JPH0840977A - 酢酸ビニルの製造におけるエチレンのアセトキシル化のための流動層法 - Google Patents
酢酸ビニルの製造におけるエチレンのアセトキシル化のための流動層法Info
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Abstract
キシル化のための流動層法を提供する。 【構成】 エチレンと酢酸とを1またはそれ以上のイン
レットを介して流動層反応器中に供給し、、酸素含有ガ
スを少なくとも1つの更なるインレットを介して流動層
反応器中に供給し、酸素含有ガスとエチレンおよび酢酸
とを流動層反応器中で互いに接触させると共に、流動層
触媒材とも接触させることによりエチレン、酢酸および
酸素を反応させて酢酸ビニルを製造するとともに、流動
層反応器から酢酸ビニルを回収する。
Description
ンのオキシアシル化のための流動層法に関し、特に、流
動層触媒の存在下において、エチレン、酢酸および酸素
含有ガスから酢酸ビニルを製造するための流動層法に関
する。さらに本発明はパラジウム−金−カリウム流動層
触媒を使用して酢酸ビニルを製造するための流動層法に
関する。
金属を含有する固定層触媒の存在下で気層においてエチ
レン、酢酸および酸素を反応させることによる、酢酸ビ
ニルの産業的な製造方法は知られている。ふつう、固定
層触媒を構成する成分は、シリカ、ジルコニアあるいは
アルミナのような多孔性の担体に支持されている。パラ
ジウムを促進剤とする触媒を利用して酢酸ビニルを製造
することを開示する米国特許第3,759,839号、
英国特許第1,266,623号などの多くの特許が存
在する。これらの特許それぞれにおいて、流動層法を用
いることが記載されている。しかしながら、これらの特
許のいずれにおいても、固定層法に比べ予想以上にすぐ
れた結果あるいは経済的に有益な結果をもたらす流動層
法の技術あるいは特徴について何も記載されていない。
実際、これらの文献の各々において、その方法が実施さ
れる典型的な条件は固定層法の条件である。
ニルの製造方法に関連する数多くの欠点が存在する。こ
れらの欠点のいくつかを以下に記載する。
で、時間の経過と共に連続的に活性を失う。この結果、
酢酸ビニルの生産量が減少する。従って、生産および回
収システムにおいて、酢酸ビニルの初期生産量を高く設
定するように設計しなければならず、酢酸ビニルの産出
量が減少していくと、生産・回収設備の一部が活用され
ないことになり、結果的に設備投資が無駄となる。
その温度は不均一である。過度に高い温度にさらされる
触媒は早く劣化する。所望の操作温度より低い領域にあ
る触媒は、酢酸ビニルの最大量を生産する最適な状態で
反応を促進することができない。
に供給される酸素濃度によって制限される。固定層方法
では、酸素は反応器に入る前にエチレン/希釈剤および
酢酸の気流と予備混合される。この完全な供給混合物
は、爆発や火災の危険を避けるため、可燃帯の外になけ
ればならない。従って反応器に供給させることができる
酸素の量は、混合物の可燃性の制約により制限される。
常に拡散が制限されている。従って、多くの努力が、粒
子の表面上の薄い殻に活性組成物が存在するような触媒
を設計することに向けられてきた。粒子全体に活性物質
が均一に分散されている固定層触媒は、一般に殻タイプ
の触媒よりも、貴金属単位重量あたりの酢酸ビニルの産
出量がかなり少ない。
行している際、連続的に触媒活性剤(酢酸カリウム)が
添加されなくてはならない。このことは、その活性剤が
固定層反応器の入り口で加えられて反応器既存の活性剤
と置換されることを意味する。このように活性剤を添加
する方法では、活性剤は触媒に均一に行き渡らず、触媒
活性の高い部分と低い部分を生じることになる。
れている固定層法の欠点の多くを克服しており、固定層
法に比べて予想を超える優れた結果が達成される。
フィンのオキシアシル化のための流動層法を提供するこ
とである。
および酸素から酢酸ビニルを製造する流動層法を提供す
ることである。
あるいはパラジウム−金−カリウムを基体とする流動層
触媒を使用して酢酸ビニルを製造する流動層法を提供す
ることである。
は以下の記述において明らかにされ、一部は記述により
明白であるか、発明の実施により認識されるであろう。
本発明の目的ならびに利点は、特許請求の範囲において
特に示される手段や組み合わせによって実現され達成さ
れるであろう。
成するため、流動層反応器中で酢酸ビニルを製造する方
法は、エチレンおよび酢酸を1つ以上の入口から流動層
反応器中に供給する工程と、酸素含有ガスを少なくとも
1つ以上のさらなる入口から流動層反応器中に供給する
工程と、酸素含有ガス、エチレンおよび酢酸を流動層反
応器中で合流させ、流動層触媒剤に接触させることによ
り、エチレン、酢酸および酸素を反応させて酢酸ビニル
を製造し、そして流動層反応器から酢酸ビニルを回収す
る工程とから成る。
および酢酸は、1つ以上の入口からガス状混合物として
反応器に供給される。
スは複数の入口から反応器に供給される。
レンおよび酢酸の酸素を含むガス状混合物は、混合物に
おける可燃性に対する限界以下の量の酸素を含有する。
て、本発明の方法を実施するために使用される流動層触
媒は、次式で示される触媒から成る。: Pd- M- A
ここでMはバリウム、金、カドミウム、ビスマス、銅、
マンガン、鉄、コバルト、セリウム、ウランおよびこれ
らの混合物であり、Aはアルカリ金属およびそれらの混
合物(好ましくはカリウム)である。典型的には、触媒
中のパラジウムとアルカリ金属の割合は、パラジウムで
0.1から5.0重量%、好ましくは0.5から2.0
重量%、アルカリ金属で0から10重量%、好ましくは
0.01から5重量%である。さらに、Mの割合は0か
ら約5重量%の範囲にあり、好ましくは0より大きく5
重量%まで、より好ましくは0.1から3重量%であ
る。流動層触媒は、米国同時継続出願第08/252,
800号に開示されている手順に従って製造される。
応器に存在する他の流動化可能な固形物(例えばシリカ
のような非活性粒子)を含有する触媒の量が、反応中に
生じる熱の放散を可能にするのに十分なレベルで維持さ
れ、反応が触媒に損耗をきたすことなく進行する。
動層触媒は、少なくとも60%が直径が200ミクロン
(0.2 mm)以下であり、40%未満が直径40ミクロン
(0.04 mm )未満であるを触媒粒子を含有している。触
媒粒子の直径は、少なくとも50%が100ミクロン
(0.1 mm)未満で、40%未満が直径40ミクロン(0.
04 mm )未満の範囲にあることが好ましい。
ルを製造するため現在商用されている固定層法における
前述した顕著な欠点のいくつかを解消することができ
る。流動層法においては、触媒は均質かつ連続的に反応
器中で混和されるため、促進剤の均質な添加ということ
において、たとえそれが単一の入口を介して供給される
場合でも有意な改善をもたらしている。さらに、流動層
法では不活化した触媒の一部を連続的に除去することお
よび実施中に触媒を連続的に置換することが可能とな
る。これにより安定した性能が得られる。さらに流動層
反応器はその形状から全体の温度がほぼ均一であり、過
度の熱への暴露による触媒の不活化を最小限に抑えるこ
とができる。最後に、本発明の流動層法では、典型的に
は、酸素と炭化水素化合物は両者が反応器の中に入るま
で混合されない。従って触媒が、供給物質が反応がおこ
る温度で最初に混合される時点で存在するため反応は速
やかに進行する。このことは酸素分圧が直ちに減少する
ことを意味する。あるいは酸素は典型的な固定層法と同
様に、水素含有ガスと一緒に供給され得るが、追加の酸
素は別の入口を経由して反応器中に分散させることもで
きる。流動層法独自のこのような特徴により、酢酸とエ
チレンを酢酸ビニルへ転化するために有意に大量の酸素
を火災の危険無しに安全に使用することができる。大量
の酸素を使用できるために、固定層法で可能なレベルよ
りも実質的により大量のエチレンと酢酸の転化が可能と
なる。エチレンと酢酸を合わせた量の反応器に供給する
酸素含有ガスの量に対する割合は、前記混合物の可燃性
に対する限界以下である。
しくはガス状にして少なくとも1つの入口を通して流動
層反応器へ供給する工程と、酸素含有ガスを少なくとも
1つの第二の入口を通して流動層反応器へ供給する工程
と、酸素含有ガス、エチレンおよび酢酸を流動層反応器
中で合流させ、流動層触媒に接触させることによりエチ
レン、酢酸および酸素に反応を生じせしめて酢酸ビニル
を製造し、かつ流動層反応器から酢酸ビニルを回収する
工程とから成る流動層反応器における酢酸ビニルの製造
方法から成る。
セトキシ化する(または一般にオレフィンあるいはジオ
レフィンをオキシアシル化する)ための、本発明の流動
層法の概要を図1に従って詳述する。
反応器7には、反応器からの伝熱を行うための冷却コイ
ル9が設けられている。ライン3を通って反応器7に入
るものはエチレンおよび酢酸の混合物である。この混合
物は(図示しない)グリッドあるいはスパージャーによ
り反応器7中で分散される。このエチレンと酢酸の混合
物の一部は、ライン31を通してエチレンと酢酸が再循
環されることにより供給され得る。さらに、酸素がライ
ン3を通る気流に加えられ得るが、その際、気流におけ
る酸素の濃度は可燃性混合物とならない低濃度に維持さ
れる。
て反応器に供給され、独立したガス分散(図示しない)
グリッドまたはスパージャーにより、反応器中に分散さ
れる。酸素は単体で、あるいは窒素や二酸化炭素のよう
な不活性ガスとの混合物として加えることができる。こ
の酸素の気流はまた、低濃度のエチレンや酢酸のような
炭化水素化合物と混合することもできるが、その際、混
合物はまだ可燃性の範囲外の状態にある。ライン3と1
で供給されるガス気流は、反応器に入る以前および反応
器中の触媒によって反応が開始されるまでは決して混合
されず、可燃性のガス混合物は生成されない。
クロンおよび/またはフィルタ機構13を通過し、生成
したガス状の生成産物からすべての固体触媒が分離され
る。その触媒はそれからライン15を通じて反応器に戻
るか、あるいはライン16を通って金属を再生させるた
めに集められる。好適な実施例では、ライン14を通し
て新しい触媒が再循環される触媒と一緒に供給され得
る。さらに、促進剤がライン14を通して新しい触媒と
一緒に触媒系全体にあるいは部分的に加えられる。これ
によりライン5経由の促進剤の添加が不要になるかある
いは補足される。
またはフィルター13の頂部からライン17を通って生
成物分離ユニット19に達し、ここで酢酸ビニルの粗気
流がライン21を介して回収される。本出願において参
照文献として組み入れられている米国特許第3,75
9,839号や英国特許第1,266,623号を含
む、当業者に周知のあらゆる回収・精製方法が使用され
得る。未反応のエチレン、酢酸、二酸化炭素(および/
あるいは他の不活性ガス)、および酸素を含有する残存
気流は、ライン20を通して流動層反応器運ばれて再利
用される。再循環のための気流中に二酸化炭素などの不
活性ガスが過度に蓄積しないようにするため、小さな分
流を設け、ライン23を通して不活性ガス除去部25へ
と気流を送ることができ、ここで不活性ガスは除去さ
れ、ライン27を通して排出される。一方の再循環する
気流はライン28を通してライン31に戻され、反応器
7に再び入れられる。新しいエチレンはライン29を通
して再循環気流ライン31に供給することができる。新
しい酢酸はライン4を通して再循環気流に供給され、ラ
イン3経由で反応器7に導入することができる。
る。典型的には50から200psig、好ましくは75か
ら150psigの範囲の圧力で実施される。反応器の温度
は、典型的には100℃から250℃の範囲が設定され
るが、最も好ましいのは135℃から190℃の範囲で
ある。一般に高温条件のときにはより好適には低圧力が
採用され得る。
質の濃度は変更可能である。典型的に用いられる範囲を
以下に示す。
65%が好適、40から60%が最適: 酢酸 − 10から25%、12から22%が好適、1
5から20%が最適: 酸素 − 8から25%、9から15%が最適。
ゴンおよびヘリウムといった不活性物質によりとられ
る。供給物質の組成は、流動層反応器中に存在するガス
気流が可燃性の範囲から外れるように反応器から出る流
出気流中の酸素濃度を低くするための制約を受ける。こ
の酸素濃度は、供給物質中の酸素の量、反応器中の酸素
の転化の度合いおよび流出気流中の不活性ガスの濃度に
よりコントロールされる。以下の実施例は本発明を例示
することのみを目的として記載する。
8号に報告されている固定層触媒の製造 KA-160シリカ球状粒子(直径5mm)に0.91重量%の
パラジウム、0.34重量%の金、および3.2重量%
のカリウムが支持されている代表的な固定層触媒の組成
物を以下のように製造した。
水8.7mlに溶解し、15gのKA-160シリカ球状粒子に
含浸し、数時間静置した。それからこの含浸された固形
物にメタケイ酸ナトリウムの水溶液を注いだ後、再び一
晩静置した。次にこの触媒球状粒子を覆っている溶液に
ヒドラジン水化物の水溶液を加え、一晩静置した。次に
溶液を捨て、含浸された球状固形物を蒸留水で洗浄して
塩化物を取り除いた。この球状固形物を60℃で乾燥
し、それから適当量の酢酸カリウム溶液で含浸し目的の
触媒を60℃で乾燥した。
53.1:10.4:7.7:28.6 ガス空間速度: 3850/時間 温度: 150℃(高温域で) 圧力: 115 psig 触媒添加量: 2.50g 触媒の希釈: 30ccの4mmガラスビーズ 報告されている酸素の転化率32.2%を基に計算し、
8.0%のエチレンが転化し、94.2%の選択性で酢
酸ビニルを生成した。
よび3.1重量%のカリウムに相当する、目標とする組
成を有する触媒を上記の工程を使用した好適な方法によ
り製造した。Na2 PdCl4 (8.57g)と HAuCl
4 (2.18g)とを128gの蒸留水に溶解した。次
にこの溶液を210gの球状シリカ担体(KA-160、Sud
Chemie社製)にゆっくりと添加した。それから溶液と担
体の混合物を撹拌し、むらが生じないように緩やかに震
盪した。この混合物を室温で2時間静置し、実質的に全
ての溶液を担体中に吸収させた。15.1gのメタケイ
酸ナトリウムを252gの蒸留水に溶解した溶液を含浸
された担体に注ぎ、3時間静置した。次に26.8gの
ヒドラジン水化物を加え、一晩静置した。それから球状
固形物を蒸留水で完全に洗浄し、塩化物を除去した。次
に球状固形物を60℃で一晩乾燥した後粉砕した。粉砕
した触媒200gを、133.3gのシリカゾル(30
重量%の SiO2)と粉砕を継続させるのに十分量の水を
加えてさらに一晩粉砕した。こうして得たスラリー状の
触媒を噴霧乾燥して微細球状粒子とした。この微細粒子
固形物の一部15gに、0.75gの酢酸カリウムを1
0gの蒸留水で溶解した溶液を含浸し、60℃で一晩乾
燥した。こうして得た目的の触媒を顕微鏡で検査したと
ころ、良好な微細球状粒子が形成されていることが確認
された。
媒からなり、十分量の不活性シリカ流動層担体で希釈
し、層の総容積を30ccにしたことを除いて実施例1で
特定した条件下で、40ccの流動層反応器中で行った。
エチレンの転化率が5.2%で酢酸ビニルが93.7%
の選択性で生成され、用いた製造法が効果的であること
が示された。
す実施条件の変更の影響 実施例2で製造した触媒を、酸素供給濃度、空間速度お
よび温度の触媒の性能に対する影響を決定するために試
験した。エチレンの供給率は一定に保ち、窒素の供給は
酸素または酢酸の濃度を上げるに伴って下方修正した。
以下の試験結果が得られた。
も、広範囲の供給条件で良好な選択性と転化が得られる
ことを示している。
0gの蒸留水に溶解し、この溶液を200gのKA-160球
状シリカ担体(直径5mm)に含浸した。この含浸された
固形物を2時間静置し、それから12.0gのNa2 Si O
3 を240gの蒸留水に溶解した溶液を加え、緩やかに
混和し2時間静置した。この混合物に21.3gの55
%ヒドラジン水化物を加え、一晩静置した。次に混合物
の固形物から溶液を除き、固形物をきれいな蒸留水で塩
化物が検出されなくなるまで洗浄した。こうして得た触
媒前駆体球状粒子を60℃で一晩乾燥した。この触媒前
駆体200gを粉砕し、19.05gの粉砕したKA-160
(洗浄して塩化物を除いたもの)と、202.8gのSn
otex-N-30 シリカゾル(36重量%の固体部)と、粉砕
を継続させてスラリー状混合物を得るために十分量の水
とを加えて混和した。このスラリー状混合物をさらに一
晩粉砕し、噴霧乾燥した。得られた微細球状触媒粒子を
110℃で天火乾燥した。こうして得た球状固形物は基
礎分析により、0.62重量%のパラジウムと0.23
重量%の金を含有していることが確認された。
蒸留水で溶解し、この溶液を15.85gの前記微細球
状粒子に含浸した。これを乾燥して得た固形物は、9.
5重量%の酢酸カリウムを含有していた。
4.5gに十分量の流動化可能なシリカを加えて30cc
とし、試験用の流動層反応器中に配置した。実施条件な
らびに結果は以下の通りであった。
媒の16.0gを640℃で空気中で2時間か焼した。
このか焼した固形物に、1.6gの酢酸カリウムを1
3.5gの蒸留水に溶解した溶液を加え、得られた触媒
を60℃で乾燥した。
触媒16.05gを十分量の不活性な微細球状シリカを
加えて混和し33ccとした。この触媒混合物を流動層反
応器で試験し、以下の結果を得た。
んでいること、パラジウムと金の含量がそれぞれ0.6
9重量%および0.25重量%に増量させていることを
除き実施例8に記載の工程により噴霧乾燥した触媒を製
造した(酢酸カリウムは含有しない)。この微細球状固
形物の16gを400℃で0.5時間、さらに640℃
で2時間か焼した。このか焼した固形物15gに、1.
57gの酢酸カリウムを13.5gの蒸留水に溶解した
溶液を含浸し、得られた触媒を60℃で乾燥した。
13.3gを十分量の不活性な微細球状シリカを加えて
混和し30ccとした。この触媒混合物を流動層反応器で
試験し、以下の結果を得た。
明したが、多くの修正、変更、変量がこの記述を基に当
業者によって為し得ることは明白である。従って、この
ような修正、変更、変量の全ては、本発明の精神や範囲
に留まるものとして包括されるべきものである。
概略図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 エチレンと酢酸とを1またはそれ以上の
インレットを介して流動層反応器中に供給する工程と、
酸素含有ガスを少なくとも1つの更なるインレットを介
して流動層反応器中に供給する工程と、酸素含有ガスと
エチレンおよび酢酸とを流動層反応器中で互いに接触さ
せると共に、流動層触媒材とも接触させることによりエ
チレン、酢酸および酸素を反応させて酢酸ビニルを製造
し、流動層反応器から酢酸ビニルを回収する工程とから
なる流動層反応器中で酢酸ビニルを製造する方法。 - 【請求項2】 エチレンおよび酢酸が、ガス混合物とし
て1またはそれ以上のインレットを介して流動層反応器
中に供給される請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 エチレンと酢酸とのガス混合物は、混合
物での可燃性に対する限界以下の量の酸素を含有する請
求項2記載の方法。 - 【請求項4】 酸素含有ガスが少なくとも複数の更なる
インレットを介して流動層反応器中に供給される請求項
1乃至3のいずれかに記載の方法。 - 【請求項5】 流動層触媒は、式Pd−M−Aを有し、
ここでMはBa、Au、Cd、Bi、Cu、Mn、F
e、Co、Ce、U又はそれらの混合物からなり、Aは
アルカリ金属又はそれらの混合物からなる請求項1乃至
4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 流動層反応器中の流動層触媒材の量を、
エチレン、酢酸および酸素含有ガスの反応中に発生する
熱の放散を可能とするのに十分な容積で維持することに
より、前記反応が、流動層触媒に対するダメージをとも
なわずに進行する請求項1乃至5のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項7】 前記流動層触媒材は粒子状の触媒材と粒
子状の不活性物質とからなる請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 少なくとも60%の粒子状流動層触媒材
は、200ミクロン以下の粒子寸法径を有し、40%以
下の触媒粒子は、40ミクロン未満の径を有する請求項
1乃至7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 少なくとも50%の粒子状流動層触媒材
は、100ミクロン未満の粒子径を有し、40%以下の
触媒粒子は、40ミクロン未満の径を有する請求項1乃
至8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 反応器中に導入されるエチレンおよび
酢酸の総量と酸素含有ガスとの比は、前記混合物での可
燃性に対する限界内である請求項1乃至9のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項11】 反応器中に導入される結合ガス供給物
中のエチレンの濃度は、30乃至70vol%である請
求項1乃至10のいずれかに記載の方法。 - 【請求項12】 反応器中に導入される結合ガス供給物
中のガス状酢酸の濃度は、10乃至25vol%である
請求項1乃至11のいずれかに記載の方法。 - 【請求項13】 反応器中に導入される結合ガス供給物
中の酸素の濃度は、約8乃至25vol%である請求項
1乃至12のいずれかに記載の方法。 - 【請求項14】 更に、未反応の酢酸、エチレン及び酸
素の少なくとも一部を流動層反応器中に再循環させる工
程からなる請求項1乃至13のいずれかに記載の方法。 - 【請求項15】 更に、流動層反応器から洩れた流動層
触媒材の少なくとも一部を回収し、流動層反応器中に再
循環させる工程からなる請求項1乃至14のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項16】 圧力の範囲は50乃至200psig
であり、温度範囲は100℃乃至250℃である請求項
1乃至15のいずれかに記載の方法。
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