JPH10310549A - 酢酸の製造用イリジウム触媒カルボニル化方法 - Google Patents
酢酸の製造用イリジウム触媒カルボニル化方法Info
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- JPH10310549A JPH10310549A JP9350988A JP35098897A JPH10310549A JP H10310549 A JPH10310549 A JP H10310549A JP 9350988 A JP9350988 A JP 9350988A JP 35098897 A JP35098897 A JP 35098897A JP H10310549 A JPH10310549 A JP H10310549A
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Abstract
在下におけるカルボニル化による酢酸の製造方法の提
供。 【解決手段】メタノールおよび/またはその反応性誘導
体を、金属促進剤および/またはイオン性沃化物補助促
進剤の実質的不存在下にイリジウムカルボニル化触媒と
沃化メチル助触媒と水と酢酸と酢酸メチルとからなる液
体反応組成物を含有するカルボニル化反応器内にて一酸
化炭素によりカルボニル化することからなる酢酸の製造
方法において、(i)液体反応組成物中に:(a)5.
0重量%未満の濃度の水と、(b)12重量%より大の
濃度における沃化メチルとを維持し、さらに(ii)カ
ルボニル化反応器内には50barg未満の全圧力を維
持することを特徴とする。
Description
触媒と沃化メチル助触媒との存在下におけるカルボニル
化による酢酸の製造方法に関するものである。
ルボン酸の製造は公知であり、たとえばGB−A−12
34121号、US−A−3772380号、DE−A
−1767150号、EP−A−0616997号、E
P−A−0618184号、EP−A−0618183
号、EP−A−0657386号およびWO−A−96
/11179号に記載されている。
3772380号、DE−A−1767150号および
WO−A−96/11179号は、本発明と同様に促進
剤を使用しないイリジウム触媒カルボニル化方法に関す
るものである。
(n)個の炭素原子を有するアルコールを少なくとも1
種のイリジウム化合物と少なくとも1種のハロゲン化助
触媒とからなる触媒の存在下に液相カルボニル化するこ
とによる(n+1)個の炭素原子を有するカルボン酸ま
たは関連エステルの製造方法が開示されており、この方
法は反応に際し混合物中にカルボン酸とアルコールとに
対応するエステルを15〜35%の量に維持すると共
に、ハロゲン化助触媒を10〜20%の量で維持し、さ
らに一酸化炭素の分圧を40〜200バール(この圧力
は50〜250バールの全圧力に対応する)に維持する
ことを特徴とする。
は、ルテニウムおよびオスミウムから選択される促進剤
が酢酸と所定濃度の水と酢酸メチルとの存在下における
イリジウム触媒の沃化メチル助触媒によるメタノールの
カルボニル化のカルボニル化速度に対し有利な作用を有
することが知られている。
/またはオスミウムのような金属促進剤および/または
たとえば第四アンモニウムおよびホスホニウム沃化物の
ようなイオン性沃化物補助促進剤の不存在下における改
良イリジウム触媒カルボニル化法につきニーズがまだ存
在する。
よび/またはその反応性誘導体を金属促進剤および/ま
たはイオン性沃化物補助促進剤の実質的不存在下にイリ
ジウムカルボニル化触媒と沃化メチル助触媒と水と酢酸
と酢酸メチルとからなる液体反応組成物を含有するカル
ボニル化反応器内にて一酸化炭素によりカルボニル化す
ることからなる酢酸の製造方法において、(i)液体反
応組成物中に: (a)5.0重量%未満の濃度における水と、(b)1
2重量%より大の濃度における沃化メチルとを維持し、
(ii)カルボニル化反応器内に50barg未満の全
圧力を維持することを特徴とする酢酸の製造方法が提供
される。
水および沃化メチルの濃度を有する液体反応組成物と規
定の全圧力とを維持することにより上記技術問題を解決
する。これは数種の技術的利点を与える。
チル濃度の増大はカルボニル化速度に対し有利な作用を
示す。比較的低い水レベルにおける高い沃化メチル濃度
の使用の利点は、1種もしくはそれ以上の副生物プロピ
オン酸、メタン、水素および二酸化炭素の生成速度にお
ける減少を達成しうる点である。
体が本発明の方法でカルボニル化される。メタノールの
適する反応性誘導体は酢酸メチル、ジメチルエーテルお
よび沃化メチルを包含する。メタノールとその反応性誘
導体との混合物を本発明の方法に反応体として使用する
ことができる。好ましくは、反応体としてはメタノール
および/または酢酸メチルが使用される。少なくとも幾
分かのメタノールおよび/またはその反応性誘導体が、
酢酸生成物または溶剤との反応により液体反応組成物中
にて酢酸メチルまで変換され、したがって酢酸メチルと
して存在する。本発明の方法において、液体反応組成物
における酢酸メチルの濃度は好適には1〜70重量%、
たとえば1〜50重量%、好ましくは5〜50重量%、
より好ましくは10〜40重量%の範囲である。たとえ
ば酢酸メチルおよびジメチルエーテルのような反応性誘
導体を使用する場合、水を共反応体として使用する必要
がある。
とができ、或いはたとえば二酸化炭素、メタン、窒素、
貴ガス、水およびC1 〜C4 パラフィン系炭化水素のよ
うな不純物を含有することもできる。一酸化炭素供給物
中の、および水性ガスシフト反応によりその場で発生す
る水素の存在は好ましくは、その存在が水素化生成物の
生成をもたらしうるため低く保たれる。すなわち、一酸
化炭素反応体における水素の量は好ましくは1モル%未
満、より好ましくは0.5モル%未満、さらに好ましく
は0.3モル%未満であり、或いはカルボニル化反応内
の水素の分圧は好ましくは1バール未満、より好ましく
は0.5バール未満、さらに好ましくは0.3バール未
満である。カルボニル化反応器内の一酸化炭素の分圧は
好適には、全圧力が50barg未満、典型的には40
barg未満、好ましくは30barg未満に対応する
圧力である。この方法を操作する温度は好適には100
〜300℃の範囲、好ましくは150〜220℃の範囲
である。
ル化触媒は好ましくは、イリジウムとして測定し400
〜5000ppmの範囲、より好ましくはイリジウムと
して測定し500〜3000ppmの範囲の濃度にて液
体反応組成物中に存在させる。本発明の方法において、
カルボニル化反応の速度はイリジウムの濃度が増大する
につれて増大する。
は、液体反応組成物に対し可溶性である任意のイリジウ
ム含有化合物で構成することができる。イリジウム触媒
は、カルボニル化反応用の液体反応組成物に溶解し或い
は可溶性型まで変換しうる任意適する形態にて液体反応
組成物に添加することができる。液体反応生成物に添加
しうる適するイリジウム含有化合物の例はIrCl3 、
IrI3 、IrBr3 、[Ir(CO)2 I]2 、[I
r(CO)2 Cl]2 、[Ir(CO)2 Br]2 、
[Ir(CO)2 I2 ]- H+ 、[Ir(CO)2 Br
2 ]- H+ 、[Ir(CO)2 I4 ]- H+ 、[Ir
(CH3 )I3 (CO)2 ]- H+ 、Ir4 (C
O)12、IrCl3 ・3H2 O、IrBr3 ・3H
2 O、Ir4 (CO)12、イリジウム金属、Ir
2 O3 、IrO2 、Ir(acac)(CO)2 、Ir
(acac)3 、酢酸イリジウム、[Ir3 O(OA
c)6 (H2 O)3 ][OAc]およびヘキサクロルイ
リジウム酸[H2 IrCl6 ]、好ましくはたとえば
水、アルコールおよび/またはカルボン酸のようなカル
ボニル化反応成分の1種もしくはそれ以上に対し可溶性
である酢酸塩、修酸塩およびアセト酢酸塩のようなイリ
ジウムの塩素フリー錯体を包含する。酢酸または酢酸水
溶液中に使用しうる緑色酢酸イリジウムが特に好適であ
る。
12重量%より大であることが本発明による方法の特徴
である。好ましくは沃化メチル濃度は14重量%より大
である。沃化メチル濃度の上限値は20重量%程度に高
く、典型的には18重量%程度に高くすることができ
る。
5重量%未満である点にある。
成物との間のエステル化反応により液体反応組成物中に
その場で生成させることができる。さらに、少量の水は
メタノールの水素化によりメタンと水とを生成させて生
ぜしめることもできる。水は、液体反応組成物における
他の成分と一緒に或いはこれら成分とは別途にカルボニ
ル化反応器に導入することができる。水は、反応器から
抜取られた反応組成物の他の成分から分離すると共に調
節量で循環させて液体反応組成物における水の所要濃度
を維持することができる。
未満、好ましくは4重量%未満である。
びオスミウムのような金属促進剤および/またはたとえ
ば第四アンモニウムおよびホスホニウム沃化物のような
イオン性沃化物補助促進剤の実質的不存在下に操作され
る。「金属促進剤および/またはイオン性沃化物補助促
進剤の実質的不存在」と言う用語は、疑問を回避すべ
く、故意に添加される金属促進剤および/またはイオン
性沃化物補助促進剤の不存在を意味する。何故なら、時
としてたとえばカルボニル化反応器の腐蝕により、故意
に添加された場合に促進剤として機能しうる金属が存在
することもありうるからである。
%の水と、14〜18重量%の沃化メチル助触媒と、1
4〜31重量%の酢酸メチルと、イリジウとして測定し
400〜3000ppmの範囲における濃度のイリジウ
ム触媒と、残部の実質的に酢酸とを含み、好適反応条件
は185〜200℃のカルボニル化反応温度、40ba
rgまでのカルボニル化反応の全圧力および1〜12バ
ールの一酸化炭素分圧である。
鉄およびクロム)、並びに(b)ホスフィンまたは窒素
含有化合物またはその場で四級化しうるリガンドのよう
なイオン性汚染物は、これらが一般に反応速度に悪影響
を及ぼしうるI- を液体反応組成物中に発生することに
より反応に対し悪作用を有しうるため、液体反応組成物
中に最小に保たねばならない。たとえばモリブデンのよ
うな或る種の腐蝕金属汚染物はI- の発生を生じにくい
ことが判明した。反応速度に対し悪作用を有する腐蝕金
属は、適する耐腐食性の製作材料を用いて最小化するこ
とができる。同様に、たとえばアルカリ金属沃化物(た
とえば沃化リチウム)のような汚染物も最小に保つこと
ができる。腐蝕金属および他のイオン性不純物を、適す
るイオン交換樹脂床を使用して反応組成物を処理し或い
は好ましくは触媒循環流を処理して減少させることがで
きる。この種の方法はUS 4007130号に記載さ
れている。イオン性汚染物は、これらが500ppm
I- を液体反応組成物中に発生する濃度より低く、好ま
しくは250ppm未満のI- に保つことができる。
れるが、所望ならばバッチ法で操作することもできる。
カルボニル化反応器から抜取ると共に抜取られた物質か
ら酢酸を回収することにより液体反応組成物から回収す
ることができる。好ましくは酢酸は、液体反応組成物を
カルボニル化反応器から連続的に抜取ると共に抜取られ
た液体反応組成物から酢酸を1段階もしくはそれ以上の
フラッシュおよび/または分別蒸留段階により回収して
液体反応組成物から回収され、酢酸はたとえばイリジウ
ム触媒、沃化メチル助触媒、酢酸メチル、未反応メタノ
ール、水および酢酸溶剤(これは液体反応組成物におけ
る各濃度を維持すべく反応器に循環することができる)
のような液体反応組成物における他の成分から分離され
る。酢酸生成物回収段階に際しイリジウム触媒の安定性
を維持するには、カルボニル化反応器に循環するための
イリジウムカルボニル化触媒を含有する工程流における
水を少なくとも0.5重量%の濃度に維持すべきであ
る。
異なる沃化メチル濃度における反応速度と水濃度との関
係をグラフで示す図1および図2を参照して例示する。
これら実施例においては次の実験手順を用いた。
冷却コイルとを備える磁気駆動撹拌機が装着された30
0mLジルコニウムオートクレーブを用いて行った。オ
ートクレーブに対するガス供給はバラスト容器から行
い、供給ガスを供給してオートクレーブを一定圧力に維
持し他。反応試験における所定時点でのガス吸収の速度
を用い、カルボニル化速度を特定の反応器組成物(低温
脱ガス容積に基づく反応器組成物)にて1時間当たりの
低温脱ガス反応器組成物1L当たりに消費された反応体
のモル数{モル/L/hr}として計算した。
組成から計算し、その際モルの酢酸メチルが各1モルの
消費一酸化炭素につき消費されると仮定する。オートク
レーブのヘッドスペースにおける有機成分については斟
酌しなかった。
/水の液体反応器充填物の1部に溶解された触媒(すな
わちH2 IrCl6 )を液体注入設備に充填した。次い
で反応器を窒素で圧力試験し、ガス試料採取システムを
介し排気させ、一酸化炭素で数回(3×3〜10bar
g)フラッシュさせた。反応組成物の残余の体成分を液
体添加ポートを介しオートクレーブに添加した。オート
クレーブを必要に応じ一酸化炭素でさらに1回フラッシ
ュさせた(1×約5barg)。次いでオートクレーブ
を一酸化炭素で加圧し(典型的には6barg)、撹拌
(1500rpm)しながら反応温度190℃まで加熱
した。次いで全圧力を、バラスト容器から一酸化炭素を
供給することにより所望の操作圧力より約3barg低
い点まで上昇させた。所定温度で安定した後(約15分
間)、触媒を一酸化炭素の過剰圧力を用いて注入した。
触媒注入設備は>90%の効率を有する。反応器圧力
を、バラスト容器からガスを供給することにより実験の
全体にわたり一定値(±0.5barg)に維持した。
バラスト容器からのガス吸収を、実験の全過程にわたり
データログ設備により測定した。反応温度を、ユーロタ
ーム(商標)制御系に接続された加熱熱外套により所望
反応温度の±1℃以内に維持した。さらに、過剰反応熱
を冷却コイルにより除去した。ガス吸収が止まるまで
(すなわちバラスト容器から消費されるガスの1分間当
たり0.1バール未満)各試験を行った。次いでバラス
ト容器を分離し、反応器残留物を冷却コイルの使用によ
り冷却した。
は10.6%w/wのIr水溶液)はジョンソン・マッ
セイ社から供給された。メタノール/酢酸メチルの混合
供給原料のカルボニル化から酢酸が得られ、これは極め
て少量のプロピオン酸とその先駆体とを含有した。酢酸
メチル(29,699−6)、水(32,007−2)
および沃化メチル(I−850−7)はアルドリッチ社
から供給された。
%w/wのMeIを通過する反応につき190℃および
28bargの全圧力でイリジウム触媒を用いたカルボ
ニル化活性に対する水濃度(%w/wとして現す)の作
用を示す。30%、25%、20%、15%、10%、
7.5%および5%w/wのMeOAcにおける速度デ
ータを表2に示す。
(c)、並びに1および2(d)、(e)および(f)
および1(g)は、水濃度が5.0重量%未満であるた
め本発明によるものでない。これらは、比較の目的での
みここに含ませる。
にて8.4%w/wのMeIを通過する反応につき19
0℃および28bargの全圧力でイリジウム触媒を用
いたカルボニル化活性に対する水濃度(%w/wとして
現す)の作用を示す。充填物組成を表3に示す。30
%、25%、20%、15%、10%、7.5%および
5%w/wのMeOAcにおける速度データを表4に示
す。
%以下であるため本発明によるものでない。さらに、水
濃度は実験A〜J(a)、A〜F(b)、A〜E
(c)、AおよびB(d)、(e)および(f)、並び
にA(g)にて5.0重量%以上である。これらは、比
較の目的でのみここに含ませる。
す。
w/wのMeOAcおよび5%w/w未満の水濃度で
8.4%w/wから16.9%w/wまでMeI濃度を
増大させる有利な効果を示す。
w/w MeOAcおよび5%w/w未満の水濃度で
8.0%w/wから16.0%w/wまでMeI濃度を
増大させる有利な作用を示す。
高い点まで沃化メチル濃度を増大させれば、12%w/
wの沃化メチルにて反応速度が特定の酢酸メチル濃度、
全圧力および一酸化炭素分圧で水濃度の減少と共に低下
する際に特に有利である。
MeOAcおよび5%w/w未満の水濃度での8.4%
w/wから16.9%w/wまでMeI濃度を増大させ
る有利な作用を示す説明図である。
MeOAcおよび5%w/w未満の水濃度での8.0%
w/wから16.0%w/wまでMeI濃度を増大させ
る有利な作用を示す説明図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 メタノールおよび/またはその反応性誘
導体を、金属促進剤および/またはイオン性沃化物補助
促進剤の実質的不存在下にイリジウムカルボニル化触媒
と沃化メチル助触媒と水と酢酸と酢酸メチルとからなる
液体反応組成物を含有するカルボニル化反応器内にて一
酸化炭素によりカルボニル化することからなる酢酸の製
造方法において、(i)液体反応組成物中に: (a)5.0重量%未満の濃度における水と、(b)1
2重量%より大の濃度における沃化メチルとを維持し、
さらに(ii)カルボニル化反応器内に50barg未
満の全圧力を維持することを特徴とする酢酸の製造方
法。 - 【請求項2】 メタノールおよび/または酢酸メチルを
カルボニル化する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 液体反応組成物における酢酸メチルの濃
度が1〜50重量%の範囲である請求項1に記載の方
法。 - 【請求項4】 液体反応組成物における酢酸メチルの濃
度が10〜40重量%の範囲である請求項3に記載の方
法。 - 【請求項5】 液体反応組成物における沃化メチル濃度
が14重量%より大である請求項1〜4のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項6】 沃化メチル濃度の上限値が20重量%で
ある請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 液体反応組成物における水濃度が4重量
%未満である請求項1〜6のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項8】 液体反応組成物におけるイリジウム触媒
の濃度がイリジウムとして測定し400〜5000pp
mの範囲である請求項1〜7のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項9】 イリジウム触媒の濃度がイリジウムとし
て測定し500〜3000ppmである請求項8に記載
の方法。 - 【請求項10】 カルボニル化反応器内の全圧力が40
barg未満である請求項1〜9のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項11】 全圧力が30barg未満である請求
項10に記載の方法。 - 【請求項12】 方法を操作する温度が150〜220
℃の範囲である請求項1〜11のいずれか一項に記載の
方法。 - 【請求項13】 一酸化炭素反応体における水素の量が
0.3モル%未満である請求項1〜12のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項14】 カルボニル化反応内の一酸化炭素の分
圧が0.3バール未満である請求項1〜13のいずれか
一項に記載の方法。 - 【請求項15】 液体反応組成物が:1〜5重量%の水
と、 14〜18重量%の沃化メチルと、 14〜31重量%の酢酸メチルと、 イリジウムとして測定し400〜3000ppmのイリ
ジウム触媒と実質的に酢酸からなる残部とを含み、反応
条件が185〜200℃のカルボニル化反応温度、40
bargまでのカルボニル化反応の全圧力および1〜1
2バールの一酸化炭素分圧である請求項1に記載の方
法。 - 【請求項16】 連続操作する請求項1〜15のいずれ
か一項に記載の方法。
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