[发明专利]具有减少的催化剂损失的用于羰基化的改进的方法和装置

说明书

本申请是2008年4月14日递交的PCT国际申请PCT/US2008/004824于2009年12月25日进入中国国家阶段的中国专利申请号为200880021895.X、发明名称为“具有减少的催化剂损失的用于羰基化的改进的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总地涉及用于生产羰基化的产品(如乙酸或乙酸酐)、并多价螯合过程流中夹带的催化剂金属的装置和方法。

背景技术

羰基化过程在本领域是周知的。有特定商业价值的是针对甲醇的羰基化以生产乙酸的过程和针对乙酸甲酯的羰基化以生产乙酸酐的过程。参见AppliedHomogeneousCatalystWithOrganometallicCompounds(《具有机金属化合物的实用均相催化剂》)，Cornils等人编(Bench版)(Wylie，魏因海姆，德意志联邦共和国，2000年)，第二章，2.1.2部分及之后，104-137页。

为生产乙酸，一种可供选择的方法涉及在均相反应介质中羰基化甲醇，其中铑被用作催化剂。该方法在本领域有时候也一般被称为孟山都(Monsanto)过程，并在二十世纪七十年代得到发展。更优选的羰基化过程在授予Smith等人的美国专利号5,144,068中被教导。在此所谓的“低水”过程中，醇(如甲醇)与一氧化碳在液体反应介质中反应，所述液体反应介质含有以碘盐、特别是碘化锂稳定化的铑催化剂，连同特定比例的烷基碘(如碘甲烷)和乙酸烷基酯(如乙酸甲酯)。反应介质中有有限浓度的水，则产品是羧酸而不是，例如酸酐。'068专利的反应体系不仅以出乎意料地令人满意的速率提供异常低水含量的酸产品，还呈现出乎意料地高的催化剂稳定性。即，催化剂是耐催化剂沉淀出反应介质的。

羰基化甲醇的另一种可供选择的方法涉及在反应器中使用均相铱催化剂。例如，在授予Sunley等人的美国专利号5,883,295中公开的用于乙酸生产的方法，所述方法包括在羰基化反应器中实质上不存在金属促进剂和/或离子型碘共促进剂的情况下，以一氧化碳羰基化甲醇和/或其反应性衍生物，所述羰基化反应器中含有液体反应组合物与铱羰基化催化剂、碘甲烷共催化剂、水、乙酸和乙酸甲酯，其中，保留在液体反应组合物中的有：(a)小于5wt％浓度的水；(b)大于12wt％浓度的碘甲烷以及(c)羰基化反应器中小于50巴的总压力。也参见授予Ditzel等人的美国专利号5,877,348和也是授予Ditzel等人的美国专利号5,887,347。

均相体系的一个缺点是催化剂倾向于形成挥发性物种，这导致催化剂损失。参见，例如授予Garland等人的美国专利号5,942,460第4栏第3行及之后，以及授予Morris等人的美国专利号5,932,764第3栏第1行及之后，其中记载：

...优选地，为防止铱催化剂和/或可选的促进剂的挥发性的显著增加，从第二反应区提取的第二液体组合物中一氧化碳的量不应被降得太低，典型地在其中维持至少20vol％的溶解的和/或夹带的气体...

支载的催化剂体系已被提出，以避免通过夹带而过多的催化剂损失。例如，授予Scates等人的美国专利号5,466,874，授予Scates等人的美国专利号5,281,359，授予Yoneda等人的美国专利号5,334,755，授予Minami等人的美国专利号5,364,963，授予Marston等人的美国专利号5,155,261，授予Ramprasad等人的美国专利号5,892,110，授予Gray等人的美国专利号4,127,506，WIPO公开WO98/57918，以及WIPO公开98-33590。在羰基化过程中使用支载的催化剂体系的显著缺点是催化剂从聚合物的浸出(leaching)；如随后讨论的，该缺点可通过采用本发明至少部分地避免。

另一种途径已是通过使用聚合的基材多价螯合过程流中夹带的催化剂，而不使用支载的催化剂。此类方法在，例如，授予JohnsonMatthey的欧洲专利说明书号1315693，以及授予Cheung等人的美国专利号6,662,770中被描述，所述专利描述了使用树脂床，以多价螯合来自过程流的催化剂的过程，其中夹带的催化剂以百万分之几级别存在。