(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素、水、溶媒、並びに、少なくとも１つのハロゲン系促進剤及び少なくとも１つのイリジウム系化合物からなる触媒系の存在下における、ホルミル基を与える試薬及びメチル基を与える試薬の反応による酢酸及び／又は酢酸メチルの製造方法であって、一酸化炭素分圧を０．１ｘ１０5Ｐａ〜２５ｘ１０5Ｐａの範囲に保ち、前記ホルミル基を与える試薬の量を反応混合物の２０重量％以下に保ち、前記メチル基を与える試薬及び前記ホルミル基を与える試薬を前記ホルミル基に対する前記メチル基のモル比が１より大きくなる割合で供給し、かつ、水の量を反応混合物の０（を除く）〜５重量％の範囲に保つ連続的に行われる方法であることを特徴とする酢酸及び／又は酢酸メチルの製造方法。
【請求項２】
ホルミル基を与える試薬は、Ｒが水素原子又はメチル基を表す式ＨＣ（Ｏ）ＯＲで表される化合物である請求項１記載の方法。
【請求項３】
メチル基を与える試薬は、Ｒ′が−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＯＣ（Ｏ）ＣＨ3、−ＯＣ（Ｏ）Ｈを表す式ＣＨ3−Ｒ′で表されるものであり、これらの試薬は単独か、又は、混合して用いられる請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
反応は、ホルミル基に対するメチル基のモル比が１（を除く）〜１００の範囲内で行われるものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
水、一酸化炭素、溶媒、並びに、少なくとも１つのハロゲン系促進剤及び少なくとも１つのイリジウム系化合物からなる触媒系の存在下における、メタノール及びギ酸メチルの反応による酢酸及び／又は酢酸メチルの製造方法であって、一酸化炭素分圧を０．１ｘ１０5Ｐａ〜２５ｘ１０5Ｐａの範囲に保ち、ギ酸メチルの量を反応混合物の２０重量％以下に保ち、かつ、水の量を反応混合物の０（を除く）〜５重量％に保つ連続的方法であることを特徴とする酢酸及び／又は酢酸メチルの製造方法。
【請求項６】
反応は、反応器に供給されるギ酸メチル試薬に対する反応器に供給されるメタノール試薬の重量比が０．０１〜１００（を含む）の範囲内で行われるものである請求項５記載の方法。
【請求項７】
反応は、一酸化炭素分圧を０．５ｘ１０5Ｐａ以上に維持しながら行われるものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
反応は、一酸化炭素分圧を１５ｘ１０5Ｐａ以下に維持しながら行われるものである請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
反応は、水の量を反応混合物の０（を除く）〜２重量％の範囲に維持しながら行われるものである請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
反応は、ハロゲン系促進剤の量を反応混合物の０．１〜２０重量％の範囲に維持しながら行われるものである請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
反応は、２〜１０個の炭素原子を有する脂肪族カルボン酸から選択される溶媒の存在下で行われるものである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
反応は、ギ酸が反応混合物の１５重量％以下に保たれた含量で存在するなか行われるものである請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ギ酸含量は、反応混合物の１０重量％以下に保たれる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
反応混合物中に存在する遊離カルボン酸の量は、前記混合物の２５重量％より多いものである請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
反応は、酢酸メチルである共溶媒の存在下で行われるものである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
共溶媒の重量含量は、酢酸の重量含量以下である請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
反応は、ヨウ化物又はその前駆体から選択されるハロゲン系促進剤の存在下で行われるものである請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明の目的は、異性化反応及びカルボニル化反応を用いることにより、酢酸及び／又は酢酸メチルを製造することである。
酢酸を入手するには数多くの手段が知られており、工業的に利用されている。これらの中に、メタノールのカルボニル化反応がある。特に、このカルボニル化反応は、反応物の１つである一酸化炭素の加圧下、ロジウム及び／又はイリジウムに基づく化合物並びにヨウ素系促進剤からなる均一触媒系の存在下において液相中で行うことができる。
もう１つの入手方法は、ロジウム又はイリジウムに基づく触媒の存在下におけるギ酸メチルの異性化反応から構成されるものである。
イリジウム触媒による公知の異性化方法は窒素雰囲気下で行われる。一酸化炭素は、上記反応で何ら好ましい利益をもたらすものでなく、副反応を促進して上記異性化反応をある程度阻害する原因になることさえあるということが実際に証明されている。このようなふるまいは、触媒系が、金属を均一相に保持するために一酸化炭素の存在が不可欠であるというロジウム系である場合に観察されるものとは全く異なることに注意されたい。このイリジウム触媒を用いるタイプの方法は、ここではその利点に疑義をはさむものではないが、そこに記載された反応が充分に効率的ではないため、工業的には何ら実質的な利点を有するものでない。実際、その反応速度は、生成する酸及び／又はエステルで２ｍｏｌ／ｈ／ｌというオーダーに過ぎない。
上述した方法の結果を改善するために、例えば、パラトルエンスルホン酸等のスルホン酸型強酸の存在下において異性化反応を用いることが提案されている。この方法の条件下では、異性化するギ酸メチルを多量に用いて反応を行うので、ギ酸メチルは反応の溶媒としても用いられる。しかしながら、この改良法が反応の活性の改善に資するとしても、方法を簡単にするものではなく新たな化合物の使用が必要になるという欠点がある。
更に、この酸は、上記反応液の組成及びその使用の条件下で分解する可能性がある。
本発明の目的は、ギ酸メチルの異性化反応と、例えばメタノール等の、メチル基を与える試薬のカルボニル化反応とを同時に行うことによる酢酸及び／又は酢酸メチルの製造方法を提供することである。
このような方法には、異性化方法が機能する条件、更にはカルボニル化が機能する条件を穏やかなものにするという利点がある。
実際、市販のギ酸メチル、すなわち最大数％のメタノールを含有しているギ酸メチルを用いることができ、このアルコールの存在が酢酸及び／又はこれに相当するエステルの製造に寄与することに注意されたい。また、ギ酸メチルの異性化が行われる可能性は、メタノールのカルボニル化で用いられる試薬の１つである一酸化炭素の製造量を増加させるのに必要な多額の投資をすることなく、この反応の装置の製造能力を増加させることができるであろう。
更に、上述のどちらの場合かに関わらず、試薬の多様化をもたらすことは良く理解できる利点である。
演繹的には好ましくない実施条件であるにも関わらず、カルボニル化反応が良好な生産性で進行することは注目に値することである。
これらの目的及びその他の目的は本発明により達成されるものであって、すなわち、本発明は、一酸化炭素、水、溶媒、並びに、少なくとも１つのハロゲン系促進剤及び少なくとも１つのイリジウム系化合物からなる触媒系の存在下における、ホルミル基を与える試薬とメチル基を与える試薬との反応による酢酸及び／又は酢酸メチルの製造を目的とするものである。この方法においては、一酸化炭素分圧を０．１ｘ１０5Ｐａ〜２５ｘ１０5Ｐａの範囲に保ち、ホルミル基を与える試薬の量を反応混合物の２０重量％以下に保ち、かつ、メチル及びホルミル基を与える試薬をホルミル基に対するメチル基のモル比が１より大きくなる割合で供給する。
上記条件下では、ホルミル基から生ずるエステルの異性化と、供給されるメチル基のカルボニル化を同時に進行させることができる。
発明者らは、従来技術で主張されていたことに反して、イリジウム存在下における上記エステルの異性化反応にとって一酸化炭素の存在が不可欠であることを実際に証明した。
また、一酸化炭素は消費され、カルボニル化反応器における試薬として作用する。
上述した第２の特徴によれば、ホルミル基を与える試薬の量は、反応混合物の２０重量％より低い値に保たれる。
更に、ホルミル基に対するメチル基の比率によって、本方法で行われる反応の性質を決定付けることができる。実際、この比率が１に等しい時は、異性化反応のみが進行し、これは本発明の範囲を逸脱するが、一方、この比率が１より大きい時は、異性化反応とカルボニル化反応の両方が進行する。
より明らかにするため、まず、触媒系について説明する。
すなわち、本発明の方法は、少なくとも１つのハロゲン系促進剤及び少なくとも１つのイリジウム系化合物からなる触媒系の存在下において行われる。
上記ハロゲン系促進剤は、上記触媒系の構成要素の１つであリ、好ましくは、ヨウ化物から選択される。
上記ハロゲン系促進剤は、ヨウ素単独、若しくは、例えば水素、Ｃ1〜Ｃ10のアルキル基、Ｃ1〜Ｃ10のアシル基等の他の成分と結合したヨウ素、又は、アルカリ金属ヨウ化物、若しくは、遷移金属ヨウ化物若しくは周期表ＩＩＡ族の金属のヨウ化物等の金属ヨウ化物であってよい。
上記ハロゲン系促進剤は上で例示した促進剤の数種類を混合した混合物から構成されるものであってもよいことに注意されたい。
本発明においては、適当な前駆体を用いて系中で上記ハロゲン系促進剤を調製することを除外するものではない。
本発明の特に好適な実施の形態によれば、上記ハロゲン系促進剤は、ヨウ素、ヨウ化水素酸、ヨウ化メチル、ヨウ化アルミニウム、ヨウ化クロム、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウムから選択され、これらの化合物は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。好ましくは、上記ハロゲン系促進剤は、ヨウ素及びメチルのような基からなる。
また、反応中維持されるハロゲン系促進剤の量は、より具体的には、反応混合物の０．１〜２０重量％の範囲である。好ましくは、ハロゲン系促進剤含量は、反応混合物の１〜１５重量％の範囲である。
上述した促進剤の量は目安として記載したことに注意されたい。実際には、当業者は、一方で、触媒の活性及び安定性に有利な作用を与えるこの化合物の最大効率と、他方で、本方法におけるこの化合物の再利用によりもたらされる費用と結び付いた経済的考慮との間で最適の妥協点を見つけ出さなければならない。
本発明の方法において用いられる触媒系の第２の成分は、少なくとも１つのイリジウム系化合物から構成される。
まず、本発明の反応は、より具体的には、均一触媒の存在下で行われる。すなわち、このことは、上記イリジウム系化合物が特に反応混合物に可溶な状態にあることを示している。上記イリジウム系化合物の一部が不溶な状態で存在しても、反応の実施に関して何ら大きな障害はないことに注意されたい。
反応の実施条件下で反応液に可溶又は溶解可能なイリジウム化合物は、全て用いることができる。限定するものではなく、例として、金属イリジウム、その単純な塩、その酸化物又はその配位錯体が、本発明の実施において特に適切であろう。
単純なイリジウム塩としては、通常、イリジウムのハロゲン化物が用いられる。このハロゲンは、より具体的には、塩素、臭素及びヨウ素から選ばれるものであり、ヨウ素が好ましい。従って、本発明の方法においては、ＩｒＩ3、ＩｒＢｒ3、ＩｒＣｌ3、ＩｒＩ3・４Ｈ2Ｏ、ＩｒＩ4、ＩｒＢｒ3・４Ｈ2Ｏ等の化合物を用いることができる。
同様に、ＩｒＯ2、Ｉｒ2Ｏ3・ｘＨ2Ｏから選択される酸化物は、本発明の方法において通常用いることができる。
可溶なイリジウムの配位錯体に関しては、最も一般的に用いられる化合物は、一酸化炭素、又は、一酸化炭素／ハロゲンの組み合わせから選択される配位子を有するものであり、このハロゲンは、塩素、臭素又はより好ましくはヨウ素から選択される。しかしながら、有機リン化合物及び有機窒素化合物等から選択される配位子を持つ可溶なイリジウム錯体を用いることを除外しない。
本発明の実施に特に適した、当業者に公知の配位錯体としては、Ｉｒ4（ＣＯ）12、Ｉｒ（ＣＯ）2Ｉ2-Ｑ+、Ｉｒ（ＣＯ）2Ｂｒ2-Ｑ+、Ｉｒ（ＣＯ）2（Ｃｌ）2-Ｑ+を挙げることができるが、これらに限定するものではない。上記式中、Ｑは、とりわけ、水素、ＮＲ4基又はＰＲ4基であってよく、ここで、Ｒは、水素又は炭化水素基から選択される。
これらの触媒は、当業者に公知の全ての方法で得ることができる。すなわち、本発明の実施に好適なイリジウム系触媒溶液の製造については、ＥＰ６５７３８６号及びＷＯ９５／１７９６３号特許を参照することができる。
本発明の反応は、１以上の、イリジウム以外のＶＩＩＩ族の金属を含む触媒系で行うことができることに注意されたい。より具体的には、本反応は、ロジウムとイリジウムの組み合わせ、ルテニウムとイリジウムの組み合わせ若しくはレニウムとイリジウムの組み合わせ、又は、これら４つの金属のいずれかの組み合わせに基づく触媒系を用いて行うことができる。
このような態様を用いる場合、イリジウムと、組み合わせるイリジウム以外の金属とのモル比は、より具体的には、１／１０〜１０／１の範囲である。好ましくは、１／１より大きい。
一般に、反応液における全イリジウム濃度は、０．１〜１００ｍｍｏｌ／ｌの範囲、好ましくは１〜２５ｍｍｏｌ／ｌの範囲である。
既に記述したように、本反応はホルミル基及びメチル基を与える試薬を供給して行われる。
「ホルミル基を与える試薬」とは、Ｒが水素原子又はメチル基を表す式ＨＣ（Ｏ）ＯＲで表される試薬のことを指す。本発明の好ましい実施の形態によれば、ギ酸、又は、酸とエステルの混合物を供給することをもちろん除外しないという条件で、ギ酸メチルを供給する。
「メチル基を与える試薬」については、この試薬は、Ｒ′が−ＯＨ、−ＯＣＨ3、−ＯＣ（Ｏ）ＣＨ3、−ＯＣ（Ｏ）Ｈを表す式ＣＨ3−Ｒ′で表示されるものである。ここでもまた、本発明においては、上記メチル基を与える数種の試薬を供給することを除外するものではない。
ギ酸メチルの場合、導入される化合物はメチル基とホルミル基の両方からなることに注意されたい。この場合、上記化合物は２つの基の各々１つからなる。
また、ジメチルエーテルＣＨ3−Ｏ−ＣＨ3を本反応に供給する場合、導入される化合物は２つのメチル基からなることにも注意されたい。
「本反応に供給されたメチル及びホルミル基」は、この反応で消費されたメチル及びホルミル基を意味するものと理解されたい。従って、本方法が連続的に行われる場合、再利用されるメチル及びホルミル基は含まれず、また、非連続的に行われる場合には、本反応の終了時点で反応液に残留する基は含まれない。
上述したように、本反応は、メチル及びホルミル基を、モル比が１より大きい値で供給することにより行われる。
この比率の値は、行われる反応を固定することができる。
この比率が１より大きいという事実によって、反応条件が、異性化反応とカルボニル化反応の両方が存在するのに好ましいものになっている。
ホルミル基に対するメチル基のモル比は、広い範囲の中にあってよい。すなわち、１〜１００の範囲にあってよい。本発明の好ましい実施の形態によれば、上述のモル比は１（を除く）〜２０（を含む）の範囲にある。
本発明の異性化反応及びカルボニル化反応は、水及び溶媒の存在下で行われる。
より具体的には、水の量は、反応混合物の重量で表示すると、０（を除く）〜５％の範囲にある。好ましくは、上記含量は、０（を除く）〜２重量％の範囲にある。
本方法においては水が重要な役割を果たすことに注意されたい。実際、特に、後述する混合物の一部（フラッシュ）気化工程において、水は触媒を溶液中に保つことに関与している。また、水を含まない条件下で行われる方法に関して知られている副反応を抑制することもできる。
上記溶媒に関して、これは、１以上のカルボン酸、及び、本発明では共溶媒として言及するその他の化合物からなるものであってよい。
本発明の好ましい実施の形態によれば、上記カルボン酸は、２〜１０個の炭素原子、好ましくは２〜５個の炭素原子を有する脂肪族酸から選択される。本発明の特に有利な実施の形態によれば、上記カルボン酸は酢酸である。本発明においては、上述した酸の混合物を用いることを除外するものではない。
他の可能性によれば、上記溶媒は、また、カルボン酸として数えられるギ酸からなるものであってもよい。
本発明においては、当然ながら、本反応条件下で不活性な溶媒（共溶媒）を追加して用いることを除外しない。このような溶媒の例としては、エステル類、エーテル類、ケトン類、アミド類、スルホキシド類又は炭化水素類を挙げることができる。好ましい共溶媒は、生成する酸のエステルすなわち酢酸メチルである。
従って、本発明の特に好適な態様は、溶媒として、生成する酸、必要に応じて上記生成する酸に対応するエステル、及びギ酸からなる混合物を用いることである。
本反応で用いられる溶媒の量は、反応混合物を１００重量％に埋め合わせるものに相当する。
１つ以上の共溶媒を用いる時は、カルボン酸の量は共溶媒の量よりも多いことが好ましい。従って、共溶媒が酢酸メチルの場合、その重量含量は酢酸の重量含量以下であることが好ましい。
本発明の好ましい実施の形態によれば、反応液に存在するギ酸の量は、反応混合物の１５重量％以下に保たれる。好ましくは、ギ酸含量は、反応混合物の１２重量％以下、より好ましくは１０重量％以下に保たれる。
更に、本発明の好適な実施の形態によれば、反応混合物中に存在する遊離カルボン酸の量は、上記混合物の２５重量％より多く、反応混合物の全構成要素が反応混合物の１００重量％に相当するような値である。より具体的には、遊離カルボン酸の含量は、反応混合物の３０重量％より多く、好ましくは、反応混合物の４０重量％より多い。
ギ酸／酢酸メチルのモル比は、本反応の条件下において１でなくてもよく、つまりこの値より大きいか又は小さくてもよいことに注意されたい。本反応は、明らかに、１に等しいモル比で行われてもよい。
従って、本発明の方法は、反応中、一酸化炭素分圧と、ホルミル基を与える試薬の濃度を所定の値に維持することにある。
すなわち、一酸化炭素分圧は、０．１ｘ１０5Ｐａ〜２５ｘ１０5Ｐａの範囲に維持される。
圧力は、絶対パスカルで表示し、加温状態、すなわち本反応の温度条件下で測定した。
本発明のより好ましい実施の形態によれば、一酸化炭素分圧は、０．５ｘ１０5Ｐａに、好ましくは１０5Ｐａより上に維持される。
一酸化炭素分圧は、１５ｘ１０5Ｐａ以下であるのが好適である。より好ましくは、１０ｘ１０5Ｐａ未満である。
異性化反応とカルボニル化反応の両方にとって反応条件が好ましいものである場合、カルボニル化反応によるこの気体の消費があることが証明されており、この消費のため、上述した所定範囲内に一酸化炭素分圧を保持するには補充が必要である。
一酸化炭素は、純粋な状態で用いてもよいし、水素、メタン、二酸化炭素等の気体や、例えば窒素等のこれらとは異なる種類の気体で希釈して用いてもよい。好ましくは、容積比で少なくとも９８％純粋な一酸化炭素が用いられる。
本発明のある特徴によれば、ホルミル基を与える試薬の含量は、反応混合物の２０重量％以下に保たれる。
好ましくは、上記試薬の含量は、反応混合物の１０重量％を超過しない。本発明の特に好適な実施の形態によれば、上記試薬の含量は反応混合物の５重量％を超過しない。
反応を連続的に行う場合、上記特徴は、反応中常に保たれることが好ましいが、一酸化炭素分圧は、上述した範囲内に常に有る限り反応中に変動があってもよい。
反応を非連続的に行う場合、ホルミル基を与える試薬の量は、上記試薬が反応で消費されるので低下するが、上述した値より低く保たれる。一酸化炭素分圧に関しては、上述した値の範囲内にある限り、一定に保たれてもよいし保たれなくてもよい。
本反応は、通常、温度が１５０〜２５０℃の範囲で行われる。より具体的には、反応温度は１７５〜２１０℃の範囲である。好ましくは、１７５〜２００℃の範囲である。
本反応が行われる際の全圧は、通常、大気圧よりも大きい。より具体的には、１００ｘ１０5Ｐａ未満であり、好ましくは、５０ｘ１０5Ｐａ以下である。圧力は、絶対パスカルで表示し、加温状態、すなわち本反応の温度条件下で測定する。
本発明の目的である異性化及びカルボニル化反応は、好ましくは、含量２０００ｐｐｍ未満の腐食性金属の存在下で行われる。上記腐食性金属とは、特に、鉄、ニッケル、クロム、モリブデン、時にはジルコニウムである。反応混合物中に腐食性金属含量は、例えば、選択沈降、液体抽出、イオン交換樹脂を通過させること等の、当業者に公知の方法により維持される。
本反応は、反応液が生み出す腐食に対して耐性を持つ装置で行われる。すなわち、ジルコニウム、又は、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）▲Ｒ▼Ｃ若しくはＢタイプの合金が、本反応を行う条件下では特に好適である。
本反応を開始する際には、反応混合物が良好な均一性を確保できるように攪拌装置を備えた適切な反応器に、種々の成分を投入する。一酸化炭素を上記反応器に導入することで反応混合物の均一化を達成することは可能であるので、反応器が好ましいことに混合物を攪拌する機械的手段を含む場合であってもそのような手段を用いずに操作することを除外しないことに注意されたい。
本反応は、ピストンタイプの反応器で好適に行うことができることに注意されたい。
もちろん、攪拌及びピストンタイプの数種類の反応器の組み合わせを予想しうる。
一酸化炭素の導入は、本発明の反応が行われる反応器で直接行われてもよいが、後述する回収工程で行われてもよい。
反応器から取り出した反応混合物は、触媒をも含む反応混合物から生成物を分離するために適切な方法で処理される。
これに関して、反応を連続的に行う場合、例えば、反応混合物が一部気化するように混合物を減圧するという従来の方法を用いることができる。この操作は、混合物を分離器（フラッシュ分離器として公知）に投入した後、混合物を減圧することができるバルブを用いて行われる。混合物を減圧する上記操作は、加熱して行ってもよいし、また、好ましくは加熱することなくすなわち断熱的条件下で行ってもよい。
本発明のある態様によれば、一部気化工程における水含量は、不揮発分に対して少なくとも０．５重量％の値に保たれる。必要があれば、上記一部気化工程、すなわちフラッシュ分離器に水を投入することにより上記値に保つことができる。
生成した酢酸及び／又は酢酸メチル等からなる揮発分は、フラッシュ分離器の上部で、次工程の精製装置から来る液体と接触し洗浄されてもよい。
溶液中に残留した触媒をも含む不揮発分は、フラッシュ分離器から取り出されると、その全部又は一部が、通常はポンプを用いて、好ましくは反応器に回収、再利用される。
次いで、生成した酢酸及び／又は酢酸メチルをも含む揮発分は、通常、種々の蒸留塔からなる精製工程に送られる。
本発明のある態様によれば、追加の接触及び洗浄を、精製装置から来る液体を用いて第一の蒸留塔で行うことができる。
本発明の別の態様によれば、反応混合物は、反応器から取り出す際、精製工程の第一の蒸留塔において直接気化させてもよい。
精製工程において分離された物質の種々のフローはそれぞれ、反応器に回収、再利用されてもよいし、処理されてもよい。
この方法で得られた酢酸又は酢酸メチルは、当業者及び公に知られる精製方法以外のものを用いずとも販売できる充分な品質を有する。
一酸化炭素の導入は反応器に直接行われてもよいが、一酸化炭素が反応混合物の一部気化工程で直接脱気されないように、液体不揮発分の回収工程で行われてもよい。従って、上記の可能性を考慮した一酸化炭素の導入は、より具体的には、反応混合物の回収ポンプの下流で行われる。
本発明の別の態様によれば、一酸化炭素の損失を最小限にすることを目的として、本発明の反応が行われる反応器から取り出された反応混合物は、一部気化工程以前に、補足反応器に投入される。この補足工程の結果、所望の酸を得るために上記反応混合物に溶かした一酸化炭素が消費される。従って、上記混合物の一部気化における一酸化炭素の損失がかなり抑制される。
本発明の方法は、上述したもの及びその全ての態様において、ギ酸メチル及びメタノールの混合物から、この２つの試薬の相対的な役割に関わらず、酢酸及び／又は酢酸メチルを製造するのに最も好ましく用いられる。
従って、本発明は、また、水、一酸化炭素、溶媒、並びに、少なくとも１つのハロゲン系促進剤及び少なくとも１つのイリジウム系化合物からなる触媒系の存在下におけるメタノール及びギ酸メチルの反応による酢酸及び／又は酢酸メチルの製造方法であって、一酸化炭素分圧を０．１ｘ１０5Ｐａ〜２５ｘ１０5Ｐａの範囲に保ち、かつ、ギ酸メチルの量を反応混合物の２０重量％以下に保つことを特徴とする製造方法にも関する。
ギ酸メチル及びメタノールの割合は、非常に広い範囲内にあってよい。一般的に、ギ酸メチル試薬に対するメタノール試薬の重量比は、０．０１〜１００（を含む）の範囲で選択される。
この方法によれば、反応系は以下のようであることを特徴とする：
−試薬は、ギ酸メチル、メタノール及び一酸化炭素であり；
−触媒系は、可溶な状態にあるイリジウム、及び、少なくとも１つの促進剤、好ましくはヨウ化メチルからなり；
−水；
−溶媒は、酢酸、ギ酸、及び、好ましくは共溶媒として酢酸メチルからなる。
上記方法の好ましい実施の形態によれば、ギ酸メチルとメタノールは、攪拌手段を備えた反応器に連続的に供給される。
少なくとも９８％の純度を持つ一酸化炭素は、適切な量が反応器に注入される。
温度は、好ましくは、１７５℃〜２００℃の範囲にある値で保たれる。
気圧は、好ましくは、２０〜３０絶対ｂａｒの範囲にある値で保たれる。
一酸化炭素分圧を１〜１０ｂａｒの範囲にある値に維持するため、反応器の上部から気体を連続的に流出させる。この気体は、排気の処理を行う通常の工程で処理され、本反応のガス状の副生物が除去される。
反応器から取り出された反応混合物は、フラッシュ分離器で減圧される。不揮発分は、ポンプを用いて反応器に回収、再利用される。揮発分は、種々の蒸留塔からなる精製工程に送り出される。
種々の精製工程及び排気の処理工程から来る液体であって、酢酸、水、メタノール、ギ酸メチル、酢酸メチル、イリジウム触媒及びその促進剤であるヨウ化メチル、並びに、ギ酸からなる液体は、通常、反応器で回収、再利用される。
本方法は非常に選択的であり、わずかな副生物を生成するのみである。主な副生物としては、例えば：
−気体：メタン、二酸化炭素及び水素；
−並びに液体：プロピオン酸：
を挙げることができる。
これ以外の副生物は少量が生成しているかもしれないが、精製工程において同業者に公知の方法により除去される。
生成する酢酸は、販売するのに充分な品質を持ったものである。
反応器に供給される出発物質の比率は、広い割合の範囲にあってよい。すなわち、数パーセントのメタノールを含む品質の市販されているギ酸メチルを反応器に供給すると、一酸化炭素の消費量は低い。
酢酸は主にギ酸メチルの異性化により生成し、より少ない量がメタノールのカルボニル化により生成する。
また、主にメタノールと一酸化炭素を消費する反応系に対して生産量の補充ができるという形態もある。ギ酸メチルの寄与により、出発物質の多様化を図ることができ、生成する酢酸の量が上乗せされて増加する。
反応器に供給されるギ酸メチルに対する反応器に供給されるメタノールの重量比は、０．０１〜１００の範囲にあってよい。
ここで、上記比は、本明細書中において、ギ酸メチル試薬に対するメタノール試薬として定義している。
本発明の具体的かつ非限定的な実施例を以下に提示する。
実施例１
触媒の再利用を行わない異性化及びカルボニル化反応
まず、触媒溶液を以下の手順で調製した：
オートクレーブに：
−ヨウ化イリジウム１０５ｇ、
−５７％ヨウ化水素酸水溶液９０ｇ、
−酢酸９１０ｇ
を投入した。
次いでオートクレーブを一酸化炭素で５０ｘ１０5Ｐａ（５０ｂａｒ）に加圧した。
温度を１５０℃とした。
反応継続時間は４時間であった。
次に、オートクレーブの圧力を抜いた後、反応液を冷却した。
赤い色の溶液を得て、これをデカントし触媒溶液を得た。
ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）▲Ｒ▼Ｂ２のオートクレーブに、上で調製したイリジウムの酢酸溶液、酢酸、ヨウ化メチル、ギ酸メチル、メタノール及び水を連続して投入した。
供給されたホルミル基に対する供給されたメチル基のモル比は、２．４であった。
定常状態条件下での反応混合物の組成は以下の通りであった：
水：                          １．１３％
酢酸メチル：                  ２５．８％
ヨウ化メチル：                ７．３％
ギ酸：                        １３．０％
ギ酸メチル：                  １７．７％
メタノール：                  ０．２９％
酢酸：                        １００％の残部
イリジウム濃度は：            ３０８０ｐｐｍ
一酸化炭素分圧は、常に１０5Ｐａ（１ｂａｒ）の値に保った。
反応器から取り出した時の全圧は、２５ｘ１０5Ｐａ（２５ｂａｒ）であった。
温度は１９０℃±０．５℃に保った。
反応混合物の組成は、重量パーセントで、２％のオーダーの精度で表示し、気相クロマトグラフィーによる測定から決定した。
異性化速度の算出は、定常状態条件に達した後、３０〜６０分の間に、その同時期に反応器に注入した化合物のフローに関して、反応器から集めて常温に冷却した液体について行った。
カルボニル化速度の算出は、消費された一酸化炭素について、気相評価に従って行った。
生成した酢酸で８ｍｏｌ／ｈ／ｌという異性化の速度が得られ、生成した酢酸で１１ｍｏｌ／ｈ／ｌというカルボニル化の速度が得られた。この場合、酢酸は酢酸及び酢酸メチルの状態である。
実施例２
触媒の再利用を用いるカルボニル化反応を伴う異性化反応
実施例１に記載した方法に従って調製した触媒を含むハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）▲Ｒ▼Ｂ２のオートクレーブに、反応混合物の種々の成分を連続して注入した：酢酸、ギ酸メチル、メタノール、酢酸メチル、ヨウ化メチル、及び必要に応じて水。反応器から取り出したフローは、生成した酢酸を含む留分を気化させる工程に送り込んだ。触媒を含む不揮発分は、反応器に回収、再利用した。揮発分は濃縮して廃液とした。
反応液から採取したサンプルの気相クロマトグラフィーによる測定で決定した、定常状態条件下における反応混合物の組成は、重量％で表示すると、以下の通りであった：
水：                          １．２５％
メタノール：                  ０．１５％
酢酸メチル：                  １８．３％
ヨウ化メートル：              ９．７％
ギ酸：                        ５．９％
ギ酸メチル：                  ３．０％
酢酸：                        １００％の残部
イリジウム濃度は：            ２１８０ｐｐｍ
温度は１９０℃±０．５℃に保った。
反応の全圧は、２．４ＭＰａ±２０ｋＰａ（２４ｂａｒ）に保った。
一酸化炭素分圧は常に１．０５ＭＰａ（１０．５ｂａｒ）に保ち、用いたＣＯの純度は９９％以上であった。
ギ酸メチルの異性化及びメタノールのカルボニル化の両反応による酢酸の生成速度の算出は、定常状態条件が得られた後、所定の時間（２〜４時間）の間に、その同じ時間に注入された化合物のフローに関して、集められた気化工程からの流出液の評価を用いることにより行った。カルボニル化速度の算出は、消費された一酸化炭素について、気相評価に従って行った。
生成した酢酸で１．２ｍｏｌ．ｈ-1．ｌ-1という異性化速度が得られ、生成した酢酸で１５．７ｍｏｌ．ｈ-1．ｌ-1というカルボニル化速度が得られた。酢酸は、酢酸及び酢酸メチルの状態であった。
供給されたホルミル基に対するメチル基のモル比は１４．１であった。