PL197532B1 - Sposób wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego na drodze estryfikacji glikolu etylenowego kwasem octowym w obecności kwasu alkilobenzosulfonowego jako katalizatora i octanu n-butylu jako czynnika odprowadzającego powstającą w estryfikacji wodę, na kolumnie rektyfikacyjnej, przy stosunku molowym : kwasu octowego do glikolu etylenowego w zakresie 2-3, katalizatora do glikolu etylenowego 0,003-0,004 i octanu n-butylu do glikolu etylenowego w zakresie 0,3-0,4, znamienny tym, że wytwarzanie dioctanu glikolu etylenowego prowadzi się w układzie dwóch kolumn rektyfikacyjnych, metodą ciągłą, przy czym reakcje estryfikacji i oddestylowania z octanem n-butylu jako czynnikiem heteroazeotropowym powstającej podczas reakcji wodę przeprowadza się w pierwszej kolumnie-reaktorze mającej co najmniej 12 półek teoretycznych, podając glikol etylenowy i katalizator na szczyt kolumny lub na drugą półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny, a kwas octowy do kuba kolumny, przy czym czas przebiegającej w fazie ciekłej reakcji na półce kolumny wynosi 1-6 minut, a zawarty w fazie ciekłej surowy dioctan glikolu etylenowego odbiera się z kuba pierwszej kolumny pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego w zakresie temperatur 124-126°C i wydziela go jako czysty produkt w kolumnie drugiej, mającej co najmniej 8 półek teoretycznych, podając surowy dioctan glikolu etylenowego na drugą lub trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny na którym panuje ciśnienie 20-30 kPa, przy czym nieprzereagowany kwas octowy zawraca się ze szczytu drugiej kolumny do kuba pierwszej, a produkt odprowadza się w fazie ciekłej z kuba kolumny drugiej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego z glikolu etylenowego i kwasu octowego, prowadzony katalitycznie, w obecności czynnika azeotropującego wodę.

Według opisu patentowego GB 1058995 jednym z surowców w wytwarzaniu dioctanu glikolu etylenowego jest etylen doprowadzany do mieszaniny reagentów będącej pod ciśnieniem 13 x 10¹ MPa, w temperaturze 60-90°C, w skład której wchodzą: co najmniej jedna sól palladu dwuwartościowego, na przykład chlorek, bromek, co najmniej jeden octan metalu wybrany z metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych takich jak miedź, żelazo, nikiel, czynnik utleniający, zdolny utlenić jeden z metali ziem alkalicznych, z wartościowości niższych od 2+ do wartościowości 2+, na przykład p-benzochinon, 1,2-naftochinon; kwas octowy oraz woda będąca w ilości 0,1-10% wagowych względem masy wsadu. Stężenie chlorowca palladu w reagującej mieszaninie wynosi minimum 0,9 mol/l, a stężenie octanu metalu w przeliczeniu na jon octanowy : minimum 0,01 mol/l. Proporcja mieszaniny chlorowca palladu do octanu palladu wyrażona stosunkiem molowym wynosi 0,8. Z mieszaniny par po reakcji dioctan glikolu etylenowego wydziela się destylacyjnie.

Modyfikacja wyżej scharakteryzowanego sposobu przedstawiona jest w opisie patentowym GB 1124862. Według tego opisu proces otrzymywania dioctanu glikolu etylenowego polega na kontakcie etylenu z kwasem octowym w roztworze z solą palladu lub azotanem czy azotynem metalu grupy I, II lub VIII układu okresowego. Reakcję przyspiesza obecność soli organicznego kwasu monokarboksylowego i metalu alkalicznego, kwasu azotowego lub azotawego, soli palladu wytwarzanej w środowisku reakcji. Reakcja przebiega w zakresie temperatur 20-150°C, przy czym monoester glikolu etylenowego powstaje w temperaturze niższej od 80°C, a dioctan glikolu etylenowego w temperaturze wyższej od 80°C. Stężenie soli palladu lub azotanu czy azotynu w reagującej mieszaninie wynosi minimum 0,001 mol/l, a stosunek molowy soli palladu do grupy NO-3 lub NO^_2 mieści się w zakresie 5-100.

Według opisu patentowego GB 2212493 czysty dioctan glikolu etylenowego otrzymuje się przez reakcję estryfikacji kwasu octowego glikolem etylenowym w obecności katalizatora i czynnika azeotropującego wodę, dodawanego do mieszaniny reagentów lub surowych produktów podczas ich destylacji. Reakcję powstawania dioctanu glikolu etylenowego i wydzielanie czystego produktu prowadzi się periodycznie. Stosunek molowy kwasu octowego do glikolu etylenowego wynosi 4,1, temperatura reakcji 110-140°C. Jako katalizator stosuje się 60% wagowy roztwór kwasu p-toluenosulfonowego w kwasie siarkowym. Po zakończeniu reakcji mieszaninę destyluje się wobec czynnika azeotropującego wodę powstającą podczas estryfikacji, którym jest octan n-propylu. Destylację prowadzi się periodycznie dzieląc destylat na cztery frakcje. Frakcję pierwszą odbiera się w zakresie temperatur kuba 127-132°C i szczytu 80-90°C, pod ciśnieniem 60,2-30,2 kPa. Stanowi ona 10,64% wagowych wsadu. Frakcję drugą odbiera się w zakresie temperatur kuba 132-135°C i szczytu 80-114°C, pod ciśnieniem 23,6 kPa. Stanowi ona 8,51% wagowych wsadu. Z kolei frakcję trzecią odbiera się w zakresie temperatur kuba 135-139°C i szczytu 114-134°C, pod ciśnieniem 18,9-19,6 kPa. Stanowi ona 3,40% wagowych wsadu. Frakcja czwarta jest produktem stanowiącym 76,17% wagowych wsadu. Czas reakcji wynosi 6 godzin. We frakcji pierwszej i drugiej oddestylowywany jest octan n-propylu, będący czynnikiem azeotropującym wodę wydzielającą się podczas reakcji, a w frakcji trzeciej i czwartej dioctan glikolu etylenowego o czystości 99,4-99,8% wagowych.

Z opisu patentowego US 4159989 znany jest sposób otrzymywania dioctanu glikolu etylenowego na drodze reakcji dysproporcjonowania octanu acetylooksyetylortęciowego. Reakcję dysproporcjonowania przeprowadza się ogrzewając octan acetylooksyetylortęciowy z kwasem nadchlorowym i kwasem octowym. Uwalniana w trakcie reakcji rtęć reaguje z kwasem octowym do dioctanu rtęciowego, a ten z kolei z etylenem do octanu acetylooksyetylortęciowego.

Stosunek molowy kwasu nadchlorowego do octanu acetylooksyetylortęciowego zawiera się w przedziale 0,0001-0,5. Reakcję prowadzi się w warunkach bezwodnych, w zakresie temperatur 150-175°C, pod ciśnieniem 7x101 MPa przez 90 minut. Ubocznym produktem reakcji jest γ-butyrolakton.

Metodę otrzymywania dioctanu glikolu etylenowego z amidu kwasu octowego podano w opisie patentowym US 4161609. Reakcję przeprowadza się w fazie gazowej, w zakresie temperatur 100-400°C, w obecności katalizatorów : dwutlenku tytanu i tlenków glinu, chromu, wanadu.

Według opisu patentowego niemieckiego 2303867 dioctan glikolu etylenowego otrzymuje się przez katalityczny kontakt etylenu z kwasem octowym w temperaturze 340-390°C, w czasie 0,2-2 sekund. Katalizatorem reakcji jest chlorek litowy, octan miedziowy, octan niklowy. Mieszanina po reakcji zawiera 66,7% wagowych dioctanu glikolu etylenowego, 29,3% wagowych monooctanu glikolu

PL 197 532 B1 etylenowego, 3,7% wagowych nieprzereagowanego glikolu etylenowego, 0,3% wagowego związków wielkocząsteczkowych.

Sposób wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego, według wynalazku metodą ciągłą, przez estryfikację glikolu etylenowego kwasem octowym w obecności kwasu alkilobenzenosulfonowego pełniącego rolę katalizatora i octanu n-butylu jako czynnika odprowadzającego powstającą w estryfikacji wodę, w układzie składającym się z dwóch kolumn rektyfikacyjnych, przy stosunku molowym kwasu octowego do glikolu etylenowego mieszczącym się w zakresie 2-3, kwasu alkilobenzenosulfonowego do glikolu etylenowego 0,003-0,004 i octanu n-butylu do glikolu etylenowego 0,3-0,4, polega na tym, że reakcje estryfikacji i oddestylowania z octanem n-butylu, jako czynnikiem azeotropującym powstającej podczas reakcji wody, przeprowadza się w pierwszej kolumnie-reaktorze mającej co najmniej 12 półek teoretycznych, podając glikol etylenowy i katalizator na szczyt kolumny lub na pierwszą półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny, a kwas octowy do kuba. Czas przebiegającej w fazie ciekłej reakcji na półce kolumny wynosi 1-6 minut, a zawarty w fazie ciekłej surowy dioctan glikolu etylenowego odbiera się z kuba pierwszej kolumny pod ciśnieniem zbliżonym do ciśnienia atmosferycznego, w zakresie temperatur 124-126°C i kieruje do kolumny drugiej mającej co najmniej 8 półek teoretycznych, na drugą lub trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny, na którym panuje ciśnienie 20-30 kPa. Nieprzereagowany kwas octowy zawraca się ze szczytu drugiej kolumny do kuba kolumny pierwszej, a produkt techniczny (96% wagowych) odprowadza się w fazie ciekłej z kuba kolumny drug^iej.

W procesie według wynalazku dioctan glikolu etylenowego o wysokiej czystości (99,8% wagowych) odprowadza się w fazie gazowej znad pierwszej półki teoretycznej licząc od dołu kolumny drugiej. Straty czynnika azeotropującego wodę wydzieloną w reakcjach estryfikacji, octanu n-butylu, uzupełnia się przez wprowadzenie n-butanolu do kuba pierwszej kolumny rektyfikacyjnej, gdzie następuje jego estryfikacja do octanu n-butylu.

W wyniku prowadzenia reakcji estryflkacji glikolu etylenowego kwasem octowym do dioctanu glikolu etylenowego w obecności kwasu alkilobenzenosulfonowego i octanu n-butylu w kolumnie rektyfikacyjnej o 12 półkach teoretycznych, przy czasie reakcji na półce wynoszącym 1-6 minut, pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego, w temperaturze wrzenia mieszaniny, osiąga się całkowitą konwersję glikolu etylenowego, a selektywność reakcji glikolu etylenowego do dioctanu glikolu etylenowego wynosi około 95%.

Dzięki utrzymywaniu temperatury reakcji w kubie pierwszej kolumny rektyfikacyjnej w zakresie 124-126°C, zawartość kwasu octowego odprowadzanego poza układ w wodzie powstającej w reakcjach estryfikacji nie przekracza 1% wagowego. Temperatura jest parametrem istotnym, ponieważ odprowadzany poza układ w wodzie kwas octowy jest tracony. Rozpuszczony w wodzie octan n-butylu można z łatwością odzyskać, na przykład przez jego odpęd z parą wodną, a odzysk rozpuszczonego kwasu octowego wymaga budowy skomplikowanego układu rektyfikacyjnego, co czyni proces nieopłacalny w skali przemysłowej.

Straty octanu n-butylu w układzie syntezy nie uzupełnia się estrem, lecz się go syntezuje przez dodanie n-butanolu do kuba pierwszej kolumny rektyfikacyjnej.

Sposób wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego według wynalazku, przedstawiony na rysunku omówiono w przykładach II i III. Wszystkie oznaczenia zamieszczone na rysunku omówiono w przykładach II i III.

W przykładzie I (porównawczym) podano dotychczasowy, przemysłowy, periodyczny sposób wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego.

W przykładzie II podano sposób wytwarzania technicznego dioctanu glikolu etylenowego, a w przykładzie III sposób otrzymywania dioctanu glikolu etylenowego wysokiej czystości (około 99,8% wagowych).

P r z y k ł a d I (porównawczy) Dioctan glikolu etylenowego wytwarzany periodycznie znaną metodą.

Do kuba kolumny rektyfikacyjnej wprowadza się : kwas octowy świeży, kwas octowy zawrócony z reakcji estryfikacji z poprzedniej szarży, kwas alkilobenzenosulfonowy i n-butanol, utrzymując poniższe stosunku molowe wprowadzanych składników względem glikolu etylenowego : kwas octowy 2,5; kwas alkilobenzenosulfonowy 0,0035; n-butanol 0,003. Wsad podgrzewa się do temperatury 117°C i prowadzi pierwszy etap reakcji estryfikacji w temperaturze wrzenia przez 42-59 godzin. Opary z kolumny wprowadzane są pod najniższą półką kolumny o półkach teoretycznych, w której następuje rektyfikacyjne usuwanie powstającej wody z octanem n-butylu. Drugi etap estryfikacji prowadzi się w zakresie temperatur kuba kolumny 124- 140°C. Trwa on 6 godzin. Po zakończeniu drugiego etapu

PL 197 532 B1 estryfikacji rozpoczyna się odpęd nieprzereagowanego kwasu octowego. Odpęd nieprzereagowanego kwasu octowego prowadzi się pod obniżonym ciśnieniem, około 40 kPa, z jednoczesnym przełączeniem destylatu do odbieralników zawracanego kwasu octowego. Kolumna destylacyjna pracuje bez orosienia, czego konsekwencją jest jednoczesny odpęd z nieprzereagowanym kwasem octowym octanu n-butylu czynnika heteroazeotropującego wodę. W końcowej fazie odpędu kwasu octowego do kuba kolumny wprowadza się azot w celu obniżenia kwasowości dioctanu glikolu etylenowego. Masę kuba kolumny schładza się i filtruje. Konwersja glikolu etylenowego jest całkowita, a selektywność reakcji do dioctanu glikolu etylenowego wynosi 93%.

P r z y k ł a d II

Na szczyt kolumny reaktora 1 liczącej 12 półek teoretycznych wprowadza się glikol etylenowy i jako katalizator kwas alkilobenzenosulfonowy, a do kuba kolumny kwas octowy świeży i kwas octowy zawrotowy. Stosunek molowy kwasu octowego do glikolu etylenowego wynosi 2,5, a kwasu alkilobenzenosulfonowego do glikolu etylenowego 0,0035. Reakcję prowadzi się pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego, w temperaturze wrzenia reagującej mieszaniny, w obecności octanu n-butylu jako czynnika heteroazeotropującego wodę powstającą w reakcjach estryfikacji. Octan n-butylu utrzymywany jest w górnej części kolumny-reaktora 1, a jego stosunek molowy do glikolu etylenowego wynosi 0,35. Opary o temperaturze 92°C opuszczają szczyt kolumny-reaktora 1 skraplane są w skraplaczu 2. Skroplony destylat jest dwufazowy i rozdzielany jest w rozdzielaczu 3. Faza lżejsza zawierająca octan n-butylu z rozpuszczoną wodą i kwasem octowym zawracana jest na szczyt kolumny-reaktora 1 jako orosienie, a faza cięższa będąca wodą wydzieloną podczas reakcji estryfikacji odprowadzana jest poza układ wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego. Zawartość kwasu octowego w odprowadzanej wodzie wynosi 0,8% wagowego. Czas reakcji na półce kolumny wynosi 6 minut. Wywar z kolumny-reaktora o temperaturze 124°C podawany jest pompą 7 na drugą półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny 4 wydzielania dioctanu glikolu etylenowego o licznie półek teoretycznych 8. Kolumna 4 pracuje pod ciśnieniem 20kPa mierzonym na jej szczycie. Opary zawierające kwas octowy skraplane są w skraplaczu 5, destylat spływa do zbiornika 6, skąd jego część w stosunku wagowym do skroplonej masy równym 1:1 kierowana jest na szczyt kolumny 4, a pozostała ilość do kuba kolumny-reaktora 1. Stężenie kwasu octowego w zawracanym destylacie ze zbiornika 6 do kuba kolumny 1 wynosi 84% wagowe. Z kuba kolumny 4, w temperaturze 140°C odbierany jest ciekły produkt, w którym stężenie dioctanu glikolu etylenowego jest równe 96% wagowych.

Konwersja glikolu etylenowego jest całkowita, a selektywność reakcji do dioctanu glikolu etylenowego wynosi 95%. Straty octanu n-butylu uzupełnia się przez dodawanie do kuba kolumny 1 n-butanolu.

P r z y k ł a d III

Na drugą półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny-reaktora 1 o 12 półkach teoretycznych wprowadza się glikol etylenowy i jako katalizator kwas alkilobenzenosulfonowy, a do kuba kolumny kwas octowy świeży i kwas octowy zawrotowy. Stosunek molowy kwasu octowego do glikolu etylenowego wynosi 2,5, a kwasu alkilobenzenosulfonowego do glikolu etylenowego 0,0035. Reakcję prowadzi się pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego, w temperaturze wrzenia reagującej mieszaniny, w obecności octanu n-butylu jako czynnika heteroazeotropującego wodę powstającą w reakcjach estryfikacji. Octan n-butylu utrzymywany jest w górnej części kolumny 1, a jego stosunek molowy do glikolu etylenowego wynosi 0,35. Opary o temperaturze 92°C opuszczają szczyt kolumny-reaktora i skraplane są w skraplaczu 2. Skroplony destylat jest dwufazowy i rozdzielany jest w rozdzielaczu 3. Faza lżejsza zawierająca octan n-butylu z rozpuszczoną wodą i kwasem octowym zawracana jest na szczyt kolumny-reaktora 1 jako orosienie, a faza cięższa, będąca wodą wydzieloną podczas reakcji estryfikacji odprowadzana jest poza układ wytwarzania dioctanu glikolu etylenowego. Zawartość kwasu octowego w odprowadzanej wodzie wynosi 0,8% wagowych. Czas reakcji na półce kolumny: 1 minuta. Wywar z kolumny-reaktora 1 o temperaturze 126°C podawany jest pompą 7 na trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny 4 wydzielania dioctanu glikolu etylenowego o liczbie półek teoretycznych 8. Kolumna 4 pracuje pod ciśnieniem 30 kPa mierzonym na jej szczycie. Opary zawierające kwas octowy skraplane są w skraplaczu 5, destylat spływa do zbiornika 6, skąd jego część w stosunku wagowym do skroplonej masy równym 1:1 kierowana jest na szczyt kolumny 4, a pozostała ilość do kuba kolumny-reaktora 1. Stężenie kwasu octowego w zawracanym destylacie ze zbiornika 6 do kuba kolumny 1 wynosi 84% wagowe. Znad pierwszej półki teoretycznej kolumny 4, w temperaturze 140°C odbierany jest gazowy produkt, w którym stężenie dioctanu glikolu etylenowego jest równe 99,8% wagowych. Gazowy produkt skraplany jest w wymienniku ciepła 8. Konwersja glikolu etylenoPL 197 532 B1 wego jest całkowita, a selektywność reakcji do dioctanu glikolu etylenowego wynosi 95%. Straty octanu n-butylu uzupełnia się przez dodawanie do kuba kolumny 1 n-butanolu. Frakcja zawierająca składniki wysokowrzące odprowadzana jest z kuba kolumny 4.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wywarzania dioctanu gllkolu et\^lerK^\w^c^o na drodze estryfikacji glll^olu etylenowego kwasem octowym w obecności kwasu alkilobenzosulfonowego jako katalizatora i octanu n-butylu jako czynnika odprowadzającego powstającą w estryfikacji wodę, na kolumnie rektyfikacyjnej, przy stosunku molowym : kwasu octowego do glikolu etylenowego w zakresie 2-3, katalizatora do glikolu etylenowego 0,003-0,004 i octanu n-butylu do glikolu etylenowego w zakresie 0,3-0,4, znamienny tym, że wytwarzanie dioctanu glikolu etylenowego prowadzi się w układzie dwóch kolumn rektyfikacyjnych, metodą ciągłą, przy czym reakcje estryfikacji i oddestylowania z octanem n-butylu jako czynnikiem heteroazeotropowym powstającej podczas reakcji wodę przeprowadza się w pierwszej kolumnie-reaktorze mającej co najmniej 12 półek teoretycznych, podając glikol etylenowy i katalizator na szczyt kolumny lub na drugą półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny, a kwas octowy do kuba kolumny, przy czym czas przebiegającej w fazie ciekłej reakcji na półce kolumny wynosi 1-6 minut, a zawarty w fazie ciekłej surowy dioctan glikolu etylenowego odbiera się z kuba pierwszej kolumny pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego w zakresie temperatur 124-126°C i wydziela go jako czysty produkt w kolumnie drugiej, mającej co najmniej 8 półek teoretycznych, podając surowy dioctan glikolu etylenowego na drugą lub trzecią półkę teoretyczną licząc od szczytu kolumny na którym panuje ciśnienie 20 - 30 kPa, przy czym nieprzereagowany kwas octowy zawraca się ze szczytu drugiej kolumny do kuba pierwszej, a produkt odprowadza się w fazie ciekłej z kuba kolumny drugiej.
2. 2. Sposób według zas^z. 1, znam ienny tym, że dioccan gllkdu eeyenoweeo o wyso^ee czystości odprowadza się w fazie gazowej znad pierwszej półki teoretycznej licząc od dołu kolumny drugiej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że straty octanu n-butylu uzupełnia się przez wprowadzenie n-butanolu do kuba pierwszej kolumny rektyfikacyjnej, gdzie następuje jego estryfikacja do octanu n-butylu.