对乙酸及/或乙酸甲酯连续生产方法的改进技术

本发明专利技术涉及一种在水及一个催化性系统存在的情况下使用一氧化碳对甲醇或甲醇的一种可羰基化衍生物进行液相羰基化的连续制备方法，其中为改进乙酸及／或乙酸甲酸的生产，优选通过一个多变量预测控制器使反应器温度及所述反应器中甲醇或可羰基化衍生物的进料速度受控于一氧化碳进料速度和至少一个定义反应介质和／或排放气体的组成的参数。上述方法既适用于孟山都（Ｍｏｎｓａｎｔｏ）型的制备工艺也适用于低含水量型的制备工艺。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对乙酸及/或乙酸甲酯连续制备方法的一种改进。更具体而言，该改进旨在改进对乙酸及/或乙酸甲酯制备方法的监测及控制，以便改进乙酸及/或乙酸甲酯的生产。
技术介绍
在常用乙酸制造方法中，在工业中应用最广泛的一种方法是甲醇或(更一般而言)甲醇的一种可羰基化衍生物与一氧化碳的羰基化反应。该反应在一氧化碳压力下、并存在一种均相催化剂系统的条件下进行液相反应，其中一氧化碳为反应物之一。以铑为基础的羰基化方法为工业中所采用的一熟知方法，并且已经成为了许多文章及专利(例如美国专利第US 3,769,329号及US3,813,428号)的主题。欧洲专利第EP 618 183号和EP 618 184号及欧洲专利第EP 785919号和EP 759 022号均阐述了在一种铱基催化剂系统存在(该催化剂体系也可含有铑)的情况下对甲醇进行羰基化的一种方法。目前在工业中使用的一种基于铱及钌的羰基化方法阐述于欧洲专利第EP 643 034号中。改进该些甲醇羰基化方法的目的是提高催化剂的生产率并降低乙酸生产成本。所谓的“低含水量”方法实际上可显著增加乙酸产率，由此可限制所需的投资水平并降低运行成本，通过降低乙酸与反应混合物的各种成分(尤其是水)相分离所需的能量。通常，该些在存在一种均相催化剂系统的情况下、在液相中对甲醇进行羰基化反应的不同方法在包含三个独立区域的装置中进行，如M.J.HOWARD等人的文章Catalysis Today(今日催化)，18(1993)325-354中所述。反应区由在压力(5至200巴)及高温(150-250℃)下操作的搅拌式连续反应器组成。甲醇进料及若干循环物流从反应器底部供入反应器。一氧化碳被分散于该反应器中。然后，所生成的液体反应介质被送至称为蒸发区或闪蒸区的第二区域，在该区域中，液体在低于反应压力的某一压力下部分蒸发。此过程形成一种闪蒸现象或绝热膨胀，其中大多数轻组分(碘甲烷、乙酸甲酯及水)与所生成的酸共同蒸发。闪蒸区可使气体与液体分离；然后，蒸发的物流进入称为分离区的第三区域，而液体物流(基本上为含催化剂的乙酸)循环至第一区域。纯化区可包含一个或多个蒸馏塔；该纯化区可将乙酸及/或乙酸甲酯与其他组分分离，并将各物流循环至反应区中。另外，反应器顶部的一个气体卸放装置可允许监测一氧化碳分压的水平，并除去气态反应副产物及一氧化碳进料中所含的惰性气体。优化目前乙酸制备方法的结果是在现有设备中实现乙酸生产率最大化。为实现此目的，该反应需要在反应介质各种组分的浓度均保持在预定值的情况下进行，以便利用最合适的动力学条件。因而，监测该反应器及循环物流就成为关键因素。目前多种文章及专利已开始涉及该领域。D.Z.TOBIAS在关于先进过程控制的IEEE会议(IEEEConference on Advanced Process Control)，温哥华，1999年4月29-30日上发表的标题为“乙酸反应器的自适应过程控制”的论文中揭示了一种使用外部交换器进行独立于热量平衡之外的物料平衡，因为若无该交换器，则无法改变反应器的产率来维持反应器温度，即反应器的产率实际上受物料平衡的支配。所期望的目的是稳定反应器温度以增加单位设备的生产率；因此安装一种新的监测系统可将温度的标准偏差从3.6℃降低至0.8℃。在连续操作中，通常在反应器中总压力的控制下提供所需的一氧化碳。欧洲专利申请第EP 0 983 752号的目的是安装一监测系统，该监测系统的目的是将一氧化碳流速保持在低于最大计算值的水平，该计算最大值表示可接受的最大流速。欧洲专利申请第EP 0 999 198号的目的是通过循环来自酸纯化区的一种富含乙酸的物流来保持羰基化反应器中反应介质的组成，特别是水及乙酸甲酯的浓度。欧洲专利EP 0 846 674及法国专利FR 2 750 984阐述了通过在第一反应器(反应区)与闪蒸区(蒸发区)之间引入一个第二羰基化反应器(精处理效果)来优化CO消耗。美国专利US 5 352 415及US 5 374 774阐述了若干乙酸制造方法，其中反应器及闪蒸区的液位及反应介质中水的浓度受到监测。美国专利US 5 831 120提供了一种用于避免反应介质中的水积聚的技术方案，以在羰基化反应器中给出一个目标水浓度。上述各种文献阐明，在孟山都公司(MONSANTO)专利技术的传统方法中，反应热是通过反应器与闪蒸区之间的反应器输出的膨胀或者叫闪蒸抽取的。因此，为监测反应器温度，甲醇进入反应器的流速与闪蒸速度之间存在一固定关系。这导致反应器内的液位及中间工艺物流的变化性较小。引进低含水量的方法后，该系统变得不再适宜，其原因在于闪蒸速度显著增加，这是因为下列事实蒸发的水量减少，并且该减少的蒸发水量必须由更大量的蒸发潜热小于水的有机产物来代替。这导致了需要安装若干用于吸收部分该反应热的冷却交换器，但这反过来增加了反应器及闪蒸区中的液位以及液体流速的易变性。特别是，液体流速的这种较大变化可导致工艺中的缺陷，因为为减少进入纯化区的物流，可能要降低生产率。此外，该些波动引起反应器中水浓度的改变，并且由于在低含水量方法中反应动力学依赖于水的浓度，这又会增加系统不稳定的风险。专利申请第EP 1 002 785号的目的是通过调节甲醇与一氧化碳的比例使反应器中乙酸甲酯的浓度保持在一个预定值，该过程规定反应器中甲醇的进料速度。国际专利申请案WO 00/37405提供了用一种红外分析仪测量反应溶液中各种组分的浓度来对工艺进行监测的一种方法，并且作为对此检测结果的响应，至少调整催化剂物种、碘甲烷、乙酸甲酯及水的浓度，以优化乙酸的生产率。无论何种情况，监测乙酸反应器及特别维持水及乙酸甲酯浓度的问题已得到明确定义，但目前尚无人提出一种自动实现该些目的的手段。此外，目前尚无文献涉及由进入反应器中的一氧化碳物流的或大或小的波动引起的问题，或者寻求克服由其造成的乙酸生产率的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的正是要通过提供一种监测方法来克服该些缺点，该监测方法可自动操作，以维持特别是水及/或乙酸甲酯的浓度，这样就可以在CO进料速率发生波动时使乙酸的生产率最大化，具体如下文所述。首先，需要指出主要的甲醇羰基化反应具有下列反应式 主要的副反应为●水媒气反应，也称为WGSR(水媒气变换反应) 该反应消耗一氧化碳，同时生成氢气及二氧化碳。重要的是，评价该副反应与主要反应之间的定量关系。当使用一种独立于生产率水平的判别标准来进行讨论时，人们会论及氢气或CO2选择性，该选择性表示为参与该副反应的一氧化碳的摩尔数与同时参与主要反应和副反应的全部一氧化碳的摩尔数的比例。●丙酸形成反应具有下列总反应式 由此，氢气及一氧化碳被消耗。在此需指出的是，上述水媒气反应生成的部分氢气被反应消耗后生成丙酸副产物。因此，当分析反应器出口处的气流时，氢气选择性及CO2选择性不再相等。CO2选择性更能代表水媒气反应，但是，由于与气体分析相关的实际原因，并不排除使用氢气选择性来控制工业装置。●用于生成乙酸甲酯的乙酸及甲醇酯化反应如果该反应中形成的乙酸甲酯的浓度在反应器中不受控制地增加的话，则其可干扰在第一提纯塔顶部冷凝的液体物流的分离。视乙酸反应器上游的一氧化碳产生过程而定，一氧化碳可能并非完全恒定。在一氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在水及一个均相催化剂系统的情况下通过甲醇或甲醇的一种可羰基化衍生物与一氧化碳之间的液相羰基化来连续制备乙酸及／或乙酸甲酯的方法，该制备方法在一个包含下列设备的工业装置中进行：.称为反应区的区域Ⅰ，它包含一个反应器，在此反应器中， 所述甲醇羰基化反应在１５０至２５０℃的反应温度、５．１０↑［５］至２００．１０↑［５］Ｐａ的压力下在液相中进行，且排出所述反应器中反应介质液位以上部分气幕；.称为蒸发区或闪蒸区的区域Ⅱ，在所述区中，源自区域Ⅰ反应介质的液体在一个低于 区域Ⅰ压力的压力下部分蒸发，所述部分蒸发产生的液体馏分被循环至反应器；及.称为纯化区的区域Ⅲ，在所述区中，来自所述闪蒸区域Ⅱ的蒸发成分在一个或多个蒸馏塔上进行蒸馏，乙酸及／或乙酸甲酯在蒸馏塔出口处被回收，所述蒸发成分的其他组成被至少 部分地循环至所述反应器中，其中，为改进对乙酸及／或乙酸甲酯生产的监测，使反应器温度及甲醇或可羰基化衍生物在所述反应器中的进料速度受控于一氧化碳进料速度及至少一个定义反应介质及／或排放气体组成的参数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：D蒂埃博，
申请(专利权)人：亚瑟塔克斯化学公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]