CZ396198A3 - Způsob filtrace třífázové reakční směsi - Google Patents

Description

Způsob filtrace třífázové reakční směsi

Oblast techniky

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 funkci a nerozpuštěný katalyzátor typu Raneyova niklu nebo kobaltu, bylo pozorováno, že v nepřítomnosti plynu a zejména v nepřítomnosti vodíku mají nitrilové funkce škodlivý vliv na účinnost katalyzátoru.

Takto bylo prokázáno, že zejména při způsobech hydrogenace nitrilů na aminy a obzvláště při způsobech částečné hydrogenace dinitrilu na aminonitril dochází v přítomnosti nitrilových funkcí 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.

Podstata vynálezu

Vynález navrhuje řešení těchto problémů, jehož podstata spočívá v tangenciální filtraci na membránovém filtru alespoň části třífázové reakční směsi obsahující kapalnou fázi, ve které se nachází nitrilové funkce, plynnou fázi obsahující vodík a katalytickou pevnou fázi obsahující Raneyův nikl nebo/a kobalt nebo kovový katalyzátor na nosiči, a v • · • ·

- 2 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 membránu 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.

Při způsobu podle vynálezu bude 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-aluminy, 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 hmotností sloučenin zastavených membránou a který je vy• ·

- 3 jádřen 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 dinitnl nebo nitril, aminonitril nebo/a amin nebo/a vytvořený diamin, a případné 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 od 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., VIb., Vllb. a VIII skupiny Periodického systému prvků, který je publikován v Handbook of Chemistry and Physics, 51.vyd. (1970-1971).

Katalyzátor na bázi Raneyova niklu nebo/a Raneyova kobaltu použitý v rámci způsobu podle vynálezu může takto 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 na• · « » ♦ · » · <

• · · · • ·

- 4 příklad 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 aluminy, siliky, hlinitokřemičitany, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý nebo oxid hořečnatý.

V katalyzátorech tvořených kovy uloženými na nosiči, kov obecně představuje 0,1 až 80 hmotnostích %, 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.

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 obvyk le 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 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 membránový 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 dostečná 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 definicí patentových nároků .

Příklad provedení vynálezu

Reaktor, vybavený míchadlem, ohřívacím a chladícím prostředkem, prostředkem pro zavádění reakčnich 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 • · ·· ····

- 6 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 m^/h je zařazeno za výstup reaktoru uspořádaný v jeho spodní části, přičemž za čerpadlem je zařazen elektromagnetický průto kový ventil a manometr. Roztok odváděný z výstupu reaktoru se zavádí na membránový filtr tvořený 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 membránu činí asi 5 m/s.

Proud permeatu má vydatnost 67 kg/h.m . Tento permeát je pod atmosferickým tlakem.

V permeátu nebyl nalezen žádný Raneyův nikl.

Zadržený podíl obsahující katalyzátor se recykluje zpět do reaktoru.

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

Claims (10)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   Způsob filtrace, vyznačený tím, že se provede tangenciální filtrace na membránovém filtru alespoň části třífázové reakční směsi,obsahující kapalnou fázi, ve které se nacházejí nitrilové funkce, plynnou fázi obsahující vodík a katalytickou pevnou fázi 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. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačený tím, že membránový filtr použitý pro tangenciální filtraci je tvořen plochým nebo trubicovitým nosičem a anorganickou nebo organickou membránou (neboli aktivní vrstvou), která má tlouštku několik mikrometrů.
3. 3. Způsob podle nároku 2,vyznačený tím, že aktivní vrstva membránového filtru je zhotovena z alfa-aluminy, oxidu zirkoničitého, oxidu titaničitého nebo grafitových vláken a nosič je zhotoven z grafitu, aluminy, oxidu zirkoničitého nebo oxidu titaničitého.
4. 4. Způsob podle některého z nároků 2a3, vyznačený t i m , že membrána má střední průměr pórů mezi 1 nanometrem a jedním mikrometrem, přičemž výhodně má střední průměr pórů od 10 do 100 nanometrů.
5. 5.

   Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznače·· ··.

   I · · * n ý t í m , že kapalná fáze reakční směsi určené k filtraci hlavně obsahuje alespoň jednu sloučeninu obsahující nitrilové funkce, jakou je nezreagovaný výchozí dinitril nebo nitril, aminonitril nebo/a amin nebo/a diamin vytvořený reakcí a případné rozpouštědlo.
6. 6. Způsob podle nároku 5,vyznačený tím, že rozpouštědlo je zvoleno z množiny zahrnující vodu nebo/a amid nebo/a alkohol nebo/a amin nebo/a amoniak.
7. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznače n ý t í m , že pevná katalytická fáze je tvořena katalyzátorem na bázi Raneyova niklu nebo/a Raneyova kobaltu a výhodně obsahuje dopující prvek zvolený z množiny zahrnující prvky IVb., VIb., Vllb. a VIII. skupiny Periodického systému prvků publikovaného v Handbook of Chemistry and Physics, 51.vyd.

   ( 1 970-1 971 ).
8. 8. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznače n ý t i m , že pevná katalytická fáze je tvořena kovem, který je kovem z VIII. skupiny Periodického systému prvků, jakým je ruthenium, rhodium, nikl nebo kobalt, uloženým na nosiči, kterým je oxid kovu, jako aluminy, siliky, hlinitokřemičitany, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý nebo oxid hořečnatý .
9. 9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznače n ý t i m, že tangenciální filtrace se provede při teplotě, která je nižší nebo rovna 150 °C, která je výhodně nižší nebo rovna 120 °C a která je výhodněji nižší nebo rovna 100 °C.
10. 10.

    Způsob podle, některého z nároků 1 až 9, vyznače • 9 n ý t ί m , že tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem filtru činí 0,1 až 2 MPa a výhodně činí 0,2 až 1 MPa.