Método de controlar un proceso de ácido acético.

Un método de controlar un proceso para producir ácido acético mediante carbonilación de metanol o underivado carbonilable del mismo,

que comprende los pasos de:

monitorizar la velocidad de producción del ácido acético; reducir la velocidad de producción en respuesta a uncambio en las condiciones operativas fuera de un intervalo operativo normal; después de haber reducido lavelocidad de producción, controlar el proceso a la velocidad de producción reducida; y aumentar la velocidadde producción después de haber abordado dicho cambio en las condiciones operativas hasta que al menos lavelocidad de producción vuelva a dicho intervalo operativo normal; en donde durante al menos uno de lospasos de reducir la velocidad de producción, controlar el proceso a la velocidad de producción reducida, yaumentar la velocidad de producción hasta que la velocidad de producción vuelva a dicho intervalo operativonormal, el proceso se controla mediante control multivariable no lineal basado en un modelo del proceso, endonde el control del proceso es durante dicho cambio y/o durante un periodo de recuperación después dehaber abordado dicho cambio y en donde el cambio en las condiciones operativas se debe a una alteraciónsignificativa del proceso seleccionada del grupo que consiste en: (a) una reducción sustancial en ladisponibilidad de monóxido de carbono; (b) fallo de una bomba de catalizador; (c) pérdida de la capacidad decalentamiento o refrigeración; (d) inundación de una columna de purificación posterior; (e) desviacionessignificativas de las composiciones esperadas en una o más corrientes asociadas con una columna depurificación; (f) una falta de capacidad de almacenamiento para el producto ácido acético; y combinaciones delas mismas.

Método de controlar un proceso de ácido acético

Campo de la invención

La presente divulgación se refiere al control de procesos para hacer ácido acético mediante la carbonilación de metanol o derivados carbonilables del mismo, y particularmente al control de procesos durante desajustes del proceso y durante la recuperación de los mismos.

Antecedentes técnicos

Entre los procesos actualmente empleados para sintetizar ácido acético, uno de los más útiles comercialmente es la carbonilación catalizada de metanol con monóxido de carbono como se enseña en la patente en EE UU No.

3.769.329 concedida a Paulik et al., el 30 de octubre, 1973. El catalizador de carbonilación contiene rodio, bien disuelto o disperso de otra manera en un medio de reacción líquido o soportado en un sólido inerte, junto con un promotor de catalizador que contiene un halógeno tal como yoduro de metilo. El rodio se puede introducir en el sistema de reacción en cualquiera de muchas formas, y la naturaleza exacta del grupo rodio en el complejo catalizador activo es incierta. Asimismo, la naturaleza del promotor haluro no es crítica. Los titulares de la patente divulgan un gran número de promotores adecuados, la mayoría de los cuales son yoduros orgánicos. Más típica y útilmente, la reacción se realiza burbujeando continuamente gas monóxido de carbono a través de un medio de reacción líquido en el que se disuelve o suspende el catalizador.

Se divulga una mejora en los procesos de la técnica anterior para la carbonilación de un alcohol para producir el ácido carboxílico que tiene un átomo de carbono más que el alcohol en presencia de un catalizador de rodio en las patentes en EE UU comúnmente cedidas Nos. 5.001.259 concedida el 19 de marzo, 1991; 5.026.908 concedida el 25 de junio, 1991; y 5.144.068 concedida el 1 de septiembre, 1992; y la patente europea No. EP 0 161 874 B2, publicada el 1 de julio, 1992. Como se divulga en las mismas, el ácido acético se produce a partir de metanol, o un derivado carbonilable del mismo, en un medio de reacción que contiene acetato de metilo, haluro de metilo, especialmente yoduro de metilo y rodio presente en una concentración catalíticamente eficaz. Estas patentes divulgan que la estabilidad del catalizador y la productividad del reactor de carbonilación se puede mantener a niveles sorprendentemente altos, incluso a concentraciones de agua muy bajas, es decir, el 4 por ciento en peso o menos, en el medio de reacción (a pesar de la práctica industrial general de mantener aproximadamente el 14-15% en peso de agua) manteniendo en el medio de reacción, junto con una cantidad catalíticamente eficaz de rodio y al menos una concentración finita de agua, una concentración especificada de iones yoduro en exceso del contenido de yoduro que está presente como yoduro de metilo u otro yoduro orgánico. El ión yoduro está presente como una sal simple, siendo preferido yoduro de litio. Las patentes enseñan que la concentración de acetato de metilo y sales de yoduro son parámetros significativos que afectan la velocidad de carbonilación del metanol para producir ácido acético, especialmente a concentraciones bajas de agua en el reactor. Usando concentraciones relativamente altas de acetato de metilo y sal de yoduro, se obtiene un grado sorprendente de estabilidad del catalizador y productividad del reactor incluso cuando el medio de reacción líquido contiene agua en concentraciones tan bajas como aproximadamente el 0, 1% en peso, tan baja que ampliamente se puede definir simplemente como “una concentración finita” de agua. Además, el medio de reacción empleado mejora la estabilidad del catalizador de rodio, es decir, resistencia a la precipitación del catalizador, especialmente durante los pasos de recuperación del producto del proceso. En estos pasos, la destilación para el fin de recuperar el producto ácido acético tiende a eliminar del catalizador el monóxido de carbono que en el entorno mantenido en el recipiente de reacción, es un ligando con efecto estabilizante sobre el rodio, como se describe en la patentes en EE UU Nos. 5.001.259, 5.026.908 y

5.144.068.

Como con cualquier otro proceso químico complejo, el proceso de carbonilación del metanol descrito anteriormente requiere la monitorización y control de un número de condiciones del proceso tales como velocidades de alimentación de metanol y monóxido de carbono, temperatura y presión del reactor, temperatura y presión del evaporador, condiciones de destilación, y similares. En particular, las condiciones del proceso se controlan cuidadosamente para asegurar que el producto ácido acético sea extremadamente puro, y en particular que está sustancialmente libre de agua, metanol y ácido propiónico. Por consiguiente, cuando una o más de estas condiciones del proceso cambian de repente debido a un suceso inesperado tal como un descenso repentino en el suministro de monóxido de carbono, fallo en una bomba de catalizador, o similares, la velocidad de producción se debe ajustar –habitualmente a la baja-para asegurar que el producto ácido acético sigue satisfaciendo las especificaciones de calidad. Sin embargo, es deseable volver a las condiciones operativas normales tan rápido como sea posible después de una alteración del proceso. Sin embargo, se ha observado que los controladores del proceso que emplean algoritmos de control lineales estándar no proporcionan una recuperación suficientemente rápida de las alteraciones del proceso de gran magnitud porque los controladores se ajustan para mantener el control sobre un intervalo estrecho de condiciones operativas “normales” más que el amplio intervalo resultante de una alteración significativa; véase, por ejemplo el documento US 2003/0018213. En particular, los controladores lineales están limitados en que el aumento del controlador (es decir, la relación entre la magnitud de una desviación de las condiciones diana asociadas con cierta (s) variable (s) de control, y la magnitud de la acción correctora de

control alcanzada usando variable (s) manipulada (s) ) es fija más que variable. Un ejemplo de un aumento es la cantidad de cambio en el flujo de vapor requerido para que un intercambiador de calor produzca un cambio de un grado en la temperatura de una corriente del proceso. Durante los cambios de velocidad, tales como desajustes, la composición de la corriente del proceso cambiará produciendo un cambio en la cantidad de vapor requerido para 5 afectar un cambio de un grado en la temperatura. Debido a esta limitación de los controladores lineales, la mayoría de los controladores predictivos multivariable no son capaces de mantener el control y recuperarse rápidamente de alteraciones del proceso de gran magnitud. Incluso donde estos controladores operan basados en un modelo empírico o teórico del proceso, una asunción subyacente de su esquema de control habitualmente es que los aumentos del proceso (es decir, la magnitud de la respuesta del proceso a una acción de control) son más o menos lineales. Esta asunción resulta que es de alguna manera poco fiable para procesos químicos, particularmente donde la desviación de las condiciones diana es muy grande o donde se producen simultáneamente un número de reacciones interrelacionadas. Esta es exactamente la situación en un reactor de ácido acético, donde además de la carbonilación del metanol, una molécula de metanol puede reaccionar (reversiblemente) con una molécula de ácido acético para formar acetato de metilo y agua; dos moléculas de metanol pueden reaccionar para formar éter

dimetílico y agua; y el acetato de metilo también puede reaccionar directamente con el monóxido de carbono y agua para formar ácido acético. De hecho, resulta que al menos algunos de los aumentos de proceso para un reactor de carbonilación de metanol no son solo no lineales sino que realmente cambian de signo dependiendo de las condiciones del proceso. Durante los desajustes significativos del proceso en un proceso de carbonilación de metanol, es particularmente poco probable que los aumentos sean constantes, lo que hace el control lineal menos eficaz.

A pesar de las deficiencias percibidas de los controladores basados en el modelo lineal para sistemas de reacción de ácido acético, en general no se ha considerado apropiado emplear controladores no lineales para esta aplicación. Hasta ahora, en general se ha pensado que los controladores no lineales se emplean lo mejor en entornos donde los

puntos de ajuste del proceso se cambian deliberadamente (por ejemplo, para cambiar el grado... [Seguir leyendo]

1. Un método de controlar un proceso para producir ácido acético mediante carbonilación de metanol o un 5 derivado carbonilable del mismo, que comprende los pasos de:

monitorizar la velocidad de producción del ácido acético; reducir la velocidad de producción en respuesta a un cambio en las condiciones operativas fuera de un intervalo operativo normal; después de haber reducido la velocidad de producción, controlar el proceso a la velocidad de producción reducida; y aumentar la velocidad 10 de producción después de haber abordado dicho cambio en las condiciones operativas hasta que al menos la velocidad de producción vuelva a dicho intervalo operativo normal; en donde durante al menos uno de los pasos de reducir la velocidad de producción, controlar el proceso a la velocidad de producción reducida, y aumentar la velocidad de producción hasta que la velocidad de producción vuelva a dicho intervalo operativo normal, el proceso se controla mediante control multivariable no lineal basado en un modelo del proceso, en 15 donde el control del proceso es durante dicho cambio y/o durante un periodo de recuperación después de haber abordado dicho cambio y en donde el cambio en las condiciones operativas se debe a una alteración significativa del proceso seleccionada del grupo que consiste en: (a) una reducción sustancial en la disponibilidad de monóxido de carbono; (b) fallo de una bomba de catalizador; (c) pérdida de la capacidad de calentamiento o refrigeración; (d) inundación de una columna de purificación posterior; (e) desviaciones

significativas de las composiciones esperadas en una o más corrientes asociadas con una columna de purificación; (f) una falta de capacidad de almacenamiento para el producto ácido acético; y combinaciones de las mismas.

2. Un método según la reivindicación 1, en donde el modelo del proceso comprende un modelo dinámico de al 25 menos una sección de reacción del proceso.

3. Un método según la reivindicación 1, en donde el modelo del proceso comprende un modelo dinámico de al menos una sección de purificación del proceso.

4. Un método según la reivindicación 1, en donde el modelo del proceso comprende un modelo de primeros principios de al menos una sección de reacción del proceso.

5. Un método según la reivindicación 1, en donde el modelo del proceso comprende un modelo de primeros

principios de al menos una sección de purificación del proceso. 35

6. Un método según la reivindicación 1, que comprende además el paso de optimizar continuamente las condiciones del proceso basado en el modelo del proceso cuando la velocidad de producción está dentro de un intervalo operativo normal.

7. Un método según la reivindicación 6, en donde dicho paso de optimización equilibra un valor económico asociado con la velocidad de producción aumentada o disminuida contra un coste cambiado de materias primas y energía asociado con la velocidad aumentada o disminuida.

8. Un proceso para producir ácido acético mediante carbonilación de metanol, que comprende el método de la 45 reivindicación 1.