終条件から、全体合成ガス供給流速を180SLHに下げ、タイムクロックを0に設定しなおした。次に、運転の0.20時間で全体反応器排出流速を17SLH未満に下げ、その時点で反応器を速やかに図4に示す設計に戻し再設定した。第1合成ガス供給流速を202SLH(実施例2と同じ流量)に再設定した。目標全圧を120psig(834kPa)に設定し、第2合成ガス供給原料制御(図4、部分9)を介して実際の反応器圧力の目標圧力からのあらゆる偏差を調整した。これ以上の変化なしで、反応系は実施例2におけるものに類似の望ましい安定な運転条件を早急に再確定した。以下の運転条件を保持した:プロピレン供給流速、299グラム/時間;内部触媒温度、75℃;第1供給流速202SLHでの合成ガス供給比(H2:CO)、1.06;全体反応器圧力、120psig(合成ガス供給圧力制御器を用いて);及び反応器排出流速、44SLH。反応器排出流速44SLHは、不活性成分及び副生成物を反応器からパージして定常状態運転を達成するために十分であった。結果を図11(ヒドロホルミル化反応速度対運転時間)及び図12(分圧対運転時間)に示すが、これらはヒドロホルミル化反応速度及び反応器分圧における安定性を示す。示されていないが、類似の安定性は時間の関数としての反応器排出流速に観察された。この実施例は、ヒドロホルミル化速度曲線の望ましい負次数領域での安定な運転が、反応系を本発明の設計仕様に再設定することにより素早く再確定されたことを示す。
実施例4は、第2純粋一酸化炭素供給原料の使用による速度曲線の負次数領域におけるヒドロホルミル化プロセスの安定運転を示す。合成ガス供給流速制御が第1制御弁(4)を含み、一方で第2制御が純粋一酸化炭素供給流速制御(12)を含むことを除いて図4の反応器と同じ構成要素を有する反応器を、図13に示すように設定した。運転パラメータはその他の点で実施例2と同じであった。第1合成ガス流量制御器を通して反応器に合成ガスの第1量を供給した。113psig(880kPa)の目標圧力からの測定全圧の偏差に応答して、第2フォワード圧力制御器を通して一酸化炭素量を供給し、全体反応器圧力を目標圧力に合わせた。一定の全体反応器圧力及び一定のヒドロホルミル化反応速度によって示されるように定常状態条件が達成されるまで、反応条件を保持した。全体反応器圧力、ヒドロホルミル化反応速度、排出流速及び組成並びに他の反応条件を次に決定した。12時間を超える運転にわたり、定常状態の運転条件を実証した。
比較実験2は、安定運転が、一定の第1合成ガス供給流速を一定の第2一酸化炭素供給流速と組合せて用いることにより速度曲線の逆領域内に保持することができないことを示す。実施例4に記載するように、全12.25時間にわたり安定運転を実証した後、反応器を図16に示すように速やかに再設定し(運転しながら<1分)、タイムクロックを0に戻して再設定した。すべての設計態様は、一定の一酸化炭素供給流速制御、(4)及び(13)を用い、全体反応器圧力を反応器排出ライン上の背圧制御器(10)により制御することを除いて、図13に用いられるものと同一であった。排出流速センサー(11)を用いて反応器排出流速を測定した(しかし制御しなかった)。
この実施例は、比較実験2の不安定条件から、如何にして安定性を取り戻すかを示す。比較実験2の終わりで反応器を素早く図13に示す設計に戻して再設定した(運転しながら<1分);合成ガス供給量を97SLHに下げた;一酸化炭素フォワード圧力制御器を109psigに設定した。そしてタイムクロックを0に設定しなおした。続いて、合成ガス供給量をいくつかの段階で増大させ、最終的に運転0.3時間で211SLHとなった。0.37時間で、第2CO流量制御の一酸化炭素フォワード圧力制御器(12)を109psigから113psigに上げた。これ以上変化することなく、反応系は、実施例4におけるものと類似の望ましい安定した運転条件を速やかに取り戻した。以下の運転条件を保持した:プロピレン供給流速、327グラム/時間;内部触媒温度、75℃;第1の合成ガス供給流速211SLHでの合成ガス供給比(H2:CO)、1.23;全体反応器圧力、113psig(880kPa)(合成ガス供給圧力制御器(12)を用いて);及び反応器排出量、41.3SLH。反応器排出量41.3SLHは、不活性成分及び副生成物を反応器からパージして合計12時間にわたる定常状態運転を達成するために十分であった。
本発明のこの実施形態は、反応器排出流速が、全体反応器圧力を保持するために用いられる背圧制御器(10)を通して排出流速を制御するための可変合成ガス供給流速制御[(4)と組合わせた(14)]を用いて保持する、図19に示す反応器設計により説明される。図19の構成要素11が反応器排出量センサーであることに注意すること。開始時、触媒組成、プロセス条件及び反応器構造を、図3及び実施例1に示すように用いて、望ましい反応器目標全圧及び第1の合成ガス供給量を決定する。最小排出流速を、また、反応物質供給原料純度から決定し、流速は不活性成分及び副生成物を反応器からパージして定常状態運転を達成するために十分なものである。これらのパラメータを設定後、実施例2におけるものと同じ反応条件及び反応物質供給量を確定した。実験の間、プロピレン供給量(3)及び反応器排出量をできるだけ一定に制御する。一定の触媒液体レベルを保持し、定常状態運転を達成するために、触媒溶液は連続的に反応器(7)から除去され、製品回収系に通されてヒドロホルミル化製品及び副生成物を除去する。触媒溶液は連続方式での反応器(8)に再循環し戻す。合成ガスの第1の量を、合成ガス供給流速制御器(4)を通して反応器に供給する。合成ガスの可変量を第2制御弁(14)に通して制御し、それによって反応器排出流速を制御する。全体反応器圧力を、反応器排出ライン上の背圧制御器(10)により制御する。反応条件を保持し、一定の全体反応器圧力及び一定のヒドロホルミル化反応速度により示される定常状態条件を達成する。
この実施例は、速度曲線の正及び逆両方の次数領域にわたる一酸化炭素分圧の関数としてのヒドロホルミル化速度曲線の作製を説明する。本発明の方法なしでは、速度曲線の負次数領域での反応速度を得ることは難関に直面してしまうであろう。
2:データを典型的に高合成ガス転化率で収集した。従って、データ収集における通常の変動及び実験上の誤差は、計算される場合、100%よりも高いが、しかし約110%以下であるCO及び/又はH2に対する転化率をもたらすことが可能である。
3:調整速度−反応速度を、両変数に対する1次反応速度応答を用いてプロピレン分圧50psi及びロジウム濃度70ppmに調整する。
4:生成物異性体比(N/I)は、反応器排出ガス中で測定される通常対分岐アルデヒド生成物のモル比を指す。
5:プロパン選択性は、100x反応してブチルアルデヒド及びプロパンを生成したプロピレンの全モル数により割られた生成プロパンのモル数として計算される。
Claims (24)
- ヒドロホルミル化触媒の存在下に1種又はそれ以上の反応物質、一酸化炭素及び水素を反応させて、1種又はそれ以上の生成物を含む反応生成物流を生成させるヒドロホルミル化プロセスであって、前記プロセスを、一酸化炭素分圧が低下するにつれて反応速度が増大し、一酸化炭素分圧が増大するにつれて反応速度が低下するような一酸化炭素分圧で行うと共に、以下のプロセス工程を反応速度、全圧、排出流速、反応温度又はそれらの組合せを安定化させるために実施し、前記プロセスは以下から選択されるプロセス制御スキーム:
スキームA:
(a1)目標全圧を確定し、
(a2)全圧を検出し、検出された全圧と目標全圧との差を測定し、そして
(a3)工程(a2)において測定された圧力差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流を操作して検出された全圧を目標全圧に本質的に合わせること;及び
スキームB:
(b1)目標排出流速を確定し、
(b2)排出流速を検出し、検出された排出流速と目標排出流速との差を測定し、そして
(b3)工程(b2)において測定された排出流速差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出された排出流速を本質的に目標排出流速に合わせること
の少なくとも一つを含んでなるヒドロホルミル化プロセス。 - プロセス工程(a1)〜(a3)及びプロセス工程(b1)〜(b3)を、すべて、検出全圧を目標全圧に合わせ、検出排出流速を目標排出流速に合わせるように実施する請求項1に記載のプロセス。
- 1種又はそれ以上のオレフィン不飽和化合物が一酸化炭素及び水素と接触して1種又はそれ以上のアルデヒドを製造する請求項1に記載のプロセス。
- オレフィン不飽和化合物が3〜20個の炭素原子を含む請求項3に記載のプロセス。
- ヒドロホルミル化触媒が金属−有機リンリガンド錯体触媒を含む請求項1に記載のプロセス。
- ヒドロホルミル化触媒が金属−有機ポリホスファイトリガンド錯体触媒を含む請求項5に記載のプロセス。
- ヒドロホルミル化触媒がロジウム−有機ポリホスファイトリガンド錯体触媒を含む請求項6に記載のプロセス。
- 目標全圧を全圧対合成ガス供給流速のグラフの最も急角度の正勾配領域中での圧力範囲から選択する請求項1に記載のプロセス。
- 最小の目標排出流速を、投入化学量論過剰量の水素及び不活性物に等しい排出流速として選択する請求項1に記載のプロセス。
- 一酸化炭素の第1の供給源を、本質的にヒドロホルミル化プロセスの化学量論的要求を満足させるためにプロセスに提供し、そして検出された全圧を、一酸化炭素含有ガスの第2の供給源によって目標全圧に調節する請求項1に記載のプロセス。
- 一酸化炭素の第1の供給源が反応器への合成ガスの第1の供給原料を含み、そして任意的に一酸化炭素含有ガスの第2の供給源が、合成ガス供給原料又は純粋一酸化炭素供給原料、又は一酸化炭素及び不活性ガスを含む供給原料を含む請求項10に記載のプロセス。
- 全圧を、一酸化炭素含有入口ガスの供給流速を調整することにより制御し、一方で反応器から排出されるガスの排出流速を一定の流速に保持する請求項1に記載のプロセス。
- 反応器から排出されるガスの排出流速を、目標全圧を保持しながら、反応器に供給される一酸化炭素含有ガスの流速を調整することにより制御する請求項1に記載のプロセス。
- ヒドロホルミル化プロセスを、全圧を直列にある1又はそれ以上の反応器上に位置する検出手段により検出し、複数の反応器にわたる全圧を目標圧力に合わせるために、信号を、直列にある1又は以上の反応器への一酸化炭素入口ラインに伝達する、直列に接続された複数の連続攪拌タンク反応器中で実施する請求項1に記載のプロセス。
- ヒドロホルミル化プロセスを、排出流速を、直列にある1又は以上の反応器からの排出ライン中に置かれる検出手段により検出し、複数の反応器にわたる排出流速を目標排出流速に合わせるために信号を、直列にある1又はそれ以上の反応器への一酸化炭素入口ラインに伝達する、直列に接続された複数の連続攪拌タンク反応器中で実施する請求項1に記載のプロセス。
- ヒドロホルミル化プロセスを、全圧を、直列にある1又はそれ以上の反応器上に位置する検出手段により検出し、複数の反応器にわたる全圧を目標圧力に合わせるために、信号を、直列にある1又はそれ以上の反応器への一酸化炭素入口ラインに伝達すると共に;排出流速を、直列にある1又はそれ以上の反応器からの排出ライン中に置かれる検出手段により検出し、複数の反応器にわたる排出流速を目標排出流速に合わせるために、信号を、直列にある1又はそれ以上の反応器への一酸化炭素入口ラインに伝達する、直列に接続された複数の連続攪拌タンク反応器中で実施する請求項1に記載のプロセス。
- 一酸化炭素分圧を、ヒドロホルミル化反応速度対一酸化炭素分圧のプロットから決定される、最大での又は最大速度の50%内のヒドロホルミル化反応速度に対応するヒドロホルミル化速度曲線の逆指数領域中で選択する請求項1に記載のプロセス。
- 金属−有機ポリホスファイトリガンド錯体触媒及び任意的な遊離有機ポリホスファイトリガンドの存在下に、1種又はそれ以上のオレフィン不飽和化合物を、一酸化炭素及び水素と反応領域中で反応させて、1種又はそれ以上のアルデヒドを含む反応生成物流体を生成させると共に、1種又はそれ以上のアルデヒドを少なくとも一つの分離領域中で金属−有機ポリホスファイトリガンド錯体触媒及び任意的な遊離有機ポリホスファイトリガンドから分離することを含む改良されたヒドロホルミル化プロセスであって、前記改良が、一酸化炭素分圧が低下するにつれて反応速度が増大し、一酸化炭素分圧が増大するにつれて反応速度が低下するような一酸化炭素分圧でヒドロホルミル化プロセスを行うことを含むと共に、以下のプロセス工程を反応速度、全圧、排出流速、反応温度又はそれらの組合せを安定化させるように一酸化炭素分圧を浮動させるために行われ、前記プロセス工程は以下から選択されるプロセス制御スキーム:
スキームA:
(a1)目標全圧を確定し、
(a2)全圧を検出し、検出された全圧と目標全圧との差を測定し、そして
(a3)工程(a2)において測定された圧力差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流を操作して検出された全圧を本質的に目標全圧に合わせること;及び
スキームB:
(b1)目標排出流速を確定し、
(b2)排出流速を検出し、検出された排出流速と目標流速との差を測定し、そして
(b3)段階(b2)において測定された排出流速差に基づき、一酸化炭素を含むガスの供給流速を操作して検出された排出流速を目標排出流速に本質的に合わせること
の少なくとも一つを含んでなるヒドロホルミル化プロセス。 - プロセス工程(a1)〜(a3)及びプロセス工程(b1)〜(b3)を、すべて、検出された全圧を目標全圧に本質的に合わせ、検出排出流速を目標排出流速に本質的に合わせるように実施する請求項18に記載のプロセス。
- オレフィンが3〜約20個の炭素原子を含む請求項18に記載のプロセス。
- 金属−有機ポリホスファイト錯体触媒の金属がロジウムである請求項18に記載のプロセス。
- 一酸化炭素分圧が約1psia(6.8kPa)〜約1,000psia(6,800kPa)の範囲にある請求項18に記載のプロセス。
- 1種又はそれ以上の反応物質を供給するための手段、合成ガスを供給するための手段、任意的な、一酸化炭素の第2の供給源を供給するための手段、触媒溶液を供給するための手段、反応及び不活性ガスを排出するための手段、反応流体を抜き出すための手段、全体ガス圧力を測定するための手段並びに反応及び不活性ガスの排出流速を測定するための手段を含む反応器を含んでなる、ヒドロホルミル化プロセスを安定化させるための装置であって、前記装置が、更に、以下から選択される設計スキーム:
設計A:
(a1)目標全体ガス圧力と測定された全体ガス圧力との圧力差を決定するための手段、
(a2)圧力差に対応する信号を発生するための手段、
(a3)(a2)からの信号を受け取り、出力信号を決定し送信して、合成ガス及び/又は一酸化炭素の第2の供給源の流速を操作し、測定された全圧を目標全圧に合わせるための手段;
設計B:
(b1)目標排出流速と測定された排出流速との排出流速差を決定するための手段、
(b2)排出流速差に対応する信号を発生するための手段、
(b3)(b2)からの信号を受け取り、出力信号を決定し送信して、合成ガス及び/又は一酸化炭素の第2の供給源の流速を操作し、測定排出流速を目標排出流速に合わせるための手段
を含んでなる装置。 - 設計構成(a1)〜(a3)及び設計構成(b1)〜(b3)のすべてを含む請求項23に記載の装置。
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