CZ20004886A3 - Způsob odpařování aminonitrilu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká odpařování aminonitrilu a vody za takových podmínek, které omezují nebo vylučují vznik těžkých vedlejších produktů, zejména oligomerů aminokarboxylových kyselin. Ve snaze zabránit této nevýhodě byl nyní nalezen způsob odpařování aminonitrilu a vody, který se vyznačuje tím, že se voda ve formě páry používájako nosný plyn pro odpařování

Description

Způsob odpařování aminonitrilu

Q^l&st-techniky

Vynález se týká způsobu odpařování aminonitrilu a vody za podmínek, která omezují nebo vylučují vznik těžkých vedlejších produktů, zejména oligomerů aminokarboxylových kyselin.

?2®ava&aí_stav_techniky

Reakce aminonitrilu s vodou vede ke vzniku laktamu, především kaprolaktamu, když se používá 6-aminokapronitril.

Tuto reakci je možno provádět v kapalné fázi zahříváním a za zvýšeného tlaku. Může být rovněž realizována v plynné fázi. Pro toto druhé provedení je ovšem nutné převést aminonitril a vodu do parní fáze. Co se týče provedení hydrolýzy aminonitrilu v plynné fázi, odkazuje se především na patent 3Ρ-Α-Ό 659 741 a mezinárodní patentovou přihlášku TíO-A-96/22974.

Volba způsobu odpařování aminonitrilu a vody není důležitá.

Je skutečně možné uvažovat o vytvoření kapalné směsi vody s aminonitrilem a potom o zahřívání této směsi na teplotu dostačující k odpařování obou komponent. V tomto případě lze pozorovat vznik těžkých sloučenin, které mají amidovou funkční skupinu nebo funkční skupinu soli karboxylové kyseliny /oligomerů/. Tyto sloučeniny jsou schopny se. spojovat, alespoň částečně, s katalyzátorem a tak zkrátit jeho životnost. Také se usazují v aparatuře a znečistují ji. Je tedy nutné periodické čištění používané aparatury a rovněž poměrně často zastavit provoz a jak si lze představit, se všemi ekononomickými důsledky.

Jiná technika, o které by se mohlo uvažovat, by představovala oddělené odpařování proudů aminonitrilu a vody. Přihlašovatel zjistil, že při teplotách potřebných k odpařování, se aminonitril značně rozkládá za vzniku sloučeniny typu amidinu nebo polyami• · ·

- 2 dinu /kondenzace dvou nebo více molekul aminonitrilu za vyloučení amoniaku/.

?°^§^^ía_yynálezu

Aby se předešlo těmto rozmanitým nevýhodám, byl nyní nalezen způsob odpařování aminonitrilu a vody, který se vyznačuje tím, že se voda v plynném stavu používá jako nosný plyn pro toto odpařování.

Rozklad aminonitrilu závisí na teplotě odpařování a na době pobytu kapaliny v průběhu jejího odpařování. Při způsobu podle vynálezu je tedýjdoba pobytu kapaliny snížena na minimum- použitím technologie odpařováku a voda v plynnám stavu snižuje parciální tlak aminonitrilu a snižuje tak i teplotu jeho odpařování.

Molární poměr vody k aminonitrilu se při způsobu podle vynálezu může značně měnit. Závisí v podstatě na procesu cyklizační hydrolýzy, při němž se reakční složky začlení. Uvedený molámí poměr vody k použitému aminonitrilu je obvykle v rozmezí od 0,5 do 100 a s výhodou v rozmezí od 1 do 20. Horní hodnota tohoto poměru není u vynálezu rozhodující, ačkoliv vyšší poměry skutečně nejsou pro hydrolytickou reakci z ekonomických důvodů zajímavé.

Obvykle může mít vodní pára teplotu v rozmezí od 120 do 600 °C a s výhodou v rozmezí od 200 do 550 °C.

Aminonitril se může běžně používat při teplotě v rozmezí od 20 do 500 °C. S výhodou může být tato teplota v rozmezí od 100 do 250 °C.

Směs aminonitrilu s vodní parou se ve výměníku tepla rychle přivádí na teplotu, při které je odpařování směsi úplné.

Pokud je to vhodné, může být tato teplota taková, aby při ní mohla probíhat reakce aminonitrilu s vodou. Tato reakční teplota je obvykle v rozmezí od 200 do 450 °C a s výhodou v rozmezí od 250 do 400 °C.

··♦·

99

9 9 9 9 9

9999 9 9 9 • 9 9 9 · · • · 9 · 9

999 999 99 9999

- 3 Absolutní tlak, při kterém se odpařování provádí, je obvykle od 0,01 MPa do 0,3 MPa.

Aminonitril používaný při způsobu podle vynálezu je zejména lineární nebo rozvětvený aminonitril, který má 3 až 12 atomů uhlíku.

Jako příklady lze jmenovat především alifatické aminonitrily, připravené hydrogenací jedné ze dvou nitrilových funkčních skupin, dinitrilů, jako jsou adiponitril, methylglutaronitril, ethylsukcinonitril, dimethylsukcinonitril, malononitril, sukcinonitril, glutaronitril a dodekandinitril.

Nejdůležitější aminonitril je 6-aminokapronitril, jehož cyklizační hydrolýzou vzniká kaprolaktam a jeho polymerací se získává nylon

6.

Pro jednoduchost se v následujícím textu odkazuje především na 6-aminokapronitril /nebo ACN/.

Způsob se realizuje pomocí systému bez retence kapaliny.

Technologie, které se mohou používat, aby se zabránilo setrvání produktu v kapalné fázi v průběhu odpařování, jsou dvojího typu:

odpařování aminonitrilu jako filmu na zahřívaném povrchu, odpařování alespoň částečně kapalné mlhy aminonitrilu v přehřáté vodní párej v tomto případě jsou možnosti styku kapaliny s horkou plochou nahrazeny stykem plynu s kapkami kapaliny.. ...

V případě odpařování v podobě filmu na zahřívaném povrchu, se teplo potřebné pro odpařování dodává jednak značným teplem páry a aminonitrilu, jednak, přenosem tepla odpařovací .plochou. Odpařovák je typu filmové odparky.

Kapalina se může distribuovat na trubice odpařováku v souhlase s distribučním systémem běžně používaným při tomto typu technologie:

dodáváním alespoň částečně kapalného aminonitrilu na trubkovnici, potom distribucí tohoto aminq__nitrilu do..každé trubice,

- 4 ΦΦ ·· φ φφ φ · φ φ «φ φ φ ·· · · · φ · φ φφφ φ φ φφ φ φφφφφ φφ φ • Φ φφφ distribucí alespoň částečně kapalného aminonitrilu do každé trubice jeho rozprášením v mlhu nad trubkovnicí. Tato technologie je proti dřívější technologii výhodnější, protože více zkracuje dobu setrvání v kapalné fázi při vysoké teplotě; kapalina může být rozprašována pomocí trysky, do které se uvádí pouze kapalina, ale ještě lépe tryskou, do které se uvádí současně kapalina a vod ní pára.

V případě odpařování v podobě mlhy, kdy se stýká plyn s vodními kapkami, dodává se všechno teplo cenným teplem obou komponent, tj aminonitrilem, který je alespoň částečně v kapalné fázi a vodou v plynné fázi.

Teplota vodní páry a teplota alespoň částečně kapalného aminonitrilu se volí tak, aby vzniklá mlha měla takovou teplotu, která je stejná nebo vyšší než rosný bod směsi vody s aminonitrilem, při kterém se mlha tvoří. Samozřejmě závisí rosný bod na poměru vody k aminonitrilu a může se pro zvolený poměr snáze stanovit.

Tak například za atmosférického tlaku je rosný bod 180 °C pro směs vody s 6-aminokapronitrilem /ACN/ s poměrem 4, 110 °C při molárním poměru vody k ACN 56, 210 °C při poměru vody k ACN 1 a 230 °C pro čistý AC».

Zmíněné odpařování v podobě mlhy stykem plynu s kapkami kapaliny může být jednostupňové nebo vícestupňové. Je-li odpařování jednostupňové, jsou teploty aminonitrilu a vodní páry takové, že odpařování kapaliny může být úplné nebo částečné. Když je odpařování vícestupňové, proud aminonitrilu, předehřátý na teplotu 230 °C, se rozděluje například ve větší počet dávek, tří nebo čtyř; první dávka kapaliny se smísí s přehřátou vodní parou, například při 300 °C, a to tak, aby se všechna kapalina odpařila, přičemž se te plota směsi současně snižuje na teplotu okolo rosného bodu, jako důsledek odpařování. Směs ve formě páry se potom přehřeje, například na teplotu 300 °C a potom se opět smísí s druhou dávkou kapa· liny, která se ihned odpaří; postup se opakuje tolikrát, pokud je

- 5 tvoří/ nutné, aby se všechna kapalina odpařila. Při tomto procesu sefmlha kapaliny v každém stupni rozprašovacími tryskami, čímž se potom získá takový objem směsi, který stačí k zajištění úplného odpaření kapaliny.

Systém odpařování aminonitrilu se s výhodou může volit takový, aby doba pobytu kapalného aminonitrilu v tomto systému, včetně předehřívání aminonitrilu, byla kratší nebo rovná jedné minutě, s výhodou kratší nebo rovná 5 sekundám.

Následující příklady provedení tento vynález ilustrují.

Příklady„provedení

Příklad 1

200 g/h 6-aminokapronitrilu /ACN/, předehřátých na teplotu 230 °C a 129 g/h vodní páry s teplotou 300 °C, se rozprašuje tryskou s

A průměrem 1 mm. Takto vzniklá mlha se odpařuje, potom přehřeje na teplotu 300 °C pomocí výměníku, před tím než se přivádí do reaktoru pro hydrolýzu, který obsahuje 162 g oxidu hlinitého a který se udržuje při teplotě 300 °C.

Po více než 400 h provozu nebylo pozorováno an^znečištění reaktoru ani úbytek katalytické aktivity /měřeno mírou konverze ACN při konstantním podílu proudění rovnému 99

Srovnávací test 1

329 g/h směsi ACN/voda, obsahující 61 % hmot ACN, se uvádí do 200 ml odpařováku, zahřátého na teplotu 300 °C. Plynná směs, která vystupuje z odpařování, se přivádí do reaktoru hydrolýzy, který obsahuje 162 g oxidu hlinitého a který se udržuje při teplotě 300 °C.

Test se ukončí po 172 h provozu. V průběhu této doby se podíl konverze ACN snížil z 99 na 95 Po rozmontování aparatury lze

zjistit přítomnost pevné látky /nylonu/ uvnitř odpařováku a u vstupu do reaktoru hydrolýzy /25 % výšky obsahu tohoto reaktoru ztuhlo/.

?íh5X®Í2Zá_využitelnost

Použití vody ve formě páry jako nosného plynu při odpařování aminonitrilu je ve srovnání s dřívějšími postupy mnohem výhodnější s hlediska technologického i ekonomického. S výhodou se uplatňuje při zpracování 6-aminokapronitrilu.

Claims (13)

1. Způsob odpařování aminonitrilu a vody, vyznačující se t í m , že se voda ve formě páry používá jako nosný plyn pro odpařování.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vodní pára používá při teplotě od 120 do 600 °C a s výhodou od 200 do 550 °C.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2,vyznačující se t í m , že aminonitril se používá při teplotě od 20 do 300 °C a s výhodou od 100 do 250 °C.

4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3,vyznačující se t í m , že se získaná směs aminonitrilu s vodní parou rychle uvádí do výměníku tepla při teplotě, při které je odpařování směsi úplné.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačují cí se t í m , že se získaná směs aminonitrilu s vodní parou uvádí na teplotu reakce aminonitrilu s vodou, s výhodou na teplotu od 200 do 450 °C a výhodněji od 250 do 400 °C.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačují cí se t í m , že aminonitril je lineární nebo rozvětvený alifatický aminonitril, který má 3 až 12 atomů uhlíku.

7. Způsob podle některého z nároků lažó, vyznačuj í cí se t í m , že aminonitril je výsledkem hydrogenace jedné ze dvou nitrilových funkcí dinitrílu, vybraného ze skupiny adiponitrilu, methylglutaronitrilu, ethylsukcinonitrilu, dimethylsukcinonitrilu, malononitrilu, sukcinonitrilu, glutaronitrilu a dodekandinitrilu a s výhodou to je 6-aminokapronitril.

8. Způsob podle některého z nároků laž7, vyznačuj í cí ·* · Μ • r

- 8 se t í m , že se odpařování aminonitrilu provádí za absolutního tlaku od 0,01 do 0,5 MPa.

9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznačuj i cí se t í m , že se provádí v systému bez retence kapaliny.

10. Způsob podle nároku 9,vyznačující se tím, že se používá jedna z následujících technologií:

odpařování aminonitrilu jako filmu na zahřívaném povrchu, v odpařováku typu filmové odparky, odpařování alespoň částečně kapalné mlhy aminonitrilu v přehřáté vodní páře.

11. Způsob podle nároku 10,vyznačující se tím, že se distribuce aminonitrilu na trubice odpařováku typu filmové odparky provádí dodáváním alespoň částečně kapalného aminonitrilu na trubkovnici, potom distribucí tohoto aminonitrilu do každé trubice, distribucí alespoň částečně kapalného aminonitrilu do každé trubice jeho rozprašováním v mlhu nad trubkovnicí.

12. Způsob podle nároku 10,vyznačující se tím, ž e odpařování alespoň částečně kapalné mlhy aminonitrilu v přehřáté vodní páře je jednostupňové nebo vícestupňové.

15. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačuj í cí se t í m , že systém odpařování aminonitrilu se volí takový, aby doba setrvání kapalného aminonitrilu v tomto systému byla kratší nebo rovné jedné minutě, s výhodou kratší nebo rovná 5 sekundám.