JPH08310989A - ホルムアルデヒド水溶液の連続的製造方法 - Google Patents
ホルムアルデヒド水溶液の連続的製造方法Info
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Abstract
ら57wt%の濃度を有する水溶液の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 該方法は以下の工程からなる: (a)空気およびメタノールをエバポレーターに供給
し、ガス相混合物を形成させる; (b)前記ガス相混合物を触媒上で高温で反応させて、
メタノールの部分転化により生成するホルムアルデヒド
と、水蒸気および非凝縮性のガスを含む反応混合物を得
る; (c)前記反応混合物を少なくとも1つの吸収カラムに
流入させ、ここで前記混合物を向流方向に流れる水溶液
に吸収させ (d)水溶液と非凝縮性ガスとを分離する; (e)水溶液を分留し、メタノールを分離する。
Description
水溶液、特に53wt%から57wt%の濃度を有する水溶
液の製造方法に関し、該方法は以下の工程からなる: (a)空気およびメタノールをエバポレーターに供給
し、ここでメタノールを蒸発させて、メタノールと空気
とからなるガス相混合物を形成させる; (b)メタノールと空気とからなる前記ガス相混合物を
触媒上で高温で反応させて、メタノールの部分転化によ
り生成するホルムアルデヒドと、水蒸気および非凝縮性
のガスを含む反応混合物を得る; (c)前記反応混合物を少なくとも1つの吸収カラムに
流入させ、ここで前記混合物を向流方向に流れる水溶液
に吸収させる; (d)前記吸収カラムにおいて、前記水溶液と前記非凝
縮性ガスとを分離する; (e)少量のメタノールとホルムアルデヒドとを含む前
記非凝縮性ガスを冷却および洗浄する;および (f)前記水溶液を分留し、メタノールを分離する。
ホルムアルデヒド水溶液は、通常以下に記載の方法によ
り調製される。
おいて、生成するガス状のメタノール−空気又はメタノ
ール−水−空気混合物が爆発範囲(explosion limits)
を外れるような設定温度で、空気をメタノール又はメタ
ノール−水混合物中に流入させる。この気体混合物は、
触媒を通して流される。触媒としては、過剰のメタノー
ルによる脱水素−酸化プロセスでは、銀が選択され、過
剰の空気による酸化プロセスでは、金属酸化物が選択さ
れる。どちらの場合においても、触媒から流れ出る気体
は、水に吸収されねばならず、そこでホルムアルデヒド
水溶液が得られる。この方法には、用いる触媒によって
異なる態様がある。
し、従って、この明細書はこの方法にのみに限定され
る。
ノールを含有しているので、水吸収の工程において、該
メタノールは、得られるホルムアルデヒド水溶液中に残
存する。メタノールの存在は、ある分野での用途におい
ては利益となるかもしれないが、大多数の場合において
そうではないので、メタノールは溶液から除去されなけ
ればならない。これは、大気圧又は減圧で操作される独
立した蒸留カラムにおいてなされる。留出物として集め
られたメタノールは、原料メタノールとして蒸留装置に
再循環される。
ル、ホルムアルデヒド及び水は、触媒からの出口で非凝
縮性ガス、空気からの窒素、反応において形成された水
素並びに少量の二酸化炭素、一酸化炭素、メタン及び消
費されない酸素を伴っている。
スは、吸収溶液の温度及び工程の数に依存して量の変動
するメタノール、ホルムアルデヒド及び水を含んでい
る。通常、各々独立して溶液の再循環を行う2つ又は3
つの吸収工程がある。ガスは熱い状態で供給され、吸収
工程において熱が放出されるので、適当な冷却手段が必
要である。各工程における操作温度は重要である。なぜ
なら、一方では、ホルムアルデヒドは比較的高い温度
(60〜70℃)でよりよく溶解し、一方、メタノール
は低い温度でよりよく保持されるからである。ホルムア
ルデヒドに関しては、下式によるメチレングリコールの
形成反応: CH2O+H2O <−−> HOCH2OH 及び重合反応: HOCH2OH+CH2O <−−> HO(CH2O)2H HO(CH2O)2H+CH2O <−−> HO(CH2O)3H −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− を考慮に入れなければならない。
とあまり高くない温度で生じるが、高い温度(>70
℃)においては解重合反応が優勢である。
は低く、高められた温度では必然的なホルムアルデヒド
の放出を伴って、メチレングリコール形成反応の平衡が
左に移動する。
アルデヒド濃度に依存する。
導入すると、希釈にもかかわらず、ガスによるホルムア
ルデヒドモノマーの除去により平衡を左にずらす。(ウ
ォーカー ジェイ.エフ.(Walker J. F.) :Formalde
hyde, 3rd Ed. Reinhold Pub. Corp. 1964, page 11
3)。この参考文献に記載の表は、溶液中のホルムアルデ
ヒド濃度の影響と同様に、空気中のホルムアルデヒドの
値に対する温度の重大な影響を示している。
るので、トラップしないと、かなりの量が失われる。
としても、文献に利用された事実上全ての特許が、プラ
ントの1つ又は他のポイントで吸収からのガスによる水
の洗浄工程を加えている。(例:アメリカ特許 311
3972,3174911,4990685,フランス
特許 1500550,ドイツ特許 2444586,
EP特許 0100809)。この工程は、ホルムアル
デヒド溶液全体にわたる希釈を引き起こす。
ール、空気及び水蒸気混合物から、低メタノール含量
で、濃度60%までのホルムアルデヒド水溶液の調製を
記述している。この方法では、吸収カラムの頂部から排
出され、ある量のメタノール及びホルムアルデヒドを含
有する水の流れは、680℃までの温度、通常620〜
650℃である触媒に対し、再循環される。このような
条件下に、触媒を離れるガス混合物中の残存メタノール
の量は少ないが、全体にわたる収量は減少する。さら
に、前記プラントは、それを通って流れなければならな
いガスの大きい容量のため、より大きな装置を必要とす
る。
度は30〜50重量%の範囲である。より高濃度の製法
を開示した方法は、ガス中のより多くのメタノール及び
ホルムアルデヒドを失うことによって全体の収量がより
低いか、或いは1つは濃縮され、他は希釈された2つの
異なる流れを系から引き出すことによって、それを行っ
ている。
ンス特許 2311048に記載されており、そこでは
相対的に濃縮され重合されたホルムアルデヒド溶液を用
いてガスの最終的な洗浄が行われている。この場合、系
には水は導入されず、65〜70%の範囲の濃度の溶液
が、希薄副流なしに、蒸留カラムの底部から得られる。
それにもかかわらず、製造プラントから濃縮されたホル
ムアルデヒド溶液を直接得ることにより達せられる有利
さの代わりに、収率は、わずかではあるが、不利な影響
を受け、また電力消費は増加した。
にとって、接着剤及び樹脂蒸留工程を導入する必要がな
いようには、55重量%濃度のホルムアルデヒドを得る
ことで充分である。しかし、上述のように、この濃度を
達成することは、一定量のメタノール及びホルムアルデ
ヒドさえも失うリスクを伴って、少量の水で非凝縮性ガ
スを洗浄しなければならないことを意味する。一つの解
決方法は、非常に冷たい水を用いて洗浄することであろ
うが、これは工程をさらに高価にし、利点とはならない
冷却系を用いることを必要とする。
ような問題点を克服することにあり、この目的は、明細
書のはじめで触れた前記のタイプのプロセスにより、達
成される。
り特徴づけられる:*供給カラムと、少なくとも1つの
前記吸収カラムと連結された少なくとも2つの付加的な
熱交換器とを使用する;*前記供給カラムにおいては、
外部からの空気の導入およびメタノールの導入ならびに
供給カラムの底部からの冷メタノールの排出流に由来す
る第1のメタノール副流の導入が生じる。前記の排出流
は、前記の付加的な熱交換器を通って連続的に再循環し
て、供給カラムの頂部に循環する前記第1のメタノール
副流と前記エバポレーターに流入する第2の副流とに分
割される;*供給カラムの頂部からは、前記供給カラム
と前記エバポレーターとの間を流れるメタノール−空気
混合物の排出流がある;および*前記冷メタノールは、
前記供給カラム内で、前記メタノール−空気混合物の一
部を構成するメタノールの蒸発により、冷却される。
る付加的な熱交換器において、前記メタノールの排出流
は、前記吸収カラムの頂部にやがて達する洗浄水を冷却
する。一方、下流に位置する熱交換器において、前記メ
タノール排出流は、メタノールを含む非凝縮性ガスの洗
浄用溶液を冷却する。
前記付加的な熱交換器は、吸収カラムの内部に設置され
る。
しくは銀)中での反応に先立って、メタノール−空気混
合物を加熱し且つ蒸発させるために、吸収工程において
放出される熱を前記エバポレーター中で利用する。
の圧力で行うことを意図している。
熱の消費は、分留のための触媒反応の間、前記反応混合
物の同時の冷却により、前記触媒と連絡して(communic
ation with)熱交換器中で行われる。
0℃の範囲にあり、該触媒を離れるガスは、触媒と連結
された前記熱交換器中で130℃まで冷却される。
は、前記循環工程(c)において、異なった温度の3つ
の段階で、メタノール−ホルムアルデヒド−含有水溶液
中でおこる。第一の段階又は底部において、再循環液の
温度は75〜80℃の範囲にある;第二の段階におい
て、再循環液の温度は、38〜42℃の範囲にあり、第
三の段階において、再循環液の温度は、22〜26℃で
ある。
(e)で用いることも本発明の範囲内にあり、該工程で
前記非凝縮性ガスは、冷却され、洗浄される。
と、吸収カラムの底部からの溶液の一部は、減圧下に、
好ましくは40〜46kPaの範囲で分留カラムに供給
される。
カラムの頂部を冷却することが可能になった。空気上を
通すことによりメタノールを蒸発させるために必要な熱
は、従って、冷却されるメタノールそれ自身のマスから
生じるという事実が利用される。これは、エバポレータ
ーそれ自体のカラムの上流で達成される。
ールプラス再循環されたメタノールは、その頂部に供給
され、空気は、より下方に供給される。冷却されたメタ
ノールは、カラムの底部で集められる。カラムの底部で
集められたメタノールの総量は、連続的に付加的な熱交
換器中を流される。それらの全ては、冷却によって得ら
れた温度勾配を利用するように熱交換器を通して供給さ
れる。基本的に最終ガス洗浄水と同様に、吸収カラム中
を再循環する洗浄流れの冷却が達成される。これら熱交
換器は、最初の冷却の主管の水を用いる通常の熱交換器
を補足するものである。該熱交換器は、吸収カラムの外
部にあってもよいし、又は、カラム自体の内部に位置し
てもよい。
る際に、この方法により冷却された水を吸収カラムの頂
部に供給することにより、この効果(すなわち、空気を
そこを通って流すことによりメタノールが蒸発するとき
に得られる冷却)を利用されてもよい。この結果、非凝
縮性ガスに含まれて運ばれたメタノール及びホルムアル
デヒドの両方がもっと有効に保持される。この方法を実
施するとき、0.4〜0.8%の範囲の全体的な収量の
増大向上(ホルムアルデヒド及びホルムアルデヒドとし
て蒸発したメタノールに対応する総量)が達成される。
生成されるこの生成物の莫大な量を考慮に入れれば、こ
れら収量増加は、大きな利益を意味する。
るガスと液との熱交換は、直接的または間接的であって
よい。前者の場合、カラムの底部からの液は、ジャケッ
トを通り抜ける触媒から流れるガスと共に熱交換チュー
ブを流れる。該熱交換は、カラム底部の液の沸騰を保
ち、ホルムアルデヒド溶液により運ばれたメタノールを
蒸留するのに充分である。それにもかかわらず、この組
み合わせでは、チューブは、熱交換率を低下させ交換器
の性能を阻害しさえするホルムアルデヒドポリマーで汚
染させるにいたる。
熱を蒸気発生器で使用する場合には、明らかに汚染はな
く、熱交換を最大源利用できる。また、ここで発生した
蒸気は、カラムの底部でホルムアルデヒド溶液を蒸留す
るのに役立ち、そこでは、蒸気がホルムアルデヒド溶液
でなくチューブを通って流れるので、汚れもない。後者
の組み合わせの結果として、前記方法の熱性能も向上す
る。
い。なぜならエバポレーターに供給されるのに先だって
冷却されるメタノールが、吸収中に熱を放出する吸収溶
液との熱交換によって熱せられるからである。これら溶
液中に含有される熱もまた、エバポレーター中を常に維
持されるべき適当な温度を可能とする。従って、吸収の
ための適当な温度を維持するために冷却されるべき吸収
溶液は、この熱交換のおかげで冷却され、冷却されたメ
タノールとの熱交換のおかげで、先行技術の方法で得ら
れるものより10〜15℃低い温度が得られる。この方
法は、水の代わりに重合されたホルマールに基づく洗浄
溶液を冷却することにより凝縮されたホルムアルデヒド
溶液を調製するためのフランス−2311048の方法
により収率を高めて操作することを可能にする。何故な
らば、前記文書に開示された方法と比較して、流出する
ガスのメタノール及びホルムアルデヒド含量を減らすこ
とができるようになるからである。
示す:実施例1は、図1に概略的に示す本発明の方法に
関する。実施例2は、図2に概略的に描かれている従来
法に関する。これら実施例は、プラントの連続的操作を
開示している。与えられた量は、プラントが定常状態に
達したときのものと理解されるべきである。
ル1,197kg/h及びブロアー2により供給される
空気2,260kg/hが、供給カラム3の頂部及び該
カラムの底部に各々供給される。その部分蒸発により冷
却されたメタノールは、タンクから流れるメタノール及
び供給カラムを通って再循環されるメタノールを冷却す
る。
空気2,260kg/hが、カラム3の頂部から出てい
く。この混合物は、エバポレーター4に供給される。
ルM(温度8℃で5,577kg/h)が、連続的に付
加的な熱交換器10、11及び13に流される。水は、
上記の付加的な熱交換器10中を向流方向に流れ、冷却
され、カラム9の頂部に供給される。吸収性の溶液は、
下流の付加的な熱交換器11及び13中を向流方向に流
れる。水Aの流れもこれら付加的な熱交換器を通って流
れる。下流に位置した付加的な熱交換器13の出口にお
いて、25℃の温度においてメタノールの流れは2つの
副流に分けられる:4,576.4kg/hにより形成
された第一の副流は供給カラム3に再循環され、1,0
00.6kg/hの第二の副流はエバポレーター4に送
られる。これら付加的な熱交換器は、カラム9の内部に
設置してもよい。
回収され、コンデンサー17中で濃縮されたメタノール
770kg/hを供給される。メタノール1,967k
g/hが、温度50.5℃でエバポレーター4中で蒸発
される。それはカラム8からエバポレーター4、中間熱
交換器5及び再びカラム8に流れる液により、第一の吸
収段8に供給される熱のおかげである。この液は、水、
メタノール及びホルムアルデヒドにより形成された、触
媒6を通り過ぎるガスの吸収溶液である。
タノール1,185kg/hをホルムアルデヒドに転化
させるような温度の560℃に保たれている銀触媒6に
向けて通過する。触媒から流れるガスは、ホルムアルデ
ヒド1,000kg/h、メタノール782.2kg/
h及び水470kg/hとそれ以外に反応中に生成され
る水素(21.8体積%)、少量の二酸化炭素(3.7
体積%)、一酸化炭素(0.1体積%未満)、メタン
(0.1体積%未満)、酸素の痕跡量(0.1体積%未
満)からなり、空気に由来する窒素が残りを占める非凝
縮性ガスを含有する。
凝縮性ガスの両方プラス形成される水蒸気)は、熱交換
器7(該交換器7は触媒6と連絡している)において、
蒸留カラム16の底部からの液によって140℃まで冷
却される;この液は、1%未満のメタノールを有する5
5%ホルムアルデヒド溶液である。
器7から吸収カラム8に流れ、そこで該ガスは、水、メ
タノール及びホルムアルデヒドによって形成された吸収
性溶液により洗浄される。溶液温度(78〜80℃)
は、エバポレーター中でその熱含量の一部を交換した
後、空気−メタノール混合物の蒸発の為に適した温度に
エバポレーターを保つという観点から、熱交換器5によ
り保たれる。
永久ガス、プラスまだ溶解されていない可溶性ガス)
は、カラム9に流れる。ここで熱交換器14(該交換器
14を通って、水が冷却液として流れている)及び付加
的な熱交換器13(下流に設置され、冷たいメタノール
が該交換器13を通って冷却液として流れている)のお
かげで、吸収性溶液(すなわち、水、メタノール及びホ
ルムアルデヒド)12m3/hの再循環は、40℃の温
度で維持される。この再循環は、カラム9Aの底部と頂
部の間でおこる。
環が入るすぐ上の部分でカラム9Bから回収され、熱交
換器12(該交換器12を通って水が冷却液として流れ
る)及び付加的な熱交換器11(上流に位置する付加的
な熱交換器10、該器を通って冷たいメタノールが冷却
液として流れる、のすぐ次にくる)によって25℃まで
冷却された後再循環される。この流れは、前述したよう
に、より低いメタノール及びホルムアルデヒド濃度であ
るが、吸収性溶液である。この流れは、カラム9Bの底
部と頂部の間で再循環される。
/hが、カラム9Cの頂部に加えられ、その結果、カラ
ム9から出て、バーナー15に流れる非凝縮性ガスは、
ホルムアルデヒド0.4g/m3及びメタノール1.2
5g/m3を含有する。これらの量は、ホルムアルデヒ
ドとして、0.27%の収率の損失を表す。
/hは、留出物としてのメタノール(770kg/h)
を除去するために蒸留カラム16に供給される。該メタ
ノールは、コンデンサー17中で濃縮された後、エバポ
レーター4に戻る。ホルムアルデヒド55重量%及びメ
タノール1重量%未満を含有する溶液1,815kg/
hは、カラム16の底部から回収される(18)。
97.3kg/h及びブロアー2からの空気1,869
kg/hがエバポレーター4に供給される。蒸留カラム
16から回収されるメタノールも、エバポレーター4に
供給される。メタノール1,629.3kg/hは、そ
の中で吸収段が起こっている間、カラム8より供給され
る熱でエバポレーター4中で蒸発される。メタノール−
空気混合物は、銀触媒6を流れる。該触媒は、メタノー
ル980kg/hがホルムアルデヒドに転化されるよう
に560℃に保たれる。触媒から出るガスは、ホルムア
ルデヒド839.5kg/h、メタノール649.5k
g/h及び水390kg/h、プラス反応中に生成され
る水素(22体積%)、少量の二酸化炭素(4.1体積
%)、一酸化炭素(0.1体積%未満)、メタン(0.
1体積%未満)酸素の痕跡量(0.1体積%未満)から
なり、空気に由来する窒素が残りを占める非凝縮性ガス
を含有する。
ように凝縮され、洗浄されるが、冷たいメタノールによ
る冷却が抑制され、冷却水がカラムの頂部を通して供給
さるのではなく、室温(25℃)の水289kg/hで
ある点で実施例1と相違する。従って、該カラムの頂部
における温度は、30℃に達する。バーナー15に供給
される流出するガスは、ホルムアルデヒド0.8g/m
3及びメタノール5g/m3を含有する。これらの量は、
ホルムアルデヒドとして、0.97%の収率の損失を表
す。
kg/hは、カラム16に供給され、そこでメタノール
632kg/hが蒸留されエバポレーターに戻される。
ホルムアルデヒド54.6%及びメタノール1%未満を
含有する溶液1,518kg/hは、カラムの底部から
回収される(18)。
ルデヒドの収率の増加が0.70%に達することがこの
代表的な実施例から明らかである。
Claims (17)
- 【請求項1】 ホルムアルデヒド水溶液、特に53wt%
から57wt%の濃度を有する水溶液の製造方法であっ
て、 (a)空気およびメタノールをエバポレーター(4)に
供給し、ここでメタノールを蒸発させて、メタノールと
空気とからなるガス相混合物を形成させる; (b)メタノールと空気とからなる前記ガス相混合物を
触媒(6)上で高温で反応させて、メタノールの部分転
化により生成するホルムアルデヒドと、水蒸気および非
凝縮性のガスを含む反応混合物を得る; (c)前記反応混合物を少なくとも1つの吸収カラム
(8)に流入させ、ここで前記混合物を向流方向に流れ
る水溶液に吸収させる; (d)前記吸収カラムにおいて、前記水溶液と前記非凝
縮性ガスとを分離する; (e)少量のメタノールとホルムアルデヒドとを含む前
記非凝縮性ガスを冷却および洗浄する;および (f)供給カラム(3)と前記少なくとも1つの供給カ
ラム(8)に連結された少なくとも2つの付加的な熱交
換器(10、11、13)とを使用して、前記水溶液を
分留し、メタノールを分離する;工程を備え、 前記供給カラム(8)において、外部からの空気の導入
およびメタノールの導入、ならびに供給カラム(3)の
底部からの冷却メタノールの外部への流れに由来する第
1のメタノールの副流の導入が行われ、 前記外部への流れは、前記の付加的な熱交換器(10、
11、13)を介して連続的に再循環され、且つ供給カ
ラム(3)の頂部に戻される前記第1の副流と前記エバ
ポレーター(4)に流れ込む第2の副流とに分割され、 前記供給カラム(3)の頂部からは、供給カラム(3)
と前記エバポレーター(4)との間を流れるメタノール
−空気混合物の流出があり;且つ前記冷却メタノール
は、前記メタノール−空気混合物の一部を形成するメタ
ノールの蒸発により、前記吸収カラム(3)中で冷却さ
れることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 上流側に位置する付加的な熱交換器(1
0)において、前記メタノールの外部への流れが、洗浄
水を冷却し、この洗浄水がやがて前記吸収カラム(8)
の頂部に到達する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 下流側に位置する付加的な熱交換器(1
1、13)において、前記メタノールの外部への流れ
が、メタノールを含む非凝縮性のガスを洗浄する溶液を
冷却する請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記の付加的な熱交換器(10、11、
13)が吸収カラム(8)の内部に設けられている請求
項1〜3のいずれかに記載の方法。 - 【請求項5】 前記エバポレーター(4)において、吸
収工程において放出された熱が、触媒(6)中での反応
に先立ってメタノール−空気混合物を加熱し、蒸発させ
るために使用される請求項1〜4のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項6】 前記分留が、大気圧未満の圧力で行われ
る請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 触媒(6)と連絡された熱交換器(7)
において、触媒反応中に触媒(6)内で発生した熱が、
前記反応混合物の冷却を伴って、前記分留のために使用
される請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 前記触媒(6)が、銀である請求項1〜
7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 触媒(6)の温度が、500〜600℃
である請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 前記触媒(6)を出るガスが、前記触
媒(6)と連絡された前記熱交換器(7)において、1
30℃に冷却される請求項1〜9のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項11】 前記循環工程(c)における吸収が、
メタノールとホルムアルデヒドを含む水溶液中で異なっ
た温度で3つの段階で行われる請求項1〜10のいずれ
かに記載の方法。 - 【請求項12】 第1の段階或いは底部において、再循
環する液の温度が、75〜80℃の範囲にある請求項1
1に記載の方法。 - 【請求項13】 第2の段階において、再循環する液の
温度が、38〜42℃の範囲にある請求項11に記載の
方法。 - 【請求項14】 第3の段階において、再循環する液の
温度が、22〜26℃の範囲にある請求項11に記載の
方法。 - 【請求項15】 前記非凝縮性のガスを冷却および洗浄
する前記工程(e)において、温度10〜12℃の水を
使用する請求項1〜14のいずれかに記載の方法。 - 【請求項16】 吸収カラム(8)の底部からの溶液の
一部が、減圧下に分留カラム(16)に供給される請求
項1〜15のいずれかに記載の方法。 - 【請求項17】 前記圧力が、40〜46kPaである
請求項16に記載の方法。
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