PL209698B1

PL209698B1 - Zintegrowany sposób wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu

Info

Publication number: PL209698B1
Application number: PL380680A
Authority: PL
Inventors: Subramanian Bhaskaran; Angadu Krishnamoorthy Sekar
Original assignee: Celanese Int Corp
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2011-10-31
Also published as: WO2005092829A1; BRPI0508812B1; AU2005226768A1; AR047996A1; RS20060499A; NO20064679L; JP4795333B2; KR101130909B1; CA2557742A1; EP1725514A1; US7465823B2; MY139130A; TW200613261A; RU2006136421A; PL380680A1; EP1725514B1; RU2397157C2; MXPA06010637A; KR20060124766A; AU2005226768B2

Description

Opis wynalazku

Dziedzina wynalazku

Wynalazek dotyczy zintegrowanego sposobu wytwarzania monomerów kwasu octowego i octanu winylu oraz ujawnia zintegrowany układ do wytwarzania monomerów kwasu octowego i octanu winylu. Podstawa wynalazku

Ważnym sposobem wytwarzania kwasu octowego jest karbonylowanie alkoholu alkilowego, zwłaszcza metanolu, oraz jego reaktywnych pochodnych, monotlenkiem węgla w ciekłym ośrodku reakcyjnym. Takie reakcje karbonylowania na ogół prowadzi się w obecności katalizatora, na przykład katalizatora opartego na metalu Grupy VIII, takim jak rod i iryd, promotora katalizatora zawierającego halogen, na przykład jodku metylu, oraz wody. W opisie patentowym USA nr 3,769,329 ujawniono zastosowanie opartego na rodzie katalizatora karbonylowania, rozpuszczonego, lub zdyspergowanego w inny sposób, w ciekłym ośrodku reakcyjnym, albo osadzonego na nośniku z obojętnej substancji stałej, wraz z zawierającym halogen promotorem katalizatora, którego przykładem jest jodek metylu. Jednakże, należy rozumieć, że do wytwarzania kwasu octowego przez karbonylowanie metanolu można stosować różne układy katalizatorów, a zwłaszcza zawierające metale Grupy VIII. Na ogół, reakcję karbonylowania prowadzi się z katalizatorem rozpuszczonym w ciekłym ośrodku reakcyjnym, przez który w sposób ciągły barbotuje się gazowy monotlenek węgla. W opisie patentowym USA nr 3,769,329 ujawniono, że w celu uzyskania korzystnego wpływu na szybkość reakcji do mieszaniny reakcyjnej można dodać wody, którą zwykle stosuje się w stężeniach w zakresie od około 14% wagowych do około 15% wagowych. Sposób taki określa się czasami jako sposób karbonylowania „z wysoką zawartością wody”.

Dla sposobu karbonylowania „z wysoką zawartością wody” alternatywną metodę stanowi sposób karbonylowania „z niską zawartością wody”, jak przedstawiono w patentach USA nr 5,001,259, 5,026,908 i 5,144,068. W sposobie karbonylowania „z niską zawartością wody” wodę można stosować w stężeniach poniż ej 14% wagowych. Stosowanie niskiego stężenia wody uł atwia potokowy przerób żądanego kwasu karboksylowego w jego lodowatą postać. Im więcej wody znajduje się w strumieniu reakcyjnym, tym wyższe są koszty eksploatacji ponoszone w celu usunięcia wody z produktu, kwasu octowego, i tym większe są nakłady inwestycyjne na odzyskiwanie produktu i aparaturę do oczyszczania. Wydajności uzyskiwane przy bardzo niskich stężeniach wody sprawiają, że atrakcyjne jest prowadzenie procesu przy możliwie najniższym stężeniu wody. Jednakże, jak wyjaśniono w opisie patentowym USA nr 5,026,908, gdy zawartość wody w reaktorze zredukuje się w celu zminimalizowania kosztów eksploatacyjnych i stałych, wówczas trudno jest uzyskać pożądany stopień wytwarzania kwasu octowego oraz dobrą stabilność katalizatora, ponieważ wraz ze zmniejszeniem zawartości wody w reaktorze spada również szybkość reakcji.

Inne sposoby wytwarzania kwasu octowego obejmują katalityczne utlenianie etylenu. Znanych jest wiele sposobów katalitycznego utleniania etylenu do kwasu octowego. Patrz, na przykład, opisy patentowe USA nr 6,605,739; 3,792,087 i 3,970,697.

Octan winylu jest dobrze znanym w przemyśle związkiem chemicznym. W technice jest dobrze znane wytwarzanie octanu winylu z etylenu, tlenu i kwasu octowego, z zastosowaniem konwencjonalnych katalizatorów. Octan winylu typowo stosuje się jako surowiec dla żywic winylowych, takich jak polioctan winylu. Historycznie, octan winylu wytwarzano początkowo przez reakcję w fazie gazowej etylenu, kwasu octowego i tlenu z zastosowaniem octanu cynku jako katalizatora. Później, octan winylu wytwarzano często przez reakcję w fazie gazowej etylenu, kwasu octowego i tlenu, z zastosowaniem opartych na palladzie układów katalitycznych. Przykładowo, znane jest wytwarzanie octanu winylu przez reakcję etylenu, tlenu i kwasu octowego, z zastosowaniem katalizatora zawierającego pallad i złoto i osadzonego na nośniku, jak przedstawiono w opisie patentowym USA nr 6,303,537. Przykłady innych sposobów opisano w opisach patentowych USA nr 3,190,912; 3,637,819; 3,650,896; 4,370,492; 4,902,823 i 5,185,308.

Konwencjonalnie, kwas octowy i octan winylu wytwarzane są niezależnie. Innymi słowy, octan winylu często wytwarza się z etylenu, przy czym pierwszy proces obejmuje reakcję etylenu z wytworzeniem kwasu octowego, a następnie w drugim procesie poddaje się reakcji mieszaninę kwasu octowego i etylenu i uzyskuje się octan winylu.

Jednakże, jak wiadomo, niektóre sposoby łączą wytwarzanie dwóch produktów w różnych stosunkach. Przykładowo, w opisie patentowym USA nr 6,180,821 opisano wytwarzanie kwasu octowego i/lub octanu winylu z etylenu, lub etanu, z zastosowaniem pierwszej strefy reakcyjnej z katalizatorem

PL 209 698 B1 aktywnym wobec utleniania etylenu do kwasu octowego i/lub aktywnym wobec utleniania etanu do kwasu octowego, etylenu i monotlenku węgla, oraz drugiej strefy reakcyjnej zawierającej katalizator aktywny do wytwarzania octanu winylu. Jak wskazano w tym opisie patentowym, zaleta zintegrowanego sposobu polega na tym, że ciepło produktu z pierwszej strefy reakcyjnej zmniejsza konieczność ogrzewania wsadu do drugiej strefy reakcyjnej. Opis patentowy USA nr 4,188,490 dotyczy sposobu katalitycznego utleniania do wytwarzania mieszanin kwasu octowego i octanu winylu, obejmującego etap kontaktowania mieszaniny wsadu zawierającej etylen, tlen i wodę, jako parę, z kompozycją katalizatora, w którym uzyskuje się mieszaninę kwasu octowego i octanu winylu. Układ katalizatora obejmuje metal - pallad, na nośniku z tlenku cynku, poddanym obróbce w obecności zawierającego siarkę modyfikatora. W celu oddzielenia kwasu octowego od octanu winylu w sposobie tym wymagany jest następny etap destylacji frakcyjnej.

W opisach patentowych USA nr 6,420,595 i 6,605,739 ujawniono inne zintegrowane sposoby wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu.

Krótki opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zintegrowany sposób wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy:

(a) wytwarzania w pierwszej strefie reakcyjnej pierwszego strumienia produktu zawierającego kwas octowy;

(b) kontaktowania w drugiej strefie reakcyjnej reakcyjnego strumienia kwasu octowego, obejmującego co najmniej część kwasu octowego z pierwszego strumienia produktu, z gazem zawierającym tlen, w obecności katalizatora, z wytworzeniem drugiego strumienia produktu obejmującego monomer octanu winylu;

(c) kierowania co najmniej części drugiego strumienia produktu do sekcji oczyszczania dla oczyszczenia co najmniej części octanu winylu w drugim strumieniu produktu; oraz (d) odbierania ciepła z co najmniej części pierwszego strumienia produktu i dostarczania co najmniej części ciepła odebranego z pierwszego strumienia produktu do co najmniej jednego reakcyjnego strumienia kwasu octowego i do sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

W sposobie korzystnie pierwszy strumień produktu wytwarza się przez kontaktowanie w pierwszej strefie reakcyjnej gazowego surowca zawierającego węglowodór wybrany z grupy obejmującej etylen, etan oraz ich mieszaniny, z gazem zawierającym tlen w obecności katalizatora.

Korzystnie w sposobie pierwszy strumień produktu wytwarza się przez karbonylowanie alkoholu alkilowego z zastosowaniem monotlenku węgla, w ciekłym ośrodku reakcyjnym w pierwszej strefie reakcyjnej.

Sposób korzystnie charakteryzuje się tym, że ciepło odebrane co najmniej z części pierwszego strumienia produktu przenosi się do strumienia pary kondensatu, który jest stosowany do dostarczenia ciepła do co najmniej jednego reakcyjnego strumienia kwasu octowego i do strefy oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

Korzystnie w sposobie strumień pary kondensatu kieruje się do odparowywacza rzutowego utrzymywanego w temperaturze od 150°C do 160°C.

Sposób korzystnie charakteryzuje się tym, że odparowywacz rzutowy utrzymuje się pod ciśnieniem od 4,0 kg/cm³ do 5,3 kg/cm³.

W sposobie korzystnie ciepł o przenosi się z pary kondensatu do strumienia wsadowego w kolumnie do azeotropowej destylacji octanu winylu.

W sposobie korzystnie ciepł o przenosi się z pary kondensatu do ogrzanego strumienia w kolumnie frakcji niskowrzących w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

Korzystnie w sposobie ciepło przenosi się z pary kondensatu do ogrzanego strumienia stosowanego w połączeniu z kolumną końcową w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

Korzystnie w sposobie ciepło przenosi się z pary kondensatu do reakcyjnego strumienia kwasu octowego.

Sposób korzystnie charakteryzuje się tym, że ciepło przenosi się z pary kondensatu do ogrzanego strumienia w kolumnie niskowrzących frakcji w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu i do ogrzanego strumienia stosowanego w połączeniu z kolumną końcową w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

Wynalazek obecny dotyczy więc zintegrowanych sposobów i ujawnia zintegrowane układy do wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu, w których część ciepła wytworzonego podczas produkcji kwasu octowego dostarcza się lub przenosi do wytwarzania octanu winylu i/lub do procesu i układu

PL 209 698 B1 do oczyszczania w celu ułatwienia wytwarzania i/lub oczyszczania produktu, octanu winylu. Opisany tu sposób i układy są użyteczne w połączeniu z każdym spośród różnych znanych sposobów wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu. Przykładowo, opisane tu sposoby i układy są przydatne w sposobach i układach, w których kwas octowy wytwarza się przez reakcje karbonylowania lub przez katalityczne utlenianie etylenu i/lub etanu. Ponadto, opisane tu sposoby i układy są przydatne w sposobach i układach, w których octan winylu wytwarza się przez reakcję kwasu octowego i etylenu w obecności każ dego typu aktywnego katalizatora.

Ciepło wytworzone podczas produkcji kwasu octowego można przenieść do produkcji octanu winylu i/lub do układów oczyszczania, stosując dowolny odpowiedni układ przenoszenia ciepła. Ciepło do układów do wytwarzania i/lub oczyszczania można dostarczać w różnych miejscach, w zależności od konkretnej konfiguracji układów, które stosuje się w opisanych tu sposobach i układach. Przykładowe konfiguracje obejmują przenoszenie ciepła reakcji do wsadu kwasu octowego do uprzednio ogrzanego wsadu tuż przed estryfikacją. Alternatywnie, ciepło można przenosić do różnych składowych elementów sekcji oczyszczania octanu winylu, takich jak wsad w kolumnie do destylacji azeotropowej octanu winylu oraz strumienie z odparowywania niskowrzących (ang. reboil streams) frakcji octanu winylu i kolumny końcowe. Alternatywnie, opisane tu procesy i układy można stosować do rozdzielania części ciepła przenoszonego pomiędzy więcej niż jednym z miejsc w procesie produkcji octanu winylu.

Opisany tu sposób i układy są przydatne do uzyskania oszczędności kosztów i energii w procesach produkcji octanu winylu.

Krótki opis rysunków

Na Fig. 1 przedstawiono schematyczny rysunek opisujący przykładowe wykonania opisanych tu sposobów i układów.

Szczegółowy opis

Opisany tu proces i układy dostarczają zintegrowanych sposobów do wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu. Bardziej konkretnie, w sposobach i układach energię ciepła uwolnionego podczas produkcji kwasu octowego wykorzystuje się łącznie w procesie produkcji kwasu octowego oraz do wytwarzania octanu winylu i w procesach oczyszczania. Te sposoby i układy dają możliwość uzyskania znacznych oszczędności energii i kosztów w produkcji octanu winylu i w procesach oczyszczania z uwagi na produktywne wykorzystanie energii ciepła traconego w konwencjonalnych procesach i układach.

Wytwarzanie kwasu octowego na drodze reakcji karbonylowania lub przez katalityczne utlenianie etylenu i/lub etanu jest procesem egzotermicznym. Typowo, znaczna część ciepła reakcji, wytworzonego podczas produkcji kwasu octowego, zostaje zmarnowana i tym samym następują straty wytwarzanej energii.

Na Fig. 1 przedstawiono schematycznie przykładowe wykonania opisanych tu zintegrowanych procesów i układów. W opisanych układach, kwas octowy wytwarza się na drodze reakcji karbonylowania, aczkolwiek należy rozumieć, że kwas octowy można również wytworzyć stosując inne mechanizmy reakcji, takie jak utlenianie etylenu i/lub etanu. Jak przedstawiono na Fig. 1, ciągłe strumienie alkoholu alkilowego i/lub jego reaktywnych pochodnych oraz monotlenku węgla wprowadza się przewodami 1 i 2, odpowiednio, do mieszanego reaktora 3, lub innego odpowiedniego reaktora, zawierającego ciecz reakcyjną obejmującą roztwór układu katalizatora opartego na rodzie w kwasie octowym, halogenowy promotor oraz kopromotor/stabilizator, wodę, nieprzereagowany alkohol alkilowy i/lub jego reaktywne pochodne i monotlenek węgla oraz zanieczyszczenia, takie jak acetaldehyd i inne PRC oraz jodki wyższe-alkilowe. Reaktor 3 utrzymuje się w konwencjonalnych temperaturach i pod ciśnieniami stosowanymi do produkcji kwasu octowego. Gazy wytworzone w reaktorze 3 są usuwane przez przewód 4 i są kierowane do odzysku strumienia odlotowego (ang. vent recovery) do oddzielenia składników odpowiednich do zawrócenia do reaktora. Ciecz reakcyjna jest w sposób ciągły odprowadzana z reaktora 3 przez przewody 5, a następnie jest wprowadzana do odparowywacza rzutowego 6, w którym redukcja ciśnienia powoduje, że część kwasu octowego i większość niskowrzących związków ulatnia się jako para, pozostawiając kondensat cięższych składników układu katalitycznego.

W wyniku procesu odparowywania rzutowego uzyskuje się częściowe oziębienie mieszaniny reakcyjnej i oddzielenie produktu, surowego kwasu octowego, od katalizatora. W opisanym wykonaniu oziębiony kondensat z odparowywacza rzutowego jest kierowany przez obiegowy przewód 7 do reaktora 3, podczas gdy opary z odparowywacza rzutowego 6 są wprowadzane przez przewód 8 do kolumny niskowrzących frakcji lub „rozdzielacza” 9, u szczytu których usuwana jest większość niskowrzących składników obejmujących jodek metylu, octan metylu i acetaldehyd oraz część wody. Kolumnę 9 utrzymuje się w konwencjonalnych temperaturach i pod ciśnieniami, znanymi do oczyszczania

PL 209 698 B1 kwasu octowego. Kondensat z odparowywacza rzutowego 6 można oziębić konwencjonalnymi środkami, takimi jak oziębiany wodą wymiennik ciepła. Alternatywnie, kondensat z odparowywacza rzutowego 6 można odparować do drugiego odparowywacza (nie pokazano), w którym przed zawróceniem do reaktora 3 jest on oziębiany konwencjonalnymi sposobami, takimi jak oziębianie w chłodnicach wentylatorowych (ang. fin-fan). W drugim odparowywaczu można utrzymywać konwencjonalne temperatury i ciśnienia.

Podczas normalnej pracy egzotermiczna reakcja zachodząca w reaktorze 3 wytwarza więcej ciepła od ilości ciepła rozproszonego w opisanym powyżej odparowywaniu i w innych etapach procesu. Na ogół, ten nadmiar ciepła ulega rozproszeniu w etapach procesu, takich jak usuwanie strumienia bezpośrednio z reaktora i przechodzenie strumienia przez wiele wymienników ciepła w celu usunięcia jego nadmiaru. Po przejściu przez wymienniki ciepła, oziębiony strumień jest zawracany do reaktora. Strumień usuwany ze strumienia z reaktora określa się czasami jako strumień przepompowany z reaktora. Takie konwencjonalne procesy powodują straty energii ciepła odbieranego ze strumienia przepompowanego z reaktora.

Opisane tu procesy i układy dostarczają środków do produktywnego wykorzystania nadmiaru energii ciepła uwolnionego podczas produkcji kwasu octowego. Jak przedstawiono na Fig. 1, do absorbowania przynajmniej części ciepła reakcji wytworzonego w reaktorze 3 i do produktywnego wykorzystania tej energii cieplnej w powiązaniu z układem do produkcji i oczyszczania octanu winylu, w jednym z wykonań, w procesach i ujawnionych w wynalazku układach stosuje się obieg do przepompowywania oparów kondensatu. Szczegóły dotyczące przykładowego obiegu przepompowywania kondensatu zgodnie z wynalazkiem zostaną podane w dalszej części. Jednakże, aby stosowanie obiegu przepompowywania kondensatu znalazło się w bardziej klarownym kontekście, w odniesieniu do Fig. 1 opisano najpierw dalszą część przykładowego układu oczyszczania kwasu octowego oraz przykładowe wytwarzanie octanu winylu i układ oczyszczania octanu winylu.

Surowa wodna ciecz kwasu octowego jest odbierana z kolumny niskowrzących frakcji 9 przez przewód 10 i odprowadzana do układu odzyskiwania kwasu octowego 14, którego szczegółowo nie pokazano. Dolne frakcje zawierające trochę kwasu octowego i wysokowrzące składniki są odprowadzane z kolumny niskowrzących frakcji 9 przez przewód 11 i zawracane do obiegu w sekcji reakcji. Szczytowy strumień pary z kolumny niskowrzących frakcji ulega skropleniu i jest wprowadzany przez przewód 12 do dalszej obróbki, zgodnie z różnymi znanymi dodatkowymi etapami przetwarzania, a następnie część tego strumienia, zawierająca jodek metylu, octan metylu i trochę kwasu octowego, jest zawracana do obiegu w reaktorze lub do sekcji oczyszczania.

Następnie, odzyskany kwas octowy 16 jest kierowany bezpośrednio do jednostki do produkcji octanu winylu obejmującej reaktor 32. Opary kwasu octowego 16 łączą się z obiegowym strumieniem kwasu octowego 20, tworząc strumień kwasu octowego 22. Do obiegowego strumienia etylenu 28 dodaje się strumień etylenu 24, strumień zawierający tlen, taki jak strumień tlenu zawierający argon 26 oraz strumień kwasu octowego 22 i uzyskuje się strumień etylen/kwas octowy/tlen 30, który jest wprowadzany do reaktora 32. Reaktor 32 utrzymuje się w konwencjonalnych temperaturach i pod ciśnieniami stosowanymi do produkcji octanu winylu. Wychodzący z reaktora 32 strumień 34 przechodzi do jednostki przemywania 36. Z jednostki przemywania 36 wychodzą dwa strumienie, strumień bogaty w etylen 38 i strumień 40 zawierający octan winylu i kwas octowy. Strumień bogaty w etylen 38 jest rozdzielany na dwa strumienie, 42 i 44. Strumień 44 jest rozdzielany na oczyszczony strumień 46 oraz strumień 48, który można skierować do jednostki usuwania ditlenku węgla 50. Oczyszczony strumień 46 usuwa się. Z jednostki usuwania ditlenku węgla 50 wychodzi oczyszczony strumień ditlenku węgla 52 i wolny od ditlenku węgla wypływowy strumień etylenu 54. Oczyszczony strumień ditlenku węgla 52 usuwa się. Wolny od ditlenku węgla, wzbogacony w etylen, wypływowy strumień 54 dodaje się do strumienia 42 i uzyskuje się obiegowy strumień 28.

Monomer octanu winylu i strumień kwasu octowego 40 jest kierowany do jednostki oczyszczania. W jednostce oczyszczania strumień 40 jest wprowadzany do kolumny destylacji azeotropowej 56, gdzie usuwa się octan winylu i wodę jako szczytowy strumień z destylacji azeotropowej 58, zaś kwas octowy i ciężkie organiczne produkty uboczne są odbierane jako dolny strumień 60 z kolumny 56. Kolumnę 56 można utrzymywać w konwencjonalnych temperaturach i pod konwencjonalnymi ciśnieniami. W szczytowym strumieniu 58 wodę oddziela się od octanu winylu w dekanterze 62 i z dekantera 62 usuwa się strumień produktu octanu winylu 64. Następnie, strumień produktu octanu winylu 64 jest kierowany do kolumny niskowrzących frakcji 66 do dalszego oczyszczania octanu winylu. Kolumnę 66 można utrzymywać w konwencjonalnych temperaturach i pod konwencjonalnymi ciśnieniami.

PL 209 698 B1

Niskowrzące frakcje są usuwane od szczytu kolumny niskowrzących frakcji w strumieniu 68, a następnie z podstawy kolumny niskowrzących frakcji 66 jest odbierany produkt, octan winylu, jako strumień 70. W opisanym wykonaniu, w połączeniu z kolumną niskowrzących frakcji 66 dostarczono reboiler 72. Reboiler 72 można utrzymywać w konwencjonalnych temperaturach i pod konwencjonalnymi ciśnieniami.

W końcowym etapie oczyszczania strumień produktu octanu winylu 70 jest kierowany do kolumny końcowej 74 w celu usunięcia dodatkowych niskowrzących frakcji w strumieniu 76 i wytworzenia oczyszczonego strumienia produktu octanu winylu 78. W opisanym wykonaniu kolumnę końcową 74 połączono z reboilerem 80. Reboiler 80 można utrzymywać w konwencjonalnych temperaturach i pod konwencjonalnymi ciśnieniami.

Jak wspomniano powyżej, na Fig. 1 przedstawiono przykładowy obieg przepompowywania kondensatu, który dostarczono w celu usuwania i produktywnego wykorzystania części ciepła reakcji wytwarzania kwasu octowego. Reaktor z obiegiem przepompowywania kondensatu można stosować do wykorzystania większości ciepła reakcji przez przepływ strumienia roztworu z gorącego reaktora 3A najpierw przez wymiennik ciepła 3B i do przeniesienia ciepła do strumienia pary kondensatu 103. Strumień pary kondensatu 103 jest kierowany do niskociśnieniowego odparowywacza rzutowego 100. W jednym wykonaniu niskociśnieniowy odparowywacz rzutowy 100 jest utrzymywany w temperaturze od 150°C do 160°C i pod ciśnieniem od 4,0 kg/cm³ do 5,3 kg/cm³. Niskociśnieniowy odparowywacz rzutowy 100 można stosować do wytworzenia pary potrzebnej w innych miejscach procesu. Na ogół, do wytworzenia pary w ten sposób stosuje się jedynie niewielki procent ciepła reakcji. Przykładowo, w jednym z wykonań do wytworzenia pary w odparowywaczu rzutowym 100 stosuje się tylko około 5% ciepła reakcji.

Zgodnie z jednym z wykonań opisanych tu procesów i układów, ciepło wytworzone podczas produkcji kwasu octowego, obecne w strumieniu kondensatu w niskociśnieniowym odparowywaczu rzutowym 100 można przenieść do różnych miejsc układów do wytwarzania i oczyszczania octanu winylu, co ułatwia procesy produkcji i oczyszczania. Niektóre przykłady realizacji opisanych sposobów i układów przedstawiono schematycznie na Fig. 1.

W jednym z wykonań, w celu oczyszczenia octanu winylu do wsadu kolumny azeotropowej w sekcji oczyszczania, przenosi się co najmniej część ciepła reakcji wytwarzania kwasu octowego. W jednej z odmian tego wykonania, ciepło przenosi się z pary kondensatu z niskociśnieniowego odparowywacza rzutowego, jak przedstawiono na Fig. 1. Ciepło jest przenoszone z kondensatu, jak oznaczono linią A, do wsadu kolumny do destylacji azeotropowej octanu winylu 40. Jak stwierdzono powyżej, ciepło można usunąć z kondensatu, stosując dowolne środki, takie jak powłokowy lub przewodowy wymiennik ciepła, albo inne modele TEMA lub inne wyposażenie do wymiany ciepła. Po dostarczeniu ciepła do wsadu kolumny azeotropowej 40 kondensat jest zawracany do odparowywacza bezciśnieniowego 101 jako strumień A1.

Alternatywnie, ciepło może być przenoszone z gorącej pary kondensatu w niskociśnieniowym odparowywaczu rzutowym 100 do reboilera 72 kolumny niskowrzących frakcji 66. Ponownie, ciepło można usunąć z kondensatu, stosując dowolne środki, takie jak powłokowy lub przewodowy wymiennik ciepła albo inne wyposażenie do wymiany ciepła, i przenieść do reboilera 72, jak zaznaczono na Fig. 1 linią B. Po dostarczeniu ciepła w 72 kondensat jest zawracany do bezciśnieniowego odparowywacza 101 jako strumień B1.

W innym wykonaniu, ciepło można przenieść stosując dowolne środki, takie jak aparatura do wymiany ciepła, z gorącego strumienia kondensatu z niskociśnieniowego odparowywacza rzutowego 100 do reboilera 80 stosowanego w połączeniu z kolumną końcową 74, jak oznaczono linią C na Fig. 1. Po dostarczeniu ciepła do reboilera 80 kondensat jest zawracany do bezciśnieniowego odparowywacza rzutowego 101 jako strumień C1.

W jeszcze innym wykonaniu, ciepło można przenieść z kondensatu w odparowywaczu rzutowym 100, stosując dowolne środki, takie jak aparatura do wymiany ciepła, w celu uprzedniego ogrzania wsadu kwasu octowego 22, jak oznaczono linią D na Fig. 1. Po dostarczeniu ciepła do wsadu kwasu octowego, kondensat jest zawracany do bezciśnieniowego odparowywacza rzutowego 101 jako strumień D1.

Ponadto, jak wspomniano powyżej, ciepło reakcji wytwarzania kwasu octowego można przenieść jednocześnie do więcej niż jednego miejsca w układach wytwarzania i oczyszczania octanu winylu. Przykładowo, w jednym z wykonań, co najmniej część ciepła reakcji wytwarzania kwasu octowego można przenieść i rozdzielić pomiędzy reboilerem 72 w kolumnie niskowrzących frakcji 66 i reboilerem 80 w kolumnie końcowej 74. W innym wykonaniu, co najmniej część ciepła reakcji można przenieść i rozdzielić pomiędzy reboilerem 80 kolumny końcowej 74 i wsadem kwasu octowego 22.

PL 209 698 B1

W jednym z wykonań, bezciśnieniowy odparowywacz rzutowy 101 utrzymuje się w temperaturze od 110°C do 125°C i pod ciśnieniem od 0,5 kg/cm³ do 2,0 kg/cm³. Taka niższa temperatura w odparowywaczu 101 umożliwia powrót strumieni kondensatu oznaczonych jako A1-D1 do oziębienia i do wymiennika ciepła 3B przez strumień 102 w niższej temperaturze. Niższa temperatura pozwala na stosowanie mniejszego wymiennika ciepła 3B, co tym samym zmniejsza w znacznym stopniu koszty inwestycyjne, zwłaszcza gdy wymiennik ciepła 3B jest wykonany z cyrkonu.

W pewnych okolicznościach bezciśnieniowy odparowywacz rzutowy 101 może być również użyteczny do odbierania i oziębiania kondensatu bezpośrednio z odparowywacza rzutowego 100. Przykładowo, gdy jednostka do produkcji octanu winylu nie pracuje, wówczas odparowywacz rzutowy 101 można stosować do dodatkowego oziębiania kondensatu z odparowywacza rzutowego 100 przed skierowaniem kondensatu do wymiennika ciepła 3B.

Należy oczywiście rozumieć, że w pewnych opisanych tu procesach i układach można pominąć bezciśnieniowy odparowywacz rzutowy 101. Wyeliminowanie bezciśnieniowego odparowywacza rzutowego 101 będzie wymagało większej wydajności oziębiania w wymiennikach ciepła 3A i 3B.

Należy rozumieć, że elementy układów opisanych na Fig. 1 i w niniejszym opisie procesów i układów są jedynie przykładowe, a zatem do omówionych procesów i układów można wprowadzać dodatkowe, pomniejsze i inne elementy. Należy również rozumieć, że opisane tu procesy i układy można stosować w zintegrowanych układach do produkcji substancji chemicznych, innych niż kwas octowy i octan winylu.

Opisane procesy i układy są przydatne do zapewnienia znacznych oszczędności energii i kosztów w porównaniu z konwencjonalnymi procesami i układami do produkcji kwasu octowego i octanu winylu. Opisane procesy i układy są użyteczne do uzyskania oszczędności energii wynoszących co najmniej 285 Kcal na kg wytworzonego octanu winylu.

Wszystkie powołane patenty i publikacje wprowadzono tu w całości przez odniesienie.

Aczkolwiek szczegółowo opisano tu obecny wynalazek i jego zalety, należy rozumieć, że można wprowadzać różne zmiany, substytucje i modyfikacje bez wykraczania poza zakres wynalazku określony następującymi zastrzeżeniami.

Claims

1. Zintegrowany sposób wytwarzania kwasu octowego i octanu winylu, znamienny tym, że obejmuje etapy:

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy strumień produktu wytwarza się przez kontaktowanie w pierwszej strefie reakcyjnej gazowego surowca zawierającego węglowodór wybrany z grupy obejmującej etylen, etan oraz ich mieszaniny, z gazem zawierającym tlen w obecności katalizatora.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy strumień produktu wytwarza się przez karbonylowanie alkoholu alkilowego z zastosowaniem monotlenku węgla, w ciekłym ośrodku reakcyjnym w pierwszej strefie reakcyjnej.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że ciepło odebrane co najmniej z części pierwszego strumienia produktu przenosi się do strumienia pary kondensatu, który jest stosowany do dostarczenia ciepła do co najmniej jednego reakcyjnego strumienia kwasu octowego i do strefy oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

PL 209 698 B1

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ż e strumień pary kondensatu kieruje się do odparowywacza rzutowego utrzymywanego w temperaturze od 150°C do 160°C.

6. Sposób wedł ug zastrz. 5, znamienny tym, ż e odparowywacz rzutowy utrzymuje się pod ciśnieniem od 4,0 kg/cm³ do 5,3 kg/cm³.

7. Sposób wed ług zastrz. 4, znamienny tym, że ciepło przenosi się z pary kondensatu do strumienia wsadowego w kolumnie do azeotropowej destylacji octanu winylu.

8. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ciepło przenosi się z pary kondensatu do ogrzanego strumienia w kolumnie frakcji niskowrzących w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

9. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ciepło przenosi się z pary kondensatu do ogrzanego strumienia stosowanego w połączeniu z kolumną końcową w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.

10. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ciepło przenosi się z pary kondensatu do reakcyjnego strumienia kwasu octowego.

11. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ciepło przenosi się z pary kondensatu do ogrzanego strumienia w kolumnie niskowrzących frakcji w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu i do ogrzanego strumienia stosowanego w połączeniu z kolumną końcową w sekcji oczyszczania dla oczyszczenia octanu winylu.