СПОСОБ
METHOD

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу отделения уксусной кислоты из потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, в дистилляционной колонне.
Уксусная кислота является известным химическим реагентом широкого потребления в промышленности.
Известны различные промышленные способы получения уксусной кислоты, и при проведении многих таких процессов в качестве побочного продукта или совместного продукта образуется пропионовая кислота. Для получения уксусной кислоты, удовлетворяющей установленным требованиям для применения и/или продажи, в большинстве случаев продукт уксусной кислоты необходимо подвергать обработке для удаления пропионовой кислоты.
В патенте ЕР 0849250 А1 описан способ получения технологического потока уксусной кислоты, содержащего менее 400 част./млн пропионовой кислоты и менее 1500 част./млн воды, причем способ включает стадии:
(а) подача метанола и/или его реакционноспособного производного и монооксида углерода в реактор карбонилирования, в котором в ходе осуществления способа находится жидкая реакционная композиция, включающая катализатор карбонилирования на основе иридия, йодистый метил в качестве сокатализатора, необязательно один или более промоторов, выбранных из группы, включающей рутений, осмий, рений, кадмий, ртуть, цинк, галлий, индий и вольфрам, ограниченное количество воды при концентрации менее 8 мас. %, метилацетат, уксусную кислоту и побочный продукт - пропионовую кислоту, а также ее предшественники,
(б) отведение жидкой реакционной композиции из реактора карбонилирования и подача по крайней мере части отведенной жидкой реакционной композиции при подведении тепла или без подведения тепла в зону разделения испарительного типа (далее - зона испарения), при этом получают парообразную фракцию, включающую воду, продукт - уксусную кислоту, побочный продукт - пропионовую кислоту, метилацетат, йодистый метил и предшественники пропионовой кислоты, а также жидкую фракцию, включающую нелетучий катализатор на основе иридия, нелетучий дополнительный промотор или промоторы, уксусную кислоту и воду,
(в) подача жидкой фракции из зоны испарения через рециркуляционную систему в реактор карбонилирования,
(г) подача парообразной фракции из зоны испарения в первую секцию дистилляции,
(д) удаление из первой секции дистилляции в участке, расположенном выше участка подачи парообразной фракции из зоны испарения, рециркулирующего потока легких фракций, содержащего воду, метилацетат, йодистый метил, уксусную кислоту и предшественники пропионовой кислоты, при этом указанный поток полностью или частично направляют через рециркуляционную систему в реактор карбонилирования, и
(е) удаление из первой секции дистилляции в участке, расположенном ниже участка подачи парообразной фракции из зоны испарения, технологического потока, включающего продукт - уксусную кислоту, побочный продукт - пропионовую кислоту, а также менее 1500 част./млн воды, и
(ж) если технологический поток, удаленный на стадии (е), включает более 400 част./млн пропионовой кислоты, указанный поток направляют во вторую дистилляционную колонну, удаляя побочный продукт - пропионовую кислоту, из участка, расположенного ниже участка подачи потока, полученного на стадии (е), и удаляя технологический поток уксусной кислоты, содержащий менее 400 част./млн пропионовой кислоты и менее 1500 част./млн воды, из участка, расположенного выше участка подачи потока, полученного на стадии (е).
Описаны только некоторые детали конструкции и эксплуатации необязательной второй дистилляционной колонны, используемой на стадии (ж) способа, описанного в патенте ЕР 0849250 А1.
В заявке WO 2009/042078 А1 описан способ и оборудование для получения уксусной кислоты с повышенной степенью очистки. Усовершенствования при проведении очистки, описанные в заявке WO 2009/042078 А1, не связаны напрямую с конструкцией и эксплуатацией колонны отделения тяжелых фракций, описанной в указанной заявке, и приведены только некоторые детали конструкции и эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций.
В заявке WO 2012/014393 А1 описан способ получения уксусной кислоты с высокой степенью очистки. В заявке WO 2012/014393 А1 описана вторая дистилляционная колонна, из нижней части которой отделяют по крайней мере часть более высоко кипящего компонента (например, пропионовой кислоты). В заявке WO 2012/014393 А1 приведены только некоторые детали конструкции и эксплуатации второй дистилляционной колонны.
В патенте US 2010/0063319 А1 описан способ получения уксусной кислоты, который включает карбонилирование метанола, при этом получают реакционную смесь, включающую катализатор, стабилизатор катализатора, уксусную кислоту, метанол, йодистый метил, метилацетат, воду и монооксид углерода, и подачу по крайней мере части реакционной смеси в дистилляционную колонну, при этом указанную часть реакционной смеси разделяют на нижний поток, включающий катализатор и стабилизатор катализатора, поток бокового погона, включающий уксусную кислоту и воду, и верхний поток, включающий метанол, метилацетат, йодистый метил и воду. В способе, описанном в патенте US 2010/0063319 А1, испарительный резервуар не применяется. Поток бокового погона, отводимый из дистилляционной колонны сбоку, необязательно подвергают дополнительной очистке, такой как осушка-дистилляция, при этом удаляют воду, и дистилляция тяжелых фракций, при этом удаляют тяжелые примеси, такие как пропионовая кислота. Конструкция или эксплуатация необязательной дистилляции тяжелых фракций в патенте US 2010/0063319 А1 подробно не описаны.
Эксплуатация колонны отделения тяжелых фракций для удаления пропионовой кислоты из продукта уксусной кислоты требует значительного количества энергии, так как побочный продукт - пропионовая кислота, характеризуется более высокой температурой кипения по сравнению с уксусной кислотой.
В данной области техники все еще существует необходимость в усовершенствовании эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты, например, в улучшении энергопотребления при эксплуатации дистилляционной колонны отделения тяжелых фракций.
В настоящем изобретении предлагается способ эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты, где указанная промышленная установка включает по крайней мере реакционную секцию, секцию регенерации легких фракций, включающую дистилляционную колонну отделения легких фракций, и колонну отделения тяжелых фракций, при этом поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, полученный из секции регенерации легких фракций, подают в колонну отделения тяжелых фракций через входное отверстие, расположенное в промежуточном участке колонны отделения тяжелых фракций, а поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное выше входного отверстия, и поток продукта, включающий пропионовую кислоту, отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное ниже входного отверстия, при этом колонну отделения тяжелых фракций эксплуатируют в условиях, при которых в колонне отделения тяжелых фракций выше входного отверстия создается более низкое давление по сравнению с давлением потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, который подают в колонну отделения тяжелых фракций, и при этом давление на выходе из колонны отделения тяжелых фракций составляет менее 1,0 бар абс., число теоретических ступеней разделения между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет по крайней мере 5, предпочтительно по крайней мере 7, более предпочтительно по крайней мере 10, а перепад давления в части колонны отделения тяжелых фракций между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет не более 10 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения.
В настоящем изобретении дополнительно предлагается способ отделения уксусной кислоты из потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, причем в указанном способе поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, подают в дистилляционную колонну через входное отверстие, расположенное в промежуточном участке дистилляционной колонны, и поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отводят из дистилляционной колонны через выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное выше входного отверстия, а поток продукта, включающий пропионовую кислоту, отводят из дистилляционной колонны через выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное ниже входного отверстия, при этом дистилляционную колонну эксплуатируют в условиях, при которых в дистилляционной колонне выше входного отверстия создается более низкое давление по сравнению с давлением потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, который подают в дистилляционную колонну, и при этом конструкция дистилляционной колонны обеспечивает давление на выходе из колонны ниже 1,0 бар абс., число теоретических ступеней разделения между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет по крайней мере 5, предпочтительно по крайней мере 7, более предпочтительно по крайней мере 10, а перепад давления в части дистилляционной колонны между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет не более 10 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения.
В настоящем изобретении предлагается еще один способ получения уксусной кислоты на промышленной установке для получения уксусной кислоты, включающей реакционную секцию, секцию регенерации легких фракций, включающую колонну отделения легких фракций, и колонну отделения тяжелых фракций, причем указанный способ включает стадии:
(а) проведение в реакционной секции карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в жидкой реакционной композиции, включающей катализатор карбонилирования на основе металла группы VIII, йодистый метил в качестве сокатализатора, уксусную кислоту, воду, метилацетат, побочный продукт - пропионовую кислоту, и необязательно промотор,
(б) отведение по крайней мере части жидкой реакционной композиции из реакционной секции и подача отведенной жидкой реакционной композиции в зону испарения, при этом получают парообразную фракцию, включающую воду, уксусную кислоту, метилацетат, йодистый метил и побочный продукт - пропионовую кислоту, а также жидкую фракцию, включающую катализатор,
(в) подача жидкой фракции из зоны испарения через рециркуляционную систему в реакционную секцию,
(г) подача парообразной фракции, полученной из зоны испарения, в колонну отделения легких фракций в секции регенерации легких фракций,
(д) удаление потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, из колонны отделения легких фракций,
(е) необязательно высушивание потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, удаленных из колонны отделения легких фракций, в отдельной колонне осушки и
(ж) подача потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, в колонну отделения тяжелых фракций через входное отверстие, расположенное в промежуточном участке колонны отделения тяжелых фракций, и отведение потока продукта, включающего в основном уксусную кислоту, через выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное выше входного отверстия, и отведение потока продукта, включающего пропионовую кислоту, через выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное ниже входного отверстия, при этом колонну отделения тяжелых фракций эксплуатируют в условиях, при которых в колонне отделения тяжелых фракций выше входного отверстия создается более низкое давление по сравнению с давлением потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, который подают в колонну отделения тяжелых фракций, и при этом давление на выходе из колонны отделения тяжелых фракций составляет менее 1,0 бар абс., число теоретических ступеней разделения между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет по крайней мере 5, предпочтительно по крайней мере 7, более предпочтительно по крайней мере 10, а перепад давления в части колонны отделения тяжелых фракций между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет не более 10 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения.
В настоящем изобретении предлагается способ эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты, который характеризуется сниженными энергозатратами нагревателя по сравнению со стандартно используемыми конструкциями колонны отделения тяжелых фракций. В настоящем изобретении также независимо предлагается способ отделения потока, включающего в основном уксусную кислоту, из потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, с использованием колонны отделения тяжелых фракций, которая определена в данном контексте как дистилляционная колонна.
Было установлено, что энергозатраты нагревателя для колонны отделения тяжелых фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты можно снизить при использовании массообменных устройств в колонне (внутренних элементов дистилляционной колонны, используемых для улучшения фракционирования, таких как тарелки и насадка), характеризующихся низким перепадом давления в расчете на теоретическую ступень разделения, причем также неожиданно было установлено, что использование внутренних элементов колонны, характеризующихся низким перепадом давления в расчете на теоретическую ступень разделения, в части колонны между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона обеспечивает намного более значительное снижение энергозатрат нагревателя по сравнению с использованием указанных массообменных устройств в других частях дистилляционной колонны отделения тяжелых фракций.
Таким образом неожиданно было установлено, что при эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций, характеризующейся низким перепадом давления в расчете на теоретическую ступень разделения в части колонны отделения тяжелых фракций между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона, наряду с давлением на выходе ниже 1,0 бар абс., можно использовать значительно более низкую мощность нагревателя (в отношении энергопотребления), и в тоже время поддерживать те же самые рабочие характеристики разделения. Также неожиданно было установлено, что для конструкций, в которых отсутствует низкий перепад давления в расчете на теоретическую ступень разделения в части колонны отделения тяжелых фракций между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона, мощность нагревателя (в отношении энергопотребления) не снижается в значительной степени при снижении перепада давления в расчете на теоретическую ступень разделения в частях колонны отделения тяжелых фракций выше выходного отверстия для продукта бокового погона и ниже входного отверстия, даже если в частях колонны отделения тяжелых фракций выше выходного отверстия для продукта бокового погона и ниже входного отверстия присутствует значительно большее число теоретических ступеней разделения по сравнению с частью между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона.
Использованный в данном контексте термин «промышленная установка для получения уксусной кислоты» обозначает установку, на которой получают продукт очищенной уксусной кислоты.
В настоящем изобретении промышленная установка для получения уксусной кислоты включает реакционную секцию, секцию регенерации легких фракций, включающую колонну отделения легких фракций, и колонну отделения тяжелых фракций. Как правило, между реакционной секцией и секцией регенерации легких фракций используют зону испарения. Могут присутствовать также другие реакторы или дистилляционные зоны.
В настоящем изобретении способ, которым получают уксусную кислоту, представляет собой способ, которым также получают пропионовую кислоту или в качестве побочного продукта, или в качестве совместного продукта, включая способы, которыми получают соединения-предшественники пропионовой кислоты, которые затем превращают в пропионовую кислоту на промышленной установке для получения уксусной кислоты. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения способ, которым получают уксусную кислоту, представляет собой карбонилирование метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии каталитической системы на основе металлов группы VIII. Оборудование промышленной установки для получения уксусной кислоты при карбонилировании метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии каталитической системы на основе металлов группы VIII, а также его эксплуатация известны в данной области техники.
Реакционная секция промышленной установки для получения уксусной кислоты согласно настоящему изобретению представляет собой любую пригодную реакционную установку, которую можно использовать для получения потока продукта, содержащего уксусную кислоту. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения реакционной секцией промышленной установки для получения уксусной кислоты является один или более реакторов, в которых можно получать уксусную кислоту при карбонилировании метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии каталитической системы на основе металлов группы VIII. Пригодные реакторы и конструкции множества реакторов, которые можно использовать для карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного, известны в данной области техники.
В реакционной секции промышленной установки для получения уксусной кислоты проводят пригодную реакцию получения уксусной кислоты, в одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения для получения уксусной кислоты проводят карбонилирование метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии катализатора карбонилирования на основе металла группы VIII и йодистого метила. Способы и катализаторы карбонилирования метанола на основе металлов группы VIII известны в данной области техники.
Способы карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии каталитической системы на основе металлов группы VIII можно осуществлять в ходе гомогенного процесса или гетерогенного процесса.
Соответственно, в гетерогенном процессе карбонилирования катализатор карбонилирования на основе металла группы VIII, такого как родий и/или иридий, наносят на инертную подложку, такую как углерод и активированный уголь. Необязательно катализатор также может включать по крайней мере один металл-промотор. Пригодные металлы-промоторы включают рутений, железо, никель, литий и кобальт. Реагент - метанол, можно подавать в процесс в жидкой и/или газообразной фазе. Йодистый метил и необязательно воду предпочтительно подают в процесс в парообразной фазе.
Соответственно, в гетерогенном жидкофазном процессе карбонилирования используют жидкую реакционную композицию, включающую катализатор карбонилирования на основе металла группы VIII, йодистый метил, метилацетат и воду, при этом жидкая реакционная композиция также включает некоторое количество побочного продукта - пропионовую кислоту.
Соответственно, катализатором карбонилирования на основе металла группы VIII в жидкой реакционной композиции является иридий- и/или родий-содержащее соединение, которое растворимо в жидкой реакционной композиции. Катализатор карбонилирования на основе иридия и/или родия можно добавлять в жидкую реакционную композицию в любой пригодной форме, которая растворяется в жидкой реакционной композиции, или которую можно превратить в растворимую форму.
3
3
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
2
4
12
3
2
3
2
3
12
2
3
2
2
3
3
6
2
3
2
6
-
-
-
-
Примеры пригодных иридий-содержащих соединений, которые можно использовать в жидкой реакционной композиции, включают IrCl, IrI, IrBr, [Ir(CO)I], [Ir(CO)Cl], [Ir(CO)Br], [Ir(CO)I], [Ir(СО)Br], [Ir(СО)I], [Ir(СН)I(СО)], Ir(CO), IrCl×4HO, IrBr×4HO, Ir(CO), металлический иридий, IrO, IrO, Ir(acac)(CO), Ir(acac), ацетат иридия, [IrO(ОАс)(НO)][ОАс], а также гексахлориридиевую кислоту [НIrCl], предпочтительно несодержащие хлор комплексы иридия, такие как ацетаты, оксалаты и ацетоацетаты.
Соответственно, концентрация иридиевого катализатора в жидкой реакционной композиции находится в диапазоне от 100 част./млн до 6000 част./млн в расчете на массу иридия.
2
2
2
2
2
3
3
3
3
2
Примеры пригодных родий-содержащих соединений, которые можно использовать в жидкой реакционной композиции, включают [Rh(CO)Cl], [Rh(CO)I], [Rh(Cod)Cl], хлорид родия (III), тригидрат хлорида родия (III), бромид родия (III), иодид родия (III), ацетат родия (III), дикарбонилацетилацетонат родия, RhCl(PPh) и RhCl(CO)(PPh).
Соответственно, концентрация родиевого катализатора в жидкой реакционной композиции находится в диапазоне от 1 част./млн до предела растворимости родия в реакторе и/или в системе извлечения продукта, как правило, в диапазоне от 10 част./млн до 1500 част./млн в расчете на массу родия.
Если катализатором карбонилирования на основе металла группы VIII является катализатор карбонилирования на основе иридия, жидкая реакционная композиция необязательно может включать промотор, выбранный из группы, включающей рутений, осмий и рений.
Если катализатором карбонилирования на основе металла группы VIII является катализатор карбонилирования на основе родия, жидкая реакционная композиция необязательно может включать промотор, выбранный из щелочных металлов и/или органического йодида, такого как йодид четвертичного аммония. Предпочтительно, промотором является йодид лития.
Концентрация метилацетата в жидкой реакционной композиции для катализируемого родием карбонилирования соответственно находится в диапазоне от 0,1 мас. % до 70 мас. %, а для катализируемого иридием карбонилирования соответственно находится в диапазоне от 1 мас. % до 70% мас. %.
Жидкая реакционная композиция содержит воду. Вода образуется in situ в жидкой реакционной композиции в ходе реакции этерификации между метанолом и продуктом уксусной кислоты. Дополнительное количество воды можно вводить в реактор карбонилирования наряду с другими компонентами жидкой реакционной композиции или отдельно от них. Предпочтительно, концентрация воды в жидкой реакционной композиции находится в диапазоне от 0,1 мас. % до 15 мас. %, более предпочтительно от 1 мас. % до 15 мас. %.
Жидкая реакционная композиция также содержит побочный продукт - пропионовую кислоту. Несмотря на то, что концентрация пропионовой кислоты в жидкой реакционной композиции зависит от конкретной каталитической системы и используемых условий, как правило, концентрация пропионовой кислоты в жидкой реакционной композиции может находиться в диапазоне от 200 мас. част./млн до 2500 мас. част./млн, более часто в диапазоне от 400 мас. част./млн до 2000 мас. част./млн, например, в диапазоне от 600 мас. част./млн до 1400 мас. част./млн.
Концентрация йодистого метила, используемого в жидкой реакционной композиции, предпочтительно находится в диапазоне от 1 мас. % до 20 мас. %.
В жидкой реакционной композиции можно использовать растворитель, предпочтительно уксусную кислоту.
В процессе карбонилирования используют монооксид углерода. Монооксид углерода является в основном чистым или может содержать примеси, такие как диоксид углерода, метан, азот, водород и инертные газы.
Соответственно, парциальное давление монооксида углерода составляет от приблизительно 1 бар до приблизительно 70 бар, например, от приблизительно 1 бар до приблизительно 35 бар.
Соответственно, процесс карбонилирования проводят при общем давлении от приблизительно 10 бар изб. до приблизительно 100 бар изб.
Соответственно, процесс карбонилирования проводят при температуре от приблизительно 100°С до приблизительно 300°С.
Процесс карбонилирования можно проводить или в ходе периодического процесса, или в ходе непрерывного процесса, предпочтительно в ходе непрерывного процесса.
На промышленной установке для получения уксусной кислоты зону испарения предпочтительно используют между реакционной секцией и секцией регенерации легких фракций. Зона испарения предназначена для разделения жидкой реакционной композиции, поступающей из реакционной секции, на (i) парообразную фракцию, включающую воду, продукт уксусной кислоты, метилацетат, йодистый метил и пропионовую кислоту, которую затем направляют в колонну отделения легких фракций, и (ii) жидкую фракцию, включающую катализатор. Жидкую фракцию можно затем направлять через рециркуляционную систему в реакционную секцию.
Пригодное оборудование и условия эксплуатации в зоне испарения известны специалистам в данной области техники.
Секция регенерации легких фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты предназначена для отделения по крайней мере компонентов, которые являются более летучими по сравнению с уксусной кислотой, из потока, поступающего в секцию регенерации легких фракций из реакционной секции (или из зоны испарения, если зона испарения расположена между реакционной секцией и секцией регенерации легких фракций).
В варианте осуществления настоящего изобретения, в котором способ, которым получают уксусную кислоту, представляет собой карбонилирование метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии каталитической системы на основе металлов группы VIII, секция регенерации легких фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты выполняет двойную функцию: очистки сырой уксусной кислоты (жидкой реакционной композиции из реакционной секции и/или парообразной фракции из зоны испарения) и йодистого метила и метилацетата для подачи через рециркуляционную систему в реакционную секцию.
В варианте осуществления настоящего изобретения, в котором способ, которым получают уксусную кислоты, представляет собой карбонилирование метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в присутствии каталитической системы на основе металлов группы VIII, термин «колонна отделения легких фракций» обозначает дистилляционную колонну, в которой происходит отделение сырого продукта уксусной кислоты, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, от легких фракций, йодистого метила и метилацетата. В связи с этим, использованный в данном контексте термин «колонна отделения легких фракций» включает такие дистилляционные колонны, которые называются в данной области техники «дистилляционные колонны отделения легких фракций», а также «комбинированные колонны отделения легких фракций и осушки». Комбинированная колонна отделения легких фракций и осушки представляет собой колонну отделения легких фракций, в которой из упомянутого выше сырого продукта уксусной кислоты удаляют воду, при этом получают высушенный продукт уксусной кислоты, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту.
Термин «сухой», «высушенный» и т.п., который используется в отношении потоков, включающих уксусную кислоту и необязательно пропионовую кислоту, обозначает потоки, включающие не более 1500 мас. част./млн воды.
Как правило, если уксусную кислоту получают карбонилированием метанола и/или его реакционноспособного производного, питающий поток, поступающий в колонну отделения легких фракций, представляет собой парообразный поток, включающий уксусную кислоту, воду, монооксид углерода, метилацетат, йодистый метил и пропионовую кислоту. Обычно парообразным потоком является парообразная фракция, полученная из зоны испарения.
В колонне отделения легких фракций более высоко кипящие компоненты - уксусную кислоту и пропионовую кислоту, отделяют от более низко кипящих компонентов, таких как йодистый метил и метилацетат.
Условия и конструкция, при которых эксплуатируют колонну отделения легких фракций, не являются существенными для настоящего изобретения при условии, что достигается отделение уксусной кислоты и пропионовой кислоты от йодистого метила и метилацетата. Соответственно, колонна отделения легких фракций может включать вплоть до 40 теоретических тарелок. Колонну можно эксплуатировать при любом пригодном давлении, например, при давлении на выходе от 1,0 бар изб. до 3,0 бар изб., как правило, от 1,0 бар изб. до 2,5 бар изб., и при давлении в основания колонны от 1,2 бар изб. до 3,8 бар изб., как правило, от 1,2 бар изб. до 3,5 бар изб. Температура эксплуатации колонны отделения легких фракций зависит от ряда факторов, включая состав питающего потока, верхнего и основного потоков, а также от рабочего давления. Как правило, значения температуры в основания колонны могут находиться в диапазоне от 125°С до 180°С, а типичные значения температуры верхних потоков могут находиться в диапазоне от 105°С до 140°С.
В основном, из колонны отделения легких фракций удаляют по крайней мере два потока: поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, и в качестве верхнего погона, поступающего из колонны, парообразную фракцию, включающую метилацетат, воду, уксусную кислоту и монооксид углерода, а также йодистый метил, если уксусную кислоту получают карбонилированием метанола и/или его реакционноспособного производного.
Поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, можно удалять из любого пригодного участка колонны отделения легких фракций, например, из участка, расположенного ниже входного отверстия, или в виде жидкости или пара из нижней части колонны.
Поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, удаленный из колонны отделения легких фракций, при необходимости можно высушивать, например, в колонне осушки. Обычно, если колонной отделения легких фракций является комбинированная дистилляционная колонна отделения легких фракций и осушки, отдельная колонна осушки не требуется.
Отделенную воду можно направлять через рециркуляционную систему в реактор и/или удалять из процесса.
Вторая часть системы регенерации легких фракций состоит из секции конденсации, включающей один или более конденсаторов и/или охлаждающих аппаратов, предназначенных для конденсации парообразной фракции верхнего погона, поступающей из колонны отделения легких фракций, при этом получают жидкую фракцию. Для конденсации парообразной фракции верхнего погона и образования жидкой фазы можно использовать любой известный пригодный способ, однако, как правило, указанное достигают при охлаждении, используя, например, по крайней мере, один теплообменник. Теплообменник(и) можно снабжать водой в качестве хладагента.
Компоненты парообразной фракции верхнего погона, поступающего из колонны отделения легких фракций, которые не конденсируются, например, монооксид углерода, диоксид углерода, инертные газы, газообразные побочные продукты реакции удаляют из секции конденсации в виде потока отходящего газа. Если уксусную кислоту получают карбонилированием метанола и/или его реакционноспособного производного, указанный поток отходящего газа включает йодистый метил, присутствующий в качестве захваченного йодистого метила и/или испаренного йодистого метила, и обычно также включает некоторое количество метилацетата и воды.
Жидкая фракция, поступающая из секции конденсации, содержит главным образом метилацетат, воду и уксусную кислоту, а также йодистый метил, если уксусную кислоту получают карбонилированием метанола и/или его реакционноспособного производного, однако указанная фракция может также содержать захваченные или растворенные газообразные компоненты, такие как монооксид углерода, диоксид углерода и инертные газы.
Из секции конденсации жидкую фракцию можно направлять в отстойник, где она разделятся на два слоя: нижний (органический) слой, включающий метилацетат и, если уксусную кислоту получают карбонилированием метанола и/или его реакционноспособного производного, йодистый метил, и верхний (водный) слой, включающий воду. По крайней мере часть, предпочтительно весь верхний (водный) слой из отстойника, как правило, возвращают в виде флегмы в верхнюю часть или вблизи верхней части колонны отделения легких фракций. По крайней мере часть, предпочтительно весь нижний (органический) слой из отстойника, как правило, направляют через рециркуляционную систему в реакционную секцию.
Из отстойника также можно отводить отходящий газ.
Отходящий газ, отведенный из колонны отделения легких фракций и необязательно из отстойника, перед утилизацией, как правило, направляют в установку скрубберной очистки отходящего газа.
В настоящем изобретении поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, полученный из секции регенерации легких фракций, который подают в колонну отделения тяжелых фракций, предпочтительно представляет собой продукт высушенной уксусной кислоты, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту. Таким образом, если поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, и полученный из секции регенерации легких фракций, включает более 1500 мас. част./млн воды, его предпочтительно высушивают в отдельной колонне осушки перед подачей в колонну отделения тяжелых фракций. Пригодные колонны и условия осушки потоков уксусной кислоты, включая потоки, содержащие пропионовую кислоту и характеризующиеся содержанием воды более 1500 мас. част./млн, известны в данной области техники, и можно использовать любой такой пригодный процесс.
Затем поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, предпочтительно высушенный поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту и полученный из секции регенерации легких фракций, подают в колонну отделения тяжелых фракций через входное отверстие, расположенное в промежуточном участке колонны, а поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для продукта бокового погона. Поток продукта, включающий пропионовую кислоту, также отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для тяжелых продуктов. Дополнительные потоки, включающие уксусную кислоту, также можно удалять из колонны отделения тяжелых фракций, например, потоки уксусной кислоты, удаленные из колонны отделения тяжелых фракций в виде верхнего погона.
Поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отведенный из колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению, как правило, содержит не более 400 мас. част./млн пропионовой кислоты, предпочтительно менее 400 мас. част./млн пропионовой кислоты, более предпочтительно менее 300 мас. част./млн пропионовой кислоты, например, 250 мас. част./млн пропионовой кислоты или менее. Предпочтительно, поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отведенный из колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению, содержит не более 400 мас. част./млн пропионовой кислоты, предпочтительно менее 400 мас. част./млн пропионовой кислоты, более предпочтительно менее 300 мас. част./млн пропионовой кислоты, например, 250 мас. част./млн пропионовой кислоты или менее, и не более 1500 мас. част./млн воды, предпочтительно менее 1500 мас. част./млн воды.
В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отведенный из колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению, содержит менее 400 мас. част./млн пропионовой кислоты (более предпочтительно менее 300 мас. част./млн пропионовой кислоты, например, 250 мас. част./млн пропионовой кислоты или менее), менее 1500 мас. част./млн воды, и в указанном потоке общее количество обоих продуктов: пропионовой кислоты и воды, составляет не более 1500 мас. част./млн.
Колонной отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению является дистилляционная колонна, включающая входное отверстие, расположенное в среднем участке колонны, выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное в участке колонны, который находится выше входного отверстия, и выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное в участке колонны, который находится ниже входного отверстия. Колонну отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению можно разделить на три части относительно входного отверстия и выходного отверстия для продукта бокового погона, а именно, верхнюю секцию, которая состоит из дистилляционной колонны, расположенной выше выходного отверстия для продукта бокового погона, среднюю секцию, которая находится между выходным отверстием для продукта бокового погона и входным отверстием, и нижнюю секцию, которая расположена ниже входного отверстия.
В колонне отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению число теоретических ступеней разделения в средней секции (часть, которая расположена между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона) составляет по крайней мере 5, предпочтительно по крайней мере 7, более предпочтительно по крайней мере 10. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения число теоретических ступеней разделения в средней секции находится в диапазоне от 10 до 20, предпочтительно в диапазоне от 12 до 16.
Перепад давления в средней секции колонны отделения тяжелых фракций составляет не более 10 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения, т.е. суммарный перепад давления в средней секции колонны отделения тяжелых фракций не должен превышать суммарную величину перепада давления, рассчитанную при умножении числа теоретических ступеней разделения, присутствующих в средней секции колонны отделения тяжелых фракций, на 10 мбар, например, если средняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит 15 теоретических ступеней разделения, максимальный перепад давления в средней секции колонны отделения тяжелых фракций составляет 150 мбар. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения перепад давления вдоль средней секции колонны отделения тяжелых фракций (т.е. суммарный перепад давления между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона) составляет не более 80 мбар, предпочтительно не более 60 мбар.
Число теоретических ступеней разделения в верхней секции и в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций не является решающим фактором по настоящему изобретению, и его определяет специалист в данной области техники.
Колонна отделения тяжелых фракций также включает другие стандартные элементы дистилляционной колонны, например, в верхней части колонны находится выходное отверстие, которое соединено с конденсатором, а в нижней части колонны отделения тяжелых фракций расположен нагреватель, или он присоединен к ней. Колонна отделения тяжелых фракций может быть снабжена дополнительными входными и/или выходными отверстиями, такими как входное отверстие для флегмы, расположенное в верхней части колонны или вблизи верхней части колонны, предназначенное для возврата любых жидкостей, сконденсированных в конденсаторе, при этом колонна отделения тяжелых фракций может быть снабжена дополнительными выходными отверстиями для продукта, а в конструкциях, где нагреватель не является частью дистилляционной колонны, колонна может быть снабжена входным отверстием у основания колонны или вблизи основания колонны. Конструкция и эксплуатация таких дополнительных элементов колонны отделения тяжелых фракций известны в данной области техники.
Поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для продукта бокового погона. Конструкция пригодного выходного отверстия для продукта бокового погона известна в данной области техники, и можно использовать любую такую пригодную конструкцию выходного отверстия для продукта бокового погона.
В одной конкретной конструкции выходного отверстия для продукта бокового погона, в выходное отверстие для продукта бокового погона поступает часть жидкого потока, который накапливается в массообменном устройстве колонны, предпочтительно на тарелке, в участке отведения бокового погона. Жидкость накапливается в сливном кармане, который по существу представляет собой сборник, расположенный на периферии тарелки отбора, и затем жидкость спускают через боковой штуцер, расположенный на боковой стенке колонны. Оставшуюся часть неотведенной жидкости используют для обеспечения внутренней флегмы на следующую нижнюю тарелку. Размер и положение указанного бокового штуцера в выходном отверстии для продукта бокового погона тщательно регулируют, чтобы свести к минимуму потери давления при выходе потока из колонны отделения тяжелых фракций по сравнению с величиной статического напора жидкости, находящейся в сливном кармане выше бокового штуцера. Размер бокового штуцера и уровень его расположения ниже тарелки, с которой происходит отбор (т.е. длину сливного кармана), следует определять после проведения специального расчета, чтобы исключить образование двухфазного потока.
В указанной конструкции выходного отверстия для продукта бокового погона потерю давления на выходе рассчитывают из скорости жидкого продукта на выходе с использованием уравнения затопленного водослива. Высоту от верхней части бокового штуцера до верхней части сливного кармана рассчитывают таким образом, чтобы при этом получить статический напор прозрачной жидкости, который превышает эквивалентную потерю гидравлического напора, рассчитанную по уравнению затопленного водослива, для расчета степени вспенивания в сливном кармане используют также фактор безопасности, равный от 1,5 до 2,5. Таким образом, достаточно большой размер выходного отверстия бокового штуцера исключает потерю давления, в результате которой жидкость может оказаться под более низким давлением по сравнению с давлением ее насыщенного пара, что может вызвать взрывное испарение. Расстояние от верхней части бокового штуцера до верхней части сливного кармана также рассчитывают таким образом, чтобы оно превышало диаметр бокового штуцера, и чтобы исключить завихрение, которое может также привести к захвату пара потоком жидкости, поступающим с расположенной выше тарелки, при этом в условиях ограниченного пространства по вертикали для достижения того же результата в сливном кармане также можно использовать выпрямитель потока, как правило, «решетчатого типа» или «крестового типа». В другом варианте в качестве ориентира, выше которого должен располагаться уровень жидкости, чтобы исключить завихрение или взрывное испарение, следует использовать осевую линию (а не верхнюю часть) бокового штуцера. Применение указанных мер может эффективно обеспечить присутствие в боковом штуцере всегда только жидкости и таким образом может исключить нестабильные условия эксплуатации и образование любых ограничений потока, которые могут вызвать двухфазный поток.
Типы массообменных устройств дистилляционной колонны отделения тяжелых фракций не ограничены при условии, что удовлетворяются требования к числу теоретических ступеней разделения и перепаду давления в средней секции колонны отделения тяжелых фракций. Стандартными массообменными устройствами, используемыми в дистилляционных колоннах, являются тарелки и насадка. Тарелки характеризуются большим перепадом давления в расчете на теоретическую ступень разделения по сравнению с насадкой. Однако использование тарелок может иметь преимущества, прежде всего в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций, так как, как правило, тарелки изготавливают из материалов большей толщины по сравнению с насадкой, и, следовательно, они могут подвергаться большей степени коррозии до их разрушения.
При условии, что средняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит требуемое число теоретических ступеней разделения, и не превышен определенный максимальный перепад давления, средняя секция колонны отделения тяжелых фракций может включать тарелки, насадку или их комбинацию. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит насадку.
При использовании насадки в средней секции колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению, можно использовать любой пригодный тип насадки, который обеспечивает требуемое число теоретических ступеней разделения, не превышая максимально допустимый перепад давления, причем примеры пригодных типов насадки, которые можно использовать, включают, но не ограничиваясь только ими, Pall Rings, Saddles, Raschig Rings, структурированную насадку из гофрированных листов, структурированную насадку из проволочной сетки и решетчатые насадки, конкретные примеры насадки, которую можно использовать, включают Koch Glitsch IMTP (торговая марка), ULTRA (торговая марка), FLEXIRING (торговая марка), HYPAK (торговая марка), INTALOX saddles (торговая марка), CMR (торговая марка), В-ETA ring (торговая марка), Sulzer I-Rings (торговая марка), C-Rings (торговая марка), P-rings (торговая марка), Nutter Rings (торговая марка), R-Rings (торговая марка), Sulzer Mellapak (торговая марка) (или Mellapak Plus (торговая марка)), Koch Glitsch Flexipac (торговая марка) (или Flexipac НС (торговая марка)), а также Koch Glitsch INTALOX (торговая марка).
Верхняя секция колонны отделения тяжелых фракций может включать тарелки, насадку или их комбинацию.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения верхняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит насадку. Без ссылки на какую-либо теорию полагают, что использование насадки в верхней секции колонны отделения тяжелых фракций может обеспечить незначительное снижение мощности нагревателя (в отношении энергопотребления).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения верхняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит тарелки.
Нижняя секция колонны отделения тяжелых фракций может включать тарелки, насадку или их комбинацию.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения нижняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит насадку. Без ссылки на какую-либо теорию полагают, что использование насадки в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций может обеспечить незначительное снижение мощности нагревателя (в отношении энергопотребления), а также незначительное снижение температуры нагревателя.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения нижняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит тарелки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, который подают в колонну отделения тяжелых фракций, представляет собой по крайней мере частично парообразную фазу, и, предпочтительно, указанный поток подают в колонну отделения тяжелых фракций в виде смешанного парожидкостного питающего потока. В предпочтительном варианте давление в колонне отделения тяжелых фракций на уровне входного отверстия составляет менее 1,0 бар абс. Давление на уровне входного отверстия, через которое поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, подают в колонну отделения тяжелых фракций, определяется давлением на выходе из колонны отделения тяжелых фракций, а также перепадом давления между верхней частью колонны и положением входного отверстия. Давление во входном отверстии колонны отделения тяжелых фракций определяет и контролирует специалист в области дистилляции.
Входное отверстие колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению необязательно может включать устройство для распределения питающего потока, причем такие устройства и их применение известны в данной области техники.
Колонну отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению эксплуатируют в условиях, при которых в колонне отделения тяжелых фракций выше входного отверстия создается более низкое давление по сравнению с давлением потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, который подают в колонну отделения тяжелых фракций.
Колонну отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению эксплуатируют таким образом, чтобы обеспечить давление на выходе ниже 1,0 бар абс. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения колонну отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению эксплуатируют таким образом, чтобы обеспечить давление на выходе ниже 0,9 бар абс., предпочтительно ниже 0,8 бар абс., более предпочтительно ниже 0,7 бар абс. В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения колонну отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению эксплуатируют таким образом, чтобы обеспечить давление на выходе в диапазоне от 0,3 бар абс. до 0,9 бар абс., предпочтительно в диапазоне от 0,4 бар абс. до 0,8 бар абс., более предпочтительно в диапазоне от 0,5 бар абс. до 0,7 бар абс.
Способы контроля давления на выходе дистилляционных колонн, таких как колонна отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению, известны в данной области техники, и можно использовать любой пригодный способ эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций при пониженном давлении.
В связи с тем, что колонну отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению эксплуатируют при давлении на выходе ниже 1,0 бар абс., необходимо предпринимать меры предосторожности, чтобы ограничить или предотвратить приток воздуха в секции колонны, в которых давление ниже по сравнению с атмосферным давлением, например, использовать предпочтительно сварные соединения, а не соединения фланцевого типа.
В варианте осуществления настоящего изобретения, где давление в колонне отделения тяжелых фракций во входном отверстии составляет менее 1,0 бар абс., давление в средней и верхней секциях колонны отделения тяжелых фракций должно быть ниже 1,0 бар абс., и в связи с этим необходимо предпринимать меры предосторожности, чтобы ограничить или предотвратить приток воздуха в верхнюю и среднюю секции колонны отделения тяжелых фракций, например, использовать предпочтительно сварные соединения, а не соединения фланцевого типа. Предпочтительно, все соединения в верхней и средней секциях колонны отделения тяжелых фракций, включая соединения входного отверстия, являются сварными.
В вариантах осуществления настоящего изобретения, где давление в основании колонны отделения тяжелых фракций составляет 1,0 бар абс. или менее, необходимо предпринимать меры предосторожности, чтобы ограничить или предотвратить приток воздуха в нижнюю секцию колонны отделения тяжелых фракций, например, использовать предпочтительно сварные соединения, а не соединения фланцевого типа. Предпочтительно, все соединения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций являются сварными.
Предпочтительно, при использовании массообменных устройств в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению, характеризующейся перепадом давлением, достаточным для того, чтобы обеспечить более высокое давление в основании колонны по сравнению с атмосферным давлением, в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций можно использовать стандартные соединения, такие как соединения фланцевого типа, так как давление в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций является достаточным для предотвращения притока воздуха. Во избежание неопределенности, нижняя секция колонны отделения тяжелых фракций не содержит входного отверстия, но включает часть колонны отделения тяжелых фракций ниже входного отверстия. Использование соединений фланцевого типа может обеспечить более эффективную и простую конструкцию колонны отделения тяжелых фракций по настоящему изобретению по сравнению с использованием соединений сварочного типа.
Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения колонна отделения тяжелых фракций содержит тарелки в нижней секции и характеризуется перепадом давления в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций более 10 мбар, предпочтительно, по крайней мере 15 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций, еще более предпочтительно по крайней мере 20 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения колонна отделения тяжелых фракций содержит тарелки в нижней секции и характеризуется таким перепадом давления, которое обеспечивает более высокое давление в основании колонны отделения тяжелых фракций по сравнению с атмосферным давлением.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения колонна отделения тяжелых фракций содержит тарелки в нижней секции и характеризуется таким перепадом давления, при котором давление в основании колонны отделения тяжелых фракций составляет по крайней мере 1,05 бар абс., предпочтительно по крайней мере 1,1 бар абс.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения колонна отделения тяжелых фракций содержит тарелки в нижней секции, а перепад давления в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций составляет более 10 мбар, предпочтительно по крайней мере 15 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций, еще более предпочтительно по крайней мере 20 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций, при этом перепад давления также обеспечивает более высокое давление в основании колонны отделения тяжелых фракций по сравнению с атмосферным давлением.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения колонна отделения тяжелых фракций содержит тарелки в нижней секции, характеризуется перепадом давления в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций более 10 мбар, предпочтительно по крайней мере 15 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций, еще более предпочтительно по крайней мере 20 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения в нижней секции колонны отделения тяжелых фракций, а также характеризуется перепадом давления, при котором давление в основании колонны отделения тяжелых фракций составляет по крайней мере 1,05 бар абс., предпочтительно по крайней мере 1,1 бар абс.
В первом объекте настоящего изобретения предлагается способ эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций на промышленной установке для получения уксусной кислоты, где указанная промышленная установка включает по крайней мере реакционную секцию, секцию регенерации легких фракций, включающую дистилляционную колонну отделения легких фракций, и колонну отделения тяжелых фракций, при этом поток, включающий уксусную кислоту и пропионовую кислоту, полученный из секции регенерации легких фракций, подают в колонну отделения тяжелых фракций через входное отверстие, расположенное в промежуточном участке колонны отделения тяжелых фракций, а поток продукта, включающий в основном уксусную кислоту, отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное выше входного отверстия, и поток продукта, включающий пропионовую кислоту, отводят из колонны отделения тяжелых фракций через выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное ниже входного отверстия, при этом колонную отделения тяжелых фракций эксплуатируют в условиях, при которых в колонне отделения тяжелых фракций выше входного отверстия создается более низкое давление по сравнению с давлением потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, который подают в колонну отделения тяжелых фракций, и при этом давление на выходе из колонны отделения тяжелых фракций составляет менее 1,0 бар абс., число теоретических ступеней разделения между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет по крайней мере 5, предпочтительно по крайней мере 7, более предпочтительно по крайней мере 10, а перепад давления в части колонны отделения тяжелых фракций между входным отверстием и выходным отверстием для продукта бокового погона составляет не более 10 мбар в расчете на теоретическую ступень разделения.
В следующем объекте настоящего изобретения предлагается способ отделения уксусной кислоты из потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, где указанный поток подают в дистилляционную колонну с характерными для колонны отделения тяжелых фракций конструкционными особенностями, как описано выше, и эксплуатируют указанную колонну в соответствии с порядком технологической эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций, как определено выше.
В еще одном объекте настоящего изобретения предлагается способ получения уксусной кислоты на промышленной установке для получения уксусной кислоты, включающей реакционную секцию, секцию регенерации легких фракций, включающую колонну отделения легких фракций, и колонну отделения тяжелых фракций, при этом указанный способ включает стадии:
(а) проведение в реакционной секции карбонилирования метанола и/или его реакционноспособного производного монооксидом углерода в жидкой реакционной композиции, включающей катализатор карбонилирования на основе металла группы VIII, йодистый метил в качестве сокатализатора, уксусную кислоту, воду, метилацетат, побочный продукт - пропионовую кислоту, и необязательно промотор,
(б) отведение по крайней мере части жидкой реакционной композиции из реакционной секции и подача отведенной жидкой реакционной композиции в зону испарения, при этом получают парообразную фракцию, включающую воду, уксусную кислоту, метилацетат, йодистый метил и побочный продукт - пропионовую кислоту, а также жидкую фракцию, включающую катализатор,
(в) подача жидкой фракции из зоны испарения через рециркуляционную систему в реакционную секцию,
(г) подача парообразной фракции, полученной из зоны испарения, в колонну отделения легких фракций в секции регенерации легких фракций,
(д) удаление потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, из колонны отделения легких фракций,
(е) необязательно высушивание потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, удаленного из колонны отделения легких фракций, в отдельной колонне осушки и
(ж) подача потока, включающего уксусную кислоту и пропионовую кислоту, в колонну отделения тяжелых фракций через входное отверстие, расположенное в промежуточном участке колонны отделения тяжелых фракций, отведение потока продукта, включающий в основном уксусную кислоту, через выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное выше входного отверстия, и отведение потока продукта, включающий пропионовую кислоту, через выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное ниже входного отверстия, при этом колонна отделения тяжелых фракций представляет собой колонну отделения тяжелых фракций с характерными для колонны отделения тяжелых фракций конструкционными особенностями, как определено выше, и указанную колонну эксплуатируют в соответствии с порядком технологической эксплуатации колонны отделения тяжелых фракций, как определено выше.
Пример
Эксплуатацию колонн отделения тяжелых фракций согласно настоящему изобретению и колонн отделения тяжелых фракций, выходящих за пределы настоящего изобретения, моделировали с использованием компьютерной модели ASPEN PLUS (торговая марка), версия 7.3. Моделируемая колонна отделения тяжелых фракций включала входное отверстие, расположенное в промежуточном участке колонны отделения тяжелых фракций, выходное отверстие для продукта бокового погона, расположенное выше входного отверстия, и выходное отверстие для тяжелых продуктов, расположенное ниже входного отверстия, и указанную колонну разделяли на три секции: верхняя секция, определенная как часть колонны выше выходного отверстия для продукта бокового погона, средняя секция, определенная как часть колонны между выходным отверстием для продукта бокового погона и входным отверстием, и нижняя секция, определенная как часть колонны ниже входного отверстия. Для каждой секции колонны моделировали два различных типа внутренних элементов колонны: тарелки и насадку. Подробное описание параметров, использованных в каждой из трех секций моделированной колонны отделения тяжелых фракций, приведены в табл. 1.
Моделируемую эксплуатацию колонны отделения тяжелых фракций осуществляли с использованием фиксированной композиции питающего потока, подаваемого во входное отверстие, и фиксированной композиции из выходного отверстия для продукта бокового погона, как определено ниже в табл. 2.
Эксплуатацию всех восьми возможных вариантов колонны отделения тяжелых фракций моделировали с использованием фиксированной температуры во входном отверстии, равной 156°С, фиксированного давления во входном отверстии, равного 6 бар абс., фиксированном давления на выходе, равного 0,565 бар абс., и заданного значения температуры охлаждающего потока в конденсаторе, равной 70°С. Результаты моделирования приведены ниже в табл. 3.
На фиг. 1 представлен график мощности нагревателя (МВт/т продукта уксусной кислоты), а также график давления во входном отверстии для всех моделированных вариантов колонны отделения тяжелых фракций.
На фиг. 2 представлен график мощности нагревателя (МВт/т продукта уксусной кислоты), а также график температуры в основании колонны для всех моделированных вариантов колонны отделения тяжелых фракций.
Полученные результаты четко свидетельствуют о том, что если средняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит насадку, требуемая мощность нагревателя значительно снижается по сравнению со случаем, когда средняя секция колонны отделения тяжелых фракций содержит тарелки. Давление во входном отверстии также следует общей тенденции, которая наблюдается для мощности нагревателя для всех вариантов (т.е. по мере снижения давления во входном отверстии, требуемая мощность нагревателя снижается).
При использовании насадки в нижней секции наблюдается наиболее значительное снижение температуры в основании колонны, однако использование насадки в нижней секции оказывает наиболее слабое влияние на снижение требуемой мощности нагревателя по сравнению с использованием более низкого давления во входном отверстии, как наблюдается в колоннах отделения тяжелых фракций, включающих насадку в средней секции.