JPH10279516A - 酢酸の製造法 - Google Patents
酢酸の製造法Info
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Abstract
よび一酸化炭素を転化してメタノールを含む液状プロセ
ス流を得、第2接触段階でこのプロセス流を周期律表の
第VIII族から選択される触媒有効量の金属化合物と促進
剤としてのハロゲン化物との存在下に一酸化炭素でカル
ボニル化して酢酸の豊富な生成物流を得る酢酸の製造法
の改善。 【解決手段】 上記方法が、(i) カルボニル化段階か
ら一酸化炭素および残留量の酢酸およびハロゲン化物を
含む出口ガス流を引き出し;(ii) その出口ガス流を残
量の酢酸の一部およびハロゲン化物の一部を含有する液
状部分と一酸化炭素および残量の酢酸およびハロゲン化
物を含むガス状部分とに分離し;(iii) この液状部分を
カルボニル化段階に循環し;(iv) ガス状部分中の酢酸
およびハロゲン化物を除くためにガス状部分を液体吸収
処理に付して、一酸化炭素の豊富な循環流を得;そして
(v) 一酸化炭素の豊富な循環流を合成ガス転化段階に
導く各段階を含む。
Description
含む合成ガスから酢酸を製造することに関する。更に本
発明は、合成ガス中の水素および一酸化炭素をメタノー
ルまたはメタノール/ジメチルエーテル(DME)を含
むプロセス流に転化しそしてプロセス流中の生成したメ
タノールまたはメタノール/ジメチルエーテルを酢酸に
転化する接触段階を含んでいる。
いる慣用の酢酸製造方法は、例えば米国特許第3,76
9,329号明細書およびヨーロッパ特許第250,1
89号明細書によって開示されている様にメタノールの
接触的カルボニル化を含んでいる。カルボニル化反応で
通例に使用される触媒は沃化メチルで促進されたロジウ
ム化合物を含んでいる。
タノール反応成分を供給する必要がある。メタノールの
外部供給の要求を排除する可能な手段は、メタノールお
よび一酸化炭素を平行して製造することによって酢酸製
造プロセスにメタノールの合成を結び付けることであ
る。
スチーム改質によって高収率で得られる合成ガスから製
造される場合に特に有利である。メタノールおよび一酸
化炭素を平行して製造する大きな欠点は、実用性のある
転化率を達成するために後続の酢酸合成段階で一般に使
用される圧力よりも著しく高くなければならない反応圧
をメタノール合成において必要とする点である。
る合成圧を用いる上記の問題は、米国特許第5,18
9,203号明細書および同第5,286,900号明
細書に開示されている如く、酢酸製造法の第1反応段階
でメタノール/ジメチルエーテルの混合合成を導入する
ことによって解決される。水素および一酸化炭素を含有
する合成ガスからのメタノールおよびDMEの同時製法
は、物理的混合物として適用されるかまたは担体物質に
含浸させるか、共ペレット化させるかまたは共沈澱させ
ることによって製造される複数の種類の触媒、例えばC
u/Zn/CrまたはCu/Zn/Alの混合酸化物を
含む公知のメタノール触媒、およびアルミナ、シリカ−
アリミナ、ゼオライト物質、シリカ−アルミノ燐酸塩お
よびMoおよびWのヘテロポリ酸の如きメタノール脱水
触媒によって触媒作用を受ける。
では、メタノールおよびDMEの混合合成に続いてメタ
ノールおよびDMEのカルボニル化を行うことによって
酢酸を得ている。これらの方法の長所は、合成ガスを同
時にメタノールとDMEに転化することを、後続の酢酸
反応段階での合成圧に実質的に相応する圧力にて高転化
率で効果的に行うことができる点である。
ニル化反応のためにメタノール/DME合成からの流出
物中に充分な濃度の一酸化炭素を保つために、メタノー
ル/DME合成のための供給ガス中に過剰の一酸化炭素
を必要とする。メタノール/DME合成における化学量
論的な要求量より過剰のCO濃度が存在する結果として
かなりの量の二酸化炭素が次の反応で生じる: 5CO+3H2 ──→ CH3 OCH3 +2CO+CO2 (1) メタノール/DME合成からの流出物中の二酸化炭素濃
度が高いことは、この方法の大きな欠点である。二酸化
炭素はカルボニル化反応で実質的に不活性ガスとして作
用し、それ故に充分な一酸化炭素圧を維持するために酢
酸合成反応段階で非常に高い合成圧が必要となる。
素/一酸化炭素−比でのメタノールおよびDMEの合成
およびそれに続く、酢酸を生成するための、一酸化炭素
の添加下での第1反応段階からの流出物をカルボニル化
を含めた、水素および一酸化炭素を含む合成ガスからの
酢酸の製法は、デンマーク特許出願第96/0407号
明細書に記載されている。
ME−合成の前に合成ガスから一酸化物の一部を分離し
そしてカルボニル化段階に分離した量の一酸化炭素を直
接的に導入することによって、メタノール/DME−合
成において過剰の一酸化炭素を回避した点である。
ボニル反応からの未反応量の一酸化炭素を合成ガス転化
段階に循環した場合に、酢酸を製造するためのこの公知
の方法を更に改善できそしてこの方法での合成ガス消費
量が有利に低減できることを見出した。
ガスに含まれる水素および一酸化炭素を転化してメタノ
ールを含む液状プロセス流を得、第2接触段階でこのプ
ロセス流を周期律表の第VIII族から選択され、かつハロ
ゲン化物で促進された触媒有効量の金属化合物の存在下
に一酸化炭素でカルボニル化して酢酸の豊富な生成物流
を得る酢酸の製造法において、 (i) カルボニル化段階から一酸化炭素および残留量の
酢酸およびハロゲン化物を含む出口ガス流を引き出し; (ii) その出口ガス流を残量の酢酸の一部およびハロゲ
ン化物の一部を含有する液状部分と一酸化炭素および残
量の酢酸およびハロゲン化物を含むガス状部分とに分離
し; (iii) 液状部分をカルボニル化段階に循環し; (iv) ガス状部分中の酢酸およびハロゲン化物を除くた
めにガス状部分を液体吸収処理に付して、一酸化炭素の
豊富な循環流を得;そして (v) この一酸化炭素の豊富な循環流を合成ガス転化段
階に導く各段階を含むことを特徴とする、上記酢酸の製
造法である。
ニル化するべきプロセス流はメタノールとジメチルエー
テルとの混合物を含有している。冒頭に記載した通り、
メタノールとDMEとの混合合成は下記の反応式に従う
メタノールの生成におよびメタノールからDMEをもた
らす脱水反応を接触的に促進させる触媒系の存在下に行
う:
り、特に約60原子% のCu、25原子% のZnおよび
15原子% のAlより成る組成の触媒がメタノール生成
反応(2)において高い活性を示しそしてアルミナまた
はアルミナ−シリケートがDME反応(3)に有効であ
る。第1方法段階での触媒は均質混合物の固定床に配置
するかまたはメタノール合成用触媒層およびメタノール
脱水触媒粒子層を交互に有する層状床として配置されて
いてもよい。しかしながら触媒の物理的混合物は選択率
が低く、しばしばメタノール触媒およびメタノール脱水
触媒を組み合わせた触媒組成の固定床を用いるのが有利
である。かゝる触媒組成物は触媒製造時に公知の方法に
よって触媒活性物質を含浸させるか、共ペレット化させ
るかまたは共沈澱させることによって製造できる。
て供給ガス中の水素および一酸化炭素を上記の反応
(2)および(3)によってメタノール、DMEおよび
水に転化する。生じる水の一部は水性ガス−シフト反応
によって二酸化炭素と水素に転化される:
に進行する。上述の通り、第1反応段階でメタノール/
DMEの混合合成を利用する米国特許第5,189,2
03号明細書および同第5,286,900号明細書に
開示された酢酸法は、後続の酢酸製造段階での反応生成
物をカルボニル化するために必要な量の一酸化炭素をメ
タノール/DME反応からの流出物中に残すために、メ
タノールおよびDMEを生じる反応(2)における化学
量論量に比較して過剰の一酸化炭素を供給ガス中に必要
とする。
ノール/DME反応への供給ガスにおける水素/一酸化
炭素−比を高い値で有利に運転することができる。供給
ガス中で必要とされる水素/一酸化炭素−比は、炭化水
素供給原料を通例の様にスチーム改質することで得られ
る無制御のままで得られる合成ガスを供給する場合と同
様な、一般に2:1〜3:1である。それによって供給
ガス中の実質的に全量の一酸化炭素がDMEおよびメタ
ノールに転化されそして副反応による不活性の二酸化炭
素の生成が著しく減少する。慣用のメタノール合成の転
化率の程度と同程度の転化率が、後続の酢酸反応段階で
必要とされる圧力に相当する25〜50barの合成圧
にて達成される。
の流出物から、該流出物の冷却および未反応の供給ガス
および二酸化炭素を含有する気相の再循環によって液体
プロセス段階で回収される。気相の僅かな部分は合成循
環系(synthesisloop)に不活性ガス、例
えば窒素、アルゴンおよびメタンが増加するのを避ける
ためにパージ処理する。DMEの比較的高い蒸気圧のた
めに、バージガスは生じたDMEの一部を含んでいる。
それ故に、蒸気流出物からのパージガスを、適当な液状
洗浄剤、好ましくはメタノールまたは酢酸を用いてのパ
ージ洗浄に付すのが有利である。次にパージガスから回
収されるDMEは液状プロセス相と一緒にする。
メタノールから酢酸への接触的カルボニル化を別の流れ
として反応系に供給される一酸化炭素を用いて実施す
る。一酸化炭素はカルボニル化反応における少なくとも
化学量論量に相当する量でカルボニル化段階に導入す
る: CH3 OH+CO──→CH3 COOH (5) CH3 OCH3 +2CO+H2 O ──→2CH3 COOH (6) 充分な量の一酸化炭素反応成分を供給するために、一酸
化炭素はカルボニル反応における一酸化炭素:(メタノ
ール+DME)モル比、即ち CO/(CH3 OH+CH3 OCH3 ) が1〜1.5の範囲内である量で添加する。
化学量論比を満足する充分な量の水を供給するために、
追加量の水をカルボニル反応段階に添加する。上記のカ
ルボニル反応において活性である沢山の触媒系が従来技
術で知られている。一般に使用される触媒は周期律表第
VIII族の遷移金属の化合物と促進剤のハロゲン化合物と
の組み合わせを基本としている。更に、金属塩および有
機化合物を含む沢山の二次的促進剤が従来技術で開示さ
れている。
は臭化物、例えば沃化メチルで促進された周期律表第VI
II族の金属の化合物を含有している。カルボニル反応
は、妥当な反応条件を得る150〜250℃の温度が有
利であるが、約100〜400℃の広い温度範囲内で実
施することができ。液相でカルボニル化反応を進めるの
に充分な量の溶解した一酸化炭素を液相中に供給するた
めに、反応器中の液状反応相の上の気相中の一酸化炭素
の分圧を十分な高さにすることによって、反応を高温の
もとで液相で行うのが有利である。一般に圧力は反応温
度および触媒濃度に依存して25〜50barの範囲内
である。一酸化炭素は反応器の底部に連続的に導入しそ
して予め決められた量を液状プロセス相に吹き込み、上
記のカルボニル反応において酢酸の所望の収率を達成す
る。
流(substream)から慣用の分離法、例えば極
低温分離または膜装置(membrane unit)
での一酸化物を分離することによって供給できる。この
膜装置においては、ガス中の水素が高い選択率で中空繊
維膜を透過しそして一酸化炭素が膜装置の残りの流れ中
に回収される。
酸化炭素の一部は水性ガス−シフト反応によって二酸化
炭素に転化される: CO+H2 O ──→ CO2 +H2 更に一酸化炭素反応成分ガスは一般に少量の不活性物
質、例えばメタン、窒素およびアルゴンを含有してい
る。CO分圧が減少するカルボニル化反応器においてC
O2 および水素および不活性物質が増加するのを避ける
ために、塔頂ガス相は過剰量の一酸化炭素を反応溶液に
通すことによってベントしなければならない。
gas)を連続的に引き出すことによってガス相中の
二酸化炭素および不活性物を実用可能な低い水準に維持
する。一酸化炭素、水素、二酸化炭素および不活性ガス
の他に、ベントガスは沃化メチル、水および酢酸蒸気を
含有している。これらの価値あるものを回収するため
に、ガス流を冷却し、それによって凝縮可能な留分の一
部を回収しそして反応器に循環する。しかしながら凝縮
した相の分離後にガス相は著しい量の沃化メチルを未だ
含有している。沃化メチルを回収するために、沃化メチ
ルを液状吸収媒体、好ましくは酢酸または水性酢酸で吸
収する沃化メチル吸収装置にガスを通し、次いで沃化メ
チル用ストリッパー塔で取り除く。
素、水素、二酸化炭素および不活性物質を痕跡量の沃化
メチルと一緒に含む。このガスは更に二次的な量の酢酸
吸収剤を含有している。パージガスは水素、二酸化炭素
および不活性物質を含有しているために、カルボニル化
段階に循環することができない。本発明の方法によれ
ば、一酸化炭素、水素および二酸化炭素をメタノールま
たはメタノール/ジメチルエーテルに効率的に転化する
ことを可能とする合成ガス転化反応にベントガスが有利
に利用される。
浄剤並びに痕跡量の沃化メチルを含有している。両方の
物質は抑制剤としてまたは合成ガス転化段階で適用され
る触媒にとって抑制剤としてまたは触媒毒としても作用
し得る。それ故に酢酸および痕跡量の沃化メチルを転化
段階にベントガス流を導入する前に充分に除くことが必
要である。
ルエーテルおよび水より成る合成ガス転化段階で得られ
る液状生成物相に導入しそしてその液相を酢酸および痕
跡量の沃化メチルを除くための第二の洗剤として液相を
用いることによって達成される。ベントガスを、液状生
成物分離器中の液状生成物流に対して向流状態で導入す
るのが好ましい。それ故に分離器の底部は、吸収プロセ
スを改善する為に、棚段または充填材が配備されてい
る。
スを沃化メチル吸収装置に通すことなしに合成ガス転化
段階で得られる液状生成物相中に直接的に導入する。本
発明の本質的段階を以下の実施例で更に実証する。
合に、多量の一酸化炭素が利用されてないことを実証す
る。関連のあるプロセス流を図面の図1および表1に総
括掲載する。
をプロセス循環ガス流2と混合しそして第1接触段階で
反応器100中で39barの圧力および240℃〜2
90℃の温度で転化して、メタノール、ジメチルエーテ
ルおよび水を含有する反応器流出物流3を得る。この反
応器流出物流3を冷却して、メタノール、ジメチルエー
テルおよび水を含有する液相と水素、一酸化炭素および
二酸化炭素および不活性物質、例えばメタンを含有する
気相とを生成する。
状生成物を含有する9950kg/時の液体プロセス流
5および未反応合成ガスおよび不活性物質を含有するガ
ス流4が引き出される分離器102に通す。ガス流4の
一部は、合成用ループ中で不活性物質が増加するのを避
けるためにパージ処理し、そして残量を流れ2として循
環する。
および水を第2接触段階で8760Nm3 /時の93モ
ル% 濃度の一酸化炭素(残りは水素およびメタンであ
る)と反応させる酢酸合成用反応器104に通し、ロジ
ウム触媒および沃化メチル促進材より成る触媒系を使用
することによって酢酸を生成するために、35barの
圧力および185℃で流れ8として添加する。反応器1
04において一酸化炭素の一部を水と反応させ、水性ガ
ス−シフト反応によって二酸化炭素および水素を減ら
す。300kg/時の水の流れ9を、制限された水濃度
を維持するために反応器104に添加する。
酢酸に相当する酢酸生成物を含有する液状流6および酢
酸、水、沃化メチル、水素、二酸化炭素および未反応一
酸化炭素および不活性物質、例えばメタンを含有するガ
ス流7が得られる。ガス流7を還流冷却器105に通
し、反応器104に循環される酢酸、水および沃化メチ
ルを含有する凝縮性物質の一部を回収しそして生じるガ
ス流10を吸収装置106に通し、そこで実質的に全て
の沃化メチルを液状酢酸中に吸収することによって回収
する。
水素および二酸化炭素および不活性物質および追加的な
僅かな量の酢酸および痕跡量の沃化メチルを含有する1
520Nm3 /時のベントガス流12が得られる。例1
では、供給流1+供給流9に含まれる全一酸化炭素の8
8.4% が酢酸に転化される。
することによって全体の一酸化炭素の利用率がどの様に
実質的に増加させるかを実証している。図2および表2
を参照する。27523Nm3 /時の合成ガス流1を例
1に記載の方法で転化して、メタノール、ジメチルエー
テルおよび水を含有する反応器流出物流3を得る。
ール、ジメチルエーテルおよび水を含有する液相と水
素、一酸化炭素および二酸化炭素および不活性物質、例
えばメタンを含有する気相とを生成する。冷却された反
応器流出物流を吸収装置102に通し、主成分としての
一酸化炭素、水素およびメタン並びに二次的量の酢酸お
よび痕跡量の沃化メチルを含有する1520Nm3 /時
の酢酸反応器ベントガス流12と向流的に接触させる。
および流れ12に含まれる酢酸および痕跡量の沃化メチ
ルを含有する9960kg/時の液状プロセス流5を引
き出し、および第1接触段階の未反応合成ガスおよび不
活性物質並びに流れ12の一酸化炭素、水素、二酸化炭
素および不活性物質を含有するガス流4を引き出す。一
緒にされたこのガス流4の一部は、合成用ループ中で不
活性物質が増加するのを避けるためにパージ処理し、そ
して残量を流れ2として循環する。
および水を第2接触段階で8760Nm3 /時の93モ
ル% 濃度の一酸化炭素(残りは水素およびメタンであ
る)と反応させる酢酸用反応器104に通し、例1に記
載した様に酢酸を生成するために流れ8として添加す
る。345kg/時の水の流れ9を、制限された水濃度
を維持するために反応器104に添加する。
酢酸に相当する酢酸生成物を含有する液状流6および、
沃化メチル、水素、二酸化炭素および未反応の一酸化炭
素および不活性物質、例えばメタンを含有するガス流7
が得られる。ガス流7を還流冷却器105に通し、反応
器104に循環される沃化メチルおよび酢酸を含有する
凝縮性物質の一部を回収しそして生じるガス流10を吸
収装置106に通し、そこで実質的に全ての沃化メチル
を液状酢酸中に吸収させることによって回収する。吸収
装置106から、ガス流12を、洗浄段階で生じる残量
の酢酸および残留する痕跡量の沃化メチルを回収するた
めに上述の吸収装置102に通す。
る全一酸化炭素の92.5% が酢酸に転化される。例3 この例では、沃化メチルおよび酢酸を回収するためにガ
ス流10を直接的に吸収装置102に通すことを除い
て、例2の方法と同様に酢酸を製造する。図3および表
3が関連する。
る全一酸化炭素の92.5% が酢酸に転化される。
である。
ある。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1接触段階で、水素および一酸化炭素
を含む合成ガスを転化してメタノールを含む液状プロセ
ス流を得、第2接触段階でこのプロセス流を周期律表の
第VIII族から選択される触媒有効量の金属化合物と促進
剤としてのハロゲン化物との存在下に一酸化炭素でカル
ボニル化して酢酸の豊富な生成物流を得る酢酸の製造法
において、 (i) カルボニル化段階から一酸化炭素および残留量の
酢酸およびハロゲン化物を含む出口ガス流を引き出し; (ii) その出口ガス流を残量の酢酸の一部およびハロゲ
ン化物の一部を含有する液状部分と一酸化炭素および残
量の酢酸およびハロゲン化物を含むガス状部分とに分離
し; (iii) 液状部分をカルボニル化段階に循環し; (iv) ガス状部分中の酢酸およびハロゲン化物を除くた
めにガス状部分を液体吸収処理に付して、一酸化炭素の
豊富な循環流を得;そして (v) この一酸化炭素の豊富な循環流を合成ガス転化段
階に導く各段階を含むことを特徴とする、上記酢酸の製
造法。 - 【請求項2】 水素および一酸化炭素を含む合成ガスを
第1接触段階でメタノールおよびジメチルエーテルを含
むプロセス流に転化する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 第(iv)段階の酢酸およびハロゲン化物の
残量を酢酸中に、次に液体プロセス流中に液体吸収させ
ることによって回収する請求項1または2に記載の方
法。 - 【請求項4】 第 (V)段階の残量の酢酸およびハロゲン
化物を液状プロセス流に液体吸収させることによって回
収する請求項1または2に記載の方法。
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