生命科学関連特許情報
| タイトル： | 特許公報(B2)_（メタ）アクリル酸等の精製方法 |
| 出願番号： | 2000168001 |
| 年次： | 2010 |
| IPC分類： | C07C 51/44,C07C 57/07,C07C 57/145,C07C 63/26,C07C 67/54,B01D 3/22,C07B 63/00 |
特許情報キャッシュ
西村 武 松本 行弘 JP 4514901 特許公報(B2) 20100521 2000168001 20000605 （メタ）アクリル酸等の精製方法 株式会社日本触媒 000004628 植木 久一 100075409 小谷 悦司 100067828 西村 武 松本 行弘 JP 1999156655 19990603 20100728 C07C 51/44 20060101AFI20100708BHJP C07C 57/07 20060101ALI20100708BHJP C07C 57/145 20060101ALI20100708BHJP C07C 63/26 20060101ALI20100708BHJP C07C 67/54 20060101ALI20100708BHJP B01D 3/22 20060101ALI20100708BHJP C07B 63/00 20060101ALN20100708BHJP JPC07C51/44C07C57/07C07C57/145C07C63/26 JC07C67/54B01D3/22 ZC07B63/00 B C07C 51/00 - 69/00 C07B 63/00 B01D 3/00 B01D 53/18 B01D 10/00 実開昭５３−０６５８５５（ＪＰ，Ｕ） 欧州特許出願公開第００１５８８５１（ＥＰ，Ａ１） 国際公開第９５／０３１２７８（ＷＯ，Ａ１） 英国特許出願公開第００７６３６８４（ＧＢ，Ａ） 特開平１０−０７６１０３（ＪＰ，Ａ） 特公昭４９−０１５１５３（ＪＰ，Ｂ１） 1 2001046802 20010220 10 20070112 山本 吾一 【０００１】【発明の属する技術分野】 本発明は易閉塞性物質を含む有機化合物の精製方法に関し、詳細にはスラリーや重合物の如き不溶性の固形物（粘稠性物質を含む）を含む液状の有機化合物、例えば（メタ）アクリル酸，（メタ）アクリル酸エステル，フタル酸，マレイン酸等の精製に好適な精製方法に関するものである。【０００２】【従来の技術】複数成分の混合物から特定成分を精製する際に用いられる精製装置としては、気液接触方法の違いにより、(a) 十字流接触型，(b) 向流接触型，(c) シャワー接触型等のその他の型に分類できる。例えば図１（ａ）に示す様に、(a) 十字流接触型では、精製装置の内部にダウンカマー３を介してトレイ１が多数段設けられており、各トレイ１には多数の気体貫通用の開孔部１ａが形成されると共に、堰２によって被処理液（またはスラリー）の滞留部Ｒが形成されている。そして、精製装置の上方から被処理液を流下させると共に、下方から気体を上昇流で流すと、上記開孔部１ａを通して上昇する気体が、前記滞留部Ｒ内に溜まった被処理液中を通過する際に気液接触が行なわれる。また滞留している被処理液は堰２を越えて下段へ溢流する。【０００３】また(b) 向流接触型では、図１（ｂ）に示す如く、多数の開孔部４ａを設けたトレイ４が精製装置の水平方向全面に亘って、且つ上下方向に適当な間隔をあけて多数段配設されており、前記開孔部４ａを通して流下する被処理液と同開孔部４ａを通して上昇する気体との間で気液接触が行われる。【０００４】また(c)シャワー接触型では、図１（ｃ）に示す如く、被処理液が上側のバッフル板５から下側のバッフル板６に滝状で流下する際に、該液流を潜って上昇する気体との間で気液接触が行われる。【０００５】従って、上記(a)〜(c)に示したタイプの精製装置の気液接触効率を比較すると、(a)の十字流接触型が最も優れており、次に(b)の向流接触型が優れていることから、汎用精製装置の殆どはこれら２つの型式のものが採用されている。【０００６】しかし、精製の対象となる被処理液が易閉塞性物質を含む有機化合物である場合には、トレイ１（またはトレイ４）に開口された前記開孔部１ａ（または開孔部４ａ）が該易閉塞性物質によって閉塞されることがあり、こうした開孔部１ａ（または開孔部４ａ）の閉塞が起こると、十字流や向流での気液接触効率が低下するばかりでなく、被処理液の流下および気体の上昇が阻害されて連続操業自体が困難になる。従ってこの様な閉塞が生じたときは、運転を中止して精製装置内に蓄積した閉塞物を人為的に取り除くか、或いは薬剤により化学的に除去する等の処置が不可欠となる。【０００７】【発明が解決しようとする課題】 本発明は上記事情に着目してなされたものであり、精製されるべき被処理液が、易閉塞性物質を含む有機化合物の場合であっても、運転を中止することなく長期に亘って連続的に精製を行うことのできる精製方法を提供しようとするものである。【０００８】【課題を解決するための手段】 上記課題を解決した本発明の精製方法とは、装置内を降下する被処理液と該装置内を上昇する気体との接触により該被処理液の精製を行なうシャワー接触型の精製装置であって、上記精製装置内には、ウインドウ部を有するバッフル板が多数段配設され、且つ該バッフル板には全面に気体貫通用の開孔部が形成されている精製装置を用い、（メタ）アクリル酸，（メタ）アクリル酸エステル，フタル酸，マレイン酸のいずれかを精製することを特徴とする。【０００９】上記開孔部の孔径としては３〜３０ｍｍの範囲が好ましく、その開孔部の面積の合計は、バッフル板の上部面積に対し１０〜５０％の範囲となる様に設計することが望ましく、また前記ウインドウ部の面積は、前記装置の横断面積に対し１０％〜７０％の範囲とすることが好ましく、更には、前記装置内に配設される上下で隣接するバッフル板で形成されるカーテン部面積は、前記装置の横断面積に対し１０％〜１２０％の範囲となるように設計することが望ましく、この様に設計された精製装置は、装置内での易閉塞性物質による閉塞事故を可及的に抑えることができるので、被処理液として易閉塞性物質を含む有機化合物を使用した場合にその特徴がより効果的に発揮される。【００１０】 上述の様に本発明にかかる精製法とは、上記構成の精製装置を使用し、易閉塞性物質を含む液状の有機化合物、例えば（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリル酸エステルを、気液接触により効率よく精製するところに要旨を有している。【００１１】尚、上記ウインドウ部とは、例えば図２に示す様に、トレイ２１と精製装置内壁の間の空間領域２８のことであり、即ちバッフル板が形成されていない切欠部である。【００１２】 また上記カーテン部とは、例えば図３に示す様に、上側トレイ２１のウインドウ部側端部と下側トレイ２２の間に形成される領域２９のことであり、灌液流面積である。【００１３】【発明の実施の形態】本発明によれば、シャワー接触型の精製装置を基本構成とし、該精製装置内に設けられるバッフル板の構成を前述の様に工夫することにより、易閉塞性物質を含む液状の有機化合物を、閉塞事故を生じることなく長期間に亘って効率よく精製操業を継続することが可能となる。【００１４】 本発明において精製装置とは、例えば精製塔、即ち蒸留塔，吸収塔，放散塔など目的物の精製用いられる各種塔を含む意味であり、これら各塔は円筒形を有する塔であることが望ましい。以下、本発明に係る精製方法を精製塔を用いて説明するが、本発明はこれらに限定される趣旨ではない。【００１５】本発明の精製塔に導入される被処理液としては、通常の（メタ）アクリル酸，フタル酸，マレイン酸の製造過程における、接触気相酸化で得られた反応ガス凝縮液，溶剤捕集液などが例示されるがこれらに限定されず、被処理液が易閉塞性物質を含む有機化合物であってもよく、例えば（メタ）アクリル酸，（メタ）アクリル酸エステル，フタル酸，マレイン酸などの有機化合物に好適に用いることができる。（メタ）アクリル酸に含まれる易閉塞性物質としてはポリマー，テレフタル酸，フマル酸などの析出物、フタル酸，マレイン酸に含まれる易閉塞性物質としてはアルデヒド重合物やキノン縮合物などのタール状物質が例示される。【００１６】また本発明の精製塔に導入される気体としてはリボイラ等から発生した蒸気，上記接触気相酸化で得られた反応ガスなどを導入することができ、特に限定されない。【００１７】図４は、シャワー接触型精製塔内にバッフル板を配設した精製塔の概略説明図であり、精製塔１０の上部に設けられた被処理液供給手段（ディストリビュータ）１１から、易閉塞性物質を含む被処理液がバッフル板２１上に供給される。そして供給された被処理液は、バッフル板２２、２３、……と、下方のバッフル板に逐次流下しつつ、下方から上昇してくる気体（リボイラより発生した蒸気など）と気液接触することによって精製が行われる。【００１８】但しシャワー接触型精製塔の場合、前述の如くウインドウ部から滝状で流れる被処理液とその液膜を潜って上昇する気体との間で気液接触するだけであるから、前述した十字流接触型や向流接触型の精製塔に比べると気液接触効率は低い。【００１９】そこで本発明では、気液接触効率を高めるための手段として、例えば図５に示す如く、塔内に配設されるバッフル板の全面に亘って多数の開孔部３０を形成し、該開孔部３０を通して上昇する気体を被処理液と気液接触させることによって精製効率を高める。即ち従来のシャワー接触型精製塔（図１（ｃ））では、内部に配設されるバッフル板には開孔部が形成されておらず、前述したウインドウ部から滝状に流下する被処理液膜を気体が通過する際に気液接触が行われるだけであるのに対し、本発明では、こうした滝状液膜を通過する際の気液接触に加えて、各バッフル板に開口された開孔部３０を通して流下する被処理液と該開孔部内を上昇する気体との間でも気液接触が行われるので、全体としての気液接触効率は大幅に高められ、精製効率を著しく高めることができる。【００２０】しかも本発明では、基本的にシャワー接触型を採用しており、各バッフル板に開口された開孔部３０が多少閉塞を起こすことがあっても、被処理液の下降流や気体の上昇流は各バッフル板のウインドウ部２８によって確保されているので、それらの流れが阻害されたり塔内が閉塞するといった問題は一切生じない。【００２１】尚、バッフル板の全面に形成される開孔部３０は、前述の如く該開孔部３０を通過する被処理液と気体を気液接触させる機能を果たすもので、孔径が小さすぎると易閉塞性物質が詰まり易くなるので、直径が３ｍｍ程度以上、より好ましくは１２ｍｍ程度以上にすることが望ましい。しかし、逆に孔径が大きすぎると、ウイーピングが起こり気液接触効率が低下してくるので、３０ｍｍ程度以下、より好ましくは２５ｍｍ程度以下とすることが望ましい。【００２２】尚、この開孔部は全て同一形状、同一サイズであってもよく、或いは異形、易サイズのものであっても構わないが、安定して高い気液接触効率を確保するには同一形状、同一サイズのものを各バッフル板の全面に万遍なく形成しておくことが望ましい。また、閉塞防止の観点からすると真円形のものが最も好ましいが、場合によっては楕円形や卵形、あるいは多角形のものであってもよく、それらの場合の開口サイズは前述した真円の直径相当サイズと考えればよい。【００２３】また、該開孔部３０の総開孔面積がバッフル板の上部面積に対して好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上とし、また好ましくは５０％以下、より好ましくは４０％以下の範囲となる様に各開孔部のサイズと開口数を設計すれば、開孔部内への易閉塞性物質の詰りを抑えつつ気液接触効率を一層効果的に高めることができるので好ましい。【００２４】被処理液の下降流路および気体の上昇流路を構成する前記ウインドウ部２８（一般に切欠部とも呼ばれる：図２の符号２８参照）の精製塔横断面積に対する開口面積比率（ウィンドウ面積比率）も、気液接触効率を高める上で重要であり、精製塔の横断面積（内径）に対して通常は１０％以上，より好ましくは２０％以上、好ましくは７０％以下，より好ましくは４５％以下の範囲となるように設計することが望ましい。１０％未満だとガス通過口が小さすぎ、ガス通過速度が大きくなるためフラッディングを起こし易くなる。また７０％超では、ショートパスが起こり易く、効率低下を起こす可能性があり、満足な気液接触効率が得られなくなる。なお、各バッフル板の前記ウィンドウ面積比率は全てが同じであってもよいが（その際は５０％以下とすることが望ましい）、異なるウィンドウ部面積比率のバッフル板を組み合わせて（例えば１０％と７０％等の組合わせで）配設してもよい。【００２５】更に、上下で隣接するバッフル板で形成されるカーテン部面積（一般に被処理液溢流面積とも呼ばれる：図３の符号２９参照）の面積比率は、塔の横断面積に対し１０％以上、１２０％以下の範囲とすることが望ましく、シャワー接触効率を高める上で特に好ましいのは２０％以上、１１０％以下の範囲である。【００２６】１０％未満ではフラッディングを起こしやすく、１２０％を超えると気液接触効率の向上はそれほど期待できず、装置が大型化するのみで好ましくない。【００２７】バッフル板の形式は様々であり、図６（ａ）に示す様なディスク・ドーナッツ式や図６（ｂ）〜６（ｄ）に示す様なセグメンタル・バッフル式などを適宜選択して採用できる。またセグメンタル・バッフル式の具体例としては、図６（ｃ）に示す様なツーフロータイプのものや、図６（ｄ）に示すマルチフロータイプのものを採用しても構わない。いずれの場合も、バッフル板にはその上面に溜り部ができないようウインドウ部の縁に堰を設置しない方が望ましい。但し、バッフルを下方勾配をつけて設置する際には(図７(ａ))、バッフル上の液ホールドアップが減少するため、ウインドウ部に沿って堰を設置することが望ましい。堰は一般に用いられる直線堰，ノッチ付き堰の何れも適用でき、特に限定されない。また堰の高さも特に限定されないが、堰高さは段間隔に対して好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上、最も好ましくは１５％以上であり、好ましくは４０％以下、より好ましくは３５％以下、最も好ましくは３０％以下とすることが望ましい。またバッフル板の傾斜は塔横断面に対して１０°以下の勾配とすることが好ましい。尚、堰を設けてバッフル板上面に溜り部ができると、その部分に易閉塞性物質が堆積し、当該部分に開口された開孔部を閉塞し易くなるので堰の高さと勾配の関係は図７（ｃ）に示されるが如く、トレイ接合部と堰上面とが同一高さとなる様にすることが望ましい。【００２８】各バッフル板上面への易閉塞性物質の付着堆積をより確実に抑え、高い気液接触効率を得るには、各バッフル板を少なくとも水平に配設し、しかも液体が上側バッフル板から下側バッフル板に流下し受け止める様に設置することが望ましく、例えば図６（ａ）〜（ｄ）及び図８（ａ）〜（ｃ）で示す様に設置することが望ましく、特に上下で隣接するバッフル板の一部が重なり合う様に設置することが推奨される。【００２９】精製塔の温度は、目的物（即ち（メタ）アクリル酸，フタル酸，或いはマレイン酸）の融点以上で気液接触操作の可能な温度域とすることが推奨される。例えば（メタ）アクリル酸（エステル）の場合、好ましくは２０〜１５０℃，より好ましくは４０〜１００℃とすることが好ましい。【００３０】尚、精製装置内に配設するバッフル板の数は精製装置の処理能力など種々の要因に基づいて適宜決定可能な技術事項であり、所望の目的に適合する様にバッフル板の数を決定することができる。【００３１】本発明は以上の様に構成されており、易閉塞性物質を含む様々の液状有機化合物の精製に有効に活用できる。【００３２】【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に設計を変更して実施することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。【００３３】〔実施例１〕下記表１に示す構成のバッフル板を設けたシャワー接触型精製塔Ａを使用し、テレフタル酸スラリー等の易閉塞性物質を含む下記組成のメタクリル酸水溶液を塔頂部（ディストリビューター１１）から１２ｍ3／ｈで供給すると共に、塔底部（ガス入口１６）からは重合防止剤として空気を２Ｎｍ3／ｈの速度でリボイラ（図示せず）を通じて供給して上昇流を形成し、塔頂圧力：２６７００Ｐａ、塔頂温度：６８℃、溜出量／フィード量＝４％、塔底圧力：２８０００Ｐａで気液接触させて精製を行った。塔底部（液出口１７）から得られる精製物の組成は下記の通りであり、この精製操業を１年間連続して行なったが、精製塔閉塞の問題は全く生じなかった。【００３４】【表１】【００３５】〔実施例２〕上記表１の精製塔Ｂを使用し、易閉塞性物質を含むメタクリル酸を含むガスの冷却を行なった。供給ガス（メタクリル酸２ｖｏｌ％，メタクロレイン０．６ｖｏｌ％，水１２ｖｏｌ％，その他８５．４ｖｏｌ％）を、１０２０Ｎｍ3／ｈでバッフル板に供給し、１９ｍ3／ｈのメタクリル酸１９ｗｔ％水溶液と塔底液５００ｍ3／ｈとを塔頂よりフィードし、ガスの吸収（冷却）を行なった。尚、操作は塔頂１２４０００ＫＰａ，７１℃で実施した。その結果、１年間の連続稼動が可能であり、塔底より実施例１のフィード液を得た。【００３６】〔実施例３〕上記表1の精製塔Ｃを使用し、易閉塞性物質を含むメタクリル酸水溶液を塔頂部からの供給量を０．５ｍ3／ｈに代えた以外は上記実施例１と同様にして精製を行なったところ、やはり１年間の連続稼動が可能であった。【００３７】〔比較例１〕開孔部を全く形成していないバッフル板（図１（ｃ）参照）を配置した以外は前記実施例１と全く同様にして精製塔の連続運転を行なった。その結果、１年間の連続稼働は可能であったが、精製効率は下記の通りであり、前記実施例に比べてかなり劣っていることが確認された。【００３８】〔比較例２〕前記図１（ｂ）に示した様な向流接触型の精製塔（直径：１０ｍｍの開孔部を全面に均一に開口したトレイを配設）を使用し、前記実施例１と同様にして精製塔の連続操業を行なった。その結果、塔底圧力が３０７００Ｐａまで上昇し、約１週間未満でトレイの開孔部が不溶物で閉塞され、運転を停止せざるを得なかった。【００３９】【発明の効果】 本発明は以上の様に構成されており、被処理液（被精製液）として、易閉塞性物質を含む有機化合物を使用した場合でも、塔内閉塞を生じることなく長期に亘って精製操業を効率よく連続的に行うことのできる精製法を提供し得ることになった。【図面の簡単な説明】【図１】気液接触方法を示す説明図である。【図２】ウインドウ部の位置の説明図である。【図３】カーテン開口部の位置の説明図である。【図４】本発明方法に採用することのできる精製装置を示す概略説明図である。【図５】本発明装置に好適なバッフル板の代表例を示す説明図である。【図６】シャワー接触型のトレイ形式を示す説明図である。【図７】本発明装置に適用可能なバッフル板の変形態様を示す説明図である。【図８】本発明装置のバッフル板の配設例を示す説明図である。【符号の説明】１，４ トレイ１ａ 気体貫通用開孔部４ａ,３０ 気液貫通用開孔部５,６,２１，２２,２３,３５ バッフル板２，３６ 堰３ ダウンカマー１０ 精製塔１１ ディストリビューター１５ ガス出口１６ ガス入口１７ 液出口２７ 精製塔本体２８ ウインドウ部２９ カーテン部 装置内を降下する被処理液と該装置内を上昇する気体との接触により該被処理液の精製を行なうシャワー接触型の精製装置であって、該精製装置内には、ウインドウ部を有するバッフル板が多段数配設され、且つバッフル板には全面に気液貫通用の開孔部が形成されている精製装置を用い、（メタ）アクリル酸，（メタ）アクリル酸エステル，フタル酸，マレイン酸のいずれかを精製することを特徴とする精製方法。