BR112013014814B1 - processo para produzir ácido acético - Google Patents

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Abstract

processo para produzir ácido acético ácido acético é produzido, inibindo ao mesmo tempo com eficiência a condensação de iodeto de hidrogênio numa coluna de destilação (segunda coluna de destilação) para purificar ácido acético em bruto por destilação adicional. um processo para produzir ácido acético compreende uma etapa de coleta de ácido acético para alimentar uma primeira coluna de destilação com um componente volátil, contendo pelo menos ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água, e iodeto de hidrogênio, separar um primeiro componente de menor ponto de ebulição como um sobrenadante, e coletar uma primeira corrente de líquido contendo principalmente ácido acético, e uma etapa de purificação de ácido acético para alimentar uma segunda coluna de destilação com a primeira corrente de líquido, separar um segundo componente de menor ponto de ebulição como um sobrenadante, e coletar uma segunda corrente de líquido contendo ácido acético, em que um componente alcalino é adicionado ou misturado com a primeira corrente de líquido nos modos (1) e/ou (2), para destilar um objeto líquido a ser tratado contendo a primeira corrente de líquido e o componente alcalino na segunda coluna de destilação: (1) o componente alcalino é adicionado ou misturado com a primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação, (2) na segunda coluna de destilação, o componente alcalino é adicionado ou misturado no mesmo nível de altura ou a um nível de altura superior a um nível de altura, em que a primeira corrente de líquido é alimentada.

Description

PROCESSO PARA PRODUZIR ÁCIDO ACÉTICO
Área Técnica [0001] A presente invenção refere-se a um processo para produzir ácido acético, inibindo, ao mesmo tempo, eficientemente o aumento da concentração de iodeto de hidrogênio (ou condensação de iodeto de hidrogênio), em uma coluna de destilação (segunda coluna de destilação), para purificar ácido acético em bruto por destilação adicional.
Técnica Anterior [0002] Vários processos industriais de produção de ácido acético são conhecidos. Entre outros, um processo industrialmente excelente inclui um processo, que compreende permitir continuamente que metanol reaja com monóxido de carbono, com o uso de um catalisador de metal (tal como um catalisador de ródio), um iodeto iônico (por exemplo, iodeto de lítio), e iodeto de metila na presença de água, para fornecer ácido acético. Além disso, recentemente, uma melhoria nas condições de reação e catalisadores foi investigada, e um processo industrial para produzir ácido acético com uma produção altamente eficiente foi desenvolvido, através da adição de um estabilizador de catalisador (tal como um sal de iodeto) e da reação sob uma condição de baixo teor de água comparada com o sistema convencional.
[0003]
Exemplos do processo de produção de ácido acético incluem um processo para produzir ácido acético, purificado, que compreende permitir reagir metanol com monóxido de carbono, submeter a mistura de reação resultante contendo ácido acético à destilação (destilação instantânea) em um evaporador instantâneo, submeter um componente vaporizado pela destilação
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2/81 a uma primeira coluna de destilação, para separar um corrente de líquido contendo ácido acético, como um componente principal e água, e outros, submeter a corrente contendo ácido acético a uma segunda coluna de destilação, para remover água e outros, e separar uma corrente de ácido acético, como uma corrente de líquido. Nesse processo, a condensação de iodeto de hidrogênio, na primeira coluna de destilação ou na segunda coluna de destilação, pode precipitar a corrosão da coluna de destilação. Uma vez que é preferível que o aumento da concentração de iodeto de hidrogênio na coluna de destilação seja inibido, a diminuição na concentração de iodeto de hidrogênio na coluna de destilação está sendo tentada.
[0004] Por exemplo, o Pedido de Patente Japonesa Publicado N°. 2006-160645 (JP-2006-160645A, Documento de Patente 1) descreve um processo para destilar uma mistura contendo iodeto de hidrogênio e água, que compreende destilar a mistura com um teor de água não superior a 5% em peso, em um sistema de destilação, para evitar a condensação de iodeto de hidrogênio no sistema de destilação. No que diz respeito a uma mistura aplicando o processo, o documento revela que o processo pode ser aplicado a um componente leve, que é separado da mistura de reação por uma primeira destilação (destilação por um evaporador instantâneo ou semelhante), e é rico em um componente com baixo ponto de ebulição (por exemplo, água, um álcool, um iodeto de alquila, um ácido carboxílico ou um anidrido de ácido desse, um éster carboxílico, e iodeto de hidrogênio). No processo descrito no documento, no entanto, a concentração de iodeto de hidrogênio é reduzida, através do ajuste da concentração de água com base na teoria do equilíbrio, e existem limitações para a diminuição da
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3/81 concentração de iodeto de hidrogênio. Assim, é difícil diminuir a concentração de iodeto de hidrogênio a um nível elevado. Além disso, uma vez que o processo descrito nesse documento é aplicado a um componente leve obtido por meio de uma destilação instantânea, a condensação de iodeto de hidrogênio em uma coluna de destilação, para purificar ainda mais o ácido acético separado do componente leve, não pode ser inibida.
[0005] Além disso, o Pedido de Patente Japonesa Publicado N°. 2009-501129 (JP-2009-501129A, Documento de Patente 2) descreve um processo para produzir ácido acético purificado, que compreende alimentar uma corrente de ácido acético contendo ácido acético, um halogeneto de hidrogênio, um componente de menor ponto de ebulição e um componente de maior ponto de ebulição, a uma primeira coluna de destilação, separar uma parte contendo a corrente de menor ponto de ebulição do componente de menor ponto de ebulição, e uma parte contendo a corrente de maior ponto de ebulição do componente de maior ponto de ebulição, na primeira coluna de destilação, extrair uma corrente lateral contendo, pelo menos, ácido acético por corte lateral, alimentar a corrente lateral a uma segunda coluna de destilação, separar uma parte contendo a corrente de menor ponto de ebulição do componente de menor ponto de ebulição, e uma parte contendo a corrente de maior ponto de ebulição do componente de maior ponto de ebulição, na segunda coluna de destilação, e extrair uma corrente lateral contendo ácido acético por corte lateral para coletar (ou recuperar) ácido acético; que ainda compreende alimentar (i) a primeira coluna de destilação com água, ou água e, pelo menos, um primeiro componente (A) selecionado dentre o grupo constituído por um álcool correspondente ao ácido carboxílico e tendo n
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4/81 átomo(s) de carbono, e um éster do álcool com o ácido carboxílico, ou (ii) a primeira coluna de destilação com o primeiro componente (A) com um nível de altura (posição) menor do que uma abertura de corrente lateral para conduzir corte lateral da corrente lateral contendo o ácido carboxílico com n+1 átomos de carbono.
[0006] Esse documento revela que pelo menos um segundo componente (B), selecionado dentre o grupo constituído por (b1) metanol, (b-2) acetato de metila, (b-3) um hidróxido de metal alcalino (por exemplo, hidróxido de potássio), (b-4), um acetato de metal alcalino (por exemplo, acetato de potássio), e (b-5) um ácido hipofosforoso, pode ser geralmente alimentado na segunda coluna de destilação, a partir de pelo menos uma posição superior ou inferior do que uma abertura lateral por corte lateral (abertura de corrente lateral), para conduzir corte lateral da corrente de ácido acético, a fim de reduzir a concentração de iodeto de hidrogênio contido na corrente de ácido acético extraída por corte lateral, e evitar a condensação de iodeto de hidrogênio na coluna de destilação. Nos Exemplos desse documento, hidróxido de potássio é alimentado na segunda coluna de destilação, a um nível de altura (ou placa) menor do que a abertura de corrente lateral, ou a um nível de altura (ou placa), que é superior do que a abertura de corrente lateral e inferior do que uma abertura de alimentação para alimentar a corrente de ácido acético à segunda coluna de destilação.
[0007] O processo descrito no documento realiza, em certa medida, a condensação do iodeto de hidrogênio na segunda coluna de destilação. No entanto, iodeto de hidrogênio está contido na corrente de ácido acético, a ser alimentada na segunda coluna
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5/81 de destilação, e é movido em conjunto com água para uma parte superior (ou de topo) da segunda coluna de destilação, por destilação, enquanto que hidróxido de potássio, ou semelhante, é deslocado para baixo. Portanto, quando hidróxido de potássio é alimentado na segunda coluna de destilação, a um nível de altura mais baixo do que uma abertura para alimentar a corrente de ácido acético na segunda coluna de destilação, tal como descrito no documento, é difícil inibir eficientemente a condensação de iodeto de hidrogênio na parte superior (ou de topo) da segunda coluna de destilação. Além disso, no processo descrito no documento, embora o segundo componente (B) seja alimentado, de modo a diminuir iodeto de hidrogênio contido na corrente lateral por corte lateral alimentado a partir da primeira coluna de destilação, num sistema real, não só iodeto de hidrogênio contido na corrente lateral por corte lateral, mas também iodeto de hidrogênio recentemente produzido por uma reação de iodeto de metila em água, e outras reações na parte superior da segunda coluna de destilação, existem na segunda coluna de destilação. A condensação de iodeto de hidrogênio existente na parte superior da coluna de destilação não pode ser inibida de forma eficiente, utilizando hidróxido de potássio ou semelhante. De acordo com o processo descrito no documento, mesmo se a qualidade do ácido acético puder ser melhorada, através da redução da concentração de iodeto de hidrogênio (HI) contida na corrente lateral por corte lateral, é difícil reduzir a concentração de iodeto de hidrogênio a um nível elevado em toda a segunda coluna de destilação. Além disso, a concentração de iodeto de hidrogênio em toda a segunda coluna de destilação pode ser reduzida, pela alimentação de um hidróxido de metal alcalino (por exemplo, hidróxido de
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6/81 potássio) a um nível de altura menor do que a abertura de alimentação da segunda coluna de destilação, e alimentação de um álcool (por exemplo, metanol) ao mesmo tempo (ou na mesma posição) que o hidróxido de metal alcalino, ou numa posição mais baixa do que a posição de alimentação do hidróxido de metal alcalino. Neste caso, no entanto, é necessária uma coluna de destilação com uma coluna de grande diâmetro, e o processo é ineficiente.
[0008] Aliás, o Pedido de Patente Japonesa Publicado N°. 4861414 (JP-48-61414A, Documento de Patente 3) descreve um método para extrair (ou separar) iodo de ácido acético, o qual compreende introduzir uma corrente de ácido acético, contendo iodo como uma impureza, numa parte do meio de ambas as extremidades de uma primeira coluna de destilação, introduzir um metal alcalino ou um composto de metal alcalino-terroso (um óxido, um hidróxido, um carbonato, um bicarbonato ou um sal de ácido orgânico fraco de um metal alcalino ou metal alcalinoterroso) na parte do meio das duas extremidades da primeira coluna de destilação, extrair uma corrente de produto sobrenadante da primeira coluna de destilação, introduzir a corrente de produto numa parte do meio de ambas as extremidades de uma segunda coluna de destilação, e extrair uma corrente de ácido acético substancialmente isenta de iodo a partir de uma parte inferior da segunda coluna de destilação, e extrair uma fração de sobrenadante contendo iodo da segunda coluna de destilação.
[0009] De acordo com o método descrito no documento, o metal alcalino, ou composto de metal alcalino-terroso, é alimentado à corrente de produto a partir da primeira coluna de destilação, ou da segunda coluna de destilação. No entanto, as correntes de
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7/81 produto são sobrenadantes nas primeira e segunda colunas de destilação, e esse método é bastante diferente, no processo de produção de ácido acético, do processo acima mencionado para separar a corrente de ácido acético como um componente líquido. Por exemplo, o método descrito no documento pretende diminuir iodeto de hidrogênio contido numa corrente de produto purificado, e o método é bastante diferente no líquido a ser tratado, do processo acima mencionado.
Sumário da Invenção
Problemas a serem resolvidos pela invenção [00010] É, portanto, um objeto da presente invenção proporcionar um processo para produzir ácido acético, inibindo (ou prevenindo), ao mesmo tempo eficazmente, o aumento da concentração de iodeto de hidrogênio (ou condensação de iodeto de hidrogênio), em uma coluna de destilação (segunda coluna de destilação), para purificar ácido acético em bruto, a partir de qual um componente com menor ponto de ebulição foi removido por destilação, por destilação adicional.
[00011] Outro objeto da presente invenção proporciona um processo para produzir ácido acético, o processo prevenindo a corrosão de uma segunda coluna de destilação.
Meios para resolver os problemas [00012] Os inventores da presente invenção realizaram estudos intensivos para atingir os objetos acima e, finalmente, descobriram que, num processo para produzir ácido acético, o qual compreende separar um componente com ponto de ebulição mais baixo, de um componente volátil contendo pelo menos ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, e iodeto de hidrogênio, por destilação, alimentar uma segunda coluna de
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8/81 destilação (coluna de desidratação) com o ácido acético em bruto resultante, e separar água e outros elementos, para se obter ácido acético purificado, a condensação de iodeto de hidrogênio em toda a segunda coluna de destilação pode ser inibida (ou impedida) a um nível elevado, por adição de um componente alcalino ao ácido acético em bruto numa forma de realização específica, e submeter a mistura à destilação; e que a inibição da condensação pode inibir a corrosão de toda a segunda coluna de destilação. A presente invenção foi realizada com base nas conclusões acima.
[00013] Ou seja, o processo da presente invenção inclui um processo para produzir ácido acético, que compreende uma etapa de coleta de ácido acético para alimentar uma primeira coluna de destilação com um componente volátil, contendo pelo menos ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água e iodeto de hidrogênio, separar um primeiro componente de menor ponto de ebulição como um sobrenadante (componente volátil ou componente vaporizado), e coletar uma primeira corrente de líquido (corrente líquida de ácido acético em bruto, primeiro componente líquido), contendo principalmente ácido acético, e uma etapa de purificação de ácido acético para alimentar uma segunda coluna de destilação com a primeira corrente de líquido, separar adicionalmente um segundo componente de menor ponto de ebulição como um sobrenadante, e coletar uma segunda corrente de líquido (corrente líquida de ácido acético purificado, o segundo componente líquido) contendo ácido acético; em que um componente alcalino é adicionado ou misturado nos seguintes modos (1) e/ou (2) para destilar um objeto líquido a ser tratado (ou um objeto líquido) contendo a primeira corrente de líquido e o componente alcalino na segunda
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9/81 coluna de destilação (ou da primeira corrente de líquido ser submetida à destilação na presença do componente alcalino):
(1) o componente alcalino é adicionado ou misturado com a primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação, (2) na segunda coluna de destilação, o componente alcalino é adicionado ou misturado no mesmo nível da altura (ou posição) que um nível de altura (ou posição), no qual a primeira corrente de líquido é alimentada, ou a um nível de altura (ou posição) superior ao nível de altura (ou posição), no qual a primeira corrente de líquido é alimentada.
[00014] Aliás, no modo (2), a posição de alimentação do primeiro componente líquido está geralmente situada numa posição superior a uma posição, na qual o segundo componente líquido é recolhido (extraído como uma fração de fundo ou como fração lateral por corte lateral) da segunda coluna de destilação.
[00015] Para tal modo, provavelmente devido ao fato de iodeto de hidrogênio, no primeiro componente líquido, ser facilmente permitido contatar ou reagir com o componente alcalino (neutralização) na segunda coluna de destilação, antes do componente alcalino ser movido para a parte inferior da segunda coluna de destilação, a condensação de iodeto de hidrogênio em toda a segunda coluna de destilação pode ser eficientemente inibida.
[00016] De acordo com o processo do presente invento, o primeiro componente de menor ponto de ebulição é separado pela primeira coluna de destilação. Por exemplo, no primeiro componente líquido, a concentração de iodeto de metila pode ser de cerca de 10 ppm a 8% em peso, [por exemplo, menos de 4% em
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10/81 peso (por exemplo, de cerca de 10 ppm a 3,5% por peso)], a concentração de acetato de metila pode ser de cerca de 0,1 a 8% em peso, a concentração de água pode ser de cerca de 0,2 a 20% em peso (em particular, não superior a 3% em peso), e a concentração de iodeto de hidrogênio pode ser não superior a 1000 ppm baseado em peso (por exemplo, não superior a 100 ppm, de preferência, de cerca de 1 a 30 ppm). Além disso, a quantidade a ser adicionada do componente alcalino pode ser, por exemplo, de cerca de 1 a 2000 equivalentes molares em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido, e o componente alcalino pode ser adicionado, a fim de que a concentração do componente alcalino no objeto líquido possa ser não superior a 100.000 ppm baseado em peso.
[00017] No modo (1), a temperatura de contato da primeira corrente de líquido (ou componente) e do componente alcalino pode ser de cerca de 100 a 170°C, e o tempo, a partir de quando a primeira corrente de líquido (ou componente) e o componente alcalino são misturados, até quando a mistura é alimentada na segunda coluna de destilação, pode ser não superior a 5 minutos.
[00018] De acordo com a presente invenção, uma vez que o componente alcalino é adicionado de uma forma específica, o componente alcalino pode ser utilizado para neutralização de iodeto de hidrogênio, certamente, de modo que a quantidade a ser adicionada do componente alcalino possa ser reduzida.
Portanto, a condensação ou acumulação de uma quantidade excessiva do componente alcalino na segunda coluna de destilação (por exemplo, uma parte inferior da coluna de destilação) pode ser eficientemente inibida. Por exemplo, no processo, a quantidade a ser adicionada do componente alcalino
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11/81 pode ser não superior a 85 equivalentes molares (por exemplo, não superior a 80 equivalentes molares) em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido, e o componente alcalino pode ser adicionado, a fim de que a concentração do componente alcalino no objeto líquido possa ser não superior a 1000 ppm (por exemplo, não superior a 800 ppm), baseado em peso.
[00019] De acordo com a presente invenção, uma segunda destilação pode ser realizada na presença do componente alcalino adicionado e pelo menos um componente (A) possuindo um menor ponto de ebulição ao ponto de ebulição do ácido acético e sendo selecionado dentre o grupo consistindo de um álcool, um éter, e um éster de etila. Uma vez que o componente (A) tende a existir numa parte superior da coluna de destilação, a tendência e a neutralização com o componente alcalino são combinadas, para inibir eficientemente a produção de iodeto de hidrogênio, devido a uma reação de iodeto de metila com água na parte superior da segunda coluna de destilação. Desta maneira, por exemplo, o objeto líquido, no qual o componente (A) existe a uma concentração não inferior a 0,2% em peso (por exemplo, não inferior a 1% em peso), pode ser destilado na segunda coluna de destilação.
[00020] De forma representativa, o componente (A) pode ser um componente contendo pelo menos um membro selecionado dentre o grupo constituído por metanol, éter dimetílico, e acetato de metila.
[00021] O componente (A) pode estar contido na primeira corrente de líquido (por exemplo, quando acetato de metila estiver contido numa concentração suficiente, na primeira corrente de líquido), ou pode ser recentemente (ou
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12/81 separadamente) adicionado. Isto é, pode ser permitido que o componente (A) exista no objeto líquido, através da adição do componente (A) à primeira corrente de líquido. De forma representativa, o componente (A) pode ser permitido existir no objeto líquido, através de (i) a adição do componente (A) à primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação e/ou (ii), na segunda coluna de destilação, a adição do componente (A) à primeira corrente de líquido, ao mesmo nível da altura (ou posição) que um nível de altura (ou posição), no qual a primeira corrente de líquido é alimentada (por exemplo, uma placa a ser alimentada ou fornecida), ou a um nível de altura (ou posição) superior ao nível de altura, em que a primeira corrente de líquido é alimentada [por exemplo, uma placa superior do que (por exemplo, a primeira placa de cima) uma placa, em que a primeira corrente de líquido é alimentada].
[00022] No processo da presente invenção, o material da (ou para formar a) segunda coluna de destilação pode compreender uma liga (por exemplo, uma liga à base de níquel). A presente invenção consegue a inibição da corrosão, e até mesmo uma segunda coluna de destilação feita de tal material relativamente corrosivo pode ser de preferência utilizada.
[00023] O processo da presente invenção ainda compreende geralmente uma etapa de reação, para permitir que metanol reaja continuamente com monóxido de carbono na presença de um sistema catalisador, compreendendo um catalisador de metal, um iodeto iônico (por exemplo, um iodeto de metal alcalino, tal como iodeto de lítio), e iodeto de metila num reator de carbonilação, e uma etapa de destilação instantânea para alimentação contínua de um vaporizador (evaporador instantâneo)
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13/81 com uma mistura de reação do reator, e evaporação de um componente volátil contendo pelo menos o produto ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água e iodeto de hidrogênio por destilação instantânea, e o componente volátil obtido através dessas etapas é alimentado à primeira coluna de destilação.
[00024] Para o processo compreender a etapa de destilação instantânea, na etapa de destilação instantânea, a mistura de reação pode ser separada no componente volátil e uma mistura de catalisador líquido contendo pelo menos o catalisador de metal e o iodeto iônico, a destilação instantânea pode ser conduzida, sob a condição de que a concentração de acetato de metila não seja inferior a
0, 6% em peso. Provavelmente por causa da destilação instantânea sob a condição poder inibir um aumento na concentração de iodeto de hidrogênio no evaporador instantâneo e, adicionalmente, poder aumentar com eficiência a concentração de acetato de metila na segunda coluna de destilação, aumento da concentração de iodeto de hidrogênio na segunda coluna de destilação pode ser ainda eficientemente inibido.
[00025] A concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser não inferior a
1% em peso (em particular, não inferior a 1,5% em peso).
Além disso, concentração de água na mistura de catalisador líquido pode ser não superior a 15% em peso. A concentração do catalisador de metal na mistura de catalisador líquido pode ser não inferior a
300 ppm, baseado em peso. Além disso, a concentração de ácido acético na mistura de catalisador líquido a 40% em peso.
[00026] De forma representativa, no pode ser não inferior que diz respeito à
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14/81 concentração de cada componente na mistura de catalisador líquido, a concentração de iodeto iônico pode ser não superior a 50% em peso, a concentração de iodeto de metila pode ser não superior a 5% em peso, a concentração de ácido acético pode ser de cerca de 45 a 90% em peso, e a concentração de água pode ser não superior a 10% em peso. Em particular, no que diz respeito à concentração de cada componente na mistura de catalisador líquido, a concentração de iodeto iônico pode ser não superior a 40% em peso, a concentração de iodeto de metila pode ser de cerca de 0,01 a 4% em peso, a concentração de ácido acético pode ser de cerca de 50 a 85% em peso, a concentração de acetato de metila pode ser de cerca de 0,7 a 5% em peso, e a concentração de água pode ser de cerca de 0,8 a 8% em peso.
[00027] Na etapa de destilação instantânea, a destilação instantânea pode ser conduzida a uma pressão absoluta de cerca de 0,1 a 0,5 MPa, e a temperatura da mistura de catalisador líquido (ou a temperatura de destilação instantânea) pode ser de cerca de 100 a 170°C.
[00028] No processo da presente invenção, a concentração de cada componente no evaporador instantâneo pode ser ajustada por adição de cada componente ou componente(s) para produção de cada componente. Por exemplo, a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser ajustada (por exemplo, ajustada para não menos de 0,6% em peso), através da adição ou misturação de acetato de metila e/ou um componente de produção de acetato de metila à mistura de reação e/ou ao evaporador instantâneo.
[00029] Ao longo da descrição, o total da(s) parte(s) de qualquer/ quaisquer componente(s) existente(s) no mesmo sistema de mistura (tal como a primeira fração de líquido) não é
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15/81 superior a 100% em peso, e as proporções de todos componentes é de 100% em peso, no total.
Efeitos da Invenção [00030] De acordo com o processo da presente invenção, ácido acético pode ser produzido, enquanto que inibindo (ou prevenindo), de forma eficiente, um aumento na concentração de iodeto de hidrogênio em uma coluna de destilação (segunda coluna de destilação), para purificar ácido acético em bruto, a partir de qual, um componente de menor ponto de ebulição foi removido por destilação, por destilação adicional. Além disso, de acordo com a presente invenção, a corrosão da segunda coluna de destilação pode ser inibida. Assim, a destilação pode ser realizada de forma eficiente, sem formar a segunda coluna de destilação, com um material de alta qualidade tendo uma elevada resistência à corrosão. Assim, de acordo com a presente invenção, a segunda coluna de destilação pode ser feita de um material barato ou de baixa qualidade, de modo que o custo do processo de produção de ácido acético possa ser reduzido de forma eficiente.
Breve Descrição dos Desenhos [00031] A Fig. 1 é um diagrama para explicar um processo de produção (ou aparelho de produção) de ácido acético, de acordo com uma forma de realização do presente invento.
Descrição das Formas de Realização [00032] Daqui em diante, a presente invenção será explicada em detalhe com referência aos desenhos. A FIG. 1 é um diagrama (um fluxograma, um desenho de processo esquemático, ou um desenho esquemático em planta) para explicar um processo de produção (ou aparelho de produção) de ácido acético, de acordo
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16/81 com uma forma de realização do presente invento.
[00033] A forma de realização da Fig. 1 mostra um processo (ou aparelho) contínuo para produzir ácido acético a partir de um meio de reação líquido (ou mistura de reação), gerado por uma reação de carbonilação contínua de metanol com monóxido de carbono na presença de um sistema catalisador compreendendo um catalisador de ródio, como catalisador de metal, e um cocatalisador [iodeto de lítio como um iodeto iônico (ou sal de iodeto) e iodeto de metila], assim como ácido acético, acetato de metila, e uma quantidade finita de água.
[00034] O processo (ou aparelho de produção) compreende um reator (sistema de reação) 1 para realizar a reação de carbonilação de metanol supracitada; um vaporizador ou evaporador (evaporador instantâneo) 2 para separar um componente volátil ou uma corrente de ácido acético (uma fração de menor ponto de ebulição) contendo pelo menos o produto ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água, e o subproduto iodeto de hidrogênio, e uma mistura de catalisador líquido (um componente de baixa volatilidade ou uma fração de maior ponto de ebulição) contendo principalmente um componente de catalisador (um componente de ponto de ebulição mais elevado) (por exemplo, um catalisador de ródio e iodeto de lítio) a partir de um meio de reação líquido (ou uma mistura de reação, ou uma solução de reação), que é introduzido a partir do reator 1, através de uma linha de alimentação 14, e contém ácido acético gerado pela reação; uma primeira coluna de destilação (coluna divisora) 3 para separar ou extrair pelo menos parte de uma fração de menor ponto de ebulição (primeira fração de menor ponto de ebulição) contendo um componente de menor ponto de ebulição (por exemplo, iodeto de metila, acetato
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17/81 de metila, e acetaldeído) para fora do componente volátil introduzido a partir do vaporizador 2, através de uma linha de alimentação 15, como um sobrenadante de uma parte superior de sua coluna, e extrair ou descarregar uma primeira corrente de líquido contendo ácido acético (uma corrente de ácido acético, corrente de ácido acético em bruto), como um corrente lateral por corte lateral; uma segunda coluna de destilação 4 para extrair pelo menos parte de uma fração de menor ponto de ebulição (segunda fração de menor ponto de ebulição) contendo um componente de menor ponto de ebulição (tal como água), como um sobrenadante por uma parte superior de sua coluna para fora da corrente de ácido acético introduzida a partir da primeira coluna de destilação 3, através de uma linha de alimentação 23, por corte lateral, separar pelo menos parte de um componente de maior ponto de ebulição (impurezas com maior ponto de ebulição) (contendo, por exemplo, água e ácido propiônico), a partir de uma parte inferior da coluna, e obter uma segunda corrente de líquido contendo ácido acético (uma corrente de ácido acético, corrente purificada de ácido acético), por meio de uma linha de alimentação 29, como uma corrente lateral por corte lateral.
[00035] Esse processo é dotado de um condensador ou de um permutador de calor para condensar um componente introduzido através de cada linha. Especificamente, o reator 1 é equipado com um condensador 5 para condensar um componente condensável num gás de combustão (vapor) descarregado através de uma linha de descarga 11; uma linha de reciclagem 12 para reciclar um componente líquido condensado pelo condensador 5 para o reator 1; e uma linha de descarga 13 para descarregar um componente gasoso, o qual é um componente não-condensado no condensador 5. [00036] Além disso, o vaporizador 2 é equipado com um
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18/81 permutador de calor 6 para arrefecer uma mistura de catalisador líquido (ou fração inferior) separada pelo vaporizador 2 e descarregada pelo fundo do vaporizador 2, através de uma linha de descarga 18; uma linha de reciclagem 19 para reciclar a mistura de catalisador líquido arrefecida pelo permutador de calor 6 para o reator 1; um permutador de calor 7 para condensar um componente condensável em parte do componente volátil (ou da fase volátil) descarregado como um sobrenadante pelo vaporizador 2 e introduzido através de uma linha de alimentação 15a; uma linha de descarga 16 para descarregar um componente gasoso, o qual é um componente não-condensável no permutador de calor 7; e uma linha de reciclagem 17 para reciclar um componente líquido (ou liquefeito) contendo ácido acético condensado pelo permutador de calor 7 ao reator 1.
[00037] Além disso, a primeira coluna de destilação 3 está equipada com um condensador 8 para condensar um componente condensável na fração de menor ponto de ebulição ou sobrenadante descarregado através de uma linha de descarga 20; uma linha de recirculação 22 para reciclar um componente líquido condensado pelo condensador 8 para o reator 1; uma linha de reciclagem 22a para reciclar (ou efetuar refluxo em) parte do componente líquido condensado pelo condensador 8, à primeira coluna de destilação 3; uma linha de descarga 21 para descarregar um componente gasoso, o qual é um componente nãocondensável no condensador 8; e uma linha 24 para descarregar uma fração de maior ponto de ebulição na primeira coluna de destilação 3 e reciclar a fração de maior ponto de ebulição para o reator 1. Neste contexto, o componente líquido reciclado para a primeira coluna de destilação 3 é usado para efetuar refluxo na primeira coluna de destilação 3.
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19/81 [00038] A segunda coluna de destilação 4 é equipada com um condensador 9 para condensar um componente condensável na fração de menor ponto de ebulição ou sobrenadante descarregado através de uma linha de descarga 25; uma linha de reciclagem 27 para reciclar (ou efetuar refluxo em) um componente líquido ou fração de menor ponto de ebulição condensado pelo condensador 9 para a segunda coluna de destilação 4; uma linha de descarga (linha de reciclagem) 26 para separar parte do, ou todo o, componente líquido ou fração de menor ponto de ebulição condensado pelo condensador 9, a partir da linha 27, e reciclar o componente ou fração separada para o reator 1; e uma linha 28 para alimentar um gás separado no condensador 9 para um lavador 10, através de uma linha 13.
[00039] Esse processo mostrado na FIG. 1 ainda compreende um sistema purificador ou lavador 10 para recuperar os componentes gasosos (ou componentes não condensados) ou outros mais descarregados pelo condensador 5, o permutador de calor 7, e o condensador 8, e abandonar os componentes e/ou reciclar os componentes para o sistema de reação (por exemplo, o reator 1). Neste contexto, uma linha para reciclar o componente gasoso, ou outros, do sistema de lavagem 10 para o sistema de reação (por exemplo, o reator 1) é omitida na FIG. 1.
[00040] Daqui em diante, o processo mostrado na FIG. 1 será explicado em mais pormenor.
[00041] Metanol como um componente líquido, e monóxido de carbono como um reagente gasoso, podem ser continuamente alimentados ao reator 1 a uma velocidade predeterminada, e uma mistura de catalisador (uma mistura de catalisador líquido) contendo um sistema de catalisador de carbonilação [um sistema de catalisador compreendendo um componente de catalisador
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20/81 principal (por exemplo, um catalisador de ródio), e um cocatalisador (por exemplo, iodeto de lítio e iodeto de metila)] e água podem ser continuamente alimentados ao reator 1. Além disso, fração(ões) (por exemplo, na forma de líquido) contendo fração(ões) de menor ponto de ebulição e/ou fração(ões) de maior ponto de ebulição da(s) etapa(s) seguinte(s) (por exemplo, o vaporizador 2, as primeira e segunda colunas de destilação 3 e 4, o permutador de calor 7, e o sistema de lavagem 10) também podem ser alimentados ao reator 1. Em seguida, no interior do reator 1, um sistema de reação em fase líquida contendo o reagente e o componente de maior ponto de ebulição, tal como o componente catalisador de metal (por exemplo, um catalisador de ródio), e o iodeto iônico (por exemplo, iodeto de lítio) está em equilíbrio com um sistema em fase de vapor contendo monóxido de carbono, subprodutos pela reação (hidrogênio, metano, dióxido de carbono), e um componente vaporizado de menor ponto de ebulição (por exemplo, iodeto de metila, ácido acético como um produto, e acetato de metila), e uma reação de carbonilação do produto metanol ocorre sob agitação por um agitador ou outros meios.
[00042] A pressão interna do reator 1 (por exemplo, pressão da reação, pressão parcial de monóxido de carbono, pressão parcial de hidrogênio, pressão parcial de metano, e pressão parcial de azoto) pode ser mantida a uma pressão constante, retirando vapor pelo topo da coluna e introduzindo o vapor extraído no condensador 5. O vapor extraído é arrefecido pelo condensador 5, para fornecer um componente líquido (contendo ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, acetaldeído, água, e outros) e um componente gasoso (contendo monóxido de carbono, hidrogênio, e outros). O componente
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21/81 líquido resultante é reciclado para o reator 1, e o componente gasoso resultante (gases residuais) é descarregado para o sistema de lavagem 10 e, se necessário, reciclado para o reator 1. Em particular, o sistema de reação é um sistema de reação exotérmica, que acompanha geração de calor, e parte da quantidade de calor gerada no reator pode ser removida por arrefecimento de parte do calor de reação transferido da solução de reação ao vapor com o condensador 5.
[00043] Se necessário, hidrogênio pode ser alimentado ao reator 1, de modo a aumentar a atividade catalítica. Além disso, uma vez que o sistema de reação é um sistema de reação exotérmica que acompanha geração de calor, o reator 1 pode ser equipado com uma unidade de aquecimento removível (ou de extração de calor) ou de arrefecimento (por exemplo, uma camisa), para controlar uma temperatura de reação. Neste contexto, como descrito mais tarde, o processo da Fig. 1 equipado com um permutador de calor 7 para extrair calor de parte de um componente volátil do evaporador instantâneo
2.
Assim, mesmo quando o reator não está equipado com a unidade de aquecimento removível ou de arrefecimento, o calor pode ser removido.
[00044] Componentes contidos na mistura de reação (solução de reação em bruto) gerada no reator 1 podem incluir ácido acético, iodeto de hidrogênio, um componente de menor ponto de ebulição, ou impureza tendo um menor ponto de ebulição do que aquele do ácido acético (por exemplo, iodeto de metila, como um co-catalisador, acetato de metila, como um produto de reação de ácido acético com metanol, e acetaldeído, crotonaldeído, 2etilcrotonaldeído, e um iodeto superior (tal como iodeto de hexila ou iodeto de decila), na forma de subprodutos), e um
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22/81 componente de maior ponto de ebulição, ou impureza de maior ponto de ebulição com um maior ponto de ebulição ao do ácido acético [um componente catalisador de metal (um catalisador de ródio, e iodeto de lítio como um co-catalisador), ácido propiônico, e água].
[00045] A fim de separar, principalmente, o componente de maior ponto de ebulição (tal como o componente catalisador de metal) da mistura de reação, a mistura de reação (ou parte da mistura de reação) é continuamente extraída do reator 1, e introduzida ou alimentada no vaporizador (evaporador) 2. No vaporizador 2, um componente volátil ou uma fração de menor ponto de ebulição (contendo principalmente ácido acético, que é um produto e também funciona como um solvente da reação, acetato de metila, iodeto de metila, água, iodeto de hidrogênio, e outros), é evaporado por destilação instantânea, para separar uma mistura de catalisador líquido, ou uma fração de maior ponto de ebulição (contendo principalmente um componente de catalisador de metal, por exemplo, um catalisador de ródio, iodeto de lítio, e outros), da mistura de reação.
Neste contexto, na mistura de catalisador líquido, o componente catalisador de metal e, além disso, os componentes remanescentes sem evaporação (por exemplo, ácido acético, iodeto de metila, água e acetato de metila) também estão contidos.
[00046]
Dentro do vaporizador 2, a destilação instantânea pode ser efetuada, de modo que pelo menos acetato de metila na mistura de catalisador líquido possa ser mantido a uma concentração predeterminada (por exemplo, não inferior a 0,1% em peso, particularmente, não inferior a 0,6% em peso). A destilação instantânea sob a condição impede a elevação da
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23/81 concentração de iodeto de hidrogênio no evaporador instantâneo. Assim, a corrosão do evaporador instantâneo é marcantemente impedida. Além disso, o ajuste da concentração de acetato de metila permite que a concentração de iodeto de hidrogênio seja reduzida de forma eficiente, enquanto que aumentando a concentração de acetato de metila na primeira corrente de líquido.
Como resultado, uma redução mais eficaz da concentração de iodeto de hidrogênio, na segunda coluna de destilação, é alcançada. Neste contexto, a concentração de acetato de metila pode ser, por exemplo, ajustada, pelo aumento da concentração de metanol na mistura da reação, e permissão para que a reação de metanol com ácido acético possa ocorrer predominantemente, e outros. Se necessário, a concentração de acetato de metila pode ser ajustada, por alimentação de acetato de metila e/ou de um componente para produzir acetato de metila (por exemplo, metanol e éter dimetílico) para o evaporador instantâneo 2. Na forma de realização da figura, uma linha 30, que se junta à linha 14, é fornecida. Se necessário, a concentração de acetato de metila no evaporador instantâneo também pode ser ajustada, por misturação de acetato de metila e/ou um componente de produção de acetato de metila, através da linha 30 com a mistura de reação do reator 1.
[00047] A mistura do catalisador líquido é continuamente descarregada pelo fundo da coluna. A mistura de catalisador líquido descarregada pode ser diretamente reciclada ao reator 1. Na forma de realização mostrada na figura, a mistura de catalisador líquido descarregada tem seu calor removido (é arrefecida) no permutador de calor 6 e, em seguida, reciclada para o reator 1.
[00048] Por outro lado, o componente volátil, ou fração de
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24/81 ponto de ebulição mais baixo (corrente de ácido acético) é extraído pela parte superior da coluna ou parte superior do vaporizador 2, e alimentado ou introduzido na primeira coluna de destilação 3, e parte do componente volátil é introduzida no permutador de calor 7, para ser condensada. O componente volátil arrefecido pelo permutador de calor 7 produz um componente líquido (contendo ácido acético, metanol, iodeto de metila, acetato de metila, água, ácido propiônico, acetaldeído e outros) e um componente gasoso (contendo monóxido de carbono, hidrogênio, e outros). O componente líquido resultante é reciclado para o reator 1. O componente gasoso resultante (gases residuais) é alimentado para o sistema de lavagem 10 e, se necessário, monóxido de carbono é obtido sem purificação do componente gasoso, ou com sua purificação por um método de PSA (Pressure Swing Adsorption), e reciclado para o reator 1. A fração de menor ponto de ebulição é extraída do vaporizador para introdução no permutador de calor, e parte do calor de reação transferida da solução de reação ao vapor instantâneo é arrefecida pelo permutador de calor. Assim, o calor pode ser removido de forma eficiente. Assim, uma vez que a coluna de destilação ou condensador subsequente pode ser reduzida (ou miniaturizada), mesmo para uma fábrica de grande porte, ácido acético pode ser produzido com uma elevada pureza e um elevado rendimento num equipamento economizador de recursos e energia. Além disso, o calor pode ser removido, sem instalar uma unidade de refrigeração de circulação externa no reator, o que conduz à prevenção da perda de monóxido de carbono e ao melhoramento da eficiência da reação, ou à redução do custo do equipamento.
[00049] Aliás, tornando (mantendo) a temperatura e/ou a pressão interior do vaporizador 2 menor do que aquela do reator
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1, uma maior geração de subprodutos ou deterioração da atividade catalítica pode ser inibida.
[00050] Na primeira coluna de destilação 3, geralmente, o componente (ou fração) de menor ponto de ebulição, contendo o componente de menor ponto de ebulição (contendo iodeto de metila, acetato de metila, acetaldeído, água, e outros) separado como um sobrenadante pelo topo ou parte superior da coluna e alimentado ao condensador 8, e uma fração de maior ponto de ebulição (um primeiro componente de maior ponto de ebulição) contendo o componente de maior ponto de ebulição (por exemplo, ácido propiônico, um catalisador arrastado, e iodeto de lítio) é separado pelo fundo ou parte de baixo da coluna, através de uma linha de fundo 24, e reciclado para o reator 1.
(fração
O primeiro componente de menor ponto de ebulição ou sobrenadante de menor ponto de ebulição) extraído pela parte superior ou de topo da primeira coluna de destilação contém ácido acético e outros, e é alimentado para o condensador 8. A fração de menor ponto de ebulição extraída da primeira coluna de destilação pode ser condensada pelo condensador 8, para arrefecer parte do calor de reação transferido da solução de reação à fração de menor ponto de ebulição, através do vapor instantâneo com o condensador 8 e, assim, parte do calor da reação pode ser removida.
No condensador 8, a fração de menor ponto de ebulição é condensada para separar um componente gasoso contendo principalmente monóxido de carbono, hidrogênio e outros, e um componente líquido contendo iodeto de metila, acetato de metila, o ácido acético, acetaldeído e outros. O componente gasoso separado no condensador 8 é alimentado ao sistema de lavagem 10 e, se necessário, monóxido de carbono é obtido sem purificação do
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26/81 componente gasoso, ou com sua purificação, pelo método PSA (Pressure Swing Adsorption) , e o componente gasoso é reciclado para o sistema de reação (por exemplo, o reator 1) (não mostrado). O componente líquido separado no condensador 8 pode ser reciclado para a primeira coluna de destilação 3, através da linha 22a. Neste contexto, o componente líquido pode ser uma
solução uniforme ou uma solução separada (por exemplo, uma
solução bifásica) do sistema. Por exemplo, para o componente
líquido contendo uma quantidade predeterminada de água, o
componente líquido pode ser separado em duas fases compostas por uma fase aquosa (camada aquosa ou fase de água) e de uma fase oleosa (camada orgânica ou fase orgânica), onde a fase aquosa contém ácido acético, acetaldeído, e outros, e a fase oleosa contém iodeto de metila e outros. Além disso, a fase oleosa pode ser reciclada para o reator 1 e/ou a primeira coluna de destilação 3, e a fase aquosa (fase aquosa) pode ser reciclada para o reator 1 e/ou a primeira coluna de destilação 3 .
[00052] Além disso, a primeira fração (ou componente) de maior ponto de ebulição contém o componente de maior ponto de ebulição, bem como o componente de menor ponto de ebulição, o qual permanece sem evaporação, ácido acético, e outros. Parte da fração de maior ponto de ebulição descarregada através da linha 24 pode ser reciclada para o vaporizador 2 por meio de uma linha 24a, se necessário.
[00053] Além disso, a primeira corrente de líquido (corrente lateral, corrente de ácido acético), contendo principalmente ácido acético, é extraída da primeira coluna de destilação 3, e é alimentada ou introduzida na segunda coluna de destilação 4. A partir da corrente de ácido acético (primeira corrente de
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27/81 líquido), que é obtida por corte lateral da primeira coluna de destilação 3 e é alimentada na segunda coluna de destilação 4, um componente de menor ponto de ebulição (por exemplo, água), que permanece na corrente de ácido acético, é ainda separado na segunda coluna de destilação 4, e uma corrente de ácido acético com uma pureza mais elevada (corrente purificada de ácido acético) é extraída como uma corrente lateral.
[00054] A primeira corrente de líquido contém geralmente ácido acético e, além disso, componentes (por exemplo, iodeto de metila, acetato de metila, água, e iodeto de hidrogênio), que continua sem separação na primeira coluna de destilação. Quando a primeira corrente de líquido contendo esses componentes é submetida à destilação, iodeto de hidrogênio é condensado na segunda coluna de destilação. Iodeto de hidrogênio está contido no primeiro componente líquido e também é produzido por uma reação de iodeto de metila em água, e condensado na segunda coluna de destilação. Em particular, iodeto de hidrogênio é facilmente deslocado em conjunto com água para a parte superior (ou de topo) da segunda coluna de destilação e é condensado. Além disso, a reação de iodeto de metila com água tende a ocorrer na parte superior da segunda coluna de destilação.
[00055] Assim, na segunda coluna de destilação, a primeira corrente de líquido é submetida à destilação na presença do componente alcalino (por exemplo, um hidróxido de metal alcalino, tal como hidróxido de potássio). Isto é, o componente alcalino é adicionado ou misturado com o primeiro componente líquido, através de uma linha 40 e/ou uma linha 41, e o objeto líquido contendo o primeiro componente líquido e o componente alcalino é submetido à destilação na segunda coluna de
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28/81 destilação. Especificamente, o componente alcalino é adicionado ao primeiro componente líquido, antes do primeiro componente líquido ser alimentado na segunda coluna de destilação através da linha 40, que se junta à linha 23, e/ou o componente alcalino é adicionado ao primeiro componente líquido na segunda coluna de destilação 4, de maneira que o componente alcalino seja introduzido a um nível de altura (ou uma placa) superior ou mais alto do que a linha de alimentação 23. A adição do componente alcalino, desta forma, permite a neutralização de iodeto de hidrogênio, antes de iodeto de hidrogênio ser movido para a parte superior da segunda coluna de destilação, mesmo se um componente alcalino, que é facilmente transferido para parte inferior da coluna de destilação, for utilizado. Assim, condensação de iodeto de hidrogênio em toda a coluna de destilação, incluindo não só a parte inferior da coluna de destilação, mas também sua parte superior, pode ser eficientemente inibida.
[00056]
Além disso, na segunda coluna de destilação, primeiro componente líquido pode ser submetido à destilação na presença do componente alcalino e pelo menos um componente (A) possuindo um menor ponto de ebulição do que o ponto de ebulição do ácido acético, e ser selecionado do grupo constituído por um álcool (por exemplo, metanol), um éter (por exemplo, éter dimetílico), e um éster de etila (por exemplo, acetato de metila). Neste contexto, o componente (A) pode estar contido no primeiro componente líquido, ou pode ser adicionado na linha 40 e/ou na linha 41. A fim de permitir que o componente (A) exista em uma concentração suficiente no primeiro componente líquido, é preferível que o componente (D) seja adicionado na linha 40 e/ou na linha 41. Como descrito acima, o componente alcalino
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29/81 pode ser facilmente transferido para a parte inferior da coluna de destilação, e a reação de iodeto de metila com a água tende a ocorrer na parte superior da coluna de destilação. Por conseguinte, o componente alcalino existente na parte superior da coluna de destilação diminui, por vezes, dependendo da posição de adição (ou nível de altura). O componente (A) tem um menor ponto de ebulição, é facilmente transferido para a parte superior da coluna de destilação, e pode consumir iodeto de hidrogênio (ou pode inibir a produção de iodeto de hidrogênio), através da reação, e a adição do componente (A) em combinação com o componente alcalino permite que a condensação de iodeto de hidrogênio seja inibida na parte superior da coluna de destilação, com mais certeza.
[00057] Na segunda coluna de destilação 4, um segundo componente de menor ponto de ebulição (fração de menor ponto de ebulição) contendo o componente de menor ponto de ebulição é alimentado, como um sobrenadante, pela parte superior ou de topo da coluna para o condensador (tanque de retenção) 9, e uma segunda corrente de líquido (corrente lateral, corrente de ácido acético), rica em ácido acético, é destilada por corte lateral. Se necessário, a fração de menor ponto de ebulição, descarregada pela parte superior ou de topo da coluna, pode ser reciclada à segunda coluna de destilação 4 e/ou ao sistema de reação 1. A água pode ser separada, como um componente de menor ponto de ebulição, na segunda coluna de destilação 4, ou pode ser separada, principalmente, na primeira coluna de destilação, 3 e ainda separada na segunda coluna de destilação 4 para purificação. Neste contexto, uma fração de maior ponto de ebulição (um segundo componente de maior ponto de ebulição), como um componente de maior ponto de ebulição (por exemplo,
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30/81 ácido propiônico) , pode ser descarregada pelo fundo ou parte inferior da coluna, e, se necessário, pode ser reciclada para o reator 1, ou pode ser descarregada do sistema (não mostrado). Além disso, a segunda corrente de líquido pode ser ainda submetida à destilação para purificação.
[00058] A fração de menor ponto de ebulição extraída da parte superior ou de topo da segunda coluna de destilação 4 contém iodeto de metila, acetato de metila, água, acetaldeído, e outros, e é condensada pelo condensador 9. Em seguida, a fração de menor ponto de ebulição condensada no condensador 9 pode ser reciclada para o reator 1, através da linha 26, ou reciclada à segunda coluna de destilação 4, através da linha 27. Além disso, o gás separado no condensador 9 pode ser alimentado ao lavador 10, através da linha 13. Além disso, para o componente líquido contendo uma quantidade predeterminada de água, da mesma maneira que anteriormente, o componente líquido pode ser separado numa fase aquosa e numa fase oleosa, e essas fases podem ser recicladas. A fração de menor ponto de ebulição extraída da segunda coluna de destilação 4 é condensada pelo condensador 9, para arrefecer parte do calor de reação transferido da solução de reação para a fração de menor ponto de ebulição, através do vapor instantâneo com o condensador 9.
(Etapa de reação) [00059] Na etapa de reação (etapa da reação de carbonilação), metanol é carbonilado com monóxido de carbono na presença do sistema catalisador. Neste contexto, metanol fresco pode ser alimentado ao sistema de reação, direta ou indiretamente, ou metanol e/ou seu derivado, retirado por várias etapas de destilação, pode ser reciclado e alimentado ao sistema de reação.
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31/81 [00060] O sistema de catalisador pode compreender, normalmente, um catalisador metálico, um co-catalisador, e um acelerador.
Exemplos do catalisador de metal podem incluir um catalisador de um metal de transição, em particular,
catalisador de metal contendo metais do grupo 8 da Tabela
Periódica (por exemplo, um catalisador de cobalto, um
catalisador de ródio, e um catalisador de irídio). O
catalisador pode ser um metal, como uma substância simples, ou
pode ser utilizado sob a forma de um óxido (incluindo um óxido de metal complexo), um hidróxido, um halogeneto (por exemplo, um cloreto, um brometo, e um iodeto), um carboxilato (por exemplo, um acetato), um sal de um ácido inorgânico (por exemplo, um sulfato, um nitrato, e um fosfato), um complexo, e outros. Esses catalisadores metálicos podem ser utilizados isoladamente ou em combinação. O catalisador metálico preferido inclui um catalisador de ródio e um catalisador de irídio (em particular, um catalisador de ródio).
[00061] Além disso, é preferido utilizar o catalisador de metal sob a forma dissolvida numa solução de reação. Neste contexto, uma vez que ródio geralmente existe como um complexo na solução de reação, a forma do catalisador de ródio não se encontra particularmente limitada a uma forma específica, uma vez que o catalisador pode mudar para um complexo na solução de
reação, e pode ser u
catalisador de ródio
exemplo, RHI3, [RHI2
carbonila de ródio
preferido Além disso
um complexo de r
r r
solução de ilizado em várias formas. Como tal, um iodeto de ródio [por (CO)4]-, e [Rh(CO)2I2-] , ou semelhantes, o catalisador pode ser um complexo de particularmente estabilizado na reação por adição de um sal de haleto (por exemplo, um sal de iodeto) e/ou água.
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[00062] A concentração do catalisador de metal é, por
exemplo, de cerca de 10 a 5000 ppm (baseado em peso, o mesmo se
aplicando aqui a seguir) , de preferência, de cerca de 100 a
e,
200 a 3000 ppm,
4000 ppm, mais preferivelmente, de cerca de particularmente, de cerca 300 a 2000 ppm (por exemplo, de cerca de 500 a 1500 ppm), em toda a fase líquida no reator.
Para o co-catalisador ou acelerador contido no sistema de catalisador, um iodeto iônico (um sal de iodeto) usado. O sal de iodeto adicionado, a fim de estabilizar catalisador de ródio inibir reações secundárias, em particular, em um baixo teor de água. O sal de iodeto não se encontra particularmente limitado a um item específico, na medida em que o sal de iodeto produz um íon de iodeto na solução de reação. O sal de iodeto pode incluir, por exemplo, um haleto de metal, [por exemplo, um iodeto de metal, tal como um iodeto de metal alcalino (por exemplo, iodeto de lítio, iodeto de sódio, iodeto de potássio, iodeto de rubídio, e iodeto de césio), um iodeto de metal alcalino terroso (por exemplo, iodeto de berílio, iodeto de magnésio, e iodeto de cálcio), ou um iodeto do metal do grupo
3B da Tabela Periódica (por exemplo, iodeto de boro e iodeto de alumínio)], um halogeneto orgânico, [por exemplo, um iodeto orgânico, tal como um sal fosfônico de um iodeto (iodeto de fosfônio) (por exemplo, um sal com trifenilfosfina e tributilfosfina), ou um sal de amônio de um iodeto (um iodeto de amônio) (por exemplo, um sal de amina terciária, um composto de piridina, um composto de imidazol, um composto de imida, ou semelhante, com um iodeto), um brometo correspondente ao iodeto, e um cloreto correspondente ao iodeto]. Neste contexto, o iodeto de metal alcalino (por exemplo, iodeto de lítio) também funciona como um
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33/81 estabilizador para o catalisador de carbonilação (por exemplo, um catalisador de ródio). Esses sais de iodeto podem ser utilizados isoladamente ou em combinação. Entre esses sais de iodeto, um iodeto de metal alcalino (tal como o iodeto de lítio) é o preferido.
[00064] No reator (mistura líquida de reação), a concentração do iodeto iônico é, por exemplo, de cerca de 1 a 25% em peso, de preferência, de cerca de 2 a 22% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 3 a 20% em peso, em toda a fase líquida (ou mistura de reação líquida) no reator. Além disso, a concentração do íon de iodeto no reator pode ser, por exemplo, de cerca de 0,07 a 2,5 mol/litro e, de preferência, de cerca de 0,25 a 1,5 mol/litro.
[00065] Para o acelerador contido no sistema de catalisador é utilizado um iodeto de alquila (por exemplo, um iodeto de alquila C1-4, tal como iodeto de metila, iodeto de etila, ou iodeto de propila), em particular, iodeto de metila. Assim, o acelerador pode conter, pelo menos, iodeto de metila. Uma vez que a reação é promovida a concentrações mais elevadas do acelerador, uma concentração economicamente vantajosa pode ser adequadamente selecionada, levando em consideração recuperação do acelerador, o tamanho de planta de uma etapa para circular o acelerador recuperado para o reator, a quantidade de energia necessária para recuperação ou circulação, entre outros.
No sistema de reação, a concentração do iodeto de alquila (em particular, iodeto de metila) é, por exemplo, de cerca de 1 a
25% em peso, de preferência, de cerca de 5 a 20% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 6 a 16% em peso (por exemplo, de cerca de 12 a 15% em peso) em toda a fase líquida no reator.
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34/81 [00066] A reação é uma reação contínua, e a solução de reação pode normalmente conter acetato de metila. A proporção de acetato de metila pode ser de cerca de 0,1 a 30% em peso, de preferência, de cerca de 0,3 a 20% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 0,5 a 10% em peso (por exemplo, de cerca de 0,5 a 6% em peso) em toda a solução de reação.
[00067] O monóxido de carbono a ser alimentado ao sistema de reação pode ser usado como um gás puro, ou pode ser usado como um gás diluído com um gás inativo (por exemplo, azoto, hélio, e dióxido de carbono). Por outro lado, componente(s) de gás descarregado(s) contendo monóxido de carbono obtido na(s) etapa(s) seguinte(s) pode(m) ser reciclado(s) para o sistema de reação. A pressão parcial do monóxido de carbono no reator pode ser, por exemplo, de cerca de 2 a 30 atmosferas e, de preferência, de cerca de 4 a 15 atmosferas.
[00068] Na reação de carbonilação, hidrogênio é formado (ou gerado) por uma reação de deslocamento entre monóxido de carbono e água. Hidrogênio pode ser alimentado ao sistema de reação. O hidrogênio pode ser alimentado como uma mistura gasosa de monóxido de carbono, como uma matéria-prima, para o sistema de reação. Além disso, o hidrogênio pode ser alimentado ao sistema de reação por reciclagem de componente(s) gasoso(s) (incluindo hidrogênio, monóxido de carbono, e outros) descarregado(s) na(s) etapa(s) de destilação seguinte(s) (coluna de destilação), se necessário, depois de adequadamente purificar o(s) componente(s) gasoso(s). A pressão parcial de hidrogênio no sistema de reação pode ser, por exemplo, de cerca de 0,5 a 200 kPa, de preferência, de cerca de 1 a 150 kPa e, mais preferivelmente, de cerca de 5 a 100 kPa (por exemplo, de cerca de 10 a 50 kPa), em termos de pressão absoluta.
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35/81 [00069] A pressão parcial do monóxido de carbono ou a pressão parcial de hidrogênio no sistema de reação pode ser ajustada, por exemplo, através de um adequado ajustamento da quantidade de monóxido de carbono e hidrogênio alimentados e/ou reciclados para o sistema de reação, a quantidade de matérias-primas (por exemplo, metanol) alimentada para o sistema de reação, a temperatura da reação, a pressão de reação, e outros.
[00070] Na reação de carbonilação, a temperatura de reação pode ser, por exemplo, de cerca de 150 a 250°C, preferivelmente, de cerca de 160 a 230°C e, mais preferivelmente, de cerca de 180 a 220°C. Além disso, a pressão de reação (a pressão total do reator) pode ser, por exemplo, de cerca de 15 a 40 atmosferas.
[00071] A reação pode ser levada a cabo na presença ou ausência de um solvente. O solvente de reação não está limitado a um tipo específico, uma vez que a reatividade, ou a eficiência de separação ou de purificação não diminui, e uma variedade de solventes pode ser utilizada. Em casos normais, ácido acético, como um produto, pode ser praticamente utilizado como um solvente.
[00072] A concentração de água no sistema de reação não está limitada a um valor específico, e pode ser uma baixa concentração. A concentração de água no sistema de reação é, por exemplo, não superior a 15% em peso (por exemplo, de cerca de 0,1 a 12% em peso), de preferência, não superior a 10% em peso (por exemplo, de cerca de 0,1 a 6% em peso) e, mais preferivelmente, de cerca de 0,1 a 5% em peso, e pode geralmente ser de cerca de 1 a 15% em peso (por exemplo, de cerca de 2 a 10% em peso) em toda a fase líquida do sistema de reação. A solubilidade do monóxido de carbono na solução
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36/81 alimentada ao vaporizador é reduzida, através da realização da reação, mantendo uma concentração específica de cada componente [particularmente, um sal de iodeto (iodeto de lítio) e água] no sistema de reação, e a perda de monóxido de carbono pode ser reduzida.
[00073] Na reação de carbonilação anterior, a produção de ácido acético é acompanhada pela produção de um éster do ácido acético produzido com metanol (acetato de metila), a água gerada com a reação de esterificação, adicionalmente ácido propiônico, acetaldeído e outros.
[00074] No sistema de reação, a geração de aldeídos pode ser reduzida ou inibida por extração do aldeído na corrente de reciclagem, a partir da(s) etapa(s) seguinte(s) (por exemplo, coluna de destilação), ou modificando as condições de reação, por exemplo, reduzindo a proporção do co-catalisador, tal como um iodeto de alquila e/ou a pressão parcial de hidrogênio. Além disso, a geração de hidrogênio no sistema de reação pode ser reduzida ou inibida, através do ajuste da concentração de água.
[00075] O rendimento de tempo-espaço do ácido acético alvo no sistema de reação pode ser, por exemplo, de cerca de 5 mol/Lh a 50 mol/Lh, de preferência, de cerca de 8 mol/Lh a 40 mol/Lh e, mais preferivelmente, de cerca de 10 mol/Lh a 30 mol/Lh.
[00076] O componente de vapor extraído pelo topo do reator com o objetivo do controle de pressão do reator, ou outros, é, de preferência, arrefecido com um condensador, um permutador de calor ou outros meios, para remover parte do calor de reação. É preferível que o componente de vapor arrefecido seja separado em um componente líquido (contendo ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, acetaldeído, água, e outros) e um componente gasoso (contendo monóxido de carbono, hidrogênio, e
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37/81 outros), o componente líquido seja reciclado para o reator, e o componente gasoso seja introduzido no sistema de lavagem.
[00077] Além disso, o sistema de reação (ou a mistura de reação) pode também conter metanol (metanol que não reagiu). A concentração de metanol no sistema de reação pode ser, por exemplo, não superior a 1% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 0,8% em peso), de preferência, não superior a 0,5% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 0,3% em peso), mais preferencialmente, não superior a 0,3% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 0,2% em peso) e, usualmente, não superior ao limite de detecção (menos de 0,1% em peso). Neste contexto, a concentração de acetato de metila também depende da concentração de metanol existente no sistema. Assim, a quantidade de metanol a ser alimentada ao sistema de reação pode ser ajustada em associação com a concentração referida a seguir de acetato de metila no vaporizador.
(Etapa de destilação instantânea ou etapa de separação do catalisador) [00078] Na etapa de destilação instantânea (vaporizador), a partir da mistura de reação alimentada através da etapa de reação, ou do reator, para o vaporizador (evaporador ou evaporador instantâneo), um componente de baixa volatilidade ou mistura de catalisador líquido (uma fração de maior ponto de ebulição) contendo pelo menos um componente de catalisador de maior ponto de ebulição (um componente do catalisador de metal, por exemplo, um catalisador de ródio e um sal de iodeto iônico) é separado como um líquido (componente), e um componente volátil ou fase volátil (uma fração de menor ponto de ebulição) contendo ácido acético é separado como um vapor (componente).
[00079] Na etapa de destilação instantânea (etapa de
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38/81 evaporação instantânea) , a mistura da reação pode ser separada no componente de vapor (ou corrente vaporizada) e no componente líquido (ou corrente de líquido), com ou sem aquecimento. Por exemplo, na vaporização instantânea adiabática, a mistura da reação pode ser separada no componente de vapor e no componente líquido, sem aquecimento e com pressão reduzida, e em vaporização instantânea termostática, a mistura de reação pode ser separada no componente de vapor e no componente de líquido com aquecimento (e da pressão reduzida). A mistura de reação pode ser separada no componente de vapor e no componente de líquido, combinando estas condições instantâneas.
[00080] Na destilação instantânea, a temperatura de destilação (ou temperatura de reação) pode ser, por exemplo, de cerca de 100 a 260°C (por exemplo, de cerca de 110 a 250°C), de preferência, de cerca de 120 a 240°C (por exemplo, de cerca de 140 a 230°C), mais preferivelmente, de cerca de 150 a 220°C (por exemplo, de cerca de 160 a 210°C) e, particularmente, de cerca de 170 a 200°C. Além disso, na destilação instantânea, a temperatura da mistura de catalisador líquido (ou a temperatura do líquido da mistura de reação) pode ser, por exemplo, de cerca de 80 a 200°C (por exemplo, de cerca de 90 a 180°C), de preferência, de cerca de 100 a 170°C (por exemplo, de cerca de 120 a 160°C) e, mais preferivelmente, de cerca de 130 a 160°C. Além disso, na destilação instantânea, a pressão absoluta pode ser de cerca de 0,03 a 1 MPa (por exemplo, de cerca de 0,05 a 1 MPa), de preferência, de cerca de 0,07 a 0,7 MPa e, mais preferivelmente, de cerca de 0,1 a 0,5 MPa (por exemplo, de cerca de 0,15 a 0,4 MPa) . Iodeto de hidrogênio pode ser facilmente produzido (ou a concentração de iodeto de hidrogênio tende a aumentar), sob uma condição de temperatura (e pressão)
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39/81 relativamente elevada. De acordo com a presente invenção, no entanto, mesmo sob tal condição, a produção ou aumento de concentração de iodeto de hidrogênio no evaporador instantâneo pode ser eficientemente inibida.
[00081] A separação (destilação instantânea) do componente de catalisador de metal pode geralmente ser levada a cabo com o uso de uma coluna de destilação (um evaporador instantâneo). Além disso, o componente catalisador de metal pode ser separado por meio de destilação instantânea, em combinação com um método de coleta de névoa ou por um método de coleta de sólidos, que é amplamente usado em aplicações industriais.
[00082] O material do (ou para formação do) vaporizador não se encontra particularmente limitado a um tipo específico e pode ser um metal, uma cerâmica, um vidro, ou outros. Praticamente, um vaporizador feito de um metal é usado. Em particular, a concentração de iodeto de hidrogênio no interior do evaporador instantâneo pode ser significativamente inibida, e a corrosão do evaporador instantâneo também pode ser inibida a um nível elevado. Assim, tal como um evaporador instantâneo no presente invento, pode ser usado não apenas um evaporador instantâneo feito de um material caro, tendo uma elevada resistência à corrosão (como zircônio), mas também um evaporador instantâneo feito de um material relativamente barato tendo uma resistência à corrosão não muito elevada, por exemplo, um metal como uma substância simples (como titânio ou alumínio) e uma liga [por exemplo, uma liga à base de metal de transição, tal como uma liga à base de ferro (ou uma liga contendo ferro como principal componente, por exemplo, um aço inoxidável (incluindo um aço inoxidável contendo cromo, níquel, molibdênio e outros)), uma liga à base de níquel (ou uma liga
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40/81 contendo níquel como componente principal, por exemplo, HASTELLOY (nome comercial) e INCONEL (marca comercial)), uma liga à base de cobalto (ou uma liga contendo cobalto como componente principal), ou uma liga de titânio; e uma liga de alumínio].
[00083] A etapa de separação da mistura de catalisador líquido pode ser constituída por uma única etapa, ou pode ser composta por uma pluralidade de etapas em combinação. A mistura de catalisador líquido ou componente de catalisador de maior ponto de ebulição (componente catalisador de metal), separado por tal(is) etapa(s), pode normalmente ser reciclado para o sistema de reação, conforme ilustrado na forma de realização da figura. Além disso, a mistura de catalisador líquido pode ser arrefecida (ou ter seu calor removido) pelo permutador de calor, e recirculada para o reator, tal como mostrado no exemplo da figura. O arrefecimento pode melhorar a eficiência
de extração do calor da totalidade do sistema.
[00084] A mistura do catalisador líquido separada (ou o
componente de baixa volatilidade ou fração de maior ponto de
ebulição) contém o catalisador de metal (por exemplo, um
catalisador de ródio), o iodeto iônico (por exemplo, um iodeto de metal alcalino, tal como iodeto de lítio) e, além disso, componentes remanescentes sem evaporação (por exemplo, ácido acético, iodeto de metila, água, acetato de metila e iodeto de hidrogênio).
[00085] Na destilação instantânea (ou evaporador instantâneo), a razão (razão em peso) do componente volátil a ser separado em relação à mistura de catalisador líquido (ou o componente de baixa volatilidade) pode ser de cerca de 10/90 a 50/50, preferencialmente, de cerca de 15/85 a 40/60 e, mais
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41/81 preferencialmente, de cerca de 20/80 a 35/65 em uma proporção do anterior/ último.
[00086] De acordo com a presente invenção, dentre os componentes na mistura de catalisador líquido, a concentração de acetato de metila pode ser ajustada (ou regulada). O ajustamento da concentração permite que a produção ou o aumento da concentração de iodeto de hidrogênio no evaporador instantâneo seja inibido eficazmente numa ampla gama de condições de destilação instantânea. Múltiplos fatores estão envolvidos na razão, pela qual o aumento da concentração de iodeto de hidrogênio é evitado, ajustando a concentração de acetato de metila, e um dos fatores inclui o consumo do iodeto de hidrogênio pela reação de equilíbrio seguinte.
CH3I + CH3COOH CH3COOCH3 + HI [00087] A concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser selecionada a partir do intervalo de pelo menos 0,05% em peso (por exemplo, 0,1 a 20% em peso) podendo, por exemplo, ser não inferior a 0,2% em peso (por exemplo, de cerca de 0,3 a 15% em peso), de preferência, não inferior a 0,5% em peso (por exemplo, de cerca de 0,6 a 10% em peso) e, normalmente, de cerca de 0,8 a 5% em peso (por exemplo, 1 a 4% em peso). Em particular, a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser não inferior a 0,6% em peso (por exemplo, de cerca de 0,6 a 20% em peso), de preferência, não inferior a 0,7% em peso (por exemplo, de cerca de 0,7 a 15% em peso), mais preferivelmente, não inferior a 0,8% em peso (por exemplo, de cerca de 0,8 a 10% em peso) e, normalmente, de cerca de 0,7 a 5% em peso (por exemplo, de cerca de 0,7 a 3% em peso, de preferência, de cerca de 0,8 a 2% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 0,9 a
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1,5% em peso). A concentração de acetato de metila é ajustada
para o intervalo, de modo que a produção ou aumento de
concentração do iodeto de hidrogênio possa ser ainda mais
eficientemente inibida.
[00088] A concentração de água na mistura de catalisador
líquido pode ser, por exemplo, selecionada dentre a gama não superior a 15% em peso (por exemplo, 0,1 a 12% em peso), e pode ser, por exemplo, não superior a 10% em peso (por exemplo, de cerca de 0,5 a 10% em peso), de preferência, não superior a 8% em peso (por exemplo, de cerca de 0,8 a 8% em peso) e, mais preferencialmente, não superior a 5% em peso (por exemplo, de
cerca de 1 a 4% em peso).
[00089] Além disso, a concentração de ácido acético na
mistura de catalisador líquido pode ser, por exemplo, não
inferior a 30% em peso (por exemplo, de cerca de 35 a 95% em
peso), de preferência não inferior a 40% em peso (por exemplo, de cerca de 45 a 90% em peso) e, mais preferivelmente, não inferior a 50% em peso (por exemplo, de cerca de 50 a 85% em peso) e pode ser geralmente de cerca de 60 a 90% em peso (por exemplo, de cerca de 70 a 90% em peso e, de preferência, de cerca de 75 a 85% em peso).
[00090] Além disso, a concentração de iodeto de metila na mistura de catalisador líquido pode ser selecionada dentre a gama não superior a 10% em peso (por exemplo, de 0,001 a 8% em peso), e pode ser, por exemplo, não superior a 7% em peso (por exemplo, de cerca de 0,005 a 6% em peso), de preferência, não superior a 5% em peso (por exemplo, de cerca de 0,01 a 4% em peso) , mais preferivelmente, não superior a 3% em peso (por exemplo, de cerca de 0,05 a 2,5% em peso), especialmente não superior a 2% em peso (por exemplo, de cerca de 0,1 a 1,8% em
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43/81 peso), e pode geralmente ser de cerca de 0,1 a 3% em peso (por exemplo, de cerca de 0,3 a 2,5% em peso, de preferência, de cerca de 0,5 a 2% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de
1 a 1,5% em peso).
[00091] Além disso, a concentração de iodeto iônico na
mistura de catalisador líquido pode ser, por exemplo, não
superior a 60% em peso (por exemplo, de cerca de 1 a 55% em
peso), de preferência, não superior a 50% em peso (por exemplo, de cerca de 2 a 45% em peso), mais preferivelmente, não superior a 40% em peso (por exemplo, de cerca de 3 a 37% em peso) e, especialmente, não superior a 36% em peso (por exemplo, de cerca de 5 a 35% em peso). Múltiplos fatores também estão envolvidos na razão, pela qual o aumento da concentração de iodeto de hidrogênio é evitado, ajustando a concentração do iodeto iônico, e um dos fatores inclui o consumo do iodeto de hidrogênio pela reação de equilíbrio seguinte. A propósito, a mesma reação de equilíbrio é igualmente aplicável a iodeto de hidrogênio na mistura de reação.
MI + CH3COOH CH3COOM + HI [Na fórmula, o símbolo M representa um resíduo de um iodeto iônico (ou grupo catiônico, por exemplo, um metal alcalino, tal como lítio)] [00092] A propósito, a concentração do catalisador de metal na mistura de catalisador líquido pode ser, por exemplo, não inferior a 100 ppm (por exemplo, de cerca de 150 a 10000 ppm), de preferência, não inferior a 200 ppm (por exemplo, de cerca de 250 a 5000 ppm) e, mais de preferência, não inferior a 300 ppm (por exemplo, de cerca de 350 a 3000 ppm), baseado em peso. [00093] Além disso, a concentração de metanol na mistura de catalisador líquido pode ser, por exemplo, não superior a 1% em
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44/81 peso (por exemplo, de cerca de 0 a 0,8% em peso), de preferência, não superior a 0,5% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 0,3% em peso) e, mais preferencialmente, não superior a 0,3% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 0,2% em peso). Como descrito mais tarde, quando a concentração de metanol for mais elevada, a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido é fácil e eficientemente aumentada.
[00094] Por exemplo, a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser eficientemente aumentada, aumentando a concentração de metanol na mistura de reação (ou uma mistura de catalisador líquido). Isto é, como representado pela fórmula geral a seguir, metanol é deixado reagir com ácido acético para produzir acetato de metila (reação de equilíbrio). Assim, a reação de produção de acetato de metila ocorre facilmente, quando a concentração de metanol aumenta. Como resultado, a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser aumentada. A propósito, a mesma reação de equilíbrio é igualmente aplicável a iodeto de hidrogênio na mistura de reação.
CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O [00095] No intervalo que a eficiência da produção de ácido acético é suficientemente garantida, a concentração de metanol pode ser aumentada, aumentando a concentração de metanol a ser alimentada na reação, ou pela diminuição da velocidade de reação para inibir o consumo de metanol. A velocidade da reação pode ser ajustada, selecionando adequadamente a temperatura da reação, a concentração do catalisador (por exemplo, concentração de iodeto de metila e a concentração do catalisador de metal), a concentração de monóxido de carbono (ou a pressão parcial de monóxido de carbono), e outros. A
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45/81 concentração de metanol pode ser ajustada, pela adição de metanol diretamente, como descrito mais tarde.
[00096] Além disso, a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido pode ser ajustada, por adição de acetato de metila e/ou um componente para produzir acetato de metila (por exemplo, metanol e éter dimetílico). Neste contexto, como descrito acima, metanol é deixado reagir com ácido acético para produzir acetato de metila, e éter dimetílico é deixado reagir com iodeto de hidrogênio ou outros, para fornecer metanol, que é deixado reagir com ácido acético para produzir acetato de metila. Se necessário, um componente para aumentar ou diminuir a concentração de cada componente pode ser adicionado ou misturado na forma de uma mistura contendo um solvente.
[00097] Quando o componente elevador ou redutor é adicionado à mistura de reação, a posição (ou tempo) de adição não se encontra particularmente limitada a um parâmetro específico, na medida em que o componente elevador ou redutor é adicionado, antes da mistura de reação ser alimentada ao evaporador instantâneo. O componente elevador ou redutor pode ser alimentado ao reator. Em termos de eficiência do processo, o componente elevador ou redutor pode ser alimentado à mistura de reação, depois da mistura de reação ser descarregada do reator, e antes da mistura de reação ser alimentada ao evaporador instantâneo (por exemplo, como mostrado na figura, o componente elevador ou redutor pode ser alimentado a uma linha para alimentar o evaporador instantâneo com a mistura de reação descarregada do reator).
[00098] Por outro lado, quando o componente elevador ou redutor é adicionado ao evaporador instantâneo (ou o componente
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46/81 elevador ou redutor é misturado à mistura de reação no evaporador instantâneo), a posição (nível de altura) de adição não é particularmente limitada a um parâmetro específico. O componente elevador ou redutor pode ser adicionado à porção da fase líquida, ou à porção da fase gasosa no evaporador instantâneo, ou a ambas. O componente elevador ou redutor pode ser adicionado à solução do processo, a ser reciclada a partir da(s) etapa(s) seguinte(s) para o evaporador instantâneo.
[00099] O componente volátil (corrente de ácido acético), separado no vaporizador, contém o produto ácido acético e, além disso, iodeto de metila, um éster do produto ácido acético com metanol (por exemplo, acetato de metila), água, uma pequena quantidade de subproduto(s) (por exemplo, acetaldeído e ácido propiônico) e outros. O componente volátil pode ser destilado na primeira coluna de destilação e na segunda coluna de destilação para produzir ácido acético purificado.
[000100] Como descrito acima, a produção ou aumento da concentração de iodeto de hidrogênio no vaporizador pode ser inibido. Assim, a concentração de iodeto de hidrogênio no componente volátil pode ser, por exemplo, regulada para não ser superior a 1% em peso (por exemplo, de cerca de 0, ou o limite de detecção a 8000 ppm) , de preferência, não superior a 5000 ppm (por exemplo, de cerca de 1 a 4000% em peso) e, mais preferencialmente não superior a 3000 ppm (por exemplo, de cerca de 10 a 2000% em peso) . Além disso, a concentração de iodeto de hidrogênio na mistura de catalisador líquido pode ser, por exemplo, regulada para não ser superior a 1% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 8000 ppm), de preferência, não superior a 5000 ppm (por exemplo, de cerca de 1 a 4000 ppm) e, mais preferivelmente, não superior a 3000 ppm (por exemplo, de
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47/81 cerca de 10 a 2000 ppm).
[000101] A concentração de iodeto de hidrogênio pode ser medida diretamente, ou medida (ou calculada) indiretamente. Por exemplo, a concentração do íon de iodeto derivado do sal de iodeto [por exemplo, um iodeto derivado do co-catalisador, tal como LiI, e um iodeto de metal (por exemplo, um iodeto de um metal corroído (tal como Fe, Ni, Cr, Mo ou Zn) produzido no processo de produção de ácido acético)], pode ser subtraída da concentração total de íons de iodeto (I-), para determinar (ou calcular) a concentração de iodeto de hidrogênio.
[000102] Parte do componente volátil separado (corrente de ácido acético) pode ser introduzida num condensador ou num permutador de calor para arrefecimento, ou extração de calor, tal como a forma de realização ilustrada na figura. Uma vez que o calor de reação transferido da solução de reação ao vapor instantâneo pode ser parcialmente arrefecido pela extração de calor, a eficiência da extração de calor pode ser melhorada, e ácido acético com um elevado grau de pureza pode ser produzido sem a instalação de uma unidade de refrigeração de circulação externa no reator. Além disso, o componente volátil arrefecido pode ser reciclado para o sistema de reação, tal como a forma de realização ilustrada na figura. Por outro lado, o componente gasoso no componente volátil arrefecido pode ser introduzido no sistema de lavagem.
(Etapa de coleta de ácido acético) [000103] Na etapa de coleta do ácido acético (etapa de destilação), o componente volátil é alimentado à primeira coluna de destilação, um primeiro componente de menor ponto de ebulição (uma fração de menor ponto de ebulição contendo iodeto de metila, ácido acético, acetato de metila, subproduto
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48/81 acetaldeído, e outros) é separado como um sobrenadante (componente volátil ou componente vaporizado) a partir do componente volátil por destilação (primeira destilação) , e uma corrente contendo principalmente ácido acético é recolhida como um componente líquido (primeiro componente líquido). O componente volátil a ser submetido à primeira destilação pode ser uma mistura de reação, por sua vez obtida a partir do reator, e é geralmente um componente volátil obtido, submetendo-se a mistura de reação à destilação instantânea adicional e separação da mistura de catalisador líquido.
[000104]
Ou seja, o componente volátil separado é alimentado à primeira coluna de destilação (coluna divisora), e separado numa fração de menor ponto de ebulição (sobrenadante) contendo um componente de menor ponto de ebulição e uma corrente contendo ácido acético (corrente de ácido acético) por destilação.
[000105] Todo componente volátil pode ser alimentado primeira coluna de destilação ou, como descrito acima, parte do componente volátil pode ser introduzida no permutador de calor, e a corrente restante (residual) pode ser alimentada à primeira coluna de destilação. Na primeira coluna de destilação, o primeiro componente de menor ponto de ebulição (fração de menor ponto de ebulição) contendo pelo menos parte do componente de menor ponto de ebulição (por exemplo, iodeto de metila, acetato de metila, acetaldeído, e iodeto de hidrogênio) é separado, e a fração de menor ponto de ebulição contendo ácido acético é descarregada como uma corrente de líquido. Neste contexto, na primeira coluna de destilação, tal como descrito na forma de realização da figura, cada um dentre o primeiro componente de menor ponto de ebulição e o primeiro componente de maior ponto
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49/81 de ebulição (fração de maior ponto de ebulição, fração de fundo) contendo pelo menos parte do componente de maior ponto de ebulição (tal como ácido propiônico ou água) podem ser separados. Além disso, na forma de realização da Fig. 1, a primeira corrente de líquido é retirada (ou extraída ou recolhida) como uma corrente lateral por corte lateral. A primeira corrente de líquido pode ser extraída pelo fundo da coluna ou retirada (ou recolhida), juntamente com a fração de maior ponto de ebulição.
[000106] Como descrito acima, a corrente de ácido acético alimentada à primeira coluna de destilação não é limitada a uma corrente de ácido acético obtida por extração do componente de catalisador de ródio a partir da mistura de reação do sistema de reação. A corrente de ácido acético pode conter, pelo menos, ácido acético, o componente de menor ponto de ebulição, o componente de maior ponto de ebulição, e outros (por exemplo, pode conter ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água, e iodeto de hidrogênio); ou simplesmente pode ser uma mistura desses componentes.
[000107] Para a primeira coluna de destilação, pode ser utilizada, por exemplo, uma coluna de destilação convencional, por exemplo, uma coluna de destilação, tal como uma coluna de placas ou uma coluna de enchimento. O material da (ou formador da) primeira coluna de destilação pode incluir o mesmo material que aquele do vaporizador. Para a primeira coluna de destilação, pode ser utilizada uma coluna de destilação feita do mesmo material, que é um material relativamente barato (por exemplo, uma liga), como aquele do evaporador instantâneo.
[000108] A temperatura e pressão de destilação na primeira coluna de destilação podem ser adequadamente selecionadas,
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50/81 dependendo da condição, tal como a espécie da coluna de destilação, ou o objeto principal (alvo) para extração selecionado dentre o componente de menor ponto de ebulição e o componente de maior ponto de ebulição. Por exemplo, para coluna de placas, a pressão interna da coluna (em geral, a pressão da
parte superior da coluna) pode ser de cerca de 0,01 a 1 MPa, de
preferência, de cerca de 0,01 a 0 ,7 MPa e, mais
preferivelmente , de cerca de 0,05 a 0,5 MPa, em termos de
manômetro.
[000109] Além disso, na primeira coluna de destilação, a
temperatura interna da coluna (em geral, a temperatura de topo da coluna) pode ser ajustada, ajustando a pressão interna da coluna, e pode ser, por exemplo, de cerca de 20 a 180°C, preferivelmente, de cerca de 50 a 150°C e, mais preferivelmente, de cerca de 100 a 140°C.
[000110] Além disso, para a coluna de placas, o número teórico de placas não é particularmente limitado a um valor específico e, dependendo da espécie do componente a ser separado, é de cerca de 5 a 50, de preferência, de cerca de 7 a 35 e, mais preferivelmente, de cerca de 8 a 30. Além disso, a fim de separar altamente acetaldeído (ou com uma precisão elevada) na primeira coluna de destilação, o número teórico de placas pode ser de cerca de 10 a 80, de preferência, de cerca de 12 a 60 e, mais preferivelmente, de cerca de 15 a 40.
[000111] Na primeira coluna de destilação, a razão de refluxo pode ser selecionada, por exemplo, de cerca de 0,5 a 3000 e, de preferência, de cerca de 0,8 a 2000, dependendo do número teórico supracitado de placas, ou pode ser reduzido, aumentando o número teórico de placas. Neste contexto, na primeira coluna de destilação, a destilação pode ser efetuada sem refluxo.
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51/81 [000112] Uma vez que a fração de menor ponto de ebulição (primeiro componente de menor ponto de ebulição) separada da primeira coluna de destilação contém um componente útil (por exemplo, iodeto de metila e acetato de metila), a fração de menor ponto de ebulição pode ser diretamente reciclada para o sistema de reação (ou reator) e/ou a primeira coluna de destilação, ou pode ser liquefeito por extração de calor de parte do calor de reação no sistema de reação (por exemplo, o reator) com um condensador, um permutador de calor, ou outro meio e, em seguida, reciclado para o reator e/ou a primeira coluna de destilação. Por exemplo, a fração de menor ponto de ebulição extraída da primeira coluna de destilação não é necessária ser reciclada para a primeira coluna de destilação, depois da condensação por parte do condensador como a forma de realização da Fig. 1. A fração de menor ponto de ebulição extraída pode ser reciclada diretamente, ou simplesmente arrefecida para remover um componente de gás de combustão (por exemplo, monóxido de carbono e hidrogênio) e, em seguida, o componente líquido remanescente (residual) pode ser reciclado. Além disso, entre os componentes de menor ponto de ebulição na fração de menor ponto de ebulição, acetaldeído deteriora a qualidade do ácido acético como um produto final. Assim, se necessário, após a extração de acetaldeído (por exemplo, após a extração de acetaldeído, submetendo a fração contendo as impurezas de menor ponto de ebulição à etapa de separação de acetaldeído mais tarde mencionada (coluna de separação de acetaldeído)), o(s) componente(s) restante(s) pode(m) ser reciclado(s) para o sistema de reação e/ou a primeira coluna de destilação. Neste contexto, o componente de gás de combustão pode ser introduzido no sistema de lavagem.
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52/81 [000113] fração de maior ponto de ebulição (fração de fundo) separada na primeira coluna de destilação contém água, ácido acético, um catalisador de ródio arrastado, iodeto de lítio e, além disso, ácido acético remanescente sem ser evaporado, as impurezas de menor ponto de ebulição, outros. Assim, se necessário, a fração de maior ponto de ebulição pode ser reciclada para o sistema de reação (reator) e/ou o vaporizador.
Aliás, antes da reciclagem, ácido propiônico, que deteriora a qualidade do ácido acético como um produto final, pode ser removido.
(Etapa de purificação de ácido acético) [000114]
Na etapa de purificação de ácido acético, iodeto de hidrogênio, um componente de menor ponto de ebulição, e um componente de maior ponto de ebulição, cada qual permanecendo sem ser separado na primeira coluna de destilação, são retirados da primeira corrente de líquido por destilação com mais elevada precisão, e ácido acético purificado é coletado. Isto é, na etapa de purificação de ácido acético, a primeira corrente de líquido é alimentada na segunda coluna de destilação, e o segundo componente de menor ponto de ebulição é ainda mais separado como um sobrenadante, e a segunda corrente de líquido contendo ácido acético é recolhida.
[000115] A primeira corrente de líquido separada ou recolhida na primeira coluna de destilação e alimentada à segunda coluna de destilação é uma composição líquida, contendo principalmente ácido acético. A primeira corrente de líquido contém outros componentes (por exemplo, iodeto de metila, acetato de metila, água, e iodeto de hidrogênio), além de ácido acético. Na primeira corrente de líquido, as concentrações desses outros componentes podem ser selecionadas, dependendo do ajuste, ou
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53/81 falta de ajuste, da concentração de cada componente no evaporador instantâneo, das condições de destilação na primeira coluna de destilação, e outros.
[000116] Por exemplo, a concentração de iodeto de metila na
primeira corrente de líquido pode ser de cerca de 0 a 10% em
peso (por exemplo, de cerca de 10 ppm a 8% em peso), de
preferência, de cerca de 0,1 a 8% em peso, mais preferivelmente, de cerca 0,2 a 7% em peso e particularmente, de cerca de 0,3 a 6% em peso (por exemplo, de cerca de 0,5 a 5% em peso, de preferência, de cerca de 0,7 a 4% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 1 a 3% em peso), e pode geralmente ser não superior a 4% em peso (por exemplo, de cerca de 0 a 4% em peso, de preferência, de cerca de 10 ppm a 3,5% por peso, mais preferivelmente, de cerca de 1 a 3,3% em peso e, particularmente, de cerca de 1,5 a 3,2% em peso).
[000117] Aliás, quando a concentração de iodeto de metila for baixa, o iodeto de hidrogênio da condensação derivada de iodeto de metila pode ser inibido na parte superior da segunda coluna de destilação. Além disso, de acordo com a presente invenção, mesmo quando a concentração de iodeto de metila for alta, a condensação de iodeto de hidrogênio pode ser inibida em toda a segunda coluna de destilação.
[000118] Além disso, a concentração de acetato de metila na primeira corrente de líquido pode ser de cerca de 0 a 10% em peso, de preferência, de cerca de 0,1 a 8% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 0,2 a 7% em peso, e pode geralmente ser de cerca de 0,2 a 6% em peso, [por exemplo, de cerca de 0,3 a 5% em peso, de preferência, de cerca de 0,4 a 4% em peso, mais preferivelmente, de cerca de 0,5 a 3% em peso, em particular, de cerca de 0,7 a 2,5% em peso (por exemplo, de
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54/81 cerca de 1 a 2 % em peso)].
[000119] Aliás, quando a concentração de acetato de metila for alta, a condensação de iodeto de hidrogênio é inibida mais facilmente na parte superior da segunda coluna de destilação, provavelmente, devido ao consumo do iodeto de hidrogênio pela reação de iodeto de hidrogênio com acetato de metila. Além disso, de acordo com a presente invenção, mesmo quando a concentração de acetato de metila for baixa, a condensação de iodeto de hidrogênio pode ser inibida em toda a segunda coluna de destilação. A concentração de acetato de metila pode ser aumentada, de forma eficiente, ajustando a concentração de acetato de metila na mistura de catalisador líquido na destilação instantânea, como descrito acima. A concentração de acetato de metila na primeira corrente de líquido pode ser aumentada, pela adição de acetato de metila à primeira coluna de destilação.
[000120] Além disso, a concentração de água na primeira corrente de líquido pode ser de cerca de 0,1 a 25% em peso, de preferência, de cerca de 0,2 a 20% em peso, mais preferivelmente, de cerca de 0,3 a 15% em peso e, particularmente, de cerca de 0,5 a 12% em peso (por exemplo, de cerca de 0,7 a 10% em peso e, de preferência, de cerca de 1 a 8% em peso), e pode geralmente ser inferior a 5% em peso, [por exemplo, não superior a 4% em peso, por exemplo, de cerca de 0,1 a 4 % em peso, de preferência, de cerca de 0,3 a 3,5% em peso, mais preferencialmente, não superior a 3% em peso (por exemplo, de cerca de 0,5 a 3% em peso) e, especialmente, de cerca de 1 a 2,5% em peso (por exemplo, de cerca de 1 a 2% em peso)].
[000121] Aliás, quando a concentração de água for baixa, a
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55/81 condensação de iodeto de hidrogênio pode ainda ser facilmente inibida na parte superior da segunda coluna de destilação. Em particular, como a concentração de água na primeira corrente de líquido (ou objeto líquido) e aquela de água na coluna são mais baixas, a taxa de corrosão da segunda coluna de destilação diminui. A taxa de corrosão pode diminuir significativamente a uma concentração de água inferior a 5% em peso, particularmente, de menos de 3% em peso. Assim, a combinação da concentração de água com a maneira de adição a seguir mencionada do componente alcalino pode inibir ainda mais eficazmente a condensação de iodeto de hidrogênio na segunda destilação e a corrosão da segunda coluna de destilação. Além disso, de acordo com a presente invenção, mesmo quando a concentração de água for elevada, a condensação de iodeto de hidrogênio pode ser inibida em toda a segunda coluna de destilação. Neste contexto, como descrito no Pedido de Patente Japonesa Rubricado N°. 2009-501129, a adição de água à primeira coluna de destilação, por vezes, aumenta a concentração de água na primeira corrente de líquido.
[000122] A concentração de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido pode ser, por exemplo, não superior a 2000 ppm (por exemplo, de cerca de 0 a 1800 ppm), de preferência, não superior a 1500 ppm (por exemplo, de cerca de 1 a 1200 ppm), mais preferencialmente, não superior a 1000 ppm (por exemplo, de cerca de 2 a 900 ppm) e, geralmente, não superior a 800 ppm (por exemplo, de cerca de 3 a 700 ppm) baseado em peso. Para uma concentração relativamente baixa, a concentração de iodeto de hidrogênio no primeiro componente líquido pode ser não superior a 500 ppm (por exemplo, de cerca de 0 a 300 ppm), de preferência, não superior a 100 ppm (por exemplo, de cerca
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56/81 de 0,1 a 50 ppm), mais de preferência, não superior a 30 ppm (por exemplo, de cerca de 0,3 a 25 ppm) e, geralmente, cerca de 1 a 30 ppm (por exemplo, de cerca de 2 a 25 ppm) baseado em peso. Se necessário, a concentração de iodeto de hidrogênio no primeiro componente líquido pode ser diminuída, utilizando o método descrito no Pedido de Patente Japonesa Publicado N° 2009-501129, ou outros métodos.
[000123] Aliás, a concentração de ácido acético na primeira corrente de líquido pode ser, por exemplo, não inferior a 50% em peso (por exemplo, de cerca de 55 a 99,5% em peso), de preferência, não inferior a 60% em peso (por exemplo, de cerca de 65 a 99% em peso), mais preferivelmente, não inferior a 70% em peso (por exemplo, de cerca de 75 a 98,5% em peso) e, em particular, não inferior a 80% em peso (por exemplo, de cerca de 85 a 98% em peso) e, normalmente, de cerca de 80 a 99,5% em peso (por exemplo, de cerca de 85 a 99% em peso, de preferência, de cerca de 90 a 98% em peso e, mais preferivelmente, de cerca de 92 a 97% em peso).
[000124] Desta maneira, a primeira corrente de líquido contém iodeto de hidrogênio ou um componente de produção de iodeto de hidrogênio, na segunda coluna de destilação. Quando a primeira corrente de líquido é diretamente submetida à segunda destilação, iodeto de hidrogênio é condensado através de reações contínuas na segunda coluna de destilação (em especial, na parte superior ou na parte de fase gasosa da coluna de destilação). Assim, de acordo com a presente invenção, o componente alcalino é adicionado (ou alimentado ou misturado) na primeira corrente de líquido, nos seguintes modos ou formas de realização (1) e/ou (2), e o objeto líquido contendo a primeira corrente de líquido e o componente alcalino é
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57/81 submetido à destilação na segunda coluna de destilação:
(1) o componente alcalino é adicionado ou misturado com a primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação, (2) na segunda coluna de destilação, o componente alcalino é adicionado ou misturado no mesmo nível de altura (ou na mesma posição ou placa) que um nível de altura (ou placa ou posição), no qual a primeira corrente de líquido é alimentada, ou a um nível de altura ou posição superior (ou maior) do que o nível de altura (ou posição), no qual a primeira corrente de líquido é alimentada.
[000125] No modo (1), é suficiente que a posição de misturação (posição de adição) do componente alcalino para a primeira corrente de líquido se situe antes da alimentação para a segunda coluna de destilação. Por exemplo, o componente alcalino pode ser alimentado a uma linha para alimentar o primeiro componente líquido, a partir da primeira coluna de destilação para a segunda coluna de destilação. Neste contexto, o componente alcalino é normalmente alimentado, após a primeira corrente de líquido ser descarregada da primeira coluna de destilação.
[000126] Aliás, no modo (1), o tempo, a partir de quando o primeiro componente líquido e o componente alcalino são misturados até quando a mistura é alimentada na segunda coluna de destilação (tempo de retenção, tempo de contato), pode ser não superior a 5 minutos (por exemplo, de cerca de 1 segundo e 4 minutos), de preferência, não superior a 4 minutos (por exemplo, de cerca de 3 segundos a 3 minutos), mais preferivelmente, não superior a 3 minutos (por exemplo, de cerca de 5 segundos a 2 minutos). Quando o tempo de retenção
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58/81 for demasiadamente longo, o componente alcalino é consumido por iodeto de metila na primeira corrente de líquido, de modo que a neutralização seletiva de iodeto de hidrogênio, por vezes, diminui.
[000127] Além disso, no modo (2), é suficiente que o componente alcalino seja adicionado na mesma posição que uma posição, em que a primeira corrente de líquido é alimentada na segunda coluna de destilação, ou numa posição superior à posição em que a primeira corrente de líquido é alimentada na segunda coluna de destilação. Quando a posição de adição do componente alcalino é superior à posição de adição da primeira corrente de líquido, por exemplo, na segunda coluna de destilação, a placa, na qual o componente alcalino é adicionado, pode ser a primeira ou placa mais elevada (por exemplo, a primeira à 30a placa, de preferência, a primeira à 20a placa e, com maior preferência, a primeira à 10a placa) acima da placa, na qual a primeira corrente de líquido é alimentada. Aliás, a posição de adição da primeira corrente de líquido é normalmente situada numa posição superior, ou mais alta, do que a posição de coleta da segunda corrente de líquido (por exemplo, por corte lateral).
[000128] A temperatura de contato do primeiro componente líquido e do componente alcalino [a temperatura (temperatura do líquido) do objeto líquido contendo o primeiro componente líquido e o componente alcalino] pode ser, por exemplo, de cerca de 50 a 190°C, de preferência, de cerca de 70 a 180°C (por exemplo, de cerca de 90 a 175°C) e, mais preferivelmente, de cerca de 100 a 170°C. Em particular, a gama acima da temperatura do líquido é combinada com o modo (1) para alcançar progressos eficientes de neutralização do iodeto de hidrogênio
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59/81 (HI) e do componente alcalino, enquanto que inibindo o consumo do componente alcalino por iodeto de metila na primeira corrente de líquido.
[000129] O componente alcalino pode incluir um hidróxido de metal [por exemplo, um hidróxido de metal alcalino (por exemplo, hidróxido de lítio, hidróxido de sódio e hidróxido de potássio), um hidróxido de metal alcalino-terroso (por exemplo, hidróxido de cálcio), e hidróxidos de metais dos Grupos 3 a 12 da Tabela Periódica (por exemplo, hidróxido de ferro (II), hidróxido de zinco, e hidróxido de cobre (II))], um óxido de metal [por exemplo, um óxido de metal correspondente ao hidróxido de metal, tal como um óxido de metal alcalino (por exemplo, óxido de sódio)], um sal de um ácido inorgânico (por exemplo, um sal de metal de um ácido fraco, tal como um carbonato de metal alcalino ou um bicarbonato de metal alcalino (carbonato de hidrogênio)), um sal de um ácido orgânico [por exemplo, um sal de acetato, tal como um sal de metal de ácido acético (por exemplo, um acetato de metal alcalino, tal como acetato de lítio, acetato de potássio, ou acetato de sódio; um acetato de metal alcalino-terroso, tal como acetato de cálcio; ou um sal de ácido acético com qualquer um dos metais dos grupos 3 a 12 da Tabela Periódica, tais como acetato de ferro (II), acetato de zinco, ou acetato de cobre (II)], uma amina, amoníaco e outros. Os componentes alcalinos podem ser usados em separado ou em combinação.
[000130] Dentre eles, o componente alcalino preferido inclui um hidróxido de metal alcalino, um hidróxido de metal alcalinoterroso, um sal de acetato (por exemplo, um sal de acetato de metal alcalino, um sal de acetato de metal alcalino-terroso), em particular um hidróxido de metal alcalino.
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60/81 [000131] A quantidade a ser adicionada do componente alcalino pode ser adequadamente selecionada, dependendo da composição de líquido (de formulação) da primeira corrente de líquido. Por exemplo, a concentração do componente alcalino no objeto líquido (ou a proporção do componente alcalino na quantidade total da primeira corrente de líquido e do componente alcalino) pode ser selecionada a partir da gama não superior a 100000 ppm (p. ex., de cerca de 1 a 70000 ppm) baseado em peso, e o componente alcalino pode ser adicionado à primeira corrente de líquido, de modo que a concentração do componente alcalino possa ser não superior a 50000 ppm (por exemplo, de cerca de 3 a 30000 ppm), de preferência, não superior a 20000 ppm (por exemplo, de cerca de 5 a 15000 ppm) e, mais preferencialmente, não superior a 10000 ppm (por exemplo, de cerca de 10 a 7000 ppm). Em particular, o componente alcalino pode ser adicionado à primeira corrente de líquido, de modo que a concentração do componente alcalino no objeto líquido possa ser não superior a 5000 ppm (por exemplo, de cerca de 1 a 3000 ppm), de preferência, não superior a 2000 ppm (por exemplo, de cerca de 5 a 1500 ppm) e, mais preferivelmente, não superior a 1000 ppm (por exemplo, entre 10 e
900 ppm), com base em peso, ou de modo que a concentração do componente alcalino possa ser não superior a 800 ppm [por exemplo, de cerca de 5 a 750 ppm, de preferência, não superior a 500 ppm (por exemplo, de cerca de 10 a 400 ppm) ] , geralmente, de cerca de 10 a 1500 ppm (por exemplo, de preferência, de cerca de 20 a 1200 ppm, de preferência, de cerca de 30 a 1000 ppm e, particularmente, cerca 40 a 800 ppm), baseado em peso.
[000132] Além disso, a quantidade a ser adicionada do componente alcalino em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio
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61/81 na primeira corrente de líquido (ou objeto líquido a ser tratado) pode ser selecionada, a partir da faixa não inferior a 1 equivalente molar, e pode ser, por exemplo, de cerca de 1 a 2000 equivalentes molares (por exemplo, de cerca de 1,5 a 1500 equivalentes molares), de preferência, de cerca de 2 a 1000 equivalentes molares (por exemplo, de cerca de 2,5 a 800 equivalentes molares), mais preferencialmente, de cerca de 3 a
600 equivalentes molares (por exemplo, de cerca 5 a 500 equivalentes molares) e, particularmente, de cerca de 10 a 300 equivalentes molares. Em particular, a quantidade a ser adicionada do componente alcalino em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido (ou objeto
líquido a ser tratado) pode ser não superior a 200 equivalentes
molares (por exemplo, de cerca de 1 a 150 equivalentes
molares) , de preferência, não superior a 100 equivalentes
molares (por exemplo, de cerca de 1,5 a 90 equivalentes
molares) , mais preferivelmente, não superior a 85 equivalentes
de 2 a 83 equivalentes molares) molares de cerca (por exemplo, e, especialmente, não superior a 80 equivalentes molares (por exemplo, de cerca de 3 a 78 equivalentes molares), e pode geralmente ser de cerca de 1 a 85 equivalentes molares (por exemplo, de cerca de 1 a 82 equivalentes molares, preferivelmente, de cerca de 3 a 80 equivalentes molares e, mais preferencialmente, de cerca de 5 a 78 equivalentes molares).
[000133] De acordo com a presente invenção, mesmo se a quantidade do componente alcalino for pequena, a extração suficientemente eficaz de iodeto de hidrogênio (HI) pode ser alcançada. Neste contexto, um componente alcalino não-consumido (por exemplo, um hidróxido de metal alcalino) é acumulado na
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62/81 parte inferior da segunda coluna de destilação e, finalmente, extraído pelo fundo, ou outros, da segunda coluna de destilação. Por conseguinte, quando o componente alcalino for acumulado numa grande quantidade, é necessário extrair uma grande quantidade da fração inferior contendo ácido acético, a fim de evitar que o componente alcalino seja misturado em ácido acético purificado. Além disso, quando o componente alcalino for acumulado em grande quantidade, o arrasto do componente alcalino provoca um aumento na concentração de um componente (por exemplo, um componente de potássio) derivado do componente alcalino em ácido acético purificado, ou a corrosão da coluna de destilação tende a acelerar, devido a uma elevação do ponto de ebulição. Além disso, quando a temperatura da segunda coluna de destilação for igual à temperatura ambiente, o componente alcalino é, por vezes, solidificado (ou cristalizado), devido à saturação, deteriorando assim as suas propriedades de manuseio. Portanto, o processo da presente invenção, no qual uma pequena quantidade do componente alcalino é permitida reagir com iodeto de hidrogênio, é extremamente vantajoso em termos de eficiência do processo.
[000134] De acordo com a presente invenção, a segunda destilação pode ser realizada na presença do componente (A), que tem um ponto de ebulição relativamente baixo e é capaz de consumir iodeto de hidrogênio, por uma reação com iodeto de hidrogênio (reação de equilíbrio), ou inibir a produção de iodeto de hidrogênio na reação de equilíbrio (por exemplo, inibir uma reação de iodeto de metila com água). A segunda destilação na presença do componente (A) em combinação com o componente alcalino pode inibir a condensação de iodeto de hidrogênio na parte superior da segunda coluna de destilação em
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63/81 um nível mais elevado. Neste contexto, como componente (A), um componente tendo um menor ponto de ebulição do que o ponto de ebulição do ácido acético (isto é, inferior a 118°C) é praticamente utilizado em termos da separabilidade do ácido acético purificado, ou da diminuição da concentração de iodeto de hidrogênio na parte superior da coluna de destilação.
[000135] O componente (A) pode incluir um álcool (por exemplo, um alcanol C1-4, tal como metanol, etanol, propanol, isopropanol, ou 2-butanol) , um éter (por exemplo, um éter dialquílico C1-3, tal como éter dimetílico, éter metil-etílico, éter dietílico, éter dipropílico, ou éter diisopropílico), e um éster de etila [por exemplo, um acetato de alquila (por exemplo, um acetato de alquila C1-3, tal como acetato de metila, acetato de etila, acetato de propila ou acetato de isopropila)]. Esses componentes (A) podem ser usados em separado ou em combinação.
[000136] O componente (A) preferido pode incluir metanol, éter dimetílico, acetato de metila, e outros.
[000137] A concentração do componente (A) no objeto líquido pode ser selecionada dentre o intervalo não inferior a 0,1% em peso (por exemplo, de cerca de 0,15 a 15% em peso) e pode ser, por exemplo, não inferior a 0,2% em peso (por exemplo, de cerca de 0,25 a 12% em peso), de preferência, não inferior a 0,3% em peso (por exemplo, de cerca de 0,35 a 10% em peso), mais preferivelmente, não inferior a 0,4% em peso (por exemplo, de cerca de 0,45 a 8% em peso), especialmente, não inferior a 1% em peso (por exemplo, de cerca de 1 a 5% em peso) e, geralmente, não inferior a 0,5% em peso [por exemplo, de cerca de 0,6 a 10% em peso, de preferência, de cerca de 0,7 a 8% em peso, mais preferivelmente, de cerca de 0,8 a 6% em peso (por
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64/81 exemplo, de cerca de 1 a 4% em peso) e, especialmente, de cerca de 1 a 2% em peso].
[000138] Aliás, na fase gasosa (ou porção de fase gasosa ou parte de topo da coluna), do lado de dentro da segunda coluna de destilação, a concentração do componente (A) pode ser não inferior a 1% em peso (por exemplo, de cerca de 1,5 a 20% em peso), de preferência, não inferior a 2% em peso (por exemplo, de cerca de 2,5 a 15% em peso) e, mais preferencialmente, não inferior a 3% em peso (por exemplo, de cerca de 3 a 12% em peso).
[000139] Além disso, na fase gasosa dentro da segunda coluna de destilação, a proporção de iodeto de metila em relação ao componente (A) [o anterior/ último] (proporção em peso) pode ser de cerca de 0,01 a 10 e, preferencialmente, de cerca de 0,1 a 5.
[000140] O componente (A) pode estar contido na primeira
corrente de líquido (por exemplo, o caso em que uma
concentração suficiente de acetato de metila está contida na
primeira corrente de líquido) , ou pode ser adicionado
recentemente (ou especialmente). Isto é, o componente (A) pode ser adicionado à primeira corrente de líquido (ou à segunda coluna de destilação). O modo para adicionar (ou misturar) o componente (A) não se encontra particularmente limitado a um tipo específico, na medida em que o componente (A) seja permitido existir no objeto líquido, na segunda coluna de destilação, e pode compreender os seguintes modos (a) e/ou (b):
(a) O componente (A) é adicionado ou misturado com a primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação, (b) O componente (A) é adicionado ou misturado com a
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65/81 primeira corrente de líquido na segunda coluna de destilação.
[000141] No modo (b), como é o caso do componente alcalino, na segunda coluna de destilação, o componente (A) pode ser adicionado ou misturado na mesma posição (ou mesma placa) que uma posição (ou placa), em que a primeira corrente de líquido é alimentada, ou na posição (ou placa) superior àquela posição, em que a primeira corrente de líquido é alimentada. Em particular, é preferível que o componente (A) seja alimentado na mesma posição que uma posição, em que a primeira corrente de líquido é alimentada (uma placa a ser alimentada) ou numa posição (ou placa) superior (p. ex., a primeira placa de cima) à posição, em que a primeira corrente de líquido é alimentada (a placa a ser alimentada). Além disso, o componente (A) pode ser adicionado em conjunto com o componente alcalino, ou o componente (A) e o componente alcalino podem ser adicionados separadamente.
[000142] Aliás, relativamente ao componente (A), o tempo (tempo de retenção, tempo de contato), a partir de quando o primeiro componente líquido e o componente (A) são misturados até quando a mistura é alimentada na segunda coluna de destilação, pode ser, por exemplo, não inferior a 1 segundo (por exemplo, de cerca de 2 segundos a 20 minutos), de preferência, não inferior a 5 segundos (por exemplo, de cerca de 5 segundos a 15 minutos), mais preferencialmente, de cerca de 10 segundos a 10 minutos (por exemplo, de cerca de 20 segundos a 7 minutos), e pode geralmente ser de cerca de 10 segundos a 5 minutos [por exemplo, de cerca de 10 segundos a 3 minutos (por exemplo, de cerca de 10 segundos a 1 minuto)]. Além disso, a temperatura de contato do primeiro componente líquido e o componente (A) [a temperatura (temperatura do
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66/81 líquido) do objeto líquido contendo o primeiro componente líquido e o componente (A)] pode ser, por exemplo, de cerca de 20 a 190°C, de preferência, de cerca de 50 a 180°C (por exemplo, de cerca de 70 a 175°C) e, mais preferivelmente, de cerca de 100 a 170°C. Provavelmente, devido ao tempo de retenção ou à temperatura do líquido no interior do intervalo acima mencionado, ocorre a aceleração da reação do componente (A) com iodeto de hidrogênio ou o progresso da reação na segunda coluna de destilação, em certa medida, o aumento na concentração de iodeto de hidrogênio na segunda coluna de destilação tende a ser ainda mais eficientemente inibido.
[000143] Para a segunda coluna de destilação, pode ser utilizada uma coluna de destilação convencional, por exemplo, uma coluna de placas, uma coluna de enchimento, e outras colunas. O material da (ou para formar a) segunda coluna de destilação pode incluir o mesmo material que aquele da primeira coluna de destilação. De acordo com a presente invenção, uma vez que a condensação de iodeto de hidrogênio no interior da segunda coluna de destilação pode ser significativamente inibida, pode ser usada, não só uma coluna de destilação feita de um material caro tendo uma elevada resistência à corrosão (como zircônio) , mas também uma coluna de destilação feita de um material relativamente barato tendo uma resistência não muito elevada à corrosão, por exemplo, uma liga [por exemplo, uma liga à base de metal de transição, como uma liga à base de ferro (ou uma liga contendo ferro como componente principal, por exemplo, um aço inoxidável (incluindo aço inoxidável contendo cromo, níquel, molibdênio e outros)), uma liga à base de níquel (ou uma liga contendo níquel como componente principal, por exemplo, HASTELLOY (nome comercial) e INCONEL
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67/81 (nome comercial)), uma liga à base de cobalto (ou uma liga de cobalto, como componente principal)]. Dentre outras, é preferida uma liga à base de ferro ou uma liga à base de níquel.
[000144] A temperatura e pressão de destilação na segunda coluna de destilação podem ser adequadamente selecionadas, dependendo da condição, tal como a espécie da coluna de destilação, ou o objeto principal (alvo) para extração, selecionado dentre o componente de menor ponto de ebulição e o componente de maior ponto de ebulição. Por exemplo, a pressão interna da coluna (em geral, a pressão da parte superior da coluna) pode ser de cerca de 0,01 a 1 MPa, de preferência, de cerca de 0,01 a 0,7 MPa e, mais preferivelmente, de cerca de 0,05 a 0,5 MPa, em termos de pressão manométrica.
[000145] Na segunda coluna de destilação, a temperatura interna da coluna pode ser, por exemplo, de cerca de 30 a 200°C, preferivelmente, de cerca de 80 a 180°C e, mais preferivelmente, de cerca de 100 a 170°C, dependendo da pressão interna da coluna. A temperatura no topo da coluna (ou a temperatura da fase gasosa) pode ser, por exemplo, de cerca de 30 a 180°C, preferivelmente, de cerca de 50 a 150°C e, mais preferivelmente, de cerca de 70 a 120°C. Além disso, a temperatura no fundo da coluna pode ser, por exemplo, de cerca de 80 a 200°C, preferivelmente, de cerca de 100 a 190°C (por exemplo, de cerca de 120 a 185°C) e, mais preferivelmente, de cerca de 130 a 180°C (por exemplo, de cerca 140 a 170°C).
[000146] Além disso, o número teórico de placas da segunda coluna de destilação não é particularmente limitado a um valor específico e, dependendo da espécie do componente a ser separada, pode ser de cerca de 5 a 1500, de preferência, de
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68/81 cerca de 10 a 120 e, mais preferivelmente, de cerca de 20 a 100, e pode ser geralmente de cerca de 30 a 120 (por exemplo, de cerca de 40 a 100) . Além disso, na segunda coluna de destilação, a razão de refluxo pode ser selecionada dentre, por exemplo, cerca de 0,1 a 100, de preferência, de cerca de 0,3 a 50 e, mais preferivelmente, de cerca de 0,5 a 30 (por exemplo, de cerca de 0,5 a 20), de acordo com o número teórico de placas acima citado. Neste contexto, na primeira coluna de destilação, a destilação pode ser efetuada sem refluxo.
[000147] De acordo com a presente invenção, como descrito acima, a destilação na presença do componente alcalino (e o componente (A)) pode inibir o aumento na concentração de iodeto de hidrogênio, na segunda coluna de destilação. Em particular, de acordo com a presente invenção, a condensação de iodeto de hidrogênio pode ser significativamente inibida, mesmo na parte superior (porção de fase gasosa) da segunda coluna de destilação. Por exemplo, na reação contínua, a concentração de iodeto de hidrogênio no segundo componente de menor ponto de ebulição (destilado) é inferior a 40 ppm (por exemplo, de cerca de 0 ou limite de detecção a 38 ppm), de preferência, não superior a 36 ppm (por exemplo, de cerca de 0 ou limite de detecção a 35 ppm), mais preferivelmente, não superior a 33 ppm (por exemplo, de cerca de 0 ou limite de detecção a 32 ppm) e, em particular, não superior a 30 ppm (por exemplo, de cerca de 0 ou limite de detecção a 25 ppm).
[000148] Uma vez que a fração de menor ponto de ebulição (segundo componente de menor ponto de ebulição) separada pela segunda coluna de destilação contém um componente útil, tal como iodeto de metila ou acetato de metila, a fração de menor ponto de ebulição pode ser diretamente reciclada para o sistema
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69/81 de reação (por exemplo, o reator) e/ou a segunda coluna de destilação. A fim de remover parte do calor de reação, da mesma forma que a fração de menor ponto de ebulição extraída pela primeira coluna de destilação, a fração de menor ponto de ebulição pode ser liquefeita por um condensador, um permutador de calor, ou outro meio e, em seguida, reciclada. Além disso, uma vez que a fração de menor ponto de ebulição, por vezes, contém acetaldeído, a fração de menor ponto de ebulição pode ser reciclada, por exemplo, após a extração de acetaldeído com a coluna de separação de aldeído a seguir referida, se necessário. Neste contexto, o componente de gás de combustão pode ser introduzido no sistema de lavagem.
[000149] Na forma de realização da Fig. 1, a corrente de ácido acético purificada (segunda corrente de líquido) é extraída (ou coletada) por corte lateral, e a posição da abertura de corrente lateral está geralmente numa posição média ou inferior da segunda coluna de destilação. Como descrito acima, geralmente, a abertura de corrente lateral para extrair a segunda corrente de líquido está praticamente situada numa posição mais baixa do que a posição (a posição da abertura de alimentação) para alimentar a primeira corrente de líquido.
[000150] Além disso, na segunda coluna de destilação, cada um dentre o segundo componente de menor ponto de ebulição e segundo componente de maior ponto de ebulição (fração de maior ponto de ebulição, fração de fundo) contendo pelo menos parte do componente de maior ponto de ebulição (tal como ácido propiônico ou água), podem ser separados. Além disso, na forma de realização da Fig. 1, a segunda corrente de líquido é extraída (ou removida ou recolhida) como uma corrente por corte lateral. A segunda corrente de líquido pode ser extraída pelo
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70/81 fundo da coluna, ou retirada (ou recolhida) juntamente com a fração de maior ponto de ebulição (segundo componente de maior ponto de ebulição).
[000151] Aliás, o segundo componente de maior ponto de ebulição pode ser descarregado pelo fundo ou parte inferior da coluna. Uma vez que o componente de maior ponto de ebulição separado pela segunda coluna de destilação contém ácido propiônico e outros, a fração de maior ponto de ebulição pode ser diretamente descartada (ou removida). Além disso, uma vez que o segundo componente de maior ponto de ebulição, por vezes, ainda contém ácido acético, se necessário, a fração de maior ponto de ebulição, a partir da qual ácido propiônico é removido e/ou recuperado, pode ser reciclada para o sistema de reação (por exemplo, o reator). Aliás, através da extração da corrente de ácido acético (segunda fração líquida) pela abertura de corrente lateral existente numa posição superior em relação à abertura inferior para extrair o segundo componente de ponto de ebulição mais elevado, a corrente lateral e o componente de maior ponto de ebulição (fração de maior ponto de ebulição) podem ser eficientemente separados.
(Etapa de extração de iodeto) [000152] O ácido acético purificado (segunda corrente de líquido) e recuperado é geralmente introduzido numa coluna para produto de ácido acético e obtido na forma de produto de ácido acético. Antes ou após a introdução na coluna para produto de ácido acético, o ácido acético purificado pode ser ainda submetido a uma etapa de extração de iodeto para remover um iodeto (por exemplo, um iodeto de alquila C1-15, tal como iodeto de hexila ou iodeto de decila).
[000153] Na etapa de extração de iodeto, a corrente de ácido
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71/81 acético pode ser contatada com um removedor (material ou agente removedor) tendo uma capacidade de remoção de iodeto ou capacidade de adsorção de iodeto (por exemplo, um zeólito, um carvão ativado, e uma resina de troca iônica). De modo a remover eficientemente o iodeto da corrente de ácido acético, que é continuamente obtida (em um sistema contínuo), uma resina de troca iônica, com capacidade de remoção de iodeto ou capacidade de adsorção de iodeto, em particular, uma coluna de extração de iodeto dotada da resina de troca iônica no seu interior, é vantajosamente utilizada.
[000154] A resina de troca iônica a ser utilizada é geralmente uma resina de troca iônica (normalmente, uma resina de troca catiônica), em que pelo menos parte da região ativa (por exemplo, normalmente um grupo ácido, tal como um grupo sulfona, um grupo carboxila, um grupo hidroxila fenólico, ou um grupo fosfona) é substituída ou trocada por um metal. O metal pode incluir, por exemplo, pelo menos um membro selecionado dentre o grupo consistindo de prata (Ag), mercúrio (Hg) e cobre (Cu). A resina de troca catiônica, como uma base (substrato), pode ser qualquer uma dentre uma resina de troca catiônica de ácido forte e uma resina de troca catiônica de ácido fraco (brando), e a preferida inclui uma resina de troca catiônica de ácido forte, por exemplo, uma resina de troca iônica macrorreticular, e semelhantes.
[000155] Na resina de troca iônica, a proporção da região ativa trocada com o metal (ou substituída pelo metal) pode ser, por exemplo, de cerca de 10 a 80% em mol, de preferência, de cerca de 25 a 75% por mol e, mais preferivelmente, de cerca de 30 a 70% em mol.
[000156] Pelo menos o contato da corrente de ácido acético na
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72/81 segunda coluna de destilação com a resina de troca iônica (de preferência passando a corrente de ácido acético através da resina de troca iônica) realiza a extração do iodeto. Durante o contato com a (ou passagem através da) resina de troca iônica, se necessário, a temperatura da corrente de ácido acético pode ser gradualmente aumentada (ou elevada). A elevação da temperatura por etapas assegura a inibição da descarga ou escoamento do metal a partir da resina de troca iônica, bem como remoção do iodeto, de forma eficiente.
[000157] Exemplos de coluna de extração de iodeto podem incluir uma coluna de enchimento, tendo dentro da mesma, pelo menos, a resina de troca iônica que é permutada com um metal, uma coluna dotada de um leito de uma resina de troca iônica (por exemplo, um leito contendo resina em partículas) (um leito de proteção) e semelhantes. A coluna de extração de iodeto pode ser dotada da resina de troca iônica trocada com metal e, além disso, outra resina de troca iônica (por exemplo, uma resina de troca catiônica, uma resina de troca aniônica, e uma resina de troca não-iônica) no seu interior. Mesmo quando o metal é emanado da resina de troca iônica trocada com metal, a disposição da resina de troca catiônica no lado a jusante da resina de troca iônica trocada com metal (por exemplo, arranjo da resina de troca catiônica por enchimento, ou arranjo da resina de troca catiônica como um leito de resina) permite que o metal efluente seja capturado com a resina de troca catiônica, e seja removido da corrente de ácido carboxílico.
[000158] A temperatura da coluna de extração de iodeto pode ser, por exemplo, de cerca de 18 a 100°C, preferivelmente, de cerca de 30 a 70°C e, mais preferivelmente, de cerca de 40 a 60°C.
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73/81 [000159] A velocidade da corrente de ácido acético a ser passada pelo arranjo não se limita a um valor específico, e pode ser, por exemplo, em uma coluna de extração de iodeto utilizando um leito de proteção, por exemplo, de cerca de 3 a 15 BV/h (volume de leito por hora), de preferência, de cerca de 5 a 12 BV/h e, mais preferivelmente, de cerca de 6 a 10 BV/h.
[000160] Na etapa de extração de iodeto, a corrente de ácido acético pode ser, pelo menos, contatada com a resina de troca iônica, trocada por metal. Por exemplo, a coluna de extração de iodeto pode compreender uma coluna dotada da resina de troca iônica, trocada por metal, e uma coluna dotada de outra resina de troca iônica. Por exemplo, a coluna de extração de iodeto pode compreender uma coluna de resina de troca aniônica, e uma coluna de resina de troca iônica, trocada por metal, no lado a jusante da coluna de resina de troca aniônica, ou pode compreender uma resina de troca iônica, trocada por metal, e uma coluna de resina de troca catiônica no lado a jusante da coluna de resina de troca iônica, trocada por metal. Os detalhes do exemplo anterior podem ser consultados na WO02/062740, e outras.
(Etapa de separação de acetaldeído) [000161] Quando a fração contendo acetaldeído gerada pela reação é reciclada e distribuída ao sistema de reação ou outros, a quantidade de subproduto(s), tais como ácido propiônico, um aldeído insaturado, ou um iodeto de alquila, aumenta. Assim, prefere-se remover acetaldeído na solução a ser reciclada. Em particular, a extração do acetaldeído é preferida, porque é desnecessário separar e remover ácido propiônico, o que torna o ácido acético sub-padrão, na segunda coluna de destilação. O método para separar acetaldeído pode
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74/81 compreender a alimentação de uma solução de reciclagem (uma solução a ser reciclada) à coluna de separação de acetaldeído, para separar uma fração de menor ponto de ebulição contendo acetaldeído e uma fração de maior ponto de ebulição contendo iodeto de metila, acetato de metila, água, e outros e, em seguida, separar acetaldeído pela parte de topo ou superior da coluna de separação de aldeído, com o componente de gás de combustão (por exemplo, monóxido de carbono e hidrogênio). Além disso, o componente do gás de combustão pode ser removido anteriormente com um condensador, ou uma unidade de arrefecimento, antes da separação de acetaldeído. Além disso, uma vez que a fração de maior ponto de ebulição, obtida pela extração de acetaldeído como a fração de menor ponto de ebulição, contém iodeto de metila, água, acetato de metila, ácido acético, e semelhantes, a fração de maior ponto de ebulição pode ser reciclada para o sistema de reação.
[000162] Para a coluna de separação de aldeído, por exemplo, pode ser utilizada uma coluna de destilação convencional, por exemplo, uma coluna de placas, uma coluna de enchimento, um evaporador instantâneo, e outros.
[000163] A temperatura (a temperatura no topo da coluna), e a pressão (a pressão na parte superior da coluna)), na coluna de separação de acetaldeído, podem ser selecionadas, dependendo da espécie da coluna de destilação e outros, e não são particularmente limitadas a um valor específico, na medida em que, pelo menos, acetaldeído seja separável como uma fração de menor ponto de ebulição a partir da solução de reciclagem [por exemplo, a(s) fração(ões) de menor ponto de ebulição obtida(s) na(s) primeira e/ou segunda coluna(s) de destilação], utilizando a diferença entre acetaldeído e outros componentes
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75/81 (em particular, iodeto de metila) no ponto de ebulição. Por exemplo, para a coluna de placas, a pressão pode ser de cerca de 0,01 a 1 MPa, de preferência, de cerca de 0,01 a 0,7 MPa e, mais preferivelmente, de cerca de 0,05 a 0,5 MPa como uma pressão manométrica. A temperatura interna da coluna é, por exemplo, de cerca de 10 a 150°C, preferivelmente, de cerca de 20 a 130°C e, mais preferivelmente, de cerca de 40 a 120°C. O número teórico de placas pode ser, por exemplo, de cerca de 5 a 150, de preferência, de cerca de 8 a 120 e, mais preferivelmente, de cerca de 10 a 100.
[000164] Na coluna de separação de acetaldeído, a razão de refluxo pode ser selecionada a partir de cerca de 1 a 1000, de preferência, de cerca de 10 a 800 e, de preferência, de cerca de 50 a 600 (por exemplo, de cerca de 70 a 400), dependendo do número teórico supramencionado de placas.
EXEMPLOS [000165] Os exemplos seguintes destinam-se a descrever a presente invenção em maior detalhe e não devem ser, de forma alguma, interpretados como definindo o âmbito da invenção.
(Exemplo Comparativo 1) [000166] Num processo contínuo de reação para produzir ácido acético, metanol foi permitido reagir com monóxido de carbono num reator de carbonilação, a mistura de reação obtida no reator foi alimentada continuamente a um vaporizador e submetida à destilação instantânea. O componente volátil resultante, contendo pelo menos o produto ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água, e iodeto de hidrogênio, foi alimentado a uma primeira coluna de destilação, e um primeiro componente de menor ponto de ebulição foi
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76/81 separado como um sobrenadante. Para uma segunda coluna de destilação (número de placas: 50, placa de carregamento: 30a placa a partir do fundo), 100 partes de uma primeira corrente de líquido tendo uma composição de 3,0% em peso de iodeto de metila (Mel), 2,0% em peso de acetato de metila (MA), 2,0% em peso de água (H2O) , 20 ppm (baseado em peso) de iodeto de hidrogênio (HI), e 93,0% em peso de ácido acético (a temperatura do líquido da primeira corrente de líquido: 130°C) foi alimentado; e uma impureza de menor ponto de ebulição (segundo componente de menor ponto de ebulição) foi destilada e removida a uma pressão manométrica de 150 kPa, uma temperatura de fundo de coluna de 160°C, uma temperatura de topo de coluna de 145°C, e uma relação de refluxo de 2, numa proporção de 26 partes de um segundo componente de menor ponto de ebulição (destilado) e 74 partes de uma segunda corrente de líquido contendo ácido acético (fração de fundo). O segundo componente de menor ponto de ebulição (destilado) foi distribuído ao sistema de reação, e o ácido acético em bruto (segunda corrente de líquido) como a fração de fundo, depois de purificação, foi submetido a uma purificação suplementar na próxima coluna de destilação. A composição (formulação) do segundo componente de menor ponto de ebulição (destilado) foi a seguinte: 11,4% em peso de MeI, 7,7% em peso de MA, 7,6% em peso de H2O, 40 ppm de HI, e 75,1% em peso de ácido acético (Ac).
[000167] No processo de reação contínua, corpos de prova foram adicionados na parte superior da segunda coluna de destilação. Depois de lá permanecer durante 100 horas, cada corpo de prova foi examinado por um teste de corrosão, e a corrosão de cada corpo de prova foi observada, antes e depois do teste de corrosão.
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77/81 [000168] O teste de corrosão foi avaliado com base nos seguintes critérios nos Exemplos Comparativos 1 e 3 e Exemplos 1 a 3, e avaliado quanto à quantidade de corrosão observada no Exemplo Comparativo 2 e Exemplos 4 a 6.
A: corpo de prova não corroído de todo. B: corpo de prova severamente corroído. C: corpo de prova ligeiramente corroído. D: corpo de prova significativamente corroído. (Exemplo 1) [000169] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 1, com exceção de que hidróxido de potássio (KOH) foi, então, adicionado à primeira corrente de líquido, para ter uma proporção de 0,07% em peso na mistura resultante (objeto líquido), e onde a mistura foi alimentada (carregada) à segunda coluna de destilação, e o teste de corrosão foi realizado. A temperatura do líquido da primeira corrente de líquido não se alterou após a adição de hidróxido de potássio. O tempo, a partir de quando hidróxido de potássio foi adicionado à primeira corrente de líquido até quando a mistura foi alimentada à segunda coluna de destilação, foi de 30 segundos. A composição do destilado não se alterou, exceto que a concentração de HI foi de 5 ppm.
(Exemplo 2) [000170] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 1, com exceção de que hidróxido de potássio (KOH) foi, então, adicionado à primeira corrente de líquido, para ter uma proporção de 0,02% em peso na mistura resultante (objeto líquido), e onde a mistura foi alimentada (carregada) à segunda coluna de destilação, e o teste de corrosão foi realizado. A
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78/81 temperatura do líquido da primeira corrente de líquido não se alterou após a adição de hidróxido de potássio. O tempo, a partir de quando o hidróxido de potássio foi adicionado à primeira corrente de líquido até quando a mistura foi alimentada à segunda coluna de destilação, foi de 30 segundos. A composição do destilado não se alterou, exceto que a concentração de HI foi de 10 ppm.
(Exemplo 3) [000171] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 1, com exceção de que hidróxido de potássio (KOH) foi, então, adicionado à primeira corrente de líquido, para ter uma proporção de 0,04% em peso na mistura resultante (objeto líquido), e onde a mistura foi alimentada (carregada) à segunda coluna de destilação, e o teste de corrosão foi realizado. A temperatura do líquido da primeira corrente de líquido não se alterou após a adição de hidróxido de potássio. O tempo, a partir de quando o hidróxido de potássio foi adicionado à primeira corrente de líquido até quando a mistura foi alimentada à segunda coluna de destilação, foi de 30 segundos. A composição do destilado não se alterou, exceto que a concentração de HI foi de 20 ppm.
(Exemplo Comparativo 2) [000172] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 1, com exceção de que 100 partes da primeira corrente de líquido tendo uma composição de 3,0% em peso de MeI, 2,0% em peso de MA, 0,6% em peso de H2O, 20 ppm de HI (baseado em peso), e 94,4% em peso de ácido acético foi usada, e o teste de corrosão foi realizado. A composição do segundo componente de menor ponto de ebulição (destilado) foi a
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79/81 seguinte: 11,0% em peso de Mel, 7,9% em peso de MA, 2,1% em peso, H2O, e 42 ppm de HI; e o restante foi de ácido acético.
(Exemplo 4) [000173] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 2, com exceção de que hidróxido de potássio (KOH) foi, então, adicionado à primeira corrente de líquido, para ter uma proporção de 0,07% em peso na mistura resultante (objeto líquido), e onde a mistura foi alimentada (carregada) à segunda coluna de destilação, e o teste de corrosão foi realizado. A temperatura do líquido da primeira corrente de líquido não se alterou após a adição de hidróxido de potássio. O tempo, a partir de quando o hidróxido de potássio foi adicionado à primeira corrente de líquido até quando a mistura foi alimentada à segunda coluna de destilação, foi de 30 segundos. A composição do destilado foi a seguinte: 11,5% em peso de MeI, 7,2% em peso de MA, 2% em peso de H2O, e menos de 5 ppm de HI; e o restante foi de ácido acético.
(Exemplo 5) [000174] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 2, com exceção de que hidróxido de potássio (KOH) foi, então, adicionado à primeira corrente de líquido, para ter uma proporção de 0,02% em peso na mistura resultante (objeto líquido), e onde a mistura foi alimentada (carregada) à segunda coluna de destilação, e o teste de corrosão foi realizado. A temperatura do líquido da primeira corrente de líquido não se alterou após a adição de hidróxido de potássio. O tempo, a partir de quando o hidróxido de potássio foi adicionado à primeira corrente de líquido até quando a mistura foi alimentada à segunda coluna de destilação, foi de 30 segundos.
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A composição do destilado foi a seguinte: 11,7% em peso de Mel, 7,4% em peso de MA, 2,2% em peso, de H2O, e 11 ppm de HI, e o restante foi de ácido acético.
(Exemplo 6) [000175] O processo foi realizado do mesmo modo que no Exemplo Comparativo 2, com exceção de que o hidróxido de potássio (KOH) foi, então, adicionado à primeira corrente de líquido, para ter uma proporção de 0,04% em peso na mistura resultante (objeto líquido), e onde a mistura foi alimentada (carregada) à segunda coluna de destilação, e o teste de corrosão foi realizado. A temperatura do líquido da primeira corrente de líquido não se alterou após a adição de hidróxido de potássio. O tempo, a partir de quando o hidróxido de potássio foi adicionado à primeira corrente de líquido até quando a mistura foi alimentada à segunda coluna de destilação, foi de 30 segundos. A composição do destilado foi a seguinte: 11,1% em peso de MeI, 7,0% em peso de MA, 2,1% em peso, de H2O, e 19 ppm de HI; e o restante foi de ácido acético.
[000176] A composição do destilado e os resultados do teste de corrosão são mostrados na Tabela. Os pormenores dos materiais descritos na Tabela são como se segue. A unidade mm/Y significa que a taxa de corrosão do corpo de prova por ano (a espessura reduzida (mm) do corpo de prova por ano).
HB2: HASTELLOY B2 (liga à base de níquel), fabricada pela Oda Koki Co., Ltd.
HC: HASTELLOY C (liga à base de níquel), fabricada pela Oda Koki Co., Ltd.
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81/81 [Tabela 1]
Composição de destilado Condição KOH de carga de Teste de corrosão
MeI MA H2O HI AC KOH KOH/HI HB2 HC
peso peso peso ppm % peso % peso razão molar mm/Y mm/Y
Exemplo 1 Comparativo 11,4 7,7 7,6 40 restante 0 0 B D
Exemplo 1 11,4 7,7 7,6 5 restante 0,07 76 A B
Exemplo 2 11,4 7,7 7,6 10 restante 0,02 22 A C
Exemplo 3 11,4 7,7 7,6 20 restante 0,04 22 A C
Exemplo 2 Comparativo 11,0 7, 9 2,1 42 restante 0 0 0,09 0,15
Exemplo 4 11,5 7,2 2 inferior a 5 restante 0,07 76 inferior a 0,03 0,05
Exemplo 5 11,7 7, 4 2,2 11 restante 0,02 23 0, 04 0, 08
Exemplo 6 11, 1 7, 0 2,1 19 restante 0,04 21 0, 05 0,1
Aplicabilidade Industrial [000177] O processo de produção da presente invenção é extremamente útil como um processo para produzir ácido acético, inibindo, ao mesmo tempo, eficientemente o aumento da concentração (ou condensação) de iodeto de hidrogênio na segunda coluna de destilação.
Descrição dos Números de Referência
Reator
Vaporizador (evaporador)
Primeira coluna de destilação
Segunda coluna de destilação
5, 6, 7, 8, 9 Condensador ou permutador de calor
Sistema de lavagem

Claims (11)

  1. - REIVINDICAÇÕES -
    1. PROCESSO PARA PRODUZIR ÁCIDO ACÉTICO, caraterizado pelo fato de compreender etapa de etapa de evaporação instantânea para separar uma mistura de reação em um componente volátil e um componente líquido;
    etapa de coleta de ácido acético para alimentar uma primeira coluna de destilação com o componente volátil, contendo pelo menos ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, água, e iodeto de hidrogênio, separar um primeiro componente de menor ponto de ebulição como um sobrenadante, e coletar uma primeira corrente de líquido contendo principalmente ácido acético, etapa de purificação de ácido acético para alimentar uma segunda coluna de destilação com a primeira corrente de líquido, separar um segundo componente de menor ponto de ebulição como um sobrenadante, e coletar uma segunda corrente de líquido contendo ácido acético, em que a primeira corrente de líquido adicionalmente contém iodeto de metila em uma concentração de 10 ppm a 8% em peso, acetato de metila a uma concentração de 0,1 a 8% em peso, água a uma concentração de 0,2 a 20% em peso, iodeto de hidrogênio a uma concentração não superior a 1000 ppm baseado em peso, em que um componente alcalino é adicionado ou misturado nos seguintes modos (1) e/ou (2), para destilar um objeto líquido a ser tratado contendo a primeira corrente de líquido e o componente alcalino na segunda coluna de destilação:
    (1) o componente alcalino é adicionado ou misturado
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  2. 2/4 com a primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação, (2) na segunda coluna de destilação, o componente alcalino é adicionado ou misturado no mesmo nível de altura que um nível de altura, em que a primeira corrente de líquido é alimentada, ou a um nível de altura superior ao nível de altura, em que a primeira corrente de líquido é alimentada.
    2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a quantidade a ser adicionada do componente alcalino ser de 1 a 2000 equivalentes molares em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido, e do componente alcalino ser adicionado, a fim de que a concentração do componente alcalino no objeto líquido possa ser não superior a 100.000 ppm baseado em peso.
  3. 3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caraterizado pelo fato de, na primeira corrente de líquido, a concentração de iodeto de metila ser inferior a 4% em peso.
  4. 4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caraterizado pelo fato de, na primeira corrente de líquido, a
    concentração de iodeto de metila ser de 10 ppm a 3,5% em peso. uma das 5. PROCESSO , de acordo com qualquer reivindicações 2 a 4, caraterizado pelo fato de, na primeira corrente de lí quido, a concentração de água ser não superior a 3% em peso. 6 . PROCESSO , de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caraterizado pelo fato de, na primeira corrente de líquido, a concentração de iodeto de hidrogênio ser não superior a 100 ppm baseado em peso. 7 . PROCESSO , de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caraterizado pelo fato de, na primeira
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    3/4 corrente de líquido, a concentração de iodeto de hidrogênio ser de 1 a 30 ppm baseado em peso.
  5. 8 . PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caraterizado pelo fato de, no modo (1), a temperatura de contato da primeira corrente de líquido e do componente alcalino ser de 100 a 170°C, e o tempo, a partir de quando a primeira corrente de líquido e o componente alcalino são misturados até quando a mistura é alimentada na segunda coluna de destilação, ser não superior a 5 minutos.
  6. 9. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caraterizado pelo fato da quantidade a ser adicionada do componente alcalino ser não superior a 85 equivalentes molares em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido, e do componente alcalino ser adicionado, a fim de que a concentração do componente alcalino no objeto líquido possa ser não superior a 1000 ppm baseado em peso.
  7. 10. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caraterizado pelo fato da quantidade a ser adicionada do componente alcalino ser não superior a 80 equivalentes molares em relação a 1 mol de iodeto de hidrogênio na primeira corrente de líquido, e do componente alcalino ser adicionado, a fim de que a concentração do componente alcalino no objeto líquido possa ser não superior a 800 ppm, com base em peso.
  8. 11. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caraterizado pelo fato de, na segunda coluna de destilação, pelo menos um componente (A) possuindo um menor ponto de ebulição do que um ponto de ebulição do ácido acético, e sendo selecionado dentre o grupo consistindo de um
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    4/4 álcool, um éter, e um éster de etila, existe numa concentração não inferior a 0,2% em peso no objeto líquido.
  9. 12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caraterizado pelo fato do componente (A) existir a uma concentração não inferior a 1% em peso no objeto líquido.
  10. 13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caraterizado pelo fato do componente (A) ser permitido existir no objeto líquido, através da adição do componente primeira corrente de líquido.
    (A) na
  11. 14. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caraterizado pelo fato do componente (A) ser permitido existir no objeto líquido, através de (i) adição do componente (A) na primeira corrente de líquido, antes da primeira corrente de líquido ser alimentada na segunda coluna de destilação e/ou (ii), na segunda coluna de destilação, adicionar o componente (A) à primeira corrente de líquido, no mesmo nível de altura que um nível de altura, no qual a primeira corrente de líquido é alimentada, ou em um nível de altura superior ao nível de altura, em que a primeira corrente de líquido é alimentada.
    15. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caraterizado pelo fato do material da segunda coluna de destilação compreender uma liga à base de
    níquel.
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