ES2906720T3 - Proceso para producir ácido acético - Google Patents

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Yaw-Hwa Liu
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Abstract

Un proceso para producir ácido acético, que comprende: separar un medio de reacción formado en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, en donde el medio de reacción comprende agua en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso; destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral, una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, y una corriente residual que comprende opcionalmente ácido acético en una cantidad mayor o igual a 95 % en peso y agua en una cantidad menor o igual a 5 % en peso; condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera; mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, en base al peso total de la corriente lateral, mediante el control de la tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor; y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.

Description

d e s c r ip c ió n
Proceso para producir ácido acético
Campo de la invención
Esta invención se refiere a procesos para producir ácido acético y, en particular, a procesos mejorados para controlar la concentración de agua y la concentración de yoduro de hidrógeno alimentada a la columna de secado.
Antecedentes de la invención
Entre los procesos empleados actualmente para sintetizar ácido acético, uno de los más útiles comercialmente es la carbonilación catalizada de metanol con monóxido de carbono como se enseña en la patente de los Estados Unidos núm. 3 769 329. El catalizador de carbonilación contiene un catalizador metálico, tal como el rodio, que lo mismo se disuelve o de cualquier otra manera se dispersa en un medio de reacción líquido o se soporta en un sólido inerte, junto con un promotor catalizador que contiene halógeno, como se ejemplifica mediante el yoduro de metilo. La reacción se lleva a cabo mediante el burbujeo continuo de gas de monóxido de carbono a través de un medio de reacción líquido en el que se disuelve el catalizador.
El metanol y el monóxido de carbono se alimentan a un reactor como materia prima. Una porción del medio de reacción se retira continuamente y se proporciona a un recipiente de vaporización instantánea donde el producto se vaporiza rápidamente y se envía como vapor a un tren de purificación. El tren de purificación incluye una columna de extremos ligeros que elimina los componentes "ligeros" o de bajo punto de ebullición como un producto de destilación y proporciona una corriente lateral para su posterior purificación. El tren de purificación puede incluir además columnas para deshidratar la corriente lateral o para retirar componentes "pesados" o de alto punto de ebullición, tal como el ácido propiónico, a partir de la corriente lateral. En un proceso de carbonilación para fabricar ácido acético es conveniente minimizar el número de operaciones de destilación para minimizar el uso de energía en el proceso.
La patente de los Estados Unidos núm. 5 416 237 describe un proceso para la producción de ácido acético por carbonilación de metanol en la presencia de un catalizador de rodio, yoduro de metilo y un estabilizador de sal de yoduro. La mejora de acuerdo con la patente '237 reside en mantener una concentración finita de agua de hasta aproximadamente el 10 % en peso y una concentración de acetato de metilo de al menos el 2 % en peso en la composición de reacción líquida y recuperar el producto de ácido acético al pasar el líquido composición de reacción a través de una zona de vaporización instantánea para producir una fracción de vapor que se pasa a una única columna de destilación de la que se elimina el producto de ácido acético. El inconveniente de eliminar etapas de destilación es que el nivel de pureza del producto se resiente. En particular, las columnas de destilación tienden a eliminar los yoduros de alto punto de ebullición, así como también los productos de contaminación por aldehidos. Ambas impurezas afectan la conveniencia comercial del producto final.
La patente de los Estados Unidos núm. 9 006 483 describe un proceso de producción de ácido acético que busca inhibir la concentración de yoduro de hidrógeno y mejora una separación liquido-líquido de un producto de destilación a partir de una columna de destilación. El ácido acético se produce al destilar una mezcla que contiene yoduro de hidrógeno, agua, ácido acético y acetato de metilo en una primera columna de destilación para formar una corriente de producto de destilación y una corriente de corte lateral o corriente de parte inferior que contiene ácido acético, enfriar y condensar el producto de destilación en un condensador para formar fases superiores e inferiores separadas en un decantador. De acuerdo con este proceso, se forma una zona que tiene una alta concentración de agua en la columna de destilación por encima de la posición de alimentación de la mezcla al alimentar una mezcla que tiene una concentración de agua menor que una cantidad efectiva a no más de 5 % en peso (por ejemplo, 0,5 a 4,5 % en peso) y una concentración de acetato de metilo de 0,5 a 9 % en peso (por ejemplo, 0,5 a 8 % en peso) como la mezcla a la columna de destilación y destilando la mezcla. En la zona que tiene una alta concentración de agua, se permite hacer reaccionar el yoduro de hidrógeno con acetato de metilo para producir yoduro de metilo y ácido acético.
La patente de los Estados Unidos núm. 7884 241describe una mezcla que contiene yoduro de hidrógeno y agua y que tiene un contenido de agua de no más del 5 % en peso (particularmente no más del 3 % en peso) en un sistema de destilación que se destila para evitar la condensación de yoduro de hidrógeno en el sistema de destilación. La mezcla puede comprender yoduro de hidrógeno, agua, metanol, yoduro de metilo, ácido acético y acetato de metilo. Incluso cuando la mezcla contiene yoduro de hidrógeno en una concentración de 1 a 3000 ppm en base al peso, se puede obtener un producto de ácido acético con una concentración de yoduro de hidrógeno de no más de 50 ppm al extraer una fracción que contiene yoduro de hidrógeno de la parte superior de la columna y al extraer ácido acético como una corriente de corte lateral o una corriente de la parte inferior de la columna. Dicho proceso (proceso de destilación) inhibe eficazmente la condensación de yoduro de hidrógeno en el sistema de destilación y la corrosión en el sistema de destilación. Para mantener bajas las concentraciones de agua, este proceso requiere un gran reflujo de 2,35, que consume mucha energía.
La patente de Ios Estados Unidos núm. 6657 078describe un proceso de baja energía para producir ácido acético por carbonilación de metanol. El proceso implica un sistema catalizado con rodio que funciona con menos de un 14 % en peso de agua y usa hasta 2 columnas de destilación.
La patente de Ios Estados Unidos núm. 4 008 131describe un método para eliminar el exceso de agua que se tiende a acumular en las corrientes de reciclado y reduce la velocidad de producción de ácido puro durante el funcionamiento de un sistema de destilación para la purificación de ácido acético crudo que contiene agua y yoduro de metilo. El ácido crudo se introduce en la mitad superior de una zona de destilación. El yoduro de metilo, una proporción mayoritaria de agua y una cantidad equivalente de ácido se eliminan por encima de la zona. Una proporción menor del agua que contiene una pequeña cantidad de ácido acético se elimina como líquido lateral en un punto cercano a la parte superior de la zona de destilación. Una corriente ácida producto esencialmente seca y sustancialmente libre de yoduro de metilo se elimina de la parte inferior de la zona de destilación. La corriente de producto de destilación se puede almacenar, desechar o preferentemente reciclar a la etapa de producción de ácido. La extracción lateral de agua líquida se puede desechar o someter a rectificación para recuperar Ios índices de acidez.
La patente de Ios Estados Unidos núm. 3791 935 describe un proceso mediante la introducción de una corriente de ácido monocarboxílico que contiene agua y el halógeno contaminante en la mitad superior de una columna de destilación, al retirar una fracción de producto de destilación que consiste principalmente en el agua y el haluro de alquilo que se carga en dicha columna, al retirar una corriente de la porción media de dicha columna que contiene una proporción mayoritaria de haluro de hidrógeno presente en dicha columna, y al retirar una corriente ácida del producto desde o cerca de la parte inferior de dicha columna, estando la corriente ácida del producto esencialmente seca y sustancialmente libre de Ios contaminantes halógenos cargados a dicha columna. El método es particularmente aplicable a la eliminación de compuestos que contienen agua y yodo de Ios ácidos acético y propiónico. En Ios ejemplos, se informa que el producto de fondo que contiene ácido acético contiene de 83 a 132 ppm en peso de agua y de 0,083 ppm en peso a 0,3 ppm en peso de yoduro de hidrógeno.
El documento EP 2 826 767 describe un proceso para la producción de ácido acético que comprende destilar una mezcla que contiene yoduro de hidrógeno, ácido acético de agua y acetato de metilo en una primera columna de destilación para formar una corriente de producto de destilación y una corriente de corte lateral o corriente de parte inferior que contiene ácido acético; enfriar y condensar el producto de destilación en un condensador para formar fases superior e inferior separadas en un decantador.
En vista de lo anterior, existe la necesidad de un proceso de producción de ácido acético mejorado para controlar la recuperación de ácido acético.
Resumen de la invención
En una modalidad, la presente invención se refiere a un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, en donde el medio de reacción comprende agua en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso; destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral y una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, y una corriente residual; condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, se mantiene una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso, por ejemplo, preferentemente de 1,1 a 2,5 en % en peso, y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, por ejemplo, preferentemente de 0,1 a 50 ppm en peso, mediante control de una tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor, y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado. La corriente lateral puede comprender además uno o más C-i-C-Myoduros de alquilo en una concentración de 0,1 a 6 % en peso, y la corriente lateral comprende además acetato de metilo en una concentración de 0,1 a 6 % en peso. En una modalidad, la corriente lateral comprende cada uno del uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m y el acetato de metilo en una cantidad de ±0,9 % en peso de la concentración de agua en la corriente lateral. El medio de reacción puede comprender además acetato de metilo, un catalizador metálico, una sal de yoduro y yoduro de metilo. En una modalidad, el medio de reacción comprende acetato de metilo en una cantidad de 0,5 a 3o % en peso, un catalizador metálico en una cantidad de 200 a 3000 ppm en peso, sal de yoduro en una cantidad de 1 a 25 % en peso, y yoduro de metilo en una cantidad de 1 a 25 % en peso. En una modalidad adicional, una porción de la fase líquida pesada se puede tratar para eliminar al menos un compuesto reductor de permanganato que se selecciona del grupo que consiste en acetaldehído, acetona, metiletilcetona, butilaldehído, crotonaldehído, 2-etil crotonaldehído, 2-etil butiraldehído y sus productos de condensación aldólica. El proceso puede implicar el reflujo de la fase líquida pesada, la fase líquida ligera, o sus mezclas a la primera columna. En una modalidad, la primera columna funciona con una relación de reflujo de 0,05 a 0,4. El agua de la condensación de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición se recoge principalmente en la fase líquida ligera y en una modalidad, la fase líquida ligera comprende agua en una cantidad de 4o a 80 % en peso, y la fase líquida pesada comprende agua en una cantidad menor o igual a 1 % en peso. El producto de ácido acético purificado se puede extraer de la parte inferior o cerca de la parte inferior de la segunda columna, y se extrae un producto de destilación acuoso de la segunda columna. En una modalidad, el producto de destilación acuoso comprende más o igual al 90 % del agua en la corriente lateral que alimenta a la segunda columna. El proceso puede comprender además reciclar el producto de destilación acuoso, o una porción condensada de la misma, al reactor, en donde la relación de reciclaje del flujo másico de la fase líquida ligera que se recicla al reactor al flujo másico del producto de destilación acuoso al reactor es menor mayor o igual a 2. En alguna modalidad, no se introduce agua, acetato de metilo o sus combinaciones en la corriente de vapor o en la primera columna. El proceso puede comprender además poner en contacto el producto de ácido acético purificado con un lecho de protección cuando la concentración total de yoduro del producto de ácido acético purificado es menor o igual a 5 ppm en peso. En una modalidad, el reciclado de la fase líquida ligera es del 0 al 20 % de la fase ligera total condensada a partir de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición.
Breve descripción de las figuras
La presente invención se entenderá mejor en vista de la figura no limitante adjunta, en donde:
La Figura 1 es un dibujo esquemático de producción de ácido acético de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Para comenzar, se debe señalar que en el desarrollo de cualquier modalidad real, se deben tomar numerosas decisiones específicas de implementación para lograr los objetivos específicos del desarrollador, tales como el cumplimiento de las restricciones relacionadas con el sistema y con los negocios, las que variarán de una implementación a otra. Además, los procesos descritos en la presente descripción también pueden comprender componentes distintos de los citados o mencionados específicamente, como es evidente para alguien que tenga una experiencia promedio o tenga habilidades razonables en la técnica.
En el resumen y esta descripción detallada, cada valor numérico se debe leer una vez como modificado por el término "aproximadamente" (a menos que ya esté modificado expresamente), y después se debe leer de nuevo como no tan modificado a menos que se indique de otra forma. Además, en el resumen y esta descripción detallada, se debe entender que un intervalo de concentración listado o descrito como útil, adecuado, o similares, pretende que todas y cada una de las concentraciones dentro del intervalo, que incluye los puntos extremos, se debe considerar que han sido declaradas. Por ejemplo, un intervalo "de 1 a 10" se interpretará como que indica todo y cada número posible a lo largo de la continuidad entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10. Así, incluso si los puntos de datos específicos dentro del intervalo, o incluso sin ningún punto de datos dentro del intervalo, se identifican explícitamente o se refieren a solo unos pocos puntos de datos específicos, se debe entender que los inventores aprecian y entienden que se debe considerar que cualquiera y todos los puntos de datos dentro del intervalo se han especificado, y que los inventores poseían el conocimiento de todo el intervalo y de todos los puntos dentro del intervalo.
A lo largo de toda la descripción, que incluye las reivindicaciones, los siguientes términos tienen los significados indicados a menos que se especifique de cualquier otra manera.
Como se usa en la descripción y en las reivindicaciones, "cerca" es inclusivo de "en." El término "y/o" se refiere tanto al caso inclusivo "y" como al caso exclusivo "o", y se usa en la presente descripción por brevedad. Por ejemplo, una mezcla que comprende ácido acético y/o acetato de metilo puede comprender ácido acético solo, acetato de metilo solo, o ambos ácido acético y acetato de metilo.
Todos los porcentajes se expresan como por ciento en peso (% en peso), que se basa en el peso total de la corriente o composición particular presente, a menos que se indique de cualquier otra manera. La temperatura ambiente es de 25 °C y la presión atmosférica es de 101,325 kPa a menos que se indique de cualquier otra manera.
Para los fines en la presente descripción:
el ácido acético se puede abreviar como "AcOH";
el acetaldehído se puede abreviar como "AcH";
el acetato de metilo se puede abreviar "MeAc";
el metanol se puede abreviar "MeOH";
el yoduro de metilo se puede abreviar como "Mel";
el yoduro de hidrógeno se puede abreviar como "Hl";
el monóxido de carbono se puede abreviar como "CO"; y
el dimetiléter se puede abreviar como "DME".
Hl se refiere al yoduro de hidrógeno molecular o al ácido yodhídrico que se disocia cuando se ioniza al menos parcialmente en un medio polar, típicamente un medio que comprende al menos algo de agua. A menos que se especifique de cualquier otra manera, los dos se mencionan indistintamente. A menos que se especifique de cualquier otra manera, la concentración de Hl se determina mediante la valoración ácido-base mediante el uso de un punto final potenciométrico. En particular, la concentración de Hl se determina mediante valoración con una solución estándar de acetato de litio hasta un punto final potenciométrico. Se debe entender que para los fines en la presente descripción, la concentración de Hl no se determina al sustraer una concentración de yoduro que se supone asociada con una medición de metales corrosivos u otros cationes distintos de H+, del yoduro iónico total presente en una muestra.
Se debe entender que la concentración de Hl no se refiere a la concentración de iones yoduro. La concentración de Hl se refiere específicamente a la concentración de Hl que se determina mediante valoración potenciométrica.
Este método de sustracción es un método poco confiable e impreciso para determinar concentraciones de Hl relativamente más bajas (es decir, menores o iguales a 5 por ciento en peso) debido al hecho de que asume que todos los cationes distintos de H+ (tales como los cationes de Fe, Ni, Cr, Mo) se asocian con el anión yoduro exclusivamente. En realidad, una porción significativa de los cationes metálicos en este proceso puede estar asociada con el anión acetato. Adicionalmente, muchos de estos cationes metálicos tienen múltiples estados de valencia, lo que añade aún más falta de confiabilidad a la suposición sobre la cantidad de anión yoduro que podría estar asociado con estos metales. Finalmente, este método da lugar a una determinación poco confiable de la concentración real de Hl, especialmente en vista de la capacidad de realizar una valoración simple directamente representativa de la concentración de Hl.
Para los fines en la presente descripción, un "producto de destilación" o "destilado" de una columna de destilación se refiere al menos a una de las fracciones condensables de más bajo punto de ebullición que sale en o cerca de la parte superior (por ejemplo, próxima a la parte superior) de la columna de destilación, y/o la forma condensada de esa corriente o composición. Obviamente, todas las fracciones son finalmente condensables, sin embargo, para los fines en la presente descripción, una fracción condensable es condensable bajo las condiciones presentes en el proceso, tal como lo entiende fácilmente un experto en la técnica. Los ejemplos de fracciones no condensables pueden incluir nitrógeno, hidrógeno y similares. Igualmente, una corriente de producto de destilación puede ser tomada justo más abajo de la salida más alta de una columna de destilación, por ejemplo, en donde la fracción de más bajo punto de ebullición es una corriente no condensable o representa una corriente insignificante, como se entendería fácilmente por un experto en la técnica.
Las "partes inferiores" o "residuos" de una columna de destilación se refieren a una o más de las fracciones de más alto punto de ebullición que salen en o cerca de la parte inferior de la columna de destilación, se refieren además en la presente descripción como que fluyen desde la parte inferior del sumidero de la columna. Se debe entender que se puede tomar un residuo justo por encima de la salida de la parte inferior de una columna de destilación, por ejemplo, en donde la fracción de la parte inferior producida por la columna es una sal, un alquitrán inutilizable, un producto de desecho sólido o una corriente insignificante como entendería fácilmente un experto en la técnica.
Para los fines en la presente descripción, las columnas de destilación comprenden una zona de destilación y una zona de sumidero inferior. La zona de destilación incluye todo por encima de la zona de sumidero inferior, es decir, entre la zona del sumidero inferior y la parte superior de la columna. Para los fines en la presente descripción, la zona del sumidero inferior se refiere a la porción inferior de la columna de destilación en la que está presente un depósito de líquido de los componentes de mayor punto de ebullición (por ejemplo, la parte inferior de una columna de destilación) desde el cual fluye la corriente de la parte inferior o del residuo al salir de la columna. La zona del sumidero inferior puede incluir rehervidores, equipos de control, y similares.
Se entenderá que el término "pasajes", "vías de flujo", "conductos de flujo" y similares en relación con los componentes internos de una columna de destilación se usan indistintamente para referirse a orificios, tubos, canales, rendijas, desagües, y similares, que están dispuestos a través y/o que proporcionan una trayectoria para que el líquido y/o el vapor se muevan desde un lado del componente interno al otro lado del componente interno. Ejemplos de pasajes dispuestos a través de una estructura tal como un distribuidor de líquido de una columna de destilación incluyen orificios de drenaje, tubos de drenaje, ranuras de drenaje y similares, que permiten que un líquido fluya a través de la estructura de un lado a otro.
El tiempo de residencia promedio se define como la suma total de todo el volumen de líquido que se retiene para una fase determinada dentro de una zona de destilación dividida por la tasa de flujo promedio de esa fase a través de la zona de destilación. El volumen de retención para una fase determinada puede incluir el volumen de líquido contenido en los diversos componentes internos de la columna, que incluye los colectores, los distribuidores y similares, así como también el líquido contenido en las bandejas, dentro de los tubos descendentes y/o dentro de las secciones del lecho empaquetado estructurado o aleatorio.
Control de la tasa de reciclado
La presente invención proporciona métodos para controlar la concentración de agua en la corriente lateral entre dos columnas en el proceso de recuperación de ácido acético. La corriente lateral comprende principalmente ácido acético que se produce por carbonilación. Al controlar la concentración de agua, la concentración de yoduro de hidrógeno también se puede regular para reducir la cantidad de yoduro de hidrógeno que se envía desde una columna de fracciones ligeras o primera columna a una columna de secado o segunda columna para la posterior recuperación de ácido acético. Ventajosamente, la concentración de agua se puede controlar mediante la tasa de reciclado de la fase líquida ligera que se recupera de la primera columna al reactor. En una modalidad, se recicla del 0 al 20% de la fase líquida ligera total condensada de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y el resto se puede usar como reflujo en la columna de productos finales ligeros o se alimenta a un sistema de reducción de acetaldehído. Debido a que la fase líquida ligera también se somete a reflujo a la primera columna, un cambio en la relación de reflujo también puede afectar la tasa de reciclado. La reducción del yoduro de hidrógeno que alimenta a la segunda columna ayuda a reducir la concentración total de yoduro en la segunda columna y, en última instancia, el producto de ácido acético purificado. Una baja concentración total de yoduro, por ejemplo, menor que o igual a 5 ppm en peso, o menor que o igual a 1 ppm en peso, en el producto de ácido acético purificado, permite la eliminación del yoduro mediante el uso de un lecho de protección. Esto mejora mucho la calidad del producto de ácido acético purificado.
En una modalidad, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral y una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente que se condensa para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso, por ejemplo, preferentemente de 1,1 a 2,5 % en peso, y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, por ejemplo, preferentemente de 0,1 a 50 ppm en peso, controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
Bajo condiciones de poca agua en el reactor, por ejemplo, cuando la concentración de agua es de 0,1 a 4,1 % en peso, operar la columna de destilación de manera estable puede ser difícil mientras se mantienen bajos niveles de agua en el reactor. A medida que la concentración de agua disminuye, el mantenimiento del funcionamiento estable de las columnas de destilación se puede ver afectado cuando no hay suficiente agua en las columnas. Aunque agregar agua a las columnas puede solucionar este problema, no es conveniente porque 1) esto requiere una purga mayor de agua y más energía en la separación, y/o 2) puede dar como resultado un aumento del agua reciclada al reactor que altera las condiciones del reactor. Por lo tanto, en una modalidad, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, en donde el medio de reacción comprende agua en una cantidad de 0,1 al 4,1 % en peso, destilar una porción de la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral, una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, y una corriente residual que comprende ácido acético en una cantidad mayor o igual a 95 % en peso y agua en una cantidad menor o igual a 5 % en peso, condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral menor o igual a 50 ppm en peso, por ejemplo, preferentemente de 0,1 a 50 ppm en peso, en base a la peso total de la corriente lateral controlando la tasa de reciclado de una porción de la fase líquida ligera al reactor, y destilando la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
Como se proporciona en la presente descripción, la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral se puede medir para controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera. En otra modalidad, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización espontánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, se destila la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral y una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición, se condensa la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y se separa bifásicamente la corriente que se condensa para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, midiendo la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral, se controla la tasa de reciclado de la fase de líquido ligero al reactor en respuesta al yoduro de hidrógeno medido para mantener la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral menor o igual a 50 ppm en peso, y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
En otra modalidad más, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener un corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y una corriente lateral que comprende agua en una cantidad de 1 a 3 % en peso, uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m en una cantidad de 0,1 a 6 % en peso, y yoduro de hidrógeno en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado y poner en contacto el producto de ácido acético purificado con un lecho de protección cuando la concentración total de yoduro del producto de ácido acético purificado es menor o igual a 5 ppm, por ejemplo, menor o igual a 1 ppm.
Además de mantener niveles bajos de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral, también es ventajoso alimentar la segunda columna con una cantidad estable de otros componentes e impurezas del reactor, tales como yoduros de alquilo C1-C14, específicamente, yoduro de metilo, y acetato de metilo. Junto con el agua, el C-i-C-mIos yoduros de alquilo y el acetato de metilo se pueden eliminar y devolver al reactor. Al controlar la concentración de agua en la corriente lateral en una cantidad de 1 a 3% en peso, la presente invención también puede mantener una cantidad estable de C-i-C-nyoduros de alquilo y acetato de metilo en relación con la concentración de agua. Por cantidad estable se entiende que la concentración del uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m y la concentración de acetato de metilo está dentro del intervalo de ±0,9 % de la concentración de agua en la corriente lateral, por ejemplo, ±0,7 %, ±0,6 %, ±0,5 %, ±0,4 %, ±0,3 %, ±0,2 % o ±0,1 %. Por ejemplo, cuando la concentración de agua es del 2,5 % en peso, la concentración de yoduros de alquilo C-i-C-m es de 1,6 a 3,4 % en peso, y la concentración de acetato de metilo es de 1,6 a 3,4 % en peso. Esto se puede lograr mediante control de una tasa de reciclado de una porción de la fase líquida ligera al reactor. En algunas modalidades, controlar la tasa de reciclado de una porción de la fase líquida ligera al reactor puede lograr una concentración estable de yoduro de metilo en la corriente lateral dentro del intervalo de ±0,6 % de la concentración de agua en la corriente lateral, por ejemplo, ±0,5 %, ±0,4 %, ±0,3 %, ±0,2 %, o ±0,1 %.
En una modalidad, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, en donde el medio de reacción comprende agua en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso y acetato de metilo en una cantidad menor o igual a 9 % en peso, destilar una porción de la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral que comprende ácido acético, agua, yoduro de hidrógeno, uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m y acetato de metilo, una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad igual o mayor al 5 % en peso, y una corriente residual que comprende ácido acético en una cantidad mayor o igual a 95 % en peso y agua en una cantidad menor o igual a 5 % en peso, condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral menor o igual a 50 ppm en peso, en base al peso total de la corriente lateral mediante el control de la tasa de reciclado de una porción de la fase líquida ligera al reactor, y en donde la corriente lateral comprende cada uno del uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m y acetato de metilo en una cantidad de ±0,9 % en peso de la concentración de agua en la corriente lateral y se destila la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
Al controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera, la concentración de Ios componentes, en particular agua y yoduro de hidrógeno, en la corriente lateral entre dos columnas se puede mantener dentro de ciertos límites de concentración. El reciclado de la fase líquida ligera da como resultado una corriente lateral que comprende agua en una cantidad de 1 a 3 % en peso, por ejemplo, de 1 a 2,5 % en peso y con mayor preferencia de 1,1 a 2,1 % en peso. En modalidades, la concentración de agua en la corriente lateral se mantiene mayor o igual a 1 % en peso, o mayor o igual a 1,1 % en peso, o mayor o igual a 1,3 % en peso, o mayor o igual a 1,5 % en peso, o mayor o igual a 2 % en peso, y/o en modalidades, la concentración de agua en la corriente lateral se mantiene menor o igual a 3 % en peso, o menor o igual a 2,8 % en peso, o menor o igual a 2,5 % en peso, o menor o igual a 2,1 % en peso. Una concentración de agua dentro de este intervalo mantiene una cierta cantidad de yoduro de hidrógeno menor o igual a 50 ppm en peso en la corriente lateral, por ejemplo, de 0,1 a 50 ppm de yoduro de hidrógeno, o de 5 a 30 ppm de yoduro de hidrógeno. En modalidades, la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral se mantiene menor o igual a 50 ppm en peso, o menor o igual a 45 ppm en peso, o menor o igual a 40 ppm en peso, menor o igual a 35 ppm en peso, o menor o igual a 30 ppm en peso, y/o en modalidades, la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral se mantiene mayor o igual a 0,1 ppm en peso, o mayor o igual a 1 ppm en peso, o mayor o igual a 5 ppm en peso, o mayor o igual a 10 ppm en peso.
El control de la tasa de reciclado de la fase ligera líquida para mantener la concentración de agua en la corriente lateral como se describió anteriormente también mantiene ciertas concentraciones de agua en el producto de destilación y la parte inferior de la primera columna. En modalidades, la concentración de agua en el producto de destilación se mantiene mayor o igual a 5 % en peso, o mayor o igual a 10 % en peso, o mayor o igual a 15 % en peso, o mayor o igual a 20 % en peso, o mayor o igual a 25 % en peso, y/o en modalidades, la concentración de agua en el producto de destilación se mantiene menor o igual a 80 % en peso, o menor o igual a 75 % en peso, o menor o igual a 70 % en peso, o menor o igual a 60 % en peso. Bajo condiciones de poca agua en el medio de reacción, por ejemplo, agua en una cantidad de 0,1 a 4,1% en peso, es conveniente mantener bajas concentraciones de agua en la parte inferior de la primera columna. Tener agua por encima del 5 % en peso no es conveniente para operar de manera estable el sistema de purificación de la presente invención. Así, en modalidades, la concentración de agua en la las partes inferiores se mantiene menor o igual a 5 % en peso, o menor o igual a 4,5 % en peso, o menor o igual a 4 % en peso, o menor o igual a 3,5 % en peso, o mayor o igual a 3 % en peso, y/o en modalidades, la concentración de agua en las partes inferiores se mantiene mayor o igual a 0 % en peso, o mayor o igual a 0,5 % en peso, o mayor o igual a 1 % en peso, o mayor o igual a 1,5 % en peso.
El yoduro de hidrógeno es soluble en mezclas de ácido acético-agua que contienen agua en una cantidad de 3 a 8 % en peso, y la solubilidad del yoduro de hidrógeno disminuye a medida que disminuye la concentración de agua. Esto hace que el yoduro de hidrógeno sea más volátil y, por tanto, en algunas modalidades, el yoduro de hidrógeno se puede recoger en el producto de destilación de la columna. Aunque el yoduro de hidrógeno ha sido indicado por otros como corrosivo, una cierta cantidad de yoduro de hidrógeno bajo algunas condiciones puede ser beneficiosa para actuar como un catalizador, como un catalizador para formar éter dimetílico como se describe en la patente de Ios Estados Unidos núm. 7223 883.
El control del reciclado de la fase líquida ligera es una mejora sobre otros procesos que mantienen concentraciones del producto vapor que alimenta la primera columna, como Ios descritos en la patente de Ios Estados Unidos núm. 9 006 483. La presente invención mejora ventajosamente el control para cualquier tipo de alimentación sin tener que introducir componentes adicionales en la primera columna o mantener concentraciones en una alimentación de producto de vapor. Por lo tanto, en las modalidades, la presente invención no alimenta agua o acetato de metilo a la primera columna ni la fuente de alimentación, es decir, la corriente de vapor, a la primera columna. Además, la patente de Ios Estados Unidos núm. 9006 483 no puede controlar el reciclado de la fase líquida ligera al reactor y, por lo tanto, no puede controlar independientemente la concentración de agua y yoduro de hidrógeno en la corriente lateral.
El control de la tasa de reciclado de una porción de la fase líquida ligera permite que la presente invención concentre el componente principal, el ácido acético, en la corriente lateral. Así, la corriente lateral comprende ácido acético en una cantidad mayor o igual a 90 % en peso, por ejemplo, mayor o igual a 94 % en peso o mayor o igual a 96 % en peso. En términos de intervalos, la concentración de ácido acético puede estar en una cantidad de 90 a 99 % en peso, por ejemplo, de 91 a 98 % en peso. Esto permite que la mayoría del ácido acético que se alimenta a la primera columna se retire en la corriente lateral para una purificación adicional. Preferentemente, el ácido acético no se recupera como producto en el producto de destilación o en la parte inferior de la primera columna.
Además del ácido acético y el agua, la corriente lateral puede comprender además uno o más yoduros de alquilo Ci -C-m en una cantidad de 0,1 a 6 % en peso, por ejemplo, de 0,5 a 5 % en peso, de 0,6 a 4 % en peso, de 0,7 a 3,7 % en peso, o de 0,8 a 3,6 % en peso. En una modalidad, el uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m al menos comprenden yoduro de metilo. Otros yoduros de alquilo como el yoduro de hexilo se pueden formar además a partir de impurezas de carbonilo tal como el acetaldehído. Con mayor preferencia, la corriente lateral comprende uno o más yoduros de alquilo C-i-C-m en una cantidad de 0,5 a 3 % en peso. Debido a la presencia de agua, la corriente lateral puede contener además acetato de metilo en una cantidad de 0,1 a 6 % en peso, por ejemplo, de 0,5 a 5 % en peso, de 0,6 a 4 % en peso, de 0,7 a 3,7 % en peso o de 0,8 a 3,6 % en peso. Como se indica en la presente descripción, en las modalidades, puede haber una cantidad estable de otros componentes e impurezas del reactor, tales como yoduros de alquilo C1-C14, específicamente, yoduro de metilo, y acetato de metilo en la corriente lateral en base a la concentración de agua.
Otros han determinado el contenido de yoduro de hidrógeno indirectamente por cálculo. La publicación de Ios Estados Unidos núm. 2013/0310603, por ejemplo, indica que la concentración de iones de yoduro se puede calcular al sustraer la concentración de iones de yoduro que se deriva de la forma de sal de yoduro (Io que incluye Ios yoduros derivados de cocatalizadores y yoduro metálico) de la concentración total de iones de yoduro (I"). Dichas técnicas de cálculo indirecto son típicamente inexactas, lo que da como resultado una pobre indicación de la concentración real de yoduro de hidrógeno debido en gran parte a las inexactitudes de Ios métodos subyacentes de medición de iones. Además, esta técnica de cálculo indirecto no tiene en cuenta otras formas de yoduro porque Ios cationes metálicos se miden y se asume incorrectamente que están completamente asociados solo con aniones de yoduro, mientras que, de hecho, Ios cationes metálicos pueden estar asociados con otros aniones, tales como aniones catalíticos y de acetato. Por el contrario, la medición directa de la concentración de yoduro de hidrógeno de acuerdo con la presente invención refleja ventajosamente la concentración real de yoduro de hidrógeno en el sistema, y puede dar como resultado una precisión tan baja como 0,01 %. En una modalidad, la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral se puede determinar por valoración potenciométrica mediante el uso de acetato de litio como valorante.
Al detectar la concentración de yoduro de hidrógeno de la corriente lateral, se puede controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera. Por ejemplo, cuando la concentración de yoduro de hidrógeno excede un umbral determinado de 50 ppm en peso, la tasa de reciclado de la fase líquida ligera se puede incrementar. Una vez que la concentración de yoduro de hidrógeno está más abajo del umbral que se determina de 50 ppm en peso, la tasa de reciclado de la fase líquida ligera se puede mantener y/o disminuir según se desee para mantener también las concentraciones de agua en una cantidad de 1 a 3 % en peso. Como se describe en la presente descripción, la tasa de reciclado de la fase líquida ligera es la cantidad que se recicla en comparación con la cantidad de fase líquida ligera que se somete a reflujo. La fase líquida ligera se puede reciclar directamente al reactor de carbonilación o indirectamente al retirar primero una impureza, tal como un compuesto de carbonilo, antes de reciclar al reactor.
Etapa de Reacción
El sistema 100 de reacción y de recuperación de ácido acético ilustrativo se muestra en la Figura 1. Como se muestra, la corriente de alimentación que contiene metanol 101 y la corriente de alimentación que contiene monóxido de carbono 102 se dirigen al reactor de carbonilación en fase líquida 105, en el que se produce la reacción de carbonilación para formar ácido acético.
La corriente de alimentación 101 que contiene metanol puede comprender al menos un miembro que se selecciona del grupo que consiste en metanol, éter dimetílico y acetato de metilo. La corriente de alimentación que contiene metanol 10l se puede derivar en parte de una alimentación nueva o se puede reciclar del sistema. Al menos parte del metanol y/o del derivado reactivo del mismo se convertirá a, y por tanto estará presente como, acetato de metilo en el medio líquido mediante esterificación con ácido acético.
Las temperaturas típicas de reacción para la carbonilación serán de 150 a 250 °C, con el intervalo de temperatura de 180 a 225 °C como intervalo preferido. La presión parcial de monóxido de carbono en el reactor puede variar ampliamente, pero típicamente es de 2 a 30 atm, por ejemplo, de 3 a 10 atm. La presión parcial de hidrógeno en el reactor es típicamente de 0,05 a 2 atm, por ejemplo, de 0,25 a 1,9 atm. En algunas modalidades, la presente invención puede funcionar con una presión parcial de hidrógeno de 0,3 a 2 atm, por ejemplo, de 0,3 a 1,5 atm, o de 0,4 a 1,5 atm. Debido a la presión parcial de los subproductos y a la presión de vapor de los líquidos contenidos, la presión total del reactor oscilará de 15 a 40 atm. La velocidad de producción de ácido acético puede ser de 5 a 50 mol/Lh, por ejemplo, de 10 a 40 mol/L h, y preferentemente de 15 a 35 mol/L h.
El reactor de carbonilación 105 es preferentemente un recipiente agitado mecánicamente, un recipiente con una mezcla eductada o con bomba, o un recipiente de tipo columna de burbujas, con o sin agitador, dentro del cual el contenido de líquido o de suspensión que reacciona se mantiene, preferentemente de forma automática, a un nivel predeterminado, que preferentemente permanece sustancialmente constante durante el funcionamiento normal. En el reactor de carbonilación 105, se introducen continuamente metanol fresco, monóxido de carbono, y suficiente agua según sea necesario para mantener concentraciones adecuadas en el medio de reacción.
El catalizador metálico puede comprender un metal del Grupo VIII. Los catalizadores adecuados del Grupo VIII incluyen catalizadores de rodio y/o iridio. Cuando se usa un catalizador de rodio, el catalizador de rodio se puede añadir en cualquier forma adecuada de manera que el rodio esté en la solución catalítica como una mezcla de equilibrio que incluye [Rh(CO)2 l2 ]-anión, como es bien conocido en la técnica. Las sales de yoduro opcionalmente mantenidas en las mezclas de reacción de los procesos descritos en la presente descripción pueden estar en forma de una sal soluble de un metal alcalino o alcalinotérreo, de amonio cuaternario, de sales de fósforo o mezclas de los mismos. En ciertas modalidades, el copromotor del catalizador es yoduro de litio, acetato de litio o sus mezclas. El copromotor del catalizador se puede añadir como una sal no yodada que generará una sal yodada. El copromotor del catalizador se puede introducir directamente en el sistema de reacción. Alternativamente, la sal de yoduro se puede generar in situ ya que en las condiciones de operación del sistema de reacción, una gran variedad de precursores de sal que no es yoduro reaccionará con yoduro de metilo o ácido yodhídrico en el medio de reacción para generar el copromotor del catalizador correspondiente. Para detalles adicionales con respecto a la catálisis de rodio y la generación de sal de yoduro, véase las patentes de los Estados Unidos núms. 5 001 259, 5 026 908, 5 144 068 y 7 005 541. La carbonilación de metanol que usa un catalizador de iridio es bien conocida y generalmente se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 5942 460, 5932 764, 5 883 295, 5877 348, 5877 347 y 5696 284.
El promotor del catalizador que contiene halógeno del sistema catalítico consiste en un compuesto de halógeno que comprende un haluro orgánico. Por tanto, se pueden usar haluros de alquilo, arilo y alquilo o arilo sustituidos. Preferentemente, el promotor del catalizador que contiene halógeno está presente en forma de un haluro de alquilo. Aún con mayor preferencia, el promotor del catalizador que contiene halógeno está presente en forma de un haluro de alquilo en el que el radical alquilo corresponde al radical alquilo del alcohol de alimentación, que se carbonila. Por lo tanto, en la carbonilación de metanol a ácido acético, el promotor de haluro incluirá haluro de metilo, y con mayor preferencia yoduro de metilo.
Los componentes del medio de reacción se mantienen dentro de límites definidos para asegurar una producción suficiente de ácido acético. El medio de reacción contiene una concentración del catalizador metálico, por ejemplo, catalizador de rodio, en una cantidad de 200 a 3000 ppm en peso, por ejemplo, de 800 a 3000 ppm en peso, o de 900 a 1500 ppm en peso. La concentración de agua en el medio de reacción se mantiene para que sea menor o igual a 14 % en peso, por ejemplo, de 0,1 % en peso a 14 % en peso, de 0,2 % en peso a 10 % en peso o de 0,25 % en peso a 5 % en peso. Preferentemente, la reacción se lleva a cabo en condiciones de poca agua y el medio de reacción contiene agua en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso, por ejemplo, de 0,1 a 3,1 % en peso o de 0,5 a 2,8 % en peso. La concentración de yoduro de metilo en el medio de reacción se mantiene de 1 a 25 % en peso, por ejemplo, de 5 a 20 % en peso, de 4 a 13,9 % en peso. La concentración de la sal de yoduro, por ejemplo, yoduro de litio, en el medio de reacción se mantiene para que sea de 1 a 25 % en peso, por ejemplo, de 2 a 20 % en peso, de 3 a 20 % en peso. La concentración de acetato de metilo en el medio de reacción se mantiene para que sea de 0,5 a 30 % en peso, por ejemplo, de 0,3 a 20 % en peso, de 0,6 a 9 % en peso, o de 0,6 a 4,1 % en peso. Las siguientes cantidades se basan en el peso total del medio de reacción.
La concentración de ácido acético en el medio de reacción es generalmente mayor o igual a 30 % en peso, por ejemplo, mayor o igual a 40 % en peso o mayor o igual a 50 % en peso.
En modalidades, el proceso para producir ácido acético incluye además la introducción de un compuesto de litio en el reactor para mantener la concentración de acetato de litio en una cantidad de 0,3 a 0,7 % en peso en el medio de reacción. En modalidades, se introduce una cantidad del compuesto de litio en el reactor para mantener la concentración de yoduro de hidrógeno en una cantidad de 0,1 a 1,3 % en peso en el medio de reacción. En modalidades, la concentración del catalizador de rodio se mantiene en una cantidad de 200 a 3000 ppm en peso en el medio de reacción, la concentración de agua se mantiene en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso en el medio de reacción, y la concentración de acetato de metilo se mantiene de 0,6 a 4,1 % en peso en el medio de reacción, en base al peso total del medio de reacción presente dentro del reactor de carbonilación.
En las modalidades, el compuesto de litio que se introduce en el reactor se selecciona del grupo que consiste en acetato de litio, carboxilatos de litio, carbonatas de litio, hidróxidos de litio, otras sales orgánicas de litio y sus mezclas. En modalidades, el compuesto de litio es soluble en el medio de reacción. En una modalidad, se puede usar acetato de litio dihidratado como fuente del compuesto de litio.
El acetato de litio reacciona con el yoduro de hidrógeno de acuerdo con la siguiente reacción de equilibrio (I) para formar yoduro de litio y ácido acético:
LÍOAc Hl ^ Lil HOAc (I)
Se piensa que el acetato de litio proporciona un control mejorado de la concentración de yoduro de hidrógeno con relación a otros acetatos, tal como el acetato de metilo, presente en el medio de reacción. Sin estar sujeto por la teoría, el acetato de litio es una base conjugada de ácido acético y, por lo tanto, reactiva frente al yoduro de hidrógeno mediante una reacción ácido-base. Se cree que esta propiedad da como resultado un equilibrio de la reacción (l) que favorece los productos de reacción sobre y por encima de los producidos por el equilibrio correspondiente de acetato de metilo y yoduro de hidrógeno. Este equilibrio mejorado se favorece por concentraciones de agua menores o iguales a 4,1 % en peso en el medio de reacción. Además, la volatilidad relativamente baja del acetato de litio en comparación con el acetato de metilo permite que el acetato de litio permanezca en el medio de reacción, excepto por las pérdidas de volatilidad y pequeñas cantidades de arrastre en el producto crudo de vapor. Por el contrario, la volatilidad relativamente alta del acetato de metilo permite que el material se destile en el tren de purificación, haciendo que el control del acetato de metilo sea más difícil. El acetato de litio es mucho más fácil de mantener y controlar en el proceso a bajas concentraciones consistentes de yoduro de hidrógeno. En consecuencia, se puede emplear una cantidad relativamente pequeña de acetato de litio con relación a la cantidad de acetato de metilo necesaria para controlar las concentraciones de yoduro de hidrógeno en el medio de reacción. Se ha descubierto además que el acetato de litio es al menos tres veces más efectivo que el acetato de metilo en la promoción de la adición oxidativa de yoduro de metilo al complejo de rodio [l].
En modalidades, la concentración de acetato de litio en el medio de reacción se mantiene mayor o igual a 0,3 % en peso, o mayor o igual a 0,35 % en peso, o mayor o igual a 0,4 % en peso, o mayor o igual a 0,45 % en peso, o mayor o igual a 0,5 % en peso, y/o en modalidades, la concentración de acetato de litio en el medio de reacción se mantiene menor o igual a 0,7 % en peso, o menor o igual a 0,65 % en peso, o menor o igual a 0,6 % en peso, o menor o igual a 0,55 % en peso.
Se ha descubierto que un exceso de acetato de litio en el medio de reacción puede afectar negativamente a los otros compuestos en el medio de reacción, lo que conduce a una disminución de la productividad. Por el contrario, se ha descubierto que una concentración de acetato de litio en el medio de reacción más abajo de 0,3 % en peso da como resultado una falta de control de las concentraciones de yoduro de hidrógeno dentro del medio de reacción.
En modalidades, el compuesto de litio se puede introducir continuamente o intermitente en el medio de reacción. En modalidades, el compuesto de litio se introduce durante el arranque del reactor. En modalidades, el compuesto de litio se introduce intermitentemente para reemplazar las pérdidas por arrastre.
En algunas modalidades, las velocidades de reacción que se desean se obtienen incluso a bajas concentraciones de agua al mantener en el medio de reacción un éster del ácido carboxílico deseado y un alcohol, convenientemente el alcohol que se usa en la carbonilación, y un ion yoduro adicional que está por encima del ion yoduro que está presente como yoduro de hidrógeno. Un éster deseado es el acetato de metilo. El ion yoduro adicional es convenientemente una sal de yoduro, prefiriéndose el yoduro de litio (Lil). Se ha encontrado, como se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 5 001 259, que bajo bajas concentraciones de agua, el acetato de metilo y el yoduro de litio actúan como promotores de la velocidad solo cuando están presentes concentraciones relativamente altas de cada uno de estos componentes, y que la promoción es mayor cuando ambos componentes están presentes simultáneamente.
La reacción de carbonilación del metanol al producto de ácido acético se puede llevar a cabo al poner en contacto la alimentación de metanol con monóxido de carbono gaseoso burbujeado a través de un medio de reacción solvente de ácido acético que contiene el catalizador de rodio, el promotor de yoduro de metilo, el acetato de metilo y la sal de yoduro soluble adicional, en las condiciones de temperatura y presión adecuadas para formar el producto de carbonilación. Se reconocerá generalmente que lo importante es la concentración de iones de yoduro en el sistema catalizador y no el catión asociado con el yoduro, y que a una concentración molar dada de yoduro, la naturaleza del catión no es tan significativa como el efecto de la concentración de yoduro. Se puede mantener en el medio de reacción cualquier sal de yoduro metálico, o cualquier sal de yoduro de cualquier catión orgánico, u otros cationes tales como los que se basan en compuestos de amina o fosfina (opcionalmente, cationes ternarios o cuaternarios), siempre y cuando la sal sea suficientemente soluble en el medio de reacción para proporcionar el nivel que se desea de yoduro. Cuando el yoduro es una sal metálica, preferentemente es una sal de yoduro de un miembro del grupo que consiste de Ios metales del Grupo IA y Grupo IIA de la tabla periódica como se establece en el "Handbook of Chemlstry and Physlcs "publicado por CRC Press, Cleveland, Ohio, 2002-03 (83era edición). En particular, Ios yoduros de metales alcalinos son útiles, con yoduro de litio que es particularmente adecuado. En el proceso de carbonilación con bajo contenido de agua, el ion yoduro adicional por encima del ion yoduro presente como yoduro de hidrógeno generalmente está presente en la solución catalítica en cantidades de manera que la concentración total de iones yoduro es de 1 a 25 % en peso y el acetato de metilo generalmente está presente en cantidades de 0,5 a 30 % en peso, y el yoduro de metilo generalmente está presente en cantidades de 1 a 25 % en peso. El catalizador de rodio generalmente está presente en cantidades de 200 a 3000 ppm en peso.
El medio de reacción puede contener además impurezas que se deben controlar para evitar la formación de subproductos. Una impureza en el medio de reacción puede ser yoduro de etilo, que se carbonila a ácido propiónico. El solicitante ha descubierto además que la formación de yoduro de etilo se puede ver afectada por numerosas variables, que incluyen la concentración de acetaldehído, acetato de etilo, acetato de metilo y yoduro de metilo en el medio de reacción. Adicionalmente, se ha descubierto que el contenido de etanol en la fuente de metanol, la presión parcial de hidrógeno y el contenido de hidrógeno en la fuente de monóxido de carbono afectan la concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción y, por consiguiente, la concentración de ácido propiónico en el producto final de ácido acético.
En las modalidades, la concentración de ácido propiónico en el producto de ácido acético se puede mantener adicionalmente más abajo de 250 ppm en peso al mantener la concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción en menos de o igual a 750 ppm en peso sin retirar el ácido propiónico del producto de ácido acético.
En las modalidades, la concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción y el ácido propiónico en el producto de ácido acético pueden estar presentes en una relación en peso de 3:1 a 1:2. En las modalidades, la concentración de acetaldehído:yoduro de etilo en el medio de reacción se mantiene en una relación en peso de 2:1 a 20:1.
En las modalidades, la concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción se puede mantener mediante control de al menos uno de la presión parcial de hidrógeno, la concentración de acetato de metilo, la concentración de yoduro de metilo y/o la concentración de acetaldehído en el medio de reacción.
En las modalidades, la concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción se mantiene/controla para que sea menor o igual a 750 ppm en peso, o por ejemplo, menor o igual a 650 ppm en peso, o menor o igual a 550 ppm en peso, o menor que o igual a 450 ppm en peso, o menor o igual a 350 ppm en peso. En las modalidades, la concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción se mantiene/controla en más de o igual a 1 ppm en peso o, por ejemplo, 5 ppm en peso, o 10 ppm en peso, o 20 ppm en peso, o 25 ppm en peso, y menor o igual a 650 ppm en peso, o por ejemplo, 550 ppm en peso, o 450 ppm en peso, o 350 ppm en peso.
En las modalidades, la relación en peso de yoduro de etilo en el medio de reacción a ácido propiónico en el producto de ácido acético puede variar de 3:1 a 1:2, o por ejemplo, de 5:2 a 1:2, o de 2:1 a 1:2, o de 3:2 a 1:2.
En las modalidades, la relación en peso de acetaldehído con yoduro de etilo en el medio de reacción puede variar de 20:1 a 2:1, o por ejemplo, de 15:1 a 2:1 o de 9:1 a 2:1.
En un proceso de carbonilación típico, el monóxido de carbono se introduce continuamente en el reactor de carbonilación, convenientemente más abajo del agitador, que se puede usar para agitar Ios contenidos. La alimentación gaseosa preferentemente se dispersa completamente por el líquido de reacción por este medio de agitación. La corriente de purga gaseosa 106 se ventila convenientemente del reactor 105 para evitar la acumulación de subproductos gaseosos y para mantener una presión parcial de monóxido de carbono establecida a una determinada presión total del reactor. En una modalidad, la corriente de purga gaseosa 106 contiene cantidades bajas de yoduro de hidrógeno menores o iguales a 1 % en peso, por ejemplo, menor o igual a 0,9 % en peso, menor o igual a 0,8 % en peso, menor o igual a 0,7 % en peso, menor o igual a 0,5 % en peso. El yoduro de hidrógeno en exceso de estas cantidades puede aumentar la carga sobre el depurador para evitar que se depure el yoduro de hidrógeno. La temperatura del reactor se puede controlar y la alimentación de monóxido de carbono se introduce a una velocidad suficiente para mantener la presión total que se desea del reactor. La corriente 113 que comprende el medio de reacción líquido sale del reactor 105.
El sistema de producción de ácido acético incluye preferentemente el sistema de separación 108 empleado para recuperar el ácido acético y reciclar Ios catalizadores metálicos, yoduro de metilo, acetato de metilo y otros componentes del sistema dentro del proceso. Una o más de las corrientes de reciclo se pueden combinar antes de que se introduzcan en el reactor. El sistema de separación controla además, preferentemente, el contenido de agua y ácido acético en el reactor de carbonilación, así como también en todo el sistema, y facilita la eliminación del compuesto reductor de permanganato ("PRC"). Los PRC pueden incluir, acetaldehído, acetona, metiletilcetona, butilaldehído, crotonaldehído, 2-etil crotonaldehído, 2-etil butiraldehído y sus productos de condensación aldólica. En una modalidad, una prueba de permanganato de potasio adecuada es JIS K1351 (2007).
Recipiente de vaporización instantánea
El medio de reacción se extrae del reactor de carbonilación 105 a una velocidad suficiente para mantener un nivel constante en el mismo y se proporciona al recipiente de vaporización instantánea 110 a través de la corriente 113. La separación de vaporización instantánea se puede llevar a cabo a una temperatura de 80 °C a 200 °C, bajo una presión absoluta de 1 a 10 atm. En el recipiente de vaporización instantánea 110, el medio de reacción se separa en una etapa de separación de vaporización instantánea para obtener una corriente de vapor de producto 112 que comprende ácido acético y un líquido de reciclaje 111 que comprende una solución que contiene catalizador. Las tasas de flujo respectivas de la corriente de vapor de producto 112 y el líquido de reciclaje 111 pueden variar, y en una modalidad ilustrativa de 15 % a 55 % del flujo en el recipiente de vaporización instantánea 110 se elimina como corriente de vapor de producto 112, y de 45 % a 85 % del flujo se elimina como líquido de reciclaje 111. La solución que contiene catalizador puede ser predominantemente ácido acético que contiene el rodio y la sal de yoduro junto con cantidades menores de acetato de metilo, yoduro de metilo y agua y se recicla al reactor, como se divulga anteriormente. Antes de retornar el líquido de reciclaje al reactor, una corriente de deslizamiento puede pasar a través de un lecho de eliminación de metales corrosivos, tales como un lecho de intercambio iónico, para eliminar los metales corrosivos arrastrados, tales como níquel, hierro, cromo y molibdeno, como se describe en la patente de los Estados Unidos núm.
5 731 252. Además, el lecho de eliminación de metales corrosivos puede usarse para eliminar compuestos de nitrógeno, tales como aminas, como se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 8697 908.
En una modalidad, la corriente de vapor de producto 112 comprende ácido acético, yoduro de metilo, acetato de metilo, agua, acetaldehído y yoduro de hidrógeno. En una modalidad, la corriente de vapor de producto 112 comprende ácido acético en una cantidad del 45 al 75 % en peso, yoduro de metilo en una cantidad del 20 al 50 % en peso, acetato de metilo en una cantidad menor que o igual a 9 % en peso, y agua en una cantidad menor que o igual a 15 % en peso, que se basa en el peso total de la corriente de vapor de producto. En otra modalidad, la corriente de vapor de producto 112 comprende ácido acético en una cantidad de 45 a 75 % en peso, yoduro de metilo en una cantidad de 24 a menor que o igual a 36 % en peso, acetato de metilo en una cantidad menor que o igual al 9 % en peso y agua en una cantidad menor que o igual al 15 % en peso, en base al peso total de la corriente de vapor de producto. Con mayor preferencia, la corriente de vapor de producto 112 comprende ácido acético en una cantidad de 55 a 75 % en peso, yoduro de metilo en una cantidad de 24 a 35 % en peso, acetato de metilo en una cantidad de 0,5 a 8 % en peso y agua en una cantidad de 0,5 a 14 % en peso. En otra modalidad preferida adicional, la corriente de vapor de producto 112 comprende ácido acético en una cantidad de 60 a 70 % en peso, yoduro de metilo en una cantidad de 25 a 35 % en peso, acetato de metilo en una cantidad de 0,5 a 6,5 % en peso y agua en una cantidad de 1 a 8 % en peso. La concentración de acetaldehído en la corriente de vapor de producto puede ser de 0,005 a 1 % en peso, que se basa en el peso total de la corriente de vapor de producto, por ejemplo, de 0,01 a 0,8 % en peso, o de 0,01 a 0,7 % en peso. En algunas modalidades, el acetaldehído puede estar presente en cantidades menores que o iguales al 0,01 % en peso. La corriente de vapor de producto 112 puede comprender yoduro de hidrógeno en una cantidad menor o igual a 1 % en peso, que se basa en el peso total de la corriente de vapor de producto, por ejemplo, menor o igual a 0,5 % en peso, o menor o igual a 0,1 % en peso. La corriente de vapor de producto 112 preferentemente está sustancialmente libre de, es decir, contiene menos que o igual a 0,0001 % en peso, ácido propiónico, que se basa en el peso total de la corriente de vapor de producto.
La corriente de líquido de reciclaje 111 comprende ácido acético, el catalizador metálico, metales corrosivos, así como también otros diversos compuestos. En una modalidad, la corriente de líquido de reciclaje comprende ácido acético en una cantidad de 60 a 90 % en peso, catalizador metálico en una cantidad de 0,01 a 0,5 % en peso; metales corrosivos (por ejemplo, níquel, hierro y cromo) en una cantidad total de 10 a 2500 ppm en peso; yoduro de litio en una cantidad de 5 a 2o % en peso; yoduro de metilo en una cantidad de 0,5 a 5 % en peso; acetato de metilo en una cantidad de 0,1 a 5 % en peso; agua en una cantidad de 0,1 a 8 % en peso; acetaldehído en una cantidad menor o igual a 1 % en peso (por ejemplo, de 0,0001 a 1 % en peso de acetaldehído); y yoduro de hidrógeno en una cantidad menor o igual a 0,5 % en peso (por ejemplo, de 0,0001 a 0,5 % en peso de yoduro de hidrógeno).
Además del ácido acético, la corriente de vapor de producto 112 comprende además yoduro de metilo, acetato de metilo, agua y PRC, por ejemplo, acetaldehído y crotonaldehído. Los gases disueltos que salen del reactor 105 y entran en el recipiente de vaporización instantánea 110 comprenden una porción del monóxido de carbono y pueden contener además subproductos gaseosos tales como metano, hidrógeno y dióxido de carbono. Tales gases disueltos salen del recipiente de vaporización instantánea 110 como parte de la corriente de vapor de producto 112. En una modalidad, el monóxido de carbono en la corriente de depuración gaseosa 106 se puede alimentar a la base del recipiente de vaporización instantánea 110 para mejorar la estabilidad del rodio.
Recuperación de Ácido Acético
La destilación y recuperación del ácido acético no está particularmente limitada a los efectos de la presente invención.
Primera Columna
Como se muestra en la Figura 1, la corriente de vapor de producto 112 se dirige a una primera columna 120, también se denomina columna de extremos ligeros. En una modalidad, la corriente de vapor de producto 112 puede comprender ácido acético, acetato de metilo, agua, yoduro de metilo y acetaldehído, junto con otras impurezas tales como yoduro de hidrógeno y crotonaldehído, y subproductos tales como el ácido propiónico. La destilación produce una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición 122, un producto de ácido acético purificado que preferentemente se elimina mediante una corriente lateral 123, y una corriente de residuo de alto punto de ebullición 121. La mayor parte del ácido acético se elimina en la corriente lateral 123 y preferentemente se recupera poco o nada de ácido acético de la corriente de residuos de alto punto de ebullición 121. Aunque la concentración de ácido acético puede ser relativamente alta en la corriente de residuos de ebullición 121, el flujo másico de la corriente de residuos de ebullición 121 con relación a la corriente lateral 123 es muy pequeño. En las modalidades, el flujo másico de la corriente de residuos de ebullición 121 es menor o igual a 0,75 % de la corriente lateral 123, por ejemplo, menor o igual a 0,55 %, o menor o igual a 0,45 %.
En una modalidad, la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición 122 comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, por ejemplo, mayor o igual a 1o % en peso, o mayor o igual a 25 % en peso. La cantidad de agua puede llegar hasta el 80 % en peso. En términos de intervalos, la concentración de agua en el producto de destilación puede ser del 5 % en peso al 80 % en peso, por ejemplo, del 10 % en peso al 70 % en peso o del 25 % en peso al 60 % en peso. La reducción de la concentración de agua a menos del 5 % en peso no es ventajosa porque esto da como resultado un gran reciclaje de ácido acético de regreso al sistema de reacción que establece un gran reciclaje a través de todo el sistema de purificación. Además del agua, la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición 122 también puede comprender acetato de metilo, yoduro de metilo e impurezas de carbonilo, que se concentran preferentemente en el producto de destilación para que se eliminen del ácido acético en la corriente secundaria 123. Estas impurezas de carbonilo también se pueden denominar en la presente descripción como PRC.
Como se muestra, la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición 122 preferentemente se condensa y se dirige a una unidad de separación de fase de productos de destilación, como se muestra por el decantador de productos de destilación 124. Es conveniente que se mantengan las condiciones de manera que la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición condensada 122, una vez en el decantador 124, se pueda separar para formar una fase líquida ligera 133 y una fase líquida pesada 134. La separación de fases debe mantener dos fases separadas, sin formar una tercera fase o emulsión entre las fases. Un componente de gas de escape puede ser descargado a través de la línea 132 del decantador 124. En modalidades, el tiempo de estadía promedio de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición condensada 122 en el decantador de productos de destilación 124 es mayor o igual a 1 minuto, por ejemplo, mayor o igual a 3 minutos, mayor o igual a 5 minutos, mayor o igual a 10 minutos, y/o el tiempo de estadía promedio es menor o igual a 60 minutos, por ejemplo, menor o igual a 45 minutos, o menor o igual a 3o minutos, o menor o igual a 25 minutos.
Aunque las composiciones específicas de la fase líquida ligera 133 pueden variar ampliamente, algunas composiciones ilustrativas se proporcionan más abajo en la Tabla 1.
t a b l a 1
Fase Líquida Ligera Ilustrativa de los Productos de Destilación de Fracciones Ligeras
conc. (% en peso) conc. (% en peso) conc. (% en peso)
Agua 40-80 50-75 70-75
Acetato de metilo 1-50 1-25 1-15
Ácido acético 1-40 1-25 5-15
PRC (AcH) <5 <3 <1
Yoduro de metilo <10 <5 <3
Yoduro de hidrógeno < 1 < 0,5 0,001-0,5
En una modalidad, el decantador de productos de destilación 124 se dispone y construye para mantener un nivel de interfaz bajo para evitar un exceso de retención de yoduro de metilo. Aunque las composiciones específicas de la fase líquida pesada 134 pueden variar ampliamente, algunas composiciones ilustrativas se proporcionan más abajo en la Tabla 2.
TABLA 2
Fase Líquida Pesada Ilustrativa de los Productos de Destilación de Fracciones Ligeras conc. (% en peso) conc. (% en peso) conc. (% en peso)
Agua <3 0,05-1 0,01-1
Acetato de metilo 0,1-25 0,5-20 0,7-15
Ácido acético 0,1-10 0,5-10 0,7-10
PRC (AcH) <5 <3 0,05-0,5
Yoduro de metilo 60-98 60-95 80-90
Yoduro de hidrógeno < 1 < 0,5 0,001-0,5
La densidad de la fase líquida pesada 134 puede ser de 1,3 a 2, por ejemplo, de 1,5 a 1,8, de 1,5 a 1,75 o de 1,55 a 1,7. Como se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 6 677 480, la densidad medida en la fase líquida pesada 134 se puede correlacionar con la concentración de acetato de metilo en el medio de reacción. A medida que disminuye la densidad, aumenta la concentración de acetato de metilo en el medio de reacción. En una modalidad de la presente invención, la fase líquida pesada 134 se recicla al reactor y la fase líquida ligera 133 se controla para que se recicle a través de la misma bomba. Puede ser conveniente reciclar una porción de la fase líquida ligera 133 que no interrumpa la bomba y para mantener una densidad de la fase líquida ligera 133 y la fase líquida pesada combinadas, mayor o igual a 1,3, por ejemplo, mayor o igual a 1,4, mayor o igual a 1,5, o mayor o igual a 1,7. Como se describe en la presente descripción, una porción de la fase líquida pesada 134 se puede tratar para eliminar impurezas, tales como acetaldehído.
Como se indica en las Tablas 1 y 2, la concentración de agua en la fase líquida ligera 133 es mayor que la fase líquida pesada 134, y por lo tanto la presente invención puede controlar la concentración de agua de la corriente lateral a través del reciclado de la fase líquida ligera. La concentración de agua y yoduro de hidrógeno se controla en una corriente lateral 123 mediante la tasa de reciclado de la fase líquida ligera 133 al reactor 105 a través de la línea 136. La relación de reflujo (entendida en la presente descripción como tasa de flujo másica del reflujo dividida por el flujo másico total que sale de la parte superior de la columna 120, que incluye tanto la fase pesada 134, que puede estar totalmente reciclada y la fase líquida ligera 133) hacia la primera columna de la fase líquida ligera 133 a través de la línea 135 es preferentemente de 0,05 a 0,4, por ejemplo, de 0,1 a 0,35 o de 0,15 a 0,3. En una modalidad, para reducir la relación de reflujo, el número de bandejas teóricas por encima de la corriente lateral y la parte superior de la primera columna puede ser mayor que 5, por ejemplo, preferentemente mayor que 10. En otra modalidad, el reciclado de la fase líquida ligera en la línea 136 de retorno al reactor 105 es de hasta o igual a 20 %, por ejemplo, hasta o igual a 10 %, de la fase líquida ligera total 133 condensada a partir de los productos de destilación de la columna (reflujo más reciclado). En términos de intervalos, el reciclado de la fase líquida ligera en la línea 136 puede ser de 0 a 20 %, por ejemplo, de 0,1 a 20 %, de 0,5 a 20 %, de 1 a 15 %, o de 1 a 10 %, de la fase líquida ligera total 133, que se condensa a partir de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición (reflujo más reciclado). La porción restante se puede usar como un reflujo en la columna de fracciones ligeras o se alimenta a un sistema de reducción de PRC. Como se muestra en la Figura 1, el reciclado en la línea 136 se puede combinar el líquido de reciclaje 111 y se devuelve indirectamente al reactor 105. En una modalidad, el reciclado en la línea 136 se puede combinar con otra corriente que se está reciclando para reciclar indirectamente al reactor 105 o se puede reciclar directamente al reactor 105. Cuando la corriente de productos de destilación condensados 138 de la columna de secado 125 se separa en fases para formar una fase acuosa y una fase orgánica, el reciclado en la línea 136 se puede combinar preferentemente con la fase acuosa. Alternativamente, el reciclado en la línea 136 se puede combinar, o al menos parcialmente, con la fase pesada 134 y/o la fase orgánica de la corriente de productos de destilación 138.
En una modalidad ilustrativa, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral y una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, mantener un 0,5 % a 20 % de reciclado de la fase líquida ligera, en base al total de la fase ligera 133 condensada desde la columna de producto de destilación, al reactor para mantener una concentración de agua en la corriente lateral en una cantidad de 1 a 3 % en peso, y yoduro de hidrógeno en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso de yoduro de hidrógeno, y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
Para los fines de la presente invención, se puede usar una válvula de flujo (no mostrada) y/o un monitor de flujo (no mostrado) para controlar el reflujo en la línea 135 y reciclar en la línea 136. En una modalidad, la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral 123 se puede determinar al alimentar una corriente de muestra 141 a un analizador en línea 142. En una modalidad, los controles para el reflujo en la línea 135 y el reciclado en la línea 136 pueden estar en comunicación con el analizador en línea 142 que puede proporcionar información de retroalimentación para controlar la relación de reflujo respectiva y reciclar al reactor. Cambiar la relación de reflujo puede afectar la cantidad de agua que se recicla al reactor. En algunas modalidades, la cantidad se puede cambiar para que no haya reciclaje de la fase líquida ligera 133 al reactor. Si se reduce el reflujo (y aumenta el reciclado al reactor) disminuye el contenido de agua de la corriente lateral. El aumento del reflujo aumenta la concentración de agua en la corriente lateral y disminuye el agua reciclada al reactor. El aumento de la relación de reflujo por encima de 0,4 aumenta la concentración de agua por encima del 3 % en peso en la corriente lateral, lo que dificulta la separación en la segunda columna para retirar agua, el acetato de metilo y el yoduro de metilo del ácido acético. Por lo tanto, el ácido acético extraído de la columna de secado, ya sea en las partes inferiores o en el lado cercano a la parte inferior, puede contener una concentración total de yoduro que es demasiado alta para un manejo eficiente por lechos de protección.
Sistema de Eliminación de PRC
Aunque no se muestra, una porción de la fase líquida ligera 133 y/o la fase líquida pesada 134 se puede separar y dirigir al sistema de eliminación de PRC o acetaldehído para recuperar yoduro de metilo y acetato de metilo durante el proceso de eliminación de acetaldehído. Como se muestra en las Tablas 1 y 2, la fase líquida ligera 133 y/o la fase líquida pesada 134 contienen cada una los PRC y el proceso puede incluir la eliminación de impurezas de carbonilo, tales como acetaldehído, que deterioran la calidad del producto de ácido acético y se pueden eliminar en columnas y absorbentes de eliminación de impurezas adecuados como se describe en la patente de los Estados Unidos núms. 6 143 930; 6339 171; 7223 883, 7223 886, 7855 306, 7884 237; 8889 904; y la publicación de los Estados Unidos. núm. 2006/0011462. Las impurezas de carbonilo, tal como el acetaldehído, pueden reaccionar con los promotores catalíticos de yoduro para formar yoduros de alquilo, por ejemplo, yoduro de etilo, yoduro de propilo, yoduro de butilo, yoduro de pentilo, yoduro de hexilo, etc. Además, debido a que muchas impurezas se originan con acetaldehído, es conveniente eliminar las impurezas de carbonilo de la fase ligera líquida.
La porción de la fase líquida ligera 133 y/o la fase líquida pesada 134 alimentadas al sistema de eliminación de acetaldehído o PRC puede variar de 1 % a 99 % del flujo másico de la fase líquida ligera 133 y/o la fase líquida pesada 134, por ejemplo, de 1 a 50 %, de 2 a 45 %, de 5 a 40 %, de 5 a 30 % o de 5 a 20 %. Además en algunas modalidades, una porción de la fase líquida ligera 133 y de la fase líquida pesada 134 puede alimentarse al sistema de eliminación de acetaldehído o PRC. La porción de la fase líquida ligera 133 que no se alimenta al sistema de eliminación de acetaldehído o PRC se puede someter a reflujo en la primera columna o reciclar al reactor, como se describe en la presente descripción. La porción de la fase líquida pesada 134 que no se alimenta al sistema de eliminación de acetaldehído o PRC se puede reciclar al reactor. Aunque una porción de la fase líquida pesada 134 se puede someter a reflujo en la primera columna, es más conveniente retornar la fase líquida pesada enriquecida con yoduro de metilo 134 al reactor.
En una modalidad, una porción de la fase líquida ligera 133 y/o de la fase líquida pesada 134 se alimenta a una columna de destilación que enriquece los productos de destilación de la misma para tener acetaldehído y yoduro de metilo. En dependencia de la configuración, puede haber dos columnas de destilación separadas, y los productos de destilación de la segunda columna se pueden enriquecer en acetaldehído y yoduro de metilo. El éter dimetílico, que se puede formar in situ, también puede estar presente en los productos de destilación. Los productos de destilación se pueden someter a una o más etapas de extracción para eliminar un residuo de refinado enriquecido en yoduro de metilo y un extractante. Una porción de residuos de refinado se puede retornar a la columna de destilación, primera columna, decantador de productos de destilación y/o reactor. Por ejemplo, cuando la fase líquida pesada 134 se trata en el sistema de eliminación de PRC, puede ser conveniente retornar una porción del residuo de refinado a la columna de destilación o al reactor. Además, por ejemplo, cuando la fase líquida ligera 133 se trata en el sistema de eliminación de PRC, puede ser conveniente retornar una porción del residuo de refinado a la primera columna, al decantador de productos de destilación o al reactor. En algunas modalidades, el extractante se puede destilar aún más para eliminar el agua, que se retorna a la una o más etapas de extracción. Las partes inferiores, que contienen más acetato de metilo y yoduro de metilo que la fase líquida ligera 133, también se pueden reciclar al reactor 105 y/o someter a reflujo a la primera columna 120.
En una modalidad, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral y una corriente de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, separar una porción de la fase líquida pesada para eliminar el acetaldehído u otros PRC, mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso, por ejemplo, preferentemente de 1,1 a 2,5 % en peso, y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, por ejemplo, preferentemente de e 0,1 a 50 ppm en peso, controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor, y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
Bajo condiciones de bajo nivel de agua en el reactor, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción que se forma en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, en donde el medio de reacción comprende agua en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso, destilar una porción de la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral, una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, y una corriente residual que comprende ácido acético en una cantidad mayor o igual a 95 % en peso y agua en una cantidad menor o igual a 5 % en peso, que condensa la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separa bifásicamente la corriente condensada para formar un líquido pesado y una fase líquida ligera, separar una porción de la fase líquida pesada para eliminar el acetaldehído u otros PRC, mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso, por ejemplo, preferentemente de 1,1 a 2,5 % en peso, y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, por ejemplo, preferentemente de 0,1 a 50 ppm en peso, controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor, y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
Segunda Columna
El ácido acético que se elimina a través de la corriente lateral 123 preferentemente se somete a una purificación adicional, tal como en una segunda columna 125, que también se denomina columna de secado, y separa la corriente secundaria 123 para formar la corriente de producto de destilación acuosa 126 compuesta principalmente de agua y la corriente de producto 127 compuesta principalmente de ácido acético. El agua de la corriente lateral se concentra en la corriente de producto de destilación acuosa y el producto de destilación acuoso comprende más o igual al 90 % del agua en la corriente lateral que se alimenta a la segunda columna, por ejemplo, más o igual al 95 %, más o más igual al 97 %, mayor o igual a 99 %. La corriente de producto de destilación acuosa 126 puede comprender agua en una cantidad de 50 a 75 % en peso. En las modalidades, la corriente de producto de destilación acuosa puede comprender agua en una cantidad menor que o igual al 75 % en peso, por ejemplo, menor que o igual al 70 % en peso, menor que o igual al 65 % en peso. El acetato de metilo y el yoduro de metilo se eliminan además de la corriente lateral y se concentran en la corriente de productos de destilación. La corriente de producto 127 preferentemente comprende o consiste esencialmente en ácido acético y se puede retirar en la parte inferior de la segunda columna 125 o una corriente lateral cerca de la parte inferior. Cuando se retira como una corriente lateral cerca de la parte inferior, la corriente lateral puede ser una corriente líquida o de vapor. En modalidades preferidas, la corriente de producto 127 comprende ácido acético en una cantidad mayor o igual a 90 % en peso, por ejemplo, mayor o igual a 95 % en peso o mayor o igual a 98 % en peso. La corriente de producto 127 se puede procesar adicionalmente, por ejemplo, al pasar a través de una resina de intercambio iónico, antes de que se almacene o transporte para uso comercial.
De manera similar, la corriente de productos de destilación acuosos 126 de la segunda columna 125 contiene un componente de reacción, tal como yoduro de metilo, acetato de metilo y agua, y es preferible retener estos componentes de reacción dentro del proceso. La corriente de productos de destilación acuosos 126 se condensa mediante un intercambiador de calor en la corriente 138, que se recicla al reactor 105 y/o a la segunda columna de reflujo 125. Un componente de gas de escape se puede descargar a través de la línea l37 de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición condensados 126. De manera similar a la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición condensados de la primera columna 120, la corriente de productos de destilación condensados 138 puede separarse además para formar una fase acuosa y una fase orgánica, y estas fases pueden reciclarse o someterse a reflujo según sea necesario para mantener las concentraciones en el medio de reacción.
En una modalidad, la concentración de agua de la corriente lateral se controla para equilibrar el agua en las dos columnas primera y segunda. Cuando se usa menos de o igual a 14 % en peso de agua en el medio de reacción, con mayor preferencia, menos de o igual a 4,1 % en peso de agua puede no haber suficiente agua en la segunda columna para que la columna funcione de manera estable. Aunque puede ser posible reducir la concentración de agua en la corriente lateral a menos de o igual a 1 % en peso, esto daría como resultado un desequilibrio en la segunda columna que podría dificultar la recuperación del ácido acético y dar como resultado un producto fuera de especificación. Además, al tener agua en la corriente lateral, la segunda columna puede eliminar esa agua en el producto de destilación acuoso. La relación de reciclaje entre la fase líquida ligera de la primera columna y los productos de destilación acuosos de la segunda columna ayuda a mantener las concentraciones convenientes de agua en el reactor mientras mantienen las operaciones estables en la primera y segunda columnas de destilación. En una modalidad, la relación de reciclaje del flujo másico de la fase líquida ligera reciclada al reactor con el flujo másico de los productos de destilación acuosos en el reactor es menor o igual a 2, por ejemplo, menor o igual a 1,8, menor que o igual a 1,5, menor o igual a 1, menor o igual a 0,7, menor o igual a 0,5, menor o igual a 0,35, menor o igual a 0,25 y/o la relación de reciclaje del flujo másico de la fase líquida ligera reciclada al reactor con el flujo másico de los productos de destilación acuosos en el reactor es mayor o igual a 0, por ejemplo, mayor o igual a 0,05, mayor o igual a 0,1, mayor o igual a 0,15, o mayor o igual a 0,2. En una modalidad, la relación de reciclaje del flujo de masa de la fase líquida ligera reciclada al reactor al flujo de masa del producto de destilación acuoso al reactor es de 0 a 2, por ejemplo, de 0 a 1,5, de 0 a 1,3, de 0 a 1, de 0 a 0,9 de 0 a 0,7, de 0 a 0,5, de 0 a 0,35 o de 0 a 0,25. Por lo tanto, en una modalidad, se proporciona un proceso para producir ácido acético que comprende separar un medio de reacción formado en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral y una primera corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición, en donde la corriente lateral comprende agua en una cantidad de 1 a 3 % en peso, condensar la primera corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera, destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado y una segunda corriente de producto de destilación de cabeza de bajo punto de ebullición, condensar la segunda corriente de producto de destilación de bajo punto de ebullición para obtener una corriente de reciclaje acuoso, que comprende agua en una cantidad de menor o igual a 75 % en peso, y reciclar la segunda corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición al reactor, en donde la relación de reciclaje del flujo másico de la fase líquida ligera reciclado al reactor al flujo másico de la corriente acuosa reciclada al reactor es menor o igual a 2, por ejemplo, de 0 a 2.
Para recuperar los líquidos residuales de las corrientes de ventilación, en particular las líneas 106, 132 y 137, estas líneas se pueden alimentar a un depurador que opera con metanol refrigerado y/o ácido acético para eliminar el acetato de metilo y el yoduro de metilo. Un depurador adecuado se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 8318 977.
Las columnas de destilación de la presente invención pueden ser una columna de destilación convencional, por ejemplo, una columna de placas, una columna empaquetada y otras. Las columnas de placas pueden incluir una columna de placas perforadas, una columna con tapa de burbujas, una columna de bandeja de Kittel, una bandeja de uniflujo, o una columna de bandeja ondulada. Para una columna de placas, el número teórico de placas no está particularmente limitado y, en dependencia de la especie del componente que se va a separar, puede incluir hasta 80 placas, por ejemplo, de 2 a 80, de 5 a 60, de 5 a 50, o con mayor preferencia de 7 a 35. La columna de destilación puede incluir una combinación de diferentes aparatos de destilación. Por ejemplo, se puede usar una combinación de columna con tapa de burbuja y columna de placas perforadas, así como también una combinación de columna de placas perforadas y una columna empaquetada.
La temperatura y la presión de destilación en el sistema de destilación se pueden seleccionar adecuadamente en dependencia de la condición, tal como la especie del ácido carboxílico objetivo y la especie de la columna de destilación, o el objetivo de eliminación que se selecciona entre la impureza de punto de ebullición más bajo y la impureza de punto de ebullición más alto de acuerdo con la composición de la corriente de alimentación. Por ejemplo, en un caso donde la purificación de ácido acético se lleva a cabo mediante la columna de destilación, la presión interna de la columna de destilación (generalmente, la presión de la parte superior de la columna) puede ser de 0,01 a 1 MPa, por ejemplo, de 0,02 a 0,7 MPa, y con mayor preferencia de 0,05 a 0,5 MPa en términos de presión manométrica. Además, la temperatura de destilación de la columna de destilación, específicamente, la temperatura interna de la columna a la temperatura de la parte superior de la columna, se puede controlar mediante ajuste de la presión interna de la columna y, por ejemplo, puede ser de 20 a 200 °C, por ejemplo, de 50 a 180 °C, y con mayor preferencia de 100 a 160°C.
El material de cada miembro o unidad asociado con el sistema de destilación, que incluyen las columnas, válvulas, condensadores, receptores, bombas, rehervidores, y los internos, y diversas líneas, cada uno de las cuales se comunica con el sistema de destilación, pueden estar fabricados de materiales adecuados, como vidrio, metal, cerámica o sus combinaciones, y no se limita particularmente a uno específico. De acuerdo con la presente invención, el material del sistema de destilación anterior y diversas líneas son un metal de transición o una aleación a base de metal de transición tal como aleación de hierro, por ejemplo, una aleación de acero inoxidable, níquel o aleación de níquel, zirconio o aleación de zirconio de los mismos, titanio o aleación de titanio de los mismos, o aleación de aluminio. Las aleaciones a base de hierro adecuadas incluyen aquellas que contienen hierro como componente principal, por ejemplo, un acero inoxidable que comprende además cromo, níquel, molibdeno y otros. Las aleaciones adecuadas incluyen aquellas que contienen níquel como componente principal y uno o más de cromo, hierro, cobalto, molibdeno, tungsteno, manganeso y otros, por ejemplo, HASTELLOY™ e INCo NEL™. Los metales resistentes a la corrosión pueden ser particularmente adecuados como materiales para el sistema de destilación y diversas líneas.
Lecho de Protección
Las corrientes de ácido carboxílico, por ejemplo, las corrientes de ácido acético, que están contaminadas con haluros y/o metales de corrosión se pueden poner en contacto con una composición de la resina de intercambio iónico en una amplia gama de condiciones de operación. Preferentemente, la composición de resina de intercambio iónico se proporciona en un lecho de protección. El uso de lechos de protección para purificar corrientes de ácido carboxílico contaminadas está bien documentado en la técnica, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos núms. 4615 806; 5 653 853; 5 731 252; y 6225 498. Generalmente, una corriente de ácido carboxílico líquido contaminado se pone en contacto con una composición de la resina de intercambio iónico, que preferentemente se dispone en el lecho de protección. Los contaminantes de haluro, por ejemplo, contaminantes de yoduro, reaccionan con el metal para formar yoduros metálicos. En algunas modalidades, las porciones hidrocarbonadas, por ejemplo, grupos metilo, que pueden estar asociados con el yoduro pueden esterificar el ácido carboxílico. Por ejemplo, en el caso del ácido acético contaminado con yoduro de metilo, se produciría acetato de metilo como un subproducto de la eliminación del yoduro. La formación de este producto de esterificación típicamente no tiene un efecto perjudicial sobre la corriente de ácido carboxílico tratada.
En una modalidad, la resina de intercambio iónico es una resina de intercambio iónico intercambiada con metales y puede comprender al menos un metal que se selecciona del grupo que consiste en plata, mercurio, paladio y rodio. En una modalidad, al menos 1 % de los sitios de intercambio de ácidos fuertes de dicha resina intercambiada con metales están ocupados por plata. En otra modalidad, al menos 1 % de los sitios de intercambio de ácidos fuertes de dicha resina intercambiada con metales están ocupados por mercurio. El proceso puede comprender además tratar el producto de ácido acético purificado con una resina de intercambio catiónico para recuperar algo de plata, mercurio, paladio o rodio.
La presión durante la etapa de contacto está limitada únicamente por la resistencia física de la resina. En una modalidad, el contacto se realiza a presiones que varían de 0,1 MPa a 1 MPa, por ejemplo, de 0,1 MPa a 0,8 MPa o de 0,1 MPa a 0,5 MPa. Sin embargo, por conveniencia, tanto la presión como la temperatura se pueden establecer preferentemente de manera que la corriente de ácido carboxílico contaminada se procese como un líquido. Por tanto, por ejemplo, cuando se opera a presión atmosférica, que generalmente se prefiere en base a consideraciones económicas, la temperatura puede variar de 17 °C (el punto de congelación del ácido acético) a 118 °C (el punto de ebullición del ácido acético). Está dentro del alcance de los expertos en la técnica determinar intervalos análogos para corrientes de productos que comprenden otros compuestos de ácido carboxílico. La temperatura de la etapa de contacto preferentemente se mantiene relativamente baja para minimizar la degradación de la resina. En una modalidad, el contacto se realiza a una temperatura que varía de 25 °C a 120 °C, por ejemplo, de 25 °C a 100 °C o de 50 °C a 100 °C. Algunas resinas macrorreticulares catiónicas típicamente se comienzan a degradar (a través del mecanismo de la desulfonación aromática catalizada por ácido) a temperaturas de 150 °C. Los ácidos carboxílicos que tienen hasta 5 átomos de carbono, por ejemplo, hasta 3 átomos de carbono, permanecen líquidos a estas temperaturas. Por lo tanto, la temperatura durante el contacto se debe mantener más abajo de la temperatura de degradación de la resina que se usa. En algunas modalidades, la temperatura de operación se mantiene más abajo del límite de temperatura de la resina, consistente con la operación en fase líquida y la cinética que se desea para la eliminación de haluros.
La configuración del lecho de protección dentro de un tren de purificación de ácido acético puede variar ampliamente. Por ejemplo, el lecho de protección se puede configurar después de una columna de secado. Adicionalmente o alternativamente, el lecho de protección se puede configurar después de una columna de eliminación de fracciones pesadas o una columna de acabado. Preferentemente, el lecho de protección se configura en una posición en donde la temperatura de la corriente del producto de ácido acético es baja, por ejemplo, menor o igual a 120 °C o menor o igual a 100 °C. Además de las ventajas discutidas anteriormente, la operación a temperatura más baja proporciona menos corrosión en comparación con la operación a temperatura más alta. La operación a temperaturas más bajas proporciona menos formación de contaminantes metálicos corrosivos, que, como se divulga anteriormente, puede disminuir la vida útil general de la resina. Además, debido a que las temperaturas de operación más bajas dan como resultado menos corrosión, los recipientes ventajosamente no necesitan estar fabricados de metales caros resistentes a la corrosión, y se pueden usar metales de menor grado, por ejemplo, acero inoxidable estándar.
En una modalidad, la tasa de flujo a través del lecho de protección varía de 0,1 volúmenes de lecho por hora ("BV/h") a 50 BV/h, por ejemplo, 1 BV/h a 20 BV/h o de 6 BV/h a 10 BV/h. Un volumen de lecho de medio orgánico es un volumen de medio igual al volumen ocupado por el lecho de resina. Una tasa de flujo de 1 BV/h significa que una cantidad de líquido orgánico igual al volumen ocupado por el lecho de resina pasa a través del lecho de resina en un período de tiempo de una hora.
Para evitar agotar la resina con un producto de ácido acético purificado que tiene una alta concentración total de yoduro, en una modalidad el producto de ácido acético purificado en la corriente de la parte inferior 127 se pone en contacto con un lecho de protección cuando la concentración total de yoduro del producto de ácido acético purificado es menor que o igual a 5 ppm en peso, por ejemplo, preferentemente menor que o igual a 1 ppm en peso. La concentración total de yoduro incluye tanto fuentes orgánicas, yoduros de alquilo Ci a C-m, como inorgánicas, tales como yoduro de hidrógeno. Se obtiene una composición de ácido acético purificada como resultado del tratamiento con lecho de protección. La composición de ácido acético purificado, en una modalidad, comprende menos de o igual a 100 ppb en peso de yoduros, por ejemplo, menos de o igual a 90 ppb en peso, menos de o igual a 50 ppb en peso, o menos de o igual a 25 ppb en peso. En una modalidad, la composición de ácido acético purificado comprende menos de o igual a 1000 ppb en peso de metales corrosivos, por ejemplo, menos de o igual a 750 ppb en peso, menos de o igual a 500 ppb en peso o menos de o igual a 250 ppb en peso. Para los propósitos de la presente invención, los metales de corrosión incluyen metales que se seleccionan del grupo que consiste en níquel, hierro, cromo, molibdeno y sus combinaciones. En términos de intervalos, la composición de ácido acético purificado puede comprender yoduros de 0 a 100 ppb en peso, por ejemplo, de 1 a 50 ppb en peso, y/o metales de corrosión de 0 a 1000 ppb en peso, por ejemplo, de 1 a 500 ppb en peso. En otras modalidades, el lecho de protección elimina al menos 25 % en peso de los yoduros del producto crudo de ácido acético, por ejemplo, al menos 50 % en peso o al menos 75 % en peso. En una modalidad, el lecho de protección elimina al menos 25 % en peso de los metales corrosivos del producto crudo de ácido acético, por ejemplo, al menos 50 % en peso o al menos 75 % en peso.
En otra modalidad, la corriente del producto se puede poner en contacto con un intercambiador catiónico para eliminar los compuestos de litio. El intercambiador catiónico en forma ácida comprende una resina de intercambio de cationes de ácido fuerte en forma ácida macrorreticular, macroporosa o mesoporosa. Sin estar ligado a la teoría, la alimentación de una corriente de producto a un intercambio iónico que comprende compuestos de litio en una cantidad mayor o igual a 10 ppm en peso da como resultado el desplazamiento de los metales en el producto tratado. Ventajosamente, esto se puede superar mediante el uso de un intercambiador catiónico aguas arriba de la resina de intercambio iónico. Después de entrar en contacto con el intercambiador catiónico, la corriente de producto puede tener una concentración de iones de litio menor que o igual a 50 partes por billón en peso (wppb), por ejemplo, menor que o igual a 10 ppb en peso o menor que o igual a 5 ppb en peso.
Aunque la corriente del producto se puede poner en contacto con una resina de intercambio iónico para eliminar los yoduros, se prefiere no vaporizar rápidamente la corriente del producto o poner en contacto con la corriente de producto con un sistema de adsorción que contenga carbón activado. La vaporización instantánea de la corriente de producto no es eficiente porque no hay una caída de presión suficiente para recuperar más de 50 % del ácido acético de la corriente de producto. Por lo tanto, en una modalidad, una porción no vaporizada de la corriente de producto se alimenta al lecho de intercambio iónico para eliminar yoduros.
Como resulta evidente a partir de las figuras y el texto presentados anteriormente, se contemplan una variedad de modalidades.
Ejemplos
La presente invención se entenderá mejor en vista de los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplo comparativo 1: sin reciclaje de fase ligera
Un ejemplo típico de la concentración de Hl en la corriente lateral se determinó mediante valoración de 0,2 g de muestra de corriente lateral con una solución de acetato de litio 0,01 M en 50 ml de acetona. Se usó un electrodo de pH con Metrohm 716 DMS Titrino para determinar el punto final en el modo de valoración de punto de equivalencia dinámica. La concentración de Hl en % en peso se calculó en base al consumo de valorante de acetato de litio como se representa en la siguiente ecuación.
(m ide LiOAc)(0,01 M )(m ol /1)(128 g/mol ) x 100
Hl % en peso = -----------------------------------------------------------------(g muestra) ( 1000 m l/1)
Una muestra de composición de corriente lateral que tenía aproximadamente 1,9 % en peso de agua, aproximadamente 2,8 % en peso de yoduro de metilo y aproximadamente 2,5 % en peso de acetato de metilo, se probó mediante el uso de este método de valoración de Hl. Las concentraciones de Hl variaron de 50 ppm en peso a 300 ppm en peso. Ninguna porción de la fase ligera de los extremos ligeros de productos de destilación se recicla al reactor. Sin reciclado de fase ligera, las concentraciones de Hl tienden a ser más altas.
Ejemplo 1 - Reciclaje de fase ligera
Una porción de la fase ligera de los extremos ligeros de productos de destilación se recicla directamente al reactor para reducir el contenido de agua en la corriente lateral. La corriente lateral comprende aproximadamente 1,5 % en peso de agua, aproximadamente 3,6 % en peso de acetato de metilo, aproximadamente 2,1 % en peso de yoduro de metilo, con menos o igual a 25 ppm en peso de Hl, y el resto comprende ácido acético, acetato de metilo y yoduro de metilo. Las concentraciones de Hl fueron demasiado bajas para medir directamente con la valoración. Hay otros cationes presentes que dificultan la medición directa del Hl. La medición del yoduro inorgánico total, es decir, el total que puede maximizarel Hl, se realiza directamente. Estos otros yoduros inorgánicos pueden incluir yoduro de litio, así como también yoduro de metal corrosivo.

Claims (15)

r e iv in d ic a c io n e s
1. Un proceso para producir ácido acético, que comprende:
separar un medio de reacción formado en un reactor en un recipiente de vaporización instantánea para formar un líquido de reciclaje y una corriente de vapor de producto, en donde el medio de reacción comprende agua en una cantidad de 0,1 a 4,1 % en peso;
destilar la corriente de vapor de producto en una primera columna para obtener una corriente lateral, una corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición que comprende agua en una cantidad mayor o igual a 5 % en peso, y una corriente residual que comprende opcionalmente ácido acético en una cantidad mayor o igual a 95 % en peso y agua en una cantidad menor o igual a 5 % en peso; condensar la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición y separar bifásicamente la corriente condensada para formar una fase líquida pesada y una fase líquida ligera;
mantener una concentración de agua en la corriente lateral de 1 a 3 % en peso y una concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral en una cantidad menor o igual a 50 ppm en peso, en base al peso total de la corriente lateral, mediante el control de la tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor; y destilar la corriente lateral en una segunda columna para obtener un producto de ácido acético purificado.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de reacción comprende acetato de metilo en una cantidad de 0,5 a 30 % en peso, un catalizador metálico en una cantidad de 200 a 3000 ppm en peso, sal de yoduro en una cantidad de 1 a 25 % en peso y yoduro de metilo en una cantidad de 1 a 25 % en peso.
3. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde una porción de la fase líquida pesada se trata para eliminar al menos un compuesto reductor de permanganato seleccionado del grupo que consiste en acetaldehído, acetona, metiletilcetona, butilaldehído, crotonaldehído, 2-etil crotonaldehído, 2-etil butiraldehído y sus productos de condensación aldólica.
4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la corriente lateral comprende además uno o más yoduros de alquilo C1-C14 en una concentración de 0,1 a 6 % en peso y la corriente secundaria comprende además acetato de metilo en una concentración de 0,1 a 6 % en peso.
5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la corriente lateral comprende cada uno del uno o más yoduros de alquilo C1-C14 y el acetato de metilo en una cantidad de ±0,9 % en peso de la concentración de agua en la corriente lateral.
6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la primera columna funciona con una relación de reflujo de 0,05 a 0,4.
7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además someter a reflujo la fase líquida pesada, la fase líquida ligera o una mezcla de las mismas a la primera columna.
8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la fase líquida ligera comprende agua en una cantidad de 40 a 80 % en peso, y/o la fase líquida pesada comprende agua en una cantidad menor o igual a 1 % en peso.
9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el producto de ácido acético purificado se extrae de las partes inferiores o cerca de las partes inferiores de la segunda columna.
10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde se extrae un producto de destilación acuoso de la segunda columna, y en donde el producto de destilación acuoso comprende más o igual al 90 % del agua en la corriente lateral alimentada a la segunda columna.
11. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que comprende además reciclar el producto de destilación acuoso, o una porción condensada del mismo, al reactor, en donde la relación de reciclaje del flujo másico de la fase líquida ligera reciclada al reactor al flujo másico del producto de destilación acuoso al reactor es menor o igual a 2.
12. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende además poner en contacto el producto de ácido acético purificado con un lecho de protección cuando la concentración total de yoduro del producto de ácido acético purificado es menor o igual a 5 ppm en peso.
13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el reciclado de la fase líquida ligera es del 0 al 20 % de la fase ligera total condensada a partir de la corriente de vapor de producto de destilación de bajo punto de ebullición.
14. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-13, que comprende además controlar una concentración de yoduro de etilo en el medio de reacción a menos de o igual a 750 ppm en peso, en donde el producto de ácido acético comprende menos de 250 ppm en peso de ácido propiónico sin eliminar directamente el ácido propiónico del producto ácido acético, y en donde
el yoduro de etilo en el medio de reacción y el ácido propiónico en el producto de ácido acético pueden estar presentes en una relación en peso de 3:1 a 1:2; o
el acetaldehído y el yoduro de etilo están presentes en el medio de reacción en una relación en peso de 2:1 a 20:1.
15. El proceso para producir ácido acético de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
medir la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral, preferentemente por valoración potenciométrica mediante el uso de acetato de litio como valorante;
controlar la tasa de reciclado de la fase líquida ligera al reactor en respuesta al yoduro de hidrógeno medido para mantener la concentración de yoduro de hidrógeno en la corriente lateral menor o igual a 50 ppm en peso.
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