СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD OF EXTRACTING ACRYLIC ACID

Изобретение относится к технологии получения акриловой кислоты газофазным каталитическим окислением пропилена и/или акролеина, а именно к стадии выделения акриловой кислоты из водного раствора, образующегося при абсорбции водой газообразных продуктов окисления.
Такие водные растворы, кроме акриловой кислоты, содержат ряд водорастворимых побочных продуктов, основную часть которых составляет уксусная кислота (до 8,0%), небольшое количество формальдегида и высококипящих примесей. В процессе выделения акриловой кислоты побочные продукты вызывают нежелательную полимеризацию акриловой кислоты в технологическом оборудовании, а также попадают в целевой продукт в качестве примесей. К чистоте целевой акриловой кислоты предъявляются высокие требования, особенно при получении полимерных продуктов, поэтому актуальной задачей является разработка способа выделения акриловой кислоты с высокой степенью чистоты при отсутствии полимеризации кислоты в технологическом оборудовании.
Известен способ выделения акриловой кислоты, включающий экстракцию акриловой кислоты растворителем из ее водного раствора, содержащего указанные примеси, дистилляцию экстракта с подачей растворителя в виде флегмы при пониженном давлении с азеотропной отгонкой воды и растворителя и выделением кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, последующую дистилляцию выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, с подачей флегмы при пониженном давлении с отгонкой дистиллята, содержащего уксусную и акриловую кислоты, и выделением целевой акриловой кислоты (Making Acrylic Acid Via Air Oxidation of Propylene, Chemical Engineering, vol.76, No.15, July 14, 1969, pp.78-80).
Недостаток описанного способа заключается в том, что для выделения акриловой кислоты с требуемой степенью чистоты на стадии дистилляции выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, дистилляционная колонна должна содержать большое количество тарелок. Это способствует полимеризации кислоты в колонне, что затрудняет проведение непрерывного процесса и приводит к снижению выхода акриловой кислоты. Так, в описании к патенту (US 3798264, С07С 57/04, 1974, стр.2, строки 60-67) указано, что при выделении акриловой кислоты вышеописанным способом экспериментально было найдено, что когда концентрация акриловой кислоты в отгоняемом дистилляте, содержащем уксусную и акриловую кислоты, достигает 5%, акриловая кислота начинает полимеризоваться в верхней части колонны. Это приводит к необходимости остановки процесса каждые 4-5 дней.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный способ выделения акриловой кислоты, включающий экстракцию акриловой кислоты растворителем из ее водного раствора, содержащего уксусную кислоту, формальдегид и высококипящие примеси, дистилляцию экстракта, содержащего акриловую кислоту, растворитель, воду и уксусную кислоту, с подачей растворителя в виде флегмы при пониженном давлении с азеотропной отгонкой воды и растворителя и выделением кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, последующую дистилляцию выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, с подачей флегмы при пониженном давлении в присутствии ингибитора полимеризации, например гидрохинона, причем ингибитор полимеризации используют в твердом виде, с выделением целевой акриловой кислоты и отгонкой дистиллята, содержащего уксусную кислоту и 10-70% акриловой кислоты, который рециркулируют на стадию экстракции и конденсации реакционных газов (US 3798264, С07С 57/04, 1974).
Акриловая кислота, выделенная вышеописанным способом, содержит достаточно большое количество уксусной кислоты (до 0,1%), что не позволяет использовать ее для получения эфиров и полимерных продуктов без дополнительной очистки.
Применение на стадии дистилляции выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, приема отгонки дистиллята, содержащего уксусную кислоту и 10-70% акриловой кислоты, позволяет замедлить процесс полимеризации акриловой кислоты в колонне дистилляции, что дает возможность продолжить процесс выделения акриловой кислоты после одного месяца непрерывной работы колонны дистилляции. При этом для устранения потерь акриловой кислоты отогнанный дистиллят, содержащий уксусную кислоту и 10-70% акриловой кислоты, необходимо рециркулировать на стадию экстракции и конденсации реакционных газов. Поэтому полностью устранить процесс полимеризации акриловой кислоты в колонне дистилляции невозможно, так как в цикл постоянно возвращают дистиллят, содержащий примеси, вызывающие полимеризацию акриловой кислоты. Большой возврат акриловой кислоты в начало процесса выделения акриловой кислоты снижает производительность оборудования и увеличивает энергозатраты. В патенте указано, что извлечь акриловую кислоту из отогнанного дистиллята, содержащего уксусную и акриловую кислоты, путем дополнительной его дистилляции при пониженном давлении и вернуть акриловую кислоту в цикл не удалось из-за полимеризации акриловой кислоты в колонне дистилляции (US 3798264, стр.2, строки 70-73, и стр.3, строки 1-4).
Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является повышение чистоты выделенной акриловой кислоты и устранение полимеризации акриловой кислоты в технологическом оборудовании.
Для достижения технического результата предложен способ выделения акриловой кислоты, включающий экстракцию акриловой кислоты растворителем из ее водного раствора, содержащего уксусную кислоту, формальдегид и высококипящие примеси, дистилляцию экстракта, содержащего акриловую кислоту, растворитель, воду и уксусную кислоту, с подачей растворителя в виде флегмы при пониженном давлении с азеотропной отгонкой воды и растворителя и выделением кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, последующую дистилляцию выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, с подачей флегмы при пониженном давлении в присутствии ингибитора полимеризации с выделением целевой акриловой кислоты и отгонкой дистиллята, содержащего уксусную и акриловую кислоты, отличающийся тем, что дистилляцию экстракта, содержащего акриловую кислоту, растворитель, воду и уксусную кислоту, осуществляют с дополнительной подачей воды, на стадии дистилляции выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, ингибитор полимеризации используют в виде водного раствора, а отогнанный дистиллят, содержащий уксусную и акриловую кислоты, подвергают дистилляции при пониженном давлении в присутствии ингибитора полимеризации с выделением акриловой кислоты и возвратом ее на стадию дистилляции выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты.
В предложенном способе используют новую совокупность приемов - проведение дистилляции экстракта, содержащего акриловую кислоту, растворитель, воду и уксусную кислоту, с дополнительной подачей воды и использование на стадии дистилляции выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, ингибитора полимеризации в виде водного раствора, что позволяет осуществить выделение акриловой кислоты с эффективным удалением воды, растворителя, уксусной кислоты и примесей, вызывающих полимеризацию акриловой кислоты в колоннах дистилляции, и получить акриловую кислоту с высокой степенью чистоты (количество уксусной кислотой вместе с низкокипящими примесями составляет менее 0,02%). Такую кислоту можно использовать для получения полимерных продуктов и эфиров. Кроме того, в предложенном способе практически полностью устраняется полимеризация акриловой кислоты в колоннах дистилляции. Это дает возможность длительное время проводить выделение акриловой кислоты без остановки процесса (после шести месяцев работы колонн их внутренний осмотр показал отсутствие полимера), а также осуществить извлечение акриловой кислоты из отогнанного дистиллята, содержащего уксусную и акриловую кислоты, путем его дополнительной дистилляции при пониженном давлении и возврат акриловой кислоты в цикл. Выход акриловой кислоты повышается до 99,6%.
Пример 3 (для сравнения) показывает, что осуществление способа выделения акриловой кислоты без дополнительной подачи воды на стадии дистилляции экстракта акриловой кислоты и с использованием безводного ингибитора полимеризации на стадии дистилляции выделенной кубовой жидкости, содержащей акриловую и уксусную кислоты, приводит к получению целевой акриловой кислоты, содержащей большое количество примесей, и появлению полимера в дистилляционной колонне после 1,5 месяцев работы колонны.
На приведенном чертеже изображена схема выделения акриловой кислоты. Предложенный способ реализуется следующим образом. Водный раствор акриловой кислоты, полученный абсорбцией реакционных газов каталитического гетерогенного окисления пропилена и содержащий в качестве побочных продуктов уксусную кислоту, формальдегид и высококипящие примеси, по трубопроводу 1 подают в колонну экстракции 2. В эту же колонну по трубопроводу 3 подают экстрагирующий растворитель. Часть примесей в процессе экстракции переходит в водный слой, который удаляют из колонны 2 и по трубопроводу 4 направляют в колонну ректификации 5 для извлечения растворителя. Полученный экстракт, содержащий акриловую кислоту, растворитель, воду и некоторое количество вышеуказанных примесей, по трубопроводу 6 направляют в колонну ректификации 7 для отделения растворителя и воды в виде азеотропа. Азеотроп отводят по трубопроводу 8 в конденсатор (на схеме не показан), откуда в виде жидкой фазы подают в сборник-сепаратор 9, где растворитель и вода разделяются на две фазы. Часть растворителя из сборника-сепаратора 9 по трубопроводу 10 возвращают в верхнюю часть колонны ректификации 7 в виде флегмы, а другую часть по трубопроводу 3 направляют в колонну экстракции 2. В верхнюю часть колонны ректификации 7 по трубопроводу 11 дополнительно вводят воду для практически полного отделения акриловой кислоты от растворителя и воды. Отделившуюся в сборнике-сепараторе 9 воду, содержащую весь формальдегид, поступивший с экстрактом акриловой кислоты, по трубопроводу 12 подают в колонну ректификации 5 для извлечения остаточного растворителя. Отогнанный в колонне 5 растворитель после конденсации по трубопроводу 13 направляют в сборник-сепаратор 9, а воду, загрязненную различными примесями, по трубопроводу 14 направляют в узел утилизации сточных вод. Кубовую жидкость, содержащую акриловую кислоту, уксусную кислоту и низкокипящие примеси, выходящую из куба колонны 7, по трубопроводу 15 подают в колонну ректификации 16 для отделения уксусной кислоты и низкокипящих примесей. В верхнюю часть колонны 16 подают водный раствор ингибитора полимеризации. Уксусная кислота и низкокипящие примеси практически полностью отделяются от акриловой кислоты. Дистиллят, содержащий уксусную и акриловую кислоты, выходящий из колонны 16, по трубопроводу 17 направляют в колонну ректификации 18 для отделения акриловой кислоты. Акриловую кислоту из куба колонны 18 по трубопроводу 19 возвращают в колонну ректификации 16. Дистиллят, выходящий из колонны 18, по трубопроводу 20 направляют на утилизацию. Целевую акриловую кислоту выводят из куба колонны 16 по трубопроводу 21.
При необходимости выделенную акриловую кислоту можно очистить от высококипящих примесей сразу на дополнительной колонне ректификации либо в процессе получения полимеров или эфиров.
Ниже приведены конкретные примеры осуществления предложенного способа.
Пример 1.
Выделение акриловой кислоты осуществляют по приведенной схеме. 6,4 кг/ч водного раствора акриловой кислоты, полученного абсорбцией водой реакционных газов каталитического гетерогенного окисления пропилена и содержащего акриловую кислоту, уксусную кислоту, формальдегид и высококипящие примеси, по трубопроводу 1 подают в колонну экстракции 2. В эту же колонну по трубопроводу 3 подают 4,615 кг/ч изобутилацетата в качестве экстрагирующего агента. Проводят экстрагирование и получают водный слой, содержащий (мас.%): акриловая кислота 0,4, уксусная кислота 0,6, изобутилацетат 0,5, и экстракт, содержащий (мас.%): акриловая кислота 35, изобутилацетат 50, вода 13, уксусная кислота 0,9, формальдегид 0,02, низкокипящие примеси 0,08, высококипящие примеси 0,1. Часть примесей в процессе экстракции переходит в водный слой, который удаляют из колонны 2 и по трубопроводу 4 направляют в колонну ректификации 5 для извлечения изобутилацетата.
Полученный экстракт в количестве 9,2 кг/ч по трубопроводу 6 направляют в колонну ректификации 7 для отделения изобутилацетата и воды в виде азеотропа. Давление в верхней части колонны составляет 110 мм рт.ст., температура 42°С, температура в кубе 96°С. Азеотроп по трубопроводу 8 отводят в конденсатор, откуда в виде жидкой фазы подают в сборник-сепаратор 9, где изобутилацетат и вода разделяются на две фазы. Одну часть изобутилацетата в количестве 3,4 кг/ч из сборника-сепаратора 9 по трубопроводу 10 возвращают в верхнюю часть колонны ректификации 7 в виде флегмы, а другую часть по трубопроводу 3 направляют в колонну экстракции 2. Во флегму по трубопроводу 11 подают 0,8 кг/ч воды. Отделившуюся в сборнике-сепараторе 9 воду, содержащую 0,1 мас.% формальдегида, в количестве 2 кг/ч по трубопроводу 12 направляют на смешение с водным слоем, выходящим из колонны ректификации 2, и смешанный поток подают в колонну ректификации 5 для извлечения остаточного изобутилацетата.
Из верхней части колонны 5 отгоняют изобутилацетат вместе с водой и после конденсации по трубопроводу 13 направляют в сборник-сепаратор 9, а из нижней части колонны 5 выводят воду с небольшим содержанием акриловой кислоты и примесей, таких как уксусная кислота и формальдегид, и по трубопроводу 14 направляют в узел утилизации сточных вод. Содержание формальдегида в утилизируемой воде в течение всего времени работы колонны 7 остается постоянным, что говорит об эффективном выводе из процесса данного вещества.
Из нижней части колонны (7) выводят кубовую жидкость, содержащую (мас.%): акриловая кислота 97,003, уксусная кислота 2,5, формальдегид 0, низкокипящие примеси 0,22, высококипящие примеси 0,277, изобутилацетат и вода - следы. Кубовую жидкость по трубопроводу 15 подают в колонну ректификации 16 для отделения уксусной кислоты и низкокипящих примесей. Давление в верхней части колонны составляет 35 мм рт.ст., температура 60°С, температура в кубе 82°С. В верхнюю часть колонны 16 подают водный раствор гидрохинона в качестве ингибитора полимеризации. Водный раствор гидрохинона готовят в отдельном аппарате путем растворения твердого гидрохинона в горячей воде. Для лучшего транспортирования водного раствора гидрохинона по трубопроводу при его дозировке в колонну из полученного водного раствора гидрохинона готовят раствор в акриловой кислоте с содержанием 5,6% воды. Полученный раствор подают в верхнюю часть колонны 16 из расчета 1,1 г гидрохинона на 1 кг акриловой кислоты, содержащейся в подаваемой кубовой жидкости. Дистиллят, выходящий из колонны 16 и содержащий (мас.%): акриловая кислота 73,12, уксусная кислота 25, низкокипящие примеси 1,88, по трубопроводу 17 направляют в колонну ректификации 18 для отделения акриловой кислоты. Давление в верхней части колонны составляет 35 мм рт.ст., температура 38°С, температура в кубе 80°С. Акриловую кислоту из куба колонны 18, содержащую (мас.%): вода 0,1, уксусная кислота 6, низкокипящие примеси менее 0,1, в количестве 0,307 кг/ч по трубопроводу 19 возвращают в колонну ректификации 16. Дистиллят, выходящий из колонны 18 и содержащий (мас.%): уксусная кислота 80,95, акриловая кислота 2,0, низкокипящие примеси 7,25 и вода 9,8, по трубопроводу 20 направляют на утилизацию. В верхнюю часть колонны 18 дозируют раствор гидрохинона в акриловой кислоте с содержанием 5,6% воды из расчета 1,1 г гидрохинона на 1 кг акриловой кислоты, содержащейся в подаваемом дистилляте. Целевую акриловую кислоту выводят из куба колонны 16 по трубопроводу 21 в количестве 3,228 кг/ч. Акриловая кислота содержит (мас.%): уксусная кислота 0,015, низкокипящие примеси 0,003, высококипящие примеси 0,285 и вода - следы. Выход акриловой кислоты составляет 99,57%.
После шести месяцев работы колонн их внутренний осмотр показал отсутствие полимера.
Пример 2.
Выделение акриловой кислоты проводят по примеру 1 со следующими отличиями. В качестве растворителя используют н-бутилацетат.Экстракт имеет следующий состав (мас.%): акриловая кислота 32, н-бутилацетат 55, вода 10,8, уксусная кислота 1,1, формальдегид 0,02, низкокипящие примеси 0,08, высококипящие примеси 0,1. Колонна ректификации 7 работает при давлении в верхней части колонны, равном 90 мм рт.ст., и температуре 45°С, температуре в кубе 98°С. н-Бутилацетат в количестве 3,4 кг/ч из сборника-сепаратора 9 по трубопроводу 10 возвращают в верхнюю часть колонны ректификации 7 в виде флегмы, а другую часть по трубопроводу 3 направляют в колонну экстракции 2. Во флегму по трубопроводу 11 подают 1,2 кг/ч воды.
Из нижней части колонны (7) выводят кубовую жидкость, содержащую (мас.%): акриловая кислота 96,735, уксусная кислота 2,8, формальдегид 0, низкокипящие примеси 0,2, высоко кипящие примеси 0,265, н-бутилацетат и вода - следы. Раствор гидрохинона подают в верхнюю часть колонны 16 из расчета 1,3 г гидрохинона на 1 кг акриловой кислоты, содержащейся в подаваемой кубовой жидкости. В верхнюю часть колонны 18 дозируют раствор гидрохинона в акриловой кислоте, не содержащий воду, из расчета 1,3 г гидрохинона на 1 кг акриловой кислоты, содержащейся в подаваемом дистилляте. Целевая акриловая кислота содержит (мас.%): уксусная кислота 0,014, низкокипящие примеси 0,004, высококипящие примеси 0,285 и вода - следы. Выход акриловой кислоты составляет 99,58%.
После шести месяцев работы колонн их внутренний осмотр показал отсутствие полимера.
Пример 3 (для сравнения).
Выделение акриловой кислоты проводят по примеру 1 со следующими отличиями. Колонна ректификации 7 работает при давлении в верхней части колонны, равном 110 мм рт.ст., и температуре 57°С, температуре в кубе 92°С. Дистилляцию экстракта акриловой кислоты в колонне 7 осуществляют без дополнительной подачи воды. В верхнюю часть колонны 16 и 18 подают раствор гидрохинона в акриловой кислоте без содержания воды.
Из нижней части колонны (7) выводят кубовую жидкость, содержащую (мас.%): акриловая кислота 93,74, уксусная кислота 2,6, формальдегид 0,08, низкокипящие примеси 0,2, высококипящие примеси 0,28, изобутилацетат 3 и вода 0,1. Целевая акриловая кислота содержит (мас.%): уксусная кислота 0,11, низкокипящие примеси 0,08, высококипящие примеси 0,28 и вода - следы. Выход акриловой кислоты составляет 99,1%.
Отделившаяся в сборнике-сепараторе 9 вода в течение всего времени работы колонны 7 содержит не более 0,05% формальдегида, что говорит о накоплении его в колонне 7. В течение первого месяца работы колонны 7 в ее средней части наблюдается изменение температуры, содержание изобутилацетата в акриловой кислоте, выходящей из нижней части колонны, постепенно увеличивается до 10%, что говорит об ухудшения разделительной способности колонны. После работы колонны более 1,5 месяцев температура в кубовой части колонны поднимается выше 98°С, после чего колонну останавливают на чистку от полимера.