KR20040086299A - 중질상 밀도 측정을 이용한 아세트산 제조에서의 공정 제어 - Google Patents

중질상 밀도 측정을 이용한 아세트산 제조에서의 공정 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메탄올의 촉매된 카보닐화에 의하여 아세트산을 제조하는 과정중 반응기 조건을 모니터링하고 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 카보닐화 공정의 정제 시스템중 경질 말단 증류관의 중질상의 밀도를 측정하는 것을 포함한다. 밀도 측정은 반응기 조건을 최적화하기 위해 메탄올 공급을 조정 및/또는 반응 대역내 온도를 조절하는데 사용된다. 밀도 측정은 또한 반응기 시스템에서의 기타 매개변수를 조정하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 기술한 공정 제어 과정에 기초한 아세트산의 제조 시스템에 관한 것이다.

Description

중질상 밀도 측정을 이용한 아세트산 제조에서의 공정 제어{PROCESS CONTROL IN PRODUCTION OF ACETIC ACID VIA USE OF HEAVY PHASE DENSITY MEASUREMENT}
근래 사용되는 아세트산 합성 방법중, 상업적으로 가장 유용한 것중 하나는 미국 특허 제 3,769,329 호에 개시된 일산화탄소를 사용하여 메탄올을 촉매적으로 카보닐화하는 방법이다. 이 특허는 메틸 요오다이드로 대표되는 할로겐 함유 조촉매와 함께, 액체 반응 매질중 용해 또는 분산되거나 비활성 고체에 지지된 로듐계 카보닐화 촉매의 사용을 개시하고 있다. 그러나, 여러 촉매 시스템, 특히 VIII족 금속을 함유하는 촉매 시스템이 메탄올의 카보닐화를 통한 아세트산의 제조에 사용될 수 있다고 이해된다. 일반적으로, 카보닐화 반응은 촉매가 일산화탄소 기체가 연속적으로 발포되는 액체 반응 매질에 용해되어 수행된다. 미국 특허 제 3,769,329 호는 반응 속도에 유리한 효과를 나타내기 위하여 물이 반응 혼합물에 첨가될 수 있고, 약 14 내지 15중량%의 물 농도가 전형적으로 사용된다고 개시하고있다. 이는 소위 "고농도 물(high water)" 카보닐화 공정이다.
"고농도 물" 카보닐화 공정의 대안은, 미국 특허 제 5,001,259 호, 제 5,026,908 호 및 제 5,144,068 호에 기술된 바와 같은, "저농도 물(low water)" 카보닐화 공정이다. "저농도 물" 카보닐화 공정에는 14중량% 미만, 심지어 10중량% 미만의 물 농도가 사용될 수 있다. 저농도 물을 사용하여 목적하는 카복실산을 결정형으로하는 하류 공정을 단순화한다.
미국 특허 제 5,144,068 호는 저농도 물에서 카보닐화 반응기중 메틸 아세테이트 농도와 로듐 촉매를 안정화하는데 사용되는 요오드 염의 농도 사이에 상승 효과가 있다고 개시하고 있다. 이는 또한 높은 메틸 아세테이트 농도에서 반응기를 작동하는 것의 예기치 못한 장점은 목적하지 않은 반응 생성물의 형성의 감소라고 교시하고 있다. 특히, 프로피온산이 상당히 감소된다. 또한 수성 기체 이동 반응에 의하여 형성되는, 이산화탄소 및 수소도 감소된다.
여러 수단이 아세트산 제조 방법의 제어를 위하여 제안되었다. 예컨대, 미국 특허 제 5,474,774 호는 메탄올의 아세트산으로의 카보닐화를 위하여 사용되는 반응기-플래셔(flasher) 조합에서 액체 수준을 제어하기 위한 시스템을 개시하고 있다. 액체 수준 제어는 각 반응기 및 플래셔로부터의 액체 유속을 비례적으로 변화시키는, 비례식 제어장치 또는 기타 제어장치에 의하여 성취된다. 함수 생성원에 의하여 액체 유속을 변화시키는 수준 제어장치에 조정이 이루어질 수 있는데, 이는 메탄올 공급 속도의 변화를 반응기 및 플래셔로부터의 액체 유속과 관련시키는, 실험적으로 유도되는 함수에 따라 유속을 조정한다.
유럽 특허 출원 공개 제 1 002 785 A1 호는 아세트산으로 전환되는 일산화탄소에 대한 메탄올 및/또는 그의 반응성 유도체의 비율을 모니터링하고 그에 따라 메탄올 및/또는 그의 반응성 유도체의 공급 속도를 조정함으로써 액체 반응 조성물중 메틸 아세테이트 농도를 소정의 수치로 유지하는 아세트산 제조 방법을 기술하고 있다.
미국 특허 제 6,103,934 호는 여러 반응기 성분 농도, 특히 활성 촉매종, 메틸 요오다이드, 물 및 메틸 아세테이트의 농도를 적외선 분석기로 측정하고, 그에 따라 촉매종, 메틸 요오다이드 및 물의 농도를 조정하여 아세트산 반응을 제어하는 제어 공정을 갖춘 아세트산 제조 방법을 기술하고 있다.
미국 특허 제 6,225,527 B1 호는 제어 밸브를 통한 일산화탄소 유동의 측정; 시간 평균한 일산화탄소 유속에 도달하기 위한 기초 계산의 수행; 최대 이산화탄소 유속의 결정; 및 계산된 최대 유속을 초과하지 않도록 하는 일산화탄소 유속의 제어에 의하여 반응기로의 일산화탄소 유동을 제어하는 방법을 갖춘 아세트산 제조 시스템을 개시하고 있다.
본원에서 언급한 모든 특허 및 출판물은 전체로서 본원에 참고로 인용되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 메탄올의 촉매된 카보닐화에 의하여 아세트산을 제조하는 동안 반응기 조건을 모니터링하고 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 카보닐화 공정의 정제 시스템중 경질 말단 증류관의 중질상의 밀도를 측정하는 것을 포함한다. 밀도 측정은 메탄올 공급의 조정 및/또는 반응기 대역내 온도의 조절에 사용되어 반응기 조건을 최적화한다. 또한 밀도 측정은 반응기 시스템내 다른 매개변수의 조정에 사용된다. 또한 본 발명은 기술한 공정 제어 과정에 기초한 아세트산 제조 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중질상 밀도의 모니터링은 대략 시료의 제거시에 수행되거나 또는 온라인으로 수행될 수 있다. 온라인 모니터링은 밀도 측정계 탐침의 중질상 공정 용기로의 직접 삽입 또는 중질상 공정 용액의 밀도 측정계를 통한 신속한 순환후 이 용액의 공정으로의 복귀에 의한 실시간 또는 실질적으로 실시간의 중질상 분석을 말한다. 오프라인 측정은 공정으로부터 중질상 시료의 비가역적인 제거 및 실험실 장비로 실행되는 후속적 분석을 말한다. 더욱이, 요구되는 성분 농도 및 반응 매개변수의 조정은 실질적으로 시료의 특정 직후에 일어나야 한다. 이 조정은 중질상 밀도 측정에 따라 자동적으로 실행될 수 있다. 최종적으로, 최적의 반응 효율로부터의 목적하지 않은 표류를 최소화하기 위하여 시료 채취는 자주 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적 및 장점은 도면 및 상세한 설명에서 더욱 명백해진다.
본 발명은 아세트산의 제조에서 공정 제어의 개선 방법 및 개선된 공정 제어를 활용한 아세트산의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 아세트산 제조를 위한 전형적인 연속 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 양태에 따라 사용되는 설비 장치의 개략도이다.
본 발명은 아세트산의 제조를 위한 연속 카보닐화 공정, 특히 예컨대 VIII족 금속 원소, 특히 Rh, Ir, Co, Ni, Ru, Pd 또는 Pt, 가장 자주로는 Rh 또는 Ir; 할로겐 조촉매, 가장 자주로는 할로겐화수소 또는 유기 할라이드, 특히 요오드화알킬(예: 메틸 요오다이드); 안정화제/공조촉매(이는 주기율표의 IA족 또는 IIA족의 금속 염 또는 4급 암모늄 또는 포스포슘 염, 특히 요오드 또는 아세테이트 염, 가장 자주로는 리튬 요오다이드 또는 리튬 아세테이트임)를 포함하는 촉매 시스템의 존재하에서 메탄올 및/또는 그의 반응성 유도체의 카보닐화에 의한 아세트산의 제조 방법에 관한 것이다.
연속 카보닐화 공정은 세가지 기본적인 부분을 포함하는 것으로 생각될 수 있다: 반응부, 정제부 및 오프-기체 처리부. 본 공정을 도 1에 개략적으로 나타내고 있다. 교반 탱크 반응기일 수 있는 반응기(4)는 조정가능한 상승된 온도 및 압력에서 작동된다. 반응이 반응기(4)내에서 진행될 때, 액체 반응 혼합물은 반응기로부터 인출되어 플래시 탱크(7)로 이동하는데, 여기서 액체 반응 혼합물(메틸 요오다이드, 메틸 아세테이트, 미반응 메탄올 및 물)의 보다 경질인 성분의 대부분이 생성물인 아세트산과 함께 증기화된다. 그후 증기 분획은 정제부로 향하고 액체 분획(아세트산중 용해된 비활성 촉매를 포함함) 및 잔여 경질 성분은 반응기(4)로 재순환된다. 정제부는 전형적으로 제 1 증류관(13)(경질 말단 관), 제 2 증류관(건조관, 도시되지 않음) 및 제 3 증류관(중질 말단 관, 도시되지 않음)을 포함한다. 경질 말단 관(13)에서, 메틸 요오다이드, 메틸 아세테이트 및 미반응 메탄올은 스트림(16)중 약간의 물 및 아세트산과 함께 상단에서 제거된다. 증기는 농축되어 경사분리기(17)에서 2개 상으로 분리되고, 이들 2개 상은 모두 일반적으로 반응기로 돌아간다. 이 농축물중 한 상인 상층은 보다 적은 양의 메틸 아세테이트 및 메틸 요오다이드가 존재하고 주로 물 및 아세트산으로 구성되는 보다 경질상(18)이다. 경질상은 경질상 재순환 라인(22)에서 반응기로 돌아갈 수 있다. 다른 상인 하층은 보다 적은 양의 물, 메탄올 및 아세트산이 존재하고 주로 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트로 구성되는 중질상(19)이다. 중질상은 중질상 재순환 라인(21)에서 반응기로 돌아갈 수 있다. 본 발명에 따른 반응기 조성의 제어를 위한 피드백 데이터를 제공하는 것은 중질상의 밀도이다. 특히, 본 발명은 반응기 대역중 메틸 아세테이트의 수준의 지표로서 연속 반응 실시중 중질상의 밀도를 모니터링하는 것을 포함한다. 본 밀도 측정에 기초하여, 연속 카보닐화 공정은 아세트산의 제조중 바람직하지 못한 공정 이탈을 방지하기 위하여 변형될 수 있다.
습윤 아세트산은 경질 말단 관으로부터 측면 스트림(14)으로서 제거되고 건조관(도시되지 않음)으로 공급되어 물이 상단에서 제거되고 본질적으로 건조된 아세트산 스트림이 증류 대역의 기저로부터 제거된다. 건조관으로부터의 상단 물 스트림은 반응부로 재순환된다. 중질 액체 부산물은 측면 스트림으로서 제거되는 아세트산 생성물과 함께 중질 말단 관의 기저로부터 제거된다.
몇몇 화학적 공정에서, 반응이 바람직하게 진행되도록 하기 위하여 화학적 반응의 진행을 모니터링하고 반응물의 공급을 조정하는 것이 필요하다. 아세트산의 제조는 이러한 화학적 공정중 하나이다. 메탄올 또는 그 유도체(예: 메틸 아세테이트 또는 메틸 요오다이드)의 카보닐화에 의한, 아세트산의 제조 방법은 상기와 같은 촉매 시스템에 의하여 개시되는 화학적 반응을 포함한다. 카보닐화는 아세트산을 제조하는 바람직한 경로가 되었다. 그럼에도 불구하고, 이 공정의 수행에 미치는 영향을 상쇄시키는 고려사항이 있다. 우선, 많은 상호관련 반응, 부산물 및 평형을 포함하여 기본 반응 화학이 복잡하므로, 공정을 실행가능하게 하고 원료 이용률을 최대화하기 위하여는 서로 배치되는 모든 반응, 부산물 및 평형이 적절히 균형을 이루어야 한다. 또한, 카보닐화에 요구되는 촉매 시스템(예: 로듐, 이리듐 등의 배위 화합물)은 일반적으로 복잡하고 비용이 많이 든다. 더욱이, 카보닐화 촉매 시스템은 이례적으로 많은 반응 매개변수의 변화에 민감하므로, 촉매 안정성 및 활성에 악영향을 미칠 수 있다.
반응기 유출물의 수동 시료 채취 및 여러 실험 기법을 사용한 성분 농도의 분리된 실험 분석 실행이 때대로 활용될 수 있다. 이러한 과정은 노동 집약적이고 시간 소모적이므로, 시료 채취와 시료의 특정 사이에 오랜 시간이 소요된다. 이러한 시료 특정법은 주어진 반응기에 대하여 1일당 데이터 지점의 수를 상당히 제한하는데, 일반적으로 약 6 내지 약 12개이다. 부가적으로 및 더욱 중요하게는, 시료 채취와 데이터 생성 사이의 지체로 인하여, 이러한 시료 특정은 시스템의 실제 조건의 여러 시간 후의 반응기 시스템에 대한 평가가 이루어지게 한다. 이러한 문제점의 해결을 위하여 여러 수단이 제안되어 왔다. 예컨대, 퓨리에 변환 적외선 분광계가 반응 공정의 성분을 연속적으로 모니터링하는데 사용된다. 이러한 유형의 모니터링 시스템은 미국 특허 제 6,103,394 호에 개시되어 있다. 더욱이, 기체크로마토그래피 기법에 기초한 모니터링 시스템이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 두가지 유형의 시스템은 정확한 기능수행 조건의 설비를 유지하는데 고도의 유지비가 필요하다는 점에서 상당히 불리하다. 더욱이, 기체 크로마토그래피 시스템은 시료 분석에 상당한 시간을 요하므로, 상기한 바와 같이 그 결과와 공정 시스템의 실제 상태간에 시간 지체가 있다.
그러므로 반응 대역내 변화를 조기 검출하고 반응 조건의 변화에 대한 적절한 피드백을 생성하기 위하여 아세트산의 제조중 화학 반응의 보다 잦은 모니터링을 용이하게 하는 모니터링 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명은 반응 대역의 외부로부터 취한 분석 시료에 근거하여 이러한 조기 검출 능력을 제공한다. 본 발명에 따라, 중질상 밀도를 측정한다. 중질상 밀도는 중질상중 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트의 농도의 함수이다. 또, 중질상중 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트의 농도는 반응 대역내 메틸 아세테이트의 농도의 지표이다. 특히, 반응 대역내 메틸 아세테이트 수준이 증가함에 따라, 더 많은 메틸 아세테이트가 경질 말단 증류관으로 전진 송달된 후 중질상에 지배적으로 농축되므로 중질상의 밀도가 감소된다. 메틸 아세테이트가 메틸 요오다이드보다 밀도가 낮으므로, 메틸 아세테이트 농도가 증가함에 따라 중질상의 밀도는 감소한다. 이러한 관계를 이용하여, 본 발명은 반응 대역내 메틸 아세테이트의 수준을 연속적으로 모니터링하는데 편리하고 안전하고 상대적으로 비용이 저렴한 방법을 제공한다.
본 발명은 카보닐화 공정의 정제부내 경질 말단 증류관의 중질상의 밀도 측정으로 유도되는 피드백에 근거한 연속 카보닐화 공정의 제어에 관한 것이다. 연속 작동중 압력 제어하에 요구되는 일산화탄소를 공급하고 상기한 바와 같이 표준 농도의 메틸 아세테이트, 물 및 촉매 시스템을 잔여 조성의 아세트산과 함께 포함하는 액체 조성을 갖는 반응기에 메탄올을 공급하는 것이 통상적이다. 반응기에서, 카보닐화는 반응 액체와 함께 제거되는 아세트산을 생성한다. 그후 아세트산은 상기한 바와 같이 회수된다. 전환되지 않은 일산화탄소는 반응기로부터 배출되고 휘발성 성분의 회수후 일반적으로 폐기된다. 약 3중량% 이하의 반응기 액체중 메틸 아세테이트의 농도(이 수준은 로듐 촉매의 사용과 일반적으로 관련됨)에서 반응 속도는 메틸 아세테이트 농도에 강력하게 의존한다. 이러한 사정하에서는, 반응 온도를 사용한 반응부 메틸 아세테이트 농도의 제어에 있어서 일반적으로 어려움이 있다 하더라도 거의 없다. 그러나, 메틸 아세테이트 농도가 5중량% 이상에 근접함에 따라, 반응 속도는 메틸 아세테이트 농도에 상당히 덜 의존하게 된다. 이러한 상황에서는, 반응기 메틸 아세테이트 농도는 신속히 증가할 가능성이 증가한다. 이러한 증가는 하류 설비에 상당한 교란을 야기하고 설비를 오류에 빠뜨릴 수 있는데, 이는 생성을 방해하고 잠재적으로 위험한 상황을 일으키므로 바람직하지 않다. 또한 불규칙한 반응기 메틸 아세테이트 농도는 반응기 일산화탄소 수취에 있어서 불안정성을 야기한다. 이는 제어 목적을 위하여 일산화탄소를 배출할 필요성을 야기하고, 그 결과 일산화탄소 전환율에 있어서 손실을 초래한다. 그러므로 고농도의 메틸 아세테이트에서 반응기 메틸 아세테이트 농도의 제어는 중요한 문제이다.
고농도의 메틸 아세테이트에서 반응기 조건을 제어하는 것이 더 어렵지만,유리한 효과가 고농도 수준에서 발견되므로 고농도의 메틸 아세테이트에서 작동하는 것이 바람직하다. 주목할만한 유리한 효과는 저농도의 촉매에서 작동이 가능하고, 프로피온산 생성이 감소하고 수성 기체 이동 반응이 감소하여 그 결과 CO 효율이 향상된다. 특정 상황에서, 10중량% 또는 그 이상까지 메틸 아세테이트 농도를 높여 작동하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명은 이러한 고농도의 메틸 아세테이트에서 반응 시스템의 안정한 작동을 가능하게 한다.
본 발명은 메틸 아세테이트 농도를 안정화하기 위하여 반응기 메틸 아세테이트 농도를 연속적으로 모니터링하고 그에 따라 반응 공정을 제어하는 수단을 제공함으로써 아세트산 제조를 위한 연속 공정중 상기한 공정 이탈을 방지하는 수단을 제공한다.
반응 대역내 약 2중량%의 메틸 아세테이트의 농도는 일반적으로 약 1.90 내지 약 2.0 범위의 중질상 밀도에 상응한다고 알려져 있다. 반응 대역내 4.5중량%의 메틸 아세테이트 농도에서, 중질상의 밀도는 전형적으로 약 1.70 내지 약 1.80의 범위에 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 아세트산 제조중 반응 대역내 메틸 아세테이트 농도가 5중량%에 근접함에 따라, 반응기 이탈의 가능성이 증가한다. 약 6중량%의 메틸 아세테이트 농도에서, 중질상의 밀도는 전형적으로 약 1.5 내지 약 1.6의 범위에 있을 것이다. 그러나, 이는 단지 일반적인 매개변수로 이해된다. 주어진 작동 모드에 대한 정확한 밀도는 물 및 메틸 요오다이드와 같은 반응기 액체중 다른 종의 농도 및 경질 말단 관의 작동 방식에 의존한다.
하기 표 1은 전형적인 아세트산 제조 시스템에서 측정된 상응하는 중질상 밀도 수치와 함께 약 2.0중량% 내지 약 7.0중량%의 범위에 걸친 여러 메틸 아세테이트 농도를 기술한 일련의 데이터를 나타낸다.
일반적으로, 이 데이터는 반응 대역내 메틸 아세테이트 중량% 농도의 1중량% 감소 또는 증가로 중질상의 밀도가 약 0.05 내지 약 0.1의 범위에서 증가 또는 감소함을 나타낸다. 그러나, 구체적으로 상응하는 밀도 범위는 반응 시스템마다 다양하다. 따라서, 일반적으로 본 발명이 실행되는 각 반응 시스템에 대한 메틸 아세테이트 농도와 중질상 밀도 사이의 관계를 표준화하는 것이 필요하다.
주어진 반응 시스템에 대한 반응기 메틸 아세테이트 농도와 중질상 밀도 사이의 관계가 일단 알려지면, 본 발명은 반응 대역 메틸 아세테이트 농도를 정확하고 연속적으로 모니터링하고 이에 따라 반응 매개변수를 변경하거나 유지하는 피드백을 제공하는 수단을 제시한다.
반응 매개변수는 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 그 한가지 방법은 반응기로의 메탄올 공급 속도를 변경하는 것이다. 다른 방법은 반응 온도를 변경하는 것이다. 이는 하나 이상의 열 교환기를 통하여 반응기로 역류하는 재순환 스트림의 온도를 조정함으로써 종종 성취된다. 더욱이, 반응 시스템의 온도는 펌프 주위 스트림과 같은 반응 시스템으로 들어가는 다른 스트림의 온도를 조정함으로써, 전제척으로 또는 부분적으로 조절될 수 있다. 본 발명에 따라 조정될 수 있는 다른 매개변수는 반응기내 물 농도, 반응 시스템내 촉매 농도, 메틸 요오다이드 농도 및 CO 분압을 포함한다. 이러한 변수 또는 이러한 변수중 하나 이상의 조합의 변경으로, 반응기 메틸 아세테이트 농도에 대한 적어도 약간의 제어를 나타내는 것이 가능하다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 메틸 아세테이트 농도가 반응 시스템의 제어의 손실을 일으키기 쉬운 대역으로 상승함을 지시하는 수준으로 중질상 밀도가 감소하는 경우, 본 발명의 공정은 반응기로의 메탄올 공급 속도를 감소시킴으로써 반응하도록 프로그램되고(또는 작동자가 수동으로 반응함), 이는 반응기중 메틸 아세테이트의 형성 속도를 낮춘다. 다른 양태에서, 본 발명의 시스템은 메틸 아세테이트가 아세트산으로 전환되는 속도를 증가시키기 위하여 온도를 증가시킴으로써 반응하도록 프로그램될 수 있다(또는 작동자가 수동으로 반응함). 다른 양태에서, 본 발명의 시스템은 메탄올 공급 속도의 감소 및 반응기내 온도의 증가의 조합에 의하여 반응하도록 프로그램된다(또는 작동자가 수동으로 반응함).
역으로, 본 발명에 따른 피드백 기전이 반응기내 메틸 아세테이트 농도가 목적하는 수준 이하로 떨어지고 있음을 지시하는 경우, 이 정보는 메틸 아세테이트 수준을 낮추기보다는 증가시키도록 이용될 수 있다. 본 발명의 한 양태에서, 메틸 아세테이트 농도가 반응기내에서 목적하는 수준 이하로 떨어지고 있음을 지시하는 수준으로 중질상 밀도가 증가한 경우, 본 발명의 공정은 반응기로의 메탄올 공급 속도를 증가시킴으로써 반응하도록 프로그램되고(또는 작동자가 수동으로 반응함), 이는 반응기내 메틸 아세테이트의 형성 속도를 증가시킨다. 다른 양태에서, 본 발명의 시스템은 메틸 아세테이트가 아세트산으로 전환되는 속도를 감소시키기 위하여 반응 대역내 온도를 낮춤으로써 반응하도록 프로그램될 수 있다(또는 작동자가 수동으로 반응함). 다른 양태에서, 본 발명의 시스템은 메탄올 공급 속도의 증가 및 반응 대역내 온도의 감소의 조합에 의하여 반응하도록 프로그램된다(또는 작동자가 수동으로 반응함).
도 2는 모니터링 및 피드백 시스템의 구성요소의 배치를 나타내는 본 발명의 양태를 기술한다. 핵 또는 광학 밀도 측정계(20)와 같은 임의의 적절한 밀도 측정 장치가 중질상 재순환 라인(21)에 제공된다. 밀도 측정계(20)는 버트홀드(Berthold)에 의하여 제조된 상업적 핵 밀도 측정계와 같이 임의의 여러 상업적으로 이용가능한 밀도 측정계일 수 있다. 적절한 모델은 버트홀드 LB 386-1C이다. 밀도 측정계는 중질상 액체 밀도의 연속 모니터링을 가능하게 한다. 선택적으로, 중질상 시료를 취하여 그 밀도를 임의의 적절한 측정장치(예: 광학 밀도 측정계)에 의하여 오프라인으로 결정할 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 이러한 밀도를 사용하여 반응 대역내 메틸 아세테이트 농도를 신속하고 정확하게 정량할 수 있다.
시스템은 시스템 작동자에 의하여 밀도 측정이 모니터링되게 하도록 고안될 수 있다. 반응 대역내 목적하는 메틸 아세테이트 농도에 기초하여, 작동자는 측정된 밀도를 사용하여 메틸 아세테이트 농도를 목적하는 수준으로 유지하기 위하여 공정중 여러 변경이 언제 필요한지를 결정할 수 있다. 예컨대, 목적하는 것보다 더 높은 메틸 아세테이트 농도에 상응하는 중질상 밀도 측정에 따라, 작동자는 열 교환기(10)로의 유속을 감소시킴으로써 반응기내 온도를 증가시키도록 선택할 수 있는데, 이는 메틸 아세테이트 농도를 낮추는 상응하는 효과를 가져온다. 선택적으로, 작동자는 메탄올 공급 제어 밸브(2)를 통한 유동을 증가시킴으로써 메탄올 공급 속도를 감소시키도록 선택할 수 있다. 부가적으로, 작동자는 온도 및 공급 속도 제어를 포함하는 보정의 조합을 적용함으로써 목적하는 작동 수준으로 메틸 아세테이트 농도를 조정하도록 선택할 수 있다. 밀도 측정계가 메틸 아세테이트 농도가 목적하는 것보다 낮음을 지시하는 경우, 작동자는 열 교환기(10)를 통한 유속의 증가 또는 메탄올 공급 제어 밸브를 통한 유속의 증가 또는 그 둘의 조합에 의하여 반대 방향으로 보정 작업을 수행하여 메틸 아세테이트 농도를 상승시킬 수있다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 시스템은 자동 피드백 제어 공정을 구비한다. 이 양태에서, 밀도 측정계(20)는 열 교환기(10)의 제어 밸브 및/또는 메탄올 공급을 위한 제어 밸브(2)로의 피드백을 제공하는 피드백 제어 수단(23)을 갖춘 제어 루프를 구비하거나 이와 연통가능하게 되어 있다. 이 양태에서 시스템은 중질상 밀도에 의하여 지시되는 바와 같은 목적하는 수준으로부터의 메틸 아세테이트 농도 편차에 따라 열 교환기 또는 메탄올 공급 또는 이 둘의 조합의 작동을 자동적으로 제어하도록 프로그램될 수 있다.
본 발명의 상기 개시 내용 및 상세한 설명은 예시적이고 설명적이며, 본 발명의 변형은 당해 기술분야에서의 숙련자에게 명백하고, 이는 청구된 발명의 진의 및 범주내에 있다고 간주된다.

Claims (27)

  1. 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트를 포함하는 경질 말단 증류관의 중질상의 밀도를 측정하는 단계, 및
    측정된 밀도에 따라 반응기내 반응 조건을 제어하는 단계
    를 포함하는, 메틸 아세테이트를 포함하는 반응 혼합물중에서 메탄올 및 일산화탄소를 반응시켜 아세트산을 제조하는데 있어서 반응을 공정 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    반응 혼합물의 온도를 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    반응 혼합물로의 메탄올 유동을 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    반응 혼합물의 온도를 조정하고 반응 혼합물로의 메탄올 유동을 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 2.0 내지 약 10.0중량%인 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 5중량% 초과인 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 4.0 내지 약 7중량%인 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    중질상의 밀도가 약 1.5 내지 약 1.8인 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    측정된 중질상의 밀도의 전자 신호 지표를 중질상의 밀도에 따라 반응기내 반응 조건을 제어하는 방식으로 작동하는 제어 시스템으로 전달하는 방법.
  10. 메틸 요오다이드 및 메틸 아세테이트를 포함하는 경질 말단 증류관의 중질상의 밀도를 측정하는 단계, 및
    측정된 밀도에 따라 반응 혼합물의 조건을 제어하는 단계
    를 포함하는, 메틸 아세테이트를 포함하는 반응 혼합물중에서 메탄올 및 일산화탄소를 개선된 공정 제어로 반응시켜 아세트산을 제조하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    반응 혼합물의 온도를 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    반응 혼합물로의 메탄올 유동을 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    반응 혼합물의 온도를 조정하고 반응 혼합물로의 메탄올 유동을 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 2.0 내지 약 10.0중량%인 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 5중량% 초과인 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 4.0 내지 약 7중량%인 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    중질상의 밀도가 약 1.5 내지 약 1.8인 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    측정된 중질상의 밀도의 전자 신호 지표를 중질상의 밀도에 따라 반응기내 반응 조건을 제어하는 방식으로 작동하는 제어 시스템으로 전달하는 방법.
  19. (a) 메탄올, 촉매, 용매 및 물을 포함하는 액체 반응 매질을 함유하여 아세트산, 메틸 아세테이트 및 메틸 요오다이드를 포함하는 반응기 생성물을 형성하는 반응기;
    (b) 반응기로부터 반응기 생성물을 받아 반응기 생성물의 일부를 발화(flash off)시켜 아세트산, 메틸 아세테이트 및 메틸 요오다이드를 포함하는 상단 스트림을 형성하는 플래셔;
    (c) 반응기 생성물을 플래셔로 유도하는 수단;
    (d) 상단 스트림을 받아 증류하여 경질상 및 중질상을 형성하는 경질 말단 증류관;
    (e) 상단 스트림의 일부 이상을 경질 말단 증류관으로 유도하는 수단; 및
    (f) 중질상의 밀도를 측정하는 수단
    을 포함하는, 메탄올을 아세트산으로 카보닐화하기 위한 반응 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    중질상의 밀도에 따라 반응기내 반응 조건을 제어하는 수단을 포함하는 반응 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    측정된 중질상의 밀도의 전자 신호 지표를 생성하고 이 신호를 중질상의 밀도에 따라 반응기내 반응 조건을 제어하는 방식으로 작동하는 제어 시스템으로 전달하는 수단을 포함하는 반응 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    반응 혼합물로의 메탄올 유동을 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 반응 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    반응 혼합물의 온도를 조정하고 반응 혼합물로의 메탄올 유동을 조정함으로써 반응 혼합물의 조건을 제어하는 반응 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 2.0 내지 약 10.0중량%인 반응 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 5중량% 초과인 반응 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    반응 혼합물중 메틸 아세테이트의 농도가 약 4.0 내지 약 7중량%인 반응 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    중질상의 밀도가 약 1.5 내지 약 1.8인 반응 시스템.
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