JP2010270159A - 酢酸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メタノールおよび/またはその反応性誘導体を、イリジウムカルボニル化触媒と沃化メチル助触媒と有限濃度の水と酢酸と酢酸メチルとルテニウム、オスミウムおよびレニウムから選択される少なくとも1種の促進剤とアルカリ金属沃化物、アルカリ土類金属沃化物、I−を発生しうる金属錯体、I−を発生しうる塩類およびその2種もしくはそれ以上の混合物よりなる群から選択される安定化用化合物とからなる液体反応組成物を内蔵したカルボニル化反応器にて一酸化炭素でカルボニル化することによる酢酸の製造方法において、促進剤とイリジウムとのモル比が2:1より大であると共に安定化用化合物とイリジウムとのモル比が[0より大〜5]:1の範囲であることを特徴とする酢酸の製造方法とする。
【選択図】図1
Description
(a)メタノールおよび/またはその反応性誘導体をイリジウムカルボニル化触媒と沃化メチル助触媒と有限濃度の水と酢酸と酢酸メチルとルテニウム、オスミウムおよびレニウムから選択される少なくとも1種の促進剤とアルカリ金属沃化物、アルカリ土類金属沃化物、I−を発生しうる金属錯体、I−を発生しうる塩類およびその2種もしくはそれ以上の混合物からなる群から選択される安定化用化合物とからなる液体反応組成物を内蔵した第1カルボニル化反応帯域にてカルボニル化し、ここで促進剤とイリジウムとのモル比を2より大:1にすると共に安定化用化合物とイリジウムとのモル比を[0より大〜5]:1の範囲にして酢酸を生成させ、
(b)液体反応組成物を反応帯域から溶解および/または同伴された一酸化炭素と一緒に抜き取り、
(c)必要に応じ前記抜き取られた液体反応組成物の少なくとも1部を1つもしくはそれ以上の更なる反応帯域に移送して、溶解および/または同伴された一酸化炭素の少なくとも1部を消費させ、
(d)工程(b)および適宜の工程(c)からの前記反応組成物を1つもしくはそれ以上のフラッシュ分離段階に移送して、酢酸生成物と一酸化炭素からなる低圧オフガスとを含む蒸気フラクション並びにイリジウムカルボニル化触媒と促進剤と酢酸溶剤とからなる液体フラクションを形成させ、
(e)フラッシュ分離段階から液体フラクションを反応帯域まで循環させる
ことを特徴とする酢酸の製造方法をも提供する。
実験は全て、撹拌器および液体注入施設を装着した300cm3のジルコニウムオートクレーブで行った。このオートクレーブを4x106N/m2まで窒素により圧力試験し、次いで1x106N/m2まで一酸化炭素により3回フラッシュさせた。酢酸メチルと酢酸と沃化メチルと酢酸ルテニウム溶液(酢酸:水、4:1における5.08重量%Ru)と水とよりなる初期充填物をオートクレーブに入れ、これを次いで一酸化炭素で再パージすると共にゆっくり排気して揮発物のロスを防止した。
酢酸メチル(48.05g)と酢酸(48.42g)と酢酸ルテニウム溶液(12.28g)と水(13.86g)と沃化メチル(13.31g)とが充填されたオートクレーブでベースライン実験を行った。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)と酢酸(8.71g)とで構成した。イリジウムとルテニウムとの大凡の比は1:4とした。一酸化炭素吸収に基づく反応の速度は11%酢酸メチルの計算反応組成にて19.6モル/リットル/hであると測定され、実質上全ての酢酸メチルが消費されるまで絶えず低下した。酢酸の変換率は消費酢酸メチルに基づき99.66%であった。プロパン酸先駆体の分析は467.8ppmの全プロパン酸生成を示した。体温排気オフガスにおけるガス副生物はH2(3.6ミリモル)とCO2(8.0ミリモル)とCH4(12.6ミリモル)とであった。冷却反応混合物は明瞭に観察しうる量の固形分を示した。これら結果を表1に示す。
酢酸メチル(48.05g)と酢酸(57.2g)と酢酸ルテニウム溶液(12.2g)と水(13.83g)と沃化メチル(13.34g)と妖化リチウム(0.11g)とが充填されたオートクレーブにて実験Aを反復した。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき98.58%であった。冷却反応混合物には7日後でも沈殿物は観察されなかった。その結果を表1に示す。
酢酸メチル(48.05g)と酢酸(57.2g)と酢酸ルテニウム溶液(12.2g)と水(13.83g)と沃化メチル(13.34g)と妖化リチウム(0.0561g)とが充填されたオートクレーブにて実験Aを反復した。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき98.94%であった。数日後でさえ冷却反応混合物には沈殿物が観察されなかった。その結果を表1に示す。
酢酸メチル(48.06g)と酢酸(58.03g)と酢酸ルテニウム溶液(24.35g)と水(12.01g)と沃化メチル(13.30g)とが充填されたオートクレーブにてベースライン実験を行った。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。一酸化炭素吸収に基づく反応の速度は11%酢酸メチルの計算反応組成にて22.2モル/リットル/hであると測定され、実質上全ての酢酸メチルが消費されるまで着実に減少した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき98.80%であった。プロピオン酸先駆体の分析は399.7ppmの全プロピオン酸生成を与えた。冷却反応混合物は著量の明瞭な可視沈殿物を示した。その結果を表2に示す。
酢酸メチル(48.14g)と酢酸(58.08g)と酢酸ルテニウム溶液(24.34g)と水(12.00g)と沃化メチル(13.33g)と沃化リチウム(0.1076g)とが充填されたオートクレーブにて実験Bを反復した。酢酸への変換率は酢酸メチル消費に基づき98.55%であった。数日後でさえ冷却反応混合物には沈殿物が観察されなかった。その結果を表2に示す。
酢酸メチル(48.13g)と酢酸(58.02g)と酢酸ルテニウム溶液(24.35g)と水(12.02g)と沃化メチル(13.30g)と沃化リチウム(0.052g)とが充填されたオートクレーブにて実験Bを反復した。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき98.63%であった。数日後でさえ冷却反応混合物には沈殿物が観察されなかった。その結果を表2に示す。
酢酸メチル(48.01g)と酢酸(58.03g)と酢酸ルテニウム溶液(24.34g)と水(12.05g)と沃化メチル(13.34g)と沃化リチウム(0.0333g)とが充填されたオートクレーブにて実験Bを反復した。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき98.81%であった。数日後でさえ冷却反応混合物には沈殿物が観察されなかった。その結果を表2に示す。
酢酸メチル(48.04g)と酢酸(58.03g)と酢酸ルテニウム溶液(24.37g)と水(12.45g)と沃化メチル(13.34g)と沃化リチウム(0.0115g)とが充填されたオートクレーブにて実験Bを反復した。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき98.50%であった。冷却反応混合物は僅かに濁ったが、固形物は肉眼検出されなかった。その結果を表2に示す。
酢酸メチル(48.03g)と酢酸(46.79g)と酢酸ルテニウム溶液(24.39g)と水(12.51g)と沃化メチル(13.31g)と酢酸マグネシウム四水塩(0.114g)とが充填されたオートクレーブにて実験Bを反復した。触媒溶液はイリジウム溶液(5.25重量%Ir)で構成した。酢酸への変換率は消費酢酸メチルに基づき99.2%であった。冷却反応混合物は僅かに濁ったが、固形物は肉眼検出されなかった。その結果を表2に示す。
使用した装置を図1に示す。図1を参照して、装置は攪拌一次カルボニル化反応器(1)と二次カルボニル化反応器(2)とフラッシュタンク(3)と蒸留カラム(図示せず)とで構成した。
図1を参照して説明した装置および方法を使用し、メタノールを一次反応器(1)にて20モル/リットル/hの速度(低温脱ガス反応容積に基づく)でカルボニル化させた。一次反応器(1)における液体反応組成物は約7重量%の沃化メチルと12重量%の酢酸メチルと5重量%の水と約76重量%の酢酸と1250ppmのイリジウムと2720ppmのルテニウムとで構成した。液体反応組成物を第2反応器(2)にて190℃の緩和な温度および約27x105N/m2の圧力で40〜60秒の滞留時間により更にカルボニル化させた。
実験Cの手順を反復したが、ただしCOを第2カルボニル化反応器に供給しなかった。その結果を表3に示す。リチウムをカルボニル化反応器に添加しなかった。
実験CおよびDの手順を反復したが、ただしカルボニル化反応器におけるRu:Ir比を6:1のモル比まで増大させると共に、二次カルボニル化反応器中へ供給したCOの量を変動させた。その結果を表3に示す。リチウムは実験E〜Gにてカルボニル化反応器に添加しなかった。
実験C〜Gの手順を反復したが、ただし種々の量のリチウムを第1カルボニル化反応器に添加した。その結果を表3に示す。
実験は全て、金属ケージにより包封されると共に強化キャビネットにケーシングされた30mlのガラス反応容器からなるフィッシャー・ポーター装置を用いて行った。容器のヘッドにおける単一ポートをステンレス鋼配管により圧力計に接続した。この装置にはレリーフ弁と液体試料採取システムと洗浄ポートと入口マニホールドとを装着した。反応混合物を磁気攪拌棒により攪拌した。ガラス反応容器を油浴に浸漬して加熱した。
イリジウムとルテニウム(1.0g)とからなる触媒系沈殿物の既知量および合成カルボニル化反応溶液(25.0g)をフィッシャー・ポーター装置のガラス反応容器に移した。次いでこの装置を組み立てると共に、20分間にわたり約6x105N/m2にて圧力試験した。次いで容器を窒素で3回フラッシュさせた。次いで反応混合物を190℃および130℃の温度まで2x105N/m2の窒素下に24時間にわたり加熱した。得られた溶液を30℃未満まで冷却し、圧力解除し(必要ならば)、4400rpmにて5分間にわたり遠心分離した。得られた溶液の試料をX線蛍光(XRF)によりイリジウム濃度およびルテニウム濃度につき分析し、合成カルボニル化反応溶液の組成を表4に示す。実験の結果を表5に示す。
実験Hを反復したが、ただし合成触媒循環溶液(CRS)を合成カルボニル化反応溶液の代わりに使用した。合成触媒循環溶液の組成を表4に示し、実験の結果を表6に示す。
実験Hを反復したが、ただしフィッシャー・ポーター装置への合成カルボニル化反応溶液の添加に先立ち、沃化リチウムの所定量を溶液に添加した。実験の結果を表5に示す。
実験Iを反復したが、ただしフィッシャー・ポーター装置への合成触媒循環溶液の添加に先立ち、沃化リチウムの所定量を溶液に添加した。実験の結果を表6に示す。
実験Iを反復したが、ただしフィッシャー・ポーター装置への合成触媒循環溶液の添加に先立ち、所定量の沃化物安定化用化合物を溶液に添加した。添加した安定化用化合物の詳細を表7に示す。更に実験の結果をも表7に示す。
Claims (20)
- メタノールおよび/またはその反応性誘導体を、イリジウムカルボニル化触媒と沃化メチル助触媒と有限濃度の水と酢酸と酢酸メチルとルテニウム、オスミウムおよびレニウムから選択される少なくとも1種の促進剤とアルカリ金属沃化物、アルカリ土類金属沃化物、I−を発生しうる金属錯体、I−を発生しうる塩類およびその2種もしくはそれ以上の混合物よりなる群から選択される安定化用化合物とからなる液体反応組成物を内蔵したカルボニル化反応帯域にて一酸化炭素でカルボニル化することによる酢酸の製造方法において、促進剤とイリジウムとのモル比が2:1より大であると共に安定化用化合物とイリジウムとのモル比が[0より大〜5]:1の範囲であることを特徴とする酢酸の製造方法。
- (a)液体反応組成物を溶解および/または同伴された一酸化炭素および他のガスと一緒に前記カルボニル化反応帯域から抜き取り;
(b)必要に応じ前記抜き取られた液体反応組成物を1つもしくはそれ以上の更なる反応帯域に通過させて、溶解および/または同伴された一酸化炭素の少なくとも1部を消費させ;
(c)工程(a)および適宜の工程(b)からの前記組成物を1つもしくはそれ以上のフラッシュ分離段階に移送して、(i)凝縮性成分と低圧オフガスとからなる蒸気フラクション(凝縮性成分は酢酸生成物および一酸化炭素と抜き取られた液体カルボニル化反応組成物と共に溶解および/または同伴された他のガスとからなる低圧オフガスからなる)、並びに(ii)イリジウムカルボニル化触媒と促進剤と酢酸溶剤とからなる液体フラクションを形成させ;
(d)凝縮性成分を低圧オフガスから分離し;
(e)液体フラクションをフラッシュ分離段階からカルボニル化反応器まで循環させる
更なる工程を含む請求項1に記載の方法。 - 促進剤:イリジウムのモル比が[2より大〜15]:1の範囲である請求項1または2に記載の方法。
- 促進剤:イリジウムのモル比が[2より大〜5]:1の範囲である請求項1または2に記載の方法。
- 促進剤:イリジウムのモル比が[4〜10]:1の範囲である請求項3に記載の方法。
- 促進剤:イリジウムのモル比が[6〜12]:1の範囲である請求項3に記載の方法。
- 安定化用化合物:イリジウムのモル比が[0.05〜3]:1の範囲である請求項3または4に記載の方法。
- 安定化用化合物:イリジウムのモル比が[0.05〜1.5]:1の範囲である請求項7に記載の方法。
- 安定化用化合物:イリジウムのモル比が[0.15〜2.5]:1の範囲である請求項5または6に記載の方法。
- 安定化用化合物:イリジウムのモル比が[0.15〜2]:1の範囲である請求項9に記載の方法。
- 安定化用化合物をアルカリ金属沃化物、アルカリ土類金属沃化物、沃素イオンを発生しうるアルカリ金属塩および沃素イオンを発生しうるアルカリ土類金属塩よりなる群から選択する請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 安定化用化合物がアルカリ金属沃化物または沃素イオンを発生しうるアルカリ金属塩である請求項11に記載の方法。
- 安定化用化合物を沃化リチウム、酢酸リチウム、沃化ナトリウムおよび酢酸ナトリウムから選択する請求項12に記載の方法。
- 安定化用化合物を反応帯域中へ直接導入し、または反応帯域中へ間接的に導入する請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 安定化用化合物を循環流を介し反応帯域中へ導入する請求項14に記載の方法。
- 循環流が触媒循環流である請求項15に記載の方法。
- イリジウムカルボニル化触媒と沃化メチル助触媒と有限濃度の水と酢酸と酢酸メチルとルテニウム、オスミウムおよびレニウムから選択される少なくとも1種の促進剤とからなる液体反応組成物を内蔵したカルボニル化反応帯域にて、メタノールおよび/またはその反応性誘導体を一酸化炭素でカルボニル化することによる酢酸の製造方法における、一酸化炭素の減少レベル化で触媒および/または促進剤を安定化させるためのアルカリ金属沃化物、アルカリ土類金属沃化物、I−を発生しうる金属錯体、I−を発生しうる塩類およびその2種もしくはそれ以上の混合物よりなる群から選択される化合物の使用。
- 安定化用化合物とイリジウムとのモル比が[0より大〜5]:1の範囲である請求項17に記載の使用。
- イリジウムカルボニル化触媒と沃化メチル助触媒と有限濃度の水と酢酸と酢酸メチルとルテニウム、オスミウムおよびレニウムから選択される少なくとも1種の促進剤とからなる液体反応組成物を内蔵したカルボニル化反応帯域にて、メタノールおよび/またはその反応性誘導体を一酸化炭素でカルボニル化することによる酢酸の製造方法における、イリジウムおよび/またはルテニウム、オスミウムおよびレニウムから選択される少なくとも1種の促進剤からなると共に減少レベルの一酸化炭素下で形成された触媒系沈殿物を可溶化させるためアルカリ金属沃化物、アルカリ土類金属沃化物、I−を発生しうる金属錯体、I−を発生しうる塩類およびその2種もしくはそれ以上の混合物よりなる群から選択される化合物の使用。
- 触媒系沈殿物が第2反応帯域にておよび/または酢酸生成物回収セクションにて形成される請求項19に記載の使用。
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