[发明专利]乙酸的生产过程

说明书

相关申请的相互参照

本申请要求美国非临时申请13/713,930号专利的优先权。这份申请是2012年12月13号提交的，它要求2011年12月21号提交的美国临时专利申请61/578,709号专利的优先权。这两份申请在此合为一体，被全文参考。

技术领域

本公开涉及一种经改进的乙酸生产过程。该生产过程通过催化剂将甲醇羰基化。特别的是，该公开涉及到在上层流包含大量的乙酸和少量的水的情况下，提高凝结的轻馏分的上层流的相分离过程。进一步，该公开涉及了一种加快包含乙酸、碘甲烷和少量的水的混合物的相分离方法。

背景技术

通过催化剂将甲醇羰基化生产乙酸，在工业中非常重要。因为乙酸的应用范围非常广泛。生产乙酸的化学反应可由以下方程表示：CH₃OH+CO→CH₃COOH。然而，潜在的化学过程非常复杂，涉及众多相互关联的反应、副产品和平衡。因此，为使制造过程可行，必须平衡这些反应、相关的副产品，以及产品的净化。

1970年之前，使用钴催化剂生产乙酸。碘化羰基铑催化剂是由孟山都公司在1970年开发的。铑催化剂比钴催化剂更活跃，可以降低反应压力和温度。最重要的是，铑催化剂让乙酸生产具有更高选择度。

与最初孟山都反应过程相关的一个问题是，在反应器里，需要大量的水(大约为反应混合物的重量的14％)通过水气转换反应生产氢。这个水气反应方程为

在还原活性Rh(I)催化剂反应中，水和氢是必需的，用来与沉淀的Rh(III)和不活泼的[Rh₄(CO)₂]发生反应。然而，大量的水会增加碘化氢的形成，从而增加不良副产物的形成，如长链烷基碘化物，很难与乙酸产品分离。而且，更有甚者，把大量的水从乙酸产品里去除，使得生产过程成本更高。

在1970年代，塞拉尼斯通过引入碘化锂到反应混合物中改进了羰基化反应过程。碘化锂通过最小化副反应提高了催化剂的稳定性，这些副反应会产生不活跃的Rh(III)化合物。结果，必要的用于稳定催化剂的水量可以降低。此外，发现碘化锂可以减少水的蒸发趋势。参考比如欧洲506240号出版物。因此，这个过程对水和乙酸的分离具有优势。

除此以外，已经发现，即使在反应媒介里，非常低的水浓度，即重量的4％或更少的水量(尽管在一般工业实践中维持重量的14-15％的水)，催化剂的稳定性和羰基化反应器的生产力也可以维持在相当高水平。条件是：必须维持反应物里能产生有效催化作用量的铑，还至少需维持一定浓度的水、乙酸甲酯和碘甲烷、超过碘甲烷或别的有机碘中含碘量的特定浓度的碘离子。通过使用相对高浓度的乙酸甲酯和碘化盐，即使液态反应介质的含水量低至0.1wt.％。也可以取得相当高的催化剂稳定性和反应器生产力，参考如美国专利号5001259，美国专利号5026908和美国专利号5144068。然而，尽管生产乙酸的低水羰基化反应过程减少了二氧化碳、氢气和丙酸的副产物，其他杂质的数量(往往微量存在)却在增加。乙酸的质量有时也会因企图通过改进催化剂或修改反应条件来增加产量而受到影响。

通常，生产乙酸的工厂可以方便地分为三个功能区，即反应区、轻馏分回收区和净化区。一般来说，反应区包括一个反应器或反应带，以及一个闪蒸罐或闪蒸区。轻馏分回收区包含一个轻馏分蒸馏塔或裂化区(业界也指分裂器或分裂塔)和相分离容器，如倾析器。轻馏分蒸馏塔也可以是净化区的一部分，进一步包括干燥塔并可选择地包括一个重馏分蒸馏塔。参考如美国专利号6552221。

轻馏分回收区尤其用来分离没用的副产品，比如：烷烃、羰基杂质和烷基碘化杂质。轻馏分蒸馏塔塔顶端的回收物被压缩，经倾析器相分离得到一种轻质的水相物，主要包含乙酸、水和重质的有机相，此重质有机相主要包含碘甲烷、乙酸甲酯和烷烃杂质。在被回收到比如轻馏分蒸馏塔之前，以这种方式获得的水相可以经处理移除乙醛和其他羰基杂质。参考如美国专利号5599970，美国专利号5625095，美国专利号5732660，美国专利号5783731，美国专利号6143930，欧洲出版号0487487。有机相可以进一步净化去除如烷烃等杂质，并且至少部分经净化的甲基碘重返回这个过程。可以参看美国专利号4102922，美国专利号5371286，美国专利号5723660，美国专利号7812191。