PL106072B1 - Sposob czesciowego oddzielania wody z mieszanin gazowych,powstajacych przy wytwarzaniu octanu winylu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób czesciowe¬ go oddzielania wody z miesizanin gazowych, fctó- re zostaja utworzone przy wytwarzaniu octanu winylu przez reakcje etylenu z kwasem octowym i tlenem ma katalizatorach w fazie gazowej d któ¬ re jako glówne skladniki zawieraja 'kwas octowy, octan winylu, wode, dwutlenek wegla i etylen.

Wytwarzanie octanu winylu przez poddanie reakcji etylenu z kwasem octowym i tlenem, w obecnosci katalizatorów, w zlozu nieruchomym, w fazie gazowej, jest znane. Reakcje prowadzi sie na ogól pod cisnieniem 1—25 barów i w tempera¬ turze 100—250°C. Stosowane w skali technicznej katalizatory maja rózny sklad, zawieraja jednakze w kazdym razie pallad albo sole palladu.

Na podstawie proporcji stechiometryczinej two¬ rzy sie ina 1 mol octaniu winylu juz jeden mol wody: CH2= GH2+V202+CH3COOH -> CH2 = =CHOOC • CH3+H20 Poniewaz czesc przereagowanego etylenu spala sie jednak z utworzeniem C02 i wody: CH2=CH2+302- -^2C02+2H20 wiec sumarycznie twiorzy sie na 1 mol octanu wi¬ nylu wiecej niz jeden mol wody. Na ogól utwo- iwwia ilosc wody wynosi wagowo okolo jedna czwarta czesc wytworzonej ilosci octami winylu.

W procesach technicznych goraca mieszanine gazowa, opuszczajaca ireaktor octami winylu, [któ¬ ra sklada sie z nieprzereagowainego etylenu, nde- przereagowanego tlenu, nieprzereagowanegO' kwa¬ su octowego, octanu winylu, wody C02, jak rów¬ niez skladników obojetnych, oziebia sie na ogól wielostopniowo-, przy czym da¬ jace sie skraplac skladniki -zostaja uplynnione.

Otrzymuje sie w tein sposób ciekla mieszanine, która na ogól zawiera okolo 55—75% wagowych kwasu octowego, 5—12% wagowych wody i 15—35% wagowych octanu winylu oraz niewiel¬ kie ilosci innych (skladników takich, jak octan etylu, dwuoctan etylidenu albo aldehyd octowy.

Nieskroplone skladniki zawtnaca sie w obiegu do [reaktora.

Ciekla mieszanine mozoa przerabiac w rózny sposób na czysty octan- winylu i kwas octowy, który zawraca sie do ireakcjd. Znany jest szereg sposobów destylacji.

Mozna np. w pierwszej koluamntie destylacyjnej oddestylowac przez glowice mieszanine octanu winylu i wody. Faze blotna tej pierwszej kolum¬ ny, (która w zasadzie sklada sie z, kwasu octowe¬ go, .zawiraca sie do reakcji. Destylat sklada sie z dwóch faz. Faze organiczna, która sklada sie z nasyconego woda octanu winylu ii innych sklad¬ ników latwowrzacych, destyluje sie w dffugiej ko¬ lumnie, przy czym woda i skladniki latwowirzace 106 0723 106 072 4 przechodza [pfifl&z glowice. Faze blotna drugiej ko¬ lumny, która zlwiera isuchy octan winylu, sklad¬ niki wysOkowrzace i ipoUdimery, rozdziela sie w trzediej ikohiminie na czysty octan winylu, który destyluje przez glowice i na skladniki wysoko- W23zace^arai2'"poKinieiry, które oddziela isie z odistoj- nika.

W innym iznanym sposobie destylacji stosuje sie tylko dwie kolumny. W pierwszej (kolumnie destylacyjnej oddesltylowuje sie przez glowice skladniki latwowirzace oprócz octanu winylu. Z pólki posredniej, :zinajdiujacej isie iw kolumnie od¬ ciaga isie flegme z kolumny i przeprowadza przez rozdzielacz faz. Tam zostaje oddzielona woda i fa¬ ze organiczna ponizej pólki posredniej zawraca sie ponownie do kolumny. Pirzy odlstojiniku tej pderw- szej kolumny odciaga isie sucha, nie .zawierajaca skladników latwowinzacych mieszanine, zlozona z octanu winylu, ikwasu octowego i skladników wysokowrzacych. Te Ikolumne stosuje sie pod zwiekszonym cisnieniem, aby zwiekszyc zawartosc wody w slruimdeniiu odciagnietym z pólki posred¬ niej, to znaczy zmniejszyc zuzycie energii w ko¬ lumnie. W drugiej kolumnie' rozdziela .sie prodlukt fazy blotnej z piierwiszej kolumny, skladajacy sie z octanu winylu, ikwasu octowego' i skladników wysokowrzacych, na czysty octan winylu, który destyluje przez glowice i faze blotna, która skla¬ da 'sde glównie z kwasu octowego i zcsitaje zawró¬ cona do meakcjii.

Pirzy rozpatrywaniu calkowitego zuzycia energii w tych znanych procesach destylacji okazuje sie, ze okolo 60—80% ogólnej energii potrzebnej do destylacji zuzywa isde do oddzielania wody.

Brzedmioteim wynalazku jest sposób, dzieki któ¬ remu zmindejisza sde znacznie -uzycie energii na odwodnienie surowej mieszaniny octanu winylu, przy czym czesc wody zostaje oddzielona w no¬ wy sposób przed rozpoczeciem znanej przeróbki.

Sposób wedlug wynalazku 'polega na tym, ze wychodzaca ze strefy reakcji mieszanine gazowa, ewentualnie po uprzednim (Stopniowym oziebieniu, wprowadza sie do kolumny destylacyjnej, a wy¬ chodzaca przy glowicy kolumny destylacyjnej w postaci gazowej mieszanine oziebia isie do tem¬ peratury —20 ido +50°C, z utworzonego przy tym kondensatu, irozdzielajacego isie na dwie fazy, od¬ ciaga isie faze wodna i faze organiczna calkowicie albo czesciowo zawraca isie do kolumny, przy czym przy odisltojmiiku kolumny odciaga sie mie¬ szanine skladajaca sie w zasadzie z octanu winy¬ lu, ikwasu octowego i wody.

Odciagana przy odistojniku kolumny mieszani¬ na, zlozona z octanu winylu, Ikwasu octowego i wody ma znacznie nizsza zawartosc wody niz mieszanina, otrzymana wyzej opisanymi znanymi sposobami, mianowicie okolo 2—6% wagowych, zamiast 5—12% wagowych. Przez zastosowanie wedlug wynalazku, „kolumny wstepnego odwod¬ nienia" mozliwe jest zatem, bez doprowadzenia energii, oddzielenie wiecej niz polowy wody, po¬ wstalej przy wytwarzaniu octanu winylu.

Otrzymana mieszanine, zlozona z octanu winy¬ lu, ikwasu octowego, i wody, mozna przerabiac znanymi sposobami. Nadaja sie do tego celu np. obydwa opisane wyzej procesy destylacji.

Mieszanine gazowa, opuszczajaca iSitrefe reakcji,, oziebia sie korzystnie przed wprowadzeniem do kolumny do wstepnego- odwodnienia przez prze- ciwpradowa wymiane ciepla za pomoca zimniej- szego strumienia gazu obiegowego, zawracanego do wyparki kwasu octowego. Osiagnieta przy tym temperatura izalezy od wyjsciowej temperatury reaktora i.miesci sie miedzy ita temperatura i niz¬ sza (temperatura wymienionego strumienia gazu obiegowego.

Nalezalo obawiac isie, ze w warunkach ustala¬ jacych sie w kolumnie1 ido wstepnego odwodnienia nastapi w duzych rozmiarach tworzenie octanu etylidenu, (tworzenie polimerów z -octanu winylu i zmydlanie octanu winylu. Nieoczekiwanie jed¬ nakze wymienione produkty 'uboczne tworza sie tylko w ilosciach 'sladowych.

Nastepujaca (korzystna1 farma wykonania jest objasniona na zalaczonym rysunku.

Gaz obiegowy, -skladajacy sie z etylenu, tlenu i C02 przeprowadza sie przez przewód 1 do wy¬ parki kwasu lootowego 2, wyksztalconej w postaci kolumny pechenzykowej, w której 'Strumien gaza zostaje nasycony kwasem octowymi przez prze¬ wód 3. Mieszanine gazowa opuszczajaca wyparke kwasu octowego 2 doprowadza isie przez ogrze¬ wany para przewód 4 do ireaktora 5. Sklada sie om iz rury reakcyjnej o dlugosci 5,60 m i srednicy wewnetrznej 32 m, która jest otoczicma plaszczem.

Odprowadzanie ciepla ireakcjd nastepuje za pomo¬ ca wrzacej wody w tym plaszczu. Rura reakcyjna jest wypelniona materialem katalizatora. Miesza¬ nine gazowa, opuszczajaca reaktor 5, która skla¬ da sie w zasadzie z etylenu, kwasu octowego; octanu winylu, wody, dwutlenku wegla, tlenu oraz skladników obojetnych, jak mp. azot i argon, wprowadza sie przez przewód 6 dc kolumny do wstepnego odwiodinienia 7.

Kolumna 7 ma dlugosc 2,5 m i srednice 50 mim.

Jest ona wypelniona szczeliwem ize 'zwijanej siat¬ ki drucianej VA (tak zwane iszczeliwo Goodloe).

Mieszanina gazowa, wychodzaca z kolumny 7 prze¬ chodzi przez przewód 8 do wymiennika ciepla 9,. gdzie 'zostaje doprowadzona do przeciwpradowej wymiany ciepla z obiegiem wstecznym, który wchodzi przez przewód 16 i przez przewód 10 zo¬ staje zawrócony do kolumny 7.

Mieszanina gazowa przechodzi z wymiennika. ciepla 9 przez przewód 11 do chlodzonego- woda skraplacza 12, w którym zostaje oziebiona do tem¬ peratury 20—25°C. Uplynnione przy tym skladniki przechodza przez przewód 13 do zbiornika 14,. gdzie sa gromadzone. Czesc cieczy, przekraczaja¬ ca okreslony poziom w 'pojemniku zbicirczym 14* zastaje przepompowana z powrotem za pomoca pompy 15 przez przewód 16, wymiennik ciepla 9- i przewód 10 do ikolumny wistepnego odwodnie¬ nia 7. Po pewnym czasie rozdziela sie 'kondensat, znajdujacy sie w naczyniu zbiorczym 14, na dwie fazy 17 i 18. Od tej chwili wysluzowuje sie faze wodna 17 przez przewód 19 i tylko faze organicz¬ na 18 pompuje sie z ipowroitem przez przewód 16* IB 26 40 45 50 55 00106 072 wymiennik ciepla 9 i iprzewód 10 do kolummy wstepnego- odwodnienia 7. Z zasobnika 20 przez pompe 21 d ipirzewód 22 pompuje sie rozitwór sta¬ bilizatora do naczynia zbiorczego 14. Ciecz znaj¬ dujaca slie w odstojmiku koluimmy do wstepnego 5 odwodnienia 7, która w zasadzie islklada sie z oc¬ tanu winylu, kwasu octowego i wody, odciaga sie przez przewód 23.

Mieszanine gazowa opuszczajaca skraplacz 12 przez przewód 24 aiwailinia sie od nieskomdenso- io warnych czesci octamu winylu w pluczce wiezowej 26, naladowanej przez przewód 25 kwasem octo¬ wym. Faza blotna kolumny 26 przechodzi przez przewód 27 do zbiornika 28, gdzie laczy sie z do¬ prowadzona .przez przewód 23 faza blotna kolum- ^ ny do wstepnego odwodnienia 7 na „surowy octan wlinylu". Gaz resztkowy, opuszczajacy pluczke wie¬ zowa 26 przez przewód 29 (etylen, nieprzereago- wany tlen ii 'utworzony jako produkt uboczny C02) zawraca sie za pomoca kompresora gazu obiegowe- 20 go 30 ,przez przewód 1 i wypairke kwasu octowe¬ go 2 do reaktora 5. W celu utrzymania warunków stacjonarnych czesc strumienia gaziu obiegowego w celu usuniecia skladników obojetnych usuwa sie (przez przewód' 31 jako gaz odlotowy. Przez 25 przewód 32 doprowadza slie swiezy etylen i przez przewód 33 swiezy tlen.

Opisane urzadzenie stosuje sie w nastepujacym przykladzie.

Przyklad. Reaktor 5 jest wypelniony 4,4 li¬ tra znanego katalizatora dla ocitanu wiimylu, któ¬ ry zawiera 2,3% wagowego palladu, 2% wagowego potasu, 1,9%' wagowego kadimiu w postaci ich oc¬ tanów na nosniku z kwasu krzemowego (kulki o srednicy 6 mim). Do> wyparki kwasu; octowego 2 35 wprowadza sie ma godzine 12 Nm8, mieszaniny, która zawiera okolo 69% objetosciowych etylenu, 24% objetosciowych dwuitlenku wegla i 7% obje¬ tosciowych tlenu. Do wyparki kwasu octowego 2 doprowadza sie taka ilosc Ikwasu octowego, ze w niej na godzine odparowuje 4,83 kg kwasu octo¬ wego. Wejsciowy gaz ogrzewa sie wstepnie w prze¬ wodzie 4 do temperatury 155°C. Przy wlocie re¬ aktora 5 ustala sie .nadcisnienie 8 atmosfer, tem¬ peratuire wyjsciowa reaktora nastawia sie przez cisnienie ma chlodzeniu wrzacej wody w zew¬ netrznym plaszczu reaiktoira na 160 °C.

Temperatuira gazu wyjsciowego z ireaiktoira przy wlocie do kolumny wstepnego odwodnienia 7 wy¬ nosi, z powodu wyprtoimieniowania ciepla z prze¬ wodu 6, 130°C. Gazowa mieisizaimine, opuszczaijaca kolumnie wstepnego odwodnienia 7 'przez glowice oziebia isie w skraplaczu 12 do temperatury 25°C.

W zbiorniku 14 znajduje isie ina godzine 9 kg fazy „ 55 organicznej 18, która przez pompe 15 i wymien¬ nik ciepla 9 zawraca isie do koluminy wstepnego odwodnienia 7. Z maczyinia zbiorczego odciaga sie na godzine 350 g wody, która zawiera 3% wago¬ we octanu winylu, 0,1% wagowego kwasu octo wego i 0,05 % wagowego aldehydu octowego.

W odstojiniku Ikoilummy wstepnego odwadniania 7, w której ustala sie temperatura glowicy 80 °C i temperatura fazy bloitnej 90 °C, znajduje sie na godzine 5 kg mieszaniny o nastepujacym skladzie: ^ 40 45 50 60 60% wagowych kwasu octowego, 6% wagowych wody, 33,8% wagowych octanu winylu, 0,05% wa¬ gowych dwuoctamu etylidenu, 0,1% wagowego al¬ dehydu octowego i 0,05% wagowego innych sklad¬ ników wyisokowirzacych i polimerów.

W celu stabilizowania pompuje sie do naczynia: zbiorczego 14 ma godzine 15 ml roztworu 2,5% wagowo' pnbenzochinomu w octainie winylu.

Gaz resztkowy ze skraplacza 12 wprowadza sie do pluczki wiezowej 26. Na glowice pluczki wie¬ zowej 26 pompuje sie ma godzine 2,9 ikg kwasu octowego-. W odstojmiku pluczki wiezowej 26 znaj¬ duje sie ma godzine 3,8 kg mieszaniny o nastepu¬ jacym skladzie: 76,2% wagowych kwasu octowe¬ go., 1,4% wagowego wody, 22,4% octanu winylu, 0,02% wagowegoi .aldehydu octowego-.

Odplyw fazy blotnej z kolumny wstepnego od¬ wodnienia 7 prowadzi sie razem z odplywem fa¬ zy blotnej pluczki wiezowej 26 i otrzymany su¬ rowy octain winylu doprowadza isie do znanego procesu przeróbki. Gaz opuszczaijacy pluczke wie¬ zowa 26 zawraca sie przez kompresor gazu obie¬ gowego' 30 do wyparki kwasu octowego 2. Zuzyty w reakcji etylen i zuzyty tlen zastepuje sie przez doprowadzanie swiezego etylenu d swiezego, tlenu do gazu obiegowego. Utworzony w reakcji jako produkt uboczny C02 usuwa sie jako gaz odloto¬ wy z gazu obiegowego; ilosc gazu odlotowego ustala isie tak, ze w gazie obiegowym utrzymuje sie stezenie C02 wynoszace 24% objetosciowych.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób czesciowego oddzielania wody z mie¬ szanin gazowych, powstajacych przy wytwarzaniu octanu winylu, w irea,kcji etylenu z kwasem octo¬ wym i tlenem, w obecnosci katalizatora, w fazie gazowej i zawierajacych jako glówne skladniki kwas octowy, octan winylu, wode, dwutlenek wegla i etylen, znamienny tym, ze wychodzaca ze strefy reakcyjmej mieszanine gazowa wprowadza sie do kolumny destylacyjnej, oziebia sie wycho¬ dzaca przy glowicy kolummy destylacyjmej w po¬ staci gazowej mieszanine do tempera/tury —20 do +50°C, z utworzonego przy tym, dzielacego sie na dwie fazy, kondensatu oddziela sie faze wodina, a faze organiczna calkowicie albo czesciowo za¬ wraca sie do kolumny, przy czym z odstojmika kolumny oddziela sie mieszanine, skladajaca sie w zasadzie z octanu winylu, kwasu octowego i wody.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze nieprzereagowany etylen, inieprzereagowany tlen i utworzony w reakcji dwutlenek wegla jako gaz obiegowy nasyca sie kwasem octowym w wyparce kwasu octowego i zawraca sie do strefy reakcyj¬ nej.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wychodzaca ze strefy reakcyjmej mieszanine ga¬ zowa, przed wprowadzeniem do koluimmy destyla¬ cyjmej, oziebia sie przez wymiane ciepla w prze- ciwipradzie z gazem obiegowym, zawracanym do wyparki ikwasu octowego.106 072 PZGTiaf. Koszalin. D-11462 95 egz. A-4 Cena 45 zl