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JP5876111B2 - 促進された反応及びフラッシングを伴うカルボニル化による酢酸の製造 - Google Patents
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JP5876111B2 - 促進された反応及びフラッシングを伴うカルボニル化による酢酸の製造 - Google Patents

促進された反応及びフラッシングを伴うカルボニル化による酢酸の製造 Download PDF

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Description

本出願は、2009年7月7日出願の同じ標題の米国特許出願12/459,725(
その全部を参照として本明細書中に包含する)に対する優先権を主張する。
本発明は酢酸の製造に関し、特に低圧フラッシャー内でのフラッシングの前にヨウ化メ
チルを除去し且つ酢酸メチルを消費する中間圧力のフラッシュ前/反応器後の容器を有す
るメタノールカルボニル化システムに関する。低圧の吸収器によって精製系列の軽質留分
カラムが脱ボトルネックされる。
酢酸を合成するために現在用いられている方法の中で、商業的に最も多く用いられてい
るものの1つは一酸化炭素によるメタノールの接触カルボニル化である。この方法を実施
する好ましい方法としては、1991年3月10日発行の米国特許5,001,259;
1991年6月25日発行の米国特許5,026,908;及び1992年9月1日発行
の米国特許5,144,068;並びに1992年7月1日公告のヨーロッパ特許EP−
0161874B2;において見られる種類のロジウム又はイリジウムによって触媒する
所謂「低水」プロセスが挙げられる。低水カルボニル化プロセスの実施に関連する特徴と
しては、反応媒体中に、触媒的に有効量のロジウム及び少なくとも限定濃度の水と共に、
系中のヨウ化水素に起因して存在するヨウ化物イオンに加えて高い濃度の無機ヨウ化物ア
ニオンを保持することを挙げることができる。このヨウ化物イオンは単純な塩であってよ
く、殆どの場合においてヨウ化リチウムが好ましい。米国特許5,001,259;5,
026,908;5,144,068;及びヨーロッパ特許EP−0161874B2;
は参照として本明細書中に包含する。
一般的に言うと、メタノールカルボニル化製造ラインは、反応セクション、精製セクシ
ョン、軽質留分回収、及び触媒貯留システムを含む。反応セクションにおいては、メタノ
ール及び一酸化炭素を、反応器内の均一撹拌液相反応媒体中でロジウム又はイリジウム触
媒と接触させて酢酸を生成させる。メタノールは、メタノールサージタンクから反応器中
にポンプ移送する。このプロセスは高効率であり、通常は99%より高いメタノールの酢
酸への転化率を有する。反応セクションはまた、一般に、反応セクションから粗生成物を
取り出すために排出流をフラッシングする反応器に接続されているフラッシュ容器も含む
。粗生成物は、一般に軽質留分又はストリッパーカラム、乾燥カラム、補助精製及び場合
によっては仕上げカラムを含む精製セクションに供給する。このプロセスにおいては、軽
質留分、特にヨウ化メチル、一酸化炭素、及び酢酸メチルを含む種々の非凝縮性排気流が
生成し、軽質留分回収セクションに供給される。これらの排気流は溶媒によってスクラビ
ングして軽質留分を取り出し、これをシステムに戻すか又は廃棄する。
当該技術における進歩にもかかわらず、触媒失活及び排気損失、特に一酸化炭素の損失
のために、メタノールカルボニル化システムにおける非効率性が依然として存在する。ま
た、排気のスクラビング及び生成物の精製に関連する設備費及び運転費を減少させる必要
性が常に存在する。
伝統的なメタノールカルボニル化プラントには、酢酸をスクラバー溶媒として用いる高
圧及び低圧の吸収器が含まれる。酢酸溶媒は、その後に、酸を廃棄しないように通常は他
の精製カラム内で軽質留分を除去しなければならない。かかるカラムは、ジルコニウム合
金などのような高耐腐食性材料で構成しなければならないので高価である。更に、酸から
の軽質留分のストリッピングには水蒸気が必要で、これは運転費の一因となる。メタノー
ルも、メタノールカルボニル化プロセスに関連してスクラバー溶媒として用いることが示
唆されている。この点に関しては、「酢酸の製造方法」と題されたAubigneらの米国特許
5,416,237を参照。‘237特許においては、フラッシュタンクの塔頂蒸気から
の非凝縮性物質を冷却したメタノールで向流スクラビングすることができると言及されて
いる。メタノールスクラバー溶媒の残留流を純粋なメタノールに加えて、次に反応器への
供給流として用いる。9欄30〜42行を参照。中国特許出願公開2004100161
20.7においては、メタノール及び酢酸によるスクラビングを用いて酢酸/無水酢酸の
製造からの排気ガス中の軽質成分を回収する方法が開示されている。他のシステムが、「
Process of 200ktpa Methanol Low Press Oxo Synthesis AA」(SWRDICI 2006)(中国)(
以下、SWRDICIと呼ぶ)と題された産業出版物において見られる。この研究出版物におい
ては、高圧吸収器及び低圧吸収器を含む排気ガス処理システムが示されている。このシス
テムの吸収器は両方とも、スクラブ液としてメタノールを用いて運転するように記載され
ている。
ヨーロッパ特許EP−0759419においては、メタノールを反応器排気流中に注入
し、場合によっては不均一触媒を含む二次反応器内でより多くの生成物を触媒的に製造す
ることによって排気損失を減少させることが提案されている。
触媒の失活及び損失は、一般に、フラッシャー内で見られるようなカルボニル化システ
ム内の一酸化炭素が減少しているか又は低圧の環境によるものであると考えられている。
一酸化炭素レベルは触媒溶液中で低下するので、ロジウムは次第に三ヨウ化ロジウムの形
態をとって沈殿する。従来のプロセスのこの状況に対処するための種々の修正法が当該技
術において提案されており、おそらく最も成功しているものは低水条件下で触媒安定性及
び反応速度を向上させるためにヨウ化リチウムを用いることである。他の提案されている
修正法を以下に議論する。
Denisらの米国特許5,770,768においては、フラッシャーからの再循環触媒溶
液を反応器に戻す前に更なる一酸化炭素で処理して触媒安定性を増加させるカルボニル化
システムが開示されている。
中国特許ZL−92108244.4及びSWRDICI(上記記載)においては、高圧「転
化」反応器が提案されている。SWRDICIにおいて示されている転化反応器は、高圧排気ス
クラバーに接続されており、フラッシングの前に反応をより大きな程度まで進行させるこ
とができると報告されている。
米国特許5,001,259 米国特許5,026,908 米国特許5,144,068 ヨーロッパ特許EP−0161874B2 米国特許5,416,237 中国特許出願公開200410016120.7 ヨーロッパ特許EP−0759419 米国特許5,770,768 中国特許ZL−92108244.4
「Process of 200ktpa Methanol Low Press Oxo Synthesis AA」(SWRDICI 2006)(中国)
本発明によれば、生産性及び運転効率を増加させるために段階的な反応及び軽質留分の
フラッシュ前の除去を用いる改良されたカルボニル化システムが提供される。
本発明によれば、(a)メタノール又はその反応性誘導体を、均一第VIII族金属触
媒及びヨウ化メチル促進剤の存在下において、酢酸、水、酢酸メチル、ヨウ化メチル、及
び均一触媒を含む液体反応混合物を含み、反応器圧力において運転する反応容器内で一酸
化炭素と接触反応させ;(b)反応容器から反応混合物を排出し、排出された反応混合物
を更なる一酸化炭素と一緒に、反応容器圧力よりも低い低圧で運転するフラッシャー前/
反応器後の容器に供給し;(c)フラッシャー前の容器内の軽質留分を排気し、同時にフ
ラッシャー前/反応器後の容器内の酢酸メチルを消費する;ことを含む酢酸の製造方法が
提供される。フラッシャー前/反応器後の容器内の反応条件、滞留時間、及び組成は、フ
ラッシャー前/反応器後の容器内のフラッシング前の混合物が、反応混合物と比べて酢酸
に富み、ヨウ化メチル及び酢酸メチルが減少するように制御する。(d)フラッシャー前
/反応器後の容器から、酢酸に富む混合物を排出し、フラッシュ容器に供給し;これから
(e)反応混合物からの粗酢酸流をフラッシングする。フラッシュ容器は、フラッシャー
前/反応器後の容器の圧力よりも低い圧力で運転する。このプロセスはまた、(f)フラ
ッシュ容器からの残渣を反応容器に再循環し;そして(g)粗生成物流を精製する;こと
も含む。
本発明システムの有利性としては、増加した生産性、軽質留分カラムの脱ボトルネック
、及び場合によっては一酸化炭素効率の増加、並びに触媒安定性の向上が挙げられる。
フラッシャー前/反応器後の容器は、好適には、反応容器の圧力よりも少なくとも5又
は10psi低く、好ましくは反応容器の圧力よりも少なくとも15psi低い圧力で運
転する。幾つかの態様においては、フラッシャー前/反応器後の容器は、反応容器の圧力
よりも少なくとも20psi、25psi、又は30psi低い圧力で運転する。
フラッシャー前/反応器後の容器内で一酸化炭素を更に散布して酢酸メチルを消費する
ことが好ましい。
本発明の更なる詳細及び有利性は以下の議論から明らかになるであろう。
以下において、添付の図面を参照して本発明を詳細に記載する。図において同じ番号は同様の部品を示す。
これらに限定されるものではないが、本発明は以下の態様の発明を包含する。
[1](a)メタノール又はその反応性誘導体を、均一第VIII族金属触媒及びヨウ化メチル促進剤の存在下において、酢酸、水、酢酸メチル、ヨウ化メチル、及び均一触媒を含む液体反応混合物を含み、反応器圧力において運転する反応容器内で一酸化炭素と接触反応させ;
(b)反応容器から反応混合物を排出し、排出された反応混合物を更なる一酸化炭素と一緒に、反応容器圧力よりも低い低圧で運転するフラッシャー前/反応器後の容器に供給し;
(c)フラッシャー前の容器内の軽質留分を排気し、同時にフラッシャー前/反応器後の容器内の酢酸メチルを消費して、反応混合物と比べて酢酸に富み、ヨウ化メチル及び酢酸メチルが減少したフラッシュ前の混合物を生成させ;
(d)フラッシュ前の反応混合物をフラッシャー前/反応器後の容器から排出して、フラッシュ前の混合物をフラッシュ容器に供給し;
(e)フラッシャー前/反応器後の容器の圧力よりも実質的に低い圧力で運転するフラッシュ容器内の混合物から粗酢酸流をフラッシングし;
(f)フラッシュ後の残渣をフラッシュ容器から反応容器に再循環し;そして
(g)粗生成物流を精製する;
ことを含む酢酸の製造方法。
[2]フラッシャー前/反応器後の容器を反応容器の圧力よりも少なくとも5psi低い圧力で運転する、[1]に記載の方法。
[3]フラッシャー前/反応器後の容器を反応容器の圧力よりも少なくとも10psi低い圧力で運転する、[1]に記載の方法。
[4]フラッシャー前/反応器後の容器を反応容器の圧力よりも少なくとも15psi低い圧力で運転する、[1]に記載の方法。
[5]フラッシャー前/反応器後の容器を反応容器の圧力よりも少なくとも20psi低い圧力で運転する、[1]に記載の方法。
[6]フラッシャー前/反応器後の容器を反応容器の圧力よりも少なくとも25psi低い圧力で運転する、[1]に記載の方法。
[7]フラッシャー前/反応器後の容器を反応容器の圧力よりも少なくとも30psi低い圧力で運転する、[1]に記載の方法。
[8]第VIII族金属触媒が均一ロジウム触媒であり、反応混合物の約300重量ppm〜約5,000重量ppmの濃度で反応混合物中に存在させる、[1]に記載のカルボニル化方法。
[9]反応容器内の反応混合物中の水の量を反応混合物の0.1重量%〜10重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物塩安定剤/共促進剤を更に含ませる、[8]に記載のカルボニル化方法。
[10]反応容器内の反応混合物中の水の量を反応混合物の0.5重量%〜8重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物塩安定剤/共促進剤を更に含ませる、[9]に記載のカルボニル化方法。
[11]反応容器内の反応混合物中の水の量を反応混合物の0.5重量%〜5重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物塩安定剤/共促進剤を更に含ませる、[9]に記載のカルボニル化方法。
[12]反応容器内の反応混合物中の水の量を反応混合物の0.5重量%〜3重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物塩安定剤/共促進剤を更に含ませる、[9]に記載のカルボニル化方法。
[13]ヨウ化物塩安定剤/共促進剤を、反応容器内の反応混合物の約2重量%〜約20重量%のヨウ化物アニオン濃度を生成させて保持する量で存在させる、[9]に記載のカルボニル化方法。
[14]ヨウ化物塩安定剤/共促進剤を、反応容器内の反応混合物の約5重量%〜約17.5重量%のヨウ化物アニオン濃度を生成させて保持する量で存在させる、[9]に記載のカルボニル化方法。
[15]ヨウ化物塩安定剤/共促進剤が複数のヨウ化物塩の混合物である、[9]に記載のカルボニル化方法。
[16]ヨウ化物塩安定剤/共促進剤を非イオン形態で反応混合物に供給する、[9]に記載のカルボニル化方法。
[17]第VIII族金属触媒が均一イリジウム触媒である、[1]に記載のカルボニル化方法。
[18]反応容器内の反応混合物中の水の量を反応混合物の3重量%〜8重量%のレベルに保持する、[17]に記載のカルボニル化方法。
[19]反応容器内の反応混合物中のヨウ化メチルの量を反応混合物の2重量%〜8重量%のレベルに保持する、[17]に記載のカルボニル化方法。
[20]反応混合物中の酢酸メチルの量を反応容器内において反応混合物の10重量%〜20重量%のレベルに保持する、[17]に記載のカルボニル化方法。
[21]反応器からの排気流を用いて一酸化炭素をフラッシャー前/反応器後の容器に散布する、[1]に記載の方法。
[22]フラッシャー前/反応器後の容器からの軽質留分を低圧スクラバーに排気する、[1]に記載の方法。
[23]反応混合物中の酢酸メチルを、フラッシャー前/反応器後の容器において、反応容器内の反応混合物中の酢酸メチルの濃度よりも少なくとも25%低いレベルまで消費する、[1]に記載の方法。
[24]反応混合物中の酢酸メチルを、フラッシャー前/反応器後の容器において、反応容器内の反応混合物中の酢酸メチルの濃度よりも少なくとも50%低いレベルまで消費する、[1]に記載の方法。
図1は、本発明による酢酸を製造するためのカルボニル化システムを示す概要図である。
以下において、例示及び実例のみの目的のための数多くの態様を参照して本発明を詳細
に記載する。特許請求の範囲において示される本発明の精神及び範囲内の特定の態様に対
する修正は当業者に容易に明らかになるであろう。
下記においてより具体的に定義しない限りにおいて、ここで用いる用語はその通常の意
味で与える。パーセント、%などの用語は、他に示さない限りにおいて重量%を指す。
「ヨウ化物塩安定剤/共促進剤」などの用語は、ヨウ化物アニオンの増加したレベル、
即ちヨウ化水素酸に起因するレベルを超えるレベルを生成させ且つ保持する成分を指す。
ヨウ化物塩安定剤/共促進剤は、単純な塩、又はここで更に議論するような反応混合物中
にヨウ化物アニオンを生成させ且つ保持する任意の化合物又は成分であってよい。
「軽質留分」とは、酢酸よりも低い沸点を有する成分を指す。而して、ヨウ化メチル、
酢酸メチル、及び溶解一酸化炭素が本発明の目的のための「軽質留分」である。
「低圧」などの用語は、ここで議論する種類のカルボニル化反応器内で保持される圧力
よりも低い圧力を指す。「減少した」圧力は、通常は基準圧力よりも少なくとも5psi
低く、好ましくは基準圧力よりも少なくとも10psi又は20psi低い。「低圧」吸
収器とは、反応器圧力よりも実質的に低く、好ましくはカルボニル化反応器内で保持され
る圧力よりも25psi超低い圧力で運転される吸収器を指す。
特定のレベルのフラッシャー前/反応器後の容器内でのその消費による酢酸メチルの減
少に言及する場合には、減少率は反応器内の反応混合物中の酢酸メチルの量に対するもの
である。而して、フラッシャー前/反応器後の容器における酢酸メチルの25%減少率と
は、フラッシャー前/反応器後の容器の出口流中において、反応容器内で保持されるレベ
ルと比べて25%低いレベルを指す。而して、酢酸メチルのレベルが反応容器内で4重量
%であり、酢酸メチルがフラッシャー前/反応器後の容器内で3%のレベルまで消費され
る場合には、25%の減少率が達成される。本発明の幾つかの好ましい形態においては、
酢酸メチルを、フラッシャー前/反応器後の容器から排出される反応混合物中において1
.5重量%未満又は1重量%未満のレベルまで消費する。更に他の場合においては、フラ
ッシャー前/反応器後の容器から排出される流れの中の酢酸メチルの濃度は、0.5重量
%未満又は0.25重量%未満にすることができる。
通常のカルボニル化反応器において、水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素を含む排気ガ
スを、反応器から、反応器内のものと同等の圧力で運転する高圧吸収器に供給して、反応
物質及び/又は生成物を回収する。フラッシャー内において酢酸を触媒溶液から分離する
。粗酢酸生成物流に同伴するヨウ化メチル及び酢酸メチルを軽質留分カラム内で取り出し
、凝縮させるか又は吸収器を用いて排気ガスからスクラビングする。
本発明による方法においては、主反応器からの排気ガスをフラッシャー前/反応器後の
容器に直接供給して、それによって高圧吸収器の必要性を減少又は排除しながら一酸化炭
素反応物質を節約することができる。反応混合物に供給される更なる一酸化炭素は、触媒
を安定化し、酢酸メチルと反応してシステムの酢酸生産性を増加させる。
フラッシャー前/反応器後の容器は、主反応器及びその後のフラッシャーの運転圧力の
間の中間の圧力で運転して、それによってヨウ化メチル及び酢酸メチルをフラッシングし
ながら溶液中に酢酸生成物の殆どを保持する。フラッシャー前/反応器後の容器からフラ
ッシングされるヨウ化メチル及び酢酸メチルは、凝縮器に供給することができ、或いは低
圧吸収器に直接送って、それによってその後の軽質留分カラムに対する負荷を低減するこ
とができる。吸収器の運転は、一般に凝縮ユニットの運転よりも高価である。したがって
、吸収の必要性を最小にすることによって運転コストが減少する。
通常は、反応液を反応器から引き出し、以下に記載するようにフラッシャー前/反応器
後の容器及び伝統的なフラッシュ容器を用いる段階的又は多段階プロセスでフラッシング
する。フラッシャーからの粗蒸気プロセス流は、当該技術において公知の一般に少なくと
も軽質留分カラム及び脱水カラムを含む精製セクションに送る。
本発明は、本発明の一態様による代表的なカルボニル化方法及び装置を示す概要図であ
る図1を参照することによって更に理解される。
図1においては、本発明にしたがって構成されるカルボニル化装置10が示されている
。装置10は、当業者に認められるように、一般に、カルボニル化反応器12、フラッシ
ャー前/反応器後の容器14、フラッシャー16、並びに軽質留分ストリッパーカラム1
8のような更なる精製装置などを含む。
運転中においては、メタノール及び一酸化炭素を、反応器12内に含まれる接触反応媒
体中で反応させるために、それぞれライン20、22を用いて反応容器12に供給する。
カルボニル化反応を、反応溶媒(通常は酢酸)、メタノール及び/又はその反応性誘導体
、可溶性ロジウム触媒、ヨウ化メチル、酢酸メチル、及び少なくとも限定濃度の水を含む
均一接触反応系内で進行させる。メタノール及び一酸化炭素の効率は、一般に、米国特許
5,001,259;5,026,908;及び5,144,068(全てSmithら)(
これらの開示事項は参照として本明細書中に包含する)から認められるように、それぞれ
約98及び90%より大きい。
反応器12から、反応媒体の一部を、ライン24を介し、圧力低下バルブ24aを通し
てフラッシャー前/反応器後の容器14に送る。また、示されているように、ライン26
を介して、反応容器12からフラッシャー前容器14への排気によって一酸化炭素も供給
される。COの好ましい源は、更なる新しい一酸化炭素をフラッシャー前/反応器後の容
器14に供給する(これは、例えば図の下部に向かって示されているライン28を介して
達成することができる)必要性を減少させるので、圧力低下バルブ26aを通る排気26
からのものである。一酸化炭素がライン34中に引き抜かれるのを阻止する(又はその量
を減少させる)ために、一酸化炭素は容器14の底部及びライン34の上方の離れた高さ
Hにおいて容器14中に散布することに留意されたい。高さHは、少なくとも0.25m
以上、好ましくは少なくとも0.5m、又は少なくとも1mであってよい。
フラッシャー前/反応器後の容器14において、反応媒体を中間圧力に保持し、一方、
COを反応混合物と相互作用させて酢酸メチルを消費する。好ましい態様においては、容
器14に加える一酸化炭素の量及び反応条件は、反応混合物中の酢酸メチルが更なる処理
の前に実質的に消費されるように制御する。フラッシャー前/反応器後の容器14には、
図に示されるように、30において気体を非凝縮性物質及びヨウ化メチル並びに場合によ
っては若干の酢酸メチルを含む系から低圧スクラビングシステム32に取り出す排気口が
備えられている。低圧吸収システム32に供給する前に、流れを30aで示される圧力低
下バルブに通すことによって排気流30における圧力を低下させる。
このように反応混合物を変性し、フラッシングの前に予めコンディショニングする。特
に、ヨウ化メチルの一部及び場合によっては酢酸メチルの一部を反応混合物から取り出し
、低圧でフラッシングする前に低圧排気スクラビングシステムに供給する。以下の議論か
ら認められるように、このようにして粗生成物に関する精製の必要性が減少する。フラッ
シャー前/反応器後の容器14内の反応の後、軽質留分が減少したコンディショニングさ
れた反応混合物を、ライン34を介し、圧力低下バルブ34aを通してフラッシャー16
に供給する。フラッシャー16内においては、圧力をフラッシャー前容器14に対して低
下させ、更には反応器12に対して低下させる。フラッシャー16内においては、粗酢酸
を反応混合物からフラッシングして36で示される塔頂流として排出し、当該技術におい
て公知の軽質留分カラム18に供給する。
これも当該技術において公知なように、フラッシャー16から触媒をライン38、40
を介して反応器12に再循環する。
ライン36を介して軽質留分カラム18に供給される粗生成物は、酢酸メチルがフラッ
シャー前/反応器後の容器14内で消費され、図に示されているようにヨウ化メチル及び
場合によっては酢酸メチルが予め低圧排気スクラバーシステム32に予めフラッシングさ
れているので、従来のカルボニル化システムと比較してヨウ化メチル及び酢酸メチルの大
きく減少したレベルを有する。軽質留分カラム18から、生成物が、ヨウ化メチル及び酢
酸メチルの殆どが生成物から除去されている精製流42内に送り出される。流れ42は、
脱水カラムに供給して生成物流から水を除去し、次に場合によっては処理して重質留分、
有機ヨウ化物のような他の不純物を除去した後に貯蔵及び輸送する。カラム18からの残
渣は、ライン38aを介してライン38及び40、そして最終的には反応器12に再循環
する。
カラム18からの塔頂流は凝縮して、44を介して受容器46に排出し、当該技術にお
いて公知なように再循環することができる。非凝縮性物質、即ち48は、50で示すよう
にメタノール及び/又は酢酸及び/又は酢酸メチルを用いることができる低圧排気スクラ
ビングシステムに供給する。これに関しては吸収塔52が与えられている。低圧スクラバ
ーにおけるスクラブ液としてメタノールを用いる場合には、使用済みのスクラブ流体は、
図に示すようにライン50aを介して反応器12に直接供給することができる。好ましく
は、更なる処理の前に、ヨウ化メチルの90%超又は95%超を吸収剤流体によって排気
ガスから取り出す。スクラバー流体は、一般に塔内で使用する前に約5℃〜約25℃の温
度に冷却するが、但しスクラバー溶媒として酢酸を用いる場合には、溶媒の温度は凍結を
防ぐために17℃以上に保持する。
塔52からの一酸化炭素を含む非凝縮性物質は、ライン54を介して排出し、当該技術
において公知なように圧力スイング吸着又は真空スイング吸着によって更に精製すること
ができる。これに関し、Pengの米国特許5,529,970及びSircarらの米国特許6,
322,612(これらの開示事項は参照として本明細書中に包含する)にこれらのプロ
セスの記載が与えられている。
図1に示す態様においては高圧吸収器は必要でなく、これによって設備コスト及び運転
コストが低下する。他の態様においては、高圧吸収器の使用を最小にして運転コストを低
下させることができる。
上記から、得られるフラッシングされた粗生成物流36中のより低いヨウ化メチル及び
酢酸メチルのレベルによって軽質留分カラムが脱ボトルネックされることが認められる。
フラッシャー前/反応器後の容器14内における一酸化炭素の消費のために、一酸化炭素
を損失することなく高い気体散布速度を達成することができる。
カルボニル化システム10は、場合によっては2つの主精製カラムのみを用い、好まし
くは「低エネルギーカルボニル化プロセス」と題されたScatesらの米国特許6,657,
078(その開示事項は参照として本明細書中に包含する)により詳細に記載されている
ように運転する。システムによって更なるカラムが一般的に所望のように用いられる。
本発明に関連して用いる第VIII族触媒金属は、ロジウム及び/又はイリジウム触媒
であってよい。触媒の選択は本発明の運転にとって重要ではない。ロジウムベースの触媒
を選択する場合には、ロジウム金属触媒は、当該技術において周知なように、ロジウムが
[Rh(CO)アニオンを含む平衡混合物として触媒溶液中に存在するような
任意の好適な形態で加えることができる。ロジウム溶液が反応器の一酸化炭素に富む雰囲
気中に存在する際は、ロジウム/ヨウ化カルボニルアニオン種は水及び酢酸中に概して可
溶であるので、ロジウムの可溶性が概して保持される。しかしながら、フラッシャー、軽
質留分カラムなどの中で通常存在する一酸化炭素が減少した雰囲気に移すと、より少ない
一酸化炭素しか利用できないので、ロジウム/触媒組成物の安定性が低下する。従来のシ
ステムにおいては、相当量のロジウムが例えばRhIとして沈殿して損失する。反応器
の下流の同伴ロジウムの形態に関する詳細はあまりよく理解されていない。ヨウ化物塩安
定剤/共促進剤は、当業者に認められるように所謂「低水」条件下においてフラッシャー
内における沈殿を軽減するのに役立つ。ロジウム触媒は、1ppmから溶解度の範囲まで
の範囲、好ましくは10〜2000重量ppmのロジウムの範囲の濃度で存在させること
ができる。
本発明に関連して用いるヨウ化物塩安定剤/共促進剤は、アルカリ金属又はアルカリ土
類金属の可溶性塩、或いは第4級アンモニウム又はホスホニウム塩の形態であってよい。
幾つかの態様においては、触媒安定剤/共促進剤は、ヨウ化リチウム、酢酸リチウム、又
はこれらの混合物である。ヨウ化物塩は、ヨウ化リチウム及びヨウ化ナトリウム及び/又
はヨウ化カリウムの混合物のような複数の塩の混合物として加えることができる。上記で
引用した米国特許‘259;‘908;及び‘068(いずれもSmithら)を参照。或い
は、反応システムの運転条件下において、その場でヨウ化物アニオンを生成させる塩前駆
体としてヨウ化物塩安定剤/共促進剤を加えることができる。前駆体として有用な広範囲
の非ヨウ化物塩としては、ヨウ化メチル及び/又はHIと反応して対応するヨウ化物塩安
定剤を生成させるアルカリ金属酢酸塩及びカルボン酸塩が挙げられる。好適なヨウ化物塩
は、更に、所望の場合にはホスフィンの酸化物、ヒ化物、ホスフィン、アミン、アミノ酸
、スルフィド、スルホキシド、又は任意の好適な1種類又は複数の有機リガンドのような
非イオン性前駆体からその場で生成させることができる。ホスフィン酸化物、ホスフィン
、アミン、アミノ酸、又は他の窒素若しくはリン含有化合物、並びに好適な有機リガンド
は、一般にヨウ化メチルの存在下において昇温下で4級化を受けて塩を生成し、これによ
って反応混合物中のヨウ化物アニオンの高い濃度が保持される。而して、ヨウ化物塩安定
剤/共促進剤は、それらを系に加える際の形態ではなく、高いヨウ化物アニオンレベルを
保持するそれらの能力によって規定される。ヨウ化物塩共促進剤を導入する1つの方法は
、好適な成分を、反応混合物に加えるロジウムと会合したカチオン又はリガンド(通常は
単座又は二座リガンド)としてロジウム触媒系又はコンプレックス中に導入することによ
るものである。ヨウ化メチルの存在下でのカルボニル化条件下においては、これらのコン
プレックスは分解及び/又は4級化してヨウ化物アニオンの高いレベルを与える。これに
関しては、以下の中国参照文献が特に興味深い:中国公開CN−1345631;出願0
0124639.9;中国公開CN−1105603;出願94100505.4;及び
中国公開CN−1349855;出願00130033.4。而して、ヨウ化物塩共促進
剤を与える好適なロジウム触媒コンプレックスとしては、次の構造:
Figure 0005876111
Figure 0005876111
(式中、Rは、H又はカルボキシル含有炭化水素誘導体であり;(X)は、BPh
、BF 、又はCHCOOであり;Xは、I、Cl、又はBrであり;n=0、1
、又は2である)
を有するコンプレックスが挙げられる。ヨウ化物塩共促進剤として有用な他の化合物とし
ては、
Figure 0005876111
(式中、Rは、H又はカルボキシル含有炭化水素誘導体であり;nは0、1、又は2であ
る)
のようなピリジン誘導体が挙げられる。好ましくは、RはH、或いは例えばリチウムピリ
ジン−2−ホルメート、リチウムピリジン−3−ホルメート、リチウムピリジン−4−ホ
ルメート、リチウムピリジン−2−アセテート、リチウムピリジン−3−アセテート、リ
チウムピリジン−4−アセテート、又はリチウムピリジン−3−プロピオネートである。
当業者であれば、非常に多くの他の成分をヨウ化物塩共促進剤として用いることができる
ことを認識するであろう。
液体カルボニル化反応組成物中のイリジウム触媒は、液体反応組成物中に可溶の任意の
イリジウム含有化合物を含んでいてよい。イリジウム触媒は、液体反応組成物中に溶解す
るか、又は可溶性形態に転化させることができる任意の好適な形態で、カルボニル化反応
のための液体反応組成物に加えることができる。液体反応組成物に加えることができる好
適なイリジウム含有化合物の例としては、IrCl、IrI、IrBr、[Ir(
CO)I]、[Ir(CO)Cl]、[Ir(CO)Br]、[Ir(CO
、[Ir(CO)Br、[Ir(CO)
[Ir(CH)I(CO)]、Ir(CO)12、IrCl・3H
、IrBr・3HO、Ir(CO)12、イリジウム金属、Ir、Ir(a
cac)(CO)、Ir(acac)、酢酸イリジウム、[IrO(OAc)
O)][OAc]、及びヘキサクロロイリジウム酸[HIrCl]が挙げられ
る。通常は、酢酸塩、シュウ酸塩、及びアセト酢酸塩のような塩化物を含まないイリジウ
ムのコンプレックスを出発物質として用いる。液体反応組成物中のイリジウム触媒の濃度
は、100〜6000ppmの範囲であってよい。イリジウム触媒を用いるメタノールの
カルボニル化は周知であり、以下の米国特許:5,942,460;5,932,764
;5,883,295;5,877,348;5,877,347;及び5,696,2
84(これらの開示事項は参照としてそれらの全てを示されているように本出願中に包含
する)に一般的に記載されている。
ヨウ化メチルを促進剤として用いているが、促進剤の選択は本発明の運転にとって重要
ではない。好ましくは、液体反応組成物中のヨウ化メチルの濃度は、1〜50重量%、好
ましくは2〜30重量%の範囲である。
促進剤は、特にロジウム触媒系に関しては塩安定剤/共促進剤化合物と混合することが
できる。これらの促進剤としては、第IA又は第IIA族の金属の塩、或いは第4級アン
モニウム又はホスホニウム塩、或いは上記のようなこれらの前駆体を挙げることができる
。ヨウ化物又は酢酸塩、例えばヨウ化リチウム又は酢酸リチウムが特に好ましい。
ヨーロッパ特許公開EP−0849248(その開示事項は参照として本明細書中に包
含する)に記載されているような他の促進剤及び共促進剤を、本発明の触媒系の一部とし
て用いることができる。好適な促進剤は、ルテニウム、オスミウム、タングステン、レニ
ウム、亜鉛、カドミウム、インジウム、ガリウム、水銀、ニッケル、白金、バナジウム、
チタン、銅、アルミニウム、スズ、アンチモンから選択され、より好ましくはルテニウム
及びオスミウムから選択される。米国特許6,627,770(その全てを参照として本
明細書中に包含する)に特定の共促進剤が記載されている。
促進剤は、液体反応組成物及び/又は酢酸回収段階からカルボニル化反応器へ再循環さ
れる全ての液体プロセス流中におけるその溶解度の限界値以下の有効量で存在させること
ができる。用いる場合には、促進剤は、好適には、[0.5〜15]:1、好ましくは[
2〜10]:1、より好ましくは[2〜7.5]:1の促進剤と金属触媒とのモル比で液
体反応組成物中に存在させる。好適な促進剤の濃度は400〜5000ppmである。
一酸化炭素反応物質は、実質的に純粋であってよく、或いは二酸化炭素、メタン、窒素
、希ガス、水、及びC〜Cパラフィン系炭化水素のような不活性不純物を含んでいて
もよい。一酸化炭素中に存在し、及び水性ガスシフト反応によってその場で生成する水素
の存在は、水素化生成物の形成を引き起こす可能性があるので、好ましくは例えば1ba
r未満の低い分圧に保持する。反応中の一酸化炭素の分圧は、好適には、1〜70bar
、好ましくは1〜35bar、最も好ましくは1〜15barの範囲である。
酢酸は、通常は反応のための溶媒として反応混合物中に含ませる。
好適なメタノールの反応性誘導体としては、酢酸メチル、ジメチルエーテル、ギ酸メチ
ル、及びヨウ化メチルが挙げられる。メタノール及びその反応性誘導体の混合物を、本発
明方法において反応物質として用いることができる。好ましくは、反応物質としてメタノ
ール及び/又は酢酸メチルを用いる。メタノール及び/又はその反応性誘導体の少なくと
も一部は、液体反応組成物中において、酢酸生成物又は溶媒との反応によって酢酸メチル
に転化し、したがって酢酸メチルとして存在する。液体反応組成物中の酢酸メチルの濃度
は、好適には、0.5〜70重量%、好ましくは0.5〜50重量%、より好ましくは1
〜35重量%、最も好ましくは1〜20重量%、ロジウム触媒系の場合には1〜10重量
%の範囲である。
主反応器及びフラッシュ前/反応器後の容器内のカルボニル化プロセスはバッチ又は半
連続ベースで運転することができるが、好ましくは連続モードで運転する。主反応器内に
おけるカルボニル化反応の圧力は、一般に145psi〜2900psi(10〜200
bar)、好ましくは145psi〜1450psi(10〜100bar)、最も好ま
しくは217psi〜725psi(15〜50bar)の範囲、例えば約400psi
(28bar)である。フラッシュ前/反応器後の容器内の圧力は、多くの場合において
主反応器圧力の10〜40%低下し、これは約40psiの圧力低下に相当する。フラッ
シュ前/反応器後の容器は、一般に約160psig〜約400psigの圧力で運転す
る。フラッシュ容器は、通常は約14〜約100psigの範囲内の圧力で運転する。主
反応容器及びフラッシュ前/反応器後の容器は、同程度の温度で運転する。カルボニル化
反応の温度は、好適には212°F〜572°F(100〜300℃)の範囲、好ましく
は302°F〜428°F(150〜220℃)の範囲、例えば約370°F(188℃
)である。図1を参照して、装置及び流れの種々の部分における好適な圧力及び組成は次
の通りである。
装置:
12:カルボニル化反応圧力=300〜500psig、好ましくは350〜450p
sig;
14:フラッシャー前/反応器後の容器の圧力=200〜450psig、好ましくは
300〜400psig(常に反応器12よりも低い圧力);
16:フラッシャー圧力=0〜100psig、好ましくは15〜45psig;
52:排気スクラバー圧力=5〜500psig、好ましくは5〜100psig、よ
り好ましくは10〜50psig;
流れ:
30:MeI、MeAc、COを含む;
34:HAc、Rh、HO、溶解ガス(CO/CO)、及び流れ24よりも低い濃
度のMeAc及びMeIを含む;
26:CO、H、CO、CHを含む;
48:非凝縮性ガス及びMeIを含む;
54:主として非凝縮性ガスを流れ30よりも低い濃度のMeIと共に含む。
水は、例えばメタノール反応物質と酢酸生成物との間のエステル化反応によって、液体
反応組成物中においてその場で形成することができる。水は、液体反応組成物の他の成分
と一緒か又は別々にカルボニル化反応器に導入することができる。水を反応器から排出さ
れる反応組成物の他の成分から分離して、液体反応組成物中における水の求められる濃度
を保持するように制御された量で再循環することができる。
而して、種々の態様においては、フラッシャー前/反応器後の容器は、反応容器の圧力
よりも少なくとも5、10、15、20、25、又は30psi低い圧力で運転する。ま
た、第VIII族金属触媒は均一ロジウム触媒であり、反応混合物の約300重量ppm
〜約5,000重量ppmの濃度で反応混合物中に存在させ、一方、反応容器内の反応混
合物中の水の量は反応混合物の0.1重量%〜10重量%のレベルに保持し、反応混合物
にはヨウ化物塩安定剤/共促進剤を更に含ませる。或いは、反応容器内の反応混合物中の
水の量を反応混合物の0.5重量%〜8重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物
塩安定剤/共促進剤を更に含ませ、或いは、反応容器内の反応混合物中の水の量を反応混
合物の0.5重量%〜5重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物塩安定剤/共促
進剤を更に含ませる。幾つかの好ましい場合においては、反応容器内の反応混合物中の水
の量を反応混合物の0.5重量%〜3重量%のレベルに保持し、反応混合物にヨウ化物塩
安定剤/共促進剤を更に含ませ、一方、ヨウ化物塩安定剤/共促進剤は反応容器内の反応
混合物の約2重量%〜約20重量%のヨウ化物アニオン濃度を生成させ且つ保持する量で
存在させ、例えばヨウ化物塩安定剤/共促進剤は、反応容器内の反応混合物の約5重量%
〜約17.5重量%のヨウ化物アニオン濃度を生成させ且つ保持する量で存在させる。
ヨウ化物塩安定剤/共促進剤は時には複数のヨウ化物塩の混合物であり、及び/又はヨ
ウ化物塩安定剤/共促進剤は非イオン形態で反応混合物に供給する。
第VIII族金属触媒は均一イリジウム触媒であってよく、反応容器内の反応混合物中
の水の量は反応混合物の3重量%〜8重量%のレベルに保持することができ、一方、反応
容器内の反応混合物中のヨウ化メチルの量は反応混合物の2重量%〜8重量%のレベルに
保持し、反応混合物中の酢酸メチルの量は反応容器内において反応混合物の10重量%〜
20重量%のレベルで保持する。
1つの好ましい形態においては、一酸化炭素を反応器からの排気流を用いてフラッシャ
ー前/反応器後の容器に散布する。他の好ましい形態においては、フラッシャー前/反応
器後の容器からの軽質留分を低圧スクラバーに排気する。
通常は、反応混合物中の酢酸メチルは、フラッシャー前/反応器後の容器内において、
反応容器内の反応混合物中の酢酸メチルの濃度よりも少なくとも25%低いレベルまで消
費される。時には、反応混合物中の酢酸メチルは、フラッシャー前/反応器後の容器内に
おいて、反応容器内の反応混合物中の酢酸メチルの濃度よりも少なくとも50%低いレベ
ルまで消費される。
本発明の他の形態においては、(a)メタノール又はその反応性誘導体を、第VIII
族金属触媒及びヨウ化メチル促進剤の存在下、酢酸、水、酢酸メチル、及びヨウ化メチル
を含む液体反応混合物中において一酸化炭素でカルボニル化するように適合されており、
300psig〜500psigの反応圧力で運転される反応容器;(b)反応器に接続
されており、反応器からそれに送られる液体反応混合物を受容するように適合されており
、200psig〜450psigの圧力で運転されるフラッシャー前/反応器後の容器
、但し、フラッシャー前/反応器後の容器内の圧力は反応容器の圧力よりも少なくとも5
psi低く、フラッシャー前/反応器後の容器内の組成及び条件は、軽質留分が、フラッ
シャー前/反応器後の容器の排気口、及び反応混合物と比べて酢酸に富みヨウ化メチル及
び酢酸メチルが減少したフラッシュ前混合物に供給されるようなものであり;(c)フラ
ッシャー前/反応器後の容器の排気口に接続され、それから軽質留分を回収するように適
合されているスクラバー;(d)フラッシャー前/反応器後の容器に接続されており、フ
ラッシャー前/反応器後の容器からそれに送られる液体のフラッシュ前混合物を受容する
ように適合されており、フラッシャー前/反応器後の容器の圧力よりも実質的に低い圧力
で運転され、更にフラッシュ前混合物から粗生成物流をフラッシングして、反応器への再
循環反応混合物を与えるように適合されているフラッシュ容器;及び(e)フラッシュ容
器に接続されており、粗生成物流を精製するように適合されている精製セクション;を含
む、酢酸を製造するためのカルボニル化システムが提供される。反応器は350psig
〜450psigの圧力で運転することができ、一方、フラッシャー前/反応器後の容器
は例えば300〜400psigの圧力で運転する。好適には、フラッシャー前/反応器
後の容器は反応容器よりも少なくとも15psi低い圧力で運転し、一方、フラッシュ容
器は0psig〜100psigの圧力で運転し、例えばフラッシュ容器は15psig
〜45psigの圧力で運転する。排気スクラバーは5psig〜450psig又はそ
れ以上の圧力で運転し、好適には排気スクラバーは5psig〜100psigの圧力で
運転し、例えば排気スクラバーは10psig〜50psigの圧力で運転する。
本発明の他の好ましい形態においては、フラッシャー前/反応器後の容器は、例えば一
酸化炭素源が反応容器からの排気流である場合などには一酸化炭素源に接続する。
更なる改良点としては、反応容器の排気流とフラッシャー前/反応器後の容器を接続す
る圧力低下バルブを更に含み、及び/又はフラッシャー前/反応器後の容器とスクラバー
を接続する圧力低下バルブを更に含み、及び/又はフラッシャー前/反応器後の容器とフ
ラッシュ容器を接続する圧力低下バルブを更に含むシステムが挙げられる。幾つかの場合
においては、反応容器は専らフラッシャー前/反応器後の容器に排気され、システムに単
一の低圧排気スクラバーが与えられる。
本発明を詳細に記載したが、発明の精神及び範囲内の修正は当業者に容易に明らかであ
ろう。上記の議論、当該技術における関連する知識、並びに背景及び詳細な説明に関連し
て上記で議論した参照文献(それらの開示事項は全て参照として本明細書中に包含する)
を考慮すると、更なる記載は不要であると考えられる。更に、本発明の複数の形態及び種
々の態様の複数の部分を完全か又は部分的に結合又は交換することができると理解すべき
である。更に、当業者であれば、上記の記載は例示のみの目的であり、本発明を限定する
ことは意図しないことを認識するであろう。

Claims (19)

  1. 酢酸を製造するためのカルボニル化システムであって、
    (a)第VIII族金属触媒及びヨウ化メチルの存在下、酢酸、水、酢酸メチル、及びヨウ化メチルを含む液体反応混合物中において、メタノール又はその反応性誘導体を一酸化炭素でカルボニル化するように適合されており、2.07MPa〜3.45MPaゲージ(300psig〜500psig)の反応圧力で運転される反応
    (b)反応器から送られる液体反応混合物を受容するように適合されている、該反応器に接続されたフラッシャー前/反応器後の容器であって、新しい一酸化炭素を含む一酸化炭素源にも接続されているフラッシャー前/反応器後の容器、ここで、一酸化炭素源は、該反応器から該フラッシャー前/反応器後の容器に送られる該液体反応混合物中に存在する一酸化炭素から分離されており、該反応器からフラッシャー前/反応器後の容器に更なる新しい一酸化炭素を供給し、フラッシャー前/反応器後の容器は、1.38MPa〜2.79MPaゲージ(200psig〜450psig)の圧力であり、但し、フラッシャー前/反応器後の容器内の圧力は反応の圧力よりも少なくとも34.5Pa(5psi)低く、フラッシャー前/反応器後の容器内の組成及び条件は、フラッシャー前/反応器後の容器の排気口に軽質留分が供給され、そして該反応混合物と比べて酢酸に富みヨウ化メチル及び酢酸メチルが減少したフラッシュ前混合物が該フラッシャー前/反応器後の容器内で形成されるようなものであり;
    (c)軽質留分を回収するように適合されている、該フラッシャー前/反応器後の容器の排気口に接続されたスクラバー;
    (d)フラッシャー前/反応器後の容器から送られる液体のフラッシュ前混合物を受容するように適合されている、該フラッシャー前/反応器後の容器に接続されたフラッシュ容器であって、該フラッシャー前/反応器後の容器の圧力よりも低い圧力であり、更にフラッシュ前混合物から粗生成物流をフラッシングして、反応器への再循環反応混合物を与えるように適合されているフラッシュ容器;及び
    (e)粗生成物流を精製するように適合されている、該フラッシュ容器に接続され精製セクション;
    を含むカルボニル化システム
  2. 反応器を、2.41Pa〜2.79Paゲージ(350psig〜450psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  3. 反応器を、2.07Pa〜2.76Paゲージ(300psig〜400psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  4. フラッシャー前/反応器後の容器を反応の圧力よりも少なくとも103.4kPa(15psi)低い圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  5. フラッシャー前/反応器後の容器を反応の圧力よりも少なくとも137.9kPa(20psi)低い圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  6. フラッシャー前/反応器後の容器を反応の圧力よりも少なくとも172.4kPa(25psi)低い圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  7. フラッシャー前/反応器後の容器を反応の圧力よりも少なくとも206.8kPa(30psi)低い圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  8. フラッシュ容器を、0〜689kPaゲージ(0psig〜100psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  9. フラッシュ容器を、103.4kPa〜310kPaゲージ(15psig〜45psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  10. 該排気スクラバーを、34.5kPa〜2.79Paゲージ(5psig〜450psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  11. 該排気スクラバーを、34.5kPa〜689kPaゲージ(5psig〜100psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  12. 該排気スクラバーを、68.9kPa〜344kPaゲージ(10psig〜50psig)の圧力で運転する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  13. 反応排気流とフラッシャー前/反応器後の容器を接続する圧力低下バルブを更に含む、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  14. フラッシャー前/反応器後の容器とスクラバーを接続する圧力低下バルブを更に含む、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  15. フラッシャー前/反応器後の容器とフラッシュ容器を接続する圧力低下バルブを更に含む、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  16. 反応器の排気が、専らフラッシャー前/反応器後の容器でなされる、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  17. 該フラッシャー前/反応器後の容器の排気口に接続されたスクラバーが、単一の低圧排気スクラバーである、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  18. 反応混合物中の酢酸メチルを、フラッシャー前/反応器後の容器において、反応内の反応混合物中の酢酸メチルの濃度よりも少なくとも25%低いレベルまで消費する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
  19. 反応混合物中の酢酸メチルを、フラッシャー前/反応器後の容器において、反応内の反応混合物中の酢酸メチルの濃度よりも少なくとも50%低いレベルまで消費する、請求項1に記載のカルボニル化システム。
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