PROCEDIMIENTO DE CARBONILACIÓN DE BAJA ENERGÍA.

La presente invención se refiere en general a procedimientos para obtener ácido acético; y en particular a un procedimiento de baja energía por medio de la carbonilación de metanol con monóxido de carbono y utilización de a lo sumo dos columnas de destilación en el tren de purificación primaria Antecedentes de la técnica Entre los procedimientos empleados comúnmente para sintetizar ácido acético, uno de los comercialmente más útiles es la carbonilación catalizada con rodio del metanol con monóxido de carbono que se enseña en la Patente de Estados Unidos Núm. 3.769.329 de Paulik et al. El catalizador de la carbonilación comprende rodio, disuelto o disperso de otro modo en un medio de reacción líquido junto con un promotor del catalizador que contiene halógeno ejemplificado con el yoduro de metilo. Generalmente, la reacción se realiza con el catalizador disuelto en el medio de reacción líquido a través del cual se burbujea continuamente gas de monóxido de carbono. Paulik et al. desvelaron que se puede añadir agua a la mezcla de reacción para ejercer un efecto beneficioso sobre la velocidad de reacción. Normalmente se usan concentraciones de agua mayores que aproximadamente 14 por ciento en peso. Este es el llamado procedimiento de carbonilación de "agua alta". Una alternativa para el procedimiento de carbonilación de "agua alta" es el procedimiento de carbonilación de "agua baja" que se desvela en las Patentes de Estados Unidos Núm. 5.001.259; 5.026.908; y 5.144.068. Concentraciones de agua inferiores a 14 por ciento en peso y aun inferiores a 10 por ciento en peso se pueden usar en el procedimiento de carbonilación de "agua baja". El empleo de una concentración de agua baja simplifica el procesamiento corriente debajo del ácido carboxílico deseado a su forma glacial. Es deseable en un procedimiento de carbonilación para obtener ácido acético minimizar el número de operaciones de destilación a fin de minimizar el uso de energía en el procedimiento. En este aspecto se desvela en la Patente de Estados Unidos Núm 5.416.237 de Aubigne et al. un procedimiento para la producción de ácido acético por la carbonilación de metanol en presencia de un catalizador de rodio, yoduro de metilo, y un estabilizador de la sal de yoduro. La mejora de acuerdo con la patente 5.416.237 reside en el mantenimiento de una concentración finita de agua hasta aproximadamente 10 por ciento en peso y una concentración de acetato de metilo de al menos 2 por ciento en peso en la composición de reacción líquida y la recuperación del producto de ácido acético por el paso de la composición de reacción líquida a través de una zona de evaporación instantánea para producir una fracción de vapor que pasa a una columna de destilación única de la cual se extrae el producto de ácido acético. El inconveniente de eliminar etapas de destilación es que sufre el nivel de pureza del producto. En particular las columnas de destilación tienden a extraer los yoduros de punto de ebullición alto así como los productos de contaminación de aldehído. Ambas impurezas impactan en la conveniencia comercial del producto final. Varios medios para extraer yoduros son bien conocidos en la técnica. Hilton descubrió que las resinas macrorreticuladas de intercambio catiónico ácido fuerte con al menos uno por ciento de sus sitios activos convertidos a la forma de plata o mercurio exhibieron eficiencia de extracción notable para los contaminantes de yoduro en ácido acético u otro medio orgánico. La cantidad de plata o mercurio asociada con la resina puede ser como mínimo de aproximadamente uno por ciento de los sitios activos a como máximo 100 por ciento. Preferentemente aproximadamente 25 por ciento a aproximadamente 75 por ciento de los sitios activos se convirtieron a la forma de plata o mercurio y con máxima preferencia aproximadamente 50 por ciento. El procedimiento presente se desvela en la Patente de Estados Unidos Núm 4.615.806 para extraer varios yoduros del ácido acético. En particular se muestra en los ejemplos la extracción de yoduro de metilo, HI, I2 y yoduro de hexilo. Varias realizaciones de la invención básica desveladas en la Patente de Estados Unidos Núm 4.615.806 han aparecido posteriormente en la bibliografía. Se muestra en la Patente de Estados Unidos Núm 5.139.981 de Kurland un procedimiento para extraer yoduros del ácido carboxílico líquido contaminado con una impureza de haluro al poner en contacto el ácido contaminante con haluro líquido con una resina macrorreticular intercambiada con plata (I). El haluro reacciona con la plata unida a la resina y se extrae de la corriente de ácido carboxílico. La invención de la patente 5.139.981 se refiere más particularmente a un mejor procedimiento para producir las resinas macrorreticulares intercambiadas con plata adecuadas para usar en la extracción de yoduro del ácido acético. La Patente de Estados Unidos Núm 5.227.524 de Jones desvela un procedimiento para extraer yoduros por medio de una resina macrorreticular de intercambio iónico ácido fuerte intercambiada con plata. La resina tiene de aproximadamente 4 a aproximadamente 12 por ciento de reticulado, un área de superficie en la forma intercambiado con protón menor que 10 m 2 /g después de secarse desde el estado húmedo con agua y un área de superficie mayor que 10 m 2 /g después de secarse desde el estado húmedo en que el agua se ha reemplazado con metanol. La resina tiene al menos uno por ciento de sus sitios activos convertidos a la forma de plata y preferentemente de aproximadamente 30 a aproximadamente 70 por ciento de sus sitios activos convertidos a la forma de plata. La Patente de Estados Unidos Núm 5.801.279 de Miura et al. desvela un procedimiento de operación de una resina 2   macrorreticular de intercambio iónico ácido fuerte intercambiada con plata para extraer yoduros de una corriente de ácido acético tipo Monsanto. El procedimiento operativo involucra operar en el lecho de la resina intercambiada con plata mientras se elevan las temperaturas en etapas y poner en contacto el ácido acético y/o anhídrido acético que contiene los compuestos de yoduro con la resina. En la patente se ejemplifica la extracción de yoduro de hexilo del ácido acético a temperaturas de aproximadamente 25°C a aproximadamente 45°C. Asimismo, otras resinas de intercambio iónico se han usado para extraer impurezas de yoduro del ácido acético y/o anhídrido acético. Se desvela en la Patente de Estados Unidos Núm 5.220.058 de Fish et al. el uso de resinas de intercambio iónico que tienen grupos funcionales tiol intercambiados con metal para extraer las impurezas de yoduro del ácido acético y/o anhídrido acético. Normalmente, el grupo funcional tiol de la resina de intercambio iónico se ha intercambiado con plata, paladio, o mercurio. También se desvela en la Publicación Europea Núm. 0 685 445 A1 un procedimiento para extraer compuestos de yoduro del ácido acético. El procedimiento involucra poner en contacto una corriente de ácido acético que contiene yoduro con una polivinilpiridina a temperaturas elevadas para extraer los yoduros. Normalmente, el ácido acético se incorporó al lecho de la resina de acuerdo con la publicación 445 a una temperatura de aproximadamente 100°C. Con presiones de costo crecientes y precios de energía más altos, existe una motivación creciente para simplificar las operaciones de fabricación de agentes químicos y en particular para reducir el número de etapas de fabricación. En este aspecto, cabe mencionar que en la Patente de Estados Unidos Núm 5.416.237 de Aubigne et al. se desvela un procedimiento de destilación de zona única para fabricar ácido acético. Tales modificaciones del procedimiento, si bien deseables en términos de costos de energía, tienden a aumentar las demandas sobre el tren de purificación. En particular, menores reciclados tienden a introducir (o no pueden extraer) un mayor nivel de yoduros en la corriente de producto y en particular más yoduros de un peso molecular superior. Por ejemplo, yoduro de octilo, yoduro de decilo y yoduros de dodecilo pueden estar presentes en la corriente de producto así como yoduro de hexadecilo; los cuales son difíciles de extraer por técnicas convencionales. Asimismo también se conocen otras impurezas del ácido acético obtenidas por medio de la carbonilación de metanol catalizada por rodio, en especial aldehídos y ácido propiónico. En un artículo de Watson, The Cativa Process for the Production of Acetic Acid, Chem. Ind. (Dekker) (1998) 75 Catalysis of Organic Reactions, pp. 369-380, se propone que el acetaldehído se someta a reducción con hidrógeno en el sistema catalizado con rodio para dar etanol que posteriormente produce ácido propiónico. Se postula que la mejora de los sistemas catalizados con rodio han aumentando los niveles de... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento continuo para producir ácido acético que comprende: (a) hacer reaccionar metanol con una materia prima de monóxido de carbono en un reactor de carbonilación que contiene un medio de reacción catalítica mientras que mantiene en dicho medio de reacción durante el curso de dicha reacción al menos una concentración finita de 0,1 por ciento en peso hasta menos de 14 por ciento en peso de agua en presencia de: (i) una sal soluble en el medio de reacción a la temperatura de reacción en una cantidad operativa para mantener una concentración de yoduro iónico en el intervalo de 2 a 20 por ciento en peso efectivo como un estabilizador y co-promotor del catalizador, (ii) de 1 a 20 por ciento en peso yoduro de metilo, (iii) de 0,5 a 30 por ciento en peso de acetato de metilo, (iv) un catalizador de rodio, y (v) ácido acético; (b) extraer una corriente de dicho medio de reacción de dicho reactor y vaporizar una porción de dicho medio extraído en una etapa de evaporación instantánea; (c) destilar el vapor evaporado rápidamente para formar una corriente de producto de ácido acético líquido que se utiliza en un tren de purificación primaria hasta dos columnas de destilación mientras que proporciona una o más corrientes de reciclado a dicho reactor; y (d) extraer yoduros de dicha corriente de producto de ácido acético líquido y simultáneamente controlar el valor de color de dicha corriente de ácido acético de modo que el producto tenga un contenido de yoduro menor que 10 ppb de yoduro y un valor de color menor que 10, en el que dicha etapa de extraer yoduros y controlar el valor de color de dicha corriente de producto comprende poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético líquido con un sustrato de intercambio iónico intercambiado por plata o mercurio a una temperatura de al menos 50°C en el que al menos 1 por ciento de los sitios activos de dicha resina se han convertido a la forma de plata o mercurio. 2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho ácido acético tiene un valor de color mayor que 10 antes de poner en contacto dicha corriente con dicho sustrato de intercambio iónico intercambiado por plata o mercurio, y un valor de color menor que 10 después de tal tratamiento. 3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho ácido acético tiene un valor de color mayor que 5 antes de poner en contacto dicha corriente con dicho sustrato de intercambio iónico intercambiado por plata o mercurio, y un valor de color menor que 5 después de tal tratamiento. 4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha corriente de ácido acético contiene yoduros de decilo y yoduros de dodecilo antes de poner en contacto dicha corriente con dicho sustrato de intercambio iónico intercambiado por plata o mercurio. 5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha etapa de extracción de yoduros de dicha corriente de producto de ácido acético de dicha etapa (d) se selecciona del grupo que consiste en: (i) poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético líquido con una resina de intercambio iónico aniónica a una temperatura de al menos 100°C, seguido por poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético líquido con un sustrato de intercambio iónico intercambiado por plata o mercurio en el que al menos 1 por ciento de los sitios activos de dicha resina se han convertido a la forma de plata o mercurio, y (ii) poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético líquido con un sustrato de intercambio iónico intercambiado por plata o mercurio a una temperatura de al menos 50°C, en el que al menos uno por ciento de los sitios activos de dicha resina se han convertido a la forma de plata o mercurio, y que además comprende controlar el nivel de impurezas de aldehído en dicha corriente de producto por la extracción de aldehídos de dicha corriente de reciclado. 6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dichos aldehídos se extraen de dicha corriente de reciclado por destilación. 7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que de 5 por ciento en peso o menos de yoduro de metilo está presente en la etapa (a); y en el que, en la etapa (d), el nivel de impurezas de aldehído en dicha corriente 16   de producto se controla al mantener en dicho reactor una concentración de yoduro de metilo de 5 por ciento en peso o menor. 8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el nivel de yoduro de metilo en dicho reactor se mantiene en un nivel de 1 a 5 por ciento en peso. 9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el nivel de impurezas de yoduro en dicha corriente de producto se controla por el mantenimiento de una presión parcial de hidrógeno menor que 41,34 kPa en el reactor a una presión total de 1,52 a 4,0 MPa en el reactor; y en el que dicha corriente de producto comprende yoduros orgánicos con una longitud de la cadena alifática de C10 o mayor. 10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha corriente de producto comprende yoduros orgánicos, al menos 25% de los cuales tienen una longitud de la cadena alifática de C10 o mayor. 11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha corriente de producto comprende yoduros orgánicos, al menos 50% de los cuales tienen una longitud de la cadena alifática de C10 o mayor. 12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dichos yoduros orgánicos comprenden yoduro de decilo (C10), yoduro de dodecilo (C12) yoduro, o una combinación de estos. 13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicha etapa de extracción de yoduros extrae al menos 90% de los yoduros de decilo (C 10) y dodecilo (C12) presentes en dicha corriente de producto. 14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha etapa de extracción de yoduros de dicha corriente de producto de ácido acético líquido comprende poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético líquido con una resina de polivinilpiridina. 15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha etapa de poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético con dicha resina de polivinilpiridina se lleva a cabo a una temperatura de al menos 150°C. 16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha etapa de extracción de yoduros de dicha corriente de producto de ácido acético líquido comprende poner en contacto dicha corriente de producto de ácido acético líquido con una resina de polivinipirrolidona. 17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que dicha etapa de poner en contacto dicha corriente residual de producto de ácido acético líquido con dicha resina de polivinipirrolidona se lleva a cabo a una temperatura de al menos 150°C. 18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha etapa de extracción de yoduros de dicha corriente de producto de ácido acético líquido comprende poner en contacto dicha corriente de producto con una resina de intercambio iónico intercambiada con plata o mercurio macrorreticular en la que al menos 1% de los sitios activos se han convertido a la forma de plata o mercurio a una temperatura de al menos 50°C. 19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, en el que dicha corriente de producto de ácido acético líquido se pone en contacto con dicha resina macrorreticular intercambiada con plata o mercurio a una temperatura de al menos 60°C. 20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, en el que dicha corriente de producto de ácido acético líquido se pone en contacto con dicha resina macrorreticular intercambiada con plata o mercurio a una temperatura de al menos 70°C. 21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, en el que de 25 a 75% de los sitios activos de dicha resina macrorreticular se ha convertido a la forma de plata. 22. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18, en el que al menos 50% de los sitios activos de dicha resina macrorreticular se ha convertido a la forma de plata. 23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha corriente de producto tiene de 10 a 1.000 ppb de yoduros totales antes del tratamiento con dicho sustrato de intercambio iónico catiónico intercambiado por plata o mercurio. 24. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que dicha corriente de producto tiene de 20 a 750 ppb de yoduros totales antes del tratamiento con dicho sustrato de intercambio iónico catiónico intercambiado por plata o mercurio. 25. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicho tratamiento de poner en contacto dicha 17   corriente de producto con dicho sustrato de intercambio iónico catiónico intercambiado por plata o mercurio a una temperatura mayor que 50°C es efectivo para extraer al menos 99% del yoduro total presente en dicha corriente de producto. 26. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho sustrato de intercambio iónico es una resina funcionalizada con ácido sulfónico. 27. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha corriente de producto, antes de poner en contacto dicho sustrato de intercambio iónico; tiene un contenido de yoduro mayor que 100 ppb de yoduro orgánico. 28. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27, en el que dicha corriente de producto, después de poner en contacto dicho sustrato de intercambio iónico, tiene un contenido de yoduro orgánico menor que 10 ppb. 18   19     21   22   23