KR101106870B1 - 아세트산의 제조방법 - Google Patents

아세트산의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물, 메틸 요오다이드 및 촉매를 함유하는 반응 매질에서 카보닐화 반응물, 예컨대 메탄올, 메틸 아세테이트, 메틸 포르메이트 또는 다이메틸 에터를 일산화 탄소와 반응시켜 아세트산을 함유하는 반응 생성물을 제조하는 단계; 반응 생성물을 분리하여 아세트산, 물 및 메틸 요오다이드를 함유하는 휘발성 상 및 덜 휘발성 상을 제공하는 단계; 휘발성 상을 증류하여 정제된 아세트산 생성물, 및 물, 메틸 아세트산 및 메틸 요오다이드를 함유하는 제 1 탑상물(overhead)을 제조하는 단계; 제 1 탑상물을 상 분리하여 물을 함유하는 제 1 액체 상 및 메틸 요오다이드를 함유하는 제 2 액체 상을 제공하는 단계; 및 상기 공정에, 제 1 및 제 2 액체 상을 형성하기 위한 제 1 탑상물의 분리를 향상시키기에 효과적인 양으로 다이메틸 에터를 첨가하는 단계를 포함하는, 아세트산의 개선된 제조방법을 개시한다.

Description

아세트산의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING ACETIC ACID}
본 발명은 메탄올의 카보닐화에 의한 아세트산의 개선된 제조방법에 관한 것이다.
현재 사용되는 아세트산의 합성 방법 중에서, 상업적으로 가장 유용한 것 중 하나는 1973년 10월 30일 자로 폴리크(Paulik) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,769,329 호에 교시된 바와 같은 일산화 탄소에 의한 메탄올의 촉매화된 카보닐화이다. 카보닐화 촉매는, 액체 반응 매질 중에 용해되거나 또는 달리 분산되거나 또는 불활성 고체상에 지지된 로듐을, 메틸 요오다이드로 예시되는 할로겐 함유 촉매 촉진제와 함께 포함한다. 로듐을 임의의 다수의 형태로 상기 반응 시스템에 도입시킬 수 있으며 활성 촉매 복합체 내에서 상기 로듐 잔기의 정확한 성질은 불명확하다. 마찬가지로, 할라이드 촉진제의 성질은 중요하지 않다. 특허권자들은 매우 많은 수의 적합한 촉진제들을 개시하며, 이들 중 대부분은 유기 요오다이드이다. 가장 전형적이고 유용하게는, 상기 반응을 촉매가 용해된 액체 반응 매질을 통해 일산화 탄소 기체를 연속적으로 폭기(bubbling)시킴으로써 수행한다.
로듐 촉매의 존재 하에서 알콜보다 하나 더 많은 탄소 원자를 갖는 카복실산을 생성시키기 위한 알콜의 카보닐화에 대한 종래 기술의 주요 개선이 1991년 3월 19일자로 허여된 미국 특허 제 5,001,259 호; 1991년 6월 25일자로 허여된 제 5,026,908 호; 및 1992년 9월 1일자로 허여된 제 5,144,068 호; 및 1992년 7월 1일자로 공개된 유럽 특허 제 EP 0 161 874 B2 호에 개시되어 있다. 이들 특허는 아세트산이 메틸 아세테이트, 메틸 할라이드, 특히 메틸 요오다이드, 및 촉매 유효 농도로 존재하는 로듐을 함유하는 반응 매질 중의 메탄올로부터 생성된다. 이들 특허의 발명자들은 촉매 안정성 및 카보닐 반응기의 생산성이, 반응 매질 중에서 촉매 유효량의 로듐 및 적어도 제한된 농도의 물, 메틸 아세테이트 및 메틸 요오다이드와 함께, 메틸 요오다이드 또는 다른 유기 요오다이드로서 존재하는 요오다이드 함량보다 높은 특정 농도의 요오다이드 이온을 유지시킴으로써 상기 반응 매질 중의 매우 낮은 물 농도, 즉 4중량% 이하의 물 농도에서도(일반적인 산업적 실시가 대략 14 또는 15중량%의 물을 유지시킴에도 불구하고) 놀랍게도 높은 수준으로 유지될 수 있음을 발견하였다. 요오다이드 이온은 간단한 염으로서 존재하며, 리튬 요오다이드가 바람직하다. 상기 특허는 메틸 아세테이트 및 요오다이드 염의 농도가 특히 낮은 반응기 물 농도에서 아세트산을 생성시키는 메탄올의 카보닐화 속도에 영향을 미치는 중요한 매개변수임을 교시한다. 상대적으로 높은 농도의 메틸 아세테이트 및 요오다이드 염을 사용함으로써, 액체 반응 매질이 약 0.1중량% 정도로 낮은 농도의 물(이는 "제한된 농도"의 물로 간단히 정의할 수 있을 정도로 낮음)을 함유하는 경우에조차도 놀라운 정도의 촉매 안정성과 반응기 생산성을 획득한다. 더욱, 사용되는 반응 매질은 로듐 촉매의 안정성, 즉 특히 상기 방법의 생성물 회수 단계 중에 촉매 침전에 대한 내성을 개선시킨다. 아세트산 생성물을 회수하는 방법으로 수행되는 증류는 상기 촉매로부터 일산화 탄소를 제거하는 경향이 있다. 이들 리간드는 반응 용기 중에 유지된 환경에서 로듐에 대해 안정화 효과를 갖는다. 미국 특허 제 5,001,259, 5,026,908 및 5,144,068 호를 본원에 참고로 인용한다.
아세트산의 저 수분(low water) 카보닐화 제조 방법은 일산화 탄소, 수소 및 프로피온산과 같은 부산물을 감소시키지만, 일반적으로 미량으로 존재하는 다른 불순물들의 양이 또한 증가하며, 촉매를 개선시키거나 반응 조건을 변경시킴으로써 생산율을 증가시키고자 시도하는 경우 때때로 아세트산의 품질이 문제가 되는 것으로 밝혀졌다. 상기 미량 불순물들은 특히 이들이 반응 공정을 통해 재순환되는 경우 아세트산의 품질에 영향을 미친다. 카보닐화 방법에서 불순물에 대한 추가의 논의에 대해서는 문헌[Catalysis of Organic Reaction, 75, 369-380(1998)]을 참조한다.
조질의 아세트산 생성물은 전형적으로 하나 이상의 증류 컬럼에서 증류되어 경질분(light end) 반응 성분(전형적으로 메틸 아세테이트 및 메틸 요오다이드), 물 및 중질분(heavy end) 불순물이 제거된다. 메틸 요오다이드가 경질분 컬럼으로 도로 환류(reflux)되는 경우, 아세트산 생성물로부터의 경질분 반응 성분의 분리능이 현저하게 저하되기 때문에 대량의 메틸 요오다이드를 경질분 증류 컬럼으로 도로 환류시키는 것은 피하는 것이 특히 중요함은 이미 관측되었다. 메틸 요오다이드의 환류는 보통, 경질분 탑상물(overhead)로부터의 메틸 요오다이드의 대부분을 별개의 상으로서 분리하는 것에 의해 방지되지만, 특정의 조건 하에서는 경질분 탑상물이 메틸 요오다이드를 포함하는 단일 액체 상을 형성할 수 있다. 본 발명은 경질분 컬럼에서 상기 단일-상 조건을 방지하는 하나의 방법을 제공한다.
발명의 요약
본 발명의 하나의 양태는 아세트산의 제조방법이고, 이는 물, 메틸 요오다이드 및 촉매를 함유하는 반응 매질에서 일산화 탄소를 카보닐화가능 물질, 예컨대 메탄올, 메틸 아세테이트, 메틸 포르메이트, 다이메틸 에터 또는 이들의 혼합물과 반응시켜 아세트산을 함유하는 반응 생성물을 제조하는 단계; 반응 생성물에 대해 증기-액체 분리를 수행하여 아세트산, 물 및 메틸 요오다이드를 함유하는 휘발성 상 및 촉매를 함유하는 보다 덜 휘발성 상을 제공하는 단계; 휘발성 상을 증류하여, 정제된 아세트산 생성물, 및 물 및 메틸 요오다이드를 함유하는 제 1 탑상물을 제조하는 단계; 제 1 탑상물을 상 분리하여, 물을 함유하는 제 1 액체 상 및 메틸 요오다이드를 함유하는 제 2 액체 상을 제공하는 단계; 및 반응 생성물, 휘발성 상, 제 1 탑상물, 또는 증류와 관련된 스트림 중 하나 이상에 다이메틸 에터를 첨가하여, 제 1 및 제 2 액체 상을 형성하기 위한 제1 탑상물의 분리를 향상시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 양태는, 아세트산, 메틸 요오다이드 및 물을 함유하는 혼합물을 증류하여, 정제된 아세트산 생성물, 물을 함유하는 제 1 액체 상 및 메틸 요오다이드를 함유하는 제 2 액체 상을 제공하는 개선된 방법이다. 상기 방법에서는, 증류시의 탑상물 분획을 분리하여 제 1 및 제 2 액체 상을 형성하고, 제 1 액체 상의 일부를 증류 공정으로 환류시킨다. 개선 방법은, 다이메틸 에터를 혼합물에, 탑상물 분획에, 또는 제 1 액체 상의 환류된 부분에 효과량으로 첨가하여 제 1 및 제 2 액체 상의 상 분리를 향상시키는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명을 다양한 변경 및 또 다른 형태로 수행할 수 있지만, 특정한 실시태양을 도면에 예로서 도시하였으며 본원에서 상세히 개시할 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정한 형태로 제한하고자 하는 것이 아님은 물론이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 모든 변경, 등가물 및 대체물을 포함하고자 한다.
본 발명의 예시적인 실시태양을 하기에 예시한다. 명확성 면에서, 실제 실행의 모든 특징들이 본 명세서에 개시되어 있지는 않다. 임의의 상기와 같은 실제 실시태양의 개발시, 개발자의 특정 목적, 예를 들어 시스템 관련 및 사업 관련 제한에 따른 요구조건(실행에 따라 다를 것이다)을 성취하기 위해서 다수의 실행-특이적인 결정을 해야함을 물론 인식할 것이다. 더욱이, 상기와 같은 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 이러한 노력을 본 발명 내용의 이점을 갖는 분야의 통상적인 숙련가들은 통상적으로 수행할 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명은 VIII 족 금속 촉매(예를 들어 로듐) 및 요오다이드 촉진제의 존재 하에서 메탄올을 아세트산으로 카보닐화하는데 사용되는 임의의 방법에 유용하다. 특히 유용한 방법은 상기에서 언급된 미국 특허 제 5,001,259 호에 예시된 바와 같은 메탄올의 아세트산으로의 저 수분 로듐 촉매화된 카보닐화이다. 촉매 시스템의 로듐 성분은, 반응 구역에 로듐을 로듐 금속, 로듐 염(예를 들면, 옥사이드, 아세테이트, 요오다이드 등) 또는 다른 배위 화합물의 형태로 도입함으로써 제공할 수 있다.
촉매 시스템의 할로겐 촉진 성분은 유기 할라이드를 포함한다. 따라서, 알킬, 아릴 및 치환된 알킬 또는 아릴 할라이드를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 할라이드 촉진제는 알킬 라디칼이 공급 알콜(카보닐화됨)의 알킬 라디칼에 상응하는 알킬 할라이드의 형태로 존재한다. 따라서, 메탄올의 아세트산으로의 카보닐화에서, 상기 할라이드 촉진제는 메틸 할라이드, 보다 바람직하게는 메틸 요오다이드이다.
사용되는 액체 반응 매질은 상기 촉매 시스템과 상용성인 임의의 용매를 포함할 수 있으며, 순수한 알콜, 또는 알콜 공급원료 및/또는 목적하는 카복실산의 혼합물 및/또는 이들 두 화합물의 에스테르의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 저 수분 카보닐화 방법에 바람직한 용매 및 액체 반응 매질은 카복실산 생성물 자체이다. 따라서, 메탄올의 아세트산으로의 카보닐화에서 바람직한 용매는 아세트산이다.
상기 반응 매질 중에 물이 함유되지만, 충분한 반응 속도를 성취하기 위해 지금까지 실용적인 것으로 본래 생각되었던 농도보다 매우 낮은 농도로 함유된다. 본 발명에 열거된 유형의 로듐 촉매화된 카보닐화 반응에서, 이전에는 물의 첨가가 반응 속도에 이로운 효과를 발휘하는 것으로 교시되었다(미국 특허 제 3,769,329 호). 따라서 상업적인 공정의 대부분은 약 14중량% 이상의 물 농도로 실행된다. 따라서, 실질적으로 상기와 같은 높은 수준의 물 농도에 의해 획득된 반응 속도 이상의 반응 속도가 14중량% 미만 및 약 0.1중량% 정도로 낮은 물 농도로 성취될 수 있음은 매우 뜻밖이다.
본 발명에 따른 아세트산의 제조에 가장 유용한 카보닐화 방법에 따라, 낮은 물 농도에서도 반응 매질에 메틸 아세테이트 및 추가적인 요오다이드 이온(메틸 요오다이드 또는 다른 유기 요오다이드와 같은 촉매 촉진제로서 존재하는 요오다이드 이외의 것)을 포함시킴으로써 목적하는 반응 속도가 획득된다. 상기 추가적인 요오다이드 촉진제는 요오다이드 염이며, 리튬 요오다이드가 바람직하다. 저 수분 농도 하에서, 메틸 아세테이트 및 리튬 요오다이드는 오직 상기 각 성분들이 비교적 높은 농도로 존재할 때 속도 촉진제로서 작용하며, 상기 촉진은 상기 성분들이 모두 동시에 존재할 때 더 큰 것으로 밝혀졌다(미국 특허 제 5,001,259 호).
메탄올의 아세트산 생성물로의 카보닐화 반응은, 전형적으로 액체 상인 메탄올 공급물을, 로듐 촉매, 메틸 요오다이드 촉진제, 메틸 아세테이트, 및 추가의 가용성 요오다이드 염을 함유하는 액체 아세트산 용매 반응 매질을 통해 폭기되는 기상 일산화 탄소와, 카보닐화 생성물을 형성시키기에 적합한 온도 및 압력에서 접촉시킴으로써 수행할 수 있다. 일반적으로는, 중요한 것은 촉매 시스템 중의 요오다이드 이온의 농도이지 요오다이드와 회합된 양이온이 아니며, 주어진 요오다이드의 몰 농도에서 상기 양이온의 성질은 요오다이드 농도의 영향만큼 중요하지는 않은 것으로 인식될 것이다. 결과적으로, 임의의 금속 요오다이드 염, 또는 임의의 유기 양이온 또는 4급 양이온, 예를 들어 4급 아민 또는 포스핀 또는 무기 양이온의 임의의 요오다이드 염을 사용할 수 있으나, 단 상기 염은 상기 요오다이드의 목적하는 수준을 제공할 정도로 충분히 상기 반응 매질에 가용성이어야 한다. 상기 요오다이드를 금속염으로서 가하는 경우, 바람직하게는 이는 문헌["Handbook of Chemistry and Physics", CRC Press, Cleveland, Ohio, 2002-03(83rd edition)]에 개시한 바와 같은 주기율표 IA 족 및 IIA 족의 금속으로 이루어진 군의 일원의 요오다이드 염이다. 특히, 알칼리 금속 요오다이드가 유용하며, 리튬 요오다이드가 바람직하다. 본 발명에 가장 유용한 저 수분 카보닐화 방법에서, 상기 유기 요오다이드 촉진제 이외의 추가적인 요오다이드는 촉매 용액중 약 2 내지 약 20중량%로 존재하고, 메틸 아세테이트는 약 0.5 내지 약 30중량%로 존재하며, 리튬 요오다이드는 약 5 내지 약 20중량%로 존재한다. 로듐 촉매는 약 200 내지 약 2000ppm(중량 기준)으로 존재한다.
전형적인 카보닐화 반응 온도는 대략 150 내지 약 250℃이며, 바람직하게는 약 180 내지 약 220℃이다. 반응기중 일산화 탄소 분압은 광범위하게 변할 수 있지만, 전형적으로는 약 2 내지 약 30기압, 바람직하게는 약 3 내지 약 10기압이다. 부산물의 분압 및 함유된 액체의 증기압으로 인해, 전체 반응기 압력은 약 15 내지 약 40기압의 범위일 것이다.
메탄올의 아세트산으로의 요오다이드 촉진된 로듐 촉매화된 카보닐화에 사용되는 전형적인 반응 및 아세트산 회수 시스템을 도 1에 나타낸다. 반응 시스템은 카보닐화 반응기(10), 플래셔(flasher)(12), 및 메틸 요오다이드/아세트산 경질분 컬럼(14)(추가 정제로 진행되는 아세트산 부 스트림(17)을 갖는다)을 포함한다. 본원에 참고로 인용하는 미국 특허 제 5,416,237 호에 개시된 바와 같이, 경질분 컬럼(14)는 또한, 아세트산 및 물의 분리를 용이하게 하는 추가의 단(stage)을 포함하여, 이러한 분리를 달성하기 위한 별도의 건조 컬럼에 대한 필요성을 없앨 수도 있다. 카보닐화 반응기(10)는 전형적으로 교반식 용기 또는 폭기-컬럼 형이고, 이의 내부에서 반응 액체 함량은 자동적으로 일정한 수준으로 유지된다. 상기 반응기에, 스트림(6)을 통한 새로운 메탄올, 스트림(8)을 통한 일산화 탄소, 적어도 반응 매질 중의 제한된 물 농도를 유지하는데 필요한 충분한 물, 플래셔(12) 기부로부터 스트림(13)을 통해 재순환된 촉매 용액, 재순환된 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트 상(21), 및 상기 메틸 요오다이드/아세트산 경질분 또는 분할(splitter) 컬럼(14)의 탑상물 수용기(receiver) 경사분리기(decanter)로부터 재순환된 수성 아세트산 상(36)을 연속적으로 도입시킨다. 증류 시스템을 사용하여, 조질의 아세트산을 회수하고 촉매 용액, 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트를 반응기로 재순환시킨다. 하나의 바람직한 방법에서는, 일산화 탄소를 교반식 카보닐화 반응기의 교반기 바로 아래로 연속 도입시켜, 일산화 탄소를 반응 액체에 완전하게 분산시킨다. 기상 퍼지 스트림을 반응기로부터 배출시켜 기상 부산물이 축적되는 것을 방지하고 주어진 전체 반응기 압력에서 일산화 탄소 분압을 조절한다. 반응기의 온도를 조절하고 일산화 탄소 공급물을 목적하는 전체 반응기 압력을 유지시키기에 충분한 속도로 도입시킨다.
액체 생성물을 카보닐화 반응기(10)에서 일정한 수준으로 유지시키기에 충분한 속도로 상기 반응기로부터 빼내어 플래셔(12)에 도입시킨다. 플래셔(12)에서는 촉매 용액을 기부 스트림(보다 적은 양의 메틸 아세테이트, 메틸 요오다이드 및 물과 함께, 우세하게는 로듐 촉매 및 요오다이드 염을 함유하는 아세트산)으로서 회수하는 반면, 플래셔의 증기 탑상물 스트림은 일부의 메틸 요오다이드, 메틸 아세테이트 및 물과 함께 조질의 아세트산 생성물을 함유한다. 반응기를 나와 플래셔로 들어가는 스트림(11)은 메탄, 수소 및 이산화 탄소와 같은 기상 부산물과 함께 일산화 탄소의 일부를 포함하는 용해된 기체를 함유한다. 이들은 증기 탑상물 스트림(26)의 일부로서 플래셔를 나가 경질분 또는 분할 컬럼(14)으로 유도된다.
경질분 또는 분할 컬럼(14)의 상부로부터, 증기는 스트림(28)에 의해 제거되고, 응축되고 경사분리기(16)로 향한다. 스트림(28)은 응축가능한 물, 메틸 요오다이드, 메틸 아세테이트, 아세트알데하이드 및 다른 카보닐 성분 뿐만 아니라 응축불가능한 기체, 예컨대 이산화 탄소, 수소 및 도 1에서 스트림(29)로 표시되는 바와 같이 배출될 수 있는 것 등을 함유한다. 응축가능한 증기는 응축가능한 메틸 요오다이드, 메틸 아세테이트, 아세트알데하이드 및 다른 카보닐 성분 및 물을 2개의 액체 상으로 응축하고 분리하기에 충분한 온도로 냉각되는 것이 바람직하다. 스트림(30)의 적어도 일부는 환류 스트림(34)으로서 경질분 컬럼(14)으로 도로 되돌아가고; 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 스트림(30)의 또 다른 일부는 부 스트림(32)으로서 나뉘어져 반응 시스템 또는 경질분 컬럼에 반송되기 전에 아세트알데하이드 및 다른 퍼망가네이트 환원 화합물을 제거한다. 아세트알데하이드 및 기타 PRC를 제거하기 위한 많은 처리 방법이 당분야에 공지되어 있으며, 이러한 방법의 예는 미국 특허 제 5,625,095 호; 제 5,783,731 호; 제 6,143,930 호; 및 6,339,171 호에 개시되어 있고, 이들 각각을 본원에 그 전체를 참고로 인용한다. 공정내에 물 균형의 유지를 돕기 위해, 경질 상(30)의 또다른 일부(41)를, 반응 시스템으로 반송되기 전에, 시스템으로부터 퍼징하거나 처리하여 과량의 물을 제거할 수 있다.
통상적으로 탑상물 수용기 경사분리기(16)를 나가는, 스트림(28)의 중질 상(21)은, 반응기로 재순환되지만, 일반적으로는 소량, 예를 들어 중질 상의 25 부피%, 바람직하게는 약 20 부피% 미만의 슬립(slip) 스트림이 또한 PRC 제거 공정을 향하고 나머지가 반응기 또는 반응 시스템으로 재순환될 수도 있다. 중질 상의 상기 슬립 스트림은 추가의 카보닐 불순물 증류 및 추출을 위해 개별적으로 또는 경질 상(스트림(30))과 함께 처리될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 다음 2가지 이상의 이유로 카보닐화 반응 매질에서 물을 낮은 농도, 예를 들어 8% 미만, 바람직하게는 보다 낮은 농도로 유지하는 것이 매우 바람직하다. 첫째로 낮은 물 농도를 유지하는 것은 반응기에서 물-기체 이동 반응에 의해 부산물로서 형성된 이산화 탄소의 양을 조절하는 것을 돕는다. 둘째로, 보다 중요하게, 낮은 물 농도는 또한 부산물로서 형성된 프로피온산의 양을 조절하는 것을 돕는다. 그러나, 반응 매질중 물 농도가 낮아짐에 따라, 컬럼(14) 상에 증기 부하가 증가한다. 상기 증가된 증기 부하는, 경질분 컬럼(14)의 상부에서 경사분리기(16)로 아세트산을 허용불가하게 많이 전달하게 한다. 메틸 요오다이드 및 수성 상 둘다에서의 아세트산의 용해도는 상 분리를 저하시키고, 결과적으로 경사분리기에서 단일 액체 상을 생성시킨다. 상기 조건이 발생할 때, 컬럼(14)으로의 환류물은 고농도의 메틸 요오다이드를 포함한다. 상기 추가의 메틸 요오다이드의 존재는, 아세트산 생성물(17)로부터 메틸 아세테이트와 같은 경질분 물질을 완전히 분리하는 컬럼(14)의 능력을 방해한다. 이는 빈번하게, 문제가 해결될 수 있을 때까지 전체 반응 시스템을 중지하는 것을 필요로 한다(상기 이유로, 상대적으로 거의 메틸 요오다이드가 없는 액체 상(30)만이 전형적으로 컬럼(14)에서 환류물로서 사용된다).
상기의 잠재적인 문제에 비추어, 경사분리기(16)에서 상 분리를 유지하는 것은 저-수분 반응 조건에 의해서 및 메틸 아세테이트의 고농도가 경질분 컬럼에서 높은 증기 부하를 일으키는 경향(이는 상기에서 언급된 바와 같이 단일 상의 형성을 촉진한다)에 의해서 보다 어려움에도 불구하고, 이는 상당히 중요하다. 상기 문제는 본원에 참고로 인용한 미국 특허 제 5,723,660 호에서 다소 인지되었음에도 불구하고, 상기 특허에서 제안된 해결책은, 메틸 아세테이트를 제거하기 위한 경질분 탑상물 증류 단계 또는 경사분리기에 도입되기 전에 온도를 경질분 탑상물이 냉각되는 온도로 현저하게 감소시키는 단계와 같이 비용이 많이 드는 단계를 포함한다. 세 번째 제안된 해결책은 메틸 아세테이트 농도가 40중량% 미만으로 확실히 유지되도록 물을 경질분 컬럼으로 회분식으로 공급하는 것인데, 이는 물이 첨가되는 각 회마다 공정 전반에 걸쳐 물 균형을 크게 변화시키는 경향이 있다.
본 출원인은, 미국 특허 제 5,723,660 호에서 제안된 임의의 복잡한 단계 없이 및 공정에서 물 균형을 현저하게 변화시킴 없이, 경질분 탑상물 경사분리기(16)에서 상 분리를 확실히 하는 또다른 효과적인 방법을 발견하였다. 간단히 말하자면, 본 출원인은 경사분리기에서 적합한 상 분리가, (a) 수 혼화성이 아니고 (b) 공정 화학과 호환될 수 있고 (c) 단일 상을 촉진시키는 아세트산의 효과를 방해하는 성분을 첨가하는 것에 의해 보장될 수 있음을 발견하였다. 구체적으로, 본 출원인은 경질분 탑상물, 경질분 컬럼 공급물 또는 경질분 컬럼(14)과 관련된 또다른 스트림에 다이메틸 에터(DME)를 첨가하는 것에 의해 단일 상을 형성하는 것이 방해될 수 있음을 발견하였다.
DME는 물과 거의 비혼환성인 것 외에도 상기 공정 화학과 상용성이 있다. 상기에서 설명된 바와 같이, 경사분리기(16)에서 형성된 유기(메틸 요오다이드-풍부) 중질 상은 카보닐화 반응기(10)로 반송된다. DME는 카보닐화 반응 조건 하에서 물 및 일산화 탄소와 반응하여 아세트산을 제조한다. 또한, 미국 특허 제 5,831,120 호에 개시된 바와 같이 DME의 카보닐화가 물을 소모하기 때문에 DME는 또한 공정중 물의 축적을 제어하는데 유용하다. 예를 들어, DME의 카보닐화에서 소모되는 추가의 물은, 반응기로 반송되는 경질 상(30)의 부분(36)을 세정하거나 처리하여 과량의 물을 제거하는 것을 불필요하게 만들 수 있다. 마지막으로, 아세트알데하이드를 제거하기 위해 추가로 처리되는 경질 상(30)의 부 스트림(32)중 DME의 존재는 특정의 이로운 효과를 갖는다. 특히, 본원과 동시 출원된 미국 특허 출원 제 10/708,420 호 및 제 10/708,421 호에 보다 상세하게 개시된 바와 같이 충분한 DME가 경질 상 부 스트림(32)에 존재하거나 아세트알데하이드 제거 시스템에서 동일반응계에서 형성되는 경우, 아세트알데하이드 제거 공정동안 메틸 요오다이드의 바람직하지 못한 손실이 현저하게 감소된다.
상기에서 기술된 공정과 같은 아세트산 공정에서 많은 공정 스트림이 정제 구역내에서 또는 정제 구역으로부터 반응 시스템으로 재순환되는 것을 이해할 것이다. 따라서, 충분한 양의 DME가 경질분 경사분리기(16)에 축적되는 한, 공정내 어느 위치에서나 DME를 첨가하여 상 분리를 향상시키는 목적 효과를 달성할 수 있다. 예를 들어, DME는, 경질분 컬럼(14)에 공급되는 플래셔 탑상물(26)내로 주입되거나 또는 별도로 컬럼(스트림(38)에 의해)으로 공급될 수 있다. 다르게는, 환류 스트림(34)에 의해 경질분 컬럼으로 DME를 주입할 수 있다. 그러나, 현재 경질분 컬럼(14)을 통한 추가의 DME 공급은 컬럼에서 과도한 증기 부하를 초래할 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 경질분 컬럼(14)을 통과하지 않는 스트림 또는 일련의 스트림들에 의해 경질분 경사분리기(16)로 직접 또는 간접적으로 DME를 첨가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, DME는 경질분 탑상물 스트림(28)에 직접 첨가(스트림(35)으로서)할 수 있다. 다르게는, 미국 특허 제 6,143,930 호 및 본원과 동시 출원되어 동시계류중인 미국 특허 출원 제 10/708,420 호 및 제 10/708,421 호에서 개시된 아세트알데하이드 제거 기법의 특정한 실시태양에서는, 아세트알데하이드 제거 시스템으로부터의 반송 스트림의 전부 또는 일부를 경사분리기(16) 또는 경질분 컬럼(14)으로 반송시킨다. DME는, 이러한 반송 스트림에 또한 첨가되거나(예를 들어, 미국 특허 제 6,143,930 호의 도 1에서 스트림(46)), 또는 반송 스트림이 경사분리기(16)에서 상 분리능을 높이기에 충분한 DME를 함유하도록 하는 알데하이드 제거 시스템내의 다른 장소에 첨가될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시태양을 참조하여 기술되었지만, 당업자에 의해 자명한 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 하기 특허청구범위의 범주 또는 그의 등가물 내에 드는 정도로 이러한 모든 변형 및 변경을 포함하는 것으로 간주한다.

Claims (14)

  1. (a) 물, 메틸 요오다이드 및 촉매를 포함하는 반응 매질에서, 일산화 탄소를 메탄올, 메틸 아세테이트, 메틸 포르메이트, 다이메틸 에터 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 반응물과 반응시켜, 아세트산을 포함하는 반응 생성물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 반응 생성물에 대해 증기-액체 분리를 수행하여, 아세트산, 물 및 메틸 요오다이드를 포함하는 휘발성 상 및 촉매를 포함하는 보다 덜 휘발성 상을 제공하는 단계;
    (c) 상기 휘발성 상을 증류하여, 정제된 아세트산 생성물, 및 물, 메틸 아세테이트 및 메틸 요오다이드를 포함하는 제 1 탑상물(overhead)을 제조하는 단계;
    (d) 상기 제 1 탑상물을 상 분리하여, 물을 포함하는 제 1 액체 상 및 메틸 요오다이드를 포함하는 제 2 액체 상을 제공하는 단계; 및
    (e) 상기 제 1 및 제 2 액체 상을 형성하는 상기 제 1 탑상물의 분리를 용이하게 하기 위해, 상기 공정에 다이메틸 에터를 첨가하는 단계
    를 포함하는, 아세트산의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다이메틸 에터를 상기 반응 생성물, 상기 휘발성 상, 상기 제 1 탑상물, 또는 상기 증류와 관련된 스트림 또는 컬럼 중 하나 이상에 첨가하는 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    다이메틸 에터를 상기 제 1 탑상물에 첨가하는 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 액체 상중 적어도 하나로부터 아세트알데하이드를 제거하는 단계를 추가로 포함하고, 아세트알데하이드 제거 단계와 관련된 스트림에 다이메틸 에터를 첨가하는 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    다이메틸 에터를 아세트알데하이드 제거 시스템으로부터의 반송 스트림에 첨가하는 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    아세트알데하이드 제거 단계가, 메틸 요오다이드를 포함하는 혼합물로부터 아세트알데하이드를 추출함을 포함하고, 다이메틸 에터의 일부가, 상기 혼합물로부터 아세트알데하이드와 함께 추출되는 메틸 요오다이드의 양을 감소시키는 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 액체 상의 적어도 일부를 상기 휘발성 상의 증류에 환류(reflux) 스트림으로서 사용하는 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 2 액체 상을 재순환시켜 상기 반응 매질의 일부를 제공하는 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    첨가된 다이메틸 에터의 대부분을 제 2 액체 상으로 상기 반응 매질내로 재순환시키는 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응 매질 중의 재순환된 다이메틸 에터의 적어도 일부를 아세트산으로 전환시키는 제조방법.
  11. 아세트산, 메틸 아세테이트, 메틸 요오다이드 및 물을 포함하는 혼합물을 상 분리하여, 물 및 메틸 아세테이트를 포함하는 제 1 액체 상 및 메틸 요오다이드를 포함하는 제 2 액체 상을 제공하는 방법에 있어서, 상기 혼합물에 다이메틸 에터를 첨가하여 상기 상 분리를 용이하게 함을 특징으로 하는 방법.
  12. 아세트산, 메틸 요오다이드 및 물을 포함하는 혼합물을 분리하여, 정제된 아세트산 생성물, 물을 포함하는 제 1 액체 상, 및 메틸 요오다이드를 포함하는 제 2 액체 상을 제공하는 방법으로서,
    상기 혼합물을 증류하여 탑상물 분획 및 상기 정제된 아세트산 생성물을 제공하는 단계;
    상기 탑상물 분획을 상 분리하여, 상기 제 1 액체 상 및 상기 제 2 액체 상을 제공하는 단계;
    상기 제 1 액체 상의 일부를 증류 단계로 환류시키는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 액체 상의 상 분리를 용이하게 하기 위해, 다이메틸 에터를 상기 혼합물에, 상기 탑상물 분획에, 또는 상기 제 1 액체 상의 환류된 부분에 첨가하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    다이메틸 에터를 상기 탑상물 분획에 첨가하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 혼합물이 카보닐화 반응기의 반응 생성물의 휘발성 상으로서 제공되는 방법.
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