Carbonilación de metanol con eliminación mejorada de aldehídos.

Procedimiento mejorado de funcionamiento de un aparato para fabricar ácido acético de la clase que comprende un sistema de producción que tiene un reactor que comprende un medio de reacción y un tren de purificación del producto,

en el que el sistema de producción es venteado hacia una torre absorbedora, comprendiendo la mejora:

a) depurar productos finales ligeros e impurezas de aldehídos del gas de venteo con un disolvente absorbedor;

b) separar los productos finales ligeros e impurezas de aldehídos absorbidos del disolvente absorbedor para obtener una corriente de productos finales ligeros recuperada de venteo;

c) purificar la corriente de productos finales ligeros recuperada de venteo para eliminar las impurezas de aldehídos; y

d) reciclar los productos finales ligeros purificados de la corriente de productos finales ligeros recuperada de venteo al sistema de produc- ción.

Carbonilación de metanol con eliminación mejorada de aldehídos Sector de la invención La presente invención se refiere a la fabricación de ácido acético y, más particularmente, a la fabricación de ácido acético con una mejor eliminación de aldehídos.

Antecedentes Entre los procedimientos empleados en la actualidad para la síntesis de ácido acético, uno de los más utilizados comercialmente es la carbonilación de metanol catalizada con monóxido de carbono. Los métodos preferentes en la práctica de esta tecnología incluyen los llamados procesos de "bajo contenido de agua" catalizados con rodio o iridio del tipo observado en la patente de Estados Unidos No. 5.001.259, concedida el 19 de marzo de 1991; patente de Estados Unidos No. 5.026.908, concedida el 25 de junio de 1991; y la patente de Estados Unidos No. 5.144.068, concedida el 1 de septiembre de 1992; así como la patente europea No. EP 0 161 874 B2, publicada el 1 de julio de 1992, comúnmente concedidas. Las características relacionadas con la práctica de un proceso de carbonilación de bajo contenido de agua pueden incluir el mantenimiento en el medio de reacción, junto con una cantidad catalíticamente eficaz de rodio y, como mínimo, una concentración finita de agua, una elevada concentración de anión yoduro inorgánico además del ion yoduro que está presente debido al yoduro de hidrógeno en el sistema. Este ion yoduro puede ser una sal simple, siendo preferente en la mayoría de los casos el yoduro de litio.

Se ha descubierto que, a pesar de que un proceso de carbonilación de bajo contenido de agua que produce ácido acético aumenta la eficiencia de monóxido de carbono mediante la reducción de los subproductos dióxido de carbono e hidrógeno, la cantidad de otras impurezas, tales como acetaldehído y sus derivados, aumentan en un proceso de carbonilación de bajo contenido de agua a diferencia de procesos similares que funcionan con concentraciones mayores de agua en el reactor. Estas impurezas afectan la calidad del ácido acético, especialmente cuando se recirculan a través del proceso de reacción que provoca la acumulación de impurezas de derivados, tales como compuestos de carbonilo y yoduros de alquilo. Las impurezas de carbonilo disminuyen el tiempo de permanganato del ácido acético, un ensayo de calidad de uso común en la industria. Tal como se utiliza en el presente documento, la frase "carbonilo" se refiere a compuestos que contienen grupos funcionales aldehído o cetona, cuyos compuestos pueden o no poseer instauración. Véase Catalysis of Organic Reaction, 75, 369-380 (1998) , para una discusión adicional sobre las impurezas en un proceso de carbonilación.

La presente invención se refiere, en parte, a la reducción y/o eliminación de compuestos reductores de permanganato (PRC) tales como acetaldehído, acetona, metil etil cetona, butiraldehído, crotonaldehído, 2-etil crotonaldehído, y 2-etil butiraldehído y similares, yoduros de alquilo que se pueden derivar de acetaldehído y productos de la condensación aldólica de las impurezas. La presente invención también puede conducir a la reducción de la formación de ácido propiónico en algunos casos debido a que la formación de acetaldehído parece provocar aumentos en los niveles de ácido propiónico, tal vez debido a la disponibilidad de hidrógeno en el reactor. Sin pretender estar asociado a ninguna teoría, se cree que muchas impurezas se derivan del acetaldehído que aparece para formar más fácilmente en presencia de sales de yoduro, por ejemplo, yoduro de litio. El acetaldehído se condensa para formar aldehídos insaturados tales como crotonaldehído, que, a continuación, puede generar más yoduros de alquilo en el sistema, que son particularmente difíciles de eliminar y son venenosos para los catalizadores de acetato de vinilo. La producción de acetato de vinilo es el único y mayor uso final del ácido acético.

Las técnicas convencionales para eliminar las impurezas de acetaldehído incluyen el tratamiento de las corrientes de producto de ácido acético con bajas concentraciones de impurezas de aldehído con oxidantes, ozono, agua, metanol, carbono activado, aminas, y similares. Dichos tratamientos pueden o no combinarse con la destilación del ácido acético. El tratamiento de purificación más habitual implica una serie de destilaciones del producto final. También es conocida la eliminación de las impurezas de carbonilo de las corrientes orgánicas mediante el tratamiento de las corrientes orgánicas con un compuesto de amina tal como hidroxilamina, que reacciona con los compuestos de carbonilo para formar oximas, seguido de destilación para separar el producto orgánico purificado de los productos de reacción de oxima. Sin embargo, el tratamiento adicional del producto final añade coste al procedimiento, y la destilación del producto de ácido acético tratado puede resultar en que se formen impurezas adicionales.

Se han descrito otros procesos para la producción de ácido acético de elevada pureza mediante la destilación de las fracciones ligeras condensadas de la columna separadora de fracciones ligeras para eliminar el acetaldehído. Las corrientes sugeridas para el procesamiento para eliminar el acetaldehído incluyen una fase ligera que contiene principalmente agua, ácido acético y acetato de metilo; o una fase pesada que contiene principalmente yoduro de metilo, acetato de metilo y ácido acético; o una corriente formada por la combinación de las fases ligera y pesada. Se ha descrito, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos Nos. 6.143.930 y 6.339.171 comúnmente concedidas, que es posible reducir significativamente las impurezas no deseadas en el producto de ácido acético mediante la realización de una purificación en múltiples etapas en la parte superior de la columna de fracciones ligeras condensadas. Estas patentes describen un proceso de purificación en el que las fracciones ligeras de la parte superior se destilan dos veces, en cada caso sacando el acetaldehído de la parte superior y retornando un residuo rico en yoduro de metilo al reactor. El destilado rico en acetaldehído obtenido después de dos etapas de destilación se extrae opcionalmente con agua para eliminar la mayoría del acetaldehído para su eliminación, dejando una concentración de acetaldehído significativamente menor en el refinado que se recicla al reactor. Sistemas adicionales para la eliminación de aldehídos y otros compuestos reductores de permanganato se describen en la solicitud de patente de Estados Unidos No. 11/116, 771 (No. de publicación US 2006/0247466 A1) de Zinobile y otros, titulada "Process for the Production of Acetic Acid"; la solicitud de patente de Estados Unidos No. 10/708.420 (No. de publicación US 2005/0197508 A1) de Scales y otros, titulada "Removal of Permanganate Reducing Compounds from Methanol Carbonilation Process Stream”; y la solicitud de patente de Estados Unidos No. 10/708.421 (No. de publicación US 2005/0197509 A1) de Picard y otros, titulada "Removal of Permanganate Reducing Compounds from Methanol Carbonilation Process Stream”. En general, las fracciones ligeras condensadas contienen menos de 1% en peso de acetaldehído.

Mientras que los procedimientos descritos anteriormente han tenido éxito en la eliminación de impurezas de carbonilo del sistema de carbonilación y en el control de los niveles de acetaldehído y el tiempo de permanganato, los procedimientos existentes tienden a ser costosos tanto en términos de costes de capital y de funcionamiento debido a los bajos niveles de impurezas de aldehído que es necesario eliminar de una corriente particular para evitar la acumulación de impurezas de aldehído y relacionadas en el sistema. Por consiguiente, sigue existiendo una necesidad de procesos alternativos para mejorar la eficacia de la eliminación de acetaldehído en los procesos de carbonilación de metanol.

Características de la invención Según la presente invención, se utiliza un sistema de absorción de recuperación de fracciones ligeras de gas de ventilación para recoger acetaldehído en una corriente de fracciones ligeras recuperadas separadas del fluido de absorción. La corriente de fracciones ligeras recuperadas ventilada se purifica mediante la eliminación de acetaldehído antes de devolver las fracciones ligeras al sistema de carbonilación. Por tanto, el procedimiento incluye de forma general (a) lavado de las fracciones ligeras, que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo, e impurezas de aldehído a partir de gas de ventilación con un disolvente de absorción; (b) separación de las fracciones ligeras absorbidas e impurezas de aldehído del disolvente de absorción para proporcionar una corriente de fracciones ligeras recuperadas con impurezas de acetaldehído; (c) purificación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de funcionamiento de un aparato para fabricar ácido acético que incluye un sistema de producción que tiene un reactor que contiene un medio de reacción y un tren de purificación de producto, en el que el sistema de producción es ventilado hacia una torre de absorción, comprendiendo el procedimiento:

a) depurar las fracciones ligeras que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo e impurezas de aldehídos del gas de ventilación con un disolvente de absorción;

b) separar las fracciones ligeras e impurezas de aldehídos del disolvente de absorción para obtener una corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada;

c) purificar la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada para eliminar las impurezas de aldehídos; y

d) reciclar las fracciones ligeras purificadas de la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada al sistema de producción.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que las impurezas de aldehídos comprenden acetaldehído.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el disolvente de absorción comprende ácido acético o metanol.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada se purifica por destilación.

5. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada está en fase vapor y se alimenta a una torre de destilación por reflujo.

6. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada se purifica de impurezas de aldehídos mediante extracción con agua antes de reciclarla a la unidad de producción.

7. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el medio de reacción comprende un catalizador de rodio o de iridio y una concentración de agua de 1-10% en peso.

8. Procedimiento de fabricación de ácido acético a la vez que se controlan las impurezas de aldehídos y de derivados de aldehídos que comprende:

a) carbonilación del metanol o derivados reactivos del mismo en un reactor de un sistema de producción en presencia de un catalizador de metal del grupo VIII y un promotor de yoduro de metilo a la vez que se mantiene una concentración de agua en el reactor de 1-10% en peso del medio de reacción y al mismo tiempo se mantiene en el reactor una presión parcial predeterminada de monóxido de carbono;

b) ventilar los productos no condensables del sistema de producción a modo de proporcionar gas de ventilación que contiene fracciones ligeras que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo e impurezas de aldehídos;

c) alimentar el gas de ventilación del sistema de producción a una torre de absorción;

d) suministrar un disolvente de depuración a la torre de absorción, comprendiendo el disolvente de depuración ácido acético, metanol, acetato de metilo o mezclas de los mismos;

e) poner en contacto el gas de ventilación con el disolvente de depuración eliminando de este modo las fracciones ligeras e impurezas de aldehídos del gas y absorbiéndolos en el disolvente de depuración;

f) separar las fracciones ligeras e impurezas de aldehídos absorbidos del disolvente de absorción para obtener una corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada;

g) purificar la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada para eliminar las impurezas de aldehídos; y

h) reciclar las fracciones ligeras purificadas de la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada al sistema de producción.

9. Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que el catalizador de metal del grupo VIII es un catalizador de rodio o un catalizador de iridio.

10. Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que la concentración de agua en el reactor se mantiene de 2-8% en peso del medio de reacción.

11. Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada se purifica mediante destilación, extracción, destilación extractiva o combinaciones de las mismas antes de reciclar las fracciones ligeras a la corriente de producción.

12. Aparato para la fabricación de ácido acético que comprende:

a) un reactor para la carbonilación de metanol o sus derivados reactivos, conteniendo el reactor un catalizador seleccionado entre catalizadores de rodio, catalizadores de iridio y mezclas de los mismos en una mezcla de reacción de ácido acético;

b) un sistema de vaporización instantánea configurado para recibir una corriente de la mezcla de reacción de ácido acético y separarla en (i) como mínimo, una primera corriente líquida de reciclado de catalizador, y (ii) una corriente de proceso en bruto que contiene ácido acético;

c) una primera columna de destilación acoplada al sistema de vaporización instantánea, estando adaptada la primera columna de destilación para separar componentes de bajo punto de ebullición de la corriente de proceso en bruto, y generar una corriente de proceso purificada,

también funcionando la primera columna de destilación y opcionalmente el reactor y el sistema de vaporización 20 instantánea para generar una corriente de gas de ventilación que comprende fracciones ligeras que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo e impurezas de aldehídos;

d) una torre de absorción adaptada para recibir la corriente de gas de ventilación y eliminar las fracciones ligeras y las impurezas de aldehídos de la misma con un disolvente de depuración;

e) una columna de separación acoplada a la torre de absorción para separar las fracciones ligeras e impurezas de aldehídos del disolvente de depuración para generar una corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada que comprende impurezas de aldehído; y

f) un sistema de eliminación de aldehídos acoplado a la columna de separación para recibir la corriente de fracciones ligeras recuperada y eliminar las impurezas de aldehído de la misma.

13. Aparato, según la reivindicación 12, en el que el sistema de eliminación de aldehídos comprende una columna de destilación y/o una unidad de extracción. 35

14. Aparato, según la reivindicación 12, que comprende además una columna de secado acoplada a la primera columna de destilación para recibir la corriente de proceso purificada y eliminar el agua de la misma.