Способ получения уксусной кислоты (варианты), барботажная колонна для осуществления способа

Способ получения уксусной кислоты (варианты), барботажная колонна для осуществления способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Это изобретение относится к способу получения уксусной кислоты. Более точно, настоящее изобретение относится к способу получения уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола монооксидом углерода в барботажной реакторной колонне в присутствии твердого катализатора, причем реакция проводится при высокой концентрации катализатора.

Предшествующий уровень техники

Так называемый «Процесс Монсанто» хорошо известен для получения уксусной кислоты, в которой метанол и монооксид углерода (СО) реагируют друг с другом в присутствии катализатора из благородного металла. Первоначально этот способ был развит для того, чтобы использовать гомогенную каталитическую реакцию, где метанол и монооксид углерода реагируют друг с другом в реакционном растворе, приготовленном растворением соединения родия и метилиодида соответственно как металлического катализатора и промотора в растворе уксусной кислоты, которая также содержит воду (Японский патент № 47-3334). Модифицированный способ был развит для того, чтобы использовать гетерогенную каталитическую реакцию с использованием твердого катализатора в виде соединения родия (Японская опубликованная патентная заявка № 63-253047). Однако гомогенная каталитическая реакция не адаптирована к высокой скорости реакции из-за того, что растворимость металлического катализатора в растворителе низкая, так что неизбежно может понадобиться огромный реактор. К тому же вода в реакционном растворе должна содержаться в определенном соотношении для того, чтобы увеличить скорость реакции, и селективность получения уксусной кислоты, и предварительное осаждение растворенного катализатора и, следовательно, это дает увеличение гидролиза метилиодида, который служит промотором, снижая выход и вызывая коррозию реакционных аппаратов. По этой и другим причинам был разработан способ, использующий гетерогенную каталитическую реакцию, т.к. он относительно свободен от таких проблем.

Карбонилирование метанола, использующееся в гетерогенной каталитической реакции обычно включает использование уксусной кислоты, как растворителя. Точнее говоря, метанол и монооксид углерода вступают в реакцию друг с другом под давлением и при высокой температуре в реакторе в присутствии твердого катализатора - соединения родия и промотора - метилиодида. Жидкий продукт реакции, экстрагированный из реактора, приводит к разделению системы, которая обычно включает средства дистилляции для разделения и сбора произведенной уксусной кислоты, в то время как оставшийся раствор, полученный в результате сепарации, возвращается в реактор. На этой стадии процесса двухфазная система или гетерогенная система находится в реакторе, в котором реакционный раствор содержит уксусную кислоту, метанол и метилиодид как основные компоненты среди частиц твердого катализатора (более точно трехфазная система, содержащая пузырьки СО). Заметим, что реакционный раствор также содержит метилацетат, диметиловый эфир, иодистоводородную кислоту и воду, которые являются побочными продуктами реакции в дополнение к вышеописанным основным компонентам. Частицы нерастворимой смолы, содержащей пиридиновое кольцо в молекулярной структуре и комплекс родия, обычно используются для твердых катализаторов.

Реактор непрерывного действия с механическим перемешиванием (CSTR) приспособлен к перемешиванию реакционного раствора посредством мешалки или барботажная реакторная колонна приспособлена к перемешиванию реакционного раствора с помощью пузырьков, которые могут использоваться для реакции карбонилирования с гетерогенным катализатором.

Когда используется реактор непрерывного действия с механическим перемешиванием, частицы твердого катализатора перемешиваются и суспендируются в реакционном растворе, а жидкий метанол и СО газ инжектируются через дно как исходные вещества реакции и реагируют друг с другом. Такой реактор непрерывного действия с механическим перемешиванием или смеситель типа суспензионного реактора сопровождается проблемой увеличения скорости потери СО, потому что время нахождения СО газа в жидкости - относительно короткое и как только СО выйдет из жидкости, перемещаясь в газовую фазу в реакторе, он с трудом может быть растворен в жидкости снова. Это сопровождается дополнительно проблемой трудности разделения катализатора и временем существования последнего, потому что структурно трудно извлечь только реакционный раствор из реактора, не позволяя твердому катализатору уноситься из реактора и частицам катализатора превращаться в более мелкие частицы под действием мешалки.

Барботажный реактор напротив имеет преимущество, поскольку он свободен от перечисленных выше трудностей и, поскольку это цилиндрический реактор, можно обеспечить длительное время нахождения проходящего сквозь него газообразного CO. Когда используется такой реактор в виде барботажной колонны, цилиндрический реактор заполняют реакционным растворителем и твердым катализатором, и жидкий метанол подают через дно как исходный реагент, в то время как газообразный CO инжектируют из дна вверх струей. Инжектируемый газообразный CO образует пузыри, поднимаясь в жидкости, содержащейся в цилиндрическом реакторе, и частицы катализатора также вовлекаются в движение вверх в цилиндрическом реакторе под действием газового лифта и рассеиваются в жидкости. В результате протекает реакция карбонилирования. Затем непрореагировавший газообразный CO и реакционный раствор, который содержит твердый катализатор, разделяются с помощью сепаратора, расположенного наверху цилиндрического реактора, когда они поступают туда. Непрореагировавший газообразный CO собирается и часть реакционного раствора отбирают из верхней части сепаратора как жидкий продукт реакции, который не содержит твердого катализатора, в то время как остающуюся часть реакционного раствора, которая содержит твердый катализатор, возвращают на дно цилиндрического реактора путем циркуляции под действием собственного веса и подают еще раз в цилиндрический реактор для завершения циркуляции. В известных способах осуществления реакции карбонилирования, использующих такой реактор в виде барботажной колонны, газообразный CO инжектируют в жидкость, содержащуюся в цилиндрическом реакторе, струей с помощью сопла, расположенного в нижней части цилиндрического реактора, с целью приведения в движение частиц твердого катализатора в реакторе (Японская опубликованная патентная заявка № 6-340242).

Более конкретно в вышеупомянутой стадии реакции монооксид углерода вдувают в жидкую реакционную смесь (содержащую частицы твердого катализатора в случае гетерогенной каталитической реакции) в реакторе, и газообразные компоненты, включая непрореагировавший монооксид углерода, и извлекают из верхней части реактора как отходящий газ. Жидкую реакционную смесь, которая прореагировала, отделяют от частиц твердого катализатора и извлекают из реактора так, чтобы направить в испарительную колонну или испарительный сосуд. В случае испарительной колонны монооксид углерода и компоненты легкой фракции в виде газов, которые были растворены в жидкости, отделяются как отходящий газ в результате работы испарительной колонны, и оставшаяся жидкая смесь разделяется на неочищенную уксусную кислоту, которая должна быть очищена для получения конечного продукта, уксусной кислоты, путем последовательных стадий, включающих стадию дистилляции, и циркуляцию фракции, которая должна подаваться назад в реактор для циркуляции. В случае испарительного сосуда жидкая реакционная смесь разделяется на газовую фракцию, содержащую компоненты, которые соответствуют отходящему газу, вышеупомянутую фракцию неочищенной уксусной кислоты и остаточную жидкую фракцию в ходе однократного испарения, в котором газовая фракция очищается в последующей стадии дистилляции, а жидкая фракция возвращается в реактор. Отходящий газ и циркулирующая фракция будут получены вместе с фракцией очищенной уксусной кислоты, которая представляет собой конечный продукт, также в последовательных стадиях, включающих стадию дистилляции.

Как описано выше, в процессе получения уксусной кислоты отходящий газ отводят на каждой из стадий процесса, включая стадию реакции и последующие стадии разделения и очистки. Извлеченный отходящий газ содержит не только метан и водород, которые образуются в результате реакции, и непрореагировавший монооксид углерода, но также метилиодид, который служит промотором, уксусную кислоту, которая служит сырым продуктом, растворитель и другие летучие вещества, такие как метилацетат. По этой причине обычно эти полезные вещества собирают и возвращают в реактор до того, как отходящий газ сгорает в установке для сжигания отходов. Операцию абсорбции газа обычно применяют для того, чтобы собрать полезные вещества из отходящего газа и образовавшуюся уксусную кислоту или полуфабрикаты, метанол частично используют как абсорбирующую жидкость для процесса абсорбции газа. Когда произведенная уксусная кислота частично применяется в качестве абсорбирующей жидкости, необходима стадия диффузии с задачей отделения полезных веществ, абсорбированных в уксусной кислоте, от последней после использования последней в качестве абсорбирующей жидкости. Использование одного из сырьевых материалов, метанола, в качестве абсорбирующей жидкости обеспечивает преимущество, состоящее в том, что метанол, который был использован как абсорбирующая жидкость, можно вводить в реактор в результате какой-либо обработки. Кроме того, в то время как любые усилия для охлаждения уксусной кислоты, чтобы улучшить эффективность абсорбции, тщетны вследствие относительно высокой температуры плавления (17°C) уксусной кислоты, метанол предпочтителен потому, что он не связан с такой проблемой.

Раскрытие изобретения

Когда в реакторе колонного типа проводят гетерогенную реакцию с использованием твердого катализатора, движущиеся частицы твердого катализатора с большой вероятностью могут быть блокированы в нижней части цилиндрического реактора, когда концентрация частиц твердого катализатора высока, хотя такая проблема не возникает до той поры, пока концентрация частиц твердого катализатора остается низкой. Далее, по мере того, как реакционная жидкость, содержащая твердый катализатор, движется ко дну цилиндрического реактора под действием принудительной циркуляции, циркуляционный контур может засоряться осажденными частицами твердого катализатора в циркуляционном контуре, значительно затрудняя операцию. Если циркуляционный контур не засорен, твердый катализатор может местами агломерироваться, снижая эффективность получения уксусной кислоты по вышеописанной реакции и активизируя побочные реакции.

Таким образом, известные способы получения уксусной кислоты путем карбонилирования метанола посредством гетерогенной каталитической реакции, используя твердый катализатор, сопряжены с проблемами, включая то, что они должны проводиться при относительно низкой концентрации катализатора и требуют использования громоздкого оборудования для осуществления способа, когда уксусная кислота должна производиться с заданной скоростью. Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в разработке способа получения уксусной кислоты, который свободен от трудности, состоящей в застревании частиц твердого катализатора в реакторе и засорении осажденными частицами твердого катализатора в циркуляционном контуре, так что эффективность получения уксусной кислоты может снижаться вследствие локальной агломерации твердого катализатора, и операцию получения уксусной кислоты можно надежно проводить только в течение длительного периода времени, когда используется высокая концентрация катализатора. Задачей настоящего изобретения также является разработка реактора для использования таким способом.

Тем временем согласно данному изобретению способ, который подразумевает высокую концентрацию катализатора, скорость, с которой продувается газообразный CO, также высока, и, следовательно, скорость, с которой образуется отходящий газ, высока в сравнении с известными способами. Так как абсорбцию с использованием исходного вещества метанола в качестве абсорбирующей жидкости проводят, чтобы собрать полезные вещества из отходящего газа, скорость подачи метанола в качестве абсорбирующей жидкости очевидно возрастает. Однако, если метанол используется для абсорбции отходящего газа со скоростью, которая выше, чем скорость, с которой метанол как исходное вещество подается в реактор, избыточный метанол нужно просто сбрасывать, потому что он не может быть использован как сырье. Следовательно, такая высокая скорость подачи метанола неэкономична. Другими словами, желательно, чтобы скорость, при которой метанол используется для абсорбирования газа, была ниже, чем скорость, при которой в реактор подается сырьевой материал метанол. Таким образом, следует принять во внимание, что эффективность операции абсорбции отходящих газов очень важна для способа получения уксусной кислоты, когда метанол используется как жидкий абсорбент. Таким образом, другая задача настоящего изобретения - повысить эффективность абсорбции отходящих газов.

Согласно изобретению предлагается способ получения уксусной кислоты карбонилированием метанола монооксидом углерода (СО) путем реакции гетерогенного катализа в барботажой реакторной колонне, в которой реакция карбонилирования проводится при концентрации твердого катализатора не менее чем 100 кг/м³ в пересчете на объем реакционной системы. Твердый катализатор включает каталитический комплекс металла, расположенный на частичках смолы. Каталитический металл содержит обычно 0,3 - 2,0 вес.%, преимущественно 0,6 - 1,0 вес.% от частиц смолы.

Согласно изобретению продуктивность реакции карбонилирования повышается, когда концентрация твердого катализатора не менее чем 100 кг/м³ в пересчете на объем реакционной системы, поэтому, чтобы уменьшить промышленную стоимость для реакции может быть использован относительно маленький реактор. Концентрация твердого катализатора - это средняя концентрация катализатора как в основном теле реактора, так и в циркуляционной системе.

В аспекте настоящего изобретения в способе согласно изобретению, где концентрация твердого катализатора не менее чем 100 кг/м³ используется в пересчете на объем реакционной системы, парциальное давление монооксида углерода в реакторе находится между 1,0 и 2,5 МПа и степень исчерпывания монооксида углерода находится между 3 и 15% от теоретического реакционного объема монооксида углерода, в то время как приведенная скорость жидкости находится между 0,2 и 1,0 м/с.

С такой высокой концентрацией катализатора парциальное давление монооксида углерода в реакторе поддерживается между 1,0 и 2,5 МПа, преимущественно между 1,7 и 2,2 МПа, для того, чтобы сохранить константу массопереноса Kla (емкостный коэффициент жидкой фазы) СО газа между газом и жидкостью, которая контролирует скорость реакции карбонилирования с использованием СО, не менее чем заранее заданная величина (например, не менее чем 700). Суммарная продуктивность реакции заметно падает, когда парциальное давление монооксида углерода не выше чем 1,0, хотя скорость реакции заметно не увеличивается, когда парциальное давление монооксида углерода превышает 2,5 МПа. Таким образом, в основном давление реакции может поддерживаться в пределах экономичного диапазона между 1,5 и 5,9 МПа, преимущественно между 3,0 и 4,5 МПа, когда парциальное давление монооксида углерода поддерживается в пределах вышеопределенного диапазона.

Монооксид углерода подается в избытке, чтобы обеспечивать подходящее значение Kla, и значения между 3 и 15%, предпочтительно между 5 и 10%, подбирают для скорости исчерпывания монооксида углерода (отношение избыточного монооксида углерода к теоретическому реакционному объему монооксида углерода). В то время как значение существенно улучшается, когда скорость исчерпывания не ниже 3%, скорость исчерпывания, превышающая 15%, не является предпочтительной с экономической точки зрения. Т.к. газообразный СО подается в избытке, газлифт-эффект улучшается и способствует равномерной флюидизации твердого катализатора.

К тому же, приведенная скорость реакционной жидкости, которая поднимается в реакторе, поддерживается между 0,2 и 1,0 м/с для удержания однородного дисперсионного состояния частиц катализатора, имеющих высокую концентрацию, с тем, чтобы предотвратить падение производительности при производстве уксусной кислоты и побочные реакции, которым способствует локализация твердого катализатора, вызванные недостаточной скоростью циркуляции.

Нежелательно, чтобы приведенная скорость жидкости была выше чем 1 м/с потому, что число обеднения избытка СО газа увеличивается и время пребывания СО газа становится неэффективным. В таком случае, чтобы избежать эти проблемы можно заметно увеличить реактор. Если, с другой стороны, приведенная скорость жидкости для реакционной жидкости ниже чем 0,2 м/с, то катализатор будет распределяться неравномерно для того, чтобы увеличить локализованные реакции, которые приведут к увеличению побочных реакций и уменьшению времени жизни катализатора.

Аналогично, приведенная скорость газа для СО газа предпочтительна между 2 и 8 см/с. Используемое здесь выражение для приведенной скорости газа относится к средней величине приведенной скорости газа в газовом канале в секции дна реактора и в его аналоге наверху реактора. Когда приведенная скорость газа находиться в определенном выше диапазоне, твердый катализатор равномерно диспергируется в реакторе благодаря такой скорости и газлифт эффект для СО газа повышается в реакторе так, что необходимый уровень циркуляции/флюидизации твердого катализатора может поддерживаться на стабильной основе.

Согласно изобретению барботажная реакторная колонна, которая используется для получения уксусной кислоты путем гетерогенной реакции карбонилирования, предпочтительно имеет отношение длины L к диаметру D или L/D не менее 8, потому что необходимо обеспечить достаточно длительный временной контакт газ/жидкость и достаточно высокий уровень циркуляции/флюидизации для того, чтобы достигнуть заметной эффективности реакции. Для реактора, имеющего L/D не менее 8, возможно установление равномерного циркуляционного потока суспензии твердого катализатора при скорости не ниже, чем вышеупомянутая 0,2 м/c, потому что объем задержки газа в реакционной зоне (секция подъема) увеличивается, производя достаточно большое различие плотности между реакционной зоной и зоной падения жидкости (зона падения). В то время как или внешняя циркуляционная система, или внутренняя циркуляционная система могут быть использованы для барботажной реакторной колонны, теплообменник желательно включить в циркуляционный путь, чтобы удалить тепло, вырабатываемое реакцией, при использовании внешней циркуляционной системы.

В другом аспекте настоящего изобретения согласно изобретению, где в способе концентрация твердого катализатора не менее 100 кг/м³ используется на единицу реакционного объема, монооксид углерода инжектируется в реактор путем продувания в отверстия, расположенные на многочисленных уровнях.

Т.к. монооксид углерода инжектируется в реактор путем продувания в отверстия, расположенные на многочисленных уровнях, твердый катализатор флюидизируется и равномерно распределяется очень эффективно, если сравнивать с расположением на одном уровне, так, что возможно работать с реакционной системой с высокой концентрацией твердого катализатора не менее 100 кг/м³. Поэтому можно уменьшить размеры реактора.

Твердый катализатор включает каталитический комплекс металла, расположенный на частичках смолы. Каталитический металл содержит обычно 0,3-2,0 вес.%, преимущественно 0,6-1,0 вес.% от частиц смолы.

Твердый катализатор в реакторе может флюидизироваться и равномерно распределяться даже более эффективно, когда по крайней мере один поток монооксида углерода, продуваемый в отверстия, расположенные на многочисленных уровнях, используется как монооксид углерода, продуваемый в отверстия, для флюидизации твердого катализатора и по крайней мере другой поток монооксида углерода, продуваемый в отверстия, расположенные на многочисленных уровнях, используется как отверстие для продувания монооксида углерода, для создания подвижности твердого катализатора в нижней части реактора. Когда отверстие для продувания монооксида углерода, используемое для создания подвижности твердого катализатора, располагается на дне реактора, это препятствует осаждению твердого катализатора на дно реактора. Когда, с другой стороны, отверстие для продувания монооксида углерода, используемое для флюидизации твердого катализатора, располагается в соответствующем месте над отверстием для продувания монооксида углерода, используемым для создания подвижности твердого катализатора, возможно движение катализатора вверх в реакторе с помощью газлифт эффекта, который повышается, когда продуваемый СО газ поднимается в цилиндрический реактор и диспергируется в жидкости, с тем чтобы эффективно флюидизировать твердый катализатор. В то время как предпочтительно располагать, по крайней мере, отверстие для продувания монооксида углерода, используемое для флюидизации твердого катализатора и, по крайней мере, отверстие для продувания монооксида углерода, используемое для создания подвижности твердого катализатора на соответствующих уровнях, многочисленные отверстия для продувания могут располагаться для флюидизации твердого катализатора и/или для создания подвижности твердого катализатора там, где необходимо.

Когда отверстие для продувания монооксида углерода располагается на многочисленных уровнях вышеописанным способом, можно надежно, на стабильной основе проводить операцию получения уксусной кислоты, когда твердый катализатор используется в таких высоких концентрациях, что обычные барботажные реакционные колонны, имеющие одно или более отверстий для продувания монооксида углерода, расположенных на единственном уровне, не могут работать. В частности, эффективно предотвращается осаждение твердого катализатора и закупорка линии циркуляции, когда барботажная реакционная колонна используется с внешней циркуляционной системой для циркуляции/подачи реакционной жидкости, которая содержит твердый катализатор в нижней части реактора, с помощью внешней линии циркуляции, и отверстие для продувания монооксида углерода, используемое для создания подвижности твердого катализатора, располагается около соединения реактора и линии циркуляции (т.е. начальной секции циркуляции), которое находится в нижней части реактора и способно блокировать поток частиц твердого катализатора.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола через монооксид углерода в присутствии твердого металлического катализатора и характеризуется тем, что включает:

стадию реакции, приводящую к реакции карбонилирования путем суспендирования твердого металлического катализатора в жидкой реакционной смеси, содержащей органический растворитель, составленный из метанола, метилиодида, уксусной кислоты и/или метилацетата и малого количества воды, и продувания в жидкую реакционную смесь газообразного монооксида углерода;

первую разделительную стадию отделения и выведения жидкой реакционной смеси и газа из реакции;

вторую разделительную стадию проведения мгновенной дистилляции путем введения жидкой реакционной смеси, отделенной в первой разделительной стадии в испарительную колонну и при этом, отделяя отходящий газ и легкую жидкую фракцию, вытекающую из верхней секции колонны, и сырую фракцию уксусной кислоты, вытекающую из средней секции колонны и циркуляционную фракцию, вытекающую из днища колонны;

третью разделительную стадию, вводящую часть легкой жидкой фракции и неочищенную фракцию уксусной кислоты, отделенную во второй разделительной стадии в дистилляционную систему и приэтом, отделяя отходящий газ, продукт фракции уксусной кислоты, тяжелую фракцию и циркуляционную фракцию;

циркуляционную стадию возвращения в реактор отделенной легкой жидкой фракции и циркуляционной фракции, отделенной во второй разделительной стадии и циркуляционной фракции, отделенной в третьей разделительной стадии;

первую абсорбционную стадию проведения газовой абсорбции для отходящего газа, отделенного в первой разделительной стадии, используя метанол, как абсорбирующую жидкость;

вторую абсорбционную стадию проведения газовой абсорбции для отходящего газа, отделенного во второй разделительной стадии, и отходящего газа, отделенного в третьей разделительной стадии, используя метанол, как абсорбирующую жидкость при давлении ниже, чем в первой абсорбционной стадии;

стадию исчерпывания отходящего газа, выходящего наружу из системы после первой абсорбционной стадии отходящего газа, выходящего после второй абсорбционной стадии, и тяжелая фракция, отделенная в третьей стадии;

тот метанол, который стабилизируется при температуре от 10 до 25°С, используется как абсорбирующая жидкость в первой и второй абсорбционных стадиях и разделенный, с тем чтобы использовать 50-80 вес.% всего метанола, используемого в двух абсорбционных стадиях во второй абсорбционной стадии, и метанол, выходящий после двух абсорбционных стадий, используется как сырьевой материал метанол в реакционной стадии.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения уксусной кислоты посредством карбонилирования метанола через монооксид углерода в присутствии твердого металлического катализатора и характеризуется тем, что включает:

стадию реакции, приводящую к реакции карбонилирования путем суспендирования твердого металлического катализатора в жидкой реакционной смеси, содержащей органический растворитель, составленный из метанола, метилиодида, уксусной кислоты и/или метилацетата и небольшого количества воды и продуваемого газа монооксида углерода в жидкую реакционную смесь;

первую разделительную стадию отделения и выведения жидкой реакционной смеси и газа из реакции;

вторую разделительную стадию проведения мгновенного испарения путем введения жидкой реакционной смеси, отделенной в первой разделительной стадии, в испарительную емкость и при этом отделяя газовую фракцию, вытекающую из верхней секции колонны, и жидкую фракцию, вытекающую из нижней секции колонны;

третью разделительную стадию начальной газовой фракции, отделенной во второй разделительной стадии в дистилляционной системе, и отделение отходящего газа, продукта фракции уксусной кислоты, тяжелой фракции и циркуляционной фракции;

циркуляционную стадию возвращения в реактор отделенной легкой жидкой фракции, отделенной во второй разделительной стадии, и циркуляционной фракции, отделенной в третьей разделительной стадии;

первую абсорбционную стадию проведения газовой абсорбции для отходящего газа, отделенного в первой разделительной стадии, используя метанол как абсорбирующую жидкость;

вторую абсорбционную стадию проведения газовой абсорбции для отходящего таза, отделенного в третьей разделительной стадии, используя метанол как абсорбирующую жидкость при давлении ниже, чем в первой абсорбционной стадии;

стадию исчерпывания выпускаемого отходящего газа, выходящего наружу из системы после первой абсорбционной стадии, отходящего газа, выходящего после второй абсорбционной стадии, и тяжелая фракция, отделенная в третьей стадии;

тот метанол, который стабилизируется при температуре от 10 до 25°С, используется как абсорбирующая жидкость в первой и второй абсорбционных стадиях и разделенный, с тем, чтобы использовать 50-80 вес.% всего метанола, используемого в двух абсорбционных стадиях во второй абсорбционной стадии, и метанол, выходящий после двух абсорбционных стадий, используется как сырьевой материал метанол в реакционной стадии.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичная диаграмма образца барботажной реакционной колонны, которая может быть использована для способа получения уксусной кислоты, согласно изобретению;

фиг.2 - схематичная диаграмма другого образца барботажной реакционной колонны, которая может быть использована для способа получения уксусной кислоты, согласно изобретению;

фиг.3 - схематичная диаграмма другого конструкционного исполнения способа получения уксусной кислоты согласно изобретению;

фиг.4 - схематичная диаграмма еще одного конструкционного исполнения способа получения уксусной кислоты согласно изобретению.

Лучший способ осуществления изобретения

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые иллюстрируют предпочтительное осуществление изобретения.

Фиг.1 - это схематичная диаграмма другого образца барботажной реакционной колонны, обеспеченной внешней циркуляционной системой, которая может быть использована для способа получения уксусной кислоты, согласно изобретению. Когда уксусная кислота производится с использованием такого реактора, во-первых, твердый катализатор загружается в цилиндрический тяговый участок 12 реактора 11. Твердый катализатор, который в основном используется для получения уксусной кислоты, содержит комплекс родия, выполненный на основе смолы, имеющей поры и сетчатую структуру. Например, использование твердого катализатора, в котором металлический родий выполнен с помощью винилпиридиновой смолы, особенно предпочтителен. Далее смесь раствора метанола, который является реакционным сырьевым материалом, растворитель реакции и промотор загружаются в реактор, который уже заполнен твердым катализатором. Растворитель реакции может быть выбран из различных известных растворителей. Как правило, в качестве реакционного растворителя предпочтительно использование органического растворителя, содержащего карбонильные группы, имеющего два или более атома углерода. Особенно предпочтительно использование уксусной кислоты и метилацетата. В качестве промотора обычно используется алкилиодид, например метилиодид.

Далее смесь из раствора метанола, который является сырьевым материалом реакции, растворитель реакции и промотор подаются с днища тягового участка 12 реактора 11, который уже заполнен метанолом, растворителем и твердым катализатором, и в то же время СО газ также инжектируется через дно и поднимается. Т.к. инжектированный СО газ поднимается как пузыри в жидкости, содержащейся в тяговом участке 12, катализатор также двигается наверх в цилиндрическом реакторе с помощью газлифт эффекта. В это время парциальное давление монооксида углерода в реакторе поддерживается между 1,0 и 2,5 МПа, преимущественно между 1,7 и 2,2 МПа, и степень обеднения монооксида углерода находится между 3 и 15%, предпочтительно между 5 и 10%, от теоретического реакционного объема монооксида углерода. В то же время рабочие условия предпочтительно выбираются так, что приведенная скорость газа (средняя величина приведенной скорости газа в газовом канале в секции дна реактора и в его аналоге наверху реактора) газообразного монооксида углерода удерживается между 2 и 8 см/с. Приведенная средняя скорость газообразного монооксида углерода влияет на стабильную циркуляцию катализатора и Kla величину. Циркуляционная скорость жидкости может упасть ниже 0,2 м/с и/или меньше чем 2 м/c и/или заметно большая Kla величина не может быть получена ниже производительности, при которой приведенная средняя скорость газообразного монооксида углерода меньше чем 2 м/c. С другой стороны монооксид углерода будет расходоваться впустую в большой степени и внешнее давление реактора будет повышаться, делая реакцию неэкономичной, при этом приведенная средняя скорость газообразного монооксида углерода будет превышать 8 м/c.

Реакция карбонилирования метанола монооксидом углерода совершенствуется, чтобы произвести уксусную кислоту при температуре реакции и общем реакционном давлении, которые находятся между 170 и 190°С и между 3,0 и 4,5 МПа соответственно. В это же время метанол может частично реагировать с метанолом и/или производным уксусной кислоты поочередно производят диметиловый эфир, метилацетат, воду и так далее как побочные продукты. Заметим, что скорость реакции заметно уменьшится, чтобы уменьшить производительность, когда концентрация воды в реакторе упадет до 2 вес.%. С другой стороны динамическая нагрузка устройства для отделения продукта уксусной кислоты от реакционного раствора увеличивается и концентрация коррозионной иодистоводородной кислоты также увеличивается, когда концентрация воды в реакторе превышает 10 вес%. Затем, громоздкое оборудование требовалось бы, что следовательно снижает экономичность получения уксусной кислоты. Поэтому концентрация воды в реакторе регулируется так, чтобы она находилась между 2 и 10 вес.%.

С помощью секции сепаратора 13, расположенной в верхней части реактора 11, реакционный раствор, содержащий твердый катализатор, который поднимается в тяговом участке 12, затем частично выводится из верхней части секции сепаратора 13 как жидкий реакционный продукт, который не содержит какой-либо твердый катализатор, в то время как оставшийся реакционный раствор, который содержит твердый катализатор возвращается на дно реактора через секцию падения жидкости 14, так что попадает снова в цилиндрический реактор и продолжает циркулировать. Приведенная скорость жидкости реакционного раствора, который поднимается в реактор, регулируется, с тем чтобы находится между 0,2 и 1,0 м/с. При таком расположении твердый катализатор диспергируется равномерно и необходимый уровень циркуляции/флюидизации твердого катализатора может поддерживаться на стабильной основе. К тому же предпочтительно располагать теплообменник 15 в зону падения 14, которая работает как внешняя линия циркуляции для отвода выделяющегося тепла, т.к. реакция карбонилирования метанола - экзотермическая. Чрезмерно подаваемый СО газ выходит из верхней секции сепаратора 13 как отходящий газ и подается к устройству для абсорбции выпускаемого газа 16, где он отмывается жидким реакционным сырьевым материалом и подается в реактор.

Жидкий реакционный продукт отделенный сепаратором 13 затем подается в испарительную колонну 17, где легкая фракция, содержащая в основном метилиодид, метилацетат и воду, фракция, содержащая в основном уксусную кислоту, и тяжелая фракция, содержащая родиевый катализатор, уксусную кислоту, метилацетат, метилиодид, воду и метанол, выходят соответственно из верхней секции, средней секции и дна секции испарительной колонны 17, чтобы отделиться друг от друга. Из выходящих фракций тяжелые компоненты возвращаются в реактор для циркуляции. Однако тяжелые компоненты включают азотсодержащие соединения, такие как соединения пиридина, которые получаются как продукты разложения винилпиридиновой смолы и высвобождаются из последней в небольшой степени, и, если такие соединения накапливаются в циркуляционной жидкости, они вызывают отделение комплексных ионов родия и, соответственно, понижение эффективности катализатора. Следовательно, предпочтительно переработать, по крайней мере, часть тяжелых компонентов с помощью выводящего азотсодержащие соединения устройства 18 для того, чтобы избавиться от любых азотсодержащих соединений, которые могут вызвать отсоединение комплексных ионов родия. Устройство, заполненное ионообменной смолой, может соответственно использоваться для такого выводящего азотсодержащие соединения устройства 18. Газовые компоненты (в основном СО газ), растворенные в легкой фракции, абсорбируются метанолом, который подается к устройству для абсорбции выпускаемого газа и доставляется в реактор.

Фиг.2 - это схематичная диаграмма другого образца барботажной реакционной колонны, также снабженная внешней циркуляционной системой, которая может быть испо