RS20080280A - Postupak karbonilacije - Google Patents

Abstract

Postupak karbonilacije alkohola i/ili njegovog reaktivnog derivata, u kome se jedna ili više struja za napajanja reakcione zone uvodi u reakcionu zonu u kojoj se odvija egzotermna karbonilacija da bi se dobila jedna ili više struja proizvoda. Toplota sa bar dela jedne ili više struja proizvoda je napajana u prvu struju za razmenu toplote, kao što je napajanje struje pod pritiskom. Postupak je karakterisan toplotom iz druge struje za razmenu toplote, čija je temperatura niža od one jedne ili više struja proizvoda, a koja je prenošena na struju za napajanje reakcione zone, tako da jedna ili više struja proizvoda sadrže toplotu koja potiče od druge struje za razmenu toplote i toplote koja je stvorena egzotermnom karbonilacionom reakcijom. Prema tome, toplota koja potiče iz druge struje za razmenu toplote može bit preneta na prvu štuju za razmenu toplote, dovodeći do smanjenog gubitka toplote i većeg postupka efikasnosti.

Description

POSTUPAK KARBONILACIJE

Ovaj pronalazak se odnosi na prenos toplote, određenije na postupak za prikupljanje i višekratno korišćenje toplote niskog sadržaja u postupku karbonilacije alkohola i/ili njegovih reaktivnih derivata.

Poznata je karbonilacija alkohola i/ili njegovih reaktivnih derivata u proizvodnji karboksilne kiseline i/ili anhidrida karboksilne kiseline i opisana na primer u EP-A- 0 144 935, EP-A-0 643 034 i US 6,211,405.

Tipičan homogeno katalizovani postupak karbonilacije zahteva dovođnje u kontakt ugljen monoksida sa tečnom reakcionom kompozicijom koja sadrži alkohol i/ili njegov reaktivan derivat i katalizator za karbonilaciju iz grupe VIII (tipično rodijum i/ili iridijum) u reakcionoj zoni na povišenoj temperaturi i pritisku, opciono u prisustvu jednog ili više ko-katalizatora i/ili promotera. Karboksilna kiselina i/ili anhidrid karboksilne kiseline se regeneriše iz tečne reakcione kompozicije uvođenjem tečne reakcione kompozicije u zonu brzog odvajanja, gde se tečna frakcija koja sadrži karbonilacioni katalizator vraća u reakcionu zonu, a gasovita frakcija koja sadrži karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline se uvodi u jednu ili više destilacionih kolona da bi se odvojili neizreagovani reaktanti i sporedni proizvodi od željenih proizoda, karboksilne kiseline i/ili anhidrida karboksilne kiseline.

Međutim, problem koji je u vezi sa postupkom karbonilacije je da toplota može biti izgubljena iz procesnih struja čija je temperatura suviše niska da budu lako i ekonomično korišćene na drugom mestu, na primer čija temperatura nije dovoljna da bi bila preneta na napajanje pare pod pritiskom. Takve procesne struje su često hlađene sa hladnom vodom pre nego što se pošalju u skladište ili sredstva za transport i tako se toplota gubi rasipanjem umesto da bude prikupljena i korisno upotrebljena.

U US 6,114,576 opisan je egzotermni, heterogeno katalizovani postupak karbonilacije u kome je toplota iz struje povučene iz reaktora sakupljena grejanjem procesnih struja u delu za regeneraciju proizvoda postupka. Pored toga, GB 1,261,170 opisuje postupak upravljanja toplotom pri proizvodnji uree, gde se toplota oslobađena kondenzacijom u struji za reciklovanje prenosi na struju reaktanata.

Međutim, postoji potreba za postupkom karbonilacije u kome toplota koja je na drugi način izgubljena može biti sakupljena i korisno iskorišćena na drugom mestu ili u istom karbonilacionom postupku ili u drugom postupku.

Prema prikazanom pronalasku obezbeđen je postupak za karbonilaciju alkohola i/ili njegovih reaktivnih derivata, a postupak se sastoji od: (a) uvođenja jedne ili više stuja za napajanje reakcione zone u reakcionu zonu, gde bar jedna struja za napajanje reakcione zone sadrži alkohol i/ili njegov reaktivni derivat i bar jedna struja za napajanje reakcione zone sadrži ugljen monoksid; (b) održavanje reakcione zone na temperaturi i pritisku koji su dovoljni da se omogući odvijanje egzotermne karbonilacione reakcije da bi se dobila karboksilna kiselina i/ili anhidrid karboksilne kiseline; (c) uklanjanje iz reakcione zone jedne ili više struja proizvoda koje sadrže

karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline;

(d) prenošenje toplote koja se nalazi bar u delu jedne ili više struja proizvoda u prvu

struju za izmenu toplote;

naznačen time, što je toplota preneta iz druge struje za izmenu toplote u struju za napajanje reakcione zone stupnja (a) pre nego što je struja za napajanje reakcione zone uvedena u reakcionu zonu, gde temperatura druge struje za izmenu toplote pre prenosa toplote je niža od jedne ili više struja proizvoda.

U postupku karbonilacije prema sadašnjem pronalasku, jedna ili više struja za napajanje reakcione zone je napajana u reakcionu zonu u kojoj se dešava egzotermna karbonilaciona reakcija da bi se dobila jedna ili više struja proizvoda. Toplota iz bar dela jedne ili više struja proizvoda je uvođena u prvu struju za razmenu toplote, kao što je napajanje pare pod pritiskom i koja može biti pogodno korišćena na drugom mestu, kao što je u drugim delovima istog karbonilacionog postupka ili čak u potpuno različitim postupcima. Bar jedna struja za napajanje reakcione zone je zagrevana sa drugom strujom za razmenu toplote, a koja ima temperaturu nižu nego jena ili više struja proizvoda i koja je uobičajeno struja iz koje se toplota inače gubi kao otpadna toplota. Kao posledica, jedna ili više struja proizvoda potiče iz druge struje za razmenu toplote zajedno sa toplotom stvorenom egzotermnom karbonilacionom reakcijom, a čija sakupljena toplota može biti preneta na prvu struju za izmenu toplote. Prema tome, toplota koja potiče iz druge struje za razmenu toplote je preneta u prvu štuju razmene toplote za korišćene na drugom mestu, što dovodi do smanjenog gubitka toplote i veće efikasnosti procesa.

Druga struja za razmenu toplote može biti bilo koja struja koja ima višu temperaturu nego struja za napajanje reakcione zone koja se zagreva, a čija je temperatura suviše niska da bude korisno upotrebljena na drugom mesti pomoću direktnih srestva za prenos toplote i čija toplota se generalno gubi iz postupka kao otpadna toplota. Temperatura druge struje za izmenu toplote pre prenosa toplote je niža od jedne ili više struja proizvoda i poželjno je niža nego prve struje za razmenu toplote pre nego što je zagrejana bar delom jedne ili više struja proizvoda.

Struja za napajanje reakcione zone koja je zagrevana sa drugom strujom za izmenu toplote je bilo koja struja koja je napajana u reakcionu zonu i koja ima temperaturu ispod one druge struje za izmenu toplote pre prenosa toplote. Pogodne struje za napajanje reakcione zone obuhvataju snabdevanje svežim alkoholom i/ili njegovim reaktivnim derivatom, sveže snabdevanje ugljen monoksida ili reciklovane struje. Poželjno je da je struja za napajanje reakcione zone koja je zagrevana sa drugom strujom za izmenu toplote u tečnoj fazi, jer količina toplote apsorbovana u okviru datog temperaturnog porasta je generalno veća nego toplota apsorbovana gasnom strujom u okviru istog temperaturnog opsega. Količina toplote koja može biti apsorbovana od struje za napanje rekcione zone je takođe u vezi sa njenom temperaturom pre prenosa toplote, pa prema tome struje za napajanje u reakcionu zonu niže temperature će biti u stanju da apsorbuje veću količinu toplote nego struja za napajanje više temperature.

Struja za napajanje reakcione zone posle prenosa toplote je napajana u reakcionu zonu, tipično sa drugim strujama za napajanje reakcione zone, kao što su drugi reaktani i struje za reciklovanje. U reakcionoj zoni, odvija se egzotermna karbonilacija da bi se dobila jedna ili više struja proizvoda koje sadrže karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline a čija temepratura je viša nego struje za napajanje u reakcionu zonu zagrevane sa drugom strujom za izmenu toplote. Poželjno, jedna ili više struja proizvoda ima temepraturu višu nego sve struje za napajanje reakcione zone.

Bar deo jedne ili više struja proizvoda je poželjno napajan u zonu za prečišćavanje za proizvodnju prečišćene karboksilne kiseline i/ili anhidrida, i koja tipično sadrži jednu ili više destilacionih kolona. Prava priroda i konfiguracija zone za prečišćavanje će zavisiti od sastava struje proizvoda i radnih uslova u drugim delovima procesa, kao što je reakciona zona. Zona za prečišćavanje tipično sadrži jednu ili više struja za reciklovanje u kojima neizreagovanir reaktanti i komponente koje mogu biti pretvorene u željene proizvode su odvojene od jedne ili više struje proizvoda, karboksilne kiseline i/ili anhidrida karboksilne kiseline i vraćeni u reakcionu zonu. Zona za prečišćavanje tipično takođe sadrži otpadne struje koje nisu nazad reciklovane u reakcionu zonu i koje sadrže komponente koje mogu zagaditi proizvod. S obzirom da prečišćene struje proizvoda i otpadne struje nisu reciklovane nazad u reakcionu zonu i s obzirom da njihove temeprature su tipično suviše niske za prenos toplote na primer, snabdevanje struje pod pritiskom, toplota koja se u njima nalazi može biti preneta na struju za napajanje reakcione zone prema prikazanom pronalasku i prema tome može biti druga struja za izmenu toplote. Struja koja je bila reciklovama iz zone za prečišćavanje u reakcionu zonu može takođe biti korišćena za zagrevanje struje za napajanje reakcione zone ukoliko toplota koja se u noj nalazi može na drugi način biti izgubljena, na primer ukoliko se odvija egzotermana kondenzacija sadržaja reciklovane struje gasova. Poželjno, druga struja za izmenu toplote je procesna struja koja nije reciklovana nazad u reakcionu zonu, poželjno struje su otpadne struje zone za prečišćavanje ili prečišćena struja proizvoda karbokilne kiseline i/ili anhidrida karboksilne kiseline zone za prečišćavanje. Poželjnije, struja drugog izmenjivača toplote je prečišćena struja proizvoda karboksilne kiseline i anhidrida proizvoda karboksilne kiseline, ukoliko zapremina kao i količina toplote koja se u njoj nalazi je generalno viša.

Prva struja za razmenu toplote na koju se toplota prenosti sa bar dela jedne ili više struja proizvoda može biti bilo koja procesna struja čija je temepratura na početku niža nego jedna ili više struja proizvoda pre prenosa toplote i čija temepratura je poželjno viša nego ona druge struje za izmenu toplote pre prenosa toplote na struju napajanja reakcione zone.

Temperatura jedne ili više struje proizvoda je poželjno dovoljna da bi se podigla temperatura napajanja parom pod niskim pritiskom, koja tipično ima pritisak do 6 barg (0.7 MPa), na primer oko 5 do 6 barg (0.6 do 0.7 Mpa), a temperatura je tipično 150°C ili više. Prva struja za izmenu toplote koja je zagrevana bar delom jednom ili više struja proizvoda može obezbediti napjanje parom niskog pritiska, kao što je gore opisano, koje može zauzvrat biti korišeno za dalje svrhe prenosa toplote ili u okviru istog postupka ili u okviru različitih postupaka. Alternativno, prva struja za izmenu toplote može biti procesna struja u okviru istog procesa karbonilacije prema prikazanom pronalasku, na primer struja za napajanje za jednu ili više destilacionih kolona u prečišćenoj zoni. U daljim izvođenjima pronalska, prva struja za izmenu toplote može biti procesna struja iz različitih postupaka, na primer procesna struja iz procesa proizvodnje vinil acetata koji može biti smešten blizu izvora napajanja sirćetnom kiselinom. Poželjno, prva struja za izmenu toplote je napajanje struje pod pritiskom, koja obezbeđuje veću raznovrsnost u odnosu na moguće korišćenje na nju prenete toplote. Poželjno, temperatura jedne ili više struja proizvoda sa kojih se toplota presnosti na prvu struju za izmenu toplote je dovoljna da zagreje napajanje pare pod pritiskom koje ima temperaturu od 150° C ili više.

Prenos toplote između jedne struje proizvoda i druge tipično se postiže korišćenjem izmenjivača toplote, gde su dve struje smeštene u termalni kontak jedna sa drugom što dovodi do hlađenja toplije struje i zagrevanju hladnije struje.

Opciono, bilo koja struja proizvoda ili njen deo koji je korišćen za prenos toplote na prvu struju za izmenu toplote je vraćen u reakcionu zonu u kojoj na taj način ohlađena struja proizvoda može pomoći u regulaciji temperature u okviru reakcione zone. Temperatura reakcione zone može dalje biti regulisana dodatnim hlađenjem struje proizvoda pre nego što se vrati u reakcionu zonu, na primer pomoću hladne vode. U poželjnim izvođenjima sadašnjeg pronalaska, dve struje proizvoda su uklonjenje iz reakcione zone. Toplota iz jedne od struja proizvoda je preneta na prvu struju za izmenu toplote pre nego što je tako ohlađena struja proizvoda vraćena u reakcionu zonu. Druga struja proizvoda je napajana u zonu za prečišćavanje u kojoj je dobijena prečišćena karboksilna kiselina i/ili anhidrid karboksilne kiseline.

Egzotermna karbonilaciona reakcija prema sadašnjem pronalasku je poželjno katalizovana. Može biti korišćena heterogena ili homogena kataliza. U poželjnom izvođenju prikazanog pronalaska, karbonilaciona reakcija je katalizovana homogenim karbonilacionim katalizatorim iz grupe VIII, gde je tečna reakciona kompozicija održavana u reakcionoj zoni, a gde se tečna reakciona kompozicija sastoji od alkohola i/ili njegovog reaktivnog derivata, karboksilne kiseline i/ili anhidrida karboksilne kiseline i karbonilacionog katalizatora iz grupe VIII.

Reaktivni derivati alkohola obuhvataj ujedinjenja koja su sposobna da proizvode alkohol kao rezultat reakcije hidrolize, a čiji su primer alkil karboksilati, alkil etri i alkil halogenidi. Poželjni proizvod karbonilacionog postupka je karboksilna kiselina i/ili anhidrid karboksilne kiseline. Karbonilacija alkil karboksilata pod anhidrovanim uslovima tipično dovodi do obrazovnja anhidrida karboksilne kiseline. U prisutvu alkohola i/ili malih količina vode, takođe je proizvedena karboksilna kiselina. U prisutvu vode iznad praga koncentracije, tipično 0.1% ili više težinskih u tečnoj reakcionoj kompoziciji, predominantni proizvod je karboksilna kiselina.

Broj ugljenikovih atoma u alkoholu, ili alkil grupi ili grupama reaktivnih derivata alkohola, je za jedan manji od broja ugljenikovih atoma u svakoj od karboksilnih grupa proizvoda karboksilne kiseline i/ili anhidrida karboksilne kiseline. Na primer, sirćetna kiselina i ahnidrid sirćetne kiseline imaju dva ugljenikova atoma u svakoj od njihovih acetatnih grupa, a postiji jedan ugljenik u svakoj od alkil grupa metanola i sa njima u vezi reaktivnih derivata kao što su metil jodid, dimetil etar i metil acetat.

Voda može biti dodatno prisutna u reakcionoj zoni. Može biti uvedena kao sveže dodato napajanje ili može alternativno ili dodatno biti proizvedena u reakcionoj zoni kao rezultat reakcija između jedne ili više komponenti tečne reakcione kompozicije, kao što su kondenzacije alkohola sa karboksilnom kiselinom da bi se obrazovao alkil karboksilat i voda.

Sadašnji pronalazak je naročito pogodan za karbonilaciju metanola i/ili njegovog reaktivnog derivata, poželjni reaktivni derivati metanola su metil acetat, dimetil etar i metil jodid. Poželjeni proizvod je sirćetna kiselina i/ili acetanhidrid. Najpoželjniji proizvod je sirćetna kiselina i prema tome poželjno je da je voda prisutna u tečnoj reakcionoj kompoziciji rekacione zone. Koncentraija vode u tečnoj reakcionoj kompoziciji može varirati u zavisnosti od grupe VIII metala korišćenog kao katalizator. Generalno, pri karbonilaciji koja je katalizovana rodijumom, voda može biti prisutna u količini u opsegu od 0.1 do 30%, poželjno od 1 do 15% težinskih. Za karbonilaciju katalizovanu iridijumom, voda može biti prisutna u količini od 0.1 do 6.5 % težinskih.

Grupa VIII karbonialcionog katalizatora je poželjno izabrana od rodijuma i/ili iridijuma i poželjno je iridijum. Grupa VIII karbonilacionog katalizatora može biti dodata u tečnu reakcionu kompoziciju u bilo kom pogodnom obliku koji se rastvara u tečnoj reakcionoj kompoziciji ili je u njoj konvertovan u rastvorni oblik. Pogodna jedinjenja su opisana u EP-A-0144935, EP-A-0 643 034 i US 6,211,405. Tipično korišćeni su karbonilni kompleksi, halogenidne soli i acetatne soli metala. Rodijum može biti prisutan u količini od 50 do 5000 ppm, poželjno od 100 do 1500 ppm, izraženo kao elementarni rodijum. Iridijum može biti prisutan u količini koja je u opsegu od 100 do 6000 ppm, poželjno od 400 do 3000 ppm, izraženo kao elementarni iridijum.

Karbonilacioni promoter katalizatora može takođe biti prisutan u tečnoj reakcionoj kompoziciji. Identitet promotera zavisi do nekog stepena od grupe VIII karbonilacionog katalizatora. Kada je korišćen iridijum kao karbonilacioni katalizator opcioni promoter je suštinski metal izabran iz grupe koje čine rutenijum, osmijum, kadmijum, renijum, živa, galijum, indijum, volfram i njihove smeše, poželjno rutenijum ili osmijum. Pogodno molarni odnos promoteniridijum je u opsegu [0.5 do 15]: 1. Kada je korišćen rodijum kao karbonilacioni katalizator opcioni promoter je pogodno izabran iz grupe koja se sastoji od jodidnih soli alakalnih i zemnoalkalnih metala, na primer, litijum jodida, kvaterarnih amonijum jodida i kvaterarnih fosfonijum jodida. Pogodno opcioni promoter može biti prisutan do njegovih granica rastvorljivosti.

Alkil halogenidni ko-katalizator može biti prisutan u tečnoj reakcionoj kompoziciji, a poželjni halogeni element je poželjno jodid. U karbonilaciji metanola i/ili njegovog reaktivnog derivata, metil jodid je poželjno prisutan u tečnoj reakcionoj kompoziciji u količini koja je u opsegu od 2 do 20%, poželjno od 4 do 16% težinskih.

Jedno ili više jedinjenja koja su sposobna da proizvedu jonski jodid u tečnoj reakcionoj kompozciji mogu takođe biti prisutni u tečnoj reakcionoj kompoziciji, naročito u postupcima koji su katalizovani rodijumom u kome mogu delovati kao katalitički stabilizator. Pogodna jedinjenja uključuju jodidne soli alkalnih ili zemnoalkalnih metala ili jodidne soli kvaterarnih amonijum ili fosfonijum jona. Poželjno jodidna so je jodid alkalnog metaa, poželjnije litijum jodid. Poželjno je da se jonska jedinjenja koja stvaraju jodide izbegavaju kod postupaka koji su katalizovani iridijumom jer mogu inhibirati reakciju.

Alkil karboksilat takođe može biti prisutan u tečnoj reakcionoj kompoziciji, ili je uvođen u karbonilacioni reaktor kao reaktant, ili je obrazovan reakcijom alkohola i/ili njegovog reaktivnog derivata sa karboksilnom kiselinom ili anhidridom karboksilne kiseline. Pri karbonilaciji metanola i/ili njegovog reaktivnog derivara, metil acetat će biti prisutan u tečnoj rekacionoj kompoziciji. Za postupak koji je katalizovan iridijumom, poželjno biće prisutan metil acetat pri koncentraciji od 1 do 70 tež.%, poželjnije 2 do 50 tež.% i poželjnije 5 do 40 tež.%. Za postupak koji je katalizovan rodijumom, koncentracija metil acetata je poželjno od 2 do 15%, poželjnije od 3 do 10 tež.%.

Ugljen monoksid je prisutan u reakcionoj zoni pri poželjnim parcijalnim pritiscima od 2.5 do 100 bar (0.25 do 10 MPa), poželjnije 3 do 20 bar (0.3 do 2 MPa). Ugljen monoksid može biti u suštini čist ili sadržati nečistoće kao što je ugljen dioksid metan, azot, plemeniti gasovi, voda i C1-C4parafinski ugljovodonici. Prisustvo vodonika u napajanju ugljen monoksida i stvorenog in situ pomeranjem ka reakciji stvaranja vodenog gasa je poželjno održavan u niskom nivou, jer njegovo prisustvo može dovesti do obrazovanja proizvoda hidrogenizacije. Prema tome, količina vodonika u reaktantu ugljen monoksidu je poželjno manja od 1 mol%, poželjnije manja nego 0.5% i još poželjnije manja nego 0.3 mol% i/ili parcijalni pritisak vodonika u karbonilacionom reaktoru je poželjno manji od 1 bar (0.1 MPa) parcijalnog pritiska, poželjnije manji nego 0.5 bar (50 kPa) i još poželjnije manje od 0.3 bar (30 kPa). Parcijalni pritisak ugljen monoksida u reaktoru je pogodno u opsegu većem od 0 do 40 bar (0 do 4 Mpa), tipično od 4 do 30 bar (0.4 do 3 MPa).

Struja napajanja u reakcionu zonu koja se zagreva drugom strujom za izmenu toplote može biti, na primer, svež izvor alkohola i/ili njegovog reaktivnog derivata, sveže napajanje katalizatora ili reciklovana struja iz drugih delova procesa, kao što je struja reciklovanih komponenti iz zone za prečišćavanje u reakcionu zonu. Struja napajanja reakcione zone, pre prenosa toplote će imati nižu temperaturu nego druga struja za izmenu toplote. Tipično, temperatura struje napajanja u reakcionu zonu je 80°C ili ispod, poželjnije 60°C ili ispod, i još poželjnije 40°C ili ispod. Posle izmene toplote, temperatura struje napajanja reakcione zone je poželjno veća od 40°C, poželjno veća od 60°C i najpoželjnije veća od 80°C. Poželjno, struja napajanja u reakcionu zonu je alkohol, poželjnije alkohol u tečnoj fazi.

Poželjno reakciona zona u kojoj se dešava egzotermana karbonilaciona reakcija je odražavana na temepraturi i pritisku koji su dovoljni da obezbede održavanje egzotermene karbonilacije. Tipično, temperatura će biti od 100 do 300°C, poželjnije od 170 do 220°C. Pritisak od 17 do 100 bara (1.7 do 10.0 MPa) je tipično održavan u okviru reakcione zone, poželjno od 20 do 80 bara (2.0 do 8.0 MPa), poželjnije od 20 do 40 bara (2.0 do 4.0 MPa).

U poželjnom izvođenju pronalaska, tečna reakciona kompozicija je povučena iz reakcione zone da bi se obrazovale bar dve struje proizvoda. Toplota između jedne od struja proizvoda se prenosi na prvu struju za izmenu toplote pre nego što se ponovo napaja u reakcionu zonu, opciono uz dalje hlađenje. Temperatura tečne reakcione kompozicije je kontrolisana kontrolisanjem količine prenosa toplote na prvu struju za razmenu toplote. Prema tome, više toplote je preneto u prvu struju za izmenu toplote kada sa topliji reaktanti uvode u reakcionu zonu u cilju regulisanja temperature u tečnoj reakcionoj kompozciji povučenoj iz reakcione zone. Opciono dalje hlađenje može biti izvedeno posle stupnja prenosa toplote u cilju obezbeđivanja dodatne kontrole preko temeprature u okviru reakcione zone. U još drugim izvođenjima, struja proizvoda koja se recikluje nazad u reakcionu zonu je prvo napajanje u drugu reakcionu zonu pre prenosa toplote u prvu struju za razmenu toplote. Druga reakciona zona omogućava dalje reakciju unetog i/ili rastvorenog ugljen monoksida, koji dalje podiže temperaturu struje proizvoda, omogućavajući da još više toplote da bude preneto u prvu struju za izmenu toplote. U ovom izvođenju pronalaska, druga od bar dve struje proizvoda je napajana u zonu za prečišćavanje i opciono je prvo napajana u drugu reakcionu zonu tako da ugljen monoksid rastvaren i/ili unet u nju može dalje reagovati da obrazuje dodatni karbonilacioni proizvod.

U sadašnjem pronalasku, bar deo jedne ili više struja proizvoda je napajan u zonu za prečišćavnje, koja daje prečišćenu karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline. Zona za prečišćavanje će tipično sadržati brzu zonu za odvajanje i destilacionu zonu.

U poželjnom izvođenju sadašnjeg pronalaska, u kom je karbonilaciona reakcija homogeno katalizovana, a struja proizvoda ili njen deo koji je napajan u zonu za prečišćavanje je odvajan na gasovitu frakciju i tečnu frakciju u zoni za brzo odvajanje. Tečna frakcija se sastoji od relativno neisparljivih komponenti, kao što je karbonilacioni katalizator grupe VIII i bilo koji metalni promoter i/ili jonski jodidni promoter koji eventualno mogu biti prisutni. Tečna frakcija je reciklovana u reakcionu zonu, opciono pre hlađenja radi regulisanja temperautre u okviru reakcione zone.

Gasovita frakcija zone brzog odvajanja obuhvata relativno isparljive komponente, kao što su neizreagovani alkohol i/ili njegov reaktivni derivat, proizvod karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid i druge isparljive komponente kao što su voda i alkil jodid.

Gasovita frakcija je napajana u destilacionu zonu, koja se sastoji od jedne ili više destilacionih kolona koje prečišćavaju proizvod karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline uklanjanjem nečistoća i sporednih proizvoda da bi se dobila prečišćena struja proizvoda.

Zona za prečišćavanje se tipično sastoji od struja za reciklovanje, koje sadrže komponente kao što su neizreagovani reaktanti, voda ili komponente koje mogu biti vraćene u reakcionu zonu gde mogu reagovati tako da obrazuju željene proizvode reakcije. S obzirom da se toplota koja se nalazi u tim reciklovanim strujama vraća u reaktor, one se tipično ne koriste za prenos toplote na struje napajanja u reakcionu zonu. Međutim, kada toplota može biti izgubljena iz sistema reciklovanja, na primer preko egzotermnih postupaka kao stoje kondenzacija, tada toplota može biti korisno sakupljena prema sadašnjem pronalasku tako što se prenosi u različite struje napajanja za reakcione zone.

U poželjnim izvođenjima pronalaska, toplota sa jedne ili više otpadnih struja i/ili prečišćenih struja proizvoda zone za prečišćavanje je preneta na jednu ili više struja napajanja reakcionih zona, jer bi toplota u takvim strujama na drugi način bila izgubljena iz postupka ukoliko nije sakupljena.

U jednom izvođenju pronalaska, metanol i/ili njegov reaktivan derivat su karbonilovani da bi se dobila sirćetna kiselina, gde destilaciona zona obuhvata tri destilacione kolone kao što je opisano kod Howard et al., Catalvsis Today, 18 (1993) str. 325-354. Isparljivije komponente ili lake frakcije su uklonjene iz glavne frakcije prve destilacione kolone i poželjno, bar delom reciklovane u reaktor. Lake frakcije tipično sadrže metil acetat, neizreagovani metanol, metil jodid i nešto vode. Opciono, struja sa dna prve destilacione kolone koja sadrži uneti metalni karbonilacioni katalizator i/ili promoter se vraća u reakcionu zonu. Sporedna struja, koja sadrži proizvod sirćetnu kiselinu i vodu je napajana u drugu destilacionu kolonu, gde je voda uklonjena iz glavnog dela kolone, i poželjno reciklovana bar delom u reakcionu zonu. Suštinski suva struja sirćetne kiseline je uklonjena iz druge kolone i napajana u treću destilacionu kolonu, gde su uklonjene i izbačene teže nečistoće, kao što je propionska kiselina, tako da ostane prečišćena sirćetna kiselina. U suštini suva sirćetna kiselna tipično ima koncentraciju vode od 0.5 tež.% ili ispod, poželjno 0.2% ili ispod i najpoželjnije 0.1 tež. % ili ispod.

U alternativnim izvođenjima pronalaska, u vezi sa proizvodnjom sirćetne kiseline karbonilacijom metanola i/ili njegovog reaktivnog derivata, destilaciona zona obuhvata dve destilacione kolone, kao što je opisano u EP-A-0 849 250, a prva destilaciona kolona je bila za uklanjanje sakupljenih lakih frakcija i kolona za sušenje.

U daljem izvođenju pronalaska, gde metanol podleže karbonilaciji da bise dobila sirćetna kiselina, postoji samo jedna destilaciona kolona u destilacionoj zoni, kao što je opisano u EP-A-0 573 189. Prema tome, lake frakcije, teške nečistoće i voda su uklonjeni iz proizvoda sirćetne kiseline u jednoj destilacionoj koloni.

U još jednom izvođenju sadašnjeg pronalaska, sirćetna kiselina i anhidrid sirćetne kiseline su zajednički proizvodi karbonilacije metil acetata, kao što je opisano, na primer u gore pomenutom članku Hovvard et al. u 'Catalvsis Today'. Destilaciona zona obuhvata prvu destilacionu kolonu za uklanjenje lakih frakcija iz gasovite frakcije brze zone za odvajanje. Sirćetna kiselina i anhidrid sirćetne kiseline su odvojeni u drugoj destilacionoj koloni, koloni za odvajanje kiselinc/anhidrida, gde je sirćeta kiselna uklonjena iz gornjeg dela kolone i ahnidrid iz nižeg dela. Sirćetna kiselina je preneta na treću destilacionu kolonu, gde su ostale lake frakcije uklonjene iz glavnog dela kolone i opciono reciklovane, bar delom, nazad u reaktor. Lake frakcije koje mogu sadržati nešto vode i metil jodida, mogu opciono biti korišćene da esterifikuju sirćetnu kiselinu do metil acetata, u cilju kontrole odnosa sirćetne kiseline prema anhidridu sirćetne kiseline koji su proizvedeni u postupku. Prečišćena sirćetna kiselina je ekstrahovana kao sporedna struja iz kolone za krajnje poliranje. Anhidrid sirćetne kiseline je napajan iz kolone za odvajanje kiseline/anhidrida u drugu destilacionu kolonu u kojoj teške nečistoće, kao što su etiliden diacetat, su uklonjene sa dna kolone. Anhidrid sirćetne kiseline je uklonjen kao sporedna struja iz gornjeg dela kolone i napajan u krajnju brzu kolonu da se uklone preostale lake nečistoće.

Lake frakcije uklonjene iz struje proizvoda u zoni za prečišćavanje mogu biti pogodne za recilovanje u reakcionu zonu, jer one tipično sadrže komponente kao što su metil jodid, metil acetat, voda i metanol, koje mogu biti korišćene ponovo da se napavi još sirćetne kiseline i/ili acetanhidrida. Toplota iz ovih reciklovanih struja je, prema tome, vraćena u reakcionu zonu i ta toplota koja se u njima nalazi generalno nije izgubljena iz postupka, tako da nema potrebe da bude preneta na struju napajanja reakcione zone.

Teže komponente, kao što je propionska kiselina ili etiliden diacetat su uklonjene iz postupka kao otpadne struje i toplota iz ovih otpadnih struja je prema tome potencijalno izgubljena iz postupka. Prema tome, takve otpadne struje mogu biti korišćene kao druga struja za izmenu toplote, za prenošenje tolote na struju za napajanje reakcione zone da bi se sprečila ili smanjila količina izgubljene toplote iz postupka.

Prečišćene struje sirćetne kiseline i/ili acetanhidrida će takođe sadržati toplotu koja može biti izgubljena iz postupka, jer prečišćeni proizvod se generalno ne recikluje nazad u reakcionu zonu. Prema tome, prečišćene struje sirćetne kiseline i/ili acetanhidrida su takođe pogodno korišćene kao druga struja za razmenu toplote za prenos toplote koja se u njima nalazi na struje za napajanje reakcione zone u cilju smanjenja gubitka toplote u postupku.

Prema tome, u poželjnom izvođenju sadašnjeg pronalaska, druga struja za izmenu toplote je otpadna struja koja sadrži teške nečistoće iz zone za prečišćavanje ili prečišćenu struju proizvoda koja sadrži prečišćenu sirćetnu kiselinu i/ili acetanhidrid. Najpoželjnije, prečišćena struja proizvoda sirćetne kiseline i/ili acetanhdrida je druga struja za razmenu toplote, jer zapremina materijala je generalno veća nego zapremina otpadnih struja iz zone za prečišćavanje.

Postupak prema sadašnjem pronalasku će sada biti prikazan sa sledećim neograničavajućim primerima, uz pozivanje na slike 1, 2 i 3, gde;

Slika 1 je šematski prikaz postupka za karbonilaciju metanola da bi se dobila sirćetna kiselina, ali ne prema sadašnjem pronalasku;

Slike 2 i 3 su šematski prikaz postupaka za karbonilaciju metanola da bi se dobila sirćetna kisleina u vezi sa sadašnjim pronalaskom.

Slika 1 je šematska ilustracija postupka za karbonilaciju metanola da bi se dobila sirćetna kiselina. To nije postupak prema sadašnjem pronalasku jer ne postoji prenos toplote iz druge struje za razmenu toplote na struju za napajanje u reakcionu zonu.

Metanol, na temperaturi od 20°C, je napajan preko voda 101 za napajanje u reaktor 102. Ugljen monoksid, na temperaturi 40°C je napajan u reaktor 102 preko voda 103 za napajanje. U reaktoru odražavana je tečna reakciona kompozicija koja sadrži metanol, katalizator iridijum, vodu, sirćetnu kiselinu i metil acetat. Prva struja proizvoda na temperaturi od 190°C je povučena iz reaktora preko vodova 104 i 110. Sadržaj voda 104 je napajan preko izmenjivača 105 toplote, gde je toplota preneta na vod 106 sa strujom za napajanje niskog pritiska (prva struja za razmenu toplote) pod pritiskom između 5 i 6 barg (0.6 do 0.7 MPa) i temepraturi pre prenosa toplote od 150°C. Na taj način ohlađena tečna reakciona kompozicija je dalje ohlađena u izmenjivaču 107 toplote pomoću izmenjivača toplote sa sa vodom za hlađenje u vodu 108 i vraćena u reaktor 102 preko voda 109.

Druga struja proizvoda, takođe na 190°C je povučena iz reaktora 102 preko voda 110 i napajana u zonu za brzo odvajanje (nije prikazano), iz koje je gasovita frakcija napajana u destilacionu zonu 111 koja sadrži jednu ili više destilacionih kolona 112, od kojih svaka ima isparivač 113. Jedan od isparivača 113 je zagrevan snabdevanjem strujom 114 srednjeg pritiska pod pritiskom od 13 barg i temperaturi od 190°C. Brzina protoka štuje u isparivač 113 je kontrolisana sa ventilom 115. Prečišćena sirćetna kiselina na temepraturi od 130°C je povučena iz zone za prečišćavanje preko voda 116 i ohlađena u izmenjivaču 117 toplote sa napajanjem 118 vode za hlađenje. Ohlađena prečišćena struja sirćetne kiseline na temepraturi od 30°C je zatim premeštena u skladište preko voda 119.

Slika 2 je šematski prikaz postupka prema sadašnjem pronalasku. Metanol je napajan u reaktor 202 preko voda 201 za napajanje preko izmenjivača 217 toplote, gde je temperatura metanola podignuta od 20°C do 100°C. Ugljen monoksid na temepraturi od 40°C je takođe napajan u reaktor 202 preko voda 203 za napajanje. U reaktoru, održavana je tečna reakciona kompozicija koja sadrži metanol, katalizator iridijum, vodu, sirćetnu kiselinu i metil acetat. Prva struja proizvoda na temepraturi od 190°C je povučena iz reaktora preko vodova 204 i 210. Sadržaj voda 204 je napajan preko izmenjivača 205 toplote, gde je toplota preneta na vod 206 sa strujom za snabdevanje pod niskim pritiskom (prva struja za razmenu toplote) pod pritiskom između 5 i 6 barg (0.6 do 0.7 MPa) i temperaturi pre prenosa toplote od 150°C. Prema tome ohlađena tečna rekaciona kompozicija je dalje ohlađena u izmenjivaču 207 toplote razmenom toplote sa voda 208 i vraćena u reaktor 202 preko voda 209.

Druga struja proizvoda je povučena iz reaktora 202 preko voda 210 i napajana u brzu reakcionu zonu (nije prikazana), iz koje je gasovita frakcija napajana u destilacionu zonu 211 sadrži jednu ili više destilacionih kolona 212, od kojih svaka ima isparivač 213. Jedan od isparivača 213 je zagrejan napajanjem strujom 214 srednjeg pritiska pod pritiskom od 13 barg i temperaturi od 190°C. Brzina protoka struje u izmenjivaču 213 je kontrolisana ventilom 215. Prečišćena sirćetna kiselina (druga struja za razmenu toplote) na temperaturi od 130°C je povučena iz zone za prečišćavanja preko voda 216 i ohlađena u izmenjivaču 217 toplote prenosom toplote u vod 201 za napajanje metanola. Ohlađena struja prečišćene sirćetne kiseline na temperaturi od 30°C je zatim preneta u skladište preko voda 219.

Temperatura bilo koje struje proizvoda je uklonjena iz reaktora i održavana na 190°C kontrolisanjem količine prenete toplote na struju za napajanje pod niskim pritiskom voda 206 u izmenjivač 205 toplote. Na taj način, dodatna toplota sadržana u toplijoj struji napajanja 201 metanola u reaktor, je uklonjena sa izmenjivačem 205 toplote u cilju održavanja povučene tečne reakcione kompozicije na 190°C. U ovom izvođenju pronalaska, između 1 i 2 MW dodatne toplote je preneto u struju voda 206 pod niskim pritiskom (prva struja za razmenu toplote) u poređenju sa prenetom toplotom na vod 106 u postupku prikazanom na slici 1, u kojoj nema prethodnog zagrevanja metanola napajanog u proizvodnu liniju prečišćene sirćetne kiseline.

Slika 3 je šematski prikaz drugog postupka prema sadašnjem pronalasku. Metanol je napajan u reaktor 302 preko voda 301 za napajanje preko izmenjivača 317 toplote gde je temepratura metanola podignuta od 20°C do 100°C. Ugljen monoksid na temperaturi od 40°C je takođe napajan u reaktor 302 preko voda 303 za napajanje. U reaktoru, održavana je tečna reakciona kompozicija koja sadrži metanol, katalizator iridijum, vodu, sirćetnu kiselinu i metil acetat. Prva struja proizvoda na temperaturi od 190°C je povučena iz reaktora preko vodova 304 i 310. Sadržaj voda 304 je napajan preko izmenjivača 305 toplote, gde je toplota preneta na struje za napajanje voda 306 pod niskim pritiskom (prva struja za razmenu toplote) pod pritiskom između 5 i 6 barg (0.6 do 0.7 MPa) i temepraturi pre prenosa toplote od 150°C. Prema tome, ohlađena reakciona kompozicija je zatim ohlađena u izmenjivaču 307 toplote razmenom toplote sa napajanjem hladne vode voda 308 i vraćena u reaktor 302 preko voda 309.

Druga struja proizvoda je povučena iz reaktora 302 preko voda 310 i napajana u zonu za brzo odvajanje (nije prikazano) iz koje je gasna frakcija napajana u destilacionu zonu 311 koja se sastoji od jedne ili više destilacionih kolona 312, od kojih svaka ima isparivač 313. U ovom izvođenju pronalaska, bar jedan od isparivača je zagrevan sa izvorom struje koja potiče od spojenih zagrejanih struja pod niskim pritisom voda 306 (prva struja za razmenu toplote) i izvora struje srednjeg pritiska voda 314, a srednja struja pritiska ima temepraturu od 190°C i pritisak od 13 barg pre nego što je pomešana sa strujom niskog pritiska voda 306 u pumpi 320 za zagrevanje da bi se obezbedila struja pod pritiskom od 10 barg (1.1 MPa). Brzina protoka mešovite struje u isparivač je kontrolisana preko ventila 315, koji je otvoren u većoj meri nego ventil 115 i 215 postupka prikazanog na slikama 1 i 2 respektivno.

Prečišćena sirćetna kiselina na temepraturi od 130°C je povučena iz zone za prečišćavanje preko voda 316 (druga struja za izmenu toplote) i ohlađena u izmenjivaču 317 toplote prenosom toplote na vod 301 sa napajanjem metanola. Ohlađena prečišćena struja sićetne kiseline na temepraturi od 30°C je zatim preneta u skladište preko voda 319.

Temperatura tečne reakcione kompozicije povučene iz reaktora je održavana na 190°C kontrolisanjem količine prenete toplote na struju snabdevanja sa niskim pritiskom voda 306 u izmenjivač 305 toplote. prema tome, ukoliko je toplije napajanje uvođeno u reaktor, više toplote je uklonjeno sa izmenjivačem 305 toplote u cilju održavanja povučene tečne reakcione kompozicije na 190°C. U ovom izvođenju pronalaska, između 1 i 2 MW dodatne toplote je preneto na struju pod niskim pritiskom u vodu 306 (prva struja za razmenu toplote) u poređenju sa prenosom toplote na vod 106 u postupku prikazanom na slici 1, gde ne postoji prethodno zagrevanje napajanja metanola proizvodnom linijom prečišćene sirćetne kiseline. Kao ova dodatno zagrevana struja pod niskim pritiskom je pomešana sa strujom srednjeg pritiska za zagrevanje struje napajanja u jednu od destilacionih kolona u zoni za prečišćavanje, iskorišćenje struje sa srednjim pritiskom je 1 do 2 MW niže nego primeri prikazani na slikama 1 i 2.

Claims (17)

1. Postupak za karbonilaciju alkohola i/ili njegovog reaktivnog derivata, koji se sastoji od (a) napajanja jedne ili više struja za napajanje reakcione zone, u reakcionu zonu, gde bar jedna struja za napajanje reakcione zone sadrži alkohol i/ili njegov reaktivni derivat, i bar jedna struja napajanja reakcione zone obuhvata ugljen monoksid; (b) održavanje u reakcionoj zoni temperature i pritiska koji su dovoljni da omoguće odvijanje egzotermne karbonilacione reakcije da bi se dobila karboksilna kiselina i/ili anhidrid karboksilne kisleine; (c) uklanjanja jedne ili više struja proizvoda koje sadrže karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne iz reakcione zone; (d) prenošenja toplote koja se nalazi u bar delu jedne ili više struja proizvoda na prvu struju za razmenu toplote; naznačen time, što se toplota prenosi iz druge struje za razmenu toplote na struju za napajanje reakcione zone stupnja (a) pre nego što je struja za napajanje reakcione zone uvedena u reakcionu zonu, i gde je temepratura druge struje za izmenu toplote pre prenosa toplote niža od jedne ili više struja proizvoda.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što temeperatura druge struje za razmenu toplote pre prenosa toplote na struju za napajanje reakcione zone je niža nego ona prve struje za razmenu toplote pre prenosa toplote u stupnju (d).

3. Postupak prema zahtevu 1 ili zahtevu 2, naznačen time, što druga struja za razmenu toplote pre prenosa toplote na struju za napajanje reakcione zone je ispod 150°C.

4. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 3, naznačen time, što prva struja za razmenu toplote je napajanje struje pod pritiskom.

5. Postupak prema zahtevu 4, naznačen time, što snabdevanje struje pod pritiskom ima pritisak do 0.7 MPa.

6. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 5, naznačen time, što je struja za napajanje reakcione zone stupnja (a) tečna struja.

7. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 6, naznačen time, što struja za napajanje reakcione zone na koju je preneta toplota iz druge struje za razmenu toplote obuhvata alkohol i/ili njegov reaktivan derivat.

8. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 7, naznačen time, što je struja proizvoda ili njen deo iz koje je preneta toplota u prvu struju za razmenu toplote u stupnju (d) vraćena u reakcionu zonu pošto je preneta toplota.

9. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 8, naznačen time, što je temepratura struje za napajanje u reakcionu zonu 80°C ili ispod pre nego što je toplota preneta iz druge struje za razmenu toplote.

10. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 9, naznačen time, što je bar deo jedne ili više struja proizvoda napajan u zonu za prečišćavanja i druga struja za razmenu toplote je struja proizvoda iz zone za prečišćavanje.

11. Postupak prema zahtevu 10, naznačen time, što je druga struja za razmenu toplote prečišćena struja proizvoda karboksilne kiseline i/ili karboksilnog anhidrida zone za prečišćavanje.

12. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 11, naznačen time, što je postupak homogeno katalizovan a u reakcionoj zoni je održavana tečna reakciona kompozicija koja sadrži alkohol i/ili njegov reaktivni derivat, karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline i karbonilacioni katalizator grupe VIII.

13. Postupak prema zahtevu 12, naznačen time, što je karbonilacioni katalizator grupe VIII izabran od rodijuma i/ili iridijuma.

14. Postupak prema zahtevima 12 ili 13, naznačen time, što se zona za prečišćavanje sastoji od brze zone za odvajanje i destilacione zone, gde bar deo jedne ili više struja proizvoda su napajane u zonu za brzo odvajanje da bi se dobila tečna frakcija koja sadrži karbonilacioni katalizator VIII grupe i gasovitu frakciju koja sadrži karboksilnu kiselinu i/ili anhidrid karboksilne kiseline u kojoj je tečna frakcija vraćena u reaktor a gasovita frakcija je napajana u destilacionu zonu da bi se dobila prečišćana karboksilna kiselina i/ili anhidrid karboksilne kiseline.

15. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 14, naznačen time, što je alkohol ili njegovi reaktivni derivat metanol i/ili njegovi reaktivni derivat, a proizvod je sirćetna kiselina.

16. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 15, naznačen time, što je reakciona zona održavana na temrpeaturi u opsegu od 100 do 300°C i pritisku od 1.7 do 10.0 MPa.

17. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 16, naznačen time, što je alkohol i ili njegov reaktivni derivat metanol i/ili njegov reaktivni derivat a proizvod je sirćetna kiselina.