СПОСОБ ГИДРОДЕХЛОРИРОВАНИЯ ЖИДКОГО СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО ДИХЛОРУКСУСНУЮ КИСЛОТУ
PROCESS FOR HYDRODECHLORINATION OF LIQUID FEED COMPRISING DICHLOROACETIC ACID

Данное изобретение относится к способу гидродехлорирования жидкого сырья, содержащего дихлоруксусную кислоту (ДХК).
Преобладающий промышленный путь для производства монохлоруксусной кислоты заключается в реагировании уксусной кислоты с хлором. Такой способ является общеизвестным и обычно задействует 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. 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 представлена в значительном количестве, как правило приблизительно 3-10%. Для снижения количества ДХК в МХК МХК/ДХК-содержащую смесь продуктов впоследствии подвергали способу очистки. Способ 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 для 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, требования к пространству и времени имеют большое значение. Кроме того, после нескольких кристаллизаций маточная жидкость остается содержащей 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 каталитическим гидродехлорированием (например, в соответствии с патентом США 5191118 и патентом США 5356850).
Эта реакция может быть осуществлена в паровой фазе (например, в соответствии с NL 109769 и DE 1072980). Однако для этой реакции в паровой фазе требуется испарение сырья в реактор для гидродехлорирования, что является непривлекательным с точки зрения потребления энергии и капитальных затрат на необходимое теплообменное оборудование.
Альтернативно гидродехлорирование осуществляется в суспензионных реакторах, в которых катализатор является тонкодиспергированным в жидкой фазе (например, в соответствии с патентом США 2863917, DE 1816931 и WO 2008/025758). Трудоемкое разделение тонкодиспергированного катализатора из жидкой фазы является значительным недостатком этих типов реакторов, и из-за высокой степени обратного смешивания в случае непрерывного функционирования этих реакторов будут требоваться множественные последовательные реакторы для достижения высокой степени превращения. Последнее приведет к высоким капитальным затратам.
Другая возможность заключается в том, чтобы подавать жидкую необработанную монохлоруксусную кислоту в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора, в котором она протекает струей вниз через гетерогенный катализатор, который помещен в неподвижный слой, тогда как водород подается в верхнюю часть или нижнюю часть вертикального трубчатого реактора (например, в соответствии с патентом США 3754029). Эти реакторы общеизвестны как реакторы со струйным слоем. Однако с гидродинамической точки зрения этот путь функционирования (с газом в потоке в обратном направлении) является невыгодным, так как это ограничивает емкость реакторной колонны захлебыванием.
Следовательно, предпочтительно подавать жидкую необработанную монохлоруксусную кислоту в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора, в котором она протекает струей вниз через гетерогенный катализатор, который размещен в неподвижном слое, с параллельным нисходящим потоком источника водорода (как также упомянуто в патенте США 3754029, RU 2318796 или RU 2391331). Этот путь функционирования предотвращает избыточное использование энергии для испарения жидкого сырья в колонну реактора, устраняет трудоемкое разделение тонко диспергированного катализатора в суспензионных реакторах и позволяет больший диапазон рабочих режимов по сравнению с реакторами со струйным слоем, функционирующими с источником водорода в обратном направлении потока.
Проектирование и увеличение масштаба этих реакторов со струйным слоем (также обозначенных в этом описании «вертикальные трубчатые реакторы») является очень сложным из-за затрудненной гидродинамики, как обсуждается, например, в Shah (Y. T. Shah, Gas-liquid-solid reactor design, McGraw-Hill Inc. 1979, p. 93), Westerterp & Wammes (K. Roel Westerterp, Wino J. A. Wammes: «Three-Phase Trickle-Bed Reactors» in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, weinheim, 2005, and Hofmann (Hans Hofmann, «Hydrodynamics and hydrodynamic models of fixed bed reactors» in Agostini Gianetto and Peter L. Silveston (eds.), Multiphase chemical reactors - theory, design, scale-up, Hemishere Publishing Co., 1986). Кроме того, невозможно, чтобы лабораторный вертикальный трубчатый реактор и промышленный вертикальный трубчатый реактор одновременно функционировали с одинаковой часовой объемной скоростью жидкости (т. е. количество жидкости, подаваемое в реактор в расчете на час и на единицу объема катализатора) и приведенной массовой скоростью (т. е. количество жидкости, подаваемое в реактор, в расчете на квадратный метр поперечного сечения), из-за большого различия между геометрией таких блоков (см., «Trickle-Bed Laboratory Reactors for Kinetic Studies», International Journal of Chemical Reactor Engineering, Vol. 7: R2, 2009).
Цель данного изобретения заключается в предоставлении способа очистки монохлоруксусной кислоты в промышленном масштабе каталитическим гидродехлорированием дихлоруксусной кислоты (и необязательно трихлоруксусной кислоты) в вертикальном трубчатом реакторе, в котором достигается более высокая скорость массопереноса в сочетании с распределением продолжительности пребывания, близким к распределению режима идеального вытеснения и в котором достигается более высокая степень превращения.
«Способ промышленного масштаба» означает, что каталитический этап гидродехлорирования осуществляется в вертикальном трубчатом реакторе промышленного размера, при этом в дальнейшем в этом документе подразумевается вертикальный трубчатый реактор, имеющий диаметр, равный или больший чем 0,4 м.
3
3
Другая цель данного изобретения заключается в предоставлении способа очистки монохлоруксусной кислоты промышленного масштаба каталитическим гидродехлорированием дихлоруксусной кислоты (и необязательно трихлоруксусной кислоты) в вертикальном трубчатом реакторе, при этом минимизируя необходимый запас катализатора. Неожиданно было обнаружено, что эти цели достигаются, когда для вертикального трубчатого реактора, имеющего некоторый диаметр, приведенная массовая скорость жидкости и приведенная скорость газа находятся в некотором диапазоне, так чтобы был получен относительно высокий средний аксиальный градиент давления. Более конкретно данное изобретение относится к способу, в котором жидкое сырье, содержащее монохлоруксусную кислоту, дихлоруксусную кислоту и необязательно уксусную кислоту и/или трихлоруксусную кислоту, подвергается каталитическому этапу гидродехлорирования 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, отличающийся тем, что указанный каталитический этап гидродехлорирования осуществляется в вертикальном трубчатом реакторе с диаметром, превышающим 0,4 м, при этом твердый гетерогенный катализатор гидрогенизации расположен в неподвижном катализаторном слое, в котором жидкое сырье подается в верхнюю часть указанного вертикального трубчатого реактора c приведенной массовой скоростью между 1 и 10 кг/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора и скоростью между 250 и 3000 кг/ч в расчете на м указанного каталитического слоя, в котором источник водорода подается в верхнюю часть или нижнюю часть вертикального трубчатого реактора с приведенной скоростью газа между 0,025 и 0,25 Нм/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора, так чтобы был получен средний аксиальный градиент давления по меньшей мере 2 кПа в расчете на метр указанного каталитического слоя, и в котором температура в верхней части вертикального трубчатого реактора составляет от 100 до 200°C и в котором давление в верхней части вертикального трубчатого реактора составляет от 0,2 до 1,0 МПа.
В предпочтительном варианте осуществления жидкое сырье, которое подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора, содержит по меньшей мере 5,5% по массе уксусной кислоты. Уксусная кислота будет частично испаряться в реакторе со струйным слоем и таким образом увеличивает падение давления в реакторе, с получением в результате более высокого коэффициента массопереноса.
Гетерогенный катализатор гидрогенизации в соответствии с данным изобретением предпочтительно содержит от 0,1 до 3% по массе, более предпочтительно от 0,5 до 2% по массе, исходя из общей массы гетерогенного катализатора, одного или более металлов группы VIII Периодической таблицы 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 способе по данному изобретению.
Носитель, на который были нанесены один или более металлов группы VIII Периодической системы элементов, является предпочтительно выбранным из группы, состоящей из активированного углерода, диоксида кремния, оксида алюминия, оксида циркония и оксида титана. Активированный углерод является наиболее предпочтительным. Носитель может содержать серу или содержащие серу компоненты (либо органической, либо неорганической природы).
2
В предпочтительном варианте осуществления гетерогенный катализатор, который применяется на этапе (b) способа в соответствии с данным изобретением, представляет собой палладий на носителе из активированного углерода, тогда как сера или содержащие серу компоненты, такие как CS, могут быть добавлены к сырью.
В одном варианте осуществления один или более металлов гетерогенного катализатора гидрогенизации были нанесены на частицы, приготовленные из активированного углерода, диоксида кремния или оксида алюминия, при этом указанные частицы представлены в виде гранул неправильной формы, сфер, колец, трех-, четырехдольчатых форм или экструдатов. Более предпочтительно указанные частицы представлены в виде экструдатов, трех- или четырехдольчатых форм, имеющих диаметр между 0,5 и 5 мм, предпочтительно от 0,8 до 3 мм и длину от 1 до 10 мм.
Катализатор расположен в неподвижном каталитическом слое. Этот неподвижный слой может состоять из одного единственного слоя или может быть подразделен на множество подслоев, которые совместно называются «неподвижный каталитический слой». Каталитический слой или каждый подслой поддерживаются поддерживающей матрицей. Кроме того, распределитель жидкости может быть установлен выше поверхности всего каталитического слоя и/или выше поверхности одного или более подслоев для обеспечения хорошего распределения жидкости по всему диаметру указанного каталитического слоя.
2
2
3
2
2
3
Пригодные конструкционные материалы для этих внутренних компонентов колонны (т.е. поддерживающая матрица 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. Предпочтительными конструкционными материалами для внутренних компонентов 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 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 способ очистки в соответствии с данным изобретением, представляет собой источник газообразного водорода, который может являться или по существу чистым газообразным водородом, или газом, содержащим газообразный водород и вплоть до 50 молярных % азота, хлороводорода или их смеси.
2
2
3
2
2
3
Этап гидродехлорирования 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). 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 полиэфирэфиркетон или покрытую PEEK сталь. 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; керамические материалы, такие 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. Жидкое сырье, содержащее монохлоруксусную кислоту, дихлоруксусную кислоту и необязательно уксусную кислоту и/или трихлоруксусную кислоту, подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора. Газообразный водород или смесь газообразного водорода и вплоть до 50 молярных % инертного газа предпочтительно подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора (с получением в результате совместного нисходящего потока с жидким сырьем). Газообразный водород или смесь газообразного водорода и вплоть до 50 молярных % инертного газа может также подаваться со дна вертикального трубчатого реактора (т. е. в обратном направлении с жидким сырьем); однако так как диапазон рабочих режимов меньше (т.е. емкость реактора ограничена захлебыванием), то вариант осуществления с совместным нисходящим потоком является предпочтительным.
2
Как упомянуто выше, жидкое сырье подается в верхнюю часть указанного вертикального трубчатого реактора c приведенной массовой скоростью между 1 и 10 кг/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения указанного реактора (термин «приведенная массовая скорость (кг/м/с)» относится к массовому потоку, разделенному на горизонтальную площадь поперечного сечения указанного реактора). Предпочтительно оно подается в верхнюю часть указанного вертикального трубчатого реактора c приведенной массовой скоростью по меньшей мере 2 кг/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения указанного реактора, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 кг/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения указанного реактора и наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 кг/с в расчете на квадратный метр 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 в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения указанного реактора, более предпочтительно c приведенной массовой скоростью самое большее 7 кг/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения указанного реактора и наиболее предпочтительно c приведенной массовой скоростью самое большее 6 кг/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения указанного реактора.
3
3
3
3
3
3
3
Источник водорода подается в верхнюю часть вертикального трубчатого реактора с приведенной скоростью газа от 0,025 до 0,25 Нм/с в расчете на квадратный метр 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 в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора, более предпочтительно с приведенной скоростью газа по меньшей мере 0,035 Нм/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора и наиболее предпочтительно с приведенной скоростью газа по меньшей мере 0,04 Нм/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора. Предпочтительно он подается с приведенной скоростью газа самое большее 0,25 Нм/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора, более предпочтительно самое большее 0,20 Нм/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора и наиболее предпочтительно самое большее 0,15 Нм/с в расчете на квадратный метр горизонтального поперечного сечения вертикального трубчатого реактора.
Температура в верхней части 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 со струйным слоем (см., например, Saroha & Nigam, «Trickle-bed reactors», Reviews in Chemical Engineering, 12, 3-4, 207-347, 1996), неподвижный слой, в котором расположен гетерогенный катализатор гидрогенизации, предпочтительно 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 то, что бывает получен каталитический слой, который однородно загружен и в котором плотность повышена по сравнению с другими технологиями загрузки реактора. По сравнению с загрузкой из дозирующего мешка, широко известной технологии загрузки, плотность каталитического слоя была повышена в среднем по меньшей мере на 10%, как описано в Gert Griffioen and Michel Wijbrands, «Caring for Catalysts», Hydrocarbon Engineering, June 201 Oby. 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 плотной загрузки и оборудование описаны в EP 769462, патенте США 4051019, патенте США 4159785, EP 0727250, WO 2008/109671 и патенте США 5449501.
Жидкое сырье, которое будет подвергаться способу 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,
(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 ангидридов кислот, трихлоруксусную кислоту, бромуксусную кислоту и альфа-хлорпропионовую кислоту. Следует отметить, что из-за наличия воды хлорангидриды не могут присутствовать в указанном жидком сырье.
Жидкое сырье, которое будет подвергаться способу в соответствии с данным изобретением, предпочтительно содержит по меньшей мере 5,5% по массе уксусной кислоты, более предпочтительно по меньшей мере 6% по массе уксусной кислоты и наиболее предпочтительно по меньшей мере 8% по массе уксусной кислоты, исходя из общей массы жидкого сырья. Предпочтительно не более 20% уксусной кислоты представлено в жидком сырье, более предпочтительно не более 12% по массе уксусной кислоты представлено в жидком сырье, исходя из общей массы жидкого сырья.
Способ в соответствии с данным изобретением дополнительно проиллюстрирован следующими неограничивающими примерами.
Сравнительный пример 1
1620 кг/ч жидкого сырья, содержащего 88,1% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 5,4% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды смешивали с 3,86 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,8 м и длиной 16 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Частицы катализатора загружали в реактор первоначальным наполнением реактора водой и добавлением (медленно) катализатора. Когда необходимо, воде позволяли вытекать через нижнюю часть реактора для предотвращения переполнения реактора во время его наполнения катализатором. Всю воду сливали из реактора после того, как весь необходимый катализатор был добавлен. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,32 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 4 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,19% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, содержал 0,20% дихлоруксусной кислоты после отгонки легких и тяжелых фракций.
Пример 2
3
3
1620 кг/ч жидкого сырья, содержащего 88,1% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 5,4% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 3,86 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,6 м и длиной 16 м, снижая запас катализатора с 8 м до 4,5 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Частицы катализатора загружали в реактор первоначальным наполнением реактора водой и добавлением (медленно) катализатора. Когда необходимо, воде позволяли вытекать через нижнюю часть реактора для предотвращения переполнения реактора во время его наполнения катализатором. Всю воду сливали из реактора после того, как весь необходимый катализатор был добавлен. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм, и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,32 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 27 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,11% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, после отгонки легких и тяжелых фракций содержал 0,11% дихлоруксусной кислоты.
Результаты, как показано в сравнительном примере 1 и примере 2, однозначно демонстрируют, что с меньшим количеством катализатора (в колонне, имеющей меньший диаметр) бывает получен более чистый продукт.
Пример 3
1620 кг/ч жидкого сырья, содержащего 88,1% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 8,5% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 3,86 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,6 м и длиной 16 м. Вертикальную колонну заполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Частицы катализатора загружали в реактор первоначальным наполнением реактора водой и добавлением (медленно) катализатора. Когда необходимо, воде позволяли вытекать через нижнюю часть реактора для предотвращения переполнения реактора во время его наполнения катализатором. Всю воду сливали из реактора после того, как весь необходимый катализатор был добавлен. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,32 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 32 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,083% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, после отгонки легких и тяжелых фракций содержал 0,093% дихлоруксусной кислоты.
Этот пример демонстрирует, что при повышенном содержании уксусной кислоты в сырье и, как результат этого, более высокого среднего аксиального градиента давления получают даже более чистый продукт.
Пример 4
1620 кг/ч жидкого сырья, содержащего 88,1% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 8,5% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 3,86 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,6 м и длиной 16 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Реактор наполняли катализатором посредством технологии плотной загрузки Densicat. Другие технологии плотной загрузки, включая, например, технологию плотной загрузки Catapac™, также пригодны. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,32 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 137 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,008% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, после отгонки легких и тяжелых фракций содержал 0,009% дихлоруксусной кислоты.
Различие между примером 3 и примером 4 заключается в том, что в примере 4 катализатор загружали с применением технологии плотной загрузки (с получением в результате даже более высокого среднего аксиального градиента давления). Это в результате приводит к даже более чистому продукту.
Пример 5
4043 кг/ч жидкого сырья, содержащего 88,1% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 5,4% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 8,91 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,8 м и длиной 16 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Частицы катализатора загружали в реактор первоначальным наполнением реактора водой и добавлением (медленно) катализатора. Когда необходимо, воде позволяли вытекать через нижнюю часть реактора для предотвращения переполнения реактора во время его наполнения катализатором. Всю воду сливали из реактора после того, как весь необходимый катализатор был добавлен. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,4 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 31 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,074% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, содержал 0,080% дихлоруксусной кислоты после отгонки легких и тяжелых фракций.
Пример 6
4043 кг/ч жидкого сырья, содержащего 87,0% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 6,5% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 8,91 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,8 м и длиной 16 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Частицы катализатора загружали в реактор первоначальным наполнением реактора водой и добавлением (медленно) катализатора. Когда необходимо, воде позволяли вытекать через нижнюю часть реактора для предотвращения переполнения реактора во время его наполнения катализатором. Всю воду сливали из реактора после того, как весь необходимый катализатор был добавлен. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,4 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 33 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,068% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, содержал 0,074% дихлоруксусной кислоты после отгонки легких и тяжелых фракций.
Результаты, как показано в примере 5 и примере 6, снова показывают, что при повышенном содержании уксусной кислоты в сырье получают даже более чистый продукт.
Пример 7
4043 кг/ч жидкого сырья, содержащего 87,0% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 6,5% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 8,91 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,6 м и длиной 20 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Частицы катализатора загружали в реактор первоначальным наполнением реактора водой и добавлением (медленно) катализатора. Когда необходимо, воде позволяли вытекать через нижнюю часть реактора для предотвращения переполнения реактора во время его наполнения катализатором. Всю воду сливали из реактора после того, как весь необходимый катализатор был добавлен. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,4 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 157 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,043% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, содержал 0,047% дихлоруксусной кислоты после отгонки легких и тяжелых фракций.
Результаты, как показано в примере 6 и примере 7, демонстрируют, что с меньшим количеством катализатора (в колонне с меньшим диаметром) получают даже более чистый продукт.
Пример 8
4043 кг/ч жидкого сырья, содержащего 87,0% монохлоруксусной кислоты, 4,1% дихлоруксусной кислоты, 6,5% уксусной кислоты, 1,9% HCl и 0,5% воды, смешивали с 8,91 кг/ч водорода. Полученную в результате смесь газ-жидкость нагревали до 171°C и подавали в верхнюю часть вертикальной колонны с диаметром 0,8 м и длиной 12 м. Вертикальную колонну наполняли катализатором, содержащим 1% Pd на подложке из активированного углерода (частицы катализатора, аналогичные описанным в примере 1 EP 0557169). Реактор наполняли катализатором посредством технологии плотной загрузки Densicat. Также пригодны другие технологии плотной загрузки, включая, например, технологии плотной загрузки Catapac™. Частицы катализатора были представлены в виде экструдатов, имеющих диаметр 1,5 мм и среднее отношение длины к диаметру 1,84. Давление в верхней части колонны поддерживалось при 0,4 МПа. Перепад давления по вертикальной колонне составлял 97 кПа. Газовый поток со дна реактора пропускался через конденсатор, и конденсированные пары смешивали с жидкостью, покидающей нижнюю часть реактора, с получением в результате необработанной смеси, содержащей 0,027% дихлоруксусной кислоты. Конечный продукт, монохлоруксусная кислота, содержал 0,030% дихлоруксусной кислоты после отгонки легких и тяжелых фракций.
Различие между примерами 5, 6, 7 и примером 8 заключается в том, что в примере 8 катализатор загружали с применением технологии плотной загрузки, и был применен высокий средний аксиальный градиент давления. В результате это приводит к чистому продукту.