ES2367472T3 - Carbonilaci�n de metanol con eliminación mejorada de aldeh�dos - Google Patents

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Abstract

Procedimiento mejorado de funcionamiento de un aparato para fabricar ácido acético de la clase que comprende un sistema de producción que tiene un reactor que comprende un medio de reacción y un tren de purificación del producto, en el que el sistema de producción es venteado hacia una torre absorbedora, comprendiendo la mejora: a) depurar productos finales ligeros e impurezas de aldehídos del gas de venteo con un disolvente absorbedor; b) separar los productos finales ligeros e impurezas de aldehídos absorbidos del disolvente absorbedor para obtener una corriente de productos finales ligeros recuperada de venteo; c) purificar la corriente de productos finales ligeros recuperada de venteo para eliminar las impurezas de aldehídos; y d) reciclar los productos finales ligeros purificados de la corriente de productos finales ligeros recuperada de venteo al sistema de produc- ción.

Description

Carbonilaci�n de metanol con eliminación mejorada de aldeh�dos
Sector de la invención
La presente invención se refiere a la fabricación de ácido acético y, más particularmente, a la fabricación de ácido acético con una mejor eliminación de aldeh�dos.
Antecedentes
Entre los procedimientos empleados en la actualidad para la síntesis de ácido acético, uno de los más utilizados comercialmente es la carbonilaci�n de metanol catalizada con monóxido de carbono. Los métodos preferentes en la práctica de esta tecnología incluyen los llamados procesos de "bajo contenido de agua" catalizados con rodio o iridio del tipo observado en la patente de Estados Unidos No. 5.001.259, concedida el 19 de marzo de 1991; patente de Estados Unidos No. 5.026.908, concedida el 25 de junio de 1991; y la patente de Estados Unidos No. 5.144.068, concedida el 1 de septiembre de 1992; as� como la patente europea No. EP 0 161 874 B2, publicada el 1 de julio de 1992, comúnmente concedidas. Las características relacionadas con la práctica de un proceso de carbonilaci�n de bajo contenido de agua pueden incluir el mantenimiento en el medio de reacción, junto con una cantidad catal�ticamente eficaz de rodio y, como mínimo, una concentración finita de agua, una elevada concentración de ani�n yoduro inorgánico además del ion yoduro que est� presente debido al yoduro de hidrógeno en el sistema. Este ion yoduro puede ser una sal simple, siendo preferente en la mayoría de los casos el yoduro de litio.
Se ha descubierto que, a pesar de que un proceso de carbonilaci�n de bajo contenido de agua que produce ácido acético aumenta la eficiencia de monóxido de carbono mediante la reducción de los subproductos di�xido de carbono e hidrógeno, la cantidad de otras impurezas, tales como acetaldeh�do y sus derivados, aumentan en un proceso de carbonilaci�n de bajo contenido de agua a diferencia de procesos similares que funcionan con concentraciones mayores de agua en el reactor. Estas impurezas afectan la calidad del ácido acético, especialmente cuando se recirculan a través del proceso de reacción que provoca la acumulación de impurezas de derivados, tales como compuestos de carbonilo y yoduros de alquilo. Las impurezas de carbonilo disminuyen el tiempo de permanganato del ácido acético, un ensayo de calidad de uso común en la industria. Tal como se utiliza en el presente documento, la frase "carbonilo" se refiere a compuestos que contienen grupos funcionales aldeh�do o cetona, cuyos compuestos pueden o no poseer instauraci�n. Véase Catalysis of Organic Reaction, 75, 369-380 (1998), para una discusión adicional sobre las impurezas en un proceso de carbonilaci�n.
La presente invención se refiere, en parte, a la reducción y/o eliminación de compuestos reductores de permanganato (PRC) tales como acetaldeh�do, acetona, metil etil cetona, butiraldeh�do, crotonaldeh�do, 2-etil crotonaldeh�do, y 2-etil butiraldeh�do y similares, yoduros de alquilo que se pueden derivar de acetaldeh�do y productos de la condensación ald�lica de las impurezas. La presente invención también puede conducir a la reducción de la formación de ácido propi�nico en algunos casos debido a que la formación de acetaldeh�do parece provocar aumentos en los niveles de ácido propi�nico, tal vez debido a la disponibilidad de hidrógeno en el reactor. Sin pretender estar asociado a ninguna teoría, se cree que muchas impurezas se derivan del acetaldeh�do que aparece para formar más fácilmente en presencia de sales de yoduro, por ejemplo, yoduro de litio. El acetaldeh�do se condensa para formar aldeh�dos insaturados tales como crotonaldeh�do, que, a continuación, puede generar más yoduros de alquilo en el sistema, que son particularmente difíciles de eliminar y son venenosos para los catalizadores de acetato de vinilo. La producción de acetato de vinilo es el único y mayor uso final del ácido acético.
Las técnicas convencionales para eliminar las impurezas de acetaldeh�do incluyen el tratamiento de las corrientes de producto de ácido acético con bajas concentraciones de impurezas de aldeh�do con oxidantes, ozono, agua, metanol, carbono activado, aminas, y similares. Dichos tratamientos pueden o no combinarse con la destilación del ácido acético. El tratamiento de purificación más habitual implica una serie de destilaciones del producto final. También es conocida la eliminación de las impurezas de carbonilo de las corrientes orgánicas mediante el tratamiento de las corrientes orgánicas con un compuesto de amina tal como hidroxilamina, que reacciona con los compuestos de carbonilo para formar oximas, seguido de destilación para separar el producto orgánico purificado de los productos de reacción de oxima. Sin embargo, el tratamiento adicional del producto final añade coste al procedimiento, y la destilación del producto de ácido acético tratado puede resultar en que se formen impurezas adicionales.
Se han descrito otros procesos para la producción de ácido acético de elevada pureza mediante la destilación de las fracciones ligeras condensadas de la columna separadora de fracciones ligeras para eliminar el acetaldeh�do. Las corrientes sugeridas para el procesamiento para eliminar el acetaldeh�do incluyen una fase ligera que contiene principalmente agua, ácido acético y acetato de metilo; o una fase pesada que contiene principalmente yoduro de metilo, acetato de metilo y ácido acético; o una corriente formada por la combinación de las fases ligera y pesada. Se ha descrito, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos Nos. 6.143.930 y 6.339.171 comúnmente concedidas, que es posible reducir significativamente las impurezas no deseadas en el producto de ácido acético mediante la realización de una purificación en múltiples etapas en la parte superior de la columna de fracciones
ligeras condensadas. Estas patentes describen un proceso de purificación en el que las fracciones ligeras de la parte superior se destilan dos veces, en cada caso sacando el acetaldeh�do de la parte superior y retornando un residuo rico en yoduro de metilo al reactor. El destilado rico en acetaldeh�do obtenido después de dos etapas de destilación se extrae opcionalmente con agua para eliminar la mayoría del acetaldeh�do para su eliminación, dejando una concentración de acetaldeh�do significativamente menor en el refinado que se recicla al reactor. Sistemas adicionales para la eliminación de aldeh�dos y otros compuestos reductores de permanganato se describen en la solicitud de patente de Estados Unidos No. 11/116, 771 (No. de publicación US 2006/0247466 A1) de Zinobile y otros, titulada "Process for the Production of Acetic Acid"; la solicitud de patente de Estados Unidos No. 10/708.420 (No. de publicación US 2005/0197508 A1) de Scales y otros, titulada "Removal of Permanganate Reducing Compounds from Methanol Carbonilation Process Stream”; y la solicitud de patente de Estados Unidos No. 10/708.421 (No. de publicación US 2005/0197509 A1) de Picard y otros, titulada "Removal of Permanganate Reducing Compounds from Methanol Carbonilation Process Stream”. En general, las fracciones ligeras condensadas contienen menos de 1% en peso de acetaldeh�do.
Mientras que los procedimientos descritos anteriormente han tenido éxito en la eliminación de impurezas de carbonilo del sistema de carbonilaci�n y en el control de los niveles de acetaldeh�do y el tiempo de permanganato, los procedimientos existentes tienden a ser costosos tanto en términos de costes de capital y de funcionamiento debido a los bajos niveles de impurezas de aldeh�do que es necesario eliminar de una corriente particular para evitar la acumulación de impurezas de aldeh�do y relacionadas en el sistema. Por consiguiente, sigue existiendo una necesidad de procesos alternativos para mejorar la eficacia de la eliminación de acetaldeh�do en los procesos de carbonilaci�n de metanol.
Caracter�sticas de la invención
Seg�n la presente invención, se utiliza un sistema de absorción de recuperación de fracciones ligeras de gas de ventilación para recoger acetaldeh�do en una corriente de fracciones ligeras recuperadas separadas del fluido de absorción. La corriente de fracciones ligeras recuperadas ventilada se purifica mediante la eliminación de acetaldeh�do antes de devolver las fracciones ligeras al sistema de carbonilaci�n. Por tanto, el procedimiento incluye de forma general (a) lavado de las fracciones ligeras, que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo, e impurezas de aldeh�do a partir de gas de ventilación con un disolvente de absorción; (b) separación de las fracciones ligeras absorbidas e impurezas de aldeh�do del disolvente de absorción para proporcionar una corriente de fracciones ligeras recuperadas con impurezas de acetaldeh�do; (c) purificación de la corriente de fracciones ligeras recuperadas para eliminar impurezas de aldeh�do; y (d) reciclado de las fracciones ligeras purificadas de la corriente de fracciones ligeras recuperadas al sistema de producción.
La corriente de fracciones ligeras recuperadas puede contener más del 1 hasta el 5% o más en peso de acetaldeh�do, lo que reduce en gran medida el volumen de fracciones ligeras que necesitan ser purificadas de aldeh�dos con el fin de eliminarlos del sistema de carbonilaci�n. Es decir, los sistemas existentes dan a conocer el tratamiento de corrientes que contienen menos de 10.000 ppm de acetaldeh�do. Los costes de funcionamiento y de capital para la eliminación de cantidades comparables de acetaldeh�do con la estrategia de la presente invención, en consecuencia, son mucho menores que en las metodolog�as de la técnica anterior descritas anteriormente debido a que se reduce en gran medida el volumen de fracciones ligeras que necesitan ser purificados para eliminar una cantidad dada de impurezas de acetaldeh�do. Preferentemente, el acetaldeh�do est� presente en las fracciones ligeras recuperadas, como mínimo, al 2 o 3% en peso con hasta un 5% en peso o más. Se puede conseguir de 2-10% en peso de concentración de acetaldeh�do en una corriente de fracciones ligeras recuperadas en relación con un diseño particular.
Otras características y ventajas de la presente invención se har�n evidentes a partir de la discusión que sigue.
Descripci�n breve de los dibujos
La presente invención se describe en detalle a continuación con referencia a las diversas figuras en las que números similares designan partes similares. En las figuras:
la figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de carbonilaci�n de metanol que tiene un sistema de eliminación de aldeh�do convencional;
la figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de carbonilaci�n de metanol de la presente invención, que tiene un sistema de eliminación de aldeh�do acoplado al separador de gas de ventilación, según la presente invención;
la figura 3 es un detalle ampliado que muestra el sistema de eliminación de aldeh�do de la figura 2;
la figura 4 es un diagrama esquemático de una construcción alternativa de un sistema mejorado de carbonilaci�n de metanol de la presente invención; y
la figura 5 es un diagrama esquemático de aún otra construcción alternativa de un sistema mejorado de carbonilaci�n de metanol de la presente invención.
Descripci�n detallada
La presente invención se describe en detalle a continuación.
Salvo que se defina más específicamente a continuación, la terminología que se utiliza en el presente documento tiene su sentido habitual. El término % y similares, por ejemplo, se refieren a porcentaje en peso, a menos que se indique lo contrario.
El término "impureza de aldeh�do" se refiere a acetaldeh�do y compuestos relacionados que pueden estar presentes en el gas de ventilación.
El término "fracciones ligeras" se refiere a componentes de la mezcla de reacción, que son más volátiles que el ácido acético. Típicamente, "fracciones ligeras" se refiere a yoduro de metilo y acetato de metilo, que son los componentes predominantes.
El término "separación" se refiere a la eliminación de un componente de una mezcla por evaporación o destilación.
En referencia a las figuras 1, 2, 4 y 5, se muestra un sistema de carbonilaci�n -10- del tipo descrito anteriormente utilizado para la producción de ácido acético. El sistema -10- incluye un reactor -12-, un vaporizador instantáneo (“flasher”) -14-, una columna de fracciones ligeras o de separación -16-, una columna de secado -18-, y, opcionalmente, incluye purificación adicional del producto residuo de la columna de secado. La ventilación del reactor se puede enviar a un absorbedor de alta presión u otro equipo, tal como es conocido. Véase la patente china No. ZL92108244.4, as� como la patente europea No. EP 0 759 419 y la patente de Estados Unidos No. 5,770, 768 de Denis y otros. Además se incluyen en el sistema -10- una torre de absorción de baja presión que se muestra en -26- y una columna de separación de ventilación que se muestra en -28-.
Con el fin de producir ácido acético, se alimentan metanol y/o un derivado reactivo tal como acetato de metilo y monóxido de carbono al reactor -12- que contiene un medio de reacción homogéneo catalizado por metal. A medida que el metanol o sus derivados reactivos se carbonilan, una porción de la mezcla de reacción se extrae del reactor y se alimenta por la tubería -30- al vaporizador instantáneo -14-. En el vaporizador instantáneo, existe una presión reducida en relación con el reactor de tal manera que se produce una corriente de producto en bruto -34- mediante vaporización instantánea. La corriente -34- se alimenta a la columna de fracciones ligeras o de separación -16-, tal como se muestra en el diagrama. El catalizador alimentado al vaporizador instantáneo -14- se recicla a través de la tubería -36- al reactor -12-.
En la columna de fracciones ligeras -16-, se purifica adicionalmente la corriente de producto en bruto -34-. En particular, las fracciones ligeras se separan por destilación de la columna -16- a la cabeza -38-. La cabeza -38- se compone principalmente de yoduro de metilo y acetato de metilo, que se condensan en el condensador -40-y se alimentan a un recipiente receptor -42-. Desde el recipiente receptor -42-, el material condensado se decanta y se utiliza como reciclo, tal como se indica en las tuberías -44-, -46- y -48-.
El reflujo también se extrae del recipiente receptor -42- y se envía a la columna de fracciones ligeras a través de la tubería -50-.
Una corriente lateral -52- se extrae de la columna de separación -16- y se alimenta a la columna de deshidrataci�n -18-, tal como se muestra en los diagramas de las figuras 1 y 2, a través de la tubería -52-. La tubería -52-representa una corriente de producto purificado, es decir, en la que el yoduro de metilo y acetato de metilo se han eliminado sustancialmente. Sin embargo, la composición de la corriente -52- contiene cantidades sustanciales de agua, que es el motivo por el que se emplea la columna de secado -18-. En la columna de secado -18-, el agua se elimina vía la cabeza -54- y se recicla tal como se muestra. El producto sale de la columna de secado -18- a través de la tubería -56- y se alimenta opcionalmente a la purificación adicional para la eliminación de productos finales pesados e impurezas que contienen yodo antes de ser enviado al almacenamiento del producto.
Haciendo referencia específicamente a la figura 1, se muestra una configuración convencional, en la que el gas de ventilación desde el recipiente receptor -42- se alimenta a la torre de absorción -26- a través de la tubería -62-. En la torre -26-, el gas de ventilación suministrado a través de la tubería -62- se lava con ácido acético frío que, después de su utilización, se alimenta a la torre de separación de ventilación -28- a través de la tubería -64-. El vapor despojado, que contiene yoduro de metilo y acetato de metilo, se vuelve a alimentar a la sección de fracciones ligeras a través de la tubería -66- de manera que se reciclan el yoduro de metilo y el acetato de metilo.
El sistema de eliminación de aldeh�do mostrado esquemáticamente en -68- funciona tanto en una fase ligera o una fase pesada extraída del recipiente receptor -42-, tal como se muestra en -70-. En el sistema de eliminación de aldeh�dos -68-, el líquido condensado del recipiente receptor es alimentado a través de la tubería -70- se somete a
una destilación en columna -72- para eliminar acetaldeh�do y, opcionalmente, otros compuestos reductores de permanganato, tal como se conocen en la técnica. El residuo purificado de la columna -72- se devuelve a la unidad de producción, tal como se muestra. La cabeza, que contiene las fracciones ligeras, acetaldeh�do y otros compuestos reductores de permanganato se toma como cabeza en la tubería -74-. La cabeza se condensa en -76- y se alimenta a un receptor -78-. El material se puede enfriar adicionalmente en -80-antes de que los compuestos reductores de permanganato sean extraídos del líquido condensado en el extractor -82-. El material de cabeza purificado, es decir, después de haber eliminado el acetaldeh�do, se devuelve al receptor -42- a través de la tubería -84-, tal como se muestra en el diagrama.
El procedimiento de la presente invención se ilustra en las figuras 2 y 3.
En las figuras 2 y 3, se alimenta gas de ventilación de la misma manera a la torre de absorción -26- desde el recipiente receptor -42- a través de la tubería -62-. En la columna -26-, el gas de ventilación se lava con ácido acético frío que, después de su utilización, se alimenta a través de la tubería -64- a la columna de separación de ventilación -28-. En la columna de separación de ventilación -28-, el material se separa de las fracciones ligeras que sale de la columna -28- a través de la cabeza, tal como se indica en -66-. La cabeza contiene principalmente yoduro de metilo, acetato de metilo, acetaldeh�do y, opcionalmente, compuestos reductores de permanganato adicionales, tal como se mencion� anteriormente. La tubería -66-, según la presente invención, se alimenta directamente a un sistema de eliminación de aldeh�dos -90-, que incluye una columna de destilación -92-, as� como un condensador -94-, un recipiente receptor -96- y un extractor -98-. Según la presente invención, se puede emplear la extracción de una sola etapa, de múltiples etapas, o a contra corriente agitada. Del mismo modo, es evidente que la corriente de fracciones ligeras recuperadas se puede purificar por destilación, extracción, destilación extractiva o combinaciones de las anteriores.
Una característica destacada de la presente invención es la alimentación del yoduro de metilo y el acetato de metilo calientes separados directamente a la columna de destilación -92-, de manera que la entalpía de la corriente se puede utilizar para ayudar a purificar la corriente. En la columna -92-, se separan por destilación el acetaldeh�do y, opcionalmente, otros compuestos reductores de permanganato y salen de la columna -92-a través de la cabeza -100-. El residuo de la columna -92-, por lo tanto, incluye yoduro de metilo y acetato de metilo purificados de las impurezas de acetaldeh�do y se puede devolver a la unidad de producción a través de la tubería -105-.
La cabeza -100- de la columna -92- se alimenta al condensador -94- en el que las fracciones ligeras que contiene acetaldeh�do y, opcionalmente, otros compuestos reductores de permanganato se condensan y se alimentan a un recipiente receptor -96-. El condensado del recipiente receptor -96- se puede enfriar aún más en -102- antes de ser alimentado al extractor -98-. En el extractor -98-, se utiliza agua para extraer el aldeh�do y otros compuestos reductores de permanganato de la corriente que contiene acetato de metilo y yoduro de metilo. El material purificado se puede devolver directamente al sistema -10- a través de la tubería -104-, de manera análoga a la tubería -105-. Por ejemplo, el material purificado se puede devolver al recipiente receptor -42- y se recicla a las fracciones ligeras y al sistema de reacción, tal como se muestra. Alternativamente, el material purificado se puede devolver a una bomba que sirve una corriente de recirculaci�n de la fase pesada, una bomba que sirve una corriente de reciclado de catalizador, o a otra bomba dedicada que proporciona el retorno al reactor -12-. Dichas características se incorporan fácilmente en los sistemas de producción -10- del tipo mostrado.
El sistema que se muestra en las figuras 2 y 3 tiene la ventaja sobre los sistemas de la técnica anterior, en que el yoduro de metilo y acetato de metilo despojados ventilados proporcionados en la corriente -66- tiene una concentración elevada de acetaldeh�do con respecto a otras corrientes disponibles en el sistema -10-. La elevada concentración de compuestos reductores de permanganato en la corriente -66- ofrece la ventaja adicional de que debido a que el acetaldeh�do y, opcionalmente, otros compuestos reductores de permanganato est�n más concentrados, debe ser purificado y reciclado menos material con el fin de lograr los niveles de pureza deseados. Además, la eliminación relativamente temprana de los compuestos reductores de permanganato en el proceso de purificación reduce las oportunidades de producción de impurezas derivadas, tales como crotonaldeh�dos.
A�n otra ventaja de la presente invención es que la entalpía en la corriente de vapor despojado -66- se puede utilizar para ayudar a eliminar el acetaldeh�do de la corriente cuando se alimenta directamente en forma gaseosa a la columna -92-. Alternativamente, la corriente de fracciones ligeras despojada ventilada se puede condensar en un líquido y, a continuación, ser purificada si es más conveniente sobre la base de los equipos disponibles.
En otra realización de la presente invención mostrada en la figura 4, la corriente -66- se puede alimentar a un sistema de eliminación de aldeh�dos existente -68-. Si se desea, las fracciones ligeras del separador -28- se pueden enfriar aún más en -106- antes de ser alimentada a la columna -72-, si se desea, mediante la tubería -108-. Opcionalmente, una parte del material en la corriente -66-puede ser devuelto a la columna de fracciones ligeras -16-.
En aún otra realización de la presente invención mostrada en la figura 5, el líquido condensado del recipiente receptor se alimenta a través de la tubería -70- a un sistema convencional de eliminación de aldeh�dos, mientras que el vapor separado se suministra a través de la tubería -66- al sistema de eliminación de aldeh�dos -90-, tal como se
muestra en el diagrama. Opcionalmente, parte del vapor separado se puede enviar a un sistema de eliminación de aldeh�dos existente -68-, es decir, en la columna -72-.
Un experto en la materia apreciar� que el sistema -10- se puede configurar en una variedad de maneras, y se puede emplear diferentes catalizadores, promotores, etc. Un metal catalizador del Grupo VIII utilizado en relación con la presente invención puede ser un catalizador de rodio y/o iridio. El catalizador de metal de rodio se puede añadir en cualquier forma adecuada, de manera que el rodio est� en la solución de catalizador como una mezcla en equilibrio que incluye el ani�n [Rh(CO)2I2]-, tal como es muy conocido en la técnica. Cuando la solución de rodio est� en el ambiente enriquecido en monóxido de carbono del reactor, la solubilidad del rodio se mantiene generalmente porque las especies ani�nicas yoduro de rodio/carbonilo son generalmente solubles en agua y ácido acético. Sin embargo, cuando se transfiere a entornos agotados de monóxido de carbono, tal como los que existen normalmente en el vaporizador instantáneo, en la columna de fracciones ligeras y en otros, la composición de rodio/catalizador en equilibrio cambia dado que hay disponible menos de monóxido de carbono. El rodio precipita como RhI3, por ejemplo; más detalles en cuanto a la forma de rodio arrastrado corriente abajo del reactor no se comprenden bien. Las sales de yoduro ayudan a disminuir la precipitación en el vaporizador instantáneo en condiciones denominadas de "bajo contenido de agua", tal como ser� evidente para un experto en la materia.
Las sales de yoduro mantenidas en las mezclas de reacción de los procesos descritos en el presente documento pueden estar en forma de una sal soluble de un metal alcalino o metal alcalinot�rreo o una sal de amonio o de fosfonio cuaternario. En ciertas realizaciones, el catalizador copromotor es yoduro de litio, acetato de litio, o mezclas de los mismos. La sal de yoduro se puede añadir como una mezcla de sales, tal como una mezcla de yoduro de litio y yoduro de sodio y/o yoduro de potasio. De forma alternativa, la sal de yoduro puede generarse in situ, dado que en las condiciones de funcionamiento del sistema de reacción, una amplia gama de precursores de sales no yoduro, tales como acetatos de metales alcalinos, reaccionarán con el yoduro de metilo para generar el correspondiente estabilizador de sal de yoduro copromotor. Las sales adecuadas se pueden generar in situ a partir de precursores no iónicos, tales como un óxido de fosfina o de cualquier ligando o ligandos orgánicos adecuados, si as� se desea. Los óxidos de fosfina y los ligandos orgánicos adecuados generalmente experimentan cuaternizaci�n en presencia de yoduro de metilo a temperaturas elevadas para producir sales que mantienen la concentración de aniones de yoduro. Para detalles adicionales con respecto a la generación de sal de yoduro, véanse las patentes de Estados Unidos 5.001.259 de Smith y otros; 5.026.908 de Smith y otros; y 5.144.068, también de Smith y otros.
Un catalizador de iridio en la composición de reacción líquida de carbonilaci�n puede comprender cualquier compuesto que contiene iridio, que sea soluble en la composición de reacción líquida. El catalizador de iridio puede añadirse a la composición de reacción líquida para la reacción de carbonilaci�n en cualquier forma adecuada que se disuelva en la composición de reacción líquida o sea convertible en forma soluble. Se incluyen entre los ejemplos de compuestos que contienen iridio adecuados, que pueden ser añadidos a la composición de reacción líquida: IrCl3, IrI3, IrBr3, [Ir(CO)2I]2, [Ir(CO)2Cl]2, [Ir(CO)2Br]2, [Ir(CO)2I2]-H+, [Ir(CO)2Br2]-H+, [Ir(CO)2I4]-H+, [Ir(CH3)I3(CO2)]-H+, Ir4(CO)12, IrCl3�3H2O, IrBr3�3H2O, Ir4(CO)12, iridio met�lico, Ir2O3, Ir(acac)(CO)2, Ir(acac)3, acetato de iridio, [Ir3O(OAc)6(H2O)3][OAc] y ácido hexacloroir�dico [H2IrCl6]. Los complejos de iridio sin cloruro tales como acetatos, oxalatos y acetoacetatos se emplean generalmente como materiales de partida. La concentración de catalizador de iridio en la composición de reacción líquida puede estar en el intervalo de 100 a 6000 ppm. La carbonilaci�n de metanol que utiliza catalizador de iridio es muy conocida y se describe generalmente en las siguientes patentes de Estados Unidos: 5.942.460; 5.932.764; 5.883.295; 5.877.348; 5.877.347 y 5.696.284.
Puede emplearse un catalizador del Grupo VIII soportado si se desea. Un sistema preferente incluye un pol�mero insoluble que tiene grupos pirrolidona pendientes que soportan una especie de rodio. Un catalizador adecuado es una polivinilpirrolidona que se ha reticulado y cargado de rodio. La reticulación se puede lograr utilizando un catalizador cáustico, tal como se describe en la patente de EE.UU. No. 2.938.017 o mediante la utilización de un agente de reticulación, tal como se da a conocer en la patente alemana DE 2059484. Este catalizador se prepara haciendo reaccionar el soporte de pol�mero con un haluro de alquilo y un compuesto de rodio. Ambas reacciones se llevan a cabo fácilmente mediante procedimientos estándar y utilizando componentes conocidos para dichas reacciones. Por ejemplo, es preferente añadir simplemente una cantidad del pol�mero insoluble, tal como en forma de polvo o granulado de resina a lo que de otro modo constituye el medio homogéneo para la reacción de carbonilaci�n del metanol. Dicho medio de reacción de carbonilaci�n incluye metanol y/o acetato de metilo, ácido acético y una pequeña cantidad de agua en un recipiente a presión junto con un compuesto de rodio y un promotor de yoduro, tal como se describe en el presente documento. Más detalles se muestran en la patente de Estados Unidos No. 5.466.874.
Otro sistema incluye un pol�mero insoluble que contiene un anillo de piridina, y un metal del Grupo VIII soportado sobre el mismo y de por s� conocido. El término "pol�mero que contiene un anillo de piridina" tal como se utiliza en el presente documento se refiere a un pol�mero que contiene anillos de piridina sustituidos o no sustituidos o anillos policondensados que contienen piridina, sustituidos o no sustituidos, tales como anillos de quinolina. Los sustituyentes incluyen aquellos que son inertes a la carbonilaci�n de metanol tales como un grupo alquilo y grupo alcoxi. Se incluyen entre los ejemplos t�picos de los pol�meros insolubles que contienen anillos de piridina los obtenidos por la reacción de vinilpiridina con un mon�mero de divinilo o por la reacción de vinilpiridina con un mon�mero de vinilo que contiene mon�mero de divinilo, tales como copol�meros de 4-vinilpiridina y divinilbenceno,
copol�meros de 2-vinilpiridina y divinilbenceno, copol�meros de estireno, vinilbenceno y divinilbenceno, copol�meros de vinilmetilpiridina y divinilbenceno y copol�meros de vinilpiridina, acrilato de metilo y diacrilato de etilo. Más detalles aparecen en la patente de Estados Unidos No. 5.334.755.
El yoduro de metilo se utiliza como promotor. Preferentemente, la concentración de yoduro de metilo en la composición de reacción líquida est� en el intervalo del 1 al 50% en peso, preferentemente del 2 al 30% en peso.
El promotor se puede combinar con un compuesto estabilizador de sal/copromotor, que puede incluir sales de un metal del Grupo IA o del Grupo de IIA, o una sal de amonio o de fosfonio cuaternario. Son particularmente preferentes las sales de yoduro o acetato, por ejemplo, yoduro de litio o acetato de litio.
Se pueden utilizar otros promotores y copromotores como parte del sistema catalítico de la presente invención, tal como se describe en la publicación de patente europea EP 0 849 248. Los promotores adecuados se seleccionan entre rutenio, osmio, tungsteno, renio, cinc, cadmio, indio, galio, mercurio, níquel, platino, vanadio, titanio, cobre, aluminio, estaño, antimonio, y se seleccionan de la forma más preferente entre rutenio y osmio. Copromotores específicos se describen en la patente de Estados Unidos No. 6.627.770.
Un promotor puede estar presente en una cantidad eficaz hasta el límite de su solubilidad en la composición de reacción líquida y/o cualquier corriente líquida del proceso reciclada al reactor de carbonilaci�n desde la etapa de recuperación de ácido acético. Cuando se utiliza, el promotor est� presente de forma adecuada en la composición de reacción líquida en una relación molar de promotor con respecto a catalizador met�lico de [0,5 a 15]:1, preferentemente de [2 a 10]:1, de la forma más preferente de [2 a 7,5]:1. Una concentración de promotor adecuada es de 400 a 5000 ppm.
El aparato o procedimiento de carbonilaci�n que es el objetivo de la presente invención incluye típicamente una sección de reacción, sección de purificación, un sistema de depósito del catalizador y un sistema de recuperación de fracciones ligeras. La presente invención puede ser apreciada, por ejemplo, en relación con la carbonilaci�n de metanol con monóxido de carbono en un sistema de reacción catalítico homogéneo que comprende un disolvente de reacción (típicamente ácido acético), metanol y/o sus derivados reactivos, un catalizador de rodio soluble, y, como mínimo, una concentración finita de agua. La reacción de carbonilaci�n avanza dado que se alimentan metanol y monóxido de carbono continuamente al reactor. El reactivo monóxido de carbono puede estar esencialmente puro o puede contener impurezas inertes tales como di�xido de carbono, metano, nitrógeno, gases nobles, agua e hidrocarburos paraf�nicos de C1 a C4. La presencia de hidrógeno en el monóxido de carbono y el generado in situ por la reacción de desplazamiento del gas de agua se mantiene preferentemente baja, por ejemplo, menos de 1 bar de presión parcial, ya que su presencia puede dar lugar a la formación de productos de hidrogenación. La presión parcial de monóxido de carbono en la reacción est� adecuadamente en el intervalo de 1 a 70 bar, preferentemente de 1 a 35 bar, y de la forma más preferente de 1 a 15 bar.
La presión de la reacción de carbonilaci�n est� adecuadamente en el intervalo de 10 a 200 bar, preferentemente de 10 a 100 bar, de la forma más preferente de 15 a 50 bar. La temperatura de la reacción de carbonilaci�n est� adecuadamente en el intervalo de 100 a 300�C, preferentemente en el intervalo de 150 a 220�C. El ácido acético se produce habitualmente en una reacción en fase líquida a una temperatura de aproximadamente 150 - 200�C y una presión total de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 bar.
El ácido acético se incluye típicamente en la mezcla de reacción como disolvente para la reacción.
Entre los derivados de metanol reactivos adecuados se incluyen acetato de metilo, éter dimet�lico, formiato de metilo y yoduro de metilo. Se puede utilizar una mezcla de metanol y derivados reactivos del mismo como reactivos en el procedimiento de la presente invención. Preferentemente, se utilizan como reactivos metanol y/o acetato de metilo. Como mínimo, parte del metanol y/o del derivado reactivo del mismo se convertir� en acetato de metilo, y por lo tanto est� presente como tal, en la composición de reacción líquida mediante reacción con el producto o disolvente de ácido acético. La concentración en la composición de reacción líquida de acetato de metilo est� adecuadamente en el intervalo de 0,5 a 70% en peso, preferentemente de 0,5 a 50% en peso, de la forma más preferente de 1 a 35% en peso y de la forma más preferente de 1 -20% en peso.
El agua se puede ser formar in situ en la composición de reacción líquida, por ejemplo, por la reacción de esterificaci�n entre el reactivo metanol y el producto ácido acético. El agua se puede introducir en el reactor de carbonilaci�n junto con otros componentes de la composición de reacción líquida o por separado. El agua se puede separar de otros componentes de la composición de reacción retirada del reactor y puede reciclarse en cantidades controladas para mantener la concentración necesaria de agua en la composición de reacción líquida. Preferentemente, la concentración de agua mantenida en la composición de reacción líquida est� en el intervalo de 0,1 a 16% en peso, de la forma más preferente de 1 a 14% en peso, de la forma más preferente de 1 a 10% en peso.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de funcionamiento de un aparato para fabricar ácido acético que incluye un sistema de producción que tiene un reactor que contiene un medio de reacción y un tren de purificación de producto, en el que el sistema de producción es ventilado hacia una torre de absorción, comprendiendo el procedimiento:
    a) depurar las fracciones ligeras que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo e impurezas de aldeh�dos del gas de ventilación con un disolvente de absorción;
    b) separar las fracciones ligeras e impurezas de aldeh�dos del disolvente de absorción para obtener una corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada;
    c) purificar la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada para eliminar las impurezas de aldeh�dos; y
    d) reciclar las fracciones ligeras purificadas de la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada al sistema de producción.
  2. 2.
    Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que las impurezas de aldeh�dos comprenden acetaldeh�do.
  3. 3.
    Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el disolvente de absorción comprende ácido acético o metanol.
  4. 4.
    Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada se purifica por destilación.
  5. 5.
    Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada est� en fase vapor y se alimenta a una torre de destilación por reflujo.
  6. 6.
    Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada se purifica de impurezas de aldeh�dos mediante extracción con agua antes de reciclarla a la unidad de producción.
  7. 7.
    Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el medio de reacción comprende un catalizador de rodio o de iridio y una concentración de agua de 1-10% en peso.
  8. 8.
    Procedimiento de fabricación de ácido acético a la vez que se controlan las impurezas de aldeh�dos y de derivados de aldeh�dos que comprende:
    a) carbonilaci�n del metanol o derivados reactivos del mismo en un reactor de un sistema de producción en presencia de un catalizador de metal del grupo VIII y un promotor de yoduro de metilo a la vez que se mantiene una concentración de agua en el reactor de 1-10% en peso del medio de reacción y al mismo tiempo se mantiene en el reactor una presión parcial predeterminada de monóxido de carbono;
    b) ventilar los productos no condensables del sistema de producción a modo de proporcionar gas de ventilación que contiene fracciones ligeras que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo e impurezas de aldeh�dos;
    c) alimentar el gas de ventilación del sistema de producción a una torre de absorción;
    d) suministrar un disolvente de depuración a la torre de absorción, comprendiendo el disolvente de depuración ácido acético, metanol, acetato de metilo o mezclas de los mismos;
    e) poner en contacto el gas de ventilación con el disolvente de depuración eliminando de este modo las fracciones ligeras e impurezas de aldeh�dos del gas y absorbiéndolos en el disolvente de depuración;
    f) separar las fracciones ligeras e impurezas de aldeh�dos absorbidos del disolvente de absorción para obtener una corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada;
    g) purificar la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada para eliminar las impurezas de aldeh�dos; y
    h) reciclar las fracciones ligeras purificadas de la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada al sistema de producción.
  9. 9. Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que el catalizador de metal del grupo VIII es un catalizador de rodio
    o un catalizador de iridio.
  10. 10.
    Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que la concentración de agua en el reactor se mantiene de 2-8% en peso del medio de reacción.
  11. 11.
    Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que la corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada se purifica mediante destilación, extracción, destilación extractiva o combinaciones de las mismas antes de reciclar las fracciones ligeras a la corriente de producción.
    5 12. Aparato para la fabricación de ácido acético que comprende:
    a) un reactor para la carbonilaci�n de metanol o sus derivados reactivos, conteniendo el reactor un catalizador seleccionado entre catalizadores de rodio, catalizadores de iridio y mezclas de los mismos en una mezcla de reacción de ácido acético;
    10 b) un sistema de vaporización instantánea configurado para recibir una corriente de la mezcla de reacción de ácido acético y separarla en (i) como mínimo, una primera corriente líquida de reciclado de catalizador, y (ii) una corriente de proceso en bruto que contiene ácido acético;
    15 c) una primera columna de destilación acoplada al sistema de vaporización instantánea, estando adaptada la primera columna de destilación para separar componentes de bajo punto de ebullición de la corriente de proceso en bruto, y generar una corriente de proceso purificada,
    tambi�n funcionando la primera columna de destilación y opcionalmente el reactor y el sistema de vaporización 20 instantánea para generar una corriente de gas de ventilación que comprende fracciones ligeras que comprenden yoduro de metilo y acetato de metilo e impurezas de aldeh�dos;
    d) una torre de absorción adaptada para recibir la corriente de gas de ventilación y eliminar las fracciones ligeras y las impurezas de aldeh�dos de la misma con un disolvente de depuración;
    25 e) una columna de separación acoplada a la torre de absorción para separar las fracciones ligeras e impurezas de aldeh�dos del disolvente de depuración para generar una corriente de fracciones ligeras recuperada ventilada que comprende impurezas de aldeh�do; y
    30 f) un sistema de eliminación de aldeh�dos acoplado a la columna de separación para recibir la corriente de fracciones ligeras recuperada y eliminar las impurezas de aldeh�do de la misma.
  12. 13. Aparato, según la reivindicación 12, en el que el sistema de eliminación de aldeh�dos comprende una columna
    de destilación y/o una unidad de extracción. 35
  13. 14. Aparato, según la reivindicación 12, que comprende además una columna de secado acoplada a la primera columna de destilación para recibir la corriente de proceso purificada y eliminar el agua de la misma.
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