JPH10168024A - 酢酸の精製方法 - Google Patents

酢酸の精製方法

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JPH10168024A
JPH10168024A JP33070496A JP33070496A JPH10168024A JP H10168024 A JPH10168024 A JP H10168024A JP 33070496 A JP33070496 A JP 33070496A JP 33070496 A JP33070496 A JP 33070496A JP H10168024 A JPH10168024 A JP H10168024A
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acetic acid
iodide
ozone
purifying
distillation column
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Hiroyuki Miura
裕幸 三浦
Takashi Sato
隆 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多大な設備等を使用することなく、簡便な方
法で効率的に、高純度な酢酸を製造する方法、すなわち
を有機ハロゲン化物を含有する酢酸を精製する方法を提
供する。 【解決手段】 酢酸の製造プロセスにおける蒸留塔内に
オゾンを吹き込むことによって、不純物を分解しながら
同時に分解生成物を除去することができ、効率的に有機
ハロゲン化物を含有する酢酸を精製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酢酸の精製方法に
関する。本発明は、特に、メタノールのロジウム触媒に
よる接触カルボニル化反応によって得られる有機ハロゲ
ン化物を不純物として含む酢酸の精製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酢酸は、石油化学工業、有機化学工業、
医薬農薬製造工業、高分子化学工業などにおいて多量に
使用される基礎化学品の一つである。
【0003】酢酸の工業的製造方法にはアセトアルデヒ
ドの酸化、ナフサの酸化等が古くから用いられている
が、最も簡便な方法として、メタノールのカルボニル化
反応による製造方法(米国特許3769329号等)が
ある。この方法では、メタノールのカルボニル化の際、
金属触媒としてロジウムを、助触媒として有機ハロゲン
化物を使用しており、前者は反応溶液中に溶解もしくは
分散、あるいは不溶性固体によって支持されているもの
で、後者は有機ヨウ化物、中でも特にヨウ化メチルが用
いられている。又、最も典型的かつ一般的に、反応は一
酸化炭素ガスが絶えずバブルされる液体反応媒質中に溶
解した触媒を用いて実施される。
【0004】前記製造方法は、不純物の生成が少ない方
法として広くしられているものの、副反応によって生成
する不飽和有機化合物、還元性有機化合物、有機ハロゲ
ン化物等の不純物が混入してくるので酢酸から十分に除
去する必要がある。酢酸の品質試験には過マンガン酸塩
への還元作用に基づく定量方法を利用した過マンガン酸
還元性物質試験(過マンガン酸タイム)といわれる試験
があり、製品酢酸はこの試験に合格しなければならない
が、これを悪化させる原因不純物としてはカルボニル化
合物、有機ハロゲン化物等が挙げられ、これら不純物は
ある種の用途、例えば酢酸を酢酸ビニルに変換する目的
には特に有機ハロゲン化物は触媒を失活させるなど有害
であり、製品酢酸中から除去する必要がある。通常、こ
れらの不純物は蒸留によって除去されるが、不純物とし
て含まれる有機ハロゲン化物の沸点は酢酸の沸点に近い
値を持つものが多く、又、アセトアルデヒドをはじめと
するカルボニル化合物はヨウ化メチルの沸点に近い値を
持つものが多く、いずれの場合にも蒸留という物理的な
方法によってこれらを完全に除去することは極めて困難
である。
【0005】前記問題を解決するために種々の技術が提
案されている。例えば、アミノ化合物と不純物であるカ
ルボニル化合物を反応させて除去する方法が特開昭58
−74634号、特開平4−266843号に開示され
ている。さらに共沸を利用してカルボニル化合物を除去
する方法が特公平3−51696号、特公平2−394
90号に開示されている。しかし、これらの方法ではカ
ルボニル化合物を低減することはできるが有機ハロゲン
化物を十分に除去することはできない。アルキルヨウ化
物を除去する方法として、近年、イオン交換樹脂を用い
る方法が種々開示されている(特公平5−21031
号、特開平5−246935号、特開平4−28233
9号、特開平6−40999号、特開平5−12501
1号、特開平5−301839号)。しかしイオン交換
樹脂処理のためには多大な設備が必要となる。又、ヨウ
化メチル−酢酸スプリッターカラムの底部付近から取り
出された湿潤生成物流は蒸留により乾燥されるが、この
工程においてアルコールとの共沸を用いてヨウ化アルキ
ルを除去する方法が特公昭52−46924号に、酢酸
メチルとの共沸法が特公昭61−8811号に開示され
ている。前記方法においては、還流比を上げることでヨ
ウ化アルキルの分離効率をよくすることも可能である
が、両者を併用しても満足するレベルまで十分に除去す
ることはできない。
【0006】オゾンを用いて有機ヨウ化物、不飽和化合
物およびカルボニル化合物を除去する方法が特開平1−
211548号に開示されている。この方法は、ヨウ化
メチル−酢酸スプリッターカラムの底部付近から取り出
された湿潤生成物流を蒸留によって乾燥されたあとの生
成物にオゾンを接触させているが、オゾンで処理した後
に更に、飽和のアルデヒド類を除去するために活性炭で
処理するなどの精製が必要である。
【0007】又、過マンガン酸タイム悪化の原因となる
還元性化合物(不飽和化合物)が濃縮されるスプリッタ
ーカラムの留分をオゾンで処理する方法が、特開平7−
133249号に開示されている。しかし前記留分をオ
ゾン処理しても、反応器で生成した還元性物質が連続的
に蒸留塔に供給されるため、塔内には必ず還元性物質が
存在し、製品酢酸への混入を防ぐことはできない。さら
に製品酢酸に混入するppbオーダーのヨウ化アルキル
の低減をはかることはできない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、多大な設備
等を使用することなく、簡便な方法で、効率的に高純度
な酢酸を製造する方法、すなわち、有機ハロゲン化物を
不純物として含有する酢酸を精製する方法を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記目的を
達成するために鋭意検討した結果、酢酸の製造プロセス
における蒸留塔内にオゾンを吹き込むことによって、不
純物を分解しながら同時に分解生成物を除去することが
でき、効率的に高純度な酢酸を製造することができるこ
とを見出だし、本発明を完成した。
【0010】すなわち、本発明は有機ハロゲン化物を不
純物として含む酢酸の精製において、オゾンを蒸留塔内
に吹き込んで、上記不純物を含む酢酸と接触させつつ蒸
留する酢酸の精製方法を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明における酢酸製造プロセス
について説明する。
【0012】本発明で用いられる第8族金属含有触媒
は、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、
コバルト、ニッケル等の化合物が挙げられる。触媒の使
用形態としては、反応条件下に溶解するかあるいは可溶
性型まで変換しうる任意適する形態で使用できる。ロジ
ウム触媒の形態としては、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ようなものでも
かまわないが、非限定的例としては、RhX(式中、
XはCl,Br又はIを表す)、RhX・3H
(式中、XはCl,Br又はIを表す)、Rh(C
O)16、Rh(CO)X[(CM](式
中、XはCl,Br又はIを、MはP,As又はSbを
表す)、Rh(CO)X[(CM](式
中、XはCl,Br又はIを、MはP,As又はSbを
表す)、HRh(CO)[(CP]、[R
h(C)Cl]、KRh(SnX
(式中、XはCl,Br又はIを表す)および特公昭
47−3334号公報記載のロジウム成分などが挙げら
れる。反応液中のロジウムの濃度は、200〜1,00
0ppm、好ましくは300〜600ppmである。
【0013】イリジウム触媒の使用形態としては、非限
定的例としては、IrX(式中、XはCl,Br又は
Iを表す)、[Ir(CO)](式中、XはC
l,Br又はIを表す)、[Ir(CO)
(式中、XはCl,Br又はIを表す)、[Ir(C
)X(CO)(式中、XはCl,Br又は
Iを表す)、Ir(CO)12IrX・4H
(式中、XはCl,Br又はIを表す)、IrX・4
O(式中、XはCl,Br又はIを表す)、Ir
(CO)12、イリジウム金属、Ir、Ir
、Ir(acac)(CO)、Ir(acac)
(CO)、酢酸イリジウム[IrO(OAc)
(HO)][OAc]、[HIrX](式
中、XはCl,Br又はIを表す)等が挙げられ、好ま
しくは、例えば酢酸塩、蓚酸塩およびアセト酢酸塩のよ
うなイリジウムのハロゲンフリーの錯体を包含する。反
応液中のイリジウムの濃度は、500〜4,000pp
m、好ましくは、2,000〜3,000ppmであ
る。
【0014】ルテニウム触媒の使用形態としては、非限
定的例として、RuX(式中、XはCl,Br又はI
を表す)、RuX・3HO(式中、XはCl,Br
又はIを表す)、塩化ルテニウム、酸化ルテニウム、蟻
酸ルテニウム(III )、[Ru(CO)
(式中、XはCl,Br又はIを表す)、テトラ(アセ
ト)クロロルテニウム(II,III )酢酸ルテニウム(II
I )、プロピオン酸ルテニウム(III )、酪酸ルテニウ
ム(III )、ルテニウムペンタカルボニル、トリルテニ
ウムドデカカルボニルおよび混合ルテニウムハロカルボ
ニル、例えば、ジクロロトリカルボニル(II)ダイマ
ー、ジブロモトリカルボニルルテニウム(II)ダイマ
ー、並びに他の有機ルテニウム錯体、例えばテトラクロ
ロビス(4−サイメン)ジルテニウム(II)、テトラク
ロロビス(ベンゼン)ジルテニウム(II)、ジクロロ
(シクロオクタ−1,5−ジエン)ルテニウム(II)ポ
リマーおよびトリス(アセチルアセトネート)ルテニウ
ム(III )等が挙げられる。
【0015】オスミウム触媒の使用形態としては、非限
定的例として、OsX(式中、XはCl,Br又はI
を表す)、OsX・3HO(式中、XはCl,Br
又はIを表す)、オスミウム金属、四酸化オスミウム、
トリオスミウムドデカカルボニル、ペンタクロロ−μ−
ニトロジオスミウム、並びに混合オスミウムハロカルボ
ニル、例えば、トリカルボニルジクロロオスミウム(I
I)ダイマー、および他の有機オスミウム錯体を包含す
る。反応液中のオスミウムの濃度は、500〜4,00
0ppm、好ましくは2,000〜3,000ppmで
ある。
【0016】又、これら触媒は1種あるいは2種以上を
組み合わせて使用することもできる。
【0017】以下、一例としてロジウム触媒を用いた場
合について述べる。
【0018】本発明において、特に低水分下のロジウム
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。例を挙げるな
らば、LiI、NaI、KI、RbI、CsIのような
アルカリ金属ヨウ化物塩、BeI、MgI、CaI
等のアルカリ土類金属ヨウ化物塩、BI、AlI
等のアルミニウム族金属ヨウ化物塩等がある。又、金属
ヨウ化物以外に有機ヨウ化物塩でも良く、例えば、4級
ホスホニウムヨウ化物(トリブチルホスフィン、トリフ
ェニルホスフィンなどのヨウ化メチル付加物又はヨウ化
水素付加物等)、4級アンモニウムヨウ化物塩(3級ア
ミン、ピリジン類、イミダゾール類、イミド類などのヨ
ウ化メチル付加物又はヨウ化水素付加物等)、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。ヨウ化物塩の使用量は、反応液中いずれもヨウ化
物イオンとして0.07〜2.5モル/リットルであ
り、好ましくは0.25〜1.5モル/リットルとなる
添加量がよい。
【0019】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5〜20重量%、好ましくは
12〜16重量%存在させる。また、本発明における反
応液中の水分濃度は15重量%以下、好ましくは10重
量%以下、さらに好ましくは1〜5重量%である。ま
た、酢酸メチルが0.1〜30重量%、好ましくは0.
5〜5重量%存在しており、反応液中、残りの主成分は
生成物でありかつ反応溶媒でもある酢酸である。尚、ジ
メチルエーテル、酢酸メチルを原料として用いたとき
は、これらが一酸化炭素と反応し、無水酢酸を形成した
後、速やかに水と反応して酢酸を形成する。
【0020】本発明におけるカルボニル化の典型的な反
応温度は約150〜250℃であり、約180〜220
℃の温度範囲が好ましい。反応器中の一酸化炭素は広範
囲に変動しうるが、典型的には約2〜30気圧、好まし
くは4〜15気圧である。全反応器圧力は、副生成物の
分圧と含まれる液体の蒸気圧とのために、約15〜40
気圧の範囲内である。
【0021】メタノールから酢酸への反応−酢酸回収系
は、カルボニル化反応器、フラッシャーおよびヨウ化メ
チル−酢酸スプリッターカラムを含む。カルボニル化反
応器では、通常、反応液体内容物が自動的に一定レベル
に維持される。この反応器には、新鮮なメタノール、充
分な水が必要に応じて連続的に導入されて、反応媒質中
に少なくとも測定可能な水濃度を維持する。
【0022】触媒、助触媒、触媒安定剤、反応促進剤の
存在下にカルボニル化反応して得られた反応粗液は、反
応器から引き出されフラッシャーに導入される。フラッ
シャーは好適には、カルボニル化反応圧力未満の圧力、
典型的には1〜6気圧の圧力に維持される。フラッシャ
ーは加熱または冷却して、あるいは加熱および冷却なし
に、100〜200℃の温度に保持される。
【0023】フラッシャーで蒸発しない触媒成分を含む
触媒循環液は、そのまま、あるいは必要に応じて水素や
一酸化炭素で処理されてカルボニル化反応器に循環され
る。
【0024】フラッシャーで蒸発した蒸気区分は、蒸気
及び/又は液体として、ヨウ化メチル−酢酸スプリッタ
ーカラムに供給される。ヨウ化メチル−酢酸スプリッタ
ーカラムは好適にはフラッシャーとほぼ同一の圧力で運
転することができるが、更に高い、又は低い圧力で運転
することも可能である。ヨウ化メチル−酢酸スプリッタ
ーカラムの運転温度は、供給される成分組成や運転圧
力、段数や還流量によって左右される。
【0025】ヨウ化メチル−酢酸スプリッターカラムの
塔頂部からは、主にヨウ化メチルからなる低沸点循環流
が抜き出されカルボニル化反応器に循環される。また、
底部あるいは底部付近の側流から、主に酢酸からなる湿
潤生成物流が抜き出され、次の蒸留塔に導入され乾燥さ
れる。乾燥された酢酸流は、そのまま、あるいは必要に
応じてさらなる処理を加えられて製品酢酸となる。
【0026】本発明においては、このような酢酸製造プ
ロセスにおいて、ヨウ化メチル−酢酸スプリッターカラ
ムや湿潤生成物流を乾燥させる蒸留塔などの蒸留塔内
に、有機ハロゲン化物などの不純物を分解するのに十分
な量、即ち酢酸の重量を基準として約1ppm以上のオ
ゾンを吹き込んで上記不純物を含む酢酸と接触させ分解
しつつ蒸留によって分解物を除去する。また、上記不純
物を含む酢酸のオゾン分解処理後、分解物はその後の蒸
留もしくは吸着あるいはイオン交換樹脂による処理とい
った工程を利用して酢酸から分離する方法も可能であ
る。しかしながら、既設蒸留塔を用いて当該蒸留塔操作
条件下でオゾン分解処理を行うほうが、新設機器が不要
となるだけでなく、連続多段の気液接触反応が可能とな
りオゾン処理効率が著しく増大するので、好ましい。
【0027】オゾンの発生装置は実験用あるいは工業的
に使用可能なものであれば何ら限定されるものではな
い。
【0028】処理される不純物の主なものは、アルキル
ハロゲン化物であり、n−ヨウ化ブチル、i−ヨウ化ブ
チル、ヨウ化エチル、ヨウ化プロピル、ヨウ化ペンチ
ル、ヨウ化ヘキシル、ヨウ化ヘプチル、ヨウ化オクチル
など、アルキル基の炭素数10程度までのヨウ化アルキ
ルおよびそれらの混合物が挙げられる。又、本発明の実
施によって、不飽和化合物、カルボニル化合物といった
不純物も同時に低減することができる。
【0029】処理液中のオゾンの最大濃度は酢酸−オゾ
ン混合上記の組成、温度における爆発範囲によって決定
される、特に蒸留塔の塔頂部の凝縮器オフガスが爆発範
囲に入らないように注意する必要がある。必要により窒
素などの不活性ガスを適量仕込むとよい。また、オゾン
反応は一般的にオゾン付加物のオゾニドや、過酸化物
(パーオキサイド)を経由し、これらが分解して完結す
る。必要以上に多量のオゾンを使用すると、非常に不安
定なオゾニドが爆発的に分解することがあるので、還元
剤を存在させるなど、注意が必要である。
【0030】オゾンは蒸留塔のどの場所に吹き込んでも
構わないが、滞留時間を長くとるため、蒸留塔のボトム
の液相に全体的に分散するように吹き込むのが好まし
い。また、オゾンと処理液の接触時間は蒸留塔内での滞
留時間によって決まり、繰り返し処理することも可能で
あるが、通常の蒸留における滞留時間で十分良い結果が
得られる。
【0031】オゾンの量は処理する酢酸の重量基準で約
1ppm以上、好ましくは約1ppm〜50ppmであ
る。
【0032】オゾン含有ガスの吹き込み量は蒸留塔の気
液接触効率に影響を及ぼさないように、蒸留塔仕込み液
または仕込みガスに対して0.6重量%以下にとどめる
のが好ましい。オゾン処理の温度、圧力は、当該蒸留塔
本来の分離目的で選択される蒸留操作条件によって決定
してよい。加圧条件、減圧条件、適宜選択されるが、加
圧条件を選択するならば、沸点上昇により、必然的に操
作温度は高くなり、その結果、オゾンによる分解反応速
度およびオゾン処理効率を著しく増大させることができ
る。
【0033】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のでない。
【0034】尚、以下の実施例においては、酢酸製造の
試験設備を反応液組成;ヨウ化メチル14重量%、水8
重量%、酢酸メチル1.6重量%酢酸70.9重量%、
ヨウ化リチウム5重量%、ロジウム400ppmで操作
中に、ヨウ化メチル−酢酸スプリッターカラムの底部付
近から抜き取った液(湿潤生成物流)を得て、有機ハロ
ゲン化物不純物の除去を行った。有機ハロゲン化物の分
析はECD(電子捕獲検出器)付きのガスクロマトグラ
フで実施した。
【0035】
【比較例1】湿潤生成物流を乾燥させる蒸留塔を想定
し、40φオールダーショウ(50段)を用いて、常圧
下、還流比2.2で実験を行った。
【0036】缶出液は酢酸であり、缶出率は仕込み量の
79重量%であった。ボトム温度は121℃、塔頂温度
は98℃であった。仕込み液は下から33段目より導入
した。ヨウ化ヘキシル濃度の分析結果は以下の通りであ
る。
【0037】
【表1】
【0038】
【比較例2】比較例1で得られた蒸留塔缶出液を撹拌槽
に張り込み、空気から製造したオゾン(空気中オゾン濃
度0.5vol%)を0.072NL/分で吹き込み、
バッチ処理を行った。操作条件は常圧、35℃であっ
た。ヨウ化ヘキシル濃度の分析結果は以下の通りであ
る。
【0039】
【表2】
【0040】
【比較例3】比較例1の蒸留塔において、下から43段
目にメタノールを仕込み液重量に対し3%分導入した。
このメタノールは塔内で酢酸と反応し、酢酸メチルと水
になり、有機ハロゲン化物と共沸する。3%相当に匹敵
する分、加熱蒸気量および留出量を大きくした。ヨウ化
ヘキシル濃度の分析結果は以下の通りである。
【0041】
【表3】 オゾン処理なしで、実施例1と同等レベルのヨウ化ヘキ
シル濃度に低減するためには、加熱蒸気や蒸留塔内の上
昇蒸気を3%増加させなければならず、不経済であるこ
とを示している。
【0042】
【実施例1】蒸留塔のボトムに空気から製造したオゾン
(空気中オゾン濃度0.5vol%)を0.056NL
/分で吹き込んだ以外は、比較例1と同様に実施した。
塔頂凝縮器に0.2NL/分の窒素ガスを導入した。ヨ
ウ化ヘキシル濃度の分析結果は以下の通りである。な
お、パーオキサイドは検出されなかった。
【0043】
【表4】
【0044】
【実施例2】空気から製造したオゾンの吹き込み量を
0.205NL/分に変えた以外は実施1と同様に実施
した。塔頂凝縮器に0.5NL/分の窒素ガスを導入し
たが、凝縮器能力への影響は無視できる。
【0045】ヨウ化ヘキシルの分解後、留出液中にヨウ
化メチルやヨウ化水素の増加が観察されたが、缶出酢酸
中にはこれら分解成分の顕著な濃度増加がないことを確
認した。
【0046】
【表5】 なお、缶出液の過マンガン酸タイムは240分以上であ
った。
【0047】また、操作圧力を上げて蒸留を行い操作温
度を上げることにより、有機ハロゲン化物の除去効率を
さらに高めることも可能である。
【0048】
【発明の効果】多大な設備等を使用することなく、簡便
な方法で効率的に、有機ハロゲン化物を不純物として含
む酢酸を精製することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機ハロゲン化物を不純物として含む酢
    酸の精製において、オゾンを蒸留塔内に吹き込んで、上
    記不純物を含む酢酸と接触させつつ蒸留することを特徴
    とする酢酸の精製方法。
  2. 【請求項2】 第8族金属含有触媒、ヨウ化メチルおよ
    び水の存在下、メタノール、酢酸メチルおよびジメチル
    エーテルの中から選ばれる一種以上と一酸化炭素を反応
    させて、カルボニル化反応器から反応粗液を抜き出し、
    フラッシャーに導入し、フラッシャーで蒸発しない触媒
    成分を含む触媒循環液を、カルボニル化反応器に循環
    し、フラッシャーで蒸発した蒸気区分を、蒸気および/
    または液体として、ヨウ化メチル−酢酸スプリッターカ
    ラムに供給し、このヨウ化メチル−酢酸スプリッターカ
    ラムおよび/または次に続く蒸留塔で、有機ハロゲン化
    物を含む酢酸を精製する方法において、オゾンを前記蒸
    留塔内に吹き込んで、上記不純物を含む酢酸と接触させ
    つつ蒸留することを特徴とする酢酸の精製方法。
  3. 【請求項3】 接触させるオゾン量が処理する酢酸の重
    量を基準として、約1ppm以上である請求項1又は2
    記載の酢酸の精製方法。
  4. 【請求項4】 有機ハロゲン化物がn−ヨウ化ブチル、
    i−ヨウ化ブチル、sec−ヨウ化ブチル、ヨウ化ペン
    チル、ヨウ化ヘキシル、ヨウ化ヘプチル、ヨウ化オクチ
    ルである請求項1又は2記載の酢酸の精製方法。
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