Процесс для изготовления уксусной кислоты

Процесс для изготовления уксусной кислоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[01] Данная заявка подана с приоритетом, основанным на безусловной заявке на патент США №13/713,930, поданной 13 декабря 2012 г. в США, предварительной заявке на патент №61/578,709, поданной 21 декабря 2011 г. в США, предварительной заявке на патент №61/578,705, поданной 21 декабря 2011 г. В США, при этом все они в полном объеме включены в настоящее описание в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[02] Изобретение относится к усовершенствованному способу получения уксусной кислоты карбонилированием метанола в присутствии катализатора. Более конкретно изобретение относится к способу, который совершенствует разделение фаз конденсированных легких фракций головного погона в случаях, когда головной погон содержит большие количества уксусной кислоты при низком содержании воды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[03] Производство уксусной кислоты карбонилированием метанола в присутствии катализатора имеет важное промышленное значение, так как уксусная кислота широко используется. Хотя сама по себе реакция может быть представлена формулой

СН₃ОН+СО→СНзСООН

химическое обоснование является сложным и включает в себя множество взаимосвязанных реакций, побочных продуктов и равновесий. Поэтому для практического осуществления производственного процесса необходимо сбалансировать эти реакции, связанные с ними побочные продукты, и очистку продукта.

[04] До 1970 г. уксусную кислоту получали с использованием кобальтового катализатора.

В 1970 году компания Monsanto разработала катализатор в виде йодистого карбонильного комплекса родия. Родиевый катализатор значительно более активен, чем кобальтовый катализатор, что позволяет использовать более низкие давление и температуру реакции.

Важнее всего то, что родиевый катализатор обеспечивает высокую селективность в отношении уксусной кислоты.

[05] Одна из проблем, связанных с первоначальным процессом Monsanto, заключается в том, что для образования водорода в реакторе по реакции конверсии водяного газа требуется большое количество воды (около 14% от веса реакционной смеси)

СО+H₂O↔CO₂+Н₂

[06] Вода и водород необходимы для взаимодействия с осажденным Rh(III) и неактивным [Rh₄(CO)₂] для регенерации активного катализатора Rh(I). Однако большое количество воды приводит к образованию большего количества йодистого водорода, который, в свою очередь, увеличивает образование нежелательных побочных продуктов, таких как производные длинноцепочечных йодистых алкилов, трудно отделяемые от продукта уксусной кислоты. Кроме того, удаление большого количества воды из получаемой уксусной кислоты повышает стоимость процесса.

[07] В конце 70-х годов компания Celanese модифицировала процесс карбонилирования, вводя йодид лития в реакционную смесь. Йодид лития повышает стабильность катализатора, сводя к минимуму побочные реакции, производящие неактивные виды Rh(III). Следовательно, количество воды, которое необходимо для стабилизации катализатора, можно уменьшить. Кроме того, установлено, что йодид лития снижает тенденцию воды к испарению (см., например, ЕР 506240). Таким образом, процесс обладает преимуществом в части разделения воды и уксусной кислоты.

[08] Было обнаружено, что стабильность катализатора и производительность реактора карбонилирования можно поддерживать на неожиданно высоком уровне даже при очень низких содержаниях воды в реакционной среде, т.е. 4 вес.% и менее (несмотря на принятую в отрасли практику поддержания содержания воды на уровне примерно 14 вес.% или 15 вес.%, поддерживая в реакционной среде вместе с каталитически эффективным количеством родия, по меньшей мере, конечную концентрацию воды, метилацетата и метилйодида и определенную концентрацию йодид-ионов сверх того содержания йодидов, которые присутствуют в виде метилйодида или иного органического йодида. При использовании относительно высоких концентраций метилацетата и йодистой соли получали неожиданно высокую степень стабильности катализатора и высокую производительность реактора, даже если содержание воды в жидкой реакционной среде составляло всего лишь примерно 0,1 вес.% (см., например, патент США 5001259, патент США 5026908 и патент США 5144068). Однако, хотя процесс карбонилирования с низким содержанием воды при получении уксусной кислоты уменьшает образование таких побочных продуктов, как диоксид углерода, водород и пропионовая кислота, количество других примесей, обычно присутствующих в следовых количествах, увеличивается, при этом иногда при попытках повышения производительности путем улучшения катализаторов или изменения условий реакции страдает качество уксусной кислоты.

[09] Как правило, уксусную кислоту получают на заводе, который можно удобно разделить на три функциональные зоны, т.е. зоны реакции, извлечения легких фракций и очистки. В общем, зона реакция выполнена в виде реактора или реакционной зоны и отпарного резервуара или отпарной зоны. Зона извлечения легких фракций включает колонну отгонки легких фракций (также известную в данной области техники как "сплиттер" или "разделительная колонна") и зону разделения или фазоразделитель, например декантатор. Колонна отгонки легких фракций также может входить в зону очистки, которая, в свою очередь, дополнительно содержит колонну осушки и необязательно - колонну отгонки тяжелых фракций (см., например, патент США 6552221).

[010] Зона извлечения легких фракций, помимо прочего, служит для отделения нежелательных побочных продуктов, таких как алканы, карбонильные примеси и примеси алкилйодидов. Верхний погон, который извлекают из колонны отгонки легких фракций, конденсируется и разделяется на фазы в декантаторе для получения легкой водной фазы, содержащей в основном уксусную кислоту и воду, а также тяжелую органическую фазу, содержащую в основном примеси метилйодида, метилацетата и алканов. Полученную водную фазу можно обработать для удаления ацетальдегида и других карбонильных примесей перед возвратом в процесс, например в колонну отгонки легких фракций (см., например, патент США 5599970, патент США 5625095, патент США 5732660, патент США 5783731, США патент США 6,143,930, патент ЕР 0487284). Органическую фазу можно далее очищать для удаления, например, алкановых примесей и возврата, по меньшей мере, части очищенного метилйодида в процесс (см., например, патент США 4102922, патент США 5,371,286, патент США 5723660 и патент США 7812191).

[011] Исправная работа декантатора является важной для общей эффективности процесса получения уксусной кислоты. Время разделения, то есть время, необходимое для обеспечения разделения органической и водной фаз в декантаторе, должно быть меньше времени пребывания в декантаторе разделяемой на фазы смеси для обеспечения достаточного возврата промотора в виде метилйодида в реакционную зону, что, в свою очередь, обеспечивает поддержание скорости реакции в зоне реакции. При неполном разделении фаз в декантаторе извлекаемая из декантатора фаза метилйодида разбавляется. Возврат в процесс разбавленного метилйодида вызывает нестабильность условий в реакторе, проявляющуюся, например, в виде

- нарушения водного баланса в реакторе;

- увеличения энергопотребления;

- снижения скорости реакции; и

- повышенного расхода катализатора.

[012] Кроме того, разбавление фазы метилйодида изменяет его плотность, что отрицательно сказывается на работе расположенных далее по ходу процесса насосов и иного технологического оборудования.

[013] Однако, когда содержание воды в реакционной смеси снижают ("мало воды - много кислоты" или "маловодный" режим) и возрастает содержание метилацетата, паровая нагрузка в колонне отгонки легких фракций увеличивается, что, в свою очередь, вызывает высокую степень выноса уксусной кислоты в декантатор. Растворимость уксусной кислоты в метилйодиде и в водной фазе ухудшает разделение фаз, в конечном счете приводя к наличию в декантаторе только жидкой фазы. В таком случае возвращаемый из декантатора в колонну отгонки легких фракций поток включает большое количество метилйодида, а также примеси. Наличие этого дополнительного метилйодида и примесей еще больше снижает способность колонны отгонки легких фракций производить четкое отделение материалов легких фракций, таких как метилацетат и примеси из продукта уксусной кислоты. Таким образом, отсутствие разделения конденсированных головных погонов легких фракций на две фазы в декантаторе в условиях процесса с высоким содержанием кислоты при низком содержании воды препятствует удалению нежелательных побочных продуктов из процесса. Кроме того, при таких условиях снижается количество промотора метилйодида, возвращаемого из декантатора в зону реакции, вследствие разбавления, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на скорости реакции.

[014] Проблема эффективного и тщательного разделения фаз в декантаторе в условиях маловодного режима процесса известна в данной области техники, при этом предпринимались попытки обеспечения надлежащего разделения фаз конденсированного головного погона в декантаторе. Например, патент США 5723660 предлагает существенно снизить температуру охлаждения погонов легких фракций перед подачей в декантатор, производить периодическую подачу воды в колонну отгонки легких фракций или проводить многократные отгонки для поддержания концентрации метилацетата ниже 40 вес.%. Однако было показано, что охлаждение конденсированного верхнего погона даже до температуры ниже 0°C может оказаться недостаточным для обеспечения разделения фаз. С другой стороны, проведение многократной отгонки для снижения содержания метилацетата увеличивает стадийность процесса, тем самым повышая расходы. Кроме того, подача воды в колонну легких фракций, по всей вероятности, будет значительно изменять общий водный баланс процесса при каждом добавлении воды.

[015] В результате, по-прежнему, существует потребность в дальнейшем совершенствовании маловодного процесса производства уксусной кислоты при высоком содержании кислоты. В частности, по-прежнему существует необходимость в совершенствовании и стабилизации разделения фаз в декантаторе для обеспечения стабильных условий в реакторе, а также для непрерывного и надежного удаления примесей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[016] В общем, настоящее изобретение направлено на создание способа получения уксусной кислоты. В одном варианте осуществления способ получения уксусной кислоты включает следующие этапы: (1) ввод в реакцию исходных материалов в зоне реакции с образованием реакционной смеси, содержащей уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид, катализатор и воду; (2) разделение реакционной смеси, содержащей уксусную кислоту, на содержащий уксусную кислоту паровой поток и жидкий поток; (3) разделение парового потока на содержащий смесь уксусной кислоты и воду поток продукта и головной продукт; (4) конденсацию головного погона с образованием жидкой смеси при температуре от 0 до 35°C; и (5) разделение жидкой смеси на легкую водную фазу и тяжелую органическую фазу.

[017] В первой разновидности осуществления настоящее изобретение относится к способу получения уксусной кислоты, который включает этапы:

(a) карбонилирования метанола в присутствии катализатора в реакционной зоне с получением реакционной смеси (А), содержащей уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид, катализатор и воду;

(b) разделения, по меньшей мере, части реакционной смеси (А) в зоне отпарки для получения содержащего катализатор жидкого потока (B_L) и парового потока (B_V), содержащего уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду, и вывода потока пара (B_V) из зоны отпарки;

(c) отделения парового потока (B_V) в зоне фракционирования для получения потока продукта (C_P), содержащего уксусную кислоту и незначительное количество воды, и головного погона (C_O), содержащего уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду;

(d) конденсации головного погона (C_O) и образования жидкой смеси (D), содержащей воды не более 10 вес.%, уксусной кислоты, по меньшей мере, 10 вес.%, и содержащей также метилйодид и метилацетат в весовом соотношении метилйодида к метилацетату, по меньшей мере, 1,5:1;

(e) разделения жидкой смеси (D) в зоне разделения для получения содержащей уксусную кислоту и воду легкой водной фазы (D_A) и тяжелой органической фазы (D_O), содержащей метилйодид и метилацетат, причем жидкую смесь (D) разделяют при температуре от 0 до 35°C.

[018] Во второй разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с предшествующей разновидностью, при котором температура жидкой смеси (D) составляет от 5 до 30°C.

[019] В третьей разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором температура жидкой смеси (D) составляет не более 27°C.

[020] В четвертой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором присутствующая в жидкой смеси вода представляет собой врожденную воду.

[021] В пятой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором жидкая смесь (D) содержит от 0,1 до 8,5 вес.% воды.

[022] В шестой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором жидкая смесь (D) содержит не более 7,5 вес.% воды.

[023] В седьмой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из указанных выше разновидностей, при котором жидкая смесь (D) содержит, по меньшей мере, 15 вес.% уксусной кислоты.

[024] В восьмой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором весовое отношение метилйодида к метилацетату в жидкой смеси (D), по меньшей мере, составляет 2:1.

[025] В девятой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из указанных выше разновидностей, при котором жидкая смесь (D) содержит не более 35 вес.% метилацетата.

[026] В десятой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором жидкая смесь (D) содержит, по меньшей мере, 30 вес.% метилйодида.

[027] В одиннадцатой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором жидкая смесь (D) содержит

(i) от 30 до 84,9 вес.% метилйодида,

(ii) от 10 до 25 вес.% уксусной кислоты,

(iii) от 5 до 35 вес.% метилацетата и

(iv) от 0,1 до 10 вес. воды,

при этом весовые проценты в каждом случае даны в пересчете на общий вес компонентов (i)-(iv).

[028] В двенадцатой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором весовое отношение метилйодида к метилацетату в жидкой смеси (D) обеспечивается путем добавления к C_O внешнего или врожденного метилйодида.

[029] В тринадцатой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, дополнительно содержащий этап разделения отделенных фаз D_A и D_O для получения водного потока (E_A) и органического потока (E_O), а также этап обеспечения весового отношения метилйодида к метилацетату [в смеси] D путем прямого или косвенного возврата, по меньшей мере, части органического потока (E_O) на этап (d).

[030] В четырнадцатой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, который включает разделение, по меньшей мере, части органического потока (E_O) для получения головного продукта (F_O), содержащего метилйодид, и кубового продукта (F_B), содержащего уксусную кислоту, метилацетат и воду, и возврат, по меньшей мере, части головного продукта (F_O) на этап (d).

[031] В пятнадцатой разновидности осуществления настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей, при котором зона разделения снабжена внешним или внутренним охлаждающим средством.

[032] В шестнадцатой разновидности настоящее изобретение предлагает способ ускорения разделения фаз жидкой смеси, содержащей, по меньшей мере, 10 вес.% уксусной кислоты, по меньшей мере, 5 вес.% метилацетата, по меньшей мере, 20 вес.% метилйодида и не более 10 вес.% воды, который включает этапы

(a) понижения температуры жидкой смеси и (или)

(b) корректировки весового отношения метилйодида к метилацетату в жидкой смеси до весового отношения метилйодида к метилацетату, по меньшей мере, 1,5:1.

[033] В семнадцатой разновидности настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с предшествующей шестнадцатой разновидностью, при котором температура жидкой смеси снижается до величины от 0 до 35°C.

[034] В восемнадцатой разновидности настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих пятнадцатой и шестнадцатой разновидностей, при котором весовое отношение метилйодида к метилацетату корректируют добавлением соответствующих количеств метилйодида к жидкой смеси.

[035] В девятнадцатой разновидности настоящее изобретение предлагает способ в соответствии с любой из предшествующих разновидностей с шестнадцатой по восемнадцатую, при котором жидкая смесь содержит не более 8,5 вес.% воды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[036] Для более полного понимания настоящего изобретения ниже приведено описание, которое ведется со ссылками на прилагаемые чертежи.

[037] Фиг. 1 представляет технологическую схему, схематично иллюстрирующую движение участвующего(их) в предлагаемом способе потока(ов).

[038] Фиг. 2 представляет технологическую схему, схематично иллюстрирующую движение участвующего(их) в предлагаемом способе потока (ов).

[039] Фиг. 3 иллюстрирует влияние в предлагаемом способе содержания воды и температуры на время разделения смесей, содержащих уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[040] Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления предлагаемого способа. Тем не менее, следует понимать, что описываемые варианты осуществления являются лишь примерами способа и что способ может осуществляться в различных и альтернативных разновидностях описанных вариантов осуществления. Так, конкретные подробности порядка работы, конструктивные и функциональные особенности, приводимые в описанных в данном описании вариантах осуществления, не могут считаться ограничительными, при этом они являются лишь представительной основой для использования специалистом в данной области техники с целью обеспечения разнообразных применений предлагаемого способа.

[041] При отсутствии иных указаний все используемые в данном описании технические термины имеют значения, обычно понимаемые специалистами в данной области техники.

[042] Используемое в данном описании обозначение групп Периодической таблицы элементов соответствует действующим условным обозначениям IUPAC.

[043] Кроме того, при отсутствии иных указаний, следующие используемые в данном описании выражения имеют следующие значения.

[044] Используемое в данном описании выражение "жидкий поток" относится к продукту или соединению, находящемуся в жидком состоянии в условиях этапа переработки, на котором образуется поток.

[045] Соответственно, используемое в данном описании выражение "паровой поток" относится к продукту или соединению, находящемуся в газообразном состоянии в условиях этапа переработки, на котором образуется поток.

[046] Используемое в данном описании выражение "зона реакции" относится, по меньшей мере, к одному реактору или емкости, в которой карбонилируют метанол в присутствии катализатора с образованием уксусной кислоты при повышенном давлении и температуре, т.е. к реактору(ам) установки по производству метанола.

[047] Используемое в данном описании выражение "зона отпарки" относится, по меньшей мере, к одному резервуару или емкости, в которой реакционную смесь, полученную карбонилированием метанола в присутствии катализатора с образованием уксусной кислоты, по меньшей мере, частично подвергают сбрасыванию давления и (или) охлаждению с образованием парового потока и жидкого потока, т.е., к отпарному(ым) резервуару(ам) в зоне реакции установки по производству метанола.

[048] Используемое в данном описании выражение "зона фракционирования" относится, по меньшей мере, к одной колонне фракционирования или отгонки, т.е. к колонне(ам) отгонки легких фракций в зоне извлечения легких фракций установки по производству уксусной кислоты.

[049] Используемое в данном описании выражение "зона разделения" относится, по меньшей мере, к одному резервуару или сосуду разделения фаз, в котором разделяется смесь, содержащая уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду, т.е. к декантатору зоны извлечения легких фракций установки по производству уксусной кислоты.

[050] Соответственно используемые в данном описании выражения "разделение" и "разделение фаз" синонимически относятся к образованию содержащей уксусную кислоту и воду непрерывной водной фазы и содержащей метилйодид и метилацетат непрерывной органической фазы из смеси, содержащей уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду. В частности, выражения "разделение" и "разделение фаз" относятся к образованию водной фазы (D_A) и органической фазы (D_O) из жидкой смеси (D).

[051] Используемое в данном описании в отношении химического соединения выражение "врожденный" относится к химическому соединению, вводимому в процесс в качестве исходного материала или в качестве компонента потока исходного материала, подаваемого в зону реакции, а также к химическому соединению, которое вырабатывается в процессе в качестве продукта или побочного продукта, например карбонилирования метанола в присутствии катализатора, или на этапе доработки или очистки.

[052] Соответственно используемое в данном описании в отношении химического соединения выражение "внешний" относится к химическому соединению, которое вводится в процесс отдельно и независимо от потоков исходного материала, которые подают в зону реакции. Выражение "внешний" в частности также исключает любое химическое соединение, которое вырабатывается в процессе в качестве продукта или побочного продукта.

[053] При отсутствии иных указаний, выражение "тяжелая фаза" относится к содержащей метилйодид органической фазе, например, полученной в результате работы декантатора установки по производству уксусной кислоты. Это выражение в частности включает в себя тяжелую органическую фазу (D_O) в соответствии с настоящим изобретением.

[054] Выражения "ОАс" или "АсО" используются в данном описании в качестве сокращений для аниона ацетата, т.е. Н₃СС(=O)O^-.

[055] Используемое в данном описании выражение "Me" служит сокращением для метальной группы.

[056] Используемое в данном описании выражение "асас" является сокращением для ацетоуксусного аниона, т.е. Н₃СС(=O)СН₂С(=O)O^-.

[057] При отсутствии иных указаний, используемое в данном описании выражение "вес.%" относится к весовому проценту данного компонента в указываемом соединении.

[058] Все указываемые в данном описании пределы подразумевают включение любого сочетания указываемых нижнего и верхнего пределов, даже если конкретное сочетание особо не указано.

[059] Все указываемые в данном описании публикации, заявки на патенты и патенты включены в полном объеме в качестве ссылки. В случае разночтений определяющим является настоящее описание изобретения, в том числе определения.

[060] Ранее недостижимое разделение фаз в декантаторе при маловодном составе головного продукта легких фракций (low water light ends overhead composition - LEOC) может быть осуществлено путем регулирования температуры декантатора или температуры LEOC. Настоящее изобретение обеспечивает гибкость работы при пониженных содержаниях воды в реакционной секции с соответствующим снижением энергопотребления в секции очистки.

[061] В самом широком смысле в данном описании изобретения приведено описание способа получения уксусной кислоты, который включает этапы

(a) карбонилирования метанола в присутствии катализатора в реакционной зоне с получением реакционной смеси (А), содержащей уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид, катализатор и воду;

(b) разделения, по меньшей мере, части реакционной смеси (А) в зоне отпарки для получения содержащего катализатор жидкого потока (B_L) и парового потока (B_V), содержащего уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду, и вывода потока пара (B_V) из зоны отпарки;

(c) отделения парового потока (B_V) в зоне фракционирования для получения потока продукта (C_P), содержащего уксусную кислоту и незначительное количество воды, и головного погона (C_O), содержащего уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду;

(d) конденсации головного погона (C_O) и образования жидкой смеси (D), содержащей воды не более 10 вес.%, уксусной кислоты, по меньшей мере, 10 вес.%, и содержащей также метилйодид и метилацетат в весовом соотношении метилйодида к метилацетату, по меньшей мере, 1,5:1;

(e) разделения жидкой смеси (D) в зоне разделения для получения содержащей уксусную кислоту и воду легкой водной фазы (D_A) и тяжелой органической фазы (D_O), содержащей метилйодид и метилацетат,

причем жидкую смесь (D) разделяют при температуре от 0 до 35°C.

[062] В общем, было обнаружено, что разделение фаз в декантаторе процесса уксусной кислоты, проводимое в условиях процесса с низким содержанием воды, можно значительно усовершенствовать и ускорить путем регулирования температуры разделяемой жидкой смеси и регулирования весового отношения, в котором метилйодид и метилацетат присутствуют в жидкой смеси.

[063] Было неожиданно обнаружено, что конденсированный головной погон (C_O), получаемый при производстве уксусной кислоты карбонилированием метанола при низком содержании воды и высоком содержании кислоты, можно эффективно и тщательно разделять на водную фазу (D_A) и органическую фазу (D_O) путем образования жидкой смеси (D) содержащей не более 10 вес.% воды, по меньшей мере, 10 вес.% уксусной кислоты, и содержащей метилйодид и метилацетат в весовом отношении метилйодида к метилацетату, по меньшей мере, составляющем 1,5:1, а также поддержанием температуры жидкой смеси (D) в пределах от 0 до 35°C. Таким образом, можно стабильно поддерживать быстрое и эффективное разделение фаз в декантаторе установки по производству уксусной кислоты, работающей в условиях процесса с низким содержанием воды, регулируя и корректируя температуру декантатора и отношение метилйодида к метилацетату. Надежное разделение фаз в декантаторе достигается без необходимости проведения дополнительных операций перегонки и без нарушения водного баланса процесса. Кроме того, быстрое и эффективное разделение, достигаемое по предлагаемому способу, гарантирует постоянную стабильность условий в реакторе и возможность удаления из процесса нежелательных побочных продуктов простым путем, аналогичным используемому в этой цели в производстве уксусной кислоты при обычном режиме с высоким содержанием воды.

[064] Технологические схемы, приведенные на фиг. 1 и 2, схематически иллюстрируют движение потоков, участвующих в предлагаемом процессе. Соответственно исходные материалы подают непрерывно или периодически в зону реакции (1). По меньшей мере, часть реакционной смеси (А), образованную в зоне реакции (1), выводят и разделяют разделением отпаркой в зоне отпарки (2) с получением жидкого потока (B_L), содержащего катализатор и имеющийся стабилизатор катализатора, и паровой поток (B_V), содержащий уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду. Жидкий поток (B_L) предпочтительно возвращают в зону реакции (1).

[065] Паровой поток (B_V) переводят в зону фракционирования (3), где он разделяется для получения, по меньшей мере, потока продукта (C_P), содержащего уксусную кислоту и незначительное количество воды, и головной погон (C_O), содержащий уксусную кислоту, метилацетат, метилйодид и воду. Специалисты в данной области техники, имеющие обычную квалификацию, понимают, что в зоне фракционирования (3) могут быть выделены дополнительные потоки (не показаны), например кубовой поток (C_B), содержащий любой катализатор, который мог быть занесен в B_V. Согласно обстоятельствам такой кубовой поток (C_B) можно возвращать в зону реакции (1) (не показано).

[066] Головной погон (C_O) конденсируют с образованием жидкой смеси (D), имеющей содержание воды не более 10 вес.% в пересчете на вес жидкой смеси, содержание уксусной кислоты, по меньшей мере, 10 вес.% в пересчете на вес жидкой смеси, и весовое отношении метилйодида к метилацетату, по меньшей мере, 1,5:1. Жидкую смесь (D) разделяют в зоне разделения (4), то есть в декантаторе, поддерживая температуру D от 0 до 35°C, с получением легкой водной фазы (D_A), содержащей уксусную кислоту и воду, и тяжелой органической фазы (D_O), содержащей метилйодид и метилацетат.

[067] В общем, температуру D регулируют с помощью агрегата охлаждения или любого устройства, которое способно охлаждать жидкую смесь в процессе ее разделения. Агрегат охлаждения может регулировать температуру таким образом, чтобы температура D составляла от 0 до 35°C, от 5 до 35°C, от 10 до 35°C, от 15 до 35°C, от 20 до 35°C, от 25 до 35°C, от 30 до 35°C, от 0 до 30°C, от 0 до 25°C, от 0 до 20°C, от 0 до 15°C, от 0 до 10°C, от 0 до 5°C, или в любых промежуточных пределах. В частности, агрегат охлаждения может регулировать температуру таким образом, чтобы температура D составляла около 5°C, около 10°C, около 15°C, около 20°C, около 25°C, около 27°C, около 29°C, около 31°C, около 33°C, около 35°C.

[068] Отделенные фазы D_A и D_O разделяют для получения водного потока (E_A) и органического потока (E_O).

[069] Водный поток (E_A) можно целиком или частично возвращать в зону реакции (1) и (или) в зону фракционирования (3). Предпочтительно возвращаемый водный поток (E_A) или его часть повторно обрабатывают для удаления примесей и избытка воды перед повторным введением в процесс. Подходящие методы обработки известны в данной области техники и включают, например, способы, описанные в патенте США 5625095, патенте США 5783731, патенте США 6143930 и патенте США 6339171. Органический поток (E_O) можно целиком или частично возвращать в зону реакции (1), зону отпарки (2) и (или) в зону разделения (4).

[070] В соответствии с вариантами осуществления, схематически показанными на технологической схеме на фиг. 2, по меньшей мере, часть органического потока (E_O) дополнительно разделяют в зоне отгонки (5) для получения содержащего метилйодид головного продукта (F_O) и кубового продукта (F_B), содержащего уксусную кислоту, метилацетат и воду. Головной продукт (F_O) можно разделять с частью головного продукта (F_O), возвращаемой в зону реакции (1) и (или) в зону отпарки (2) и с другой частью головного продукта (F_O), возвращаемой в зону разделения (4). Кубовой продукт (F_B) можно удалять из процесса для поддержания водного баланса в реакционной системе, или же его можно доработать для удаления избытка воды (или) примесей перед возвратом в зону реакции (1), в зону отпарки (2) и (или) в зону разделения (4) (не показано).

[071] Хотя процесс может быть периодическим, предпочтительно проводить процесс непрерывно.

[072] Предлагаемую реакцию карбонилирования проводят в присутствии катализатора карбонилирования и, возможно, в присутствии стабилизатора катализатора. Подходящие катализаторы карбонилирования включают вещества, известные в отрасли производства уксусной кислоты. Примеры подходящих катализаторов карбонилирования включают родиевые катализаторы и иридиевые катализаторы.

[073] Подходящие родиевые катализаторы описаны, например, в патенте США 5817869. Подходящие родиевые катализаторы включают металлический родий и соединения родия. Предпочтительно соединения родия выбирают из группы, состоящей из солей родия, оксидов родия, ацетатов родия, органо-родиевых соединений, координационных соединений родия, и т.п., и их смесей. Более предпочтительно соединения родия выбирают из группы, состоящей из Rh₂(CO)₄I₂, Rh₂(CO)₄Br₂, Rh₂(CO)₄Cl₂, Rh(CH₃CO₂)₂, Rh(CH₃CO₂)₃, [H]Rh(CO)₂I₂ и т.п., и их смесей. Наиболее предпочтительно соединения родия выбирают из группы, состоящей из [H]Rh(CO)₂I₂, RH(CH₃CO₂)₂ и т.п., и их смесей.

[074] Подходящие катализаторы иридия описаны, например, в патенте США 5932,64. Подходящие катализаторы иридия включают металлический иридий и соединения иридия. Примеры подходящих соединений иридия включают IrCl₃, IrI₃, IrBr₃, [Ir(CO)₂I]₂, [Ir(CO)₂Cl]₂, [Ir(CO)₂Br]₂, [Ir(CO)₄I₂]^-H⁺, [Ir(CO)₂Br₂]^-H⁺, [Ir(CO)₂I₂]^-H⁺, [Ir(СН₃)I₃(СО)₂ ^-Н⁺, Ir₄(CO)₁₂, IrCl₃×4H₂O, IrBr₃×4H₂O, Ir₃(CO)₁₂, Ir₂O₃, IrO₂, Ir(acac)(CO)₂, Ir(acac)₃, Ir(OAc)₃, [Ir₃3O(ОАс)₆(H₂O)₃][ОАс] и Н₂[IrCl₆]. Предпочтительно иридиевые соединения выбирают из группы, состоящей из ацетатов, оксалатов, ацетоацетатов и т.п.и их смесей. Более предпочтительными иридиевыми соединениями являются ацетаты.

[075] Иридиевый катализатор предпочтительно используют с сокатализатором. Предпочтительные сокатализаторы включают металлы и их соединения, выбираемые из группы, состоящей из осмия, рения, рутения, кадмия, ртути, цинка, галлия, индия и вольфрама, их соединений и т.п.и их смесей. Более предпочтительные сокатализаторы выбирают из группы, состоящей из соединений рутения и осмия. Наиболее предпочтительными сокатализаторами являются соединения рутения. Предпочтительными сокатализаторами являются ацетаты.

[076] Скорость реакции зависит от концентрации катализатора в реакционной смеси (А). Концентрация катализатора обычно составляет от около 1,0 ммоль до около 100 ммоль катализатора на литр (ммоль/л) (А). В некоторых вариантах осуществления концентрация катализатора составляет, по меньшей мере, 2,0 ммоль/л, или, по меньшей мере 5,0 ммоль/л, или, по меньшей мере, 7,5 ммоль/л. В некоторых вариантах осуществления концентрация катализатора составляет не более 75 ммоль/л, или не более 50 ммоль/л, или, по меньшей мере, 25 ммоль/л. В конкретных вариантах осуществления концентрация катализатора составляет от около 2,0 до около 75 ммоль/л, или от около 2,0 до около 50 ммоль/л, или от около 5,0 до около 25 ммоль/л.

[077] В некоторых вариантах осуществления реакцию проводят в присутствии стабилизатора катализатора. Подходящие стабилизаторы катализатора включают вещества, известные в отрасли. В целом, существует два вида стабилизаторов катализатора. Первый вид стабилизатора катализатора является йодистой солью металла, т.е. йодидом металла группы 1 или 2, например йодидом лития. Второй вид стабилизатора катализатора является несолевым стабилизатором. Предпочтительные несолевые стабилизаторы - пятивалентные оксиды Группы 15. (См. патент США 5817869). Более предпочтительны фосфиноксиды. Наиболее предпочтительны трифенилфосфиноксиды.

[078] Количество йодида металла при его применении, как правило, принимают таким, чтобы содержание йодида металла в реакционной смеси составляло от около 1 до около 20 вес.% (от около 0,1 до около 1,75 М). Более предпочтительно присутствие этого дополнительного компонента в реакционной смеси в количестве от около 5 до около 10 вес.%, что соответствует молярным пределам от около 0,5 до около 1,0 М.

[079] При применении пятивалентного оксида Группы 15 его количество, как правило, принимают таким, чтобы его концентрация относительно родия была более величины приблизительно 60:1. Предпочтительно концентрация пятивалентного оксида Группы 15 относительно родия составляет от около 60:1 до около 500:1. В некоторых вариантах осуществления в реакционной смеси присутствует от около 0,1 до около 3 М пя