JPH0859542A - 酢酸の精製方法 - Google Patents
酢酸の精製方法Info
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Abstract
素イオン、不飽和化合物およびカルボニル化合物のう
ち、少なくとも一成分から成る不純物を含有する酢酸の
精製において、40〜760mmHg の圧力において還流比4以
上で操作される段数30段以上の蒸留塔により精製するこ
とによって、高品質の製品酢酸を得ることを特徴とする
酢酸の精製方法。 【効果】 不純物分離のために薬剤を添加することなし
に、高い過マンガン酸カリウム試験値を得る高品質の酢
酸を省エネルギーで経済的に精製することができる。
Description
に関するものであり、特にメタノールカルボニル化によ
り得られた酢酸の精製方法に関するものである。
酢酸エステル類、無水酢酸、酢酸ビニル、テレフタル酸
などの原料として用いられ、石油化学工業、有機化学工
業、医薬農薬製造工業、高分子化学工業等において多量
に使用される基礎化学品の一つである。
アルデヒドの酸化、石油ナフサ、ブタン等炭化水素の直
接酸化など種々の方法が知られているが、中でもメタノ
ールと一酸化炭素とを連続的に反応させて酢酸を製造す
る方法(特公昭47-3334 号)が、現在広く採用されてい
る工業的な酢酸製造法である。このメタノールカルボニ
ル化による酢酸製造法において、近年、反応条件、触媒
の改良方法が検討され、例えばヨウ化物塩等の触媒安定
化剤を添加する方法が開示されている(特開昭60-54334
号)。それによると、比較的多量のヨウ素イオンを反応
液中に存在させることにより反応液の水濃度を低減する
ことで、単位乾燥酢酸量を得るための精製エネルギーを
低く抑え、さらに製品酢酸を得るための精製プロセスを
省略できる旨の提案がなされている(特開平6-40999
号)。
る酢酸は比較的高純度であるが、JIS-K 1351で実施され
る過マンガン酸カリウム試験で評価される微量の還元性
の不純物を含んでいることが知られている(特開平1-21
1548号)。過マンガン酸カリウム試験は、酢酸が製品と
して多くの用途に対し合格しなければならない重要な工
業的試験であるので、当該試験結果を悪化させるこれら
不純物の除去は非常に重要である。
を得るための精製方法としては、a)薬剤添加法(例え
ば、特公昭42-6243 号で開示されているアミン類、不揮
発性酸等の添加)、b)酸化剤添加法(例えば、特公昭48
-30615号で開示されている過酢酸の添加)、が挙げられ
る。しかしながら、これら添加法では各種添加剤を用い
るため、取扱いおよびその後の後処理に問題がある。す
なわち、添加剤を分離するためにさらに少なくとも簡単
な蒸留との組み合わせが必要となる上に、製品酢酸への
残留という潜在的な問題がある。特に、b)の酸化剤添加
法ではこれを分離する際、未反応で残存した過酸化物の
急激な反応による爆発等の危険性をも潜在的に持つこと
になる。従って、薬剤等の添加を行わず精製する方法が
望まれる。しかし、 蒸留法では、不純物を分離廃棄する
際に同伴する酢酸を減らし精製ロスを抑えるため、微量
である不純物をかなり濃縮する必要があり、かなりの蒸
留塔段数および還流比が必要となる。これにより結果的
にかなりの熱エネルギーが要求され、精製に費やすコス
トを大きく押し上げてしまう問題がある。従って、これ
ら不純物の経済的な除去方法が望まれる。
結果、有機ヨウ素化合物、金属ヨウ素化合物、ヨウ素イ
オン、不飽和化合物およびカルボニル化合物のうち、少
なくとも一成分から成る微量不純物を含み、過マンガン
酸カリウム試験値の低い酢酸の精製を検討した結果、不
純物分離のために薬剤を添加することなしに、高い過マ
ンガン酸カリウム試験値を得る高品質の酢酸へ省エネル
ギーで経済的に精製する蒸留法を完成するに至った。
ヨウ素化合物、ヨウ素イオン、不飽和化合物およびカル
ボニル化合物のうち、少なくとも一成分から成る不純物
を含有する酢酸の精製において、40〜760mmHg の圧力に
おいて還流比4以上で操作される段数30段以上の蒸留塔
により精製することによって、高品質の製品酢酸を得る
ことを特徴とする酢酸の精製方法に関する。
酢酸にも適用できるが、特に特公昭47-3334 号に記載
の、ロジウムのような金属触媒の存在下、有機ハロゲン
化物のようなハロゲン化物助触媒によってメタノール等
をカルボニル化反応させた生成物に対し有用である。
法は以下のようである。原料であるメタノールと一酸化
炭素は連続的に反応器に仕込まれ、例えば US4102922号
に記載された所定の温度、圧力で反応される。なお、原
料としてはメタノールに限らず、酢酸メチル、ジメチル
エーテル、メタノールの内、少なくとも一成分、あるい
はこれらの成分の混合物、あるいはこれらの成分と水と
の混合物を用いることができる。典型的な反応温度は約
150℃から 250℃であり、約 180℃から 220℃が好まし
い。全反応圧は、反応器中に存在する液体成分の蒸気圧
と一酸化炭素分圧、水素分圧のために約15kg/cm2G から
40kg/cm2G の範囲内に制御される。
態としては、反応条件下において可溶性であって、反応
系中でロジウムカルボニル錯体種を形成し得るものであ
ればどの様なものでもかまわない。反応液中のロジウム
濃度は約200ppmから 1000ppmであり、好ましくは約300p
pmから600ppmである。本発明においてヨウ化メチルは触
媒促進剤として使用され、反応液中約5wt%から20wt
%、好ましくは約12wt%から16wt%存在させる。反応液
中の水分濃度は約10wt%以下、好ましくは1〜5wt%以
下である。また、本発明における反応は連続反応である
ので、原料メタノールと酢酸が反応して生成する酢酸メ
チルが存在し、約 0.1wt%から30wt%、好ましくは約
0.5wt%から5wt%に制御される。また、反応液中には
主成分として、生成物であり、かつ反応溶媒である酢酸
が存在する。
おいては、ロジウム触媒の安定化と助触媒としてヨウ化
物塩が添加される。このヨウ化物塩は、反応液中でヨウ
素イオンを発生するものであればいかなるものであって
もよい。非限定的例としては、LiI 、NaI 、KI、RbI 、
CsI のようなアルカリ金属ヨウ化物塩、BeI2、MgI2、Ca
I2等のアルカリ土類金属ヨウ化物塩、BI3 、AlI3等のア
ルミニウム族金属ヨウ化物塩等がある。また、金属ヨウ
化物塩以外に有機ヨウ化物塩でもよく、例えば4級ホス
ホニウムヨウ化物塩、4級アンモニウムヨウ化物塩等が
挙げられる。特にLiIなどのアルカリ金属ヨウ化物塩が
好ましい。ヨウ化物塩の添加量は、いずれのヨウ化物塩
においても、反応液中ヨウ素イオンとして 0.07mol/リ
ットルから2.5mol/リットルとなる量であり、好ましく
は0.25 mol/リットルから1.5mol/リットルとなる量で
ある。
水除去などの操作により精製されるが、特開平1-211548
号に記載されているように、有機ヨウ素化合物、金属ヨ
ウ素化合物、ヨウ素イオン、不飽和化合物およびカルボ
ニル化合物のうち、少なくとも一成分から成る不純物を
含んでいる。この不純物の主たる成分は、特開平1-2115
48号によればアルキルヨウ化物、クロトンアルデヒド、
エチルクロトンアルデヒド、およびその2−メチル−2
−ペンテナール異性体のような種々の不飽和化合物およ
びカルボニル化合物である。これらの微量不純物は過マ
ンガン酸カリウム試験値を悪化させ、製品酢酸の商業的
価値、工業的有用性を低下させる。本発明者等が鋭意検
討した結果、本発明によりこの酢酸を精製すれば、経済
的に、高い過マンガン酸カリウム試験値を得る高品質の
酢酸にできることがわかった。
およびヨウ化メチルを含む反応媒質中で、メタノールも
しくは酢酸メチルと水との混合物または酢酸メチルとメ
タノールと水との混合物と、一酸化炭素とを反応させて
酢酸を製造する製造方法にあって、有機ヨウ素化合物、
金属ヨウ素化合物、ヨウ素イオン、不飽和化合物および
カルボニル化合物のうち、少なくとも一成分から成る不
純物を含有する酢酸の精製において、40〜760mmHg の圧
力において還流比4以上で操作される段数30段以上の蒸
留塔により精製することによって、高品質の製品酢酸を
得ることを特徴とする酢酸の精製方法を包含する。
いる酢酸の蒸留による精製が、例えば、特公昭56-20292
号や特公昭60-54294号に記載されているような、蒸留方
法を用いることができる。しかし、これまでの特許や文
献をみると常圧もしくは加圧で操作されるものばかりで
あり、酢酸の精製に減圧を用いることを示しているもの
がなかった(常圧もしくは加圧で操作することが常識の
ようになっていた)。用いられる蒸留塔は下記条件をみ
たせば、分離および精製用に通常使用されているどのよ
うな蒸留塔でも用いることができ、充填型でも、棚段型
でもよく、あるいは充填型と棚段型との組み合わせでも
よい。一般的には、この減圧蒸留塔は棚段型が用いられ
る。精製するべき過マンガン酸カリウム試験値の低い酢
酸は当該蒸留塔の中間部に仕込まれ、リボイラーで加熱
され、塔頂部に酢酸に対し低沸点の有機ヨウ化物、不飽
和化合物およびカルボニル不純物、あるいは場合によっ
てはヨウ素イオン性不純物も濃縮される。塔底にはヨウ
素イオン性不純物、酢酸に対し高沸点の有機ヨウ化物、
不飽和化合物およびカルボニル不純物が濃縮される。こ
れら不純物の濃縮分離のためには多大な蒸留塔段数と高
還流比が必要となり、段数は30段以上、好ましくは50段
以上、還流比は4以上、好ましくは50以上である。高還
流比は必然的に、リボイラーにおいて多大な熱エネルギ
ーを必要とする。
圧条件下で操作されることにより沸点が低下し、例え
ば、他の蒸留塔の塔頂蒸気や低圧の廃蒸気を当該蒸留塔
のリボイラーの加熱源として用いることが可能となり、
新たな熱エネルギーをほとんど必要とすること無しに過
マンガン酸カリウム試験値を向上させることができる。
当該減圧蒸留塔の操作圧は40〜760mmHg で、リボイラー
に用いる加熱源の温度により選択することができるが、
特に塔底液温度が常圧の水沸点以下となり使用する加熱
源の範囲が広がる40〜400mmHg が好ましい。塔頂に濃縮
された、酢酸に対し低沸点の有機ヨウ化物、不飽和化合
物およびカルボニル不純物、あるいは場合によってはヨ
ウ素イオン不純物は、バッチあるいは連続で少量ずつ抜
き取られた後、全量あるいは一部がカルボニル化反応器
へ循環され、有効に再利用される。また、塔底液は必要
に応じてバッチあるいは連続で抜き取られ、前工程に循
環される。あるいは塔頂および塔底に濃縮された成分
は、製品酢酸の品質を維持するため、全量あるいは一部
を系外に除去してもよい。また、本発明によれば低温度
で蒸留を行なうことから、酢酸の加熱による転化、例え
ば無水酢酸への転化を最小限に抑え、損失を極小化して
精製を行なうことができる。
いは液の状態で抜き取られる。
を参考にしてさらに説明することにより、本発明の有用
性を一層明白にする(図1のaは参考図である)。
圧蒸留塔である。精製するべき過マンガン酸カリウム試
験値の低い酢酸は管路(8) を塔Bの中間部に仕込まれ
る。塔Bからのオーバーヘッド蒸気の管路(10)を経てコ
ンデンサー(14)中で凝縮され、その一部は必要により管
路(11)を経て、全量あるいは一部がカルボニル化反応器
へ循環されるか、もしくは廃棄される。コンデンサー(1
4)中で凝縮された残りは管路(12)を経て、塔Bに還流分
として戻される。塔底液は管路(9) を経て抜き取られ必
要に応じて全量あるいは一部が前工程へ循環され、ある
いは廃棄される。
されているような、メタノールのカルボニル化により製
造される酢酸に含まれる重質留分を管路(2) を経て、除
去する蒸留塔である。この塔Aは、従来の酢酸精製工程
の一工程を成すものであり、常圧あるいは加圧で操作さ
れる。塔Aで精製される酢酸は、管路(1) を経て塔Aの
中間部に仕込まれる。塔Aからのオーバーヘッド蒸気は
管路(3) を経てコンデンサー(6) 中で凝縮され、管路
(4) を経て次の精製工程に送られる。図示されているよ
うに、コンデンサー(6) からの流れの一部は管路(5) を
経て、塔Aに還流分として戻される。
管路(18)を経て導かれるオーバーヘッド蒸気を塔Bのリ
ボイラー(30)の加熱源として用いることができる。塔A
が約1.03kg/cm2で操作される時、オーバーヘッド温度は
118℃であり、塔Bの加熱源として用いるに充分であ
る。従って、本発明によれば、従来の酢酸精製工程の一
工程を成す蒸留塔のオーバーヘッド蒸気を本発明の減圧
蒸留塔のリボイラーの加熱源に用いることで、従来の酢
酸精製法による所要精製エネルギーをほとんど増やすこ
となしに、メタノールのカルボニル化により製造された
酢酸を高い過マンガン酸カリウム試験値を得る高品質の
酢酸に精製することができるのである。
ただし、本発明はこれらの例によって限定されるもので
はない。
用いて酢酸の精製実験を実施した。蒸留塔圧力は塔頂部
で 400mmHgとなるよう制御され、塔頂温度は約90℃であ
った。仕込み酢酸は塔底より23段目に約1.1kg/H の流量
で供給され、精製酢酸は塔底から直近の箇所より蒸気の
状態で抜き取られた。還流比は約 150で操作され、塔底
液は仕込み液流量の約1%の流量で、また塔頂留出液は
仕込み液流量の約 0.8%の流量で各々連続的に系外に抜
き取られた。上記条件で連続的に運転したところ、少な
くともクロトンアルデヒド、エチルクロトンアルデヒ
ド、および2−メチル−2−ペンテナールを含むために
125分であった仕込み酢酸の過マンガン酸カリウム試験
値が、精製酢酸では 240分以上に向上する結果を得た。
器)において、ヨウ化メチル14wt%、水8wt%、酢酸メ
チル 1.6wt%、酢酸71wt%、ヨウ化リチウム5wt%、ロ
ジウム400ppmからなる反応媒質中で、一酸化炭素の存在
下、反応温度185 ℃でメタノールを連続的にカルボニル
化し酢酸を製造した。得られた反応液を蒸発槽に導入
し、生成物を含む揮発性相と触媒を含む非揮発性相に分
離した。この揮発性相を脱低沸、脱水、脱高沸の蒸留を
行い、酢酸を得た。この酢酸は、少なくともクロトンア
ルデヒド、エチルクロトンアルデヒド、および2−メチ
ル−2−ペンテナールを含むために過マンガン酸カリウ
ム試験値が 110分であった。この酢酸を、実施例1に記
載の蒸留塔を用い、同操作条件により精製する実験を実
施した。その結果、精製酢酸の過マンガン酸カリウム試
験値が 240分以上に向上した。
A、粗酢酸の重質留分を除去する塔は、表1に示す収支
で運転することができた。
いることのできる塔Aオーバーヘッド蒸気(管路18)の
流量は76.7kg/H、温度は 118℃である。流体中酢酸以外
の成分はごく微量であるため熱収支上酢酸として計算す
る。酢酸の蒸発潜熱は97kcal/kg であるから、塔Aオー
バーヘッド蒸気より 7.4×103 kcal/Hg の熱量を得るこ
とができる。次に本発明の実施例1に従えば、図2の塔
Bは表2に示す収支で運転される。
×103 kcal/Hgである。従って、 塔Aオーバーヘッド蒸気持ち込み熱量>塔Bリボイラー
必要熱量 であるから、図1の塔Aを含む精製工程に図1の本発明
の塔Bを付加し、図2に示すプロセスをとれば、新たに
熱エネルギーを必要とすることなしに塔Bを運転して高
品質の酢酸を得ることができる。
(a) と本発明の酢酸精製工程の一工程を示すフロー図
(b) である。
ー図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 有機ヨウ素化合物、金属ヨウ素化合物、
ヨウ素イオン、不飽和化合物およびカルボニル化合物の
うち、少なくとも一成分から成る不純物を含有する酢酸
の精製において、40〜760mmHg の圧力において還流比4
以上で操作される段数30段以上の蒸留塔により精製する
ことによって、高品質の製品酢酸を得ることを特徴とす
る酢酸の精製方法。 - 【請求項2】 ロジウム触媒、水、酢酸およびヨウ化メ
チルを含む反応媒質中で、メタノールもしくは酢酸メチ
ルと水との混合物または酢酸メチルとメタノールと水と
の混合物と、一酸化炭素とを反応させて酢酸を製造する
製造方法にあって、有機ヨウ素化合物、金属ヨウ素化合
物、ヨウ素イオン、不飽和化合物およびカルボニル化合
物のうち、少なくとも一成分から成る不純物を含有する
酢酸の精製において、40〜760mmHg の圧力において還流
比4以上で操作される段数30段以上の蒸留塔により精製
することによって、高品質の製品酢酸を得ることを特徴
とする酢酸の精製方法。 - 【請求項3】 蒸留塔の塔頂留出液を全量もしくはその
一部をカルボニル化反応器へ循環することを特徴とする
請求項2記載の酢酸の精製方法。 - 【請求項4】 蒸留塔より、製品酢酸を蒸気あるいは液
の状態で塔外に取り出すことを特徴とする請求項1〜3
の何れか1項に記載の酢酸の精製方法。 - 【請求項5】 不純物がクロトンアルデヒド、エチルク
ロトンアルデヒド、および2−メチル−2−ペンテナー
ルである請求項1〜4の何れか1項に記載の酢酸の精製
方法。
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