(57)【要約】  本発明の態様は、精製された形態で、メタンスルホン酸を、三酸化硫黄を更に含む組成物から回収するためのシステム及び方法に関する。１つの態様によれば、本発明は、以下の工程を含む方法を提供する：  炭化水素、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、及び場合により硫酸を含む供給流を分離して、炭化水素を含む軽流と、メタンスルホン酸及び三酸化硫黄を含む重流とを生成する工程；  前記重流に反応性添加物を所定の条件下で接触させる（例えば、混合させる）工程であって、前記反応性添加物は、三酸化硫黄と反応することができ、前記条件は、前記反応性添加物と前記三酸化硫黄とが反応して重反応生成物を生じさせる条件であり、前記重反応生成物は、メタンスルホン酸の沸点よりも高い沸点を有する、該工程；並びに、  蒸留塔を使用して前記重流を分離する工程であって、実質的にメタンスルホン酸からなる蒸発流と、前記重反応生成物を含む底流とを生成する工程。
2020519587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精製された形態で、メタンスルホン酸無水物を、炭化水素、メタンスルホン酸及び三酸化硫黄を含む供給流から回収するための方法であって、下記を含む方法：
前記供給流を分離して、炭化水素を含む軽流と、メタンスルホン酸及び三酸化硫黄を含む重流とを生成する工程；
前記重流に反応性添加物を接触させる工程であって、前記反応性添加物は、三酸化硫黄と所定の条件下で反応することができ、前記条件は、前記反応性添加物と前記三酸化硫黄とが反応して重反応生成物を生じさせる条件であり、前記重反応生成物は、三酸化硫黄の沸点よりも高い沸点を有する、該工程；並びに
蒸留塔を使用して前記重流を分離する工程であって、実質的にメタンスルホン酸からなる蒸発流と、前記重反応生成物を含む底流とを生成する工程。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記重流を分離する工程が、気液分離器を使用して、実質的に炭化水素からなる流を回収することを更に含む、該方法。
【請求項３】
請求項１の方法であって、前記重流に前記反応性添加物を接触させる工程が、少なくとも１つのミキサーを使用して、前記反応性添加物と前記重流とを混合させることを更に含む、該方法。
【請求項４】
請求項１の方法であって、反応器を使用して三酸化硫黄とメタンとを反応させ、前記供給流を生成する工程をさらに含み、前記供給流は、炭化水素、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、場合により硫酸を含む、該方法。
【請求項５】
請求項４の方法であって、ペルオキシド開始剤が前記反応器に供給される、該方法。
【請求項６】
請求項１の方法であって、前記供給流が更に硫酸を含む、該方法。
【請求項７】
請求項１の方法であって、前記反応性添加物が水である、該方法。
【請求項８】
請求項１の方法であって、前記反応性添加物が以下から成る群から選択される少なくとも１種の化合物である、該方法：アルコール、エーテル、アルキルベンゼン、及び、アルファオレフィン。
【請求項９】
請求項１の方法であって、前記蒸留塔を０．２２ｍｂａｒ〜５０ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、前記蒸留塔を４ｍｂａｒ〜３０ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【請求項１１】
請求項１０の方法であって、前記蒸留塔を６ｍｂａｒ〜１４ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法であって、前記蒸留塔を８ｍｂａｒ〜１２ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【請求項１３】
請求項１の方法であって、前記蒸発流が、５００ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【請求項１４】
請求項１３の方法であって、前記蒸発流が、４００ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【請求項１５】
請求項１４の方法であって、前記蒸発流が、３００ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【請求項１６】
請求項１５の方法であって、前記蒸発流が、１５０ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【請求項１７】
請求項１の方法であって、前記蒸発流が、メタンスルホン酸及び５０ｐｐｍ未満の不純物からなる、該方法。
【請求項１８】
請求項１の方法であって、前記蒸発流が、実質的に三酸化硫黄を含まない、該方法。
【請求項１９】
請求項１の方法であって、前記蒸発流が、６０ｐｐｍ以下の三酸化硫黄を含む、該方法。
【請求項２０】
請求項１９の方法であって、前記蒸発流が、４０ｐｐｍ以下の三酸化硫黄を含む、該方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、精製された形態でメタンスルホン酸を回収するための方法及びシステムに関するものであり、より具体的には、三酸化硫黄を更に含む組成物から、メタンスルホン酸無水物を回収するための方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三酸化硫黄を含む組成物からメタンスルホン酸を回収するための従来の方法では、高濃度の不純物を伴ったメタンスルホン酸が生成される。十分な純度のメタンスルホン酸を生成する更なるステップは、通常、効率が悪く、高価である。例えば、三酸化硫黄を含む組成物からメタンスルホン酸を、工業スケールで回収するための従来の方法では、非常に高度の真空が要求され、このことは、当該方法のコストを必然的に押し上げる。そして、生成、回収されたメタンスルホン酸は、許容し難い程の高レベルの三酸化硫黄を伴う。
【０００３】
微量を超える三酸化硫黄を有するメタンスルホン酸組成物は、多くの工業上の方法では、望ましくないことが多い。例えば、微量を超える三酸化硫黄を有するメタンスルホン酸組成物は、水の添加に伴って、望ましくない副生成物又は不純物が生じる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、メタンスルホン酸は更にコモディティ化されてきており、利益マージンが低下してきている。従って、三酸化硫黄を更に含む組成物から高度に精製された形態でのメタンスルホン酸無水物を経済的に回収するための改良されたシステム及び方法に関するニーズが長らく続いている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
【０００６】
本発明の態様は、精製された形態で、三酸化硫黄を更に含む組成物から、メタンスルホン酸を回収するための方法及びシステムに関する。
【０００７】
１つの態様によれば、本発明は、以下の工程を含む方法を提供する：
炭化水素、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、及び場合により硫酸を含む供給流（ｆｅｅｄ  ｓｔｒｅａｍ）を分離して、炭化水素を含む軽流（ｌｉｇｈｔ  ｓｔｒｅａｍ）と、メタンスルホン酸及び三酸化硫黄（場合により硫酸）を含む重流（ｈｅａｖｙ  ｓｔｒｅａｍ）とを生成する工程；
前記重流に反応性添加物を所定の条件下で接触させる（例えば、混合させる）工程であって、前記反応性添加物は、三酸化硫黄と反応することができ、前記条件は、前記反応性添加物と前記三酸化硫黄とが反応して重反応生成物（ｈｅａｖｙ  ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｐｒｏｄｕｃｔ）を生じさせる条件であり、前記重反応生成物は、メタンスルホン酸の沸点よりも高い沸点を有する、該工程；並びに、
蒸留塔を使用して前記重流を分離する工程であって、実質的にメタンスルホン酸からなる蒸発流（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ  ｓｔｒｅａｍ）と、前記重反応生成物を含む底流（ｂｏｔｔｏｍｓ  ｓｔｒｅａｍ）とを生成する工程。
【０００８】
本発明の様々な態様の概要は以下の通りであってもよい。
【０００９】
［態様１］  精製された形態で、メタンスルホン酸無水物を、炭化水素、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、及び場合により硫酸を含む供給流から回収するための方法であって、下記を含む方法：
前記供給流を分離して、炭化水素を含む軽流と、メタンスルホン酸及び三酸化硫黄（場合により硫酸）を含む重流とを生成する工程；
前記重流に反応性添加物（例えば水）を所定の条件下で接触させる工程であって、前記反応性添加物は、三酸化硫黄と反応することができ、前記条件は、前記反応性添加物と前記三酸化硫黄とが反応して重反応生成物（例えば硫酸）を生じさせる条件であり、前記重反応生成物は、三酸化硫黄の沸点よりも高い沸点を有する、該工程；並びに
蒸留塔を使用して前記重流を分離する工程であって、実質的にメタンスルホン酸からなる蒸発流と、前記重反応生成物を含む底流とを生成する工程。
【００１０】
［態様２］  態様１の方法であって、前記重流を分離する工程が、気液分離器を使用して、実質的に炭化水素からなる流（ｓｔｒｅａｍ）を回収することを更に含む、該方法。
【００１１】
［態様３］  態様１〜２の方法であって、前記重流に前記反応性添加物を接触させる工程が、ミキサードラム又はスタティックミキサーのうち少なくとも１つを使用して、前記反応性添加物と前記重流とを混合させることを含む、該方法。
【００１２】
［態様４］  態様１〜３の方法であって、反応器を使用して三酸化硫黄とメタンとを反応させ、前記供給流を生成する工程をさらに含み、前記供給流は、炭化水素、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、及び、場合により硫酸を含む、該方法。
【００１３】
［態様５］  態様４の方法であって、ペルオキシド開始剤が前記反応器に供給される、該方法。
【００１４】
［態様６］  態様５の方法であって、前記ペルオキシド開始剤が、以下から成る群から選択される１種以上の化合物である、該方法：Ｈ2Ｏ2及びＨ2Ｏ2とＳＯ3、有機スルホン酸、リン酸、ホスホン酸、又はカルボン酸との反応生成物。
【００１５】
［態様７］  態様５の方法であって、前記ペルオキシド開始剤が、以下から成る群から選択される１種以上の化合物である、該方法：ペルオキシモノスルホン酸、ペルオキシジスルホン酸、メタンスルフォニルペルオキシスルホン酸、ジメタンスルフォニルペルオキシド、及びこれらの有機塩、無機塩、又はエステル。
【００１６】
［態様８］  態様１〜７の方法であって、前記供給流が更に硫酸を含む、該方法。
【００１７】
［態様９］  態様１〜８の方法であって、前記反応性添加物が水である、該方法。
【００１８】
［態様１０］  態様１〜８の方法であって、前記反応性添加物が以下から成る群から選択される少なくとも１種の化合物である、該方法：アルコール、エーテル、アルキルベンゼン、及び、アルファオレフィン。
【００１９】
［態様１１］  態様１〜８の方法であって、前記蒸留塔を０．２２ｍｂａｒ〜５０ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【００２０】
［態様１２］  態様１１の方法であって、前記蒸留塔を４ｍｂａｒ〜３０ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【００２１】
［態様１３］  態様１２の方法であって、前記蒸留塔を６ｍｂａｒ〜１４ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【００２２】
［態様１４］  態様１３の方法であって、前記蒸留塔を８ｍｂａｒ〜１２ｍｂａｒの圧力で操作する該方法。
【００２３】
［態様１５］  態様１〜１４の方法であって、前記蒸発流が、５００ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【００２４】
［態様１６］  態様１５の方法であって、前記蒸発流が、４００ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【００２５】
［態様１７］  態様１６の方法であって、前記蒸発流が、３００ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【００２６】
［態様１８］  態様１７の方法であって、前記蒸発流が、１５０ｐｐｍ以下の硫酸又はその等価物を含む、該方法。
【００２７】
［態様１９］  態様１の方法であって、前記蒸発流が、メタンスルホン酸及び５０ｐｐｍ以下の不純物（メタンスルホン酸又はそのメチルエステル以外の化合物、例えば、炭化水素、三酸化硫黄、及び／又は硫酸）からなる、該方法。
【００２８】
［態様２０］  態様１の方法であって、前記蒸発流が、実質的に三酸化硫黄を含まない、該方法。
【００２９】
［態様２１］  態様１〜１９の方法であって、前記蒸発流が、６０ｐｐｍ以下の三酸化硫黄を含む、該方法。
【００３０】
［態様２２］  態様２１の方法であって、前記蒸発流が、４０ｐｐｍ以下の三酸化硫黄を含む、該方法。
【００３１】
本発明は、以下の詳細な説明から、添付図面と関連付けて読むことで、最も良く理解でき、ここで、図面は同様の要素は同一の参照番号を有している。通常の実務によれば、図面の様々な特徴は、特記しない限りは、実スケールで記載されているわけではない。むしろ、様々な特徴の寸法は、明確にするために拡大したり、又は縮小したりしてある可能性もある。図面には、以下の図が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の態様に従って、三酸化硫黄を含む組成物から、精製された形態で、メタンスルホン酸を回収するための分離システムの概念図である。
【００３３】
【図２】本発明の態様に従って、メタンスルホン酸を生成するための反応器を採用した製造システムと、図１の分離システムとの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の態様は、精製された形態で、メタンスルホン酸を回収するための方法及びシステムに関するものであり、より具体的には、三酸化硫黄等の硫黄化合物を更に含む組成物からメタンスルホン酸無水物を回収するための方法及びシステムに関するものである。
【００３５】
本発明者が発見したこととして、本発明の実施形態は、硫黄化合物（例えば、三酸化硫黄及び硫酸）を含む組成物からメタンスルホン酸を、精製された形態で、経済的に回収することを可能にする。更には、本発明の実施形態を用いて、有意性の無い含有量の三酸化硫黄を含むメタンスルホン酸の生成物を生成することができる。これにより、安定性が向上し、工業上有用なメタンスルホン酸の組成物を生成することができる。一実施形態において、回収されたメタンスルホン酸における三酸化硫黄の含有量は、５００ｐｐｍ以下であり、例えば、１８０ｐｐｍ以下、好ましくは、１２０ｐｐｍ以下、好ましくは、６０ｐｐｍ以下、及び／又は、好ましくは、４０ｐｐｍ以下である。別の実施形態において、回収されたメタンスルホン酸における硫酸又はその等価物（例えば、反応して硫酸を形成することができる化合物、例えば、三酸化硫黄、及び硫酸から得られる又は硫酸の派生物である化合物、例えば、硫酸水素エチル）の含有量は、５００ｐｐｍ以下、好ましくは、４００ｐｐｍ以下、好ましくは、３００ｐｐｍ以下、好ましくは、１５０ｐｐｍ以下、及び／又は、好ましくは、５０ｐｐｍ以下である。
【００３６】
本明細書において、用語「硫黄化合物」は、メタンスルホン酸以外の、硫黄を含む任意の化合物を意味する。
【００３７】
図１は、三酸化硫黄等の硫黄化合物を更に含む組成物から、精製された形態で、メタンスルホン酸無水物を回収するための分離システム１００を示す。概観として、分離システム１００は、１以上の気液分離器（例えば、第１気液分離器１２０及び第２気液分離器１３０）、ミキサー１４０、及び蒸留塔１５０を含む。
【００３８】
第１気液分離器１２０は、供給流１１６を分離する目的で採用される。供給流１１６には、炭化水素（単一の炭化水素（例えば、メタン）であってもよい）、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、及び、場合により硫酸が含まれる。そして、炭化水素（例えば、メタン）を含む軽流１２４と、メタンスルホン酸及び三酸化硫黄を含む重流１２６を生成する。供給流１１６は、メタンスルホン酸、硫酸、メタン、三酸化硫黄、及び、場合により硫酸を含むことができる。軽流１２４は、組成物として、炭化水素を７０重量％以上、例えば、８０重量％以上、９０重量％以上、９５重量％以上、及び／又は９７．５重量％以上含むことができる。
【００３９】
第１気液分離器１２０は、軽流１２４と重流１２６を生成するために適切な温度及び圧力で操作される。例えば、第１気液分離器１２０は、６０ｐｓｉ〜１４０ｐｓｉの圧力で操作されてもよい。一実施形態において、第１気液分離器１２０は、８０ｐｓｉ〜１２０ｐｓｉの圧力で操作される。別の実施形態において、第１気液分離器１２０は、約１００ｐｓｉの圧力で操作される。第１気液分離器１２０は、フラッシュドラムとして構成されてもよい。
【００４０】
第１気液分離器１２０を採用した結果として、重流１２６の組成物では炭化水素の量が減少する。例えば、第１気液分離器１２０は、供給流１１６から大半の炭化水素を除去することができ、その結果、重流１２６の炭化水素の含有量は、例えば、５００ｐｐｍ以下、好ましくは、２００ｐｐｍ以下、好ましくは、１００ｐｐｍ以下、好ましくは、２０ｐｐｍ以下、好ましくは、１０ｐｐｍ以下等である。一実施形態において、重流１２６は、実質的に炭化水素を含まない。重流１２６及び／又は供給流１２６の炭化水素は、メタンを含んでもよく、又はメタンから実質的になってもよい。重流１２６は、図１中の第２気液分離器１３０を使用して更に分離される。しかし、本発明の他の実施形態では、重流１２６を他の処理ユニットを使用して分離することができ、又は、更なる分離処理の前に、反応性添加物（例えば、後述する物）と重流１２６とを混合することができる。
【００４１】
第２気液分離器１３０は、実質的に炭化水素からなる軽流１３４を回収し、重流１３６を生成するために採用することができる。第２気液分離器１３０は、フラッシュドラムとして構成されてもよい。好ましくは、第２気液分離器１３０は、重流１２６から大半の炭化水素を除去し、結果として、重流１３６の炭化水素含有量は、例えば、５０ｐｐｍ以下、好ましくは、３０ｐｐｍ以下、好ましくは、１０ｐｐｍ以下、好ましくは、５ｐｐｍ以下、好ましくは、２ｐｐｍ以下である。一実施形態において、重流１３６は、実施的に炭化水素を含まない。上述したように、炭化水素は、メタンを含んでもよく、又はメタンから実質的になってもよい。
【００４２】
重流１３６は、重流１３６の三酸化硫黄と反応させるために採用される反応性添加物と混合される。この反応性添加物は、当該反応性添加物とその反応産物をメタンスルホン酸から分離できるのであれば、ＳＯ3と反応する任意の化合物であってもよい。適切な反応性添加物は、以下の物が含まれるが、これらに限定されるものではない：水、アルコール、アンモニア、アミン（例えば、１級アミン又は２級アミン）、オレフィン、芳香族化合物、ケトン、又は、ＮＨ官能基、ＯＨ官能基、若しくはハロゲン官能基等を有する化合物。こうした反応性物質の種類については、例えば、以下の文献で議論している：Ｅｖｅｒｅｔｔ  Ｅ．Ｇｉｌｂｅｒｔ著「Ｔｈｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｓｕｌｆｕｒ  Ｔｒｉｏｘｉｄｅ，ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｄｄｕｃｔｓ，ｗｉｔｈ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１９６２，６２（６），ｐｐ．５４９−５８９」（参照により全体をあらゆる目的で本明細書に組み込む）。
【００４３】
反応性添加物は、三酸化硫黄と反応でき、メタンスルホン酸の沸点よりも高い重反応生成物を形成する物を選択する。例えば、水は反応性添加物として使用することができ、重反応生成物として硫酸を生成することができる。三酸化硫黄を重反応生成物に変換することで、メタンスルホン酸の純化を促進する。この理由は、上述したように、蒸留法を使用して三酸化硫黄をメタンスルホン酸から完全に除去することは難しく、又は、本明細書に記載した低レベルの不純物濃度（例えば、５００、４００、３００、１８０、１５０、１２０、６０、又は５０ｐｐｍ未満）を達成することは難しいからである。本発明の有利な実施形態において、反応性添加物を選択する際には、メタンスルホン酸の沸点（１０ｍｍＨｇで１６７℃）よりも、１０ｍｍＨｇで少なくとも１０℃、少なくとも２０℃、少なくとも３５℃、少なくとも５０℃、少なくとも６５℃、又は少なくとも８０℃高い重反応生成物を、三酸化硫黄から生成する結果となるような物を選択する。
【００４４】
一実施形態において、反応性添加物は、実質的に水からなる。別の実施形態において、反応性添加物は、水及び微量の不純物からなる。反応性添加物は、反応対象である三酸化硫黄の観点から過剰量を、重流１３６に混合させてもよい。例えば、反応性添加物は、重流１３６に、反応対象である三酸化硫黄の観点から過剰量を混合させてもよく、例えば、１０モル％以上、好ましくは、２０モル％以上、好ましくは、３０モル％以上、好ましくは、３５モル％以上、好ましくは、４０モル％以上、好ましくは、４５モル％以上、好ましくは、５０モル％以上、好ましくは、５５モル％以上等であってもよい。
【００４５】
ミキサー１４０は、例えば、ミキサードラム、スタティックミキサー等であってもよく、重流１３６と反応性添加物とを混合するために構成され、反応性添加物は、入力流１４２によってバッチ又は連続操業で投入することができ、混合流１４４を生成する。ミキサー１４０は、冷却ジャケット、熱交換器等を含むことができ、ミキサー１４０から出力される混合流１４４の温度を低下させることができる（反応性添加物と三酸化硫黄との反応は発熱反応である可能性があるため）。一実施形態において、冷却ジャケット又は熱交換器は水添加の際に使用されず、有利な点として、水添加から生じる発熱反応は、次の工程の準備として混合物を予熱する。例えば、水を反応性添加物として使用して、三酸化硫黄との高い発熱反応を生じさせることができ、冷却ジャケットを必要としてもよく、又は必要としなくてもよい。図１に示すようにシステム１００においてミキサー１４０を用いて重流１３６を反応性添加物と混合するが、システム１００を変更して、重流１３６と反応性添加物とを１以上の配管又は処理ユニット内で混合してもよい。例えば、システム１００は、重流１２６に関して渦流特性を生じるように構成してもよく、これにより、反応性添加物と重流１３６とを混合することができる。
【００４６】
図１に示すように、混合流１４４は、蒸留塔１５０を用いて分離される。図１に示すように、システム１００は、蒸留塔１５０を利用して、混合流１４４を分離しているものの、システム１００を変更して蒸留塔１５０及び１以上の気液分離器を使用して混合流１４４を分離してもよい。
【００４７】
蒸留塔１５０は、蒸発流１５６中に回収されるメタンスルホン酸の量を最適化するように構成されてもよく、又は、蒸発流１５６中に回収されるメタンスルホン酸の純度を最適化するように構成されてもよい。蒸留塔１５０は、充填カラムとして構成されてもよく、又は複数のトレイを有するように構成されてもよく、又はその他であってもよい。メタンスルホン酸の潜在的な熱の不安定性があるため、好ましくは、カラムは構造化充填を含む。一実施形態において、蒸留塔１５０は、理想的には三十個のトレイに匹敵する物を有する充填層として構成される。充填層は、構造化充填の形態であってもよい（例えば、Ｋｏｃｈ−Ｇｌｉｔｓｃｈ，ＦｌｅｘｉｐａｃｋTM  １Ｙ）。蒸留塔１５０は、以下の圧力で操作してもよい：０．２２ｍｂａｒ〜２０ｍｂａｒ、好ましくは、４ｍｂａｒ〜１６ｍｂａｒ、及び／又は、好ましくは、８ｍｂａｒ〜１２ｍｂａｒ。一実施形態において、蒸留塔１５０は、約１０ｍｂａｒの圧力で操作される。
【００４８】
蒸留塔１５０は、実質的にメタンスルホン酸からなる蒸発流１５６と、硫黄化合物を含む底流１５４とを生成する。底流１５４は、硫黄化合物、メタンスルホン酸、及び不純物（例えば、硫黄化合物及びメタンスルホン酸以外の化合物又は物質）を含む組成物を有することができる。例えば、分離システム１００を、メタンスルホン酸リッチな条件下で操作する場合、底流１５４は、５０〜９０％のメタンスルホン酸を含むことができ、残りは硫黄化合物及び不純物であってもよい。或いは、分離システム１００を、硫黄化合物リッチな条件下で操作することができ、その結果、底流１５４は、硫黄化合物を含み、そして、例えば、メタンスルホン酸を、５０重量％以下、好ましくは、３５重量％以下、好ましくは、５重量％以下含むことができる。一実施形態において、底流１５４は、実質的に硫黄化合物からなる。別の実施形態において、底流１５４は、硫黄化合物及び微量化合物からなる。蒸留塔１５０をメタンスルホン酸リッチな条件下で操作すると、蒸留塔１５０の構築及び／又は操作に関連するコストを減らすことができる。蒸留塔１５０を硫黄リッチな条件下で操作すると、蒸発流１５６中に回収される混合流１４４のメタンスルホン酸のパーセンテージを高くすることができる。特定の操作条件下で、メタンスルホン酸リッチとは、混合流１４４（例えば、図２に示すように）が５０％以上のメタンスルホン酸を有することを意味し、一方で、硫黄リッチとは、混合流１４４が５０％以上の硫黄化合物を有することを意味する。しかし、メタンスルホン酸リッチな条件、及び硫黄リッチな条件は、蒸留塔１５０の操作条件に依存して変化する。他に考慮することとして、蒸留速度が、反応器１１０の生成速度とマッチする。
【００４９】
蒸発流１５６は組成物を有することができ、当該組成物は実質的に純粋なメタンスルホン酸であってもよく、例えば、メタンスルホン酸の含有量が、９０重量％以上、より好ましくは、９５重量％以上、より好ましくは、９６．５重量％以上、より好ましくは、９８重量％以上、より好ましくは、９９重量％以上、より好ましくは、９９．５重量％以上、及び／又は、より好ましくは、９９．８重量％以上であってもよい。一実施形態において、蒸発流１５６は、実質的に純粋なメタンスルホン酸の組成物である。別の実施形態において、蒸発流１５６は、メタンスルホン酸と微量の不純物からなる組成物を有する。好ましくは、蒸発流１５６は、硫黄化合物を有し、その量は、５００ｐｐｍ以下、より好ましくは、４００ｐｐｍ以下、より好ましくは、３００ｐｐｍ以下、より好ましくは、１５０ｐｐｍ以下、より好ましくは、５０ｐｐｍ以下である。例えば、回収されるメタンスルホン酸において、効果的には、三酸化硫黄がゼロであってもよい。一実施形態において、回収されるメタンスルホン酸において、三酸化硫黄は、１ｐｐｍ以下であり、例えば、０．１ｐｐｍ以下、好ましくは、０．０１ｐｐｍ以下、及び／又は好ましくは、０．００１ｐｐｍ以下である。更には、及び／又はこれに代えて、蒸発流１５６は、硫酸又はその等価物（例えば、蒸気を含む硫酸生成物（例えば、三酸化硫黄）、及び液体を含む硫酸生成物（例えば、硫酸水素エチル））を有してもよく、その量は、５００ｐｐｍ以下であってもよい。例えば、回収されるメタンスルホン酸は、硫酸又はその等価物を有してもよく、その量は、４００ｐｐｍ以下、好ましくは、３００ｐｐｍ以下、好ましくは、１５０ｐｐｍ以下、好ましくは、６０ｐｐｍ以下、又は、好ましくは、５０ｐｐｍ以下であってもよい。
【００５０】
システム１００を採用することで、蒸留塔１５０は、有利には、より高い真空下で操作される蒸留塔と比べると、より効率的且つより経済的な圧力で操作することができる。より望ましい圧力で蒸留塔１５０を操作する能力だけでなく、システム１００は、不純物（即ち、硫黄化合物、例えば、三酸化硫黄）の量を十分に低下させたメタンスルホン酸を生成することができる。本明細書に開示したシステム１００及び方法を使用することで、高純度のメタンスルホン酸を、商業的に有利なコストで生成することができ、この高純度のメタンスルホン酸は、最も厳格な商業純度基準を超える可能性がある。
【００５１】
図２は、本発明の態様に従って、メタンスルホン酸を生成及び回収するための製造システム２００を示す。概観として、製造システム２００は、反応器１１０、第１気液分離器１２０、第２気液分離器１３０、ミキサー１４０、及び蒸留塔１５０を含む。製造システム２００は、分離システム１００を採用したものとして示される。従って、製造システム２００が、分離システム１００の特徴／システム設備を活用している場合、同一の参照番号については、図１と同じものを当てはめる。
【００５２】
反応器１１０は、三酸化硫黄とメタンからメタンスルホン酸を生成するために構成される。例えば、反応器１１０は、メタンの組成物を有する反応器供給流１１２を受け取ることができ、そして、反応器１１０は、三酸化硫黄、硫酸、及び場合によりＭＳＡを含む組成物を有する反応器供給流１１４を受け取ることができる。一実施形態において、１以上のペルオキシド開始剤を反応器１１０に添加して、所望の反応の触媒となる。適切なペルオキシド開始剤は、以下の物が含まれるが、これらに限定されるものではない：Ｈ2Ｏ2、及び、Ｈ2Ｏ2とＳＯ3、有機スルホン酸、リン酸、ホスホン酸、又はカルボン酸との反応生成物。反応で生成される際は、メタンスルホン酸存在下であってもよい。ペルオキシモノスルホン酸（ＨＯＯ−ＳＯ3Ｈ）、ペルオキシジスルホン酸（ＨＯＳＯ2−ＯＯ−ＳＯ2ＯＨ）、メタンスルフォニルペルオキシスルホン酸（ＣＨ3ＳＯ2−ＯＯ−ＳＯ2ＯＨ）、ジメタンスルフォニルペルオキシド（ＣＨ3ＳＯ2−ＯＯ−ＳＯ2ＣＨ3）、及びこれらの有機塩、無機塩、又はエステルからなる群から選択されるペルオキシド開始剤は、特定の処理条件下で有利となる可能性がある。反応器１１０は、供給流１１６を生成するように構成され、供給流は、炭化水素、メタンスルホン酸、三酸化硫黄、及び場合により硫酸を含む組成物を有する。
【００５３】
図２において、反応器１１０は、三酸化硫黄とメタンからメタンスルホン酸を生成するように構成されるが、反応器１１０は、他の反応機構の手段により及び／又は他の反応物を用いることによりメタンスルホン酸を生成するように構成されてもよい。
【００５４】
製造システム２００は、分離システム１００から、反応器供給流１１２及び／又は反応器供給流１１４へと、回収される化合物をリサイクルするように構成されてもよい。例えば、炭化水素を含む組成物を有する軽流１２４は、反応器供給流１１２の手段により反応器１１０へリサイクルされてもよい。更には、及び／又は、これに代えて、軽流１２４及び／又は軽流１３４を燃料、例えば、システム２００の１以上の処理ユニットのための燃料として使用することができる。蒸留塔１５０の底流１５４は、硫黄化合物（例えば、硫酸）及び場合によりメタンスルホン酸を含む組成物を有するが、底流１５４は、反応器供給流１１４の手段により反応器１１０へリサイクルされてもよい。
【実施例】
【００５５】
以下の実施例は、本発明の実施形態を限定するものではなく、本発明の態様から得られる有利な有用性を示すために本明細書に含まれるものである。
【００５６】
実施例１
【００５７】
４，９５０ｐｐｈの三酸化硫黄（ＳＯ3）の反応流を、１１，５５０ｐｐｈの硫酸（Ｈ2ＳＯ4）と混ぜ、反応器に入れる。ここで、２，３１０ｐｐｈのメタン（ＣＨ4）を４０バールの圧力で添加する。例えば、５０％過酸化水素溶液の反応開始剤を、約７５ｐｐｈ、反応器に流入させる。混合物は、反応器、又は反応器のシステムを通過し、ＳＯ3からメタンスルホン酸（ＭＳＡ）への変換率９５％を得る。９５％超の変換を得ることができ、コストは極端に高くなるが、＞９９．９％を達成できる。９９．９％のＳＯ3を変換したとしても、反応生成物中、３００ｐｐｍ超のＳＯ3が残存するであろう。
【００５８】
反応器出口流（ｒｅａｃｔｏｒ  ｏｕｔｌｅｔ  ｓｔｒｅａｍ）を等エントロピーフラッシュに１００ｐｓｉで送る。ほとんどのメタンは除去され、そして、燃料として、回収又は燃焼のいずれかが行われる。約１０％の残存ＳＯ3のみが、メタン共に、上昇する。得られる流は、おおよそ、５，４５５ｐｐｈのＭＳＡ、１１，７５０ｐｐｈの硫酸、３７ｐｐｈのメタン、及び約２１０ｐｐｈのＳＯ3を含む。
【００５９】
フラッシュからの重流は、ＳＯ3の量に対して過剰に添加された水を有し、全てのＳＯ3が硫酸に変換されることを確実にする。こうしたことは、分析又は物質収支によってなしうる。こうした例に関して、全てのＳＯ3の変換を確実にするために必要となる計算上の水のモル量は、１．３５倍である。こうした反応器は等エントロピーであるが、水が少量であるため（例えば、ＳＯ3と水との間の反応が発熱反応であったとしても）、後続流（ｔａｉｌｓ  ｓｔｒｅａｍ）は、約４℃で加熱するだけである。
【００６０】
重流は、約２０ｍｍＨｇで低圧等エントロピーフラッシュに送られ、ほとんどすべてのメタンを除去する。
【００６１】
第２フラッシュからの重流は、理想的には３０個のステージを有する蒸留塔に送られ、当該ステージは、構造化充填を有する（例えば、Ｋｏｃｈ−Ｇｌｉｔｓｃｈ，Ｆｌｅｘｉｐａｃｋ  １Ｙ）。塔のヘッド圧は約１０ｍｍＨｇであり、凝縮器は、５％が蒸気として出て、９５％が凝縮されるように操作される。還流比は５（ｗｇｔベース）に設定する。ＭＳＡ中のＨ2ＳＯ4の最終濃度は約３５ｐｐｍである。ＭＳＡ中にＳＯ3は存在しない。従って、水をＭＳＡ無水物に添加して７０％ＭＳＡ溶液を作成した場合、及び作成したとき、硫酸濃度は、無水物ベースで、＜３５ｐｐｍになるであろう。
【００６２】
実施例２
【００６３】
当該実施例では、反応器セクションにおける非常に高いＳＯ3変換を採用したシステムを示す。供給については、実施例１と同じである。唯一の大きな変更は、第１組の反応器の後に、ポリッシュ反応器を採用しており、９９％のＳＯ3変換を達成する。
【００６４】
反応器セクションの出口流は、以下を含む：約５，６８４ｐｐｈのＭＳＡ、１１，７５４ｐｐｈのＨ2ＳＯ4、１，３６１ｐｐｈのメタン、及び４８ｐｐｈのＳＯ3。
【００６５】
最初のフラッシュ後、なおも、４２ｐｐｈのＳＯ3がＭＳＡ／Ｈ2ＳＯ4中に存在する。仮に、ＭＳＡがＨ2ＳＯ4から分離されれば、大半のＳＯ3は、ＭＳＡ流の中に存在するであろう。ＭＳＡ流の中に残存するＳＯ3の濃度は約７，３３３ｐｐｍであろう。
【００６６】
しかし、この実施例において、水を添加して、ＳＯ3からＨ2ＳＯ4へ変換する。流（ｓｔｒｅａｍ）は、その後、真空フラッシュして、同一の蒸留塔に送られる。得られるＭＳＡは、ＳＯ3を含まず、３３ｐｐｍのＨ2ＳＯ4を含む。
【００６７】
比較例１
【００６８】
当該比較例では、本発明の範囲外となる分離処理から生じる問題点を示すことで、本発明の利点を示す。
【００６９】
当該比較例の供給は、実施例２で使用された供給と同じである。唯一の違いは、ＳＯ3をＨ2ＳＯ4に変換するための水を添加していない点である。この場合、ＭＳＡにおいて、ＳＯ3の不純物レベルは約４０ｐｐｍであり、加えて、Ｈ2ＳＯ4の不純物レベルは約３３ｐｐｍである。ＭＳＡ無水物を水と混合すると、ＳＯ3はＨ2ＳＯ4に変換され、ＭＳＡは、当該ＭＳＡ中に８０ｐｐｍ超のＨ2ＳＯ4を有するであろう。こうした硫酸の量により、当該ＭＳＡは、多くの工業上の応用に望ましくない物となる。
【００７０】
本明細書内において、本明細書の内容を明確且つ簡潔に記載して説明してきた。しかし、実施形態は、本発明から逸脱することなく様々な形に結合又は分離することができることを、意図しており、そのように解釈されたい。例えば、本明細書に記載した全ての好ましい特徴は、本明細書に記載の本発明の全ての態様に適用されるものとして解釈されたい。
【００７１】
幾つかの実施形態において、本明細書中の本発明は、プロセスの基本的且つ新規な特徴に対して材料学的に影響を与えない任意の要素又はプロセス工程を除外できるものと解釈してもよい。更には、いくつかの実施形態において、本発明は、本明細書に記載していない任意の要素又はプロセス工程を除外して解釈してもよい。
【００７２】
特定の実施形態に言及しながら、本明細書において、本発明について示し、説明してきたが、本発明は、詳細に示されたものに限定されることを意図するものではない。むしろ、特許請求の範囲の記載及び均等物の範囲内で、本発明から逸脱することなく、細部において様々な変更を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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