Producción de ácido acético mediante carbonilación con una reacción y una vaporización instantánea mejoradas.

Procedimiento de fabricación de ácido acético, que comprende:

(a) hacer reaccionar de forma catalítica metanol o un derivado reactivo del mismo con monóxido 5 de carbono en presencia de un catalizador metálico del grupo VIII homogéneo y un promotor de yoduro de metilo en un recipiente de reacción que contiene una mezcla de reacción líquida que incluye ácido acético,

agua, acetato de metilo, yoduro de metilo y el catalizador homogéneo, trabajando el recipiente de reacción a la presión del reactor;

(b) extraer la mezcla de reacción del recipiente de reacción y alimentar la mezcla de reacción extraída junto con monóxido de carbono adicional a un recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor que trabaja a una presión reducida, como mínimo, 34,47 kPa (5 psi) por debajo de la presión del recipiente de reacción;

(c) purgar las fracciones ligeras en el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea y consumir simultáneamente acetato de metilo en el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor para producir una mezcla previa a la vaporización instantánea que tiene una concentración incrementada de ácido acético y una concentración reducida de yoduro de metilo y acetato de metilo, en comparación con la mezcla de reacción;

(d) extraer la mezcla de reacción previa a la vaporización instantánea del recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor y alimentar la mezcla de reacción previa a la vaporización instantánea a un recipiente de vaporización instantánea;

(e) vaporizar de forma instantánea una corriente de crudo de ácido acético de la mezcla en un recipiente de vaporización instantánea que trabaja a una presión por debajo de la presión del recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor;

(f) reciclar un residuo posterior a la vaporización instantánea desde el recipiente de vaporización instantánea al recipiente de reacción; y

(g) purificar la corriente de crudo del producto.

Producción de ácido acético mediante carbonilación con una reacción y una vaporización instantánea mejoradas.

Sector técnico La presente invención se refiere a la producción de ácido acético y, en particular, a un sistema de carbonilación de metanol que tiene un recipiente posterior al reactor y anterior a la vaporización instantánea a una presión media que extrae yoduro de metilo y consume acetato de metilo antes de la vaporación instantánea en un recipiente de vaporización instantánea a baja presión. Un absorbente a baja presión descongestiona la columna de fracciones ligeras del tren de purificación.

Antecedentes de la invención Entre los procedimientos utilizados actualmente para sintetizar ácido acético, uno de los más utilizados comercialmente es la carbonilación catalizada de metanol con monóxido de carbono. Entre los procedimientos preferentes para poner en práctica esta tecnología se incluyen los denominados procedimientos “con bajo contenido en agua” catalizados con rodio o iridio de la clase observada en la patente de Estados Unidos No. 5.001.259, concedida el 19 de marzo d 1991; la patente de Estados Unidos No. 5.026.908, publicada el 25 de junio de 1991; y la patente de Estados Unidos No. 5.144.068, concedida el 1 de septiembre de 1992; la patente europea No. EP 0 161 874 B2, publicada el 1 de julio de 1992, así como la patente europea No. EP 0 685 446 A1, publicada el 6 de diciembre de 1995. Entre las características implicadas en la práctica del procedimiento de carbonilación con un contenido bajo de agua se pueden incluir el mantenimiento en el medio de reacción, junto con una cantidad catalíticamente eficaz de rodio y, como mínimo, una concentración determinada de agua, una concentración elevada 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 el yoduro de litio en la mayoría de casos. Patentes de Estados Unidos Nos. 5.001.259, 5.026.908, 5.144.068 y la patente europea No. EP 0 161 874 B2.

En general, una línea de producción de metanol por carbonilación incluye una sección de reacción, una sección de purificación, recuperación de fracciones ligeras y un sistema de reserva del 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 en fase líquida agitado de forma homogénea en un reactor para producir ácido acético. El metanol se bombea en el reactor desde un tanque de suministro de metanol. El procedimiento es muy eficaz con una conversión de metanol a ácido acético habitualmente superior al 99 por ciento. La sección de reacción también incluye, en general, un recipiente para la vaporización instantánea acoplado al reactor que vaporiza de manera instantánea una corriente de arrastre a efectos de extraer el crudo de producto de la sección de reacción. El crudo de producto se alimenta a una sección de purificación que incluye, en general, una columna de fracciones ligeras o de arrastre, una columna de secado, una purificación auxiliar y, de manera opcional, una columna de acabado. En el procedimiento, se generan varias corrientes de purga no condensables que contienen fracciones ligeras, de manera destacada, yoduro de metilo, monóxido de carbono y acetato de metilo, y se alimentan a la sección de recuperación de fracciones ligeras. Estas corrientes de purga se extraen con un disolvente para extraer las fracciones ligeras que se devuelven al sistema o se descartan.

A pesar de los avances en la técnica, la desactivación del catalizador y las pérdidas en la purga, en especial las pérdidas de monóxido de carbono, siguen siendo ineficiencias persistentes en los sistemas de carbonilación de metanol. Por lo tanto, además, existe siempre la necesidad de reducir el capital y los gastos operativos asociados con la extracción con purga y la purificación de productos.

En una planta de carbonilación de metanol tradicional, se incluyen absorbentes a alta y baja presión, en la que se utiliza ácido acético como disolvente extractor. Del disolvente ácido acético posteriormente se deben arrastrar las fracciones ligeras, normalmente en otra columna de purificación, de manera que no se pierda el ácido. Dichas columnas son caras, dado que deben fabricarse de un material muy resistente a la corrosión, tal como aleaciones de zirconio, y así sucesivamente. Además, el arrastre de fracciones ligeras del ácido requiere vapor y contribuye a costes operativos. Se ha sugerido también el metanol para utilizar como disolvente extractor en relación con un procedimiento de carbonilación de metanol. En este aspecto, véase la patente de Estados Unidos No. 5.416.237 de Aubigne y otros, titulada "Process for the Production of Acetic Acid" (“Procedimiento para la producción de ácido acético”) . En la patente ‘237 se indica que los compuestos no condensables del vapor del cabezal superior del tanque de vaporización instantánea se pueden extraer a contracorriente con metanol enfriado. Se añade una corriente residual de disolvente extractor de metanol a metanol puro y, a continuación, se utiliza como alimento para el reactor. Véase la columna 9, líneas 30-42. La publicación de la solicitud de patente china No. 200410016120.7 da a conocer un método para recuperar fracciones ligeras en un gas de purga de la producción de ácido acético/anhídrido acético mediante la extracción con metanol y ácido acético. En la publicación industrial titulada "Process of 200ktpa Methanol Low Press Oxo Synthesis AA" (SWRDICI 2006) (China) (referida a continuación como SWRDICI) se observa otro sistema. En esta publicación de investigación, se muestra un sistema de tratamiento con un gas de purga que incluye un absorbente a alta presión, así como un absorbente a baja presión. Se describe que ambos absorbentes de este sistema operan utilizando metanol como fluido de extracción.

La patente europea No. EP 0 759 419 propone reducir las pérdidas de la purga mediante la inyección de metanol en la corriente de purga del reactor y la producción catalítica de más producto en un reactor secundario, que, de manera opcional, contiene un catalizador heterogéneo.

En general, se cree que la desactivación y pérdida de catalizador son debidas a medios agotados en monóxido de carbono o a baja presión en el sistema de carbonilación tal como se observa en el recipiente de vaporización instantánea. A medida que disminuyen los niveles de monóxido de carbono en la solución de catalizador, el rodio toma de manera creciente la forma de triyoduro de rodio, el cual precipita. En la técnica se han propuesto varias modificaciones para tratar este aspecto de los procedimientos convencionales, siendo quizás el más exitoso la utilización de yoduro de litio para aumentar la estabilidad del catalizador y las velocidades de reacción en condiciones de bajo contenido bajo en agua. A continuación, se describen otras modificaciones propuestas.

La patente de Estados Unidos No. 5.770.768 de Denis y otros da a conocer sistemas de carbonilación, en los que la solución del catalizador de reciclaje del recipiente de vaporización instantánea se trata con monóxido de carbono adicional antes de volver al reactor para incrementar la estabilidad del catalizador.

Se propone un reactor “conversor” de alta presión en la patente china No. ZL92108244.4, así como en SWRDICI (indicada anteriormente) . El reactor conversor mostrado en SWRDICI está acoplado a un extractor con purga a alta presión y se describe que permite que la reacción continúe en mayor grado antes de la vaporización instantánea.

Según la presente invención, se da a conocer un sistema de carbonilación mejorado con una reacción por etapas y una extracción previa a la vaporización instantánea de las fracciones ligeras para incrementar la productividad y las eficiencias operativas.

Características de la invención Según la presente invención, se da a conocer un procedimiento de fabricación de ácido acético que comprende: (a) hacer reaccionar de forma catalítica metanol o un derivado reactivo del mismo con monóxido de carbono en presencia de un catalizador metálico del grupo VIII homogéneo y un promotor de yoduro de metilo en un recipiente de reacción que contiene una mezcla de reacción líquida que incluye ácido acético, agua, acetato de metilo, yoduro de metilo y catalizador homogéneo, trabajando el recipiente de reacción a la presión del reactor; (b) extraer la mezcla de reacción del recipiente de reacción y alimentar la mezcla de reacción extraída junto con monóxido de carbono adicional a un recipiente previo al recipiente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de ácido acético, que comprende:

(a) hacer reaccionar de forma catalítica metanol o un derivado reactivo del mismo con monóxido de carbono en presencia de un catalizador metálico del grupo VIII homogéneo y un promotor de yoduro de metilo en un recipiente de reacción que contiene una mezcla de reacción líquida que incluye ácido acético, agua, acetato de metilo, yoduro de metilo y el catalizador homogéneo, trabajando el recipiente de reacción a la presión del reactor;

(b) extraer la mezcla de reacción del recipiente de reacción y alimentar la mezcla de reacción extraída junto con monóxido de carbono adicional a un recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor que trabaja a una presión reducida, como mínimo, 34, 47 kPa (5 psi) por debajo de la presión del recipiente de reacción;

(c) purgar las fracciones ligeras en el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea y consumir simultáneamente acetato de metilo en el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor para producir una mezcla previa a la vaporización instantánea que tiene una concentración incrementada de ácido acético y una concentración reducida de yoduro de metilo y acetato de metilo, en comparación con la mezcla de reacción;

(d) extraer la mezcla de reacción previa a la vaporización instantánea del recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor y alimentar la mezcla de reacción previa a la vaporización instantánea a un recipiente de vaporización instantánea;

(e) vaporizar de forma instantánea una corriente de crudo de ácido acético de la mezcla en un recipiente de vaporización instantánea que trabaja a una presión por debajo de la presión del recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor;

(f) reciclar un residuo posterior a la vaporización instantánea desde el recipiente de vaporización instantánea al recipiente de reacción; y

(g) purificar la corriente de crudo del producto.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor trabaja a una presión, como mínimo, 68, 95 kPa (10 psi) inferior a la presión del recipiente de reacción.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor trabaja a una presión, como mínimo, 137, 90 kPa (20 psi) inferior a la presión del recipiente de reacción.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor trabaja a una presión, como mínimo, 206, 84 kPa (30 psi) inferior a la presión del recipiente de reacción.

5. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 1, en el que el catalizador metálico del grupo VIII es un catalizador de rodio homogéneo y está presente en la mezcla de reacción a una concentración de aproximadamente 300 ppm a aproximadamente 5.000 ppm en peso de la mezcla de reacción.

6. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 5, en el que la cantidad de agua en la mezcla de reacción en recipiente de reacción se mantiene a un nivel del 0, 1% en peso al 10% en peso de la mezcla de reacción y la mezcla de reacción comprende además un establilizador/copromotor de sal de yoduro.

7. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 6, en el que la cantidad de agua en la mezcla de reacción en recipiente de reacción se mantiene a un nivel del 0, 5% en peso al 3% en peso de la mezcla de reacción y la mezcla de reacción comprende además un establilizador/copromotor de sal de yoduro.

8. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 6, en el que el establilizador/copromotor de sal de yoduro está presente en una cantidad que genera y mantiene una concentración de anión yoduro de aproximadamente el 2% en peso a aproximadamente el 20% en peso de la mezcla de reacción en el recipiente de reacción.

9. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 6, en el que el establilizador/copromotor de sal de yoduro se suministra a la mezcla de reacción en forma no iónica.

10. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 1, en el que el catalizador metálico del grupo VIII es un catalizador de iridio homogéneo.

11. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 10, en el que la cantidad de agua en la mezcla de reacción en el recipiente de reacción se mantiene a un nivel del 3% en peso al 8% en peso de la mezcla de reacción.

12. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 10, en el que la cantidad de yoduro de metilo en la

mezcla de reacción en el recipiente de reacción se mantiene a un nivel del 2% en peso al 8% en peso de la mezcla de reacción.

13. Procedimiento de carbonilación, según la reivindicación 10, en el que la cantidad de acetato de metilo en la mezcla de reacción se mantiene en el recipiente de reacción a un nivel del 10% en peso al 20% en peso de la mezcla de reacción.

14. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el monóxido de carbono se burbujea al recipiente previo al

recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor mediante una corriente de purga desde el reactor. 10

15. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que las fracciones ligeras del recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor se purga a un sistema de extracción a baja presión.

16. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el acetato de metilo en la mezcla de reacción se consume en

el recipiente previo al recipiente de vaporización instantánea/posterior al reactor hasta un nivel, como mínimo, 25% inferior a la concentración de acetato de metilo en la mezcla de reacción en el recipiente de reacción.