CZ291317B6

CZ291317B6 - Způsob filtrace třífázové reakční směsi

Info

Publication number: CZ291317B6
Application number: CZ19983961A
Authority: CZ
Inventors: Philippe Perrona; Lionel Sever
Original assignee: Rhodia Fiber And Resin Intermediates
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2003-01-15
Also published as: SK283673B6; RU2178334C2; BR9709525A; CN1112230C; EP0925106B1; EP0925106A1; UA61077C2; FR2749191B1; SK166198A3; CN1223600A; FR2749191A1; MX9810151A; PL184163B1; CA2257346C; JP3311359B2; KR20000016361A; DE69706311D1; PL330310A1; WO1997046306A1; CA2257346A1

Abstract

Zp sob filtrace t° f zov reak n sm si spo v v tom, e se provede tangenci ln filtrace na membr nov m filtru alespo sti t° f zov reak n sm si, zahrnuj c kapalnou f zi, kter obsahuje nitrilov skupiny, plynnou f zi obsahuj c vod k a katalytickou pevnou f zi obsahuj c Raney v nikl nebo/a kobalt nebo kovov² katalyz tor ulo en² na nosi i, a recyklov n katalyz toru za sou asn izolace alespo sti filtr tu obsahuj c ho reak n produkty.\

Description

Vynález se týká způsobu filtrace třífázové reakční směsi obsahující kapalnou fázi, nerozpuštěnou pevnou katalytickou fázi a plynnou fázi.

Dosavadní stav techniky

U způsobů, u kterých se používá sloučenina obsahující alespoň jednu nitrilovou skupinu a nerozpuštěný katalyzátor typu Raneyova niklu nebo kobaltu, bylo pozorováno, že v nepřítomnosti plynu a zejména v nepřítomnosti vodíku mají nitrilové skupiny negativní vliv na účinnost katalyzátoru.

Takto bylo pozorováno, že zejména při způsobech hydrogenace nitrilů na aminy a obzvláště při způsobech částečné hydrogenace dinitrilu a aminonitril dochází v přítomnosti nitrilových skupin k deaktivaci katalyzátoru typu Raneyova niklu nebo kobaltu v případě, že reakční hydrogenační směs již neobsahuje vodík anebo obsahuje vodík pouze v malém množství.

Kromě toho bylo zjištěno, že kovové katalyzátory uložené na nosiči, které jsou rovněž používány, a to zejména při hydrogenačních postupech, se špatně oddělují usazováním a jsou obtížně filtrovatelné.

V patentových dokumentech DE 3245318 a EP 235003 jsou popsány způsoby provádění tlakových reakcí plyn/kapalina v přítomnosti suspendovaného katalyzátoru, při kterých se část reakční směsi odvádí z reakční nádoby a vede skrze mikrofiltr za účelem oddělení filtrátu obsahujícího reakční produkt a katalyzátoru, který recykluje. Uvedená reakční směs neobsahuje nitrilové sloučeniny schopné deaktivovat katalyzátor a tak při filtraci není kritickou podmínkou neustálý styk plynné složky s filtrovanou soustavou kapalina/pevný katalyzátor, přičemž tento styk je jedině schopný zachránit deaktivaci katalyzátoru nitrilovými skupinami. Ani jeden ze způsobů podle uvedených patentových dokumentů problém uvedené deaktivace katalyzátoru neřeší.

Podstata vynálezu

Vynález navrhuje řešení těchto problémů. Jeho podstata spočívá v tangenciální filtraci na membránovém filtru alespoň části třífázové reakční směsi obsahující kapalnou fázi, která obsahuje nitrilové skupiny, plynnou fázi obsahující vodík a katalytickou pevnou fázi obsahující Raneyův nikl nebo/a kobalt nebo kovový katalyzátor na nosiči, a v recyklování katalyzátoru za současné izolace alespoň části filtrátu obsahujícího reakční produkty. Tangenciální cirkulace vzhledem k membráně směsi určené k filtraci, prováděná vysokou rychlostí minimalizuje množství pevného podílu zadrženého na filtru. Takto je možné minimalizovat riziko deaktivace katalyzátoru. To umožňuje kontinuální filtraci při současném udržování katalyzátoru v reakční směsi.

Obecně činí rychlost cirkulace reakční směsi skrze filtr 0,5 až 20 metrů za sekundu, výhodně 1 až 10 metrů za sekundu.

Membránové filtry používané pro tangenciální filtraci jsou obecně tvořeny plochým nebo trubicovitým nosičem a anorganickou nebo organickou membránou, která bývá označována jako aktivní vrstva, která má tloušťku několika mikrometrů.

i 15

I

Při způsobu podle vynálezu je použitou membránou výhodně anorganická membrána, která má obecně lepší chemické a tepelné chování při použití reakční směsi daného typu.

Nosič a aktivní vrstva mohou být zhotoveny ze stejného materiálu anebo mohou být zhotoveny z odlišných materiálů. Aktivní vrstva filtru může být zhotovena například z alfa-oxidu hlinitého, oxidu zirkoničitého, oxidu titaničitého nebo z grafitových vláken. Nosič může být rovněž zhotoven z aluminy, grafitu, oxidu zirkoničitého nebo oxidu titaničitého.

Membrána je také charakterizována středním průměrem pórů. Obecně tento střední průměr pórů činí 1 nanometr až 1 mikrometr.

Z důvodů životnosti a regenerovatelnosti membrány je při způsobu podle vynálezu výhodné použít ultrafiltrační membrány, které mají střední průměr pórů v rozmezí od 10 do 100 nanometrů a práh propustnosti (který je definován molekulovou hmotnosti sloučenin zastavených membránou a který je vyjádřen v g/mol nebo v daltonech) vyšší nebo rovný 100 kilodaltonům.

Kapalná fáze reakční směsi určené k filtraci v podstatě obsahuje alespoň jednu sloučeninu obsahující nitrilové funkce, jakou je nezreagovaný výchozí dinitril nebo nitril, aminonitril nebo/a amin nebo/a vytvořený diamin, a případně rozpouštědlo, kterým může být zejména voda nebo/a amid nebo/a alkohol nebo/a amin nebo/a amoniak. Jako alkoholy se obvykle používají alkanoly, jako methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol a 1-butanol, dioly, jako ethylenglykol a propylenglykol, polyoly nebo směsi uvedených alkoholů. V případě, že se jako rozpouštědlo použije amid, potom tímto amidem může být zejména dimethylformamid a dimethylacetamid. Z aminů, které mohou být použity jako rozpouštědla, lze uvést například amin, diamin nebo acetonitril odpovídající nitrilu nebo dinitrilu, který je hydrogenován. Kapalná fáze rovněž obsahuje silnou anorganickou bázi odvozenou do alkalického kovu nebo kovu alkalických zemin.

V případě, že se jako rozpouštědlo použije voda s jiným rozpouštědlem, potom uvedené jiné rozpouštědlo hmotnostně představuje dvou- až čtyřnásobek množství použité vody.

Pevná katalytická fáze je obecně tvořena katalyzátorem na bázi Raneyova niklu nebo/a Raneyova kobaltu, který případně, avšak výhodně obsahuje dopující prvek zvolený z množiny zahrnující prvky IVb., IVb., Vllb. a VIII skupiny Periodického systému prvků, který je publikován v Handbook od Chemistry and Physics, 51. vyd. (1970-1971).

Katalyzátor na bázi Raneyova niklu nebo/a Raneyova kobaltu použitý v rámci způsobu podle vynálezu může tedy obsahovat vedle niklu a kobaltu a reziduálních množství kovu pocházejícího z původní slitiny, který do katalyzátoru přešel v průběhu přípravy katalyzátoru a kterým je obecně hliník, ještě jeden nebo několik dalších dopujících prvků, jakými jsou například chrom, titan, molybden, wolfram, železo nebo zinek.

Za nejvýhodnější z těchto dopujících prvků jsou považovány chrom nebo/a železo nebo/a titan. Tyto dopující prvky obvykle hmotnostně představují 0 až 15 %, výhodně 0 až 10 %, vztaženo na hmotnost niklu.

Katalytická fáze může být rovněž tvořena kovem, který je kovem VIII. skupiny Periodického systému prvků, jako ruthenium, rhodium, nikl nebo kobalt, uloženým na nosiči, jakým je obecně oxid kovu, jako oxid hlinitý, křemičitý, hlinitokřemičitany, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý nebo oxid hořečnatý.

V katalyzátorech tvořených kovy uloženými na nosiči, kov obecně představuje 0,1 až 80 hmotnostních %, výhodně 0,5 až 50 hmotnostních %, vztaženo na hmotnost nosiče.

Pevná fáze obecně představuje 1 až 50 hmotnostních %, vztaženo na hmotnost kapalné fáze, přičemž tyto hodnoty nejsou nikterak kritické.

-2CZ 291317 B6

Plynná fáze je tvořena v podstatě vodíkem.

Tangenciální filtrace může být provedena při teplotě, kterou je výhodně teplota, při které se provádí hydrogenační reakce. Tato teplota je obvykle nižší nebo rovna 150 °C, výhodně nižší nebo rovna 120 °C a výhodněji nižší nebo rovna 100 °C.

Konkrétně specifikováno, pohybuje se tato teplota obvykle mezi teplotou místnosti (asi 20 °C) a teplotou 100 °C. Způsob podle vynálezu může být bez jakýchkoliv technických obtíží proveden při teplotě nižší než 20 °C, i když to není žádoucí vzhledem k nižší produktivitě hydrogenační reakce.

Tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem filtru, který je žádoucí pro dobrý průběh filtrace, může být částečně dosažen tlakem, při kterém se provádí hydrogenační reakce. Je však nezbytné vytvořit tlak vyšší, než je tlak atmosférický. Obecně takový tlak činí 0,1 až 2 MPa a výhodně (

0,2 až 1 MPa. V praxi se takový tlak vytvoří čerpadlem, který z reaktoru napájí membránový filtr.

Proud reakční směsi, který se přivádí na membránovým filtr zjevně závisí na množství reakční směsi přítomné v reaktoru, jakož i na kapacitě filtru. Velikost uvedeného proudu je také dána průběhem reakce, tj. aby kapalný permeát nebo filtrát, který má být alespoň částečně izolován a zpracován jinde, obsahoval dostatečná množství produktu nebo produktů, které mají být získány hydrogenační reakcí.

Katalyzátor filtrovaný v přítomnosti vodíku zůstává aktivní a je recyklován do hydrogenační reakce.

Způsob podle vynálezu bude v následující části popisu blíže objasněn konkrétním příkladem jeho provedení, který má pouze ilustrační charakter a nikterak neomezuje rozsah vynálezu, který je jednoznačně definován patentovými nároky.

Příklad provedení vynálezu

Reaktor, vybavený míchadlem, ohřívacím a chladicím prostředkem, prostředkem pro zavádění reakčních složek uspořádaný v horní části reaktoru a odváděči prostředek uspořádaný ve spodní části reaktoru, obsahuje asi 20 litrů směsi, která hmotnostně obsahuje:

20.1 % adiponitrilu,

51,4 % aminokapronitrilu,

9.1 % hexamethylendiaminu,

14.2 % vody a

5.2 % Raneyova niklu se střední velikostí částic asi 10 mikrometrů.

Tento roztok se nachází pod tlakem vodíku 0,2 MPa a má teplotu 55 °C.

Dávkovači čerpadlo s průtokem nastaveným na 2 m³/h je zařazeno za výstup reaktoru, ' uspořádaný v jeho spodní části, přičemž za čerpadlem je zařazen elektromagnetický průtokový ventil a nanometr. Roztok odváděný z výstupu reaktoru se zavádí na membránový filtr tvořený i grafitovým nosičem a anorganickou aktivní vrstvou zhotovenou z oxidu zirkoničitého, přičemž membránový filtr má práh propustnosti 300 kD a střední průměr pórů mezi 25 a 50 nm (obchodní označení: Carbosep MP od firmy Tech-Sep).

Proud reakční směsi přiváděný na filtr je pod tlakem vodíku 0,2 MPa, přičemž rychlost cirkulace reakční směsi skrze filtr činí asi 5 m/s.

-3CZ 291317 B6

Proud permeátu má vydatnost 67 kg/h.m². Tento permeát je pod atmosférickým tlakem.

V permeátu nebyl nalezen žádný Raneyův nikl.

Zadržený podíl obsahující katalyzátor se recykluje zpět do reaktoru.

Za těchto podmínek je koncentrace katalyzátoru a zadrženém podílu konstantní a odpovídá původní hodnotě této koncentrace.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

I 15

1. Způsob filtrace třífázové reakční směsi, vyznačený tím, že se provede tangenciální filtrace na membránovém filtru alespoň části třífázové reakční směsi, zahrnující kapalnou fázi, která obsahuje nitrilové skupiny, plynnou fázi obsahující vodík a katalytickou pevnou fázi

20 obsahující Raneyův nikl nebo/a kobalt nebo kovový katalyzátor uložený na nosiči, a recyklování katalyzátoru za současné izolace alespoň části filtrátu obsahujícího reakční produkty.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že membránový filtr použitý pro tangenciální filtraci je tvořen plochým nebo trubicovým nosičem a anorganickou nebo organickou

25 membránou tvořící aktivní vrstvu, která má tloušťku několik mikrometrů.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že aktivní vrstva membránového filtru je zhotovena z alfa-oxidu hlinitého, oxidu zirkoničitého, oxidu titaničitého nebo grafitových vláken a nosič je zhotoven z grafitu, aluminy, oxidu zirkoničitého nebo oxidu titaničitého.
4. Způsob podle některého z nároků 2a 3, vyznačený tím, že membrána má střední průměr pórů mezi 1 nm a 1 pm, přičemž výhodně má střední průměr pórů 10 až 100 nm.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že kapalná fáze reakční 35 směsi určené k filtraci obsahuje alespoň jednu sloučeninu obsahující nitrilové skupiny, jakou je nezreagovaný výchozí dinitril nebo nitril, aminonitril nebo/a amin nebo/a diamin vytvořený reakcí, a případné rozpouštědlo.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že rozpouštědlo je zvoleno ze skupiny, 40 zahrnující vodu, amid, alkohol, amin nebo amoniak.
7. Způsob podle některého z nároků laž6, vyznačenýtím, že pevná katalytická fáze je tvořena katalyzátorem na bázi Raneyova niklu nebo/a Raneyova kobaltu a výhodně obsahuje dopující prvek zvolený ze skupiny, zahrnující prvky IVb., VIb., Vllb. a VIII. skupiny Periodic-

45 kého systému prvků.

^!
8. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačený tím, že pevná katalytická fáze je tvořena kovem z VIII. skupiny Periodického systému prvků, kterým je ruthenium, rhodium, • nikl nebo kobalt, uloženým na nosiči, kterým je oxid kovu nebo alumina, silika, hlinitokřemi50 čitany, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý nebo oxid hořečnatý.

-4CZ 291317 B6
9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznačený tím, že tangenciální filtrace se provede při teplotě, která je nižší nebo rovna 150 °C, výhodně nižší nebo rovna 120 °C a výhodněji nižší nebo rovna 100 °C.
10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačený tím, že tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem filtru činí 0,1 až 2 MPa a výhodně činí 0,2 až 1 MPa.