SK20272000A3 - Spôsob odparovania aminonitrilu a vody - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu odparovania aminonitrilu a vody za podmienok, ktoré obmedzujú alebo vylučujú vznik ťažkých vedľajších produktov, najmä oligomérov aminokarboxylových kyselín.

Doterajší stav techniky

Reakcia aminonitrilu s vodou vedie k vzniku laktámu, predovšetkým kaprolaktámu, keď sa používa 6-aminokapronitril.

Reakciu je možné uskutočňovať v kvapalnej fáze zahrievaním a za zvýšeného tlaku. Môže sa taktiež realizovať v plynnej fáze. Na toto druhé uskutočnenie je ale potrebné previesť aminonitril a vodu do fázy pary. Čo sa týka uskutočnenia hydrolýzy aminonitrilu v plynnej fáze, odkazuje sa predovšetkým na patent EP-A-0 659 741 a medzinárodnú patentovú prihlášku WO-A-96/22974.

Voľba spôsobu odparovania aminonitrilu a vody nie je dôležitá .

Skutočne je možné uvažovať o vytvorení kvapalnej zmesi vody s aminonitrilom a potom o zahrievaní tejto zmesi na teplotu postačujúcu na odparovanie obidvoch komponentov. V tomto prípade sa dá pozorovať vznik ťažkých zlúčenín, ktoré majú amidovú funkčnú skupinu alebo funkčnú skupinu soli karboxylovej kyseliny (oligomérov). Tieto zlúčeniny sú schopné sa spájať, aspoň čiastočne, s katalyzátorom, a tak skrátiť jeho životnosť. Usadzujú sa tiež v aparatúre a znečisťujú ju. Je teda potrebné periodicky čistiť používanú aparatúru a taktiež pomerne často zastaviť prevádzku so všetkými ekonomickými dôsledkami.

Iná technika, o ktorej sa dá uvažovať, predstavuje oddelené odparovanie prúdov aminonitrilu a vody. Prihlasovateľ zistil, že pri teplotách potrebných na odparovanie sa aminonitril značne ·· ·· ·· · · ·· · 4 ·· t · ··· ··

4B ·· ·· ·· • · ·· ·· ·· •· · •· • ·· •· ·· · • · · rozkladá a vzniká zlúčenina typu amidinu alebo polyamidinu (kondenzácia dvoch alebo viacerých molekúl aminonitrilu s vylúčením amoniaku).

Podstata vynálezu

Aby sa predišlo týmto rôznym nevýhodám, vynašiel sa spôsob odparovania aminonitrilu a vody, ktorý sa vyznačuje tým, že sa voda v plynnom stave používa ako nosný plyn na toto odparovanie.

Rozklad aminonitrilu závisí od teploty odparovania a od času zotrvania v kvapalnej fáze v priebehu jeho odparovania. Pri spôsobe podľa vynálezu je teda čas zotrvania v kvapalnej fáze znížený na minimum použitím technológie odparovača a voda v plynnom stave znižuje parciálny tlak aminonitrilu a znižuje tak aj teplotu jeho odparovania.

Molárny pomer vody k aminonitrilu sa pri spôsobe podľa vynálezu môže značne meniť. Závisí v podstate od procesu cyklizačnej hydrolýzy, do ktorého sa začlenia reakčné zložky. Uvedený molárny pomer vody k použitému aminonitrilu je obvykle v rozsahu od 0,5 do 100 a výhodne v rozsahu od 1 do 20. Vyššia hodnota tohto pomeru nie je pri vynáleze rozhodujúca, keďže vyššie pomery naozaj nie sú zaujímavé pre hydrolytickú reakciu z ekonomických dôvodov.

Obvykle môže mať vodná para teplotu v rozsahu od 120 do 600°C a výhodne v rozsahu od 200 do 550°C.

Aminonitril sa môže bežne používať pri teplote v rozsahu od 20 do 300°C. Výhodne môže byť táto teplota v rozsahu od 100 do 250°C.

Zmes aminonitrilu s vodnou parou sa vo výmenníku tepla rýchlo privádza na teplotu, pri ktorej je odparovanie zmesi úplné.

Ak je to vhodné, môže byť táto teplota taká, aby pri nej mohla prebiehať reakcia aminonitrilu s vodou. Táto reakčná tep3 ·· ·· ·· ·· ·· « · · · ···» ··· ···· ·· · · · 1' ······ · · ·· · «· · · · · · · ·· ·· ·· ···· ·· · lota je obvykle v rozsahu od 200 do 450 °C a výhodne v rozsahu od 250 do 400°C.

Absolútny tlak, pri ktorom sa odparovanie uskutočňuje, je obvykle od 0,01 MPa do 0,3 MPa.

Aminonitril používaný pri spôsobe podlá vynálezu je najmä lineárny alebo rozvetvený aminonitril, ktorý má 3 až 12 atómov uhlíka.

Ako príklady je možné uviesť predovšetkým alifatické aminonitrily, pripravené hydrogenáciou jednej z dvoch nitrilových funkčných skupín dinitrilov, ako sú adiponitril, metylglutaronitril, etylsukcinonitril, dimetylsukcinonitril, malononitril, sukcinonitril, glutaronitril a dodekándinitril, na primárnu amínovú funkčnú skupinu.

Najdôležitejší aminonitril je 6-aminokapronitril, cyklizačnou hydrolýzou β-amminokapronitrilu vzniká kaprolaktám a polymeráciou kaprolaktámu sa získava nylon 6.

Pre jednoduchosť sa v nasledujúcom texte odkazuje predovšetkým na 6-aminokapronitril (alebo ACN).

Spôsob sa realizuje pomocou systému bez retencie kvapaliny.

Technológie, ktoré sa môžu používať, aby sa obmedzil čas zotrvaniu produktu v kvapalnej fáze v priebehu odparovania, sú dvojakého typu: odparovanie aminonitrilu vo forme filmu na zahrievanom povrchu; odparovanie aspoň čiastočne kvapalnej hmly aminonitrilu v prehriatej vodnej pare; v tomto prípade sú možnosti kontaktu kvapaliny s horúcou plochou nahradené kontaktom plynu s kvapkami kvapaliny.

V prípade odparovania v podobe filmu na zahrievanom povrchu, sa teplo potrebné na odparovanie získava jednak značným teplom pary a aminonitrilu, jednak prenosom tepla odparovacou plochou. Odparovač je typom odparovača so stekajúcim filmom kvapaliny.

·· ·· ·· ·· ·· · «999 · · · · 9 999 ······ 9 9 99 • 9 999 999 99999 «9 9999999

99 99 9999 99999

Kvapalina sa môže distribuovať na rúrky odparovača v súlade s distribučnými systémami bežne používanými pri tomto type technológie:

- dodávaním aspoň čiastočne kvapalného aminonitrilu na rúrkovnicu, potom distribúciou tohto aminonitrilu do každej rúrky;

- distribúciou aspoň čiastočne kvapalného aminonitrilu do každej rúrky jeho rozprášením na hmlu nad rúrkovnicou. Táto technológia je oproti predchádzajúcej technológii výhodnejšia, pretože viac skracuje čas zotrvania v kvapalnej fáze pri vysokej teplote; kvapalina môže byť rozprašovaná pomocou trysky, do ktorej sa vháňa len kvapalina, alebo ešte lepšie pomocou trysky, do ktorej sa vháňa súčasne kvapalina a vodná para.

V prípade odparovania v podobe hmly, keď sa plyn dostane do kontaktu s vodnými kvapkami, všetko teplo je dodávané v značnom rozsahu obidvoma komponentmi, to znamená aminonitrilom, ktorý je aspoň čiastočne v kvapalnej fáze, a vodou v plynnej fáze.

Teplota vodnej pary a teplota aspoň čiastočne kvapalného aminonitrilu sa volí tak, aby vzniknutá hmla mala takú teplotu, ktorá je rovnaká alebo vyššia ako rosný bod zmesi vody s aminonitrilom, pri ktorom sa hmla vytvára. Je zrejmé, že rosný bod závisí od pomeru vody k aminonitrilu a môže sa pre zvolený pomer ľahko stanoviť.

Pri atmosférickom tlaku je napríklad rosný bod 180°C pre zmes vody so 6-aminokapronitrilom (ACN) s pomerom 4, 110°C pri molárnom pomere vody k ACN rovnom 56, 210°C pri pomere vody k ACN rovnom 1 a 230°C pre čistý ACN.

Uvedené odparovanie v podobe hmly pomocou kontaktu plynu s kvapkami kvapaliny môže byť jednostupňové alebo viacstupňové. Ak je odparovanie jednostupňové, sú teploty aminonitrilu a vodnej pary také, že odparovanie kvapaliny môže byť úplné

je odparovanie viacstupňové, na teplotu 230°C, sa rozdeľuje dávok, tri alebo štyri; prvá dávka s prehriatou vodnou parou, napríklad pri tak, aby sa všetka kvapalina odparila,

BBB alebo čiastočné. Keď prúd aminonitrilu, napríklad kvapaliny 300°C, a na sa to predhriaty väčší počet zmieša pričom sa teplota zmesi v dôsledku odparovania súčasne znižuje na teplotu okolo rosného bodu. Zmes vo forme pary sa potom prehreje, napríklad na teplotu 300°C, a potom sa znova zmieša s druhou dávkou kvapaliny, ktorá sa hneď odparí; postup sa opakuje toľkokrát, koľkokrát je to potrebné, aby sa odparila všetka kvapalina. Pri tomto procese sa tvorí hmla kvapaliny v každom stupni rozprašovacími tryskami, čím sa následne získa taký objem zmesi, ktorý stačí na zaistenie úplného odparenia kvapaliny.

Výhodne sa môže zvoliť taký systém odparovania aminonitrilu, aby čas zotrvania kvapalného aminonitrilu v tomto systéme, vrátane predhrievania aminonitrilu, bol kratší alebo rovný jednej minúte, výhodne kratší alebo rovný 5 sekundám.

Nasledujúce príklady uskutočnenia ilustrujú tento vynález.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

200 g/h 6-aminokapronitrilu (ACN), predhriatych na teplotu 230°C a 129 g/h vodnej pary s teplotou 300°C, sa rozprašuje tryskou s priemerom 1 mm. Takto vzniknutá hmla sa odparuje a pred tým, ako sa privedie do reaktora na hydrolýzu, ktorý obsahuje 162 g oxidu hlinitého a ktorý sa udržiava pri teplote 300°C, sa hmla prehreje na teplotu 300°C pomocou výmenníka.

Po viac ako 400 hodinovej prevádzke sa nepozorovalo ani znečistenie reaktora ani úbytok katalytickej aktivity (merané stupňom konverzie ACN pri konštantnom podiele prúdenia, rovnom 99%) .

Porovnávací test 1 ·· ·· ·· ·· ·· ···· · · · 9 99

9 9 9 9 9 9 99

9 999 9999999

9 9 9 9 9 99

99 99 999999 ·

• ···

329 g/h zmesi ACN/voda, obsahujúcej 61% hmotn. ACN, sa privádza do 200 ml odparovača ohriateho na teplotu 300°C. Plynná zmes, ktorá vystupuje z odparovača, sa privádza do reaktora hydrolýzy, ktorý obsahuje 162 g oxidu hlinitého a ktorý sa udržiava pri teplote 300°C.

Test sa skonči po 172 h prevádzky. V priebehu tohto času sa podiel konverzie ACN znížil z 99% na 95%. Po rozmontovaní aparatúry je možné zistiť prítomnosť pevnej látky (nylonu 6) vo vnútri odparovača a pri vstupe do reaktora hydrolýzy (25% výšky obsahu tohto reaktora stuhlo).

Claims (8)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob odparovania aminonitrilu a vody, vyznačuj ú c i sa t ý m, že sa voda vo forme pary používa ako nosný plyn na odparovanie.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že • sa vodná para používa pri teplote od 120 do 600°C a výhodne od 200 do 550°C.

3. Spôsob podlá niektorého z nárokov la 2, vyznačujúci sa t ý m, že aminonitril sa používa pri teplote od 20 do 300°C a výhodne od 100 do 250°C.

4. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa t ý m, že sa získaná zmes aminonitrilu s vodnou parou rýchlo privádza vo výmenníku tepla na teplotu, pri ktorej je odparovanie zmesi úplné.

5. Spôsob podľa niektorého z nárokov laž 4, vyznačujúci sa t ý m, že sa získaná zmes aminonitrilu s vodnou parou privádza na teplotu reakcie aminonitrilu s vodou, výhodne na teplotu od 200 do 450°C a výhodnejšie od 250 do 400°C.

6. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že aminonitril je lineárny alebo rozvetvený alifatický aminonitril, ktorý má 3 až 12 atómov uhlíka.

7. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa t ý m, že aminonitril je výsledkom hydrogenácie jednej z dvoch nitrilových funkcií dinitrilu, vybraného zo skupiny zahŕňajúcej adiponitril, metylglutaronitril, etylsukcinonitril, dimetylsukcinonitril, malononitril, sukcinonitril, glutaronitril • Φ ·· ·· φφ ·· · • · · e φφφφ φ φ ·· ·Φ·Φ · · · · · ♦ φ · φφφ φφφ φφφφ · φφ φφφφ φφφ φφ φφ φφ φφφφ ·φ φφφ a dodekándinitril, a výhodne to je 6-aminokapronitril, na primárnu aminoskupinu.

8. Spôsob podlá niektorého z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že sa odparovanie aminonitrilu uskutočňuje za absolútneho tlaku od 0,01 do 0,3 MPa.

9. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa t ý m, že sa uskutočňuje systémom bez retencie kvapaliny.

10. Spôsob podľa sa používa jedna nároku 9, vyznačujúci z nasledujúcich technológií:

sa t ý m, že odparovanie zahrievanom aminonitrilu, ktorý je vo povrchu, v odparovači so forme filmu na stekajúcim filmom kvapaliny;

odparovanie v prehriatej aspoň čiastočne vodnej pare.

kvapalnej hmly aminonitrilu

11. Spôsob podľa nároku 10, v y že sa distribúcia aminonitrilu na úci sa tým, rúrky odparovača so stekajúcim filmom kvapaliny uskutočňuje:

dodávaním aspoň rúrkovnicu, potom čiastočne distribúciou kvapalného aminonitrilu na tohto aminonitrilu do každej rúrky, distribúciou aspoň rúrky jeho rozprašovaním na hmlu čiastočne kvapalného aminonitrilu nad rúrkovnicou.

do každej

12. Spôsob podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že odparovanie aspoň čiastočne kvapalnej hmly aminonitrilu v prehriatej vodnej pare je jednostupňové alebo viacstupňové.

13. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, sa volí taký systém odparovania

888 • e ·· « · · · • · · ·

8 · ··· 8

8 8 8

88 88 • 8 88

88 8 8 •· 8

88 8 8

8 88 •8 8888 • 8 •· aminonitrilu, aby čas zotrvania kvapalného aminonitrilu v tomto systéme bol kratší alebo rovný jednej minúte, výhodne kratší alebo rovný 5 sekundám.