JPWO2018078924A1 - 酢酸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の酢酸の製造方法では、蒸発槽が下記(a)及び(b)のうち少なくとも1つの触媒沈降、蓄積防止構造を有する。
(a)蒸発槽の逆円錐台筒状連結部の内壁面の傾斜角度θが5°〜85°である構造
(b)板状のボルテックスブレーカー本体部と、ボルテックスブレーカー本体部を水平に支持する脚部とを備えたボルテックスブレーカーが、前記ボルテックスブレーカー本体部が蒸発槽底部の残液流リサイクルライン連結部の直上を覆うように配設されており、ボルテックスブレーカー本体部の周端部と蒸発槽底部の内底面との間隙を通過する残液流の線速rが10m/hより大きくなるように設計されている構造
Description
前記カルボニル化反応工程で得られた反応混合物を蒸発槽において蒸気流と残液流とに分離する蒸発工程と、
前記残液流を反応槽に戻す残液流リサイクル工程と、
前記蒸気流を蒸留に付して酢酸を精製する蒸留工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記蒸発槽は、反応混合物供給ラインが接続された胴部と、蒸気流排出ラインが接続された頂部と、残液流リサイクルラインが接続された底部とを有し、前記胴部は、径大の上部円筒部、径小の下部円筒部、及び上部円筒部と下部円筒部とを連結する逆円錐台筒状の連結部とを有しており、且つ、下記(a)及び(b)のうち少なくとも1つの触媒沈降、蓄積防止構造を有することを特徴とする酢酸の製造方法を提供する。
(a)蒸発槽の前記逆円錐台筒状連結部の内壁面の傾斜角度θが5°〜85°である構造
(b)板状のボルテックスブレーカー本体部と、ボルテックスブレーカー本体部を水平に支持する脚部とを備えたボルテックスブレーカーが、前記ボルテックスブレーカー本体部が蒸発槽底部の残液流リサイクルライン連結部の直上を覆うように配設されており、ボルテックスブレーカー本体部の周端部と蒸発槽底部の内底面との間隙を通過する残液流の線速rが10m/hより大きくなるように設計されている構造
CH3OH + CO → CH3COOH (1)
(a)蒸発槽2の前記逆円錐台筒状連結部203の内壁面の傾斜角度(水平面に対する角度)θが5°〜85°である構造
(b)板状のボルテックスブレーカー本体部206と、ボルテックスブレーカー本体部206を水平に支持する脚部207とからなるボルテックスブレーカーxが、前記ボルテックスブレーカー本体部206が蒸発槽底部205の残液流リサイクルライン18との連結部の直上を覆うように配設されており、ボルテックスブレーカー本体部206の周端部と蒸発槽底部205の内底面との間隙cを通過する残液流の線速rが10m/hより大きく設計されている構造
図1の酢酸製造フローに基づくベンチプラントで実験を行った。反応槽1に、全圧2.8MPa(ゲージ圧)、187℃にて、ヨウ化メチル、水、酢酸メチル、酢酸、ヨウ化リチウム、ロジウム触媒([Rh(CO)2I2]-)を仕込んで、メタノールと一酸化炭素[反応槽CO分圧(絶対圧)1.2MPa]とを連続的に反応させて、反応混合液(ヨウ化メチル7.9質量%、水2.6質量%、酢酸メチル2.0質量%、酢酸(残り)、ヨウ化リチウム13.9質量%、ロジウム触媒910質量ppm)を取り出した。得られた反応混合液を、図2に示される蒸発槽2にてフラッシュ[圧力0.15MPa(ゲージ圧)、温度143℃]させ、蒸発槽2の蒸気(揮発性成分)を蒸留塔3に供給して蒸留し、側流27として粗酢酸を得た。なお、粗酢酸以外の成分は反応槽1にリサイクルした。蒸発槽2において揮発しなかった残液(缶出液)の組成は、ヨウ化メチル1.1質量%、水2.7質量%、酢酸メチル1.1質量%、酢酸(残り)、ヨウ化リチウム18質量%、ロジウム触媒1290質量ppm(Rh換算)であった。蒸発槽2の缶出液は、触媒循環ポンプ57を用い、残液流リサイクルライン18,19を介して反応槽1にリサイクルした。反応混合液の蒸発槽2への仕込量を100質量部とすると、蒸発槽2の缶出液の量は76質量部に相当した。その他の24質量部は、全て蒸留塔3に仕込んだ。反応槽1のベントガス15は、スクラバーシステム8(この実験では高圧吸収塔)に導入した。さらに、蒸発槽底部205のボルテックスブレーカー本体部206の下方位置に、一酸化炭素含有ガス導入ライン54を介して、前記スクラバーシステム8(高圧吸収塔)のオフガス49(CO:72質量%、H2:1質量%、CO2:8質量%、CH4:9質量%、N2:10質量%)を、蒸発槽2の残液流排出量(缶出液量)に対して0.2NL/kgで仕込んだ。
その際、蒸発槽2において、上部円筒部202と下部円筒部204とを連結する逆円錐台筒状連結部203の内壁面の傾斜角度θを0°とした(図2参照)。また、ボルテックスブレーカー本体部206の周端部と蒸発槽底部205の内底面との間隙cを通過する残液流(缶出液)の線速rを50m/hとした。なお、残液流リサイクルライン18,19における残液流の線速r′は2900m/hであった。
このようにして100時間の連続運転を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.15g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び残液流リサイクルライン(缶出液ライン)を開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上にRh沈降が見られたものの、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部(内壁面)にはごくわずかの触媒しか付着していなかった。
なお、平均Rh沈降速度は下記式により求めた。
平均Rh沈降速度(g/h)={測定開始時における系内溶解Rh総量(g)−100時間後における系内溶解Rh総量(g)+系外からのRh投入総量(g)}/100(h)
蒸発槽2において、前記θを45°とし、前記線速rを10m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.15g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上には触媒は付着していなかったが、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部には沈降したRhが付着していた。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを10m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.08g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上及び蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にはごく僅かの触媒しか付着していなかった。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを50m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.04g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上にはRhは付着しておらず、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にはごく僅かの触媒しか付着していなかった。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを100m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.02g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上にも、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にも、触媒は全く付着していなかった。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを300m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.01g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上にも、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にも、触媒は全く付着していなかった。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを1000m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.007g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203にも、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にも、触媒は全く付着していなかった。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを3000m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.005g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上にも、蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にも、触媒は全く付着していなかった。
蒸発槽2において、前記θを60°とし、前記線速rを300m/hとし、且つ一酸化炭素含有ガス導入ライン54を介して仕込んだオフガス49の仕込量を蒸発槽2の残液流排出量(缶出液量)に対して0.02NL/kgとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.10g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上、及び蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部に微量の触媒が付着していた。
蒸発槽2において、前記θを0°とし、前記線速rを10m/hとした以外は、実施例1と同様の実験を行った。その結果、100時間での平均Rh沈降速度は0.2g/hであった。また、100時間の実験後、蒸発槽2及び缶出液ラインを開放して内部を調べたところ、連結部203の内壁面上、及び蒸発槽底部205の缶出部から触媒循環ポンプ57までの間の配管内部にRh微粒子が付着していた。
[1]金属触媒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槽で反応させて酢酸を生成させるカルボニル化反応工程と、
前記カルボニル化反応工程で得られた反応混合物を蒸発槽において蒸気流と残液流とに分離する蒸発工程と、
前記残液流を反応槽に戻す残液流リサイクル工程と、
前記蒸気流を蒸留に付して酢酸を精製する蒸留工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記蒸発槽は、反応混合物供給ラインが接続された胴部と、蒸気流排出ラインが接続された頂部と、残液流リサイクルラインが接続された底部とを有し、前記胴部は、径大の上部円筒部、径小の下部円筒部、及び上部円筒部と下部円筒部とを連結する逆円錐台筒状の連結部とを有しており、且つ、下記(a)及び(b)のうち少なくとも1つの触媒沈降、蓄積防止構造を有することを特徴とする酢酸の製造方法。
(a)蒸発槽の前記逆円錐台筒状連結部の内壁面の傾斜角度θが5°〜85°である構造
(b)板状のボルテックスブレーカー本体部と、ボルテックスブレーカー本体部を水平に支持する脚部とを備えたボルテックスブレーカーが、前記ボルテックスブレーカー本体部が蒸発槽底部の残液流リサイクルライン連結部の直上を覆うように配設されており、ボルテックスブレーカー本体部の周端部と蒸発槽底部の内底面との間隙を通過する残液流の線速rが10m/hより大きくなるように設計されている構造
[2]触媒系がさらにイオン性ヨウ化物を含む[1]記載の酢酸の製造方法。
[3]前記(a)の構造において、蒸発槽の前記逆円錐台筒状連結部の内壁面の傾斜角度θが10°〜80°(好ましくは20°〜75°、より好ましくは30°〜75°)である[1]又は[2]記載の酢酸の製造方法。
[4]前記(b)において、さらに、蒸発槽の底部及び/又は残液流リサイクルラインに一酸化炭素含有ガス導入ラインが接続されている[1]〜[3]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[5]前記(b)において、さらに、蒸発槽の底部に一酸化炭素含有ガス導入ラインが接続されている[1]〜[3]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[6]一酸化炭素含有ガス導入ラインから一酸化炭素含有ガスを残液流排出量に対して0.02NL/kg以上(好ましくは0.02〜5NL/kg、より好ましくは0.05〜3NL/kg、さらに好ましくは0.1〜1NL/kg)導入する[4]又は[5]記載の酢酸の製造方法。
[7]導入する一酸化炭素含有ガス中の一酸化炭素の含有量が10質量%以上(好ましくは20質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上)である、[4]〜[6]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[8]前記(b)において、残液流リサイクルラインを流れる残液流の線速r′が、蒸発槽底部缶出部から反応槽に至る全流路の80%以上(好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上)において10m/h以上(好ましくは100m/h以上、より好ましくは500m/h以上、さらに好ましくは1000m/h以上、特に好ましくは2000m/h以上)である[1]〜[7]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[9]前記蒸留工程が、前記蒸気流を蒸留して、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オーバーヘッド流と、酢酸に富む第1酢酸流とに分離する脱低沸工程を含む[1]〜[8]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[10]前記蒸留工程が、前記第1酢酸流を蒸留して、前記第1酢酸流よりも酢酸が富化されている第2酢酸流と、酢酸よりも沸点の低い成分を前記第2酢酸流と比較して多く含むオーバーヘッド流の蒸気とに分離する脱水工程を含む[9]記載の酢酸の製造方法。
[11]前記第2酢酸流に、水酸化カリウム導入ラインを介して、水酸化カリウムを供給ないし添加する[10]記載の酢酸の製造方法。
[12]前記蒸留工程が、前記第2酢酸流を蒸留して、酢酸よりも沸点の低い成分を缶出液と比較して多く含むオーバーヘッド流としての蒸気と、酢酸よりも沸点の高い成分をオーバーヘッド流と比較して多く含む缶出液と、前記第2酢酸流よりも酢酸が富化されている第3酢酸流とに分離する脱高沸工程を含む[10]又は[11]記載の酢酸の製造方法。
[13]さらに、前記第3酢酸流をイオン交換樹脂塔に導入し、前記第3酢酸流中のヨウ化アルキルを吸着除去する工程を含む[12]記載の酢酸の製造方法。
[14]さらに、前記蒸留工程で得られる前記オーバーヘッド流から少なくともアセトアルデヒドを分離するためのアセトアルデヒド分離除去工程を有する[9]〜[13]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[15]さらに、プロセスからのオフガスを、少なくとも酢酸を含む吸収溶媒で吸収処理して、一酸化炭素に富むストリームと酢酸に富むストリームとに分離するスクラバー工程を有する[1]〜[14]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[16]前記(b)において、蒸発槽の底部及び/又は残液流リサイクルラインに一酸化炭素含有ガス導入ラインが接続されており、前記スクラバー工程にて分離された一酸化炭素に富むストリームを前記蒸発槽の底部及び/又は残液流リサイクルラインへ導入するCO源として用いる、[15]記載の酢酸の製造方法。
[17]前記(b)において、前記線速rは、前記ボルテックスブレーカー本体部の周端部と蒸発槽底部の内底面との間隙の長さ及び/又は前記ボルテックスブレーカー本体部の周長さを変化させて調節される、[1]〜[16]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[18]前記蒸発槽内圧力が50〜1000kPa(絶対圧)である、[1]〜[17]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[19]前記蒸発工程にて分離される蒸気流および残液流の割合が、質量比で、10/90〜50/50(蒸気流/残液流)である、[1]〜[18]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[20]前記蒸発工程にて分離される蒸気流の酢酸濃度が50〜85質量%(好ましくは55〜75質量%)である、[1]〜[19]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[21]前記蒸発工程にて分離される残液流の酢酸濃度が55〜90質量%(好ましくは60〜85質量%)である、[1]〜[20]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[22]前記(b)を備える、[1]〜[21]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[23]前記(a)と前記(b)をともに備える、[1]〜[22]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
2 蒸発槽
3,5,6 蒸留塔
4 デカンタ
7 イオン交換樹脂塔
8 スクラバーシステム
9 アセトアルデヒド分離除去システム
16 反応混合物供給ライン
17 蒸気流排出ライン
18,19 残液流リサイクルライン
54 一酸化炭素含有ガス導入ライン
55,56 水酸化カリウム導入ライン
57 触媒循環ポンプ
201 蒸発槽頂部
202 蒸発槽胴部の上部円筒部
203 蒸発槽胴部の連結部
204 蒸発槽胴部の下部円筒部
205 蒸発槽底部
206 ボルテックスブレーカー本体部
207 脚部
c 間隙
x ボルテックスブレーカー
Claims (9)
- 金属触媒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槽で反応させて酢酸を生成させるカルボニル化反応工程と、
前記カルボニル化反応工程で得られた反応混合物を蒸発槽において蒸気流と残液流とに分離する蒸発工程と、
前記残液流を反応槽に戻す残液流リサイクル工程と、
前記蒸気流を蒸留に付して酢酸を精製する蒸留工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記蒸発槽は、反応混合物供給ラインが接続された胴部と、蒸気流排出ラインが接続された頂部と、残液流リサイクルラインが接続された底部とを有し、前記胴部は、径大の上部円筒部、径小の下部円筒部、及び上部円筒部と下部円筒部とを連結する逆円錐台筒状の連結部とを有しており、且つ、下記(a)及び(b)のうち少なくとも1つの触媒沈降、蓄積防止構造を有することを特徴とする酢酸の製造方法。
(a)蒸発槽の前記逆円錐台筒状連結部の内壁面の傾斜角度θが5°〜85°である構造
(b)板状のボルテックスブレーカー本体部と、ボルテックスブレーカー本体部を水平に支持する脚部とを備えたボルテックスブレーカーが、前記ボルテックスブレーカー本体部が蒸発槽底部の残液流リサイクルライン連結部の直上を覆うように配設されており、ボルテックスブレーカー本体部の周端部と蒸発槽底部の内底面との間隙を通過する残液流の線速rが10m/hより大きくなるように設計されている構造 - 触媒系がさらにイオン性ヨウ化物を含む請求項1記載の酢酸の製造方法。
- 前記(a)の構造において、蒸発槽の前記逆円錐台筒状連結部の内壁面の傾斜角度θが10°〜80°である請求項1又は2記載の酢酸の製造方法。
- 前記(b)において、さらに、蒸発槽の底部及び/又は残液流リサイクルラインに一酸化炭素含有ガス導入ラインが接続されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の酢酸の製造方法。
- 一酸化炭素含有ガス導入ラインから一酸化炭素含有ガスを残液流排出量に対して0.02NL/kg以上導入する請求項4記載の酢酸の製造方法。
- 前記(b)において、残液流リサイクルラインを流れる残液流の線速r′が、蒸発槽底部缶出部から反応槽に至る全流路の80%以上において10m/h以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の酢酸の製造方法。
- 前記蒸留工程が、前記蒸気流を蒸留して、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オーバーヘッド流と、酢酸に富む酢酸流とに分離する脱低沸工程を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の酢酸の製造方法。
- さらに、前記オーバーヘッド流から少なくともアセトアルデヒドを分離するためのアセトアルデヒド分離除去工程を有する請求項7記載の酢酸の製造方法。
- さらに、プロセスからのオフガスを、少なくとも酢酸を含む吸収溶媒で吸収処理して、一酸化炭素に富むストリームと酢酸に富むストリームとに分離するスクラバー工程を有する請求項1〜8のいずれか1項に記載の酢酸の製造方法。
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