乙酸的生产过程制造技术

在低水高酸条件下，催化剂存下情况下，通过甲醇羟基化生产乙酸的方法中，通过形成一种液态混合物(D)提高了倾析器中的相分离。基于液态混合物的重量，该混合物含水至多为液态混合物总重量的20％，并且乙酸与水的重量比至少为1∶1。通过添加烷烃成份分离该液态混合物，基于D的重量，D的烷烃含量为总重量的0.1％-15％，从而得到一种轻质的水相物以及一种重质的有机相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的相互参照本申请要求美国非临时申请13/713,930号专利的优先权。这份申请是2012年12月13号提交的，它要求2011年12月21号提交的美国临时专利申请61/578,709号专利的优先权。这两份申请在此合为一体，被全文参考。
本公开涉及一种经改进的乙酸生产过程。该生产过程通过催化剂将甲醇羰基化。特别的是，该公开涉及到在上层流包含大量的乙酸和少量的水的情况下，提高凝结的轻馏分的上层流的相分离过程。进一步，该公开涉及了一种加快包含乙酸、碘甲烷和少量的水的混合物的相分离方法。
技术介绍
通过催化剂将甲醇羰基化生产乙酸，在工业中非常重要。因为乙酸的应用范围非常广泛。生产乙酸的化学反应可由以下方程表示：CH3OH+CO→CH3COOH。然而，潜在的化学过程非常复杂，涉及众多相互关联的反应、副产品和平衡。因此，为使制造过程可行，必须平衡这些反应、相关的副产品，以及产品的净化。1970年之前，使用钴催化剂生产乙酸。碘化羰基铑催化剂是由孟山都公司在1970年开发的。铑催化剂比钴催化剂更活跃，可以降低反应压力和温度。最重要的是，铑催化剂让乙酸生产具有更高选择度。与最初孟山都反应过程相关的一个问题是，在反应器里，需要大量的水(大约为反应混合物的重量的14％)通过水气转换反应生产氢。这个水气反应方程为在还原活性Rh(I)催化剂反应中，水和氢是必需的，用来与沉淀的Rh(III)和不活泼的[Rh4(CO)2]发生反应。然而，大量的水会增加碘化氢的形成，从而增加不良副产物的形成，如长链烷基碘化物，很难与乙酸产品分离。而且，更有甚者，把大量的水从乙酸产品里去除，使得生产过程成本更高。在1970年代，塞拉尼斯通过引入碘化锂到反应混合物中改进了羰基化反应过程。碘化锂通过最小化副反应提高了催化剂的稳定性，这些副反应会产生不活跃的Rh(III)化合物。结果，必要的用于稳定催化剂的水量可以降低。此外，发现碘化锂可以减少水的蒸发趋势。参考比如欧洲506240号出版物。因此，这个过程对水和乙酸的分离具有优势。除此以外，已经发现，即使在反应媒介里，非常低的水浓度，即重量的4％或更少的水量(尽管在一般工业实践中维持重量的14-15％的水)，催化剂的稳定性和羰基化反应器的生产力也可以维持在相当高水平。条件是：必须维持反应物里能产生有效催化作用量的铑，还至少需维持一定浓度的水、乙酸甲酯和碘甲烷、超过碘甲烷或别的有机碘中含碘量的特定浓度的碘离子。通过使用相对高浓度的乙酸甲酯和碘化盐，即使液态反应介质的含水量低至0.1wt.％。也可以取得相当高的催化剂稳定性和反应器生产力，参考如美国专利号5001259，美国专利号5026908和美国专利号5144068。然而，尽管生产乙酸的低水羰基化反应过程减少了二氧化碳、氢气和丙酸的副产物，其他杂质的数量(往往微量存在)却在增加。乙酸的质量有时也会因企图通过改进催化剂或修改反应条件来增加产量而受到影响。通常，生产乙酸的工厂可以方便地分为三个功能区，即反应区、轻馏分回收区和净化区。一般来说，反应区包括一个反应器或反应带，以及一个闪蒸罐或闪蒸区。轻馏分回收区包含一个轻馏分蒸馏塔或裂化区(业界也指分裂器或分裂塔)和相分离容器，如倾析器。轻馏分蒸馏塔也可以是净化区的一部分，进一步包括干燥塔并可选择地包括一个重馏分蒸馏塔。参考如美国专利号6552221。轻馏分回收区尤其用来分离没用的副产品，比如：烷烃、羰基杂质和烷基碘化杂质。轻馏分蒸馏塔塔顶端的回收物被压缩，经倾析器相分离得到一种轻质的水相物，主要包含乙酸、水和重质的有机相，此重质有机相主要包含碘甲烷、乙酸甲酯和烷烃杂质。在被回收到比如轻馏分蒸馏塔之前，以这种方式获得的水相可以经处理移除乙醛和其他羰基杂质。参考如美国专利号5599970，美国专利号5625095，美国专利号5732660，美国专利号5783731，美国专利号6143930，欧洲出版号0487487。有机相可以进一步净化去除如烷烃等杂质，并且至少部分经净化的甲基碘重返回这个过程。可以参看美国专利号4102922，美国专利号5371286，美国专利号5723660，美国专利号7812191。倾析器的正确操作是整个乙酸生产的过程的关键部分。为了确保进入反应区的碘甲烷催化剂的充分回收，以及维持反应器的反应速率，相分离时间必须比倾析器里等待相分离的化合物的停留时间短。如果倾析器里面的相分离不充分，从倾析器里还原的甲基碘相将会被稀释。稀释了的碘甲烷再循环会导致反应器不稳定。这种不稳定可由以下几方面表现出来：(1)反应器里水平衡的打乱；(2)能源消耗增加；(3)反应速率下降；和(或)，(4)增加催化剂消耗。此外，甲基碘化阶段的稀释改变了其密度，干扰了下游泵及其它串联设备的运行。然而，随着反应混合物中水的浓度降低(也称为“低水-高酸”或“低水”条件)和乙酸甲酯浓度增加，轻馏分蒸馏塔的气相负荷增加，导致了进入倾析器中的乙酸残留高。乙酸在碘甲烷和水相物里的溶解引起相分离的恶化，最终导致倾析器里只有一个液相。当这种情况发生时，从倾析器返回到轻馏分蒸馏塔的水流包括大量的碘甲烷以及杂质。这些额外的碘甲烷和杂质的存在进一步干扰蒸馏塔清洁分离轻馏分物质(比如乙酸甲酯)和乙酸产品杂质的能力。另外，上层浓缩轻馏分不能够在低水高酸的条件下分离成倾析器里的两相，将会干扰生产过程中无用副产品的去除。在该领域人所共知，在低水过程的条件下，倾析器里面高速而又充分的相分离一直存在问题。有关正确相分离倾析器里面浓缩上层流体的尝试也一直在进行。比如，美国专利号5723660建议减少乙酸甲酯，极大地降低上层轻馏分进入倾析器前的冷却温度，或者分批给水到轻馏分蒸馏塔，以保证乙酸甲酯的重量浓度保持在40％以下。然而，这些措施增加了反应的步骤，从而增加了成本。再者，给水到轻馏分蒸馏塔以保证乙酸甲酯的重量浓度保持在40％以下，这很有可能在每次加水时极大地改变整个过程的水平衡。提高倾析器里相分离的一个替代方法建议在过程中适量增加二甲醚，从而提高倾析器里浓缩上层流体的分离，例如，美国专利号7208624。然而，由于二甲醚的沸点很低(大约24℃)，难操控，使用二甲醚会引起控制难题，特别是在稳态条件下。因此，有必要进一步改善低水高酸条件下乙酸的生产。尤其有必要改善和稳定倾析器中的相分离，以保证能将杂质持续稳定地清除。
技术实现思路
总的来说，本公开提供了一个生产乙酸的过程。在一个实施方法中，生产乙酸的过程包括以下步骤：(1)原料在反应区反应形成包含乙酸的反应混合物；(2)将包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产乙酸的方法，所述方法包含以下步骤：(a)在反应区中，在催化剂存在下，对甲醇进行羟基化反应，得到一种包含乙酸、乙酸甲酯、碘甲烷、催化剂和水的反应混合物；(b)在闪蒸区中分离至少一部分反应混合物，得到(i)包含催化剂的液态流，和(ii)包含乙酸、乙酸甲酯、碘甲烷和水的蒸汽流；(c)在分馏区分离蒸汽流得到(i)包含乙酸和水的产品流，和(ii)包含乙酸、乙酸甲酯、碘甲烷和水的上层流；(d)冷凝上层流，得到一种液态混合物，它含水至多为重量的20％，并且乙酸与水的重量比至少为1∶1；和(e)分离该液态混合物，得到(i)包含乙酸和水的水相物；和(ii)包含碘甲烷、乙酸甲酯和烷烃成份的有机相，其中烷烃含量范围为液态混合物重量的0.1％‑15％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.21 US 61/578709;2012.12.13 US 13/7139301.一种生产乙酸的方法，所述方法包含以下步骤：
(a)在反应区中，在催化剂存在下，对甲醇进行羟基化反应，得到一种包含乙酸、乙酸甲酯、
碘甲烷、催化剂和水的反应混合物；
(b)在闪蒸区中分离至少一部分反应混合物，得到(i)包含催化剂的液态流，和(ii)包含乙酸、
乙酸甲酯、碘甲烷和水的蒸汽流；
(c)在分馏区分离蒸汽流得到(i)包含乙酸和水的产品流，和(ii)包含乙酸、乙酸甲酯、碘甲
烷和水的上层流；
(d)冷凝上层流，得到一种液态混合物，它含水至多为重量的20％，并且乙酸与水的重量比至
少为1∶1；和
(e)分离该液态混合物，得到(i)包含乙酸和水的水相物；和(ii)包含碘甲烷、乙酸甲酯和烷
烃成份的有机相，其中烷烃含量范围为液态混合物重量的0.1％-15％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中分离液态混合物的步骤之后进行分离水相物和有机相的
步骤，从而生产出水相流和有机流，任选地循环至少一部分有机流，提供液态混合物的烷烃含量。
3.根据权利要求2所述的方法，其包含以下步骤：
分离至少一部分有机流，得到：
(i)包含碘甲烷和至少一部分烷烃的上层产品；和
(ii)包含乙酸、碘甲烷、水和任选额外部分的烷烃的底层产物，
将上层产品循环至反应区，通过调整有机流的数量和有机流的分离，基于冷凝的上层流的重量，
维持上层流中烷烃的含量范围在冷凝的上层流重量的0.1％-15％。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述形成液态混合物的步骤还包含添加一种成份，任选
与内源水结合到冷凝的上层流里，其中成份选自：
(i)一种或多种外源性的或内源性的烷烃
(ii)碘甲烷
(iii)乙酸，或
(iv)它的混合物，和
其中液态混合物包含至多总重20％的水，并且乙酸与水的重量比至少为1∶1。

【专利技术属性】
技术研发人员：N·C·哈利南，J·D·赫恩，M·S·帕特尔，M·E·菲茨帕特里克，
申请(专利权)人：利安德巴塞尔乙酰基有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US