JP6822969B2 - 酢酸の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
反応工程(1)では、カルボニル化触媒系と水とを含む反応媒体中、メタノールと一酸化炭素とを連続的に反応器に供給してメタノールをカルボニル化し、酢酸を生成する。反応器(1)内では、反応成分と金属触媒成分とを含む液相反応系と、一酸化炭素及び反応により生成した水素、メタン、二酸化炭素、並びに気化した低沸成分(ヨウ化メチル、生成した酢酸、酢酸メチルなど)などで構成された気相系とが平衡状態を形成しており、メタノールのカルボニル化反応が進行する。この反応器(1)から反応混合物を連続的に1又は複数のフラッシャ(触媒分離塔又はフラッシュ蒸発槽)(2)に導入又は供給し、蒸気成分(気相)をライン12を通じて抜き出し、熱交換器(コンデンサ)C1で冷却して凝縮し、ライン13を通じて凝縮液を反応器(1)に戻し、ライン14を通じて非凝縮ガスを、吸収処理ユニットを有するスクラバーユニット(図示せず)に供給している。凝縮液を反応器(1)に戻すことにより反応熱の一部を除熱できる。なお、非凝縮ガスを反応器(1)に戻すことにより反応熱の一部を除熱してもよく、非凝縮ガスからスクラバーユニットで回収された有用成分(一酸化炭素及び/又は水素、ヨウ化メチル、酢酸メチルなど)は反応器(1)へリサイクルしてもよい。
フラッシュ蒸発工程(2)では、ライン11を通じて反応器(1)から連続的に供給される反応混合物をフラッシャ(フラッシュ蒸発槽)でフラッシュ蒸発させ、生成酢酸、ヨウ化メチル、アセトアルデヒド、酢酸メチル、水などを含む揮発相(2A)と、ロジウム触媒及びヨウ化リチウムを含む低揮発相(2B)とに分離される。低揮発相(2B)は、冷却器C3で冷却し、リサイクルライン21を通じて、反応工程(1)の反応器にリサイクルされ、反応熱の一部を除熱している。少なくとも一部の揮発相(2A)は、ライン22を通じて、第1の蒸留工程(3)の蒸留塔に供給される。この例では、一部の揮発相(2A)は、ライン23のコンデンサC2で冷却して凝縮し、凝縮液はライン24を通じてホールドタンク25で貯留し、ライン26を通じて凝縮液は反応工程(反応器)(1)にリサイクルし、非凝縮ガスはライン27を通じて、吸収処理ユニットを有するスクラバーユニット(図示せず)に供給している。
第1の蒸留工程(スプリッターカラム)(3)では、前記揮発相(2A)を、塔頂又は塔の上段部から留出ライン33を通じて留出する第1のオーバーヘッド(塔頂ガス、低沸点流分又は低沸点成分)(3A)と、ライン36を通じてサイドカットされ、主に酢酸を含む酢酸流(3B)と、塔底又は塔の下段部から缶出ライン31を通じて流出する缶出液体流(高沸点流分又は高沸点成分)(3C)とに分離している。
前記のように、第1のオーバーヘッド(3A)は、PRC類、ヨウ化メチル、酢酸メチル、ジメチルエーテル、メタノールなどの不純物及び有用成分を含んでいる。そのため、分離工程(4)では、第1のオーバーヘッド(3A)から少なくともアセトアルデヒドが分離される。特に、第1のオーバーヘッド(3A)は、アセトアルデヒドに富むストリームと、有用なヨウ化メチルに富むストリームとに分離される。
分液工程(5)は、ライン33からの第1のオーバーヘッド(3A)を熱交換器(コンデンサ)C4で冷却し凝縮して、ヨウ化メチルに富み、水、酢酸メチルなどを含む凝縮液を生成させる凝縮工程(11a)と、この凝縮液を、分液工程(デカンタ)(5)で、アセトアルデヒドに富む上相(水相)と、ヨウ化メチルに富む下相(有機相)との二相に分液する工程(11b)とを含んでおり、分液した上相(水相)及び/又は下相(有機相)を第2の蒸留工程(6)に供している。水相はアセトアルデヒドに富み、酢酸メチル、酢酸、ヨウ化メチルなどを含む上相又は軽質相を形成し、下相はヨウ化メチルに富み、酢酸メチル、酢酸、水などを含む有機相又は重質相を形成する。なお、熱交換器(コンデンサ)C4の凝縮工程で凝縮しなかった非凝縮ガスは、ヨウ化メチルに富み、酢酸メチル、一酸化炭素などを含んでいる。そのため、非凝縮ガスを、ライン35を通じて、吸収処理ユニットを有するスクラバーユニット(図示せず)に供給してもよい。
分液工程(5)で凝縮した凝縮液は、第2の蒸留工程又は蒸留塔(6)に供給され、第2の蒸留塔(6)では、凝縮液を蒸留して、ヨウ化メチル及びPRCとしてのアセトアルデヒドに富む第2のオーバーヘッド(5A)(6A)と、ヨウ化メチルに富み、酢酸メチルなどを含む底部流(5B)(6B)とに分離している。
抽出工程(7)では、水抽出ユニット(水抽出器)でライン67からの凝縮液を水抽出して分液し、ヨウ化メチルに富む有機相(ラフィネート)とアセトアルデヒドに富む水相(抽出液)とに分離している。なお、この例では、抽出工程(7)は2つの水抽出ユニット(水抽出器)を備えている。すなわち、第1の水抽出ユニット(水抽出器)(8)において、所定のライン(図示せず)からの水(例えば、冷却した水)で、ライン67からの凝縮液(冷却しておいてもよい)を抽出(冷却した水と凝縮液とを混合)して分液し、第1のラフィネート(7B)と第1の抽出液(7A)とに分離し、第2の水抽出ユニット(水抽出器)(9)では前記第1のラフィネート(7B)を水で抽出して分液し、第2のラフィネート(8B)と第2の抽出液(8A)とに分離している。そのため、第2のラフィネート(8B)のアセトアルデヒド濃度は極めて低減しており、第2のラフィネート(8B)の一部を、ライン91,92,100を通じて反応器(1)へリサイクルし、第2のラフィネート(8B)の一部を、ライン93を通じて、第2の蒸留工程(6)にリサイクルしている。この例では、第2の蒸留工程(アルデヒド分離工程)(6)の下流側の蒸留塔(6b)に第2のラフィネート(8B)の一部を供給している。
第4の蒸留工程(8)の蒸留塔(図示せず)では、抽出工程(7)で生成した抽出液(前記の例では、第1及び第2の抽出液(7A)(8A))を蒸留し、アセトアルデヒドに富む第4のオーバーヘッドと、水に富む底部流(缶出流)とに分離し、底部流(水性流)は、前記抽出工程(7)での抽出水(抽剤)として再利用している。一方、第4のオーバーヘッドは、1又は複数のコンデンサで冷却して凝縮され、水、ヨウ化メチル、アセトアルデヒドなどを含む凝縮液と、アセトアルデヒドを含む非凝縮ガスとに分離している。非凝縮ガスは、吸収処理ユニットを有するスクラバーユニット(図示せず)に供給してもよく、スクラバーユニット及び/又は膜分離ユニットに代えて、又はスクラバーユニット及び/又は膜分離ユニットとともに、前記のように、順次冷却した複数のコンデンサC4を設け、非凝縮ガスをそのまま上流側又は複数のコンデンサの間に導入して、有用成分を回収し、反応などに有効に利用してもよい。
前記プロセスから発生する非凝縮ガス(オフガス)は系外に排出してもよいが、非凝縮ガス(オフガス)にも、ヨウ化メチル、酢酸メチル、ジメチルエーテル、水及び一酸化炭素などの有用な成分が含まれている。そのため、オフガス処理工程(10)で、非凝縮ガス(オフガス)を処理し、有用成分を分離又は回収して直接的又は間接的に反応工程(1)及び/又は蒸留工程(第1の蒸留工程(3)及び/又は第2の蒸留工程(6))にリサイクルし、有効に利用するのが好ましい。例えば、非凝縮ガス(オフガス)は、少なくとも1つのコンデンサ、特に、下流方向にいくにつれて順次に凝縮温度が低下した複数のコンデンサ(例えば、前記第1のオーバーヘッド(3A)のライン33に設けた複数のコンデンサC4)の上流又は複数のコンデンサの間に供給し、冷却して凝縮し、凝縮成分(凝縮液)を反応工程(1)及び/又は蒸留工程(第1の蒸留工程(3)及び/又は第2の蒸留塔(6))にリサイクルしてもよい。すなわち、非凝縮ガスは、少なくとも1つのコンデンサを経由して反応工程(1)及び/又は蒸留工程(第1の蒸留工程(3)及び/又は第2の蒸留塔(6))にリサイクルしてもよい。非凝縮ガス(オフガス)は、前記プロセスから生成する非凝縮ガス、例えば、前記反応器(1)からの非凝縮ガス(一酸化炭素及びヨウ化メチルに富むオフガス)14、フラッシャ(2)からの非凝縮ガス(酢酸、ヨウ化メチル及び酢酸メチルに富むオフガス)27、第1の蒸留工程(3)のコンデンサC4で凝縮しなかった非凝縮ガス35(及びデカンタ(5)内の非液化成分)、第2の蒸留工程(6)からの非凝縮ガス(オフガス)60,71(必要であれば、抽出工程(7)からのオフガス)であってもよい。非凝縮ガスは、少なくとも第2の蒸留工程(6)からの非凝縮ガス(オフガス)60,71を含んでいる場合が多い。
なお、本発明において、前記分離工程で生成し、アセトアルデヒドの濃度が低減したプロセス流(揮発相及び/又は後続するプロセス流からアセトアルデヒドを除去したプロセス流)を反応器にリサイクルしてもよい。このようなリサイクル工程により、反応器内の反応媒体中のアセトアルデヒド濃度を400重量ppm以下(例えば、0又は検出限界〜300重量ppm)、好ましくは10〜250重量ppm(例えば、20〜200重量ppm)程度に維持できる。
図1に示すフローにおいて、第3の蒸留塔(6b)に圧力制御ユニットを配置することなく、反応液量10Lの反応器を用いて、反応圧力2.76MPaG、反応温度186.8℃にて、連続的に酢酸を製造した。反応液(液相)は、水濃度2.7重量%、酢酸メチル濃度1.6重量%、ヨウ化メチル濃度8.2重量%、ヨウ化リチウム濃度12.3重量%、ロジウム濃度910ppmを含んでおり、反応器の気相部の水素H2分圧は0.07MPaであった。
図1に示すフローにおいて、第3の蒸留塔(6b)に圧力制御ユニット68を配置し、第3の蒸留塔(6b)の塔頂圧力(ゲージ圧)を0.18MPaGに制御し、比較例1と同様に、酢酸を連続的に製造したところ、安定して連続的に酢酸を製造できた。以下に、第3の蒸留塔(6b)への仕込液45、留出液(オーバーヘッド(6A)の凝縮液)67、窒素ガス(N2)72、及びオフガス71の組成を示す。
図1に示すフローにおいて、第3の蒸留塔(6b)に圧力制御ユニット68を配置し、第3の蒸留塔(6)の塔頂圧力(ゲージ圧)を0.18MPaGに制御し、比較例1と同様に、酢酸を連続的に製造したところ、安定して連続的に酢酸を製造できた。以下に、第3の蒸留塔(6b)への仕込液45、留出液(オーバーヘッド(6A)の凝縮液)67、窒素ガス(N2)72、及びオフガス71の組成を示す。
2…フラッシュ蒸発槽
3…第1の蒸留塔(スプリッターカラム)
5…デカンタ
6(6a,6b)…第2及び第3の蒸留塔
8,9…抽出器
Claims (16)
- 金属触媒、イオン性ヨウ化金属、及びヨウ化メチルを含む触媒系、並びに酢酸、酢酸メチル、水の存在下、メタノールと一酸化炭素とを反応させるためのカルボニル化反応工程と;反応混合物を揮発相と低揮発相とに分離するためのフラッシュ工程と;前記揮発相を蒸留して、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドから選択された少なくとも一種の低沸成分に富む第1のオーバーヘッドと、酢酸に富む粗酢酸流とに分離するための第1の蒸留工程と;前記第1のオーバーヘッドから少なくともアセトアルデヒドを分離するための分離工程とを含む酢酸の製造方法であって、前記分離工程が、
前記第1のオーバーヘッドを凝縮して凝縮液を上相と下相との二相に分液する工程と、
少なくとも1つの蒸留塔を備え、窒素ガスを導入して、蒸留塔内の圧力を制御しつつ、前記凝縮液を蒸留し、アセトアルデヒド及びヨウ化メチルに富む第2のオーバーヘッドと、底部又は下部流とに分離するための第2の蒸留工程と、
第2のオーバーヘッドからアセトアルデヒドを抽出し、アセトアルデヒドに富む抽出液と、ヨウ化メチルに富むラフィネートとに分離する抽出工程とを含み、
前記凝縮液のうち、少なくとも前記下相の少なくとも一部及び/又は前記ラフィネートの少なくとも一部を前記第2の蒸留工程の前記蒸留塔に仕込み、この仕込み流量に対して、窒素ガスを0.0001〜1%の流量(単位:kg/H)の割合で前記蒸留塔に流しつつ蒸留し、前記蒸留塔からの第2のオーバーヘッドを凝縮するための凝縮器の冷却水の温度及び/又は流量を調整し、前記蒸留塔からの非凝縮性ガスの排出量を調整して圧力制御する、酢酸の製造方法。 - 第2の蒸留工程で蒸留塔内の圧力を0.1〜0.7MPaに制御しつつ、第1のオーバーヘッドを蒸留する請求項1記載の方法。
- 蒸留塔内の圧力を圧力センサで検出し、この検出値と基準値とに基づいて、蒸留塔の塔頂に配置された圧力制御ユニットからの制御信号により圧力コントロールバルブを開閉して、第1のオーバーヘッドの流出量を調整することにより、蒸留塔内の圧力を制御する請求項1又は2記載の方法。
- 第2の蒸留工程が複数の蒸留工程を含み、少なくとも下流側の蒸留工程で蒸留塔の圧力を制御しつつ第1のオーバーヘッドを蒸留する請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 第2のオーバーヘッドを凝縮して、凝縮液とオフガスとに分離する工程を含み、凝縮液を抽出工程に供し、オフガスの有用成分を直接的又は間接的に反応工程及び/又は蒸留工程にリサイクルする工程を含む請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- オフガスをさらに凝縮し、凝縮液を反応工程及び/又は蒸留工程にリサイクルする工程を含む請求項5記載の方法。
- プロセスから生成するオフガスを反応工程及び/又は蒸留工程にリサイクルする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- オフガスを加圧下で吸収溶媒に吸収させ、ヨウ化メチル、酢酸メチル、ジメチルエーテル、水及び一酸化炭素から選択された少なくとも一種の成分を吸収溶媒から放散して反応工程及び/又は蒸留工程にリサイクルする請求項5〜7のいずれかに記載の方法。
- ラフィネートの少なくとも一部を少なくとも反応工程にリサイクルする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 第2のオーバーヘッドを間欠的若しくは段階的、又は連続的に複数の理論段で水抽出する請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- さらに、抽出液を蒸留して、アルデヒドを含む第4のオーバーヘッドと、底部又は下部水性流とに分離するための第4の蒸留工程を含み、水性流を抽出工程での抽出に利用する請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 反応工程における反応器内の反応媒体中のアセトアルデヒド濃度を400重量ppm以下に維持し、
さらに、粗酢酸流を蒸留して、精製酢酸と、低沸点成分及び高沸点成分から選択される少なくとも一方の成分とに分離する工程を含み、下記(i)〜(iii)の少なくとも1つを満たす請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
(i)精製酢酸中の過マンガン酸カリウム試験値を120分以上に維持すること、
(ii)精製酢酸中のプロピオン酸濃度を200重量ppm以下に維持すること、
(iii)精製酢酸中のヨウ化物濃度を100重量ppb以下に維持すること - メタノールのカルボニル化反応混合物をフラッシュ蒸発して揮発相を生成させ、この揮発相を蒸留して第1のオーバーヘッドを生成させ、この第1のオーバーヘッドを凝縮して分液させ、混合物としての上相及び/又は下相を生成させ、
水、酢酸、ヨウ化メチル、酢酸メチル、ジメチルエーテル、メタノール、少なくとも一つのヨウ化C2−12アルキル及び少なくとも一つの過マンガン酸還元性化合物(PRC)を含有する前記混合物から少なくとも一つの過マンガン酸還元性化合物(PRC)を分離する方法であって、
少なくとも1つの蒸留塔を備えた第2の蒸留工程において、窒素ガスを導入して、蒸留塔内の圧力を制御しつつ、前記混合物を蒸留して、PRCとしてのアセトアルデヒド及びヨウ化メチルに富む第2のオーバーヘッドを生成させ;
この第2のオーバーヘッドを水で抽出して、抽出液とラフィネートとに分離し;
前記混合物のうち少なくとも前記下相の少なくとも一部及び/又は前記ラフィネートの少なくとも一部を前記蒸留塔に仕込み、この仕込み流量に対して、窒素ガスを0.0001〜1%の流量(単位:kg/H)の割合で前記蒸留塔に流しつつ蒸留し、前記蒸留塔からの第2のオーバーヘッドを凝縮するための凝縮器の冷却水の温度及び/又は流量を調整し、前記蒸留塔からの非凝縮性ガスの排出量を調整して圧力制御する、方法。 - 第2のオーバーヘッドを凝縮して、凝縮液とオフガスとに分離し、凝縮液を抽出工程に供し、オフガスから分離し、かつヨウ化メチル、酢酸メチル、ジメチルエーテル、水及び一酸化炭素から選択された少なくとも一種の成分を直接的又は間接的に反応工程及び/又は蒸留工程にリサイクルする請求項13記載の方法。
- ラフィネートの少なくとも一部を反応工程にリサイクルする請求項13又は14記載の方法。
- 金属触媒、イオン性ヨウ化金属、及びヨウ化メチルを含む触媒系、並びに酢酸、酢酸メチル、水の存在下、メタノールと一酸化炭素とを反応させるためのカルボニル化反応器と;反応混合物を揮発相と低揮発相とに分離するためのフラッシャと;前記揮発相を蒸留して、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドから選択された少なくとも一種の低沸成分に富む第1のオーバーヘッドと、酢酸に富む粗酢酸流とに分離するための第1の蒸留塔と;前記第1のオーバーヘッドから少なくともアセトアルデヒドを分離するための分離ユニットとを含む酢酸の製造装置であって、前記分離ユニットが、
前記第1のオーバーヘッドを凝縮して凝縮液を上相と下相との二相に分液するユニットと、
圧力制御ユニットを備え、窒素ガスを導入して、塔内の圧力を制御しつつ、前記凝縮液を蒸留し、アセトアルデヒド及びヨウ化メチルに富む第2のオーバーヘッドと、底部又は下部流とに分離するための少なくとも1つの第2の蒸留塔と、
第2のオーバーヘッドからアセトアルデヒドを抽出し、アセトアルデヒドに富む抽出液と、ヨウ化メチルに富むラフィネートとに分離する抽出ユニットとを含み、
前記凝縮液のうち、少なくとも前記下相の少なくとも一部及び/又は前記ラフィネートの少なくとも一部を前記第2の蒸留塔に仕込み、この仕込み流量に対して、窒素ガスを0.0001〜1%の流量(単位:kg/H)の割合で前記第2の蒸留塔に流しつつ蒸留し、前記第2の蒸留塔からの第2のオーバーヘッドを凝縮するための凝縮器の冷却水の温度及び/又は流量を調整し、前記第2の蒸留塔からの非凝縮性ガスの排出量を調整して圧力制御する、酢酸の製造装置。
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