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JP6481040B2 - 酢酸の製造方法 - Google Patents

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JP6481040B2
JP6481040B2 JP2017533362A JP2017533362A JP6481040B2 JP 6481040 B2 JP6481040 B2 JP 6481040B2 JP 2017533362 A JP2017533362 A JP 2017533362A JP 2017533362 A JP2017533362 A JP 2017533362A JP 6481040 B2 JP6481040 B2 JP 6481040B2
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Description

本発明は、酢酸を製造する方法に関する。本願は、2017年1月18日に、日本に出願した特願2017−006645号、及び、2017年3月2日に日本に出願した特願2017−039389号の優先権を主張し、その内容をここに援用する。
酢酸の工業的製造法としてメタノール法カルボニル化プロセスが知られている。このプロセスでは、例えば、反応槽で、触媒の存在下、メタノールと一酸化炭素とを反応させて酢酸を生成させ、得られた反応混合物を蒸発槽で酢酸及び低沸成分を含む蒸気相と、酢酸及び触媒を含む残液相とに分離し、前記蒸気相を蒸留塔(脱低沸塔)で蒸留して低沸成分を含むオーバーヘッド流と酢酸流とに分離し、前記酢酸流をさらに精製することにより製品酢酸を得る。このプロセスでは、反応中にアセトアルデヒドが副生し、このアセトアルデヒドが製品酢酸の品質を低下させる原因となる。そのため、例えば、特許文献1では、前記脱低沸塔のオーバーヘッド流の凝縮液をデカンターで水相と有機相とに分液させ、そのうち水相を脱アセトアルデヒド塔で蒸留し、そのオーバーヘッド流の凝縮液(アセトアルデヒドとヨウ化メチルを含む)を水で抽出することによりアセトアルデヒドを分離除去している。
特表2001−508405号公報
本発明者らの検討によると、上記特許文献1に記載されているような脱低沸塔のデカンターで分液させた二相のうち水相を脱アセトアルデヒド塔で蒸留する方法では、一般に、水相の方が有機相よりアセトアルデヒド濃度が高くなるので分離効率が高くなる傾向にある。しかしながら、この方法では、蒸発潜熱の大きい水を多量に含む液を蒸留するため処理エネルギーが大きくなるのに加え、水相中に少量含まれるヨウ化メチルが加水分解して生成するヨウ化水素が蒸留装置を腐食しやすいため、耐腐食性の極めて高い高価な材質の蒸留装置が必要となる。なお、水相中には相当量のヨウ化メチルが存在するので、水の分離に加え沸点差の小さいヨウ化メチルとアセトアルデヒドとの分離のため、後述の有機相(ヨウ化メチル相)を脱アセトアルデヒド塔で蒸留する場合と同程度の蒸留塔段数が必要となる。
一方、前記脱低沸塔のデカンターで分液させた二相のうち有機相を脱アセトアルデヒド塔で蒸留し、そのオーバーヘッド流の凝縮液を水で抽出することによりアセトアルデヒドを分離除去する方法も知られている。この方法では、有機相の主成分が蒸発潜熱の小さいヨウ化メチルのため処理エネルギーは小さく、腐食の問題も水相を処理する場合に比べて起きにくいというメリットがある。しかしながら、上記のように、本発明者らの検討によると、一般に、有機相の方が水相よりアセトアルデヒド濃度が低くなるので分離効率が低いというデメリットがある。このように、水相を脱アセトアルデヒド処理に付す方法と有機相を脱アセトアルデヒド処理する方法のどちらもメリットとデメリットがある。
したがって、本発明の目的は、メタノール法カルボニル化プロセスにおけるプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程において、水相を脱アセトアルデヒド処理に付す方法と有機相を脱アセトアルデヒド処理に付す方法のメリット及びデメリットを勘案して、副生物であるアセトアルデヒドを工業的に有利に分離除去できる方法を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するため、分液工程において各種条件下でのアセトアルデヒドの分配率(水相中のアセトアルデヒド濃度/有機相中のアセトアルデヒド濃度)に着目し、脱低沸塔のオーバーヘッド流の凝縮液組成を想定した液液平衡実験を行った。その結果、脱低沸塔のデカンタで分液させて得られる水相中のアセトアルデヒド濃度及び有機相中のアセトアルデヒド濃度、分液時の液温、並びに、水相中の酢酸メチル濃度及び有機相中の酢酸メチル濃度と、アセトアルデヒドの分配率との間に一定の相関が存在することを見出した。上述したように、水相を脱アセトアルデヒド処理に付す方法と有機相を脱アセトアルデヒド処理に付す方法にはそれぞれメリットとデメリットがあるので、アセトアルデヒド分配率がある程度高い場合(アセトアルデヒドが水相に比較的多く分配されている場合)は前者の方法を採用し、アセトアルデヒド分配率がある程度低い場合(アセトアルデヒドが有機相に比較的多く分配されている場合)は後者の方法を採用し、その中間領域では両方の方法を採用することが工業的に有利である。特に、水相を脱アセトアルデヒド処理に付す方法を採用する際には、高耐食性の高価な装置や設備を用いる必要があるため、アセトアルデヒド分配率を厳しく見定める必要がある。本発明はこれらの知見、考察に基づき、さらに検討を加えて完成したものである。
すなわち、本発明は、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、
前記蒸気流を蒸留に付して、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と、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記分液工程が下記(i)〜(v)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記有機相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法(以下、「本発明の製造方法1」と称する場合がある)を提供する。
(i)水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である
(ii)分液時の温度が−5℃以上である
(iii)水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4質量%以上である
(iv)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が4.1以下である
(v)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.53以下である
上記本発明の製造方法1において、前記触媒系はさらにイオン性ヨウ化物を含んでいてもよい。
上記本発明の製造方法1において、前記分液工程は、前記(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の全ての条件を満たすことが好ましい。
本発明は、また、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させて酢酸を製造する方法であって、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程とを備え、
前記分液工程が下記(i)〜(v)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記有機相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法(以下、「本発明の製造方法2」と称する場合がある)を提供する。
(i)水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である
(ii)分液時の温度が−5℃以上である
(iii)水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4質量%以上である
(iv)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が4.1以下である
(v)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.53以下である
上記本発明の製造方法2において、前記触媒系はさらにイオン性ヨウ化物を含んでいてもよい。
上記本発明の製造方法2において、前記分液工程は、前記(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の全ての条件を満たすことが好ましい。
本発明は、さらに、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、
前記蒸気流を蒸留に付して、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と、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記水相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法(以下、「本発明の製造方法3」と称する場合がある)を提供する。
(vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
(vii)分液時の温度が70℃以下である
(viii)水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が59.6質量%以下である
(ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1以上である
(x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25以上である
上記本発明の製造方法3において、前記触媒系はさらにイオン性ヨウ化物を含んでいてもよい。
上記本発明の製造方法3において、前記分液工程は、前記(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全ての条件を満たすことが好ましい。
本発明は、さらにまた、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させて酢酸を製造する方法であって、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程とを備え、
前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記水相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法(以下、「本発明の製造方法4」と称する場合がある)を提供する。
(vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
(vii)分液時の温度が70℃以下である
(viii)水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が59.6質量%以下である
(ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1以上である
(x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25以上である
上記本発明の製造方法4において、前記触媒系はさらにイオン性ヨウ化物を含んでいてもよい。
上記本発明の製造方法4において、前記分液工程は、前記(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全ての条件を満たすことが好ましい。
上記本発明の製造方法1〜4においては、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していてもよい。
本発明によれば、プロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程において、水相中のアセトアルデヒド濃度、有機相中のアセトアルデヒド濃度、分液時の温度、水相中の酢酸メチル濃度あるいは有機相中の酢酸メチル濃度等に基づいて、脱アセトアルデヒド処理に付す対象を定めるため、メタノール法カルボニル化プロセスにおいて副生するアセトアルデヒドを工業的に有利に効率よく除去することができる。
本発明の一実施形態を示す酢酸製造フロー図である。 アセトアルデヒド分離除去システムの一例を示す概略フロー図である。 アセトアルデヒド分離除去システムの他の例を示す概略フロー図である。 アセトアルデヒド分離除去システムのさらに他の例を示す概略フロー図である。 アセトアルデヒド分離除去システムのさらに他の例を示す概略フロー図である。 本発明の実施例で用いた液液平衡測定装置の概略図である。
図1は、本発明の一実施形態を示す酢酸製造フロー図である。この酢酸製造フローに係る酢酸製造装置は、反応槽1と、蒸発槽2と、蒸留塔3と、デカンタ4と、蒸留塔5と、蒸留塔6と、イオン交換樹脂塔7と、スクラバーシステム8と、アセトアルデヒド分離除去システム9と、コンデンサ1a,2a,3a,5a,6aと、熱交換器2bと、リボイラー3b,5b,6bと、ライン11〜56と、ポンプ57とを備え、酢酸を連続的に製造可能に構成されている。本実施形態の酢酸の製造方法では、反応槽1、蒸発槽2、蒸留塔3、蒸留塔5、蒸留塔6、及びイオン交換樹脂塔7において、それぞれ、反応工程、蒸発工程(フラッシュ工程)、第1蒸留工程、第2蒸留工程、第3蒸留工程、及び吸着除去工程が行われる。第1蒸留工程は脱低沸工程、第2蒸留工程は脱水工程、第3蒸留工程は脱高沸工程ともいう。また、デカンタ4、及びアセトアルデヒド分離除去システム9において、それぞれ、分液工程、及びアセトアルデヒド分離除去(脱アセトアルデヒド処理)工程が行われる。なお、本発明において、工程は上記に限らず、特に、蒸留塔5、蒸留塔6、イオン交換樹脂塔7の設備は付帯しない場合がある。
反応槽1は、反応工程を行うためのユニットである。この反応工程は、下記の化学式(1)で示される反応(メタノールのカルボニル化反応)によって酢酸を連続的に生成させるための工程である。酢酸製造装置の定常稼働状態において、反応槽1内には、例えば撹拌機によって撹拌されている反応混合物が存在する。反応混合物は、原料であるメタノール及び一酸化炭素と、金属触媒と、助触媒と、水と、製造目的である酢酸と、各種の副生成物とを含み、液相と気相とが平衡状態にある。
CH3OH + CO → CH3COOH (1)
反応混合物中の原料は、液体状のメタノール及び気体状の一酸化炭素である。メタノールは、メタノール貯留部(図示略)からライン11を通じて反応槽1に所定の流量で連続的に供給される。一酸化炭素は、一酸化炭素貯留部(図示略)からライン12を通じて反応槽1に所定の流量で連続的に供給される。一酸化炭素は必ずしも純粋な一酸化炭素でなくてもよく、例えば窒素、水素、二酸化炭素、酸素等の他のガスが少量(例えば5質量%以下、好ましくは1質量%以下)含まれていてもよい。
反応混合物中の金属触媒は、メタノールのカルボニル化反応を促進するためのものであり、例えばロジウム触媒やイリジウム触媒を使用することができる。ロジウム触媒としては、例えば、化学式[Rh(CO)22-で表されるロジウム錯体を使用することができる。イリジウム触媒としては、例えば化学式[Ir(CO)22-で表されるイリジウム錯体を使用することができる。金属触媒としては金属錯体触媒が好ましい。反応混合物中の触媒の濃度(金属換算)は、反応混合物の液相全体に対して、例えば200〜5000質量ppmであり、好ましくは400〜2000質量ppmである。
助触媒は、上述の触媒の作用を補助するためのヨウ化物であり、例えば、ヨウ化メチルやイオン性ヨウ化物が使用される。ヨウ化メチルは、上述の触媒の触媒作用を促進する作用を示し得る。ヨウ化メチルの濃度は、反応混合物の液相全体に対して例えば1〜20質量%である。イオン性ヨウ化物は、反応液中でヨウ化物イオンを生じさせるヨウ化物(特に、イオン性金属ヨウ化物)であり、上述の触媒を安定化させる作用や、副反応を抑制する作用を示し得る。イオン性ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウムなどのアルカリ金属ヨウ化物などが挙げられる。反応混合物中のイオン性ヨウ化物の濃度は、反応混合物の液相全体に対して、例えば1〜25質量%であり、好ましくは5〜20質量%である。また、例えばイリジウム触媒などを用いる場合は、助触媒として、ルテニウム化合物やオスミウム化合物を用いることもできる。これらの化合物の使用量は総和で、例えばイリジウム1モル(金属換算)に対して、0.1〜30モル(金属換算)、好ましくは0.5〜15モル(金属換算)である。
反応混合物中の水は、メタノールのカルボニル化反応の反応機構上、酢酸を生じさせるのに必要な成分であり、また、反応系の水溶性成分の可溶化のためにも必要な成分である。反応混合物中の水の濃度は、反応混合物の液相全体に対して、例えば0.1〜15質量%であり、好ましくは0.8〜10質量%、さらに好ましくは1〜6質量%、特に好ましくは1.5〜4質量%である。水濃度は、酢酸の精製過程での水の除去に要するエネルギーを抑制して酢酸製造の効率化を進めるうえでは15質量%以下が好ましい。水濃度を制御するために、反応槽1に対して所定流量の水を連続的に供給してもよい。
反応混合物中の酢酸は、酢酸製造装置の稼働前に反応槽1内に予め仕込まれた酢酸、及び、メタノールのカルボニル化反応の主生成物として生じる酢酸を含む。このような酢酸は、反応系では溶媒として機能し得る。反応混合物中の酢酸の濃度は、反応混合物の液相全体に対して、例えば50〜90質量%であり、好ましくは60〜80質量%である。
反応混合物に含まれる主な副生成物としては、例えば酢酸メチルが挙げられる。この酢酸メチルは、酢酸とメタノールとの反応によって生じ得る。反応混合物中の酢酸メチルの濃度は、反応混合物の液相全体に対して、例えば0.1〜30質量%であり、好ましくは1〜10質量%である。反応混合物に含まれる副生成物としては、ヨウ化水素も挙げられる。このヨウ化水素は、上述のような触媒や助触媒が使用される場合、メタノールのカルボニル化反応の反応機構上、不可避的に生じることとなる。反応混合物中のヨウ化水素の濃度は、反応混合物の液相全体に対して、例えば0.01〜2質量%である。また、副生成物としては、例えば、水素、メタン、二酸化炭素、アセトアルデヒド、クロトンアルデヒド、2−エチルクロトンアルデヒド、ジメチルエーテル、アルカン類、ギ酸、プロピオン酸、並びに、ヨウ化ヘキシル及びヨウ化デシルなどのヨウ化アルキル等が挙げられる。また、反応混合物には、装置の腐食により生じる鉄、ニッケル、クロム、マンガン、モリブデンなどの金属(以下、「腐食性金属」と称する場合がある)、及びその他の金属としてコバルトや亜鉛、銅などが含まれ得る。上記腐食性金属とその他の金属とを併せて「腐食金属等」と称する場合がある。
以上のような反応混合物が存在する反応槽1内において、反応温度は例えば150〜250℃に設定され、全体圧力としての反応圧力は例えば2.0〜3.5MPa(絶対圧)に設定され、一酸化炭素分圧は、例えば0.4〜1.8MPa(絶対圧)、好ましくは0.6〜1.5MPa(絶対圧)に設定される。
装置稼働時の反応槽1内の気相部の蒸気には、例えば、一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、窒素、酸素、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド、ギ酸及びプロピオン酸などが含まれる。この蒸気は、反応槽1内からライン13を通じて抜き取ることが可能である。蒸気の抜き取り量の調節によって、反応槽1内の圧力を制御することが可能であり、例えば、反応槽1内の圧力は一定に維持される。反応槽1内から抜き取られた蒸気は、コンデンサ1aへと導入される。
コンデンサ1aは、反応槽1からの蒸気を、冷却して部分的に凝縮させることによって凝縮分とガス分とに分ける。凝縮分は、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド、ギ酸及びプロピオン酸などを含み、コンデンサ1aからライン14を通じて反応槽1へと導入され、リサイクルされる。ガス分は、例えば、一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、窒素、酸素、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含み、コンデンサ1aからライン15を通じてスクラバーシステム8へと供給される。スクラバーシステム8では、コンデンサ1aからのガス分から有用成分(例えばヨウ化メチル、水、酢酸メチル、酢酸など)が分離回収される。この分離回収には、本実施形態では、ガス分中の有用成分を捕集するための吸収液を使用して行う湿式法が利用される。吸収液としては、少なくとも酢酸及び/又はメタノールを含む吸収溶媒が好ましい。吸収液には酢酸メチルが含まれていてもよい。例えば、吸収液として後述の蒸留塔6からの蒸気の凝縮分を使用できる。分離回収には、圧力変動吸着法を利用してもよい。分離回収された有用成分(例えばヨウ化メチルなど)は、スクラバーシステム8からリサイクルライン48を通じて反応槽1へと導入され、リサイクルされる。有用成分を捕集した後のガスはライン49を通じて廃棄される。なお、ライン49から排出されるガスは、後述する蒸発槽2の底部あるいは残液流リサイクルライン18,19へ導入するCO源として利用することができる。スクラバーシステム8での処理及びその後の反応槽1へのリサイクル及び廃棄については、他のコンデンサからスクラバーシステム8へと供給される後記のガス分についても同様である。本発明の製造方法においては、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を分離するスクラバー工程を有することが好ましい。
装置稼働時の反応槽1内では、上述のように、酢酸が連続的に生成する。そのような酢酸を含む反応混合物が、連続的に、反応槽1内から所定の流量で抜き取られてライン16を通じて次の蒸発槽2へと導入される。
蒸発槽2は、蒸発工程(フラッシュ工程)を行うためのユニットである。この蒸発工程は、ライン16(反応混合物供給ライン)を通じて蒸発槽2に連続的に導入される反応混合物を、部分的に蒸発させることによって蒸気流(揮発相)と残液流(低揮発相)とに分けるための工程である。反応混合物を加熱することなく圧力を減じることによって蒸発を生じさせてもよいし、反応混合物を加熱しつつ圧力を減じることによって蒸発を生じさせてもよい。蒸発工程において、蒸気流の温度は例えば100〜260℃、好ましくは120〜200℃であり、残液流の温度は例えば80〜200℃、好ましくは100〜180℃であり、槽内圧力は例えば50〜1000kPa(絶対圧)である。また、蒸発工程にて分離される蒸気流及び残液流の割合に関しては、質量比で、例えば10/90〜50/50(蒸気流/残液流)である。本工程で生じる蒸気は、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド、ギ酸及びプロピオン酸などを含み、蒸発槽2内からライン17(蒸気流排出ライン)に連続的に抜き取られる。蒸発槽2内から抜き取られた蒸気流の一部はコンデンサ2aへと連続的に導入され、当該蒸気流の他の一部はライン21を通じて次の蒸留塔3へと連続的に導入される。前記蒸気流の酢酸濃度は、例えば40〜85質量%(好ましくは50〜85質量%)、さらに好ましくは50〜75質量%(例えば55〜75質量%)であり、ヨウ化メチル濃度は、例えば2〜50質量%(好ましくは5〜30質量%)、水濃度は、例えば0.2〜20質量%(好ましくは1〜15質量%)、酢酸メチル濃度は、例えば0.2〜50質量%(好ましくは2〜30質量%)である。本工程で生ずる残液流は、反応混合物に含まれていた触媒及び助触媒(ヨウ化メチル、ヨウ化リチウムなど)や、本工程では揮発せずに残存する水、酢酸メチル、酢酸、ギ酸及びプロピオン酸などを含み、ポンプ57を用い、連続的に蒸発槽2からライン18を通じて熱交換器2bへと導入される。熱交換器2bは、蒸発槽2からの残液流を冷却する。降温した残液流は、連続的に熱交換器2bからライン19を通じて反応槽1へと導入され、リサイクルされる。なお、ライン18とライン19とを併せて残液流リサイクルラインと称する。前記残液流の酢酸濃度は、例えば55〜90質量%、好ましくは60〜85質量%である。
蒸発槽2の底部及び/又は残液流リサイクルライン(ライン18及び/又はライン19)には、一酸化炭素含有ガスを導入するための一酸化炭素含有ガス導入ライン54を接続することが好ましい。蒸発槽2の下部に貯まる残液や、残液流リサイクルライン18,19(特にライン18)を通過する残液流に一酸化炭素を導入することにより、残液流中の一酸化炭素溶存量が増大して触媒の安定性が増し、触媒の沈降、蓄積を防止できる。導入する一酸化炭素含有ガス中の一酸化炭素の含有量は、例えば10質量%以上、好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、特に好ましくは60質量%以上である。
コンデンサ2aは、蒸発槽2からの蒸気流を、冷却して部分的に凝縮させることによって凝縮分とガス分とに分ける。凝縮分は、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド、ギ酸及びプロピオン酸などを含み、コンデンサ2aからライン22,23を通じて反応槽1へと導入され、リサイクルされる。ガス分は、例えば、一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、窒素、酸素、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含み、コンデンサ2aからライン20,15を通じてスクラバーシステム8へと供給される。上述の反応工程での酢酸の生成反応は発熱反応であるところ、反応混合物に蓄積する熱の一部は、蒸発工程(フラッシュ工程)において、反応混合物から生じた蒸気に移行する。この蒸気のコンデンサ2aでの冷却によって生じた凝縮分が反応槽1へとリサイクルされる。すなわち、この酢酸製造装置においては、メタノールのカルボニル化反応で生じる熱がコンデンサ2aにて効率よく除去されることとなる。
蒸留塔3は、第1蒸留工程を行うためのユニットであり、本実施形態ではいわゆる脱低沸塔に位置付けられる。第1蒸留工程は、蒸留塔3に連続的に導入される蒸気流を蒸留処理して低沸成分を分離除去する工程である。より具体的には、第1蒸留工程では、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。蒸留塔3は、例えば、棚段塔及び充填塔などの精留塔よりなる。蒸留塔3として棚段塔を採用する場合、その理論段は例えば5〜50段であり、還流比は理論段数に応じて例えば0.5〜3000である。蒸留塔3の内部において、塔頂圧力は例えば80〜160kPa(ゲージ圧)に設定され、塔底圧力は、塔頂圧力より高く、例えば85〜180kPa(ゲージ圧)に設定される。蒸留塔3の内部において、塔頂温度は、例えば、設定塔頂圧力での酢酸の沸点より低い温度であって90〜130℃に設定され、塔底温度は、例えば、設定塔底圧力での酢酸の沸点以上の温度であって120〜160℃に設定される。
蒸留塔3に対しては、蒸発槽2からの蒸気流がライン21を通じて連続的に導入され、蒸留塔3の塔頂部からは、オーバーヘッド流としての蒸気がライン24に連続的に抜き取られる。蒸留塔3の塔底部からは、缶出液がライン25に連続的に抜き取られる。3bはリボイラーである。蒸留塔3における塔頂部と塔底部との間の高さ位置からは、側流としての酢酸流(第1酢酸流;液体)がライン27より連続的に抜き取られる。
蒸留塔3の塔頂部から抜き取られる蒸気は、酢酸よりも沸点の低い成分(低沸点成分)を蒸留塔3からの上記缶出液及び側流と比較して多く含み、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含む。この蒸気には酢酸も含まれる。このような蒸気は、ライン24を通じてコンデンサ3aへと連続的に導入される。
コンデンサ3aは、蒸留塔3からの蒸気を、冷却して部分的に凝縮させることによって凝縮分とガス分とに分ける。凝縮分は、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含み、コンデンサ3aからライン28を通じてデカンタ4へと連続的に導入される。デカンタ4に導入された凝縮分は水相(上相)と有機相(ヨウ化メチル相;下相)とに分液される。水相には、水と、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などが含まれる。有機相には、例えば、ヨウ化メチルと、例えば、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などが含まれる。本実施形態では、水相の一部はライン29を通じて蒸留塔3に還流され、水相の他の一部は、ライン29,30,23を通じて反応槽1に導入されてリサイクルされる。有機相の一部はライン31,23を通じて反応槽1に導入されてリサイクルされる。有機相の他の一部、及び/又は、水相の他の一部は、ライン31,50、及び/又は、ライン30,51を通じてアセトアルデヒド分離除去システム9に導入される。
本発明では、水、酢酸(AC)、ヨウ化メチル(MeI)及びアセトアルデヒド(AD)を少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程(例えばデカンタ4での分液)における水相中のアセトアルデヒド濃度、有機相中のアセトアルデヒド濃度、水相中の酢酸メチル濃度、有機相中の酢酸メチル濃度、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和、分液時の温度(液温)、下記式で求められるアセトアルデヒド分配率(AD分配率)、又は下記式で求められる酢酸メチル分配率(MA分配率)に基づいて、アセトアルデヒド分離除去工程に供すべき相が定められる。別の側面では、有機相をアセトアルデヒド分離除去工程に供する際の好適な分液条件、及び水相をアセトアルデヒド分離除去工程に供する際の好適な分液条件が示される。
AD分配率={水相のAD濃度(質量%)}/{有機相のAD濃度(質量%)}
MA分配率={水相のMA濃度(質量%)}/{有機相のMA濃度(質量%)}
前記本発明の製造方法1及び2では、前記分液工程が下記(i)〜(v)のうち少なくとも1つの条件を満たしており、前記有機相の少なくとも一部が前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理される。
(i)水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である
(ii)分液時の温度が−5℃以上である
(iii)水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4質量%以上である
(iv)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が4.1以下である
(v)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.53以下である
前記(i)において、水相中のアセトアルデヒド濃度は、例えば0.045〜35質量%、好ましくは0.15〜10質量%、さらに好ましくは0.2〜2.0質量%である。また、有機相中のアセトアルデヒド濃度は、例えば0.013〜30質量%、好ましくは0.05〜5.0質量%、さらに好ましくは0.1〜1.0質量%である。前記(i)においては、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、且つ、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上であることが好ましい。前記(i)において、分液に供される液(以下、「分液工程供給液」と称する場合がある;例えばデカンタ4に供給される液)中のアセトアルデヒド濃度は、例えば0.026質量%以上(例えば0.026〜32質量%)、好ましくは0.10〜8.0質量%、さらに好ましくは0.15〜1.8質量%である。なお、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%未満の場合や、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%未満の場合は、AD分配率が大きな値になるため、有機相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは極めて小さい。
前記(ii)において、分液時の温度(液温)は、−5℃以上(例えば−5℃〜90℃)、好ましくは0℃以上(例えば0〜90℃)、さらに好ましくは10℃以上(例えば10〜90℃)、特に好ましくは70℃より高い温度(例えば70℃超90℃以下)である。なお、分液時の温度(液温)が−5℃未満の場合は、AD分配率が例えば4.3を超えるので、有機相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは極めて小さい。
前記(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度は、例えば1.2〜15質量%、好ましくは2.5〜12質量%、さらに好ましくは6.0〜11質量%である。また、有機相中の酢酸メチル濃度は、例えば2.2〜60質量%、好ましくは5.8〜48質量%、さらに好ましくは19〜42質量%である。前記(iii)においては、水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、且つ、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上であることが好ましい。また、水相中の酢酸メチル濃度(質量%)と有機相中の酢酸メチル濃度(質量%)の和は、例えば3.4〜75質量%、好ましくは8.3〜60質量%(例えば10〜40質量%)、さらに好ましくは25〜53質量%である。前記(iii)の場合、分液工程供給液(例えばデカンタ4に供給される液)中の酢酸メチル濃度は、例えば2.0〜50質量%、好ましくは5.0〜38質量%、さらに好ましくは15〜31質量%である。なお、水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%未満の場合や、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%未満の場合や、水相中の酢酸メチル濃度(質量%)と有機相中の酢酸メチル濃度(質量%)の和が3.4質量%未満の場合は、AD分配率が大きな値になるため、有機相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは小さい。
前記(iv)において、AD分配率は、4.1以下(例えば0.5〜4.1)、好ましくは3.35以下(例えば0.6〜3.35)、より好ましくは1.5未満(例えば0.7以上1.5未満)、さらに好ましくは1.1未満(例えば0.8以上1.1未満)である。AD分配率が4.1を超える場合は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が極めて低いので、有機相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは極めて小さい。有機相の脱アセトアルデヒド処理に最も好適なAD分配率(1.1未満)にする方法としては、例えば、水相中のアセトアルデヒド濃度を28.1質量%超にする、有機相中のアセトアルデヒド濃度を24.8質量%超にする、分液工程供給液中のアセトアルデヒド濃度を26.0質量%超にする、分液時の温度を70℃超にする、水相中の酢酸メチル濃度を12.0質量%超にする、有機相中の酢酸メチル濃度を47.6質量%超にする、分液工程供給液中の酢酸メチル濃度を38.2質量%超にするなどがある。
前記(v)において、MA分配率は、0.53以下(例えば0.15〜0.53)、好ましくは0.44以下(例えば0.20〜0.44)、さらに好ましくは0.25未満(例えば0.20以上0.25未満)である。水相と有機相への酢酸メチル(MA)の分配割合は、温度、組成(水、ヨウ化メチルのほか、酢酸などの成分も含む)により変化し、これもアセトアルデヒド分配率制御の指針となる。
本発明の製造方法1及び2では、前記分液工程が(i)〜(v)のうち少なくとも1つの条件を満たせばよいが、上記条件のうち2以上を同時に満たしてもよい。同時に満たすことが好ましい2以上の条件の組み合わせとして、(i)と(ii)、(i)と(iii)、(i)と(iv)、(i)と(v)、(ii)と(iii)、(ii)と(iv)、(ii)と(v)、(iii)と(iv)、(iii)と(v)、(iv)と(v)、(i)と(ii)と(iii)、(i)と(ii)と(iv)、(i)と(ii)と(v)、(i)と(iii)と(iv)、(i)と(iii)と(v)、(i)と(iv)と(v)、(ii)と(iii)と(iv)、(ii)と(iii)と(v)、(ii)と(iv)と(v)、(iii)と(iv)と(v)、(i)と(ii)と(iii)と(iv)、(i)と(ii)と(iii)と(v)、(i)と(iii)と(iv)と(v)、(ii)と(iii)と(iv)と(v)、及び(i)と(ii)と(iii)と(iv)と(v)の組み合わせが挙げられる。なかでも、少なくとも(i)、(ii)及び(iii)を同時に満たすこと、少なくとも(i)、(ii)、(iii)及び(iv)を同時に満たすこと、あるいは、(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の全てを同時に満たすことが特に好ましい。
一方、前記本発明の製造方法3及び4では、前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち少なくとも1つの条件を満たしており、前記水相の少なくとも一部が前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理される。
(vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
(vii)分液時の温度が70℃以下である
(viii)水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が59.6質量%以下である
(ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1以上である
(x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25以上である
前記(vi)において、水相中のアセトアルデヒド濃度は、例えば0.045〜28.1質量%、好ましくは0.098〜10質量%、さらに好ましくは0.098〜3.0質量%、特に好ましくは0.098〜1.0質量%(例えば0.15〜0.9質量%)である。また、有機相中のアセトアルデヒド濃度は、例えば0.013〜24.8質量%、好ましくは0.030〜2.0質量%、さらに好ましくは0.030〜0.50質量%、特に好ましくは0.030〜0.24質量%である。前記(vi)においては、水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、且つ、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下であることが好ましい。前記(vi)において、分液工程供給液(例えばデカンタ4に供給される液)中のアセトアルデヒド濃度は、例えば26.0質量%以下(例えば0.026〜26.0質量%)、好ましくは0.057〜10質量%、さらに好ましくは0.057〜3.0質量%、特に好ましくは0.057〜1.0質量%(例えば0.057〜0.42質量%)である。なお、水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%を超える場合や、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%を超える場合は、AD分配率が小さくなる(例えば1.1を下回る)ので、アセトアルデヒドの回収量と、耐食性の極めて高い高価な装置を使用する必要性とを比較考量すると、水相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは極めて小さい。
前記(vii)において、分液時の温度(液温)は、例えば−5℃〜70℃、好ましくは−5℃〜51℃、さらに好ましくは−5℃〜41℃(例えば−5℃〜31℃)である。なお。分液時の温度(液温)が70℃を超える場合は、AD分配率が非常に小さくなるので、水相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは極めて小さい。
前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度は、例えば1.2〜12.0質量%、好ましくは2.0〜12.0質量%、さらに好ましくは5.0〜12.0質量%(例えば6.0〜12.0質量%)である。また、有機相中の酢酸メチル濃度は、例えば2.2〜47.6質量%、好ましくは5.0〜42質量%、さらに好ましくは8.0〜35質量%(例えば10〜30質量%)である。前記(viii)においては、水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、且つ、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下であることが好ましい。また、水相中の酢酸メチル濃度(質量%)と有機相中の酢酸メチル濃度(質量%)の和は、例えば、59.6質量%以下(例えば4.2〜59.6質量%)、好ましくは10〜54質量%、さらに好ましくは14〜47質量%(例えば16〜42質量%)である。前記(viii)において、分液工程供給液(例えばデカンタ4に供給される液)中の酢酸メチル濃度は、例えば38.2質量%以下(例えば2.0〜38.2質量%)、好ましくは5.0〜31質量%、さらに好ましくは10〜25質量%である。なお、水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%を超える場合や、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%を超える場合や、水相中の酢酸メチル濃度(質量%)と有機相中の酢酸メチル濃度(質量%)の和が59.6質量%を超える場合は、AD分配率が例えば1.1を下回るので、前記と同様の理由から、水相をアセトアルデヒド分離除去工程で処理することのメリットは極めて小さい。
前記(ix)において、AD分配率は、例えば1.1〜8.0、好ましくは1.5〜6.0、さらに好ましくは1.9〜5.0である。AD分配率が1.1未満の場合は、水相中のアセトアルデヒド濃度が低いので、エネルギーが多く必要で装置も腐食しやすい水相の脱アセトアルデヒド処理を行うことは工業的に極めて不利であるが、AD分配率が1.1以上(好ましくは1.5以上、さらに好ましくは1.9以上)であれば、耐腐食性の高い装置を使用してもなおアセトアルデヒドの分離除去効率向上のメリットが大きい。
前記(x)において、MA分配率は、0.25以上(例えば0.25〜0.70)、好ましくは0.26以上(例えば0.26〜0.65)、さらに好ましくは0.28以上(例えば0.28〜0.60)である。上述したように、水相と有機相への酢酸メチル(MA)の分配割合は、温度、組成(水、ヨウ化メチルのほか、酢酸などの成分も含む)により変化し、これもアセトアルデヒド分配率制御の指針となる。
本発明の製造方法3及び4では、前記分液工程が(vi)〜(x)のうち少なくとも1つの条件を満たせばよいが、上記条件のうち2以上を同時に満たしてもよい。同時に満たすことが好ましい2以上の条件の組み合わせとして、(vi)と(vii)、(vi)と(viii)、(vi)と(ix)、(vi)と(x)、(vii)と(viii)、(vii)と(ix)、(vii)と(x)、(viii)と(ix)、(viii)と(x)、(ix)と(x)、(vi)と(vii)と(viii)、(vi)と(vii)と(ix)、(vi)と(vii)と(x)、(vi)と(viii)と(ix)、(vi)と(viii)と(x)、(vi)と(ix)と(x)、(vii)と(viii)と(ix)、(vii)と(viii)と(x)、(vii)と(ix)と(x)、(viii)と(ix)と(x)、(vi)と(vii)と(viii)と(ix)、(vi)と(vii)と(viii)と(x)、(vi)と(viii)と(ix)と(x)、(vii)と(viii)と(ix)と(x)、及び(vi)と(vii)と(viii)と(ix)と(x)の組み合わせが挙げられる。なかでも、少なくとも(vi)、(vii)及び(viii)を同時に満たすこと、少なくとも(vi)、(vii)、(viii)及び(ix)を同時に満たすこと、あるいは、(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全てを同時に満たすことが特に好ましい。
なお、水相及び有機相中のアセトアルデヒド濃度、酢酸メチル濃度は分液工程供給液の組成、及び分液時の温度によって定まる。分液工程供給液中のアセトアルデヒド濃度が高いほど、水相及び有機相中のアセトアルデヒド濃度は高くなり、分液工程供給液中の酢酸メチル濃度が高いほど、水相及び有機相中の酢酸メチル濃度は高くなる。なお、実施例で示されるように、分液時の温度が高くなるほど、アセトアルデヒドの有機相への分配割合が相対的に高くなる。そして、分液工程供給液中のアセトアルデヒド濃度及び酢酸メチル濃度は、例えば、反応槽1における反応条件、蒸発槽2における蒸発条件、蒸留塔3における蒸留条件によりコントロールできる。一般に、反応混合物中のアセトアルデヒド濃度、酢酸メチル濃度が高いほど、それぞれ、分液工程供給液中のアセトアルデヒド濃度、酢酸メチル濃度が高くなる。反応混合物中のアセトアルデヒド濃度は、反応系における反応温度、水素分圧、ヨウ化メチル濃度、水濃度、触媒濃度、ヨウ化リチウム濃度がそれぞれ高くなるほど増大し、CO分圧、酢酸メチル濃度がそれぞれ高くなるほど低下する傾向を示す(特開2006−182691号公報参照)。さらに、酢酸メチルは酢酸とメタノールのエステル化反応によって生成するので、反応混合物中の酢酸メチル濃度は、反応系における酢酸濃度、メタノール濃度がそれぞれ高いほど増大し、水濃度が高いほど低下する。このように、反応槽における反応条件、及び分液工程より前に行う蒸発工程や蒸留工程の操作条件を調節することにより、分液工程供給液の組成、ひいては水相及び有機相中のアセトアルデヒド濃度及び酢酸メチル濃度を調整することができる。
アセトアルデヒド分離除去システム9を用いたアセトアルデヒド分離除去工程では、前記の水、酢酸(AC)、ヨウ化メチル(MeI)及びアセトアルデヒド(AD)を少なくとも含むプロセス流に由来するアセトアルデヒドを分離除去する。アセトアルデヒドの分離除去方法としては公知の方法を用いることができる。例えば、蒸留、抽出又はこれらの組み合わせによりアセトアルデヒドを分離除去する。分離されたアセトアルデヒドはライン53を通じて装置外へ排出される。また、有機相及び/又は水相に含まれる有用成分(例えばヨウ化メチルなど)は、ライン52,23を通じて反応槽1へとリサイクルされて再利用される。
図2はアセトアルデヒド分離除去システムの一例を示す概略フロー図である。このフローによれば、例えば前記有機相をアセトアルデヒド分離除去工程にて処理する場合は、有機相をライン101を通じて蒸留塔(第1脱アセトアルデヒド塔)91に供給して蒸留し、アセトアルデヒドに富むオーバーヘッド流(ライン102)と、ヨウ化メチルに富む残液流(ライン103)とに分離する。前記オーバーヘッド流をコンデンサ91aにて凝縮させ、凝縮液の一部を蒸留塔91の塔頂部に還流させ(ライン104)、凝縮液の他の部分を抽出塔92に供給する(ライン105)。前記抽出塔92に供給された凝縮液はライン109から導入された水によって抽出処理される。抽出処理により得られた抽出液はライン107を通じて蒸留塔(第2脱アセトアルデヒド塔)93に供給して蒸留し、アセトアルデヒドに富むオーバーヘッド流(ライン112)と水に富む残液流(ライン113)とに分離する。そして、アセトアルデヒドに富むオーバーヘッド流をコンデンサ93aにて凝縮させ、凝縮液の一部を蒸留塔93の塔頂部に還流させ(ライン114)、凝縮液の他の部分は系外に排出する(ライン115)。また、第1脱アセトアルデヒド塔91の缶出液であるヨウ化メチルに富む残液流、抽出塔92で得られたヨウ化メチルに富むラフィネート(ライン108)、及び第2脱アセトアルデヒド塔93の缶出液である水に富む残液流は、それぞれ、ライン103,111,113を通じて反応槽1へリサイクルされるか、あるいはプロセスの適宜な箇所にリサイクルされ、再利用される。例えば、抽出塔92で得られたヨウ化メチルに富むラフィネートはライン110を通じて蒸留塔91にリサイクルすることができる。113の液は、通常、排水として外部に排出される。コンデンサ91a、93aで凝縮しなかったガス(ライン106,116)はスクラバーシステム8で吸収処理されるか、あるいは廃棄処分される。
また、図2のフローにより前記水相をアセトアルデヒド分離除去工程にて処理する場合は、例えば、水相をライン101を通じて蒸留塔(第1脱アセトアルデヒド塔)91に供給して蒸留し、アセトアルデヒドに富むオーバーヘッド流(ライン102)と、水に富む残液流(ライン103)とに分離する。前記オーバーヘッド流をコンデンサ91aにて凝縮させ、凝縮液の一部を蒸留塔91の塔頂部に還流させ(ライン104)、凝縮液の他の部分を抽出塔92に供給する(ライン105)。前記抽出塔92に供給された凝縮液はライン109から導入された水によって抽出処理される。抽出処理により得られた抽出液はライン107を通じて蒸留塔(第2脱アセトアルデヒド塔)93に供給して蒸留し、アセトアルデヒドに富むオーバーヘッド流(ライン112)と水に富む残液流(ライン113)とに分離する。そして、アセトアルデヒドに富むオーバーヘッド流をコンデンサ93aにて凝縮させ、凝縮液の一部を蒸留塔93の塔頂部に還流させ(ライン114)、凝縮液の他の部分は系外に排出する(ライン115)。また、第1脱アセトアルデヒド塔91の缶出液である水に富む残液流、抽出塔92で得られたヨウ化メチルに富むラフィネート(ライン108)、及び第2脱アセトアルデヒド塔93の缶出液である水に富む残液流は、それぞれ、ライン103,111,113を通じて反応槽1へリサイクルされるか、あるいはプロセスの適宜な箇所にリサイクルされ、再利用される。例えば、抽出塔92で得られたヨウ化メチルに富むラフィネートはライン110を通じて蒸留塔91にリサイクルすることができる。113の液は、通常、排水として外部に排出される。コンデンサ91a、93aで凝縮しなかったガス(ライン106,116)はスクラバーシステム8で吸収処理されるか、あるいは廃棄処分される。
前記の水、酢酸(AC)、ヨウ化メチル(MeI)及びアセトアルデヒド(AD)を少なくとも含むプロセス流に由来するアセトアルデヒドは、上記方法のほか、抽出蒸留を利用して分離除去することもできる。例えば、前記プロセス流を分液させて得られた有機相及び/又は水相(仕込液)を蒸留塔(抽出蒸留塔)に供給するとともに、蒸留塔内のヨウ化メチル及びアセトアルデヒドが濃縮される濃縮域(例えば、塔頂から仕込液供給位置までの空間)に抽出溶媒(通常、水)を導入し、前記濃縮域から降下する液(抽出液)を側流(サイドカット流)として抜き取り、この側流を水相と有機相とに分液させ、前記水相を蒸留することによりアセトアルデヒドを系外に排出することができる。なお、蒸留塔内に比較的多くの水が存在する場合は、前記抽出溶媒を蒸留塔に導入することなく、前記濃縮域から降下する液を側流として抜き取ってもよい。例えば、この蒸留塔に前記濃縮域から降下する液(抽出液)を受けることのできるユニット(チムニートレイなど)を配設し、このユニットで受けた液(抽出液)を側流として抜き取ることができる。抽出溶媒の導入位置は前記仕込液の供給位置よりも上方が好ましく、より好ましくは塔頂付近である。側流の抜き取り位置は、塔の高さ方向において、抽出溶媒の導入位置よりも下方であって、前記仕込液の供給位置よりも上方が好ましい。この方法によれば、抽出溶媒(通常、水)によって、ヨウ化メチルとアセトアルデヒドの濃縮物からアセトアルデヒドを高濃度に抽出できるとともに、抽出溶媒の導入部位とサイドカット部位との間を抽出域として利用するので、少量の抽出溶媒によりアセトアルデヒドを効率よく抽出できる。そのため、例えば、抽出蒸留による抽出液を蒸留塔(抽出蒸留塔)の塔底部から抜き取る方法と比較して蒸留塔の段数を大幅に低減できるとともに、蒸気負荷も低減できる。また、少量の抽出溶媒を用いて、上記図2の脱アセトアルデヒド蒸留と水抽出とを組み合わせる方法よりも、水抽出液中のアセトアルデヒドに対するヨウ化メチルの割合(MeI/AD比)を小さくできるので、ヨウ化メチルの系外へのロスを抑制できる条件でアセトアルデヒドを除去可能である。前記側流中のアセトアルデヒド濃度は、前記仕込液及び缶出液(塔底液)中のアセトアルデヒド濃度よりも格段に高い。また、前記側流中のヨウ化メチルに対するアセトアルデヒドの割合は、仕込液及び缶出液中のヨウ化メチルに対するアセトアルデヒドの割合よりも大きい。なお、前記側流を分液させて得られる有機相(ヨウ化メチル相)をこの蒸留塔にリサイクルしてもよい。この場合、前記側流を分液させて得られる有機相のリサイクル位置は、塔の高さ方向において前記側流抜き取り位置よりも下方が好ましく、前記仕込液の供給位置よりも上方が好ましい。また、前記プロセス流を分液させて得られた有機相を構成する成分(例えば酢酸メチルなど)に対する混和性溶媒をこの蒸留塔(抽出蒸留塔)に導入してもよい。前記混和性溶媒として、例えば、酢酸、酢酸エチルなどが挙げられる。前記混和性溶媒の導入位置は、塔の高さ方向において、前記側流抜き取り位置よりも下方が好ましく、前記仕込液の供給位置よりも上方が好ましい。また、前記混和性溶媒の導入位置は、上記側流を分液させて得られる有機相をこの蒸留塔にリサイクル場合はそのリサイクル位置よりも下方が好ましい。前記側流を分液させて得られる有機相を蒸留塔へリサイクルしたり、前記混和性溶媒を蒸留塔へ導入することにより、側流として抜き取られる抽出液中の酢酸メチル濃度を低下させることができ、前記抽出液を分液させて得られる水相中の酢酸メチル濃度を低減でき、もって水相へのヨウ化メチルの混入を抑制できる。
前記蒸留塔(抽出蒸留塔)の理論段は、例えば1〜100段、好ましくは2〜50段、さらに好ましくは3〜30段、特に好ましくは5〜20段であり、従来の脱アセトアルデヒドに用いる蒸留塔や抽出蒸留塔の80〜100段と比較して、少ない段数で効率よくアセトアルデヒドを分離除去できる。抽出溶媒の流量と仕込液(プロセス流を分液させて得られた有機相及び/又は水相)の流量との質量割合(前者/後者)は、0.0001/100〜100/100の範囲から選択してもよいが、通常、0.0001/100〜20/100、好ましくは0.001/100〜10/100、より好ましくは0.01/100〜8/100、さらに好ましくは0.1/100〜5/100である。前記蒸留塔(抽出蒸留塔)の塔頂温度は、例えば、15〜120℃、好ましくは20〜90℃、より好ましくは20〜80℃、さらに好ましくは25〜70℃である。塔頂圧力は、絶対圧力で、例えば0.1〜0.5MPa程度である。前記蒸留塔(抽出蒸留塔)の他の条件は、従来の脱アセトアルデヒドに用いる蒸留塔や抽出蒸留塔と同様であってもよい。
図3は上記の抽出蒸留を利用したアセトアルデヒド分離除去システムの一例を示す概略フロー図である。この例では、前記プロセス流を分液させて得られた有機相及び/又は水相(仕込液)を供給ライン201を通じて蒸留塔94の中段(塔頂と塔底との間の位置)に供給するとともに、塔頂付近より水をライン202を通じて導入し、蒸留塔94(抽出蒸留塔)内で抽出蒸留を行う。蒸留塔94の前記仕込液の供給位置より上方には、塔内のヨウ化メチル及びアセトアルデヒドが濃縮される濃縮域から降下する液(抽出液)を受けるためのチムニートレイ200が配設されている。この抽出蒸留においては、チムニートレイ200上の液を好ましくは全量抜き取り、ライン208を通じてデカンタ95に導入して分液させる。デカンタ95における水相(アセトアルデヒドを含む)をライン212を通じて冷却クーラー95aに導入して冷却し、水相に溶解していたヨウ化メチルを2相分離させ、デカンタ96にて分液させる。デカンタ96における水相をライン216を通じて蒸留塔97(脱アセトアルデヒド塔)に供給して蒸留し、塔頂の蒸気をライン217を通じてコンデンサ97aに導いて凝縮させ、凝縮液(主にアセトアルデヒド及びヨウ化メチル)の一部は蒸留塔97の塔頂に還流させ、残りは廃棄するか、あるいはライン220を通じて蒸留塔98(抽出蒸留塔)に供給する。蒸留塔98の塔頂付近から水をライン222を通じて導入し、抽出蒸留する。塔頂の蒸気はライン223を通じてコンデンサ98aに導いて凝縮させ、凝縮液(主にヨウ化メチル)の一部は塔頂部に還流させ、残りはライン226を通じて反応系にリサイクルするが、系外除去する場合もある。デカンタ95における有機相(ヨウ化メチル相)は、好ましくは全量をライン209,210を通じて蒸留塔94のチムニートレイ200の位置より下方にリサイクルする。デカンタ95の水相の一部、及びデカンタ96の有機相は、それぞれ、ライン213,210、ライン214,210を通じて蒸留塔94にリサイクルするが、リサイクルしない場合もある。デカンタ95の水相の一部は蒸留塔94における抽出溶媒(水)として利用してもよい。デカンタ96の水相の一部はライン210を通じて蒸留塔94にリサイクルしてもよい。場合により(例えば、前記仕込液中に酢酸メチルが含まれている場合など)、前記プロセス流を分液させて得られた有機相を構成する成分(例えば酢酸メチルなど)に対する混和性溶媒(酢酸、酢酸エチル等)をライン215を通じて蒸留塔94に仕込み、蒸留効率を向上させることもできる。混和性溶媒の蒸留塔94への供給位置は前記仕込液供給部(ライン201の接続部)よりも上方で且つリサイクルライン210の接続部よりも下方である。蒸留塔94の缶出液は反応系にリサイクルする。蒸留塔94の塔頂の蒸気はライン203を通じてコンデンサ94aに導いて凝縮させ、凝縮液をデカンタ99で分液させ、有機相はライン206を通じて蒸留塔94の塔頂部に還流させ、水相はライン207を通じてデカンタ95に導く。蒸留塔97の缶出液(水が主成分)や蒸留塔98(抽出蒸留塔)の缶出液(少量のアセトアルデヒドを含む水)は、それぞれライン218,224を通じて系外除去するか、反応系にリサイクルする。コンデンサ94a、97a,98aで凝縮しなかったガス(ライン211,221,227)はスクラバーシステム8で吸収処理されるか、あるいは廃棄処分される。
図4は上記の抽出蒸留を利用したアセトアルデヒド分離除去システムの他の例を示す概略フロー図である。この例では、蒸留塔94の塔頂の蒸気の凝縮液をホールドタンク100に導き、その全量をライン206を通じて蒸留塔94の塔頂部に還流する。これ以外は図3の例と同様である。
図5は上記の抽出蒸留を利用したアセトアルデヒド分離除去システムのさらに他の例を示す概略フロー図である。この例では、チムニートレイ200上の液を全量抜き取り、ライン208を通じて、デカンタ95を経ることなく、直接冷却クーラー95aに導入して冷却し、デカンタ96に供給する。これ以外は図4の例と同様である。
前記図1において、コンデンサ3aで生じるガス分は、例えば、一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、窒素、酸素、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含み、コンデンサ3aからライン32,15を通じてスクラバーシステム8へと供給される。スクラバーシステム8に至ったガス分中のヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などは、スクラバーシステム8にて吸収液に吸収される。ヨウ化水素は吸収液中のメタノール又は酢酸メチルとの反応によってヨウ化メチルが生じる。そして、当該ヨウ化メチル等の有用成分を含有する液分がスクラバーシステム8からリサイクルライン48,23を通じて反応槽1へとリサイクルされて再利用される。
蒸留塔3の塔底部から抜き取られる缶出液は、酢酸よりも沸点の高い成分(高沸点成分)を蒸留塔3からの上記のオーバーヘッド流及び側流と比較して多く含み、例えば、プロピオン酸、並びに、飛沫同伴の上述の触媒や助触媒を含む。この缶出液には、酢酸、ヨウ化メチル、酢酸メチル、及び水なども含まれる。本実施形態では、このような缶出液の一部は、ライン25,26を通じて蒸発槽2へと連続的に導入されてリサイクルされ、缶出液の他の一部は、ライン25,23を通じて反応槽1へと連続的に導入されてリサイクルされる。
蒸留塔3から側流として連続的に抜き取られる第1酢酸流は、蒸留塔3に連続的に導入される蒸気流よりも酢酸が富化されている。すなわち、第1酢酸流の酢酸濃度は前記蒸気流の酢酸濃度よりも高い。第1酢酸流の酢酸濃度は、例えば90〜99.9質量%、好ましくは93〜99質量%である。また、第1酢酸流は、酢酸に加えて、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド、ギ酸及びプロピオン酸などを含みうる。第1酢酸流において、ヨウ化メチル濃度は、例えば8質量%以下(例えば0.1〜8質量%)、好ましくは0.2〜5質量%、水濃度は、例えば8質量%以下(例えば0.1〜8質量%)、好ましくは0.2〜5質量%、酢酸メチル濃度は、例えば8質量%以下(例えば0.1〜8質量%)、好ましくは0.2〜5質量%である。なお、蒸留塔3に対するライン27の連結位置は、蒸留塔3の高さ方向において、図示されているように、蒸留塔3に対するライン21の連結位置より上方であってもよいが、蒸留塔3に対するライン21の連結位置より下方であってもよいし、蒸留塔3に対するライン21の連結位置と同じであってもよい。蒸留塔3からの第1酢酸流は、所定の流量で連続的に、ライン27を通じて次の蒸留塔5へと導入される。なお、蒸留塔3の側流として抜き取られる第1酢酸流や、蒸留塔3の塔底液あるいは蒸留塔3の塔底部の蒸気の凝縮液は、そのまま製品酢酸としてもよく、また、蒸留塔5を経ずに、蒸留塔6に直接連続的に導入することもできる。
ライン27を通流する第1酢酸流に、ライン55(水酸化カリウム導入ライン)を通じて、水酸化カリウムを供給ないし添加することができる。水酸化カリウムは、例えば水溶液等の溶液として供給ないし添加できる。第1酢酸流に対する水酸化カリウムの供給ないし添加によって第1酢酸流中のヨウ化水素を減少できる。具体的には、ヨウ化水素は水酸化カリウムと反応してヨウ化カリウムと水が生じる。そのことによって、ヨウ化水素に起因する蒸留塔等の装置の腐食を低減できる。なお、水酸化カリウムは本プロセスにおいてヨウ化水素が存在する適宜な場所に供給ないし添加することができる。なお、プロセス中に添加された水酸化カリウムは酢酸とも反応して酢酸カリウムを生じさせる。
蒸留塔5は、第2蒸留工程を行うためのユニットであり、本実施形態ではいわゆる脱水塔に位置付けられる。第2蒸留工程は、蒸留塔5に連続的に導入される第1酢酸流を蒸留処理して酢酸を更に精製するための工程である。蒸留塔5は、例えば、棚段塔及び充填塔などの精留塔よりなる。蒸留塔5として棚段塔を採用する場合、その理論段は例えば5〜50段であり、還流比は理論段数に応じて例えば0.2〜3000である。第2蒸留工程にある蒸留塔5の内部において、塔頂圧力は例えば150〜250kPa(ゲージ圧)に設定され、塔底圧力は、塔頂圧力より高く、例えば160〜290kPa(ゲージ圧)に設定される。第2蒸留工程にある蒸留塔5の内部において、塔頂温度は、例えば、設定塔頂圧力での水の沸点より高く且つ酢酸の沸点より低い温度であって130〜160℃に設定され、塔底温度は、例えば、設定塔底圧力での酢酸の沸点以上の温度であって150〜175℃に設定される。
蒸留塔5の塔頂部からは、オーバーヘッド流としての蒸気がライン33に連続的に抜き取られる。蒸留塔5の塔底部からは、缶出液がライン34に連続的に抜き取られる。5bはリボイラーである。蒸留塔5における塔頂部と塔底部との間の高さ位置から、側流(液体又は気体)がライン34に連続的に抜き取られてもよい。
蒸留塔5の塔頂部から抜き取られる蒸気は、酢酸よりも沸点の低い成分(低沸点成分)を蒸留塔5からの上記の缶出液と比較して多く含み、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含む。このような蒸気は、ライン33を通じてコンデンサ5aへと連続的に導入される。
コンデンサ5aは、蒸留塔5からの蒸気を、冷却して部分的に凝縮させることによって凝縮分とガス分とに分ける。凝縮分は、例えば水及び酢酸などを含む。凝縮分の一部は、コンデンサ5aからライン35を通じて蒸留塔5へと連続的に還流される。凝縮分の他の一部は、コンデンサ5aからライン35,36,23を通じて反応槽1へと連続的に導入され、リサイクルされる。また、コンデンサ5aで生じるガス分は、例えば一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、窒素、酸素、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含み、コンデンサ5aからライン37,15を通じてスクラバーシステム8へと供給される。スクラバーシステム8に至ったガス分中のヨウ化水素は、スクラバーシステム8にて吸収液に吸収され、吸収液中のヨウ化水素とメタノール又は酢酸メチルとの反応によってヨウ化メチルが生じ、そして、当該ヨウ化メチル等の有用成分を含有する液分がスクラバーシステム8からリサイクルライン48,23を通じて反応槽1へとリサイクルされて再利用される。
蒸留塔5の塔底部から抜き取られる缶出液(あるいは側流)は、酢酸よりも沸点の高い成分(高沸点成分)を蒸留塔5からの上記のオーバーヘッド流と比較して多く含み、例えば、プロピオン酸、酢酸カリウム(ライン27等に水酸化カリウムを供給した場合)、並びに、飛沫同伴の上述の触媒や助触媒などを含む。この缶出液には酢酸も含まれうる。このような缶出液は、ライン34を通じて、第2酢酸流をなして次の蒸留塔6に連続的に導入されることとなる。
第2酢酸流は、蒸留塔5に連続的に導入される第1酢酸流よりも酢酸が富化されている。すなわち、第2酢酸流の酢酸濃度は第1酢酸流の酢酸濃度よりも高い。第2酢酸流の酢酸濃度は、第1酢酸流の酢酸濃度より高い限りにおいて、例えば99.1〜99.99質量%である。また、第2酢酸流は、上記のように、酢酸に加えて、例えば、プロピオン酸、ヨウ化水素などを含みうる。本実施形態では、側流を抜き取る場合、蒸留塔5からの側流の抜き取り位置は、蒸留塔5の高さ方向において、蒸留塔5への第1酢酸流の導入位置よりも低い。
ライン34を通流する第2酢酸流に、ライン56(水酸化カリウム導入ライン)を通じて、水酸化カリウムを供給ないし添加することができる。水酸化カリウムは、例えば水溶液等の溶液として供給ないし添加できる。第2酢酸流に対する水酸化カリウムの供給ないし添加によって第2酢酸流中のヨウ化水素を減少できる。具体的には、ヨウ化水素は水酸化カリウムと反応してヨウ化カリウムと水が生じる。そのことによって、ヨウ化水素に起因する蒸留塔等の装置の腐食を低減できる。
蒸留塔6は、第3蒸留工程を行うためのユニットであり、本実施形態ではいわゆる脱高沸塔に位置付けられる。第3蒸留工程は、蒸留塔6に連続的に導入される第2酢酸流を精製処理して酢酸を更に精製するための工程である。蒸留塔6は、例えば、棚段塔及び充填塔などの精留塔よりなる。蒸留塔6として棚段塔を採用する場合、その理論段は例えば5〜50段であり、還流比は理論段数に応じて例えば0.2〜3000である。第3蒸留工程にある蒸留塔6の内部において、塔頂圧力は例えば−100〜150kPa(ゲージ圧)に設定され、塔底圧力は、塔頂圧力より高く、例えば−90〜180kPa(ゲージ圧)に設定される。第3蒸留工程にある蒸留塔6の内部において、塔頂温度は、例えば、設定塔頂圧力での水の沸点より高く且つ酢酸の沸点より低い温度であって50〜150℃に設定され、塔底温度は、例えば、設定塔底圧力での酢酸の沸点より高い温度であって70〜160℃に設定される。
蒸留塔6の塔頂部からは、オーバーヘッド流としての蒸気がライン38に連続的に抜き取られる。蒸留塔6の塔底部からは、缶出液がライン39に連続的に抜き取られる。6bはリボイラーである。蒸留塔6における塔頂部と塔底部との間の高さ位置からは、側流(液体又は気体)がライン46に連続的に抜き取られる。蒸留塔6の高さ方向において、蒸留塔6に対するライン46の連結位置は、図示されているように、蒸留塔6に対するライン34の連結位置より上方であってもよいが、蒸留塔6に対するライン34の連結位置より下方であってもよいし、蒸留塔6に対するライン34の連結位置と同じであってもよい。
蒸留塔6の塔頂部から抜き取られる蒸気は、酢酸よりも沸点の低い成分(低沸点成分)を蒸留塔6からの上記の缶出液と比較して多く含み、酢酸のほか、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、ジメチルエーテル、メタノール及びギ酸などを含む。このような蒸気は、ライン38を通じてコンデンサ6aへと連続的に導入される。
コンデンサ6aは、蒸留塔6からの蒸気を、冷却して部分的に凝縮させることによって凝縮分とガス分とに分ける。凝縮分は、酢酸のほか、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、ジメチルエーテル、メタノール及びギ酸などを含む。凝縮分の少なくとも一部については、コンデンサ6aからライン40を通じて蒸留塔6へと連続的に還流される。凝縮分の一部(留出分)については、コンデンサ6aからライン40,41,42を通じて、蒸留塔5へと導入される前のライン27中の第1酢酸流へとリサイクルすることが可能である。これと共に或はこれに代えて、凝縮分の一部(留出分)については、コンデンサ6aからライン40,41,43を通じて、蒸留塔3へと導入される前のライン21中の蒸気流へとリサイクルすることが可能である。また、凝縮分の一部(留出分)については、コンデンサ6aからライン40,44,23を通じて、反応槽1へリサイクルしてもよい。さらに、コンデンサ6aからの留出分の一部については、前述したように、スクラバーシステム8へと供給して当該システム内で吸収液として使用することが可能である。スクラバーシステム8では、有用分を吸収した後のガス分は装置外に排出され、そして、有用成分を含む液分がスクラバーシステム8からリサイクルライン48,23を通じて反応槽1へと導入ないしリサイクルされて再利用される。加えて、コンデンサ6aからの留出分の一部については、装置内で稼働する各種ポンプ(図示略)へと図外のラインを通じて導いて当該ポンプのシール液として使用してもよい。更に加えて、コンデンサ6aからの留出分の一部については、ライン40に付設される抜き取りラインを通じて、定常的に装置外へ抜き取ってもよいし、非定常的に必要時において装置外へ抜き取ってもよい。凝縮分の一部(留出分)が蒸留塔6での蒸留処理系から除かれる場合、その留出分の量(留出量)は、コンデンサ6aで生ずる凝縮液の例えば0.01〜30質量%であり、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.3〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。一方、コンデンサ6aで生じるガス分は、例えば、一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、窒素、酸素、ヨウ化メチル、ヨウ化水素、水、酢酸メチル、酢酸、ジメチルエーテル、メタノール、アセトアルデヒド及びギ酸などを含み、コンデンサ6aからライン45,15を通じてスクラバーシステム8へと供給される。
蒸留塔6の塔底部からライン39を通じて抜き取られる缶出液は、酢酸よりも沸点の高い成分(高沸点成分)を蒸留塔6からの上記のオーバーヘッド流と比較して多く含み、例えばプロピオン酸、酢酸カリウム(ライン34等に水酸化カリウムを供給した場合)などを含む。また、蒸留塔6の塔底部からライン39を通じて抜き取られる缶出液は、この酢酸製造装置の構成部材の内壁で生じて遊離した金属などの腐食金属等、及び腐食性ヨウ素に由来するヨウ素と当該腐食金属等との化合物も含む。このような缶出液は、本実施形態では酢酸製造装置外に排出される。
蒸留塔6からライン46に連続的に抜き取られる側流は、第3酢酸流として、次のイオン交換樹脂塔7に連続的に導入されることとなる。この第3酢酸流は、蒸留塔6に連続的に導入される第2酢酸流よりも酢酸が富化されている。すなわち、第3酢酸流の酢酸濃度は第2酢酸流の酢酸濃度よりも高い。第3酢酸流の酢酸濃度は、第2酢酸流の酢酸濃度より高い限りにおいて、例えば99.8〜99.999質量%である。本実施形態では、蒸留塔6からの側流の抜き取り位置は、蒸留塔6の高さ方向において、蒸留塔6への第2酢酸流の導入位置よりも高い。他の実施形態では、蒸留塔6からの側流の抜き取り位置は、蒸留塔6の高さ方向において、蒸留塔6への第2酢酸流の導入位置と同じかそれよりも低い。なお、蒸留塔6は、単蒸留器(蒸発器)でも代用可能であり、また、蒸留塔5で不純物除去を十分に行えば、蒸留塔6は省略できる。
イオン交換樹脂塔7は、吸着除去工程を行うための精製ユニットである。この吸着除去工程は、イオン交換樹脂塔7に連続的に導入される第3酢酸流に微量含まれる主にヨウ化アルキル(ヨウ化ヘキシルやヨウ化デシルなど)を吸着除去して酢酸を更に精製するための工程である。イオン交換樹脂塔7においては、ヨウ化アルキルに対する吸着能を有するイオン交換樹脂が塔内に充填されてイオン交換樹脂床をなす。そのようなイオン交換樹脂としては、例えば、交換基たるスルホン酸基、カルボキシル基、ホスホン酸基等における脱離性のプロトンの一部が銀や銅などの金属で置換された陽イオン交換樹脂を挙げることができる。吸着除去工程では、例えばこのようなイオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔7の内部を第3酢酸流(液体)が通流し、その通流過程において、第3酢酸流中のヨウ化アルキル等の不純物がイオン交換樹脂に吸着されて第3酢酸流から除去される。吸着除去工程にあるイオン交換樹脂塔7において、内部温度は例えば18〜100℃であり、酢酸流の通液速度[樹脂容積1m3当たりの酢酸処理量(m3/h)]は、例えば3〜15m3/h・m3(樹脂容積)である。
イオン交換樹脂塔7の下端部からライン47へと第4酢酸流が連続的に導出される。第4酢酸流の酢酸濃度は第3酢酸流の酢酸濃度よりも高い。すなわち、第4酢酸流は、イオン交換樹脂塔7に連続的に導入される第3酢酸流よりも酢酸が富化されている。第4酢酸流の酢酸濃度は、第3酢酸流の酢酸濃度より高い限りにおいて例えば99.9〜99.999質量%又はそれ以上である。本製造方法においては、この第4酢酸流を図外の製品タンクに貯留することができる。
この酢酸製造装置においては、イオン交換樹脂塔7からの上記の第4酢酸流を更に精製するための精製ユニットとして、蒸留塔であるいわゆる製品塔ないし仕上塔が設けられてもよい。そのような製品塔が設けられる場合、当該製品塔は、例えば、棚段塔及び充填塔などの精留塔よりなる。製品塔として棚段塔を採用する場合、その理論段は例えば5〜50段であり、還流比は理論段数に応じて例えば0.5〜3000である。精製工程にある製品塔の内部において、塔頂圧力は例えば−195〜150kPa(ゲージ圧)に設定され、塔底圧力は、塔頂圧力より高く、例えば−190〜180kPa(ゲージ圧)に設定される。製品塔の内部において、塔頂温度は、例えば、設定塔頂圧力での水の沸点より高く且つ酢酸の沸点より低い温度であって50〜150℃に設定され、塔底温度は、例えば、設定塔底圧力での酢酸の沸点より高い温度であって70〜160℃に設定される。なお、製品塔ないし仕上塔は、単蒸留器(蒸発器)でも代用可能である。
製品塔を設ける場合、イオン交換樹脂塔7からの第4酢酸流(液体)の全部又は一部が、製品塔に対して連続的に導入される。そのような製品塔の塔頂部からは、微量の低沸点成分(例えば、ヨウ化メチル、水、酢酸メチル、ジメチルエーテル、クロトンアルデヒド、アセトアルデヒド及びギ酸など)を含むオーバーヘッド流としての蒸気が連続的に抜き取られる。この蒸気は、所定のコンデンサにて凝縮分とガス分とに分けられる。凝縮分の一部は製品塔へと連続的に還流され、凝縮分の他の一部は反応槽1へとリサイクルされるか、系外に廃棄されるか、あるいはその両方であってもよく、ガス分はスクラバーシステム8へと供給される。製品塔の塔底部からは、微量の高沸点成分を含む缶出液が連続的に抜き取られ、この缶出液は、例えば蒸留塔6へ導入される前のライン34中の第2酢酸流へとリサイクルされる。製品塔における塔頂部と塔底部との間の高さ位置からは、側流(液体)が第5酢酸流として連続的に抜き取られる。製品塔からの側流の抜き取り位置は、製品塔の高さ方向において、例えば、製品塔への第4酢酸流の導入位置よりも低い。第5酢酸流は、製品塔に連続的に導入される第4酢酸流よりも酢酸が富化されている。すなわち、第5酢酸流の酢酸濃度は第4酢酸流の酢酸濃度よりも高い。第5酢酸流の酢酸濃度は、第4酢酸流の酢酸濃度より高い限りにおいて例えば99.9〜99.999質量%又はそれ以上である。この第5酢酸流は、例えば、図外の製品タンクに貯留される。なお、イオン交換樹脂塔7は、蒸留塔6の下流に設置する代わりに(又はそれに加えて)、製品塔の下流に設置し、製品塔出の酢酸流を処理してもよい。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、「AD」はアセトアルデヒド、「MeI」はヨウ化メチル、「MA」は酢酸メチル、「AC」は酢酸を示す。水相及び有機相中の各成分濃度の測定は、水以外の成分についてはガスクロマトグラフィーにより、水についてはカールフィッシャー水分測定装置により行った。水相と有機相へのAD分配率、及び水相と有機相へのMA分配率は下記式により求めた。
AD分配率={水相のAD濃度(質量%)}/{有機相のAD濃度(質量%)}
MA分配率={水相のMA濃度(質量%)}/{有機相のMA濃度(質量%)}
実施例1〜10
実施例1〜10は、図6に示す加圧系対応の液液平衡測定装置300を用い、分液工程に供する仕込液(分液工程供給液)中のAD濃度を変化させ、水相及び有機相中の各成分濃度とAD分配率を調べた実験である。図6において、301は耐圧ガラス容器(内容積100cc)、302はスターラーチップ(ラグビーボール状)、303は下相抜き取り管、304は上相抜き取り管、305は温度計、306はマグネットスターラー、307はウォーターバス、308は温調器、309は温度計、310は下相サンプリング管、311は上相サンプリング管、312は圧力計、313は圧力調整弁、314、315、316及び317はバルブ、318は安全弁、319は下相抜き取りライン、320は上相抜き取りライン、321は窒素ガス導入ライン、322は放圧ライン、323は排気ラインである。点線は液面又は界面を示す。
耐圧ガラス容器301に、表1の「実仕込量」の欄に示す量のAD、MeI及び水を仕込み、スターラーチップ302を入れて蓋をし、内部を窒素で置換した後、ウォーターバス307で表1の「温度」の欄に示す温度に調節し、300rpmで30分撹拌した。撹拌を停止した後、10分放置し、完全に分液させた後、水相と有機相(ヨウ化メチル相)を別々にサンプリング管311及び310にサンプリングして、それぞれ、AD、MeI、及び水の濃度を測定するとともに、AD分配率を求めた。結果を表1に示す。
実施例11〜15
実施例11〜15は、仕込液中のAD濃度を一定とし、分液工程の温度(液温)を変化させた時の水相及び有機相中の各成分濃度とAD分配率とを調べた実験である。
耐圧ガラス容器301に仕込むAD、MeI及び水の仕込量及び温度を表1に示す値とし、実施例1〜10と同様の操作を行い、水相及び有機相における各成分濃度を測定するとともに、AD分配率を求めた。結果を表1に示す。
実施例16〜21
実施例16〜21は、仕込液中のAD濃度及びMA濃度を一定とし、分液工程の温度(液温)変化させた時の水相及び有機相中の各成分濃度とAD分配率及びMA分配率を調べた実験である。
耐圧ガラス容器301に仕込むAD、MeI、MA及び水の仕込量及び温度を表2に示す値とし、実施例1〜10と同様の操作を行い、水相及び有機相における各成分濃度を測定するとともに、AD分配率及びMA分配率を求めた。結果を表2に示す。
実施例22〜26
実施例22〜26は、仕込液中のMA濃度を変化させ、水相及び有機相中の各成分濃度とAD分配率及びMA分配率を調べた実験である。
耐圧ガラス容器301に仕込むAD、MeI、MA及び水の仕込量及び温度を表2に示す値とし、実施例1〜10と同様の操作を行い、水相及び有機相における各成分濃度を測定するとともに、AD分配率及びMA分配率を求めた。結果を表2に示す。
参考例1〜2
参考例1〜2は、仕込液中のAC濃度を変化させ、水相及び有機相中の各成分濃度とAD分配率とを調べた実験である。
耐圧ガラス容器301に仕込むAD、MeI、水及びACの仕込量及び温度を表2に示す値とし、実施例1〜10と同様の操作を行い、水相及び有機相における各成分濃度を測定するとともに、AD分配率を求めた。結果を表2に示す。
Figure 0006481040
Figure 0006481040
[結果の考察]
実施例1〜10の結果から、仕込液中のAD濃度が高く、水相、有機相のAD濃度が高くなるほど、AD分配率が小さくなり、ADの有機相への分配割合が相対的に高くなる傾向となることが分かる。すなわち、アセトアルデヒドの除去効率の点から、水相、有機相のAD濃度が高い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは大きいが、水相、有機相のAD濃度が低い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは小さい。一方、水相、有機相のAD濃度が低い場合は、水相を脱AD処理するメリットは大きいが、水相、有機相のAD濃度が高い場合は、水相を脱AD処理するメリットは小さい。別の観点からすると、有機相を脱AD処理する工程、設備を用いる場合は、例えば、反応槽での反応条件、蒸発器での蒸発条件、蒸発工程で得られた蒸気流の蒸留条件等を調節することにより、分液工程における水相及び/又は有機相のAD濃度を高くすることが好ましい。また、水相を脱AD処理する工程、設備を用いる場合は、例えば、反応槽での反応条件、蒸発器での蒸発条件、蒸発工程で得られた蒸気流の蒸留条件等を調節することにより、分液工程における水相及び/又は有機相のAD濃度を低くすることが好ましい。
実施例11〜15の結果から、AD濃度一定条件下において、分液時の温度が高くなるほど、AD分配率が小さくなり、ADの有機相への分配割合が相対的に高くなる傾向となることが分かる。すなわち、アセトアルデヒドの除去効率の点から、分液時の温度が高い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは大きいが、分液時の温度が低い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは小さい。一方、分液時の温度が低い場合は、水相を脱AD処理するメリットは大きいが、分液時の温度が高い場合は、水相を脱AD処理するメリットは小さい。
また、実施例16〜21の結果から、AD濃度及びMA濃度一定条件下において、分液時の温度が高くなるほど、AD分配率が小さくなり、酢酸メチルが存在する系であっても、高温ほどADの有機相への分配割合が相対的に高くなる傾向となることが分かる。すなわち、アセトアルデヒドの除去効率の点から、分液時の温度が高い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは大きいが、分液時の温度が低い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは小さい。一方、酢酸メチルが存在する系であっても、分液時の温度が低い場合は、水相を脱AD処理するメリットは大きいが、分液時の温度が高い場合は、水相を脱AD処理するメリットは小さい。別の観点からすると、酢酸メチルの有無にかかわらず、有機相を脱AD処理する工程、設備を用いる場合は、分液工程における分液時の液温を高く設定することが好ましい。また、水相を脱AD処理する工程、設備を用いる場合は、分液工程における分液時の液温を低く設定することが好ましい。
実施例22〜26及び実施例4、17の結果から、仕込液中のMA濃度が高く、水相、有機相のMA濃度が高くなるほど、AD分配率が小さくなり、ADの有機相への分配割合が相対的に高くなる傾向となることが分かる。すなわち、アセトアルデヒドの除去効率の点から、水相、有機相のMA濃度が高い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは大きいが、水相、有機相のMA濃度が低い場合は、有機相を脱AD処理するメリットは小さい。一方、水相、有機相のMA濃度が低い場合は、水相を脱AD処理するメリットは大きいが、水相、有機相のMA濃度が高い場合は、水相を脱AD処理するメリットは小さい。別の側面からすると、有機相を脱AD処理する工程、設備を用いる場合は、例えば、反応槽での反応条件、蒸発器での蒸発条件、蒸発工程で得られた蒸気流の蒸留条件等を調節することにより、分液工程における水相及び/又は有機相のMA濃度を高くすることが好ましい。また、水相を脱AD処理する工程、設備を用いる場合は、例えば、反応槽での反応条件、蒸発器での蒸発条件、蒸発工程で得られた蒸気流の蒸留条件等を調節することにより、分液工程における水相及び/又は有機相のMA濃度を低くすることが好ましい。なお、実施例22〜26の結果から、仕込液中のMA濃度が高く、水相、有機相のMA濃度が高くなるほど、AD分配率だけでなくMA分配率も小さくなることが分かる。
参考例1、2の結果から、仕込液、水相、有機相のAC濃度により、AD分配率はさほど変わらないことが分かる。すなわち、前記AC濃度は、アセトアルデヒドの除去効率の点からは、有機相を脱AD処理する方法と水相を脱AD処理する方法とのメリットを比較する際、あまり大きな意味を持たない。
以上のまとめとして、本発明の構成及びそのバリエーションを以下に付記しておく。
[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、
前記蒸気流を蒸留に付して、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と、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記分液工程が下記(i)〜(v)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記有機相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
(i)水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である
(ii)分液時の温度が−5℃以上(例えば−5℃〜90℃)である
(iii)水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4質量%以上である
(iv)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が4.1以下(例えば0.5〜4.1)である
(v)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.53以下(例えば0.15〜0.53)である
[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(i)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、且つ、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である、[1]又は[2]記載の酢酸の製造方法。
[4]前記(i)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045〜35質量%(好ましくは0.15〜10質量%、さらに好ましくは0.2〜2.0質量%)である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[5]前記(i)において、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013〜30質量%(好ましくは0.05〜5.0質量%、さらに好ましくは0.1〜1.0質量%)である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[6]前記(i)を満たす場合、前記分液に供される液中のアセトアルデヒド濃度が0.026質量%以上(例えば0.026〜32質量%、好ましくは0.10〜8.0質量%、さらに好ましくは0.15〜1.8質量%)である、[1]〜[5]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[7]前記(ii)において、分液時の温度が0℃以上(例えば0〜90℃、さらに好ましくは10℃以上(例えば10〜90℃)、特に好ましくは70℃より高い温度(例えば70℃超90℃以下))である、[1]〜[6]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[8]前記(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、且つ、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%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(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度が1.2〜15質量%(好ましくは2.5〜12質量%、さらに好ましくは6.0〜11質量%)である、[1]〜[8]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[10]前記(iii)において、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2〜60質量%(好ましくは5.8〜48質量%、さらに好ましくは19〜42質量%)である、[1]〜[9]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[11]前記(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4〜75質量%(好ましくは8.3〜60質量%(例えば10〜40質量%)、さらに好ましくは25〜53質量%)である、[1]〜[10]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[12]前記(iii)を満たす場合、前記分液に供される液中の酢酸メチル濃度が2.0〜50質量%(好ましくは5.0〜38質量%、さらに好ましくは15〜31質量%)である、[1]〜[11]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[13]前記(iv)において、アセトアルデヒド分配率が3.35以下(例えば0.6〜3.35、より好ましくは1.5未満(例えば0.7以上1.5未満)、さらに好ましくは1.1未満(例えば0.8以上1.1未満))である、[1]〜[12]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[14]水相中のアセトアルデヒド濃度を28.1質量%超にする、有機相中のアセトアルデヒド濃度を24.8質量%超にする、前記分液に供される液中のアセトアルデヒド濃度を26.0質量%超にする、分液時の温度を70℃超にする、水相中の酢酸メチル濃度を12.0質量%超にする、有機相中の酢酸メチル濃度を47.6質量%超にする、及び前記分液に供される液中の酢酸メチル濃度を38.2質量%超にする、からなる群より選択される1以上の方法によりアセトアルデヒド分配率を1.1未満とする、[13]に記載の酢酸の製造方法。
[15]前記(v)において、酢酸メチル分配率が0.44以下(例えば0.20〜0.44、さらに好ましくは0.25未満(例えば0.20以上0.25未満))である、[1]〜[14]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[16]前記分液工程が少なくとも前記(i)、(ii)及び(iii)を同時に満たす[1]〜[15]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[17]前記分液工程が少なくとも前記(i)、(ii)、(iii)及び(iv)を同時に満たす[1]〜[16]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[18]前記分液工程が前記(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の全ての条件を満たす[1]〜[17]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[19]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させて酢酸を製造する方法であって、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程とを備え、
前記分液工程が下記(i)〜(v)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記有機相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
(i)水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である
(ii)分液時の温度が−5℃以上(例えば−5℃〜90℃)である
(iii)水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4質量%以上である
(iv)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が4.1以下(例えば0.5〜4.1)である
(v)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.53以下(例えば0.15〜0.53)である
[20]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。
[21]前記(i)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、且つ、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である、[19]又は[20]記載の酢酸の製造方法。
[22]前記(i)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045〜35質量%(好ましくは0.15〜10質量%、さらに好ましくは0.2〜2.0質量%)である、[19]〜[21]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[23]前記(i)において、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013〜30質量%(好ましくは0.05〜5.0質量%、さらに好ましくは0.1〜1.0質量%)である、[19]〜[22]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[24]前記(i)を満たす場合、前記分液に供される液中のアセトアルデヒド濃度が0.026質量%以上(例えば0.026〜32質量%、好ましくは0.10〜8.0質量%、さらに好ましくは0.15〜1.8質量%)である、[19]〜[23]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[25]前記(ii)において、分液時の温度が0℃以上(例えば0〜90℃、さらに好ましくは10℃以上(例えば10〜90℃)、特に好ましくは70℃より高い温度(例えば70℃超90℃以下))である、[19]〜[24]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[26]前記(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度が1.2質量%以上、且つ、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2質量%以上である、[19]〜[25]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[27]前記(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度が1.2〜15質量%(好ましくは2.5〜12質量%、さらに好ましくは6.0〜11質量%)である、[19]〜[26]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[28]前記(iii)において、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2〜60質量%(好ましくは5.8〜48質量%、さらに好ましくは19〜42質量%)である、[19]〜[27]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[29]前記(iii)において、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が3.4〜75質量%(好ましくは8.3〜60質量%(例えば10〜40質量%)、さらに好ましくは25〜53質量%)である、[19]〜[28]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[30]前記(iii)を満たす場合、前記分液に供される液中の酢酸メチル濃度が2.0〜50質量%(好ましくは5.0〜38質量%、さらに好ましくは15〜31質量%)である、[19]〜[29]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[31]前記(iv)において、アセトアルデヒド分配率が3.35以下(例えば0.6〜3.35、より好ましくは1.5未満(例えば0.7以上1.5未満)、さらに好ましくは1.1未満(例えば0.8以上1.1未満))である、[19]〜[30]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[32]水相中のアセトアルデヒド濃度を28.1質量%超にする、有機相中のアセトアルデヒド濃度を24.8質量%超にする、前記分液に供される液中のアセトアルデヒド濃度を26.0質量%超にする、分液時の温度を70℃超にする、水相中の酢酸メチル濃度を12.0質量%超にする、有機相中の酢酸メチル濃度を47.6質量%超にする、及び前記分液に供される液中の酢酸メチル濃度を38.2質量%超にする、からなる群より選択される1以上の方法によりアセトアルデヒド分配率を1.1未満とする、[31]に記載の酢酸の製造方法。
[33]前記(v)において、酢酸メチル分配率が0.44以下(例えば0.20〜0.44、さらに好ましくは0.25未満(例えば0.20以上0.25未満))である、[19]〜[32]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[34]前記分液工程が少なくとも前記(i)、(ii)及び(iii)を同時に満たす[19]〜[33]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[35]前記分液工程が少なくとも前記(i)、(ii)、(iii)及び(iv)を同時に満たす[19]〜[34]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[36]前記分液工程が前記(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の全ての条件を満たす[19]〜[35]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[37]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、
前記蒸気流を蒸留に付して、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と、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程と、
を備えた酢酸の製造方法であって、
前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記水相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
(vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
(vii)分液時の温度が70℃以下である
(viii)水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が59.6質量%以下である
(ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1以上である
(x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25以上(例えば0.25〜0.70)である
[38]触媒系がさらにイオン性ヨウ化物を含む[37]記載の酢酸の製造方法。
[39]前記(vi)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、且つ、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である、[37]又は[38]記載の酢酸の製造方法。
[40]前記(vi)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045〜28.1質量%(好ましくは0.098〜10質量%、さらに好ましくは0.098〜3.0質量%、特に好ましくは0.098〜1.0質量%(例えば0.15〜0.9質量%))である、[37]〜[39]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[41]前記(vi)において、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013〜24.8質量%(好ましくは0.030〜2.0質量%、さらに好ましくは0.030〜0.50質量%、特に好ましくは0.030〜0.24質量%)である、[37]〜[40]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[42]前記(vi)を満たす場合、前記分液に供される液中のアセトアルデヒド濃度が26.0質量%以下(例えば0.026〜26.0質量%、好ましくは0.057〜10質量%、さらに好ましくは0.057〜3.0質量%、特に好ましくは0.057〜1.0質量%(例えば0.057〜0.42質量%))である、[37]〜[41]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[43]前記(vii)において、分液時の温度が−5℃〜70℃(好ましくは−5℃〜51℃、さらに好ましくは−5℃〜41℃(例えば−5℃〜31℃))である、[37]〜[42]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[44]前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、且つ、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下である、[37]〜[43]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[45]前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度が1.2〜12.0質量%(好ましくは2.0〜12.0質量%、さらに好ましくは5.0〜12.0質量%(例えば6.0〜12.0質量%))である、[37]〜[44]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[46]前記(viii)において、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2〜47.6質量%(好ましくは5.0〜42質量%、さらに好ましくは8.0〜35質量%(例えば10〜30質量%))である、[37]〜[45]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[47]前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が4.2〜59.6質量%(好ましくは10〜54質量%、さらに好ましくは14〜47質量%(例えば16〜42質量%))である、[37]〜[46]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[48]前記(viii)を満たす場合、前記分液に供される液中の酢酸メチル濃度が38.2質量%以下(例えば2.0〜38.2質量%、好ましくは5.0〜31質量%、さらに好ましくは10〜25質量%)である、[37]〜[47]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[49]前記(ix)において、アセトアルデヒド分配率が1.1〜8.0(好ましくは1.5〜6.0、さらに好ましくは1.9〜5.0)である、[37]〜[48]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[50]前記(x)において、酢酸メチル分配率が0.26以上(例えば0.26〜0.65、好ましくは0.28以上(例えば0.28〜0.60))である、[37]〜[49]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[51]前記分液工程が少なくとも前記(vi)、(vii)及び(viii)を同時に満たす[37]〜[50]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[52]前記分液工程が少なくとも前記(vi)、(vii)、(viii)及び(ix)を同時に満たす[37]〜[51]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[53]前記分液工程が前記(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全ての条件を満たす[37]〜[52]記載の酢酸の製造方法。
[54]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させて酢酸を製造する方法であって、
水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程とを備え、
前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち少なくとも1つの条件を満たし、前記水相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
(vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
(vii)分液時の温度が70℃以下である
(viii)水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が59.6質量%以下である
(ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1以上である
(x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25以上(例えば0.25〜0.70)である
[55]触媒系がさらにイオン性ヨウ化物を含む[54]記載の酢酸の製造方法。
[56]前記(vi)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、且つ、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である、[54]又は[55]記載の酢酸の製造方法。
[57]前記(vi)において、水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045〜28.1質量%(好ましくは0.098〜10質量%、さらに好ましくは0.098〜3.0質量%、特に好ましくは0.098〜1.0質量%(例えば0.15〜0.9質量%))である、[54]〜[56]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[58]前記(vi)において、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013〜24.8質量%(好ましくは0.030〜2.0質量%、さらに好ましくは0.030〜0.50質量%、特に好ましくは0.030〜0.24質量%)である、[54]〜[57]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[59]前記(vi)を満たす場合、前記分液に供される液中のアセトアルデヒド濃度が26.0質量%以下(例えば0.026〜26.0質量%、好ましくは0.057〜10質量%、さらに好ましくは0.057〜3.0質量%、特に好ましくは0.057〜1.0質量%(例えば0.057〜0.42質量%))である、[54]〜[58]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[60]前記(vii)において、分液時の温度が−5℃〜70℃(好ましくは−5℃〜51℃、さらに好ましくは−5℃〜41℃(例えば−5℃〜31℃))である、[54]〜[59]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[61]前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度が12.0質量%以下、且つ、有機相中の酢酸メチル濃度が47.6質量%以下である、[54]〜[60]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[62]前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度が1.2〜12.0質量%(好ましくは2.0〜12.0質量%、さらに好ましくは5.0〜12.0質量%(例えば6.0〜12.0質量%))である、[54]〜[61]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[63]前記(viii)において、有機相中の酢酸メチル濃度が2.2〜47.6質量%(好ましくは5.0〜42質量%、さらに好ましくは8.0〜35質量%(例えば10〜30質量%))である、[54]〜[62]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[64]前記(viii)において、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が4.2〜59.6質量%(好ましくは10〜54質量%、さらに好ましくは14〜47質量%(例えば16〜42質量%))である、[54]〜[63]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[65]前記(viii)を満たす場合、前記分液に供される液中の酢酸メチル濃度が38.2質量%以下(例えば2.0〜38.2質量%、好ましくは5.0〜31質量%、さらに好ましくは10〜25質量%)である、[54]〜[64]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[66]前記(ix)において、アセトアルデヒド分配率が1.1〜8.0(好ましくは1.5〜6.0、さらに好ましくは1.9〜5.0)である、[54]〜[65]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[67]前記(x)において、酢酸メチル分配率が0.26以上(例えば0.26〜0.65、好ましくは0.28以上(例えば0.28〜0.60))である、[54]〜[66]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[68]前記分液工程が少なくとも前記(vi)、(vii)及び(viii)を同時に満たす[54]〜[67]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[69]前記分液工程が少なくとも前記(vi)、(vii)、(viii)及び(ix)を同時に満たす[54]〜[68]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[70]前記分液工程が前記(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全ての条件を満たす[54]〜[69]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
[71]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]〜[70]のいずれか1つに記載の酢酸の製造方法。
本発明の酢酸の製造方法は、メタノール法カルボニル化プロセス(メタノール法酢酸プロセス)による酢酸の工業的製造法として利用可能である。
1 反応槽
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
91 蒸留塔(第1脱アセトアルデヒド塔)
92 抽出塔
93 蒸留塔(第2脱アセトアルデヒド塔)
94 蒸留塔(抽出蒸留塔)
95 デカンタ
96 デカンタ
97 蒸留塔(脱アセトアルデヒド塔)
98 蒸留塔(抽出蒸留塔)
99 デカンタ
200 チムニートレイ
300 液液平衡測定装置

Claims (10)

  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させて酢酸を製造する方法であって、
    水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
    前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程とを備え、
    前記分液工程が下記(i)〜(v)のうち、(i)、(iii)、及び(iv)の条件を少なくとも満たすか、又は、(i)、(iii)、及び(v)の条件を少なくとも満たし、前記有機相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
    (i)水相中のアセトアルデヒド濃度が0.045質量%以上、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が0.013質量%以上である
    (ii)分液時の温度が−5℃以上である
    (iii)有機相中の酢酸メチル濃度が5.8〜60質量%である
    (iv)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が4.1以下である
    (v)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.53以下である
  2. 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。
  3. 前記分液工程が前記(i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の全ての条件を満たす請求項1又は2記載の酢酸の製造方法。
  4. 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、
    前記蒸気流を蒸留に付して、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と、
    水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
    前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程と、
    を備えた酢酸の製造方法であって、
    前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち、(vi)、(viii)、及び(ix)の条件を少なくとも満たすか、又は、(vi)、(viii)、及び(x)の条件を少なくとも満たし、前記水相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
    (vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
    (vii)分液時の温度が70℃以下である
    (viii)水相中の酢酸メチル濃度が5.0〜12.0質量%、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が8.0〜47.6質量%、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が14〜59.6質量%である
    (ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1〜4.5である
    (x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25〜0.53である
  5. 触媒系がさらにイオン性ヨウ化物を含む請求項4記載の酢酸の製造方法。
  6. 前記分液工程が前記(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全ての条件を満たす請求項4又は5記載の酢酸の製造方法。
  7. 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させて酢酸を製造する方法であって、
    水、酢酸、ヨウ化メチル及びアセトアルデヒドを少なくとも含むプロセス流を水相と有機相とに分液させる分液工程と、
    前記プロセス流由来のアセトアルデヒドを分離除去するためのアセトアルデヒド分離除去工程とを備え、
    前記分液工程が下記(vi)〜(x)のうち、(vi)、(viii)、及び(ix)の条件を少なくとも満たすか、又は、(vi)、(viii)、及び(x)の条件を少なくとも満たし、前記水相の少なくとも一部を前記アセトアルデヒド分離除去工程にて処理することを特徴とする酢酸の製造方法。
    (vi)水相中のアセトアルデヒド濃度が28.1質量%以下、及び/又は、有機相中のアセトアルデヒド濃度が24.8質量%以下である
    (vii)分液時の温度が70℃以下である
    (viii)水相中の酢酸メチル濃度が5.0〜12.0質量%、及び/又は、有機相中の酢酸メチル濃度が8.0〜47.6質量%、及び/又は、水相中の酢酸メチル濃度と有機相中の酢酸メチル濃度の和が14〜59.6質量%である
    (ix)アセトアルデヒド分配率[{水相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}/{有機相のアセトアルデヒド濃度(質量%)}]が1.1〜4.5である
    (x)酢酸メチル分配率[{水相の酢酸メチル濃度(質量%)}/{有機相の酢酸メチル濃度(質量%)}]が0.25〜0.53である
  8. 触媒系がさらにイオン性ヨウ化物を含む請求項7記載の酢酸の製造方法。
  9. 前記分液工程が前記(vi)、(vii)、(viii)、(ix)及び(x)の全ての条件を満たす請求項7又は8記載の酢酸の製造方法。
  10. 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1〜9のいずれか1項に記載の酢酸の製造方法。
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