JPH10114701A - 酢酸の製造方法 - Google Patents

酢酸の製造方法

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JPH10114701A
JPH10114701A JP27085596A JP27085596A JPH10114701A JP H10114701 A JPH10114701 A JP H10114701A JP 27085596 A JP27085596 A JP 27085596A JP 27085596 A JP27085596 A JP 27085596A JP H10114701 A JPH10114701 A JP H10114701A
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acetic acid
reaction
carbon monoxide
methyl formate
methyl
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Kenichi Nakamura
健一 中村
Futoshi Kawako
太 河高
Yoshikazu Shima
義和 島
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ギ酸メチルの異性化により、酢酸を効率良く、
工業的に有利に製造する方法を提供する。 【解決手段】ギ酸メチルをロジウム触媒、ヨウ素化合物
および一酸化炭素の存在下に押し出し流れ形式で反応さ
せることを特徴とする酢酸の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酢酸を製造する方法に関
する。更に詳しく説明すれば、ぎ酸メチルを原料に用い
て、一酸化炭素加圧下に反応させて酢酸を製造する方法
に関する。酢酸は、酢酸エステル類、無水酢酸、酢酸ビ
ニル、テレフタル酸の原料として工業的に用いられる基
礎化学品である。
【0002】
【従来技術】メタノールをロジウム化合物とヨウ化メチ
ルとの存在下、反応液に水を共存させ一酸化炭素と反応
させて酢酸を製造する方法はモンサント法として広く工
業的に実施されている。また、近年モンサント法の改良
法として反応液中の水分濃度を5重量%以下に下げるこ
とにより、副反応である水性ガスシフト反応を抑え酢酸
の生産性を高める技術が開示されている(特開昭60−
239434号、特開昭60−54334号)。以後、
改良モンサント法と記す。しかし、これらメタノールの
カルボニル化反応に関する従来技術によれば酢酸の製造
に際し、酢酸の製造量に対応する以上の量の高純度一酸
化炭素が必要となる。モンサント法ではカルボニル化工
程の設備費とほぼ同額の一酸化炭素発生設備費がかかる
という欠点を有している。メタノールのカルボニル化反
応による酢酸製造では水の共存が必須であり、反応液中
の水分濃度が改良法に示されるように5重量%以下に低
下したとしても、水性ガスシフト反応を完全に抑えるこ
とは出来ず、また、製品酢酸を得るためには蒸留工程に
おいて水の分離に多大のエネルギーを必要とする欠点を
有している。また、メタノールのカルボニル化反応では
液相触媒中への一酸化炭素の溶解を促進させるため撹拌
機を有する完全混合槽型反応器を用いるため、撹拌動力
を必要とする欠点を有している。
【0003】メタノールとぎ酸メチルの混合原料をメタ
ノールのカルボニル化反応条件に導入し、一酸化炭素製
造設備能力の制約から開放されるという技術が開示され
ている(特開平7−291892号)。しかし、本発明
者らが検討したところ、メタノールのカルボニル化反応
条件の水共存下にぎ酸メチルを導入すると、ぎ酸メチル
の加水分解が起こりメタノールとぎ酸が生成し、ここで
生成したメタノールは一酸化炭素を消費するカルボニル
化反応により酢酸となる。反応系中で中間体として生成
するアセチルアイオダイドは水による加水分解を優先的
に起こすため、ぎ酸との反応により系中に一酸化炭素を
新たに発生することはなく、一酸化炭素使用量の低減化
をはかることは出来ない。 (1)メタノールのカルボニル化反応 CH3 OH+CH3 COOH→CH3 COOCH3 +H2 0 CH3 COOCH3 +HI→CH3 COOH+CH3 I CH3 I+CO→CH3 COI CH3 COI+H2 0→CH3 COOH+HI ─────────────────────────────── CH3 OH+CO → CH3 COOH (2)ぎ酸メチルの異性化反応 HCOOCH3 +CH3 COOH→CH3 COOCH3 +HCOOH CH3 COOCH3 +HI→CH3 COOH+CH3 I CH3 I+CO→CH3 COI CH3 COI+HCOOH→CH3 COOH+CO+HI ──────────────────────────────── HCOOCH3 → CH3 COOH また、ぎ酸は一部副生した酢酸メチルとのエステル交換
反応により酢酸とぎ酸メチルに変換されるが、アセチル
アイオダイドとの反応で消費されない副生ぎ酸量は副生
酢酸メチル量より多くなってくるため、触媒および副生
物のリサイクルを行うプロセスにおいてはぎ酸の蓄積が
起こりプロセスとして成り立たなくなるという欠点を有
している。
【0004】一方、ぎ酸メチルを一酸化炭素加圧下に加
熱し異性化することで酢酸を製造する方法として、ロジ
ウムを触媒とする場合(特開昭49ー3513)や、ロ
ジウム金属原子およびヨウ化リチウムとヨウ化メチルと
の混合物からなる均一触媒系を用いる場合(特開昭60
ー149542)が知られている。しかし、これらぎ酸
メチル異性化反応に関する従来技術によれば、モンサン
ト法に匹敵する空時収率を得ることが出来なかったり、
ぎ酸メチルの転化率が十分でないため未反応ぎ酸メチル
のリサイクル量が多くなった。また酢酸に変換可能な副
生物であるぎ酸と酢酸メチルの生成量が多く、これらの
リサイクルに大きなエネルギーを要するという欠点を有
していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ぎ酸メチルの異性化に
よる酢酸製造はメタノールのカルボニル化反応と異なり
水の共存が必須条件とはならないので、精製酢酸を得る
のに水との分離に多大なエネルギーを必要としない。本
発明の目的は、上記ぎ酸メチルの異性化による酢酸製造
法の欠点を克服し、モンサント法および改良モンサント
法を上回る経済性ある酢酸製造プロセスを提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々検討を
行ったところ、ぎ酸メチルを原料として用いることで、
酢酸の製造に際し、高純度一酸化炭素の製造設備の制約
から解放されるとともに、製品酢酸の精製に要するエネ
ルギーコストを最小にする酢酸の製造法を見出した。ま
た、問題であった空時収率や転化率を十分高めること、
および変換可能な副生物であるぎ酸と酢酸メチルの生成
量を最小限に留めことが、ぎ酸メチルの異性化反応に適
合した反応器と反応形式に変更することにより可能にな
った。
【0007】すなわち、本発明は、ぎ酸メチルを原料と
し、ロジウム触媒、ヨウ素化合物および一酸化炭素の存
在下に反応させることを特徴とする酢酸の製造法に関す
るものである。ぎ酸メチルの製造方法としては、メタノ
ールの一酸化炭素によるカルボニル化法、メタノールの
脱水素法、ぎ酸のメタノールによるエステル化法、ホル
ムアルデヒドの二量化法、合成ガスからのメタノール/
ぎ酸メチルの併産法、二酸化炭素と水素からのメタノー
ル/ぎ酸メチル併産法が知られている。ぎ酸メチルの製
造法としてはどの方法でもかまわないが、本法の適用に
はメタノールの脱水素法で製造されたぎ酸メチルの使用
が最も好ましい。本発明とメタノールの脱水素法で製造
されたぎ酸メチルを原料として使用すればメタノールの
カルボニル化反応で必要な大規模な高純度一酸化炭素製
造設備を必要としない。また、両法を適用することによ
りメタノールのみを原料とする酢酸の製造プロセスとな
る。脱水素法ぎ酸メチルの製造は、メタノール製造プラ
ントに隣接して行い、原料ぎ酸メチルを遠隔の酢酸プラ
ントに輸送してもよいし、メタノールを遠隔地より輸送
し、酢酸プラントに隣接した脱水素法のぎ酸メチル製造
プラントで、ぎ酸メチルを製造してもよい。
【発明の実施の形態】
【0008】本発明における酢酸製造の触媒としては元
素周期律表の第8族の各金属を使用できるが、特にロジ
ウムが高い活性を有しているため好ましい。ロジウムの
使用形態としては、反応条件下に可溶性であって、反応
系中でロジウムカルボニル錯体種を成形し得るものであ
ればどのようなものでもかまわない。工業的にはヨウ化
ロジウムなどが挙げられるが、これに限定されるもので
はない。反応液中のロジウム濃度は100〜10,00
0ppm、好ましくは200〜3,000ppmであ
る。
【0009】本発明において酢酸を製造する際、ヨウ素
化合物を反応系に添加することが好ましい。ヨウ素化合
物としてはヨウ化メチルとヨウ化リチウムが特に好まし
く。特開昭60ー149542号で公知のようにヨウ化
リチウムとヨウ化メチルとを混合して使用することが最
も好ましい。ヨウ化メチルは反応系に直接添加できる
し、反応系でヨウ化メチルが生ずるような方法で添加し
てもかまわない。反応液中のヨウ化メチルの濃度が高い
と、ぎ酸メチルの異性化反応が促進されるが、ヨウ化メ
チルは回収して、反応器に再循環させる必要があり、循
環工程の設備規模、エネルギーの使用量から経済的に最
も有利な反応液中のヨウ化メチルの濃度は5〜20wt
%の範囲である。ヨウ化リチウムは反応系に直接添加で
きるし、反応系でヨウ化リチウムが生ずるような方法で
添加してもかまわない。反応液中のヨウ化リチウムの濃
度が高いと、ぎ酸メチルの異性化反応が促進されるが、
反応条件下に可溶限界濃度以下である必要がある。濃度
が高すぎると、触媒循環液量が増大し反応器が大型化す
ることや、製品酢酸へのヨウ素イオンの混入量が増大す
ること、プロセス全体の腐食性が増加するなどの問題点
が指摘される。しかるにヨウ化リチウムの濃度は2〜2
0wt%が好ましい。
【0010】本発明において酢酸を製造する際の反応液
中の水分濃度は、0.1重量%以下の実質的無水の条件
が好ましい。ぎ酸メチルの異性化反応ではメタノールの
カルボニル化反応と異なり反応系中での水の共存は必須
でない。水の共存は、副反応として水性ガスシフトを併
発し、反応ガス中に実質的に不必要な二酸化炭素および
有害な水素の蓄積を招く。その結果、ロジウムカルボニ
ル錯体の保持に必要な一酸化炭素分圧を保持するために
不必要な反応ガスのパージや反応圧力の高圧化を行う必
要を生じる。水分濃度0.1重量%以下の実質的無水の
条件下で反応を行った場合、二酸化炭素および有害な水
素の発生はほとんど無視でき、わずかに生成した場合に
おいても、副生ガスは生成液に溶解し反応系外に排出さ
れるため、反応器で蓄積されることはない。即ち、反応
ガスのパージや反応圧力の高圧化を行う必要はなく、一
酸化炭素の損失やリサイクルガスの必要以上の昇圧はな
い。これに対して含水率が多い場合、水性ガスシフト反
応による一酸化炭素のロスと二酸化炭素、水素等の副生
が多く起こる。系中で二酸化炭素等が蓄積すると、一酸
化炭素分圧が低下するので、実質的無水の条件に比べ反
応ガスを多量にパージし、一酸化炭素を補ってやらなけ
ればならない。また、水の共存下では、ぎ酸メチルの加
水分解が起こり、メタノールとぎ酸が生成する。ここで
生成したメタノールは一酸化炭素を消費するカルボニル
化により酢酸となるが、水分濃度0.1重量%以下の実
質的無水の条件下ではぎ酸メチルの加水分解が起こらな
いため、一酸化炭素を消費しない。また、系中でのぎ酸
の蓄積を防げる。メタノールのカルボニル化反応におけ
る反応液中水分濃度は、モンサント法で15重量%、改
良モンサント法で5重量%であり、反応液からの酢酸の
精製では酢酸と水の分離に多大なエネルギーを消費する
ことが知られている。本発明のぎ酸メチルの異性化によ
る酢酸製造では実質的無水の条件下で反応を行うため酢
酸の精製に要するエネルギーはモンサント法の3分の1
以下、改良モンサント法の2分の1以下という大幅なエ
ネルギーの削減を達成できる。
【0011】本発明は、一酸化炭素存在下で実施され
る。使用される高純度一酸化炭素は必ずしも純粋である
必要はない。微量の不活性ガス、例えば二酸化炭素、窒
素、メタンが妨害因子になることはない。一酸化炭素の
分圧としてはロジウムカルボニル錯体の保持に必要な圧
を有していればよい。必要量は実質的無水の条件下で実
施されるぎ酸メチルの異性化反応では、シフト反応によ
る一酸化炭素のロスがないので生成液に溶解し反応系外
に排出される量のみ補ってやればよく、ほとんど無視す
ることができる。大規模酢酸製造プラントの場合でも、
この程度の一酸化炭素使用量であれば大規模な一酸化炭
素製造設備を必要としない。一酸化炭素ボンベの使用で
も対応可能であるが、最も好適に工業的に小規模の一酸
化炭素を得る方法として、ぎ酸メチル分解による一酸化
炭素を得る方法がある。この方法を用いると、必要な分
圧を保持するための一酸化炭素をコンプレッサーなしに
準備することができる。
【0012】本発明における必要な一酸化炭素分圧は、
0.1〜50atmである。反応の全圧は1〜100a
tm、好ましくは10〜50atmである。反応温度は
100〜240゜C、好ましくは180〜210゜Cで
ある。実質的無水の条件下で実施されるぎ酸メチルの異
性化反応では、メタノールのカルボニル化において18
5゜C以上の温度で急激に進行するシフト反応が起こら
ないので、185゜C以上の温度で反応速度を向上させ
ることができる。
【0013】本発明のぎ酸メチル異性化反応では、酢酸
に変換可能な副生物であるぎ酸と酢酸メチルが、ぎ酸メ
チルと酢酸のエステル交換反応により生成する。これ
ら、ぎ酸と酢酸メチルは反応生成液から回収して反応器
に循環される。原料に加えられた循環液はエステル交換
の逆反応により再びぎ酸メチルと酢酸にもどることが可
能である。定常状態においては反応器中でぎ酸と酢酸メ
チルはある平衡濃度を保って等モル存在することにな
る。循環工程の設備規模、エネルギーの使用量から経済
的に最も有利な反応液中のぎ酸と酢酸メチルの濃度は、
0.1〜10重量%である。
【0014】本反応はバッチ反応方式でも連続反応方式
でも実施できるが、連続反応形式が好ましい。特に、今
回本発明者らは管型および/または塔型反応装置を用
い、押出し流れ形式で反応を実施することが最適である
ことを見出した。メタノールのカルボニル化反応では溶
液中への一酸化炭素の溶解が必要であり、反応速度がメ
タノール濃度に対して0次であるため、撹拌機を有する
完全混合槽形式で実施されている。これに対してぎ酸メ
チル異性化反応では、液中に存在するぎ酸から一酸化炭
素が供給されるため、あたかも分子状の一酸化炭素が液
中に存在するかのごとく見なすことができ、強制的撹拌
により溶液中に一酸化炭素を溶解する必要がない。せい
ぜいロジウムカルボニル錯体の安定性を保持できる一酸
化炭素が存在すればよく、そのためには所定の一酸化炭
素分圧があれば十分である。また、ぎ酸メチル異性化反
応では反応速度がぎ酸メチル濃度に対して1次であるた
め、従来出願されていた特許で実施されてる完全混合槽
形式の反応では、ぎ酸メチルの転化率が十分に上がら
ず、空時収率が低く、変換可能な副生物の溶液濃度が高
い等の欠点を克服することができなかった。
【0015】しかし、本発明者らが適用した管型および
/または塔型反応装置を用い、押出し流れ形式で反応を
実施することにより、高い空時収率、高い転化率、変換
可能な副生ぎ酸および酢酸メチルの溶液濃度を低くする
ことが可能となった。管型および/または塔型反応装置
を用い、押出し流れ形式で反応を実施する場合、原料液
を反応管上部より供給し、生成液を反応管下部より抜出
す所謂ダウンフロー形式でも、その逆のアップフロー形
式でも適用可能である。共存させる一酸化炭素は、溶解
ガスとして反応系からパージされた分については反応器
上部の気相部に供給してもよいし、反応器下部より液相
部にあたかも気泡塔反応器のように供給しても問題がな
い。また、撹拌機を有する完全混合槽反応器の撹拌を停
止して反応を実施することも可能でありメタノールのカ
ルボニル化反応装置をそのまま使用することが出来る。
反応器の径と長さにもとくに制限はなく、いかなる形状
の反応器にも適用可能である。
【0016】
【発明の効果】押出し流れ形式で反応を実施することに
より、今まで撹拌機を有する完全混合槽反応器で必要で
あった撹拌動力も必要なくなり、エネルギーの使用量も
大幅に低減することが可能となった。また、従来のメタ
ノールのカルボニル化反応では大きな発熱量のため、気
液分離器における蒸発潜熱による除熱が律速であり酢酸
プラントの生産量を決定する大きな因子であったが、ぎ
酸メチル異性化反応では反応熱が3分の2であり、その
制約から解放される酢酸製造プロセスを構築することが
可能となった。
【0017】
【実施例】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。
【0018】
【触媒原料液の調整】撹拌機を備えたジルコニウム製5
Lオートクレーブに、酢酸2400g、無水ヨウ化リチ
ウム573g、無水3ヨウ化ロジウム39.6gを仕込
んだ。一酸化炭素5kg/cm2を張込み、続いてパー
ジを行い系中のガスを一酸化炭素で置換した。この操作
を2度行った。続いて、一酸化炭素2kg/cm2を室
温で張込み、撹拌しながら130゜Cに昇温し、130
゜Cで1時間反応させて可溶性のロジウムカルボニルを
生成し、触媒原料液を調整した。以下で行う実施例およ
び比較例の実験では、触媒原料液にぎ酸メチル等の必要
成分を添加し原料液を調整し実施した。
【0019】実施例1 触媒原料液にぎ酸メチル等の必要成分を添加し、液組成
として、ぎ酸メチル17.0wt%、ヨウ化メチル1
5.0wt%、酢酸メチル0.86wt%、酢酸61.
5wt%、ぎ酸0.53wt%、ヨウ化リチウム5.0
wt%、Rh750ppm、水50ppmとなる原料液
を10kg調整した。液面検知装置、温度計、ガス吹込
みノズル、撹拌機を備えた、内径4cm、高さ20cm
のジルコニウム製オートクレーブを用意した。反応器上
部より原料液をフィードし、液面検知装置により液量が
200mlに達した時点で反応器下部の抜出しコントロ
ールバルブより生成液を抜出し、気液分離器に導入でき
るよう、また一酸化炭素は反応器下部のガス吹込みノズ
ルより、流量調節器を通して、パージガス量に見あった
量の一酸化炭素供給できるよう装置を製作した。撹拌を
全く実施せず、反応温度195゜Cで、反応器全圧が3
0kg/cm2で保圧になるように一酸化炭素を供給
し、原料液を900g/hrの速度で供給した。定常状
態に達した時点での生成液を気液分離器下部より抜出し
組成分析したところ、ぎ酸メチル1.70wt%、ヨウ
化メチル15.0wt%、酢酸メチル0.86wt%、
酢酸76.8wt%、ぎ酸0.53wt%、ヨウ化リチ
ウム5.0wt%であった。なお、生成液は900g/
hrの速度で得られ、ぎ酸メチルの転化率は90モル%
であった。ぎ酸と酢酸メチルの生成量と消費量は等し
く、生成液中のぎ酸と酢酸メチルを原料系に再循環させ
ると、副生はないとみなせた。ぎ酸メチルの酢酸への選
択率は99%以上であり、また未反応ぎ酸メチルも原料
系に再循環できる。空時収率は688g−酢酸/L・h
rが得られた。10時間の通液反応で気液分離器上部よ
り2Lのパージガスが得られ、ガス分析を実施したとこ
ろ、ガス組成で二酸化炭素が0.28vol%、水素が
0.08vol%、メタンが0.06vol%認められ
た。
【0020】比較例1 触媒原料液にぎ酸メチル等の必要成分を添加し、液組成
として、ぎ酸メチル17.0wt%、ヨウ化メチル1
5.0wt%、酢酸メチル0.86wt%、酢酸61.
0wt%、ぎ酸0.53wt%、ヨウ化リチウム5.0
wt%、Rh750ppm、水0.5wt%となる原料
液を10kg調整した。実施例1と同一の反応器に還流
冷却器を備え、その上部よりガスをパージ出来る装置を
用意した。500回転/分で撹拌を実施しながら、反応
温度195゜Cで、反応器全圧が30kg/cm2 で保
圧になるように一酸化炭素を供給し、原料液を900g
/hrの速度で供給した。同時に、還流冷却器上部より
ガスパージを実施した。定常状態に達した時点での生成
液を気液分離器下部より抜出し組成分析したところ、ぎ
酸メチル4.2wt%、ヨウ化メチル15.0wt%、
酢酸メチル1.50wt%、酢酸72.8wt%、ぎ酸
0.93wt%、ヨウ化リチウム5.0wt%であっ
た。なお、生成液は900g/hrの速度で得られた。
ぎ酸メチルの転化率は75.3モル%であり、ぎ酸と酢
酸メチルの副生はそれぞれ4.1モル%であり、酢酸選
択率は91.8モル%であった。空時収率は529g−
酢酸/L・hrが得られた。10時間の通液反応で還流
冷却器上部と気液分離器上部より合せて50Lのパージ
ガスが得られた。ガス分析を実施したところ、ガス組成
で二酸化炭素が1.12vol%、水素が0.28vo
l%、メタンが0.22vol%認められた。原料液の
含水量が多いとシフト反応が多く起っており、生成液の
溶解ガス量以上にパージガス量を多くしてやる必要があ
った。
【0021】実施例2 実施例1で調整した原料と同一の原料を調整した。反応
装置は実施例1で使用したものと同一のものを使用した
が、一酸化炭素は反応器上部の気相部に供給できるよう
装置を改良した。撹拌を全く実施せず、反応温度205
゜Cで、反応器全圧が34kg/cm2で保圧になるよ
う一酸化炭素を供給し、原料液を1300g/hrの速
度で供給した。定常状態に達した時点での生成液を気液
分離器下部より抜出し組成分析したところ、ぎ酸メチル
1.70wt%、ヨウ化メチル15.0wt%、酢酸メ
チル0.86wt%、酢酸76.8wt%、ぎ酸0.5
3wt%、ヨウ化リチウム5.0wt%であった。な
お、生成液は1300g/hrの速度で得られた。ぎ酸
メチルの転化率は90モル%であり、ぎ酸と酢酸メチル
の副生はないとみなせた。空時収率は994g−酢酸/
L・hrが得られた。7時間の通液反応で気液分離器上
部より3Lのパージガスが得られ、ガス分析を実施した
ところ、ガス組成で二酸化炭素が0.28vol%、水
素が0.08vol%、メタンが0.06vol%認め
られた。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ぎ酸メチルをロジウム触媒、ヨウ素化合物
    および一酸化炭素の存在下に異性化して酢酸を製造する
    方法において、管型および/または塔型反応装置を用
    い、押出し流れ形式で反応させることを特徴とする酢酸
    の製造方法。
  2. 【請求項2】反応液中の水分濃度が、0.1重量%以下
    である請求項1記載の酢酸の製造方法。
  3. 【請求項3】未反応ぎ酸メチル、副生ぎ酸および酢酸メ
    チルを原料系に再循環させる請求項1又は2記載の酢酸
    の製造方法。
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