СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОДАЧИ ПАРА ИЗ ОСУШИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЫ В КОЛОННУ ДЛЯ ЛЕГКИХ ФРАКЦИЙ Российский патент 2015 года по МПК C07C51/42 C07C51/44 C07B63/00 C07C53/08 C07C51/12 

Заявление о приоритете

Настоящему изобретению испрашивается приоритет патентной заявки США № 12/857323, поданной 16 августа 2010 года, полное содержание и существо которой введено в настоящий документ в порядке ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу нагревания колонны легких фракций путем подачи одного или нескольких паровых боковых потоков из осушительной колонны в колонну для легких фракций. Настоящее изобретение также относится к способу карбонилирования для получения уксусной кислоты, в котором один или несколько паровых боковых потоков из осушительной колонны обеспечивают энергию, необходимую для осуществления разделения в колонне для легких фракций.

Уровень техники

Широко используемый и успешный коммерческий способ синтеза уксусной кислоты включает в себя каталитическое карбонилирование метанола оксидом углерода. Катализатор содержит родий и/или иридий и галогенсодержащий активатор, как правило, метилйодид. Реакция проводится при непрерывном барботировании оксида углерода через жидкую реакционную среду, в которой растворен катализатор. Реакционная среда включает уксусную кислоту, метилацетат, воду, метилйодид и катализатор. Обычные коммерческие процессы карбонилирования метанола включают описанные в патентах США №№ 3769329, 5001259, 5026908, 5144068, полное содержание и существо которых включено в настоящий документ в порядке ссылки. Другой традиционный процесс карбонилирования метанола включает процесс Cativa™, который предложен Jones, J.H. (2002), "Процесс Cativa™ производства уксусной кислоты", Platinum Metals Review, 44 (3): 94-105, полное содержание и существо которого введено в настоящий документ в порядке ссылки.

Образовавшуюся неочищенную уксусную кислоту из реактора обрабатывают в секции очистки для удаления примесей и извлечения уксусной кислоты. Эти примеси, которые могут присутствовать в следовых количествах, влияют на качество уксусной кислоты, тем более что примеси циркулируют в реакционном процессе, что, среди прочего, может привести к образованию отложений данных примесей с течением времени. Обычные методы очистки для удаления данных примесей включают обработку потоков полученной уксусной кислоты окислителями, озоном, водой, метанолом, активированным углем, аминами и тому подобным. Различные виды обработки также могут быть объединены с дистилляцией полученной неочищенной уксусной кислоты. Как правило, во многих химических процессах, таких как производство уксусной кислоты, ректификационные колонны потребляют значительное количество энергии. Ректификационные колонны могут получать энергию, необходимую для осуществления разделения в колонне, независимо друг от друга. Настоящее изобретение предоставляет новые и усовершенствованные процессы, выгодно увеличивающие общую эффективность процесса производства уксусной кислоты за счет обеспечения энергией, необходимой для осуществления разделения в системе разделения, предпочтительно колонне легких фракций, из другого источника в системе.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к преимущественному повышению общей эффективности процесса производства уксусной кислоты за счет обеспечения энергией, необходимой для осуществления разделения в системе разделения, предпочтительно колонне легких фракций, из другого источника в системе. Было установлено, что энергия в осушительной колонне может быть преимущественным образом регулироваться и передаваться на другие участки системы разделения, в частности, в колонну для легких фракций. Например, в первом варианте осуществления настоящее изобретение относится к производству уксусной кислоты методом карбонилирования, включающему стадии очистки потока неочищенного продукта в колонне легких фракций с созданием потока продукта, подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или более паровых боковых потоков, где один или несколько паровых боковых потоков обеспечивают энергией одну или нескольких систем разделения.

Во втором варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу нагревания колонны для легких фракций, включающему стадии взаимодействия оксида углерода, по меньшей мере, с одним реагентом в первом реакторе, содержащем реакционную среду, с получением потока неочищенного продукта, включающего уксусную кислоту, в котором, по меньшей мере, один реагент выбран из группы, состоящей из метанола, метилацетата, метилформиата, простого диметилового эфира и их смесей, и в котором реакционная среда включает воду, уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и катализатор, очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с получением потока продукта, подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или нескольких паровых боковых потоков, и подачу одного или нескольких паровых боковых потоков в колонну для легких фракций, где один или несколько паровых боковых потоков нагревают поток неочищенного продукта в колонне для легких фракций. В некоторых вариантах осуществления изобретения ребойлер не соединен с нижней частью колонны для легких фракций. В некоторых вариантах осуществления изобретения осушительная колонна соединена с ребойлером.

В третьем варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу производства уксусной кислоты методом карбонилирования, включающему стадии очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с удалением метилйодида и метилацетата и получением потока продукта, поток продукта имеет более низкую концентрацию метилйодида и метилацетата, чем поток неочищенного продукта, и вывода потока продукта из боковых отводов колонны для легких фракций, подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или более паровых боковых потоков, в котором один или несколько паровых боковых потоков из осушительной колонны нагревают поток неочищенного продукта в колонне для легких фракций.

В четвертом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу нагревания колонны для легких фракций, включающему стадии очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с получением потока продукта, подачи потока очищенного продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта, а также передачи тепла от осушительной колонны колонне для отделения легких фракций. В некоторых вариантах осуществления изобретения стадия теплопереноса дополнительно включает отвод одного или нескольких паровых боковых потоков из осушительной колонны и подачу одного или нескольких паровых боковых потоков в колонну для легких фракций.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятным при рассмотрении прилагаемых не ограничивающих чертежей, в которых

на фиг.1 представлена типичная схема одного из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к обеспечению, по меньшей мере, некоторой части энергии, необходимой для системы разделения в процессе производства уксусной кислоты, одним или несколькими паровыми боковыми потоками, образованными в осушительной колонне. В предпочтительном варианте осуществления изобретения один или несколько паровых боковых потоков направляют в колонну для легких фракций и обеспечивают энергию, необходимую для осуществления разделения в ней. Другими словами, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения включают передачу тепла, предпочтительно избыточного тепла, от осушительной колонны для осуществления разделения в колонне для легких фракций. В традиционных системах часть энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций, обеспечивается неочищенной уксусной кислотой, вводимой в колонну. Образовавшаяся неочищенная уксусная кислота, как правило, находится в паровой фазе. Для обычных систем помимо энергии, получаемой от образовавшейся неочищенной уксусной кислоты, колонна для легких фракций может также получать энергию из отдельного ребойлера в основании колонны для отделения легких фракций.

Настоящее изобретение преимущественно повышает эффективность производства уксусной кислоты, устраняя необходимость установки ребойлера и используя энергию одного или нескольких паровых боковых потоков из осушительной колонны для осуществления разделения в колонне для легких фракций. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения из осушительной колонны получают один или несколько паровых боковых потоков и более предпочтительно из основания осушительной колонны. Каждый из одного или нескольких паровых боковых побочных потоков может содержать уксусную кислоту и воду. Один или нескольких паровых боковых потоков подают непосредственно в колонну для отделения легких фракций, аналогично неочищенной уксусной кислоте, которая поступает в колонну для легких фракций.

Ниже рассмотрены типичные варианты осуществления изобретения. Для ясности в настоящем описании рассмотрены не все отличительные признаки фактического воплощения изобретения. Конечно, следует понимать, что при разработке любого такого реального варианта осуществления изобретения должны быть сделаны многочисленные воплощения конкретных решений для достижения конкретных целей разработчиков, таких как соблюдение связанных с системой и связанных с бизнесом ограничений, которые будут варьироваться от одного варианта осуществления изобретения к другому, и явились бы рутинными для специалистов в данной области техники, владеющих знаниями преимуществ данного изобретения.

Настоящее изобретение может быть оценено, например, в связи с карбонилированием метанола оксидом углерода в гомогенной каталитической реакционной системе, включающей растворитель реакционной смеси, метанол и/или его реакционные производные, катализатор из группы VIII, по меньшей мере, предельную концентрацию воды и необязательно соли в виде йодида.

Подходящие катализаторы VIII группы включают катализаторы на основе родия и/или иридия. Когда используется родиевый катализатор, то родиевый катализатор может быть добавлен ​​в любой приемлемой форме, так что родий может находиться в растворе катализатора в виде равновесной смеси, включающей анион [Rh(CO)₂I₂]^-, что хорошо известно в данной области. Необязательно катализатором может быть дикарбонильный анион дийодида родия, который соединен ионной связью с подходящей смолой, например, поливинилпиридином. Йодидные соли, необязательно поддерживаемые в реакционных смесях, по способам, описанным в настоящем документе, могут быть в виде растворимых солей щелочных металлов или щелочноземельных металлов или солей четвертичного аммония или фосфония. В некоторых вариантах осуществления изобретения ко-активатором катализатора является йодид лития, ацетат лития или их смеси. Соль ко-активатора может быть добавлена в виде соли, не являющейся йодидом, но которая будет образовывать йодидную соль. Йодидный стабилизатор катализатора может быть введен непосредственно в реакционную систему. В альтернативном случае йодидная соль может быть образована in situ, так как в рабочих условиях реакционной системы широкий спектр предшественников, не являющихся йодидом, будут взаимодействовать с метилйодидом с образованием соответствующего ко-активатора стабилизатора на основе йодидной соли. Дополнительные подробности, касающиеся родиевых катализаторов и образования йодидной соли, смотри в патентах США №№ 5001259, 5026908 и 5144068, во всей полноте включенных в настоящий документ в качестве ссылки.

Когда используют иридиевый катализатор, иридиевый катализатор может включать любое содержащее иридий соединение, которое растворимо в жидкой реакционной композиции. Иридиевый катализатор может быть добавлен к жидкой реакционной композиции для реакции карбонилирования в любой подходящей форме, которая растворяется в жидкой реакционной композиции или способна превращаться в растворимую форму. Примеры подходящих содержащих иридий соединений, которые могут быть добавлены в жидкую реакционную композицию, включают 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(CO)₂]^-H⁺, Ir₄(CO)₁₂, IrCl₃•3H₂O, IrBr₃•3H₂O, металлический иридий, Ir₂O₃, Ir(acac)(CO)₂, Ir(acac)₃, ацетат иридия, [Ir₃O(OAc)₆(H₂O)₃][OAc] и гексахлориридиевую кислоту [H₂IrCl₆]. В качестве исходных материалов обычно используют не содержащие хлорида комплексы иридия, такие как ацетаты, оксалаты и ацетоацетаты. Концентрация иридиевого катализатора в жидкой реакционной композиции может быть в диапазоне от 100 до 6000 млн. ч. по массе. Карбонилирование метанола с использованием иридиевого катализатора хорошо известно и, в целом, описано в патентах США №№ 5942460, 5932764, 5883295, 5877348, 5877347 и 5696284, во всей полноте включенных в настоящий документ в качестве ссылки.

Галогенсодержащий сокатализатор/активатор обычно используется в комбинации с компонентом катализатора на основе металла VIII группы. Метилйодид является предпочтительным галогенсодержащим активатором. Предпочтительно концентрация галогеносодержащего активатора в жидкой реакционной композиции находится в интервале от 1 до 50% масс., предпочтительно от 2 до 30% масс.

Активатор на основе алкилгалогенида может быть объединен с солью стабилизатора/соединением ко-активатора, которые могут включать соли металлов группы IA или группы IIA или соли четвертичного аммония или фосфония. Особенно предпочтительными являются йодидные или ацетатные соли, например, йодид лития или ацетат лития.

Другие активаторы и ко-активаторы могут быть использованы как часть каталитической системы по настоящему изобретению, как описано в публикации Европейского патента EP 0849248, который во всей полноте введен в настоящий документ в порядке ссылки. Подходящие активаторы выбраны из рутения, осмия, вольфрама, рения, цинка, кадмия, индия, галлия, ртути, никеля, платины, ванадия, титана, меди, алюминия, олова, сурьмы и более предпочтительно выбраны из рутения и осмия. Конкретные ко-активаторы описаны в патенте США № 6627770, который во всей полноте включен в настоящий документ в порядке ссылки.

Активатор может присутствовать в эффективном количестве до предела его растворимости в жидкой реакционной композиции и/или любых жидких технологических потоках, возвратно направляемых в реактор карбонилирования со стадии извлечения уксусной кислоты. При использовании активатор предпочтительно содержится в жидкой реакционной композиции в молярном соотношении активатора к металлическому катализатору от 0,5:1 до 15:1, предпочтительно от 2:1 до 10:1, более предпочтительно от 2:1 до 7,5:1. Подходящая концентрация активатора составляет от 400 до 5000 млн. ч. по массе.

В одном из вариантов осуществления изобретения температура реакции карбонилирования в первом реакторе 105 составляет предпочтительно от 150°С до 250°С, например, от 155°С до 235°С или от 160°С до 220°C. Давление реакции карбонилирования предпочтительно составляет от 10 до 200 бар, предпочтительно от 10 до 100 бар, наиболее предпочтительно от 15 до 50 бар. Уксусная кислота, как правило, образуется в жидкофазной реакции при температуре от приблизительно 160 до 220°С и общем давлении от приблизительно 20 до приблизительно 50 бар.

На фиг.1 показана типичная система 100 карбонилирования для производства уксусной кислоты в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Другие системы карбонилирования, которые могут быть использованы в вариантах осуществления настоящего изобретения, включают те, которые предложены в патентах США №№ 7223886, 7005541, 66657078, 6339171, 5731252, 5144068, 5026908, 5001259, 4994608 и публикациях США № 2008/0287706, 2008/0293966, 2009/0107833, 2009/0270651, которые во всей полноте содержания и существа введены в настоящий документ в порядке ссылки. Система 100 содержит секцию 101 карбонилирования и секцию 102 очистки. Следует понимать, что секция 101 карбонилирования, показанная на фиг.1, является типичной, а другие компоненты могут быть использованы в пределах объема притязаний настоящего изобретения.

Секция 101 карбонилирования включает поток 103 исходного оксида углерода, поток 104 сырьевого реагента, реактор 105, испаритель 106 и установку 107 рекуперации. Предпочтительно оксид углерода и, по меньшей мере, один реагент непрерывно подают в потоках 103 и 104, соответственно, в реактор 105. Сырьевой поток 104 реагента может поставлять, по меньшей мере, один реагент, выбранный из группы, состоящей из метанола, метилацетата, метилформиата, простого диметилового эфира и/или их смесей, в реактор 105. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения сырьевой поток 104 реагента может поставлять метанол и/или метилацетат. Необязательно сырьевой поток 104 реагента может быть подключен к одной или нескольким емкостям (не показаны), в которых хранятся свежие реагенты для процесса карбонилирования. Кроме того, хотя и не показано, там может быть емкость для хранения метилйодида и/или емкость для катализатора, соединенные с реактором 105 для подачи свежего метилйодида и катализатора, необходимых для поддержания условий реакции.

Один или несколько циркуляционных исходных потоков 108, 108', предпочтительно из секции очистки, можно подавать в реактор 105. Хотя на фиг.1 показаны два циркуляционных исходных потока 108, 108', но потоков может быть несколько, которые подаются в реактор 105 по отдельности. Как будет показано ниже, циркуляционные исходные потоки 108 могут включать компоненты реакционной среды, а также остаточный и/или захваченный катализатор и уксусную кислоту.

Необязательно может быть, по меньшей мере, один поток свежей воды (не показан), который можно подавать в реактор 105.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения реактор 105 представляет собой жидкофазный реактор карбонилирования. Реактор 105 предпочтительно представляет собой либо емкость с перемешиванием, либо емкость типа барботажной колонны с или без перемешивания, внутри которых находятся жидкое содержимое взаимодействия, предпочтительно в заранее заданном автоматически количестве, которое предпочтительно остается по существу постоянным в ходе нормальной работы оборудования. Свежий метанол из исходного потока 104, оксид углерода из исходного потока 103 и циркуляционные потоки 108, наряду с необязательными потоками метилйодида, потоками катализатора и/или потоками воды, непрерывно вводят в реактор 105, что необходимо для поддерживания концентрации воды в реакционной среде на уровне, по меньшей мере, от 0,1% масс. до 14% масс.

В типичном процессе карбонилирования оксид углерода непрерывно вводят в реактор карбонилирования, предпочтительно через распределитель и желательно ниже мешалки, которая может быть использована для перемешивания содержимого. Газообразное сырье предпочтительно тщательно распределяют в реакционной жидкости с помощью средства перемешивания. Газообразный/паровой поток 109 желательно выводят из реактора 105 для предупреждения отложения газообразных побочных продуктов, инертных, и поддержания установленного парциального давления оксида углерода на данной величине общего давления в реакторе. Температуру реактора можно регулировать, а исходный оксид углерода вводить со скоростью, достаточной для поддерживания желательного общего давления в реакторе. Газообразный продувочный поток 109 может быть промыт уксусной кислотой и/или метанолом в установке 107 рекуперации с извлечением низкокипящих компонентов, таких как метилйодид. Газообразный продувочный поток 109 может быть сконденсирован и направлен в установку 107 рекуперации, которая может возвратить низкокипящие компоненты 110 в головную часть реактора 105. Низкокипящие компоненты 110 могут включать метилацетат и/или метилйодид. Оксид углерода в газообразном продувочном потоке 109 может быть направлен на линию 111 или подан по линии 111 в нижнюю часть испарителя 106 для увеличения стабильности родия.

Продукт карбонилирования выводят из реактора 105 карбонилирования со скоростью, достаточной для поддерживания постоянного уровня в нем, и направляют в испаритель 106 как поток 112. В испарителе 106 продукт карбонилирования разделяют на стадии испарительного разделения с или без добавлением тепла с получением потока 113 неочищенного продукта, включающего уксусную кислоту, и потока 114 циркуляционного катализатора, включающего содержащий катализатор раствор, который предпочтительно циркулирует по реактору с потоком 108. Содержащий катализатор раствор преимущественно содержит уксусную кислоту, родиевый катализатор и йодид, наряду с меньшими количествами метилацетата, метилйодида и воды, как рассмотрено выше. Поток 113 неочищенного продукта включает уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид, воду, алканы и восстанавливающие перманганат соединения (PRC). PRC могут включать, например, такие соединения как ацетальдегид, ацетон, метилэтилкетон, бутиральдегид, кротональдегид, 2-этилкротональдегид, 2-этилбутиральдегид и т.п. и продукты их альдольной конденсации. Растворенные газы, выходящие из реактора 105 и входящие в испаритель 106, включают часть оксида углерода и могут содержать газообразные побочные продукты, такие как метан, водород и диоксид углерода, и инертные газы, такие как азот и аргон и кислород. Данные растворенные газы выходят из испарителя 106 как часть потока 113 неочищенного продукта. Поток 113 неочищенного продукта из испарителя 106 направляют в секцию 102 очистки.

В одном из вариантов осуществления изобретения секция 102 очистки включает колонну 120 для легких фракций и осушительную колонну 130. В других вариантах осуществления изобретения секция 102 очистки может включать одну или более колонн для удаления PRC, защитные слои, вентиляционные газоочистители и/или колонны для тяжелых фракций. Колонны для удаления PRC описаны в патентах США №№ 6143930, 6339171 и 7223886 и публикациях США №№ 2005/0197513, 2006/0247466 и 2006/0293537, во всей полноте содержания и существа, введенные в настоящий документ в порядке ссылки. Защитные слои описаны в патентах США №№ 4615806, 4894477 и 6225498, во всей полноте содержания и существа, введенные в настоящий документ в порядке ссылки.

Поток 113 неочищенного продукта из секции 101 карбонилирования подают в колонну 120 для легких фракций с получением потока 121 низкокипящих паров головного погона, бокового потока 122 продукта и необязательного потока 123 кубовых фракций. Температура в основании колонны 120 для легких фракций, то есть температура необязательно выходящего потока 123 кубовых фракций, предпочтительно составляет от 120°С до 170°С. Кроме того, температура в головной части колонны для легких фракций, то есть температура потока 121 паров низкокипящей фракции, предпочтительно составляет от 100°С до 145°С.

Поток 121 паров низкокипящей фракции может включать метилйодид, метилацетат, воду, PRC, уксусную кислоту, алканы и растворенные газы. Как показано, поток 121 паров низкокипящей фракции предпочтительно конденсируется и направляется в разделительную установку головной фазы, как показано сборником или декантером 124 головной фракции. Условия желательно поддерживаются такими, что поток 121 паров низкокипящей головной фракции, попадая в сборник 124, будет разделяться на легкую фазу 125 и тяжелую фазу 126. Несконденсированные газы могут быть удалены вентиляционным потоком 127 и необязательно направлены в один или несколько газопромывателей (не показаны) для извлечения любых компонентом с низкой температурой кипения.

Легкая фаза 125 предпочтительно включает воду, уксусную кислоту и PRC, а также метилйодид и метилацетат. Как показано на фиг.1, легкая фаза 125 может быть использована как флегма в колонне 120 для легких фракций. Часть легкой фазы 125 может быть также отделена и переработана в одной или более колоннах (не показано) с удалением PRC по линии 128. Необязательно часть легкой фазы 125 может быть также возвращена в секцию 101 карбонилирования и совместно с циркуляционным потоком 108 введена в реактор 105. Тяжелая фаза 126 из сборника 124 может быть соответствующим образом направлена на циркуляцию либо непосредственно, либо косвенно в реактор 105 с циркуляционным потоком 108. Например, часть тяжелой фазы 126 может быть направлена на циркуляцию в реактор 105 со скользящим потоком (не показано), обычно небольшим количеством, например, от 5 до 40% об. или от 5 до 20% об. тяжелой фазы 126, направляемой в одну или более колонн для удаления PRC.

Боковой поток 122 продукта из колонны для легких фракций может включать уксусную кислоту и воду. В одном из вариантов осуществления изобретения боковой поток 122 продукта может включать, по меньшей мере, 70% масс. уксусной кислоты, например, по меньшей мере, 80% масс. или, по меньшей мере, 85% масс., и может включать менее 15% масс. воды, например, менее 10% масс. или менее 5% масс. В единицах интервалов поток 122 продукта включает от 0,1% масс. до 20% масс., от 0,1% масс. до 10% масс. или от 1% масс. до 5% масс. воды. Боковой поток 122 продукта предпочтительно находится в жидкой фазе и выводится из колонны 120 для легких фракций при температуре от 115°C до 160°C, например, от 125°C до 155°C. Боковой поток 122 продукта может подаваться в осушительную колонну 130 с получением потока 131 сухого продукта и потока 132 головного погона, состоящего главным образом из отделенной воды. Поток 131 сухого очищенного продукта предпочтительно включает уксусную кислоту в количестве, превышающем 90% масс., например, превышающем 95% масс. или превышающем 98% масс. Необязательно поток 131 сухого очищенного продукта может быть дополнительно обработан на одном или нескольких защитных слоях (не показаны) и/или колоннах для перегонки тяжелой фракции (не показаны) с дополнительным удалением примесей. Поток 132 головного погона из осушительной колонны может быть сконденсирован и разделен в сборнике 133. Часть жидкости из сборника 133 может быть направлена для орошения осушительной колонны 130 по линии 134, а другая часть может быть возвращена в зону 101 карбонилирования по линии 135. Температура в основании осушительной колонны 130, то есть температура выходящего потока 131 сухого очищенного продукта, предпочтительно составляет от 130°C до 185°C. Кроме того, температура в головной части осушительной колонны 130, то есть температура потока 132 головного погона, предпочтительно составляет от 110°C до 150°C.

Внешняя энергия (такая как энергия от теплообмена в ребойлере или подводимая непосредственно), подводимая для разделения компонентов бокового потока 122 продукта в осушительной колонне 130, обычно составляет больше, чем внешняя энергия, требуемая для колонны 120 легких фракций. В одном из вариантов осуществления изобретения ребойлер 136 осушительной колонны 130 обеспечивает по существу такое же количество энергии в нормальных или частичных условиях работы и, таким образом, может привести к избытку скрытой энергии, которая может быть использована как внешний источник энергии для осуществления разделения в колонне 120 для легких фракций. Как показано на фиг.1, ребойлер 136 может быть использован для обеспечения энергетических потребностей осушительной колонны 130. Часть потока 131 сухого очищенного продукта может быть направлена на циркуляцию в осушительную колонну 130 ребойлером 136.

Возвращаясь к колонне 120 для легких фракций, поскольку поток 123 необязательных кубовых фракций колонны для легких фракций обычно будет включать тяжелые компоненты, уксусную кислоту, воду и захваченный катализатор, то может оказаться полезным направить на циркуляцию весь или часть потока 123 кубового остатка колонны легких фракций в реактор 105 с одним или несколькими циркуляционными потоками 108. Поток 123 кубового остатка колонны легких фракций может быть объединен с циркуляционным потоком 114 катализатора из испарителя 106 и возвращен вместе с ним в реактор 105, как показано на фиг.1. Необязательно поток 123 кубового остатка колонны легких фракций может быть направлен в зону основания испарителя 106.

В традиционной системе энергия для осуществления разделения в колонне для легких фракций может обеспечиваться теплом от потока неочищенного продукта и/или ребойлером. Поток 113 неочищенного продукта выходит из испарителя 106 при температуре от 115°С до 170°С, например, от 125°С до 165°С или от 130°С до 160°С. В одном из типичных вариантов осуществления изобретения энергия, необходимая для проведения разделения в колонне для легких фракций, составляет, по меньшей мере, 6000000 БТЕ/час, например, по меньшей мере, 10000000 БТЕ/час или, по меньшей мере, 15000000 БТЕ/час.

При работе в установившемся режиме или при нормальной работе поток 113 неочищенного продукта обычно обеспечивает достаточно энергии для проведения разделения в колонне 120 для легких фракций. Однако за пределами нормальной работы или в частично рабочих условиях, таких как при запуске или в режиме остановки реактора, поток 113 неочищенного продукта может не обеспечить достаточно энергии самостоятельно для проведения разделения в колонне для легких фракций. В таких условиях обычно требуется отдельный ребойлер для подачи энергии в зону основания колонны для легких фракций, чтобы осуществить разделение. Даже при нормальных условиях может оказаться необходимым подвести дополнительную энергию к колонне для легких фракций помимо мощности потока неочищенного продукта.

В ходе производства уксусной кислоты процесс предпочтительно протекает непрерывно в режиме нормальных устоявшихся условий. Однако при запуске, остановке реактора, снижении производительности реактора, переключениях, опрокидывании тарелки ректификационной колонны производственный процесс перегонки может протекать в частичных условиях. При работе в данных частичных условиях и за пределами нормальной работы энергия, требуемая для проведения разделения в колонне для легких фракций, требует источника, отличного от потока 113 неочищенного продукта. Варианты осуществления настоящего изобретения преимущественным образом обеспечивают энергию для проведения разделения в колонне 120 для легких фракций с использованием одного или более паровых потоков 140 из осушительной колонны 130. Предпочтительно один или более паровых потоков 140 позволяет колонне для легких фракций работать в нормальных или частичных условиях. Более предпочтительно один или более паровых потоков 140 позволяют колонне для легких фракций работать без необходимости использования отдельного ребойлера.

Во время нормальной работы один или несколько боковых паровых потоков 140 могут обеспечить небольшую часть энергии, требуемой для проведения разделения в колонне для легких фракций, то есть менее 50% от общей потребной энергии. В единицах интервалов один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить от 1% до 50%, например, от 1% до 25% от необходимой суммарной энергии. В колонне для легких фракций может быть использована как энергия от потока 113 неочищенного продукта, так и от одного или нескольких паровых боковых потоков 140. В одном из вариантов осуществления изобретения, когда энергии от испарителя 106 недостаточно для проведения разделения в колонне 120 для легких фракций, один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить энергию от избытка скрытой энергии осушительной колонны 130.

Во время частичной работы один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить основную часть энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. В некоторых условиях, когда в колонну для легких фракций подается мало или не подается поток 113 неочищенного продукта, один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить всю энергию, необходимую для проведения разделения в колонне для легких фракций. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, в условиях частичной работы, один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить от 1% до 100%, например, от 10% до 85% общей энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. Один или несколько паровых боковых потоков 140 предпочтительно обеспечивают всю энергию или, по меньшей мере, 20% общей энергии, необходимой для колонн легких фракций, например, по меньшей мере, 50% или, по меньшей мере, 70%. В некоторых вариантах осуществления изобретения, таких как во время операции выключения реактора, один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить от 90% до 100% общей энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. Кроме того, в момент пуска дистилляционной системы один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить от 1% до 100% всей энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. В некоторых вариантах осуществления изобретения, например, во время начальной операции пуска реактора один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить от 50% до 100% энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. В некоторых вариантах осуществления изобретения в ходе операции пуска реактора один или несколько паровых боковых потоков 140 могут обеспечить от 1% до 50% энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. В других вариантах осуществления изобретения, когда расход сырья в реакторе снижен на 50% или меньше от условий нормальной работы, осушительная колонна 130 может дать от 1 до 60% энергии для колонны 120 легких фракций. При включении реактора обеспечение внешней энергии от осушительной колонны 130 позволяет поддерживать дистилляционную систему в стационарных условиях, так что реактор можно повторно включить и восстановить производство уксусной кислоты при нормальной скорости работы более быстро.

В одном из вариантов осуществления изобретения осушительная колонна может иметь избыток скрытой энергии, и один или несколько паровых боковых потоков 140 могут перенести избыток и/или скрытую энергию. Избыток энергии или скрытая энергия относится к энергии, подводимой в осушительную колонну из ребойлера, то есть не используемой для проведения разделения в осушительной колонне, и она может меняться в зависимости от условий процесса. В одном из вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, 3% скрытой энергии от осушительной колонны может быть перенесено, например, по меньшей мере, 20% или, по меньшей мере, 45%. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения один или несколько паровых потоков 140 может переносить весь избыток скрытой энергии от осушительной колонны. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения один или несколько паровых боковых потоков 140 могут переносить весь избыток скрытой энергии от осушительной колонны.

Один или несколько паровых боковых потоков 140 выводят из нижней части 137 осушительной колонны 130 и направляют в нижнюю часть 129 колонны 120 для легких фракций. Нижняя часть 137 осушительной колонны является предпочтительно вытянутой в точке, расположенной ниже места подачи потока 122 очищенного продукта в осушительную колонну 130. В одном из вариантов осуществления изобретения один или несколько паровых потоков выводят из зоны основания осушительной колонны вблизи пара, рядом с местом подачи возвратных потоков из ребойлера 136 в осушительную колонну. Когда один или несколько паровых боковых потоков 140 направляют в нижнюю часть 129 колонны 120 для легких фракций, один или несколько паровых боковых потоков подают в колонну 120 для легких фракций в точке, расположенной ниже места вывода бокового потока 122 продукта. В некоторых вариантах осуществления изобретения колонна 120 для легких фракций включает ряд тарелок, расположенных по длине колонны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько паровых боковых потоков подают в колонну 120 для легких фракций в точке, расположенной ниже первой тарелки (или первой зоны с набивкой) от основания. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько паровых боковых потоков подают в колонну 120 для легких фракций в точке, расположенной ниже десятой тарелки от основания. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько паровых боковых потоков подают в колонну 120 для легких фракций в точке, расположенной ниже места вывода потока 122 из колонны для легких фракций.

Один или несколько паровых боковых потоков 140 включает уксусную кислоту и воду. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько паровых боковых потоков 140 включает основную часть уксусной кислоты и небольшую часть воды. В единицах интервалов один или несколько паровых боковых потоков 140 включает от 90% масс. до 99,9% масс. уксусной кислоты, например, от 95% масс. до 99,95% масс. и от 0,01% масс. до 10% масс. воды, например, от 0,05% масс. до 1% масс. Предпочтительно, чтобы в состав одного или нескольких паровых боковых потоков 140 входила вода в более низкой концентрации, чем в боковом потоке 122 продукта, поступающем из колонны 120 для легких фракций в осушительную колонну 130. Один или несколько паровых боковых потоков имеют температуру от 130°С до 185°С, например, от 130°С до 180°С, от 150°С до 180°С, от 155°С до 180°С или от 160°С до 175°С и могут иметь давление от 2,5 атм. до 5 атм., например, от 3 атм. до 4,5 атм. В одном из вариантов осуществления изобретения предпочтительно, чтобы один или несколько паровых боковых потоков 140 имели температуру более высокую, например, по меньшей мере, на 5°С, 10°С, 20°С или 30°С, чем полученная неочищенная уксусная кислота 113. В другом варианте осуществления изобретения предпочтительно, чтобы один или несколько паровых боковых потоков 140 имели температуру более высокую, чем боковой поток 122 продукта.

Уксусная кислота, которая поступает в один или несколько паровых потоков, предпочтительно отделяется в колонне 120 для легких фракций и возвращается в осушительную колонну 130 и, в конце концов, выводится в виде потока 131 сухого очищенного продукта. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, когда колонна 130 не находится в режиме внутреннего орошения, никакой поток 131 сухого очищенного продукта, уксусной кислоты, которую направляют в один или несколько паровых потоков, не составляет меньшее количество по сравнению с уксусной кислотой, выпаренной в зоне основания 137 осушительной колонны 130.

В некоторых вариантах осуществления изобретения часть кубового остатка потока 123 из колонны для легких фракций может быть направлена в другие части системы, в зависимости от рабочих условий системы. Например, в ходе операции выключения реактора часть кубового остатка потока 123 из колонны для легких фракций может быть введена в колонну 120 для легких фракций по линии 141. Линия 141 возврата предпочтительно входит в колонну 120 для легких фракций в точке, где отводится боковой поток 122 продукта, или ниже этой точки. В некоторых вариантах осуществления изобретения часть бокового потока 122 может быть возвращена в колонну 120 для легких фракций. Как указано выше, один или несколько паровых потоков 140 содержат основную часть уксусной кислоты. Как результат этого, можно ожидать, что концентрация уксусной кислоты в потоке 123 кубового остатка повысит количество уксусной кислоты, возвращенной в реактор 105. Чтобы ускорить возврат уксусной кислоты в осушительную колонну 130, возвратный поток 141 вводит часть потока 123 обогащенного уксусной кислотой кубового остатка дополнительно вверх колонны 120 для легких фракций.

В традиционных процессах часть потока 122 продукта может быть разделена и возвращена в колонну 120 для легких фракций на более низкую тарелку. Это так называемый поток флегмы в нижнюю часть колонны 120 для легких фракций, и он обеспечивает промывание нижней части для удаления захваченного катализатора, обычно в количестве млн. ч. по массе. Кроме того, поток флегмы обеспечивает рабочий запас в нижней части 129 колонны 120 для легких фракций. В вариантах осуществления настоящего изобретения использование части потока 123 для данных целей по линии 141 может снизить и/или исключить необходимость в потоке флегмы для потока 122 продукта. Преимущественно варианты осуществления настоящего изобретения могут позволить направить более высокий процент потока 122 в осушительную колонну 130. Поток 141 может снизить основное количество ректификационной нагрузки для колонны 120 для легких фракций.

В других вариантах осуществления изобретения часть потока 123 кубового остатка колонны для легких фракций может быть направлена в осушительную колонну по линии 142. Линия 142 может подпитываться боковым потоком 122 или необязательно отдельно питать осушительную колонну 130. Например, в ходе процесса общей циркуляции по осушительной колонне часть потока 123 кубового остатка колонны для легких фракций на линии 142 может обеспечить прямую циркуляцию с поддерживанием основного жидкого запаса в осушительной колонне 130.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ по настоящему изобретению дополнительно включает регулирование одного или нескольких паровых боковых потоков 140. Регулирование одного или нескольких паровых боковых потоков 140 может быть достигнуто с помощью одного или нескольких вентилей 143. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько вентилей включает ручной обратный клапан, клапан регулирования расхода, положительный изолирующий вентиль и их комбинации. Не будучи связанными ни одной конкретной теорией, авторы изобретения полагают, что наличие одного или нескольких вентилей обеспечивает возможность регулирования основной температуры в колонне для легких фракций и/или ингибирования загрязнения/обратного потока в осушительную колонну. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько вентилей 143 обеспечивают возможность регулирования однонаправленного течения одного или нескольких паровых боковых потоков 140 в нижнюю паровую часть 129 колонны 120 для легких фракций. Преимущественно один или несколько вентилей 143 препятствуют обратному течению любого материала в основании колонны 120 для легких фракций в осушительную колонну 130.

Чтобы раскрытое в настоящем документе изобретение было понято более ясно, ниже представлены не ограничивающие его существо примеры. Следующие примеры описывают различные варианты осуществления раскрытого в изобретении способа.

Примеры

При использовании компьютерной модели ASPEN Radfrac™ проводили моделирование способа, показанного в секции 102 на фиг.1, в нормальных рабочих условиях. При нормальных рабочих условиях колонна для легких фракций получает тепло от одного или нескольких паровых потоков из осушительной колонны без необходимости получения тепла от отдельного ребойлера (в пределах моделирующей способности Radfrac), присоединенного к основанию колонны для легких фракций.

Пример 1

При расчетной производительности производства уксусной кислоты ребойлер осушительной колонны обеспечивает осушительную колонну достаточным количеством энергии для осуществления разделения без избытка энергии. Энергию, необходимую для осуществления разделения в колонне для легких фракций, обеспечивает энергия из испарителя.

Пример 2

Когда производительности в примере 1 снижаются наполовину, энергия из испарителя обеспечивает приблизительно 90% общего количества энергии, необходимого для проведения разделения в колонне для легких фракций. Колонна для легких фракций требует приблизительно дополнительно 10% энергии. Осушительная колонна имеет приблизительно 38%-ный относительный избыток доступной энергии. Один или несколько паровых боковых потоков переносят часть избыточной энергии из осушительной колонны в колонну для легких фракций и обеспечивают дополнительно приблизительно 10% энергии, необходимой для осуществления разделения в колонне для легких фракций.

Пример 3

Когда производительности примера 1 составляют четверть, энергия из испарителя обеспечивает приблизительно 25% общей энергии, необходимой для осуществления разделения в колонне для легких фракций. Колонна для легких фракций требует приблизительно дополнительно 75% энергии. Осушительная колонна имеет приблизительно 49% относительный избыток доступной энергии, и один или несколько паровых боковых потоков переносят часть избыточной энергии из осушительной колонны в колонну для легких фракций и обеспечивают дополнительно приблизительно 75% энергии, необходимой для осуществления разделения в колонне для легких фракций.

Пример 4

В частичных условиях, когда механизмы выключения реактора и зона очистки остается в рабочем режиме, никакая энергия не подводится от испарителя к колонне для легких фракций. Осушительная колонна имеет приблизительно 49% относительный избыток доступной энергии, и один или несколько паровых боковых потоков переносят часть избыточной энергии от осушительной колонны и обеспечивают энергию, необходимую для проведения разделения в колонне для легких фракций.

Пример 5

В частичных условиях, когда секция очистки включается до того, как включится реактор, никакая энергия не подводится из испарителя к колонне для легких фракций. Осушительная колонна имеет приблизительно 49%-ный относительный избыток доступной энергии, и один или несколько паровых боковых потоков переносят часть избыточной энергии из осушительной колонны и обеспечивают энергию, необходимую для осуществления разделения в колонне для легких фракций. Общая энергия, необходимая в данных условиях, может быть меньше, чем энергия, необходимая в режиме действия частичных условий, рассмотренных в примере 4. Можно ожидать, что изменение рабочей скорости реактора в примере 4 также приведет к изменению общего количества энергии, необходимого для работы колонны для легких фракций.

Пример 6

В частичных условиях, когда реактор и секция очистки начинают работать, энергия от испарителя обеспечивает приблизительно 25% общей энергии, необходимой для проведения разделения в колонне для легких фракций. Аналогично примеру 3, колонна для легких фракций требует приблизительно 75%-ной дополнительной общей энергии. Осушительная колонна имеет приблизительно 49%-ный относительный избыток доступной энергии, и один или несколько паровых боковых потоков переносят часть избыточной энергии и обеспечивают энергию, необходимую для осуществления разделения в колонне для легких фракций.

Пример 7

В частичных условиях, так как реактор и секции очистки продолжают переход к рабочим скоростям примера 1, энергия из испарителя обеспечивает приблизительно 85% общей энергии, необходимой для осуществления разделения в колонне для легких фракций. Колонна для легких фракций требует приблизительно дополнительных 15% энергии. Осушительная колонна имеет приблизительно 49%-ный относительный избыток доступной энергии, и один или несколько паровых боковых потоков переносят часть избыточной энергии из осушительной колонны и обеспечивают необходимую энергию для осуществления разделения в колонне для легких фракций.

Хотя изобретение описано подробно, модификации в пределах существа и объема притязаний изобретения будут легко понятны специалистам в данной области. В свете представленного выше обсуждения соответствующее знание уровня и ссылок, рассмотренных выше в главах «Уровень техники» и «Подробное описание изобретения», введено в настоящий документ в порядке ссылки. Кроме того, следует понимать, что аспекты изобретения и части различных вариантов его осуществления и различные отличительные признаки, цитированные выше и/или в прилагаемой формуле изобретения, могут быть объединены или взаимозаменены либо полностью, либо частично. В представленном выше описании различных вариантов осуществления изобретения те варианты осуществления изобретения, которые относятся к другому варианту осуществления изобретения, могут быть соответствующим образом объединены с другими вариантами осуществления изобретения, что будет понятно специалистам в данной области. Кроме того, эти специалисты в данной области смогут оценить, что представленное выше описание дано только на примерах и не предназначено ограничивать изобретение.

Изобретение относится к способу производства уксусной кислоты методом карбонилирования, включающему стадии очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с получением потока продукта; подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или нескольких паровых боковых потоков, где один или несколько паровых боковых потоков обеспечивают энергией одну или несколько систем разделения. Изобретение также относится к способу производства уксусной кислоты методом карбонилирования, включающему стадии очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с удалением метилйодида и метилацетата и получением потока продукта; поток продукта имеет более низкую концентрацию метилйодида и метилацетата, чем поток неочищенного продукта; вывода потока продукта из боковой части колонны для легких фракций и подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или нескольких паровых боковых потоков, где один или несколько паровых боковых потоков из осушительной колонны нагревают поток продукта в колонне для легких фракций. Способы относятся к преимущественному повышению общей эффективности процесса за счет обеспечения энергией, необходимой для осуществления разделения в системе разделения. 3 н. и 19. з.п. ф-лы, 1 ил., 7 пр.

1. Способ производства уксусной кислоты методом карбонилирования, включающий стадии
очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с получением потока продукта;
подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или нескольких паровых боковых потоков, где один или несколько паровых боковых потоков обеспечивают энергией одну или несколько систем разделения.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу одного или нескольких паровых боковых потоков в колонну для легких фракций.

3. Способ по п.2, где один или несколько паровых боковых потоков выводят из нижней части осушительной колонны.

4. Способ по п.2, где один или несколько паровых боковых потоков направляют в основание колонны для легких фракций.

5. Способ по п.2, где ребойлер не соединен с кубовой частью колонны для легких фракций.

6. Способ по п.1, где один или несколько паровых боковых потоков нагревают поток неочищенного продукта в колонне для легких фракций.

7. Способ по п.1, где осушительная колонна соединена с ребойлером.

8. Способ по п.1, где один или несколько паровых боковых потоков содержат уксусную кислоту и воду.

9. Способ по п.8, где один или несколько паровых боковых потоков содержат уксусную кислоту в количестве от 90% масс. до 99,9% масс.

10. Способ по п.8, где один или несколько паровых боковых потоков содержат воду в количестве от 0,01% масс. до 10% масс. воды.

11. Способ по п.1, где один или несколько паровых боковых потоков имеют температуру от 130°С до 185°С.

12. Способ по п.1, где один или несколько паровых боковых потоков направляют в основание колонны для легких фракций.

13. Способ по п.1, где колонна для легких фракций работает при температуре в зоне основания от 120°C до 170°C.

14. Способ по п.1, где от 1% до 50% от общего количества энергии, необходимой для осуществления разделения в колонне для легких фракций, обеспечивают один или несколько паровых боковых потоков.

15. Способ по п.1, где от 50% до 100% общего количества энергии, необходимой для осуществления разделения в колонне для легких фракций, обеспечивают один или несколько паровых боковых потоков.

16. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию взаимодействия оксида углерода, по меньшей мере, с одним реагентом в первом реакторе, содержащем реакционную среду, с получением потока неочищенного продукта, включающего уксусную кислоту,
где, по меньшей мере, один реагент выбран из группы, состоящей из метанола, метилацетата, метилформиата, простого диметилового эфира и их смесей, и
где реакционная среда содержит воду, уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и катализатор.

17. Способ производства уксусной кислоты методом карбонилирования, включающий стадии
очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с удалением метилйодида и метилацетата и получением потока продукта; поток продукта имеет более низкую концентрацию метилйодида и метилацетата, чем поток неочищенного продукта;
вывода потока продукта из боковой части колонны для легких фракций и
подачи потока продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта и одного или нескольких паровых боковых потоков,
где один или несколько паровых боковых потоков из осушительной колонны нагревают поток продукта в колонне для легких фракций.

18. Способ по п.17, где один или несколько паровых боковых потоков содержат уксусную кислоту и воду.

19. Способ по п.17, где один или несколько паровых боковых потоков имеют температуру от 130°C до 185°C.

20. Способ обогрева колонны для легких фракций, включающий стадии
очистки потока неочищенного продукта в колонне для легких фракций с получением потока продукта,
подачи потока очищенного продукта в осушительную колонну с получением потока сухого продукта;
переноса тепла от осушительной колонны к колонне для легких фракций, и
где стадия переноса тепла дополнительно включает вывод одного или нескольких паровых боковых потоков из осушительной колонны и подачу одного или нескольких паровых боковых потоков в колонну для легких фракций.

21. Способ по п.20, где один или несколько паровых боковых потоков содержат уксусную кислоту и воду.

22. Способ по п.20, где один или несколько паровых боковых потоков имеют температуру от 130°С до 185°С.