CN1385430A - 在高纯度三亚乙基二胺制备中所得母液的处理 - Google Patents

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Abstract

在纯化三亚乙基二胺(TEDA)的方法中,其中TEDA被蒸发,并将气态TEDA通入液体溶剂,随后从中结晶,其中TEDA结晶后所得的母液用与母液的溶剂不可混溶或仅轻度可混溶、但TEDA在其中可溶解的萃取剂萃取,萃取后所得的消耗了TEDA的母液和/或已经用于萃取的富含TEDA的萃取剂被返回到工艺中。

Description

在高纯度三亚乙基二胺制备中所得母液的处理
                    发明领域
本发明涉及在三亚乙基二胺(TEDA)制备中所得母液的处理工艺,该母液已经经过特殊纯化工艺处理。该纯化工艺包括蒸发TEDA,使其以气体形式通入液体溶剂,并使TEDA从产生的溶液中结晶。然后将该结晶步骤之后所得的母液根据本发明处理。
                    背景技术
TEDA是生产聚氨酯泡沫塑料的重要催化剂。在室温下TEDA是固体。已知有各种用于其制备和纯化的方法,包括在下列公开出版物中披露的方法:
DT-A 2442929;US 3297701;DE-A 3634258;DE-A 1745627;DE-A3718395;EP-A 111928;EP-A 382055;EP-A 842935,EP-A 842936;EP-A831096;EP-A 952152和US 5741906。
制备TEDA的已知方法形成一种产物混合物,它包括TEDA和水,副产物如哌嗪和高分子量化合物和任何被用于反应的溶剂。TEDA通常通过批量或连续蒸馏或精馏从这些混合物中分离,并通过随后的结晶或重结晶步骤纯化。
TEDA比较难于在保持不变质的情况下处理,尤其是在颜色和颜色稳定性、气味和纯度方面。
已知,通常的应用一般需要非常纯、无气味和纯白的TEDA。下列申请披露了据说能够给出适当TEDA质量的方法:DT-A 2611069;DE-A 2849993和P-A 49048609。
这些方法的缺点是不能给出所需品质的TEDA。
1999年7月23日的专利申请DE 19933850.7和申请人1999年12月22日的专利申请DE19962455.0涉及制备纯的TEDA的方法,其中TEDA被蒸发,气态TEDA被通入液体溶剂,该TEDA从溶液中结晶。
申请人于2001年1月10目的申请DE 10100943.7描述了制备纯TEDA溶液的方法,该方法包括从含有在大气压下沸点为175至250℃的溶剂或稀释剂的混合物蒸发TEDA,并将气态TEDA通入液体溶剂中。随后从产生的溶液中结晶TEDA,给出高品质的纯TEDA。
从溶剂中气/液分离晶体TEDA后,在最后3步得到包含TEDA和不需要的副产物和分解产物的母液。由于有杂质,母液不能在工艺中再利用。直到现在,还不能以这样的方式处理母液—使其能够再利用,或者在母液中存在的TEDA能够全部被回收。因此,母液一般被丢弃。结果,需要有大量溶剂,而残留在母液中的TEDA的损失高得不可承受。
                     发明简述
本发明的一个目的是提供TEDA的回收方法,该方法包括将用作原料的TEDA蒸发,将气态TEDA通入溶剂中,并从溶液中结晶TEDA,该方法允许至少部分所用的溶剂循环到工艺中,并可使TEDA的产率增加。
我们已经发现这一目的可以通过纯化TEDA的方法实现,其中TEDA被蒸发,并将气态TEDA通入液体溶剂,随后从中结晶,其中TEDA结晶后所得的母液用与母液的溶剂不混溶或仅轻度可混溶、但TEDA在其中可溶解的萃取剂萃取,萃取后所得的消耗了TEDA的母液和/或已经用于萃取的富含TEDA的萃取剂被返回到工艺中。
                    发明详述
本申请方法的第一步包括在申请人的申请DE 19933850.7,19962455.0和DE 10100943.7中所述的TEDA纯化的反应步骤。在这些申请中所述的纯化TEDA的工艺是本申请工艺的重要部分,并引入本文作为参考。该工艺将在下面再次简要描述。
将气态TEDA通入液体溶剂(TEDA骤冷)明显地降低了会导致质量下降的不需要的副产物的形成。
许多有机溶剂都适合于TEDA的骤冷。其例子包括脂族烃、环状烃或无环的烃,尤其是环状或无环的、支链或非支链的烷烃或烷烃混合物,例如正戊烷、异戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、辛烷和石油醚;氯代脂肪烃,尤其是氯代烷,例如二氯甲烷、三氯甲烷、二氯醚和三氯醚;芳香烃,例如苯、甲苯和二甲苯;氯化芳烃,例如氯苯;醇类,例如甲醇、乙醇、乙二醇、1,4-丁二醇和多醚醇,尤其是聚亚烷基二醇,例如二甘醇、双丙甘醇、一元乙二醇和1,4-丁二醇;酮类,尤其是脂族酮,例如丙酮、甲基乙基酮和二乙基酮;脂族羧酸酯,例如乙酸甲酯和乙酸乙酯;脂族腈,例如乙腈和丙腈;醚类,例如二烷、THF、二乙醚和乙二醇二甲醚,和所列溶剂的混合物。
用于TEDA骤冷的溶剂优选地是脂肪烃或聚亚烷基二醇,尤其是饱和环状或无环的具有5至8个碳原子的脂肪烃,例如戊烷、己烷、环己烷或庚烷、或双丙甘醇。从根据本发明制备的TEDA溶液结晶出纯的TEDA可以通过本领域已知的方法进行。通过随后的多步或优选的一步结晶法所得的TEDA晶体是高纯度的。
气态TEDA在骤冷装置,优选降膜冷凝器(薄膜,淋膜或降流冷凝器)或在喷嘴装置中被通入液体溶剂中。气态TEDA可以以并流或逆流被运送到液体溶剂中。将气态TEDA从上部通入骤冷装置是有利的。同样有利的是在降膜冷凝器的顶部将液体溶剂切向引入,或者通过一个或多个喷嘴引入液体溶剂,使骤冷装置的内壁完全润湿。
所用容剂的量根据实际情况来选择。一般说来,所用的量使得根据溶剂类型可以获得具有TEDA含量约1至50%重量,优选20至40%重量的溶液。
一般说来,在TEDA骤冷时通过加热/冷却所用的溶剂和/或骤冷装置,将温度设定为20至100℃,优选30至60℃。
在TEDA骤冷时的绝对压力一般为约0.5至1.5巴。
假如在TEDA的纯化中,如DE 10100943.7中所述从TEDA与溶剂或稀释剂的混合物中蒸发TEDA,则该溶剂或稀释剂最好在大气压下具有180至250℃,尤其是180至230℃,特别是190至210℃的沸点。
在被蒸发出TEDA的混合物中可以存在的、特别有用的溶剂或稀释剂是下列惰性物质:-  极性非质子型溶剂,如烷基-2-吡咯烷酮,例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),1-乙基-2-吡咯烷酮,1,5-二甲基-2-吡咯烷酮,1-异丙基-2-吡咯烷酮,醚类,例如二甘醇二乙醚,三甘醇二甲基醚和三甘醇二乙基醚,酮类,例如苯乙酮和苯丙酮,内酯,例如γ-丁内酯,亚砜类,例如二甲亚砜,羧酸酯类,例如富马酸二甲酯,腈类,例如苄腈,和脲类,例如1,3-二甲基咪唑烷-2-酮(DMEU)和四甲基脲,-  环状或无环的烃,尤其是饱和环状或无环的烃,例如十一烷,十二烷,顺式萘烷和反式萘烷,-  氯代脂肪烃,例如1-氯辛烷和1,1-二氯辛烷,-芳香烃,硝基芳香化合物和苯酚,例如萘、正丁基苯、苯酚、甲苯酚、硝基苯和硝基苯酚,-  氯代芳香烃,例如1,2-二氯苯、苄基氯、1,2,3,4-四甲基苯和1,2,3,5-四甲基苯,-  醇类,例如苄基醇,2-乙基己醇,1-辛醇,异癸醇,1,2-丙二醇,1,3-丙二醇,乙二醇,二甘醇,1,2-丙二醇,1,3-丙二醇,1,2-丁二醇,1,3-丁二醇,2,3-丁二醇,1,4-丁二醇,新戊二醇,二甘醇一甲基醚和双丙甘醇,-  伯,仲和叔胺,例如三正丁基胺,苄基胺,苯胺,N-乙基苯胺,N,N-二甲基苯胺和N,N-二乙基苯胺,-  N-烷基酰胺,例如N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺和其混合物。
特别优选的是其ENT为0.1至0.6,尤其是0.2至0.5,特别是0.3至0.45的极性非质子型溶剂或稀释剂。
(关于ENT的定义参见Ch.Reichardt,Solvents and solvent effectsin organic chemistry,第2版,VCH 1988)。
特别优选的溶剂是NMP和乙二醇。
存在于被蒸发出TEDA的混合物中的溶剂或稀释剂优选地在合成TEDA之后被加入粗制的或仍然被污染的TEDA中。
该溶剂或稀释剂可以在除去高沸物之后被用于一次性通入或作为循环溶液。
所用溶剂或稀释剂的量根据实际情况来选择。一般说来,所用的量使得根据溶剂或稀释剂类型可以获得具有TEDA含量约1至90%重量,优选40至70%重量的溶液或混合物。
任选地从TEDA与溶剂或稀释剂的混合物中蒸发TEDA可以通过本专业技术人员所熟悉的方法和条件,例如在放有TEDA(任选地与溶剂或稀释剂一起)的蒸馏或精馏装置中进行。
气态TEDA优选地在蒸馏塔的顶端或侧面获得。在本发明方法中,气态TEDA具有高于90%重量,优选高于95%重量,尤其是高于97%重量的纯度。
如果使用包含TEDA和根据本发明用于从中蒸发TEDA(例如从TEDA蒸馏塔的底部产物)的溶剂和稀释剂的混合物,通过选择所用的溶剂或稀释剂、混合物的TEDA含量和/或压力将混合物的温度设定为≤230℃,优选190至210℃。绝对压力通常为0.1至5巴,优选0.5-1.5巴。
在得到用于本发明方法中的气态TEDA和TEDA骤冷之间的时间最好≤10秒。
要被纯化的TEDA可以通过已知方法,例如通过一乙醇胺,二乙醇胺,三乙醇胺,乙二胺,二亚乙基三胺,三亚乙基四胺,哌嗪,N-(2-羟乙基)哌嗪,N,N’-二(2-羟基乙基)哌嗪,N-(2-氨基乙基)哌嗪,N,N’-二(2-氨基乙基)哌嗪,吗啉,或其混合物在催化剂上,例如焦磷酸金属盐,磷酸金属盐,例如碱土金属磷酸一氢盐,沸石,磷酸锆,Al2O3,SiO2,含磷TiO2或ZrO2,在升高的温度下,一般为250至450℃反应而获得。压力通常为0.1至50巴,尤其是0.1至5巴。反应可以任选地在惰性极性非质子型溶剂如N-烷基吡咯烷酮,例如N-甲基吡咯烷酮,二烷,THF,二烷基甲酰胺,例如二甲基甲酰胺,二烷基乙酰胺,例如二甲基乙酰胺,或惰性质子型溶剂,例如水,和惰性载体气,例如氮气或氩气存在下进行。
TEDA随后从母液中结晶,并通过固/液分离而分开。以这种方式获得的母液根据本发明在萃取步骤中使其与萃取剂接触。在此步骤中发生传质。选择萃取剂使TEDA被其溶解。降低TEDA品质的副产物和分解产物也溶于萃取剂。所以,母液中不含这些副产物和分解产物,并可返回到工艺中。传质完成后,对消耗了TEDA、副产物和分解产物(萃余相)的母液和富含TEDA的萃取液(萃取相)进行分离。
用作萃取剂的溶剂最好具有如下性质:
萃取剂应该与被用于结晶步骤中的溶剂具有很大的混溶性差异;萃取剂与溶剂的互溶度应该<10%重量,优选<1%重量。TEDA在萃取剂中的溶解度应该明显优于它在用于结晶步骤的溶剂中的溶解度。而且,萃取剂和用于结晶步骤的溶剂应该具有足够的密度差。这将有助于萃取相和萃余相的分离。密度差应该优选为>50kg/m3,尤其是>100kg/m3
根据本发明优选用作萃取剂的溶剂是水和可与水混溶的溶剂如低级醇或二元醇或多元醇。合适的醇类的例子包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇、聚乙二醇和甘油。该醇类可以单独使用或者以混合物的形式使用,任选地与水混合。最优选的萃取剂是水。
因为不仅TEDA,而且在合成和纯化时形成的副产物和分解产物在萃取时也进入萃取相,所以萃取过程给出不含TEDA和不需要的副产物的母液(萃余相)。母液可以被循环和再用作有机溶剂,往其中通入气态TEDA,并随后从中结晶出TEDA。这类循环在没有按照本发明处理母液的情况下是不可能的,因为存在于母液中的杂质会降低所得TEDA的品质。
根据本发明通过萃取手段处理母液可以通过本领域技术人员熟悉的方法和条件进行,例如在萃取装置中进行,往萃取装置中连续或分批导入母液,在每种情况下都与萃取剂一起导入。
根据本发明的萃取将母液中存在的TEDA量降低至原来值的<10%重量,优选<1%重量。在根据本发明萃取后的萃取相中相应地含有母液中TEDA原有量的>90%重量,优选>99%重量的TEDA。根据所用萃取剂的类型,得到TEDA含量约1至40%重量,优选5至30%重量,尤其是10-30%重量的溶液。
如果需要,萃取相也可以在根据本发明进行萃取后被循环并再用于萃取。TEDA和副产物和中间体在萃取相中的饱和度将决定萃取相是否可以再利用,能用多少次。当然,饱和度与用作萃取剂的溶剂性质非常相关,并与TEDA和副产物和中间体在该溶剂中的溶解度有关。但是,萃取剂也可以从工艺中取出并在一次萃取后处理。特别是当使用水时会这样,因为水很容易获得。
当达到一定饱和度时,用于萃取的溶剂不能再溶解TEDA和副产物,也就不能再循环。然后该萃取相被处理,优选地通过蒸馏被分离为所用的溶剂和TEDA。然后将该溶剂再用作萃取剂。根据处理的类型和方式,得到不同纯度的TEDA。一般来说,然后将TEDA返回到纯化工艺,即任选地从与溶剂或稀释剂的混合物蒸发,并通过将其通入有机溶剂而冷凝,并从中结晶。所述的纯化工艺也可以通过将TEDA蒸出塔而在萃取相的处理中直接进行。
本发明的方法允许被用于TEDA结晶中的溶剂再利用,因而能够降低所需新鲜溶剂的量。与此前进行的工艺相比,萃取相的处理和可用该方式制成的TEDA的循环也增加了TEDA的产率。
在优选的方案中,本发明的工艺可以如下进行:
一种含TEDA的混合物被装入包括具有约15个理论塔板数的蒸馏塔的蒸馏装置中,这种混合物例如作为粗反应产物从连续工艺中获得,其中乙二胺和哌嗪在气相反应器中,在320至420℃和0.5至1.5巴,在溶剂(例如水)、载气(例如氮气或氩气)和沸石催化剂存在下进行反应。在该塔中,在顶端温度为95至120℃,压力一般为500毫巴至1.5巴时分离低沸物(例如氨,乙胺,水)。底部产物被泵入另一具有约30个理论塔板数的蒸馏塔中。在顶端温度为140至160℃,压力为500毫巴至1.5巴时,在该塔的顶端分离出哌嗪,任选性地将其送回合成反应器中。
包含TEDA和高沸物的底部产物被泵入另一具有理论塔板数约25的蒸馏塔中。在约500毫巴至1.5巴时,在该塔的底部将高沸物排出。在该塔的顶端,经部分冷凝以蒸汽形式排出具有纯度>95%重量,尤其是>97%重量的TEDA,并直接在溶剂,优选戊烷和/或环己烷中,在30至100℃,优选30至60℃,在降膜冷凝器中骤冷并同时溶解(TEDA骤冷)。
在TEDA骤冷后,在结晶步骤中,通过在10至100℃,优选20至40℃,压力0.1至5巴,优选0.5至1.5巴下蒸发溶剂,或通过冷却至-10至40℃,优选0至10℃而从溶液中结晶出TEDA。
从结晶器中分出的悬浮液通过固/液分离,例如离心被分离为高纯度TEDA和母液。仍然含有残余TEDA的母液然后立即与萃取剂,优选水在10至100℃,优选20至40℃,压力为0.1至5巴,优选0.5至1.5巴,在萃取步骤中,例如在混合器-沉降器或萃取塔中接触。
在传质和相分离后,由萃取得到的、含有大部分TEDA和会降低TEDA品质的不需要的副产物和分离产物的萃取相被返回反应器或送至蒸馏。蒸馏后所得的TEDA可以返回纯化阶段。只含有痕量TEDA的萃余相被返回到TEDA骤冷。
本发明由下列实施例说明。
实施例实施例1(对比实施例):
实验在由不锈钢制成并通过电热带加热的4L(催化剂体积)盐浴反应器(壳管式反应器,含有7个管,内径21mm,长2m)中进行。用于往反应器加入粗反应产物和馏分的管被部分建构为双壁管,并用油加热。反应器中的成分被保护性地加热,在各种情况下通过使用不同的加热电路而单个达到所需的温度。所用的催化剂是挤出物形式(直径:约2mm,长:约30mm)的沸石(催化剂床)。
1300g/h的物料与3标准1/h(标准1=标准升=在STP的体积)的氮气一起在大气压下导入被加热至350℃的盐浴反应器中(催化剂上的WHSV:每升催化剂(床体积)和每小时1kg物料)。
该物料具有如下组成(以重量%表示):
乙二胺 30%
哌嗪 20%
50%
气态反应产物在用由前面所得的液体反应产物组成的循环液体(=反应产物骤冷)在80℃骤冷而冷凝。
对冷凝物的分析表明为如下组成(以%重量表示):
3%
哌嗪 17%
三亚乙基二胺 23%
54%
残余物 高沸物和其它副产物
在气/液分离后,未冷凝的物质被输送至蒸馏塔。
部分液体反应产物被冷却并用作循环液体(用于反应产物骤冷),而另一部分用泵连续泵入蒸馏塔。具有50mm直径的玻璃塔装有30个泡罩塔盘。回流率约1∶1。
在大气压下和顶端温度96℃时在塔顶以液体形式取出低沸物(氨,乙胺,水)。
蒸馏塔的底部产物在155℃连续泵入下游蒸馏塔。
具有50mm直径的玻璃塔装有60个泡罩塔盘。回流率约10∶1。在大气压下和顶端温度150℃时在塔顶以液体形式取出哌嗪并循环到反应器中。
200g/h的N-甲基-2-吡咯烷酮被送入塔底。
底部产物的分析表明为如下组成(以%重量表示):
哌嗪 0.03%
三亚乙基二胺 53%
N-甲基-2-吡咯烷酮 43%
残余物 高沸物和其它副产物
蒸馏塔的底部产物在185℃连续泵入下一蒸馏塔。具有50mm直径的玻璃塔装有50个泡罩塔盘。回流率约8∶1。在200℃从塔底连续排放高沸物,油热蒸发器的温度为230℃。在该塔的顶端以蒸汽的形式取出TEDA,在约30℃在作为溶剂的戊烷(80%重量的正戊烷和20%重量的异戊烷的混合物)中骤冷并同时溶解(=TEDA骤冷)。对于TEDA骤冷,使用降膜冷凝器(淋膜或降流冷凝器),其中气态TEDA从顶端引入。在降膜冷凝器的顶端以切向加入戊烷。产生的溶液具有下列组成(以%重量表示):
戊烷 94%
哌嗪 0.01%
三亚乙基二胺 5%
残余物 副产物
通过在25℃和570mbar的压力下蒸发性结晶而部分除去戊烷后,从母液中在抽滤纸上分出TEDA。以至少99.5%重量的纯度得到TEDA。
部分母液与由蒸发结晶所得的戊烷和200g/h新鲜戊烷一起循环回到TEDA骤冷中。为了防止会导致TEDA品质下降的不需要的副产物和分解产物的聚集,从循环系统中减少约200g/h的母液。
所减少的母液的分析显示如下组成(以%重量表示):
戊烷 95%
哌嗪 0.02%
三亚乙基二胺 4.7%
残余物 副产物
实施例2(根据本发明):
实验根据实施例1所述进行,但母液与水以约1∶1的比例混合,摇动,并且在相分离后进行分析。
萃取相的分析显示下列组成(以%重量表示):
戊烷 <0.01%
哌嗪 0.02%
三亚乙基二胺 4.4%
95.5%
残余物 副产物
萃余相的分析显示如下组成(以%重量表示):
戊烷 99.95%
哌嗪 <0.001%
三亚乙基二胺 0.02%
0.02%
残余物 副产物
萃取相可以被返回到反应器,而萃余相可以与由蒸发结晶所得的戊烷和50g/h新鲜戊烷一起循环回到TEDA骤冷中。
循环可以使新鲜戊烷的量减少约75%,同时使由于母液减少而导致的TEDA损失减少约75%。
实施例3(根据本发明):
实验根据实施例1所述进行,但母液与水以约1∶4的比例混合,摇动,并且在相分离后进行分析。
萃取相的分析显示下列组成(以%重量表示):
戊烷 <0.01%
哌嗪 0.2%
三亚乙基二胺 23.6%
71.7%
残余物 副产物
萃余相的分析显示如下组成(以%重量表示):
戊烷 99.92%
哌嗪 >0.001%
三亚乙基二胺 0.04%
0.01%
残余物 副产物
萃取相可以被返回到反应器,而萃余相可以与由蒸发结晶所得的戊烷和50g/h新鲜戊烷一起循环回到TEDA骤冷中。
循环可以使新鲜戊烷的量减少约75%,同时使由于母液减少而导致的TEDA损失减少约75%。

Claims (17)

1.一种纯化三亚乙基二胺(TEDA)的方法,其中TEDA被蒸发,并将气态TEDA通入液体溶剂,随后从中结晶,其中TEDA结晶后所得的母液用与母液的溶剂不可混溶或仅轻度可混溶、但TEDA在其中可溶解的萃取剂萃取,萃取后所得的消耗了TEDA的母液和/或已经用于萃取的富含TEDA的萃取剂被返回到工艺中。
2.根据权利要求1的方法,其中TEDA在被通入液体溶剂之前从含有在大气压下沸点为175至250℃的稀释剂或溶剂的混合物中蒸发。
3.根据权利要求1或2的方法,其中萃取剂和在结晶步骤中所用的溶剂之间的互溶度<10%重量。
4.根据权利要求3的方法,其中互溶度<1%重量。
5.根据权利要求1或2的方法,其中萃取剂和在结晶步骤中所用的溶剂之间的密度差>50kg/m3
6.根据权利要求5的方法,其中密度差>100kg/m3
7.根据权利要求1或2的方法,其中萃取剂选自水、低级醇和二元醇和多元醇,优选水,甲醇,乙醇,正丙醇,异丙醇,乙二醇,聚乙二醇,甘油和其混合物。
8.根据权利要求7的方法,其中萃取剂是水。
9.根据权利要求1或2的方法,其中在结晶步骤中所用的溶剂选自环状和无环的烃、氯代脂肪烃、芳香烃、醇、酮、脂族羧酸、脂族腈和酯。
10.根据权利要求9的方法,其中溶剂是戊烷和/或双丙甘醇。
11.根据权利要求1或2的方法,其中萃取按这样的方式进行,使得存在于母液中的TEDA量降低至<10%重量。
12.根据权利要求11的方法,其中母液的量降低至<1%重量。
13.根据权利要求1或2的方法,其中富含TEDA的萃取剂被处理。
14.根据权利要求13的方法,其中萃取剂通过蒸馏处理。
15.根据权利要求13的方法,其中在处理之后所得的TEDA被返回到纯化步骤。
16.根据权利要求1或2的方法,其中母液的萃取连续或分批进行。
17.根据权利要求16的方法,其中萃取在萃取装置中进行。
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