(1)概況 1880年德國A.Geuther,O.Froelich等在研究甲醇鈉與一氧化碳反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)有微量醋酸生成。隨后德國BASF公司對(duì)高壓甲醇羰基化制醋酸進(jìn)行了深入研究,并于1913年提出了反應(yīng)式:
CH3OH+CO → CH3COOH △H=-138.6kJ
1941年BASF公司的W.Reppe等發(fā) RE現(xiàn)鎳、鈷金屬羰基化合物在鹵素或含鹵素化合物存在的情況下,對(duì)羰化反應(yīng)具有顯著催化作用,從而使液相羰化反應(yīng)在較溫和的條件下進(jìn)行,開創(chuàng)了以應(yīng)用第Ⅷ族過渡金屬羰基化合物作為羰化催化劑的先例。
BASF公司在此基礎(chǔ)上成功開發(fā)了以羰基鈷-碘為催化劑的甲醇高壓羰基化制醋酸工藝,采用高鎳合金,解決了腐蝕問題,公司于1960年建成3600t/a的生產(chǎn)裝置,后來擴(kuò)至45kt/a,此后又在羅馬尼亞和美國進(jìn)行了推廣。
由于生產(chǎn)成本高,建有的3套裝置現(xiàn)已經(jīng)全部停產(chǎn)。
(2)基本原理 BASF高壓法的化學(xué)原理由催化劑鈷和助催化劑碘的兩個(gè)循環(huán)組成,如圖2-14所示。
整個(gè)催化循環(huán)的反應(yīng)方程式如下:
Co2(CO)8+H2O+CO → 2HCo(CO)4+CO2
CH3OH+HI ?CH3I+H2O
HCo(CO)4 ?H十+[Co(CO)4]一
[Co(CO)4]一+CH3I → CH3Co(CO)4+I一
CH3Co(CO)4 → CH3COCo(CO)3
CH3COCo(CO)3+CO → CH3COCo(CO)4
CH3COCo(CO)4+HI → CH3COI+H十+[Co(CO)4]一
CH3COI+H2O → CH3COOH+HI
上述反應(yīng)必須在較高溫度下進(jìn)行,為了在高溫下穩(wěn)定催化劑[Co(CO)4]-,必須保持一氧化碳分壓很高,從而決定了反應(yīng)條件的苛刻性。
(3)高壓法生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)流程如圖2-15所示。
生產(chǎn)用原料為純一氧化碳、工業(yè)甲醇(其中60%為甲醇脫水物二甲醚),與新鮮補(bǔ)充催化劑及循環(huán)返回催化劑、碘甲烷一起加入高壓反應(yīng)器b,保持反應(yīng)溫度為250℃,壓力為6.3MPa。反應(yīng)器為不銹鋼,內(nèi)襯哈氏B及C型鎳鉬合金,反應(yīng)釋放出的熱量部分用以預(yù)熱原料,部分隨排放氣帶出系統(tǒng)。反應(yīng)物經(jīng)冷卻后進(jìn)入高壓分離器d,分出的氣體經(jīng)洗滌塔o減壓排放,液體則在中壓分離器e減壓到0.5~1MPa。閃蒸出的氣體也進(jìn)入洗滌塔o后排出,液體則在膨脹器f中進(jìn)一步釋放出其中氣體,氣體進(jìn)入滌氣塔p然后排放。所有排放氣都用原料甲醇進(jìn)行洗滌以回收碘,洗滌液返回反應(yīng)器。上述三種排放氣及精制系統(tǒng)來的氣體匯總后的組成為CO65%~75%(體積分?jǐn)?shù)),CO215%~20%(體積分?jǐn)?shù)),CH43%~5%(體積分?jǐn)?shù)),其余為甲醇蒸氣。出膨脹器f的粗酸含醋酸45%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),水約35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),醋酸甲酯約20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),進(jìn)一步通過5個(gè)塔精制處理。第一塔h為脫氣塔,釋放的氣體通過洗滌塔p排出。液體在催化劑分離塔i進(jìn)行汽提,液相為催化劑的濃醋酸溶液,返回反應(yīng)器,氣相進(jìn)入干燥塔k,通過共沸蒸餾脫去水分。塔頂為與水的共沸物,含醋酸、甲酸、水和其它雜質(zhì),冷凝液為水和有機(jī)相,在分相器g中分層。有機(jī)相主要是酯,部分作為共沸劑返回塔k,其余部分在輔助塔n中進(jìn)行分離。塔頂為低沸點(diǎn)酯,返回反應(yīng)器,塔底作為本系統(tǒng)副產(chǎn)物排出。水相與催化劑溶液一起返回反應(yīng)器。脫水干燥塔k底部液體在塔l內(nèi)進(jìn)行精制,得到成品醋酸,塔底殘液在廢液塔m中進(jìn)行處理。塔頂餾分返回干燥塔,塔底重質(zhì)殘液中含有丙酸約50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),可以回收利用。
本法1t產(chǎn)品醋酸耗甲醇 610kg,CO 780kg,冷卻水 1850kg,蒸汽 2750kg,電 350kW·h。