JP2015537037A - アルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートを含有する触媒系の存在下で、メタノールと一酸化炭素とを反応させることにより、ギ酸メチルを製造する方法 - Google Patents
アルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートを含有する触媒系の存在下で、メタノールと一酸化炭素とを反応させることにより、ギ酸メチルを製造する方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
(i)NaOCH3 + HCOOCH3 → HCOONa + CH3OCH3
(ii)NaOCH3 + H2O + HCOOCH3 → HCOONa + 2CH3OH
WO 2001/07392による方法の場合、反応器排出口から、形成されたギ酸メチルが蒸留装置中に排出される。触媒として使用される、消費されなかったアルカリ金属メタノラートは、カルボニル化反応器へ返送されうる。しかし、この場合、塩の分離を避けるために、触媒分解生成物を返送前に脱塩装置中で除去することが必要とされる。触媒分解生成物として発生するアルカリ金属ホルメートは、その不十分な溶解性のために、管および弁が閉塞するまで、装置中および管路中で堆積をまねきうる。WO 2001/07392の教示によれば、反応器出口でのアルカリ金属ホルメートの含量は、とりわけ、0.1〜0.3質量%の範囲内にある。
本発明による方法において使用される一酸化炭素は、固体で使用されてもよいし、液状で使用されてもよいし、ガス状で使用されてもよい。一酸化炭素は、純物質として、すなわち少なくとも95質量%、有利に少なくとも97質量%、特に有利に少なくとも99質量%の含量で使用されうる。好ましくは、一酸化炭素は、ガス状で使用される。使用される一酸化炭素は、有利には可能な限り二酸化炭素を含まず、すなわちたいてい、そのつど一酸化炭素含有ガス混合物の全質量に対して、二酸化炭素1質量%未満、有利に二酸化炭素0.5質量%未満である。一酸化炭素の他に、さらなる不活性物質、例えば窒素、水素、メタンまたは希ガスを含有する一酸化炭素含有ガス混合物を使用することも可能である。しかし、一般に、不活性物質の含量は、一酸化炭素含有ガス混合物の全質量に対して、10質量%未満である。より大きな量は、実際に任意に同様に許容されうるが、しかし、たいてい、より高い圧力の使用が必要とされ、それによって、さらなる圧縮エネルギーが必要となる。一酸化炭素は、たいてい、当業者によく知られた一酸化炭素源、例えば合成ガスに由来する。
CF3CF2(OCFXCF2)pOCF2SO3M
〔式中、p=0〜2、X=F、CF3およびM=Na、K〕の当該アルカリ金属オキシペルフルオロスルホネートである。
ギ酸メチルを12〜45質量%、
メタノールを40〜85質量%、
アルカリ金属ホルメートを2.5〜15質量%、
アルカリ金属アルコラートを0.5〜1.5質量%および
一酸化炭素を0〜2質量%含有し、
その際に、反応混合物(RG)中に含まれる全ての成分の総和は、100質量%であり、かつ反応混合物(RG)は、そのつど反応混合物(RG)の全質量に対して、ギ酸メチル、メタノール、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラート、一酸化炭素および水とは異なる、さらなる成分を最大1質量%、有利に最大0.5質量%含有する。
ギ酸メチルを35〜45質量%、
メタノールを45〜62質量%、
ギ酸カリウムを2.5〜7.5質量%、
カリウムメタノラートを0.5〜0.8質量%および
一酸化炭素を0〜1.5質量%含有し、
その際に、反応混合物(RG)中に含まれる全ての成分の総和は、100質量%であり、かつ反応混合物(RG)は、そのつど反応混合物(RG)の全質量に対して、ギ酸メチル、メタノール、ギ酸カリウム、カリウムメタノラート、一酸化炭素および水とは異なる、さらなる成分を最大1質量%、有利に最大0.5質量%含有する。
iii) HCOOCH3 + KOCH3 → HCOOK + CH3OCH3
iv) KOCH3 + H2O → KOH + CH3OH
v) KOH + HCOOCH3 → HCOOK + CH3OH
につきカリウムメタノラートからのギ酸カリウムの形成の例で説明される。
(a)分離装置中で一酸化炭素を反応混合物(RG)から分離して一酸化炭素を含むガス流(G1)とギ酸メチル、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む液体流(L1)とを得る工程、
(b)第1の蒸留装置中でギ酸メチルを液体流(L1)から分離してギ酸メチルを含む留出物(D1)とアルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む塔底混合物(S1)とを得る工程、
(c)塔底混合物(S1)を、カルボニル化反応器に返送される部分流(S1a)と部分流(S1b)とに分ける工程、および
(d)第2の蒸留装置中でメタノールを部分流(S1b)から分離してメタノールを含みかつ第1の蒸留装置に返送される留出物(D2)とアルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートを含む塔底混合物(S2)とを得る工程を含めて、さらに後処理される。
(a)分離装置中で一酸化炭素を反応混合物(RG)から分離して一酸化炭素を含むガス流(G1)とギ酸メチル、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む液体流(L1)とを得る工程、
(b)第1の蒸留装置中でギ酸メチルを液体流(L1)から分離してギ酸メチルを含む留出物(D1)とアルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む塔底混合物(S1)とを得る工程、
(c)塔底混合物(S1)を、カルボニル化反応器に返送される部分流(S1a)と部分流(S1b)とに分ける工程、および
(d)水が添加される第2の蒸留装置中でメタノールを部分流(S1b)から分離してメタノールを含みかつ第1の蒸留装置に返送される留出物(D2)とアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属ホルメートおよび水を含む塔底混合物(S2w)とを得る工程を含む。
比較例を図2による実験装置中で実施した。最初に、この実験装置全体を窒素で不活性化した。同様に、窒素の下で、メタノール99.2質量%とカリウムメチラート0.8質量%(カリウムメタノラート)とからなる溶液1400gを調合し、かつ窒素の下で、計量器上に置かれた貯蔵容器(A)中に移した。この混合物555g/hを流れ(10)として連続的に下方からオートクレーブ(B)中にポンプ輸送した。一酸化炭素188Nl/h(純度99.97体積%)を流れ(11)としてカルボニル化反応器中の蓋側で供給した。オートクレーブ(B)を毎分750回転で強力に攪拌し、かつ85℃で操作した。2相の反応混合物(RG)を流れ(13)として上昇管を介してカルボニル化反応器から連続的に排出する。前記排出管中の圧力保持弁を用いて、カルボニル化反応器中の圧力を55バールに保持した。オンラインでの分析のために、反応混合物(RG)80l/hを流れ(12)として、ポンプを用いて連続的にカルボニル化反応器から輸送した。流れ(12)を30℃に冷却し、引き続きATR−FIRプローブ(C)を介してポンプ輸送し、かつそこからカルボニル化反応器中へ返送した。1時間後、前記反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量10.5質量%を測定した。
例2を比較例1と同様に実施した。供給原料として、MeOH96.7質量%、カリウムメチラート0.8質量%およびギ酸カリウム2.5質量%を有する溶液1400gを窒素の下で貯蔵容器(A)中に充填した。試験の実施および試験パラメーターを比較例1と同様に実施した。試験の実施から1時間後、反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量12.8質量%を測定した。
例3を比較例1と同様に実施した。供給原料として、MeOH94.2質量%、カリウムメチラート0.8質量%およびギ酸カリウム5.0質量%を有する溶液1400gを窒素の下で貯蔵容器(A)中に充填した。試験の実施および試験パラメーターを比較例1と同様に選択した。試験の実施から1時間後、反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量13.3質量%を測定した。
比較例4を図2による実験装置中で実施した。最初に、この実験装置全体を保護ガスとしての窒素で不活性化した。同様に、窒素の下で、メタノール99.3質量%とカリウムメチラート0.7質量%とからなる溶液850gを調合し、かつ窒素の下で、計量器上に置かれた貯蔵容器(A)中に移した。この混合物480g/hを流れ(10)として連続的に下方からオートクレーブ(B)中にポンプ輸送した。一酸化炭素155Nl/h(純度99.97体積%)を流れ(11)としてカルボニル化反応器中の蓋側で供給した。オートクレーブ(B)を毎分750回転で強力に攪拌し、かつ85℃で操作した。2相の反応混合物(RG)を流れ(13)として上昇管を介してカルボニル化反応器から連続的に排出する。前記排出管中の圧力保持弁を用いて、前記反応器中の圧力を55バールに保持した。オンラインでの分析のために、反応混合物(RG)80l/hを流れ(12)として、ポンプを用いて連続的にカルボニル化反応器から輸送した。流れ(12)を30℃に冷却し、引き続きATR−FIRプローブ(C)を介してポンプ輸送し、かつそこからカルボニル化反応器(B)中へ返送した。1時間後、前記反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量11.6質量%を測定した。
例5を図2による実験装置中で同様に実施した。供給原料として、MeOH94.3質量%、カリウムメチラート0.7質量%およびギ酸ナトリウム5.0質量%を有する溶液850gを窒素の下で貯蔵容器(A)中に充填した。試験の実施および試験パラメーターを比較例4と同様に選択した。試験の実施から1時間後、反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量13.0質量%を測定した。
例6を図2による実験装置中で同様に実施した。供給原料として、MeOH94.3質量%、カリウムメチラート0.7質量%およびギ酸カリウム5.0質量%を有する溶液850gを窒素の下で貯蔵容器(A)中に充填した。試験の実施および試験パラメーターを比較例4と同様に選択した。試験の実施から1時間後、反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量15.2質量%を測定した。
例7を図2による実験装置中で同様に実施した。供給原料として、MeOH94.3質量%、カリウムメチラート0.7質量%およびギ酸ルビジウム5.0質量%を有する溶液850gを窒素の下で貯蔵容器(A)中に充填した。試験の実施および試験パラメーターを比較例4と同様に選択した。試験の実施から1時間後、反応器中の定常状態でのギ酸メチル含量13.6質量%を測定した。
1 一酸化炭素を含む流れ、 2 メタノールを含む流れ、 2a 下流の後処理段階から返送される、メタノールを含む流れ、 3 メタノール中に溶解されたアルカリ金属アルコラートを含む流れ、 4 ギ酸メチル、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートならびに任意に未反応のメタノールおよび未反応の一酸化炭素を含む流れ;反応混合物(RG)に相応する、 5 一酸化炭素を含む流れ;ガス流(G1)に相応する、 6 ギ酸メチル、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む流れ;液体流(L1)に相応する、 7 ギ酸メチルならびに任意にメタノールを含む流れ;留出物(D1)に相応する、 8 アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含有する流れ;塔底混合物(S1)に相応する、 8a アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノラートを含む流れ;部分流(S1a)に相応する、 8b アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む流れ;部分流(S1b)に相応する、 9 アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属水酸化物および水を含む流れ;塔底混合物(S2w)に相応する、 10 メタノールを含む流れ;留出物(D2)に相応する、 11 水を含む流れ、 I カルボニル化反応器、 II 分離装置、 III 第1の蒸留装置、 IV 第2の蒸留装置。
図2中:
A メタノールとカリウムメタノラートと任意にアルカリ金属ホルメートとの混合物を含む貯蔵容器、 B カルボニル化反応器I、 C オンラインATR−FIR測定プローブ(Bruker社のATR−MIR,Matrix MF)、 10 メタノール、カリウムメタノラートおよび任意にアルカリ金属ホルメートを含む流れ、 11 一酸化炭素を含む流れ、 12 ギ酸メチル、任意にアルカリ金属ホルメート、カリウムメタノラート、メタノールおよび任意に未反応の一酸化炭素を含む流れ、 13 ギ酸メチル、任意にアルカリ金属ホルメート、カリウムメタノラート、メタノールおよび任意に未反応の一酸化炭素を含む流れ;反応混合物(RG)に相応する。
Claims (13)
- ギ酸メチルを製造する方法であって、カルボニル化反応器中でアルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートを含有する触媒系の存在下にメタノールを一酸化炭素でカルボニル化することにより、ギ酸メチル、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートならびに任意に未反応のメタノールおよび未反応の一酸化炭素を含有する反応混合物(RG)を取得し、かつ前記カルボニル化反応器から取り出し、その際に、この反応混合物(RG)は、反応混合物(RG)の全質量に対して、アルカリ金属アルコラートを少なくとも0.5質量%含有し、かつ反応混合物(RG)中のアルカリ金属アルコラートに対するアルカリ金属ホルメートのモル比率は、1を上回る、前記方法。
- アルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートのアルカリ金属成分は、互いに独立して、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムからなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- アルカリ金属ホルメートは、ギ酸ナトリウムおよびギ酸カリウムからなる群から選択され、かつアルカリ金属アルコラートは、ナトリウムアルコラートおよびカリウムアルコラートからなる群から選択される、請求項1または2記載の方法。
- アルカリ金属ホルメートのアルカリ金属成分とアルカリ金属アルコラートのアルカリ金属成分とは、同一である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- アルカリ金属ホルメートはギ酸カリウムであり、かつアルカリ金属アルコラートはカリウムメタノラートである、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 使用されるメタノールは、そのつど、使用されるメタノールの全質量に対して、水を最大250質量ppm、有利に最大100質量ppm、特に有利に最大50質量ppm含有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応混合物(RG)は、そのつど反応混合物(RG)の全質量に対して、アルカリ金属アルコラートを0.5〜1.5質量%およびアルカリ金属ホルメートを2.5〜12質量%含有する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応混合物(RG)は、次の工程
(a)分離装置中で一酸化炭素を反応混合物(RG)から分離して一酸化炭素を含むガス流(G1)とギ酸メチル、アルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む液体流(L1)とを得る工程、
(b)第1の蒸留装置中でギ酸メチルを液体流(L1)から分離してギ酸メチルを含む留出物(D1)とアルカリ金属ホルメート、アルカリ金属アルコラートおよびメタノールを含む塔底混合物(S1)とを得る工程、
(c)塔底混合物(S1)を、カルボニル化反応器に返送される部分流(S1a)と部分流(S1b)とに分ける工程、および
(d)第2の蒸留装置中でメタノールを部分流(S1b)から分離してメタノールを含みかつ第1の蒸留装置に返送される留出物(D2)とアルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートを含む塔底混合物(S2)とを得る工程を含めて、さらに後処理される、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。 - 部分流(S1a)対部分流(S1b)の質量による量の比は、50対1を上回る、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応混合物(RG)中のアルカリ金属アルコラートに対するアルカリ金属ホルメートのモル比率は、2を上回り、特に有利に3を上回り、殊に有利に5を上回る、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応混合物(RG)は、
ギ酸メチルを12〜45質量%、
メタノールを40〜85質量%、
アルカリ金属ホルメートを2.5〜15質量%、
アルカリ金属アルコラートを0.5〜1.5質量%および
一酸化炭素を0〜2質量%含有する、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 一酸化炭素でメタノールをカルボニル化することによりギ酸メチルを製造するための触媒系としての、アルカリ金属アルコラートに対するアルカリ金属ホルメートのモル比率が1を上回る、アルカリ金属ホルメートおよびアルカリ金属アルコラートを含有する混合物の使用。
- アルカリ金属アルコラートに対するアルカリ金属ホルメートのモル比率が2を上回る、請求項12記載の混合物の使用。
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