MX2010011852A - Metodo y aparato para carbonilacion de metanol con corriente de vaporizacion enriquecida con acido acetico. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de carbonilación para producir ácido acético que comprende (a) carbonilación de metanol o sus derivados reactivos en la presencia de un catalizador metálico del grupo VIII y promotor de yoduro de metilo para producir una mezcla de reacción líquida que incluye ácido acético, agua, acetato de metilo y yoduro de metilo; (b) alimentar la mezcla de reacción líquida a una temperatura de alimentación a un recipiente de vaporización que se mantiene a una presión reducida; (c) calentar el recipiente de vaporización mientras se vaporiza concurrentemente la mezcla de reacción para producir una corriente de vapor de producto crudo, en donde la mezcla de reacción se selecciona y la velocidad de flujo de la mezcla de reacción se alimenta al recipiente de vaporización así como la cantidad de calor suministrado al recipiente de vaporización se controla tal que la temperatura de la corriente de vapor del producto crudo se mantiene a una temperatura de menos de 32.2°C (90°F) más fría que la temperatura de alimentación de la mezcla de reacción líquida para el vaporizador y la concentración de ácido acético en la corriente de vapor de producto crudo es mayor de 70% en peso de la corriente de vapor del producto crudo.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA CARBON ILACION DE METANOL CON CORRIENTE DE VAPORIZACIÓN ENRIQUECIDA CON ÁCIDO ACÉTICO RECLAMO DE PRIORIDAD Esta solicitud no provisional reclama el beneficio de la fecha de presentación de la solicitud de patente de Estados Unidos No. de serie 12/150,481 del mismo título, presentada el 29 de abril de 2008. La prioridad de solicitud de patente de Estados Unidos No. de serie 12/150,481 se reclama por la presente y su descripción se incorpora en esta solicitud para referencia.

CAMPO TÉCNICO La presente invención describe la preparación de ácido acético con eficiencia mejorada provista por el calentamiento de un recipiente de vaporización para mantener una temperatura de vapor de vaporización elevada, generalmente más de 148.90°C. A través de la invención, el contenido relativo de ácido acético en la corriente de producto crudo se incrementa, descongestionando la purificación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La producción de ácido acético a través de carbonilación de metanol es bien conocida en la técnica. Hablando generalmente, una línea de producción de carbonilación de metanol incluye un reactor, un vaporizador, purificación y recirculación. En la sección del reactor, metanol y monóxido de carbono hacen contacto con catalizador de rodio o iridio en un medio de reacción de fase líquida agitada homogéneamente en un reactor para producir ácido acético. Se bombea metanol al reactor a partir de un tanque de compensación de metanol. El procedimiento es altamente eficiente, teniendo una conversión de metanol a ácido acético de usualmente más de 99 por ciento. Un recipiente de vaporización acoplado al reactor vaporiza una corriente extraída a fin de remover el producto crudo de la mezcla de reacción. El producto crudo se alimenta a una sección de purificación que incluye generalmente una columna de componentes ligeros o separadora, una columna de secado, columna de purificación auxiliar y opcionalmente una columna de terminado. En el procedimiento, varias corrientes de salida que contienen componentes ligeros, notablemente yoduro de metilo, monóxido de carbono y acetato de metilo se generan y alimentan a sección de recuperación de componentes ligeros. Estas corrientes de salida se limpian con un solvente para remover los componentes ligeros que se regresan al sistema o se desechan.

Se ha notado en varias referencias que recipientes de vaporización usados en procedimientos de producción de carbonilación se pueden o no se pueden calentar. Véase Patente de Estados Unidos No. 5,874,610 para Clode et al., col. 2, líneas 20-54; Patente de Estados Unidos No. 5,750,007 para Clode et al., col. 2, líneas 40-51 ; y Patente de Estados Unidos No. 5,990,347 para Clode et al., Col. 2, líneas 50-57. Véase también, Patente de Estados Unidos No. 6,066,762 para Yoneda et al., que describe una temperatura de vaporización de 80°C-180CC. (Col. 16, líneas 40-44). No se ha apreciado, sin embargo, que el control de temperatura dentro de una ventana relativamente estrecha se puede usar para incrementar grandemente el contenido de ácido acético de la corriente de producto crudo en un procedimiento de ácido acético. En sistemas convencionales, la vaporización usualmente se lleva a cabo adiabáticamente y existe una caída de temperatura grande relativa a la corriente de alimentación debido al calor de vaporización del producto crudo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se ha determinado inesperadamente de acuerdo con la presente invención que moderar la entrada de calor al recipiente de vaporización puede incrementar grandemente la concentración de ácido acético en la corriente de producto crudo, reduciendo la purificación y requerimientos de recirculación. Este hallazgo no es intuitivamente aparente para una persona con experiencia en la técnica. Sin pretender ligarse por una teoría, se cree que temperaturas de vaporización elevadas vaporizan más ácido acético y tienen poco efecto en la cantidad de componentes ligeros (yoduro de metilo, acetato de metilo) que se vaporizan a la corriente de vapor de producto crudo.

De esta manera aquí se provee en un aspecto de la invención un procedimiento de carbonilación para producir ácido acético que comprende (a) carbonilación de metanol o sus derivados reactivos en la presencia de un catalizador metálico del grupo VIII y promotor de yoduro de metilo para producir una mezcla de reacción líquida que incluye ácido acético, agua, acetato de metilo y yoduro de metilo; (b) alimentar la mezcla de reacción líquida a un recipiente de vaporización que se mantiene a una presión reducida; (c) calentar el recipiente de vaporización mientras se vaporiza concurrentemente la mezcla de reacción para producir una corriente de vapor de producto crudo, en donde la mezcla de reacción se selecciona y la velocidad de flujo de la mezcla de reacción hacia el recipiente de vaporización así como la cantidad de calor suministrado al recipiente de vaporización se controlan tal que la temperatura de la corriente de vapor del producto crudo se mantiene a una temperatura de más de 148.90°C y la concentración de ácido acético en la corriente de vapor de producto crudo es mayor de 70% en peso de la corriente.

Detalles y ventajas adicionales llegarán a ser aparentes de la discusión que sigue.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describe con detalle posteriormente con referencia a los dibujos en donde los números similares designan partes similares. En las figuras: La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un aparato de carbonilación de metanol con purificación; La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra una diagramación alterna del reactor y recipientes de vaporización en donde aquí se provee un intercambio de calor para proveer calor desde el reactor hacia el vaporizador y un recipiente convertidor entre el reactor y el vaporizador; La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente la operación del aparato de las figuras 1 y 2; La figura 4 es una gráfica que muestra la concentración de vapor del producto crudo como una función de temperatura del vaporizador; La figura 5 es una gráfica que ilustra la composición del líquido de vaporización contra la temperatura del vaporizador; La figura 6 es una gráfica de velocidad de flujo de masa normalizada de los varios componentes en el vapor de vaporización contra la temperatura de vaporización; La figura 7 es una gráfica de velocidades de flujo de masa de varias corrientes contra la temperatura de vaporización; y La figura 8 es una gráfica que ilustra el consumo de energía del vaporizador calentado y costo contra la temperatura.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se describe con detalle posteriormente con referencia a modalidades numerosas para propósitos de ejemplificación e ilustración solamente. Modificaciones a modalidades particulares dentro de la esencia y alcance de la presente invención, que se exponen en las reivindicaciones anexadas, serán fácilmente aparentes para aquellos de experiencia en la técnica.

A menos que se defina más específicamente posteriormente, la terminología como se usa aquí proporciona su significado ordinario. % ppm y términos similares se refieren al porcentaje en peso y partes por millón en peso, a menos que se indique de otra manera.

"Presión reducida" se refiere a una presión menor que la del recipiente de reactor.

Una corriente "similar" que experimenta vaporización se refiere a una corriente de alimentación de la misma composición que produce una corriente de producto que tiene la misma velocidad de flujo del ácido acético en el vapor de vaporización. Véase cuadros 1-7.

La temperatura de alimentación de la mezcla de reacción hacia el vaporizador se mide tan cercana como la práctica en la entrada del vaporizador, en el lado de alta presión. Cualquier instrumentación adecuada se puede usar.

La temperatura de la corriente de vapor de producto crudo se mide tan cercana como la práctica para la salida de vapor del recipiente de vaporización.

Un metal catalizador del grupo VIII usado junto con la presente invención puede ser un catalizador de rodio y/o iridio. El catalizador metálico de rodio se puede añadir en cualquier forma adecuada tal que el rodio está en la solución catalizadora como una mezcla de equilibrio que incluye anión [Rh(CO)2l2] como es bien conocido en la técnica. Cuando solución de rodio está en el ambiente rico en monóxido de carbono del reactor, la solubilidad del rodio generalmente se mantiene debido a que especies aniónicas de rodio/yoduro de carbonilo son generalmente solubles en agua y ácido acético. Sin embargo, cuando se transfiere a ambientes agotados de monóxido de carbono como usualmente existen en el vaporizador, columna de componentes ligeros y así sucesivamente, el equilibrio de la composición de rodio/catalizador cambia ya que menos monóxido de carbono está disponible. El rodio precipita como Rhl3l por ejemplo, detalles en cuanto a la forma de rodio arrastrado corriente abajo del reactor no son bien entendidos. Sales de yoduro ayudan a aliviar la precipitación en el vaporizador bajo las condiciones "agua baja" así llamadas como será apreciado por una persona con experiencia en la técnica.

Sales de yoduro mantenidas en las mezclas de reacción del procedimiento descrito aquí pueden estar en la forma de una sal soluble de un metal alcalino o metal alcalinotérreo o una sal de amonio cuaternario o fosfonio. En ciertas modalidades, el co-promotor de catalizador es yoduro de litio, acetato de litio, o sus mezclas. El co-promotor de sal se puede añadir como una sal de no yoduro o ligando que generará una sal de yoduro. El estabilizador de catalizador de yoduro se puede introducir directamente en el sistema de reacción. De manera alternativa, la sal de yoduro se puede generar in situ ya que bajo las condiciones de operación del sistema de reacción, un amplio intervalo de precursores de sal de no yoduro reaccionarán con yoduro de metilo para generar el estabilizador de sal de yoduro del co-promotor correspondiente. Para detalle adicional con respecto a la generación de sal de yoduro, véase Patentes de E.U.A. 5,001 ,259 para Smith et al., 5,026,908 para Smith et al.; y 5,144,068, también para Smith et al., las descripciones de las cuales se incorporan para referencia. La sal de yoduro se puede añadir como un óxido de fosfina o cualquier ligando orgánico, si se desea. Estos compuestos y otros ligandos generalmente experimentan cuaternización en la presencia de yoduro de metilo a temperaturas elevadas para producir sales adecuadas que mantienen concentración de anión de yoduro.

Un catalizador de iridio en la composición de reacción de carbonilación líquida puede comprender cualquier compuesto que contiene iridio que es soluble en la composición de reacción líquida. El catalizador de iridio se puede añadir a la composición de reacción líquida para la reacción de carbonilación en cualquier forma adecuada que se disuelve en la composición de reacción líquida o es convertible a una forma soluble. Ejemplos de compuestos que contienen iridio adecuados que se pueden añadir a la composición de reacción líquida incluyen: lrCI3, lrl3, lrBr3, [lr(CO)2l]2, [lr(CO)2CI]2, [lr(CO)2Br]2) [?G(0?)2?G2]?+, [?G(00)2?4]?+, [lr(CH3)l3(C02)-H+, lr4(CO)12, lrCI3.3H20, lrBr3.3H20, lr4(CO)12, metal de iridio, lr203, lr(acac)(CO)2, lr(acac)3, acetato de iridio, [lr30(OAc)6(H20)3][OAc], y ácido hexaclorhídrico [H2lrCle]. Complejos libres de cloruro de iridio tal como acetatos, oxalatos y acetoacetatos son usualmente empleados como materiales de inicio. La concentración de catalizador de iridio en composición de reacción líquida puede estar en el intervalo de 100 a 6000 ppm. La carbonilación de metanol utilizando catalizador de iridio es bien conocida y es generalmente descrita en las siguientes patentes de Estados Unidos 5,942,460; 5,932,764; 5,883,295; 5,877,348; 5,877,347 y 5,696,284, las descripciones de las cuales se incorporan aquí para referencia en su solicitud como se expone en su totalidad.

Yoduro de metilo se usa como el promotor. Preferiblemente, la concentración de metilo en la composición de reacción líquida está en el intervalo de 1 a 50% en peso, preferiblemente de 2 a 30% en peso.

El promotor se puede combinar con un compuesto estabilizador/co-promotor de sal, que puede incluir sales de un metal del grupo 1A o grupo HA, o una sal de amonio cuaternario o fosfonío. Particularmente preferidas son sales de yoduro o acetato, por ejemplo, yoduro de litio o acetato de litio.

Otros promotores y co-promotores se pueden usar como parte del sistema catalítico de la presente invención como se describe en Publicación de Patente Europea EP 0 849 248, la descripción de la cual se incorpora aquí para referencia. Promotores adecuados se seleccionan de rutenio, osmio, tungsteno, renio, zinc, cadmio, indio, galio, mercurio, níquel, platino, vanadio, titanio, cobre, aluminio, estaño, antimonio, y son más preferiblemente seleccionados de rutenio y osmio. Co-promotores específicos se describen en Patente de Estados Unidos No. 6,627,770, la totalidad de la cual se incorpora aquí para referencia.

Un promotor puede estar presente en una cantidad efectiva arriba del límite de su solubilidad en la composición de reacción liquida y/o cualquiera de las corrientes de procedimiento líquidas recirculadas al reactor de carbonilación de la etapa de recuperación de ácido acético. Cuando se usa, el promotor esta adecuadamente presente en la composición de reacción líquida en una relación molar del promotor a catalizador metálico de [0.5 a 15]:1 ; preferiblemente [2 a 10]:1 , más preferiblemente [2 a 7.5]:1. Una concentración promotora adecuada es 400 a 5000 ppm.

La presente invención se puede apreciar junto con, por ejemplo, la carbonilación de metanol con monóxido de carbono en un sistema de reacción catalítica homogénea que comprende un solvente de reacción (usualmente ácido acético), metanol y/o sus derivados reactivos, un catalizador de rodio soluble, al menos una concentración finita de agua. La reacción de carbonilación precede como metanol y monóxido de carbono son continuamente alimentados al reactor. El reactante de monóxido de carbono puede ser esencialmente puro o puede contener impurezas inertes tal como dióxido de carbono, metano, nitrógeno, gases nobles, agua e hidrocarburos parafínicos de Ci a C4. La presencia de hidrógeno en el monóxido de carbono y generado in situ por la reacción de desplazamiento del gas en agua preferiblemente se mantiene baja, por ejemplo, menos de 1 bar de presión parcial, como su presencia puede resultar en la formación de productos de hidrogenación. La presión parcial de monóxido de carbono en la reacción es adecuada en el intervalo de 1 a 70 bar, preferiblemente de 1 a 35 bar, y más preferiblemente de 1 a 15 bar.

La presión de la reacción de carbonilación está adecuadamente en el intervalo de 10 a 200 bar, preferiblemente de 10 a 100 bar, más preferiblemente de 15 a 50 bar. La temperatura de reacción de carbonilación es adecuada en el intervalo de 100 a 300°C, preferiblemente en el intervalo de 50 a 220°C. Se produce usualmente ácido acético en una reacción de fase liquida a una temperatura de aproximadamente 150 - 200°C y una presión total de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 bar.

Se incluye usualmente ácido acético en la mezcla de reacción como el solvente para la reacción.

Derivados reactivos adecuados de metanol incluyen acetato de metilo, dimetil éter, formiato de metilo y yoduro de metilo. Una mezcla de metanol y sus derivados reactivos se pueden usar como reactantes en el procedimiento de la presente invención. Preferiblemente, metanol y/o acetato de metilo se usan como reactantes. En al menos alguno de metanol y/o derivado reactivo del mismo será convertido a, y por lo tanto presente como, acetato de metilo en la composición de reacción líquida mediante la reacción con producto de ácido acético o solvente. La concentración en la composición de reacción líquida de acetato de metilo es adecuada en el intervalo de 0.5 a 70% en peso, preferiblemente de 0.5 a 50% en peso, más preferiblemente de 1 a 35% en peso y más preferiblemente de 1-20% en peso.

Se puede formar agua in situ en la composición de reacción líquida, por ejemplo, mediante la reacción de esterificación entre reactante de metanol y producto de ácido acético. Se puede introducir agua al reactor de carbonilación junto con o separadamente de otros componentes de la composición de reacción líquida. Se puede separar agua de los otros componentes de composición de reacción separados del reactor y se pueden recircular en cantidades controladas para mantener la concentración requerida de agua en la composición de reacción líquida. Preferiblemente, la concentración de agua mantenida en la composición de reacción líquida está en el intervalo de 0.1 a 16% en peso, más preferiblemente de 1 a 14% en peso, más preferiblemente de 1 a 10% en peso.

El líquido de reacción es usualmente retirado del reactor y vaporizado en una etapa o procedimiento de etapas múltiples usando un convertidor así como un recipiente de vaporización como más adelante se describe. La corriente de procedimiento de vapor crudo del vaporizador se manda a un sistema de purificación que generalmente Incluye al menos una columna de componentes ligeros y una columna de deshidratación.

La presente invención además se aprecia por referencia a la figura 1 que es un diagrama esquemático que ilustra un procedimiento y aparato de carbonilación usuales. En la figura 1 aquí se muestra un sistema de carbonilación 10 que incluye un reactor 12 provisto con un sistema de alimentación 14 que incluye un tanque de compensación de metanol 16 y línea de alimentación de monóxido de carbono 18. Un sistema de depósito de catalizador incluye un recipiente de almacenamiento de yoduro de metilo 20 así como un tanque de almacenamiento de catalizador 22. El reactor 12 se provee con una salida 24 y una salida opcional 24a. El reactor 12 se acopla a un recipiente de vaporización 26 a través de un conducto 28 y opcionalmente a través de la salida 24a. El vaporizador, a su vez, se acopla a una sección de purificación 30 que incluye una columna de componentes ligeros o separadora 32, una columna de deshidratación 34 y un ácido fuerte, lecho de resina de intercambio iónico de catión de intercambio de plata 36 que remueve yoduros del producto. En lugar de una resina de intercambio iónico de catión de ácido fuerte, de intercambio de plata se ha reportado que resina de intercambio iónico de anión se puede usar para remover yoduros. Véase Patente británica No. G 2112394A, así como Patente de Estados Unidos No. 5,416,237, col. 7, líneas 54+, que muestra el uso de resinas 4-vinilpiridina para remoción de yoduro.

Una corriente de purga gaseosa usualmente se ventila del cabezal del reactor para prevenir la producción de sub-productos gaseosos tal como metano, dióxido de carbono e hidrógeno y para mantener un conjunto de presión parcial de monóxido de carbono en una presión de reactor total dada. Opcionalmente (como se ilustra en patente China No. ZL92108244.4), un reactor "convertidor" así llamado se puede emplear el cual se localiza entre el reactor y recipiente de vaporización mostrado en la figura 1 y discutido adicionalmente junto con la figura 2. Opcionalmente, las corrientes de purgas gaseosas se puede ventilar a través del líquido de base de vaporización o parte inferior de la columna de componentes ligeros para incrementar la estabilidad de rodio y/o se pueden combinar con otras salidas de procedimiento gaseoso (tal como las salidas del receptor del destilado de la cabeza de la columna de purificación) antes del lavado. Estas variaciones están dentro del alcance de la presente invención como será apreciado de las reivindicaciones anexadas y la descripción que sigue.

Como será apreciado por una persona con experiencia en la técnica, los ambientes químicos diferentes encontrados en el tren de purificación pueden requerir metalurgia diferente. Por ejemplo, el equipo en la salida de la columna de componentes ligeros requerirá probablemente un recipiente de zirconio debido a la naturaleza corrosiva de la corriente de procedimiento, mientras un recipiente de acero inoxidable puede ser suficiente para el equipo colocado corriente abajo de la columna de deshidratación donde las condiciones son mucho menos corrosivas.

Se introduce monóxido de carbono y metanol continuamente en el reactor 12 con mezclado adecuado en una presión parcial alta de monóxido de carbono. Los sub-productos no condensables se ventilan del reactor para mantener una presión parcial de monóxido de carbono óptima. El reactor de gas se trata para recuperar condensables de reactor, es decir, yoduro de metilo antes de quemarlo. Eficiencias de metanol y monóxido de carbono son generalmente mayores de aproximadamente 98 y 90% respectivamente. Como será apreciado de la patente de Smith et al anotada anteriormente, principales ineficiencias del procedimiento son la preparación concurrente de dióxido de carbono e hidrógeno a través de reacción de desplazamiento de gas en agua.

A partir del reactor, una corriente de la mezcla de reacción se alimenta continuamente vía el conducto 28 hacia el vaporizador 26. Por medio del vaporizador del ácido acético del producto y la mayoría de los componentes ligeros (yoduro de metilo, acetato de metilo, y agua) se separan de la solución catalizadora del reactor, y la corriente de procedimiento crudo 38 se transfiere con gases disueltos a la sección de destilación o purificación 30 en vaporización de etapa sencilla. La solución de catalizador se recicla al reactor vía el conducto 40. De acuerdo con la invención, el vaporizador se calienta con vapor, por ejemplo, por medio de enchaquetado o serpentines con el fin de elevar la temperatura de la corriente 38. Medios de calentamiento alternativos tales como calentamiento eléctrico o calentamiento radiante (microondas) se puede usar si es más conveniente.

La purificación del ácido acético normalmente incluye la destilación en una columna de componentes ligeros, una columna de deshidratación y, opcionalmente, una columna de componentes pesados. La corriente de procedimiento de vapor crudo 38 del vaporizador se alimenta a la columna de componentes ligeros 32. Yoduro de metilo, acetato de metilo, y una porción del destilado de cabeza de condensado de agua en las columnas de componentes ligeros para formar dos fases (orgánica y acuosa) en un receptor 42. Ambas fases líquidas del destilado de cabeza retornan a la sección de reacción vía la línea de recirculación 44. Opcionalmente, una corriente de recirculación líquida 45 de la columna de componentes ligeros también se puede retornar al reactor.

La corriente de procedimiento purificada 50 se extrae del lado de la columna de componentes ligeros 32 y se alimenta en la columna de deshidratación 34. Agua y parte del ácido acético de esta columna se separan y se reciclan al sistema de reacción vía la línea de reciclado 44 como se muestra. La corriente de procedimiento purificada y secada 52 de la columna de deshidratación 34 alimenta el lecho de resina 36 y producto se toma de ahí en 56 como se muestra. El sistema de carbonilación 10 usa solo dos columnas de purificación primaria y se opera preferiblemente como se describe con mayor detalle en la Patente de Estados Unidos No. 6,657,078 para Scates et al., con título "Low Energy Carbonylation Process", cuya descripción se incorpora aquí para referencia. Columnas adicionales se usan generalmente como se desee, dependiendo del sistema.

Se muestra en la figura 2 un plan alterno del reactor/vaporizador con un recipiente de vaporización 12a entre estos así como un intercambiador de calor 60 y un recipiente de vaporización de vapor a baja presión 62. El reactor 12 y el vaporizador 26 operan como se describe antes. Metanol y monóxido de carbono se proveen al reactor 12 en 18a, 18 y mezcla de reacción líquida se muestra en 28a y se provee al recipiente convertidor 12a que ventila gas que incluye componentes ligeros a un depurador (no mostrado). El gas de ventilación se puede depurar con metanol y retornarse al reactor. El convertidor 12a alimenta el vaporizador 26 donde la presión se reduce y vaporiza a la corriente de producto crudo 38. La recirculación al reactor se provee por medio de líneas 40, 44 como se discute antes junto con la figura 1.

El vaporizador 26 s calienta por medio de un suministro de vapor de baja presión 64 se provee de un recipiente de vaporización de vapor 62 que se alimenta del intercambiador de calor 60. El intercambiador de calor 64 se elabora con metalurgia adecuada y recibe una mezcla caliente catalítica del reactor 12 vía la línea 66 así como un condensado de vapor vía la línea 68. El condesado se calienta por medio del catalizador caliente que, a su vez, requiere enfriamiento debido a la naturaleza exotérmica de la reacción de carbonilación. El condensado caliente se suministra al recipiente 62 vía la línea 70 donde se vaporiza a vapor (baja presión) y se usa para calentar el vaporizador caliente 26 como se observa antes.

De esta manera, el intercambiador de calor 64 como se muestra en la figura 2 provee enfriamiento al reactor y calor al vaporizador que reduce los costos globales de energía como se apreciará por una persona con experiencia en la técnica.

Se puede agregar monóxido de carbono directamente al convertidor 12a si se desea o se puede agregar ligeramente antes (corriente arriba) o después (corriente abajo) si se desea con el fin de estabilizar la solución de catalizador y consume cualquier metanol sin reaccionar. Detalles de dichas disposiciones se observan en la Patente Europea No. EP 0 759 419 así como la Patente de Estados Unidos No. 5,770,768 para Denis et al., cuya descripciones se incorporan por la presente para referencia.

Ya sea que se emplee o no transferencia de calor del reactor al vaporizador, la presente invención incrementa sustancialmente la eficiencia del sistema al proveer una concentración más alta de ácido acético en la corriente de vapor de producto crudo como se apreciará de la discusión que sigue.

El aparato de carbonilación mostrado en la figura 1 y que se ilustra en la figura 2 se puede representar de manera esquemática como se muestra en la figura 3 para propósitos de la presente. En la figura 3, la alimentación al reactor se designa la corriente 1 , la corriente líquida al vaporizador se designa la corriente 2, la corriente de vapor de producto crudo se provee a la columna de separación se designa la corriente 3 y la corriente de producto purificada se marca como corriente 4. La corriente 5 representa la corriente de recirculación de catalizador del vaporizador y la corriente 6 representa la recirculación de la recirculación de purificación al reactor.

La figura 3 ilustra dos ineficiencias principales del procedimiento de carbonilacion de metanol en general; la recirculación de catalizador (5) y recirculación de purificación (6). Ambos de estos "volantes" internos son energía y capital-intensivo y se puede minimizar al mejorar el desempeño del vaporizador - al asegurar que la corriente de vapor que la envía a la purificación (3) tiene proporcionalmente más HAc y menos componentes "sin producto" (H2O, MeAc, Mel). Esto se puede realizar al proveer entrada de calor para incrementar la temperatura de operación del vaporizador. Los beneficios de este concepto se ilustran en los siguientes ejemplos.

Un simulador semi-empírico se usa para estudiar el efecto de la temperatura de vaporización mientras se mantiene constante el flujo de masa de HAc en la corriente de vapor (3). Las composiciones de la corriente se muestran abajo para vapor (3) y líquido (5) que sale del vaporizador. La base de entrada del vaporizador es una corriente a 197.2°C, 27.22 atm, que contiene 8.1% en peso de Mel, 2.9% en peso de MeAc, 75.7% en peso de HAc, 2.8% en peso de H20, y 10.6% en peso de Lil. La temperatura de vaporización (temperatura de la corriente de vapor) varía de adiabática (147.2°C) a isotérmica (197.2°C), todos los casos a 1.70 atm.

Los resultados aparecen en los cuadros 1-7 y las figuras 4-7.

CUADRO 1 Ejemplo comparativo A - operación adiabática del vaporizador CUADRO 2 Ejemplo 1 - Operación de vaporizador manteniendo el vapor a 148.9°C CUADRO 3 Ejemplo 2 - Operación de vaporizador manteniendo el vapor a 151.7°C CUADRO 4 Ejemplo 3 - operación de vaporizador manteniendo el vapor a 154.4°C CUADRO 5 Ejemplo 4 - Operación de vaporizador manteniendo el vapor a 162.8°C CUADRO 6 Ejemplo 5 - Operación de vaporizador manteniendo el vapor a 176.7°C CUADRO 7 Ejemplo 6 - Vaporizador operacional isotérmico Como se muestra en los datos y en la figura 4, el incremento de la temperatura del vaporizador incrementa el HAc% en peso en la corriente de vapor (3) mientras se disminuyen las concentraciones de todos los otros componentes. La figura 5 ilustra la proporción de Lil en la corriente de recirculación de catalizador (5) incrementa con el incremento de la temperatura de vaporización. Este Lil alto actúa para mejorar la estabilidad del catalizador en el vaporizador (posiblemente compensando cualquier efecto dañino de temperatura de operación más alta).

La figura 6 muestra el efecto de la temperatura del vaporizador en la velocidad de flujo de masa de cada componente en la corriente de vapor que se alimenta a la purificación (3). Esto muestra que para una cantidad establecida de rendimiento de HAc, cantidades más pequeñas de los componentes "sin producto" se envían a la purificación cuando se usa una temperatura de vaporización más alta. Por ejemplo, incrementando la temperatura de vaporización de 147.2 a 154.4°C puede disminuir el flujo de masa de agua enviada a la purificación un 30%, MeAc un 55% y Mel un 55%.

Se observa en la figura 7 que los requerimientos de velocidad de flujo de las corrientes son significativamente más bajos cuando se opera el vaporizador a una temperatura más alta. Esto es un resultado de proporcionalmente más HAc en la corriente de vapor que sale del vaporizador (3) y menos de los componentes "sin producto". Una velocidad de flujo más baja de alimentación de vaporizador (2) se requiere para lograr el mismo rendimiento de la masa de HAc a la purificación (3). Por ejemplo, al incrementar la temperatura del vaporizador de 147.2 a 154.4°C, la velocidad de recirculación de catalizador requerida cae un 90%, la alimentación líquida al vaporizador un 80%, recirculación de purificación un 50% y alimentación de vapor a purificación un 20%. Beneficios incluyen: (1) para una unidad existente, incremento de HAc en la corriente de producto crudo, de esta manera descongestionando la purificación y costos de operación más bajos y/o permitiendo un incremento en la capacidad; (2) corriendo el reactor a MeAc más alto, actualmente este nivel típicamente está limitado por la capacidad de purificación, MeAc más alto también permite al reactor operar a una temperatura más baja y también disminuye la velocidad de elaboración del ácido propiónico; (3) para una unidad nueva, el capital y los requerimientos de energía se reducen al requerir menos recirculación de catalizador y rendimiento de purificación para una velocidad de producción dada de HAc; (4) disminución en la velocidad de alimentación de vapor a purificación reduce la pérdida de catalizador vía arrastre; y (5) disminución de la velocidad de alimentación de líquido al vaporizador mejora la eficiencia de CO al reducir significativamente la pérdida de acarreado de CO soluble (el cual actualmente asciende a 80% del CO residual total).

Por ejemplo, el incremento de la temperatura de operación del vaporizador de 147.2 a 154.4°C disminuye la velocidad de flujo requerida al vaporizador un 80%. Esta modificación disminuye dramáticamente la ineficiencia de CO total, un -60% (= 80% de reducción del 80% de CO perdido del acarreo de vaporizador).

El costo de energía del calentamiento del vaporizador con vapor se muestra en la figura 8. Este costo se puede reducir significativamente al integrar calor entre el reactor y vaporizador como se muestra en la figura 2. Por ejemplo, para calentar a 54.4°C, es posible usar el bucle de enfriamiento del reactor para calentar el vaporizador.

Mientras la invención se ha ilustrado junto con equipo particular y condiciones de operación, modificaciones de estos ejemplos dentro de la esencia y alcance de la invención serán aparentes fácilmente para aquellos con experiencia en la técnica. En vista de la discusión anterior, el conocimiento relevante en la técnica y referencias discutidas antes junto con los antecedentes y descripción detallada, las descripciones las cuales se incorporan en su totalidad aquí para referencia, la descripción adicional se considera innecesaria.

Claims (25)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento de carbonilación para la producción de ácido acético que comprende: (a) carbonilación de metanol o sus derivados reactivos en presencia de un catalizador de metal del grupo VIII y promotor de yoduro de metilo para producir una mezcla de reacción líquida incluyendo ácido acético, agua, acetato de metilo y yoduro de metilo; (b) alimentación de la mezcla de reacción liquida a un recipiente de vaporización que se mantiene a una presión reducida; (c) calentamiento del recipiente de vaporización mientras se vaporiza concurrentemente la mezcla de reacción para producir una corriente de vapor de producto crudo, en donde la mezcla de reacción se selecciona y la velocidad de flujo de la mezcla de reacción al recipiente de vaporización así como la cantidad de calor suministrado al recipiente de vaporización se controla de tal modo que la temperatura de la corriente de vapor de producto crudo se mantiene a una temperatura de más de 148.9°C y la concentración de ácido acético en la corriente de vapor de producto crudo es mayor de 70% en peso de la corriente.

2.- El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la temperatura de la corriente de vapor de producto crudo se mantiene a una temperatura de más de 148.9°C y menos de 204.4°C.

3. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caractenzado además porque la temperatura de la corriente de vapor de producto crudo se mantiene a una temperatura de más de 148.9°C y menos de 176.7°C.

4. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cantidad de agua en la mezcla de reacción se mantiene a un nivel de 1% en peso a 10% en peso de la mezcla de reacción y la mezcla de reacción comprende además un co-promotor de sal yoduro.

5. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el co-promotor de sal yoduro está presente en una cantidad que genera una concentración de anión yoduro de aproximadamente 4% en peso a aproximadamente 20% en peso de la mezcla de reacción.

6. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el co-promotor de sal yoduro es una mezcla de sales yoduro.

7. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el co-promotor de sal yoduro se provee a la mezcla de reacción en la forma de un precursor de ligando yoduró.

8. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la cantidad de agua en la mezcla de reacción se mantiene a un nivel de 1% en peso o 5% en peso de la mezcla de reacción.

9. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el catalizador de metal del grupo VIII se selecciona de los catalizadores de rodio y catalizadores de iridio.

10. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el catalizador de metal del grupo VIII es un catalizador de rodio y está presente en la mezcla de reacción a una concentración de aproximadamente 300 ppm a aproximadamente 5000 ppm en peso de la mezcla de reacción.

11. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la carbonilación se realiza bajo una presión manométrica de 10 a 100 bar.

12. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el recipiente de vaporización se mantiene a una presión manométrica de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 3 bar.

13. - Un procedimiento de carbonilación para la producción de ácido acético que comprende: (a) carbonilación de metanol o sus derivados reactivos en presencia de un catalizador de metal del grupo VIII y promotor de yoduro de metilo para producir una mezcla de reacción liquida incluyendo ácido acético, agua, acetato de metilo y yoduro de metilo; (b) alimentación de la mezcla de reacción líquida a una temperatura de alimentación a un recipiente de vaporización que se mantiene a una presión reducida; (c) calentamiento del recipiente de vaporización mientras se vaporiza concurrentemente la mezcla de reacción para producir una corriente de vapor de producto crudo, en donde la mezcla de reacción se selecciona y la velocidad de flujo de la mezcla de reacción al recipiente de vaporización así como la cantidad de calor suministrado al recipiente de vaporización se controla de tal modo que la temperatura de la corriente de vapor de producto crudo se mantiene a una temperatura de menos de 32.22°C más fría que la temperatura de alimentación de la alimentación de la mezcla de reacción líquida al vaporizador y la concentración de ácido acético en la corriente de vapor de producto crudo es mayor de 70% en peso de la corriente de vapor de producto crudo.

14 - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la mezcla de reacción se selecciona y su velocidad de flujo se controla junto con el calor suministrado al vaporizador de tal modo que la corriente de producto crudo tiene una concentración de ácido acético de al menos 75% en peso de la corriente.

15. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la mezcla de reacción se selecciona y su velocidad de flujo se controla junto con el calor suministrado al vaporizador de tal modo que la corriente de producto crudo tiene una concentración de ácido acético de al menos 80% en peso de la corriente.

16. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la mezcla de reacción se selecciona y su velocidad de flujo se controla junto con el calor suministrado al vaporizador de tal modo que la corriente de producto crudo tiene una concentración de ácido acético de 80% en peso a 85% en peso de la corriente.

17. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la corriente de vapor de producto crudo tiene una temperatura de menos de 29.44X más fría que la temperatura de la corriente de mezcla de reacción líquida alimentada al vaporizador.

18. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la corriente de vapor de producto crudo tiene una temperatura de menos de 26.67°C más fria que la temperatura de la corriente de mezcla de reacción líquida alimentada al vaporizador.

19. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la corriente de vapor de producto crudo tiene una temperatura de menos de 23.89°C más fría que la temperatura de la corriente de mezcla de reacción líquida alimentada al vaporizador.

20. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la corriente de vapor de producto crudo tiene una temperatura de menos de 18.33X más fría que la temperatura de la corriente de mezcla de reacción líquida alimentada al vaporizador.

21. - El procedimiento de carbonilación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la corriente de vapor de producto crudo tiene una temperatura de menos de 15.56°C más fría que la temperatura de la corriente de mezcla de reacción líquida alimentada al vaporizador.

22. - Un aparato para la producción de ácido acético que comprende: (a) un reactor para carbonilación de metanol o sus derivados reactivos en presencia de un catalizador de metal del grupo VIII y promotor de yoduro de metilo para producir una mezcla de reacción líquida incluyendo ácido acético, agua, acetato de metilo y yoduro de metilo; (b) un recipiente de vaporización adaptado para recibir una corriente de la mezcla de reacción y vaporizar la mezcla de reacción a una presión reducida para producir una corriente de vapor de producto crudo; y (c) un sistema de transferencia de calor acoplado al reactor y el recipiente de vaporización operativo para transferir calor del reactor al recipiente de vaporización para elevar la temperatura de una corriente de vapor de producto crudo en comparación con la temperatura de una corriente similar que experimenta vaporización adiabática.

23.- El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende adicionalmente un recipiente convertidor acoplado al reactor y al vaporizador.

24.- El aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende adicionalmente una columna de separación adaptada para recibir la corriente de producto crudo y remover acetato de metilo y yoduro de metilo de ahí para producir una corriente de producto purificado.

25.- El aparato de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque comprende adicionalmente una columna de secado adaptada para recibir la corriente de producto purificado de la columna de separación y remover agua de ahí.