[发明专利]用于生产羧酸的组合物及其制备方法和使用方法

说明书

相关申请

本申请要求享受2008年6月28日提交的美国临时专利申请No.61/133,398的优先权。

技术领域

本发明的实施方式涉及用于生产羧酸的组合物及其制备方法和使用方法。

具体而言，本发明的实施方式涉及用于生产羧酸的组合物及其制备方法和使用方法，其中，该组合物含有金属催化剂、一氧化碳、烷醇、碘源、提供与存在于反应介质中的HI键合的氢的添加剂和任选地外加的水(added water)。

背景技术

经甲醇羰基化产生的醋酸是全世界生产数十亿磅冰醋酸所用的产业化工艺。目前商业实践的工艺是在相对湿润的条件下操作的，且对于利用甲醇和一氧化碳原料具有高选择性。

存在涉及该工艺的大量文献，概览这些文献可知有效操作工艺所必需考虑的几个关键操作参数。其中一个参数关系到将反应器中的水浓度维持在低位。这个要求是显而易见的；冰醋酸是以含有百万分之几的水浓度范围进行销售的。因而，高于ppm水平的反应器水必需被去除，这需要能量——水越多，需要的能量越高。

本领域技术人员熟知Monsanto(参见例如美国专利No.3,769,329，基础现代工艺(basic modern process)的发明者)的原始文献，阅读该文献可知第二个参数关系到催化剂稳定性。因为水气转化反应，催化剂稳定性受到较低反应的消极影响，其直接与反应器水浓度成比例。

目前工艺的另一问题在于即使具有高的反应器水浓度，催化剂稳定性和活性也低于预期。文献显示了在导致非期望水气转化反应和铑沉淀的一系列反应中的第一步是将碘化氢氧化加成到活性铑物质上。参见例如N.Hallinan and J.Hinnenkamp，Rhodium Catalyzed Methanol Carbonylation：New Low Water Technology，Proceedings of the Organic Reactions Catalysis Society，2000。该参考文献公开了通过HI与弱碱(例如氧化叔膦(tertiary phosphine oxide))的相互作用可抑制碘化氢加成到铑物质上。该参考文献进一步公开了如果所用碱太强，则要从碘循环中去除碘化氢中间产物，以便醋酸甲酯不会重新生成碘代甲烷，且反应速率明显下降甚至停止反应。因而，选择具有极窄范围的碱强度的添加剂可以有效地将铑维持在所需的活性和不依赖反应器水浓度的稳定形式。

因而，本领域需要一种改善的羧酸制备工艺。该新工艺和催化剂组合物提供具有改善的催化剂稳定性、减少的能量消耗和减少的副产物形成的方式。因为该工艺中所用的催化剂金属很贵(例如Rh，Ir，Pd等)，改善催化剂稳定性和简化醋酸回收可降低金属损耗并减少催化剂再生。

发明内容

本发明的实施方式涉及用于将醇羰基化成羧酸的液体反应介质，其中，该介质含有催化剂、醇(ROH)或醇的等效物(例如，醋酸烷基酯(AcOR)、形成烷基碘化物(RI)的碘化物源、有效量的添加剂以及在一氧化碳存在下任选地外加的有效量的水)，其中，该介质将醇转化成具有多一个碳原子的羧酸，所述有效量的添加剂足以提高羰基化反应期间产生的氢碘键的离子特性，从而将外加的水降低至目前所用水平以下或消除外加的水，并改善催化剂稳定性，其中该外加的有效量的水足以促进在催化剂下醇的羰基化之后形成羧酸并减少酸酐形成。

本发明的实施方式涉及生产羧酸的系统，该系统包括：反应子系统，该反应子系统包括装填本发明的液体反应介质的至少一个反应器容器、反应物源和反应物源至反应器的投料线；分离子系统，该分离子系统用于从介质中分离产物羧酸；以及循环子系统，该循环子系统用于将所述介质循环至所述反应子系统。

本发明的实施方式涉及生产羧酸的方法，该方法包括将本发明的液体反应介质装填到反应器容器中。一旦装填该介质，则向所述反应容器供应一氧化碳。反应之后或在连续或半连续基础上，去除介质或去除部分介质。在去除介质或去除部分介质之后，分离包括羧酸的低沸点成分，并将高沸点成分循环返回至反应器容器中。在分离低沸点成分之后，纯化羧酸并将其它低沸点成分返回到反应器容器中。

附图说明

可参照以下具体描述和附图更好地理解本发明，在附图中，相同的元件用相同的附图标记表示：

图1描述了本发明的不同添加剂下的初始Rh(I)浓度和反应20分钟之后的Rh(I)浓度相对于14重量％的水和2重量％的水对照的图。

图2描述了本发明的不同添加剂下产生的醋酸的摩尔量、消耗的丙酸甲酯的摩尔量和消耗的碘化甲烷的摩尔量相对于14重量％的水和2重量％的水对照的图。