BR112017019235B1 - Processo de ácido acético - Google Patents
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Abstract
processo de ácido acético. a presente revelação fornece um método para medir a concentração de um ou mais componentes no reator ou uma unidade de separação de um processo de ácido acético tanto por análise por espectroscopia raman quanto por análise de infravermelho. em algumas modalidades, as condições no reator ou em qualquer etapa subsequente do processo de produção de ácido acético são ajustadas em resposta à concentração medida de um ou mais componentes.
Description
[001] Este pedido é depositado sob o Tratado de Cooperação em matéria de Patente, o qual reivindica o benefício da prioridade do Pedido Provisório no US 62/130.369, depositado no dia 9 de março de 2015, que está incorporado ao presente documento, a título de referência, em sua totalidade.
[002] A presente revelação refere-se a um processo de preparação de ácido acético. Em particular, a presente revelação se refere ao controle de um processo de produção de ácido acético pelo/pela: (a) uso de espectroscopia Raman para medir a concentração de componentes em uma corrente de produto; e (b) correlação das medições de espectroscopia Raman às medições por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) de componentes na corrente de produto.
[003] O ácido acético é comercialmente produzido a partir de monóxido de carbono e metanol pela carbonilação de metanol na presença de água. O processo pode conter adicionalmente acetato de metila como uma coalimentação. Como uma alternativa ao acetato de metila como uma coalimentação, a reação pode ocorrer na presença de uma mistura de acetato de metila e metanol de correntes de subproduto da hidrólise/metanólise de acetato de polivinila. Várias técnicas podem ser usadas para determinar os componentes da mistura de reação e para modificar o processo.
[004] Em algumas modalidades, a presente revelação fornece um método para medir a concentração de um ou mais componentes em um reator ou uma unidade de separação do processo de ácido acético tanto por análise por Espectroscopia Raman quanto por análise infravermelha e ajustar as condições no reator ou em qualquer etapa subsequente do processo de produção de ácido acético em resposta à concentração medida.
[005] Em uma outra modalidade geral, a presente revelação fornece um método para produzir ácido acético que compreende:
[006] (A) reagir, em um reator de carbonilação e na presença de um catalisador de carbonilação, ingredientes que compreendem:
[007] (i) metanol,
[008] (ii) monóxido de carbono, e
[009] (iii) água,
[0010] para produzir uma mistura de reator;
[0011] (B) medir a concentração de um componente de referência e um segundo componente na mistura de reator tanto por análises por espectroscopia Raman quanto por análise infravermelha;
[0012] (C) determinar a razão (alternativamente denominada como "Razão de Ajuste") entre a concentração do componente de referência conforme medido por espectroscopia de infravermelho e a concentração conforme medido por espectroscopia Raman;
[0013] (D) calcular o valor ajustado ("Valor Ajustado") para o se gundo componente pela multiplicação da concentração do segundo componente conforme medido por espectroscopia Raman pela Razão de Ajuste; e
[0014] (E) modificar uma condição de processo no reator de car- bonilação ou uma unidade de separação, com base no Valor Ajustado.
[0015] Os detalhes adicionais serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada, em referência aos desenhos anexos, em que:
[0016] A Figura 1 é um gráfico que mostra medições de tempo transcorrido de certos componentes em um processo de carbonilação de metila.
[0017] A Figura 2 é um gráfico que mostra medições de tempo transcorrido de certos componentes em um processo de carbonilação de metila da Figura 1 com medições ajustadas para aqueles componentes sobrepostos nesse gráfico.
[0018] A presente revelação será agora descrita mais completamente doravante no presente documento. No entanto, essa tecnologia pode ser incorporada em formas muito diferentes e não deve ser interpretada conforme limitado às modalidades apresentadas no presente documento; em vez disso, são fornecidas essas modalidades de modo que essa revelação satisfaça exigências legais aplicáveis. Como tal, será evidente para aquele versado na técnica que as modalidades podem incorporar alterações e modificações sem se afastar do escopo geral da revelação. Pretende-se incluir todas as tais modificações e alterações na medida em que se enquadram no escopo das reivindicações anexas ou dos equivalentes das mesmas.
[0019] Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações, as formas singulares de "um", "uma", "o" e "a" incluem referentes plurais a menos que o contexto indique claramente o contrário.
[0020] Conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações, os termos "que compreende", "que contém" ou "que inclui"significam que pelo menos o citado composto, elemento, material, partícula, etapa de método, etc., está presente na composição, no artigo, ou no método, mas não exclui a presença de outros compostos, elementos, materiais, partículas, etapas de método, etc., mesmo se tais outros compostos, elementos, materiais, partículas, etapas de método, etc., tiverem a mesma função como a que é citado, a mesmo que expressamente excluído nas reivindicações. Também deve ser entendido que a menção de uma ou mais etapas de método não exclui a presença de etapas adicionais de método antes ou após as etapas mencionadas combinadas ou etapas interventivas de método entre aquelas etapas expressamente identificadas.
[0021] Ademais, também deve ser entendido que a marcação das etapas de processo ou ingredientes é um meio conveniente para identificar ativadores ou ingredientes distintos e a marcação mencionada pode estar disposta em qualquer sequência, a menos que expressamente indicado.
[0022] Com o propósito da presente descrição e das reivindicações a seguir, exceto quando indicado o contrário, os números que expressam quantidades, grandezas, porcentagem, e assim por diante, devem ser entendidas como sendo modificadas em todos os casos pelo termo "cerca de". Além disso, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximo e mínimo revelados e incluem quaisquer faixas intermediárias nos mesmos, que podem ser especificamente enumeradas ou não no presente documento.
[0023] O ácido acético é comercialmente produzido a partir de monóxido de carbono e metanol pela carbonilação de metanol na presença de água. O processo pode conter adicionalmente acetato de metila como uma coalimentação. Como uma alternativa ao acetato de metila como uma coalimentação, a reação pode ocorrer na presença de uma mistura de acetato de metila e metanol de correntes de subproduto da hidrólise/metanólise de acetato de polivinila. Adicionalmente, o acetato de metila pode ser gerado durante o processo. Tais processos de carbonilação podem usar sistemas de catalisador com base em (a) ródio ou (b) irídio, com ou sem um estabilizador de catalisador ou um promotor de catalisador.
[0024] Quando o catalisador tem como base o ródio, o catalisador pode ser metal de ródio ou um composto de ródio. Os compostos de ródio podem ser selecionados a partir do grupo que consiste em sais de ródio, óxidos de ródio, acetatos de ródio, compostos de organo- ródio, compostos de coordenação de ródio e misturas dos mesmos. Os exemplos específicos de compostos de ródio incluem
[0025] Quando o catalisador tem como base o irídio, o catalisador pode ser metal de irídio ou um composto de irídio. Os compostos de irídio podem ser selecionados a partir do grupo que consiste em sais de irídio, óxidos de irídio, acetatos de irídio, oxalatos de irídio, acetoacetatos de irídio, compostos de coordenação de irídio e misturas dos mesmos. Os exemplos específicos de irídio compostos incluem
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[0026] Em geral, há dois tipos de estabilizadores de catalisador. O primeiro tipo de estabilizador de catalisador é sal de iodeto de metal, tal como iodeto de lítio. O segundo tipo de estabilizador de catalisador é um estabilizador de não sal, que inclui óxidos pentavalentes do Grupo VA tais como óxidos de fosfina.
[0027] Um exemplo de um promotor de catalisador é iodeto de me- tila. O iodeto de metila pode ser adicionado diretamente ao processo ou gerado pela adição de iodeto de hidrogênio ao processo.
[0028] Conforme anteriormente notado, o monóxido de carbono e metanol são alimentados para o reator de carbonilação. Acredita-se que o metanol não reage diretamente com o monóxido de carbono para formar ácido acético. De fato, o mesmo é convertido em iodeto de metila pelo iodeto de hidrogênio presente no reator acético e, então, reagido com monóxido de carbono e água para obter ácido acético e regenerar o iodeto de hidrogênio.
[0029] A reação de carbonilação pode ser realizada em uma temperatura na faixa de cerca de 150 graus Celsius (°C ) a cerca de 250 °C e sob uma pressão na faixa de cerca de 200 psig (1.380 kPa) a cerca de 2.000 psig (13.800 kPa).
[0030] Após a reação de carbonilação, a mistura de reação é passada a jusante para as unidades de separação. As unidades de separação podem ser definidas no presente documento como um vaso ou etapa em um processo de ácido acético que separa uma corrente de alimentação em duas ou mais correntes de saída separadas em que as duas correntes de saída são diferentes entre si em alguns aspectos. A separação pode ter como base os métodos, tais como a separação por características físicas (por exemplo, densidade, volatilidade, ponto de fusão, fase, absorbância e adsorbância) e outras características usadas para separar os componentes químicos.
[0031] As unidades de separação podem incluir, porém sem limitação, um tanque de respiro, a coluna de destilação de extremidades leves, um decantador, uma coluna de secagem e uma coluna de destilação de extremidades pesadas.
[0032] Em um tanque de respiro, a corrente de produto de ácido acético é retirada do reator e separada em (a) uma fração líquida que contém catalisador e o estabilizador de catalisador e (b) uma fração de vapor que contém o produto de ácido acético, os reativos, água, iodeto de metila e impurezas geradas durante a reação de carbonilação que inclui acetaldeído. A fração líquida pode ser reciclada para o reator de carbonilação. A fração de vapor é, então, passada para uma coluna de destilação.
[0033] Em uma coluna de destilação de extremidades leves, a fração de vapor é separada com base no ponto de fusão em pelo menos (a) uma fração superior que contém iodeto de metila, água, metanol, acetato de metila, ácido acético, alcanos e acetaldeído e (b) uma corrente de ácido acético que contém ácido acético, água, iodeto de hidrogênio e impurezas pesadas, tais como ácido propiônico.
[0034] Em um decantador, a fração superior é condensada e separada por densidade para (a) uma fase aquosa mais leve e (b) uma fase orgânica mais pesada. A fase aquosa mais leve pode conter água, ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, acetaldeído e alca- nos e ter uma densidade de cerca de 1,0 gramas por centímetro cúbico a cerca de 1,10 gramas por centímetro cúbico. Como a fase aquosa mais leve, a fase orgânica mais pesada pode conter água, ácido acético, acetato de metila, iodeto de metila, acetaldeído e alcanos; a fase orgânica pode compreender adicionalmente maiores concentrações de iodeto de metila e alcanos. A fase orgânica mais pesada pode ter uma densidade de cerca de 1,4 gramas por centímetro cúbico a cerca de 2,2 gramas por centímetro cúbico. A fase aquosa mais leve pode ser reciclada para o reator ou para a coluna de destilação de extremidades leves.
[0035] Em uma coluna de secagem, a água residual é removida da corrente de ácido acético. Em uma coluna de destilação de extremidades pesadas, as impurezas pesadas são removidas da corrente de ácido acético.
[0036] Em algumas modalidades, um método para medir os vários componentes de corrente de ácido acético é realizado com o uso de um método por espectroscopia de infravermelho online. As medições de concentração são usadas para ajustar o sistema de reação, enquanto uma sonda com reflectância total atenuada (ATR) pode ser usada para monitorar uma solução do reator. Um sinal de luz pode ser transferido para um detector por tubo leve, fibra de calcogeneto ou outrosmétodos. Alternativamente, um fluxo de arraste de reator pode atravessar um analisador infravermelho equipado com uma célula com ATR de fluxo atravessante ou célula de transmissão de fluxo atraves- sante. O fluxo contínuo pode ser empregado e a solução de reator pode ser retornada para o sistema de reação. O uso de um regulador de contrapressão ou dispositivo similar pode impedir uma queda de pressão através das células, garantindo, através disso, que as análises sejam realizadas com mínima alteração da pressão de reator e que não haja desgaseificação ou formação de bolhas nas células.
[0037] A temperatura do fluxo de arraste pode ser mantida em qualquer forma entre a temperatura de processo e ambiente. A seleção da temperatura depende de diversos parâmetros, tais como precipitação de sólidos, compatibilidade dos materiais de cristal e janela de célula com condições de processo e controle da reação de processo no fluxo de arraste.
[0038] Dependendo da temperatura empregada, o material de cristal ou janela de célula pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em CaF2, ZnS, safira, AMTIR (compósito de Se—Ge—As), Ge, ZnSe, Si, diamante, KRS-5 (bromoiodeto de tálio) e zircônia cúbica. Embora não limitante ao escopo da tecnologia, safira é desejada em algumas modalidades devido ao fato de que tem faixa de transmissão aprimorada para permitir que certas análises sejam realizadas e exiba boa resistência mecânica, resistência química e resistência à gravação química no processo.
[0039] Todos os tubos, válvulas e similares que entram em contato com a solução de reação devem ser quimicamente inertes para os componentes de reação e ter capacidade para resistir ao ataque corrosivo sob condições de reação. Os materiais de fabricação adequados para uso nos tubos, válvulas e equipamento similar incluem liga
.
[0040] O monitoramento dos componentes de reação de ácido acético de acordo com a presente tecnologia pode ser executado pela análise de uma combinação de faixas espectrais de seleção de regiões infravermelhas (IR) médias tradicionais (400 a 4.000 cm-1) e médias estendidas (4.000 a 7.000 cm-1). A espectroscopia de infravermelho pode medir ródio, dióxido de carbono dissolvido, água, ácido acético, iodeto de hidrogênio, iodeto de metila, acetato de metila e óxido de trifenilfosfina.
[0041] Uma opção para monitorar os componentes de reação de ácido acético envolve o uso de uma célula de transmissão dupla, configuração de detector duplo em que a solução de reator flui de modo sequencial através de ambas as células. Essas células se diferem apenas nos comprimentos diferentes. Em algumas modalidades, uma célula pode ter um comprimento de trajeto de 0,05 a 0,15 mm, que permite a análise na região espectral entre 1.800 a 5.600 cm-1 e, através disso, abrange porções de regiões infravermelhas médias estendi-das e médias tradicionais. A segunda célula, em certas modalidades, pode ter um comprimento de trajeto de 0,2 a 3,0 mm, que permite a análise apenas na região infravermelha média estendida. Os diferentes comprimentos de trajeto de célula podem ser utilizados para atuar contra a natureza altamente absorvente do ácido acético e levar vantagem sobre as duas diferentes regiões espectroscópicas para a caracterização de componente de reagente.
[0042] Alternativamente, uma única célula de transmissão e única configuração de detector podem ser usadas. Por exemplo, uma célula com um comprimento de trajeto de 0,05 a 0,15 mm pode ser usada para a região "não identificada" (isto é, 1.800 a 5.600 cm-1). Uma outra célula possível pode ter, em algumas modalidades, um comprimento muito mais curto de trajeto de 0,005 a 0,015 mm, que permite a cobertura tanto da região não identificada quanto a região identificada (isto é, 1.800 a 400 cm-1). Esse comprimento mais curto de trajeto também pode ser alcançado de modo eficaz pelo uso de um cristal com reflec- tância total atenuada (ATR) em vez de uma célula de transmissão.
[0043] As desvantagens referentes ao uso de espectroscopia de infravermelho incluem valores elevados de absorbância de H2O, valores elevados de absorbância de ácido acético, valores de absorbância relativamente fraca de iodeto de metila e a tendência de valores de absorbância de H2O e ácido acético para sobrepor a e interferir na ab- sorbância de outros componentes. Como tal, a calibração para iodeto de metila e acetato de metila é difícil de alcançar e pode afetar de modo adverso a quantificação de espécies detectáveis.
[0044] Adicionalmente, um grande número de padrões de calibra- ção é exigido para os processos de ácido acético para obter modelos de calibração com precisão aceitável. Ademais, a espectroscopia de infravermelho tem desvantagens a respeito da flexibilidade de hardware e implantação em um ambiente de processo.
[0045] Um método para medir os vários componentes é espec- troscopia Raman online. Como o método de infravermelho, esse método Raman fornece medições de concentração que podem ser usadas para ajustar o sistema de reação. Um deslocamento Raman ocorre quando a luz invade uma molécula e interage com a eletrosfera e as ligações daquela molécula. Acredita-se que um fóton excite a molécula do estado fundamental para um estado de energia virtual e que quando a molécula relaxa, a molécula emite um fóton e retornam para um estado vibracional e rotacional diferente. A diferença de energia entre o estado original e o novo estado leva a um deslocamento na frequência do fóton emitido do comprimento de onda de excitação. A espec- trometria Raman pode ser mostrada como gráficos de intensidade (unidades arbitrárias) versus deslocamento Raman. Os deslocamentos Raman podem ser expressos em números de onda, que têm unidades de comprimento inverso tais como centímetros inversos (cm-1).
[0046] A instrumentação usada para coletar e processar dados Raman incluem um sistema de espectrometria Raman, um sistema de transmitância, uma malha de controle e um processador. O sistema de espectrometria Raman compreende uma espectrometria Raman, em que seus componentes principais são uma fonte de luz, um monocro- mador e um detector. A fonte de luz fornece radiação de excitação para a sonda, em que a radiação difusa é coletada, filtrada de luz difusa de Raleigh e dispersada através de um monocromador. A luz difusa de Raman dispersa é, então, imageada sobre um detector e subsequentemente processada dentro do processador.
[0047] A fonte de luz pode ser um laser visível, tal como um laser Nd:YAG de frequência dupla (532 nm), um laser hélio-neon (633 nm) ou um laser de diodo de estado sólido (785 nm). O laser pode ser ondacontínua ou pulsada (CW), polarizado conforme desejado ou aleatoriamente polarizado, ou modo único. As fontes de luz diferentes dos lasers podem ser usadas. A radiação de excitação pode ser distribuída para a sonda e a radiação difusa pode ser coletada a partir da sonda.
[0048] A radiação difusa da mistura de reação de carbonilação pode ser coletada por uma sonda em uma variedade de localizações em uma ou mais das unidades de separações. A sonda pode ser colocada diretamente em um vaso, em que uma corrente de alimentação entra na ou sai da unidade ou uma corrente de deslizamento. Alternativamente, a sonda pode estar situada de modo a não entrar em contato com uma mistura líquida. Um problema com as sondas Raman é que suas estruturas de cristal externas podem se tornar revestidas ao longo do tempo com os produtos químicos que são sondados. O revestimento da janela celular ou do cristal de sonda levará a uma diminuição no sinal que alcança o detector, com uma diminuição associada nos valores medidos de concentração de componente. Como tal, o revestimento pode impactar significativamente a precisão das sondas e im- pede o controle de processo.
[0049] A espectroscopia de infravermelho não é similarmente afetada. Na presença de um revestimento, a espectroscopia de infravermelho pode manter a intensidade de sinal suficiente para além do ponto quando uma sonda Raman similarmente revestida não é mais útil para fornecer dados para análise quantitativa. Para medição de processo online, os cabos de fibra óptica podem ser usados para distribuir a radiação de excitação e coletar a radiação difusa. O uso de cabos de fibra óptica facilita o posicionamento da fonte de excitação remotamente da região de amostragem, que fornece uma vantagem ambiental para espectroscopia Raman através de sistemas infravermelhos.
[0050] A radiação difusa coletada é filtrada para remover difusão de Raleigh e frequência (comprimento de onda) dispersas com uso de um elemento dispersivo adequado ou interferometricamente. O mono- cromador pode ser qualquer elemento dispersivo, juntamente com os filtros associados e elementos ópticos de manipulação de feixe. A difusão de Raman dispersa é imageada por um detector. Os detectores podem incluir detectores de matriz ou detectores de elemento único. No caso de detectores de matriz, o detector é calibrado de modo que a frequência (comprimento de onda) que corresponde a cada elemento de detector seja conhecida. A resposta de detector é distribuída para o processador que gera um conjunto de pontos de dados de deslocamento de frequência, intensidade (x,y) que constituem o espectro Ra-man. A espectroscopia Raman pode medir água, ácido acético, iodeto de hidrogênio, iodeto de metila, acetato de metila, acetaldeído, óxido de trifenilfosfina e monóxido de carbono dissolvido.
[0051] Em uma modalidade geral, a presente revelação fornece um método para medir a concentração de um ou mais componentes no reator ou uma unidade de separação do processo de ácido acético tanto por análise infravermelha quanto por análise por espectroscopia Raman e, então, ajustar as condições no reator ou em qualquer etapa subsequente do processo de produção de ácido acético em resposta à concentração medida. Conforme anteriormente notado, a espectros- copia de infravermelho pode medir ródio, dióxido de carbono dissolvido,água, ácido acético, iodeto de hidrogênio, iodeto de metila, acetato de metila e óxido de trifenilfosfina, enquanto a espectroscopia Raman pode medir água, ácido acético, iodeto de hidrogênio, iodeto de metila, acetato de metila, acetaldeído, óxido de trifenilfosfina e monóxido de carbono dissolvido.
[0052] Os exemplos de ajustes de condição incluem aumentar ou diminuir a temperatura ou a pressão do reator ou unidade (unidades) de separação. Adicionalmente, as taxas de fluxo das alimentações ou correntes de saída podem ser aumentadas ou diminuídas. Tais ajustes podem afetar as concentrações de um ou mais componentes no reator ou em uma unidade de separação para trazer os componentes para uma faixa desejada. Notavelmente, a concentração de iodeto de metila e do catalisador pode determinar a taxa de reação. A concentração do óxido de trifenilfosfina afeta a taxa de reação e estabilidade de catalisador. A concentração de acetato de metila indica a porcentagem de catalisador que é usada para carbonilação (isto é, a quantidade de catalisador ocioso). A quantidade de água é necessária para garantir a formação de ácido acético, visto que a água é usada na etapa final do processo catalítico. O monóxido de carbono dissolvido auxilia na regeneração de catalisador e indica a reação de deslocamento de água- gás de subproduto.
[0053] A presente revelação permite que certos aditivos, tais como óxido de trifenilfosfina (TPPO) sejam medidos com precisão por espec- troscopia de infravermelho sem qualquer interferência descrita em referência à água, ao ácido acético, ao iodeto de metila e ao acetato de metila. Ademais, a espectroscopia Raman permite a calibração de pre- visões exatas de concentração de iodeto de metila e acetato de metila. Notavelmente, o iodeto de metila tem um pico característico de dispersão forte no espectro Raman, com interferência imperceptivelmente baixa de quaisquer outros componentes de solução de reator. Adicionalmente, os picos Raman de água e ácido acético permitem a medição precisa de suas concentrações sem interferir nos picos para iodeto de metila ou acetato de metila. Além disso, TPPO também pode ser medido com precisão por espectroscopia Raman.
[0054] Conforme anteriormente notado, um problema das sondas Raman é que suas estruturas de cristal externas podem se tornar revestidas ao longo do tempo. O revestimento da janela celular ou do cristal de sonda levará a uma diminuição no sinal que alcança o detector e uma diminuição associada nos valores medidos de concentração de componente. Como tal, o revestimento pode impactar significativamente a precisão das sondas e impede o controle de processo. A presente revelação prevê que o efeito prejudicial de revestimento de sonda Raman sobre a precisão de medições pode ser corrigido pela correlação das medições infravermelhas de certos componentes para medições obtidas quando a sonda Raman não foi revestida. Os exemplos dos componentes incluem TPPO e ácido acético.
[0055] A presente revelação fornece um método para usar a razão (Razão de Ajuste) entre (a) para a medição infravermelha para um componente de referência mensurável por métodos de espectroscopia Raman e de infravermelho (Referênciainfravermelho) e (b) a medição Raman obtida para o componente de referência (ReferênciaRaman), para ajustar os valores Raman para todos os componentes medidos (Com- ponenteAjustado). Esse ajuste com base em razão permite a medição precisa de componentes que são mais facilmente medidos por espec- troscopia Raman do que por espectroscopia de infravermelho, tais como iodeto de metila, acetato de metila e monóxido de carbono dis- solvido (ComponenteRaman).
[0056] Em uma modalidade particular, o método pode ser realizado instantaneamente ou em tempo real. Em uma modalidade geral, a presente revelação fornece um método para a produção de ácido acético que contém as etapas de:
[0057] (A) reagir, em um reator de carbonilação e na presença de um catalisador de carbonilação:
[0058] (i) metanol,
[0059] (ii) monóxido de carbono, e
[0060] (iii) água,
[0061] para produzir uma mistura de reator;
[0062] (B) medir a concentração de um componente de referência e um segundo componente na mistura de reator tanto por análises por espectroscopia Raman quanto por análise infravermelha;
[0063] (C) determinar a razão (Razão de Ajuste) entre a concen tração do componente de referência conforme medido por espectros- copia de infravermelho e a concentração conforme medido por espec- troscopia Raman;
[0064] (D) calcular o valor ajustado ("Valor Ajustado") para o se gundo componente pela multiplicação da concentração do segundo componente conforme medido por espectroscopia Raman pela Razão de Ajuste; e
[0065] (E) modificar uma condição de processo no reator de car- bonilação ou uma unidade de separação, com base no Valor Ajustado.
[0066] Os ingredientes podem incluir adicionalmente acetato de metila, a estabilizador de catalisador, a promotor de catalisador e/ou iodeto de hidrogênio. Conforme anteriormente notado, há dois tipos de estabilizadores de catalisador em geral. O primeiro tipo de estabiliza- dor de catalisador é sal de iodeto de metal, tal como iodeto de lítio. O segundo tipo de estabilizador de catalisador é um estabilizador de não sal, que inclui óxidos pentavalentes do Grupo VA tais como óxidos de fosfina. Um exemplo de um promotor de catalisador é iodeto de metila. O iodeto de metila pode ser adicionado diretamente ao processo ou gerado pela adição de iodeto de hidrogênio ao processo. A mistura de reator pode incluir o catalisador de carbonilação, metanol, acetato de metila, água, monóxido de carbono, dióxido de carbono, iodeto de me- tila, ou ácido acético.
[0067] Em algumas modalidades, a sonda Raman pode se tornar suficientemente revestida de modo que torne inapropriado qualquer uso adicional de uma Razão de Ajuste para calcular um Valor Ajustado. A situação pode surgir quando a sonda tiver um sinal de 20% ou menos. Como tal, quando a Razão de Ajuste for cerca de 5 ou mais, a sonda Raman deve ser limpa. Em algumas modalidades, a Razão de Ajuste é um valor menor do que cerca de 5. Em algumas modalidades, a Razão de Ajuste é um valor de 0,01 a cerca de 5. Os exemplos de condições de processo que podem ser modificados incluem a temperatura do reator de carbonilação, a pressão do reator de carbonilação, uma temperatura de uma unidade de separação, uma pressão de uma unidade de separação, uma taxa de fluxo de um ingrediente, uma taxa de fluxo de uma corrente de saída, a concentração de um componente e a seleção de um componente.
[0068] O seguinte exemplo está incluído para demonstrar certas modalidades da tecnologia. Deve ser evidente para aquele elemento de habilidade na técnica que muitas alterações podem ser feitas nas modalidades específicas descritas no presente documento e ainda obter resultados similares sem se afastar do espírito e escopo da revelação.
[0069] Os dados nesse exemplo foram obtidos de uma unidade de carbonilação de metanol contínua equipada com um reator, um tanque de respiro, uma coluna de destilação de extremidades leves, um de- cantador, uma coluna de secagem e duas células de fluxo atravessan- te. Um fluxo de arraste de reator foi continuamente passado em série através das células de fluxo atravessante e retornado ao processo através do tanque de respiro. As células de fluxo atravessante foram mantidas a cerca da temperatura e da pressão do reator, que foram cerca de 175 °C e 400 psig (2.760 kPa), respectivam ente.
[0070] A primeira célula de fluxo atravessante continha uma sonda Raman opticamente acoplada por fibra da Kaiser Optical Systems com um cristal safira, enquanto a segunda célula de fluxo atravessante continha uma sonda infravermelha de ATR de 9 reflexões acoplada por conduto de Mettler Toledo com um cristal de silício. As partes de ambas as sondas que estavam em contato com a solução de processo foram construídas de liga B2 de HASTELLOY™.
[0071] O exemplo se refere a um período de tempo de cerca de 8 horas de operação contínua durante o qual a sonda Raman se torna fortemente revestida com material sólido. A solução de processo continha componentes presentes em um processo de carbonilação de metanol, tal como água, acetato de metila, catalisador de ródio, óxido de trifenilfosfina, ácido acético e iodeto de metila.
[0072] As curvas de tendência na Figura 1 mostram que as concentrações de TPPO e ácido acético (HOAc), conforme determinado tanto por Raman quanto por medição infravermelha, correspondem intimamente pelas primeiras horas do período de tempo. Subsequentemente, as concentrações medidas por HOAc e TPPO de Raman diminuem significativamente. As concentrações medidas infravermelhas correspondentes permanecem essencialmente invariantes. A Figura 1 também mostra uma diminuição nas medições Raman para MeI.
[0073] Na Figura 2, as medições Raman brutas da Figura 1 são replotadas juntamente com seus valores ajustados correspondentes. Os valores ajustados foram obtidos adotando-se cada concentração de TPPO instantânea conforme medido por infravermelho, dividindo-se esse valor por cada concentração de TPPO instantânea conforme medido por Raman e, então, multiplicando-se os valores de concentração Raman brutos de HOAc e MeI pelo resultado de cada razão entre TPPO de infravermelho instantâneo e TPPO de Raman.
[0074] A Tabela 1 mostra dados com base nas amostras coletadas aproximadamente na 7a hora de uma operação de 8 horas. Uma amostra foi analisada online através das células de fluxo atravessante e a outra amostra foi coletada a partir do reator para análise offline por cromatografia por gás e IR.
[0075] O valor de Raman bruto de cada componente foi multiplicado por 3,7, que corresponde à razão entre TPPOinfravermelho/TPPORaman. A conversão foi validada pela análise offline de uma amostra removida do reator ao mesmo tempo. A validade de TPPO foi confirmada através de uma análise de IR offline. A validade dos valores ajustados para MeI e HOAc foram confirmados através de uma análise de cromato- grafia por gás offline, visto que MeI não pode ser confiavelmente avaliada com o uso de espectroscopia de IR. Tabela 1
[0076] Embora a presente tecnologia e suas vantagens tenham sido descritas em detalhes, deve ser entendido que várias alterações, substituições e alterações podem ser feitas no presente documento sem se afastar do espírito e escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas. Ademais, o escopo do presente pedido não é destinado a ser limitado às modalidades particulares do proces-so,máquina, manufatura, composição de matéria, meios, métodos e etapas descritas no relatório descritivo. Visto que uma pessoa de habi-lidade comum na técnica apreciará prontamente a partir da presente revelação, os processos, as máquinas, a manufatura, as composições de matéria, os meios, os métodos e/ou as etapas, presentemente exis-tente ou a serem desenvolvidos posteriormente, que realizam subs-tancialmente a mesma função ou alcançam substancialmente o mesmo resultado das modalidades correspondentes descritas no presente documento podem ser utilizados de acordo com a presente revelação. Consequentemente, as reivindicações anexas são destinadas a incluir em seu escopo tais processos, máquinas, manufatura, composições de matéria, meios, métodos e/ou etapas.
Claims (10)
1. Método para a produção de ácido acético caracterizado pelo fato de que compreende: (A) reagir, em um reator de carbonilação e a presença de um catalisador de carbonilação, ingredientes que compreendem: (i) metanol, (ii) monóxido de carbono, e (iii) água, para produzir uma mistura de reator; (B) medir a concentração de um componente de referência e um segundo componente na mistura de reator tanto por análise por espectroscopia Raman quanto por análise de infravermelho; (C) determinar a Razão Ajustada da concentração do com-ponente de referência conforme medido por espectroscopia de infra-vermelho para a concentração conforme medido por espectroscopia Raman; (D) calcular o Valor Ajustado para o segundo componente multiplicando-se a concentração do segundo componente conforme medido por espectroscopia Raman pela Razão de Ajuste; e (E) modificar uma condição de processo no reator de car- bonilação ou uma unidade de separação, com base no Valor Ajustado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ingredientes compreendem adicionalmente acetato de metila.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ingredientes compreendem adicionalmente um es-tabilizador de catalisador.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ingredientes compreendem adicionalmente um promotor de catalisador.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o promotor de catalisador é iodeto de metila.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a mistura de reator compreende: (A) o catalisador de carbonilação; (B) metanol; (C) acetato de metila; (D) água; (E) monóxido de carbono; (F) dióxido de carbono; (G) iodeto de metila; e (H) ácido acético.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ingredientes compreendem adicionalmente iodeto de hidrogênio.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a mistura de reator compreende: (A) o catalisador de carbonilação; (B) metanol; (C) acetato de metila; (D) água; (E) monóxido de carbono; (F) dióxido de carbono; (G) iodeto de metila; e (H) ácido acético.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a Razão de Ajuste é menor do que 5.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a condição de processo compreende: (A) a temperatura do reator de carbonilação; (B) a pressão do reator de carbonilação; (C) uma temperatura de uma unidade de separação; (D) uma pressão de uma unidade de separação; (E) uma taxa de fluxo de um ingrediente; (F) uma taxa de fluxo de uma corrente de saída; (G) a concentração de um componente; e (H) a seleção de um componente.
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