СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2020 года по МПК C07C51/12 C07C53/08 

Настоящее изобретение относится к способу получения уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного.

Получение уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного в присутствии родиевого катализатора раскрывают, например, документы GB 1,233,121, ЕР 0384652 и ЕР 0391680. Способ в присутствии иридиевого катализатора раскрывают, например, документы GB 1,234,641, US 3,772,380, ЕР 0616997, ЕР 0618184, ЕР 0786447, ЕР 0643034, ЕР 0752406.

В работе Howard et al (Catalysis Today, 18 (1993), 325-354) приведено общее описание катализируемого родием и иридием карбонилирования метанола с получением уксусной кислоты. Указано, что способ непрерывного катализируемого гомогенного карбонилирования метанола составляют три основных процесса: реакция, очистка и обработка отходящего газа. Реакционная секция содержит реактор в форме резервуара с мешалкой, работающий при повышенной температуре, и резервуар мгновенного испарения. Жидкую реакционную композицию выводят из реактора и пропускают через испарительный клапан в резервуар мгновенного испарения, в котором от жидкой фракции отделяют паровую фракцию, содержащую конденсирующиеся компоненты (в том числе полученную уксусную кислоту) и отходящий газ низкого давления. Паровую фракцию затем пропускают в секцию очистки, в то время как жидкую фракцию возвращают в реактор. Указано, что секция очистки содержит ряд дистилляционных колонн, в которых из полученной уксусной кислоты удаляют примеси.

Документ ЕР 0685446 относится к способу получения уксусной кислоты, в котором предусмотрено карбонилирование метанола монооксидом углерода в первом реакторе в присутствии родиевого катализатора. Реакционную текучую среду, содержащую растворенный монооксид углерода, пропускают из первого реактора во второй реактор, где растворенный монооксид углерода, без введения дополнительного монооксида углерода, продолжает реагировать до тех пор, пока реакционная текучая среда не поступает в зону мгновенного испарения.

В документе ЕР 0846674 раскрыт жидкофазный способ получения карбоновой кислоты, в котором предусмотрено карбонилирование алкильного спирта монооксидом углерода в первой реакционной зоне в присутствии иридиевого катализатора, причем по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции вместе с растворенным и/или увлеченным монооксидом углерода выводят из первой реакционной зоны и пропускают во вторую реакционную зону, и при этом по меньшей мере часть растворенного и/или увлеченного монооксида углерода в выведенной реакционной композиции вводят в последующую реакцию карбонилирования во второй реакционной зоне с получением дополнительной карбоновой кислоты в качестве продукта, прежде чем реакционную композицию пропускают в зону мгновенного испарения.

В документе WO 2009/103948 раскрыт способ получения уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углероде в реакторной системе, содержащей первую реакционную зону, вторую реакционную зону, зона мгновенного разделения и одну или несколько дистилляционных зон для извлечения полученной уксусной кислоты, причем температура жидкой реакционной композиции, пропускаемой из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения, составляет по меньшей мере на 8°С больше, чем температура жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны. Увеличение температуры жидкой реакционной композиции после ее вывода из первой реакционной зоны перед ее пропусканием в зону мгновенного разделения может быть достигнуто посредством введения монооксида углерода во вторую реакционную зону, и/или увеличение температуры может быть достигнуто посредством введения тепла во вторую реакционную зону.

Авторы настоящей работе неожиданно наблюдали, что добавление монооксида углерода во вторую реакционную зону может не обеспечивать предполагаемое увеличение температуры и/или может приводить к увеличению предполагаемого количества монооксида углерода, пропускаемого в систему мгновенного разделения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен способ получения уксусной кислоты, предусматривающий стадии, на которых:

(a) вводят метанол и/или его реакционноспособное производное и монооксид углерода в первую реакционную зону, содержащую жидкую реакционную композицию, которую составляют катализатор карбонилирования, необязательно промотор катализатора карбонилирования, метилйодид, метилацетат, уксусная кислота и вода;

(b) выводят по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из первой реакционной зоны;

(c) пропускают по меньшей мере часть выведенной жидкой реакционной композиции во вторую реакционную зону, причем газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны; и

(d) пропускают по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения с образованием паровой фракции, которая содержит уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат, и жидкой фракции, которая содержит катализатор карбонилирования и необязательный промотор катализатора карбонилирования; причем скорость (кг/т) потока в килограммах газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, на тонну жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, находится в диапазоне от 0,5F_G до 1,2F_G, где F_G определяют согласно уравнению 1:

в котором t_r представляет собой продолжительность (с) выдерживания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны, вычисленную с использованием уравнения 2:

в котором V₂ представляет собой объем (м³) второй реакционной зоны, и F_f представляет собой объемную скорость (м³/с) потока жидкой реакционной композиции в зону мгновенного разделения, R_R представляет собой скорость (моль/л/час) реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, при температуре, при которой ее выводят из первой реакционной зоны, и G_P представляет собой чистоту газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, выраженную как массовая доля монооксида углерода в газообразном исходном материале.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ улучшения процесса получения уксусной кислоты, предусматривающий стадии, на которых:

(a) вводят метанол и/или его реакционноспособное производное и монооксид углерода в первую реакционную зону, содержащую жидкую реакционную композицию, которую составляют катализатор карбонилирования, необязательно промотор катализатора карбонилирования, метилйодид, метилацетат, уксусная кислота и вода;

(b) выводят по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из первой реакционной зоны;

(c) пропускают по меньшей мере часть выведенной жидкой реакционной композиции во вторую реакционную зону, причем газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны; и

(d) пропускают по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения с образованием паровой фракции, которая содержит уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и отходящий газ низкого давления; и жидкой фракции, которая содержит катализатор карбонилирования и необязательный промотор катализатора карбонилирования;

где скорость потока газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, регулируют в диапазоне от 0,5F_G до 1,2F_G, и при этом скорость F_G (кг/т) потока в килограммах газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, на тонну жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, вычисляют согласно уравнению 1:

в котором t_r представляет собой продолжительность (с) выдерживания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны, вычисленную с использованием уравнения 2:

в котором V₂ представляет собой объем (м³) второй реакционной зоны, и F_f представляет собой объемную скорость (м³/с) потока жидкой реакционной композиции в зону мгновенного разделения, R_R представляет собой скорость (моль/л/час) реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, при температуре, при которой ее выводят из первой реакционной зоны, и G_P представляет собой чистоту газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, выраженную как массовая доля монооксида углерода в газообразном исходном материале.

Согласно настоящему изобретению метанол и/или его реакционноспособные производные вводят в качестве жидких реагентов в первую реакционную зону, например, метанол может быть введен в качестве реагента в первую реакционную зону, одно или несколько реакционноспособных производных могут быть введены в качестве реагента первую реакционную зону, или комбинация метанола вместе с одним или несколькими реакционноспособными производными метанола может быть введена в качестве реагента в первую реакционную зону. Подходящие реакционноспособные производные метанола представляют собой метилацетат, диметиловый эфир и метилйодид. Предпочтительно, метанол и/или метилацетат используют в качестве жидких реагентов; согласно одному варианту осуществления метанол используют в качестве реагента; согласно другому варианту осуществления метилацетат используют в качестве реагента; согласно следующему варианту осуществления смесь метанола и метилацетата используют в качестве реагентов.

Метилацетат может быть получен на месте применения в жидкой реакционной композиции посредством реакции метанола и/или его реакционноспособного производного с уксусной кислотой, представляющей собой продукт или растворитель. Концентрация метилацетата жидкой реакционной композиции в первой реакционной зоне находится в диапазоне, составляющем предпочтительно от 2 до 50 мас. % и предпочтительнее от 3 до 35 мас. %.

Концентрация метилйодида в жидкой реакционной композиции в первой реакционной зоне находится в диапазоне, составляющем предпочтительно от 1 до 20 мас. % и предпочтительно от 2 до 16 мас. %.

В настоящем изобретении может быть использован катализатор карбонилирования, содержащий благородный металл группы VIII.

Предпочтительно катализатор карбонилирования содержит родий, иридий или их смеси. Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения катализатор карбонилирования представляет собой иридий. Согласно другому конкретному варианту осуществления настоящего изобретения катализатор карбонилирования представляет собой родий. В качестве необязательного промотора катализатора карбонилирования могут быть выбраны, например, йодиды щелочных металлов, например, йодид лития, йодиды щелочноземельных металлов, йодиды металлов группы алюминия, органические йодидные соли, рутений, осмий, рений и их смеси. Когда катализатор представляет собой родий, в качестве необязательного промотора катализатора карбонилирования могут быть предпочтительно выбраны йодиды щелочных металлов, например, йодид лития, йодиды щелочноземельных металлов, йодиды металлов группы алюминия и/или органические йодидные соли и их смеси. Когда катализатор представляет собой иридий, необязательный промотор катализатора карбонилирования может быть предпочтительно выбран из группы, которую составляют рутений, осмий, рений и их смеси.

Когда катализатор карбонилирования представляет собой иридий, в иридиевом катализаторе может присутствовать любое иридийсодержащее соединение, которое растворяется в жидкой реакционной композиции. Иридиевый катализатор может быть добавлен в жидкую реакционную композицию в любой подходящей форме, которая растворяется в жидкой реакционной композиции или может быть превращена в растворимую форму. Предпочтительно иридий может быть использован в форме бесхлоридных соединений, таких как ацетаты, которые растворяются в одном или нескольких компонентах жидкой реакционной композиции, например, в воде и/или уксусной кислоте и, таким образом, могут быть введены в реакцию в форме соответствующих растворов. Примеры подходящих иридийсодержащих соединений, которые могут быть добавлены в жидкую реакционную композицию, представляют собой IrCl₃, IrI₃, IrBr₃, [Ir(CO)₂I]₂, [Ir(CO)₂Cl]₂, [Ir(CO)₂Br]₂, [Ir(СО)4I₂]^-Н⁺, [Ir(CO)₂Br₂]^-H⁺, [Ir(CO)₂I₂]^-H⁺, [Ir(CH₃)I₃(CO)₂]^-H⁺, Ir₄(CO)₁₂, IrCl₃⋅4H₂O, IrBr₃⋅4H₂O, Ir₃(CO)₁₂, металлический иридий, Ir₂O₃, IrO₂, Ir(acac)(CO)₂, Ir(acac)₃, ацетат иридия, [Ir₃O(OAc)6(H₂O)₃][OAc] и гексахлориридиевая кислота H₂[IrCl6], предпочтительно, бесхлоридные комплексы иридия, такие как ацетаты, оксалаты и ацетоацетаты.

Предпочтительно концентрация иридиевого катализатора в жидкой реакционной композиции в первой и второй реакционных зонах независимо находится в диапазоне от 100 до 6000 мас. ч./млн. иридия.

Когда катализатор карбонилирования представляет собой иридий, промотор катализатора карбонилирования предпочтительно представляет собой рутений. В промоторе может присутствовать любое рутенийсодержащее соединение, которое растворяется в жидкой реакционной композиции. Рутениевый промотор может быть добавлен в жидкую реакционную композицию в любой подходящей форме, которая растворяется в жидкой реакционной композиции или может быть превращена в растворимую форму. Предпочтительно в качестве рутениевого промотора могут быть использованы бесхлоридные соединения, такие как ацетаты, которые растворяются в одном или нескольких компонентах жидкой реакционной композиции, например, воде и/или уксусной кислоте и, таким образом, могут быть введены в реакцию в форме соответствующих растворов.

Примеры подходящих рутенийсодержащих соединений, которые могут быть использованы, представляют собой хлорид рутения(III), тригидрат хлорида рутения(III), хлорид рутения(IV), бромид рутения(III), йодид рутения(III), металлический рутений, оксиды рутения, формиат рутения(III), [Ru(СО)₃I₃]^-Н⁺, тетра(ацето)хлоррутений(II, III), ацетат рутения(III), пропионат рутения(III), бутират рутения(III), пентакарбонилрутений, додекакарбонилтрирутений и смешанные галокарбонилы рутения, такие как димер дихлортрикарбонилрутения(II), димер дибромтрикарбонилрутения(II), и другие рутенийорганические комплексы, такие как тетрахлорбис(4-кумол)дирутений(II), тетрахлорбис(бензол)дирутений(II), полимер дихлор(циклоокта-1,5-диен)рутения(II) и трис(ацетилацетонат) рутения(III).

Предпочтительно в рутенийсодержащих соединениях отсутствуют примеси, которые обеспечивают или производят на месте применения ионные йодиды, способные ингибировать реакцию, например, соли щелочных, щелочноземельных или других металлов.

Предпочтительно рутениевый промотор присутствует в эффективном количестве вплоть до предела своей растворимости в жидкой реакционной композиции, жидкой фракции и/или любых жидких технологических потоках, возвращаемых в реакционные зоны карбонилирования из одной или нескольких дистилляционных зон.

Рутениевый промотор соответствующим образом присутствует в жидкой реакционной композиции при молярном соотношении каждого рутениевого промотора и иридия в диапазоне [0,1-100]:1, предпочтительно [более чем 0,5]:1, предпочтительнее [более чем 1]:1 и предпочтительно [вплоть до 20]:1, предпочтительнее [вплоть до 15]:1 и еще предпочтительнее [вплоть до 10]:1.

Концентрация рутениевого промотора в жидкой реакционной композиции в каждой из первой и второй реакционных зон независимо составляет менее чем 6000 ч./млн. Подходящая концентрация промотора составляет от 400 до 5000 ч./млн., в том числе от 2000 до 4000 ч./млн.

Подходящие родиевые катализаторы карбонилирования раскрыты, например, в документах ЕР-А-0161874, US 6,211,405 и ЕР-А-0728727.

Когда катализатор карбонилирования представляет собой родий, концентрация родиевого катализатора в жидкой реакционной композиции находится в диапазоне, составляющем предпочтительно от 50 до 5000 ч./млн. и предпочтительно от 100 до 1500 мас. ч./млн. родия.

Когда в качестве катализатора используют родий, то в качестве промотора предпочтительно используют йодид щелочного металла, такой как йодид лития, как раскрыто, например, в документах ЕР-А-0161874, US 6,211,405 и ЕР-А-0728727.

Монооксид углерода соответствующим образом присутствует в первой реакционной зоне при парциальном давлении от 1⋅10⁵ до 7⋅10⁶ Н⋅м^-2 и предпочтительно от 1⋅10⁵ до3,5⋅10⁶ Н⋅м^-2.

Вода может образовываться на месте применения в жидкой реакционной композиции, например, посредством реакции этерификации метанола и получаемой уксусной кислоты. В качестве дополнения или в качестве альтернативы, вода может быть введена независимо в первую реакционную зону вместе или отдельно от других компонентов жидкой реакционной композиции. Когда иридий используют в качестве катализатора карбонилирования, количество воды в жидкой реакционной композиции в первой реакционной зоне соответствующим образом составляет от по меньшей мере 0,5 мас. % вплоть до максимума 15 мас. %, в том числе вплоть до 10 мас. %, предпочтительно вплоть до 8 мас. %. Когда родий используют в качестве катализатора карбонилирования, количество воды в первой реакционной зоне находится в диапазоне, составляющем предпочтительно от 0,1 до 15 мас. %, предпочтительно от 1 до 15 мас. % и предпочтительнее от 1 до 8 мас. %.

Первая реакционная зона может представлять собой традиционную реакционную зону жидкофазного карбонилирования. Первую реакционную зону можно эксплуатировать при давлении реакционной смеси в диапазоне от 1⋅10⁶ до 2⋅10⁷ Н⋅м^-2, предпочтительно от 1,5⋅10⁶ до 1⋅10⁷ Н⋅м^-2 и предпочтительнее от 1,5⋅10⁶ до 5⋅10⁶ Н⋅м^-2.

Первую реакционную зону можно эксплуатировать при температуре реакционной смеси в диапазоне от 150 до 210°С, предпочтительно в диапазоне от 170 до 195°С и предпочтительнее в диапазоне от 185 до 195°С.

На стадии b) настоящего изобретения по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции выводят из первой реакционной зоны, и на стадии с) по меньшей мере часть выведенной жидкой реакционной композиции пропускают во вторую реакционную зону для получения дополнительной уксусной кислоты. Предпочтительно практически всю жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, пропускают во вторую реакционную зону.

Температура жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны, находится предпочтительно в диапазоне от 150 до 210°С, предпочтительнее в диапазоне от 170 до 195°С и еще предпочтительнее в диапазоне от 185 до 195°С. Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения температура жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны, представляет собой приблизительно такую же температуру, при которой эксплуатируют первую реакционную зону.

Вторую реакционную зону можно эксплуатировать при давлении реакционной смеси, которое представляет собой практически такое же давление, как давление в первой реакционной зоне.

Вторая реакционная зона имеет объем в диапазоне, составляющем предпочтительно от 5 до 20% и предпочтительнее от 10 до 20% по отношению к объему первой реакционной зоны.

Введение дополнительного монооксида углерода во вторую реакционную зону, как правило, приводит к увеличению степени происходящего в ней карбонилирования. Таким образом, непрореагировавший метанол, присутствующий в жидкой реакционной композиции, можно подвергать карбонилированию с получением большего количества уксусной кислоты. Кроме того, дополнительный введенный монооксид углерода может также реагировать с метилацетатом и водой, которые присутствуют в жидкой реакционной композиции, с образованием уксусной кислоты. Такие реакции карбонилирования метанола и метилацетата являются экзотермическими, и, таким образом, обеспечивают увеличение температуры во второй реакционной зоне.

Само по себе увеличение степени карбонилирования во второй реакционной зоне имеет ряд преимуществ, помимо увеличения температуры. В частности, поскольку образуется уксусная кислота, паровая фракция в зоне мгновенного разделения будет еще больше обогащена уксусной кислотой. Кроме того, поскольку метилацетат и вода могут также расходоваться, для отделения образующейся уксусной кислоты от легких компонентов (которые представляют собой метилацетат и воду) потребуется меньше энергии, чем потребовалось бы в иных условиях.

В качестве альтернативы, поскольку метилацетат и вода могут расходоваться во второй реакционной зоне, первую реакционную зону можно эксплуатировать при более высоких концентрациях метилацетата и воды без неблагоприятного воздействия на состав жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения; и поскольку образование побочных продуктов в процессах карбонилирования метанола, как правило, уменьшается при увеличении концентраций метилацетата и воды, эксплуатация первой реакционной зоны при более высоких концентрациях метилацетата и воды может приводить к суммарному уменьшению количества побочных продуктов.

Согласно настоящему изобретению температура жидкой реакционной композиции, пропускаемой из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения, составляет более чем температура жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны. Это увеличение температуры обеспечивает улучшенное отделение уксусной кислоты и других конденсирующихся компонентов от катализатора карбонилирования и необязательного промотора катализатора карбонилирования в зоне мгновенного разделения. Таким образом, паровая фракция из зоны мгновенного разделения будет в большей степени обогащена уксусной кислотой, и в результате этого становится возможным достижение более высокого выхода уксусной кислоты. Кроме того, уменьшаться объем и скорость потока жидкой фракции.

Согласно настоящему изобретению по меньшей мере часть увеличения температуры, предпочтительно все увеличение температуры жидкой реакционной композиции после ее вывода из первой реакционной зоны и перед ее пропусканием в зону мгновенного разделения достигается посредством реакции монооксида углерода, вводимого во вторую реакционную зону, помимо любого монооксида углерода, который может быть растворен и/или увлечен в жидкой реакционной композиции, выводимой из первой реакционной зоны.

Тепло можно необязательно вводить во вторую реакционную зону для дополнительного увеличения температуры жидкой реакционной композиции. Таким образом, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения тепло вводят во вторую реакционную зону.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения тепло не вводят во вторую реакционную зону, и все увеличение температуры обеспечивают посредством увеличения интенсивности реакции во второй реакционной зоне, которое достигают за счет добавления газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода.

Авторы настоящей работы неожиданно обнаружили, что увеличение температуры, достигаемое посредством добавления газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, во вторую реакционную зону может не соответствовать количеству монооксида углерода, которое было добавлено во вторую реакционную зону. В частности, было обнаружено, что может быть достигнуто меньшее увеличение температуры, чем следовало бы предполагать на основании количества монооксида углерода, добавленного во вторую реакционную зону, и/или может происходить увеличение количества монооксида углерода, пропускаемого в систему мгновенного разделения, чем следовало бы предполагать на основании количества монооксида углерода, добавленного во вторую реакционную зону.

Без намерения ограничиваться теорией авторы считают, что добавление монооксида углерода во вторую реакционную зону со скоростью, которая составляет более чем скорость, с который монооксид углерода расходуется во второй реакционной зоне, приведет к тому, что останется непрореагировавшим монооксид углерода, пропускаемый через вторую реакционную зону, и, таким образом, вышеупомянутый непрореагировавший монооксид углерода не может обеспечивать какое-либо увеличение температуры. Кроме того, добавление некоторого количества газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, во вторую реакционную зону, которое превышает способность протекания жидкой реакционной композиции через вторую реакционную зону, для солюбилизации компонентов вышеупомянутого газообразного исходного материала жидкостью приведет к тому, что несолюбилизированный избыток газообразного исходного материала остается в форме газовых пузырьков или пробок и, таким образом, обеспечит эффективное уменьшение объема жидкой реакционной композиции, присутствующей во второй реакционной зоне. Несолюбилизированный газ может также упоминаться как нерастворенный газ, и эти два термина можно использовать взаимозаменяемым образом. Без намерения ограничиваться теорией авторы считают, что реакция карбонилирования происходит только в жидкой фазе, поскольку катализатор является нелетучим, и, таким образом, два указанных эффекта (непрореагировавший монооксид углерода и несолюбилизированный газ) могут сочетаться друг с другом, поскольку уменьшение объема жидкости во второй реакционной зоне уменьшает эффективную продолжительность пребывания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны и, следовательно, дополнительно уменьшает количество монооксида углерода, который расходуется во второй реакционной зоне.

Использование скорости реакции для жидкой реакционной композиции является подходящим для вычисления расхода монооксида углерода и увеличения температуры в традиционных реакторах большого объема, которые обеспечивают относительно длительную продолжительность выдерживания, и в которых любое уменьшение объема жидкой реакционной композиции является пренебрежимо малым. Неожиданно было обнаружено, что для относительно небольших реакторов, т.е. таких, которые имеют высокую скорость потока газа и кратковременную продолжительность выдерживания, использование такой скорости реакции больше не является подходящим для прогнозирования степени реакции внутри реактора, поскольку скорость реакции не учитывает потери объема жидкости вследствие присутствия несолюбилизированных газов; таким образом, необязательным становится применение фактора модификации для учета изменений фактического объема жидкости, присутствующей в реакторе, которые возникают в результате использования высокой скорость газового потока, низкой реакционной способности и высоких уровней нереакционноспособных компонентов.

Таким образом, в целях извлечения максимальной выгоды из количества монооксида углерода, добавленного во вторую реакционную зону, количество газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, добавленное во вторую реакционную зону, необходимо тщательно регулировать таким образом, чтобы преимущества, достигаемые посредством добавления монооксида углерода, такие как увеличение концентрации уксусной кислоты в жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, и увеличение температуры жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, не были нейтрализованы уменьшением преимуществ, которые наблюдаются, когда избыточное количество газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, добавляют во вторую реакционную зону. Неожиданно обнаружено, что существует оптимальное количество газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, которое может быть добавлено, прежде чем указанные эффекты уменьшения объема становятся неблагоприятными для выгоды от повышения температуры.

Таким образом, было обнаружено, что скорость (кг/т) потока в килограммах газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, на тонну жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, следует регулировать в диапазоне от 0,5F_G до 1,2F_G, где F_G определяют согласно уравнению 1:

в котором

- t_r представляет собой продолжительность (с) выдерживания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны, вычисленную с использованием уравнения 2:

в котором V₂ представляет собой объем (м³) второй реакционной зоны, и F_f представляет собой объемную скорость (м³/с) потока жидкой реакционной композиции в зону мгновенного разделения,

- R_R представляет собой скорость (моль/л/час) реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, при температуре, при которой ее выводят из первой реакционной зоны, и

- G_P представляет собой чистоту газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, выраженную как массовая доля монооксида углерода в газообразном исходном материале.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения скорость потока газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, находится в диапазоне от 0,7F_G до 1,1 F_G, предпочтительнее в диапазоне от 0,8F_G до 1,05F_G, еще предпочтительнее в диапазоне от 0,9F_G до 1,05F_G и наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,95F_G до 1,0F_G.

Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения продолжительность (t_r) выдерживания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны, вычисленная с использованием уравнения 2, находится в диапазоне от 10 секунд до 5 минут и предпочтительно в диапазоне от 30 секунд до 3 минут.

Скорость реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, определяют на основании температуры, при которой жидкую реакционную композицию выводят из первой реакционной зоны. Специалист в данной области техники способен определять скорость реакции для жидкой реакционной композиции при данной температуре посредством определения кинетического соотношения, которым связаны температура реакции, каталитическая композиция, общий состав реактора и скорость (моль/л/час) реакции, посредством рутинного экспериментирования, причем такое рутинное экспериментирование должно быть осуществлено в таком масштабе и таким образом, что любое уменьшение объема жидкой реакционной композиции за счет несолюбилизированных газов является пренебрежимо малым, и его можно игнорировать для целей определения скорости реакции, например, на полупромышленной установке или в эквивалентном масштабе.

Газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, может быть чистым или относительно чистым, или он может содержать в переменных количествах примеси, которые являются инертными к реакции карбонилирования, например, Н₂, N₂, CO₂ и CH₄.

Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, имеет такой же состав, как исходный монооксид углерода, который вводят в первую реакционную зону.

Согласно другому конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, представляет собой газообразный исходный материал, который состоит, в основном, из монооксида углерода. Согласно одному аспекту данного варианта осуществления газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, представляет собой чистый исходный газообразный монооксид углерода. Согласно другому аспекту данного варианта осуществления газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, представляет собой исходный газообразный монооксид углерода, имеющий чистоту, составляющую по меньшей мере 95 об.% монооксида углерода.

Согласно другому конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, содержит примеси. Согласно одному конкретному аспекту данного варианта осуществления газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, содержит отходящий газ, выведенный из первой реакционной зоны, также известный как отходящий газ высокого давления. Согласно другому конкретному аспекту данного варианта осуществления газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, состоит из отходящего газа высокого давления, выведенного из первой реакционной зоны.

Использование отходящего газа высокого давления из первой реакционной зоны в качестве газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, может преимущественно обеспечивать эксплуатацию первой реакционной зоны при более высоком парциальном давлении монооксида углерода, причем получаемый в результате обогащенный монооксидом углерода отходящий газ высокого давления вводят во вторую реакционную зону. Кроме того, такая конфигурация могла бы устранить требования в отношении способа обработки отходящего газа высокого давления, такой как промывка отходящего газа высокого давления подходящим растворителем для извлечения из него присутствующих ценных компонентов реакционной смеси.

Согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения чистота (G_P) газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, выраженная как массовая доля монооксида углерода в газообразном исходном материале, составляет по меньшей мере 0,5 (т.е. монооксид углерода составляет по меньшей мере, 50 мас. % газообразного исходного материала), предпочтительнее по меньшей мере 0,6, еще предпочтительнее по меньшей мере 0,7, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,8 и составляет менее чем 1, предпочтительно не более чем 0,95, предпочтительнее не более чем 0,9.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения первая и вторая реакционные зоны расположены в отдельных реакционных резервуарах. Подходящий отдельный реакционный резервуар для второй реакционной зоны может представлять собой резервуар, который способен функционировать как реактор идеального вытеснения. Вторая реакционная зона может представлять собой, например, трубу между первой реакционной зоной и зоной мгновенного разделения.

Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения вторая реакционная зона может содержать интегрированную часть реакционного резервуара, который содержит первую реакционную зону, например, глухую панель. Согласно следующему варианту осуществления вторая реакционная зона может одновременно содержать интегрированную часть первого реакционного резервуара и отдельный второй реакционный резервуар. Соответственно, вторая реакционная зона сконструирована таким образом, чтобы сокращать до минимума или практически устранять обратное перемешивание во второй реакционной зоне.

Газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, который добавлен в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, вводят в такую выведенную жидкую реакционную композицию в одной или нескольких точках ниже по потоку относительно первой реакционной зоны (т.е. в одной или нескольких точках после вывода такой реакционной композиции из первой реакционной зоны).

Например, газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны; то есть газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, может быть добавлен в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны: (а) в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, (b) в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или (с) в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны. Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны и в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны. Специалист в данной области техники должен понимать, что конфигурация второй реакционной зоны в отношении первой реакционной зоны может определять точку (точки), где газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, например, если жидкую реакционную композицию выводят непосредственно из первой реакционной зоны во вторую реакционную зону, то газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, вводят во вторую реакционную зону в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны. В способах карбонилирования с иридиевым катализатором и рутениевым промотором оказывается предпочтительным, что полное количество монооксида углерода, введенного в первую реакционную зону, и жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны, является достаточным для сокращения до минимума осаждения иридиевого катализатора и/или рутениевого промотора. Согласно документу ЕР 1506151 поддержание концентрации монооксида углерода в отходящем газе низкого давления, который может быть отделен от паровой фракции, образующейся в зоне мгновенного разделения, в одной или нескольких дистилляционных зонах в соответствии с формулой Y>mX+C, в которой Y представляет собой молярную концентрацию монооксида углерода в отходящем газе низкого давления, X представляет собой концентрацию (мас. ч./млн.) рутения в жидкой реакционной композиции, m составляет приблизительно 0,012, и С составляет приблизительно -8,7, сокращает до минимума осаждение каталитической системы (которую составляют иридиевый катализатор и рутениевый промотор). Согласно настоящему изобретению оказывается предпочтительным, что концентрация монооксида углерода в отходящем газе низкого давления составляет приблизительно на 15 мол. % более чем значение mX+C для каждого увеличения на 10°С температуры жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, по сравнению с температурой жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения метилацетат присутствует в жидкой реакционной композиции во второй реакционной зоне в концентрации, составляющей вплоть до 50 мас. % по отношению к полному жидкому содержимому реактора; согласно предпочтительному варианту осуществления, концентрация метилацетата в жидкой реакционной композиции во второй реакционной зоне находится в диапазоне от 2 до 50 мас. %, предпочтительнее от 3 до 35 мас. %.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, концентрация метилацетата в жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, составляет по меньшей мере на 1,5 мас. % менее чем концентрация метилацетата в жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны.

Количество воды в жидкой реакционной композиции во второй реакционной зоне составляет, как правило, вплоть до приблизительно 15 мас. % по отношению к полному жидкому содержимому реактора. Когда иридий используют в качестве катализатора карбонилирования, количество воды в жидкой реакционной композиции во второй реакционной зоне составляет предпочтительно по меньшей мере 0,5 мас. % и не более чем 15 мас. %, предпочтительнее вплоть до 10 мас. %, например, вплоть до 8 мас. %. Когда родий используют в качестве катализатора карбонилирования, количество воды во второй реакционной зоне находится в диапазоне, составляющем предпочтительно от 0,1 до 15 мас. %, предпочтительнее от 1 до 15 мас. % и еще предпочтительнее от 1 до 8 мас. %.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, концентрация воды в жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, составляет по меньшей мере на 0,4 мас. % менее чем концентрация воды в жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны.

Концентрация метилйодида в жидкой реакционной композиции во второй реакционной зоне находится в диапазоне, составляющем предпочтительно от 1 до 20 мас. % и предпочтительнее от 2 до 16 мас. %.

Согласно настоящему изобретению на стадии d) по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции от стадии с) пропускают в зону мгновенного разделения. Соответственно, практически всю жидкую реакционную композицию от стадии с) пропускают в зону мгновенного разделения. Кроме того, одну или несколько частей жидкой реакционной композиции от стадии с) можно выводить из второй реакционной зоны и, например, пропускать в контур котла-утилизатора или контур охлаждения реактора.

Согласно настоящему изобретению температура жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, является выше, чем температура жидкой реакционной композиции, выведенной из первой реакционной зоны.

Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения температура жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, составляет менее чем или равняется 215°С, предпочтительно находится в диапазоне от 195°С до 215°С и предпочтительнее в диапазоне от 200°С до 215°С. Поддержание температуры жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, на уровне, составляющем менее чем или равном 215°С, может устранять определенные недостатки, такие как разложение катализатора карбонилирования и/или промотора катализатора карбонилирования. Специалист в данной области техники должен быть способным регулировать параметры настоящего изобретения таким образом, чтобы температура жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, находилась в пределах желательных диапазонов согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, например, посредством регулирования скорости потока одного или нескольких параметров из газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, или объемной скорости потока жидкой реакционной композиции в зону мгновенного разделения, или чистоты газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода.

Жидкая реакционная композиция может быть пропущена в зону мгновенного разделения посредством клапана мгновенного испарения.

Зона мгновенного разделения может содержать адиабатический резервуар мгновенного испарения. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, зону мгновенного разделения можно нагревать посредством нагревательных устройств.

Зону мгновенного разделения можно эксплуатировать при манометрическом давлении в диапазоне, составляющем, как правило, от 0 до 10 бар и предпочтительно от 0 до 3 бар.

Предпочтительно по меньшей мере часть жидкой фракции из зоны мгновенного разделения возвращают в одну или обе из первой реакционной зоны и второй реакционной зоны.

Как описано выше, улучшенное разделение в зоне мгновенного разделения приводит к уменьшению объема и скорости потока жидкой фракции. Таким образом, когда по меньшей мере часть жидкой фракции возвращают в первую реакционную зону, уменьшение скорости потока жидкой фракции приводит к уменьшению охлаждения в первой реакционной зоне. Уменьшение охлаждения в первой реакционной зоне может обеспечить полезное применение тепла, которое в иных условиях может быть потеряно, и в результате этого уменьшаются энергозатраты процесса. Кроме того, поскольку уменьшается скорость потока жидкой фракции, также уменьшаются и скорости потоков жидкой реакционной композиции, пропускаемой из первой реакционной зоны во вторую реакционную зону, и жидкой реакционная композиции, пропускаемой из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения. В результате этого уменьшаются количества катализатора карбонилирования и необязательного промотора катализатора карбонилирования, пропускаемые в зону мгновенного разделения за единицу времени; и поскольку паровая фракция обогащается уксусной кислотой, также уменьшаются количества катализатора и необязательного промотора, пропускаемые в зону мгновенного разделения в расчете на единицу массы получаемой уксусной кислоты.

Согласно настоящему изобретению может быть также необязательно предусмотрена дополнительная стадия (стадия е)), на которой получаемую уксусную кислоту извлекают из паровой фракции, выходящей из зоны мгновенного разделения, посредством одной или нескольких ступеней дистилляции в дистилляционной зоне. Дистилляционная зона может содержать любое традиционное дистилляционное устройство, используемое для получения уксусной кислоты. Например, дистилляционная зона может содержать первую дистилляционную колонну, в которой получаемую уксусную кислоту отделяют от легких компонентов, таких как метилйодид и метилацетат. Легкие компоненты удаляются из верхней части колонны и могут возвращаться в первую или вторую реакционную зону. Кроме того, из верхней части колонны можно удалять отходящий газ низкого давления, содержащий неконденсирующиеся газы, такой как азот, монооксид углерода, водород и диоксид углерода. Такой поток отходящего газа низкого давления может быть пропущен через секцию обработки отходящего газа для удаления любых конденсирующихся материалов, таких как метилйодид, перед выпуском в атмосферу, например, через факел. Дистилляционная зона может содержать дополнительные дистилляционные колонны, например, одну или две дополнительные дистилляционные колонны, для удаления из получаемой уксусной кислоты других примесей, таких как вода и побочные продукты с более высокой температурой кипения.

Температура жидкой реакционной композиции, выведенный из первой реакционной зоны, может быть измерена на выпуске первой реакционной зоны, через который выводят жидкую реакционную композицию.

Температура жидкой реакционной композиции, пропускаемой из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения, может быть измерена на впуске зоны мгновенного разделения, через который пропускают жидкую реакционную композицию. Когда жидкую реакционную композицию пропускают в зону мгновенного разделения посредством клапана мгновенного испарения, температуру жидкой реакционной композиции, пропускаемой из второй реакционной зоны, может быть измерена у клапана мгновенного испарения.

Настоящее изобретение может быть осуществлено как периодический или непрерывный способ, предпочтительно как непрерывный способ.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ улучшения процесса получения уксусной кислоты в системе для реакции карбонилирования метанола, содержащей две реакционные зоны и зону мгновенного разделения, причем способ предусматривает стадии, на которых:

(a) вводят метанол и/или его реакционноспособное производное и монооксид углерода в первую реакционную зону, содержащую жидкую реакционную композицию, которую составляют катализатор карбонилирования, необязательно промотор катализатора карбонилирования, метилйодид, метилацетат, уксусная кислота и вода;

(b) выводят по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из первой реакционной зоны;

(c) пропускают по меньшей мере часть выведенной жидкой реакционной композиции во вторую реакционную зону, причем газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны; и

(d) пропускают по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения с получением паровой фракции, которая содержит уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат и отходящий газ низкого давления; и жидкой фракции, которая содержит катализатор карбонилирования и необязательный промотор катализатора карбонилирования, причем скорость потока газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, регулируют в диапазоне от 0,5F_G до 1,2F_G.

Согласно этому второму аспекту настоящего изобретения разнообразные варианты осуществления, которые описаны по отношению к первому аспекту настоящего изобретения, применимы в равной степени к способу согласно второму аспекту настоящего изобретения.

Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано следующими неограничительными примерами со ссылкой на фиг. 1. На фиг. 1 представлено в схематической форме устройство, подходящее для осуществления настоящего изобретения.

Устройство содержит первую реакционную зону (1), вторую реакционную зону (2), зону мгновенного разделения (3) и комбинированную дистилляционную колонну (не проиллюстрированную) для удаления легких фракций и высушивания. В процессе эксплуатации метанол и монооксид углерода вводят в первую реакционную зону (1) через трубопроводы (4) и (5), соответственно. В первой реакционной зоне (1) монооксид углерода вступает в контакт с жидкой реакционной композицией, которая содержит катализатор карбонилирования, необязательный промотор катализатора карбонилирования, метанол, метилацетат, воду, метилйодид и уксусную кислоту. Жидкую реакционную композицию выводят из первой реакционной зоны (1) через трубопровод (6) и пропускают во вторую реакционную зону (2), в которую вводят дополнительное количество монооксида углерода через трубопровод (7). Жидкую реакционную композицию из второй реакционной зоны (2) через клапан мгновенного испарения (8) пропускают в зону мгновенного разделения (3), в которой ее разделяют на две фазы: паровую фракцию и жидкую фракцию. Паровую фракцию, содержащую уксусную кислоту, метилйодид, воду, метанол и метилацетат, вводят через трубопровод (9) в дистилляционную зону, содержащую комбинированную дистилляционную колонну (не проиллюстрированную) для удаления легких фракций и высушивания, из которой удаляют отходящий газ низкого давления для извлечения очищенной уксусной кислоты. Жидкую фракцию, содержащую каталитические материалы и уксусную кислоту, возвращают в первую реакционную зону (1) через трубопровод (10).

В следующих примерах получение уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола монооксидом углерода в присутствии иридиевого катализатора и рутениевого промотора с использованием устройства, представленного на фиг.1, моделировали с применением компьютерной модели под товарным знаком ASPEN PLUS (версия 7.3). В процессе моделирования первая реакционная зона (1) содержала первичный реактор карбонилирования, представляющий собой резервуар с мешалкой, вторая реакционная зона (2) содержала вторичный реактор идеального вытеснения, имеющий меньший объем по сравнению с первичным реактором карбонилирования, представляющим собой резервуар с мешалкой, причем объем определяли таким образом, что продолжительность выдерживания во вторичной реакционной зоне (с учетом только жидкости, вводимой во вторичную зону) сохранялась на заданном уровне продолжительности выдерживания, и зона мгновенного разделения (3) содержала адиабатический резервуар мгновенного испарения. Жидкая реакционная композиция в первичном реакторе содержала 0,45 мас. % суммы катализатора промотора, 5 мас. % воды, 7 мас. % метилйодида и 11 мас. % метилацетата. Рабочее давление в первичном реакторе составляло 2,85⋅10⁶ Н⋅м^-2, и температуру в первичном реакторе поддерживали на уровне, составляющем приблизительно 193°С. Первичный реактор был оборудован мешалкой/пропеллером и камерой с перегородками для обеспечения тщательного перемешивания жидких и газообразных реагентов. Монооксид углерода вводили в первичный реактор через оборудованный барботером нижний смеситель. Адиабатический резервуар мгновенного испарения эксплуатировали при давлении 2,38⋅10⁵ Н⋅м^-2. Отходящий газ высокого давления выпускали из верхней части первичного реактора. Скорость реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, при температуре ее выведения из первой реакционной зоны, устанавливали на фиксированном уровне в диапазоне от 21,15 до 25,85 моль/л/час.

Используя приведенные выше параметры, проводили ряд моделирующих экспериментов для определения влияния скорости потока газа во вторую реакционную зону.

Добавление монооксида углерода во вторую реакционную зону приводило к дополнительной экзотермической реакции, происходящей в пределах второй реакционной зоны; следовательно, температура в зоне мгновенного разделения увеличивалась при увеличении скорости потока газа вплоть до максимального уровня температуры, после чего дальнейшее повышение скорости потока газа приводило к увеличению температуры в зоне мгновенного разделения, которое было меньше, чем максимальное увеличение температуры.

На фиг. 2 представлено влияние скорости потока газа на температуру в зоне мгновенного разделения для четырех различных значений продолжительности выдерживания (с учетом только жидкости, вводимой во вторую реакционную зону) в системе, которая описана выше, где газообразный исходный материал представлял собой чистый монооксид углерода, и скорость реакции составляла 23,5 моль/л/час. Как можно четко видеть на фиг. 2, для каждого значения продолжительности выдерживания температура в зоне мгновенного разделения сначала увеличивалась при увеличении скорости потока газа вплоть до максимальной температуры, достижимой для реакционной системы, и после этого уровня температура в зоне мгновенного разделения уменьшалась при увеличении скорости потока газа.

В таблице 1 представлены скорость потока газа, при которой достигнуто максимальное увеличение температуры в зоне мгновенного разделения, максимальная скорость потока газа как функция скорости характерной реакции, чистота СО и продолжительность выдерживания.

Изобретение относится к способу получения уксусной кислоты, предусматривающему стадии, на которых: (a) вводят метанол и/или его реакционноспособное производное и монооксид углерода в первую реакционную зону, содержащую жидкую реакционную композицию, которую составляют катализатор карбонилирования, необязательно промотор катализатора карбонилирования, метилйодид, метилацетат, уксусная кислота и вода; (b) выводят по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из первой реакционной зоны; (c) пропускают по меньшей мере часть выведенной жидкой реакционной композиции во вторую реакционную зону, причем газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны; и (d) пропускают по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения с образованием паровой фракции, которая содержит уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат, и жидкой фракции, которая содержит катализатор карбонилирования и необязательный промотор катализатора карбонилирования; причем скорость (кг/т) потока в килограммах газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, на тонну жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, находится в диапазоне от 0,5F_G до 1,2F_G, где F_G определяют согласно уравнению 1: , в котором t_r представляет собой продолжительность (с) выдерживания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны, вычисленную с использованием уравнения 2: , в котором V₂ представляет собой объем (м³) второй реакционной зоны, и F_f представляет собой объемную скорость (м³/с) потока жидкой реакционной композиции в зону мгновенного разделения, R_R представляет собой скорость (моль/л/ч) реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, при температуре, при которой ее выводят из первой реакционной зоны, и G_P представляет собой массовую долю монооксида углерода в газообразном исходном материале, содержащем монооксид углерода, который добавляется во вторую реакционную зону, выраженную в процентах. 13 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ получения уксусной кислоты предусматривает стадии, на которых:

(a) вводят метанол и/или его реакционноспособное производное и монооксид углерода в первую реакционную зону, содержащую жидкую реакционную композицию,

которую составляют катализатор карбонилирования, необязательно промотор катализатора карбонилирования, метилйодид, метилацетат, уксусная кислота и вода;

(b) выводят по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из первой реакционной зоны;

(c) пропускают по меньшей мере часть выведенной жидкой реакционной композиции во вторую реакционную зону, причем газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках выше по потоку относительно второй реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны или в комбинации одной или нескольких точек выше по потоку относительно второй реакционной зоны и одной или нескольких точек в пределах второй реакционной зоны; и

(d) пропускают по меньшей мере часть жидкой реакционной композиции из второй реакционной зоны в зону мгновенного разделения с образованием паровой фракции, которая содержит уксусную кислоту, метилйодид, метилацетат, и жидкой фракции, которая содержит катализатор карбонилирования и необязательный промотор катализатора карбонилирования;

причем скорость (кг/т) потока в килограммах газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, на тонну жидкой реакционной композиции, пропускаемой в зону мгновенного разделения, находится в диапазоне от 0,5F_G до 1,2F_G, где F_G определяют согласно уравнению 1:

,

в котором t_r представляет собой продолжительность (с) выдерживания жидкой реакционной композиции в пределах второй реакционной зоны, вычисленную с использованием уравнения 2:

,

в котором V₂ представляет собой объем (м³) второй реакционной зоны, и F_f представляет собой объемную скорость (м³/с) потока жидкой реакционной композиции в зону мгновенного разделения, R_R представляет собой скорость (моль/л/час) реакции жидкой реакционной композиции, пропускаемой во вторую реакционную зону, при температуре, при которой ее выводят из первой реакционной зоны, и G_P представляет собой массовую долю монооксида углерода в газообразном исходном материале, содержащем монооксид углерода, который добавляется во вторую реакционную зону, выраженную в процентах.

2. Способ по п. 1, в котором скорость потока газообразного исходного материала, содержащего монооксид углерода, который добавляют во вторую реакционную зону, находится в диапазоне от 0,7F_G до 1,1F_G, предпочтительно от 0,8F_G до 1,05F_G, предпочтительнее от 0,9F_G до 1,05F_G, наиболее предпочтительно от 0,95F_G до l,0F_G.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, имеет такой же состав, как монооксид углерода, который вводят в первую реакционную зону.

4. Способ по п. 1 или 2, в котором газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, представляет собой чистый монооксид углерода.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, содержит примеси.

6. Способ по п. 5, в котором газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, содержит отходящий газ высокого давления из первой реакционной зоны.

7. Способ по п. 5, в котором газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавленный в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, состоит из отходящего газа высокого давления из первой реакционной зоны.

8. Способ по любому из пп. 5-7, в котором G_P составляет по меньшей мере 0,5, предпочтительнее по меньшей мере 0,6, еще предпочтительнее по меньшей мере 0,7, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,8, и составляет менее чем 1, предпочтительно составляет не более чем 0,95, предпочтительнее не более чем 0,9.

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором t_r находится в диапазоне от 10 секунд до 5 минут, предпочтительно в диапазоне от 30 секунд до 3 минут.

10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором практически всю жидкость, выведенную из первой реакционной зоны, пропускают во вторую реакционную зону.

11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором весь газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, выше по потоку относительно второй реакционной зоны.

12. Способ по любому из пп. 1-10, в котором весь газообразный исходный материал, содержащий монооксид углерода, добавляют в жидкую реакционную композицию, выведенную из первой реакционной зоны, в одной или нескольких точках в пределах второй реакционной зоны.

13. Способ по любому из пп. 1-12, в котором первую и вторую реакционную зоны содержат в отдельных реакционных резервуарах.

14. Способ по любому из пп. 1-12, в котором вторая реакционная зона содержит отрезок трубы между первой реакционной зоной и зоной мгновенного разделения.