способ очистки цикла синтеза уксусной кислоты от углеводородов

Формула изобретения

1. Способ очистки цикла синтеза уксусной кислоты от углеводородов путем ректификации части нижнего слоя декантатора колонны отделения легколетучих компонентов, отличающийся тем, что отводимый на ректификацию поток предварительно промывают водой и/или промывными водами производства уксусной кислоты, а образующийся водный раствор направляют в цикл синтеза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду и/или промывные воды после промывки потока, отводимого на ректификацию, используют вместо воды, подаваемой в цикл синтеза для подпитки.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для промывки используют экстракционную колонну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки и может быть использовано в химической промышленности, в частности, для очистки циркуляционного потока цикла синтеза уксусной кислоты из оксида углерода и метанола на родийсодержащем катализаторе от углеводородов.

Известен способ очистки, в котором реакционную смесь синтеза уксусной кислоты подают сначала в колонну легких компонентов для выделения через верх колонны основной массы легколетучих компонентов с возвратом их в цикл синтеза. Из куба колонны выводят фракцию низколетучих соединений и тоже возвращают в цикл, а из середины колонны выводят предочищенную кислоту, которую направляют на следующую стадию обезвоживания. После стадии обезвоживания из верха колонны выводят в цикл синтеза водную фракцию, а из куба - безводную уксусную кислоту, которую направляют на продуктовую колонну (Chemical engineering, November 29, 1971, с. 64-65).

Недостатком этого способа является то, что в нем не предусмотрен вывод из цикла фракции легколетучих компонентов с вредными примесями - в основном углеводородными. При накоплении этих примесей в цикле выше допустимой величины необходимо осуществлять полную замену легкой фракции, а это связано с остановкой схемы и организацией процесса утилизации и приготовления новой смеси.

Наиболее близким техническим решением является усовершенствованный способ очистки цикла синтеза от легколетучих примесей углеводородов, в соответствии с которым от нижнего слоя смеси легколетучих примесей, направляемых из верха колонны легких компонентов в цикл синтеза, отбирают поток и направляют в дополнительную колонну ректификации для извлечения из нее метилиодида. Из верха этой дополнительной колонны пары, обогащенные метилиодидом, возвращают в агрегат колонны легколетучих компонентов, а из куба дополнительной колонны выводят на сжигание фракцию примесей с температурой кипения большей, чем у метилиодида (Патент США №4102922, з. 12.10.76, оп. 25.07.78, МКИ С 07 С 51/10, прототип).

Недостатком этого способа является то, что из куба дополнительной колонны вместе с примесями на сжигание выводят и уксусную кислоту. Концентрация ее в этом потоке достигает 50%.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа очистки цикла синтеза уксусной кислоты от углеводородов, в котором благодаря различной растворимости уксусной кислоты, метилиодида и углеводородов в воде обеспечивается выделение углеводородов из потока легколетучих компонентов с минимальной потерей уксусной кислоты.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки цикла синтеза уксусной кислоты от углеводородов путем ректификации части нижнего слоя декантатора колонны отделения легколетучих компонентов согласно изобретению отводимый на ректификацию поток предварительно промывают водой и/или промывными водами производства уксусной кислоты, а образующийся водный раствор направляют в цикл синтеза.

Воду и/или промывные воды после промывки отводимого на ректификацию потока используют вместо воды, которую подают в цикл синтеза для подпитки.

Для промывки используют экстракционную колонну.

В отличие от прототипа, где отбираемую часть метилиодидного слоя смеси легколетучих компонентов сразу направляют в дополнительную ректификационную колонну, с верха которой удаляют пары, состоящие в основном из метилиодида, а из низа выводят основную часть углеводородов вместе с уксусной кислотой, поступающей в колонну, в предлагаемом способе часть отбираемого метилиодидного слоя предварительно смешивают с водой и после расслоения смеси образовавшийся метилиодидный слой направляют в дополнительную колонну ректификации. Углеводородная смесь, выводимая из куба дополнительной колонны, содержит небольшое количество уксусной кислоты. Незначительное содержание в водно-кислотном слое отделяемых примесей позволяет вернуть ее в цикл синтеза. Все это необходимо делать из-за того, что уксусную кислоту нельзя отделить вместе с метилиодидом, так как она образует с углеводородами азеотропные смеси (таблица 1). Проведенные нами исследования показывают, что, если уксусную кислоту отбирать через верх колонны вслед за метилиодидом, то она уносит с собой углеводороды. Исследования равновесия жидкость-жидкость в смеси метилиодидного слоя с водой показали, что в водный слой переходит в основном кислота, углеводородов в него попадает мало.

Для промывки потока, отводимого на дополнительную ректификацию, используют воду и/или промывные воды производства уксусной кислоты, причем они берутся в количестве, которое требуется по технологии для подпитки цикла синтеза.

Заданную степень промывки легко обеспечить, если для ее осуществления использовать экстракционную колонну.

Примеры осуществления способа очистки цикла синтеза уксусной кислоты от углеводородов представлены на чертежах:

- фигура 1 (согласно прототипу);

- фигура 2 (согласно изобретению с одной ступенью экстракции);

- фигура 3 (согласно изобретению с тремя ступенями экстракции).

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Пары с легколетучими компонентами 1 (фиг.3) после конденсации в конденсаторе 3 колонны отделения легколетучих компонентов 2 представляют собой гетерогенную смесь, которую после расслоения в декантаторе 4, потоком 5 - верхний слой и потоком 6 - нижний слой (метилиодидный слой) возвращают в узел синтеза. Несконденсировавшиеся пары потоком 13 выводят из верха конденсатора 3. Очистку цикла от нежелательных легколетучих примесей, в основном углеводородов, осуществляют выводом части нижнего (метилиодидного) слоя потоком 7. Для исключения потерь уксусной кислоты с отбираемыми нежелательными примесями поток 7 подают наверх экстракционной колонны 15. Противотоком в колонну 15 подают воду 16 или промывные воды производства уксусной кислоты с малым содержанием уксусной кислоты в качестве примеси. Поток слабого раствора уксусной кислоты в воде 17 выводят из верха колонны 15 и направляют в цикл синтеза, не нарушая баланса процесса синтеза по воде. Предочищенный метилиодидный слой потоком 18 выводят из низа экстракционной колонны 15, собирают в сборнике 19 и оттуда дозируют в дополнительную колонну ректификации 8, из верха которой выводят паровой поток 10, состоящий в основном из метилиодида, а из низа выводят концентрированную фракцию углеводородов 9, содержащую незначительное количество примеси уксусной кислоты. Для снижения температуры в кубе колонны 8 вниз дозируют инертный газ 11 (например, оксид углерода).

Доказательством осуществления предлагаемого способа являются следующие примеры.

Пример 1 (сравнительный).

Пары 1 (фиг.1), содержащие легколетучие примеси, после конденсации в конденсаторе 3 представляют собой гетерогенную смесь, которая после поступления в декантатор 4 расслаивается на верхний слой, содержащий в основном воду, и нижний слой, состоящий в основном из метилиодида. Верхний слой потоком 5 направляют в цикл синтеза, а поток 5А - на орошение колонны 2. Нижний слой направляют в цикл синтеза потоком 6. Поскольку нежелательных примесей в нижнем слое значительно больше, чем в верхнем, допустимый уровень содержания нежелательных примесей в нижнем слое регулируют отбором потока 7. Наибольшую концентрацию в этом потоке имеет метилиодид. Во избежание потерь метилиодида поток 7 в количестве 113 кг направляют в отдельную колонну 8, где от него отделяют метилиодид, и с паровым потоком 10 в количестве 107,1804 кг возвращают в цикл. Из низа колонны потоком 9 выводят фракцию углеводородов в количестве 10,8196 кг, содержащую около 46 мас.% уксусной кислоты. Для снижения температуры в кубе колонны 8 вниз колонны дозируют инертный газ 11 (оксид углерода) в количестве 5 кг. Результаты исследований сведены в таблице материального баланса 2.

Примеры 2-3.

Пары после конденсации в конденсаторе 3 поступают в декантатор 4, где расслаиваются на верхний и нижний слои. Верхний слой, содержащий в основном воду, потоком 5 направляют в цикл синтеза, поток 5А - на орошение колонны 2. Нижний слой, состоящий в основном из метилиодида, потоком 6 направляют в цикл синтеза. Допустимый уровень содержания нежелательных примесей в нижнем слое регулируют отбором потока 7. Поток 7 нижнего слоя смеси легколетучих компонентов из декантатора 4 в количестве 113 кг подают наверх экстракционной колонны 15, противотоком ему подают воду 16 (пример 2, фиг.2) в количестве 90 кг или промывные воды производства уксусной кислоты 16 в количестве 50 кг (пример 3, фиг.3). Воду с отмытой уксусной кислотой выводят из верха колонны потоком 17 в количестве 107,770 кг (пример 2) или в количестве 63,693 кг (пример 3) и направляют в цикл синтеза. Предочищенный метилиодидный слой потоком 18 в количестве 95,230 кг (пример 2) или в количестве 99,307 кг (пример 3) выводят из экстракционной колонны 15, собирают в сборник 19, а оттуда дозируют в колонну ректификации 8, из верха которой выводят паровой поток 10 в количестве 94,709 кг (пример 2) или в количестве 99,150 кг (пример 3) с извлеченным метилиодидом. Из низа колонны выводят концентрированную фракцию углеводородов 9 в количестве 5,524 кг (пример 2) и в количестве 5,157 кг (пример 3). В примере 2 используют экстрактор эффективностью в одну ступень изменения концентраций. Функцию такого экстрактора выполняет разделительный сосуд. Концентрация уксусной кислоты в углеводородной фракции будет 6,44%. Если эффективность экстракционной колонны увеличить до трех ступеней изменения концентраций, то остаточная концентрация уксусной кислоты в углеводородной фракции существенно снизится (0,435% в примере 3). Результаты экспериментов сведены в таблице материальных балансов 3 (пример 2) и 4 (пример 3).

Как видно из примеров, содержание уксусной кислоты во фракции углеводородов, выводимых на сжигание, снижается с 46% в прототипе до 0,435% в предлагаемом способе.

Таким образом, предлагаемый способ очистки цикла синтеза уксусной кислоты от углеводородов позволяет обеспечить снижение потерь уксусной кислоты.