Спосіб безперервного одержання оцтової кислоти і/або метилацетату

Номер патенту: 76469

Опубліковано: 15.08.2006

Автор: Тьєбо Даніель

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб безперервного одержання оцтової кислоти і/або метилацетату шляхом карбонілювання метанолу або здатної карбонілюватися похідної метанолу монооксидом вуглецю в рідкій фазі за наявності води і гомогенної каталітичної системи, який відрізняється тим, що згаданий спосіб одержання здійснюють у промисловій установці, що включає:

зону І, названу реакційною зоною, що містить реактор, у якому зазначену реакцію карбонілювання метанолу здійснюють у рідкій фазі при температурі від 150°С до 250°С, при тиску від 5.105 Па до 200.105 Па і з видаленням частини газоподібних продуктів, що накопичуються над рівнем рідини реакційного середовища в зазначеному реакторі;

зону II, названу зоною випарювання або флеш-зоною, в якій рідину, що утворюється в реакційному середовищі в зоні І, частково випаровують при тиску, нижчому за тиск, що існує у зоні І, причому рідку фракцію, що утворюється в результаті цього часткового випарювання, повертають у реактор; і

зону III, названу зоною очищення, в якій випаровувану фракцію, що утворюється у згаданій флеш-зоні II, переганяють на одній або більше ніж одній, перегінній колоні, на виході з якої регенерують оцтову кислоту і/або метилацетат, причому інші компоненти вказаної випаруваної фракції принаймні частково повертають у зазначений реактор,

у якому для поліпшення моніторингу виробництва оцтової кислоти і/або метилацетату, температуру реактора і швидкість подачі в зазначений реактор метанолу або здатної карбонілюватися похідної метанолу підпорядковують керуванню швидкістю подачі монооксиду вуглецю і принаймні одного з параметрів, що визначають склад реакційного середовища і/або газів, що видаляються.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сервокерування здійснюють через багатомірний прогнозуючий регулятор.

3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що його здійснюють, підтримуючи концентрацію води в реакційному середовищі при значенні, більшому за або рівному 14 мас. %.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що температуру реактора і швидкість подачі метанолу підпорядковують керуванню швидкістю подачі монооксиду вуглецю і селективністю до H2 або СО2, яку підтримують при значенні, меншому за або рівному 0,01, і/або концентрацією метилацетату, яку підтримують при значенні, меншому за 5 мас. %, краще меншому за 2 мас. % від маси реакційного середовища.

5. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що спосіб здійснюють, підтримуючи концентрацію води в реакційному середовищі при значенні, меншому за 14 мас. % від маси реакційного середовища.

6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що температуру реактора і швидкість потоку метанолу або здатної карбонілюватися похідної метанолу, що надходить у згаданий реактор, підпорядковують керуванню швидкістю подачі монооксиду вуглецю і концентрацією води в реакційному середовищі, причому зазначену концентрацію підтримують на заздалегідь визначеному заданому рівні.

7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що швидкість потоку рідини з реактора у флеш-зону II і швидкості потоків рециркуляційної рідини із зон II і III в зазначений реактор також підпорядковують керуванню рівнем рідини у згаданому реакторі, так щоб зазначений рівень залишався фіксованим на заздалегідь визначеному значенні.

8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що здійснюють моніторинг і регуляцію концентрації води в реакційному середовищі.

9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що зміни у швидкості подачі монооксиду вуглецю демпфують проведенням через буферний резервуар, розташований перед зазначеним реактором.

10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що задане значення швидкості потоку монооксиду вуглецю ставлять у залежність від тиску всередині зазначеного буферного резервуара.

11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що коливання у швидкості потоку монооксиду вуглецю, що надходить у реактор, демпфують шляхом викиду принаймні частини надлишку в атмосферу.

12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняється тим, що частину тепла від реакції одержання оцтової кислоти видаляють або регенерують.

13. Спосіб за будь-яким з пп. 1-12, який відрізняється тим, що концентрації води й метилацетату вимірюють за допомогою аналізатора, що працює у ближній інфрачервоній області.

14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняється тим, що каталітична система, використовувана у способі одержання оцтової кислоти і/або метилацетату, містить принаймні один метал групи VIII, зокрема родій, іридій або платину.

15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що каталітична система додатково містить щонайменше співкаталізатор.

16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що співкаталізатор являє собою метилйодид.

17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що концентрації води і метилацетату і/або метилйодиду вимірюють за допомогою аналізатора, що працює в ближній інфрачервоній області.

18. Спосіб за будь-яким з пп. 1-17, який відрізняється тим, що його застосовують для виробництва оцтової кислоти і/або метилацетату шляхом карбонілювання метанолу.

Текст

1. Спосіб безперервного одержання оцтової кислоти і/або метилацетату шляхом карбонілювання метанолу або здатної карбонілюватися похідної метанолу монооксидом вуглецю в рідкій фазі за наявності води і гомогенної каталітичної системи, який відрізняється тим, що згаданий спосіб одержання здійснюють у промисловій установці, що включає: зону І, названу реакційною зоною, що містить реактор, у якому зазначену реакцію карбонілювання метанолу здійснюють у рідкій фазі при температурі від 150°С до 250°С, при тиску від 5.105 Па до 200.105 Па і з видаленням частини газоподібних продуктів, що накопичуються над рівнем рідини реакційного середовища в зазначеному реакторі; зону II, названу зоною випарювання або флешзоною, в якій рідину, що утворюється в реакційному середовищі в зоні І, частково випаровують при тиску, нижчому за тиск, що існує у зоні І, причому рідку фракцію, що утворюється в результаті цього часткового випарювання, повертають у реактор; і зону III, названу зоною очищення, в якій випаровувану фракцію, що утворюється у згаданій флешзоні II, переганяють на одній або більше ніж одній, перегінній колоні, на виході з якої регенерують оцтову кислоту і/або метилацетат, причому інші компоненти вказаної випаруваної фракції принаймні частково повертають у зазначений реактор, у якому для поліпшення моніторингу виробництва оцтової кислоти і/або метилацетату, температуру реактора і швидкість подачі в зазначений реактор 2 (19) 1 3 76469 4 8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняєтьвимірюють за допомогою аналізатора, що працює ся тим, що здійснюють моніторинг і регуляцію кону ближній інфрачервоній області. 14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняцентрації води в реакційному середовищі. 9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняєтьється тим, що каталітична система, використовуся тим, що зміни у швидкості подачі монооксиду вана у способі одержання оцтової кислоти і/або вуглецю демпфують проведенням через буферний метилацетату, містить принаймні один метал грурезервуар, розташований перед зазначеним реакпи VIII, зокрема родій, іридій або платину. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що тором. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що каталітична система додатково містить щонаймезадане значення швидкості потоку монооксиду нше співкаталізатор. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що вуглецю ставлять у залежність від тиску всередині зазначеного буферного резервуара. співкаталізатор являє собою метилйодид. 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізня17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що ється тим, що коливання у швидкості потоку моконцентрації води і метилацетату і/або метилйонооксиду вуглецю, що надходить у реактор, демдиду вимірюють за допомогою аналізатора, що пфують шляхом викиду принаймні частини працює в ближній інфрачервоній області. 18. Спосіб за будь-яким з пп. 1-17, який відрізнянадлишку в атмосферу. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняється тим, що його застосовують для виробництва ється тим, що частину тепла від реакції одержаноцтової кислоти і/або метилацетату шляхом карня оцтової кислоти видаляють або регенерують. бонілювання метанолу. 13. Спосіб за будь-яким з пп. 1-12, який відрізняється тим, що концентрації води й метилацетату Винахід відноситься до вдосконалення безперервного способу одержання оцтової кислоти і/або метилацетату. Конкретніше, це удосконалення спрямоване на поліпшення моніторингу (тобто поточного контролю) й керування способом одержання оцтової кислоти і/або метилацетату з метою поліпшення виходу оцтової кислоти і/або метилацетату. Одним з найбільш широко використовуваних у промисловості способів одержання оцтової кислоти є карбонілювання метанолу або, в загальнішому сенсі, здатної карбонілюватися похідної метанолу монооксидом вуглецю. Цю реакцію здійснюють у рідкій фазі під тиском, утворюваним монооксидом вуглецю, що є одним з реагентів, за наявності гомогенної каталітичної системи. Спосіб карбонілювання за наявності родієвого каталізатору є відомим способом, що його застосовують у промисловості та який став предметом численних статей і патентів, наприклад американських патентів US 3769329 і US 3813428. Європейські патенти ЕР 618183 і ЕР 618184, а також європейські патенти ЕР 785919 і ЕР 759022 описують спосіб карбонілювання метанолу за наявності іридієвмісної каталітичної системи, яка може містити також родій. Спосіб карбонілювання за наявності іридію і рутенію, нині застосовуваний у промисловості, описаний у європейському патенті ЕР 643034. Мета удосконалення цих способів карбонілювання метанолу полягала у підвищенні продуктивності каталізаторів і зменшенні витрат на промислове виробництво оцтової кислоти. Так звані способи з "низьким умістом води" фактично дозволяють значно збільшити вихід оцтової кислоти, обмежуючи тим самим рівень необхідних капіталовкладень і знижуючи експлуатаційні витрати шляхом зменшення енергії, що потребується для відділення оцтової кислоти від різнома нітних компонентів реакційної суміші, зокрема води. Звичайно ці різноманітні способи карбонілювання метанолу в рідкій фазі і за наявності гомогенної каталітичної системи здійснюють в установках, що мають три окремі зони, як описано у статті [M.J. Howard із співавт. (Catalysis Today, 18(1993)325-354)]. Реакційна зона складається з реактора безперервної дії з механічним перемішуванням, що працює під тиском (5-200бар, що відповідає 5·105200·105Па) і при підвищеній температурі (150250°С). Метанол і ряд рециркуляційних потоків вводять у нижню частину цього реактора. Монооксид вуглецю розпорошують у реакторі. Отримане рідке реакційне середовище потім подають у другу зону, названу зоною випарювання або флеш-зоною, в якій рідина частково випаровується при тиску, нижчому за тиск реакції. Це викликає миттєве випарювання (від англ. "flash" - "флеш"), або адіабатичне розширення, при якому більшість легких компонентів (метилйодид, метилацетат і вода) випаровуються разом із утворюваною кислотою. Флеш-зона дає можливість відділити газ від рідини; випаруваний потік потім переходить у третю зону, названу зоною поділу, тоді як рідкий потік (по суті, оцтову кислоту, що містить каталізатор) повертають до першої зони. Зона очищення може містити одну або більше, ніж одну, перегінну колону; це дає можливість відділяти оцтову кислоту і/або метилацетат від інших компонентів і повертати потоки до реакційної зони. Крім того, відсмоктування газу у верхній частині реактора дає можливість контролювати рівень парціального тиску монооксиду вуглецю і видаляти побічні газоподібні продукти реакції разом з інертними газами, наявними при подачі монооксиду 5 76469 6 вуглецю. стандартному способі, розробленому Монсанто, Результатом оптимізації сучасних способів теплоту, що виділяється в результаті реакції, виодержання оцтової кислоти є максимізація виходу даляють шляхом збільшення виходу реактора або оцтової кислоти в уже існуючому устаткуванні. Для миттєвого випарювання між реактором і флешцього реакцію здійснюють з різноманітними композоною. Таким чином, існувала постійна залежність нентами реакційного середовища, концентрації між швидкістю потоку метанолу, що надходить у яких підтримуються на заздалегідь визначених реактор, і флеш-швидкістю, для того щоб контрорівнях, для того щоб скористатися найбільш прилювати температуру реактора. Це призвело до датними кінетичними умовами. незначної мінливості в рівні рідини в реакторі і Ця умова є істотною для моніторингу реактора проміжних потоках. і рециркуляційних потоків. З уведенням способів з низьким умістом води Багато нещодавніх статей і патентів було приця система стає недоречною, бо швидкість флешсвячено цій галузі. випарювання значно збільшується завдяки тому Доповідь, названа "Адаптивний спосіб контрофакту, що кількості випареної води стають менлю реактора з оцтовою кислотою", представлена шими, і вони мають заміщуватися набагато більД.З. Тобіасом на IEEE конференції (IEEE - Institute шими кількостями органічних продуктів, що їх пиof Electrical and Electronics Engineers, Інститут інтома теплота випарювання нижча за питому женерів з електротехніки та радіоелектроніки), що теплоту випарювання води. відбулася у Ванкувері 29-30 квітня 1999 року і була Це призвело до встановлення охолоджуючих присвячена передовим способам керування (D.Z. теплообмінників для поглинання частини тепла Tobias, "Adaptive Process Control of an Acetic Acid реакції, а це, у свою чергу, збільшило мінливість Reactor", IEEE Conference on Advanced Process рівнів рідини в реакторі і флеш-зоні, а також швидControl, Vancouver, 29-30 April 1999), демонструє костей потоків рідин (витрат рідин). застосування зовнішнього обмінника для створенЦя сильна зміна у швидкостях потоків рідин, ня матеріального балансу, не залежного від тепзокрема, належить до недоліків способу, позаяк лового балансу, оскільки без цього обмінника неможе виникнути необхідність у зниженні виходу, можливо змінити рівень продуктивності реактора, для того щоб зменшити потік, що надходить у зону для того щоб підтримувати температуру реактора, очищення. тобто рівень продуктивності реактора насправді Крім того, ці коливання викликають зміни в визначається матеріальним балансом. концентрації води в реакторі і, оскільки кінетика Кінцевою метою є стабілізація температури реакції залежить від концентрації води у випадку реактора, для того щоб збільшити продуктивність способів із низьким умістом води, це знову збільагрегату; таким чином, встановлення нової систешує ризик виникнення нестабільності в системі. ми моніторингу вможливило зменшення стандартМета патентної заявки ЕР 1002785 полягає в ного відхилення температури з 3,6 до 0,8°С. підтриманні концентрації метилацетату в реакторі При безперервній експлуатації монооксид вугна заздалегідь визначеному рівні шляхом коригулецю звичайно подають згідно з вимогою, контровання співвідношення метанолу та монооксиду люючи при цьому сумарний тиск у реакторі. вуглецю, що регулює швидкість подачі метанолу в Предметом європейської патентної заявки ЕР реактор. 0983752 є встановлення системи моніторингу, яка У публікації міжнародної заявки WO 00/37405 спрямована на підтримку швидкості потоку монооописується спосіб моніторингу процесу шляхом ксиду вуглецю нижчою за розрахункове максимавимірювання концентрацій різноманітних компонельне значення, що представляє прийнятну максинтів реакційного розчину за допомогою інфрачермальну швидкість потоку. воного аналізатора і, відповідно, коригування конЦіль європейської патентної заявки ЕР центрацій, щонайменше, різновидів каталізатора, 0999198 полягає в підтримці складу реакційного метилйодиду, метилацетату і води, для того щоб середовища, зокрема концентрацій води й метиоптимізувати вихід оцтової кислоти. лацетату в реакторі, де здійснюється карбонілюНезалежно від способу була ясно визначена вання, шляхом рециркуляції збагаченого оцтовою задача моніторингу реактора з оцтовою кислотою, кислотою потоку, що надходить із зони очищення яка полягала в підтримці, зокрема, концентрацій кислоти. води і метилацетату, але способи автоматичного Патенти ЕР 0846674 і FR 2750984 описують досягнення цих цілей ніколи не пропонувалися. оптимізацію споживання CO шляхом введення Крім того, в жодному з цих документів не розгдругого реактора для карбонілювання (ефект долядалися проблеми, пов'язані з більшими або ведення) між першим реактором (реакційною зоменшими коливаннями в потоці монооксиду вугною) і флеш-зоною (зоною випарювання). лецю, що надходить у реактор, і не намагалося Патенти US 5352415 і US 5374774 описують перебороти недоліки, що могли виникнути в проспособи промислового виробництва оцтової кисцесі виробництва оцтової кислоти. лоти, в яких контролюють рівні реактора і флешПредмет даного винаходу полягає саме в тозони, а також концентрацію води в реакційному му, щоб перебороти ці недоліки, запропонувавши середовищі. спосіб моніторингу, який автоматично підтримує, Патент US 5831120 пропонує технічне вирізокрема, концентрації води і/або метилацетату і шення, що дозволяє уникнути накопичення води в який дає можливість максимізувати вихід оцтової реакційному середовищі з одержанням заданої кислоти при коливаннях швидкості подачі СО, як концентрації води в реакторі для карбонілювання. буде описано нижче. В цих різноманітних документах описано, що в Насамперед відзначають, що: 7 76469 8 Основна реакція карбонілювання метанолу сиду вуглецю при одночасному підтримуванні нимає таке рівняння: зької селективності до водню чи СО2, або умов, які дають можливість оптимізувати споживання СО, СО+СН3ОН СН3СООН особливо за допомогою заздалегідь запрограмоОсновними побічними реакціями є: ваного електронного пристрою, як-от багатомірний - Реакція конверсії водного газу, що також позрегулятор з прогнозуючим керуванням. начається WGSR (від англ. Water Gas Shift Таким чином, на противагу попереднім режиReaction): мам роботи, де температура реактора залишалася CO+H2O CO2+H2 фіксованою на заданому значенні протягом триваЦя реакція є причиною втрати монооксиду вулого часу, температура реактора в способі за даглецю з одночасним утворенням водню і діоксиду ним винаходом змінюється таким чином, щоб міг вуглецю. бути використаний весь доступний монооксид вугВажливо кількісно оцінити цю побічну реакцію лецю. щодо основної реакції. Використовуючи не залежСтало очевидним, що навіть якщо параметри, ний від рівня виробництва критерій, дехто гововикористані в регуляторі як вхідні перемінні, не рить про селективність до водню або СО2, при були однаковими, в усіх випадках незалежно від цьому селективність виражається як співвіднотого, чи був це спосіб, що його використовують шення кількості молей монооксиду вуглецю, що звичайно з умістом води в реакційному середовибере участь у побічній реакції, та сумарної кількосщі, більшим за або рівним 14мас.%, чи це був так ті молей монооксиду вуглецю, що бере участь в званий спосіб з "низьким умістом води", можна основній реакції й у побічних реакціях. було оптимізувати вихід оцтової кислоти і/або ме- Реакція утворення пропіонової кислоти, що тилацетату за допомогою регулятора, що впливає описується таким загальним рівнянням: на температуру реактора і швидкість подачі метаСН3СООН+2Н2+СО Н2О+СН3СН2СООН нолу (вихідні перемінні або перемінні дії), як функУ такий спосіб споживаються водень і моноокцію швидкості подачі монооксиду вуглецю і присид вуглецю. Тут можна відзначити, що частина наймні одного додаткового параметра, вибраного водню, отриманого за допомогою згаданої вище як множинну перемінну (вхідні значення або оптиреакції конверсії водного газу, споживається в ході мізовані значення). реакції з одержанням у якості побічного продукту Таким чином, відповідно до його суттєвої хапропіонової кислоти. Таким чином, коли аналізурактеристики, винахід відноситься до способу безють газовий потік на виході з реактора, селективперервного одержання оцтової кислоти і/або меність до водню і селективність до СО2 уже не є тилацетату шляхом карбонілювання метанолу або еквівалентними. здатної карбонілюватися похідної метанолу моноСелективність до СО2 є більш показовою для оксидом вуглецю в рідкій фазі за наявності води і реакції конверсії водного газу, але з практичних гомогенної каталітичної системи, причому вказаміркувань, пов'язаних з газовим аналізом, для кений препаративний спосіб здійснюють у промисрування промисловою установкою не виключаєтьловій установці, що включає: ся також застосування селективності до водню. - зону І, названу реакційною зоною, що вклю- Реакція етерифікації оцтової кислоти і метачає реактор, у якому здійснюють згадану вище нолу з одержанням метилацетату. реакцію карбонілювання метанолу в рідкій фазі Метилацетат, що утворюється в цій реакції, при температурі від 150 до 250°С, при тиску від може перешкоджати поділу рідкого потоку, кон5·105 до 200·105Па і з видаленням частини газоподенсованого у верхній частині першої очисної кодібних продуктів, що накопичуються над рівнем лони, якщо його концентрація в реакторі збільшурідини реакційного середовища в зазначеному ється безконтрольно. реакторі; Залежно від способу одержання монооксиду - зону II, названу зоною випарювання або вуглецю до його надходження в реактор з оцтовою флеш-зоною, в якій рідину, що утворюється в реакислотою, потік монооксиду вуглецю може виявикційному середовищі в зоні І, частково випаровутися непостійним. Незначні зміни можуть бути деють при тиску, нижчому за тиск, що існує в зоні І, мпфовані шляхом встановлення буферного резепри цьому рідку фракцію, що утворюється в рервуара для монооксиду вуглецю до реактора з зультаті цього часткового випарювання, повертаоцтовою кислотою, що дає можливість зменшити ють у реактор;і зміни у швидкості потоку монооксиду вуглецю і - зону III, названу зоною очищення, в якій визгладити їх на якийсь час, оскільки рівень тиску в парену фракцію, що утворюється в зазначеній виджерелі монооксиду вуглецю вищий за рівень тисще флеш-зоні II, переганяють на одній або більше, ку, при якому він витрачається в реакторі для карніж одній, перегінній колоні, на виході з якої регебонілювання. нерують оцтову кислоту і/або метилацетат, при Результатом великих коливань є те, що потік цьому інші компоненти вищезгаданої випареної монооксиду вуглецю, який може бути визначений фракції, щонайменше, частково повертають у заяк надлишок СО, не може використовуватися в значений вище реактор, реакції і, отже, має викидатися в атмосферу або у якому з метою поліпшення моніторингу одечерез розтруб витяжної труби, або через систему ржання оцтової кислоти і/або метилацетату, темзгорання з регенерацією тепла. пературу реактора і швидкість подачі в зазначений Удосконалення за даним винаходом полягає у реактор метанолу або здатної карбонілюватися зміні температури реактора і швидкості подачі мепохідної метанолу підпорядковують керуванню танолу в реактор з метою коригування виходу оцшвидкістю подачі монооксиду вуглецю і, щонайметової кислоти щодо кількості доступного моноок 9 76469 10 нше, одного з параметрів, що визначають склад математичної моделі створює гіпотезу про майбуреакційного середовища і/або газів, що видалятню поведінку перемінної, за якою здійснюють поються. точний контроль. Таким чином, у даному винаході запропоноваКомерційно доступні багатомірні прогнозуючі ний поліпшений засіб моніторингу виробництва регулятори звичайно включають бібліотеку матеоцтової кислоти і/або метилацетату в безперервматичних моделей керування. ному способі карбонілювання метанолу або здатПеред використанням багатомірний прогнозуної карбонілюватися похідної метанолу монооксиючий регулятор має бути запрограмований, що дом вуглецю в рідкій фазі за наявності води і звичайно здійснюють таким чином: гомогенної каталітичної системи, при цьому зазна1) Зі згаданої бібліотеки вибирають математичений спосіб здійснюють у промисловій установці, чну модель як функцію використовуваного реактощо включає три основні зони - l, II і III, визначені ра і хімічної реакції, що її бажано здійснити. Цей вище. вибір роблять звичайно емпірично за допомогою "Здатна карбонілюватися похідна метанолу" попередніх тестів, що полягають у перевірці всіх означає будь-яку похідну метанолу, що її звичайно математичних моделей на шукану хімічну реакцію і використовують у промислових способах для одеспостереженні отриманих контрольних відповідей. ржання оцтової кислоти і/або метилацетату шля2) Значення так званих перемінних дії і відпохом карбонілювання, наприклад диметиловий відні значення так званих оптимізованих перемінефір, метилгалогеніди або метилацетат. них потім уводять у регулятор. Перемінні дії являМоніторинг, виконуваний у способі за даним ють собою перемінні, на які можна впливати так, винаходом, може здійснюватися за допомогою щоб оптимізовані перемінні регулювалися близько будь-якого електронного пристрою для забезпедо бажаних заданих значень. У даному винаході чення необхідного сервокерування, для того щоб перемінні дії включають температуру реактора і мінімізувати втрати монооксиду вуглецю при колишвидкість потоку метанолу, а оптимізовані переваннях у подачі монооксиду вуглецю. мінні включають швидкість подачі монооксиду вугЗокрема, цей пристрій для сервокерування лецю і згаданий параметр, що визначає склад реможе являти собою електронний пристрій керуакційного середовища і/або газів, що видаляються. вання, заздалегідь запрограмований на виконання Ця друга фаза зводиться до створення в авцієї мети. томатичному регуляторі бази даних, що представТочніше, пристрій для сервокерування діє на ляє залежності між перемінними дії та оптимізоватемпературу реактора і на швидкість подачі в реаними перемінними. кцію метанолу, для того щоб мінімізувати втрати Обчислювальна програма, постачена автомамонооксиду вуглецю шляхом постійного моніторитичним регулятором, потім оптимізує контрольні нгу швидкості подачі в реактор монооксиду вуглепараметри, як-от посилення і затримка, що їх нецю і, щонайменше, одного з параметрів, що визнаобхідно буде застосовувати до електричних вихідчають склад реакційного середовища і/або газів, них сигналів регулятора, для того щоб пристрої що видаляються. керування (звичайно клапани) діяли на перемінні Фахівці в даній галузі легко зрозуміють, що падії. раметр, вибраний як вхідний параметр для приЗначення перемінних дії й оптимізованих пестрою, що здійснює сервокерування, залежить від ремінних, що їх уводять у регулятор, одержують режиму роботи промислової установки з виробнипід час попередньої експериментальної фази, цтва оцтової кислоти і/або метилацетату, і що ці здійснюваної без керування, яка полягає у провепараметри, зокрема, можуть різнитися залежно від денні хімічної реакції зі швидким збільшенням знатого, який спосіб використовують: так званий стачення однієї з перемінних шляхом приросту, з тим ндартний спосіб за типом Монсанто або так зващоб викликати зміну системи, і спостереження ний спосіб з "низьким умістом води", що стане зміни різноманітних перемінних шляхом безперерочевидним з наступного опису. вного вимірювання їхніх значень. Пристрій керування може являти собою або Після того, як регулятор запрограмований, йосистему моніторингу і керування, якщо він має го інтегрують у пульт керування і поступово вклюнеобхідні функції, або багатомірний прогнозуючий чають у процес. регулятор, або будь-яку іншу електронну систему, При здійсненні процесу автоматичний регулящо має такі характеристики: тор регулює оптимізовані перемінні близько до - пристрій ввід/вивід (I/O від англ. input/output); заданих значень, впливаючи на перемінні дії через - інтерфейс для цифрового перетворення згадані пристрої. аналогових вхідних/вихідних сигналів; і В першому варіанті винахід застосовують для - процесор для опрацювання даних. моніторингу стандартного способу карбонілювання Проте багатомірний прогнозуючий регулятор метанолу в оцтову кислоту і/або метилацетат із було вибрано для прикладів, з одного боку, для умістом води, більшим за або рівним 14мас.%. того щоб уникнути особливих характеристик, поДобре відомо що, в такому стандартному спов'язаних з системами моніторингу/керування, а з собі карбонілювання метанолу в оцтову кислоту іншого боку, для того щоб можна було безпосереі/або метилацетат у рідкій фазі, що каталізується дньо застосовувати програми, постачені багатоміродієм, з умістом води, більшим за або рівним рним регулятором. 14мас.%, монооксид вуглецю вводять під контроТакий пристрій заснований на застосуванні лем сумарного тиску в реакторі; метанол вводять з математичної моделі керування і дозволяє здійспостійною швидкістю з одержанням бажаного винювати прогнозуюче керування, яке на підставі цієї ходу оцтової кислоти при постійній температурі 11 76469 12 реактора. концентрація води в реакційному середовищі біЦей спосіб моніторингу працює, якщо каталільша за або дорівнює 14мас.%, керування здійсзатор є достатньо активним. нюється із залученням селективності до СО2 або У іншому випадку метанол, що не перетворивН2 і швидкості потоку споживаного СО, і регулятор ся на оцтову кислоту, етерифікують до метилацедіє як на температуру реактора, так і на швидкість тату. Збільшення концентрації метилацетату в потоку метанолу (або здатної карбонілюватися реакторі є причиною низької продуктивності в зоні похідної метанолу), що надходить у реактор. очищення, зокрема, у верхній частині першої очиВикористання пристрою керування в цьому сної колони, де збільшення концентрації метилапершому варіанті винаходу дало можливість підтцетату спочатку погіршує, а потім інгібує розділенримувати селективність до СО2 (або водню) у вуня конденсованої рідини на дві різні рідкі фази зьких межах зміни шляхом впливу на температуру (легку водну фазу, частина якої служить для зрореактора і на швидкість подачі метанолу (або здашення колони і частину якої повертають у реактор, тної карбонілюватися похідної метанолу) в реакі важку органічну фазу, що її всю повертають у тор, а також дозволяє оптимізувати споживання реактор для карбонілювання). монооксиду вуглецю навіть за наявності відносно Рівень продуктивності в цьому випадку дововеликих коливань у швидкості подачі монооксиду диться знижувати, для того щоб відкоригувати вуглецю в реактор. ситуацію, після чого додають більше каталізатора В другому варіанті винахід пристосований таабо збільшують температуру реактора, для того кож до так званих способів з "низьким умістом вощоб дати можливість працювати при більш висоди" для промислового виробництва оцтової кислокому рівні продуктивності процесу. ти і/або метилацетату в рідкій фазі за наявності Було виявлено, що реакцією краще управляти гомогенного каталізатора, тобто до тих випадків, шляхом моніторингу побічної реакції конверсії воколи концентрація води в реакційному середовищі дного газу, яка дає водень і діоксид вуглецю. становить менше за 14мас.%. Безперервний або послідовний аналіз заводДобре відомо, що на противагу стандартним ських очищених газів у сполученні з вимірюванням способам, де концентрація води більша за або сумарної швидкості потоку заводських газів, що дорівнює 14мас.% реакційного середовища, конвидаляються, дає можливість визначати швидкості центрація води в способах з "низьким умістом вопотоку водню і діоксиду вуглецю, одержаних у поди" представляє собою жорсткий параметр кінетибічних реакціях у реакторі для карбонілювання. ки реакції одержання оцтової кислоти, тоді як Співвідношення цих часткових швидкостей пореакція карбонілювання є відносно інтенсивною за току та сумарної швидкості потоку монооксиду селективністю до СО2; з цієї причини фахівці в вуглецю, що надходить у реактор, забезпечує підданій галузі легко зрозуміють, що в цьому випадку, хід до селективностей. на відміну від попереднього випадку, саме конценТут можна відзначити, що частина водню, трація води в реакційному середовищі, а не селекодержаного в реакції конверсії водного газу тивність до СО2, буде вибрана як параметр, вико(WGSR), витрачається в реакції з одержанням ристовуваний як оптимізована перемінна пропіонової кислоти як побічного продукту, так що регулятора. селективність до водню і селективність до СО2 вже Тому концентрація води, яка буде зафіксована не є еквівалентними. на заздалегідь визначеному рівні, і швидкість поСелективність до СО2 більш показова для реатоку монооксиду вуглецю, що надходить у реаккції конверсії водного газу, але з певних причин, з тор, будуть переважно вибрані як оптимізовані практичних міркувань, пов'язаних з газовим аналіперемінні регулятора для способів промислового зом, для керування промисловою установкою мовиробництва з "низьким умістом води". же бути використана селективність до водню. Стало очевидним, що в цьому випадку також Таким чином, у першому варіанті винаходу реможна було діяти через заздалегідь запрограмоакцію контролюють значною мірою за зміною швиваний регулятор, зокрема через багатомірний продкості потоку метанолу або застосовуваної і здатгнозуючий регулятор на температуру реактора і ної карбонілюватися похідної метанолу на вході в швидкість потоку метанолу, що надходить у реакреактор і за температурою реактора з одержанням тор, для того щоб підтримувати концентрацію води селективності до СО2 або водню, меншої за або на вищезгаданому заздалегідь визначеному рівні й рівної 0,01, і/або концентрації метилацетату в реаоптимізувати споживання монооксиду вуглецю, кторі, меншої за 5мас.%, краще меншої за 2мас.%, коли його подача схильна до коливань. що забезпечує гарну декантацію у верхній частині У одному кращому варіанті, застосованому першої очисної колони. для обох описаних вище реалізацій винаходу, Тести, виконані автором даного винаходу, ясочевидно, особливо корисно також підпорядковуно показали, що шляхом впливу через автоматичвати швидкість потоку рідини, що проходить з реаний регулятор на температуру реактора і швидкційної зони І у флеш-зону II, і швидкості потоків кість подачі СО, можна обмежити втрати СО при рециркуляційної рідини, що проходять із зон II і III зміні швидкості подачі монооксиду вуглецю в реаку реактор, керуванню рівнем рідини в реакторі, так тор, обмежуючи задане значення селективності до щоб рівень залишався фіксованим на заздалегідь СО2 або Н2 величиною, меншою за або рівною визначеному значенні. 0,01, і/або підтримуючи концентрацію метилацетаЦе заздалегідь визначене значення (рівень) ту на значенні, меншому за 5мас.%, краще менпереважно фіксують на величині між 50 і 100% шому за 2мас.% у реакційному середовищі. абсолютної сумарної шкали рівнів у реакторі. В такий спосіб у цьому першому варіанті, де У такий спосіб регулятор, застосовуваний за 13 76469 14 даним винаходом, може бути також використаний реакційному середовищі. для регуляції рівня рідини в реакторі шляхом доТой самий тип з'єднання може бути виконаний давання в регулятор, як перемінної дії, швидкості також для вимірювання концентрації води і метипотоку рідини з реактора у флеш-зону і швидкослацетату і/або метилйодиду в реакційному серетей різноманітних рециркуляційних потоків у реакдовищі, коли метилйодид використовують як співтор, зокрема, швидкостей потоків рідини і потоків, каталізатор відповідно до кращої реалізації що надходять із зон II і III. способу за даним винаходом. В іншому особливо бажаному варіанті винахоБуло виявлено, що це з'єднання аналізатора ду пристрій сервокерування, застосовуваний за процесу, що відбувається у реальному масштабі даним винаходом, зокрема багатомірний прогночасу, на основі аналізу в ближній інфрачервоній зуючий регулятор, може бути використаний для області переважно застосовують у способах з "нимоніторингу і регуляції вмісту води в реакційному зьким умістом води", де важливо контролювати не середовищі. тільки концентрацію метилацетату, але також і Зокрема, він може використовуватися для мовміст води, що прямо впливає на кінетику реакції ніторингу і регуляції устаткування, щоб уникнути одержання оцтової кислоти і/або метилацетату. накопичення води в реакційному середовищі, зокЗагалом, удосконалення за даним винаходом рема, у випадку перегінної колони - для видалення пристосоване для будь-яких безперервних спосоводи з процесу одержання оцтової кислоти. бів промислового виробництва оцтової кислоти З метою моніторингу вмісту води в реакційноі/або метилацетату в рідкій фазі за наявності гомому середовищі вищезгаданий пристрій може бути генної каталітичної системи. використаний також для моніторингу і регуляції Воно переважно застосовується до промислозазначеної швидкості потоку або швидкостей потових способів виробництва, в яких каталітична сисків метилацетату, диметилового ефіру або оцтовотема містить принаймні один метал групи VIII, зокго ангідриду, що вводяться для заміни частини рема родій, іридій або платину. витраченого метанолу, з метою коригування вмісОсобливо бажано застосовувати його також ту води в реакторі. до способів карбонілювання, в яких каталітична В іншому особливо бажаному варіанті винахосистема містить також принаймні один співкаталіду, для того щоб звільнити очисний агрегат, можна затор, зокрема метилйодид. додати теплообмінники для поглинання частини Винахід стане зрозумілішим з наступних приктепла від реакції одержання оцтової кислоти. В ладів, описаних з посиланням на представлені цьому випадку моніторинг температури реактора фігури, де: заснований на моніторингу теплоти, яка обмінюФігура 1 представляє схему установки для ється таким шляхом, і можна було продемонструпромислового виробництва оцтової кислоти шлявати, що система за даним винаходом справді дає хом карбонілювання відповідно до відомого рівня можливість ефективно використовувати весь достехніки. Ця фігура подана з посиланням на приктупний монооксид вуглецю з гарним контролем лад 1. складу в реакторі (метилацетату). Фігура 2 представляє схему удосконаленої В іншому варіанті винаходу частина тепла від установки за даним винаходом. Ця фігура подана реакції одержання оцтової кислоти може бути виз посиланням на приклад 2. далена або регенерована. Приклади здійснення винаходу Це видалення або регенерація можуть здійсПриклад 1 (порівняльний) нюватися або на виході з реактора через теплооУ цьому Прикладі оцтову кислоту одержують бмінник, розташований у контурі для рециркуляції шляхом карбонілювання метанолу монооксидом реакційної рідини в зазначений реактор, або на вуглецю в рідкій фазі за наявності гомогенної кавході в реактор на рециркуляційних потоках, що талітичної системи в установці, схематично зонадходять у згаданий реактор. браженій на Фігурі 1. В іншому варіанті коливання або зміни у швидРеакцію карбонілювання здійснюють при темкості подачі монооксиду вуглецю можуть бути депературі 185°С при абсолютному сумарному тиску мпфовані через буферний резервуар, розташова29бар (29·105Па). ний на схемі до згаданого реактора. Концентрацію води підтримують при значенні В цьому варіанті задане значення швидкості 14мас.% реакційного середовища. потоку монооксиду вуглецю роблять залежним від Концентрації, виражені у відсотках по масі від тиску всередині зазначеного буферного резервузагальної маси реакційного середовища, такі: ара. Вода: 14% В іншому варіанті винаходу коливання у швидМетилйодид: 10% кості потоку монооксиду вуглецю, що надходить у Метилацетат: 1,75% реактор, можуть бути демпфовані шляхом викиду Оцтова кислота і каталізатори: до 100% щонайменше частини надлишку в атмосферу. Вихід оцтової кислоти складає 54,1т/год. Цей викид може здійснюватися, зокрема, звиУстановка включає реакційну зону І, що має по чайним способом або через розтруб витяжної трусуті реактор 1, флеш-зону II, що включає по суті би, або через систему регенерації тепла. флеш-пристрій 2, і зону очищення III, що включає Зрештою, стало очевидним, що особливо батри перегінні колони 3, 4 і 5 у випадку, зображеножаним є з'єднання пристрою керування, застосому на цій фігурі. вуваного за даним винаходом, з аналізатором, що Монооксид вуглецю подають після очищення у працює у ближній інфрачервоній області, для викріогенній розділювальній системі (не показано на мірювання концентрації води і метилацетату в фігурі), що включає промивання рідким метаном. 15 76469 16 Його чистота варіюється від 98 до 99% (ці відЗа допомогою відповідних аналізів можна тасотки виражені як відношення об'єм/об'єм) і залекож контролювати вміст різних елементів у реакжить від ефективності очисного устаткування. ційному середовищі, зокрема, вміст води й вміст Монооксид вуглецю потім уводять у нижню чаметилацетату. стину реактора 1 через трубопровід 7, постачений Було передбачено також моніторинг рівня рівитратоміром 9 і впускним клапаном 11. Буферний дини в реакторі. Цей моніторинг може бути здійсрезервуар 12 для монооксиду вуглецю, розташонений будь-якими способами, звичайно застосовуваний до впускного клапана 11, уможливлює демваними для моніторингу рівня рідини в реакторі, пфування будь-яких змін у швидкості подачі СО у зокрема, через вимірювання перепаду тиску у відреактор 1. повідній гілці системи в реакторі, позначеній позиМетанол також уводять у нижню частину реакцією 37. тора 1 через трубопровід 6, постачений витратоФракцію рідини, що утворює реакційне сереміром 8 і впускним клапаном 10. довище, переносять безперервно з реактора 1 Пристрої для введення інших компонентів речерез трубопровід 31 у флеш-пристрій 2, в якому акційного середовища, як-от вода, каталітична тиск підтримується при значенні, нижчому за знасистема і, зокрема, будь-які розчинники, не покачення, що переважає в реакторі 1, для того щоб зані на схемі Фігури 1. одержати часткове випарювання реакційної рідиАвтоматичний регулятор тиску 13, з'єднаний із ни. Швидкість потоку F6 рідини, введеної у флешвпускним клапаном 11 для монооксиду вуглецю, пристрій 2, вимірюють за допомогою витратоміра дає можливість здійснювати моніторинг сумарного 22а. Фракцію, не випарувану у флеш-зоні 2, поветиску в реакторі 1. ртають у реактор 1 через трубопровід 32, та її Температура в реакторі 1 вимірюється за дошвидкість потоку F2 може бути вирахувана за допомогою термометричного пристрою 14 і може помогою витратоміра 22b. змінюватися завдяки циркуляції фракції реакційної Фракцію, випарувану у флеш-пристрої 2, рідини в охолоджувальному контурі, що проходить спрямовують у першу перегінну колону 3 через через теплообмінник 15, який постачається охолотрубопровід 33. Рідину, зібрану на дні цієї першої джувальною рідиною через клапан 30. перегінної колони, повертають у флеш-зону, як Потік реакційного матеріалу, у такий спосіб показано шляхом посилання на трубопровід 34, видалений з реактора і потім охолоджений і поветоді як частину водної рідкої фази у верхній частирнутий, дає можливість видаляти близько 20% ні цієї першої колони 3 повертають у реактор 1 тепла з реакції утворення оцтової кислоти. через сепаратор 23 для декантації двох рідких Гази, що видаляються, залишають верхню чафаз, отриманих зі швидкістю потоку F3, яка може стину реактора 1 через трубопровід 16. бути виміряна за допомогою витратоміра 24, при Швидкість потоку газу, очищеного у верхній цьому залишок водної фракції повертають у верхчастині реактора 1, регулюють таким чином, щоб ню частину першої перегінної колони 3. Крім того, підтримувати парціальний тиск монооксиду вуглеорганічну рідку фазу, що надходить з верхньої цю 10бар (10·105Па) у газоподібних продуктах, що частини перегінної колони 3, також повертають у накопичуються у верхній частині реактора. реактор із швидкістю потоку F4, яка може бути Гази, що видаляються, потім вводять у газорівиміряна за допомогою витратоміра 25. Фракцію, динний сепаратор 17, який повертає частину рідищо залишається в колоні 3 після видалення фракни у реактор 1 і спрямовує газоподібну частину в цій, що утворюються у верхній і нижній частинах, промивну колону 19, у якій газ промивають оцтоспрямовують у другу перегінну колону 4 через вою кислотою або метанолом перед його пропуструбопровід 35. канням через розтруб витяжної труби 18 і викидом Частину рідини, конденсованої у верхній часу атмосферу. тині цієї другої колони 4, повертають зі швидкістю В установці, зображеній на Фігурі 1, було пепотоку F5 у реактор 1 через трубопровід 36. Швидредбачено також вмикання у схему видалення кість потоку цієї фракції може бути виміряна за газів, до їхнього викиду в атмосферу, витратоміра допомогою витратоміра 26. Залишок верхньої 20, аналізатора 21 для аналізу газів, що видаляфракції повертається в колону 4, як показано за ються, й обчислювального модуля 21', з'єднаного з допомогою посилання 39. витратоміром 20, аналізатором 21 і витратоміром Фракція, зібрана на дні цієї другої перегінної 9. Аналізатор 21 може бути будь-яким пристроєм колони 4, що складається по суті з оцтової кислодля безперервного або послідовного вимірювання ти, піддається кінцевій стадії очищення в колоні 5, вмісту очищених газів, зокрема вмісту водню і/або де оцтову кислоту відокремлюють від важких побіСО2. чних продуктів, зібраних на дні колони, і від легших Цей аналіз у поєднанні з вимірюванням сумапродуктів, зібраних у верхній частині колони і частрної швидкості потоку заводських газів, що видаково повернутих у колону 4. ляються, дає можливість визначати швидкості поУ процесі роботи установки трапляється, що току водню і діоксиду вуглецю, отриманих у швидкість подачі монооксиду вуглецю піддається результаті побічних реакцій у реакторі для карбоколиванням, пов'язаним з виробничим устаткуваннілювання 1. ням, що передує реактору в технологічній схемі. Вирахування в модулі 21' співвідношення цих Швидкість потоку метанолу регулюють відносчасткових швидкостей потоку та сумарної швидконо швидкості потоку монооксиду вуглецю квазістесті потоку монооксиду вуглецю, що надходить у хіометричним способом. реактор 1, у такий спосіб забезпечує перехід до Селективність до СО2 встановлюють на знаселективностей. ченні, меншому або рівному 0,01: 17 76469 18 - шляхом коригування концентрації родію в швидкості потоку, виміряної за допомогою витрареакційному середовищі для одержання достаттоміра 20, і вимірювання швидкості подачі CO, ньої каталітичної активності; одержаного за допомогою витратоміра 9; - шляхом коригування концентрації йодовміс- на третьому вході Е3 швидкість подачі метаного промотору, тобто метилйодиду, що має винолу в реактор 1, виміряну за допомогою витратогляд буферної суміші метилйодиду в декантаторі у міра 8; та верхній частині першої перегінної колони; збіль- на четвертому вході Е4 температуру всерешення або зменшення цього буферного об'єму дає дині реактора 1, виміряну за допомогою термомеможливість регулювати вміст метилйодиду в реактричного пристрою 14. торі й, отже, активність каталітичної системи; Для ясності, з'єднання між регулятором та ін- шляхом коригування температури реактора в шими частинами установки не були показані на межах заданого діапазону: від 175°Сдо190°С. Фігурі 2. Для виходу з перехідних станів, що дають неУ зазначений момент регулятор 40 порівнює регульовані періоди роботи, потрібний постійний оптимізовані перемінні (швидкість потоку CO і сережим, який дасть можливість підтримувати конлективність) із заданими значеннями ССО і CS і центрації різноманітних компонентів у реакторі на видає керуючі сигнали S1 і S2, які залежать від: фіксованих рівнях і належним чином контролювати - різниці між кожною з оптимізованих перемінзворотні потоки, що надходять у реактор; для доних та її заданим значенням, сягнення цього необхідно підтримувати темпера- вимірювання швидкості подачі метанолу та туру реактора, для того щоб максимізувати вихід вимірювання температури в реакторі 1, та оцтової кислоти відповідно до швидкості потоку - співвідношень перемінних дії та оптимізовамонооксиду вуглецю, що надходить у реактор. них перемінних, записаних у регуляторі при його Швидкість потоку реакційної рідини, що надхопрограмуванні. дить у флеш-зону, потім коректують таким чином, Керуючі сигнали S1 і S2 використовують, відщоб видалити залишкову теплоту реакції. повідно, для керування клапаном 10, що контроПри керуванні установками стандартним сполює швидкість подачі метанолу в реактор 1, і класобом втрата монооксиду вуглецю або надлишок паном 30, що контролює швидкість подачі СО складали 2 об'ємних % на основі сумарної поохолоджувальної рідини в теплообмінник 15, для дачі CO. того щоб швидкість потоку монооксиду вуглецю і У цьому випадку було необхідним зменшити селективність до СО2 досягли їхніх заданих зназначні коливання у швидкості потоку монооксиду чень для ССО і CS. вуглецю шляхом поетапної зміни температури Задане значення CS, близько до якого регуреактора, для того щоб максимізувати вихід оцтолюють селективність до СО2, являє собою заздавої кислоти й уникнути перехідних режимів при легідь визначене фіксоване значення, яке перевавиникненні неконтрольованих періодів роботи. жно вибирають меншим за або рівним 0,01. Мета в цьому випадку полягала в тому, щоб Задане значення ССО, близько до якого регуфіксувати значення температури, для того щоб люють швидкість потоку монооксиду вуглецю, змістабілізувати концентрації різноманітних компоненюється як функція доступності монооксиду вуглентів у реакторі, а також потоки. цю в резервуарі 12 для СО, розташованому до Приклад 2 реактора 1. Цю доступність визначають безпосеЦей приклад ілюструє, як здійснюють спосіб за редньо шляхом вимірювання тиску Ρ в буферному даним винаходом для промислового виробництва резервуарі 12 за допомогою автоматичного регуоцтової кислоти за робочих умов, описаних у прилятора тиску 38. Задане значення ССО розрахокладі 1, для установки, зображеної схематично на вують за допомогою регулятора 40 як функцію Фігурі 2. тиску Р, що його докладають до п'ятого входу Е5 Установка, зображена на Фігурі 2, представляє регулятора, як показано на Фігурі 2. вдосконалення до установки, зображеної на Фігурі Підпорядкування температури в реакторі 1 і 1, що включає в себе багатомірний прогнозуючий швидкості подачі метанолу в зазначений реактор регулятор 40. керуванню швидкістю потоку монооксиду вуглецю Регулятор 40 запрограмований для регулюй селективністю до СО2, як описано вище, дає мовання оптимізованих перемінних близько до задажливість, з одного боку, зменшити надлишок потоних значень шляхом впливу на перемінні дії. ку монооксиду вуглецю, тобто втрати монооксиду В цьому прикладі 2 оптимізовані перемінні, що вуглецю, а з іншого боку, підтримувати селективїх необхідно регулювати, являють собою швидність до СО2 на заздалегідь визначеному рівні й, кість подачі монооксиду вуглецю в реактор 1 і сеотже, підтримувати концентрацію метилацетату. лективність до СО2. Перемінні дії являють собою Далі йде опис того, як спосіб за даним винахотемпературу всередині реактора 1 і швидкість подом здійснюють у цьому прикладі 2. дачі метанолу в цей реактор. Регулятор, вибраний як регулятор 40, являє Докладніше, регулятор 40 приймає: собою пристрій IDCOM-HIECON, який, у свою чер- на першому вході Е1 швидкість подачі моногу, являє собою модель багатомірного "чорного оксиду вуглецю в реактор 1, виміряну за допомоящика" на основі прогнозуючого регулятора, сконгою витратоміра 9; струйованого для безперервних способів промис- на другому вході Е2 селективність реакції до лового виробництва. Він був розроблений фірмою СО2, розраховану за допомогою обчислювального ADERSA. модуля 21' як функцію аналізу результатів, отриЦей регулятор був заздалегідь запрограмоваманих за допомогою аналізатора 21, значення ний у такий спосіб: 19 76469 20 Математична модель керування була вибрана деякі з яких суперечать одне одному. Фактично, в для регулятора з бібліотеки відомих заданих морівні техніки потрібно було підтримувати темпераделей за допомогою попередньо записаних тестів. туру, за можливістю більш постійну, для того щоб Експериментальну фазу потім здійснювали у стабілізувати інші параметри, але швидкість потоформі стрес-тестів (дослідів у важкому режимі), ку монооксиду вуглецю виявляла коливання. без контролю, які здійснювалися протягом двох Приклад 3 днів. Цей Приклад знову відноситься до промислоСигнали, зібрані на промисловій площадці за вої установки й пристрою, використаних у прикла5-секундні інтервали, пропускали через фільтр, що ді 2. приглушує перешкоди, і зберігали із 2-хвилинними Проте в цьому прикладі регулятор 40 викорисінтервалами для ідентифікації. товують також для того, щоб підпорядкувати реСпочатку, після двохгодинного періоду стабіліциркуляційні потоки, що надходять у реактор 1, зації, температуру реактора 1 швидко збільшували керуванню рівнем рідини у згаданому реакторі. шляхом приросту на 0,5°С; після того, як збільОсновні потоки рідини, що надходять у реакшення температури завершувалося, стежили за тор 1, являють собою: зміною параметрів до досягнення ними плато, ви- швидкість подачі метанолу - F1; ходячи із селективності до СО2 і швидкості подачі - рециркуляційні потоки, що надходять із зон II монооксиду вуглецю (тривалість близько двох гоі III у реактор, а саме: дин). - рециркуляція рідкої фракції з флеш-зони раТемпературу реактора знову швидко збільшузом із рідиною з нижньої частини першої перегінвали на 0,5°С і стежили за параметрами (триваної колони - F2, лість близько двох годин). - рециркуляція частини водної рідкої фази з Температуру потім двічі знижували на 0,5°С, верхньої частини першої перегінної колони - F3, при цьому контролюючи параметри. - рециркуляція органічної рідкої фази з верхТі самі операції виконували наступного дня ньої частини першої перегінної колони - F4, шляхом зниження швидкості потоку метанолу двічі - рециркуляція частини конденсованої рідини з на 0,5т/год. і потім збільшення її двічі шляхом збіверхньої частини другої перегінної колони - F5. льшення на 0,5т/год. Основний потік рідини, що залишає реактор, Контроль параметрів, що полягає, зокрема, в складається з рідини, що надходить із реактора у безперервному вимірюванні значень перемінних флеш-зону - F6. дії (температури в реакторі 1 і швидкості потоку Після того, як потік F1 уже включений у багаметанолу, що надходить у зазначений реактор) і томірний регулятор, достатньо додати потоки F2, значень оптимізованих перемінних (швидкості поF3, F4, F5 і F6, виміряні, відповідно, за допомогою току монооксиду вуглецю, що надходить у реактор витратомірів 22b, 24, 25, 26 і 22а, у вигляді пере1, і селективності до СО2). мінних дії, і рівень рідини в реакторі 1, виміряний Остаточне настроювання регулятора було за допомогою пристрою 37, як оптимізовану перездійснено за допомогою програмного забезпеченмінну. ня HIECON, що постачається виробником. ВиміряОтже, існують три оптимізовані перемінні: ні значення різних параметрів вводили в регуля- кількість споживаного CO, тор. Програмне забезпечення потім оптимізувало - селективність до СО2, параметри посилення і затримки, які мають прик- рівень рідини в реакторі, ладатися до вихідних сигналів S1 і S2. і сім перемінних дії: Після того, як регулятор запрограмований, йо- швидкість потоку метанолу F1, го вводили в дію, як показано на Фігурі 2, і спосіб - температура реактора, здійснювали за тих самих умов, як описано вище в - швидкості потоку F2, F3, F4, F5 і F6. прикладі 1. Проте нова ціль керування, що має відношенНесподівано було виявлено, що за допомогою ня до рівня рідини в реакторі, може бути досягнута регулятора 40 можна було підтримувати зміни в різноманітними способами. селективності до СО2 у вузьких межах при одночаНаприклад, можна вибрати тільки швидкості сній зміні температури реакційної суміші і швидкопотоків F2, F4, F5 і F6 як перемінні дії (тобто прості подачі метанолу, що дозволяло максимізувати пустити швидкість потоку F3) і компенсувати це споживання монооксиду вуглецю й, отже, максиміпропускання шляхом додавання в регулятор посзувати вихід оцтової кислоти. тійного співвідношення швидкостей потоків F4 і F3 Установлення регулятора дало можливість в якості додаткової цілі. зменшити надлишкову швидкість потоку СО до Щоб додатково зменшити кількість перемінних 0,5% на основі сумарної швидкості потоку СО, що дії, можна також задавати додаткові задачі, як-от надходить, тим самим досягаючи 1,5%-ого збільпідтримання значення співвідношення F2/F1 і підтшення виходу оцтової кислоти протягом показоворимання значення співвідношення F6/F1. го 5-місячного періоду. Це відповідало збільшенню Таким чином можна автоматично управляти виходу оцтової кислоти більше, ніж на 2000 тонн основними рідкими потоками установки з виробпротягом цього 5-місячного періоду на підставі ництва оцтової кислоти при одночасній максимізатакої самої кількості доступного CO. ції виходу оцтової кислоти шляхом кращого застоЗастосування за даним винаходом багатомірсування доступного монооксиду вуглецю. ного прогнозуючого регулятора в способі, який, В цьому прикладі 3 тести перед програмуваннаприклад, описаний у порівняльному прикладі 1, ням регулятора 40 були виконані в такий спосіб: дало можливість зняти різноманітні обмеження, Співвідношення різноманітних перемінних мо 21 76469 22 делювали, викликаючи деякі зміни в перемінній дії СО2 є відносно невеличкою протягом вибраного для кожної пари - перемінна дії/оптимізована пеперіоду роботи, так що це не дозволяє здійснюваремінна (в цьому разі пари утворюються між різти моніторинг умісту метилацетату. номанітними швидкостями потоку, з одного боку, і Крім того, хімія процесу при низьких вмістах рівнем рідини в реакторі, з іншого боку) і спостеріводи дуже чутлива до вмісту води, який є жорстгаючи вплив цих змін на оптимізовану перемінну ким параметром кінетики реакції одержання оцтопри сталості інших параметрів. вої кислоти. Сигнали, зібрані на промисловій площадці за Тому необхідно постійно стежити за вмістом 5-секундні інтервали, фільтрували через фільтр, води у реакторі: що приглушує перешкоди, і зберігали з 2- або шляхом прямого вимірювання, хвилинними інтервалами для ідентифікації. - або шляхом розрахунку, що враховує концеТести здійснювали протягом декількох днів з нтрації води в різноманітних рециркуляційних порізницевою модифікацією тільки однієї зі швидкостоках, що надходять у реактор. тей потоку (F1, F2, F4, F5, F6) протягом одноденСпектрометричний аналізатор у ближній інфного періоду, при цьому швидкість потоку F3 мала рачервоній області визначав in situ вміст води, задане значення, прямо пропорційне швидкості метилацетату, метилйодиду й оцтової кислоти в подачі метанолу. реакційному середовищі з часом відповіді меншим Збільшення кожного параметра вибирали відза одну хвилину. повідно до амплітуди відхилень, отриманих на Використаний аналізатор являв собою модель заводі в цілому. 5000 з NIRSystems. Таким чином, позитивні або негативні збільЙого було відкалібровано в такий спосіб: шення складали 0,2т/год. для F1, 2т/год. для F2, - аналізатор переключають на автоматичний 0,5т/год. для F4 і F5, і 15т/год. для F6. збір (зберігання спектрів), Програмне забезпечення HIECON потім вико- зразок беруть у кожній різноманітній робочій ристовували для оптимізації параметрів керуточці, вання. - зразок визначають за допомогою газової Регулятор потім уводили в дію в установці. хроматографії (стандартний спосіб), Приклад 4 - вибирають спектр, що відповідає часу добору В цьому прикладі карбонілювання метанолу зразків, здійснюють у експериментальній установці безпе- база даних спектральних концентрацій збарервної дії, що відтворює принципи роботи промигачується. слового заводу з реактором з механічним переміПотім створюють математичну модель, для шуванням, флеш-зоною і рециркуляцією рідкої того щоб у реальному масштабі часу визначити фази (що містить різновиди каталізатора) із флешконцентрації трьох основних вибраних компоненсепаратора в реактор. тів: води, метилацетату і метилйодиду. Перегонку не виконують, і рециркуляцію потоПісля цього визначають недоліки передбаків у зоні III стимулюють шляхом уведення так звачення: них свіжих реагентів (суміші оцтової кислоти, мевода: 0,2% для діапазону від 0,5% тилацетату, метилйодиду і води); каталізатор, до 21%, утрачений при випарюванні фази у флешметилацетат: 0,4% для діапазону від 0,5% сепараторі, періодично повторно вводять у реакдо 24%, тор у вигляді свіжого каталізатора. метилйодид: 0,7% для діапазону від 2% до Склад реакційного середовища такий: 14%. Вода: 7% Регулятор використовують у цьому прикладі 4 Метилйодид: 10% для регуляції двох оптимізованих перемінних: Метилацетат: 15% - швидкості потоку споживаного CO, Іридій: 1250ррт (мільйонних часток) - вмісту води в реакційному середовищі шляОцтова кислота: до 100% хом впливу на дві перемінні дії: Сумарний тиск становить 35бар (35·105Па), і - температуру реакційного середовища в реактемпература реактора 190°С. торі для карбонілювання, Парціальний тиск монооксиду вуглецю стано- швидкість потоку споживаного метанолу. вить 23бар (23·105Па). Установлення цього регулятора дало можлиШвидкість карбонілювання становить вість автоматично підтримувати наступні парамет15,5моль/(год.·л) за цих умов. ри на заздалегідь визначених рівнях без людськоСелективність до СО2 становить 0,01, селекго втручання: тивність до водню має значення 0,001, і селектив- швидкість потоку споживаного CO, ність до метану має значення 0,009. - вмісту води У цьому Прикладі експериментальної установпід час повних циклів протягом декількох годин ки основна ціль полягає не в оптимізації викорисдля тестування каталітичних систем із низьким тання доступного монооксиду вуглецю, а в досягумістом води. ненні реакційних умов і робочих умов, які є Тести, що передують програмуванню регулядостатньо стабільними для обґрунтування й оптитора, полягали в основному у створенні декількох мізації активності каталітичного середовища. змін перемінної дії для кожної пари перемінна Параметри контролювання родієвого каталізу, дії/оптимізована перемінна і спостереження за описаного у прикладі 2, не можуть більше викоривпливом цих змін на оптимізовану перемінну, при стовуватися: насправді зміна в селективності до збереженні інших параметрів постійними. 23 76469 24 Сигнали, зібрані на промисловій площадці у 5тервалами для ідентифікації. секундні інтервали, фільтрували через фільтр, що Програмне забезпечення HIECON потім дознімає перешкоди, і зберігали з 2-хвилинними інзволяло адаптувати регулятор до проблеми. Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for the continuous preparation of acetic acid and/or methyl acetate

Назва патенту російською

Способ непрерывного получения уксусной кислоты и/или метилацетата

МПК / Мітки

МПК: C07C 69/14, C07C 67/37, C07C 51/12, C07C 53/08

Мітки: кислоти, спосіб, одержання, оцтової, безперервного, метилацетату

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/12-76469-sposib-bezperervnogo-oderzhannya-octovo-kisloti-i-abo-metilacetatu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб безперервного одержання оцтової кислоти і/або метилацетату</a>

Подібні патенти