СПОСОБ СИНТЕЗА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ ПУТЕМ КАРБОНИЛИРОВАНИЯ МЕТАНОЛА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК C07C51/12 C07C51/44 C07C53/08 B01J23/40 C07B41/08 B01J27/13 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу синтеза уксусной кислоты, в частности, к способу синтеза уксусной кислоты путем карбонилирования метанола низкого давления.

Уровень техники

Уксусная кислота является одним из важных органических химических сырьевых материалов, в основном используемым в производстве винилацетата, уксусного ангидрида, ацетата целлюлозы, ацетатного сложного эфира, терефталевой кислоты, хлоруксусной кислоты и т.д., и может, помимо прочего, широко использоваться в областях химической промышленности, легкой промышленности, текстиля, медицины, полиграфии и крашении. В настоящее время уксусную кислоту в основном производят по технологиям окисления ацетальдегида, прямого окисления олефинов и карбонилирования метанола, среди которых карбонилирование метанола постепенно стало одним из основных способов получения уксусной кислоты благодаря преимуществам высокой конверсии метанола, меньшему количеству побочных продуктов и т.д.

Способ получения уксусной кислоты карбонилированием метанола в основном включает две стадии: образование газообразного СО и получение уксусной кислоты. В соответствии с примером, в котором СО получают с использованием кокса в качестве сырья, стадия образования газообразного СО в основном включает операции образования газа, десульфурации, удаления СО₂, сжатия и т.д. Стадия получения уксусной кислоты может быть дополнительно разделена на операции проведения реакции карбонилирования, мгновенного испарения, ректификации в системе поглощения йодистого метила высокого давления и низкого давления, приготовления катализатора и др.

В предшествующем уровне техники производство уксусной кислоты путем карбонилирования метанола включает реакцию, в которой СО и метанол используют в качестве сырьевых материалов, полученную уксусную кислоту используют в качестве растворителя, благородный металл Ir-Ru или Rh используют в качестве основного катализатора и добавляют йодистый метил, йодид лития, уксусную кислоту и воду для образования гомогенной каталитической реакционной системы. Получение уксусной кислоты карбонилированием метанола обычно включает стадии: введение метанола и СО в реактор для контакта с гомогенным раствором катализатора, взаимодействие СО с метанолом под действием катализаторов и сокатализаторов с получением уксусной кислоты и одновременное выделение теплоты реакции; после реакции раствор направляют в колонну мгновенного испарения для мгновенного испарения. После мгновенного испарения смесь была разделена на газофазный компонент, содержащий уксусную кислоту, и жидкофазный компонент, содержащий основной катализатор, при этом жидкофазный компонент, содержащий катализатор, рециркулируют в реактор для последующей реакции, а газофазный компонент, содержащий уксусную кислоту, подают в колонну отгонки легких компонентов на ректификацию, таким образом отделяя легкие компоненты, представляющие собой воду, метилацетат и сокатализатор йодистый метил, и легкие компоненты рециркулируют через насос в реактор для последующей реакции. Тяжелая фаза, полученная в колонне удаления легких компонентов, в основном содержит воду, уксусную кислоту и примеси, такие как пропионовая кислота. Этот поток направляют в осушительную колонну для обезвоживания, после чего обезвоженный поток направляют в колонну для тяжелых компонентов, в которой тяжелые компоненты, такие как пропионовая кислота, удаляют с получением уксусной кислоты в качестве продукта. Способ предшествующего уровня техники имеет низкую эффективность мгновенного испарения, такую как степень мгновенного испарения примерно 20%, и имеет низкую степень газификации, что приводит к непрерывной циркуляции уксусной кислоты в реакционной жидкости, увеличивая количество циркулирующего маточного раствора. В то же время быстрая циркуляция означает меньшее время пребывания в реакторе, что, в свою очередь, приведет к снижению степени конверсии катализатора во времени, снижению эффективности реакции и недостаточной загрузке. Большое количество мгновенного испарения будет выносить катализатор из благородного металла из газовой фазы мгновенного испарения, что приведет к увеличению потерь и увеличению стоимости на единицу уксусной кислоты. Кроме того, большое количество мгновенного испарения требует повторного использования большого количества легких компонентов (вода, йодистый метил, метилацетат), что увеличивает потребление энергии.

Изобретение (US 3769329), поданное в начале 1980-х Пауликом и др. из MONSANTO COMPANY, раскрывает гомогенный родиевый катализатор для оксосинтеза, что представляет собой уникальный подход к процессу оксосинтеза. После постоянного совершенствования и модификации технология оксосинтеза с использованием катализатора на основе родия до настоящего времени стала наиболее важным и наиболее производительным процессом в промышленном производстве уксусной кислоты. Реакционный процесс включает получение уксусной кислоты посредством реакции между метанолом и СО при катализе родиевым катализатором, который представляет собой анионный низкомолекулярный комплекс, имеющий формулу [Rh(CO)₂I₂]^-. Традиционный процесс на основе родия требует использования большого количества воды в качестве стабилизатора катализатора. Такое высокое содержание воды в реакционном растворе приводит к высокому паровому эффекту на последующей стадии ректификации. Обычный процесс получения уксусной кислоты имеет расход пара от 1,5 до 1,8 тонны на тонну уксусной кислоты. Такой высокий расход пара приводит к высокой себестоимости производства уксусной кислоты, что неблагоприятно сказывается на конкурентоспособности на рынке.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является создание способа синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления для преодоления недостатков, существующих в указанном выше уровне техники.

Цель настоящего изобретения может быть реализована посредством следующих технических решений.

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления, включающий:

(1) введение метанола и СО в реактор без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования, подачу жидкофазной части из средней части реактора без перемешивания в испаритель мгновенного испарения для мгновенного испарения, таким образом разделяя ее с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента;

(2) осуществление теплообмена между жидкофазным компонентом и теплообменником мгновенного испарения маточного раствора и после нагревания подачу жидкофазного компонента на вторичное мгновенное испарение, таким образом, разделяя его с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента;

(3) подачу первичного газофазного компонента и вторичного газофазного компонента, полученных разделением, в ловушку для катализатора, из которой улавливаемый катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель мгновенного испарения, а затем подачу газофазных компонентов в колонну отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента;

(4) рециркуляцию жидкофазных компонентов, полученных на стадии (1) и стадии (2), обратно в реактор без перемешивания для реакции;

(5) подачу тяжелого компонента, полученного на стадии (3), в колонну ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом разделяя его с получением уксусной кислоты.

В реакторе без перемешивания используют самодействующую циркуляционную систему смешивания. Метанол смешивают с жидкофазным компонентом (компонентами) вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор. После указанного смешивания температура жидкофазного компонента (компонентов) снижается, в то время как температура подаваемого метанола повышается, таким образом реализуют функцию предварительного нагревания сырья.

СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости, так что смешанная жидкость перемешивается после подачи в реактор, тем самым достигают эффекта мешалки. Обычный реактор с мешалкой, такой как реактор для уксусной кислоты вместимостью 200000-400000 тонн, нуждается в мешалке мощностью 75 кВт, таким образом, может быть достигнуто снижение энергии примерно на 75 киловатт-часов, когда реактор без перемешивания используют вместо реактора предшествующего уровня техники.

Для испарителя мгновенного испарения можно использовать три источника тепла:

реакционная жидкость из реактора (реакция экзотермическая, и в процессе производства необходимо непрерывно отводить тепло), которую вводят через выходной патрубок внешнего циркуляционного насоса;

пар, генерируемый внешним циркуляционным теплообменником, который может в достаточной степени использовать тепло реакции для достижения цели экономии энергии и снижения потребления, и

пар в паровой сети.

Благодаря сочетанию указанных выше условий процесса реакционная жидкость полностью отделяется посредством использования тепла реакции, что снижает неэффективную циркуляцию и экономит потребление энергии и пара.

Реакционная жидкость в реакторе без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: от 10 до 21600 частей на миллион катализатора из металлов VIII группы, от 2 до 8 частей воды, от 1 до 25 частей йодистого водорода, от 5 до 25 частей на миллион йодистого метила, от 1 до 12 йодида лития, от 0,5 до 6 ацетата лития, от 0,5 до 25 метилацетата, от 20 до 8000 частей на миллион пропионовой кислоты и от 30 до 80 частей на миллион уксусной кислоты.

Катализатор из металлов группы VIII выбирают из группы, состоящей из рутения, палладия, родия, иридия, кобальта, платины и сочетания двух или более из них.

Катализатор из металлов группы VIII включает следующие компоненты, предпочтительно при следующем содержании: от 100 до 15000 частей на миллион иридия, от 50 до 5000 частей на миллион рутения, от 50 до 500 частей на миллион палладия, от 10 до 200 частей на миллион платины и от 50 частей на миллион до 90 частей на миллион родия 50-900 частей на миллион.

Катализатор из металлов группы VIII включает следующие компоненты, предпочтительно при следующем содержании:

рутений: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион или,

родий: 50-900 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион или,

палладий: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион или,

рутений: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион, родий: 50-900 частей на миллион, или

платина: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион.

Реактор без перемешивания имеет температуру реакции 180-220°С и давление 2,5-3,4 МПа изб.

Испаритель мгновенного испарения имеет температуру мгновенного испарения 100-160°С, давление 0,05-0,15 МПа изб. и коэффициент мгновенного испарения (отношение количества мгновенного испарения к количеству подаваемого метанола) 15-5; а вторичное мгновенное испарение имеет температуру мгновенного испарения 100-160°С и давление 0,05-0,15 МПа изб.

Колонна отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 40-80, рабочее давление 0,05-0,30 МПа изб., температуру наверху 90-140°С, температуру нижней части колонны 145-165°С и флегмовое число 0,3-1,5.

Колонна ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 60-100, рабочее давление от -0,5 МПа изб. до 0,35 МПа изб., температуру наверху 80-140°С, температуру нижней части колонны 145-165°С и флегмовое число 1-4.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники.

(1) Реагенты в реакторе подвергаются как внешнему, так и внутреннему смешиванию. Внешнее смешивание относится к предварительному смешиванию извлеченной высокотемпературной реакционной жидкости с низкотемпературным подаваемым материалом. После внешнего смешивания реакционная жидкость охлаждается, а подаваемый материал нагревается, таким образом достигается предварительный нагрев сырья. Внутреннее смешивание осуществляется путем подачи исходного СО и введения смешанной извне жидкой фазы, увлекаемых при этом в реакционный сосуд под разными углами, так что смешанная жидкость перемешивается после введения в реактор, достигая эффекта отсутствия перемешивания в сочетании с оборудованием и технологическими трубопроводами, что позволяет экономить электроэнергию.

(2) Тепло реакции используют для тщательного разделения реакционной жидкости, что снижает неэффективную циркуляцию и экономит потребление энергии и пара.

(3) Благодаря разработанному составу катализатора, концентрация катализатора увеличена более чем в 5 раз по сравнению с концентрацией обычного катализатора из одного родия. В частности, обычная родиевая каталитическая система имеет концентрацию родия 800 частей на миллион или ниже, в то время как комбинированный катализатор по настоящему изобретению может иметь повышенную общую концентрацию катализатора 6000-9000 частей на миллион, а выход продукта за один проход в единицу времени на единицу объема увеличивается до уровня 20-35 моль/(л⋅ч) по сравнению с обычной родиевой системой [7-8 моль/(л⋅ч)], таким образом, может быть достигнут улучшенный выход. В настоящем изобретении обычный родиевый катализатор используют в сочетании с дополнительными металлическими катализаторами из рутения, палладия, родия, иридия, платины и/или индия, сочетания двух или более металлических катализаторов взаимодействуют друг с другом, так что катализатор все еще может проявлять активность даже при низком парциальном давлении СО и низком содержании воды. Кроме того, введение соли йодида лития в качестве сокатализатора может обеспечить повышенную стабильность, и осаждение не будет происходить легко.

(4) Традиционный процесс первичного мгновенного испарения обеспечивает степень газификации уксусной кислоты 20%. С другой стороны, в способе по изобретению маточный раствор, который подвергается мгновенному испарению, подвергается теплообмену с теплообменником мгновенного испарения маточного раствора. После нагревания маточный раствор подвергают вторичному мгновенному испарению, чтобы увеличить степень газификации уксусной кислоты с 20% до 25% и одновременно отвести реакционное тепло. Способ по настоящему изобретению может обеспечить повышенный выход катализатора за один проход в единицу времени на единицу объема в том же объеме реактора с более высокой степенью мгновенного испарения, при этом выход может быть увеличен на 10-30%. При этом тепло, выделяющееся в результате реакции, утилизируется без дополнительных затрат. Способ по настоящему изобретению применим для промышленного масштабирования и модификации путем использования существующего реактора.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена технологическая схема синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления.

Обозначения на чертеже: 1 - реактор без перемешивания, 2 - испаритель мгновенного испарения, 3 - теплообменник мгновенного испарения маточного раствора, 4 - ловушка катализатора, 5 - колонна отгонки легких компонентов, 6 - колонна ректификации тяжелых компонентов.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на конкретные воплощения. Нижеследующие примеры помогут специалистам в данной области техники лучше понять настоящее изобретение, но они никоим образом не ограничивают настоящее изобретение. Следует отметить, что специалисты в данной области могут сделать ряд модификаций и улучшений, не выходя за рамки концепции настоящего изобретения, и все они попадают в объем защиты настоящего изобретения.

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, показанной на фиг. 1, включает следующие стадии.

(1) Метанол и СО вводят в реактор 1 без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора. В реакторе 1 без перемешивания используют самодействующую циркуляционную систему смешивания. Метанол смешивают с жидкофазным компонентом (компонентами) вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор. После внешнего смешивания жидкий компонент (компоненты) охлаждается, в то время как подаваемый метанол нагревается, таким образом достигается предварительный нагрев подаваемого материала. СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости, так что смешанная жидкость перемешивается после введения в реактор, чем достигают эффекта мешалки. Обычный реактор с мешалкой, такой как реактор для уксусной кислоты вместимостью 200000-400000 тонн, нуждается в мешалке мощностью 75 кВт, таким образом, может быть достигнуто снижение энергии примерно на 75 киловатт-часов, когда реактор без перемешивания используют вместо реактора предшествующего уровня техники. Реакционная жидкость в реакторе 1 без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: от 10 до 21600 частей на миллион катализатора из металлов VIII группы, от 2 до 8 воды, от 1 до 25 йодистого водорода, от 5 до 25 частей на миллион йодистого метила, от 1 до 12 йодида лития, от 0,5 до 6 ацетата лития, от 0,5 до 25 метилацетата, от 20 до 8000 частей на миллион пропионовой кислоты и от 30 до 80 уксусной кислоты. Вышеуказанный катализатор из металлов VIII группы выбирают из группы, состоящей из рутения, палладия, родия, иридия, кобальта, платины и сочетания двух или более из них. Реакционную жидкость подвергают реакции карбонилирования в реакторе 1 без перемешивания при температуре реакции 180-220°С и давлении 2,5-3,4 МПа изб. Жидкий компонент, полученный в результате реакции, направляют в испаритель 2 мгновенного испарения для мгновенного испарения при температуре мгновенного испарения 100-160°С, давлении 0,05-0,15 МПа изб. и коэффициенте мгновенного испарения (отношение между количеством мгновенного испарения и количеством подаваемого метанола) 15-5, таким образом разделяя жидкий компонент с получением жидкофазного компонента и газообразного компонента.

(2) Жидкофазный компонент подвергают теплообмену с помощью теплообменника мгновенного испарения маточной жидкости, и после нагревания жидкофазный компонент направляют на вторичное мгновенное испарение при температуре мгновенного испарения 100-160°С и давлении 0,05-0,15 МПа изб., таким образом, жидкофазный компонент разделяют с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента.

(3) Первичный газофазный компонент и вторичный газофазный компонент, полученные путем разделения, поступают в ловушку 4 для катализатора, из которой улавливаемый катализатор извлекают и рециркулируют его в испаритель 2 мгновенного испарения, а затем газофазные компоненты направляют в колонну 5 отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента, при этом колонна отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 40-80, рабочее давление 0,05-0,30 МПа изб., температуру наверху 90-140°С, температуру нижней части колонны 145-165°С, флегмовое число 0,3-1,5.

(4) Жидкофазные компоненты, полученные на стадии (1) и стадии (2), рециркулируют обратно в реактор 1 без перемешивания для реакции.

(5) Тяжелый компонент, полученный на стадии (3), направляют в колонну 6 ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом, его разделяют с получением уксусной кислоты, при этом колонна 6 ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 60-100, рабочее давление от - 0,5 МПа изб. до 0,2 МПа изб., температуру наверху 80-140°С, температуру нижней части колонны 145-165°С, флегмовое число 1-4.

Благодаря сочетанию вышеперечисленных условий процесса реакционную жидкость полностью разделяют посредством использования тепла реакции, что снижает неэффективную циркуляцию и экономит потребление энергии и пара.

Ниже приведены более подробные примеры для дополнительной иллюстрации технических решений настоящего изобретения и технических эффектов, получаемых из них.

Пример 1

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, показанной на фиг. 1, включает следующие стадии.

(1) Метанол и СО вводят в реактор 1 без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора. В реакторе 1 без перемешивания использует самодействующую циркуляционную систему смешивания. Метанол смешивают с жидкофазным компонентом (компонентами) вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор. После внешнего смешивания жидкий компонент (компоненты) охлаждается, в то время как подаваемый метанол нагревается, таким образом достигается предварительный нагрев подаваемого материала. СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости, так что смешанная жидкость перемешивается после введения в реактор, чем достигают эффекта мешалки. Нет необходимости включать механическое перемешивание или другие средства перемешивания, что может сэкономить энергию. Реакционная жидкость в реакторе 1 без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: 60 частей на миллион катализатора из металла группы VIII рутения, 2 воды, 1 йодистого водорода, 5 йодистого метила, 1 йодида лития, 0,5 ацетата лития, 0,5 метилацетата, 20 частей на миллион пропионовой кислоты и 30 уксусной кислоты. Реакционную жидкость подвергают реакции карбонилирования в реакторе 1 без перемешивания при температуре реакции 180°С и давлении 2,5 МПа изб. Жидкий компонент, полученный в результате реакции, подают в испаритель 2 мгновенного испарения для мгновенного испарения при температуре мгновенного испарения 100°С, давлении 0,05 МПа изб. и коэффициенте мгновенного испарения (отношении количества мгновенного испарения к количеству подаваемого метанола) 15, таким образом, жидкий компонент разделяют с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента.

(2) Жидкофазный компонент подвергают теплообмену с помощью теплообменника 3 мгновенного испарения маточной жидкости, и после нагревания жидкофазный компонент направляют на вторичное мгновенное испарение при температуре мгновенного испарения 100°С и давлении 0,05 МПа изб., таким образом, жидкофазный компонент разделяют с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента.

(3) Первичный газофазный компонент и вторичный газофазный компонент, полученные путем разделения, поступают в ловушку 4 для катализатора, из которой уловленный катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель 2 мгновенного испарения, а затем газофазные компоненты направляют в колонну 5 отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента, при этом колонна 5 отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 40, рабочее давление 0,05 МПа изб., температуру наверху 90°С, температуру нижней части колонны 145°С и флегмовое число 0,3.

(4) Жидкофазные компоненты, полученные на стадии (1) и стадии (2), рециркулируют обратно в реактор 1 без перемешивания для реакции.

(5) Тяжелый компонент, полученный на стадии (3), направляют в колонну 6 ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом, его разделяют с получением уксусной кислоты, при этом колонна 6 ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 60, рабочее давление - 0,5 МПа изб., температуру наверху 80°С, температуру нижней части колонны 145°С и флегмовое число 1.

Пример 2

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, показанной на фиг. 1, включает следующие стадии.

(1) Метанол и СО вводят в реактор 1 без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора. В реакторе 1 без перемешивания используют самодействующую циркуляционную систему смешивания. Метанол смешивают с жидкофазным компонентом (компонентами) вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор. После внешнего смешивания жидкий компонент (компоненты) охлаждается, в то время как подаваемый метанол нагревается, таким образом достигается предварительный нагрев подаваемого материала. СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости, так что смешанная жидкость перемешивается после введения в реактор, чем достигают эффекта мешалки. Нет необходимости включать механическое перемешивание или другие средства перемешивания, что может сэкономить энергию. Реакционная жидкость в реакторе 1 без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: 100 частей на миллион катализатора из металла группы VIII иридия, 900 частей на миллион катализатора из металла группы VIII родия, 3 воды, 10 йодистого водорода, 10 йодистого метила, 8 йодида лития, 5 ацетата лития, 20 метилацетата, 1000 частей на миллион пропионовой кислоты и 40 уксусной кислоты. Реакционную жидкость подвергают реакции карбонилирования в реакторе 1 без перемешивания при температуре реакции 200°С и давлении 3 МПа изб. Жидкий компонент, полученный в результате реакции, подают в испаритель 2 мгновенного испарения для мгновенного испарения при температуре мгновенного испарения 120°С, давлении 0,12 МПа изб. и коэффициенте мгновенного испарения (отношении количества мгновенного испарения к количеству подаваемого метанола) 10, таким образом, жидкий компонент разделяют с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента.

(2) Жидкофазный компонент подвергают теплообмену с помощью теплообменника 3 мгновенного испарения маточной жидкости, и после нагревания жидкофазный компонент направляют на вторичное мгновенное испарение при температуре мгновенного испарения 120°С и давлении 0,12 МПа изб., таким образом, жидкофазный компонент разделяют с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента.

(3) Первичный газофазный компонент и вторичный газофазный компонент, полученные путем разделения, направляют в ловушку 4 для катализатора, из которой уловленный катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель 2 мгновенного испарения, а затем газофазные компоненты направляют в колонну 5 отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента, при этом колонна 5 отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 60, рабочее давление 0,1 МПа изб., температуру наверху 100°С, температуру нижней части колонны 155°С и флегмовое число 0,8.

(4) Жидкофазные компоненты, полученные на стадии (1) и стадии (2), рециркулируют обратно в реактор 1 без перемешивания для реакции.

(5) Тяжелый компонент, полученный на стадии (3), направляют в колонну 6 ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом, его разделяют с получением уксусной кислоты, при этом колонна 6 ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 90, рабочее давление 0,1 МПа изб., температуру наверху 120°С, температуру нижней части колонны 150°С и флегмовое число 3.

Пример 3

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, показанной на фиг. 1, включает следующие стадии.

(1) Метанол и СО вводят в реактор 1 без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора. В реакторе 1 без перемешивания использует самодействующую циркуляционную систему смешивания. Метанол смешивают с жидкофазным компонентом (компонентами) вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор. После внешнего смешивания жидкий компонент (компоненты) охлаждается, в то время как подаваемый метанол нагревается, таким образом достигается предварительный нагрев подаваемого материала. СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости, так что смешанная жидкость перемешивается после введения в реактор, чем достигают эффекта мешалки. Нет необходимости включать механическое перемешивание или другие средства перемешивания, что может сэкономить энергию. Реакционная жидкость в реакторе 1 без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: 500 частей на миллион катализатора из металла группы VIII палладия, 15000 частей на миллион катализатора из металла группы VIII иридия, 8 воды, 25 йодистого водорода, 25 йодистого метила, 12 йодида лития, 6 ацетата лития, 25 метилацетата, 6000 частей на миллион пропионовой кислоты и 50 уксусной кислоты. Реакционную жидкость подвергают реакции карбонилирования в реакторе 1 без перемешивания при температуре реакции 220°С и давлении 3,4 МПа изб. Жидкий компонент, полученный в результате реакции, подают в испаритель 2 мгновенного испарения для мгновенного испарения при температуре мгновенного испарения 150°С, давлении 0,13 МПа изб. и коэффициенте мгновенного испарения (отношении количества мгновенного испарения к количеству подаваемого метанола) 10, таким образом, жидкий компонент разделяют с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента.

(2) Жидкофазный компонент подвергают теплообмену с помощью теплообменника 3 мгновенного испарения маточной жидкости, и после нагревания жидкофазный компонент направляют на вторичное мгновенное испарение при температуре мгновенного испарения 160°С и давлении 0,15 МПа изб., таким образом, жидкофазный компонент разделяют с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента.

(3) Первичный газофазный компонент и вторичный газофазный компонент, полученные путем разделения, направляют в ловушку 4 для катализатора, из которой уловленный катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель 2 мгновенного испарения, а затем газофазные компоненты направляют в колонну 5 отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента, при этом колонна 5 отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 80, рабочее давление 0,15 МПа изб., температуру наверху 140°С, температуру нижней части колонны 160°С и флегмовое число 1,2.

(4) Жидкофазные компоненты, полученные на стадии (1) и стадии (2), рециркулируют обратно в реактор 1 без перемешивания для реакции.

(5) Тяжелый компонент, полученный на стадии (3), направляют в колонну 6 ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом, его разделяют с получением уксусной кислоты, при этом колонна 6 ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 100, рабочее давление 0,2 МПа изб., температуру наверху 140°С, температуру нижней части колонны 160°С и флегмовое число 4.

Пример 4

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, показанной на фиг. 1, включает следующие стадии.

(1) Метанол и СО вводят в реактор 1 без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора. В реакторе 1 без перемешивания используют самодействующую циркуляционную систему смешивания. Метанол смешивают с жидкофазным компонентом (компонентами) вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор. После внешнего смешивания жидкий компонент (компоненты) охлаждается, в то время как подаваемый метанол нагревается, таким образом достигается предварительный нагрев подаваемого материала. СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости, так что смешанная жидкость перемешивается после введения в реактор, чем достигают эффекта мешалки. Нет необходимости включать механическое перемешивание или другие средства перемешивания, что может сэкономить энергию. Реакционная жидкость в реакторе 1 без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: 100 частей на миллион катализатора из металла группы VIII иридия, 5000 частей на миллион катализатора из металла группы VIII рутения, 100 частей на миллион катализатора из металла группы VIII палладия, 10 частей на миллион катализатора из металла группы VIII платины, 50 частей на миллион катализатора из металла группы VIII родия, 6 воды, 22 йодистого водорода, 20 йодистого метила, 6 йодида лития, 0,8 ацетата лития, 20 метилацетата, 8000 частей на миллион пропионовой кислоты и 80 уксусной кислоты. Реакционную жидкость подвергают реакции карбонилирования в реакторе 1 без перемешивания при температуре реакции 190°С и давлении 3 МПа изб. Жидкий компонент, полученный в результате реакции, подают в испаритель 2 мгновенного испарения для мгновенного испарения при температуре мгновенного испарения 160°С, давлении 0,15 МПа изб. и коэффициенте мгновенного испарения (отношении количества мгновенного испарения к количеству подаваемого метанола) 5, таким образом, жидкий компонент разделяют с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента.

(2) Жидкофазный компонент подвергают теплообмену с помощью теплообменника 3 мгновенного испарения маточной жидкости, и после нагревания жидкофазный компонент направляют на вторичное мгновенное испарение при температуре мгновенного испарения 130°С и давлении 0,1 МПа изб., таким образом, жидкофазный компонент разделяют с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента.

(3) Первичный газофазный компонент и вторичный газофазный компонент, полученные путем разделения, направляют в ловушку 4 для катализатора, из которой уловленный катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель 2 мгновенного испарения, а затем газофазные компоненты направляют в колонну 5 отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента, при этом колонна 5 отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 50, рабочее давление 0,1 МПа изб., температуру наверху 100°С, температуру нижней части колонны 165°С и флегмовое число 1,5.

(4) Жидкофазные компоненты, полученные на стадии (1) и стадии (2), рециркулируют обратно в реактор 1 без перемешивания для реакции.

(5) Тяжелый компонент, полученный на стадии (3), направляют в колонну 6 ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом, его разделяют с получением уксусной кислоты, при этом колонна 6 ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 100, рабочее давление -0,3 МПа изб., температуру верхнего погона 100°С, температуру нижней части колонны 165°С и флегмовое число 2.

Пример 5

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, в основном идентичной схеме примера 3, за исключением того, что в реакционной жидкости, используемой в этом примере, компоненты и содержание катализатора из металла VIII группы являются следующими: 100 частей на миллион рутения, 500 частей на миллион иридия и 50 частей на миллион родия.

Пример 6

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, в основном идентичной схеме примера 3, за исключением того, что в реакционной жидкости, используемой в этом примере, компоненты и содержание катализатора из металлов VIII группы являются следующими: 500 частей на миллион платины и 15000 частей на миллион иридия.

Пример 7

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, в основном идентичной схеме примера 4, за исключением того, что в реакционной жидкости, используемой в этом примере, компоненты и содержание катализатора из металлов VIII группы являются следующими: 500 частей на миллион родия и 15000 частей на миллион иридия.

Пример 8

Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления с технологической схемой, в основном идентичной схеме примера 4, за исключением того, что в реакционной жидкости, используемой в этом примере, компоненты и содержание катализатора из металлов VIII группы являются следующими: 50 частей на миллион рутения, 500 частей на миллион иридия и 50 частей на миллион родия.

Пример 9

В этом примере используют схему процесса из примера 4. Согласно расчетам на основе существующего объема реакционного котла в 200000 тонн, производительность для этого реакционного объема может быть увеличена до производственной мощности 500000 тонн после использования нового катализатора.

Были достигнуты следующие преимущества: а. основной катализатор является недорогим; b. он обладает хорошей стабильностью, может сохранять высокую концентрацию катализатора (2000-8000 частей на миллион) и может достигать более высокого выхода продукта за один проход в единицу времени на единицу объема, составляющего 20-35 моль уксусной кислоты/(л⋅ч); с. капитальные затраты могут быть сохранены на уровне 10-30%; d. так как концентрация воды в системе снижается до 1-8 масс. %, уменьшается количество побочного продукта пропионовой кислоты, следовательно, потребление общедоступных инженерно-технического персонала может быть уменьшено на 20-50%; е. на основе заявляемой технологии производственная мощность действующего завода может быть увеличена более чем на 35%.

В описании этой заявки ссылки на термины «воплощение», «пример», «конкретный пример» и т.д. означает, что конкретный признак, конструкция, материал или характеристика, описанные в связи с воплощением или примером, включены по меньшей мере в одно воплощение или пример настоящего изобретения. В этом описании схематические представления приведенных выше терминов не обязательно относятся к одному и тому же воплощению или примеру. Кроме того, описанные конкретные признаки, конструкции, материалы или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в любом одном или более воплощениях или примерах.

Приведенное выше описание воплощений предназначено для облегчения понимания и использования изобретения специалистами в данной области техники. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в эти воплощения могут быть внесены различные модификации, и описанные здесь общие принципы могут быть применены к другим воплощениям без достижения изобретательского уровня. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено вышеуказанными воплощениями, и все усовершенствования и модификации, сделанные специалистами в данной области техники в соответствии с описанием настоящего изобретения без отклонения от объема настоящего изобретения, должны попадать в объем охраны настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления, включающему: (1) введение метанола и СО в реактор без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора, подачу жидкофазной части из средней части реактора без перемешивания в испаритель мгновенного испарения для мгновенного испарения, таким образом разделяя ее с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента; (2) осуществление теплообмена между жидкофазным компонентом и теплообменником мгновенного испарения маточного раствора и после нагревания подачу жидкофазного компонента на вторичное мгновенное испарение, таким образом, разделяя его с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента; (3) подачу первичного газофазного компонента и вторичного газофазного компонента, полученных разделением, в ловушку для катализатора, из которой улавливаемый катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель мгновенного испарения, а затем подачу газофазных компонентов в колонну отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента; (4) рециркуляцию жидкофазных компонентов, полученных на стадии (1) и стадии (2), обратно в реактор без перемешивания для реакции; (5) подачу тяжелого компонента, полученного на стадии (3), в колонну ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом разделяя его с получением уксусной кислоты. Техническим результатом изобретения является полное разделение жидкости посредством использования тепла реакции, снижение неэффективной циркуляции и экономия потребления энергии и пара. 1 ил., 9 пр.

1. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления, отличающийся тем, что он включает:

(1) введение метанола и СО в реактор без перемешивания для проведения в нем реакции карбонилирования в присутствии катализатора, подачу жидкофазной части из средней части реактора без перемешивания в испаритель мгновенного испарения для мгновенного испарения, таким образом разделяя ее с получением жидкофазного компонента и газофазного компонента;

(2) осуществление теплообмена между жидкофазным компонентом и теплообменником мгновенного испарения маточного раствора и после нагревания подачу жидкофазного компонента на вторичное мгновенное испарение, таким образом, разделяя его с получением вторичного жидкофазного компонента и вторичного газофазного компонента;

(3) подачу первичного газофазного компонента и вторичного газофазного компонента, полученных разделением, в ловушку для катализатора, из которой улавливаемый катализатор извлекают и рециркулируют в испаритель мгновенного испарения, а затем подачу газофазных компонентов в колонну отгонки легких компонентов для ректификации, таким образом разделяя их с получением легкого компонента и тяжелого компонента;

(4) рециркуляцию жидкофазных компонентов, полученных на стадии (1) и стадии (2), обратно в реактор без перемешивания для реакции;

(5) подачу тяжелого компонента, полученного на стадии (3), в колонну ректификации тяжелых компонентов для ректификации, таким образом разделяя его с получением уксусной кислоты.

2. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что в реакторе без перемешивания используют самодействующую циркуляционную систему смешивания, метанол смешивают с жидкофазным компонентом или компонентами вне реактора без перемешивания с образованием смешанной извне жидкости, затем смешанную извне жидкость подают в реактор, СО вводят в реактор без перемешивания посредством введения подаваемого материала под углом, отличным от угла смешанной извне жидкости.

3. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что реакционная жидкость в реакторе без перемешивания содержит следующие компоненты, в массовых частях: от 10 до 21600 частей на миллион катализатора из металлов VIII группы, от 2 до 8 воды, от 1 до 25 йодистого водорода, от 5 до 25 йодистого метила, от 1 до 12 йодида лития, от 0,5 до 6 ацетата лития, от 0,5 до 25 метилацетата, от 20 до 8000 частей на миллион пропионовой кислоты и от 30 до 80 уксусной кислоты.

4. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что катализатор из металлов группы VIII выбирают из группы, состоящей из рутения, палладия, родия, иридия, кобальта, платины и сочетания двух или более из них.

5. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 4, отличающийся тем, что катализатор из металлов группы VIII включает следующие компоненты, предпочтительно при следующем содержании: от 100 до 15000 частей на миллион иридия, от 50 до 5000 частей на миллион рутения, от 50 до 500 частей на миллион палладия, от 10 до 200 частей на миллион платины и от 50 частей на миллион до 900 частей на миллион родия.

6. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 4 или 5, отличающийся тем, что катализатор из металлов группы VIII включает следующие компоненты, предпочтительно при следующем содержании:

рутений: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион, или

родий: 50-900 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион, или

палладий: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион, или

рутений: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион, родий: 50-900 частей на миллион, или

платина: 50-500 частей на миллион, иридий: 500-15000 частей на миллион.

7. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что реактор без перемешивания имеет температуру реакции 180-220°С и давление 2,5-3,4 МПа изб.

8. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что испаритель мгновенного испарения имеет температуру мгновенного испарения 100-160°С, давление 0,05-0,15 МПа изб. и коэффициент мгновенного испарения (отношение количества мгновенного испарения к количеству подаваемого метанола) 15-5; и вторичное мгновенное испарение имеет температуру мгновенного испарения 100-160°С и давление 0,05-0,15 МПа изб.

9. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что колонна отгонки легких компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 40-80, рабочее давление 0,05-0,30 МПа изб., температуру наверху 90-140°С, температуру нижней части колонны 145-165°С и флегмовое число 0,3-1,5.

10. Способ синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что колонна ректификации тяжелых компонентов выполнена так, что имеет количество тарелок 60-100, рабочее давление от - 0,5 до 0,35 МПа изб., температуру наверху 80-140°С, температуру нижней части колонны 145-165°С и флегмовое число 1-4.