MX2010011850A - Sistema de carbonilacion de metanol que tiene un absorbedor con multiples opciones de disolvente. - Google Patents

Abstract

Un sistema de carbonilación de metanol 10 incluye una torre asborbedora 75 adaptada para recibir una comente de gas de descarga y remover yoduro de metilo de la misma con un disolvente depurador, la torre absorbedora esta acoplada a primera y segunda fuentes de disolvente depurador 16, 56 que son capaces de suministrar diferentes primero y segundo disolventes depuradores; un sistema de conmutación que incluye las válvulas 90, 92, 94, 96, 98, provee alternadamente primero o segundo disolventes depuradores a la torre absorbedora y regresa el disolvente usado y el material absorbido al sistema de carbonilación para acomodar diferentes modos de operación.

Description

SISTEMA DE CARBONILACIÓN DE METANOL QUE TIENE UN ABSORBEDOR CON MÚLTIPLES OPCIONES DE DISOLVENTE RECLAMO DE PRIORIDAD Esta solicitud no provisional reclama el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 61/125,791, del mismo título, presentada el 29 de Abril de 2009. De esta manera se reclama la prioridad de la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 61/125,791 y la descripción de la misma se incorpora en esta solicitud para referencia.

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a la producción de ácido acético y, en particular, a un sistema de carbonilacion de metanol con un absorbedor de fracciones ligeras adaptado para usar diferentes disolventes de depuración y regresar el disolvente usado al sistema de carbonilacion.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La producción de ácido acético por medio de carbonilacion de metanol es conocida en la técnica, Hablando en general, una línea de producción de carbonilación incluye una sección de reacción, una sección de purificación, recuperación de fracciones ligeras y un sistema de depósito de catalizador. En la sección de reacción, se ponen en contacto metanol y monóxido de carbono con un catalizador de rodio o iridio en un medio de reacción de fase líquida agitado homogéneo en un reactor para producir ácido acético. El metanol se bombea al reactor a partir de una cámara de compensación. Este procedimiento es altamente eficiente, teniendo una conversión de metanol a ácido acético típicamente mayor que 99 por ciento. La sección de reacción también incluye un recipiente de vaporización acoplado al reactor que evapora una corriente de arrastre de vapor para remover producto crudo de la sección de reacción. El producto crudo se alimenta a una sección de purificación que incluye generalmente una columna de fracciones ligeras o de agotamiento, una columna de secado, purificación auxiliar y opcionalmente una columna de acabado. En el procedimiento, se generan varias corrientes de descarga que contienen fracciones ligeras, marcadamente yoduro de metilo, monóxido de carbono y acetato de metilo y se alimentan a la sección de recuperación de fracciones ligeras. Estas corrientes de descarga se depuran con un disolvente para remover las fracciones ligeras y regresarlas al sistema o desecharlas.

En una planta de Monsanto de carbonilación de metanol tradicional, se incluyen un absorbedor de alta presión y uno de baja presión en donde se usa ácido acético como el disolvente depurador. Subsiguientemente, el disolvente de ácido acético debe subsiguientemente ser agotado de fracciones ligeras, usualmente en otra columna de purificación de manera que no se desperdicia el ácido. Dichas columnas son costosas porque deben formarse de un material altamente resistente a la corrosión tal como aleaciones de zirconio y otras. Más aún, el agotamiento de las fracciones ligeras del ácido requiere vapor y contribuye a los gastos de operación.

Sin embargo, el uso de ácido acético como un disolvente de depuración es amplio en general en la técnica de la carbonilación. Véase, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 5,502,243 de Waller et al., titulada "Hydrocarbonylation of Dimethyl Ether". Apreciar la descripción en la Figura 3, y el análisis en las Cois. 8 y 9 relacionado con la operación de un absorbedor 321. Una corriente de acético frío 323 pasa hacia abajo a través de éste absorbedor y absorbe cualesquiera co-productos residuales y componentes volátiles del catalizador del gas de descarga.

También, se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 4,241 ,219 de Wan, titulada "Treatment of Carbonylation Effluent", a method of recovering volatile components by contact with a scrubbing solvent recovered from the reaction mixture in the same production line. Véase la Col. 2, líneas 15-30 en donde se aprecia que puede usarse anhídrido acético, diacetato de etilideno, ácido acético, o mezclas de ellos como un disolvente depurador de gas de descarga.

El metanol ha sido sugerido para uso como un disolvente de depuración con relación al procedimiento de carbonilación de metanol. En este aspecto, véase la Patente de los Estados Unidos No. 5,416,237 de Aubigne et al., titulada "Process for the Production of Acetic Acid". Se aprecia que en la patente '237 los no condensables del vapor del cabezal del tanque de vaporización pueden depurarse concurrentemente con metanol refrigerado. Se añade una corriente residual de disolvente depurador de metanol a metanol puro y luego se usa como alimentación al reactor. Véase la Col. 9, líneas 30-42. Si el reactor no está consumiendo la corriente residual, debe almacenarse por separado o purificarse de nuevo contribuyendo a los gastos de capital y costos de operación.

La Publicación de la Solicitud de Patente China No. 200410016120.7 describe un método para la recuperación de componentes ligeros en el gas de descarga de la producción de ácido acético/anhídrido acético por medio de la depuración con metanol y ácido acético. El sistema descrito en la publicación No. 200410016120.7 describe un arreglo de absorción en dos fases en donde el gas de descarga se trata secuencialmente con dos absorbentes diferentes en un sistema de dos fases. Apreciar particularmente la Figura 2. Otro sistema se observa en una publicación industrial titulada "Process of 200ktpa Methanol Low Press Oxo Synthesis AA" (SWRDICI 2006 China). En esta publicación de investigación se muestra un sistema de tratamiento de gas de descarga que incluye un absorbedor de alta presión así como un absorbedor de baja presión. Ambos absorbedores de este sistema son operados utilizando metanol como un fluido depurador.

Aunque han existido avances en la técnica, los métodos conocidos para la depuración de gases de descarga en los sistemas de carbonilación del metanol típicamente implican torres con múltiples absorbedores que son costosas de fabricar y operar. De acuerdo con la invención, se provee un sistema mejorado de carbonilación de metanol con un absorbedor capaz de usar diferentes disolventes. El sistema inventivo reduce tanto los requerimientos de capital como los costos de operación en comparación con los sistemas convencionales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se provee un sistema de carbonilación para fabricar ácido acético que tiene una torre absorbedora con múltiples opciones de disolvente de depuración para el tratamiento del gas de descarga. El absorbedor recupera yoduro de metilo y otros volátiles tales como vapor de acetato de metilo del gas de descarga con el disolvente de depuración, la torre está acoplada a primera y segunda fuentes de disolvente de depuración que son capaces de suministrar diferentes disolventes de depuración. Típicamente, se usa a metanol como un disolvente de depuración en un modo de estado estacionario de operación, aunque puede usarse ácido acético durante el arranque u operación transitoria de la unidad. Un sistema interruptor provee alternativamente ya sea metanol o ácido acético a la torre y regresa el disolvente y los volátiles recuperados al sistema de carbonilación para una reacción posterior. Durante el cambio de los disolventes de depuración, puede añadirse el material recuperado al sistema de depósito del catalizador si se desea así.

El uso de un absorbedor de fracciones ligeras de acuerdo con la invención permite la operación sin la necesidad de un agotador de fracciones ligeras dedicado para recuperar yoduro de metilo de la corriente de descarga de gases de salida del sistema. Un beneficio obtenido es la reducción de capital para nuevos proyectos de carbonilación de ácido acético (eliminar el sistema de columna de agotamiento, recalentador, subenfriador, e instrumentación y tubería asociados) al ser capaz de usar un sistema absorbedor en dos diferentes medios de depuración para acomodar todos los modos de operación incluyendo: arranque, operación normal, operación invertida y paro. Otro beneficio es la reducción de energía para la operación normal vía ahorros de vapor realizados por la eliminación de la necesidad de una columna de agotamiento auxiliar para el disolvente de depuración. Aún otro beneficio es una mejor depuración del componente yoduro de metilo en las fracciones ligeras mediante el uso de metanol sub-refrigerado a 5-15 °C para un modo de operación normal.

Detalles y ventajas adicionales serán aparentes a partir del siguiente análisis.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describe a detalle a continuación con referencia a los dibujos anexos, en donde los números iguales designan partes similares. En los dibujos: La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de carbonilación para fabricar ácido acético y La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un absorbedor de gas de descarga y sistema de conmutación usado con relación al sistema de la Figura 1.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se describe a detalle a continuación con referencia a numerosas modalidades para propósitos únicamente de ejemplificación e ilustración. Las modificaciones a las modalidades particulares dentro del espíritu y alcance de la presente invención, establecida en las reivindicaciones anexas, serán fácilmente aparente para los expertos en la técnica.

A menos de que se defina específicamente a continuación, a la terminología como se usa en la presente se le da su significado ordinario. % y términos similares se refieren a por ciento en peso, a menos de que se indique lo contrario.

"Consiste esencialmente de" y terminología similar se refiere a una composición que consiste del 90% en peso o más del componente especificado. Por lo tanto una corriente de disolvente depurador que consiste esencialmente de metanol si es por lo menos 90% de metanol.

"Baja presión" y terminología similar se refiere a las presiones mucho menores que la presión mantenida en un reactor de carbonilación de la clase analizada en la presente. Entonces baja presión se refiere a presiones manométricas generalmente menores que 10 kg/cm2, adecuadamente menores que 5 kg/cm2, típicamente menores que aproximadamente 3 kg/cm2 y en algunos casos menores que 1 kg/cm2.

Componentes "volátiles" son esos compuestos en la fase vapor y/o que tienen un punto de ebullición menor o igual que ese del acetato de metilo incluyendo yoduro de metilo.

Como se usa en la presente "corriente de procedimiento purificada" incluye la corriente de procedimiento alimentada hacia adelante de la columna de fracciones ligeras, y cualesquiera purificaciones subsiguientes de la corriente de procedimiento de fracciones ligeras.

Un catalizador metálico del Grupo VIII usado con relación a la presente invención puede ser un catalizador del rodillo y/o iridio. El catalizador metálico de rodio puede ser añadido en cualquier forma adecuada de manera que el rodio esté en la solución de catalizador como una mezcla de equilibrio incluyendo el anión [Rh(CO)2l2] como es bien conocido en la técnica. Cuando la solución de rodio está en el medio ambiente rico en monóxido de carbono del reactor, generalmente se mantiene la solubilidad del rodillo debido a que las especies aniónicas de rodio/yoduro de carbonilo son generalmente solubles en agua y ácido. No obstante, cuando se transfieren a medios ambientes agotados en monóxido de carbono como existe típicamente en el vaporizador, la columna de fracciones ligeras y demás, la composición de equilibrio de rodio/catalizador cambia ya que está menos disponible el monóxido de carbono. El rodio precipita como Rh , por ejemplo; los detalles en cuanto a la forma de retención del rodio corriente abajo del reactor no se comprenden bien. Las sales de yoduro ayudan a aliviar la precipitación en el vaporizador bajo las denominadas condiciones de "bajo contenido de agua" como se apreciará por el experto en la técnica.

Las sales de yoduro mantenidas en las mezclas de reacción de los procedimientos descritos en la presente pueden estar en la forma de una sal soluble de un metal alcalino o metal alcalinotérreo o una sal cuaternaria de amonio o fosfonio. En ciertas modalidades, el co-promotor del catalizador es yoduro de litio, acetato de litio, o mezclas de los mismos. La sal de yoduro puede añadirse como una mezcla de sales tal como una mezcla de yoduro de litio y yoduro de sodio y/o yoduro de potasio. Alternativamente, puede generarse la sal de yoduro in situ bajo las condiciones de operación del sistema de reacción, una amplia escala de precursores de sal no de yoduro tales como acetatos de metal alcalino reaccionarán con el yoduro de metilo para generar el estabilizador correspondiente de la sal de yoduro co-promotora. Pueden generarse sales adecuadas in situ a partir de precursores no iónicos, tales como óxido de fosfina o cualquier ligando o ligandos orgánicos adecuados si así se desea. Los óxidos de fosfina y ligandos orgánicos adecuados generalmente se someten a la cuaternización en la presencia de yoduro de metilo a temperaturas elevadas para producir sales que mantienen la concentración del anión yoduro. Para detalles adicionales con relación a la generación de sal de yoduro, véase las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,001 ,259 de Smith et al., 5,026,908 de Smith et al., y 5,144,068, también de Smith et al., cuyas descripciones se incorporan de esta manera para referencia.

Un catalizador de iridio en la composición de la reacción de carbonilación líquida puede comprender cualquier compuesto que contenga iridio que sea soluble en la composición de reacción líquida. El catalizador de iridio puede añadirse a la composición de reacción líquida para la reacción de carbonilación en cualquier forma adecuada que disuelva la composición de reacción líquida o que se convierta a una forma soluble. Ejemplos de compuestos que contienen iridio adecuados que pueden añadirse a la composición de reacción líquida incluyen lrCI3, lrl3, lrBr3, [lr(CO)2l]2, [lr(CO)2CI]2, [lr(CO)2Br]2, [lr(CO)2l2]H\ [?G(00)2?G2]?+, [?G(0?)2?4]?+, [lr(CH3)l3(C02]-H+, lr4(CO)12, lrCI3.3H20, lrBr3.3H20, lr4(CO)12, metal iridio, lr203, lr(acac)(CO)2, lr(acac)3, acetato de iridio, [lr30(OAc)6(H20)3][OAc], y ácido hexacloroirídico [H2lrCI6]. Los complejos de iridio libres de cloro tales como acetatos, oxalatos y acetonatos se emplean usualmente como materiales de inicio. La concentración del catalizador de iridio en la composición de reacción líquida puede estar en la escala de 100 a 6000 rpm. La carbonilación del metanol que utiliza catalizador de iridio es bien conocida y se describe en general en las siguientes Patentes de los Estados Unidos: 5,942,460; 5,932,764; 5,883,295; 5,877,348; 5,877,347 y 5,696,284, cuyas descripciones se incorporan de esta manera para referencia dentro de esta solicitud como si se establecieran en su totalidad.

Puede emplearse un catalizador soportado del Grupo VIII si así se desea. Un sistema preferido incluye un polímero insoluble que tiene grupos colgantes de pirrolidona que soportan una especie de rodio. Un catalizador adecuado es una polivinilpirrolidona que ha sido entrelazada y cargada con rodio. El entrelazamiento puede lograrse usando un catalizador cáustico como se describe en la Patente de Estados Unidos No. 2,938,017 o mediante el uso de un agente de entrelazamiento tal como el descrito en el documento alemán 2,059,484. Estas referencias se incorporan en la presente para referencia. Este catalizador se prepara al hacer reaccionar el soporte de polímero con un haluro de alquilo y un compuesto de rodio. Ambas reacciones se efectúan fácilmente por procedimientos estándar y se usan componentes conocidos para dichas reacciones. Por ejemplo, se prefiere simplemente añadir una cantidad del polímero insoluble tal como en forma de polvo o perla de resina a lo que de otra manera constituye el medio homogéneo para la reacción de carbonilación del metanol. Dicho medio de reacción de carbonilación incluye metanol y/o acetato de metilo, ácido acético y una pequeña cantidad de agua en un recipiente a prisión junto con un compuesto de rodio y un promotor de yoduro como se describe en la presente. Detalles adicionales aparecen en la Patente de Estados Unidos No. 5,466,874 cuya descripción se incorpora en la presente para referencia en su totalidad.

Otro sistema incluye un polímero que contiene un anillo de piridina, insoluble, y un metal del Grupo VIII soportado en el mismo que y es conocido per se. El término "polímero que contiene un anillo de piridina" como se usa en la presente pretende referirse a un polímero que contiene anillos piridina sustituidos o no sustituidos, o anillos policondensados que contienen piridina sustituidos o no sustituidos, tales como anillos de quinolina. Los sustituyentes incluyen esos inertes a la carbonilación del metanol tales como un grupo alquilo y un grupo alcoxí. Ejemplos típicos de los polímeros que contienen un anillo de piridina, insolubles, incluyen esos obtenidos por la reacción de vinilpiridina con un monómero de divinilo o por la reacción de vinilpiridina con un monómero de vinilo que contiene monómero de divinilo, tales como los copolímeros de 4-vinilpirídina y divinilbenceno, copolímeros de 2-vinilpiridina y di-vinilbenceno, copolímeros de estireno, vinilbenceno y divinilbenceno, copolímeros de vinilmetilpiridina y divinilbenceno y copolímeros de vinilpiridina, acrilato de metilo y diacrilato de etilo. Detalles adicionales aparecen en la Patente de Estados Unidos No. 5,334,755, cuya descripción se incorpora en la presente para referencia en su totalidad.

El yoduro de metilo se usa como el promotor. Preferiblemente, la concentración de metilo en la composición de reacción líquida está en la escala de 1 a 50% en peso, preferiblemente 2 a 30% en peso.

El promotor puede combinarse con un estabilizador de sal/compuesto co-promotor que puede incluir sales de un metal del Grupo IA o del Grupo NA, o una sal cuaternaria de amonio o fosfonio. Se prefieren particularmente las sales de yoduro o acetato, por ejemplo yoduro de litio o acetato de litio.

Pueden usarse otros promotores y co-promotores como parte del sistema catalítico de la presente invención como se describe en la Publicación de Patente Europea EP 0 849 248, cuya descripción se incorpora de esta manera para referencia. Los promotores adecuados se seleccionan de rutenio, osmio, tungsteno, renio, cinc, cadmio, iridio, galio, mercurio, níquel, platino, vanadio, titanio, cobre, aluminio, estaño, antimonio, y más preferiblemente se seleccionan de rutenio y osmio. Los co-promotores se describen en la patente de los Estados Unidos No. 6,627,770, la descripción completa de la cual se incorpora en la presente para referencia.

Un promotor puede estar presente en una cantidad efectiva hasta el límite de su solubilidad en la composición de reacción líquida y/o cualesquiera corrientes de procedimiento líquidas recicladas al reactor de carbonilación de la fase de recuperación de ácido acético. Cuando se usa, el promotor está presente adecuadamente en la composición de reacción líquida en una proporción molar de promotor a catalizador metálico de [0.5 a 15]:1 , preferiblemente [2 a 10]:1 , más preferiblemente [2 a 7.5]:1. Una concentración adecuada de promotor es 400 a 5000 ppm.

El aparato o procedimiento de carbonilación que es el objeto de la invención incluye típicamente una sección reactiva, una sección de purificación, un sistema de depósito de catalizador y un sistema de recuperación de fracciones ligeras. La presente invención puede apreciarse con relación a, por ejemplo, la carbonilación de metanol con monóxido de carbono en un sistema de reacción catalítico homogéneo que comprende un disolvente de reacción (típicamente ácido acético), metanol y/o sus derivados reactivos, un catalizador soluble de rodio, por lo menos una concentración finita de agua. La reacción de carbonilación procede a medida que el metanol y el monóxido de carbono se alimentan continuamente al reactor. El reactivo de monóxido de carbono puede estar esencialmente puro o puede contener impurezas inertes tales como dióxido de carbono, metano, nitrógeno, gases nobles, agua e hidrocarburos parafínicos de Ci a C4. La presencia de hidrógeno en el monóxido de carbono y que se genera in situ por la reacción de cambio del gas en el agua se mantiene preferiblemente baja, por ejemplo, menor que 1 kg/cm2 de presión parcial, ya que su presencia puede resultar en la formación de productos de hidrogenación. La presión parcial del monóxido de carbono en la reacción está adecuadamente en la escala de 1 a 70 kg/cm2, preferiblemente 1 a 35 kg/cm2, y más preferiblemente 1 a 15 kg/cm2.

La presión de la reacción de carbonilación está adecuadamente en la escala de 10 a 200 kg/cm2, preferiblemente 10 a 100 kg/cm2, más preferiblemente 15 a 50 kg/cm2. La temperatura de la reacción de carbonilación está adecuadamente en la escala de 100 a 300 °C, preferiblemente en la escala de 150 a 220 °C. El ácido acético típicamente se fabrica en una reacción en fase líquida a una temperatura de aproximadamente 150-200 °C y una presión total de aproximadamente 20 aproximadamente 50 kg/cm2.

El ácido acético se incluye típicamente en la mezcla de reacción como el disolvente para la reacción.

Derivados reactivos adecuados de metanol incluyen acetato de metilo, éster dimetílico, formato de metilo y yoduro de metilo. Puede usarse una mezcla de metanol y derivados reactivos del mismo como reactivos en el procedimiento de la presente invención. Preferiblemente, se usan como reactivos metanol y/o acetato de metilo. Por lo menos parte del metanol y/o derivado reactivo del mismo se convertirá a, y entonces presente como, acetato de metilo en la composición de la reacción líquida por la reacción con producto o disolvente de ácido acético. La concentración en la composición de reacción líquida de acetato de metilo está adecuadamente en la escala de 0.5 a 70% en peso, preferiblemente 0.5 a 50% en peso, más preferiblemente 1 a 35% en peso y más preferiblemente 1-20% en peso.

El agua puede formarse in situ en la composición de reacción liquida, por ejemplo, por la reacción de esterificación entre el reactivo de metanol y el producto de ácido acético. Puede introducirse agua al reactor de carbonilación junto o separado de otros componentes de la composición de reacción líquida. El agua puede separarse de otros componentes de la composición de reacción extraída del reactor y puede reciclarse en cantidades controladas para mantener la concentración requerida de agua en la composición de reacción líquida. Preferiblemente, la concentración de agua mantenida en la composición de reacción líquida está en la escala de 0.1 a 16% en peso, más preferiblemente 1 a 14% en peso, más preferiblemente 1 a 10% en peso.

El líquido de reacción típicamente se extrae del reactor y se vaporiza en un procedimiento de una etapa o de múltiples etapas usando un convertidor así como un recipiente de vaporización como se describe posteriormente. La corriente de procedimiento de vapor crudo del vaporizador se envía a un sistema de purificación que incluye generalmente por lo menos una columna de fracciones ligeras y una columna de deshidratación. Como se indicó anteriormente, no se comprende bien la forma de cualquier catalizador metálico que está retenido en la columna de fracciones ligeras y más allá; no obstante, el catalizador metálico retenido se pierde en los sistemas convencionales.

La presente invención se aprecia además con referencia a la Fig. 1 , la cual es un diagrama esquemático que ilustra un procedimiento y aparato típicos de carbonilación. En la Fig. 1 se muestra un sistema de carbonilación 10 que incluye un reactor 12 provisto con un sistema de alimentación 14 que incluye una cámara de compensación de metanol 16 y una línea de alimentación de monóxido de carbono. Un sistema de depósito de catalizador incluye un recipiente de almacenamiento de yoduro de metilo 20 así como una cámara de compensación de catalizador 22. El reactor 12 se provee con una descarga 24 y una descarga opcional 24a. El reactor 12 se acopla a un recipiente de vaporización 26 por medio de un conducto 28 y opcionalmente por medio de la descarga 24a. El vaporizador, a su vez, está acoplado a un sistema de purificación 30 que incluye una columna de fracciones ligeras o de agotamiento 32, una columna de deshidratación 34 y un ácido fuerte, un lecho de resina de intercambio iónico de cationes intercambiados de plata 36 que remueve el yoduro del producto. En lugar de un una resina de intercambio iónico de cationes de ácido fuerte de plata intercambiada, ha sido reportado que puede usarse una resina de intercambio iónico de aniones para remover los yoduros. Véase la Patente Británica No. G 2112394A, así como la Patente de Estados Unidos No. 5,416,237, Col. 7, líneas 54+, la cual enseña el uso de resinas de 4-vinilpiridina para la remoción de yoduro.

Una corriente de purga gaseosa típicamente se descarga del cabezal del reactor para prevenir la acumulación de subproductos gaseosos tales como metano, dióxido de carbono e hidrógeno y para mantener una presión parcial de monóxido de carbono fija a una presión de reacción total dada. Una mejora muy significativa en el procedimiento involucra llevar al mínimo o eliminar la descarga de alta presión del reactor 12 vía la línea 24 a un absorbedor de alta presión y en cambio utilizar una línea de descarga tal como la línea 24a. Cuando se opera a condiciones de bajo contenido de agua como se describe en la presente, los requerimientos de los subproductos y la descarga se reducen mucho de manera que no pueden descargarse los no condensables a baja presión después de la vaporización y agotamiento de las fracciones ligeras como se observa en las Figuras 1 y 2 mientras se mantiene una presión parcial de monóxido de carbono predeterminada en el reactor.

Entonces, puede eliminarse el uso de un absorbedor de alta presión y/o llevar al mínimo el capital de inversión y los costos de operación.

Opcionalmente (como se ilustra en la Patente China No. ZL 92108244.4), puede emplearse un denominado reactor "convertidor" el cual se ubica entre el reactor y el recipiente de vaporización mostrado en la Figura 1. Opcionalmente, las corrientes de purga gaseosas pueden descargarse a través del líquido de base del vaporizador o la parte inferior de la columna de fracciones ligeras para mejorar la estabilidad del rodio y/o pueden combinarse con otras descargas gaseosas del procedimiento (tal como la descarga del receptor del cabezal de la columna de purificación) antes de la depuración. Puede añadirse monóxido de carbono directamente a un recipiente convertidor si se desea o puede añadirse ligeramente antes (corriente arriba) o después (corriente abajo) si así se desea para estabilizar la solución del catalizador y consumir cualquier metanol sin reaccionar. Los detalles de dichas disposiciones se observan en la Patente Europea No. EP 0 759 419 así como en la Patente de los Estados Unidos No. 5,770,768 de Denis et al., cuyas descripciones se incorporan de esta manera para referencia. '? Éstas variaciones están bien dentro del alcance de la presente invención como se apreciará por las reivindicaciones anexas y la siguiente descripción.

Como será apreciado por un experto en la técnica, los diferentes medios ambientes químicos encontrados en el tren de purificación pueden requerir diferentes metalúrgicas. Por ejemplo, el equipo a la salida de la columna de fracciones ligeras probablemente requerirá un recipiente de circonio debido a la naturaleza corrosiva de la corriente del procedimiento, mientras que un recipiente de acero inoxidable puede ser suficiente para el equipo colocado corriente abajo de la columna de deshidratación en donde las condiciones son mucho menos corrosivas.

Se introducen monóxido de carbono y metanol continuamente dentro del reactor 12 con mezclado adecuado a una presión parcial alta de monóxido de carbono. Los productos dobles no condensables se descargan del reactor para mantener una presión parcial óptima del monóxido de carbono. El gas de salida del reactor se trata para recuperar a los condensables del reactor, es decir yoduro de metilo antes de la salida. Las eficiencias del metanol y monóxido de carbono son generalmente mayores que aproximadamente 98 y 90% respectivamente. Como se apreciará a partir de Smith et al., la patente mencionada anteriormente, la ineficiencia principal del procedimiento de la fabricación concurrente del dióxido de carbono e hidrógeno por medio de la reacción de cambio de gas en agua.

A partir del reactor, una corriente de la mezcla de reacción se alimenta continuamente vía el conducto 28 al vaporizador 26. A través del vaporizador el producto de ácido acético y la mayoría de las fracciones ligeras (yoduro de metilo, acetato de etilo, agua) se separan de la solución del catalizador del reactor, y la corriente del procedimiento crudo 38 se envía hacia adelante con los gases disueltos a la sección de destilación o purificación 30 en una sola fase de vaporización. La solución de catalizador se recicla al reactor vía el conducto 40.

La purificación del ácido acético típicamente incluye la destilación en una columna de fracciones ligeras, una columna de deshidratación y, opcionalmente, una columna de fracciones pesadas. La corriente del procedimiento de vapor crudo 38 del vaporizador se alimenta a la columna de fracciones ligeras 32. El yoduro de metilo, acetato de metilo, y una porción del agua se condensa en el cabezal en las columnas de fracciones ligeras para formar dos fases (orgánica y acuosa) en un receptor 42. Ambas fases líquidas del cabezal regresan a la sección de reacción vía la línea de reciclado 44. Opcionalmente, una corriente de reciclado líquida 45 de la columna de fracciones ligeras puede también regresar al reactor.

La corriente de procedimiento purificada 50 se extrae del lado de la columna de fracciones ligeras 32 y se alimenta en la columna de deshidratación 34. El agua y parte del ácido acético de esta columna se separan y se reciclan al sistema de reacción vía la línea de reciclado 44 como se muestra. La corriente de procedimiento purificada y seca 52 de la columna de deshidratación 34 se alimenta al lecho de resina 36 y se toma un producto de la misma en 56 como se muestra. El sistema de carbonilación 10 usa sólo dos columnas de purificación principales y opera preferiblemente como se describe con más detalle en la Patente de Estados Unidos No. 6,657,078, de Scates et al., titulada "Low Energy Carbonylation Process", la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. Generalmente se usan columnas adicionales según se desee, dependiendo del sistema.

El receptor 42 se descarga vía la línea 60 al sistema de recuperación de fracciones ligeras 70 mostrado en la Figura 2 es cual incluye un sistema de conmutación 72 que tiene una pluralidad de válvulas y bombas para acoplar selectivamente el sistema 70 a las fuentes de disolvente de depuración y regresar el disolvente de depuración usado al punto deseado en el sistema de carbonilación como se describe posteriormente. Apreciar también que el reactor 12 puede ser directamente descargado hacia el sistema 70 vía la línea 24 en caso de ser necesario.

El sistema de recuperación de fracciones ligeras 70 tiene una torre absorbedora 75 que se alimenta con gases de descarga vía la línea 80 y con disolvente depurador vía la línea 82. Preferiblemente el disolvente depurador se refrigera con un refrigerador 84 antes de ser alimentado a la torres 75 en donde el disolvente fluye concurrentemente con respecto al gas de descarga, absorbiendo yoduro de metilo y componentes relativos adicionales antes de salir de la torre vía la línea de retorno 84 y ser regresado a la unidad de carbonilación. Los gases de descarga depurados salen de la torre en 86 y se procesan posteriormente. Por ejemplo, puede usarse una depuración de agua de segunda fase para remover acetato de metilo, metanol, ácido acético y así sucesivamente antes de la salida si se desea. Alternativamente, puede proveerse un depurador de agua de segunda fase en la torre 75 si así se desea. Preferiblemente, más del 90% del yoduro de metilo se remueve del gas de descarga. El fluido de depuración generalmente se refrigera a una temperatura de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 25 °C antes del uso en la torre, con la condición de que se use ácido acético como el disolvente de depuración, la temperatura del disolvente se mantiene a 17 °C o más para prevenir el congelamiento.

El sistema de conmutación 72 incluye una pluralidad de válvulas tales como las válvulas 90, 92, 94, 96, 98 y una o más bombas 100, 102 para elevar la presión en las líneas de retorno 104, 106, 108, 110 si se requiere. Las válvulas de alimentación 96, 98 se usan para seleccionar el disolvente de depuración que puede ser metanol del tanque 16 o ácido acético de la corriente 56 dependiendo del modo de operación de la torre 75.

En la operación en el estado estacionario del sistema de carbonilación 10 la válvula 98 se cierra y se alimenta metanol del tanque 16 a través de la válvula abierta 96 vía la línea 112 al refrigerador 84, en donde se enfría el metanol. Del refrigerador, se alimenta metanol a la torre 75, en donde fluye concurrentemente con gas de descarga y absorbe yoduro de metilo y otros componentes volátiles del mismo antes de salir de la columna vía la línea 84. El disolvente usado con yoduro de metilo absorbido se bombea de vuelta al reactor 12 o al tanque 16 con las bombas 100, 102 vía la línea 106. En este modo de operación las válvulas 92, 94 se cierran y la válvula 90 se abre.

Durante el arranque o paro del sistema puede ser deseable operar la torre 75 usando ácido acético como el disolvente de depuración. En este modo de operación, se abre la válvula 98 y se cierra la válvula 96.

El ácido puede abastecerse de la corriente de productos 56 o un tanque de (TF- por sus siglas en inglés) si así se desea. El ácido fluye a través de la línea 112 al refrigerador 84 en donde se enfría y se alimenta a la torre 75 vía la línea 82 y depura los gases de descarga suministrados vía las líneas 60, 80 como se indicó anteriormente. El ácido sale de la torre 75 vía la línea 84 y se bombea de vuelta al sistema de carbonilación por medio de las bombas 100, 102 vía las líneas 104, 108. En este modo de operación la torre 75, las válvulas 90, 94 se cierran y se abre la válvula 92 de manera que el ácido acético usado se regresa a la columna de fracciones ligeras 32, la columna de deshidratación 34, o cualquier lugar en el sistema de purificación para agotamiento.

Durante el cambio de un disolvente a otro, tal como el metanol a ácido acético, generalmente es indeseable regresar el fluido de depuración al sistema de alimentación de metanol o a la columna de fracciones ligeras ya que resultan ineficiencias. Por tal motivo, un cambio puede efectuarse en de aproximadamente 5 a aproximadamente 20 minutos, durante dicho tiempo el disolvente depurador usado se alimenta al depósito de catalizador 22. En el modo de cambio, las válvulas 90, 92 se cierran y se abre la válvula 94. Por lo tanto el sistema opera generalmente por medio de (a) la alimentación del gas de descarga de la unidad de carbonilación a la torre absorbedora, el gas de descarga incluye yoduro de metilo y opcionalmente componentes volátiles adicionales; (b) suministrar un primer disolvente depurador a la torre absorbedora, el primer disolvente depurador consiste esencialmente de ácido acético; (c) poner en contacto el gas de descarga con el primer disolvente depurador removiendo así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorbiendo yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales en el primer disolvente depurador; (d) alimentar una corriente de retorno del absorbedor incluyendo el primer disolvente depurador y el yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos a la columna de fracciones ligeras, la columna de deshidratación o cualquier lugar en el sistema de purificación; (e) terminar el suministro del primer disolvente depurador a la torre absorbedora; (f) suministrar un segundo disolvente depurador al la torre absorbedora, el segundo disolvente depurador consiste esencialmente de metanol; (g) poner en contacto el gas de descarga con el segundo disolvente depurador removiendo así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorbiendo yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales en el segundo disolvente depurador; (h) alimentar una corriente de retorno del absorbedor incluyendo primer disolvente depurador, segundo disolvente depurador, yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos de la torre absorbedora al reactor; y (i) después del periodo de transición, continuar alimentando una corriente de retorno del absorbedor incluyendo un segundo disolvente depurador y el yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos al reactor. La alimentación a la torre absorbedora se selecciona por la operación de las válvulas 96, 98.

Aunque la invención ha sido ilustrada con relación a un aparato particular, las modificaciones a estos ejemplos dentro del espíritu y alcance de la invención serán fácilmente aparentes a los expertos en la técnica. En vista del análisis anterior, el conocimiento relevante en la técnica y las referencias analizadas anteriormente con relación a los Antecedentes y Descripción Detallada, cuyas descripciones se incorporan totalmente en la presente para referencia, se considera innecesaria una descripción adicional.

Claims (25)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para producir ácido acético que comprende: (a) un reactor para la carbonilación de metanol o sus derivados reactivos, el reactor contiene un catalizador seleccionado de catalizadores de rodio, catalizadores de iridio y mezclas de los mismos, y un promotor de yoduro de metilo en una mezcla de reacción de ácido acético; (b) un sistema de alimentación para proveer monóxido de carbono y metanol o sus derivados reactivos al reactor; (c) un sistema de vaporización configurado para recibir una corriente de la mezcla de reacción y separarla en (i) por lo menos una primera corriente de reciclado líquido, y (ii) una corriente de procedimiento cruda que contiene ácido acético; (d) una primera columna de destilación acoplada al sistema de vaporización, la primera columna de destilación está adaptada para separar componentes de bajo punto de ebullición incluyendo yoduro de metilo de la corriente de procedimiento cruda, y generar una corriente de procedimiento purificada, la primera columna de destilación y opcionalmente el reactor y el sistema de vaporización también operan para generar una corriente de gas de descarga que comprende componentes orgánicos volátiles incluyendo yoduro de metilo; (e) una torre absorbedora adaptada para recibir la corriente de gas de descarga y remover de la misma el yoduro de metilo con un disolvente depurador, la torre absorbedora también está acoplada a primera y segunda fuentes de disolvente depurador que son capaces de suministrar diferentes primero y segundo disolventes depuradores; y (f) un sistema de conmutación para proveer alternadamente primero y segundo disolventes depuradores a la torre absorbedora de cualquiera de la primera fuente de disolvente depurador o la segunda fuente de disolvente depurador.

2. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer disolvente depurador comprende metanol y el segundo disolvente depurador consiste esencialmente de ácido acético.

3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primer disolvente depurador consiste esencialmente de metanol.

4. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un refrigerador acoplado a la torre absorbedora y primera y segunda fuentes de disolvente depurador para enfriar los disolventes depuradores.

5. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque una corriente de retorno de la torre absorbedora se acopla selectivamente al sistema de alimentación al reactor o a la primera y/o segunda columnas de destilación.

6. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye adicionalmente un sistema de depósito de catalizador y en donde una corriente de retorno de la torre absorbedora se acopla selectivamente al sistema de alimentación al reactor, la primera y/o segunda columnas de destilación, o el sistema de depósito de catalizador.

7. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sistema de alimentación incluye una cámara de compensación de metanol que está conectada a la torre absorbedora como la primera fuente de disolvente depurador.

8. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente una columna de secado acoplada a dicha primera columna de destilación adaptada para recibir la corriente de producto purificado y remover agua de la misma.

9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el reactor se descarga al sistema de vaporización.

10.- Un método de operación de una torre absorbedora en una unidad de carbonilación para fabricar ácido acético de la clase que incluye un reactor y una columna de fracciones ligeras que comprende: (a) alimentar un gas de descarga de la unidad de carbonilación a la torre absorbedora, el gas de descarga incluye yoduro de metilo y opcionalmente componentes volátiles adicionales; (b) suministrar un primer disolvente depurador a la torre absorbedora, el primer disolvente depurador consiste esencialmente de ácido acético; (c) poner en contacto el gas de descarga con el primer disolvente depurador para remover así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorber yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales dentro del primer disolvente depurador; (d) alimentar una corriente de retorno del absorbedor que incluye un primer disolvente depurador y el yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos a la columna de fracciones ligeras y/o a la columna de deshidratación; (e) terminar el suministro del primer disolvente depurador a la torre absorbedora; (f) suministrar un segundo disolvente depurador a la torre absorbedora, el segundo disolvente depurador comprende metanol, acetato de metilo o mezclas de los mismos; (g) poner en contacto el gas de descarga con el segundo disolvente depurador removiendo así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorber el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales en el segundo disolvente depurador; y (h) alimentar una corriente de retorno del absorbedor que incluye un segundo disolvente depurador y yoduro de metilo absorbido y opcionalmente componentes volátiles adicionales absorbidos al reactor.

11. - El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho segundo disolvente depurador consiste esencialmente de metanol.

12. - El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende adicionalmente la etapa de refrigerar el primer disolvente depurador antes de suministrarlo a la torre absorbedora.

13. - El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende adicionalmente la etapa de refrigerar el segundo disolvente depurador antes de suministrarlo a la torre absorbedora.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 10, i caracterizado además porque comprende adicionalmente mezclar el segundo disolvente depurador y yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos con metanol o un derivado reactivo del mismo antes de alimentar el disolvente usado al reactor.

15. - El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el gas de descarga incluye acetato de metilo y el primero y segundo disolventes depuradores son efectivos para absorber acetato de metilo del gas de descarga.

16. - Un método de operación de una torre absorbedora en una unidad de carbonilación para fabricar ácido acético de la clase que incluye un reactor y una columna de fracciones ligeras que comprende: (a) alimentar un gas de descarga de la unidad de carbonilación a la torre absorbedora, el gas de descarga incluye yoduro de metilo y opcionalmente componentes volátiles adicionales; (b) suministrar un primer disolvente depurador a la torre absorbedora, el primer disolvente depurador consiste esencialmente de ácido acético; (c) poner en contacto el gas de descarga con el primer disolvente depurador para remover así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorber yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales dentro del primer disolvente depurador; (d) alimentar una corriente de retorno del absorbedor que incluye un primer disolvente depurador y el yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos a la columna de fracciones ligeras y/o a la columna de deshidratación; (e) terminar el suministro del primer disolvente depurador a la torre absorbedora; (f) suministrar un segundo disolvente depurador a la torre absorbedora, el segundo disolvente depurador consiste esencialmente de metanol; (g) poner en contacto el gas de descarga con el segundo disolvente depurador removiendo así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorber el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales en el segundo disolvente depurador; (h) alimentar una corriente de retomo del absorbedor que incluye un segundo disolvente depurador y yoduro de metilo absorbido y opcionalmente componentes volátiles adicionales absorbidos de la torre absorbedora al reactor, durante un periodo de transición; e (i) después del periodo de transición, continuar alimentando una corriente de retorno del absorbedor que incluye un segundo disolvente depurador y yoduro de metilo absorbido y opcionalmente componentes volátiles adicionales absorbidos al reactor.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque dicho segundo disolvente depurador consiste de metanol.

18. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende adicionalmente la etapa de refrigerar el primer disolvente depurador antes de suministrarlo a la torre absorbedora.

19. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende adicionalmente la etapa de refrigerar el segundo disolvente depurador antes de suministrarlo a la torre absorbedora.

20. - El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende adicionalmente mezclar el segundo disolvente depurador y el yoduro de metilo absorbido y opcionalmente los componentes volátiles adicionales absorbidos con metanol o un derivado reactivo del mismo antes de alimentar el disolvente usado al reactor.

21. - Un método mejorado para la operación de un aparato para fabricar ácido acético de la clase que incluye un sistema de producción que tiene un reactor que contiene un medio de reacción y un tren de purificación de producto en donde el sistema de producción se descarga a una torre absorbedora, la mejora comprende: (a) carbonilar metanol o derivados reactivos del mismo en el reactor en la presencia de un catalizador metálico del Grupo VIII y un promotor de yoduro de metilo mientras mantiene una concentración de agua en el reactor de 1-10% en peso del medio de reacción y concurrentemente mantener en el reactor una presión parcial predeterminada del monóxido de carbono; (b) descargar los no condensables del sistema de producción para proveer únicamente gas se descarga de baja presión; (c) alimentar el gas de descarga de baja presión del sistema de producción a la torre absorbedora, el gas de descarga incluye yoduro de metilo y opcionalmente componentes volátiles adicionales; (d) suministrar un disolvente depurador a la torre absorbedora, el disolvente depurador comprende metanol, acetato de metilo o mezclas de los mismos; (e) poner en contacto el gas de descarga de baja presión con el disolvente depurador removiendo así el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales del gas y absorber el yoduro de metilo y opcionalmente los componentes volátiles adicionales dentro del disolvente depurador; y (f) alimentar una corriente de retorno del absorbedor incluyendo un disolvente depurador y yoduro de metilo absorbido y opcionalmente componentes volátiles adicionales absorbidos al reactor.

22.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el catalizador metálico del Grupo VIII es un catalizador soportado.

23.- El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el catalizador metálico del Grupo VIII es un catalizador soportado de rodio.

24. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el catalizador de rodio está soportado en un polímero de polivinilpirrolidona entrelazado.

25. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el catalizador de rodio está soportado en un polímero de polivinilpiridina entrelazado.