Способ непрерывного получения уксусной кислоты и/или метилацетата карбонилированием метанола или его производного

Изобретение относится к способу непрерывного получения уксусной кислоты и/или метилацетата путем карбонилирования метанола или способного к карбонилированию производного метанола монооксидом углерода в жидкой фазе в присутствии воды и каталитической системы. Температуру реактора и скорость подачи метанола или способного к карбонилированию производного метанола в указанном реакторе подчиняют управлению скоростью подачи монооксида углерода и по меньшей мере одного из параметров, определяющих состав реакционной среды и/или удаляемых газов. Предпочтительно управление осуществляют через многомерный прогнозирующий регулятор при помощи предварительно запрограммированного электронного устройства. Концентрацию воды в реакционной среде поддерживают при значении, меньшем, большем или равном 14 мас.%, а концентрацию метилацетата менее 5 мас.% от массы реакционной среды. Концентрацию воды и метилацетата измеряют при помощи анализатора, работающего в ближней инфракрасной области. Технический результат - оптимизация технологического режима процесса с повышением выхода конечных продуктов. 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение касается усовершенствования непрерывного способа получения уксусной кислоты и/или метилацетата.

Более конкретно, это усовершенствование направлено на улучшение мониторинга (т.е. текущего контроля) и управления способом получения уксусной кислоты и/или метилацетата с целью улучшения выхода уксусной кислоты и/или метилацетата.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одним из наиболее широко используемых в промышленности способов получения уксусной кислоты является карбонилирование метанола или, в более общем смысле, способного к карбонилированию производного метанола монооксидом углерода. Эту реакцию осуществляют в жидкой фазе под давлением, создаваемым монооксидом углерода, являющимся одним из реагентов, в присутствии гомогенной каталитической системы.

Способ карбонилирования в присутствии родиевого катализатора является известным способом, который применяют в промышленности и который стал предметом многочисленных статей и патентов, например американских патентов US 3769329 и US 3813428.

Европейские патенты ЕР 618183 и ЕР 618184 и европейские патенты ЕР 785919 и ЕР 759022 описывают способ карбонилирования метанола в присутствии иридийсодержащей каталитической системы, которая может содержать также родий.

Применяющийся в настоящее время в промышленности способ карбонилирования в присутствии иридия и рутения описан в европейском патенте ЕР 643034.

Цель усовершенствования этих способов карбонилирования метанола состояла в повышении производительности катализаторов и уменьшении затрат на промышленное производство уксусной кислоты.

Так называемые способы с "низким содержанием воды" фактически позволяют значительно увеличить выход уксусной кислоты, ограничивая тем самым уровень требуемых капиталовложений и снижая эксплуатационные расходы путем уменьшения энергии, требующейся для отделения уксусной кислоты от различных компонентов реакционной смеси, в частности воды.

Обычно эти различные способы карбонилирования метанола в жидкой фазе и в присутствии гомогенной каталитической системы осуществляют в установках, содержащих три отдельные зоны, как описано в статье M.J.Howard с соавт. (Catalysis Today, 18 (1993) 325-354).

Реакционная зона состоит из реактора непрерывного действия с механическим перемешиванием, работающего под давлением (5-200 бар, что соответствует 5·10⁵-200·10⁵ Па) и при повышенной температуре (150-250°С).

Метанол и ряд рециркуляционных потоков вводят в нижнюю часть этого реактора. Монооксид углерода распыляют в реакторе.

Полученную жидкую реакционную среду затем направляют во вторую зону, названную зоной испарения или флэш-зоной, в которой жидкость частично испаряется при давлении ниже давления реакции.

Это вызывает мгновенное испарение (от англ. "flash" - "флэш"), или адиабатическое расширение, при котором большинство легких компонентов (метилиодид, метилацетат и вода) испаряются вместе с образующейся кислотой.

Флэш-зона дает возможность отделить газ от жидкости; испаренный поток затем переходит в третью зону, названную зоной разделения, тогда как жидкий поток (по существу, уксусную кислоту, содержащую катализатор) возвращают в первую зону.

Зона очистки может содержать одну или более чем одну перегонную колонну; это дает возможность отделять уксусную кислоту и/или метилацетат от других компонентов и возвращать потоки в реакционную зону.

Кроме того, отсос газа в верхней части реактора дает возможность контролировать уровень парциального давления монооксида углерода и удалять побочные газообразные продукты реакции вместе с инертными газами, присутствующими при подаче монооксида углерода.

Результатом оптимизации современных способов получения уксусной кислоты является максимизация выхода уксусной кислоты в уже существующем оборудовании. Для этого реакцию осуществляют с различными компонентами реакционной среды, концентрации которых поддерживаются на заранее определенных уровнях, для того чтобы воспользоваться наиболее подходящими кинетическими условиями.

Это условие является существенным для мониторинга реактора и рециркуляционных потоков.

Множество недавних статей и патентов было посвящено этой области.

Доклад под названием "Адаптивный способ контроля реактора с уксусной кислотой", представленный Д.З.Тобиасом на IEEE конференции (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), проходившей в Ванкувере 29-30 апреля 1999 года и посвященной передовым способам управления (D.Z.Tobias, "Adaptive Process Control of an Acetic Acid Reactor", IEEE Conference on Advanced Process Control, Vancouver, 29-30 April 1999), демонстрирует применение внешнего обменника для создания материального баланса, независимого от теплового баланса, так как без этого обменника невозможно изменить уровень производительности реактора, для того чтобы поддерживать температуру реактора, т.е. уровень производительности реактора в действительности определяется материальным балансом.

Конечной целью является стабилизация температуры реактора, для того чтобы увеличить производительность агрегата; таким образом, установка новой системы мониторинга дала возможность уменьшить стандартное отклонение температуры с 3,6 до 0,8°С.

При непрерывной эксплуатации монооксид углерода обычно подают по требованию, контролируя при этом суммарное давление в реакторе.

Предметом европейской патентной заявки ЕР 0983752 является установка системы мониторинга, которая направлена на поддержание скорости потока монооксида углерода ниже расчетного максимального значения, представляющего приемлемую максимальную скорость потока.

Цель европейской патентной заявки ЕР 0999198 состоит в поддержании состава реакционной среды, в частности, концентраций воды и метилацетата в реакторе, где осуществляется карбонилирование, путем рециркуляции обогащенного уксусной кислотой потока, поступающего из зоны очистки кислоты.

Патенты ЕР 0846674 и FR 2750984 описывают оптимизацию потребления СО путем введения второго реактора для карбонилирования (эффект доводки) между первым реактором (реакционной зоной) и флэш-зоной (зоной испарения).

Патенты US 5352415 и US 5374774 описывают способы промышленного производства уксусной кислоты, в которых контролируют уровни реактора и флэш-зоны, а также концентрацию воды в реакционной среде.

Патент US 5831120 предлагает техническое решение, позволяющее избежать накопления воды в реакционной среде с получением заданной концентрации воды в реакторе для карбонилирования.

В этих различных документах описано, что в стандартном способе, разработанном Монсанто, теплоту, выделяющуюся в результате реакции, удаляют путем увеличения выхода реактора или мгновенного испарения между реактором и флэш-зоной. Таким образом, существовала постоянная зависимость между скоростью потока метанола, поступающего в реактор, и флэш-скоростью, для того чтобы контролировать температуру реактора. Это привело к незначительной изменчивости в уровне жидкости в реакторе и промежуточных потоках.

С введением способов с низким содержанием воды эта система становится неуместной, так как скорость флэш-испарения значительно увеличивается благодаря тому факту, что количества испаренной воды становятся меньше, и они должны замещаться гораздо большими количествами органических продуктов, чья удельная теплота испарения ниже, чем удельная теплота испарения воды.

Это привело к установке охлаждающих теплообменников для поглощения части тепла реакции, а это в свою очередь увеличило изменчивость уровней жидкости в реакторе и флэш-зоне, а также скоростей потоков жидкостей (расходов жидкостей).

Это сильное изменение в скоростях потоков жидкостей, в частности, относится к недостаткам способа, так как может возникнуть необходимость в снижении выхода, для того чтобы уменьшить поток, поступающий в зону очистки.

Кроме того, эти колебания вызывают изменения в концентрации воды в реакторе и, поскольку кинетика реакции зависит от концентрации воды в случае способов с низким содержанием воды, это снова увеличивает риск возникновения нестабильности в системе.

Цель патентной заявки ЕР 1002785 состоит в поддержании концентрации метилацетата в реакторе на заранее определенном уровне путем корректировки соотношения метанола к монооксиду углерода, которое регулирует скорость подачи метанола в реактор.

В публикации международной заявки WO 00/37405 описывается способ мониторинга процесса путем измерения концентраций различных компонентов реакционного раствора при помощи инфракрасного анализатора и, соответственно, корректировки концентраций, по меньшей мере, разновидностей катализатора, метилиодида, метилацетата и воды, для того чтобы оптимизировать выход уксусной кислоты.

Независимо от способа была ясно определена задача мониторинга реактора с уксусной кислотой, которая состояла в поддержании, в частности, концентраций воды и метилацетата, но способы автоматического достижения этих целей никогда не предлагались.

Кроме того, ни один из этих документов не рассматривал проблем, связанных с большими или меньшими колебаниями в потоке монооксида углерода, поступающего в реактор, и не пытался преодолеть недостатки, которые могли возникнуть в процессе производства уксусной кислоты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предмет настоящего изобретения состоит именно в том, чтобы преодолеть эти недостатки, предложив способ мониторинга, который автоматически поддерживает, в частности, концентрации воды и/или метилацетата и который дает возможность максимизировать выход уксусной кислоты при колебаниях скорости подачи СО, как будет описано ниже.

Прежде всего отмечают, что:

Основная реакция карбонилирования метанола имеет следующее уравнение:

Основными побочными реакциями являются:

- Реакция конверсии водяного газа, также обозначаемая WGSR (от англ. Water Gas Shift Reaction):

Эта реакция является причиной потери монооксида углерода с одновременным образованием водорода и диоксида углерода.

Важно количественно оценить эту побочную реакцию относительно основной реакции. Используя независимый от уровня производства критерий, некоторые говорят о селективности к водороду или СО₂, при этом селективность выражается как соотношение количества молей монооксида углерода, принимающего участие в побочной реакции, к суммарному количеству молей монооксида углерода, участвующего в основной реакции и в побочных реакциях.

- Реакция образования пропионовой кислоты, описываемая следующим общим уравнением:

Таким образом, потребляются водород и монооксид углерода.

Здесь можно отметить, что часть водорода, полученного с помощью упомянутой выше реакции конверсии водяного газа, потребляется в ходе реакции с получением в качестве побочного продукта пропионовой кислоты. Таким образом, когда анализируют газовый поток на выходе из реактора, селективность к водороду и селективность к СО₂ уже не являются эквивалентными.

Селективность к СО₂ является более показательной для реакции конверсии водяного газа, но из практических соображений, связанных с газовым анализом, для управления промышленной установкой не исключается также применение селективности к водороду.

- Реакция этерификации уксусной кислоты и метанола с получением метилацетата.

Метилацетат, образующийся в этой реакции, может препятствовать разделению жидкого потока, конденсированного в верхней части первой очистной колонны, если его концентрация в реакторе увеличивается бесконтрольно.

В зависимости от способа получения монооксида углерода до его поступления в реактор с уксусной кислотой поток монооксида углерода может оказаться непостоянным. Незначительные изменения могут быть демпфированы путем установки буферного резервуара для монооксида углерода до реактора с уксусной кислотой, что дает возможность уменьшить изменения в скорости потока монооксида углерода и сгладить их на некоторое время, поскольку уровень давления в источнике монооксида углерода выше уровня давления, при котором он расходуется в реакторе для карбонилирования.

Результатом больших колебаний является то, что поток монооксида углерода, который может быть определен как избыток СО, не может быть использован в реакции и, следовательно, должен выбрасываться в атмосферу либо через раструб вытяжной трубы, либо через систему сгорания с регенерацией тепла.

Усовершенствование по настоящему изобретению состоит в изменении температуры реактора и скорости подачи метанола в реактор с целью корректировки выхода уксусной кислоты относительно количества доступного монооксида углерода при одновременном поддержании низкой селективности к водороду или CO₂, или условий, которые дают возможность оптимизировать потребление СО, особенно при помощи заранее запрограммированного электронного устройства, такого как многомерный регулятор с прогнозирующим управлением.

Таким образом, в противоположность предыдущим режимам работы, где температура реактора оставалась фиксированной на заданном значении в течение длительного времени, температура реактора в способе по настоящему изобретению изменяется таким образом, чтобы мог быть использован весь доступный монооксид углерода.

Стало очевидно, что даже если параметры, использованные в регуляторе в качестве входных переменных, не были одинаковыми, во всех случаях независимо от того, был ли это способ, который используют обычно с содержанием воды в реакционной среде, большим или равным 14 мас.%, или это был так называемый способ с "низким содержанием воды", можно было оптимизировать выход уксусной кислоты и/или метилацетата при помощи регулятора, действующего на температуру реактора и скорость подачи метанола (выходные переменные или переменные действия), как функцию скорости подачи монооксида углерода и по меньшей мере одного дополнительного параметра, выбранного в качестве множественной переменной (входные значения или оптимизируемые значения).

Таким образом, в соответствии с его существенной характеристикой изобретение относится к способу непрерывного получения уксусной кислоты и/или метилацетата путем карбонилирования метанола или способного к карбонилированию производного метанола монооксидом углерода в жидкой фазе в присутствии воды и гомогенной каталитической системы, причем указанный препаративный способ осуществляют в промышленной установке, включающей:

- зону I, названную реакционной зоной, включающую реактор, в котором осуществляют упомянутую выше реакцию карбонилирования метанола в жидкой фазе при температуре от 150 до 250°С, при давлении от 5·10⁵ до 200·10⁵ Па и с удалением части газообразных продуктов, скапливающихся над уровнем жидкости реакционной среды в указанном реакторе;

- зону II, названную зоной испарения или флэш-зоной, в которой жидкость, образующуюся в реакционной среде в зоне I, частично испаряют при давлении ниже давления, существующего в зоне I, при этом жидкую фракцию, образующуюся в результате этого частичного испарения, возвращают в реактор; и

- зону III, названную зоной очистки, в которой испаренную фракцию, образующуюся в указанной выше флэш-зоне II, перегоняют на одной или более чем одной перегонной колонне, на выходе из которой регенерируют уксусную кислоту и/или метилацетат, при этом другие компоненты указанной выше испаренной фракции, по меньшей мере, частично возвращают в указанный выше реактор,

в котором с целью улучшения мониторинга получения уксусной кислоты и/или метилацетата температуру реактора и скорость подачи в указанный реактор метанола или способного к карбонилированию производного метанола подчиняют управлению скоростью подачи монооксида углерода и, по меньшей мере, одного из параметров, определяющих состав реакционной среды и/или удаляемых газов.

Таким образом, в настоящем изобретении предложено улучшенное средство мониторинга производства уксусной кислоты и/или метилацетата в непрерывном способе карбонилирования метанола или способного к карбонилированию производного метанола монооксидом углерода в жидкой фазе в присутствии воды и гомогенной каталитической системы, при этом указанный способ осуществляют в промышленной установке, включающей три основные зоны - I, II и III, определенные выше.

"Способное к карбонилированию производное метанола" означает любое производное метанола, которое обычно используют в промышленных способах для получения уксусной кислоты и/или метилацетата путем карбонилирования, например, диметиловый эфир, метилгалогениды или метилацетат.

Мониторинг, выполняемый в способе по настоящему изобретению, может осуществляться при помощи любого электронного устройства для обеспечения требуемого сервоуправления, для того чтобы минимизировать потери монооксида углерода при колебаниях в подаче монооксида углерода.

В частности, это устройство для сервоуправления может представлять собой электронное устройство управления, заранее запрограммированное для выполнения этой цели.

Более точно, устройство для сервоуправления действует на температуру реактора и на скорость подачи в реакцию метанола, для того чтобы минимизировать потери монооксида углерода путем постоянного мониторинга скорости подачи в реактор монооксида углерода и, по меньшей мере, одного из параметров, определяющих состав реакционной среды и/или удаляемых газов.

Специалисты в данной области легко поймут, что параметр, выбранный в качестве входного параметра для устройства, осуществляющего сервоуправление, зависит от режима работы промышленной установки по производству уксусной кислоты и/или метилацетата, и что эти параметры, в частности, могут быть разными в зависимости от того, какой способ используют: так называемый стандартный способ по типу Монсанто или так называемый способ с "низким содержанием воды", что станет очевидным из следующего описания.

Устройство управления может представлять собой либо систему мониторинга и управления, если оно обладает необходимыми функциями, либо многомерный прогнозирующий регулятор или любую другую электронную систему, имеющую следующие характеристики:

- устройство ввода/вывода (I/O от англ. input/output);

- интерфейс для цифрового преобразования аналоговых входных/выходных сигналов; и

- процессор для обработки данных.

Однако многомерный прогнозирующий регулятор был выбран для примеров, с одной стороны, для того чтобы избежать особых характеристик, связанных с системами мониторинга/управления, а с другой стороны, для того чтобы можно было непосредственно применять программы, снабженные многомерным регулятором.

Такое устройство основано на применении математической модели управления и позволяет осуществлять прогнозирующее управление, которое на основании этой математической модели создает гипотезу о будущем поведении переменной, за которой осуществляют текущий контроль.

Коммерчески доступные многомерные прогнозирующие регуляторы обычно включают библиотеку математических моделей управления.

Перед использованием многомерный прогнозирующий регулятор должен быть запрограммирован, что обычно осуществляют следующим образом:

1) Из упомянутой библиотеки выбирают математическую модель как функцию используемого реактора и химической реакции, которую желательно осуществить. Этот выбор делают обычно эмпирически при помощи предварительных тестов, которые заключаются в проверке всех математических моделей на искомую химическую реакцию и наблюдении полученных контрольных ответов.

2) Значения так называемых переменных действия и соответствующие значения так называемых оптимизируемых переменных затем вводят в регулятор. Переменные действия представляют собой переменные, на которые можно воздействовать, так чтобы оптимизируемые переменные регулировались около желаемых заданных значений. В настоящем изобретении переменные действия включают температуру реактора и скорость потока метанола, а оптимизируемые переменные включают скорость подачи монооксида углерода и упомянутый параметр, определяющий состав реакционной среды и/или удаляемых газов.

Эта вторая фаза сводится к созданию в автоматическом регуляторе базы данных, представляющей зависимости между переменными действия и оптимизируемыми переменными.

Вычислительная программа, снабженная автоматическим регулятором, затем оптимизирует контрольные параметры, такие как усиление и задержка, которые должны будут применяться к электрическим выходным сигналам регулятора, для того чтобы устройства управления (обычно клапаны) действовали на переменные действия.

Значения переменных действия и оптимизируемых переменных, которые вводят в регулятор, получают во время предварительной экспериментальной фазы, осуществляемой без управления, которая заключается в проведении химической реакции с быстрым увеличением значения одной из переменных путем приращений, с тем чтобы вызвать изменение системы, и наблюдения изменения различных переменных путем непрерывного измерения их значений.

После того как регулятор запрограммирован, его интегрируют в пульт управления и постепенно включают в процесс.

При осуществлении процесса автоматический регулятор регулирует оптимизируемые переменные около заданных значений, воздействуя на переменные действия через упомянутые устройства.

В первом варианте изобретение применяют для мониторинга стандартного способа карбонилирования метанола в уксусную кислоту и/или метилацетат с содержанием воды, большим или равным 14 мас.%.

Хорошо известно, что в таком стандартном способе карбонилирования метанола в уксусную кислоту и/или метилацетат в жидкой фазе, катализируемом родием, с содержанием воды, большим или равным 14 мас.%, монооксид углерода вводят под контролем суммарного давления в реакторе; метанол вводят с постоянной скоростью с получением желаемого выхода уксусной кислоты при постоянной температуре реактора.

Этот способ мониторинга работает, если катализатор является достаточно активным.

В другом случае метанол, не превратившийся в уксусную кислоту, этерифицируют до метилацетата. Увеличение концентрации метилацетата в реакторе является причиной низкой производительности в зоне очистки, в частности в верхней части первой очистной колонны, где увеличение концентрации метилацетата сначала ухудшает, а затем ингибирует разделение конденсированной жидкости на две разные жидкие фазы (легкую водную фазу, часть которой служит для орошения колонны и часть которой возвращают в реактор, и тяжелую органическую фазу, которую всю возвращают в реактор для карбонилирования).

Уровень производительности в этом случае приходится снижать, для того чтобы откорректировать ситуацию, после чего добавляют больше катализатора или увеличивают температуру реактора, для того чтобы дать возможность работать при более высоком уровне производительности процесса.

Было обнаружено, что реакцией лучше управлять путем мониторинга побочной реакции конверсии водяного газа, которая дает водород и диоксид углерода.

Непрерывный или последовательный анализ заводских очищенных газов в сочетании с измерением суммарной скорости потока заводских удаляемых газов дает возможность определять скорости потока водорода и диоксида углерода, полученных в побочных реакциях в реакторе для карбонилирования.

Соотношение этих частичных скоростей потока к суммарной скорости потока монооксида углерода, поступающего в реактор, обеспечивает подход к селективностям.

Здесь можно отметить, что часть водорода, полученного в реакции конверсии водяного газа (WGSR), расходуется в реакции с получением пропионовой кислоты в качестве побочного продукта, так что селективность к водороду и селективность к CO₂ уже не являются эквивалентными.

Селективность к СО₂ более показательна для реакции конверсии водяного газа, но по определенным причинам, из практических соображений, связанных с газовым анализом, для управления промышленной установкой может быть использована селективность к водороду.

Таким образом, в первом варианте изобретения реакцию контролируют в значительной степени по изменению скорости потока метанола или применяемого и способного к карбонилированию производного метанола на входе в реактор и по температуре реактора с получением селективности к СО₂ или водороду, меньшей или равной 0,01, и/или концентрации метилацетата в реакторе менее 5 мас.%, предпочтительно менее 2 мас.%, что обеспечивает хорошую декантацию в верхней части первой очистной колонны.

Тесты, выполненные автором настоящего изобретения, ясно показали, что путем воздействия через автоматический регулятор на температуру реактора и скорость подачи СО можно ограничить потери СО при изменении скорости подачи монооксида углерода в реактор, ограничивая заданное значение селективности к СО₂ или Н₂ величиной, меньшей или равной 0,01, и/или поддерживая концентрацию метилацетата на значении менее 5 мас.%, предпочтительно менее 2 мас.% в реакционной среде.

Таким образом в этом первом варианте, где концентрация воды в реакционной среде больше или равна 14 мас.%, управление осуществляется с привлечением селективности к CO₂ или H₂ и скорости потока потребляемого СО, и регулятор действует как на температуру реактора, так и на скорость потока метанола (или способного к карбонилированию производного метанола), поступающего в реактор.

Использование устройства управления в этом первом варианте изобретения дало возможность поддерживать селективность к СО₂ (или водороду) в узких пределах изменения путем воздействия на температуру реактора и на скорость подачи метанола (или способного к карбонилированию производного метанола) в реактор, а также позволяет оптимизировать потребление монооксида углерода даже при наличии относительно больших колебаний в скорости подачи монооксида углерода в реактор.

Во втором варианте изобретение применимо также к так называемым способам с "низким содержанием воды" для промышленного производства уксусной кислоты и/или метилацетата в жидкой фазе в присутствии гомогенного катализатора, т.е. к тем случаям, когда концентрация воды в реакционной среде составляет менее 14 мас.%.

Хорошо известно, что в противоположность стандартным способам, где концентрация воды больше или равна 14 мас.% реакционной среды, концентрация воды в способах с "низким содержанием воды" представляет собой жесткий параметр кинетики реакции получения уксусной кислоты, тогда как реакция карбонилирования является относительно интенсивной по селективности к СО₂; по этой причине специалисты в данной области легко поймут, что в этом случае, в отличие от предыдущего случая, именно концентрация воды в реакционной среде, а не селективность к CO₂, будет выбрана в качестве параметра, используемого в качестве оптимизируемой переменной регулятора.

Поэтому концентрация воды, которая будет зафиксирована на заранее определенном уровне, и скорость потока монооксида углерода, поступающего в реактор, будут предпочтительно выбраны в качестве оптимизируемых переменных регулятора для способов промышленного производства с "низким содержанием воды".

Стало очевидным, что в этом случае также можно было действовать через заранее запрограммированный регулятор, в частности через многомерный прогнозирующий регулятор, на температуру реактора и скорость потока метанола, поступающего в реактор, для того чтобы поддерживать концентрацию воды на указанном выше заранее определенном уровне и оптимизировать потребление монооксида углерода, когда его подача подвержена колебаниям.

В одном предпочтительном варианте, применимом для обеих описанных выше реализаций изобретения, по-видимому, особенно полезно также подчинять скорость потока жидкости, проходящей из реакционной зоны I во флэш-зону II, и скорости потоков рециркуляционной жидкости, проходящих из зон II и III в реактор, управлению уровнем жидкости в реакторе, так чтобы уровень оставался фиксированным на заранее определенном значении.

Это заранее определенное значение (уровень) предпочтительно фиксируют на величине между 50 и 100% абсолютной суммарной шкалы уровней в реакторе.

Таким образом регулятор, применяемый по настоящему изобретению, может быть также использован для регуляции уровня жидкости в реакторе путем добавления в регулятор в качестве переменной действия скорости потока жидкости из реактора во флэш-зону и скоростей различных рециркуляционных потоков в реактор, в частности скоростей потоков жидкости и потоков, поступающих из зон II и III.

В другом особенно предпочтительном варианте изобретения устройство сервоуправления, применяемое по настоящему изобретению, в частности многомерный прогнозирующий регулятор, может быть использовано для мониторинга и регуляции содержания воды в реакционной среде.

В частности, оно может быть использовано для мониторинга и регуляции оборудования во избежание накопления воды в реакционной среде, в частности, в случае перегонной колонны - для удаления воды из процесса получения уксусной кислоты.

С целью мониторинга содержания воды в реакционной среде указанное выше устройство может быть использовано также для мониторинга и регуляции указанной скорости потока или скоростей потоков метилацетата, диметилового эфира или уксусного ангидрида, вводимых для замены части израсходованного метанола, с целью корректировки содержания воды в реакторе.

В другом особенно предпочтительном варианте изобретения, для того чтобы освободить очистной агрегат, можно добавить теплообменники для поглощения части тепла от реакции получения уксусной кислоты. В этом случае мониторинг температуры реактора основан на мониторинге теплоты, которая обменивается таким путем, и можно было продемонстрировать, что система по настоящему изобретению в действительности дает возможность эффективно использовать весь доступный монооксид углерода с хорошим контролем состава в реакторе (метилацетата).

В другом варианте изобретения часть тепла от реакции получения уксусной кислоты может быть удалена или регенерирована.

Это удаление или регенерация могут осуществляться либо на выходе из реактора через теплообменник, расположенный в контуре для рециркуляции реакционной жидкости в указанный реактор, либо на входе в реактор на рециркуляционных потоках, поступающих в упомянутый реактор.

В другом варианте колебания или изменения в скорости подачи монооксида углерода могут быть демпфированы через буферный резервуар, расположенный на схеме до упомянутого реактора.

В этом варианте заданное значение скорости потока монооксида углерода делают зависимым от давления внутри указанного буферного резервуара.

В другом варианте изобретения колебания в скорости потока монооксида углерода, поступающего в реактор, могут быть демпфированы путем выброса по меньшей мере части избытка в атмосферу.

Этот выброс может осуществляться, в частности, обычным способом либо через раструб вытяжной трубы, либо через систему регенерации тепла.

В конце концов, стало очевидным, что особенно предпочтительным является соединение устройства управления, применяемого по настоящему изобретению, с анализатором, работающим в ближней инфракрасной области, для измерения концентрации воды и метилацетата в реакционной среде.

Тот же самый тип соединения может быть выполнен также для измерения концентрации воды и метилацетата и/или метилиодида в реакционной среде, когда метилиодид используют в качестве сокатализатора в соответствии с предпочтительной реализацией способа по настоящему изобретению.

Было обнаружено, что это соединение анализатора процесса, идущего в реальном масштабе времени, на основе анализа в ближней инфракрасной области особенно применимо в способах с "низким содержанием воды", где важно контролировать не только концентрацию метилацетата, но также и содержание воды, которое оказывает прямое влияние на кинетику реакции получения уксусной кислоты и/или метилацетата.

В общем, усовершенствование по настоящему изобретению применимо к любым непрерывным способам промышленного производства уксусной кислоты и/или метилацетата в жидкой фазе в присутствии гомогенной каталитической системы.

Оно особенно применимо к промышленным способам производства, в которых каталитическая система содержит, по меньшей мере, один металл группы VIII, в частности родий, иридий или платину.

Особенно предпочтительно применять его также к способам карбонилирования, в которых каталитическая система содержит также, по меньшей мере, один сокатализатор, в частности метилиодид.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение станет более понятным из следующих Примеров, описанных со ссылкой на чертежи, в которых:

Фигура 1 представляет схему установки для промышленного производства уксусной кислоты путем карбонилирования в соответствии с известным уровнем техники. Эта Фигура дана со ссылкой на Пример 1.

Фигура 2 представляет схему усовершенствованной установки по настоящему изобретению. Эта Фигура дана со ссылкой на Пример 2.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1 (сравнительный)

В этом Примере уксусную кислоту получают путем карбонилирования метанола монооксидом углерода в жидкой фазе в присутствии гомогенной каталитической системы в установке, схематично изображенной на Фигуре 1.

Реакцию карбонилирования осуществляют при температуре 185°С при абсолютном суммарном давлении 29 бар (29·10⁵ Па).

Концентрацию воды поддерживают при значении 14 мас.% реакционной среды.

Концентрации, выраженные в процентах по массе от общей массы реакционной среды, следующие:

Вода	14%
Метилиодид	10%
Метилацетат	1,75%
Уксусная кислота и катализаторы	До 100%

Выход уксусной кислоты составляет 54,1 т/ч.

Установка включает реакционную зону I, состоящую по существу из реактора 1, флэш-зоны II, включающей по существу флэш-устройство 2, и зоны очистки III, включающей три перегонные колонны 3, 4 и 5 в случае, изображенном на Фигуре 1.

Монооксид углерода подают после очистки в криогенной разделительной системе (не показано), включающей промывку жидким метаном.

Его чистота варьирует от 98 до 99% (эти проценты выражены как отношение объем/объем) и зависит от эффективности очистного оборудования.

Монооксид углерода затем вводят в нижнюю часть реактора 1 через трубопровод 7, снабженный расходомером 9 и впускным клапаном 11. Буферный резервуар 12 для монооксида углерода, расположенный до впускного клапана 11, дает возможность демпфировать любые изменения в скорости подачи СО в реактор 1.

Метанол также вводят в нижнюю часть реактора 1 через трубопровод 6, снабженный расходомером 8 и впускным клапаном 10.

Устройства для введения других компонентов реакционной среды, таких как вода, каталитическая система и, в частности, любые растворители, не показаны на схеме Фигуры 1.

Автоматический регулятор давления 13, соединенный с впускным клапаном 11 для монооксида углерода, дает возможность осуществлять мониторинг суммарного давления в реакторе 1.

Температура в реакторе 1 измеряется с помощью термометрического устройства 14 и может изменяться благодаря циркуляции фракции реакционной жидкости в охлаждающем контуре, проходящем через теплообменник 15, который снабжается охлаждающей жидкостью через клапан 30.

Поток реакционного материала, таким образом удаленный из реактора и затем охлажденный и возвращенный, дает возможность удалять около 20% теплоты из реакции образования уксусной кислоты.

Удаляемые газы покидают верхнюю часть реактора 1 через трубопровод 16.

Скорость потока газа, очищенного в верхней части реактора 1, регулируют таким образом, чтобы поддерживать парциальное давление монооксида углерода 10 бар (10·10⁵ Па) в газообразных продуктах, скапливающихся в верхней части реактора.

Удаляемые газы затем вводят в газожидкостный сепаратор 17, который возвращает часть жидкости в реактор 1 и направляет газообразную часть в промывную колонну 19, в которой газ промывают уксусной кислотой или метанолом перед его пропусканием через раструб вытяжной трубы 18 и выбросом в атмосферу.

В установке, изображенной на Фигуре 1, было предусмотрено также включение в схему удаления газов до их выброса в атмосферу расходомера 20, анализатора 21 для анализа удаляемых газов и вычислительного модуля 21', соединенного с расходомером 20, анализатором 21 и расходомером 9. Анализатор 21 может быть любым устройством для непрерывного или последовательного измерения содержания очищенных газов, в частности содержания водорода и/или CO₂.

Этот анализ в сочетании с измерением суммарной скорости потока заводских удаляемых газов дает возможность определять скорости потока водорода и диоксида углерода, полученных в результате побочных реакций в реакторе для карбонилирования 1.

Вычисление в модуле 21' соотношения этих частичных скоростей потока к суммарной скорости потока монооксида углерода, поступающего в реактор 1, таким образом обеспечивает переход к селективностям.

При помощи соответствующих анализов можно также контролировать содержание разных элементов в реакционной среде, в частности содержание воды и содержание метилацетата.

Был предусмотрен также мониторинг уровня жидкости в реакторе. Этот мониторинг может быть осуществлен любыми способами, обычно применяемыми для мониторинга уровня жидкости в реакторе, в частности, через измерение перепада давления в соответствующей ветви системы в реакторе, обозначенной позицией 37.

Фракцию жидкости, составляющей реакционную среду, переносят непрерывно из реактора 1 через трубопровод 31 во флэш-устройство 2, в котором давление поддерживается при значении ниже значения, преобладающего в реакторе 1, для того чтобы получить частичное испарение реакционной жидкости. Скорость потока F6 жидкости, введенной во флэш-устройство 2, измеряют при помощи расходомера 22а. Фракцию, не испаренную во флэш-зоне 2, возвращают в реактор 1 через трубопровод 32, и ее скорость потока F2 может быть измерена при помощи расходомера 22b.

Фракцию, испаренную во флэш-устройстве 2, направляют в первую перегонную колонну 3 через трубопровод 33. Жидкость, собранную на дне этой первой перегонной колонны, возвращают во флэш-зону, как показано путем ссылки на трубопровод 34, тогда как часть водной жидкой фазы в верхней части этой первой колонны 3 возвращают в реактор 1 через сепаратор 23 для декантации двух жидких фаз, полученных со скоростью потока F3, которая может быть измерена при помощи расходомера 24, при этом остаток водной фракции возвращают в верхнюю часть первой перегонной колонны 3. Кроме того, органическую жидкую фазу, поступающую из верхней части перегонной колонны 3, также возвращают в реактор со скоростью потока F4, которая может быть измерена при помощи расходомера 25. Фракцию, остающуюся в колонне 3 после удаления фракций, образующихся в верхней и нижней частях, направляют во вторую перегонную колонну 4 через трубопровод 35.

Часть жидкости, конденсированной в верхней части этой второй колонны 4, возвращают со скоростью потока F5 в реактор 1 через трубопровод 36. Скорость потока этой фракции может быть измерена при помощи расходомера 26. Остаток верхней фракции возвращается в колонну 4, как показано с помощью ссылки 37.

Фракция, собранная на дне этой второй перегонной колонны 4, состоящая по существу из уксусной кислоты, подвергается конечной стадии очистки в колонне 5, где уксусную кислоту отделяют от тяжелых побочных продуктов, собранных на дне колонны, и от более легких продуктов, собранных в верхней части колонны и частично возвращенных в колонну 4.

В процессе работы установки случается, что скорость подачи монооксида углерода подвергается колебаниям, связанным с производственным оборудованием, предшествующим реактору в технологической схеме.

Скорость потока метанола регулируют относительно скорости потока монооксида углерода квазистехиометрическим способом.

Селективность к CO₂ устанавливают на значении, меньшем или равном 0,01:

- путем корректировки концентрации родия в реакционной среде для получения достаточной каталитической активности;

- путем корректировки концентрации йодсодержащего промотора, т.е. метилиодида, находящегося в виде буферной смеси метилиодида в декантаторе в верхней части первой перегонной колонны; увеличение или уменьшение этого буферного объема дает возможность регулировать содержание метилиодида в реакторе и, следовательно, активность каталитической системы;

- путем корректировки температуры реактора в пределах заданного диапазона: от 175°С до 190°С.

Для выхода из переходных состояний, которые дают нерегулируемые периоды работы, требуется постоянный режим, который даст возможность поддерживать концентрации различных компонентов в реакторе на фиксированных уровнях и надлежащим образом контролировать обратные потоки, поступающие в реактор; для достижения этого необходимо поддерживать температуру реактора, для того чтобы максимизировать выход уксусной кислоты в соответствии со скоростью потока монооксида углерода, поступающего в реактор.

Скорость потока реакционной жидкости, поступающей во флэш-зону, затем корректируют таким образом, чтобы удалить оставшуюся теплоту реакции.

При управлении установками стандартным способом потеря монооксида углерода или избыток СО составляли 2 объемных % на основе суммарной подачи СО.

В этом случае потребовалось уменьшить значительные колебания в скорости потока монооксида углерода путем поэтапного изменения температуры реактора, для того чтобы максимизировать выход уксусной кислоты и избежать переходных режимов при возникновении неконтролируемых периодов работы.

Цель в этом случае состояла в том, чтобы фиксировать значение температуры, для того чтобы стабилизировать концентрации различных компонентов в реакторе, а также потоки.

Пример 2

Это Пример иллюстрирует, как осуществляют способ по настоящему изобретению для промышленного производства уксусной кислоты при рабочих условиях, описанных в Примере 1, для установки, изображенной схематично на Фигуре 2.

Установка, изображенная на Фигуре 2, представляет усовершенствование к установке, изображенной на Фигуре 1, включающее в себя многомерный прогнозирующий регулятор 40.

Регулятор 40 запрограммирован для регуляции оптимизируемых переменных около заданных значений путем воздействия на переменные действия.

В этом Примере 2 оптимизируемые переменные, которые необходимо регулировать, представляют собой скорость подачи монооксида углерода в реактор 1 и селективность к CO₂. Переменные действия представляют собой температуру внутри реактора 1 и скорость подачи метанола в этот реактор.

Более подробно, регулятор 40 принимает:

- на первом входе Е1 скорость подачи монооксида углерода в реактор 1, измеренную с помощью расходомера 9;

- на втором входе Е2 селективность реакции к CO₂, рассчитанную с помощью вычислительного модуля 21' как функцию анализа результатов, полученных с помощью анализатора 21, значения скорости потока, измеренной с помощью расходомера 20, и измерения скорости подачи СО, полученного с помощью расходомера 9;

- на третьем входе Е3 скорость подачи метанола в реактор 1, измеренную с помощью расходомера 8; и

- на четвертом входе Е4 температуру внутри реактора 1, измеренную с помощью термометрического устройства 14.

Для ясности соединения между регулятором и остальными частями установки не были показаны на Фигуре 2.

В указанный момент регулятор 40 сравнивает оптимизируемые переменные (скорость потока СО и селективность) с заданными значениями ССО и CS и выдает управляющие сигналы S1 и S2, которые зависят от:

- разности между каждой из оптимизируемых переменных и ее заданным значением,

- измерения скорости подачи метанола и измерения температуры в реакторе 1, и

- соотношений между переменными действия и оптимизируемыми переменными, записанных в регуляторе при его программировании.

Управляющие сигналы S1 и S2 используют соответственно для управления клапаном 10, контролирующим скорость подачи метанола в реактор 1, и клапаном 30, контролирующим скорость подачи охлаждающей жидкости в теплообменник 15, для того чтобы скорость потока монооксида углерода и селективность к CO₂ достигли их заданных значений для ССО и CS.

Заданное значение CS, около которого регулируют селективность к СО₂, представляет собой заранее определенное фиксированное значение, которое предпочтительно выбирают меньшим или равным 0,01.

Заданное значение ССО, около которого регулируют скорость потока монооксида углерода, изменяется как функция доступности монооксида углерода в резервуаре 12 для СО, расположенном до реактора 1. Эту доступность определяют непосредственно путем измерения давления Р в буферном резервуаре 12 при помощи автоматического регулятора давления 38. Заданное значение ССО рассчитывают с помощью регулятора 40 как функцию давления Р, которое прикладывают к пятому входу Е5 регулятора, как показано на Фигуре 2.

Подчинение температуры в реакторе 1 и скорости подачи метанола в указанный реактор управлению скоростью потока монооксида углерода и селективностью к CO₂, как описано выше, дает возможность, с одной стороны, уменьшить избыток потока монооксида углерода, т.е. потери монооксида углерода, и, с другой стороны, поддерживать селективность к CO₂ на заранее определенном уровне и, следовательно, поддерживать концентрацию метилацетата.

Далее следует описание того, как способ по настоящему изобретению осуществляют в этом Примере 2.

Регулятор, выбранный в качестве регулятора 40, представляет собой устройство IDCOM-HIECON, которое в свою очередь представляет собой модель многомерного "черного ящика" на основе прогнозирующего регулятора, сконструированного для непрерывных способов промышленного производства. Он был разработан фирмой ADERSA.

Этот регулятор был заранее запрограммирован следующим образом.

Математическая модель управления была выбрана для регулятора из библиотеки известных заданных моделей с помощью предварительно записанных тестов.

Экспериментальную фазу затем осуществляли в форме стресс-тестов (испытаний в утяжеленном режиме), без контроля, которые проводились в течение двух дней.

Сигналы, собранные на промышленной площадке за 5-секундные интервалы, пропускали через фильтр, подавляющий помехи, и сохраняли с 2-минутными интервалами для идентификации.

Сначала после двухчасового периода стабилизации температуру реактора 1 быстро увеличивали путем приращения на 0,5°С; после того как приращение температуры завершалось, следили за изменением параметров до достижения ими плато, исходя из селективности к CO₂ и скорости подачи монооксида углерода (продолжительность около двух часов).

Температуру реактора снова быстро увеличивали на 0,5°С и следили за параметрами (продолжительность около двух часов).

Температуру затем дважды понижали на 0,5°С, при этом контролируя параметры.

Те же самые операции выполняли на следующий день путем снижения скорости потока метанола дважды на 0,5 т/ч и затем увеличения ее дважды путем приращения на 0,5 т/ч.

Контроль параметров, состоящий, в частности, в непрерывном измерении значений переменных действия (температуры в реакторе 1 и скорости потока метанола, поступающего в указанный реактор) и значений оптимизируемых переменных (скорости потока монооксида углерода, поступающего в реактор 1, и селективности к CO₂).

Окончательная настройка регулятора была осуществлена с помощью программного обеспечения HIECON, поставляемого производителем. Измеренные значения разных параметров вводили в регулятор. Программное обеспечение затем оптимизировало параметры усиления и задержки, которые должны прикладываться к выходным сигналам S1 и S2.

После того как регулятор запрограммирован, его вводили в действие, как показано на Фигуре 2, и способ осуществляли в тех же условиях, как описано выше в Примере 1.

Неожиданно было обнаружено, что при помощи регулятора 40 можно было поддерживать изменения в селективности к СО₂ в узких пределах при одновременном изменении температуры реакционной смеси и скорости подачи метанола, что позволяло максимизировать потребление монооксида углерода и, следовательно, максимизировать выход уксусной кислоты.

Установка регулятора дала возможность уменьшить избыточную скорость потока СО до 0,5% на основе суммарной скорости потока поступающего СО, тем самым достигая 1,5%-ного увеличения выхода уксусной кислоты в течение показательного 5-месячного периода. Это соответствовало увеличению выхода уксусной кислоты более чем на 2000 тонн в течение этого 5-месячного периода на основании того же количества доступного СО.

Применение по настоящему изобретению многомерного прогнозирующего регулятора в способе, который, например, описан в Сравнительном Примере 1, дало возможность снять различные ограничения, некоторые из которых противоречат друг другу. Фактически, в уровне техники нужно было поддерживать температуру, по возможности более постоянную, для того чтобы стабилизировать другие параметры, но скорость потока монооксида углерода проявляла колебания.

Пример 3

Этот Пример снова касается промышленной установки и устройства, использованных в Примере 2.

Однако в этом Примере регулятор 40 используют также для того, чтобы подчинить рециркуляционные потоки, поступающие в реактор 1, управлению уровнем жидкости в указанном реакторе.

Основные потоки жидкости, поступающие в реактор 1, представляют собой:

- скорость подачи метанола - F1;

- рециркуляционные потоки, поступающие из зон II и III в реактор, а именно:

- рециркуляция жидкой фракции из флэш-зоны вместе с жидкостью из нижней части первой перегонной колонны - F2;

- рециркуляция части водной жидкой фазы из верхней части первой перегонной колонны - F3;

- рециркуляция органической жидкой фазы из верхней части первой перегонной колонны - F4;

- рециркуляция части конденсированной жидкости из верхней части второй перегонной колонны - F5.

Основной поток жидкости, покидающей реактор, состоит из жидкости, поступающей из реактора во флэш-зону - F6.

После того как поток F1 уже включен в многомерный регулятор, достаточно добавить потоки F2, F3, F4, F5 и F6, измеренные соответственно при помощи расходомеров 22b, 24, 25, 26 и 22а, в виде переменных действия, и уровень жидкости в реакторе 1, измеренный при помощи устройства 37, в качестве оптимизируемой переменной.

Следовательно, существуют три оптимизируемые переменные:

- количество потребляемого СО,

- селективность к CO₂,

- уровень жидкости в реакторе,

и семь переменных действия:

- скорость потока метанола F1,

- температура реактора,

- скорости потока F2, F3, F4, F5 и F6.

Однако новая цель управления, имеющая отношение к уровню жидкости в реакторе, может быть достигнута различными способами.

Например, можно выбрать только скорости потоков F2, F4, F5 и F6 в качестве переменных действия (т.е. пропустить скорость потока F3) и компенсировать этот пропуск путем добавления в регулятор постоянного соотношения между скоростями потоков F4 и F3 в качестве дополнительной цели.

Чтобы дополнительно уменьшить количество переменных действия, можно также задавать дополнительные задачи, такие как поддержание значения соотношения F2/F1 и поддержание значения соотношения F6/F1.

Таким образом можно автоматически управлять основными жидкими потоками установки по производству уксусной кислоты при одновременной максимизации выхода уксусной кислоты путем лучшего применения доступного монооксида углерода.

В этом Примере 3 тесты перед программированием регулятора 40 были выполнены следующим образом.

Соотношения между различными переменными моделировали, вызывая некоторые изменения в переменной действия для каждой пары - переменная действия/оптимизируемая переменная (в этом случае пары образуются между различными скоростями потока, с одной стороны, и уровнем жидкости в реакторе, с другой стороны) и наблюдая влияние этих изменений на оптимизируемую переменную при постоянстве других параметров.

Сигналы, собранные на промышленной площадке за 5-секундные интервалы, фильтровали через фильтр, подавляющий помехи, и сохраняли с 2-минутными интервалами для идентификации.

Тесты проводили в течение нескольких дней с разностной модификацией только одной из скоростей потока (F1, F2, F4, F5, F6) в течение однодневного периода, при этом скорость потока F3 имела заданное значение, прямо пропорциональное скорости подачи метанола.

Приращения каждого параметра выбирали в соответствии с амплитудой отклонений, полученных на заводе в целом.

Таким образом, положительные или отрицательные приращения составляли 0,2 т/ч для F1, 2 т/ч для F2, 0,5 т/ч для F4 и F5 и 15 т/ч для F6.

Программное обеспечение HIECON затем использовали для оптимизации параметров управления.

Регулятор затем вводили в действие в установке.

Пример 4

В этом Примере карбонилирование метанола осуществляют в экспериментальной установке непрерывного действия, которая воспроизводит принципы работы промышленного завода с реактором с механическим перемешиванием, флэш-зоной и рециркуляцией жидкой фазы (содержащей разновидности катализатора) из флэш-сепаратора в реактор.

Перегонку не выполняют и рециркуляцию потоков в зоне III стимулируют путем введения так называемых свежих реагентов (смеси уксусной кислоты, метилацетата, метилиодида и воды); катализатор, утраченный при испарении фазы в флэш-сепараторе, периодически повторно вводят в реактор в виде свежего катализатора.

Состав реакционной среды следующий:

Вода	7%
Метилиодид	10%
Метилацетат	15%
Иридий	1250 ppm (миллионных долей)
Уксусная кислота	До 100%

Суммарное давление составляет 35 бар (35·10⁵ Па), и температура реактора 190°С.

Парциальное давление монооксида углерода составляет 23 бар (23·10⁵ Па).

Скорость карбонилирования составляет 15,5 моль/(ч·л) при этих условиях.

Селективность к СО₂ составляет 0,01, селективность к водороду имеет значение 0,001, и селективность к метану имеет значение 0,009.

В этом Примере экспериментальной установки основная цель состоит не в оптимизации использования доступного монооксида углерода, а в достижении реакционных условий и рабочих условий, которые являются достаточно стабильными для обоснования и оптимизации активности каталитической среды.

Параметры контролирования родиевого катализа, описанного в Примере 2, не могут больше использоваться: в действительности изменение в селективности к CO₂ является относительно небольшим в течение выбранного периода работы, так что это не позволяет осуществлять мониторинг содержания метилацетата.

Кроме того, химия процесса при низких содержаниях воды очень чувствительна к содержанию воды, которое является жестким параметром кинетики реакции получения уксусной кислоты.

Поэтому необходимо постоянно следить за содержанием воды в реакторе:

- либо путем прямого измерения,

- либо путем расчета, учитывающего концентрации воды в различных рециркуляционных потоках, поступающих в реактор.

Спектрометрический анализатор в ближней инфракрасной области определял in situ содержание воды, метилацетата, метилиодида и уксусной кислоты в реакционной среде с временем ответа менее одной минуты.

Использованный анализатор представлял собой модель 5000 из NIRSystems.

Он был откалиброван следующим образом:

- анализатор переключают на автоматический сбор (сохранение спектров),

- образец берут в каждой различной рабочей точке,

- образец определяют с помощью газовой хроматографии (стандартный способ),

- выбирают спектр, соответствующий времени отбора образцов,

- база данных спектральных концентраций обогащается.

Затем создают математическую модель, для того чтобы в реальном масштабе времени определить концентрации трех основных выбранных компонентов: воды, метилацетата и метилиодида.

После этого определяют погрешности предсказания:

Вода	0,2% для диапазона от 0,5% до 21%,
Метилацетат	0,4% для диапазона от 0,5% до 24%,
Метилиодид	0,7% для диапазона от 2% до 14%.

Регулятор используют в этом Примере 4 для регуляции двух оптимизируемых переменных:

- скорости потока потребляемого СО,

- содержания воды в реакционной среде

путем воздействия на две переменные действия:

- температуру реакционной среды в реакторе для карбонилирования,

- скорость потока потребляемого метанола.

Установка этого регулятора дала возможность автоматически поддерживать следующие параметры на заранее определенных уровнях без человеческого вмешательства:

- скорость потока потребляемого СО,

- содержание воды

во время полных циклов в течение нескольких часов для тестирования каталитических систем с низким содержанием воды.

Тесты, предшествующие программированию регулятора, заключались в основном в создании нескольких изменений переменной действия для каждого пары переменная действия/оптимизируемая переменная и наблюдении влияния этих изменений на оптимизируемую переменную при сохранении других параметров постоянными.

Сигналы, собранные на промышленной площадке в 5-секундные интервалы, фильтровали через фильтр, снимающий помехи, и сохраняли с 2-минутными интервалами для идентификации.

Программное обеспечение HIECON затем позволяло адаптировать регулятор к проблеме.

1. Способ непрерывного получения уксусной кислоты и/или метилацетата путем карбонилирования метанола или способного к карбонилированию производного метанола монооксидом углерода в жидкой фазе в присутствии воды и гомогенной каталитической системы, характеризующийся тем, что указанный способ получения осуществляют в промышленной установке, включающей:

зону I, именуемую реакционной зоной, содержащей реактор, в котором указанную реакцию карбонилирования метанола осуществляют в жидкой фазе при температуре от 150 до 250°С, при давлении от 5·10⁵ до 200·10⁵ Па и с удалением части газообразных продуктов, скапливающихся над уровнем жидкости реакционной среды в указанном реакторе;

зону II, именуемую зоной испарения или флэш-зоной, в которой жидкость, образующуюся в реакционной среде в зоне I, частично испаряют при давлении ниже давления, существующего в зоне I, причем жидкую фракцию, образующуюся в результате этого частичного испарения возвращают в реактор;

и зону III, именуемую зоной очистки, в которой испаренную фракцию, образующуюся в указанной флэш-зоне II, перегоняют на одной или более чем одной перегонной колонне, на выходе из которой регенерируют уксусную кислоту и/или метилацетат, причем другие компоненты указанной испаренной фракции, по меньшей мере, частично возвращают в указанный реактор, в котором для улучшения мониторинга производства уксусной кислоты и/или метилацетата температуру реактора и скорость подачи в указанный реактор метанола или способного к карбонилированию производного метанола подчиняют управлению скоростью подачи монооксида углерода и, по меньшей мере, одного из параметров, определяющих состав реакционной среды и/или удаляемых газов, при помощи предварительно запрограммированного электронного устройства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сервоуправление осуществляют через многомерный прогнозирующий регулятор.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что способ осуществляют, поддерживая концентрацию воды в реакционной среде при значении, большем или равном 14 мас.%.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что температуру реактора и скорость подачи метанола подчиняют управлению скоростью подачи монооксида углерода и селективностью к Н₂ или CO₂, которую поддерживают при значении, меньшем или равном 0,01, и/или концентрацией метилацетата, которую поддерживают при значении менее 5%, предпочтительно менее 2% от массы реакционной среды.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что способ осуществляют, поддерживая концентрацию воды в реакционной среде при значении ниже 14% от массы реакционной среды.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что температуру реактора и скорость потока метанола или способного к карбонилированию производного метанола, поступающего в указанный реактор, подчиняют управлению скоростью подачи монооксида углерода и концентрацией воды в реакционной среде, причем указанную концентрацию поддерживают на заранее определенном заданном уровне.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что скорость потока жидкости из реактора во флэш-зону II и скорости потоков рециркуляционной жидкости из зон II и III в указанный реактор также подчиняют управлению уровнем жидкости в указанном реакторе, так чтобы указанный уровень оставался фиксированным на заранее определенном значении.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют мониторинг и регуляцию концентрации воды в реакционной среде.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что изменения в скорости подачи монооксида углерода демпфируют через буферный резервуар, расположенный до указанного реактора.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что заданное значение скорости потока монооксида углерода ставят в зависимость от давления внутри указанного буферного резервуара.

11. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что колебания в скорости потока монооксида углерода, поступающего в реактор, демпфируют путем выброса по меньшей мере части избытка в атмосферу.

12. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что часть тепла от реакции получения уксусной кислоты удаляют или регенерируют.

13. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрации воды и метилацетата измеряют при помощи анализатора, работающего в ближней инфракрасной области.

14. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что каталитическая система, используемая в способе получения уксусной кислоты и/или метилацетата, содержит по меньшей мере один металл группы VIII, в частности родий, иридий или платину.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что каталитическая система дополнительно содержит по меньшей мере сокатализатор.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что сокатализатор представляет собой метилиодид.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что концентрации воды и метилацетата и/или метилиодида измеряют при помощи анализатора, работающего в ближней инфракрасной области.

18. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что его применяют для производства уксусной кислоты и/или метилацетата путем карбонилирования метанола.