RO129835B1 - Procedeu în flux continuu de preparare a 1,2-o-izopropiliden-glicerolului - Google Patents

Description

Invenția se referă la un procedeu în flux continuu de preparare a 1,2-O-izopropilidenglicerolului (2,2-dimetil-1,3-dioxolan-metanolului). 1,2-O-izopropiliden-glicerolul se utilizează ca solvent ecologic sau ca aditiv pentru carburanți.

Sunt cunoscute numeroase procedee de preparare a 1,2-O-izopropiliden-glicerolului prin condensarea glicerolului cu acetonă în prezența unor catalizatori acizi.

Conform unui procedeu, dezvăluit în US 5917059, se prepară acetali sau cetali ciclici prin reacția unui poliol, printre care și glicerina, cu o aldehidă sau cetonă cu 1...6 atomi de carbon, printre care și acetona, în prezența unui catalizator acid. în timpul procedeului, o parte din aldehidă sau cetonă se îndepărtează prin distilare, fiind înlocuită cu aldehidă sau cetonă proaspătă, cu un conținut de apă mai mic de 1%. Se utilizează un exces mare, de 2...30 moli aldehidă sau cetonă, pentru un mol de poliol. Conform exemplului unic de realizare al invenției, se tratează glicerina cu acetona la un raport molar de 1:4, în prezența acidului p-toluensulfonic monohidrat. Amestecul se refluxează 30 min, după care se îndepărtează, prin distilare, acetona și apa de reacție. Se menține nivelul de lichid constantin reactor, prin alimentare continuă cu acetona, timp de 12 h. La final, se îndepărtează acetona, prin distilare, obținându-se cetalul cu un randament de 99,5%.

Procedeul prezintă dezavantaje legate de consumul foarte ridicat de acetonă, care, după îndepărtare din distilare, conține apa de reacție, iar deshidratarea acesteia presupune consumuri energetice foarte mari.

Un alt procedeu, dezvăluit în FR 2866654, se referă la prepararea a două clase de biocarburanți din uleiuri vegetale. Inițial, s-a preparat biodiesel prin transesterificarea trigliceridelor acizilor grași, iar glicerina brută rezultată ca produs secundar s-a valorificat la prepararea de acetali/cetali. Astfel, glicerina brută a fost tratată cu acetonă la un raport molar de 1:1,2 într-un reactor cu pat fix, format din catalizator de tip Amberlyst 15. Reacția s-a desfășurat la temperatura 80°C și presiunea de 5 bar. După 30 min, se depresurizează brusc reactorul și se îndepărtează excesul de acetonă și apa de reacție. Masa de reacție a fost transvazată în al doilea reactor, identic cu primul, alimentat cu acetonă la un raport masic acetonă:efluent din primul reactor de 50:100. Reacția s-a desfășurat în aceleași condiții ca în primul reactor. S-a obținut un produs solubil în biodiesel la raportul biodiesekacetal = 87:13.

Procedeul prezintă dezavantaje legate de necesitatea unor investiții costisitoare, datorită efectuării reacțiilor la presiuni supraatmosferice (5 bar).

Din cererea de brevet R0128997 A2, se cunoaște un procedeu de obținere a acetalilor și cetalilor glicerinei. Procedeul conform invenției constă din reacția de condensare a glicerinei cu aldehide și cetone, în care glicerina se tratează cu un catalizator heterogen, constând din oxizi micști sulfatați, calcinat în prealabil, în proporție de 1,05...1,5% în greutate față de glicerină, după care, timp de 5...60 min, se dozează aldehida sau cetona, se introduce un solvent organic, care formează amestec azeotropic heterogen cu apa, masa de reacție se încălzește până la începerea distilării amestecului azeotrop; după 45...240 min, reacția este terminată, catalizatorul se separă prin filtrare, din filtrat se îndepărtează solventul și excesul de aldehidă sau cetonă, prin distilare la presiune atmosferică și la vid, rezultând acetal sau cetal al glicerinei, care poate fi utilizat ca atare sau se poate purifica prin distilare la vid, în vederea utilizării ca aditiv/component pentru biocarburanți și carburanți clasici, de natură petrochimică, sau ca solvent ecologic.

Problema tehnică pe care urmărește să o rezolve invenția constă în prepararea în flux continuu a 1,2-O-izopropiliden-glicerolului, în vederea utilizării ca solvent ecologic sau aditiv pentru biocarburanți.

RO 129835 Β1

Astfel, invenția redă un procedeu de preparare în flux continuu a 1,2-O-izopropiliden- 1 glicerolului, în care se introduc, în reactoarele de condensare R1 și R2, rășina schimbătoare de ioni puternic acidă, de tip PUROLITE CT 175, și un amestec inițial, format din 1,2-0- 3 izopropiliden-glicerol și acetonă, în raport volumetric de 7:3, până când apare lichid în lanterna L de pe prea-plinul reactorului R2, se pornește agitarea și încălzirea cu abur în mantalele celor 5 două reactoare R1 și R2, se reglează debitul de agent termic din mantaua reactorului R1, astfel încât să se mențină temperatura în vârful coloanei CR1 la valoarea de 57 ± 0,2°C, se reglează 7 rația de reflux la valoarea de 3:1, se reglează debitul de agent termic din mantaua reactorului R2, astfel încât să se mențină temperatura în vârful coloanei CR2 la valoarea de 56,7 ± 0,2°C, 9 se reglează rația de reflux la valoarea de 3:1, se introduce, cu ajutorul pompei dozatoare PD1, acetona în instalație până la completare, când apare lichid în lanterna L de pe racordul de prea- 11 plin al reactorului R2, se pornesc simultan pompele dozatoare PD1 și PD2, care introduc continuu în reactorul R1 acetona și, respectiv, glicerina, în raport stoechiometric, vaporii de apă 13 rezultați din reacția glicerinei cu acetona, împreună cu vaporii de acetonă, intră în coloana de rectificare CR1, apa se separă, la partea inferioară, de acetonă, care, după condensare, se 15 reintroduce în reactorul R1, masa de reacție, după un timp mediu de staționare, de circa 3 h, trece din reactorul R1, prin racordul de prea-plin al acestuia, în reactorul R2, vaporii de apă 17 rezultați din reacție, împreună cu vaporii de acetonă, intră în coloana de rectificare CR2, apa se separă, la partea inferioară, de acetonă, care, după condensare, se reintroduce în reactorul 19 R2, masa de reacție, după un timp mediu de staționare, de circa 3 h, trece în cădere liberă din reactorul R2, prin racordul de prea-plin al acestuia, în coloana de rectificare CR3, unde se 21 separă vaporii de acetonă de izopropiliden-glicerolui brut, condensul de acetonă se introduce în reactorul R2, izopropiIiden-gIiceroluI brut este evacuat pe la partea inferioară a coloanei CR3, 23 urmând a fi utilizat ca atare, deoarece are o concentrație > 95%, sau după o purificare suplimentară prin distilare, când reziduul rezultat se recirculă în proces. 25

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- conducerea procedeului în flux continuu conferă siguranță în exploatare, productivitate 27 sporită, posibilitatea automatizării operațiilor, minimizarea pierderilor de materii prime, materiale și de energie, cu implicații pozitive asupra protecției mediului înconjurător și o calitate constantă 29 a produsului;

- asigură consumuri energetice reduse, prin conducerea operațiilor tehnologice la 31 presiune atmosferică, temperaturi mai mici de 60°C, și vehicularea unui exces mic de acetonă;

- nu necesită investiții costisitoare, datorită lucrului la presiune atmosferică și la 33 temperaturi relativ scăzute.

în figură, se prezintă schema flux a procedeului de preparare a 1,2-O-izopropiliden- 35 glicerolului, a cărei descriere se realizează în cadrul exemplului următor.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției: 37

Exemplu

Se introduc, prin gurile de vizitare, câte 40 kg rășină schimbătoare de ioni, puternic 39 acidă, de tip PUROLITE CT 175, în reactoarele de condensare R1 și R2, fiecare având o capacitate de 3 m³. Se introduc, în fiecare dintre reactoarele R1 și R2, circa 3 m³ dintr-un 41 amestec inițial, format din 1,2-0-izopropiliden-glicerol și acetonă, în raport volumetric de 7:3 (până când apare lichid în lanterna L de pe prea-plinul reactorului R2). Se pornește agitarea și 43 încălzirea cu abur în mantalele celor două reactoare R1 și R2. Se reglează debitul de agent termic (abur) în mantaua reactorului R1, astfel încât să se mențină temperatura în vârful 45

RO 129835 Β1 coloanei TR1 = 57 ± 0,2°C, și debitul QR2 = 200 ± 20 l/h. Se reglează rația de reflux QR1 :QR2 = 3:1. Se reglează debitul de agent termic (abur) în mantaua reactorului R2, astfel încât să se mențină temperatura în vârful coloanei TR2 = 56,7 ± 0,2°C. Se reglează rația de reflux QR3:QR4 = 3:1. Se introduce, cu ajutorul pompei dozatoare PD1, acetona în instalație, până la completare (când apare lichid în lanterna L de pe racordul de prea-plin al reactorului R2). Se pornesc simultan pompele dozatoare PD1 și PD2, care introduc, în reactorul R1, acetona, cu un debit de 502 l/h (396,6 kg/h), respectiv, glicerina, cu un debit de 498 l/h (627,5 kg/h). Vaporii de apă rezultați din reacția glicerinei cu acetona, împreună cu vaporii de acetonă, intră în coloana de rectificare CR1. Apa se separă, la partea inferioară, de acetonă, care, după condensare, se reintroduce în reactorul R1. Masa de reacție, după un timp mediu de staționare, de circa 3 h, trece din reactorul R1, prin racordul de prea-plin al acestuia, în reactorul R2. Vaporii de apă rezultați din reacție, împreună cu vaporii de acetonă, intră în coloana de rectificare CR2. Apa se separă, la partea inferioară, de acetonă, care, după condensare, se reintroduce în reactorul R2. Masa de reacție, după un timp mediu de staționare, de circa 3 h, trece în cădere liberă din reactorul R2, prin racordul de prea-plin al acestuia, în coloana de rectificare CR3, unde se separă vaporii de acetonă de izopropiliden-glicerolul brut. Condensul de acetonă se introduce în reactorul R2. Racordurile de prea-plin ale reactoarelor R1 și R2 sunt prevăzute cu site, care împiedică ieșirea catalizatorului. Izopropiliden-glicerolul brut, cu un debit de circa 840 l/h, este evacuat pe la partea inferioară a coloanei CR3. Produsul brut se poate utiliza ca atare, având o concentrație > 95%, sau se poate purifica prin distilare (p.f. = 188...189°C/760 mm Hg). Reziduul de la distilare este în cantitate redusă și se poate recirculă în proces.

Claims (1)

1. RO 129835 Β1

   Revendicare 1

   Procedeu în flux continuu de preparare a 1,2-O-izopropiliden-glicerolului prin conden- 3 sarea acetonei cu glicerol în cataliză acidă, caracterizat prin aceea că se introduc, în reactoarele de condensare (R1 și R2), rășina schimbătoare de ioni, puternic acidă, și un 5 amestec inițial, format din 1,2-O-izopropiliden-glicerol și acetonă, în raport volumetric de 7:3, până când apare lichid în lanterna (L) de pe prea-plinul unui reactor R2), se pornește agitarea 7 și încălzirea cu abur în mantalele celor două reactoare (R1 și (R2), se reglează debitul de agent termic din mantaua unui reactor (R1), astfel încât să se mențină temperatura în vârful unei 9 coloane (CR1) la valoarea de 57 ± 0,2°C, se reglează rația de reflux la valoarea de 3:1, se reglează debitul de agent termic din mantaua celuilalt reactor (R2), astfel încât să se mențină 11 temperatura în vârful altei coloane (CR2) la valoarea de 56,7 ± 0,2°C, se reglează rația de reflux la valoarea de 3:1, se introduce, cu ajutorul unei pompe dozatoare (PD1), acetona în instalație 13 până la completare, când apare lichid în lanterna (L) de pe racordul de prea-plin al unui reactor (R2), se pornesc simultan pompele dozatoare (PD1 și PD2), care introduc continuu, într-un 15 reactor (R1), acetonă și, respectiv, glicerină, în raport stoechiometric, vaporii de apă rezultați din reacția glicerinei cu acetona, împreună cu vaporii de acetonă, intră într-o coloană de 17 rectificare (CR1), apa se separă, la partea inferioară, de acetonă, care, după condensare, se reintroduce în reactor (R1), masa de reacție, după un timp mediu de staționare, de circa 3 h, 19 trece dintr-un reactor (R1), prin racordul de prea-plin al acestuia, în celălalt reactor (R2), vaporii de apă rezultați din reacție, împreună cu vaporii de acetonă, intră în coloana de rectificare 21 (CR2), apa se separă, la partea inferioară, de acetonă, care, după condensare, se reintroduce în reactor (R2), masa de reacție, după un timp mediu de staționare, de circa 3 h, trece în cădere 23 liberă din reactor (R2), prin racordul de prea-plin al acestuia, în coloana de rectificare (CR3), unde se separă vaporii de acetonă de izopropiliden-glicerolul brut, condensul de acetonă se 25 introduce în reactor (R2), izopropiliden-glicerolul brut este evacuat pe la partea inferioară a unei coloane (CR3), urmând a fi utilizat ca atare, deoarece are o concentrație > 95%, sau după o 27 purificare suplimentară prin distilare, când reziduul rezultat se recirculă în procedeu.