RS56681B1

RS56681B1 - Postupak za snabdevanje kolone lakih frakcija parom iz kolone za sušenje

Info

Publication number: RS56681B1
Application number: RS20171330A
Authority: RS
Inventors: Raymond Zinobile; Ronald David Shaver
Original assignee: Celanese Int Corp
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2018-03-30
Also published as: CA2808385C; BR112013003602B1; MX2013001949A; RU2564021C2; SG187849A1; US8378141B2; AR082709A1; TWI598329B; WO2012024154A1; CN106518654A; JP5681798B2; EP2606026B1; US20120041230A1; RU2013111849A; CN103180283A; CA2808385A1; TW201233671A; EP2606026A1; JP2013537549A; BR112013003602A2

Description

Opis

PRAVO PRVENSTVA

[0001] Za ovaj pronalazak je traženo pravo prvenstva prijave U.S. br.12/857,323, podnete 16. avgusta, 2010.

OBLAST PRONALASKA

[0002] Ovaj pronalazak se odnosi na metod zagrevanja kolone lakih frakcija usmeravanjem jednog ili više bočnih tokova pare iz kolone za sušenje na kolone lakih frakcija. Ovaj pronalazak se takođe odnosi na postupak karbonilacije za proizvodnju sirćetne kiseline, gde jedan ili više bočnih tokova pare iz kolone za sušenje obezbeđuje energiju potrebnu za izvođenje razdvajanja na koloni lakih frakcija.

POZADINA PRONALASKA

[0003] Široko korišćen i uspešan komercijalni postupak za sintetisanje sirćetne kiseline obuhvata katalizovanu karbonilaciju metanola ugljen monoksidom. Katalizator sadrži rodijum i/ili iridijum i halogeni promoter (akcelerator), tipično, metil jodid. Reakcija se sprovodi tako što se tečni reakcioni medijum u kom je rastvoren katalizator kontinualno barbotira ugljen monoksidom. Reakcioni medijum sadrži sirćetnu kiselinu, metil acetat, vodu, metil jodid i katalizator. Konvencionalni komercijalni postupci za karbonilaciju metanola uključuju one opisane u U.S. patentima br. 3,769,329, 5,001,259, 5,026,908, i 5,144,068. Jedan drugi konvencionalni postupak za karbonilaciju metanola uključuje postupak Cativa™, koji je diskutovo Jones, J. H. (2002), "The Cativa™ Process for the Manufacture of Acetic Acid, " Platinum Metals Review, 44 (3): 94-105. Nov jednosmeran transfer samo tečnosti između dve destilacione kolone je opisan u "Thermally coupled distillation with reduced number of inter column vapor transfers", R. Agrawal, AlChE Journal, November 2000, Vol. 46, 2198-2210. Štaviše, postupak esterifikacije bez katalizatora u superkritičnim alkoholima u kom se koriste termički kuplovane reakcione kolone u postupku u dva koraka je opisan u "Esterification of fatty acids in a thermally coupled reactive distillation column by the twostep supercritical methanol metods", F. I. Gomez-Castro et al., Chemical Engineering Research and Design, Part A, Institution of Chemical Engineers, XX, Vol.89, No.4, August 18, 2010, p.480-490.

[0004] Sirćetna kiselina kao sirov proizvod iz reaktora se obrađuje u odeljku za prečišćavanje da bi se odstranile nečistoće i dobila sirćetna kiselina. Ove nečistoće, koje mogu da budu prisutne u tragovima, utiču na kvalitet sirćetne kiseline, naročito zato što nečistoće cirkulišu kroz reakcioni proces, koji, između ostalog, može da dovede do nagomilavanja ovih nečistoća tokom vremena. Konvencionalne tehnike prečišćavanja za uklanjanje ovih nečistoća uključuju tretiranje struje sirove sirćetne kiseline oksidantima, ozonom, vodom, metanolom, aktivnim ugljem i aminima. Tretmani mogu i da se kombinuju sa destilacijom sirove sirćetne kiseline. Uopšteno, u mnogim hemijskim postupcima kao što je proizvodnja sirćetne kiseline, destilacione kolone troše značajnu količinu energije. Svaka od destilacionih kolona nezavisno može da dobije energiju neophodnu za sprovođenje odvajanja na koloni. Ovaj pronalazak obezbeđuje nove i poboljšane postupke za povoljno povećanje ukupne efikasnosti postupka proizvodnje sirćetne kiseline obezbeđujući energiju potrebnu za sprovođenje separacije u sistemu za separaciju, poželjno koloni lakih frakcija, sa neke druge lokacije u okviru sistema.

KRATAK PRIKAZ PRONALASKA

[0005] U jednom izvođenju, ovaj pronalazak se odnosi na metod zagrevanja kolone lakih frakcija koji se sastoji od koraka reagovanja ugljen monoksida sa bar jednim reaktantom u prvom reaktoru koji sadrži reakcioni medijum, da bi se proizvela struja sirovog proizvoda koja sadrži sirćetnu kiselinu, gde je bar jedan reaktant odabran iz grupe koja se sastoji od metanola, metil acetata, metil formijata, dimetil etra i njihovih smesa i gde reakcioni medijum sadrži vodu, sirćetnu kiselinu, metil jodid, metil acetat i katalizator, prečišćavanja struje sirovog proizvoda na koloni lakih frakcija da bi se napravila struja proizvoda, usmeravanja sirovog proizvoda na kolonu za sušenje da bi se napravile struje suvog proizvoda i jedan ili više bočnih tokova pare i usmeravanja tog jednog ili više bočnih tokova pare na kolonu lakih frakcija, gde jedan ili više bočnih tokova pare zagreva tok sirovog proizvoda na koloni lakih frakcija. U nekim izvođenjima, grejač nije povezan sa donjim delom kolone lakih frakcija. U nekim izvođenjima, kolona za sušenje je povezana sa grejačem.

[0006] U drugom izvođenju, ovaj pronalazak se odnosi na postupak karbonilacije proizvođenja sirćetne kiseline, koji se sastoji od koraka prečišćavanja struje sirovog proizvoda na koloni lakih frakcija da bi se uklonili metil jodid i metil acetat i napravio tok proizvoda, gde tok proizvoda ima manje koncentracije metil jodida i metil acetata nego tok sirovog proizvoda, i vođenja struje proizvoda iz bočnog izlaza kolone lakih frakcija, usmeravanja struje proizvoda na kolonu za sušenje da bi se dobio tok osušenog proizvoda i jedan ili više bočnih tokova pare, gde jedan ili više bočnih tokova pare iz kolone za sušenje zagreva tok sirovog proizvoda na koloni lakih frakcija.

[0007] U trećem izvođenju, ovaj pronalazak se odnosi na metod zagrevanja kolone lakih frakcija koji se sastoji od koraka prečišćavanja struje sirovog proizvoda na koloni lakih frakcija da bi se dobio tok proizvoda, usmeravanja toka prečišćenog proizvoda na kolonu za sušenje da bi se dobio tok osušenog proizvoda i prenosa toplote iz kolone za sušenje na kolonu lakih frakcija, gde se korak prenosa toplote sastoji od vođenja jednog ili više bočnih tokova pare iz kolone za sušenje i usmeravanja jednog ili više bočnih tokova pare na kolonu lakih frakcija.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0008] Ovaj pronalazak će se bolje razumeti kroz dodate neograničavajuće slike, gde:

[0009] Sl.1 prikazuje šemu jednog izvođenja ovog pronalaska.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

[0010] Ovaj pronalazak na koristan način poboljšava efikasnost proizvodnje sirćetne kiseline eliminisanjem potrebe za grejačem i korišćenjem energije jednog ili više bočnih tokova pare iz kolone za sušenje za vršenje odvajanja kolone lakih frakcija. U poželjnim izvođenjima, jedan ili više bočnih tokova pare se dobija iz kolone za sušenje, a još poželjnije, iz baze kolone za sušenje. Svaki od jednog ili više bočnih tokova pare može da sadrži sirćetnu kiselinu i vodu. Jedan ili više bočnih tokova pare se direktno uvodi u kolonu lakih frakcija, slično kao što se sirova sirćetna kiselina uvodi u kolonu lakih frakcija.

[0011] Izvođenja koja ilustruju ovaj pronalazak su prikazana u tekstu koji sledi. U interesu jasnoće, nisu sve karakteristike faktičke implementacije opisane u ovom opisu. Naravno, podrazumeva se da u razvoju bilo kog takvog stvarnog izvođenja moraju da se donesu brojne odluke zavisno od specifične implementacije da bi se postigli specifični ciljevi onih koji rade na takvom razvoju, kao što je usaglašenost sa sistemskim i poslovnim ograničenjima, koja će varirati od jednog do drugog izvođenja i predstavljaće rutinski poduhvat za stručnjake uobičajenog nivoa koji će imati korist od ovog otkrića.

[0012] Ovaj pronalazak se može posmatrati u vezi sa, na primer, karbonilacijom metanola ugljen monoksidom u homogenom katalitičkom reakcionom sistemu koji sadrži reakcioni rastvarač, metanol i/ili njegove reaktivne derivate, katalizator iz VIII grupe, bar konačnu koncentraciju vode i, po izboru, so jodid.

[0013] Pogodni katalizatori iz VIII grupe uključuju rodijumske i/ili iridijumske katalizatore. Kad se koristi rodijumski katalizator, rodijumski katalizator se može dodati u bilo kom pogodnom obliku, tako da je rodijum u kataličkom rastvoru u vidu ravnotežne smese koja uključuje anjon [Rh(CO)2I2]-, kao što je dobro poznato u struci. Po izboru, katalizator može da bude rodijum dijodid dikarbonil anjon, koji je jonski vezan za pogodnu gumu, npr., polivinilpiridin. Jodidi, koji se po izboru održavaju u reakcionim smesama procesa opisanih ovde, mogu biti u vidu rastvorljivih soli alkalnih metala ili zemnoalkalnih metala ili kvaternarnih amonijum ili fosfonijum soli. U određenim izvođenjima, ko-promoter katalizatora je litijum jodid, litijum acetat, ili njihove smese. Ko-promoterska so može da se doda kao nejodidna so koja će stvoriti jodid. Stabilizator jodidnog katalizatora se može uvesti direktno u reakcioni sistem. Alternativno, jodid se može napraviti in situ, jer će širok opseg prekursora nejodidnih soli, u radnim uslovima reakcionog sistema, reagovati sa metil jodidom da proizvede odgovarajući stabilizator ko-promoterske jodidne soli. Za dodatne detalje u vezi rodijumske katalize i pravljenja jodidne soli, videti U.S. pat. br. 5,001,259; 5,026,908 i 5,144,068.

[0014] Kad se koristi iridijumski katalizator, iridijumski katalizator može da sadrži bilo koje jedinjenje koje sadrži iridijum, koje je rastvorljivo u tečnom reakcionom sastavu. Iridijumski katalizator se može dodati u tečan reakcioni sastav za reakciju karbonilacije u bilo kom pogodnom obliku koji se rastvara u tečnom reakcionom sastavu ili se može pretvoriti u rastvorljivu formu. Primeri pogodnih jedinjenja koja sadrže iridijum koja se mogu dodati u tečan reakcioni sastav uključuju: IrCl3, IrI3, IrBr3, [Ir(CO)2I]2, [Ir(CO)2Cl]2, [Ir(CO)2Br]2, [Ir(CO)2I2]-H<+>, [Ir(CO)-2Br2]<->H<+>, [Ir(CO)2I4]-H<+>, [Ir(CH3)I3(CO)2]-H<+>, Ir4(CO)12, IrCl3•3H2O, IrBr3•3H2O, metalni iridijum, Ir2O3, Ir(acac)(CO)В, Ir(acac)3, iridijum acetat, [Ir3O(OAc)6(H2O)3][OAc], i heksahloroiridijumsku kiselinu [H2IrCl6]. Kompleksi iridijuma bez hlorida kao što su acetati, oksalati i acetoacetati se obično koriste kao početni materijali. Koncentracija iridijumskog katalizatora u tečnom reakcionom sastavu može da bude u opsegu od 100 do 6000 wppm. Karbonilacija metanola pomoću iridijumskog katalizatora je dobro poznata i u opštim crtama je opisana u U.S. pat. br. 5,942,460; 5,932,764; 5,883,295; 5,877,348; 5,877,347 i 5,696,284.

[0015] Halogeni ko-katalizator/promoter se uopšteno koristi u kombinaciji sa komponentom katalizatora od metala iz VIII grupe. Metil jodid je poželjan kao halogeni promoter. Poželjno, koncentracija halogenog promotera u tečnom reakcionom sastavu je u opsegu od 1 do 50 težinskih %, poželjno 2 do 30 težinskih %.

[0016] Alkil halogeni promoter se može kombinovati sa solima koje su stabilizatorska/kopromoterska jedinjenja, koja mogu da uključuju soli metala grupe IA ili grupe IIA, ili kvaternarnu amonijum ili fosfonijum so. Naročito su poželjni jodidi ili acetati, npr., litijum jodid ili litijum acetat.

[0017] Drugi promoteri i ko-promoteri mogu da se koriste kao deo kataliytičkog sistema iz ovog pronalaska, kao što je opisano u Evropskoj patentnoj publikaciji EP 0849 248. Pogodni promoters su odabrani od rutenijuma, osmijuma, volframa, renijuma, cinka, kadmijuma, indijuma, galijuma, žive, nikla, platine, vanadijuma, titanijuma, bakra, aluminijuma, kalaja, antimona, a još poželjnije su odabrani od rutenijuma i osmijuma. Specifični ko-promoteri su opisani u U.S. pat. br.6,627,770.

[0018] Promoter može biti prisutan u efektivnoj količini do granice njegove rastvorljivosti u tečnom reakcionom sastavu i/ili bilo kojim tečnim tokovima u postupku, koji se recikliraju u reaktor za karbonilaciju u stadijumu regeneracije sirćetne kiseline. Kad se koristi, promoter je pogodno prisutan u tečnom reakcionom sastavu u molarnom odnosu promoter prema metalnom katalizatoru 0,5:1 do 15:1, poželjno 2:1 do 10:1, poželjnije 2:1 do 7,5:1. Pogodna koncentracija promotera je 400 do 5000 wppm.

[0019] U jednom izvođenju, temperatura reakcije karbonilacije u prvom reaktoru 105 je poželjno od 150°C do 250 °C, npr., od 155°C do 235 °C, ili od 160°C do 220°C. Pritisak u reakciji karbonilacije je poželjno od 10 do 200 bara, poželjno 10 do 100 bara, najpoželjnije 15 do 50 bara. Sirćetna kiselina se tipično proizvodi u reakciji tečne faze na temperaturi od oko 160-220°C i ukupnom pritisku od oko 20 do oko 50 bara.

[0020] Sl. 1 pokazuje primer karbonilaciong sistema 100 za proizvodnju sirćetne kiseline prema rešenjima ovog pronalaska. Drugi karbonilacioni sistemi koji se mogu koristiti u rešenjima prema ovom pronalasku uključuju one opisane u U.S. patentima br. 7,223,886, 7,005,541, 6,6657,078, 6,339,171, 5,731,252, 5,144,068, 5,026,908, 5,001,259, 4,994,608 i pub. U.S. br. 2008/0287706, 2008/0293966, 2009/0107833, 2009/0270651. Sistem 100 obuhvata deo 101 za karbonilaciju i deo 102 za prečišćavanje. Podrazumeva se da je deo 101 za karbonilaciju, pokazan na Sl. 1, primer i da se druge komponente mogu koristiti u okviru ovog pronalaska.

[0021] Deo 101 za karbonilaciju sadrži ulazni tok 103 ugljen monoksida, ulazni tok 104 reaktanata, reaktor 105, deo 106 za isparavanje i jedinicu 107 za regeneraciju. Poželjno je da se ugljen monoksid i bar jedan reaktant kontinuirano dovode ulaznim tokovima 103, odnosno 104, u reaktor 105. Ulazni tok 104 reaktanata može da snabdeva reaktor 105 bar jednim reaktantom odabranim iz grupe koju čine metanol, metil acetat, metil formijat, dimetil etar i/ili njihove smese. U poželjnim izvođenjima, ulazni tok 104 reaktanata može da obezbeđuje metanol i/ili metil acetat. Po želji, ulazni tok 104 reaktanata može da se poveže sa jednim ili više sudova (nije prikazano) u kojima se čuvaju sveži reaktanti za postupak karbonilacije. Pored toga, iako ovde nije prikazano, sa reaktorom 105 mogu da budu povezani i sud za čuvanje metil jodida i/ili sud sa katalizatorom za obezbeđivanje svežeg metil jodida i katalizatora iz potrebe za održavanjem uslova reakcije.

[0022] Jedan ili više recikliranih ulaznih tokova 108, 108’ poželjno iz dela za prečišćavanje, se može uvoditi u reaktor 105. Iako su na Sl. 1 prikazana dva reciklirana ulazna toka 108 i 108’, može da bude više tokova koji se uvode odvojeno u reaktor 105. Kao što je objašnjeno u tekstu koji sledi, reciklirane ulazne struje 108 mogu da sadrže komponente reakcionog medijuma, kao i zaostali i/ili povučeni katalizator i sirćetnu kiselinu.

[0023] Po želji, može da postoji bar jedan tok sveže vode (nije prikazan) koji se može dovoditi u reaktor 105.

[0024] U poželjnim izvođenjima, reaktor 105 je reaktor za karbonilaciju tečne faze. Poželjno je da reaktor 105 bude sud sa mešanjem ili sud tipa kolone sa barbotiranjem, sa ili bez mešalice, u kom se drže tečni sastojci, poželjno automatski, na unapred određenom nivou, koji poželjno ostaje konstantan tokom normalnog rada. Svež metanol iz ulaznog toka 104, ugljen monoksid iz ulaznog toka 103 i reciklirani tokovi 108, zajedno sa opcionim tokovima metil jodida, tokovima katalizatora i/ili tokovima vode, se kontinuirano uvode u reaktor 105 iz potrebe za održavanjem koncentracije vode na bar 0,1 tež. % do 14 tež. % u reakcionom medijumu.

[0025] U tipičnom postupku karbonilacije, ugljen monoksid se kontinuirano uvodi u reaktor za karbonilaciju, poželjno preko raspoređivača i poželjno ispod mešalice koja se može koristiti za mešanje sadržaja. Poželjno je da se tok gasa temeljno disperguje u reagujućoj tečnosti sredstvom za mešanje. Poželjno je da se struja 109 gasa/pare koji se čiste ispušta iz reaktora 105 da bi se sprečilo nagomilavanje gasnih nuzproizvoda, inertnih, i da bi se održao podešen parcijalni pritisak ugljen monoksida na datom ukupnom pritisku reaktora. Temperatura reaktora se može kontrolisati i ugljen monoksid se dovodi brzinom koja je dovoljna da se održava željeni ukupni pritisak reaktora. Struja 109 gasa koji se čisti može da se očisti sirćetnom kiselinom i/ili metanolom u jedinici 107 za regeneraciju da bi se regenerisale komponente sa niskom tačkom ključanja, kao što je metil jodid. Struja 109 gasa koji se čisti može da se kondenzuje i uvodi u jedinicu 107 za regeneraciju, koja može da vrati komponente 110 sa niskom tačkom ključanja u gornji deo reaktora 105. Komponente 110 sa niskom tačkom ključanja mogu da sadrže metil acetat i/ili metil jodid. Ugljen monoksid u struji 109 gasa koji se čisti može da se izbacuje u liniji 111 ili da se uvodi linijom 111’ u osnovu dela 106 za isparavanje da bi se povećala stabilnost rodijuma.

[0026] Karbonilacioni produkt se odvodi iz reaktora 105 za karbonilaciju brzinom dovoljnom da se održava konstantan nivo u njemu i dovodi se u deo 106 za isparavanje putem struje 112. U delu 106 za isparavanje, karbonilacioni produkt se odvaja u koraku separacije isparavanjem sa ili bez dodavanja toplote da bi se dobila struja 113 sirovog proizvoda koja sadrži sirćetnu kiselinu i reciklirana struja 114 katalizatora, koja sadrži rastvor katalizatora koji se poželjno reciklira u reaktor putem struje 108. Rastvor koji sadrži katalizator pretežno sadrži sirćetnu kiselinu, rodijumski katalizator i so jodid, zajedno sa manjim količinama metil acetata, metil jodida i vode, kao što je objašnjeno u prethodnom tekstu. Struja 113 sirovog proizvoda sadrži sirćetnu kiselinu, metil acetat, metil jodid, vodu, alkane i jedinjenja koja redukuju permanganat (PRC-ovi). PRC-ovi mogu da uključuju, na primer, jedinjenja kao što su acetaldehid, aceton, metil etil keton, butiraldehid, krotonaldehid, 2-etil krotonaldehid, 2- etil butiraldehid i slična, i njihove proizvode aldolne kondenzacije. Rastvoreni gasovi koji izlaze iz reaktora 105 i ulaze u deo 106 za isparavanje sadrže deo ugljen monoksida, a mogu da sadrže i gasovite nuzproizvode kao što su metan, vodonik i ugljen dioksid, i inertne gasove kao što su azot i argon, i kiseonik. Takvi rastvoreni gasovi izlaze iz dela 106 za isparavanje kao deo struje 113 sirovog proizvoda. Struja 113 sirovog proizvoda iz dela 106 za isparavanje se usmerava u odeljak 102 za prečišćavanje.

[0027] U jednom izvođenju, odeljak 102 za prečišćavanje sadrži kolonu 120 lakih frakcija i kolonu 130 za sušenje. U daljim izvođenjima, odeljak 102 za prečišćavanje može da sadrži jednu ili više kolona za uklanjanje PRC-ova, jonoizmenjivače, apsorbente i/ili kolone teških frakcija. Kolone za uklanjanje PRC-ova su opisane u U.S. patentima br. 6143930, 6339171 i 7223886, i publikaciji U.S. br. 2005/0197513, 2006/0247466 i 2006/0293537. Odstranjivači primesa (jonoizmenjivači) su opisani u U.S. patentima br.4615806, 4894477 i 6225498.

[0028] Struja 113 sirovog proizvoda se iz odeljka 101 za karbonilaciju dovodi na kolonu 120 lakih frakcija da bi se dobila prelivna struja 121 pare sa niskom tačkom ključanja, bočna struja 122 proizvoda i opcione donje struje 123. Temperatura u bazi kolone 120 lakih frakcija, tj., temperatura opcionih donjih struja123, je poželjno od 120°C do 170°C. Pored toga, temperatura na vrhu kolone lakih frakcija, tj., temperatura prelivne struje 121 pare sa niskom tačkom ključanja, je poželjno od 100°C do 145°C.

[0029] Prelivna struja 121 pare sa niskom tačkom ključanja može da sadrži metil jodid, metil acetat, vodu, PRC-ove, sirćetnu kiselinu, alkane i rastvorene gasove. Kao što je pokazano, prelivna struja 121 pare sa niskom tačkom ključanja je poželjno kondenzovana i usmerena u prelivnu jedinicu za razdvajanje faza, kao što je pokazano, pomoću prelivnog suda ili dekantera 124. Poželjno je da se održavaju takvi uslovi da se prelivna struja 121 pare sa niskom tačkom ključanja, kad je jednom u dekanteru 124, razdvoji na laku fazu 125 i tešku fazu 126. Nekondenzabilni gasovi se mogu ukloniti strujom kroz ventil 127 i opciono se mogu voditi do jednog ili više apsorbenata (nije prikazano) da bi se sakupile sve komponente sa niskom tačkom ključanja.

[0030] Poželjno je da laka faza 125 sadrži vodu, sirćetnu kiselinu i PRC-ove, kao i metil jodid i metil acetat. Kao što je prikazano na Sl.1, laka faza 125 se može refluksovati u kolonu lakih frakcija 120. Deo lake faze 125 se takođe može odvojiti i obraditi u jednoj ili više kolona (nije prikazano) da bi se uklonili PRC-ovi putem linije 128. Opciono, deo lake faze 125 se može i vratiti u odeljak za karbonilaciju 101 i uvoditi zajedno sa recikliranom strujom 108’ u reaktor 105. Teška faza 126 iz dekantera 124 može zgodno da recirkuliše, bilo direktno, bilo indirektno, u reaktor 105 putem reciklirane struje 108’. Na primer, deo teške faze 126 može da recirkuliše u reaktor 105, sa paralelnom strujom (nije prikazano), u principu, mala količina, npr., od 5 do 40 zapreminskih %, ili od 5 do 20 zapr. %, teške faze 126 se usmerava u jednu ili više kolona da bu se uklonili PRC-ovi.

[0031] Bočna struja 122 proizvoda, iz kolone lakih frakcija, može da sadrži sirćetnu kiselinu i vodu. U jednom izvođenju, bočna struja 122 proizvoda može da sadrži bar 70 tež. % sirćetne kiseline, npr., bar 80 tež. % ili bar 85 tež. % i može da sadrži manje od 15 tež. % vode, npr., manje od 10 tež. % ili manje od 5 tež. %. U pogledu opsega, struja 122 proizvoda sadrži od 0,01 tež. % do 20 tež. %, 0,1 tež. % do 10 tež. %, ili 1 tež. % do 5 tež. % vode. Bočna struja 122 proizvoda je poželjno u tečnoj fazi i izvlači se iz kolone lakih frakcija 120 na temperaturi od 115°C do 160°C, npr., od 125°C do 155°C. Bočna struja 122 proizvoda se može uvoditi u kolonu 130 za sušenje da bi se dobila struja 131 suvog proizvoda i prelivna struja 132 koja se uglavnom sastoji od izdvojene vode. Struja 131 suvog prečišćenog proizvoda poželjno sadrži sirćetnu kiselinu u količini većoj od 90 tež. %, npr., većoj od 95 tež. % ili većoj od 98 tež. %. Opciono, struja 131 suvog prečišćenog proizvoda se može dalje tretirati u jednom ili više jonoizmenjivača (nije prikazano) i/ili koloni teških frakcija (nije prikazano) da bi uklonilo još nečistoća. Prelivna struja 132 kolone za sušenje se može kondenzovati i izdvojiti u prihvatač 133. Deo tečnosti iz prihvatača 133 se može dalje refluksovati u kolonu 130 za sušenje putem linije 134, a drugi deo se može vratiti u odeljak 101 za karbonilaciju putem linije 135. Temperatura u bazi kolone 130 za sušenje, tj., temperatura izlazne struje 131 suvog prečišćenog proizvoda, je poželjno od 130°C do 185°C. Pored toga, temperatura na vrhu kolone 130 za sušenje, tj., temperatura prelivne struje 132, je poželjno od 110°C do 150°C.

[0032] Spoljna energija (kao što je energija dobijena razmenom toplote iz grejača ili direktnom injekcijom) uvedena da razdvoji komponente bočne struje 122 proizvoda u koloni 130 za sušenje, je obično veća od spoljne energije potrebne za kolonu lakih frakcija 120. U jednom izvođenju, grejač 136 kolone 130 za sušenje obezbeđuje istu količinu energije pod normalnim i parcijalnim uslovima i time može da dovede do viška latentne energije koja se može koristiti kao spoljni izvor energije za vršenje razdvajanja u koloni 120 lakih frakcija. Kao što je prikazano na Sl.1, grejač 136 se može koristiti da obezbedi energetske zahteve za kolonu 130 za sušenje. Deo struje 131 suvog prečišćenog proizvoda može recirkulisati do kolone 130 za sušenje pomoću grejača 136.

[0033] U povratku u kolonu 120 lakih frakcija, pošto opciona donja struja 123 lakih frakcija tipično sadrži teške komponente, sirćetnu kiselinu, vodu i povučeni katalizator, može da bude korisno da se reciklira cela ili deo donje struje 123 lakih frakcija u reaktor 105 putem jedne ili više recikliranih struja 108. Donja struja 123 lakih frakcija se može kombinovati sa katalizatorskom recikliranom strujom 114 iz dela 106 za isparavanje i vratiti u reaktor 105, kao što je prikazano na Sl.1. Opciono, donja struja 123 lakih frakcija se može uvoditi u bazu dela 106 za isparavanje.

[0034] U konvencionalnom sistemu, energija za vršenje razdvajanja u koloni lakih frakcija se može obezbediti iz toplote struje sirovog proizvoda i/ili iz grejača. Struja 113 sirovog proizvoda izlazi iz dela 106 za isparavanje na temperaturi od 115°C do 170°C, npr., od 125°C do 165°C ili 130°C do 160°C. U jednom primernom izvođenju, energija potrebna za razdvajanje u koloni lakih frakcija je bar 6000000 BTU/hr, npr., bar 10000000 BTU/hr, ili bar 15000000 BTU/hr.

[0035] Kad se radi pod uslovima stacionarnog stanja ili u normalnom radu, struja 113 sirovog proizvoda uopšteno obezbeđuje dovoljnu energiju za vršenje razdvajanja u koloni 120 lakih frakcija. Međutim, van normalnog rada ili u parcijalnim uslovima rada, kao što su u modu paljenja ili gašenja reaktora, sama struja 113 sirovog proizvoda može da ne obezbedi dovoljnu energiju za vršenje razdvajanja u koloni lakih frakcija. U tim uslovima, obično je potreban poseban grejač da obezbedi energiju u bazi kolone lakih frakcija za vršenje razdvajanja. Čak i pod normalnim uslovima, može da bude neophodno da se dovede dodatna energija u kolonu lakih frakcija iznad kapaciteta struje sirovog proizvoda.

[0036] Tokom proizvodnje sirćetne kiseline, poželjno je da se proces odvija kontinuirano pod normalnim stacionarnim uslovima. Međutim, zbog paljenja i gašenja reaktora, smanjenja brzine reaktora, automatskog gašenja reaktora ili poremećaja redosleda u destilaciji, destilacioni proces proizvodnje može da se odvija u parcijalnim uslovima. Kad se radi u ovim parcijalnim uslovima i van normalnog rada, energija potrebna za vršenje razdvajanja u koloni lakih frakcija zahteva izvor koji nije struja 113 sirovog proizvoda. Re[enja prema ovom pronalasku preimućstveno obezbeđuju energiju za vršenje razdvajanja u koloni 120 lakih frakcija korišćenjem jedne ili više struja 140 pare iz kolone 130 za sušenje. Poželjno je da jedna ili više struja 140 pare omogućuje koloni lakih frakcija da radi u normalnim i parcijalnim uslovima. Još je poželjnije da jedna ili više struja 140 pare omogućuje koloni lakih frakcija da radi bez potrebe za grejačem koji služi samo za nju.

[0037] Tokom normalnog rada, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da pruži manji deo energije potrebne za vršenje razdvajanja u koloni lakih frakcija, tj., manje od 50% ukupne potrebne energije. U pogledu opsega, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi od 1% do 50%, npr., od 1% do 25% ukupne potrebne energije. Kolona lakih frakcija može da koristi i energiju od struje 113 sirovog proizvoda i jedan ili više bočnih tokova 140 pare. U jednom izvođenju, kad je energija iz dela 106 za isparavanje nedovoljna za separaciju na koloni 120 lakih frakcija, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi energiju iz viška latentne energije kolone 130 za sušenje.

[0038] Tokom parcijalnog rada, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi glavninu energije potrebne za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. Pod određenim uslovima, kad se struja 113 sirovog proizvoda dovodi malo ili nimalo do kolone lakih frakcija, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi svu energiju potrebnu za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. U jednom poželjnom izvođenju, u parcijalnom radu, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi od 1% do 100%, npr. od 10% do 85%, ukupne energije potrebne za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. Jedan ili više bočnih tokova 140 pare poželjno obezbeđuje svu energiju ili bar 20% ukupne energije potrebne za kolonu lakih frakcija, npr., bar 50% ili bar 70%. U nekim izvođenjima, kao što je tokom operacije gašenja reaktora, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi 90% do 100% ukupne energije potrebne za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. Takođe, tokom uključivanja destilacionog sistema, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi 1% do 100% ukupne energije potrebne za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. U nekim izvođenjima, na primer, tokom početnog rada reaktora prilikom uključivanja, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi 50% do 100% energije potrebne za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. U nekim izvođenjima, tokom početnog rada reaktora, jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da obezbedi 1% do 50% energije potrebne za vršenje odvajanja na koloni lakih frakcija. U nekim drugim izvođenjima, kad je stepen ulaza u reaktor smanjen na 50% ili manje od normalnih uslova rada, kolona 130 za sušenje može da snabdeva od 1 do 60% energije za kolonu 120 lakih frakcija. U automatskom gašenju reaktora, snabdevanje spoljnom energijom iz kolone 130 za sušenje omogućava destilacionom sistemu da se održava u stabilnim, stacionarnim uslovima, tako da reaktor može brže da se restartuje i produži proizvodnju sirćetne kiseline na normalnom nivou rada.

[0039] U jednom izvođenju, kolona za sušenje može da ima višak latentne energije i jedan ili više bočnih tokova 140 pare može da prenese višak i/ili latentnu energiju. Višak energije ili latentna energija se odnosi na energiju koja dolazi u kolonu za sušenje iz grejača koja se ne koristi za vršenje razdvajanja u koloni za sušenje i može da varira u zavosnosti od uslova procesa. U jednom izvođenju, bar 3% latentne energije iz kolone za sušenje se može preneti, npr., bar 20% ili bar 45%. U poželjnim izvođenjima, jedan ili više tokova 140 pare može da prenese sav višak latentne energije iz kolone za sušenje.

[0040] Jedan ili više bočnih tokova 140 pare se vodi iz donjeg dela 137 kolone 130 za sušenje i usmerava se u donji deo 129 kolone 120 lakih frakcija. Donji deo 137 kolone za sušenje se poželjno odvodi u tački ispod mesta gde struja 122 prečišćenog proizvoda ulazi u kolonu 130 za sušenje. U jednom izvođenju, jedan ili više tokova pare je povučen iz odeljka baze kolone za sušenje u blizinu pare pored mesta gde ono što se vraća iz grejača 136 ulazi u kolonu za sušenje. Kad se jedan ili više bočnih tokova 140 pare usmeri u donji deo 129 kolone 120 lakih frakcija, jedan ili više bočnih tokova pare ulazi u kolonu 120 lakih frakcija u tački ispod one gde se izvlači bočna struja 122 proizvoda. U nekim izvođenjima, kolona 120 lakih frakcija sadrži brojne platoe poređane celom dužinom kolone (nije prikazano). U nekim izvođenjima, jedan ili više bočnih tokova pare ulazi u kolonu 120 lakih frakcija u tački ispod prvog platoa (ili prvog upakovanog dela) od baze. U nekim izvođenjima, jedan ili više bočnih tokova pare ulazi u kolonu 120 lakih frakcija u tački ispod desetog platoa od baze. U nekim izvođenjima, jedan ili više bočnih tokova pare ulazi u kolonu 120 lakih frakcija u tački ispod one gde tok 122 izlazi iz kolone lakih frakcija.

[0041] Jedan ili više bočnih tokova 140 pare sadrži sirćetnu kiselinu i vodu. U nekim izvođenjima, jedan ili više bočnih tokova 140 pare sadrži glavni deo sirćetne kiseline i manji deo vode. U pogledu opsega, jedan ili više bočnih tokova 140 pare sadrži od 90 tež. % do 99,9 tež. % sirćetne kiseline, npr., od 95 tež. % do 99,95 tež. % i od 0,01 tež. % do 10 tež. % vode, npr., od 0,05 tež. % do 1 tež. %. Poželjno je da sastav od jednog ili više bočnih tokova 140 pare ima niži sadržaj vode nego bočni tok 122 proizvoda koji ulazi iz kolone 120 lakih frakcija u kolonu 130 za sušenje. Jedan ili više bočnih tokova pare poželjno ima temperaturu od 130°C do 185°C, npr., 130°C do 180°C, 150°C do 180°C, 155°C do 180°C, ili 160°C do 175°C, i može da ima pritisak od 2,5 atm do 5 atm, npr., 3 atm do 4,5 atm. U jednom izvođenju, poželjno je da jedan ili više bočnih tokova 140 pare ima temperaturu koja je viša, npr., bar 5°C, 10°C, 20°C, ili 30°C, nego sirćetna kiselina u obliku sirovog proizvoda 113. U jednom drugom izvođenju, poželjno je da jedan ili više bočnih tokova 140 pare ima temperaturu koja je viša nego ona bočnog toka 122 proizvoda.

[0042] Poželjno je da sirćetna kiselina koja ulazi u jedan ili više tokova 140 pare bude izdvojena u koloni 120 lakih frakcija i da se vrati u kolonu 130 za sušenje i da na kraju bude izvučena kao struja 131 suvog prečišćenog proizvoda. U poželjnim izvođenjima, kad kolona 130 nije u modusu internog refluksa, nema struja 131 suvog prečišćenog proizvoda, sirćetna kiselina, usmerena u jedan ili više tokova pare, je u manjoj količini nego sirćetna kiselina koja je isparena u oblasti baze 137 kolone 130 za sušenje.

[0043] U nekim izvođenjima, deo donje struje 123 lakih frakcija može da bude usmeren u druge delove sistema, u zavisnosti od uslova rada sistema. Na primer, tokom operacije gašenja reaktora, deo donje struje 123 lakih frakcija se može uvesti u kolonu 120 lakih frakcija putem linije 141 vraćanja. Poželjno je da linija 141 vraćanja uđe u kolonu 120 lakih frakcija u tački gde se izvlači bočna struja 122 proizvoda ili ispod te tačke. U nekim izvođenjima, deo bočnog toka 122 može da se vrati u kolonu 120 lakih frakcija. Kao što je navedeno u ranijem tekstu, jedan ili više tokova 140 pare ima veći deo sirćetne kiseline. Kao rezultat, očekivalo bi se da koncentracija sirćetne kiseline u donjem toku 123 poveća količinu sirćetne kiseline koja se vraća u reaktor 105. Da bi se podstaklo vraćanje sirćetne kiseline u kolonu 130 za sušenje, povraćaj 141 uvodi deo donje struje 123 obogaćene sirćetnom kiselinom više gore u kolonu 120 lakih frakcija.

[0044] U konvencionalnom postupku, deo struje 122 proizvoda može da se izdeli i vrati u kolonu 120 lakih frakcija na niži plato. Ovo se zove refluksovana struja u donji deo kolone 120 lakih frakcija i omogućava čišćenje u donjem delu da bi se odstranio povučeni katalizator, obično u wppm (milioniti težinski delovi) nivoima. Pored toga, refluksovana struja obezbeđuje osnovni radni inventar u donjem delu 129 kolone 120 lakih frakcija. U rešenjima prema ovom pronalasku, korišćenje dela struje 123 u ovu svrhu putem linije 141, može da smanji i/ili eliminiše potrebu za refluksovanom strujom od struje 122 proizvoda. Preimućstveno, rešenja prema ovom pronalasku mogu da omoguće da veći neto procenat struje 122 bude poslat u kolonu 130 za sušenje. Struja 141 može da smanji potrebu za popravkom kolone 120 lakih frakcija na marginalnu količinu.

[0045] U drugim izvođenjima, deo donje struje 123 lakih frakcija se može usmeriti na kolonu 130 za sušenje putem linije 142. U liniju 142 se može uvoditi i bočna struja 122 ili se, po želji, ona može odvojeno uvoditi u kolonu 130 za sušenje. Na primer, tokom operacije totalnog recikliranja kolone za sušenje, deo donje struje 123 lakih frakcija u liniji 142 može da obezbedi direktno recikliranje da bi se održao osnovni tečni inventar kolone 130 za sušenje.

[0046] U nekim izvođenjima, metod ovog pronalaska dalje obuhvata regulisanje jedne ili više bočnih struja 140 pare. Regulacija jednog ili više bočnih tokova 140 pare se može postići pomoću jednog ili više ventila 143. U nekim izvođenjima, jedan ili više ventila obuhvata ventil ručnog tipa, ventil tipa kontrole protoka, ventil tipa pozitivne izolacije i njhiove kombinacije. Bez vezivanja za jednu određenu teoriju, prisustvo jednog ili više ventila obezbeđuje mogućnost da se kontroliše osnovna temperatura u koloni lakih frakcija i/ili inhibira kontaminacija putem povratnog toka u kolonu za sušenje. U nekim izvođenjima, jedan ili više ventila 143 obezbeđuje mogućnost da se reguliše jednosmeran protok jednog ili više bočnih tokova 140 pare u donji deo pare 129 kolone 120 lakih frakcija. Preimućstveno, jedan ili više ventila 143 sprečava povratan tok bilo kog materijala iz baze kolone 120 lakih frakcija od ulaska u kolonu 130 za sušenje.

[0047] Da bi se ovde opisani pronalazak jasnije razumeo, niže su dati primeri koji ne ograničavaju. Sledeći primeri opisuju različita izvođenja metoda prema pronalasku.

Primeri

[0048] Upotrebom kompjuterskog modela ASPEN Radfrac™, proces prikazan u delu 102 Slike 1 je simuliran pod normalnim uslovima rada. U normalnim uslovima rada, kolona lakih frakcija dobija toplotu od jednog ili više tokova pare iz kolone za sušenje bez potrebe da prima toplotu od grejača koji služi samo za nju (unutar modelujuće sposobnosti Radfrac-a) koji je spojen na bazu kolone lakih frakcija.

Primer 1

[0049] Pri dizajniranoj stopi proizvodnje sirćetne kiseline, grejač kolone za sušenje obezbeđuje dovoljno energije koloni za sušenje za vršenje razdvajanja bez suvišne energije.

Energiju potrebnu za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija obezbeđuje energija iz dela za isparavanje.

Primer 2

[0050] Kad se stope proizvodnje iz Primera 1 smanje na pola, energija iz dela za isparavanje obezbeđuje 90% ukupne energije potrebne za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija. Kolona lakih frakcija zahteva dodatnih 10% energije. Kolona za sušenje ima 38% dostupnog relativnog viška energije. Jedan ili više bočnih tokova pare prenosi deo viška energije iz kolone za sušenje na kolonu lakih frakcija i obezbeđuje dodatnih 10% energije potrebne za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija.

Primer 3

[0051] Kad su stope proizvodnje iz Primera 1 na četvrtini, energija iz dela za isparavanje obezbeđuje 25% ukupne energije potrebne za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija. Kolona lakih frakcija zahteva dodatnih 75% energije. Kolona za sušenje ima 49% dostupnog relativnog viška energije i jedan ili više bočnih tokova pare prenosi deo viška energije iz kolone za sušenje na kolonu lakih frakcija i obezbeđuje dodatnih 75% energije potrebne za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija.

Primer 4

[0052] Tokom parcijalnog uslova kad se reaktor automatski gasi i kad deo za prečišćavanje nastavi da radi, nije dovedena energija iz dela za isparavanje u kolonu lakih frakcija. Kolona za sušenje ima 49% dostupnog relativnog viška energije i jedan ili više bočnih tokova pare prenosi deo viška energije iz kolone za sušenje i obezbeđuje energiju potrebnu za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija.

Primer 5

[0053] Tokom parcijalnog uslova kad se deo za prečišćavanje uključi pre nego što se uključi reaktor, nije dovedena energija iz dela za isparavanje u kolonu lakih frakcija. Kolona za sušenje ima 49% dostupnog relativnog viška energije i jedan ili više bočnih tokova pare prenosi deo viška energije iz kolone za sušenje i obezbeđuje energiju potrebnu za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija. Ukupna energija potrebna u ovim uslovima može da bude manja od energije potrebne u parcijalnim uslovima opisanim u Primeru 4. Očekivalo bi se da menjanje brzine rada reaktora u Primeru 4 takođe menja ukupnu energiju potrebnu za kolonu lakih frakcija.

Primer 6

[0054] Tokom parcijalnog uslova kad se reaktor i delovi za prečišćavanje uključuju, energija iz dela za isparavanje obezbeđuje 25% ukupne energije potrebne za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija. Slično Primeru 3, kolona lakih frakcija zahteva dodatnih 75% ukupne energije. Kolona za sušenje ima 49% dostupnog relativnog viška energije i jedan ili više bočnih tokova pare prenosi deo viška energije iz kolone za sušenje i obezbeđuje energiju potrebnu za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija.

Primer 7

[0055] Tokom parcijalnog uslova dok reaktor i delovi za prečišćavanje nastavljaju da prelaze na uslove rada iz Primera 1, energija iz dela za isparavanje obezbeđuje 85% ukupne energije potrebne za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija. Kolona lakih frakcija zahteva dodatnih 15% energije. Kolona za sušenje ima 49% dostupnog relativnog viška energije i jedan ili više bočnih tokova pare prenosi deo viška energije iz kolone za sušenje i obezbeđuje energiju potrebnu za vršenje razdvajanja na koloni lakih frakcija.

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Metod za proizvodnju sirćetne kiseline karbonilacijom, koji se sastoji od koraka:

prečišćavanja struje sirovog proizvoda na koloni lakih frakcija da bi se dobila struja proizvoda i usmeravanja struje proizvoda na kolonu za sušenje da bi se dobila struja suvog proizvoda i jedan ili više bočnih tokova pare;

gde jedan ili više bočnih tokova pare obezbeđuje energiju jednom ili više sistema za odvajanje.

2. Metod prema zahtevu 1, koji dalje obuhvata usmeravanje jednog ili više bočnih tokova pare na kolonu lakih frakcija.

3. Metod prema zahtevu 2, gde se jedan ili više bočnih tokova pare izvlači iz donjeg dela kolone za sušenje.

4. Metod prema zahtevu 2, gde jedan ili više bočnih tokova pare ulazi u bazu kolone lakih frakcija.

5. Metod prema zahtevu 2, gde grejač nije spojen sa donjim delom kolone lakih frakcija.

6. Metod prema zahtevu 1, gde jedan ili više bočnih tokova pare zagreva struju sirovog proizvoda u koloni lakih frakcija.

7. Metod prema zahtevu 1, gde je kolona za sušenje spojena sa grejačem.

8. Metod prema zahtevu 1, gde jedan ili više bočnih tokova pare sadrži sirćetnu kiselinu i vodu.

9. Metod prema zahtevu 8, gde jedan ili više bočnih tokova pare sadrži sirćetnu kiselinu u količini od 90 težinskih % do 99,9 tež. %.

10. Metod prema zahtevu 8, gde jedan ili više bočnih tokova pare sadrži vodu u količini od 0,01 tež. % do 10 tež. % vode.

11. Metod prema zahtevu 1, gde kolona lakih frakcija radi u okviru osnovne temperature od 120°C do 170°C.

12. Metod prema zahtevu 1, koji dalje obuhvata korak:

reagovanja ugljen monoksida sa bar jednim reaktantom u prvom reaktoru koji sadrži reakcioni medijum da bi se proizvela struja sirovog proizvoda koja sadrži sirćetnu kiselinu,

gde je bar jedan reaktant odabran iz grupe koja sadrži metanol, metil acetat, metil formijat, dimetil etar i njihove smese, i

gde reakcioni medijum sadrži vodu, sirćetnu kiselinu, metil jodid, metil acetat i katalizator.

13. Metod karbonilacije za proizvodnju sirćetne kiseline prema zahtevu 1, koji se sastoji od koraka:

prečišćavanja struje sirovog proizvoda na kolonu lakih frakcija da bi se uklonili metil jodid i metil acetat i da bi se generisala struja proizvoda, gde struja proizvoda ima nižu koncentraciju metil jodida i metil acetata nego struja sirovog proizvoda;

izvlačenja struje proizvoda iz bočnog izlaza kolone lakih frakcija; i

usmeravanja struje proizvoda na kolonu za sušenje da bi se dobila struja suvog proizvoda i jedan ili više bočnih tokova pare;

gde jedan ili više bočnih tokova pare iz kolone za sušenje zagreva struju proizvoda u koloni lakih frakcija.