BRPI0919090B1 - "process for producing acetic acid" - Google Patents

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BRPI0919090B1
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acetic acid
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water
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J. Brtko Wayne
E. Fitzpatrick Michael
A. Salisbury Brian
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Lyondellbasell Acetyls, Llc.
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Description

(54) Título: PROCESSO PARA PRODUZIR ÁCIDO ACÉTICO (51) lnt.CI.: C07C 51/44; C07C 53/08 (30) Prioridade Unionista: 11/09/2008 US 12/283,329 (73) Titular(es): LYONDELLBASELL ACETYLS, LLC.
(72) Inventor(es): WAYNE J. BRTKO; MICHAEL E. FITZPATRICK; BRIAN A. SALISBURY
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA PRODUZIR ÁCIDO ACÉTICO.
CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se â preparação de ácido acético por carbonilação de metanol. Mais particular mente, a invenção refere-se a um processo de produção de ácido acético que elimina o uso do tanque de expansão.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A produção de ácido acético por carbonilação de metanol é conhecida (vide patente n° US 5.817.869). No atual processo de produção de ácido acético, uma mistura reativa é retirada do reator e é separada por um tanque de expansão em uma fração liquida que compreende o catalisador e o estabilizador do catalisador e uma fração vapor que compreende o produto ácido acético, os reagentes, água, iodeto de metila, e impurezas geradas durante a reação de carbonilação. A fração líquida é então reciclada para o reator de carbonilação. A fração vapor é então passada para uma assim denominada destilação de frações leves, A destilação de frações leves separa o ácido acético de outros componentes.
A destilação das frações leves separa uma fração do topo que compreende iodeto de metila, água, metanol, e acetato de metila de uma corrente de ácido acético que compreende ácido acético, uma pequena quantidade de água, e impurezas pesadas. A corrente de ácido acético é passada para uma coluna de sagem para remover água e depois ser submetida a uma assim denominada destilação de frações pesadas, para remover as impurezas pesadas, tal como ácido propiônico.
Um problema associado ao atual processo ê que o catalisador, usual mente os metais onerosos ródio ou irídio, não pode ser removido completamente porque ele fica retido na fase vapor ou afixado sobre a parede do tanque de expansão.
Outro problema associado ao atuai processo é que os catalisadores são frequentemente desativados durante a vaporização instantânea no tanque de expansão. Os catalisadores ródio e irídio precisam de uma alta
2/8 concentração de água para estabilizar. Durante a vaporização instantânea, uma quantidade significativa de água se vai com a fase vapor, e assim sendo, os catalisadores ródio e irídio se tornam instáveis devido à falta de água suficiente.
Além disso, os equipamentos para a produção de ácido acético requerem alta resistência à corrosão. O tanque de expansão é frequentemente construído a partir de metais resistentes à corrosão, tais como Hatelloy® B-2 e zircônio 702. Estes metais são muito onerosos.
Um novo processo para produzir ácido acético é necessário. Idealmente, o processo eliminaria o tanque de expansão.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A invenção é um processo para produzir ácido acético. O processo compreende carbonilar metanol para formar uma mistura reativa que compreende um catalisador, estabilizador do catalisador, ácido acético, metanol, iodeto de metila, acetato de metila, água e monóxido de carbono, e introduzir pelo menos uma parte da mistura reativa em uma coluna de destilação para separar em uma corrente do fundo que compreende o catalisador e o estabilizador do catalisador, uma corrente de retirada lateral que compreende ácido acético e água, e uma corrente do topo que compreende metanol, acetato de metila, iodeto de metila, e água. O processo da invenção elimina o uso do tanque de expansão.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
O processo da invenção compreende carbonilar metanol. A reação de carbonilação é realizada na presença de um catalisador de carbonilação e um estabilizador do catalisador. Os catalisadores de carbonilação apropriados incluem aqueles conhecidos na indústria de ácido acético. Os exemplos de catalisadores de carbonilação apropriados incluem catalisadores de ródio e catalisadores de irídio.
Os catalisadores de ródio apropriados estão enunciados, por exemplo, na patente ns US 5.817.869. Os catalisadores de ródio apropriados incluem ródio metálico e compostos de ródio. De preferência, os compostos de ródio são selecionados no grupo que consiste em sais de ródio, óxidos de
3/8 ródio, acetatos de ródio, compostos organo-ródio, compostos de coordenação de ródio, e similares, e misturas deles. Mais preferivelmente, os compostos de ródio são selecionados no grupo que consiste em Rh2(CO)4l2, Rh2(CO)4Br2, Rh2(CO)4CI2, Rh(CH3CO2)2, Rh(CH3CO2)3, [H] Rh(CO)2l2, e similares, e misturas deles. Mais preferivelmente, os compostos de ródio são selecionados no grupo que consiste em [H] Rh(CO)2l2, Rh(CH3CO2)2, e similares, e misturas deles.
Os catalisadores de irídio apropriados estão enunciados, por exemplo, na patente ns US 5.932.764. Os catalisadores de irídio apropriados incluem irídio metálico, e compostos de irídio. Os exemplos de compostos de irídio apropriados incluem lrCI3, lrl3, lrBr3, [lr(CO)2l]2, [lr(CO)2CI]2, [lr(CO)2Br]2, [lr(CO)4l2]Ή+, [Ιγ(00)2Βγ2]Ή+, [lr(CO)2l2] H+, [lr(CH3)l3(CO)2]Ή+, lr4(CO)i2, lrCI3-4H2O, lrBr3-4H2O, lr3(CO)i2, lr2O3, lrO2, lr(acac)(CO)2, lr(acac)3, lr(OAc)3, [lr3O(OAc)6(H2O)3][OAc], e H2[lrCI6]. De preferência, os compostos de irídio são selecionados no grupos que consiste em acetatos, oxalatos, acetoacetatos, e similares, e misturas deles. Mais preferivelmente, os compostos de irídio são acetatos.
O catalisador de irídeio é, de preferência, usado como um cocatalisador. Os co-catalisadores preferidos incluem metais e compostos metálicos selecionados no grupo que consiste em ósmio, rênio, rutênio, cádmio, mercúrio, zinco, gálio, índio, e tungstênio, seus compostos, similares, e misturas deles. Os co-catalisadores mais preferidos são selecionados no grupo que consiste em compostos de rutênio e compostos de ósmio. Os cocatalisadores ainda mais preferidos são compostos de rutênio. De preferência, os co-catalisadores são acetatos.
A reação de carbonilação é realizada na presença de um estabilizador do catalisador. Os estabilizadores dos catalisadores apropriados incluem aqueles conhecidos pela indústria. Em geral, há dois tipos de estabilizadores de catalisadores. O primeiro tipo de estabilizador de catalisador é um sal iodeto de metal, tal como iodeto de lítio. O segundo tipo de estabilizador de catalisador é um estabilizador diferente de sal. Os estabilizadores diferentes de sais apropriados são óxidos de metais do Grupo VA pentava4/8 lentes (vide patente n° US 5.817.869). Os óxidos de fosfina são mais preferidos. Os óxidos de trifenilfosfina são mais preferidos.
A reação de carbonilação é realizada, de preferência, na presença de água. De preferência, a concentração de água presente é entre cerca de 2% em peso e cerca de 14% em peso, baseado no peso total do meio da reação. Mais preferivelmente, a concentração de água é entre cerca de 2% em peso e cerca de 10% em peso. Ainda mais preferivelmente, a concentração de água é entre cerca de 4% em peso e cerca de 8% em peso.
A reação de carbonilação é realizada, de preferência, na presença de acetato de metila. O acetato de metila pode ser formado in situ. Caso desejável, o acetato de metila pode ser adicionado como uma matériaprima à mistura reativa. De preferência, a concentração de acetato de metila é entre cerca de 2% em peso e cerca de 20% em peso, baseado no peso total do meio da reação. Mais preferivelmente, a concentração de acetato de metila é entre cerca de 2% em peso e cerca de 16% em peso. Ainda mais preferivelmente, a concentração de acetato de metila é entre cerca de 2% em peso e cerca de 8% em peso. Alternativamente, o acetato de metila ou uma mistura de acetato de metila e metanol das correntes de subprodutos da hidrólise ou metanólise de poli(acetato de vinila) pode ser usada para a reação de carbonilação.
A reação de carbonilação é realizada na presença de iodeto de metila. O iodeto de metila é um promotor do catalisador. De preferência, a concentração do iodeto de metila é entre cerca de 0,6% em peso e cerca de 36% em peso, baseado no peso total do meio da reação. Mais preferivelmente, a concentração do iodeto de metila é entre cerca de 4% em peso e cerca de 24% em peso. Ainda mais preferivelmente, a concentração do iodeto de metila é entre cerca de 6% em peso e cerca de 20% em peso. Alternativamente, o iodeto de metila pode ser gerado no reator de carbonilação adicionando iodeto de hidrogênio (Hl).
Metanol e monóxido de carbono são alimentados para o reator de carbonilação. O metanol alimentado para a reação de carbonilação pode
5/8 advir de uma fábrica de metanol a partir de gás de síntese ou qualquer outra origem. O metanol não reage diretamente com o monóxido de carbono para formar ácido acético. Ele é convertido em iodeto de metila pelo iodeto de hidrogênio presente no reator de ácido acético e depois reage com monóxido de carbono e água para dar ácido acético e regenerar o iodeto de hidrogênio. O monóxido de carbono não apenas se torna parte da molécula de ácido acético, mas ele também desempenha um papel importante na formação e estabilidade do catalisador ativo.
A reação de carbonilação é realizada, de preferência, em uma temperatura dentro da faixa de cerca de 150°C a cerca de 250°C. Mais preferivelmente, a reação é realizada em uma temperatura dentro da faixa de cerca de 150°C a cerca de 200°C. A reação de carbonilação é realizada, de preferência, sob uma pressão na faixa de cerca de 1.573 kPa (220 psig) a cerca de 7.150 kPa (1.000 psig). Mais preferivelmente, a reação é realizada sob uma pressão dentro da faixa de cerca de 2.145 kPa (300 psig) a cerca de 3.575 kPa (500 psig).
A mistura reativa é retirada do reator e, ao invés de entrar em um tanque de expansão, é enviada diretamente para uma coluna de destilação para separar em pelo menos três correntes: uma corrente líquida do fundo, uma corrente líquida de retirada lateral, e uma corrente de vapor do topo.
De preferência, a coluna de destilação tem pelo menos 10 estágios reais. Mais preferivelmente, a coluna de destilação tem pelo menos 14 estágios reais. Ainda mais preferivelmente, a coluna de destilação tem pelo menos 18 estágios. Um estágio real é igual a aproximadamente 0,6 estágio teórico. As bandejas reais podem ser bandejas ou enchimento. A mistura reativa é alimentada para a coluna de destilação no fundo ou no primeiro estágio da coluna.
A coluna de destilação é operada, de preferência, em uma pressão no topo dentro da faixa de 1,4 kg//cm2 (20 psia) a 2,8 kg/cm2 (40 psia). Mais preferivelmente, a pressão no topo fica dentro da faixa de 1,75 kg/cm2 (25 psia) a 2,45 kg/cm2 (35 psia). De preferência, a temperatura do topo fica
6/8 dentro da faixa de 95°C a 135°C. Mais preferivelmente, a temperatura do topo fica dentro da faixa de 100°C a 125°C. Ainda mais preferivelmente, a temperatura do topo fica dentro da faixa de 110°C a 120°C. O vapor do topo compreende água, monóxido de carbono, dióxido de carbono, iodeto de metila, acetato de metila, metanol e ácido acético.
A coluna de destilação é operada, de preferência, em uma pressão do fundo dentro da faixa de 1,75 kg/cm2 (25 psia) a 3,15 kg/cm2 (45 psia). Mais preferivelmente, a pressão do fundo fica dentro da faixa de 2,10 kg/cm2 (30 psia) a 2,80 kg/cm2 (40 psia). De preferência, a temperatura do fundo fica dentro da faixa de 115°C a 155°C. Mais preferivelmente, a temperatura do fundo fica dentro da faixa de 125°C a 135°C. A corrente do fundo compreende o catalisador, o estabilizador do catalisador, ácido acético e água.
Uma retirada lateral líquida é, de preferência, oerada em uma pressão dentro da faixa de 1,75 kg/cm2 (25 psia) a 3,15 kg/cm2 (45 psia). Mais preferivelmente, a pressão da retirada lateral fica dentro da faixa de 2,10 kg/cm2 (30 psia) a 2,80 kg/cm2 (40 psia). De preferência, a temperatura da retirada lateral fica dentro da faixa de 110°C a 140°C. Mais preferivelmente, a temperatura da retirada lateral fica dentro da faixa de 120°C a 130°C. A retirada lateral é, de preferência, retirada entre o quinto e o oitavo estágio. A corrente da retirada lateral é um ácido acético bruto que compreende ácido acético, água e impurezas tais como ácido propiônico.
A corrente do topo da coluna de destilação é, de preferência, condensada e separada em um decantador para dar uma fase aquosa leve e uma fase orgânica pesada. A fase orgânica pesada compreende iodeto de metila e acetato de metila. A fase aquosa leve compreende predominantemente água (mais do que 50%), ácido acético, e acetato de metila. A fase aquosa reflui para o topo da coluna de destilação ou uma parte dela é opcionalmente reciclada para a reação de carbonilação.
A corrente da retirada lateral é opcionalmente submetida a uma purificação adicional, tal como secagem/destilação para remover água e frações pesadas da destilação ara remover impurezas pesadas tais como ácido propiônico.
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O exemplo que se segue meramente ilustra a invenção. Os versados nessas técnicas devem conhecer muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e escopo das reivindicações.
EXEMPLO
Este processo da invenção é modelado por Aspen Plus e os resultados são como se segue. Como ilustrado na figura 1, uma mistura de carbonilação (100 partes em peso) que compreende 6,7% de água, 0,13% de monóxido de carbono, 0,09% de dióxido de carbono, 2,70% de iodeto de hidrogênio, 12,91% de iodeto de metila, 2,85% de acetato de metila, 0,02% de metanol, 65,57% de ácido acético, 0,04% de ácido propiônico, 9,28% de um estabilizador de catalisador e 0,04% de um catalisador, é alimentada para uma coluna de destilação no estágio 1. A coluna de destilação tem 11 estágios teóricos ou 18 estágios reais.
O topo da coluna de destilação está a 2,29 kg/cm2 (32,7 psia) e 116°C. O vapor do topo (20,6 partes em peso) compreende água, monóxido de carbono, dióxido de carbono, iodeto de metila, acetato de metila, metanol e ácido acético. A corrente do topo é resfriada até 38°C e o condensado escoa para um decantador para separação de líquidos.
A fase pesada do decantador resultante (12,8 partes em peso), que compreende 0,46% de água, 0,02% de monóxido de carbono, 0,27% de dióxido de carbono, 88,83% de iodeto de metila, 8,34% acetato de metila, e 2,08% de ácido acético, recicla para o reator. Uma parte da fase leve (1,8 partes em peso), que compreende 54,15% de água, 0,09% de dióxido de carbono, 3,43% de iodeto de metila, 8,03% de acetato de metila, 0,36% de metanol e 33,94% de ácido acético, também recicla para o reator. O restante da fase leve (6,3 partes em peso) é refluída para o topo da coluna de destilação.
O fundo da coluna de destilação opera a 2,48 kg/cm2 (35,4 psia) e 132°C. A corrente do fundo (67,5 partes em peso) compreende 5,58% de água, 0,04% de monóxido de carbono, 0,30% de dióxido de carbono, 3,99% de iodeto de hidrogênio, 1,23% de iodeto de metila, 1,84% de acetato de metila, 0,01% de metanol, 73,18% de ácido acético, 0,05% de ácido propiô8/8 nico, 13,72% de estabilizador do catalisador e 0,06% de catalisador. A corrente recicla para o reator.
Uma retirada lateral líquida (19,1 partes em peso) a 2,44 kg/cm2 (34,9 psia) e 127°C é retirada pelo sexto estágio contado a partir do fundo da coluna de destilação. Esta corrente compreende 8,82% de água, 0,04% de iodeto de hidrogênio, 3,80% de iodeto de metila, 2,22% de acetato de metila, 0,02% de metanol, 85,06% de ácido acético, e 0,04% de ácido propiônico. A amior parte (94%) da corrente é um ácido acético bruto que escoa para a jusante do equipamento para secagem e recuperação de ácido acéti10 co puro. Os restantes 6% da corrente reflui na seção da coluna de destilação abaixo da retirada lateral líquida.
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Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Processo para produzir ácido acético, caracterizado pelo fato de que compreende:
    (a) carbonilar metanol na presença de um catalisador, estabilizador do catalisador, água e iodeto de metila, para formar uma mistura da reação que compreende o catalisador, estabilizador do catalisador, ácido acético, metanol, iodeto de metila, acetato de metila e água; e (b) destilar a mistura da reação para separar uma corrente do fundo que compreende o catalisador e o estabilizador do catalisador, uma corrente de retirada lateral que compreende ácido acético e água, e uma corrente do topo que compreende metanol, acetato de metila, iodeto de metila, e água e sendo que a corrente do fundo da etapa (b) é reciclada para a carbonilação da etapa (a); ou sendo que a corrente do topo da etapa (b) é reciclada para a carbonilação da etapa (a).
  2. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente do topo é separada em fases de uma fase aquosa leve que compreende água, ácido acético e acetato de metila, e uma fase orgânica pesada que compreende iodeto de metila e acetato de metila.
  3. 3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a fase orgânica pesada é reciclada para a carbonilação da etapa (a).
  4. 4. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a fase aquosa leve é reciclada para a destilação da etapa (b) ou para a carbonilação da etapa (a).
  5. 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda destilar a corrente da retirada lateral para remover a água.
  6. 6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador é selecionado no grupo que consiste em catalisadores de ródio e catalisadores de irídio.
  7. 7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo
    2/2 fato de que o catalisador é um catalisador de ródio.
  8. 8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o estabilizador do catalisador é selecionado no grupo que consiste em óxidos de metais pentavalentes do Grupo VA, sais iodetos de metais, e
    5 misturas deles.
  9. 9. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o estabilizador do catalisador é um óxido de fosfina.
  10. 10. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o estabilizador do catalisador é óxido de trifenilfosfina.
    10
  11. 11. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o estabilizador do catalisador é um sal iodeto de metal.
  12. 12. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o estabilizador do catalisador é iodeto de lítio.
  13. 13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo 15 fato de que a concentração de água na etapa (a) é de até 10% em peso da mistura reativa.
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