EA045095B1 - METHOD FOR JOINT PRODUCTION OF DIALKYL SUCCINATE AND 1,4-BUTHANEDIOL BY TWO-STAGE HYDROGENATION OF DIALKYL MALEATE - Google Patents
METHOD FOR JOINT PRODUCTION OF DIALKYL SUCCINATE AND 1,4-BUTHANEDIOL BY TWO-STAGE HYDROGENATION OF DIALKYL MALEATE Download PDFInfo
- Publication number
- EA045095B1 EA045095B1 EA202390505 EA045095B1 EA 045095 B1 EA045095 B1 EA 045095B1 EA 202390505 EA202390505 EA 202390505 EA 045095 B1 EA045095 B1 EA 045095B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- reaction
- stream
- stage
- dialkyl
- succinate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 67
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 57
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 title claims description 50
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L succinate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCC([O-])=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims description 25
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 24
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 title claims description 22
- WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N butane-1,4-diol Chemical compound OCCCCO WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 99
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 94
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- MUXOBHXGJLMRAB-UHFFFAOYSA-N Dimethyl succinate Chemical compound COC(=O)CCC(=O)OC MUXOBHXGJLMRAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 56
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 46
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 46
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 46
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 32
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- LDCRTTXIJACKKU-ARJAWSKDSA-N dimethyl maleate Chemical group COC(=O)\C=C/C(=O)OC LDCRTTXIJACKKU-ARJAWSKDSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 21
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 19
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 15
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000007327 hydrogenolysis reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 8
- JGDFBJMWFLXCLJ-UHFFFAOYSA-N copper chromite Chemical compound [Cu]=O.[Cu]=O.O=[Cr]O[Cr]=O JGDFBJMWFLXCLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002688 maleic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VODBHXZOIQDDST-UHFFFAOYSA-N copper zinc oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[Cu++].[Zn++] VODBHXZOIQDDST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004631 polybutylene succinate Substances 0.000 description 44
- 229920002961 polybutylene succinate Polymers 0.000 description 44
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 43
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N butane-1,1-diol Chemical compound CCCC(O)O CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 23
- -1 alkyl maleate Chemical compound 0.000 description 22
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 17
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 230000032050 esterification Effects 0.000 description 12
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 12
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 11
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 8
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 8
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 2
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 2
- XXROGKLTLUQVRX-UHFFFAOYSA-N allyl alcohol Chemical compound OCC=C XXROGKLTLUQVRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 2
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000909 polytetrahydrofuran Polymers 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 2
- FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 2-(chloromethyl)pyridine-3-carbonitrile Chemical compound ClCC1=NC=CC=C1C#N FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QISOBCMNUJQOJU-UHFFFAOYSA-N 4-bromo-1h-pyrazole-5-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C=1NN=CC=1Br QISOBCMNUJQOJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017518 Cu Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017752 Cu-Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017813 Cu—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017943 Cu—Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- IEPRKVQEAMIZSS-UHFFFAOYSA-N Di-Et ester-Fumaric acid Natural products CCOC(=O)C=CC(=O)OCC IEPRKVQEAMIZSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEPRKVQEAMIZSS-WAYWQWQTSA-N Diethyl maleate Chemical compound CCOC(=O)\C=C/C(=O)OCC IEPRKVQEAMIZSS-WAYWQWQTSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Natural products OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 1
- GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N Propylene oxide Chemical compound CC1CO1 GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 229920002334 Spandex Polymers 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000007933 aliphatic carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001346 alkyl aryl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036983 biotransformation Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 150000001983 dialkylethers Chemical class 0.000 description 1
- 150000005690 diesters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 230000008570 general process Effects 0.000 description 1
- 239000002815 homogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 150000004040 pyrrolidinones Chemical class 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000004759 spandex Substances 0.000 description 1
- RINCXYDBBGOEEQ-UHFFFAOYSA-N succinic anhydride Chemical class O=C1CCC(=O)O1 RINCXYDBBGOEEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940014800 succinic anhydride Drugs 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000005809 transesterification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Description
Настоящее изобретение относится к способу эффективного совместного получения диалкилсукцината и 1,4-бутандиола каталитическим гидрированием диалкилмалеата. Способ состоит по существу из следующих этапов:The present invention relates to a method for the efficient co-production of dialkyl succinate and 1,4-butanediol by catalytic hydrogenation of dialkyl maleate. The method essentially consists of the following steps:
(a) гидрирование потока диалкилмалеата на первой ступени реакции над подходящим катализатором с получением диалкилсукцината;(a) hydrogenating the dialkyl maleate stream in a first reaction step over a suitable catalyst to produce dialkyl succinate;
(b) разделение выходящего с первой ступени реакции потока в испарительной емкости с получением потока жидкости, богатой диалкилсукцинатом, и разделение указанного потока на три части:(b) separating the effluent from the first reaction stage in a flash vessel to produce a liquid stream rich in dialkyl succinate, and dividing said stream into three parts:
i) первую часть, соответствующую менее чем 50 мол. % от общего количества получения, далее подвергают фазовому разделению при низком давлении, отделению абсорбированного водорода и перегонке с получением диалкилсукцината высокой чистоты;i) the first part corresponding to less than 50 mol. % of the total amount obtained, then subjected to low pressure phase separation, separation of absorbed hydrogen and distillation to obtain high purity dialkyl succinate;
ii) вторую часть направляют на вторую ступень реакции;ii) the second part is sent to the second reaction stage;
iii) рециркуляционную жидкость, которую с помощью насоса охлаждают в теплообменнике, направляют обратно на вход первой ступени реакции;iii) the recirculation liquid, which is cooled by a pump in the heat exchanger, is sent back to the inlet of the first reaction stage;
с) дополнительное гидрирование указанной второй части полученного на первой ступени реакции диалкилсукцината на второй ступени реакции с использованием другого подходящего катализатора для получения главным образом 1,4-бутандиола вместе с небольшими количествами гамма-бутиролактона и тетрагидрофурана в качестве побочных продуктов; выходящий поток подвергают охлаждению, фазовому разделению и перегонке с получением 1,4-бутандиола, где первая ступень реакции протекает при температуре на входе от 80°С до 130°С, при давлении от 30 до 80 бар и при часовой объемной скорости жидкости от 0,5 до 2,0;c) further hydrogenating said second portion of the dialkyl succinate obtained in the first reaction step in a second reaction step using another suitable catalyst to produce primarily 1,4-butanediol together with small amounts of gamma-butyrolactone and tetrahydrofuran as by-products; the effluent is subjected to cooling, phase separation and distillation to yield 1,4-butanediol, where the first reaction step occurs at an inlet temperature of 80°C to 130°C, a pressure of 30 to 80 bar and an hourly liquid space velocity of 0 .5 to 2.0;
вторая ступень реакции протекает при температуре на входе от 160°С до 190°С, при давлении от 30 до 80 бар и при часовой объемной скорости жидкости от 0,1 до 0,3;the second stage of the reaction takes place at an inlet temperature from 160°C to 190°C, at a pressure from 30 to 80 bar and at an hourly liquid space velocity from 0.1 to 0.3;
молярное соотношение водород/органическое сырье находится в диапазоне от 15 до 30 на первой ступени реакции и от 30 до 60 на второй ступени реакции;the hydrogen/organic feed molar ratio ranges from 15 to 30 in the first reaction stage and from 30 to 60 in the second reaction stage;
количество диметилсукцината, не превращенного на второй ступени реакции и отделенного перегонкой в виде смеси с некоторым количеством гамма-бутиролактона, возвращают на вторую ступень реакции;the amount of dimethylsuccinate not converted in the second stage of the reaction and separated by distillation in the form of a mixture with a certain amount of gamma-butyrolactone is returned to the second stage of the reaction;
на обеих ступенях реакции условия, такие как соотношение водород/органическое сырье, давление и температура, являются такими, чтобы поддерживать реакторы в смешанной парожидкостной фазе.In both reaction stages, conditions such as hydrogen/organic feed ratio, pressure and temperature are such as to maintain the reactors in a mixed vapor-liquid phase.
Область техникиField of technology
Описанные в настоящем документе варианты реализации в целом относятся к способу и оборудованию для получения 1,4-бутандиола совместно с диалкилсукцинатом в качестве побочного продукта путем взаимодействия сырья, состоящего из алкилмалеата, с газообразным водородом в ходе двухступенчатой реакции над подходящими катализаторами.The embodiments described herein generally relate to a process and equipment for producing 1,4-butanediol along with a dialkyl succinate as a by-product by reacting an alkyl maleate feedstock with hydrogen gas in a two-step reaction over suitable catalysts.
Уровень техникиState of the art
За последние десятилетия в мире резко увеличилось производство пластиковых материалов и, соответственно, пластиковых отходов.Over the past decades, the world has seen a sharp increase in the production of plastic materials and, accordingly, plastic waste.
Следовательно, биоразлагаемые и компостируемые полимеры привлекают широкое внимание в качестве заменителей традиционных долговечных пластиковых полимеров.Consequently, biodegradable and compostable polymers are attracting widespread attention as substitutes for traditional durable plastic polymers.
В новых биоразлагаемых пластиках полибутиленсукцинат (PBS) является одним из наиболее интересных компонентов благодаря его превосходным характеристикам, таким как компостируемость, механические свойства, совместимость с другими полимерами и технологичность.In new biodegradable plastics, polybutylene succinate (PBS) is one of the most interesting components due to its excellent properties such as compostability, mechanical properties, compatibility with other polymers and processability.
Полибутиленсукцинат можно использовать во многих областях, в частности, для получения сельскохозяйственной пленки вместо полиэтилена низкой плотности, а также для применения в контакте с пищей.Polybutylene succinate can be used in many applications, such as agricultural films in place of low-density polyethylene and food contact applications.
В статье Биоразлагаемость пластмасс, опубликованной в Journal of Molecular Sciences от 29 августа 2009 года, автор Y. Tokiwa и др., помимо описания механизма биоразложения полибутиленсукцината и других пластмасс, подчеркиваются такие преимущества биоразлагаемых пластмасс, как увеличение плодородности почвы, снижение объема накопления пластиковых материалов в окружающей среде и снижение стоимости обращения с отходами. Кроме того, с помощью ферментов и микроорганизмов биоразлагаемые пластмассы можно перерабатывать в полезные метаболиты (мономеры и олигомеры).The article Biodegradability of Plastics, published in the Journal of Molecular Sciences on August 29, 2009, by Y. Tokiwa et al., in addition to describing the mechanism of biodegradation of polybutylene succinate and other plastics, highlights the advantages of biodegradable plastics such as increasing soil fertility, reducing the accumulation of plastic materials in the environment and reducing the cost of waste management. In addition, with the help of enzymes and microorganisms, biodegradable plastics can be processed into useful metabolites (monomers and oligomers).
Полибутиленсукцинат производится с использованием в качестве сырья 1,4-бутандиола (БДО) и янтарной кислоты (ЯК) посредством способа этерификации-поликонденсации с образованием воды; в качестве альтернативы, ПБС также может быть получен из бутандиола и диметилсукцината (ДМС) в способе переэтерификации-поликонденсации с получением метанола, а не воды.Polybutylene succinate is produced using 1,4-butanediol (BDO) and succinic acid (SA) as raw materials through the esterification-polycondensation method to form water; alternatively, PBS can also be produced from butanediol and dimethyl succinate (DMS) in a transesterification-polycondensation process to produce methanol rather than water.
Полибутиленсукцинат можно получить в виде чистого полимера или, также, в виде сополимера, как например полибутиленсукцинат-собутилентерефталат (ПБСТ), используя соэтерификацию с терефталевой кислотой (ТФК), или полибутиленсукцинат-соадипат (ПБСА) с использованием адипиновой кислоты (АК). Еще одним вариантом является получение в смеси с другим полимером, как, например, смесь полибутиленсукцината (ПБС) и полибутиленадипата-сотерефталата (ПБАТ).Polybutylene succinate can be produced as a pure polymer or also as a copolymer, such as polybutylene succinate cobutylene terephthalate (PBST) using coesterification with terephthalic acid (TPA), or polybutylene succinate coadipate (PBSA) using adipic acid (AA). Another option is to formulate it in a mixture with another polymer, such as a mixture of polybutylene succinate (PBS) and polybutylene adipate soterephthalate (PBAT).
К сожалению, даже несмотря на высокий интерес к ПБС, дороговизна сырья сильно влияет на кон- 1 045095 курентоспособность ПБС и ограничивает его производство. В частности, цены как на янтарную кислоту, так и на диметилсукцинат сегодня очень высоки. Большая часть янтарной кислоты, представленной сегодня на рынке, производится путем ферментации, что требует очень высоких производственных затрат.Unfortunately, even despite the high interest in PBS, the high cost of raw materials greatly affects the competitiveness of PBS and limits its production. In particular, prices for both succinic acid and dimethyl succinate are very high today. Most of the succinic acid on the market today is produced by fermentation, which requires very high production costs.
Диметилсукцинат, который в настоящее время в основном получают путем этерификации биоянтарной кислоты метанолом на специальном заводе, стоит еще дороже.Dimethyl succinate, which is currently mainly produced by esterifying biosuccinic acid with methanol in a special plant, is even more expensive.
Следовательно, было бы желательно разработать новые или усовершенствованные способы, чтобы упростить промышленный способ получения сырья для продуктов ПБС и снизить стоимость их получения.Therefore, it would be desirable to develop new or improved methods to simplify the industrial process for obtaining raw materials for PBS products and reduce the cost of their production.
1,4- Бутандиол (БДО) является универсальным промежуточным химическим продуктом благодаря своей химической стойкости и наличию концевых первичных гидроксильных групп.1,4-Butanediol (BDO) is a versatile chemical intermediate due to its chemical stability and the presence of terminal primary hydroxyl groups.
БДО является важным сырьем для синтеза технически значимых полимеров, таких как термопластичные уретаны и полиэфиры, по существу полибутилентерефталат (ПБТ), полиэфирные пластификаторы, краски, покрытия и адгезивы.BDO is an important raw material for the synthesis of technically important polymers such as thermoplastic urethanes and polyesters, essentially polybutylene terephthalate (PBT), polyester plasticizers, paints, coatings and adhesives.
В последние годы крупнейшим потребителем БДО было производство тетрагидрофурана (ТГФ), используемого для получения политетраметиленового эфир гликоля (ПТМЭГ), ключевого сырья для получения волокон спандекса. Значительные количества БДО идут на производство гамма-бутиролактона (ГБЛ), который, в свою очередь, является основным сырьем, используемым для получения Nметилпирролидона (НМЛ) и других пирролидонов.In recent years, the largest user of BDO has been the production of tetrahydrofuran (THF), used to produce polytetramethylene ether glycol (PTMEG), a key raw material for the production of spandex fibers. Significant quantities of BDO are used to produce gamma-butyrolactone (GBL), which, in turn, is the main raw material used to produce Nmethylpyrrolidone (NMP) and other pyrrolidones.
Другим важным производным БДО является полибутилентерефталат (ПБТ).Another important BDO derivative is polybutylene terephthalate (PBT).
Существует несколько способов получения БДО: первым коммерческим способом был способ Реппе с получением БДО из ацетилена и формальдегида. Другие технологии включают производство БДО из бутадиена, пропиленоксида, аллилового спирта, а в последнее время с помощью способа биотрансформации.There are several methods for producing BDO: the first commercial method was the Reppe method for producing BDO from acetylene and formaldehyde. Other technologies include the production of BDO from butadiene, propylene oxide, allyl alcohol, and more recently through biotransformation.
Благодаря доступности и низкой стоимости сырья способы на основе бутана/малеинового ангидрида имеют тенденцию доминировать на рынке в последние тридцать лет и эта тенденция продолжится в ближайшем будущем.Due to the availability and low cost of raw materials, butane/maleic anhydride based processes have tended to dominate the market in the last thirty years and this trend will continue in the near future.
Как описано в патенте ЕР 2782893 В1 того же заявителя, способы на основе бутана/малеинового ангидрида включают две основные группы.As described in the same applicant's patent EP 2782893 B1, butane/maleic anhydride based processes comprise two main groups.
К первой группе относятся все способы, основанные на этерификации малеинового ангидрида метанолом, этанолом или другими спиртами и последующем гидрировании диалкилового эфира, обычно в виде диметилмалеата (ДММ), до бутандиола и(или), в зависимости от условий давления и температуры, на катализаторе до тетрагидрофурана и гамма-бутиролактона.The first group includes all methods based on the esterification of maleic anhydride with methanol, ethanol or other alcohols and the subsequent hydrogenation of the dialkyl ether, usually in the form of dimethyl maleate (DMM), to butanediol and (or), depending on pressure and temperature conditions, on a catalyst to tetrahydrofuran and gamma-butyrolactone.
Ко второй группе, наоборот, относятся способы, основанные на прямом гидрировании малеинового ангидрида или малеиновой кислоты до БДО и(или) ТГФ и ГБЛ. Даже если теоретически эти способы кажутся более простыми, с меньшим количеством технологических стадий (не требуются ни очистка малеинового ангидрида, ни этерификация), их промышленное применение не увенчались успехом, вероятно, из-за высокой стоимости катализатора и сложных конструкционных материалов, необходимых для работы с малеиновой кислотой при высокой температуре.The second group, on the contrary, includes methods based on the direct hydrogenation of maleic anhydride or maleic acid to BDO and (or) THF and GBL. Even though these processes seem theoretically simpler, with fewer processing steps (neither purification of maleic anhydride nor esterification is required), their industrial application has not been successful, likely due to the high cost of the catalyst and the complex materials of construction required to work with maleic acid at high temperature.
Снова рассматривая способы первой группы, основанные на этерификации малеинового ангидрида, можно провести еще одно различие между способами, основанными на гидрировании в паровой фазе, и способами, основанными на гидрировании в смешанной парожидкостной фазе.Looking again at the processes of the first group, based on the esterification of maleic anhydride, a further distinction can be made between processes based on vapor phase hydrogenation and processes based on mixed vapor-liquid phase hydrogenation.
Новый способ совместного получения БДО и ДМС, представленный в настоящем изобретении, относится к способам гидрирования диэфиров малеинового ангидрида в смешанной фазе.The new method for the joint production of BDO and DMS presented in the present invention relates to methods for the hydrogenation of diesters of maleic anhydride in a mixed phase.
Независимо от паровой или смешанной фазы считается, что реакция диметилмалеата с 1,4бутандиолом протекает по меньшей мере через два промежуточных продукта, а именноRegardless of the vapor or mixed phase, the reaction of dimethyl maleate with 1,4 butanediol is believed to proceed through at least two intermediates, namely
- 2 045095- 2 045095
СН—с—о—сн3 CH—s—o—sn 3
СН—С—О—СН3 CH—C—O—CH 3
СН2— С—О—СНзCH 2 - C-O-CH3
СН2—С—О—СНз сн2—с сн2—сн2 CH 2 -C-O-CH3 sn 2 -c sn 2 -cn 2
Реакция дегидратацииDehydration reaction
Реакция гидрогенолизаHydrogenolysis reaction
Реакция гидрированияHydrogenation reaction
Реакция гидрогенолиза тетрагидрофуранTetrahydrofuran hydrogenolysis reaction
СН2-СН2 (AHr (газ) = -30.31 Ккал/моль) (AHr (газ) = 0.60 Ккал/моль) (AHr(газ) = -11.39 Ккал/моль)CH 2 -CH 2 (AHr (gas) = -30.31 Kcal/mol) (AHr (gas) = 0.60 Kcal/mol) (AHr (gas) = -11.39 Kcal/mol)
R (газ) = 0.17 Ккал/моль)R (gas) = 0.17 Kcal/mol)
В заключение, диметилсукцинат, 1,4-бутандиол, тетрагидрофуран и гамма-бутиролактон являются продуктами реакции, которые превращаются друг в друга путем добавления/удаления водорода и(или) воды. Распределение этих продуктов изменяют путем регулирования рабочих параметров реакции гидрогенолиза или типа катализаторов.In conclusion, dimethyl succinate, 1,4-butanediol, tetrahydrofuran and gamma-butyrolactone are reaction products that are converted to each other by the addition/removal of hydrogen and/or water. The distribution of these products is changed by adjusting the operating parameters of the hydrogenolysis reaction or the type of catalysts.
В частности, первый продукт гидрирования представляет собой диметилсукцинат, и его конечное содержание в продукте реакции, как правило, очень низкое, ниже 10% или даже ниже 2%. Остаточное количество ДМС тем ниже, чем выше температура и давление и чем ниже объемная скорость.In particular, the first hydrogenation product is dimethyl succinate, and its final content in the reaction product is generally very low, below 10% or even below 2%. The higher the temperature and pressure and the lower the volumetric velocity, the lower the residual amount of DMS.
В уровне техники для гидрирования сложных эфиров малеинового ангидрида применяли несколько изобретений с получением 1,4-бутандиола или, в некоторых случаях, с получением диметилсукцината.In the prior art, several inventions have been used to hydrogenate maleic anhydride esters to produce 1,4-butanediol or, in some cases, to produce dimethyl succinate.
Патент США US 2110488 можно считать первой заявкой, касающейся гидрирования эфиров алифатических карбоновых кислот с получением алифатических спиртов с использованием катализатора, состоящего из оксида меди и оксида хрома, в диапазоне температур от 250 до 300°С и в диапазоне давлений от 150 до 300 атмосфер.US patent US 2110488 can be considered the first application concerning the hydrogenation of esters of aliphatic carboxylic acids to obtain aliphatic alcohols using a catalyst consisting of copper oxide and chromium oxide, in the temperature range from 250 to 300 ° C and in the pressure range from 150 to 300 atmospheres.
С другой стороны, патент США US 4032458 является первой заявкой на получение 1,4-бутандиола, где раствор, содержащий малеиновую кислоту, сначала подвергают этерификации одноатомным спиртом. Полученный диалкиловый эфир малеиновой кислоты гидрируют в две реакционные ступени: на первой ступени насыщают двойную связь, присутствующую в малеиновой кислоте, и на второй ступени получают 1,4-бутандиол и одноатомный спирт. На обеих ступенях реакции используют меднохромитовый катализатор. Температуры реакции находятся в диапазоне от 100 до 300°С, давление реакции от 172 до 241 бар изб., при этом катализатор растворяется в суспензии. Кроме того, поскольку ката- 3 045095 лизатором первой ступени реакции является хромит меди, селективность в отношении ДМС низкая, что приводит к образованию гидроксильной группы.On the other hand, US Patent US 4,032,458 is the first application for the preparation of 1,4-butanediol, where a solution containing maleic acid is first esterified with a monohydric alcohol. The resulting dialkyl ester of maleic acid is hydrogenated in two reaction steps: in the first step, the double bond present in maleic acid is saturated, and in the second step, 1,4-butanediol and a monohydric alcohol are obtained. A copper-chromite catalyst is used at both stages of the reaction. Reaction temperatures range from 100 to 300°C, reaction pressures from 172 to 241 barg, and the catalyst is dissolved in suspension. In addition, since the catalyst of the first stage of the reaction is copper chromite, the selectivity towards DMS is low, which leads to the formation of a hydroxyl group.
Патент WO 82/03854 представляет собой общий способ гидрирования сложного эфира карбоновой кислоты в паровой фазе с использованием катализатора, включающего смесь оксида меди и оксида цинка. Одно из нескольких его возможных применений касается получения 1,4-бутандиола из эфира малеиновой, фумаровой или янтарной кислоты.WO 82/03854 is a general process for hydrogenating a carboxylic acid ester in the vapor phase using a catalyst comprising a mixture of copper oxide and zinc oxide. One of its several possible uses concerns the preparation of 1,4-butanediol from the ester of maleic, fumaric or succinic acid.
Патент США US 4584419 описывает способ гидрирования сложного эфира малеинового ангидрида до бутандиола в паровой фазе в присутствии катализатора на основе хромита меди.US Patent US 4,584,419 describes a method for hydrogenating a maleic anhydride ester to butanediol in the vapor phase in the presence of a copper chromite catalyst.
Патент США US 4656297 представляет собой другой способ получения бутандиола путем гидрирования в паровой фазе диметилсукцината с катализатором на основе хромита меди путем добавления метанола к сырьевому эфиру.US Patent US 4,656,297 presents another process for producing butanediol by vapor phase hydrogenation of dimethyl succinate with a copper chromite catalyst by adding methanol to the feed ether.
Патент США US 4751334 также представляет собой способ гидрирования в паровой фазе с катализатором на основе оксида Cu-Cr или Cu-Zn для получения 1,4-бутандиола из диэтилмалеата последовательно в двух или трех зонах адиабатического гидрогенолиза.US Pat. No. 4,751,334 also presents a vapor phase hydrogenation process with a Cu-Cr or Cu-Zn oxide catalyst to produce 1,4-butanediol from diethyl maleate sequentially in two or three adiabatic hydrogenolysis zones.
Патенты США US 5606099 и US 5872276 относятся к способу гидрирования диалкилмалеата в диалкилсукцинат в жидкой фазе при давлении от 50 до 400 бар, температуре от 30°С до 160°С и молярном соотношении водород/сырье от 20 до 40. Катализатор состоит из прессованных порошков элементов подгруппы железа с добавлением элементов переходных групп IV или V или элементов подгруппы VI, обладающих определенной прочностью на сжатие и площадью внутренней поверхности.US patents US 5606099 and US 5872276 relate to a process for the hydrogenation of dialkyl maleate to dialkyl succinate in the liquid phase at a pressure of 50 to 400 bar, a temperature of 30°C to 160°C and a hydrogen/feed molar ratio of 20 to 40. The catalyst consists of compressed powders elements of the iron subgroup with the addition of elements of transition groups IV or V or elements of subgroup VI, having a certain compressive strength and internal surface area.
Патенты США US 6100410, US 6239292, US 6274743, US 6350924, US 6433192 и US 6433193 описывают различные специальные интеграции между установкой малеинового ангидрида и установкой получения БДО, где малеиновый ангидрид, абсорбированный в органическом растворителе, сначала этерифицируется, а полученный малеиновый эфир отгоняют потоком водорода, а затем подвергают гидрированию в паровой фазе.US Patents US 6,100,410, US 6,239,292, US 6,274,743, US 6,350,924, US 6,433,192 and US 6,433,193 describe various special integrations between a maleic anhydride plant and a BDO plant, where maleic anhydride absorbed in an organic solvent is first esterified and the resulting maleic anhydride The ether is driven away by the stream hydrogen and then subjected to hydrogenation in the vapor phase.
Патент США US 6191322 представляет собой способ получения БДО путем смешаннофазного каталитического гидрирования гамма-бутиролактона или сложных эфиров янтарного ангидрида или их смесей в двух каталитических слоях последовательно с введением холодного водорода между ступенями реакции при давлении от 75 до 90 бар и температуре от 160°С до 250°С. Катализатор можно выбрать между оксидом меди и цинка или хромитом меди.US patent US 6191322 presents a method for producing BDO by mixed-phase catalytic hydrogenation of gamma-butyrolactone or succinic anhydride esters or mixtures thereof in two catalytic layers sequentially with the introduction of cold hydrogen between reaction steps at a pressure of 75 to 90 bar and a temperature of 160°C to 250°C. The catalyst can be chosen between copper zinc oxide or copper chromite.
Патент США US 6248906 представляет собой способ, в котором сложный эфир малеинового ангидрида подвергают двум последовательным стадиям гидрирования, где первичная гидрогенизация дает по существу ГБЛ и ТГФ, а вторичная гидрогенизация превращает часть ГБЛ в БДО. Первая реакционная зона первичного гидрирования полностью гидрирует ДММ до ДМС с использованием катализатора на основе благородного металла в паровой фазе при умеренном давлении от 3 до 40 бар и сырья с высоким молярным соотношением водород/эфир.US Pat. No. 6,248,906 is a process in which a maleic anhydride ester is subjected to two successive hydrogenation steps, where primary hydrogenation produces essentially GBL and THF, and secondary hydrogenation converts a portion of the GBL to BDO. The first primary hydrogenation reaction zone completely hydrogenates DMM to DMS using a noble metal catalyst in the vapor phase at a moderate pressure of 3 to 40 bar and a feedstock with a high hydrogen/ether molar ratio.
Патент США US 6989455 относится к двухступенчатому способу гидрирования до бутандиола, характерному для исходного потока, содержащего малеиновую кислоту в водном растворе. Продукт первой ступени реакции содержит янтарную кислоту. Из-за коррозионного действия малеиновой кислоты температура первой ступени не превышает 130°С. Однако этот способ не имел коммерческого применения из-за плохой стойкости катализаторов, применяемых в водном растворе малеиновой кислоты.US Patent US 6,989,455 relates to a two-step hydrogenation process to butanediol, specific to a feed stream containing maleic acid in aqueous solution. The product of the first stage of the reaction contains succinic acid. Due to the corrosive effect of maleic acid, the temperature of the first stage does not exceed 130°C. However, this method was not commercially used due to the poor stability of the catalysts used in an aqueous solution of maleic acid.
Патент США US 7598404 относится к способу, предназначенному для получения главным образом тетрагидрофурана с повышенным использованием тепла реакции. Сырье сначала гидрируют в предреакторной зоне, содержащей катализатор, который способствует насыщению двойной углеродной связи, т.е. получению диметилсукцината из диметилмалеата. Таким образом, тепло реакции может быть использовано для испарения части жидкого сырья. Соответственно, во второй реакционной зоне, где получают ТГФ и (необязательно) диол и/или лактон, действие реагента происходит строго в условиях полного испарения.US Patent US 7,598,404 relates to a process designed to produce primarily tetrahydrofuran using increased heat of reaction. The feedstock is first hydrogenated in a pre-reactor zone containing a catalyst that promotes saturation of the carbon double bond, i.e. obtaining dimethyl succinate from dimethyl maleate. Thus, the heat of reaction can be used to evaporate part of the liquid feedstock. Accordingly, in the second reaction zone, where THF and (optionally) a diol and/or lactone are produced, the action of the reagent occurs strictly under conditions of complete evaporation.
Патент Китая CN 101747149 раскрывает способ получения БДО путем последовательного двухступенчатого гидрирования с использованием диалкилового эфира малеиновой кислоты, где поток, выходящий с первой ступени реакции, разделяется на две фазы, а полученный жидкий продукт снова приводят в контакт с водородом во второй секции гидрирования. Цель состоит в том, чтобы обеспечить высокую конверсию и селективность. Однако 1,4-бутандиол является основным продуктом как первой, так и второй ступеней реакции.Chinese patent CN 101747149 discloses a method for producing BDO by sequential two-stage hydrogenation using dialkyl ester of maleic acid, where the effluent from the first reaction stage is separated into two phases and the resulting liquid product is again brought into contact with hydrogen in a second hydrogenation section. The goal is to ensure high conversion and selectivity. However, 1,4-butanediol is the main product of both the first and second steps of the reaction.
Патент ЕР 2782893, аналогично US 7598404, относится к первой ступени реакции, на которой водород насыщает двойную связь и образуется предпочтительно диметилсукцинат, и где одной из целей является улучшенное использование тепла реакции. Обе ступени реакции протекают в смешанной парожидкостной фазе.EP 2,782,893, similar to US 7,598,404, relates to the first reaction step in which hydrogen saturates the double bond and preferentially forms dimethyl succinate, and where one of the objectives is improved utilization of the heat of reaction. Both stages of the reaction occur in a mixed vapor-liquid phase.
В патенте CN 102070448 описан способ получения диметилсукцината, который включает две реакционные ступени этерификации и гидрирования. Способ посвящен одному продукту (ДМС), и поэтому в сочетании со специальной установкой БДО для получения ПБС требует больших капиталовложений.Patent CN 102070448 describes a process for the production of dimethyl succinate, which includes two reaction steps of esterification and hydrogenation. The method is dedicated to one product (DMS), and therefore, in combination with a special BDO installation for obtaining PBS, requires large investments.
Патент CN 102190582 относится к способу одновременного получения ДМС при низком давлении иPatent CN 102190582 relates to a method for simultaneously producing DMS at low pressure and
- 4 045095- 4 045095
БДО при среднем давлении из ДММ. Однако требуются два уровня давления и, следовательно, количество водородных компрессоров необходимо соответственно удвоить.BDO at medium pressure from DMM. However, two pressure levels are required and therefore the number of hydrogen compressors must be doubled accordingly.
В патенте CN 104193619 описан способ получения диметилсукцината путем гидрирования и очистки с использованием в качестве сырья промежуточного продукта, потока с высоким содержанием диметилмалеата и метанола, получаемого в установке этерификации установки по производству бутандиола. Вместо реального совместного получения ДМС и БДО на одной установке, в изобретении задействованы две установки гидрирования, каждая из которых имеет независимый реактор, компрессор, теплообменники и другое оборудование, соединенные параллельно.Patent CN 104193619 describes a process for the production of dimethyl succinate by hydrogenation and purification using as feedstock an intermediate product, a high content dimethyl maleate stream and methanol obtained from the esterification unit of a butanediol plant. Instead of actually producing DMS and BDO together in one installation, the invention involves two hydrogenation plants, each of which has an independent reactor, compressor, heat exchangers and other equipment connected in parallel.
Большинство упомянутых выше и других патентов, не включенных в данную заявку, относятся к получению бутандиола и/или тетрагидрофурана путем гидрирования диалкилмалеата, главным образом в паровой фазе или, в некоторых случаях, в жидкой или смешанной фазе. Ссылка на образование диметилсукцината на отдельной ступени реакции, как, например, в патентах US 4032458, US 6248906, US 7598404 и ЕР 2782893, всегда является случайной и не относится к получению или совместному получению диметилсукцината. Только патенты CN 102190582 и CN 104193619 представляют совместное получение БДО и ДМС. Однако в обоих случаях для двух продуктов требуются две отдельные компрессорные установки гидрирования, что требует более высоких капиталовложений и производственных затрат.Most of the patents mentioned above and others not included in this application relate to the preparation of butanediol and/or tetrahydrofuran by hydrogenation of dialkyl maleate, primarily in the vapor phase or, in some cases, in the liquid or mixed phase. Reference to the formation of dimethyl succinate in a separate reaction step, as for example in US 4,032,458, US 6,248,906, US 7,598,404 and EP 2,782,893, is always incidental and does not refer to the preparation or co-production of dimethyl succinate. Only patents CN 102190582 and CN 104193619 represent the joint receipt of BDO and VHI. However, in both cases, two separate hydrogenation compressor units are required for the two products, which requires higher capital investment and production costs.
Несколько других патентов, например US 5606099, US 5872276 и CN 102070448, относятся только к получению диметилсукцината гидрированием диметилмалеата.Several other patents, such as US 5606099, US 5872276 and CN 102070448, relate only to the preparation of dimethyl succinate by hydrogenation of dimethyl maleate.
Предметом настоящего изобретения является способ эффективного и недорогого совместного получения 1,4-бутандиола и диалкилсукцината из диалкилмалеатов в одной установке гидрирования с использованием менее дорогого способа в смешанной парожидкостной фазе.The subject of the present invention is a method for the efficient and inexpensive co-production of 1,4-butanediol and dialkyl succinate from dialkyl maleates in a single hydrogenation unit using a less expensive mixed vapor-liquid phase process.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
Настоящее изобретение относится к способу совместного получения 1,4-бутандиола и диалкилсукцината каталитическим гидрированием диалкилмалеатов.The present invention relates to a method for the joint production of 1,4-butanediol and dialkyl succinate by catalytic hydrogenation of dialkyl maleates.
Способ состоит по существу из следующих этапов:The method essentially consists of the following steps:
a) гидрирование потока диалкилмалеата на первой ступени реакции над подходящим катализатором с получением диалкилсукцината;a) hydrogenating the dialkyl maleate stream in a first reaction step over a suitable catalyst to produce dialkyl succinate;
b) отделение выходящего потока с первой ступени реакции в испарительной емкости с получением жидкого потока, богатого диалкилсукцинатом, и разделение указанного потока на три части:b) separating the effluent from the first reaction stage in a flash vessel to obtain a liquid stream rich in dialkyl succinate, and dividing said stream into three parts:
i) первую часть, соответствующую менее чем 50 мол. % от общего количества получения, далее подвергают фазовому разделению при низком давлении, отделению абсорбированного водорода и перегонке с получением диалкилсукцината высокой чистоты ii) вторую часть направляют на вторую ступень реакции iii) рециркуляционную жидкость, которую с помощью насоса охлаждают в теплообменнике, направляют обратно на вход первой ступени реакцииi) the first part corresponding to less than 50 mol. % of the total amount obtained, then subjected to phase separation at low pressure, separation of absorbed hydrogen and distillation to obtain dialkyl succinate of high purity ii) the second part is sent to the second stage of the reaction iii) the recirculation liquid, which is cooled by a pump in a heat exchanger, is sent back to the inlet first stage of reaction
c) дополнительное гидрирование указанной второй части полученного на первой ступени реакции диалкилсукцината на второй ступени реакции с использованием другого подходящего катализатора для получения главным образом 1,4-бутандиола вместе с небольшими количествами гамма -бутиролактона и тетрагидрофурана в качестве побочных продуктов; выходящий поток подвергают охлаждению, фазовому разделению и перегонке с получением 1,4-бутандиола, где первая ступень реакции протекает при температуре на входе от 80°С до 130°С, при давлении от 30 до 80 бар и при часовой объемной скорости жидкости от 0,5 до 2,0;c) further hydrogenating said second portion of the dialkyl succinate produced in the first reaction step in a second reaction step using another suitable catalyst to produce primarily 1,4-butanediol along with small amounts of gamma-butyrolactone and tetrahydrofuran as by-products; the effluent is subjected to cooling, phase separation and distillation to yield 1,4-butanediol, where the first reaction step occurs at an inlet temperature of 80°C to 130°C, a pressure of 30 to 80 bar and an hourly liquid space velocity of 0 .5 to 2.0;
вторая ступень реакции протекает при температуре на входе от 160°С до 190°С, при давлении от 30 до 80 бар и при часовой объемной скорости жидкости от 0,1 до 0,3;the second stage of the reaction takes place at an inlet temperature from 160°C to 190°C, at a pressure from 30 to 80 bar and at an hourly liquid space velocity from 0.1 to 0.3;
молярное соотношение водород/органическое сырье находится в диапазоне от 15 до 30 на первой ступени реакции и от 30 до 60 на второй ступени реакции;the hydrogen/organic feed molar ratio ranges from 15 to 30 in the first reaction stage and from 30 to 60 in the second reaction stage;
количество диметилсукцината, не превращенного на второй ступени реакции и отделенного перегонкой в виде смеси с некоторым количеством гамма-бутиролактона, возвращают на вторую ступень реакции;the amount of dimethylsuccinate not converted in the second stage of the reaction and separated by distillation in the form of a mixture with a certain amount of gamma-butyrolactone is returned to the second stage of the reaction;
на обеих ступенях реакции условия, такие как соотношение водород/органическое сырье, давление и температура, являются такими, чтобы поддерживать реакторы в смешанной парожидкостной фазе.In both reaction stages, conditions such as hydrogen/organic feed ratio, pressure and temperature are such as to maintain the reactors in a mixed vapor-liquid phase.
Вышеописанная операция в смешанной парожидкостной фазе представляет собой один из фундаментальных аспектов способа, представленного в данной заявке. Фактически, в большинстве патентов и на большинстве промышленных установок для получения БДО из малеинового ангидрида с использованием диметилмалеата в качестве промежуточного продукта, ступень гидрирования происходит в паровой фазе. Из-за очень большого количества циркулирующего газообразного водорода, как реагенты, так и продукты реакции находятся в паровой фазе. Возможный диметилсукцинат, полученный на гипотетической первой ступени реакции, можно было бы отделить от реакционного газа только посредством существенной стадии охлаждения и конденсации с последующей стадией нагревания фракции ДМС, подаваемой на ступень гидрогенолиза для получения бутандиола.The above-described mixed vapor-liquid phase operation represents one of the fundamental aspects of the method presented in this application. In fact, in most patents and most industrial plants for the production of BDO from maleic anhydride using dimethyl maleate as an intermediate, the hydrogenation step occurs in the vapor phase. Due to the very large amount of circulating hydrogen gas, both reactants and reaction products are in the vapor phase. The possible dimethyl succinate produced in the hypothetical first reaction step could be separated from the reaction gas only through a substantial cooling and condensation step followed by a heating step of the DMS fraction fed to the hydrogenolysis step to produce butanediol.
В заключение, способ согласно настоящей заявке, характеризующийся разделением ДМС, получен- 5 045095 ным при простом разделении фаз, применим только для реакции с относительно низкой циркуляцией водорода и с реакциями гидрирования в смешанной фазе.In conclusion, the process according to the present application, characterized by DMS separation obtained by simple phase separation, is only applicable to reactions with relatively low hydrogen circulation and mixed phase hydrogenation reactions.
В любом случае, указанное осуществление в смешанной фазе не является ограничением. Напротив, как хорошо описано в ЕР 2782893, гидрирование в парожидкостной фазе по сравнению с паровой фазой дает различные преимущества с точки зрения снижения инвестиционных затрат, снижения потребления энергии, более высокой селективности реакции, лучшего качества продукта БДО и меньшей склонности катализаторов к загрязнению и проблемам дезактивации.In any case, said implementation in the mixed phase is not a limitation. On the contrary, as well described in EP 2782893, hydrogenation in the vapor-liquid phase compared to the vapor phase offers various advantages in terms of lower investment costs, lower energy consumption, higher reaction selectivity, better BDO product quality and less proneness of catalysts to fouling and deactivation problems .
Более того, преимущества настоящего изобретения также особенно усиливаются, когда данный способ применяют к исходному диалкилмалеату, характеризующемуся высокой чистотой. На самом деле, если очень высокая селективность первой ступени реакции с использованием специального катализатора, предназначенного для гидрирования двойной связи, соответствует высокой чистоте исходного сырья, то в результате получается продукт исключительной чистоты. Для полученного диалкилсукцината требуется очень простая очистка или он даже может использоваться как есть без какой-либо очистки.Moreover, the advantages of the present invention are also particularly enhanced when the method is applied to a dialkyl maleate feedstock having high purity. In fact, if the very high selectivity of the first reaction step using a special catalyst designed to hydrogenate the double bond is matched to the high purity of the feedstock, the result is a product of exceptional purity. The resulting dialkyl succinate requires very simple purification or can even be used as is without any purification.
Диалкилмалеат высокой чистоты может быть получен, например, в соответствии с патентом США № 6392088, в котором диалкиловый эфир получают путем этерификации ангидрида дикарбоновой кислоты с метанолом в двухступенчатой реакционно-дистилляционной системе. Продукт реакции затем подвергают десорбции при атмосферном давлении для удаления избытка метанола, а затем вакуумной перегонке для отделения в виде кубового продукта гомогенного катализатора и остаточного моноалкилового эфира. Чистый диметиловый эфир выделяют в виде верхнего потока вакуумной дистилляционной колонны.High purity dialkyl maleate can be prepared, for example, in accordance with US Pat. No. 6,392,088, in which the dialkyl ester is prepared by esterifying a dicarboxylic acid anhydride with methanol in a two-stage reaction-distillation system. The reaction product is then subjected to atmospheric pressure stripping to remove excess methanol and then vacuum distillation to separate the homogeneous catalyst and residual monoalkyl ether as a bottom product. Pure dimethyl ether is isolated as the overhead stream of a vacuum distillation column.
Для сохранения высокой чистоты получаемого диалкилсукцината возврат непрореагировавшего ДМС на гидрирование, в отличие от уровня техники, следует направлять на вторую ступень, а не на первую. Фактически, поскольку ДМС образует азеотропную смесь с ГБЛ, возвратный поток неизбежно смешивается с некоторым количеством ГБЛ, что при возврате на первую ступень реакции должно ухудшить качество получаемого ДМС.To maintain the high purity of the resulting dialkyl succinate, the return of unreacted DMS to hydrogenation, in contrast to the prior art, should be directed to the second stage, and not to the first. In fact, since DMS forms an azeotrope with GBL, the return stream inevitably mixes with some GBL, which, when returned to the first stage of the reaction, should degrade the quality of the resulting DMS.
Предлагаемая в настоящем изобретении двухступенчатая реакционная система, позволяет совместно получать ДМС и БДО, смесь которых используется в качестве сырья для получения полибутиленсукцината, на одной промышленной установке с использованием одного компрессора для циркуляции водорода. Кроме того, предлагаемый способ минимизирует количество циркулирующего водорода за счет использования более низкого молярного соотношения водород/органическое сырье на первой ступени реакции, где скорость потока органического сырья выше. Молярное соотношение будет выше на второй ступени, где будет ниже скорость потока органического сырья после отбора соответствующей желаемому объему получения ДМС части продукта, и где условия реакции и катализатор требуют большего количества водорода.The two-stage reaction system proposed in the present invention makes it possible to jointly produce DMS and BDO, a mixture of which is used as a raw material for the production of polybutylene succinate, in one industrial installation using one compressor for circulating hydrogen. In addition, the proposed method minimizes the amount of circulating hydrogen by using a lower molar ratio of hydrogen/organic feedstock in the first reaction stage, where the organic feedstock flow rate is higher. The molar ratio will be higher in the second stage, where the flow rate of the organic feedstock will be lower after selecting a portion of the product corresponding to the desired volume of DMS production, and where the reaction conditions and catalyst require more hydrogen.
Примеры подходящих катализаторов для использования на первой ступени включают катализаторы с низким содержанием палладия, нанесенные на уголь или оксид алюминия, или с другим благородным металлом, рутением или платиной, нанесенными на уголь, оксид алюминия или диоксид кремния. Содержание благородного металла составляет от 0,1 до 2,0 масс% по отношению к общей массе катализатора.Examples of suitable catalysts for use in the first stage include low palladium catalysts supported on carbon or alumina, or other noble metal, ruthenium or platinum supported on carbon, alumina or silica. The noble metal content is from 0.1 to 2.0 wt% relative to the total mass of the catalyst.
Примеры подходящих катализаторов для реакции гидрогенолиза на второй ступени включают медьсодержащие катализаторы, такие как медно-хромитовые катализаторы или медно-цинковые оксидные катализаторы.Examples of suitable catalysts for the second stage hydrogenolysis reaction include copper-containing catalysts such as copper-chromite catalysts or copper-zinc oxide catalysts.
Как правило, используемый в способе водород представляет собой технический чистый водород с низким содержанием инертных и других углеводородных компонентов. Его количество регулируют, чтобы стехиометрический избыток был небольшим, но достаточным для обеспечения завершения реакции.Typically, the hydrogen used in the process is technical pure hydrogen with a low content of inert and other hydrocarbon components. Its amount is adjusted so that the stoichiometric excess is small but sufficient to ensure completion of the reaction.
Обе реакционные зоны работают при давлении от 30 (3 МПа)до 80 бар (8 МПа), предпочтительно от 50 до 75 бар. Слишком низкое давление увеличивает выход ГБЛ и не позволяет поддерживать реакционные компоненты в жидкой фазе. Давление выше 80 бар не дает явного преимущества в производительности, а лишь вызывает увеличение капитальных и эксплуатационных затрат.Both reaction zones operate at a pressure of from 30 (3 MPa) to 80 bar (8 MPa), preferably from 50 to 75 bar. Too low a pressure increases the yield of GBL and does not allow maintaining the reaction components in the liquid phase. Pressures above 80 bar do not provide a clear performance advantage, but only increase capital and operating costs.
Температуру реакции поддерживают на входе в первый реактор от 80°С до 130°С и на входе во второй реактор от 160°С до 190°С. Из-за экзотермичности реакций гидрирования температура на выходе обеих ступеней выше, чем температура на входе. Возврат охлажденного продукта на первой ступени и введение небольших количеств холодного рециркулирующего газа водорода на второй ступени позволяют регулировать температуру на выходе из реакции.The reaction temperature is maintained at the inlet to the first reactor from 80°C to 130°C and at the inlet to the second reactor from 160°C to 190°C. Due to the exothermic nature of the hydrogenation reactions, the outlet temperature of both stages is higher than the inlet temperature. The return of the cooled product in the first stage and the introduction of small amounts of cold hydrogen recycle gas in the second stage allow the reaction outlet temperature to be controlled.
Одним из фундаментальных аспектов способа согласно настоящему изобретению является использование различных молярных соотношений водород/органическое сырье на двух ступенях реакции. На первой ступени реакции, где скорость потока органического сырья выше, это соотношение составляет от 15 до 30. На второй ступени, когда условия реакции и катализатор требуют большего количества водорода, молярное соотношение составляет от 30 до 60.One of the fundamental aspects of the process according to the present invention is the use of different molar ratios of hydrogen/organic feedstock in the two reaction steps. In the first reaction stage, where the flow rate of organic feedstock is higher, the ratio is between 15 and 30. In the second stage, where reaction conditions and catalyst require more hydrogen, the molar ratio is between 30 and 60.
Время контакта с катализатором, выраженное объемной скоростью жидкости, составляет от 0,5 до 2,0 ч-1 на первой ступени реакции и от 0,1 до 0,3 ч-1 на второй ступени реакции.The contact time with the catalyst, expressed by the liquid space velocity, ranges from 0.5 to 2.0 h-1 in the first reaction stage and from 0.1 to 0.3 h-1 in the second reaction stage.
- 6 045095- 6 045095
Способ согласно настоящему изобретению позволяет модифицировать относительное молярное соотношение диметилсукцината и бутандиола, получаемых очень простым способом: просто изменяя расход ДМС, экстрагируемого на выходе из первой ступени реакции. Следовательно, в соответствии с настоящей заявкой соотношение ДМС/БДО может быть скорректировано от 0,05 в случае относительно небольшого получения ФБС и относительно высокого получения БДО, используемого для других производных БДО или же, в случае получения чистого продукта на продажу, примерно до 0,4-0,5, когда вся продукция предназначена для получения ПБС. Когда конечной целью является производство полиэфирных сополимеров, таких как ПБСТ или ПБСА, или смесей ПБС с другими полиэфирами с использованием ВДО, например, смеси ПБС и ПБАТ, данный способ позволяет регулировать молярное соотношение ДМС/БДО в пределах от 0,05 до 0,40, в зависимости от характеристик конечного сополимера или смеси полимеров.The method according to the present invention makes it possible to modify the relative molar ratio of dimethyl succinate and butanediol obtained in a very simple way: simply by changing the flow rate of DMS extracted at the outlet of the first reaction stage. Therefore, in accordance with this application, the DMS/BDO ratio can be adjusted from 0.05 in the case of relatively low production of FBS and relatively high production of BDO used for other BDO derivatives or, in the case of pure product for sale, to about 0. 4-0.5, when all products are intended to obtain PBS. When the ultimate goal is to produce polyester copolymers such as PBST or PBSA, or mixtures of PBS with other polyesters using VDO, for example, a mixture of PBS and PBAT, this method allows the DMS/BDO molar ratio to be adjusted within the range of 0.05 to 0.40 , depending on the characteristics of the final copolymer or polymer mixture.
Согласно общеизвестным сведениям, описанным в технической литературе и старых заявках, данный способ также позволяет совместно производить, помимо ДМС и БДО, также различные количества тетрагидрофурана (ТГФ) и гамма-бутиролактона (ГБЛ).According to well-known information described in the technical literature and old applications, this method also makes it possible to co-produce, in addition to DMS and BDO, also various amounts of tetrahydrofuran (THF) and gamma-butyrolactone (GBL).
Например, в соответствии со способом, описанным в ЕР 2782893, отношение ТГФ/БДО можно изменить путем удаления влаги из возвратного газа. Производство ТГФ увеличивается даже при дегидратации бутандиола при умеренной температуре от 120°С до 250° С, которая может протекать при контакте с кислотным катализатором типа алюмосиликата или полимерной смолы с сульфокислотной группой.For example, according to the method described in EP 2782893, the THF/BDO ratio can be changed by removing moisture from the return gas. THF production is increased even by dehydration of butanediol at moderate temperatures from 120°C to 250°C, which can occur when in contact with an acid catalyst such as an aluminosilicate or a polymer resin with a sulfonic acid group.
Кроме того, соотношение (ТГФ+ГБЛ)/БДО можно увеличивать за счет снижения давления реакции гидрирования.In addition, the (THF+GBL)/BDO ratio can be increased by decreasing the pressure of the hydrogenation reaction.
Более того, выход гамма-бутиролактона также можно изменять от нуля до примерно 5-15 процентов путем регулирования скорости его возврата, от полной рециркуляции до нулевой рециркуляции, от секции очистки до секции гидрирования.Moreover, the yield of gamma-butyrolactone can also be varied from zero to about 5-15 percent by adjusting its recycle rate, from full recycle to zero recycle, from the purification section to the hydrogenation section.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Фиг. 1 представляет собой упрощенную технологическую схему системы гидрирования, как описано в пунктах (а), (b) и (с) краткого описания изобретения, для совместного получения диалкилсукцината и 1,4-бутандиола и (необязательно) гамма-бутиролактона и/или тетрагидрофурана каталитическим гидрированием диалкилмалеатов.Fig. 1 is a simplified flow diagram of a hydrogenation system, as described in paragraphs (a), (b) and (c) of the Summary of the Invention, for the co-production of dialkyl succinate and 1,4-butanediol and (optionally) gamma-butyrolactone and/or tetrahydrofuran by catalytic hydrogenation of dialkyl maleates.
На фиг. 2 представлен уровень техники в трех различных конфигурациях:In fig. 2 shows the state of the art in three different configurations:
фиг. 2А представляет собой блок-схему, показывающую производство ПБС из н-бутана с помощью малеинового ангидрида и двух различных установок гидрогенизации, одну для получения БДО и одну для получения янтарной кислоты;fig. 2A is a flow diagram showing the production of PBS from n-butane using maleic anhydride and two different hydrogenation units, one to produce BDO and one to produce succinic acid;
фиг. 2В представляет собой блок-схему, показывающую производство ПБС с использованием в качестве сырья н-бутана для получения янтарной кислоты и природного газа и/или угля для получения бутандиола по способу Реппе;fig. 2B is a flow chart showing the production of PBS using n-butane as raw material to produce succinic acid and natural gas and/or coal to produce butanediol using the Reppe process;
фиг. 2С представляет собой блок-схему получения ПБС с использованием возобновляемого сырья, обычно определяемого как материалы на биологической основе.fig. 2C is a flow diagram for the production of PBS using renewable feedstocks, generally defined as bio-based materials.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему способа согласно настоящему изобретению с совместным производством бутандиола и диметилсукцината, используемых в качестве сырья для получения полибутиленсукцината.Fig. 3 is a flow diagram of a process according to the present invention with the co-production of butanediol and dimethyl succinate used as raw materials for the production of polybutylene succinate.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылкой на чертежи.The present invention will now be described with reference to the drawings.
Фиг. 1 иллюстрирует установку согласно настоящему изобретению для совместного получения ДМС, БДО и (необязательно) ГБЛ и ТГФ путем каталитической реакции диалкилмалеата, обычно диметилмалеата, с водородом в смешанной парожидкостной фазе.Fig. 1 illustrates a plant according to the present invention for co-producing DMS, BDO and optionally GBL and THF by catalytically reacting a dialkyl maleate, typically dimethyl maleate, with hydrogen in a mixed vapor-liquid phase.
На этой фигуре показаны только операции основного блока, относящиеся к способу согласно настоящей заявке, без включения, в целях ясности, вспомогательного оборудования, такого как насосы или теплообменники, которые обычно входят в состав промышленной установки в соответствии с принципами химической технологии.This figure shows only the main unit operations relevant to the process of the present application, without including, for the sake of clarity, auxiliary equipment such as pumps or heat exchangers that are typically included in an industrial plant according to chemical engineering principles.
Диметилмалеат, полученный каталитической этерификацией малеинового ангидрида, подают в виде потока 1 в жидкой фазе. Поток 1 смешивают с потоком 12, представляющим собой смесь потока свежего водорода 2 с потоком возвращаемого газа 11.Dimethyl maleate, obtained by catalytic esterification of maleic anhydride, is supplied as stream 1 in the liquid phase. Stream 1 is mixed with stream 12, which is a mixture of fresh hydrogen stream 2 with return gas stream 11.
Таким образом, результирующий поток 3 представляет собой смешанный парожидкостный флюид. После присоединения к потоку охлажденной рециркуляционной жидкости 7 на выходе из первого реактора гидрирования, полученный смешанный поток 4 поступает на первую ступень реакции 21. Это адиабатический реактор с неподвижным слоем с нисходящим потоком, содержащий специфический катализатор, обладающий высокой селективностью в отношении насыщения двойной углеродной связи, содержащейся в диалкилмалеате.Thus, the resulting stream 3 is a mixed vapor-liquid fluid. After joining the cooled recycle liquid stream 7 at the outlet of the first hydrogenation reactor, the resulting mixed stream 4 enters the first reaction stage 21. This is an adiabatic downflow fixed bed reactor containing a specific catalyst having high selectivity for carbon double bond saturation, contained in the dialkyl maleate.
В слое катализатора реактора 21 диметилмалеат реагирует с диметилсукцинатом с очень высокой конверсией и селективностью. Эта реакция сильно экзотермична, и поэтому температура выходящего потока 5 на выходе несколько выше, чем температура потока 4 на входе. В предпочтительном варианте осуществления указанного способа температура на выходе первой ступени реактора соответствует тем- 7 045095 пературе на входе второй ступени реакции и, следовательно, между двумя ступенями реакции не требуется ни нагревания, ни охлаждения. Однако, в целях контроля на всех возможных режимах работы установки, наличие теплообменника, даже если он не работает в нормальных условиях эксплуатации, может способствовать лучшему контролю температуры.In the catalyst bed of reactor 21, dimethyl maleate reacts with dimethyl succinate with very high conversion and selectivity. This reaction is highly exothermic and therefore the temperature of effluent stream 5 at the outlet is slightly higher than the temperature of stream 4 at the inlet. In a preferred embodiment of this process, the outlet temperature of the first reactor stage corresponds to the inlet temperature of the second reaction stage and therefore no heating or cooling is required between the two reaction stages. However, for the purpose of control over all possible operating conditions of the installation, the presence of a heat exchanger, even if it does not operate under normal operating conditions, can contribute to better temperature control.
Выходящий поток 5 из первой ступени реактора при контролируемой температуре представляет собой смесь жидкости и пара, где жидкая фаза, в основном, представляет собой диметилсукцинат, а паровая фаза, в основном, представляет собой водород.The effluent stream 5 from the first stage of the reactor at a controlled temperature is a mixture of liquid and vapor, where the liquid phase is mainly dimethyl succinate and the vapor phase is mainly hydrogen.
Выходящий поток с первой ступени реакции поступает в испарительную емкость для получения жидкого потока, богатого диалкилсукцинатом, который разделяют на три части. Первая часть потока 8, соответствующая от 5 до 50 мольных процентов от общего объема получения, представляет собой сырой ДМС, получаемый на данной установке. Далее его подвергают фазовому разделению при низком давлении, чтобы отделить поглощенный водород, и дистилляции для получения диалкилсукцината высокой чистоты (не показан на фигуре).The effluent from the first reaction stage enters a flash tank to produce a liquid stream rich in dialkyl succinate, which is divided into three parts. The first part of stream 8, corresponding to 5 to 50 mole percent of the total production volume, is crude DMS produced in this installation. It is then subjected to low pressure phase separation to separate the absorbed hydrogen and distillation to obtain a high purity dialkyl succinate (not shown in the figure).
Вторую часть жидкости, то есть поток 15, направляют на вторую ступень реакции, например, через сливную трубу или сливной стакан, установленный на трубчатой тарелке над слоем катализатора второй ступени реакции.The second part of the liquid, that is, stream 15, is directed to the second reaction stage, for example, through a downcomer or downcomer mounted on a tubular tray above the catalyst bed of the second reaction stage.
Третью часть, рециркуляционный жидкий пар 7, после охлаждения направляют обратно на вход первой ступени реакции вместе с потоком 3.The third part, recirculating liquid steam 7, after cooling, is sent back to the input of the first reaction stage along with stream 3.
На фиг. 1 испарение выходящего из первого реактора потока происходит в увеличенной верхней части второй ступени реакции, оборудованной трубчатой тарелкой с переливным устройством трубчатого или сливного типа. Благодаря увеличенному сечению реактора, паровая фаза, в основном водород, и жидкая фаза, в основном диметилсукцинат, разделяются. Паровая фаза, то есть поток 16, проходит через одну или несколько труб тарелки. Жидкая фаза скапливается на тарелке, ее уровень контролируется переливным устройством. Часть жидкости, первая (поток 8) и третья (поток 7), описанные выше, вытягиваются из бокового сопла, оба потока регулируются контролем скорости потока. Жидкость в избыточном потоке 15 вместе с парофазным потоком 16 поступает в слой катализатора реактора 22 второй ступени.In fig. 1, the evaporation of the flow leaving the first reactor occurs in the enlarged upper part of the second reaction stage, equipped with a tubular tray with a tubular or drain type overflow device. Thanks to the increased cross-section of the reactor, the vapor phase, mainly hydrogen, and the liquid phase, mainly dimethyl succinate, are separated. The vapor phase, ie stream 16, passes through one or more tray tubes. The liquid phase accumulates on the plate, its level is controlled by an overflow device. The first portion of the liquid (stream 8) and the third (stream 7) described above are drawn from the side nozzle, both streams are regulated by flow rate control. The liquid in the excess flow 15, together with the vapor-phase flow 16, enters the catalyst layer of the second-stage reactor 22.
Увеличенная верхняя часть реактора, как показано на рисунке 1, является самым лучшим и экономичным решением для разделения фаз. Конечно, для получения тех же результатов в способе могут использоваться различные технические решения, например, использование испарительной емкости, отделенной от реактора.An enlarged reactor top, as shown in Figure 1, is the best and most economical solution for phase separation. Of course, to obtain the same results, the method can use various technical solutions, for example, the use of an evaporation tank separated from the reactor.
Еще одно решение состоит в использовании двух реакторов, расположенных друг над другом, с промежуточным разделением фаз.Another solution is to use two reactors located one above the other, with intermediate phase separation.
Поток жидкости 14, содержащий незначительное количество непрореагировавшего ДМС, возвращаемого обратно из секции очистки установки, обычно в смеси с некоторым количеством ГБЛ, также поступает в слой катализатора в реакторе 22.Liquid stream 14, containing a small amount of unreacted DMS recycled from the purification section of the plant, usually mixed with some GBL, also enters the catalyst bed in reactor 22.
В верхней части слоя катализатора в реакторе используется эффективный распределитель жидкости для предотвращения канального эффекта.An efficient liquid distributor is used at the top of the catalyst bed in the reactor to prevent channeling effects.
Реактор 22 также представляет собой адиабатический реактор с неподвижным слоем с нисходящим потоком, содержащий катализатор, отличный от катализатора первой ступени, а более конкретно, катализатор, подходящий для гидрогенолиза диметилсукцината до 1,4-бутандиола. В зависимости от условий давления и температуры, вместе с БДО можно получить различные количества гамма-бутиролактона и(или) тетрагидрофурана.Reactor 22 is also an adiabatic downflow fixed bed reactor containing a catalyst other than the first stage catalyst, and more specifically, a catalyst suitable for the hydrogenolysis of dimethyl succinate to 1,4-butanediol. Depending on pressure and temperature conditions, different amounts of gamma-butyrolactone and/or tetrahydrofuran can be obtained together with BDO.
Поток продукта 9 из реактора сначала охлаждается, а затем поступает в сепаратор 23, где сырой жидкий продукт 13, содержащий основной БДО с меньшим процентным содержанием гаммабутиролактона, тетрагидрофурана, метанола, воды, непрореагировавшего диметилсукцината и примесей, отделяется от парофазного потока 10, состоящего, в основном, из водорода с меньшими количествами метанола, тетрагидрофурана и воды. Затем газовый поток 10 возвращают обратно через компрессор 20, перепад давления которого соответствует общему падению давления в реакторах, теплообменниках, сепараторах, трубопроводах и регулирующих клапанах установки.The product stream 9 from the reactor is first cooled and then enters the separator 23, where the crude liquid product 13, containing the main BDO with a lower percentage of gammabutyrolactone, tetrahydrofuran, methanol, water, unreacted dimethyl succinate and impurities, is separated from the vapor-phase stream 10, consisting of mainly from hydrogen with smaller amounts of methanol, tetrahydrofuran and water. The gas stream 10 is then returned through the compressor 20, the pressure drop of which corresponds to the total pressure drop in the reactors, heat exchangers, separators, pipelines and control valves of the plant.
Поток 11, выходящий из компрессора, вместе с потоком свежего водорода 2 составляет общий реакционный газ 12, используемый в реакторах гидрирования.Stream 11 leaving the compressor, together with fresh hydrogen stream 2, constitutes the total reaction gas 12 used in the hydrogenation reactors.
ПримерыExamples
Теперь способ согласно настоящей заявке будет описан с помощью примеров со ссылкой на фиг. 2А, 2В и 2С, которые представляют уровень техники в трех различных конфигурациях, а фиг. 3 представляет собой блок-схему конфигурации установок в соответствии с этапами и условиями работы, описанными в настоящем изобретении.The method according to the present application will now be described by way of examples with reference to FIGS. 2A, 2B and 2C, which represent the state of the art in three different configurations, and FIG. 3 is a block diagram of the configuration of installations in accordance with the steps and operating conditions described in the present invention.
Для ясности на фиг. 2А, 2В, 2С и 3 используется одна и та же номенклатура, а именно числа, кратные десяти, обозначают производственные установки:For clarity, FIG. 2A, 2B, 2C and 3 use the same nomenclature, namely, numbers that are multiples of ten indicate production units:
установка по производству малеинового ангидрида путем окисления н-бутана, установка по производству янтарной кислоты путем гидрирования малеинового ангидрида, 30А представляет собой установку для производства бутандиола путем этерификации МА метанолом с получением диметилмалеата и путем гидрогенолиза ДММ до БДО в соответствии с уровнем техники,plant for the production of maleic anhydride by oxidation of n-butane, plant for the production of succinic acid by hydrogenation of maleic anhydride, 30A is a plant for the production of butanediol by esterification of MA with methanol to obtain dimethyl maleate and by hydrogenolysis of DMM to BDO in accordance with the state of the art,
- 8 045095- 8 045095
30В представляет собой установку по производству бутандиола путем этерификации янтарной кислоты метанолом с получением диметилсукцината, а также путем гидрогенолиза ДМС до БДО, представляет собой установку для производства полибутиленсукцината в результате каталитической поликонденсации бутандиола с янтарной кислотой или с диметилсукцинатом, представляет собой установку по производству метанола из природного газа или другого сырья, представляет собой установку по производству формальдегидна из метанола, представляет собой установку по производству ацетилена из природного газа или угля, представляет собой установку по производству бутандиола с использованием способа Реппе, представляет собой установку по производству янтарной кислоты из возобновляемого сырья с использованием биотехнологического способа,30B is a plant for the production of butanediol by esterification of succinic acid with methanol to produce dimethyl succinate, as well as by hydrogenolysis of DMS to BDO, is a plant for the production of polybutylene succinate as a result of the catalytic polycondensation of butanediol with succinic acid or with dimethyl succinate, is a plant for the production of methanol from natural gas or other raw materials, is a plant for the production of formaldehyde from methanol, is a plant for the production of acetylene from natural gas or coal, is a plant for the production of butanediol using the Reppe method, is a plant for the production of succinic acid from renewable raw materials using biotechnological way,
100 представляет собой установку для получения бутандиола путем этерификации МА метанолом с получением диметилмалеата и путем совместного получения диметилсукцината и бутандиола путем двухступенчатого гидрирования в соответствии с способом, описанным в настоящей заявке.100 is a plant for the production of butanediol by esterification of MA with methanol to obtain dimethyl maleate and by co-production of dimethyl succinate and butanediol by two-step hydrogenation in accordance with the method described in this application.
Цифры от 1 до 5 обозначают исходное сырье, ископаемое или возобновляемое, используемое для получения ПБС, а именно поток 1 представляет собой н-бутан, используемый для получения малеинового ангидрида путем каталитического окисления в газовой фазе, поток 2 представляет собой водород, используемый для гидрирования/гидрогенолиза малеинового ангидрида до янтарной кислоты и бутандиола, поток 3 представляет собой природный газ, используемый для получения метанола, поток 4 представляет собой природный газ или уголь, используемые для получения ацетилена, Поток 5 представляет собой возобновляемое сырье для получения биоянтарной кислоты.Numbers 1 to 5 represent the feedstock, fossil or renewable, used to produce PBS, namely stream 1 is n-butane used to produce maleic anhydride by gas phase catalytic oxidation, stream 2 is hydrogen used for hydrogenation/ hydrogenolysis of maleic anhydride to succinic acid and butanediol, Stream 3 is natural gas used to produce methanol, Stream 4 is natural gas or coal used to produce acetylene, Stream 5 is a renewable feedstock to produce biosuccinic acid.
Другие числа обозначают промежуточные продукты, конечный продукт или потоки рециркуляции, а именно поток 1 представляет собой н-бутан, используемый для получения малеинового ангидрида путем каталитического окисления в газовой фазе, поток 2 представляет собой водород, используемый для гидрирования/гидрогенолиза малеинового ангидрида до янтарной кислоты и бутандиола, поток 3 представляет собой природный газ, используемый для получения метанола, поток 4 представляет собой природный газ или уголь, используемые для получения ацетилена, поток 5 представляет собой возобновляемое сырье для получения биоянтарной кислоты,Other numbers represent intermediates, final product or recycle streams, namely stream 1 is n-butane used to produce maleic anhydride by gas phase catalytic oxidation, stream 2 is hydrogen used to hydrogenate/hydrogenolyze maleic anhydride to succinic acid and butanediol, stream 3 is natural gas used to produce methanol, stream 4 is natural gas or coal used to produce acetylene, stream 5 is a renewable feedstock to produce biosuccinic acid,
Другие числа обозначают промежуточные продукты, конечный продукт или потоки рециркуляции, а именно:Other numbers indicate intermediate products, final product or recycle streams, as follows:
поток 11 представляет собой малеиновый ангидрид, полученный из н-бутана, поток 12 представляет собой малеиновый ангидрид, используемый для получения янтарной кислоты, поток 13 представляет собой малеиновый ангидрид, используемый для получения бутандиола, поток 21 представляет собой янтарную кислоту, полученную из малеинового ангидрида, поток 31 представляет собой бутандиол, полученный из малеинового ангидрида, поток 32 представляет собой бутандиол, полученный из био-янтарной кислоты, поток 41 на рисунках 2 и 3 представляет собой конечный продукт, полибутиленсукцинат, поток 42 представляет собой метанол, рециркулируемый из установки для получения ПБС в установку для получения БДО в соответствии с способом согласно настоящему изобретению, поток 51 представляет собой метанол, получаемый из природного газа, поток 61 представляет собой формальдегид, получаемый из метанола, поток 71 представляет собой ацетилен, получаемый из угля или природного газа, поток 81 представляет собой бутандиол, полученный из формальдегида и ацетилена по способу Реппе, поток 91 представляет собой это общее количество био-янтарной кислоты, произведенной из возобновляемых ресурсов, поток 92 представляет собой фракцию био-янтарной кислоты, используемую в качестве сырья для получения ПБС, поток 93 представляет собой фракцию био-янтарной кислоты, используемую в качестве сырья для получения бутандиола, поток 101 представляет собой диметилсукцинат, совместно полученный в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, поток 102 представляет собой бутандиол, совместно полученный в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.stream 11 is maleic anhydride derived from n-butane, stream 12 is maleic anhydride used to produce succinic acid, stream 13 is maleic anhydride used to produce butanediol, stream 21 is succinic acid derived from maleic anhydride, Stream 31 is butanediol derived from maleic anhydride, stream 32 is butanediol derived from bio-succinic acid, stream 41 in Figures 2 and 3 is the end product polybutylene succinate, stream 42 is methanol recycled from the PBS plant to a plant for producing BDO in accordance with the method of the present invention, stream 51 is methanol produced from natural gas, stream 61 is formaldehyde produced from methanol, stream 71 is acetylene produced from coal or natural gas, stream 81 is is butanediol obtained from formaldehyde and acetylene by the Reppe process, stream 91 represents the total amount of bio-succinic acid produced from renewable resources, stream 92 represents the fraction of bio-succinic acid used as raw material for the production of PBS, stream 93 represents is the bio-succinic acid fraction used as a feedstock for the production of butanediol, stream 101 is dimethyl succinate co-produced in accordance with the process of the present invention, stream 102 is butanediol co-produced in accordance with the process of the present invention.
На фиг. 2А представлены блок-схемы, показывающие последовательность работы установки для получения ПБС по первому варианту предшествующего уровня техники, где исходным сырьем являются н-бутан (поток 1) и водород (потоки 2а и 2b). Н-бутан поступает на установку 10, где путем каталитического окисления воздухом или кислородом производится малеиновый ангидрид-сырец, который затемIn fig. 2A are block diagrams showing the operating sequence of a plant for producing PBS according to the first embodiment of the prior art, where the feedstocks are n-butane (stream 1) and hydrogen (streams 2a and 2b). N-butane is supplied to unit 10, where raw maleic anhydride is produced by catalytic oxidation with air or oxygen, which is then
- 9 045095 регенерируется органическим растворителем и очищается для получения малеинового ангидрида в жидком состоянии в виде потока 11. Поток 11 разделяется на две части. Поток 12 поступает на установку 20, где он гидрируется до янтарного ангидрида и гидратируется до янтарной кислоты (поток 21). Вторая фракция малеинового ангидрида (поток 13) поступает на установку бутандиола 30А, где она, посредством способа этерификации, гидрирования и дистилляции, трансформируется до бутандиола высокой чистоты (поток 31). Потоки 21 и 31 являются сырьем для получения полибутиленсукцината (поток 41) на установке поликонденсации 40.- 9 045095 is regenerated with an organic solvent and purified to obtain maleic anhydride in a liquid state in the form of stream 11. Stream 11 is divided into two parts. Stream 12 enters unit 20, where it is hydrogenated to succinic anhydride and hydrated to succinic acid (stream 21). The second fraction of maleic anhydride (stream 13) enters the butanediol unit 30A, where it is transformed, through esterification, hydrogenation and distillation, to high purity butanediol (stream 31). Streams 21 and 31 are the raw material for the production of polybutylene succinate (stream 41) at polycondensation unit 40.
На фиг. 2В показан второй вариант в соответствии с уровнем техники, где производство янтарной кислоты (поток 21) осуществляется по тому же маршруту, что и на фиг. 2А, а БДО производится на установке 80 по методу Реппе. Метод Реппе использует в качестве сырья формальдегид (поток 61) и ацетилен (поток 71). В свою очередь, формальдегид получают из метанола (поток 51) на установке 60, а метанол из природного газа (поток 3) на установке 50. Ацетилен (поток 71) получают из угля (поток 3) или природного газа на установке 50. Всего для окончательного получения ПБС последовательно или параллельно соединены семь различных установок.In fig. 2B shows a second embodiment in accordance with the prior art, where the production of succinic acid (stream 21) follows the same route as in FIG. 2A, and BDO is produced on installation 80 according to the Reppe method. The Reppe method uses formaldehyde (stream 61) and acetylene (stream 71) as raw materials. In turn, formaldehyde is produced from methanol (stream 51) in unit 60, and methanol from natural gas (stream 3) in unit 50. Acetylene (stream 71) is produced from coal (stream 3) or natural gas in unit 50. Total for To finally obtain the PBS, seven different installations are connected in series or in parallel.
Фиг. 2С представляет собой третий вариант, более популярный и экологически безопасный способ получения ПБС: кукуруза, патока сахарного тростника или другая биомасса (поток 5) трансформируется путем ферментации и нескольких стадий очистки на установке 90 для получения твердой янтарной кислоты высокой чистоты (поток 91). Часть ЯК подается в виде потока 93 на установку БДО 30В, где путем этерификации, гидрирования и очистки она превращается в поток БДО высокой чистоты 32. БДО вместе с оставшейся частью потока ЯК 92, поступает в установку поликонденсации 40, где путем этерификации и поликонденсации получают ПБС (поток 41). Схема, казалось бы, очень проста: ПБС производят всего на трех установках. К сожалению, сложность и низкая селективность способа биоферментации обуславливают очень высокую стоимость такого получения янтарной кислоты, что сегодня ограничивает коммерческий успех этого пути.Fig. 2C represents a third option, a more popular and environmentally friendly method for producing PBS: corn, sugarcane molasses or other biomass (stream 5) is transformed through fermentation and several purification steps in unit 90 to produce high-purity solid succinic acid (stream 91). Part of the YAK is supplied in the form of stream 93 to the BDO 30B installation, where, through esterification, hydrogenation and purification, it is converted into a high-purity BDO stream 32. The BDO, together with the remaining part of the YAK stream 92, enters the polycondensation unit 40, where PBS is obtained by esterification and polycondensation (stream 41). The scheme seems to be very simple: PBS is produced in only three installations. Unfortunately, the complexity and low selectivity of the biofermentation method determine the very high cost of such production of succinic acid, which today limits the commercial success of this route.
Конечно, блок-схемы на фиг. 2А, 2В и 2С не представляют полный сценарий уровня техники для получения ПБС. Например, в комбинации фиг. 2В и фиг. 2С БДО получают с помощью способа Реппе, а ЯК - с помощью биоферментации с получением ПБС частично из ископаемых и частично из возобновляемых ресурсов.Of course, the block diagrams in Figs. 2A, 2B and 2C do not represent a complete prior art scenario for obtaining PBS. For example, in the combination of FIG. 2B and FIG. 2C BDO is obtained using the Reppe method, and YAK is obtained using biofermentation to produce PBS partly from fossil and partly from renewable resources.
В другом примере биотехнология, представленная на фиг. 2С, модифицирована, поскольку БДО можно получать непосредственно путем ферментации биомассы без промежуточного получения янтарной кислоты. В этом варианте установки 90 и 30В включены параллельно, а не последовательно.In another example, the biotechnology illustrated in FIG. 2C, modified because BDO can be obtained directly by fermentation of biomass without intermediate production of succinic acid. In this installation option, 90 and 30V are connected in parallel rather than in series.
Какой бы ни была комбинация биотехнологических и обычных нефтехимических способов, в результате получается переменная, но всегда высокая стоимость конечного продукта ПБС.Whatever the combination of biotechnological and conventional petrochemical methods, the result is a variable, but always high cost of the final PBS product.
Наконец, на фиг. 3 показана блок-схема конфигурации установок, включаящая совместное получение бутандиола и диметилсукцината, в соответствии со ступенями и рабочими условиями согласно настоящему изобретению. Как и на фиг. 2А, установка 10 представляет собой установку по производству малеинового ангидрида путем каталитического окисления потока 1 н-бутана. Поток 11 малеинового ангидрида поступает в установку БДО 100, которая подробно описана на фиг. 1. Два побочных продукта из установки 100, поток 101 ДМС и поток 102 БДО, вместе поступают в установку 40, где производится полибутиленсукцинат (поток 41). Метанол (поток 42), полученный реакцией переэтерификации, возвращается обратно на установку БДО 100 и используется для этерификации малеинового ангидрида в диметилмалеат.Finally, in FIG. 3 shows a block diagram of a plant configuration including the co-production of butanediol and dimethyl succinate, in accordance with the steps and operating conditions of the present invention. As in FIG. 2A, unit 10 is a unit for producing maleic anhydride by catalytic oxidation of a 1 n-butane stream. The maleic anhydride stream 11 enters the BDO unit 100, which is described in detail in FIG. 1. Two by-products from unit 100, DMS stream 101 and BDO stream 102, together enter unit 40 where polybutylene succinate is produced (stream 41). The methanol (stream 42) produced by the transesterification reaction is returned back to the BDO 100 unit and used to esterify maleic anhydride into dimethyl maleate.
Между прочим, следует отметить, что получение ПБС с использованием диметилсукцината вместо янтарной кислоты имеет два преимущества.By the way, it should be noted that producing PBS using dimethyl succinate instead of succinic acid has two advantages.
Во-первых, в то время как янтарная кислота является твердым веществом, диметилсукцинат в нормальных условиях окружающей среды представляет собой жидкость и, следовательно, с ним легко обращаться и он хорошо смешивается с другим реагентом, бутандиолом, что намного проще и эффективнее по сравнению с твердым веществом.First, while succinic acid is a solid, dimethyl succinate is a liquid under normal environmental conditions and is therefore easy to handle and mixes well with another reagent, butanediol, which is much simpler and more effective than the solid. substance.
Второе преимущество связано с ожидаемым примерно вдвое меньшим количеством тетрагидрофурана, образующегося при синтезе ПБС по сравнению с использованием янтарной кислоты. Тетрагидрофуран является побочным продуктом дегидратации бутандиола, поэтому использование ДМС способствует снижению удельного расхода БДО и, каскадно, водорода, малеинового ангидрида и н-бутана.The second advantage is associated with the expected approximately half smaller amount of tetrahydrofuran formed during the synthesis of PBS compared to the use of succinic acid. Tetrahydrofuran is a by-product of butanediol dehydration, so the use of DMS helps reduce the specific consumption of BDO and, in cascade, hydrogen, maleic anhydride and n-butane.
Пример 1 согласно настоящему изобретению.Example 1 according to the present invention.
В конфигурации установки согласно фиг. 3, н-бутана при 100 кг/ч (поток 1) с чистотой 97% окисляют воздухом в установке 10 получения малеинового ангидрида с получением 100 кг/ч очищенного малеинового ангидрида (поток 11) с чистотой 99,9%. Малеиновый ангидрид поступает в установку 100 синтеза БДО вместе с 6,5 кг/ч водорода (поток 2) и 29,1 кг/ч рециркулирующего метанола (поток 42) из установки ПБС 40. Весь гамма-бутиролактон, полученный в ходе гидрирования, а также непрореагировавший ДМС, отделяют в дистилляционной секции установки и затем рециркулируют во второй реактор гидрирования. Продукты, поступающие с установки БДО на установку поликонденсации ПБС 40, составляют 66,6 кг/ч ДМС (поток 101) и 45,4 кг/ч БДО (поток 102). Молярная доля ДМС в общем количестве сырья, подаваемого на установку ПБС, составляет около 0,47.In the installation configuration according to FIG. 3, n-butane at 100 kg/h (stream 1) with a purity of 97% is oxidized with air in installation 10 for the production of maleic anhydride to obtain 100 kg/h of purified maleic anhydride (stream 11) with a purity of 99.9%. Maleic anhydride enters the BDO synthesis unit 100 along with 6.5 kg/h of hydrogen (stream 2) and 29.1 kg/h of recycled methanol (stream 42) from the PBS unit 40. All gamma-butyrolactone obtained during hydrogenation, and also unreacted DMS is separated in the distillation section of the plant and then recycled to the second hydrogenation reactor. The products coming from the BDO unit to the PBS 40 polycondensation unit are 66.6 kg/h of DMS (stream 101) and 45.4 kg/h of BDO (stream 102). The mole fraction of DMS in the total amount of raw materials supplied to the PBS installation is about 0.47.
- 10 045095- 10 045095
Выход полибутиленсукцината (поток 41) составляет около 77,4 кг/ч.The yield of polybutylene succinate (stream 41) is about 77.4 kg/h.
Таким образом, в этом примере поток н-бутана со скоростью 100 кг/ч приводит к получению на выходе 77,4 кг/ч полимера.Thus, in this example, a flow of n-butane at a rate of 100 kg/h results in an output of 77.4 kg/h of polymer.
Конечно, материальный баланс в данном примере упрощен, поскольку он не отображает потребленный кислород, непрореагировавший н-бутан, а также воду, окись углерода, двуокись углерода и органические кислоты, полученные на установке 10, ТГФ и небольшое количество побочных продуктов установки 100, ТГФ, произведенный на установке 40, и другие незначительные потери.Of course, the material balance in this example is simplified because it does not reflect the oxygen consumed, unreacted n-butane, and the water, carbon monoxide, carbon dioxide, and organic acids produced by Unit 10, THF, and the small amount of byproducts of Unit 100, THF, produced at unit 40, and other minor losses.
Пример 2 согласно настоящему изобретению.Example 2 according to the present invention.
В конфигурации способа согласно настоящему изобретению, показанной на фиг. 1:In the configuration of the method according to the present invention shown in FIG. 1:
поток диметилмалеата со скоростью 2 кмоль/ч с чистотой 99 % (поток 1) и водорода со скоростью 6,4 кмоль/ч с чистотой 99,99 % (поток 2) присоединяют к обогащенному водородом рециркулирующему потоку 11, содержащему 45 кмоль/ч водорода и 10 кмоль/ч диметилсукцината (поток 7), возвращаемому с выхода первого реактора.a flow of dimethyl maleate at a rate of 2 kmol/h with a purity of 99% (stream 1) and hydrogen at a rate of 6.4 kmol/h with a purity of 99.99% (stream 2) is added to hydrogen-enriched recirculating stream 11 containing 45 kmol/h of hydrogen and 10 kmol/h dimethylsuccinate (stream 7) returned from the outlet of the first reactor.
Результирующая комбинированная температура на входе первой ступени реакции 21 (поток 4) составляет около 120°С. Первый реактор содержит один каталитический слой, состоящий из рутения, нанесенного на оксид алюминия.The resulting combined inlet temperature of the first stage of reaction 21 (stream 4) is about 120°C. The first reactor contains one catalytic layer consisting of ruthenium supported on alumina.
Выход из первой ступени реакции (поток 5) испаряют в емкости для разделения паровой фазы, поток 16.The output from the first reaction stage (stream 5) is evaporated into a vapor phase separation vessel, stream 16.
Полученную жидкость делят на три части следующим образом: Поток 7:10 кмоль/ч охлаждают и возвращают на вход первой ступени.The resulting liquid is divided into three parts as follows: The 7:10 kmol/h flow is cooled and returned to the inlet of the first stage.
Поток 8: 0,9 кмоль/ч выделяют как неочищенный продукт ДМС.Stream 8: 0.9 kmol/h is isolated as crude DMS product.
Оставшаяся жидкая часть, поток 15, поступает во второй реактор 22 вместе с газообразным водородом (поток 16), отделенным в испарительной емкости.The remaining liquid portion, stream 15, enters the second reactor 22 along with hydrogen gas (stream 16) separated in the flash tank.
Второй реактор содержит катализатор на основе хромита меди в одном слое. Температура на входе 170°С.The second reactor contains a copper chromite catalyst in one layer. Inlet temperature 170°C.
Давление на обеих ступенях реакции составляет 70 бар изб., при этом давление на второй ступени несколько ниже из-за перепада давления.The pressure in both reaction stages is 70 barg, with the pressure in the second stage being slightly lower due to the pressure difference.
Выходящий поток из реактора 22 (поток 9) после охлаждения примерно до 40-50°С, не показанный на фиг. 1, поступает в разделительную емкость 23, где сырой жидкий БДО (поток 13), отделяется от возвращаемого газа 10.The effluent stream from reactor 22 (stream 9) after cooling to approximately 40-50° C., not shown in FIG. 1, enters the separation tank 23, where the raw liquid BDO (stream 13) is separated from the return gas 10.
Неочищенный БДО затем направляют в дистилляционные колонны (не показаны на чертеже) для отделения ТГФ, метанола, воды, азеотропной смеси ГБЛ/ДМС, возвращают обратно в виде потока 14 во второй реактор 22. Наконец, бутандиол отделяют от легких и тяжелых побочных продуктов. Богатый водородом поток газа 10 поступает в компрессор 20. Сжатый газ 11 соединяется со свежим водородом 2, и полученный поток 12 после нагревания (на чертеже не показан) представляет собой весь газообразный водород, поступающий в реактор 21 первой ступени.The crude BDO is then sent to distillation columns (not shown) to separate THF, methanol, water, and the GBL/DMS azeotrope and returned as stream 14 to the second reactor 22. Finally, the butanediol is separated from the light and heavy by-products. The hydrogen-rich gas stream 10 enters the compressor 20. The compressed gas 11 combines with fresh hydrogen 2, and the resulting stream 12, after heating (not shown), represents all the hydrogen gas entering the first stage reactor 21.
В прилагаемых табл. 1 и 2 обобщены основные результаты операции, такие как конверсия, селективность и рабочие параметры.In the attached table. 1 and 2 summarize the main results of the operation, such as conversion, selectivity and operating parameters.
Таблица 1Table 1
Первый реактор - гидрирование ДММFirst reactor - hydrogenation of DMM
Скорость потока свежего сырья (ДММ) 288.3 кг/чFresh raw material flow rate (FMF) 288.3 kg/h
Скорость потока водородаHydrogen flow rate
Свежий 6.4 кмоль/чFresh 6.4 kmol/h
Возврат 45 кмоль/чReturn 45 kmol/h
Всего 51.4 кмоль/чTotal 51.4 kmol/h
Температура на входе/выходе 120/170°СInlet/outlet temperature 120/170°C
Давление 70 бар изб.Pressure 70 barg
Почасовая объемная скорость жидкости 2.0 ч-1Hourly liquid volumetric velocity 2.0 h-1
Молярное соотношение Н2/ДММ 25.7Molar ratio H2/DMM 25.7
Конверсия ДММ 100%DMM conversion 100%
Селективность по ДМС выше 99%VHI selectivity is above 99%
Неочищенный продукт DMSUnrefined DMS product
Скорость потока 131.5 кг/чFlow rate 131.5 kg/h
Чистота 98.5 масс.%Purity 98.5 wt.%
--
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA045095B1 true EA045095B1 (en) | 2023-10-27 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP4188903B1 (en) | Process for the co-production of dialkyl succinate and 1,4-butanediol by hydrogenating dialkyl maleate in two stages | |
EP2782893B1 (en) | Process for producing 1,4-butanediol, gamma-butyrolactone and tetrahydrofuran by hydrogenating dialkyl maleate in mixed liquid/vapor phase | |
US4751334A (en) | Process for the production of butane-1,4-diol | |
ZA200604400B (en) | Process for the production of esters of mono-, di-or polycarboxylic acids | |
US6433192B1 (en) | Method for producing mixtures of 1,4-butanediol, tetrahydrofuran and γ-butyrolactone | |
EP0977746B1 (en) | Process for the production of tetrahydrofuran and gammabutyrolactone | |
AU2004299317B2 (en) | Process for the production of ethers | |
AU2002314385B2 (en) | Process for the production of ethers, typically THF | |
EA045095B1 (en) | METHOD FOR JOINT PRODUCTION OF DIALKYL SUCCINATE AND 1,4-BUTHANEDIOL BY TWO-STAGE HYDROGENATION OF DIALKYL MALEATE | |
AU2009219875B2 (en) | Process |