СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОГО СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО МХК И ДХК
PROCESS FOR PURIFICATION OF LIQUID FEED COMPRISING MCA AND DCA

Данное изобретение относится к способу очистки жидкого сырья, содержащего монохлоруксусную кислоту (МХК) и дихлоруксусную кислоту (ДХК).
Преобладающим промышленным способом производства монохлоруксусной кислоты является взаимодействие уксусной кислоты с хлором. Такой процесс является общеизвестным, и обычно в нем применяется реактор, в котором смесь жидкой уксусной кислоты (HAc) приводится во взаимодействие с хлором в безводных условиях с применением ацетилхлорида в качестве катализатора. Ацетилхлорид предпочтительно образуется in situ добавлением, например, уксусного ангидрида. Из-за этого смесь для хлорирования является по существу безводной (так как ацетилхлорид интенсивно реагирует с водой). В реакторе для хлорирования монохлоруксусная кислота (МХК) и газообразный HCl образуются вместе с побочными продуктами, примерами которых являются дихлоруксусная кислота (ДХК) и трихлоруксусная кислота (ТХК).
После того как содержащая МХК смесь реакционных продуктов проходит через реактор(ы) и секцию регенерации катализатора, ДХК присутствует в значительном количестве, как правило приблизительно 3-10%. Для снижения количества ДХК в МХК, содержащая МХК/ДХК смесь продуктов впоследствии подвергается процессу очистки. Процесс очистки может являться или физическим разделением, таким как кристаллизация или дистилляция, или химическим превращением, таким как восстановление, где ДХК восстанавливается водородом в присутствии катализатора гидрогенизации, например катализатора на металлической основе.
Так как точки кипения монохлоруксусной кислоты и дихлоруксусной кислоты очень близки (189° и 194°C, соответственно), то удаление ДХК из МХК дистилляцией является дорогостоящим и невыгодным.
Посредством кристаллизации концентрация дихлоруксусной кислоты в необработанном сырье монохлоруксусной кислоты может быть снижена только примерно в 4 раза, т.е., например, с 3 до 0,7-0,8% по массе, одностадийной перекристаллизацией. Следовательно, для производства чистой монохлоруксусной кислоты пространственные и временные требования имеют большое значение. Кроме того, после нескольких кристаллизаций маточная жидкость все еще содержит смесь монохлоруксусной кислоты и дихлоруксусной кислоты. Хотя эта маточная жидкость все еще содержит по меньшей мере 30% по массе монохлоруксусной кислоты в зависимости от условий охлаждения, она не может быть превращена в пригодный для продажи продукт дальнейшей кристаллизацией и должна считаться отходами.
Известно, что концентрация дихлоруксусной кислоты в необработанной монохлоруксусной кислоте может быть значительно снижена дегидрохлорированием над гетерогенным катализатором (например, в соответствии с патентом США 5191118 и патентом США 5356850).
Выгодно осуществлять дегидрохлорирование с кислотами в жидкой фазе (вместо газовой фазы), так как это сохраняет энергию, требуемую для испарения сырья для дегидрохлорирования и это также значительно сохраняет капитальные затраты на оборудование, которые будут необходимы для испарения сырья в реактор для дегидрохлорирования.
Однако было обнаружено, что когда жидкое сырье, содержащее МХК, ДХК, небольшое количество ТХК, Нас и необязательно следовые количества ангидридов кислот и/или хлорангидридов, подвергалось стадии дегидрохлорирования с кислотами, при этом находясь в жидкой фазе, был получен окрашенный в темный цвет продукт из-за образования альдегидов, что приводило к образованию конденсированных продуктов. Дополнительно, избыточное образование альдегидов может привести к неисправностям в реакторе для дегидрохлорирования и оборудовании, расположенном далее. Это также добавляет эмиссию в окружающую место производства среду.
Эти последствия не играют значительной роли в процессах дегидрохлорирования в газообразной фазе, но они приводят к проблеме в процессах дегидрохлорирования в жидкой фазе. Причина этого заключается в том, что продолжительность пребывания компонентов в колонне для гидрогенизации намного дольше в случае процесса дегидрохлорирования в жидкой фазе по сравнению с процессом дегидрохлорирования в газообразной фазе. Это будет увеличивать образование окрашенных компонентов из-за альдольной конденсации альдегидов.
Из EP 1451136 известно, что такие альдегиды могут быть удалены из технологического потока окислением с применением надкарбоновой кислоты, такой как надуксусная кислота. Однако надкарбоновые кислоты потенциально являются взрывоопасными, что означает, что реакционные условия должны быть выбраны осторожно при условии тщательного контроля для того, чтобы предотвратить их накопление. Кроме того, если применяется молярный избыток по отношению к альдегидам, то впоследствии необходимо разрушить непрореагировавшую надкарбоновую кислоту. При применении менее чем эквимолярного количества надкарбоновой кислоты удаление альдегидов не будет полным. В общем и целом этот процесс является весьма сложным и требует осторожного подхода.
Следовательно, задачей данного изобретения является разработка способа очистки жидкого сырья, получаемого из секции хлорирования производственной установки МХК, содержащей монохлоруксусную кислоту, дихлоруксусную кислоту и необязательно уксусную кислоту, хлорангидриды и/или ангидриды, в котором на стадии дегидрохлорирования вырабатывается продукт с окрашиванием, равным или меньшим чем 300 единиц Pt-Co, предпочтительно, равным или меньшим чем 200 единиц Pt-Co, и более предпочтительно, равным или меньшим чем 150 единиц Pt-Co, измеренным в соответствии с ISO-6271 (или визуальный, или спектрофотометрический способ), процесс которого легко осуществить в промышленном масштабе процессов производства МХК. Более конкретно, указанное окрашивание определяется применением ISO-6271 к смеси 25 мл воды и 75 мл указанного продукта. Этот продукт, который непосредственно получен на стадии дегидрохлорирования, в дальнейшем в этом документе также обозначается как продукт гидрогенизации.
В результате конечный продукт МХК, который получен после дистилляции (т.е. продукт, полученный после отделения легких фракций из МХК продукта в первой дистилляционной колонне и тяжелых фракций во второй дистилляционной колонне, указанный продукт в дальнейшем в этом документе также обозначается как дистилляционный продукт) имеет окрашивание, равное или меньшее чем 100 единиц Pt-Co, предпочтительно, равное или меньшее чем 50 единиц Pt-Co, и предпочтительно, равное или меньшее чем 20 единиц Pt-Co, измеренное в соответствии с ISO-6271. Окрашивание менее 20 Pt-Co означает, что для человеческого глаза продукт не является окрашенным.
Вышеупомянутое окрашивание продукта, полученного на стадии дегидрохлорирования, определяется применением ISO-6271 к смеси 25 мл воды и 75 мл указанного продукта.
Неожиданно было обнаружено, что эта цель достигается, если определенное количество воды добавляется к жидкому сырью, содержащему МХК, ДХК, необязательно небольшое количество ТХК, необязательно HAc, необязательно следовые количества ангидридов кислот и/или необязательно также следовые количества хлорангидридов, перед стадией дегидрохлорирования.
Более конкретно, данное изобретение относится к процессу очистки по существу безводного жидкого сырья, содержащего монохлоруксусную кислоту, дихлоруксусную кислоту, необязательно хлорангидриды, необязательно ангидриды, и необязательно уксусную кислоту, который содержит стадии:
(a) добавление воды к жидкому сырью, так чтобы было получено жидкое сырье, содержащее между 0,01 и 5% по массе воды, исходя из общей массы полученного таким образом жидкого сырья, и
(b) вслед за этим подвергание полученного таким образом жидкого сырья каталитической стадии дегидрохлорирования приведением его в контакт с источником водорода для превращения дихлоруксусной кислоты в монохлоруксусную кислоту в присутствии твердого гетерогенного катализатора гидрогенизации, содержащего один или более металлов группы VIII Периодической системы элементов, нанесенных на носитель.
При процессе в соответствии с данным изобретением непосредственно полученный продукт (также обозначается как продукт гидрогенизации, см. выше) будет являться МХК-содержащим продуктом, имеющим сниженное содержание ДХК и Pt-Co окрашивание, как определено в соответствии с ISO-6271, которое является равным или ниже значения 300, предпочтительно равным или ниже значения 200 и более предпочтительно равным или ниже значения 150.
Следует отметить, что термин ʺпо существу безводныйʺ означает, что жидкое сырье, которое должно быть очищено посредством процесса по данному изобретению, содержит менее 0,009% по массе воды. Предпочтительно хлорангидриды представлены в указанном жидком сырье. Из-за наличия хлорангидрида содержание воды в указанном жидком сырье будет равно нулю. В целях ясности следует отметить, что если жидкое сырье, которое должно быть очищено посредством процесса по данному изобретению, содержит хлорангидрид, то воду необходимо добавить в молярном избытке по отношению к хлорангидриду, так чтобы в итоге было получено жидкое сырье, содержащее между 0,01 и 5% по массе воды, исходя из общей массы полученного таким образом жидкого сырья.
Вода может быть добавлена к жидкому сырью в виде чистой воды или в виде водного раствора, например HCl, МХК или уксусной кислоты.
Кроме того, следует отметить, что термин ʺхлорангидридыʺ, как он используется во всем описании, предпочтительно означает ацетилхлорид или его смесь с хлорацетилхлоридом и/или дихлорацетилхлоридом. Термин ʺ(кислотные) ангидридыʺ, как он используется во всем описании, предпочтительно означает ангидрид уксусной кислоты, необязательно смешанный с одним или более ангидридов, выбранных из группы, состоящей из ангидрида уксусной кислоты, ДХК ангидрида, МХК ангидрида, ДХК-МХК ангидрида, смешанного ангидрида уксусной кислоты и МХК и смешанного ангидрида уксусной кислоты и ДХК.
По существу безводное жидкое сырье, которое должно быть очищено посредством процесса в соответствии с данным изобретением, предпочтительно является жидким сырьем, которое получено (после регенерации катализатора) из секции установки для производства монохлоруксусной кислоты, в котором уксусная кислота приводится во взаимодействие с хлором в присутствии катализатора. Катализатор предпочтительно представляет собой ацетилхлорид, который может, к примеру, быть образован in situ добавлением уксусного ангидрида. Сырье, которое будет подвергаться процессу по данному изобретению, предпочтительно содержит не более 35% по массе хлорангидридов, более предпочтительно не более 15% по массе хлорангидридов, даже более предпочтительно не более 5% по массе хлорангидридов, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,05% по массе хлорангидридов, и даже еще более предпочтительно по меньшей мере 0,01% по массе хлорангидридов, исходя из общей массы указанного сырья. Наиболее предпочтительно, сырье, которое будет подвергаться процессу по данному изобретению, вообще не содержит хлорангидриды. Однако на практике сырье, которое будет подвергаться процессу по данному изобретению, как правило, содержит по меньшей мере 0,01% по массе хлорангидридов, исходя из общей массы указанного сырья.
Было обнаружено, что содержание воды в жидком сырье, которое будет подвергаться стадии дегидрохлорирования (т.е. стадия b процесса в соответствии с данным изобретением), должно составлять по меньшей мере 0,01% по массе воды, исходя из общей массы жидкого сырья, для того чтобы снизить образование окрашенных побочных продуктов в достаточной степени для получения требуемого качества продукта. Также было обнаружено, что добавление слишком большого количества воды приводило к образованию полимерных побочных продуктов. Это является нежелательным, так как эти полимерные побочные продукты будут приводить к снижению выхода и закупориванию оборудования. Было обнаружено, что эти проблемы можно избежать добавлением воды в таком количестве, что жидкое сырье, которое будет подвергаться стадии дегидрохлорирования (стадия (b) процесса по данному изобретению), содержит не более 5% по массе воды, исходя из общей массы указанного жидкого сырья. Так как вода, добавленная на стадии (a), будет, как правило, повторно использована на стадии хлорирования процесса производства МХК вместе с легкими фракциями, полученными на первой стадии дистилляции, как описано выше, то добавленное количество воды предпочтительно поддерживается настолько низким, насколько возможно для минимизации количества хлорангидридов (ацетилхлорид применяется в качестве катализатора в указанном хлорировании), которые будут разрушены вследствие этой рециркуляции.
Гетерогенный катализатор, который применяется на стадии (b) процесса очистки в соответствии с данным изобретением, предпочтительно содержит между 0,1 и 3% по массе, более предпочтительно между 0,5 и 2% по массе, исходя из общей массы гетерогенного катализатора одного или более металлов группы VIII Периодической системы элементов. Предпочтительно, гетерогенный катализатор содержит рутений, родий, палладий и/или платину. Более предпочтительно, он содержит палладий, платину или их комбинацию. Наиболее предпочтительно, он содержит палладий (Pd) и либо серу, либо соединение серы. Например, катализатор, описанный в EP 0557169, или катализаторы, описанные в EP 0453690, пригодны для применения в процессе по данному изобретению.
Один или более металлов группы VIII периодической системы элементов нанесены на носитель. Предпочтительные носители выбраны из группы, состоящей из активированного углерода, силиката алюминия, оксида циркония и оксида титана. Активированный углерод является наиболее предпочтительным. Носитель может содержать серу или содержащие серу компоненты (или органической, или неорганической природы).
2
В предпочтительном варианте осуществления гетерогенный катализатор, который применяется на стадии (b) процесса в соответствии с данным изобретением, представляет собой палладий на носителе из активированного углерода, при этом к сырью могут быть добавлены сера или содержащие серу компоненты, такие как CS.
В одном варианте осуществления катализатор предпочтительно расположен в неподвижном слое катализатора, при этом один или более металлов гетерогенного катализатора гидрогенизации предпочтительно нанесены на частицы, приготовленные из активированного углерода, диоксида кремния или оксида алюминия, при этом указанные частицы образованы в виде гранул, сфер, колец, трех-, четырехдольчатых форм или экструдатов неправильной формы. Более предпочтительно указанные частицы имеют форму экструдатов, трехдольчатых или четырехдольчатых форм, имеющих диаметр между 0,5 и 5 мм, предпочтительно от 0,8 до 3 мм и длину между 1 и 10 мм.
Неподвижный слой может состоять из всего одного слоя или может быть подразделен на множественные подслои, которые совместно называются ʺнеподвижный слой катализатораʺ. Слой катализатора или каждый подслой поддерживаются поддерживающей решеткой. Кроме того, распределитель жидкости может быть размещен на поверхности всего катализаторного слоя и/или на поверхности одного или более подслоев для обеспечения хорошего распределения жидкости по всему диаметру указанного катализаторного слоя.
2
2
3
Пригодные конструкционные материалы для этих внутренних компонентов колонны (т.е. поддерживающая решетка и распределитель жидкости) содержат остеклованную сталь; тантал и танталовые сплавы, включая танталовые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; платину и платиновые сплавы, включая платиновые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; цирконий и циркониевые сплавы, включая циркониевые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; графит или импрегнированный графит; керамический материал, такой как, например, карбид кремния (SiC), диоксид циркония (ZrO), оксид алюминия (AlO), стекло или кварц; кислотостойкие блоки; политетрафторэтилен (PTFE); фторполимер, например PTFE, перфторалкокси-полимеры (PFA), фторированный этиленпропилен (FEP) или полиэтиленхлортрифторэтилен (ECTFE) - наполнения или покрытия на сталь, нержавеющую сталь или пластики, армированные волокном; никель-хромовые сплавы; никель-хром-молибденовые сплавы; никель-медные сплавы; серебро, включая серебряные плакирования или серебряные покрытия на сталь или нержавеющую сталь; ниобий и ниобиевые сплавы; и полиэфирэфиркетон и PEEK-покрытую сталь.
2
2
3
Предпочтительными конструкционными материалами для внутренних компонентов являются остеклованная сталь; тантал и танталовые сплавы, включая танталовые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; платину и платиновые сплавы, включая платиновые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; цирконий и циркониевые сплавы, включая циркониевые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; графит или импрегнированный графит; керамический материал, такой как карбид кремния (SiC), диоксид циркония (ZrO), оксид алюминия (AlO), стекло или кварц; кислотостойкие блоки; политетрафторэтилен (PTFE); фторполимер, например, PTFE, перфторалкокси-полимеры (PFA), фторированный этиленпропилен (FEP) или полиэтиленхлортрифторэтилен (ECTFE), наполнения или покрытия на сталь, нержавеющую сталь или пластики, армированные волокном.
Более предпочтительным конструкционным материалом внутренних компонентов является остеклованная сталь; графит или импрегнированный графит; тантал и танталовые сплавы, включая танталовые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; и цирконий и циркониевые сплавы, включая циркониевые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь.
Наиболее предпочтительно конструкционным материалом для внутренних компонентов является графит или импрегнированный графит.
Источник водорода, который подается в процесс очистки в соответствии с данным изобретением, представляет собой источник газообразного водорода, который может быть или является по существу чистым газообразным водородом или газом, содержащим газообразный водород и вплоть до 50 мол.% азота, хлороводорода или их смеси.
Жидкое сырье, которое будет подвергаться каталитической стадии гидродегалогенирования (b) в соответствии с данным изобретением (т.е. жидкое сырье, полученное на стадии (a) процесса в соответствии с данным изобретением) предпочтительно содержит
(i) между 60 и 99,5% по массе монохлоруксусной кислоты,
(ii) между 0,05 и 20% по массе, предпочтительно между 1 и 12% по массе дихлоруксусной кислоты,
(iii) между 0 и 30% по массе уксусной кислоты, предпочтительно между 0,1 и 30% по массе уксусной кислоты,
(iv) между 0,1 и 5% по массе воды, предпочтительно между 0,1 и 1% по массе воды, наиболее предпочтительно между 0,1 и 0,5% по массе воды и
(v) между 0 и 5% по массе других компонентов,
вплоть до общего количества 100%, исходя из общей массы жидкого сырья.
Другие компоненты могут содержать минорное количество кислотных ангидридов, трихлоруксусной кислоты, бромуксусной кислоты и альфа-хлорпропионовой кислоты. Следует отметить, что из-за наличия воды, хлорангидриды не могут присутствовать в указанном жидком сырье.
Стадия дегидрохлорирования предпочтительно осуществляется с применением вертикального трубчатого реактора, содержащего твердый гетерогенный катализатор гидрогенизации, как описано выше, в неподвижном слое (также иногда обозначается как стационарный слой частиц катализатора).
2
2
3
Однако другие общепринятые типы реакторов также пригодны. Среди них суспензионные реакторы или механически перемешиваемые или перемешиваемые посредством внешнего суспензионного рециклирования, которое также может направляться трубкой Вентури, в которой прокачивается газ из свободного пространства вверху реактора (как, например, упомянуто в CN 101528657), в котором катализатор суспендирован в жидкости. Пригодные конструкционные материалы реактора содержат остеклованную сталь; тантал и танталовые сплавы, включая танталовые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; платину и платиновые сплавы, включая платиновые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; цирконий и циркониевые сплавы, включая циркониевые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; графит или импрегнированный графит; керамический материал, например карбид кремния (SiC), диоксид циркония (ZrO), оксид алюминия (AlO), стекло и кварц; кислотостойкие блоки, политетрафторэтилен (PTFE); фторполимер, например PTFE, перфторалкокси-полимеры (PFA), фторированный этиленпропилен (FEP) или полиэтиленхлортрифторэтилен (ECTFE) - наполнения или покрытия на сталь, нержавеющую сталь или пластики, армированные волокном; никель-хромовые сплавы; никель-хром-молибденовые сплавы; никель-медные сплавы; серебро, включая серебряные плакирования или серебряные покрытия на сталь или нержавеющую сталь; ниобий и ниобиевые сплавы; и покрытую полиэфирэфиркетоном или PEEK сталь.
2
2
3
Предпочтительными конструкционными материалами являются остеклованная сталь; тантал и танталовые сплавы, включая танталовые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; платина и платиновые сплавы, включая платиновые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; цирконий и циркониевые сплавы, включая циркониевые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; графит или импрегнированный графит; керамический материал, такой как карбид кремния (SiC), диоксид циркония (ZrO), оксид алюминия (AlO), стекло и кварц; кислотостойкие блоки; политетрафторэтилен (PTFE); фторполимер, например, PTFE, перфторалкокси-полимеры (PFA), фторированный этиленпропилен (FEP) или полиэтиленхлортрифторэтилен (ECTFE) - наполнения или покрытия на сталь, нержавеющую сталь или пластики, армированные волокном.
Более предпочтительно, конструкционный материал выбран из группы, состоящей из остеклованной стали; тантала и танталовых сплавов, включая танталовые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь; и цирконий и циркониевые сплавы, включая циркониевые плакирования или покрытия на сталь или нержавеющую сталь.
Наиболее предпочтительным конструкционным материалом является остеклованная сталь.
Когда стадия дегидрохлорирования осуществлена с применением вертикального трубчатого реактора, содержащего твердый гетерогенный катализатор гидрогенизации, как описано выше, в неподвижном слое (также иногда обозначается как стационарный слой частиц катализатора), жидкое сырье, которое будет подвергаться каталитической стадии гидродегалогенирования (b) в соответствии с данным изобретением, подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора. Газообразный водород или смесь газообразного водорода и вплоть до 50 мол.% инертного газа предпочтительно подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора (в результате приводя к совместному нисходящему потоку с жидким сырьем). Газообразный водород или смесь газообразного водорода и вплоть до 50 мол.% инертного газа может также подаваться со дна вертикального трубчатого реактора (т.е. в противотоке с жидким сырьем); однако, так как диапазон рабочих режимов меньше (т.е. емкость реактора ограничена захлебыванием), вариант осуществления с совместным нисходящим потоком является предпочтительным.
2
2
2
2
2
2
2
2
Предпочтительно, жидкое сырье, которое будет подвергаться каталитической стадии гидродегалогенирования (b) в соответствии с данным изобретением, подается в верхнюю часть указанного вертикального трубчатого реактора c приведенной массовой скоростью между 1 и 10 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора (термин приведенная массовая скорость (кг/м/с) относится к массовому потоку, разделенному на площадь горизонтального поперечного сечения указанного реактора). Предпочтительно оно подается в верхнюю часть указанного вертикального трубчатого реактора c приведенной массовой скоростью по меньшей мере 2 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора. Предпочтительно жидкое сырье подается в верхнюю часть указанного вертикального трубчатого реактора c приведенной массовой скоростью самое большее 8 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора, более предпочтительно c приведенной массовой скоростью самое большее 7 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора, и наиболее предпочтительно c приведенной массовой скоростью самое большее 6 кг/с×м горизонтального поперечного сечения указанного реактора.
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
Источник водорода подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора с приведенной скоростью газа от 0,025 до 0,25 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора (термин приведенная скорость газа (м/с) относится к скорости газа по отношению к горизонтальному поперечному сечению указанного вертикального трубчатого реактора). Предпочтительно, источник водорода подается в верхнюю часть или нижнюю часть вертикального трубчатого реактора с приведенной скоростью газа по меньшей мере 0,03 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора, более предпочтительно с приведенной скоростью газа по меньшей мере 0,035 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора, и наиболее предпочтительно с приведенной скоростью газа по меньшей мере 0,04 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора. Предпочтительно он подается с приведенной скоростью газа самое большее 0,25 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора, более предпочтительно самое большее 0,20 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора и наиболее предпочтительно самое большее 0,15 Нм/с×м горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора.
Температура в верхней части вертикального трубчатого реактора предпочтительно сохраняется между 100 и 200°C, и более предпочтительно между 145 и 175°C. Давление в верхней части вертикального трубчатого реактора предпочтительно сохраняется между 0,2 и 1,0 МПа, предпочтительно между 0,3 и 0,6 МПа.
Для того чтобы минимизировать риск неправильного распределения жидкости в реакторе с орошаемым слоем (см., например, Saroha & Nigam, ʺTrickle-bed reactors,ʺ Reviews in Chemical Engineering, 12, 3-4, 207-347, 1996), неподвижный слой, в котором предпочтительно расположен гетерогенный катализатор гидрогенизации, был приготовлен загрузкой вертикального трубчатого реактора гетерогенным катализатором гидрогенизации с применением технологии плотной загрузки. Известно, что неправильное распределение в катализаторных слоях значительно снижает производительность и время работы реактора. Технология плотной загрузки является общепринятой технологией загрузки, посредством которой вертикальный трубчатый реактор загружается частицами катализатора одновременно по всему поперечному сечению указанного реактора. Результатом является полученный слой катализатора, который однородно загружен и в котором плотность повышена по сравнению с другими технологиями загрузок реактора. По сравнению с загрузкой из дозирующего мешка, хорошо известной технологией загрузки, плотность катализаторного слоя была повышена на в среднем по меньшей мере 10%, как приведено в Gert Griffioen and Michel Wijbrands, ʺCaring for Catalysts,ʺ Hydrocarbon Engineering, June 2010. Неподвижный слой с плотно загруженным катализатором в соответствии с данным изобретением может, к примеру, быть приготовленным с применением хорошо известных технологий Densicat или Catapac™. Пригодные способы и оборудование для плотной загрузки описаны в EP 769462, патенте США 4051019, патенте США 4159785, EP 0727250, WO 2008/109671 и патенте США 5449501.
Типичная установка для производства МХК в промышленном масштабе содержит секцию хлорирования, где жидкая уксусная кислота приводится во взаимодействие с газообразным хлором в безводных условиях с применением ацетилхлорида в качестве катализатора. Газообразный HCl, образующийся в этом процессе, как правило, подается на один или более конденсаторов для того, чтобы удалить и рекуперировать органические компоненты (такие как ацетилхлорид, уксусная кислота, монохлоруксусная кислота) в газообразном HCl. Жидкое сырье, получаемое из этой секции хлорирования, как правило, подвергается операции продувания с применением газообразного HCl, для того, чтобы удалить ангидриды и/или хлорангидриды, присутствующие в указанном сырье. В процессе в соответствии с данным изобретением, жидкое сырье, получаемое из секции хлорирования производственной установки для МХК, предпочтительно подвергается стадии продувания перед подверганием его стадии (a) процесса в соответствии с данным изобретением, т.е. перед добавлением воды в таком количестве, чтобы полученное жидкое сырье содержало между 0,01 и 5% по массе воды, исходя из общей массы полученного таким образом жидкого сырья. В предпочтительном варианте осуществления указанная стадия продувания выполняется при давлении по меньшей мере 1,6 бар, более предпочтительно по меньшей мере 1,7 бар, даже более предпочтительно по меньшей мере 2 бар, более предпочтительно по меньшей мере 3 бар и наиболее предпочтительно по меньшей мере 4 бар. Предпочтительно стадия продувания выполняется при давлении не выше 10 бар, более предпочтительно не выше 8 бар. Преимущество выполнения этой стадии продувания при повышенном давлении заключается в том, что из-за более высокого давления в десорбционной колонне больше HCl растворится в продукте в нижней части отгоночной колонны, тем самым предотвращая образование ангидридов из хлорангидридов. В результате, жидкое сырье, которое подвергается стадии дегидрохлорирования (b), содержит меньше ангидрида или даже вообще не содержит ангидрид. Это является преимуществом, так как из-за наличия HCl на стадии дегидрохлорирования (b) ангидриды были бы превращены в хлорангидриды, которые впоследствии были бы превращены в альдегиды, приводя к проблемам с окрашиванием, как разъяснено выше.
Процесс в соответствии с данным изобретением дополнительно проиллюстрирован следующими неограничивающими примерами.
Сравнительный пример A
3
Продукт хлорирования, содержащий 76,7% монохлоруксусной кислоты, 3,1% дихлоруксусной кислоты, 12,1% уксусной кислоты, 6,2% ацетилхлоридов, 1,2% ангидридов, 0,7% HCl, подавали в верхнюю часть десорбера ацетилхлорида со скоростью 2793 кг/ч. Газообразный HCl подавали в нижнюю часть десорбера ацетилхлорида со скоростью 1122 кг/ч. Нижняя часть десорбера ацетилхлорида функционировала при давлении 5 бар и температуре 126°C. Нижний продукт десорбера ацетилхлорида, содержащий 85,3% монохлоруксусной кислоты, 3,4% дихлоруксусной кислоты, 8,6% уксусной кислоты, 1,6% ацетилхлоридов и 1,1% хлороводорода, смешивали c газовым потоком 56 Нм водорода в час. Эту смесь газ-жидкость нагревали до температуры 163°C и подавали в распределитель в верхней части вертикального трубчатого реактора. Вертикальный трубчатый реактор вмещал неподвижный слой катализатора с общим запасом катализатора 2956 кг и общей длиной 14 м. Катализаторные частицы представляли собой экструдаты, как упомянуто в EP 0557169. Вертикальный трубчатый реактор был хорошо изолирован и функционировал в адиабатическом режиме. Газовую фазу, покидающую реактор, частично конденсировали при температуре 40°C и жидкий обратный сток смешивали с жидкой фазой, покидающей реактор для получения продукта гидрогенизации. Отбирали пробу этого продукта гидрогенизации, и измеряли окрашивание Pt-Co, составляющее более 1000 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271. Более конкретно, это окрашивание определяли применением ISO-6271 к смеси 25 мл воды и 75 мл указанного продукта. Визуальная проверка этой пробы продукта гидрогенизации демонстрировала очень темную жидкость.
В результате конечный продукт после дистилляции (т.е. продукт, полученный после отделения легких фракций от продукта гидрогенизации в первой дистилляционной колонне (с МХК, рекуперированной в нижней части дистилляционной колонны) и отделения тяжелых фракций во второй дистилляционной колонне (с МХК, рекуперированной в верхней части дистилляционной колонны), см. выше), являлся сильно окрашенным. Отбирали пробу этого конечного продукта и измеряли окрашивание Pt-Co, равное 600 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271. Более конкретно, это окрашивание определяли применением ISO-6271 к смеси 25 мл воды и 75 мл указанного продукта.
Визуальная проверка этой пробы конечного продукта демонстрировала коричневую жидкость.
Пример 1
Вышеупомянутый пример повторяли, только в этом случае воду предварительно смешивали с продуктом в нижней части десорбера ацетилхлорида (являющегося продуктом в нижней части десорбера ацетилхлорида в сравнительном примере A, содержащим 1,6% хлорангидридов) перед добавлением водорода для получения содержания воды 0,7 мас.%, исходя из общей массы полученного таким образом содержащего воду жидкого нижнего продукта ацетилхлоридного десорбера. В этом случае Pt-Co окрашивание продукта гидрогенизации составляло 150 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271 (измерено применением ISO-6271 к смеси 25 мл воды и 75 мл указанного продукта). Визуальная проверка этой пробы продукта гидрогенизации демонстрировала бледно-желтую жидкость.
В результате конечный продукт после дистилляции (т.е. продукт, полученный после отделения легких фракции от продукта гидрогенизации в первой дистилляционной колонне (с МХК, рекуперированной в нижней части дистилляционной колонны) и отделения тяжелых фракций во второй дистилляционной колонне (с МХК рекуперированной в верхней части дистилляционной колонны), см. выше) являлся бесцветным. Отбирали пробу из конечного продукта и измеряли окрашивание Pt-Co, составляющее менее чем 20 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271 (измеренное применением ISO-6271 к смеси 25 мл воды и 75 мл указанного продукта). Визуальная проверка этой пробы продукта демонстрировала бесцветную жидкость.
Пример 2
3
Продукт хлорирования, содержащий 77,5% монохлоруксусной кислоты, 2,4% дихлоруксусной кислоты, 14,6% уксусной кислоты, 4,2% ацетилхлоридов, 0,3% ангидридов и 1,0% HCl, подавали в десорбер ацетилхлорида со скоростью 9800 кг/ч. Газообразный HCl подавали в нижнюю часть этого десорбера со скоростью 2840 кг/ч. Однако в этом случае нижняя часть десорбера функционировала при более низком давлении 1,6 бар и при температуре 135°C. Меньше HCl будет растворено в нижнем продукте десорбера, следовательно, нижний продукт десорбера будет содержать больше кислотных ангидридов. Отбирали пробу нижнего продукта десорбера и анализировали с ВЭЖХ и 1H-ЯМР на наличие ангидридов и хлорангидридов. Проба содержала 87,6% монохлоруксусной кислоты, 2,7% дихлоруксусной кислоты, 9,2% уксусной кислоты, 0,1% ангидридов, 0,1% хлорангидридов и 0,3% HCl. Когда воду добавляли к этому продукту из десорбера до получения содержания воды 0,4 мас.%, исходя из общей массы полученного таким образом жидкого продукта со дна десорбера ацетилхлорида, следовые количества хлорангидридов интенсивно реагировали с водой с образованием соответствующих кислот. Однако реакция ангидридов с водой являлась намного более медленной, и было трудно достичь полного превращения. Отбирали пробу после добавления воды и впоследствии анализировали с 1H-ЯМР на наличие ангидридов и хлорангидридов. Проба содержала 460 мг/кг ангидридов и не содержала хлорангидриды. Полученный таким образом содержащий воду жидкий продукт из десорбера ацетилхлорида смешивали с 160 Нм/ч водорода. Полученную таким образом смесь газ-жидкость нагревали до температуры 160°C и подавали в распределитель в верхней части вертикального трубчатого реактора. Вертикальный трубчатый реактор вмещал неподвижный слой катализатора с общим количеством катализатора 3580 кг и общей длиной 14 м. Катализаторные частицы представляли собой экструдаты, как упомянуто в EP 0557169. Вертикальный трубчатый реактор был хорошо изолирован и функционировал в адиабатическом режиме. Газовую фазу, покидающую реактор, частично конденсировали при температуре 40°C, и обратный поток жидкости смешивали с жидкой фазой, покидающей реактор для получения продукта гидрогенизации. Наличие ангидридов в сырье для гидрогенизации приводило к образованию альдегидов в гидрогенизации. В результате получали желтый окрашенный продукт гидрогенизации. Отбирали пробу продукта гидрогенизации и измеряли Pt-Co окрашивание, равное 300 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271. Уровни ацетальдегида в пробе составляли более 600 мг/кг.
В результате конечный продукт после дистилляции (см. выше) демонстрировал бледно-желтое окрашивание. Отбирали пробу этого конечного продукта и измеряли Pt-Co окрашивание, составляющее 100 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271.
Пример 3
3
Продукт хлорирования, содержащий 76,5% монохлоруксусной кислоты, 3,6% дихлоруксусной кислоты, 11,0% уксусной кислоты, 8,1% ацетилхлоридов, 0,1% ангидридов, 0,7% HCl, подавали в верхнюю часть десорбера ацетилхлорида со скоростью 8720 кг/ч. Газообразный HCl подавали в нижнюю часть этого десорбера со скоростью 3425 кг/ч. Нижняя часть десорбера ацетилхлорида функционировала при повышенном давлении 3,2 бар и при температуре 155°C. После этого процесса продувания при повышенном давлении больше не имело место наличие ангидрида, и имели место только следовые количества хлорангидридов. Отбирали пробу нижнего продукта десорбера и анализировали с ВЭЖХ и 1H-ЯМР на наличие ангидридов и хлорангидридов. Проба содержала 89,8% монохлоруксусной кислоты, 4,2% дихлоруксусной кислоты, 5,2% уксусной кислоты, 0,1% хлорангидридов и 0,7% HCl. Когда добавляли воду к этому продукту из десорбера для получения содержания воды 0,35 мас.% (исходя из общей массы полученного таким образом жидкого продукта со дна десорбера ацетилхлорида), следовые количества хлорангидридов интенсивно реагировали с водой с образованием соответствующих кислот. После добавления воды отбирали пробу полученного таким образом содержащего воду жидкого продукта со дна десорбера ацетилхлорида и анализировали с 1H-ЯМР на наличие ангидридов и хлорангидридов. Проба не содержала ангидриды и хлорангидриды. Полученную таким образом содержащую воду жидкость со дна десорбера ацетилхлорида смешивали с 200 Нм/ч водорода. Полученную таким образом смесь газ-жидкость нагревали до температуры 160°C и подавали в распределитель в верхней части вертикального трубчатого реактора. Вертикальный трубчатый реактор вмещал неподвижный слой катализатора с общим количеством катализатора 3,580 кг и общей длиной 14 м. Катализаторные частицы представляли собой экструдаты, как упомянуто в EP 0557169. Вертикальный трубчатый реактор был хорошо изолирован и функционировал в адиабатическом режиме. Газовую фазу, покидающую реактор, частично конденсировали при температуре 40°C, и обратный поток жидкости смешивали с жидкой фазой, покидающей реактор для получения продукта гидрогенизации. Получали бледно-желтый продукт гидрогенизации. Отбирали пробу продукта гидрогенизации и измеряли Pt-Co окрашивание, равное 120 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271.
В результате конечный продукт после дистилляции являлся бесцветным. Отбирали пробу этого конечного продукта и измеряли Pt-Co окрашивание, составляющее менее чем 20 единиц на шкале Pt-Co при измерении в соответствии с ISO 6271. Визуальная проверка этой пробы конечного продукта демонстрировала бесцветную жидкость.