Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной производительностью

Классы МПК:C07C51/44 перегонкой
C07C53/08 уксусная кислота 
C07C51/12 кислородсодержащей группы органических соединений, например спиртов 
Автор(ы):
Патентообладатель(и):СЕЛАНИЗ ИНТЕРНЭШНЛ КОРПОРЕЙШН (US)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-09-24
публикация патента:

Изобретение относится к усовершенствованным способам карбонилирования для получения уксусной кислоты, один из которых включает: (а) карбонилирование метанола или его реакционного производного в присутствии воды, катализатора, выбранного из родиевых катализаторов, иридиевых катализаторов и их смесей, промотора из йодистого метила для образования реакционной смеси с уксусной кислотой в реакторе; (b) разделение потока реакционной смеси с уксусной кислотой на жидкий рециркулирующий поток и первый поток неочищенного продукта, содержащий уксусную кислоту; (с) подачу первого потока неочищенного продукта в колонну для отгонки легких фракций; (d) дистилляцию потока неочищенного продукта для удаления низкокипящих компонентов в качестве верхнего погона и образования первого потока очищенного продукта в виде бокового потока и жидкого остаточного потока, при этом жидкий остаточный поток состоит преимущественно из уксусной кислоты, где первый поток очищенного продукта направляют в колонну для дегидратации, после чего осушенный продукт направляют в колонну для отгонки тяжелых фракций и уксусную кислоту отбирают в виде верхнего погона из колонны для отгонки тяжелых фракций; (е) испарение по меньшей мере части жидкого остаточного потока для получения второго потока продукта; и (f) подачу второго потока продукта после его конденсации или сжатия для дальнейшей обработки после объединения с первым потоком очищенного продукта в указанную колонну для дегидратации. Изобретение относится также к установке для получения уксусной кислоты, включающей: (а) реактор для карбонилирования метанола или его реакционных производных в присутствии воды, катализатора, выбранного из родиевых катализаторов, иридиевых катализаторов и их смесей, и промотора из йодистого метила для образования в реакторе реакционной смеси, содержащей уксусную кислоту; (b) аппарат для мгновенного испарения, соединенный с реактором и выполненный с возможностью ввода в него потока реакционной смеси и разделения его на (i) жидкий рециркулирующий поток и на (ii) неочищенный первый поток продукта, содержащего уксусную кислоту; (с) колонну для отгонки легких фракций, соединенную с аппаратом для мгновенного испарения, которая выполнена с возможностью отделения низкокипящих компонентов в виде верхнего погона из первого потока продукта и образования первого потока очищенного продукта в виде боковой фракции, а также жидкого остаточного потока; (d) колонну для дегидратации, соединенную с колонной для отгонки легких фракций, для приема и дальнейшей очистки первого потока очищенного продукта; (е) колонну для отгонки тяжелых фракций, соединенную с колонной для дегидратации; и (f) резервуар для испарения, также соединенный с колонной для отгонки легких фракций, для испарения по меньшей мере части жидкого остаточного потока и выполненный с возможностью подачи второго потока продукта в колонну для дегидратации; либо колонну для дистилляции жидкого остаточного потока с получением второго потока очищенного продукта и предназначенную для подачи его в колонну для дегидратации или в колонну для отгонки тяжелых фракций, где колонна для дистилляции жидкого остаточного потока является отгоночной колонной. Таким образом, установка и способы получения уксусной кислоты включают извлечение продукта из остатка легких фракций в отгоночной колонне и подачу таким образом извлеченной кислоты для дальнейшей обработки для повышения производительности системы. Нагрузка на колонну для отгонки легких фракций уменьшается, и нагрузка на колонну для дегидратации также может быть уменьшена в воплощении, в котором извлеченная кислота подается дальше без дальнейшего удаления воды. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Рисунки к патенту РФ 2470909

способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909 способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909 способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909 способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение вообще относится к устройству и способу для получения уксусной кислоты, при этом продукт извлекается из остатка колонны для отгонки легких фракций и подается дальше для повышения производительности системы.

Уровень техники

Процессы карбонилирования хорошо известны в этой области техники. Особенную коммерческую важность имеют эти процессы для карбонилирования метанола для получения уксусной кислоты и процессы для карбонилирования метилацетата для получения уксусного ангидрида. Смотрите Applied Homogenous Catalyst With Organometallic Compounds, Cornils et al., Ed. (Bench Edition) (Wylie, Weinheim, Federal Republic of Germany 2000), Chapter 2, Parts 2.1.2 и далее, pp.104-137. Смотри также патент США № 6642413, выданный Thiebaut.

Для получения уксусной кислоты один выбранный способ включает карбонилирование метанола в гомогенной реакционной среде, в которой в качестве катализатора используется родий. Обычно реакционная среда включает катализатор, воду, уксусную кислоту, растворенную моноокись углерода (СО), метанол, метилацетат (МеАс), иодистоводородную кислоту (HI), йодистый метил и, возможно, один или больше промоторов и/или стабилизаторов. Метанол и моноокись углерода подаются в реактор в качестве сырьевых материалов. Часть реакционной среды непрерывно отводится и подается в испаритель мгновенного действия, где продукт мгновенно испаряется и подается (в виде паров) в систему последовательной очистки. Система последовательной очистки включает колонну для отгонки легких фракций, которая удаляет «легкие», или легкокипящие компоненты, как верхний погон, и обеспечивает поток продукта для дальнейшей очистки. Особо предпочтительный процесс карбонилирования предлагается в патенте США № 5144068, выданном Smith et al. В этом так называемом «низководном» процессе такой спирт, как метанол, вступает в реакцию с моноокисью углерода в жидкой реакционной среде, содержащей родиевый катализатор, стабилизированный йодистой солью, особенно иодидом лития вместе с йодистым метилом и метилацетатом в заданных пропорциях. При конечной концентрации воды в реакционной среде продуктом является карбоновая кислота, вместо, например, ангидрида. Реакционная система по патенту США 5144068 не только обеспечивает кислый продукт с необычно низким содержанием воды с неожиданно предпочтительными скоростями, но также проявляет неожиданно высокую стабильность катализатора. То есть катализатор является стойким к его выпадению в осадок из реакционной среды.

Другой способ выбора для карбонилирования метанола включает использование гомогенного иридиевого катализатора в реакторе. Например, раскрывается в патенте США № 5883295, выданном Sunley et al., процесс получения уксусной кислоты, включающий карбонилирование моноокисью углерода метанола и/или его реакционного производного при существенном отсутствии металлического промотора и/или ионного иодидного сопромотора в реакторе для карбонилирования, содержащем жидкую реакционную композицию с иридиевым катализатором процесса карбонилирования, сокатализатором из йодистого метила, водой, уксусной кислотой и метилацетатом, которые следующим образом поддерживаются в этой жидкой реакционной композиции: (а) вода при концентрации менее 5 масс.%; (b) йодистый метил при концентрации больше 12 масс.%; (с) при общем давлении в реакторе для карбонилирования менее 50 бар. Смотрите также патент США № 5877348, выданный Ditztel et al., и патент США № 5887347, также выданный Ditzel et al.

Частым производственным ограничением этапа очистки продукта в аппарате для получения уксусной кислоты является колонна для отгонки легких фракций. Типовой аппарат карбонилирования для получения уксусной кислоты работает так, что продукт выводится из колонны для отгонки легких фракций в виде бокового потока и жидкий остаток в колонне для отгонки легких фракций рециркулируется в реактор. Этот остаток также содержит Rh и Li, которые вымываются из подаваемых паров в колонну для отгонки легких фракций. В общеизвестной системе остаток из легких фракций охлаждается и затем рециркулируется в основание аппарата для мгновенного испарения, откуда он откачивается назад в реактор насосами для рециркуляции катализаторов. Таким образом, уксусная кислота в этом потоке остатка представляет собой рецикл кислоты, который добавляет гидравлическую нагрузку к колонне для отгонки легких фракций.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение включает обработку потока остатка из легких фракций для отделения части уксусной кислоты от остаточного потока и уменьшения количества кислоты, которое рециркулируется в реакционную систему. Установка предпочтительно работает так, чтобы остаточный поток из колонны был преимущественно уксусной кислотой с небольшими количествами MeI, МеАс и воды. Эта обработка может проводиться несколькими способами. Во-первых, остаток из колонны легких фракций можно мгновенно испарить в резервуаре, поддерживаемом в состоянии вакуума. Модели показывают, что мгновенное испарение остаточного потока при абсолютном давлении 5 psia (34478,75 Па) позволяет извлечь приблизительно 50% кислоты, присутствующей в потоке остатка, и полученная температура в резервуаре для мгновенного испарения может быть, например, около 185°F (85°C). Более значительная часть в процентах уксусной кислоты удаляется из потока остатка, когда работают при даже более низком вакууме. Поток паров из вакуумного испарительного резервуара может быть сконденсирован и подан в колонну для дегидратации вместе с боковым потоком из колонны для отгонки легких фракций или сжат компрессором (используемым для создания вакуума) и подан в осушающую колонну как горячий пар.

В другом воплощении поток остатка из колонны для отгонки легких фракций обрабатывается в небольшой дистилляционной колонне, которая отделяет верхний погон легких компонентов (MeI, МеАс и воду), возвращает концентрированный остаток в реакционную систему и извлекает уксусную кислоту в виде бокового потока продукта. Боковой поток продукта затем объединяется с остатком из осушающей колонны в виде продукта стандартного качества, если он будет в достаточной степени очищен. Иначе боковой поток продукта будет подаваться в осушающую колонну.

Преимущества настоящего изобретения оцениваются со ссылкой на фиг.1, которая является графическим изображением, показывающим долю кислоты, извлеченную из потока остатка легких фракций, и ее влияние на нагрузку колонны. На фиг.1 можно видеть, что более 40% кислоты в потоке остатка из колонны отгонки легких фракций можно извлечь простым мгновенным испарением потока и что гидравлическая нагрузка колонны для отгонки легких фракций значительно уменьшается при заданной производительности.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения рассматриваются ниже.

Краткое описание чертежей

Ниже подробно описывается изобретение со ссылкой на приведенные чертежи, на которых одинаковые детали обозначены одинаковыми цифрами и которые являются:

фиг.1 - графиком, показывающим влияние использования резервуара для мгновенного испарения на извлечение кислоты из потока остатка из легких фракций и на гидравлическую нагрузку на колонну отгонки легких фракций;

фиг.2 - блок-схемой, показывающей установку по изобретению, в котором предусматривается резервуар для мгновенного испарения потока остатка из колонны для отгонки легких фракций в установке для получения уксусной кислоты;

фиг.3 - блок-схемой, показывающей установку по изобретению, в котором предусмотрена дистилляционная колонна для потока остатка из колонны легких фракций в установке для получения уксусной кислоты, и

фиг.4 - блок-схемой дистилляционной колонны отгоняющего типа, которая может быть использована для потока остатка из колонны для отгонки легких фракций в установке для получения уксусной кислоты в соответствии с изобретением.

Описание предпочтительных воплощений

Ниже подробно описано изобретение со ссылкой на многочисленные воплощения только с целью показа на примерах и для иллюстрации. Модификации конкретных воплощений в соответствии с духом и объемом настоящего изобретения, изложенном в приложенных пунктах формулы изобретения, будут легко понятны специалистам в этой области.

Терминология, которая используется здесь, если она не специально определена ниже, дается в своем обычном значении. %, ppb (ч./млрд) и подобные термины относятся к процентам массовым, частям массовым на миллиард и так далее, если не будет указано иначе.

«Дистилляционная колонна» и подобные термины относятся к оборудованию для очистки, в котором испаряется жидкость (или по меньшей мере часть ее), посредством по меньшей мере частичного прикладывания тепла к жидкости.

«Дистиллирование» и подобные термины относятся по меньшей мере к частичной очистке жидкости с использованием дистилляционной колонны.

«Резервуар для мгновенного испарения» и подобные термины относятся к резервуару, предназначенному для испарения жидкости, по меньшей мере частичному, посредством уменьшения давления, а не прикладывания тепла. Оборудование, которое испаряет по меньшей мере часть жидкости посредством прикладывания тепла и понижения давления, считается дистилляционной колонной для целей настоящего изобретения.

«Мгновенно испарять», «мгновенное испарение» и так далее относятся к испарению жидкости посредством понижения давления.

«Установка для отгонки» или «отгоночная колонна» и подобные термины относятся к резервуару, в который поступает поток жидкости сверху или около его верхней части от отдельного вида оборудования, а не от колонны, которая возвращает флегму в свой собственный сконденсированный дистиллят.

Катализатором из VIII группы может являться родиевый и/или иридиевый катализатор. Родиевый металлический катализатор может добавляться в любой подходящей форме так, чтобы родий находился в каталитическом растворе в качестве равновесной смеси, включающей анион [Rh(СО) 2I2]-, как хорошо известно в этой области техники. Иодидные соли, возможно, находящиеся в реакционных смесях в процессах, описываемых здесь, могут находиться в виде растворимой соли щелочного или щелочноземельного металла или четырехкомпонентной аммониевой или фосфониевой соли. В некоторых воплощениях каталитическим сопромотором является иодид лития, ацетат лития или их смеси. Сопромотор в виде соли может добавляться как неиодидная соль, которая вызовет образование иодидной соли. Стабилизатор иодидного катализатора может вводиться непосредственно в реакционную систему. Альтернативно, иодидная соль может создаваться in situ в связи с тем, что при условиях работы реакционной системы большое число прекурсоров неиодидной соли вступают в реакцию с метилиодидом с образованием соответствующего стабилизатора сопромотора в виде иодидной соли. Для дополнительных подробностей, касающихся родиевого катализа и образования иодидной соли, смотрите патенты США 5001259, выданный Smith et al.; и 5144068, также выданный Smith et al., которые здесь упомянуты в ссылках.

Аналогичным образом иридиевый катализатор в жидкой реакционной композиции для карбонилирования может включать любое соединение, содержащее иридий, которое растворимо в жидкой реакционной композиции. Иридиевый катализатор может добавляться к жидкой реакционной композиции для карбонилирования в любой подходящей форме, которая растворима в жидкой реакционной композиции или может быть превращена в растворимую форму. Примеры подходящих соединений, содержащих иридий, которые могут быть добавлены к жидкой реакционной композиции, включают: IrCl3, IrI 3, IrBr3, [Ir(CO)2I]2, [Ir(CO)2Cl]2, [Ir(CO)2Br] 2, [Ir(CO)2I]-H+, [Ir(CO) 2Br2]-H+, [Ir(CO) 2I4]-H+, [Ir(CH3 )I3(CO2)]-H+, Ir 4(CO)12, IrCl3·3H2 O, IrBr3·3H2O, Ir4(CO) 12, металлический иридий, Ir2O3, Ir(acac)(CO)2, Ir(acac)3, ацетат иридия, [Ir3O(OAc)6(H2O)3 ][OAc] и гексахлориридиевую кислоту [H2IrCl6 ]. Комплексы иридия, не содержащие хлоридов, такие как ацетаты, оксалаты и ацетоацетаты, обычно используются в качестве исходных материалов. Концентрация иридиевого катализатора в жидкой реакционной композиции может быть в диапазоне от 100 до 6000 ч./млрд. Карбонилирование метанола с использованием иридиевого катализатора хорошо известно, и вообще оно описано в следующих патентах США: 5942460, 5932764, 5883295, 58772347 и 5996284, которые упомянуты в ссылках этой заявки во всей своей полноте.

Галоидалкильный сокатализатор/промотор обычно используется в комбинации с металлическим катализатором группы VIII. Йодистый метил является предпочтительным в качестве галоидалкильного промотора. Предпочтительно, чтобы концентрация галоидного алкила в жидкой реакционной композиции находилась в диапазоне от 1 до 50 масс.%, предпочтительно от 2 до 30 масс.%.

Галоидалкильный промотор может быть соединен со стабилизатором/сопромотором в виде такого соединения, как соль, которая может включать соли металла группы IA или группы IIA, или четырехкомпонентную аммониевую или фосфониевую соль. Особенно предпочтительными являются иодидные или ацетатные соли, например иодид лития или ацетат лития.

Могут быть использованы другие промоторы и сопромоторы в качестве части каталитической системы по настоящему изобретению, как описано в Европейской патентной публикации ЕР 0849248, которая упомянута здесь в ссылках. Подходящие промоторы выбирают из таких как рутений, осмий, вольфрам, рений, цинк, кадмий, индий, галлий, ртуть, никель, платина, ванадий, титан, медь, алюминий, олово, сурьма, и более предпочтительно выбирают из таких как рутений и осмий. Специальные сопромоторы описаны в патенте США № 6627770, который приведен здесь в ссылках.

Промотор может присутствовать в эффективном количестве до его предельной растворимости в жидкой реакционной композиции и/или в любых обрабатываемых потоках, рециркулируемых в реактор для карбонилирования от этапа извлечения уксусной кислоты. При использовании промотор подходящим образом присутствует в жидкой реакционной композиции при молярном отношении между промотором и металлическим катализатором, равном [от 0,5 до 15]:1, предпочтительно [от 2 до 10]:1, более предпочтительно [от 2 до 7,5]:1. Подходящая концентрация промотора составляет от 400 до 5000 ч./млрд.

Установка или процесс для карбонилирования, который является предметом изобретения, включает обычно по меньшей мере секцию для проведения реакций и секцию для очистки. Настоящее изобретение может оцениваться, например, в связи с карбонилированием метанола моноокисью углерода в гомогенной каталитической реакционной системе, включающей реакционный растворитель (обычно уксусную кислоту), метанол и/или его реакционные производные, растворимый родиевый катализатор, по меньшей мере конечную концентрацию воды и, возможно, иодидную соль. Реакция карбонилирования протекает, когда метанол и моноокись углерода непрерывно подаются в реактор. Взаимодействующая моноокись углерода может являться существенно чистой или может содержать инертные примеси, такие как диоксид углерода, метан, азот, благородные газы, воду и C1-C4 парафиновые углеводороды. Присутствие водорода в моноокиси углерода и водород, образующийся in situ при реакции конверсии водяного газа, предпочтительно поддерживаются на низком уровне, например, при парциальном давлении меньше 1 бар, так как его присутствие может привести к образованию продуктов гидрогенизации. Парциальное давление моноокиси углерода в реакции является подходящим в диапазоне от 1 до 70 бар, предпочтительно от 1 до 35 бар и наиболее предпочтительно от 1 до 15 бар.

Давление при реакции карбонилирования является подходящим в диапазоне от 10 до 200 бар, предпочтительным от 10 до 100 бар, наиболее предпочтительным от 15 до 50 бар. Температура при реакции карбонилирования является подходящей в диапазоне от 100 до 300°С, предпочтительной в диапазоне от 150 до 220°С. Уксусную кислоту обычно получают по жидкофазной реакции при температуре от около 150-200°С и общим давлении от около 20 до около 50 бар.

Уксусная кислота обычно вводится в реакционную смесь как растворитель для реакции.

Подходящие реакционные производные метанола включают метилацетат, диметиловый эфир, метилформиат и метилиодид. Смеси метанола и его реакционных производных могут использоваться как взаимодействующие вещества в процессе по настоящему изобретению. Предпочтительно в качестве взаимодействующих веществ используют метанол и/или метилацетат. По меньшей мере некоторое количество метанола и/или его реакционного производного будет превращено в метилацетат и поэтому будет присутствовать как метилацетат в жидкой реакционной композиции при взаимодействии с уксусной кислотой как продуктом или растворителем. Концентрация метилацетата в жидкой реакционной композиции является подходящей в диапазоне от 0,5 до 70 масс.%, предпочтительно от 0,5 до 50 масс.%, более предпочтительно от 1 до 35 масс.% и наиболее предпочтительно от 1 до 20 масс.%.

Вода может образоваться in situ в жидкой реакционной композиции, например, посредством реакции этерификации между взаимодействующим метанолом и уксусной кислотой как продуктом. Вода может быть введена в реактор для карбонилирования вместе с другими компонентами жидкой реакционной композиции или отдельно от них. Вода может быть отделена от других компонентов реакционной композиции, выводимых из реактора, и может быть рециркулирована в контролируемых количествах для поддержания требуемой концентрации ее в жидкой реакционной композиции. Предпочтительно, чтобы концентрация воды, поддерживаемая в жидкой реакционной композиции, находилась в диапазоне от 0,1 до 16 масс.%, более предпочтительно от 1 до 14 масс.% и наиболее предпочтительно от 1 до 10 масс.%.

Реакционная жидкость обычно выводится из реактора и мгновенно испаряется. Поток неочищенного парообразного продукта из аппарата для мгновенного испарения направляется в систему очистки, которая обычно включает по меньшей мере одну колонну для удаления легких фракций и одну колонну для дегидратации. В системе для карбонилирования могут использоваться только две колонны для очистки, и они предпочтительно работают так, как более подробно описано в патенте США 6657078, выданном Scates et al. и называемом «Низкоэнергетический процесс карбонилирования», который здесь приведен в ссылках.

Со ссылкой на фиг.2 показана установка 10 для карбонилирования по настоящему изобретению. Установка 10 включает реактор 12, аппарат 14 для мгновенного испарения, колонну 16 для отгонки легких фракций, колонну 18 для дегидратации, а также колонну 20 для удаления тяжелых фракций. Реактор 12 включает реакционную среду, и в него вводятся метанол и моноокись углерода. Часть реакционной среды по трубопроводу 22 непрерывно подается в аппарат 14 для мгновенного испарения, где неочищенный продукт мгновенно испаряется и по трубопроводу 24 в виде горячих паров подается в колонну 16 для отгонки легких фракций.

Газообразный продувочный поток обычно выводится из верхней части реактора для предотвращения образования таких газообразных побочных продуктов, как метан, диоксид углерода и водород, и поддержания заданного парциального давления моноокиси углерода при данном общем давлении в реакторе. Возможно (как показано в китайском патенте № ZL 92108244.4) использование так называемого «конвертерного» реактора, расположенного между реактором и резервуаром для мгновенного испарения (14, 114), показанного на фиг.2 и 3. «Конвертерный» реактор дает выходящий поток, включающий газообразные компоненты, которые обычно удаляются совместимым растворителем для извлечения таких компонентов, как метилиодид и метилацетат. Газообразные продувочные потоки из реактора и конвертера могут быть объединены или удалены по отдельности, и они обычно удаляются или посредством уксусной кислоты, метанола или смесей уксусной кислоты и метанола для исключения потери низкокипящих компонентов, таких как йодистый метил, в процессе. Если используется метанол в качестве выводящего удаляющего жидкого растворителя, то обогащенный метанол из системы удаления обычно возвращается в процесс посредством соединения его со свежим метанолом, подаваемым в реактор для карбонилирования - хотя он может быть также возвращен в любой из потоков, которые рециркулируются обратно в реактор, например, в такой как остаток из аппарата мгновенного испарения, или поток легких фракций, или потоки из верхней части колонны для дегидратации. Если уксусная кислота используется в качестве выводящего удаляющего жидкого растворителя, то обогащенная уксусная кислота из системы удаления обычно очищается от абсорбированных легких фракций, и полученная обедненная уксусная кислота рециркулируется обратно в этап абсорбирования. Компоненты легких фракций, удаленные из обогащенной уксусной кислоты, являющейся удаляющим растворителем, могут быть прямо или косвенно возвращены в основной процесс в нескольких различных местах, включая реактор, установку для мгновенного распыления или колонны для очистки. Возможен отвод газообразных продувочных потоков через нижнюю часть для жидкости установки для мгновенного распыления или нижнюю часть колонны для отгонки легких фракций для повышения стабильности родия, и/или они могут быть объединены с другими газообразными выводимыми потоками в процессе (такими как потоки из верхней части очищающей колонны) перед очисткой. Эти варианты находятся вполне в пределах объема настоящего изобретения, оцениваемого на основании приведенных пунктов формулы изобретения и нижеследующего описания.

В колонне 16 продукт очищается от легких компонентов, которые выводятся из колонны через трубопровод 26, конденсируются в отстойнике 28 и обратно подаются по трубопроводу 32 или возвращаются в реактор по трубопроводам 30, 34. Также предусмотрены, но не показаны абсорберы и десорбционные установки, используемые для рециркуляции материалов в систему.

Поток 40 очищенного продукта отводится как (предпочтительно жидкий) боковой поток из колонны 16 и подается в сушильную колонну 18, где из частично очищенного продукта удаляется вода. Затем осушенный продукт подается по трубопроводу 42 в колонну 20 для удаления тяжелых фракций, в то время как верхние погоны и эта же уксусная кислота как продукт, подаваемые по трубопроводу 44, используется в качестве флегмы для колонны 18 или рециркулируется в реактор по трубопроводам 34, 46. Уксусная кислота как продукт отбирается как верхний погон по трубопроводу 48 из колонны 20 для удаления тяжелых фракций, а отходы в виде тяжелых фракций удаляются по трубопроводу 50.

В колонне 16 образуется поток 60 жидких остатков, который обычно рециркулируется вместе с остатком из аппарата мгновенного испарения, однако в соответствии с изобретением поток 60 подается в другой аппарат 62 для мгновенного испарения по трубопроводу 64, где поток встречает пониженное давление, и поэтому поток 60 по меньшей мере частично испаряется, так что аппарат 62 для мгновенного испарения образует второй поток 66 парообразного продукта, который подается в конденсатор 68 по трубопроводу 70. Поток 66 конденсируется в 68 и затем по трубопроводу 72 соединяется с потоком 40. Объединенный поток затем подается в колонну 18, как показано, и подвергается дальнейшей очистке, как описано выше. Вместо конденсирования потока 66 этот поток может быть сжат и подан дальше в виде горячего пара.

Поток 74 жидкого остатка выводится из аппарата 62 мгновенного испарения и рециркулируется обратно в реактор вместе с остатком из резервуара 14 мгновенного испарения по трубопроводам 76, 78.

Часть уксусной кислоты в потоке 60, таким образом, извлекается аппаратом 62 для мгновенного испарения и подается дальше в систему, понижая гидравлическую нагрузку на колонну 16 и повышая производительность. Обычно поток 60 включает от около 90 до около 99 масс.% уксусной кислоты и предпочтительно по меньшей мере 90 масс.% или по меньшей мере 95 масс.%. В зависимости от рабочего давления в аппарата 62 для мгновенного испарения, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30% или по меньшей мере 40% уксусной кислоты в потоке 60 может быть извлечено.

Система на фиг.1 может быть имитирована посредством эмпирической компьютерной модели, для того чтобы убедиться в воздействии давления в аппарате 62 для мгновенного испарения на степень извлечения кислоты и на нагрузку колонны в случае использования полностью загруженного (в начале перелива) основания колонны и без аппарата для мгновенного испарения. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
Извлечение уксусной кислоты из легких фракций (ЛФ) остатков в колонне посредством простого мгновенного испарения
Давление в резервуаре мгновенного испарения для обработки остатка из легких фракций (фунт/кв.дюйм)Доля уксусной кислоты, извлеченная из остатка ЛФ Максимальный коэффициент использования тарелок в колонне для отгонки легких фракций при работе без аппарата мгновенного испарения
Без аппарата мгновенного испарения 01
20 0,1940,990
15 0,2440,987
10 0,3080,984
5 0,4040,979
3 0,4660,976

В таблице 1 видно, что извлекается свыше 40% уксусной кислоты из остаточного потока легких фракций в колонне и гидравлическая нагрузка легких фракций на колонну существенно снижается. Эти результаты графически показаны на фиг.1, рассмотренной выше.

Со ссылкой на фиг.3 и 4 показана другая установка 100 для карбонилирования по изобретению, которая включает реактор 112, аппарат 114 для мгновенного испарения, колонну 116 для отгонки легких фракций, колонну 118 для дегидратации и колонну 120 для удаления тяжелых фракций. Различные части установки работают так, как описано выше в отношении аналогичных компонентов для получения уксусной кислоты и связаны между собой трубопроводами 122, 124, 140 и 142 и так далее, как показано на фиг.3.

Вместо аппарата для мгновенного испарения предусмотрена дополнительная дистилляционная колонна 162, в которую подается жидкий остаточный поток 160 от колонны 116 для отгонки легких фракций.

В колонне 162 образуется поток 164 верхних погонов, который может быть сконденсирован в 165 и использован как обратный сток в колонне или возвращен в реактор 112, а также боковой поток 166 продукта, который может быть сконденсирован или сжат и подан дальше по трубопроводу 168 или 170 или объединен с первым потоком продукта перед колонной для удаления тяжелых фракций. При условии, что поток 166 имеет достаточное качество, предпочтительно подавать этот поток прямо в колонну для удаления тяжелых фракций (т.е. подавать поток дальше без удаления воды), так как это также уменьшит гидравлическую нагрузку на колонну 118 для дегидратации. Если требуется, то в колонну 162 может быть добавлен метанол для уменьшения неорганических иодидов в потоке продукта, как это известно в данной области техники. Аналогичным образом колонна 162 может работать без сконденсированного обратного стока, так что она работает как дистилляционная колонна удаляющего типа, если так требуется.

С использованием эмпирической компьютерной модели дистилляционная колонна 162 имитировалась, чтобы убедиться в ее способности извлекать уксусную кислоту из остаточного потока легких фракций в колонне. Образец остаточного потока легких фракций из колонны также дистиллировался в лабораторной установке, имеющей конфигурацию колонны 162. Результаты сравнивались в таблице 2.

Таблица 2
Сравнение результатов компьютерной модели и лабораторных результатов
способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909 Результаты на основании компьютерной модели Результаты на основании лабораторной дистилляции
Доля бокового потока в остаточном потоке ЛФ 0,4770,424
Доля потока верхних погонов в остаточном потоке ЛФ 0,3320,289
Доля остаточного потока в остаточном потоке ЛФ 0,1910,132
Нагрузка на колонну отгона легких фракций относительно текущей операции 0,984способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909
Нагрузка на колонну для дегидратации относительно текущей операции 0,968 способ и устройство для получения уксусной кислоты с повышенной   производительностью, патент № 2470909

Из таблице 2 видно, что эмпирическая модель хорошо согласуется с лабораторными данными и что извлечение из жидкого остаточного потока составило более 40%. Гидравлическая нагрузка на колонну для отгона легких фракций существенно снижается, и в показанном случае, в котором извлеченная кислота подается дальше по потоку к колонне для дегидратации, гидравлическая нагрузка на колонну для гидратации также существенно снижается.

Изобретение было подробно описано и проиллюстрировано в соответствии с многочисленными воплощениями. Модификации в конкретные воплощения в пределах смысла и объема настоящего изобретения будут вполне очевидны специалистам в этой области. Такие модификации находятся в пределах смысла и объема настоящего изобретения, которое изложено в приведенной формуле изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ карбонилирования для получения уксусной кислоты, включающий:

(a) карбонилирование метанола или его реакционного производного в присутствии воды, катализатора, выбранного из родиевых катализаторов, иридиевых катализаторов и их смесей, промотора из йодистого метила для образования реакционной смеси с уксусной кислотой в реакторе;

(b) разделение потока реакционной смеси с уксусной кислотой на жидкий рециркулирующий поток и первый поток неочищенного продукта, содержащий уксусную кислоту;

(c) подачу первого потока неочищенного продукта в колонну для отгонки легких фракций;

(d) дистилляцию потока неочищенного продукта для удаления низкокипящих компонентов в качестве верхнего погона и образования первого потока очищенного продукта в виде бокового потока и жидкого остаточного потока, при этом жидкий остаточный поток состоит преимущественно из уксусной кислоты,

где первый поток очищенного продукта направляют в колонну для дегидратации, после чего осушенный продукт направляют в колонну для отгонки тяжелых фракций, и уксусную кислоту отбирают в виде верхнего погона из колонны для отгонки тяжелых фракций;

(e) испарение по меньшей мере части жидкого остаточного потока для получения второго потока продукта; и

(f) подачу второго потока продукта после его конденсации или сжатия для дальнейшей обработки после объединения с первым потоком очищенного продукта в указанную колонну для дегидратации.

2. Способ по п.1, также включающий стадию конденсации второго потока продукта.

3. Способ по п.1, также включающий стадию сжатия второго потока продукта.

4. Способ по п.1, в котором по меньшей мере 10% присутствующей уксусной кислоты испаряется из жидкого остаточного потока.

5. Способ по п.1, в котором по меньшей мере 20% присутствующей уксусной кислоты испаряется из жидкого остаточного потока.

6. Способ по п.1, в котором по меньшей мере 30% присутствующей уксусной кислоты испаряется из жидкого остаточного потока.

7. Способ по п.1, в котором по меньшей мере 40% присутствующей уксусной кислоты испаряется из жидкого остаточного потока.

8. Способ по п.1, в котором жидкий остаточный поток включает по меньшей мере 90 мас.% уксусной кислоты.

9. Способ по п.1, в котором жидкий остаточный поток включает по меньшей мере 95 мас.% уксусной кислоты.

10. Способ по п.1, в котором жидкий остаточный поток включает от около 90 мас.% до около 99 мас.% уксусной кислоты.

11. Способ карбонилирования для получения уксусной кислоты, включающий:

(a) карбонилирование метанола или его реакционных производных в присутствии воды, катализатора, выбранного из родиевых катализаторов, иридиевых катализаторов и их смесей, и промотора из йодистого метила для образования в реакторе реакционной смеси с уксусной кислотой;

(b) разделение потока реакционной смеси с уксусной кислотой на первый рециркулирующий поток и первый поток неочищенного продукта, содержащего уксусную кислоту;

(c) подачу первого потока неочищенного продукта в колонну для отгонки легких фракций;

(d) дистилляцию потока неочищенного продукта для удаления низкокипящих компонентов в качестве верхнего погона и образования первого потока очищенного продукта в виде бокового потока и жидкого остаточного потока, при этом жидкий остаточный поток состоит преимущественно из уксусной кислоты,

где первый поток очищенного продукта направляют в колонну для дегидратации, после чего осушенный продукт направляют в колонну для отгонки тяжелых фракций, и уксусную кислоту отбирают в виде верхнего погона из колонны для отгонки тяжелых фракций;

(e) дистилляцию жидкого остаточного потока для получения второго потока очищенного продукта; и

(f) подачу второго потока очищенного продукта, отобранного в виде бокового потока, после его конденсации или сжатия в колонну для дегидратации или в колонну для отгонки тяжелых фракций.

12. Способ по п.11, в котором второй поток очищенного продукта без удаления воды из него подается в колонну для отгонки тяжелых фракций.

13. Установка для получения уксусной кислоты, включающая:

(a) реактор для карбонилирования метанола или его реакционных производных в присутствии воды, катализатора, выбранного из родиевых катализаторов, иридиевых катализаторов и их смесей, и промотора из йодистого метила для образования в реакторе реакционной смеси, содержащей уксусную кислоту;

(b) аппарат для мгновенного испарения, соединенный с реактором и выполненный с возможностью ввода в него потока реакционной смеси и разделения его на (i) жидкий рециркулирующий поток и на (ii) неочищенный первый поток продукта, содержащего уксусную кислоту;

(c) колонну для отгонки легких фракций, соединенную с аппаратом для мгновенного испарения, которая выполнена с возможностью отделения низкокипящих компонентов в виде верхнего погона из первого потока продукта и образования первого потока очищенного продукта в виде боковой фракции, а также жидкого остаточного потока;

(d) колонну для дегидратации, соединенную с колонной для отгонки легких фракций, для приема и дальнейшей очистки первого потока очищенного продукта;

(e) колонну для отгонки тяжелых фракций, соединенную с колонной для дегидратации; и

(f) резервуар для испарения, также соединенный с колонной для отгонки легких фракций, для испарения по меньшей мере части жидкого остаточного потока и выполненный с возможностью подачи второго потока продукта в колонну для дегидратации; либо колонну для дистилляции жидкого остаточного потока с получением второго потока очищенного продукта и предназначенную для подачи его в колонну для дегидратации или в колонну для отгонки тяжелых фракций, где колонна для дистилляции жидкого остаточного потока является отгоночной колонной.

14. Установка по п.13, в которой резервуар для испарения является резервуаром для мгновенного испарения.

15. Установка по п.13, также включающая колонну для удаления тяжелых фракций, соединенную с колонной для дегидратации.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2470909

patent-2470909.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C07C51/44 перегонкой

Патенты РФ в классе C07C51/44:
удаление примесей углеводородов из полупродуктов производства уксусной кислоты -  патент 2523910 (27.07.2014)
способ разделения акриловой кислоты, содержащейся в качестве основного компонента и глиоксаля, содержащегося в качестве побочного продукта в газообразной смеси продуктов частичного гетерогенно катализируемого парофазного окисления соединения-предшественника акриловой кислоты, содержащего 3 атома углерода -  патент 2515279 (10.05.2014)
способ получения водной (мет)акриловой кислоты -  патент 2513746 (20.04.2014)
получение уксусной кислоты -  патент 2510936 (10.04.2014)
способ очистки фторированного соединения -  патент 2510713 (10.04.2014)
способы получения уксусной кислоты -  патент 2505523 (27.01.2014)
получение уксусной кислоты -  патент 2503652 (10.01.2014)
способ получения высокочистой метакриловой кислоты -  патент 2501782 (20.12.2013)
способ контроля над процессом удаления перманганатных восстановленных соединений при использовании технологии карбонилирования метанола -  патент 2493143 (20.09.2013)
получение уксусной кислоты посредством карбонилирования с повышенной реакционной способностью и мгновенным испарением -  патент 2493142 (20.09.2013)

Класс C07C53/08 уксусная кислота 

Патенты РФ в классе C07C53/08:
способ карбонилирования -  патент 2529489 (27.09.2014)
способ карбонилирования -  патент 2528339 (10.09.2014)
способ карбонилирования с использованием связанных содержащих серебро и/или медь морденитных катализаторов -  патент 2525916 (20.08.2014)
удаление примесей углеводородов из полупродуктов производства уксусной кислоты -  патент 2523910 (27.07.2014)
способ карбонилирования для получения метилацетата -  патент 2522431 (10.07.2014)
способ карбонилирования с использованием морденитного катализатора, нанесенного на неорганические оксиды -  патент 2518086 (10.06.2014)
получение уксусной кислоты -  патент 2510936 (10.04.2014)
способы получения уксусной кислоты -  патент 2505523 (27.01.2014)
получение уксусной кислоты -  патент 2503652 (10.01.2014)
получение уксусной кислоты посредством карбонилирования с повышенной реакционной способностью и мгновенным испарением -  патент 2493142 (20.09.2013)

Класс C07C51/12 кислородсодержащей группы органических соединений, например спиртов 

Патенты РФ в классе C07C51/12:
способ карбонилирования -  патент 2529489 (27.09.2014)
способ карбонилирования -  патент 2528339 (10.09.2014)
способ карбонилирования с использованием связанных содержащих серебро и/или медь морденитных катализаторов -  патент 2525916 (20.08.2014)
удаление примесей углеводородов из полупродуктов производства уксусной кислоты -  патент 2523910 (27.07.2014)
способ карбонилирования с использованием морденитного катализатора, нанесенного на неорганические оксиды -  патент 2518086 (10.06.2014)
селективное деалюминирование цеолитов структурного типа морденита -  патент 2515729 (20.05.2014)
получение уксусной кислоты -  патент 2510936 (10.04.2014)
способы получения уксусной кислоты -  патент 2505523 (27.01.2014)
получение уксусной кислоты -  патент 2503652 (10.01.2014)
способ контроля над процессом удаления перманганатных восстановленных соединений при использовании технологии карбонилирования метанола -  патент 2493143 (20.09.2013)

Наверх