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一種經(jīng)反應(yīng)蒸餾作用制備和純化乙酸的方法

文檔序號(hào):3551152閱讀:294來源:國(guó)知局
專利名稱:一種經(jīng)反應(yīng)蒸餾作用制備和純化乙酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種經(jīng)反應(yīng)蒸餾作用羰基化甲醇(MeOH)和/或二甲醚(DME)制備乙酸的方法。
本發(fā)明特別涉及一種由甲醇、DME或這些組分的組合物經(jīng)裝載于蒸餾塔中的均相催化體系制備乙酸的改進(jìn)方法。
催化劑可以是任何一種可溶于反應(yīng)介質(zhì)的均相羰基化催化劑。
常規(guī)的乙酸合成是通過均相過程實(shí)現(xiàn)的,其中甲醇在裝于攪拌反應(yīng)器的液體催化介質(zhì)中羰基化。甲醇衍生物如乙酸甲酯和二甲醚可以代替或與甲醇合并使用。一氧化碳通常由反應(yīng)器底部導(dǎo)入并分散于反應(yīng)液。催化體系含一種或多種第VIII族金屬化合物和一種鹵化物促進(jìn)劑,第VIII族金屬化合物優(yōu)選銠或銥化合物,鹵化物促進(jìn)劑的例子有碘甲烷(MeI)。
除了主反應(yīng)(1),在反應(yīng)介質(zhì)中還發(fā)生其他反應(yīng)。最突出的是(1)(2)(3)(4)(5)在此過程中,還生成少量高級(jí)羧酸,主要是丙酸。
水的存在主要是穩(wěn)定催化劑體系??梢栽诜磻?yīng)介質(zhì)中加入所謂的穩(wěn)定劑以減少水濃度。需要過量的CO保持催化劑體系的活性,未反應(yīng)的CO氣體由反應(yīng)器頂部從液體反應(yīng)介質(zhì)中除去。CO氣體流(加上惰性氣體和由反應(yīng)(2)生成的氫氣)從反應(yīng)液中驅(qū)出易揮發(fā)餾份,易揮發(fā)餾份被收集和循環(huán)回至反應(yīng)區(qū)。
乙酸產(chǎn)物被收集在從反應(yīng)器出來的液體產(chǎn)物流中,并且在下游的閃蒸器中于低于反應(yīng)器壓力,通常于約1-2巴下操作,從含催化劑的反應(yīng)介質(zhì)中閃蒸分離出來。通過泵壓方式將從閃蒸器出來的含第VIII族金屬催化劑的液體循環(huán)至反應(yīng)器。
由于乙酸是閃蒸介質(zhì)中主要的最不易揮發(fā)的化合物,回收生成的乙酸時(shí)不可避免地導(dǎo)致也包含在閃蒸介質(zhì)中的那些不想蒸出的更易揮發(fā)組分被閃蒸出來,這些組分有水、碘甲烷、乙酸甲酯、碘化氫和未轉(zhuǎn)化的甲醇及二甲醚。
為了從反應(yīng)區(qū)的下游產(chǎn)物回收這些組分,在一系列蒸餾塔和吸收器中將其分離,然后返回反應(yīng)區(qū)。
下游分離過程主要包含三步。1.通過輕餾份塔主要回收碘甲烷和碘化氫并返回反應(yīng)器。2.通過脫水塔主要回收水、乙酸甲酯和存留的碘甲烷及碘化氫并返回反應(yīng)器。3.從重餾份塔底主要排出丙酸和部分乙酸,產(chǎn)品乙酸也從其中回收。
各種塔頂餾出氣體在一個(gè)吸收系統(tǒng)中與碘甲烷分離。
在脫水塔(方程式4)中,由于碘甲烷的水解,不斷生成碘化氫,導(dǎo)致形成碘化氫/水/乙酸共沸物。該共沸物可以通過往脫水塔中加入少量甲醇分離。
通常,從乙酸合成和純化區(qū)得到的組分流出物是未轉(zhuǎn)化的一氧化碳(加其他氣體)和產(chǎn)品乙酸(加副產(chǎn)品)。
在現(xiàn)有技術(shù)中,由于乙酸是反應(yīng)混合物中揮發(fā)性最低的主要組分,導(dǎo)致能量消耗和投資方面于經(jīng)濟(jì)不利。
在本發(fā)明方法中,低揮發(fā)性的乙酸從蒸餾塔底排出,同時(shí)未反應(yīng)的CO從塔頂排出。合成中存留的反應(yīng)物或化學(xué)平衡產(chǎn)物保留在蒸餾塔中。提供了在蒸餾塔中同時(shí)合成和純化乙酸產(chǎn)物的方法。因此,本發(fā)明生產(chǎn)乙酸的方法包括以下步驟(a)在含有對(duì)羰基化具有活性的催化劑的均相溶液中,羰基化甲醇、DME或其具有反應(yīng)活性的衍生物;(b)同時(shí),收集參加反應(yīng)的各組分,并且主要汽提出未反應(yīng)的一氧化碳、氫氣和惰性氣體,讓存留的組分參加反應(yīng);和(c)于(b)步驟的同時(shí),從至少部分存留的參加反應(yīng)的組分中蒸餾出乙酸產(chǎn)品,并且補(bǔ)加在羰基化步驟中生成乙酸而減少的參加反應(yīng)的各存留組分。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用反應(yīng)蒸餾作用,利用乙酸的低揮發(fā)性,從反應(yīng)區(qū)中有效地將乙酸產(chǎn)品移出。
以下將參照附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明,其中

圖1給出本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方案的流程圖。
裝載含催化劑液體的塔盤空間稱為反應(yīng)區(qū)。通過總泵唧循環(huán)防止溶于反應(yīng)介質(zhì)中的催化劑離開反應(yīng)區(qū)所有達(dá)到反應(yīng)區(qū)底部的液體被引出反應(yīng)區(qū)(物流30)并返回更高塔盤水平。
低于反應(yīng)區(qū)的塔盤用高于反應(yīng)區(qū)的塔盤中液體(主旁路40)供料。選擇性物流50(旁路2)離開的塔盤高于主旁路物流40離開的塔盤并且選擇性物流50比主旁路物流40含有更多的水,以保持反應(yīng)區(qū)所需的水濃度。物流50被蒸發(fā),這樣水在反應(yīng)區(qū)富集,而不是在低于反應(yīng)區(qū)的乙酸精餾區(qū)富集。
在塔頂?shù)睦淠鳒p少高揮發(fā)性碘甲烷的耗散。
在低于反應(yīng)區(qū)的塔盤空間從存留組分中分離乙酸和高級(jí)羧酸。
一氧化碳和含氧物料都從反應(yīng)區(qū)下面進(jìn)料。當(dāng)反應(yīng)物料通過裝有催化劑的塔盤空間時(shí),被轉(zhuǎn)化成乙酸。過量的一氧化碳用來保持催化劑液體上面有足夠的一氧化碳?jí)毫?,此外還載帶塔中汽化的合成產(chǎn)物(和液體平衡反應(yīng)生成的其他組分)從反應(yīng)區(qū)向上上升。一氧化碳和少量碘甲烷從塔頂排出。存留的組分在液體物流(主系統(tǒng)旁路1,物流40)中排出,并送到塔的下部。在該塔下部乙酸和高級(jí)羧酸一起排出(物流60),同時(shí)高揮發(fā)性組分向上通過塔反應(yīng)區(qū)。
未轉(zhuǎn)化的一氧化碳分流(物流70)任選經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)從塔頂排送并與補(bǔ)充的一氧化碳(物流10)混合。一氧化碳(物流80)通過一個(gè)吸收器純化除去碘甲烷,碘甲烷返回蒸餾塔。
含高級(jí)羧酸的乙酸(物流60)可如傳統(tǒng)技術(shù)從塔底送到所謂的重餾份塔中。
反應(yīng)蒸餾塔于25-40kg/cm2操作。塔中反應(yīng)區(qū)和低于反應(yīng)區(qū)部分操作溫度范圍為150-280℃,而塔的上部部分操作溫度范圍為冷凝器溫度至約200℃。
物流10和20的摩爾比可以是1.2∶1-2∶1。物流10和70混合物的摩爾比值應(yīng)使在塔中反應(yīng)區(qū)的一氧化碳分壓至少為1kg/cm2,優(yōu)選為5kg/cm2以上。物流10和70的合并物流與物流20、40和50的合并物流摩爾比在0.5∶1-3∶1范圍內(nèi)。物流30與物流10、20、40、50和70的合并物流摩爾比為0.5∶1-2∶1。
物流40和60的摩爾比是2∶1至10∶1。
強(qiáng)放熱步驟放出的反應(yīng)熱能被移走,如用泵唧循環(huán)物流(物流30)加熱蒸汽鍋爐回收。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用反應(yīng)蒸餾塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)中的系列操作單元,如羰基化反應(yīng)攪拌反應(yīng)器、閃蒸器、輕餾份塔、脫水塔、LP吸收器、泵和管道。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與已知方法相反,催化劑溶液不進(jìn)行閃蒸。如EP55618,161874和250189描述的傳統(tǒng)方法,閃蒸操作導(dǎo)致明顯的CO分壓降低,引起催化劑失活和沉淀。
傳統(tǒng)方法中閃蒸還可以導(dǎo)致閃蒸器中形成濕氣,從而在蒸餾系統(tǒng)的排出物流中形成含催化劑的微滴。因此,本發(fā)明消除了由閃蒸造成的催化劑損失。
由于銠很昂貴,保持銠催化劑損失最小是方法經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在塔中碘化氫不聚積,這是由于解離后形成共沸物造成的,因?yàn)楹跷锪?物流20)在消除塔中水的臨界極限值位置處送入蒸餾塔,在此臨界極限位置處碘化氫通常聚積。通過向低于反應(yīng)區(qū)的塔盤輸送含氧物料,碘化氫在甲醇存在下被有效地轉(zhuǎn)化為碘甲烷。
如果所需水濃度低,內(nèi)部液體流速和一氧化碳的流速相對(duì)較低。
如果所需水濃度高,需要循環(huán)大量CO,并且第二旁路物流中水多于旁路1,汽化旁路2(物流50),以有利地輸送物流50。反應(yīng)區(qū)以下的塔盤數(shù)必須相應(yīng)增加,以達(dá)到理想的分離。
于高內(nèi)流速率,需要提供0.8Gcal/MT HOAc凈熱(這相近于傳統(tǒng)乙酸合成的當(dāng)量范圍),而在低內(nèi)流速率,凈熱需求顯著減少,甚至為輕微的負(fù)值。
權(quán)利要求
1.一種制備乙酸的方法,包括(a)在含有對(duì)羰基化具有活性的催化劑的均相溶液中,羰基化甲醇、DME或其具有反應(yīng)活性的衍生物;(b)同時(shí),收集參加反應(yīng)的各組分,并且主要汽提出未反應(yīng)的一氧化碳、氫氣和惰性氣體,讓存留的組分參加反應(yīng);和(c)于(b)步驟的同時(shí),從至少部分存留的參加反應(yīng)的組分中蒸餾出乙酸產(chǎn)品,并且補(bǔ)加在羰基化步驟中生成乙酸而減少的參如反應(yīng)的各存留組分。
2.一種如權(quán)利要求1所述方法,其中同步步驟(b)和(c)在與步驟(a)相同的壓力下進(jìn)行。
3.一種如權(quán)利要求2所述方法,其中同步步驟在蒸餾塔中進(jìn)行。
4.一種如權(quán)利要求1所述方法,其中催化劑系統(tǒng)含至少一種第VIII金屬元素化合物。
全文摘要
一種在裝有均相催化劑系統(tǒng)的蒸餾塔中通過羰基化甲醇、DME或其活性衍生物制備和純化乙酸的方法。
文檔編號(hào)C07C53/08GK1247852SQ9911976
公開日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1999年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月6日
發(fā)明者B·沃斯 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司
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