СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ С УЛУЧШЕННОЙ ОЧИСТКОЙ Российский патент 2013 года по МПК C07C51/12 B01D3/00 C07C53/08 C07C51/44 

Изобретение относится, вообще, к устройству и способу производства уксусной кислоты, где флегма колонны легких фракций представляет собой тяжелую органическую фазу, получаемую из головного погона этой колонны. Содержание уксусной кислоты в потоке продукта увеличивается, тогда как содержание воды уменьшается.

Уровень техники

Процессы карбонилирования хорошо известны в данной области. Особое значение для промышленности имеют процессы карбонилирования метанола с получением уксусной кислоты и процессы карбонилирования метилацетата с получением уксусного ангидрида (см. Applied Homogeneous Catalyst With Organometallic Compounds (Нанесенный гомогенный катализатор, содержащий металлорганические соединения), Cornils at al., Ed. (Bench Edition) (Wylie, Weinheim, Federal Republic of Germany 2000), Chapter 2, Parts 2.1.2 and following, pp. 104 - 137. См. также патенты США №№ 6458996, выданный Muskett; 6642413, выданный Thiebaut, а также 6114576, выданный Leet и др.; 4039395, выданный Eby; и заявки на патент США №№ 11/116771 (публикация № US2006/0247466), заявитель Zinoble и др.; 10/708420 (публикация № US2005/0197508), заявитель Scates и др. и 10/058547 (публикация № US2003/0144548), заявитель Huckman и др.).

Один из предпочтительных способов производства уксусной кислоты включает карбонилирование метанола в гомогенной реакционной среде, где в качестве катализатора используется родий. Как правило, реакционная среда содержит катализатор, воду, уксусную кислоту, растворенный монооксид углерода (СО), метанол, метилацетат (МеАс), йодистоводородную кислоту (HI), метилйодид и, необязательно, один или более промотор и/или стабилизатор. Метанол и монооксид углерода подают в реактор в качестве исходного сырья. Часть реакционной среды непрерывно отводят и подают в испарительную колонну, где продукт испаряют путем внезапного понижения давления и направляют (в виде пара) в технологическую линию очистки. Технологическая линия очистки включает колонну отделения легких фракций, в которой происходит удаление «легких», или имеющих низкую температуру кипения, компонентов в качестве головного погона, и образуется поток продукта, направляемый на дальнейшую очистку. Особенно предпочтительный способ карбонилирования описан в патенте США № 5144068, выданном Smith и др. В этом, так называемом, «маловодном» способе осуществляют реакцию спирта, такого как метанол, с монооксидом углерода в жидкой реакционной среде, содержащей родиевый катализатор, стабилизированный йодидом, особенно йодидом лития, наряду с метилйодидом и метилацетатом в определенных пропорциях. При ограниченной концентрации воды в реакционной среде продукт представляет собой карбоновую кислоту, а не, например, ангидрид. Реакционная система патента ‛068 не только позволяет получить кислотный продукт с необычно низким содержанием воды с неожиданно приемлемой производительностью, но также характеризуется неожиданно высокой стабильностью катализатора. То есть катализатор устойчив в отношении осаждения катализатора из реакционной среды.

Другой предпочтительный способ карбонилирования метанола включает использование гомогенного иридиевого катализатора в реакторе. Например, в патенте США № 5883295, выданном Sunley и др., описан способ производства уксусной кислоты, включающий карбонилирование монооксидом углерода метанола и/или его реакционно-способной производной, по существу, в отсутствие металлического промотора и/или ионного йодидного сопромотора в реакторе карбонилирования, в котором имеется жидкая реакционная композиция, содержащая иридиевый катализатор карбонилирования, метилйодидный со-катализатор, воду, уксусную кислоту и метилацетат, в этой жидкой реакционной композиции поддерживают: (а) концентрацию воды менее 5% вес.; (b) концентрацию метилйодида более 12% вес. и (с) общее давление в реакторе карбонилирования менее 50 бар (см. также патент США № 5877348, выданный Ditzel и др. и патент США № 5877347, также выданный Ditzel и др.).

Часто ограничивающими производство элементами секции очистки установки по производству уксусной кислоты являются колонна отгона легких фракций и колонна дегидратации. В колонне отгона легких фракций, куда поступает поток горячего газообразного продукта из испарительной колонны, происходит удаление из этого потока большей части метилацетата (МеАс) и метилйодида (MeI) перед тем, как этот поток продукта направляют далее в колонну дегидратации для удаления воды.

В типичном процессе карбонилирования метанола с получением уксусной кислоты горячую жидкость с высоким давлением из реактора пропускают через клапан, уменьшая ее давление, и подвергают мгновенному испарению в испарительном резервуаре с более низким давлением. Пар, образующийся на этой стадии, направляют в нижнюю часть колонны отгона легких фракций (колонна LE - колонна отгона легких фракций). Сконденсировавшуюся жидкость, обогащенную уксусной кислотой, удаляют как боковой погон над точкой подачи сырья и направляют на дальнейшую очистку, тогда как пар, выходящий из верхней части колонны, конденсируют и направляют в жидкостно-жидкостный декантатор (декантатор LE ОН - декантатор верхнего погона колонны отгона легких фракций). Традиционно легкую фазу из декантатора LE ОН направляют в качестве флегмы в колонну LE, а тяжелую фазу рециркулируют в исходное сырье реактора. В целом возврат флегмы легкой фазы в колонну LE способствует увеличению концентрации воды в боковом погоне колонны LE вследствие частичной конденсации исходного сырья. Из-за такого увеличения содержания воды в боковом погоне нужно большое флегмовое число в сушильной колонне (колонне дегидратации), что приводит к увеличению нагрузки на эту колонну. Рециркулирование легкой фазы в реактор приводит к уменьшению содержания воды в боковом погоне, однако концентрация уксусной кислоты в легкой фазе декантатора колонны LE может составлять 15% или более и повышается при рециркулировании легкой фазы. Из-за достижения равновесия жидкость-пар между уксусной кислотой и водой значительное количество уксусной кислоты переходит в головной погон колонны LE. Когда легкую фазу рециркулируют, флегмовое число легкой фазы уменьшается, и проблема усугубляется.

В соответствии с настоящим изобретением в колонну LE в качестве флегмы возвращают тяжелую, а не легкую фазу декантатора LE ОН. Тяжелая фаза декантатора LE ОН представляет собой, преимущественно, метилйодид, который характеризуется намного более благоприятными параметрами равновесия жидкость-пар с уксусной кислотой, чем вода. В результате в паре после контакта с флегмой тяжелой фазы концентрация уксусной кислоты уменьшается намного эффективнее (от, например, 7% или более до менее чем 1%). Концентрация уксусной кислоты в легкой фазе уменьшается до такой степени, что эту фазу можно рециркулировать непосредственно в реактор без потери флегмового числа. Дистиллят тяжелой фазы также рециркулируют в реактор в таком количестве, чтобы поддерживать в жидком боковом погоне адекватно низкое содержание MeI и МеАс и регулировать профиль концентраций уксусной кислоты в колонне LE. Это может быть осуществлено путем надлежащего изменения флегмового числа так, чтобы температура фазового перехода достигалась, примерно, в середине колонны.

Благодаря уменьшенному содержанию воды в жидком боковом погоне колонны LE ослабляются ограничения, налагаемые равновесием жидкость-пар в сушильной колонне, и становится возможным уменьшить флегмовое число в этой колонне. Кроме того, из-за меньшего содержания кислоты в декантаторе LE ОН поток легкой фазы содержит меньше и уксусной кислоты, и метилйодида, что потенциально облегчает удаление альдегида. Если требуется увеличение производительности, уменьшение флегмового числа сушильной колонны обеспечивает приблизительно 15% повышение расхода через сушильную колонну.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение описано подробно со ссылкой на следующие чертежи, где одинаковыми номерами позиций обозначены одни и те же части, и где:

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему традиционной установки карбонилирования метанола;

Фиг. 2 представляет собой детальный чертеж устройства, изображенного на фиг. 1, иллюстрирующий возврат флегмы, представляющей собой легкую декантированную фазу, из декантатора 30;

Фиг. 3 представляет собой детальный чертеж устройства, изображенного на фиг. 1, иллюстрирующий возврат флегмы, представляющей собой тяжелую декантированную фазу, из декантатора 30.

Далее настоящее изобретение описывается подробно со ссылкой на многочисленные варианты его осуществления только с целью пояснения на примерах и иллюстрации. Специалистам в данной области станет легко понятна возможность осуществления модификаций конкретных вариантов осуществления, не выходящих за рамки существа и объема настоящего изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. Если более конкретных определений не дано ниже, используемая в настоящем документе терминология подразумевает обычное значение. Если не указано иное, %, ppb и подобные им обозначения относятся к весовому процентному содержанию, содержанию в частях на миллион по весу и т.д. «Преимущественно» означает более 50% вес. Например, «преимущественно, уксусная кислота и вода» означает, что уксусная кислота и вода вместе составляют более 50% вес. композиции. Катализатор VIII группы может представлять собой родиевый и/или иридиевый катализатор. Родиевый металлический катализатор может быть введен в любой пригодной форме с тем, чтобы родий присутствовал в растворе катализатора как равновесная смесь, содержащая анион [Rh(CO)₂I₂]^-, как хорошо известно специалистам в данной области. Различные йодиды, присутствие которых, необязательно, обеспечивают в реакционных смесях, описываемых в данном документе процессов, могут иметь форму растворимой соли щелочного металла, или щелочноземельного металла, или четвертичного аммония, или соли фосфония. В определенных вариантах осуществления изобретения сопромотор катализатора представляет собой йодид лития, ацетат лития или их смеси. Соль-сопромотор может быть добавлена как соль, отличная от йодида, которая преобразуется в йодид. Йодидный стабилизатор катализатора может быть введен непосредственно в реакционную систему. В качестве альтернативы йодид может быть образован на месте, так как при рабочих параметрах данной реакционной системы множество различных прекурсоров, не являющихся йодидом, вступают в реакцию с метилйодидом с образованием соответствующего сопромотору йодидного стабилизатора. Более подробно о родиевых катализаторах и образовании йодидов (см. в патентах США №№ 5001259, выданном Smith и др., 5026908, выданном Smith и др., и 5144068, также выданном Smith и др.). Аналогично иридиевый катализатор в жидкой реакционной композиции для реакции карбонилирования может включать любое содержащее иридий соединение, которое растворимо в данной жидкой реакционной композиции. Иридиевый катализатор может быть добавлен в жидкую реакционную композицию для реакции карбонилирования в любой пригодной форме, растворимой в данной жидкой реакционной композиции, или в форме, преобразующейся в растворимую форму. К примерам пригодных содержащих иридий соединений, которые могут быть добавлены в жидкую реакционную композицию, относятся: IrCl₃, IrI₃, IrBr₃, [Ir(CO)₂I]₂, [Ir(CO)₂Cl]₂, [Ir(CO)₂Br]₂, [Ir(CO)₂I₂]H⁺, [Ir(CO)₂Br₂]H⁺, [Ir(CO)₂I₄]H⁺, [Ir(CH₃)I₃(CO₂])-H⁺, Ir₄(CO)₁₂, IrCl₃·3H₂O, IrBr₃·3H₂O, Ir₄(CO)₁₂, металлический иридий, Ir₂O₃, Ir(acac)(CO)₂, Ir(acac)₃, ацетат иридия, [Ir₃O(OAc)₆(H₂O)₃][OAc] и гексахлориридиевая кислота [H₂IrCl₆]. В качестве исходных материалов обычно используют не содержащие хлоридов комплексы иридия, такие как ацетаты, оксалаты и ацетоацетаты. Концентрация иридиевого катализатора в жидкой реакционной композиции может соответствовать диапазону от 100 до 6000 частей на миллион. Карбонилирование метанола с использованием иридиевого катализатора хорошо известно и, в целом, описано в следующих патентах США: 5942460, 5932764, 5883295, 5877348, 5877347 и 5696284. Алкилгалогенидный сокатализатор/промотор, как правило, используют в сочетании с компонентом катализатора, представляющим собой металл VIII группы. В качестве алкилгалогенидного промотора предпочтителен метилйодид. Концентрация алкилгалогенида в жидкой реакционной композиции, предпочтительно, соответствует диапазону от 1 до 50% вес., более предпочтительно от 2 до 30% вес. Алкилгалогенидный промотор может быть соединен с солью-стабилизатором/сопромотором, к которым относятся соли металлов IA группы или IIA группы или четвертичного аммония или фосфония. Особенно предпочтительными солями являются йодиды или ацетаты, например йодид лития или ацетат лития. Как часть каталитической системы настоящего изобретения могут быть использованы другие промоторы или сопромоторы, описанные в Европейской патентной публикации ЕР 0849248. Пригодные промоторы подбирают из группы, в которую входят рутений, осмий, вольфрам, рений, цинк, кадмий, индий, галлий, ртуть, никель, платина, ванадий, титан, медь, алюминий, олово, сурьма, более предпочтительно выбирают из пары рутений и осмий. Конкретные сопромоторы описаны в патенте США № 6627770. Промотор может присутствовать в эффективном количестве, ограничиваемом его растворимостью в жидкой реакционной композиции и/или любом жидком технологическом потоке, рециркулируемом в реактор карбонилирования со стадии извлечения уксусной кислоты. Промотор, если он используется, надлежащим образом присутствует в жидкой реакционной композиции в молярном отношении промотора к металлическому катализатору (0,5-15):1, предпочтительно (2-10):1, более предпочтительно (2-7,5):1. Надлежащая концентрация промотора составляет от 400 до 5000 частей на миллион. Устройство или способ карбонилирования, являющийся объектом настоящего изобретения, включает, в общем смысле, по меньшей мере, одну реакционную секцию и секцию очистки. Настоящее изобретение может быть оценено применительно к, например, карбонилированию метанола монооксидом углерода в гомогенной каталитической реакционной системе, содержащей реакционный растворитель (обычно уксусную кислоту), метанол и/или его реакционно-способные производные, растворимый родиевый катализатор, воду в, по меньшей мере, ограниченной концентрации, включающей, необязательно, йодид. Реакция карбонилирования происходит, когда метанол и монооксид углерода непрерывно подают в реактор. Реагент, представляющий собой монооксид углерода, может быть, по существу, чистым или может содержать инертные примеси, такие как диоксид углерода, метан, азот, благородные газы, вода и парафиновые углеводороды С₁-С₄. Количество водорода, присутствующего в монооксиде углерода и образующегося на месте по реакции конверсии водяного газа, предпочтительно, поддерживают небольшим, например с парциальным давлением менее 1 бара, так как его наличие может привести к образованию продуктов гидрогенизации. Надлежащее парциальное давление монооксида углерода в ходе данной реакции соответствует диапазону от 1 до 70 бар, предпочтительно от 1 до 35 бар, наиболее предпочтительно от 1 до 15 бар.

Надлежащее давление в ходе реакции карбонилирования соответствует диапазону от 10 до 200 бар, предпочтительно от 10 до 100 бар, наиболее предпочтительно от 15 до 50 бар. Надлежащая температура в ходе реакции карбонилирования соответствует диапазону от 100 до 300ºС, предпочтительно от 150 до 220ºС. Уксусную кислоту, обычно, производят в ходе жидкофазной реакции при температуре примерно 150-200ºС и общем давлении от примерно 20 до примерно 50 бар.

Уксусная кислота, как правило, входит в реакционную смесь в качестве растворителя для данной реакции.

К пригодным реакционно-способным производным метанола относятся метилацетат, диметиловый эфир, метилформиат и метилйодид. В качестве реагентов в способе настоящего изобретения может быть использована смесь метанола и его реакционно-способных производных. Предпочтительно в качестве реагентов используют метанол и/или метилацетат. По меньшей мере, некоторое количество метанола и/или его реакционно-способных производных в жидкой реакционной композиции преобразуется по реакции с уксусной кислотой - продуктом или растворителем - в метилацетат и присутствует в этой форме. Надлежащая концентрация метилацетата в жидкой реакционной композиции соответствует диапазону от 0,5 до 70% вес., предпочтительно от 0,5 до 50% вес., более предпочтительно от 1 до 35% вес., наиболее предпочтительно 1-20% вес.

Вода может образовываться в жидкой реакционной композиции, например, по реакции эстерификации между реагентом - метанолом и продуктом - уксусной кислотой. Вода может быть введена в реактор карбонилирования вместе с другими компонентами жидкой реакционной композиции или отдельно от них. Вода может быть отделена от других компонентов реакционной композиции, выводимых из реактора, и в регулируемых количествах может быть рециркулирована с целью поддержания нужной концентрации воды в жидкой реакционной композиции. Предпочтительно концентрация воды, поддерживаемая в жидкой реакционной композиции, лежит в диапазоне от 0,1 до 16% вес., более предпочтительно от 1 до 14% вес., наиболее предпочтительно от 1 до 10% вес.

Реакционную жидкость обычно отводят из реактора и подвергают мгновенному испарению. Необработанный поток газообразного продукта из испарителя направляют в секцию очистки, которая, как правило, включает, по меньшей мере, колонну отгона легких фракций и колонну дегидратации. Устройство карбонилирования может включать только две колонны очистки и предпочтительно функционирует, как более подробно описано в патенте США № 6657078, выданном Scates и др., озаглавленном “Low Energy Carbonylation Process” («Экономичный способ карбонилирования»), описание которого включается в настоящий документ путем ссылки.

Обратимся к фиг. 1-3, на которых показана установка карбонилирования 10, относящаяся к классу, применимому в контексте настоящего изобретения. Установка 10 включает реактор 12, испаритель 14, колонну 16 отгона легких фракций, сушильную колонну 18 (или колонну дегидратации), а также колонну 20 отгона тяжелых фракций. В реакторе 12 содержится реакционная среда, в него подают метанол и монооксид углерода. Некоторую порцию реакционной среды непрерывно подают по линии 22 в испаритель 14, где необработанный продукт подвергают мгновенному испарению и направляют по линии 24 в колонну 16 отгона легких фракций в качестве горячего газообразного исходного сырья.

Обычно реактор сверху вентилируют газообразным продувочным потоком с целью предотвращения накопления газообразных побочных продуктов, таких как метан, диоксид углерода и водород, и поддержания установленного парциального давления монооксида углерода при данном общем давлении в реакторе. По выбору (как показано в патенте Китая № ZL92108244.4) может быть использован, так называемый, реактор-конвертер, который размещают между реактором и испарительным резервуаром 14, показанными на фиг. 1. В конвертере образуется содержащий газообразные компоненты вентиляционный поток, который обычно промывают совместимым растворителем с целью извлечения таких компонентов, как метилйодид и метилацетат. Газообразные продувочные потоки из реактора и конвертера могут быть соединены или промыты по отдельности; обычно их промывают уксусной кислотой или метанолом, или смесями уксусной кислоты и метанола с целью предотвращения выноса из процесса низкокипящих компонентов, таких как метилйодид. Если в качестве жидкого растворителя для промывки продувочных потоков используют метанол, обогащенный метанол из системы промывки обычно возвращают в процесс, соединяя его со свежим метанолом, подаваемым в реактор карбонилирования; хотя он может быть возвращен в любой из потоков, рециркулируемых в реактор, таких как кубовая жидкость испарителя или верхние погоны колоны отгона легких фракций или сушильной колонны. Если в качестве жидкого растворителя для промывки продувочных потоков используют уксусную кислоту, из обогащенной в системе промывки уксусной кислоты обычно отгоняют абсорбированные легкие фракции, а полученную обедненную уксусную кислоту снова рециркулируют на стадию абсорбции. Компоненты легких фракций, отогнанные из обогащенной уксусной кислоты, являющейся растворителем для промывки, могут быть возвращены в основной процесс непосредственно или косвенно в нескольких различных точках, включая реактор, испаритель или колонны очистки. По выбору, газообразные продувочные потоки могут быть пропущены через основную жидкость испарителя или нижнюю часть колонны отгона легких фракций с целью повышения стабильности родия; и/или они могут быть соединены с другими газообразными вентиляционными потоками процесса (например, вентиляционный поток ресивера головного погона колонны очистки) перед промывкой. Эти варианты, как станет очевидно из прилагаемой формулы изобретения и дальнейшего описания, входят в объем настоящего изобретения.

В колонне 16 продукт очищают от легких компонентов, которые отводят из колонны по линии 26, конденсируют в первом конденсаторе 28 и затем декантируют в декантаторе 30. Обычно легкую фазу декантатора 30 возвращают в виде флегмы в колонну 16 по линии 32, тогда как тяжелую фазу декантатора 30 возвращают в реактор по линиям 34, 35. Также предусматривается, но на чертежах не показано, что для рециркулирования материалов в систему используются абсорберы и отпарные колонны.

Очищенный поток 40 продукта отводят из колонны 16 как боковой погон (предпочтительно, жидкий) и подают в сушильную колонну 18, где из частично очищенного продукта удаляют воду. Затем высушенный продукт подают по линии 42 в колонну 20 отгона тяжелых фракций, тогда как головной погон и часть продукта - уксусной кислоты - используют в качестве флегмы в колонне 18 или рециркулируют по линиям 34, 44 в реактор. Продукт - уксусную кислоту - отводят из верхней части колонны 20 отгона тяжелых фракций, а тяжелые отходы удаляют по линии 50.

В колонне 16 образуется поток 52 кубовой жидкости, который, как правило, рециркулируют вместе с кубовой жидкостью испарителя в реактор, как показано на чертеже.

Обратимся к фиг. 3, на которой показана колонна 16 отгона легких фракций, сконструированная в соответствии с настоящим изобретением. Колонна 16 соединена с испарителем 12 (фиг. 1) линией 24. Колонна 16 образует зону дистилляции 58, в которой имеются верхняя часть 60, центральная часть 62 и нижняя часть 66. Как показано на чертеже, жидкий боковой погон 68 образует исходящий поток 40 продукта. Перегоняемый в головном погоне пар выводят из колонны 16 по линии 26, по которой его направляют в конденсатор 28. В конденсаторе 28 пар конденсируют и в жидком состоянии подают в декантатор 30. В декантаторе 30 сконденсировавшийся пар декантируют, получая легкую фазу, а также тяжелую фазу, которая состоит, преимущественно, из метилйодида. Легкая фаза, с другой стороны, состоит, преимущественно, из воды и уксусной кислоты. В соответствии с настоящим изобретением содержание уксусной кислоты в легкой фазе существенно уменьшено, так что легкая фаза, если нужно, может быть рециркулирована по линии 34‛ в реактор 12. Всю тяжелую фазу или ее часть выводят из декантатора 30 по линии 32‛ и подают в качестве флегмы в колонну 16, в верхнюю часть 60 зоны дистилляции 58. Часть тяжелой фазы рециркулируют в реактор по линии 34‛‛ наряду с легкой фазой. Поток 40 бокового погона 68 подают в сушильную колонну 18, как показано на фиг. 1.

Функционирование установки, показанной на фиг. 1, 2 и 3, было смоделировано при помощи эмпирической математической модели с целью иллюстрации эффекта рециркулирования тяжелой фазы из декантатора 30 вместо рециркулирования легкой фазы.

Относительные величины массовых расходов различных потоков в установке с возвратом в качестве флегмы легкой фазы по сравнению с возвратом в качестве флегмы тяжелой фазы приведены в таблице наряду с вычисленными величинами содержания уксусной кислоты. Под «относительным массовым расходом» понимается вычисленный массовый расход в определенной точке технологической конфигурации по отношению к основному варианту, когда установка, представленная на фиг. 1 и 2, работает в режиме возврата в качестве флегмы всей легкой фазы из декантатора 30. Так, относительный массовый расход в фунтах в час потока необработанного сырья, подаваемого в колонну отгона легких фракций, равный 1, означает, что обе установки работают при одинаковой скорости подачи сырья (и композиции в соответствии с данной моделью) в колонну отгона легких фракций. Относительный массовый расход бокового погона колонны отгона легких фракций, по существу, также одинаков. Относительный массовый расход флегмы в колонне отгона легких фракций значительно выше, чем при использовании в качестве флегмы тяжелой фазы, в остальном условия в значительной степени идентичны.

Сравнение функционирования колонны отгона легких фракций (LE) с возвратом в качестве флегмы легкой фазы в противоположность возврату в качестве флегмы тяжелой фазы   Возврат в качестве флегмы легкой фазы Возврат в качестве флегмы тяжелой фазы Относительный массовый расход, фунт/час, потока необработанного сырья в колонну LE 1 1 Относительный массовый расход, фунт/час, бокового погона колонны LE 1 1 Относительный возврат флегмы в колонну LE, масс. 1 3,5 Содержание уксусной кислоты в головном погоне, % >5% <0,5% Приблизительная концентрация уксусной кислоты в боковом погоне колонны LE 93% 94% Относительный массовый расход воды в боковом погоне колонны LE 1 0,55 Концентрация уксусной кислоты в декантированной легкой фазе >10 <2

Из таблицы видно, что при функционировании в, по существу, одинаковых условиях с идентичной подачей сырья, установка, в которой используется возврат в качестве флегмы тяжелой фазы, характеризуется намного более низкой концентрацией уксусной кислоты в парообразном головном погоне колонны отгона легких фракций по сравнению с, по существу, идентичной установкой, работающей в условиях возврата в качестве флегмы легкой фазы. Аналогично относительный массовый расход воды в боковом погоне колонны отгона легких фракций существенно ниже при использовании в качестве флегмы тяжелой фазы, даже если относительный массовый расход бокового погона колонны отгона легких фракций такой же. Кроме того, концентрация уксусной кислоты в декантированной легкой фазе намного ниже, если установка работает с возвратом в качестве флегмы тяжелой фазы, в то время как концентрация уксусной кислоты в боковом погоне легких фракций выше.

Таким образом, настоящее изобретение относится к очистке потока необработанного сырья процесса карбонилирования с целью производства уксусной кислоты, включающей: i) конденсацию головного погона зоны дистилляции колонны отгона легких фракций; ii) декантирование сконденсированного пара с получением тяжелой фазы, содержащей, преимущественно, метилйодид, и легкой фазы, содержащей, преимущественно, уксусную кислоту и воду; iii) возврат в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций, по меньшей мере, части тяжелой фазы. Поток очищенного продукта колонны отгона легких фракций подают в следующую по технологической линии сушильную колонну на дальнейшую очистку.

Как правило, где-то от примерно 40% вес. до примерно 90% вес. сконденсированной тяжелой фазы из декантатора 30 подают в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций. Может быть возвращено в качестве флегмы, по меньшей мере, около 50% вес., по меньшей мере, около 60% вес. или, по меньшей мере, около 70% вес. или более декантированной тяжелой фазы. Следовательно, кроме того, в соответствии со способом функционирования установки настоящего изобретения содержание уксусной кислоты в головном погоне составляет менее примерно 5% вес.; обычно менее примерно 2,5% вес.; наиболее типично менее 1% вес. относительно общего веса пара, выходящего из колонны 16. Содержание метилйодида в декантированной тяжелой фазе обычно составляет от примерно 60% вес. до 90% вес.

Из результатов описанного выше моделирования видно, что относительное содержание воды в потоке очищенного продукта составляет от примерно 0,4 до примерно 0,85 по сравнению с потоком продукта, отводимого из, по существу, идентичной колонны отгона легких фракций, работающей, по существу, при аналогичных условиях с возвратом в качестве флегмы декантированной легкой фазы, а не декантированной тяжелой фазы. Обычно в соответствии со способом настоящего изобретения поток очищенного продукта характеризуется относительным содержанием воды примерно 0,75, или 0,6 или менее по сравнению с потоком продукта, отводимого из, по существу, идентичной колонны отгона легких фракций, работающей, по существу, при аналогичных условиях с возвратом в качестве флегмы декантированной легкой фазы, а не декантированной тяжелой фазы.

Содержание уксусной кислоты в декантированной легкой фазе может составлять менее 5% вес., менее 2% вес. или менее 1% вес. В особенно предпочтительном способе настоящего изобретения используется, так называемая, «маловодная» реакционная смесь. В этом способе стадия карбонилирования метанола включает: осуществление реакции метанола с подаваемым в качестве исходного сырья монооксидом углерода в реакторе карбонилирования, в котором имеется каталитическая реакционная смесь, в этой реакционной смеси в ходе реакции поддерживают, по меньшей мере, ограниченную концентрацию воды от примерно 0,1% вес. до менее 14% вес. наряду с (i) растворимой в реакционной смеси при температуре реакции солью в количестве, действенном с точки зрения поддержания концентрации ионного йодида от примерно 2 до примерно 20% вес., эффективной в качестве стабилизатора катализатора и сопромотора, (ii) от примерно 1 до 20% вес. метилйодида, (iii) от примерно 0,5 до примерно 30% вес. метилацетата, (iv) родиевым катализатором и (v) уксусной кислотой.

Настоящее изобретение подробно описано и пояснено применительно к многочисленным вариантам его осуществления. Специалистам в данной области очевидны модификации конкретных вариантов осуществления изобретения, не выходящие за пределы существа и объема настоящего изобретения. Такие модификации охватываются границами существа и объема настоящего изобретения, определяемыми прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к усовершенствованным способам карбонилирования с целью производства уксусной кислоты, где способ включает: (а) карбонилирование метанола или его реакционноспособных производных в присутствии воды, катализатора, подбираемого из группы, в которую входят родиевые катализаторы, иридиевые катализаторы и их смеси, и метилйодида в качестве промотора с образованием содержащей уксусную кислоту реакционной смеси в реакторе; (b) разделение потока содержащей уксусную кислоту реакционной смеси на жидкий рециркулируемый поток и поток необработанного продукта, содержащий уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и воду; (с) подачу потока необработанного продукта в колонну отгона легких фракций, в которой имеется зона дистилляции; (d) очистку потока необработанного продукта в зоне дистилляции колонны отгона легких фракций с целью удаления метилйодида и метилацетата и получения потока очищенного продукта, каковой поток очищенного продукта характеризуется меньшей концентрацией метилйодида и метилацетата, чем поток необработанного продукта, каковая стадия очистки потока необработанного продукта включает: (i) конденсацию головного погона зоны дистилляции колонны отгона легких фракций, (ii) декантирование сконденсированного пара с получением тяжелой фазы, содержащей, преимущественно, метилйодид, и легкой фазы, содержащей, преимущественно, уксусную кислоту и воду, (iii) возврат в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций, по меньшей мере, части сконденсированной тяжелой фазы; и (iv) рециркулирование легкой фазы в реактор; и (е) отведение потока очищенного продукта из колонны отгона легких фракций. Содержание уксусной кислоты в головном погоне колонны отгона легких фракций и содержание воды в потоке продукта колонны отгона легких фракций (боковом погоне) уменьшено, что повышает эффективность очистки. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ карбонилирования с целью производства уксусной кислоты, включающий:
(a) карбонилирование метанола или его реакционноспособных производных в присутствии воды, катализатора, подбираемого из группы, в которую входят родиевые катализаторы, иридиевые катализаторы и их смеси, и метилйодида в качестве промотора с образованием содержащей уксусную кислоту реакционной смеси в реакторе;
(b) разделение потока содержащей уксусную кислоту реакционной смеси на жидкий рециркулируемый поток и поток необработанного продукта, содержащий уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и воду;
(c) подачу потока необработанного продукта в колонну отгона легких фракций, в которой имеется зона дистилляции;
(d) очистку потока необработанного продукта в зоне дистилляции колонны отгона легких фракций с целью удаления метилйодида и метилацетата и получения потока очищенного продукта, каковой поток очищенного продукта характеризуется меньшей концентрацией метилйодида и метилацетата, чем поток необработанного продукта, каковая стадия очистки потока необработанного продукта включает:
(i) конденсацию головного погона зоны дистилляции колонны отгона легких фракций,
(ii) декантирование сконденсированного пара с получением тяжелой фазы, содержащей преимущественно метилйодид, и легкой фазы, содержащей преимущественно уксусную кислоту и воду,
(iii) возврат в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций, по меньшей мере, части сконденсированной тяжелой фазы; и
(iv) рециркулирование легкой фазы в реактор; и
(е) отведение потока очищенного продукта из колонны отгона легких фракций.

2. Способ по п.1, в котором от примерно 40 вес.% до примерно 90 вес.% сконденсированной тяжелой фазы возвращают в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций.

3. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, около 50 вес.% декантированной тяжелой фазы возвращают в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций.

4. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, около 60 вес.% декантированной тяжелой фазы возвращают в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций.

5. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, около 70 вес.% декантированной тяжелой фазы возвращают в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций.

6. Способ по п.1, в котором содержание уксусной кислоты в парообразном головном погоне составляет менее 5%.

7. Способ по п.1, в котором содержание уксусной кислоты в парообразном головном погоне составляет менее 2,5%.

8. Способ по п.1, в котором содержание уксусной кислоты в парообразном головном погоне составляет менее 1%.

9. Способ по п.1, в котором содержание метилйодида в декантированной тяжелой фазе составляет от примерно 60 вес.% до примерно 90 вес.%.

10. Способ по п.1, в котором относительное содержание воды в потоке очищенного продукта составляет от 0,4 до 0,85 содержания воды в потоке продукта, отводимом из идентичной колонны отгона легких фракций, работающей при аналогичных условиях с возвратом в качестве флегмы декантированной легкой фазы, а не декантированной тяжелой фазы.

11. Способ по п.1, в котором относительное содержание воды в потоке очищенного продукта составляет 0,75 или менее содержания воды в потоке продукта, отводимом из идентичной колонны отгона легких фракций, работающей при аналогичных условиях с возвратом в качестве флегмы декантированной легкой фазы, а не декантированной тяжелой фазы.

12. Способ по п.1, в котором относительное содержание воды в потоке очищенного продукта составляет 0,6 или менее содержания воды в потоке продукта, отводимом из идентичной колонны отгона легких фракций, работающей при аналогичных условиях с возвратом в качестве флегмы декантированной легкой фазы, а не декантированной тяжелой фазы.

13. Способ по п.1, в котором содержание уксусной кислоты в декантированной легкой фазе составляет менее 5 вес.%.

14. Способ по п.1, в котором содержание уксусной кислоты в декантированной легкой фазе составляет менее 2 вес.%.

15. Способ по п.1, в котором содержание уксусной кислоты в декантированной легкой фазе составляет менее 1 вес.%.

16. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу потока очищенного продукта далее на дополнительную очистку, включая удаление воды.

17. Способ карбонилирования с целью производства уксусной кислоты, включающий:
(а) осуществление реакции метанола с подаваемым в качестве исходного сырья монооксидом углерода в реакторе карбонилирования, в котором имеется каталитическая реакционная смесь, в каковой реакционной смеси в ходе осуществления указанной реакции поддерживают, по меньшей мере, ограниченную концентрацию воды от 0,1 вес.% до менее 14 вес.% наряду с (i) растворимой в реакционной смеси при температуре реакции солью в количестве, действенном с точки зрения поддержания концентрации ионного йодида от 2 до 20 вес.%, эффективной в качестве стабилизатора катализатора и сопромотора, (ii) от 1 до 20 вес.% метилйодида, (iii) от 0,5 до 30 вес.% метилацетата, (iv) родиевым катализатором и (v) уксусной кислотой;
(b) разделение потока содержащей уксусную кислоту реакционной смеси на жидкий рециркулируемый поток и поток необработанного продукта, содержащий уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и воду;
(c) подачу потока необработанного продукта в колонну отгона легких фракций, в которой имеется зона дистилляции;
(d) очистку потока необработанного продукта в зоне дистилляции колонны отгона легких фракций с целью удаления метилйодида и метилацетата и получения потока очищенного продукта, каковой поток очищенного продукта характеризуется меньшей концентрацией метилйодида и метилацетата, чем поток необработанного продукта, каковая стадия очистки потока необработанного продукта включает:
(i) конденсацию головного погона зоны дистилляции колонны отгона легких фракций,
(ii) декантирование сконденсированного пара с получением тяжелой фазы, содержащей преимущественно метилйодид, и легкой фазы, содержащей преимущественно уксусную кислоту и воду,
(iii) возврат в качестве флегмы в зону дистилляции колонны отгона легких фракций, по меньшей мере, части сконденсированной тяжелой фазы; и
(iv) рециркулирование легкой фазы в реактор и (е) отведение потока очищенного продукта из колонны отгона легких фракций.