説明

有機酸からのヨウ素除去方法

【課題】酢酸等の有機酸中に含まれるヨウ素を、銀等を担持したゼオライトを用いて吸着除去するに際し、ゼオライト骨格からアルミニウムが溶出するのを有効に阻止し、これによりゼオライトの強度劣化を抑えることで、長期間の工業的使用にも耐えうる有機酸からの微量ヨウ素除去システムを構築する。
【解決手段】有機酸を主成分とする液体を、銀イオンを担持したゼオライトの充填床に通すことにより、該液体中に1000ppb以下の濃度で含まれるヨウ素を10ppb以下に低下させる方法において、該液体を該ゼオライトの充填床に通す前にアルミナの充填床に通すことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機酸からのヨウ素除去方法に関する。特に本発明は、メタノールカルボニル化法により合成した酢酸からヨウ素を除去して精製する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ロジウム触媒の存在下にメタノールを一酸化炭素でカルボニル化して酢酸を製造する方法は、いわゆる「モンサント法」としてよく知られている。モンサント法(あるいはカルボニル化法)には、酢酸を溶媒として用い、これに原料メタノールを加え、触媒としてロジウム化合物を溶解させ、この反応液中に一酸化炭素ガスを吹き込むもの(均一系触媒反応)と、上記ロジウム化合物を反応液中に溶解させる代わりに、これを担体に担持させた固体触媒を懸濁させるもの(不均一系触媒反応)とがあるが、いずれの場合にも、当該反応液中には助触媒(反応促進剤)としてさらにヨウ化メチルなどのヨウ素化合物が加えられるため、カルボニル化法により製造される酢酸中には、蒸留による精製後においてもヨウ素含有化合物が数十ないし数百ppb程度残留する。こうして酢酸中に残留するヨウ素含有化合物は、たとえば酢酸をVAMの原料として用いる場合、VAM合成触媒に対して触媒毒として作用するため、これを数ppb程度にまで除去しておく必要がある。
【0003】
酢酸中に残留するヨウ素含有化合物(以下では単体ヨウ素をも含めて包括的に単に「ヨウ素」とよぶ)を除去する方法としては、銀や水銀をイオン交換担持した多孔性陽イオン交換樹脂に当該酢酸を接触させる方法(特許文献1)がある。この方法は、酢酸中から効率よくヨウ素を除去するが、樹脂をベースとした吸着剤を使用しているため、吸着剤粒子の膨潤・収縮や上向流による充填床の膨張の度合が大きく、また樹脂が劣化するような高温では使用できず、吸着剤の再生も困難であることから、設計条件や操作条件がかなり制限されるという難点がある。
【0004】
そこで、これに代わる方法として、銀イオン等をイオン交換担持したゼオライトに酢酸を接触させてヨウ素を除去する方法(特許文献2)が提案されている。この方法は、特許文献1に記載された方法とほぼ同程度(10ppb以下)までヨウ素を除去することができ、また、当該ヨウ素吸着材が樹脂骨格でなくゼオライト骨格であるため、粒子の膨潤・収縮はほとんどなく、熱にも強いことから高温での使用が可能であるという利点がある。ただし、ゼオライト骨格はシリカおよびアルミナからなるため、高濃度の酢酸中で使用したときにアルミニウムが溶出するという問題を本質的にかかえているが、この方法では、シリカ/アルミナ比(SiO/Alモル比)が5:1以上、好ましくは8:1以上の高シリカ含有ゼオライトを用いることにより、この問題に対処している。
【特許文献1】特開昭61−209053号公報
【特許文献2】特開2000−334206号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献2に記載された方法は、シリカ/アルミナ比を高めることによりアルミニウムの溶出量を抑えるという手段を講じているが、それでも長期間の使用に供するには十分ではない。徐々にであっても、ゼオライト骨格からアルミニウムが溶出すると、ゼオライト骨格の保持が困難となって機械的強度が低下し、カラムに充填して用いた場合には強度低下に伴う破砕や粉化を生じて差圧の上昇やヨウ素除去能力の低下をもたらすことになるからである。それゆえ本発明は、酢酸等の有機酸中に含まれるヨウ素を、銀等を担持したゼオライトを用いて吸着除去するに際し、ゼオライト骨格からアルミニウムが溶出するのを有効に阻止し、これによりゼオライトの強度劣化を抑えることで、長期間の工業的使用にも耐えうる有機酸からの微量ヨウ素除去システムを構築しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、有機酸を主成分とする液体を、銀イオンを担持したゼオライトの充填床に通すことにより、該液体中に1000ppb以下の濃度で含まれるヨウ素を10ppb以下に低下させる方法において、該液体を該ゼオライトの充填床に通す前にアルミナの充填床に通すことを特徴とする方法を提供し、これにより上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ゼオライトからのアルミニウムの溶出が有効に抑えられ、ゼオライト骨格の機械的強度の低下が防止されるため、ゼオライトの寿命が大きく向上し、当該吸着プロセスのランニングコストを大幅に低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
ゼオライトからのアルミニウムの溶出は、フィード液中の有機酸によるアルミナの溶解によるものと考えられるが、本発明者らは、このアルミナの溶解が液中のアルミニウムイオン濃度と溶解平衡の関係にあることを見出した。すなわち、ゼオライト床に通すフィード液中に予め平衡濃度のアルミニウムイオンが含まれるようにすると、ゼオライトからのアルミニウムの溶出をほぼ完全に抑えることができることを実験的に確認した。本発明者らは、また、有機酸を含む液をアルミナ充填床に通すと、アルミナからアルミニウムイオンが溶出することから、フィード液中にアルミニウムイオンを存在させる手段としては、フィード液を当該ゼオライト充填床に通す前にアルミナ充填床に通すことが有効であることを見出した。
【0009】
図1は、本発明を実施する好適な態様の一例を示す。ヨウ素を1000ppb以下の濃度で含むフィード液(たとえばメタノールカルボニル化法で製造された粗製酢酸)は、まず前段のアルミナ充填床1を通過する。アルミナ充填床1を出たフィード液中には、100〜200ppb程度のアルミニウムイオンが含まれる。次いで、フィード液は後段の銀担持ゼオライト充填床2を通過し、液中のヨウ素が吸着除去される。銀担持ゼオライト充填床2を出た処理液に残留するヨウ素は10ppb以下になっている。また、処理液中のアルミニウム濃度は、ゼオライト充填床2に入るフィード液中のアルミニウム濃度と同程度か、それよりわずかに高い程度であり、ゼオライト充填床2からのアルミニウムの溶出は数十ppb以下に抑えられる。なお、処理液中に含まれるアルミニウムイオンを除去するため、必要に応じて処理液をさらに陽イオン交換樹脂充填床に通してもよい。
【0010】
本発明の方法で処理されるフィード液としては、上記に述べたメタノールカルボニル化法で製造された粗製酢酸が代表的なものであるが、それに限定されるものではなく、ヨウ素を1000ppb以下の濃度で含む各種有機酸を脱ヨウ素処理することができる。フィード液中の有機酸の濃度は、99重量%以上であることが一般的であるが、これに限定されるわけではない。もっとも、本発明は、当該有機酸が主成分として含まれる液の処理を対象としているので、あまりに希薄な水溶液などは本発明の方法による処理対象には含まれない。
【0011】
前段のアルミナ充填床を構成するアルミナ粒子は、ある程度の比表面積を確保するとともに、通液時の圧損の増大を抑えるという観点から、直径1〜3mm程度のものであることが好ましい。アルミナ粒子は破砕した不規則な形状のものであっても、造粒した球形のものであってもよく、特に形状は問わない。アルミナの種類としては、たとえばγ−、δ−、β−、α−、θ−アルミナ等を好ましく用いることができる。使用されるアルミナの表面積は5〜100m/gであることが好ましい。これが100m/gより大きいと、アルミニウムの溶出速度が過大となり、最終的に流出する酢酸中への混入量が増大する。一方、これが5m/gより小さいとアルミニウムの溶出速度が不足し、後段のゼオライトからのアルミニウム流出を抑制する効果が不十分となる。このアルミナ充填床へは、空間速度(SV)10〜200/時(空塔基準)程度でフィード液を通液することが好ましい。通液方向は、上向流ではアルミナ充填床の膨張ないし流動化が生じる可能性があるので、下向流通液が適当である。
【0012】
後段のゼオライト充填床を構成するゼオライト粒子は、やはり比表面積と圧損の適正化という観点から、直径0.3〜0.5mm程度のものであることが好ましい。やはり、破砕した不規則形状のものであっても、造粒した球状のものであってもよく、特に形状は問わない。用いるゼオライトの種類は、特許文献2の方法とは異なり、必ずしもシリカ/アルミナ比の高い特定のものに限定されるわけではないが、特許文献2の方法で用いられているもの、たとえば蒸気安定化、化学処理、あるいはこれらの組合わせにより改質されたY型ゼオライトは特に好適に使用できる。このゼオライト充填床へは、空間速度(SV)1〜20/時(空塔基準)程度でフィード液を通液することが好ましい。この程度の範囲の通液速度であれば、通液方向は下向流でも上向流でもよいが、上向流では膨張ないし流動化した際にゼオライトが磨耗する惧れがあるので、ゼオライトの使用寿命を考慮すると下向流が好ましい。通液温度は、樹脂ベースのヨウ素吸着材を用いる特許文献1の方法のように100℃以下に制限されず、たとえば蒸留塔からの100℃以上の高温留分を直接処理することもできる。
【0013】
後段のゼオライト充填塔に充填する前に、当該ゼオライトには銀を担持させる必要がある。通常、ゼオライトはイオン交換機能を有するので、別に用意したカラムにゼオライトを充填し、これに5〜10%程度の硝酸銀水溶液を、75℃程度の加温下、空間速度(SV)0.5/時程度の速度で通液するか、または、別に用意した攪拌槽内で5〜10%程度の硝酸銀水溶液中に攪拌懸濁させ、常温〜75℃で、60分間程度の浸漬を数回繰り返せばよい。あるいは、後段のゼオライト充填塔に充填した状態のまま、上記のようにして硝酸銀溶液を通液することにより、銀を担持させてもよい。なお、複数のゼオライト充填床を並列に設け、一方を使用している間に他方のゼオライトの銀担持処理を行うようにすれば、運転を停止することなく連続して処理を行うことができる。
【0014】
図2は、本発明の方法を実施する別の好適な態様を示す。図2においては、アルミナ充填床1とゼオライト充填床2とが同一の塔内に形成されている。どちらを上側に充填するかは通液方向により、液流入口に近い側にアルミナ充填床を形成する。両充填床間には、液透過性の仕切り板を設けることが好ましい。通液速度は両充填床を別の塔に設ける場合に準ずるが、両床を同一の塔内に設ける場合には、流速(線速度)が同一になり、空間速度と層高とが反比例の関係になるので、両充填床について層高と空間速度とを別個に設定する自由度はなくなる。
【実施例】
【0015】
比較例
シリカ/アルミナ比(SiO/Alモル比)が12であるゼオライト(UOP製、LZ−210、粒径0.4mm)80gを直径30mmのカラムに充填し、これに5%硝酸銀水溶液400mLを70mL/時で通液することにより、銀を8重量%担持した銀担持ゼオライトを調製した。こうして調製した銀担持ゼオライト30gを別のカラム(直径20mm、層高160mm)に充填し、水150ppmあるいは1000ppmを含む酢酸液をSV4、60℃で3500時間にわたり下向流で通液した。カラムからのアルミニウムの流出をモニターしたところ、いずれの場合も、通液開始後1500時間までは初期流出の様相を示したが、1500時間以降は溶出量は一定となり、常時約0.15ppmの溶出アルミニウム濃度を示した。ゼオライト充填カラムからのアルミニウムの流出は充填層先端部から生じ、また、ゼオライトの機械的強度からみたアルミニウムの溶出限界は20%程度なので、これから推定されるゼオライト充填カラムの寿命は約4000時間となる。
【0016】
実施例
直径20mmのジャケット付カラムに上記比較例で調製した銀担持ゼオライトを50mL充填し、これをメインカラム(層高160mm)とした。一方、直径10mmの別のジャケット付カラムに粒径3mmのγーアルミナビーズ(住友化学製、表面積約50m/g)を5mL充填し、これをプレカラム(層高64mm)とした。プレカラムを前段、メインカラムを後段として、両カラムを直列に接続し、ジャケットには60℃の湯を流して加温した。プレカラムの入口からメインカラムの出口まで、ヨウ化エチルをヨウ素として1ppm、水を150ppm含む酢酸液を200mL/時で2000時間にわたり下向流で通液した(プレカラムSV40、メインカラムSV4)。メインカラム流出液中のヨウ素は、常時5ppb未満であった。一方、溶出アルミニウム濃度は1500時間以降は安定し、プレカラム出口で0.15ppm、メインカラム出口で0.2ppmであった。この結果からゼオライトの寿命は約12000時間と推定され、上記比較例の場合に比べてゼオライト充填カラムの推定寿命は約3倍となった。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の方法を実施する一態様を示す。
【図2】本発明の方法を実施する別の態様を示す。
【符号の説明】
【0018】
1 アルミナ充填床
2 銀担持ゼオライト充填床

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機酸を主成分とする液体を、銀イオンを担持したゼオライトの充填床に通すことにより、該液体中に1000ppb以下の濃度で含まれるヨウ素を10ppb以下に低下させる方法において、該液体を該ゼオライトの充填床に通す前にアルミナの充填床に通すことを特徴とする方法。
【請求項2】
該有機酸がメタノールカルボニル化法により製造された酢酸である、請求項1記載の方法。
【請求項3】
該アルミナの表面積が、5〜100m/gである請求項1または2記載の方法。
【請求項4】
該液体を該アルミナ充填床に通す速度が、10〜200hr−1である、請求項1〜3のいずれか記載の方法。
【請求項5】
該液体を該ゼオライト充填床に通す速度が、1〜20hr−1である、請求項1〜4のいずれか記載の方法。
【請求項6】
該ゼオライト充填床からの流出液を、さらに陽イオン交換樹脂充填床に通す、請求項1〜5のいずれか記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2006−16349(P2006−16349A)
【公開日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−196796(P2004−196796)
【出願日】平成16年7月2日(2004.7.2)
【出願人】(000003285)千代田化工建設株式会社 (162)
【Fターム(参考)】