KR20080096686A - 에탄-기재 공정에서 에탄으로부터 에틸렌을 분리하여 아세트산을 제조하기 위한 화학 반응의 용도 - Google Patents

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셀라니즈 인터내셔날 코포레이션
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Abstract

본 발명은 에탄의 산화에 의해 아세트산을 제조하는 방법에 관한 것이다. 에탄 산화의 부산물의 하나는 에틸렌이다. 재순환 기체 스트림 중의 높은 에틸렌 함량은 아세트산 반응기 내의 COx 부산물에 대한 더 많은 손실 및 더 낮은 효율을 초래한다. 사실, 재순환 공급물 중의 에틸렌은 제한된 양의 산소 공급물을 위해 에탄과 경쟁하며, 결과적으로 에탄이 곧바로 산화되는 것에 비해 탄소 산화물에 대한 효율이 더 낮아진다. 에틸렌은 이 방법에서, 에탄은 반응하지 않지만 에틸렌은 아세트산으로 전환될 만큼의 충분히 낮은 온도에서 추가의 산화 반응에 의해 제거된다. 에탄 산화 반응기 유출물, 또는 에탄 산화 반응기로의 모든 재순환 스트림의 일부 중 하나, 또는 이들의 임의의 조합을 이러한 방식으로 처리하여 상기 스트림의 에틸렌 함량을 감소시킬 수 있다.

Description

에탄-기재 공정에서 에탄으로부터 에틸렌을 분리하여 아세트산을 제조하기 위한 화학 반응의 용도{USE OF CHEMICAL REACTION TO SEPARATE ETHYLENE FROM ETHANE-BASED PROCESS TO PRODUCE ACETIC ACID}
본 발명은 에탄을 산화시켜 아세트산을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 에탄을 산화시켜 아세트산을 제조하고, 화학 반응을 이용하여 에탄/에틸렌 재순환 스트림으로부터 에틸렌을 제거하는 방법에 관한 것이다.
기상 내에서 에탄을 아세트산으로 산화적 탈수소화시키는 것은 당 분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 이 방법은 유동층 또는 고정층 반응기 내에서 기체 공급물을 반응시키는 것을 포함한다. 상기 기체 공급물은, 순수한 기체로서 또는 하나 이상의 다른 기체들과의 혼합물로서 반응기에 공급되는 에탄 및/또는 에틸렌을 포함한다. 이러한 부가적인 기체 또는 운반 기체의 예는 질소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 공기 및/또는 수증기이다. 산소 분자를 포함하는 기체는 공기, 또는 공기보다 산소 분자를 많거나 적게 포함하는 기체, 예컨대 산소이다. 달성가능한 에탄 전환율 및 이에 따른 아세트산의 수율이 더 높기 때문에, 비교적 높은 산소 함량이 바람직하다. 공정을 더 용이하게 수행할 수 있게 하기 때문에, 산소 또는 산소 분자를 포함하는 기체는 바람직하게는 반응 조건 하에, 폭발 한계 범위 밖의 농도로 첨가된다. 그러나, 또한 폭발 한계 내의 에탄/에틸렌 대 산소 비를 사용하는 것도 가능하다. 상기 반응은 400 내지 600℃의 온도에서 수행되고, 압력은 대기압이거나 초대기압, 예를 들어 1 내지 50 바(bar)의 범위이다.
일반적으로, 먼저 에탄이 질소와 같은 불활성 기체 또는 수증기와 혼합되고, 여기에 산소 또는 산소 분자를 포함하는 기체가 공급된다. 혼합된 기체는 바람직하게는, 상기 기체 혼합물이 촉매와 접촉하기 전에 예비가열 구역 내에서 반응 온도로 미리 가열된다. 반응기를 떠나는 기체로부터 축합에 의해 아세트산이 분리된다. 잔여 기체는 반응기 주입부로 재순환되고, 산소 또는 산소 분자를 포함하는 기체, 및 에탄 및/또는 에틸렌이 계량 도입된다. 재순환된 기체는 항상 에틸렌 및 에탄을 모두 포함하게 된다.
도 1은 통상적인 선행 기술의 아세트산 제조 방법을 나타낸 것이다. 이러한 기본적인 시스템에서, 에탄을 함유하는 스트림(1)은 산소를 함유하는 기체(2)와 함께 에탄 산화 반응기(3)로 공급된다. 이 반응기는 유동층 또는 고정층 반응기일 수 있다. 상기 반응기(3)의 내부에서, 에탄은 아세트산, 에틸렌 및 다양한 탄소 산화물(COx)로 산화된다. 상기 3가지 주성분을 함유하는 기체 반응기 유출물(4)은 재순환 기체 세정기(scrubber)(5)로 공급되고, 상기 기체 세정기는 에틸렌, 에탄, 및 COx를 함유하는 상부 스트림을 생성시킨다. 상기 재순환 기체 세정기로부터의 상부 스트림(7)은 상기 상부 스트림으로부터 COx를 제거하는 처리 단계(8)로 보내진다. 이어서, 정제된 스트림(9)은 아세트산으로의 추가적인 전환을 위해 상기 산화 반응기(3)로 재순환된다. 아세트산, 물, 및 중질 생성물 부산물을 함유하는, 상기 재순환 기체 세정기(5)로부터의 하부 스트림(6)은 당 분야에 공지된 바 대로 정제되어, 정제된 아세트산을 제공할 수 있다. 예를 들면, 하부 스트림은 건조 칼럼으로 보내져서 물이 제거된 다음, 중질 생성물 칼럼에서 프로피온산 및 다른 중질 화합물이 제거될 수 있다.
재순환된 기체 스트림 중의 높은 에틸렌 함량은 아세트산 반응기 내에서 COx 부산물에 대한 더 많은 손실 및 더 낮은 효율을 가져온다. 사실, 재순환 공급물 중의 에틸렌은 제한된 양의 산소 공급물을 위해 에탄과 경쟁하며, 결과적으로 에탄이 곧바로 산화되는 것에 비해 탄소 산화물에 대한 효율이 더 낮아진다. 따라서, 에탄 산화 반응기로의 재순환 스트림 중에 에틸렌이 없는 공정을 개발하는 것이 바람직하다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 에탄의 산화에 의해 아세트산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 에탄 산화의 부산물의 하나인 에틸렌은 추가로, 에탄은 반응하지 않지만 에틸렌이 아세트산으로 전환되기에 충분히 낮은 온도에서 추가의 반응에 의해 제거된다. 에탄 산화 반응기 유출물 및 에탄 산화 반응기로의 재순환 스트림 중 하나, 또는 이들 모두를 이 방식으로 처리하여 상기 스트림의 에틸렌 함량을 낮출 수 있다.
도 1은 선행 기술의 아세트산 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 아세트산 제조 방법의 한 실시양태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 아세트산 제조 방법의 제 2 실시양태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 아세트산 제조 방법의 제 3 실시양태를 나타낸 것이다.
본 발명은 에탄의 산화로부터 선택적으로 아세트산을 제조하는 방법을 제공한다. 에탄 산화 반응의 부산물의 하나는 에틸렌이다. 본 발명의 하나의 목적은 상기 시스템으로부터 이와 같이 생성된 에틸렌을 제거하여 전체 아세트산 제조 공정의 총 효율을 개선하는 것이다.
에탄의 산화는 유동층 또는 고정층 반응기 내에서 수행될 수 있다. 유동층에 사용하기 위해, 촉매는 일반적으로 10 내지 200 ㎛의 범위로 분쇄되거나 분무 건조에 의해 제조된다.
기체 공급 원료, 및 상기 공급 원료와 배합된 임의의 재순환 기체는 주로 에탄을 함유하지만, 일부 양의 에틸렌을 함유할 수 있으며, 순수한 기체로서 또는 하나 이상의 다른 기체와의 혼합물로서 반응기에 공급된다. 이러한 추가적인 기체 또는 운반 기체에 적합한 예로는 질소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 공기 및/또는 스팀이 있다. 산소 분자를 함유하는 기체는 공기, 또는 공기보다 더 높거나 낮은 산소 농도를 갖는 기체, 예를 들어 순수한 산소일 수 있다. 에탄 산화 반응은 일반적으로 약 400℃ 내지 약 600℃, 바람직하게는 약 450℃ 내지 약 550℃에서 수행되며, 중요한 것은 온도가 에탄을 산화시킬 만큼 충분히 높아야 한다는 것이다. 적합한 온도는 에탄 산화 반응기 내에서 사용되는 촉매에 의존한다. 광범위한 촉매가 상기 반응에 사용될 수 있으며, 당업자라면 적합한 반응 온도를 찾음으로써 촉매 성능을 최적화하는 방법을 알 것이다. 압력은 대기압이거나 초대기압, 예를 들면 약 1 내지 50 바, 바람직하게는 약 1 내지 약 30 바이다.
상기 산화 반응은 에틸렌, 아세트산, 물, COx(CO 및 CO2), 미반응 에탄 및 다양한 중질 부산물을 포함하는 기체 혼합물을 생성시킨다. 바람직하게는, 반응기로부터의 생성물 기체 유출물은 여과되어 촉매 미립자(catalyst fine)가 제거되고, 이어서 재순환 기체 세정기로 보내지고, 상기 기체 세정기는 에틸렌, 에탄 및 COx를 함유하는 상부 스트림을 형성시킨다. 상기 재순환 기체 세정기로부터의 상부 스트림은 고정층 CO 전환기로 보내지고, 이어서 상기 상부 스트림으로부터 COx를 제거하는 처리 단계를 거친다. 아세트산, 물 및 중질 생성물 부산물을 함유하는, 상기 재순환 기체 세정기로부터의 상부 스트림은 당 분야에 공지된 바 대로 정제되어, 정제된 아세트산을 제공한다. 예를 들면, 하부 스트림은 건조 칼럼으로 보내져서 물이 제거되고, 이어서 중질 생성물 칼럼에서 프로피온산 및 다른 중질 화합물이 제거될 수 있다.
본 발명의 특정한 교시에 따르면, 에틸렌은 화학 반응에 의해 산화 반응 생성물로부터 제거된다. 이 반응은 공정의 임의의 시점, 예를 들어 에탄 산화 반응기 직후 또는 재순환 기체 라인 내에서 수행될 수 있다. 이러한 반응을 수행하기 위해, 상기 스트림 중의 에틸렌은 아세트산으로 전환시킬 수 있지만 에탄은 아세트산으로 전환시키지 않는 정도로 충분히 낮은 온도에서, 상기 스트림을 산화 촉매의 상부로 통과시킨다. 하나의 실시양태에서, 이러한 단계는 상기 스트림을, 에탄 산화 단계에 사용되는 것과 동일한 촉매를 함유하는 고정층 또는 유동층 반응기에 통과시켜 수행되지만, 다른 양태에서는 촉매가 상이할 수 있다. 더 고온에서 에탄을 아세트산으로 산화시킬 수 있는 대부분의 촉매는 더 낮은 온도에서 에틸렌을 아세트산으로 산화시킬 수 있다. 재순환 기체 스트림 중의 높은 에틸렌 함량은 아세트산 반응기 내에서 COx 부산물의 더 많은 손실 및 더 낮은 효율을 야기하기 때문에, 에틸렌을 아세트산으로 전환시켜 상기 공정으로부터 에틸렌을 제거하는 것은 공정의 효율 및 총 아세트산 생산량을 증가시킨다.
당업자라면 전술된 단락들에서 언급된 탑, 세정기, 및 절차가 다양한 열 교환기, 펌프 및 커넥터와 연관되어 있고, 관련된 기체의 특정 혼합물에 의해 결정되는 조작 변수를 가짐을 이해할 것이다. 일반적인 당업자의 능력 내에서, 본 명세서에 제시된 적당한 구성 및 변수를 결정할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 에탄 산화 반응 및 에틸렌 제거 반응 모두에 사용되는 산화 촉매는 화학식 Mo1V0 .55Nb0 .09Sb0 .01Ca0 .01Pd0 .00075를 갖는다. 당업자는 상기 촉매가 실제로는 화학식 Mo1V0 .55Nb0 .09Sb0 .01Ca0 .01Pd0 .00075Oz를 갖는 혼합된 산화물임을 알 것이다. 산소의 양인 z는 Mo, V, Nb, Sb, Ca 및 Pd의 산화 상태에 의해 결정되며, 일반적으로 명시될 수 없다.
본 발명의 촉매는 예를 들어 보셔트 등(Borchert, et al.)의 미국 특허 제 6,399,816 호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있고, 상기 특허의 전체 내용을 본원에 참조로서 인용한다. 간단하게, 상기 촉매 중의 금속에 대한 공급원인 금속 화합물들은 용액을 형성하기에 충분한 양의 하나 이상의 용매 내에서 배합된다. 이것은, 적절한 비율의 원소들의 개별적인 출발 성분을 포함하는 슬러리, 특히 수용액으로부터 시작한다. 본 발명의 촉매를 제조하기 위한 개별적인 성분의 출발 물질은 산화물이 아니며, 바람직하게는 수용성 물질, 예를 들어 암모늄염, 질산염, 황산염, 할로겐화물, 수산화물 및 가열에 의해 대응하는 산화물로 전환될 수 있는 유기산의 염이다. 성분들을 혼합하기 위해, 금속염의 수용액 또는 현탁액을 제조하고 혼합한다. 몰리브덴의 경우, 대응하는 몰리브덴산염, 예를 들어 몰리브덴산 암모늄이 상업적으로 입수가능하기 때문에, 이것을 출발 물질로 사용하는 것을 권장한다. 적합한 팔라듐 화합물은 예를 들어 팔라듐(II) 클로라이드, 팔라듐(II) 설페이트, 테트라암민팔라듐(II) 나이트레이트, 팔라듐(II) 나이트레이트 및 팔라듐(II) 아세틸아세토네이트이다. 각각의 성분에 대해 적합한 화합물은 당 분야에 공지되어 있다.
적합한 용매는 물, 알코올(메탄올, 에탄올, 프로판올 및 다이올 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않음)뿐만 아니라 당 분야에 공지된 다른 극성 용매를 포함한다. 일반적으로, 물이 바람직하다. 상기 물은 화학 합성에 사용하기에 적합한, 증류수 및 탈이온수를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 임의의 물이다. 존재하는 물의 양은, 제조 단계 동안 용액 중에서 성분의 분리 및/또는 상 분리가 되지 않게 하거나 이를 최소화할 수 있을 만큼 오랫동안 구성 성분을 유지하기에 충분한 양이다. 수용액이 형성되면, 물은 당 분야에 공지된 임의의 적합한 방법들의 조합에 의해 제거되어 촉매 전구체를 형성한다. 이러한 방법은, 비제한적으로, 진공 건조, 냉동 건조, 분무 건조, 회전식 증발, 및 공기 건조를 포함한다. 회전식 증발 및/또는 공기 건조가 일반적으로 바람직하다.
일단 수득되면, 상기 촉매 전구체는 비활성 대기 하에서 하소될 수 있다. 상기 비활성 대기는 실질적으로 불활성인, 즉 상기 촉매 전구체와 반응하지 않거나 상호작용하지 않는 임의의 물질일 수 있다. 적합한 예로는, 비제한적으로, 질소, 아르곤, 제논, 헬륨 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 비활성 대기가 아르곤 또는 질소이고, 더욱 바람직하게는 아르곤이다. 비활성 대기는 상기 촉매 전구체의 표면 상으로 유동하거나 유동하지 않을 수 있다. 전형적으로, 질소가 사용되는 경우에는, 유동이 이용된다. 상기 비활성 대기가 아르곤이면, 전형적으로 유동이 이용되지 않는다. 비활성 대기가 상기 촉매 전구체의 표면 상으로 유동하는 경우, 유량은 예를 들어 1 내지 500 시간-1의 공간속도에서 광범위하게 변할 수 있다. 상기 하소는 전형적으로 350℃ 내지 850℃, 바람직하게는 400℃ 내지 700℃, 더욱 바람직하게는 500℃ 내지 640℃의 온도에서 수행된다. 상기 하소는 촉매를 형성할 만큼 충분히 긴 시간 동안 수행된다. 하나의 실시양태에서, 상기 하소는 0.5 내지 30 시간, 바람직하게는 1 내지 25 시간, 가장 바람직하게는 1 내지 15 시간 동안 수행된다.
본 발명의 촉매는 고체 촉매 단독으로 사용되거나, 또는 적합한 지지체와 함께 사용될 수 있다. 통상적인 지지체 물질은 예를 들어 다공성 이산화 규소, 발화 제조된(ignited) 이산화 규소, 규조토(kieselguhr), 실리카 겔, 다공성 또는 비다공성 산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 이산화 지르코늄, 이산화 토륨, 산화 란타늄, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 바륨, 산화 주석, 이산화 세륨, 산화 아연, 산화 붕소, 질화 붕소, 붕소 카바이드, 붕소 포스페이트, 지르코늄 포스페이트, 알루미늄 실리케이트, 질화 규소, 또는 실리콘 카바이드, 뿐만 아니라 유리, 탄소 섬유, 탄소, 활성탄, 금속 산화물 또는 금속 네트워크 또는 대응하는 단일체(monolith)가 적합하다.
지지체 물질은 관심이 있는 특정 산화에 대해 표면적 및 기공 크기를 모두 최적화하는 것에 기초하여 선택되어야 한다. 상기 촉매는 성형된 후 규칙적이거나 비규칙적인 형상의 지지체 부재로서 사용될 수도 있고, 비균질 산화 촉매로서 분말 형태로도 사용될 수 있다.
다르게는, 상기 촉매는 특정 물질 내에 캡슐화될 수 있다. 캡슐화에 적합한 물질은 SiO2, P2O5, MgO, Cr2O3, TiO2, ZrO2 및 Al2O3를 포함한다. 산화물 내에 물질을 캡슐화하는 방법은 당 분야에 공지되어 있다. 산화물 내에 물질을 캡슐화하는 적합한 방법은 미국 특허 제 4,677,084 호 및 상기 특허에 인용된 문헌들에 기술되어 있으며, 상기 특허들의 내용 전체를 본원에 참조로서 인용한다.
도 2는 본 발명의 한 실시양태를 나타낸 것이다. 이 실시양태에서는, 기체 에탄 공급 원료(11) 및 임의의 재순환 기체(19)가 순수한 기체 형태로서 또는 전술된 하나 이상의 운반 기체와의 혼합물로서 에탄 산화 반응기(13)로 공급된다. 산소 함유 기체(12), 바람직하게는 순수한 산소가 또한 상기 반응기(13)로 공급된다. 에탄 산화 반응 온도는 일반적으로 사용되는 촉매에 따라 약 400 내지 약 600℃, 바람직하게는 약 450 내지 약 550℃에서 수행되며, 중요한 것은 온도가 에탄을 산화시킬 만큼 충분히 높아야 한다는 것이다. 적합한 온도는 상기 에탄 산화 반응기 내에서 사용되는 촉매에 의존할 수 있지만, 하나의 실시양태에서 상기 촉매는 화학식 Mo1V0 .55Nb0 .09Sb0 .01Ca0 .01Pd0 .00075를 갖는다.
상기 산화 반응은 에틸렌, 아세트산, 물, COx, 미반응 에탄, 및 다양한 중질 부산물을 포함하는 기체 혼합물(14)을 생성시킨다. 에탄 산화 생성물 기체(14)는 이어서, 적어도 에틸렌의 일부가 아세트산으로 산화되는 제 2 산화 반응기(20)를 통과한다. 에틸렌 산화 반응의 온도는 일반적으로, 사용되는 촉매에 따라 약 150 내지 약 250℃, 바람직하게는 약 200 내지 약 250℃에서 수행되고, 중요한 것은 상기 온도가 에틸렌을 산화시킬 만큼 충분히 높지만, 실질적으로 추가의 에탄이 산화되지 않을 정도로 충분히 낮아야 한다는 것이다. 이것은 상기 스트림으로부터 에틸렌을 제거할 수 있게 하며, 또한 아세트산 생산량을 증가시킨다. 적합한 온도는 상기 에탄 산화 반응기 내에서 사용되는 상기 촉매에 의존하지만, 하나의 실시양태에서, 상기 에틸렌의 산화를 위한 촉매는 상기 에탄의 산화에 사용되는 것과 동일하다. 추가의 실시양태에서, 상기 촉매의 화학식은 Mo1V0.55Nb0.09Sb0.01Ca0.01Pd0.00075이다.
상기 제 2 산화 반응기(20)의 기체 생성물 스트림(21)은 여전히 물, COx, 미반응 에탄, 및 다양한 중질 부산물을 포함하고, 실질적으로 상기 에탄 산화 반응기 생성물 스트림(14)보다 더 적은 에틸렌 및 더 많은 아세트산을 함유한다. 바람직하게는, 상기 반응기로부터의 생성물 기체 유출물은 여과되어 촉매 미립자(미도시)가 제거되고, 이어서 에틸렌, 에탄 및 COx를 함유하는 상부 스트림(17)을 생산하는 재순환 기체 세정기(15)로 보내진다. 상기 재순환 기체 세정기로부터의 상부 스트림은 고정층 CO 전환기로 보내지고, 상기 상부 스트림으로부터의 COx를 제거하는 처리 단계(18)를 거치고, 이어서 스트림(19)으로서 상기 에틸렌 산화 반응기(13)로 재순환된다. 아세트산, 물 및 중질 생성물 부산물을 함유하는, 상기 재순환 기체 세정기로부터의 하부 스트림(16)을 당 분야에 공지된 바 대로 정제하여, 정제된 아세트산을 제공할 수 있다.
추가의 실시양태를 하기 도 3에 나타낸다. 이 실시양태에서는, 기체 에탄 공급 원료(31) 및 임의의 재순환 기체(39)가 순수한 기체로서 또는 전술된 하나 이상의 운반 기체와의 혼합물로서 에탄 산화 반응기(33)로 공급된다. 또한, 산소 함유 기체(32), 바람직하게는 순수한 산소가 상기 반응기(33)로 공급된다. 상기 에탄 산화 반응의 온도는 일반적으로, 사용되는 촉매에 따라 약 400℃ 내지 약 600℃, 바람직하게는 약 450 내지 약 550℃이고, 중요한 것은 상기 온도가 에탄을 산화시킬 만큼 충분히 높아야 한다는 것이다. 적합한 온도는 상기 에탄 산화 반응기 내에서 사용되는 촉매에 의존하지만, 하나의 실시양태에서, 상기 촉매는 화학식 Mo1V0.55Nb0.09Sb0.01Ca0.01Pd0.00075를 갖는다.
상기 산화 반응은 에틸렌, 아세트산, 물, COx, 미반응 에탄, 및 다양한 중질 부산물을 포함하는 기체 혼합물(34)을 생성시킨다. 바람직하게는, 상기 반응기로부터의 생성물 기체 유출물은 여과되어 촉매 미립자(미도시)가 제거되고, 이어서 에틸렌, 에탄 및 COx를 함유하는 상부 스트림(37)을 생산하는 재순환 기체 세정기(35)로 보내진다. 아세트산, 물 및 중질 생성물 부산물을 함유하는, 상기 재순환 기체 세정기로부터의 하부 스트림(36)을 당 분야에 공지된 바 대로 정제하여, 정제된 아세트산을 제공할 수 있다.
이어서, 상기 재순환 기체 세정기(35)로부터의 상부 스트림(37)을, 적어도 일부의 에틸렌이 아세트산으로 산화되는 제 2 산화 반응기(40)에 통과시킨다. 상기 에틸렌 산화 반응의 온도는 일반적으로, 사용되는 촉매에 따라 약 150 내지 약 250℃, 바람직하게는 약 200 내지 약 250℃에서 수행되며, 중요한 것은 상기 온도가 에틸렌을 산화시킬 만큼 충분히 높지만, 실질적으로 추가의 재순환 에탄을 산화시킬 정도로 높지 않다는 것이다. 상기 제 2 산화 반응기(40)의 기체 생성물 스트림(41)은 여전히 COx, 및 미반응 에탄을 포함한다. 최종적으로, 상기 에틸렌 산화 반응기 생성물(41)은 고정층 CO 전환기로 보내지고, 상부 스트림으로부터의 COx를 제거하는 처리 단계(38)를 거치고, 이어서 스트림(39)으로서 에틸렌 산화 반응기(33)로 재순환된다.
추가의 실시양태를 하기 도 4에 나타낸다. 이 실시양태에서는, 기체 에탄 공급 원료(51) 및 임의의 재순환 기체(62)가 순수한 기체로서 또는 전술된 하나 이상의 운반 기체와의 혼합물로서 상기 에탄 산화 반응기(53)에 공급된다. 산소 함유 기체(52), 바람직하게는 순수한 산소가 또한 상기 반응기(53)에 공급된다. 산화 반응은 에틸렌, 아세트산, 물, COx, 미반응 에탄, 및 다양한 중질 부산물을 포함하는 기체 혼합물(54)을 생성시킨다. 상기 반응기(53)로부터의 상기 생성물 기체 유출물(54)은 상기 에틸렌 산화 반응기(60)로부터의 상기 반응기 유출물(61)과 함께 배합되고, 여과되어 촉매 미립자(미도시)가 제거되고, 이어서 에틸렌, 에탄 및 COx를 함유하는 상부 스트림을 형성시키는 재순환 기체 세정기(55)로 보내진다. 아세트산, 물, 및 중질 생성물 부산물을 함유하는, 상기 재순환 기체 세정기로부터의 하부 스트림(56)을 당 분야에 공지된 바 대로 정제하여, 정제된 아세트산을 제조할 수 있다.
상기 재순환 기체 세정기(55)로부터의 상부 스트림(57)은 고정층 CO 전환기(58)로 보내지고, 상기 상부 스트림으로부터 COx를 제거하는 처리 단계를 거친다. 이어서, 생성된 기체(59)는 2개의 스트림, 즉 에탄 산화 반응기(53)로 다시 재순환되는 제 1 스트림(62), 및 에틸렌 산화 반응기(60)로 보내지는 제 2 스트림(63)으로 분리된다. 상기 에틸렌 산화 반응의 온도는 일반적으로, 사용되는 촉매에 따라 약 150℃ 내지 약 250℃, 바람직하게는 약 200 내지 약 250℃에서 수행되며, 중요한 것은 상기 온도가 적어도 일부의 에틸렌을 산화시킬 만큼 충분히 높지만, 에탄은 실질적으로 산화시키지 않을 정도로 낮다는 것이다. 상기 제 2 산화 반응기(60)의 기체 생성물 스트림(61)은 아세트산, COx, 및 미반응 에탄을 포함한다. 이것은 상기 반응기(53)로부터의 생성물 기체 유출물(54)과 배합되고, 이어서 전술된 대로 재순환 기체 세정기(55)로 보내진다.
전술된 설명은 단지 예시를 위해 기재되었으며, 제한된 의미로 받아들여져서는 안된다. 다양한 변형 및 대체가 당업자들에게는 용이하게 명백할 수 있다. 따라서, 전술된 것은 단지 예로서 간주되어야 하며, 본 발명의 범주는 하기 특허청구의 범위로부터 확정되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 에탄을 제 1 반응기 내에서 산화시켜 아세트산 및 에틸렌을 포함하는 제 1 유출물 스트림을 생성시키는 단계; 및
    상기 제 1 유출물 스트림을 제 2 반응기 내에서, 적어도 일부의 에틸렌을 산화시키기에 충분한 조건에서 산화시키는 단계
    를 포함하는, 아세트산의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에탄의 산화를 약 400℃ 내지 약 600℃에서 수행하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기 내에서의 제 1 유출물 스트림의 산화를 약 150℃ 내지 약 250℃에서 수행하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에탄의 산화 및 상기 제 1 유출물 스트림의 산화를 화학식 Mo1V0.55Nb0.09Sb0.01Ca0.01Pd0.00075의 촉매와 함께 수행하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에탄의 산화를 고정층 반응기 또는 유동층 반응기를 사용하여 수행하는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유출물 스트림의 산화를 고정층 반응기 또는 유동층 반응기를 사용하여 수행하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유출물 스트림의 산화 조건이 에탄을 실질적으로 산화시키기에 충분하지 않은, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    에탄의 산화 또는 에틸렌의 산화에, 질소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 공기, 스팀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 운반 기체를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    에탄의 산화 또는 에틸렌의 산화에, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 다이올, 물, 증류수, 탈이온수 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 용매를 사용하 는, 방법.
  10. 에탄을 제 1 반응기 내에서 산화시켜 아세트산 및 에틸렌을 포함하는 제 1 유출물 스트림을 생성시키는 단계;
    상기 제 1 유출물 스트림을 제 2 반응기 내에서, 적어도 일부의 에틸렌을 산화시키기에 충분한 조건에서 산화시켜 제 2 유출물 스트림을 생성시키는 단계; 및
    상기 제 2 유출물 스트림을 재순환 기체 세정기(scrubber)를 통해 유동시켜 아세트산 스트림 및 재순환 스트림을 생성시키는 단계
    를 포함하는, 아세트산의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 유출물 스트림을 재순환 기체 세정기를 통해 유동시키기 전에 여과기를 통해 유동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 재순환 스트림을 COx 세정기를 통해 유동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 반응기가 고정층 또는 유동층 반응기인, 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기가 고정층 또는 유동층 반응기인, 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 반응기의 온도가 약 400℃ 내지 약 600℃이고, 상기 제 2 반응기의 온도가 약 150℃ 내지 약 250℃인, 방법.
  16. 에탄을 제 1 반응기 내에서 산화시켜 아세트산 및 에틸렌을 포함하는 제 1 유출물 스트림을 형성시키는 단계;
    상기 제 1 유출물 스트림을 재순환 기체 세정기를 통해 유동시켜 아세트산 스트림 및 재순환 스트림을 형성시키는 단계; 및
    제 1 유출물 스트림을 제 2 반응기 내에서, 적어도 일부의 에틸렌을 산화시키기에 충분한 조건에서 산화시켜 제 2 유출물 스트림을 형성시키는 단계
    를 포함하는, 아세트산의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유출물 스트림을 상기 재순환 기체 세정기로 유동시키기 전에 여과기를 통해 유동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 재순환 스트림 내에 COx 세정기를 추가로 포함하는, 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 반응기의 온도가 약 400℃ 내지 약 600℃이고, 상기 제 2 반응기의 온도가 약 150℃ 내지 약 250℃인, 방법.
  20. 에탄을 제 1 반응기 내에서 산화시켜 아세트산 및 에틸렌을 포함하는 제 1 유출물 스트림을 형성시키는 단계;
    상기 제 1 유출물 스트림을 재순환 기체 세정기를 통해 유동시켜 아세트산 스트림 및 재순환 스트림을 형성시키는 단계;
    상기 재순환 스트림의 제 1 부분을 제 1 반응기로 유동시키는 단계; 및
    상기 재순환 스트림의 제 2 부분을 제 2 반응기 내에서, 적어도 일부의 에틸렌을 산화시키기에 충분한 조건에서 산화시켜 제 2 유출물 스트림을 형성시키는 단계
    를 포함하고, 이때 상기 제 1 유출물 스트림을 상기 재순환 기체 세정기를 통해 유동시키기 전에, 상기 제 1 유출물 스트림과 상기 제 2 유출물 스트림을 배합하는, 아세트산의 제조 방법.
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