УСТРОЙСТВА И СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ДИСТИЛЛЯЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ, СОДЕКРЖАЩЕЙ ОДИН ИЛИ НЕСКОЛЬКО АЛКАНОЛАМИНОВ
DEVICE AND METHOD FOR CONTINUOUS SKIMMING SEPARATION OF MIX CONTAINING ONE OR SEVERAL ALKANOLAMINES

Настоящее изобретение относится к устройствам и способу непрерывного дистилляционного разделения смеси, содержащей один или несколько алканоламинов.
Дистилляционное разделение многокомпонентых смесей, например, в непрерывном режиме осуществляют разными методами. В наиболее простом случае подлежащую разделению (подаваемую на дистилляцию) смесь разделяют на две фракции: легкокипящую головную фракцию и высококипящую кубовую фракцию.
Для разделения подаваемых на дистилляцию смесей указанным методом более чем на две фракции требуется использование нескольких дистилляционных колонн. С целью сокращения затрат на оборудование для разделения многокомпонентных смесей по возможности используют колонны с боковым отбором жидких или парообразных фракций.
Однако возможность использования дистилляционных колонн с боковыми отборами сильно ограничена в связи с тем обстоятельством, что продукты, отбираемые в точках подобного отбора, никогда или почти всегда не бывают чистыми. В случае бокового отбора продуктов из укрепляющей секции дистилляционной колонны в соответствующем боковом погоне, который обычно является жидкостью, присутствуют фракции легкокипящих компонентов, которые подлежат выведению из верхней части колонны. В то же время в боковых погонах, отбираемых из отпарной секции дистилляционной колонны, которые чаще всего находятся в парообразном состоянии, присутствуют высококипящие фракции.
В связи с этим использование обычных дистилляционных колонн с боковыми отборами обычно ограничивается случаями, когда допустимым является отбор боковых погонов, содержащих примеси.
Указанный недостаток может быть устранен благодаря использованию колонн с перегородкой, с помощью которых можно получать боковые погоны, которые также отличаются высокой степенью чистоты (смотри, например, фиг.1). Колонны подобного типа описаны, например, в патентах США US 2471134 и US 4230533, европейских патентах ЕР 122367 А, ЕР 126288 А и ЕР 133510 А, а также в Chem. Eng. Technol. 10, (1987), cc.92-98, Chem. - lng. - Tech. 61, (1989), №1, cc.16-25, Gas Separation and Purification 4 (1990), cc.109-114, Process Engineering 2 (1993), cc.33-34, Trans IChemE 72 (1994), часть А, cc.639-644 и Chemical Engineering 7 (1997), 72-76.
В средней части подобных колонн расположена перегородка, верхний и нижний края которой находятся на уровне соответственно выше и ниже точки подачи и точки бокового отбора, и которая изолирует зону подачи (2, 4) от зоны отбора (3, 5), препятствуя поперечному перемешиванию жидкого и парового потоков в средней части колонны. Благодаря использованию колонн указанного типа сокращается общее количество дистилляционных колонн, необходимых для разделения многокомпонентных смесей. Подобно обычным дистилляционным колоннам с боковым отбором в случае колонн с перегородкой также можно использовать промежуточные испарители и промежуточные конденсаторы. Промежуточные конденсаторы предпочтительно помещают у верхнего края перегородки или в общей зоне 1 над перегородкой. Промежуточные испарители предпочтительно устанавливают у нижнего края перегородки или в общей зоне 6 под перегородкой.
Колонна с перегородкой может быть заменена также системой термически сочлененных дистилляционных колонн, которая характеризуется энергопотреблением, аналогичным колонне с перегородкой. Термически сочлененные дистилляционные колонны, которые могут обладать варьируемым конструктивным исполнением, также описаны в цитированной выше специальной литературе. Отдельные колонны указанной системы также могут быть укомплектованы испарителями и конденсаторами. В подобном случае указанная система эквивалентна колонне с перегородкой, оснащенной промежуточным испарителем и промежуточным конденсатором. Особым преимуществом системы сочлененных дистилляционных колонн является возможность эксплуатации входящих в ее состав отдельных колонн при разных давлениях. Благодаря этому можно предотвращать возникновение слишком высоких температурных пиков и оптимальным образом приводить рабочие температуры в соответствие с используемыми нагревающими и охлаждающими средами. В свою очередь, это способствует оптимальной организации энергопотребления.
В особом варианте конструктивного исполнения колонн с перегородкой и термически сочлененных дистилляционных колонн вместо одной боковой фракции можно отбирать также две чистые боковые фракции. При этом зона отбора (3, 5) расширяется вследствие появления промежуточной зоны 7 (фиг.1а). Кроме того, в зонах 1, 3, 7, 5 и 6 или между зонами 1 и 3, а также между зонами 5 и 6 могут быть предусмотрены дополнительные боковые отборы, однако, отбираемые в соответствующих точках фракции, не обладают достаточно полной чистотой.
В соответствии с другим вариантом конструктивного исполнения используемых согласно изобретению колонн перегородка примыкает либо к верхней стороне дистилляционной колонны, либо к ее нижней стороне (фиг.1b). Подобная конструктивная форма эквивалентна системе, состоящей из основной колонны и соединенной с ней боковой колонны. Однако в случае использования подобной конструктивной формы не следует рассчитывать на достижение каких-либо преимуществ в отношении потребления энергии и капитальных затрат по сравнению с обычными системами дистилляционных колонн.
Использование колонн с перегородкой и термически сочлененных дистилляционных колонн позволяет достичь преимуществ в отношении потребления энергии и капитальных затрат по сравнению с системой обычных дистилляционных колонн.
Регулирование работы колонн с перегородкой и термически сочлененных колонн осуществляют в соответствии с варьируемой стратегией. Принципы регулирования указанных колонн описаны, в частности, в патенте США US 4230533, немецком патенте DE 3522234 C2, европейском патенте ЕР 780147 А, а также в Process Engineering 2 (1993), cc.33-34 и Ind. Eng. Chem. Res. 34 (1995), cc.2094-2103.
В основу настоящего изобретения была положена задача найти экономически улучшенный способ разделения смеси, содержащей один или несколько алканоламинов. Выделяемые при этом индивидуальные алканоламины, прежде всего моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, метилэтаноламин, метилдиэтаноламин, диметилэтаноламин, диэтилэтаноламин, моноизопропаноламин, диизопропаноламин и триизопропаноламин, должны обладать высокой чистотой и удовлетворять остальным требованиям соответствующих спецификаций, что прежде всего относится к их окраске.
В соответствии с этим был найден способ непрерывного дистилляционного разделения смеси, содержащей один или несколько алканоламинов, который отличается тем, что разделение осуществляют в одной или нескольких колоннах с перегородкой, причем алканоламин, соответственно алканоламины, отбирают в виде бокового погона, соответственно боковых погонов (боковой фракции/боковых фракций).
Алканоламин/алканоламины предпочтительно отбирают из продольно разделенных зон колонны/колонн с перегородкой в виде бокового погона/боковых погонов.
В других вариантах осуществления изобретения вместо одной колонны с перегородкой можно использовать две термически сочлененные (обычные) дистилляционные колонны.
Под подлежащими разделению алканоламинами предпочтительно подразумевают этаноламин/этаноламины или изопропаноламин/изопропаноламины, прежде всего моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, метилэтаноламин (N-метилэтаноламин), метилдиэтаноламин (N-метилдиэтаноламин), диметилэтаноламин (N,N-диметилэтаноламин), диэтилэтаноламин (N,N-диэтилэтаноламин), моноизопропаноламин, диизопропаноламин и/или триизопропаноламин.
Смеси указанных алканоламинов могут быть получены разными методами, описанными в специальной литературе. При этом исходный аммиак используют в молярном избытке по отношению к этиленоксиду или пропиленоксиду, составляющем, например, от 1 до 20. В случае использования исходного алкиламина, прежде всего алкиламина с 1-4 атомами углерода, его молярный избыток по отношению к этиленоксиду или пропиленоксиду составляет от 1 до 15. Смесь продуктов соответствующего синтеза, преимущественно содержащую при необходимости непревращенный аммиак, соответственно алкиламин, при необходимости воду, один или несколько алканоламинов и побочные продукты, сначала дросселируют и дегазируют, а затем путем дистилляции из нее частично или полностью удаляют соответственно аммиак и воду.
Обнаружено, что дополнительная дистилляционная переработка и очистка алканоламина или алканоламинов, направленная на достижение соответствующей требованиям спецификации чистоты этих продуктов, приводят к особенно благоприятным результатам в отношении качества в том случае, если подобную переработку осуществляют в одной или нескольких колоннах с перегородкой или термически сочлененных дистилляционных колоннах, из которых алканоламин/алканоламины отбирают в виде боковой фракции/боковых фракций. Подобная технология способствует также снижению капитальных затрат и энергопотребления.
Типичная колонна (ТК), подлежащая использованию в соответствии с предлагаемым в изобретении способом (смотри фиг.1), снабжена ориентированной в продольном направлении перегородкой (Т), образующей верхнюю общую зону (1), нижную общую зону (6), зону подачи (2, 4) с укрепляющей секцией (2) и отпарной секцией (4), а также зону отбора (3, 5) с укрепляющей секцией (5) и отпарной секцией (3), причем подлежащую разделению смесь подают в среднюю часть зоны подачи (2, 4), фракцию высококипящих компонентов (С) выводят из куба, фракцию легкокипящих компонентов(А) выводят из верхней части колонны и фракцию компонентов с промежуточной температурой кипения (В) в виде бокового погона выводят из средней части зоны отбора (3, 5).
Число теоретических ступеней колонны/колонн с перегородкой, используемой/используемых для осуществления предлагаемого в изобретении способа, предпочтительно составляет от 30 до 100, особенно от 50 до 90.
Содержащую алканоламин/алаканоламины смесь подвергают переработке в одной или нескольких колоннах с перегородкой, причем алканоламин/алканоламины отбирают в виде боковых погонов, степень чистоты которых предпочтительно составляет >98,0% масс., особенно s 99,0% масс.
Рабочее давление в указанной/указанных колонне/колоннах предпочтительно находится в интервале от 0,001 до 5 бар, особенно предпочтительно в интервале от 0,01 до 2 бар, еще более предпочтительно в интервале от 0,1 до 1,6 бар.
В соответствии с изобретением под рабочим давлением подразумевают абсолютное давление, измеряемое в верхней части колонны.
Разделение предпочтительно осуществляют в двух последовательно соединенных колоннах с перегородкой, причем поток, отбираемый из куба первой колонны с перегородкой, является питающим потоком для второй колонны с перегородкой.
Перед колонной/колоннами (ТК) с перегородкой предпочтительно устанавливают обычную дистилляционную колонну (К), из верхней части которой отбирают легкокипящие компоненты, в то время как выводимый из ее куба поток является потоком, подводимым к колонне с перегородкой, соответственно первой колонне с перегородкой.
В соответствии с предлагаемым в изобретении способом число теоретических ступеней в верхней общей зоне (1) прежде всего составляет от 5 до 50%, предпочтительно от 20 до 35%, в укрепляющей секции (2) зоны подачи (2, 4) от 5 до 50%, предпочтительно от 10 до 20%, в отпарной секции (4) зоны подачи (2, 4) от 5 до 50%, предпочтительно от 20 до 35%, в укрепляющей секции (3) зоны отбора (3, 5) от 5 до 50%, предпочтительно от 7 до 20%, в отпарной секции (5) зоны отбора (3, 5) от 5 до 50%, предпочтительно от 20 до 35%, и в общей нижней зоне (6) от 5 до 50 %, предпочтительно от 20 до 35%, от общего числа теоретических ступеней колонны (ТК) с перегородкой.
В колонне/колоннах (ТК) с перегородкой суммарное количество теоретических ступеней в секциях (2) и (4) зоны подачи (2, 4) предпочтительно составляет от 80 до 110%, предпочтительно от 90 до 100% от суммарного количества теоретических ступеней в секциях (3) и (5) зоны отбора (3, 5).
Предлагаемый в изобретении способ предпочтительно отличается тем, что точка подачи и точка бокового отбора находятся в колонне/колоннах с перегородкой, используемой/используемых для выделения алканоламина/алканоламинов, на разных уровнях, причем разность между соответствующими уровнями составляет от 1 до 20, прежде всего от 5 до 15 теоретических ступеней.
В случае если к чистоте выделяемых продуктов предъявляют особенно высокие требования, целесообразным является тепловое изолирование перегородки. Различные варианты конструктивного исполнения теплоизолированной перегородки приведены, например, в европейском патенте ЕР 640367 А. При этом особенно благоприятным является вариант конструктивного исполнения перегородки, в соответствии с которым она образована двумя стенками, между которыми находится узкое газовое пространство.
Предпочтительным является вариант, в соответствии с которым разделенная перегородкой (Т) зона колонны/колонн (ТК), включающая секции 2, 3, 4 и 5 или части указанных секций, заполнена упорядоченными насадками или насадочными телами, причем перегородка в местах расположения указанных секций предпочтительно обладает теплоизолированным конструктивным исполнением.
В соответствий с предлагаемым в изобретении способом алканоламин, соответственно алканоламины, отбирают в точке бокового отбора в жидком или газообразном состоянии.
Поток паров у нижнего края перегородки/перегородок (Т) путем выбора и/или назначения параметров разделительных внутренних устройств и/или путем встраивания создающих потери давления устройств, например, заслонок, предпочтительно устанавливают таким образом, чтобы отношение потока паров в зоне подачи к потоку паров в зоне отбора составляло от 0,8 до 1,2, особенно от 0,9 до 1,1.
Приводимые в настоящем описании параметры определенных потоков (например, потоков жидкостей и паров, а также кубовых потоков, питающих потоков, отбираемых боковых потоков) относятся к массе.
Жидкость, стекающую из верхней общей зоны (1) колонны/колонн с перегородкой, предпочтительно собирают в установленном внутри или вне колонны сборном резервуаре и целенаправленно, фиксированно или регулируемо разделяют у верхнего края перегородки (Т) таким образом, чтобы отношение потока жидкости, поступающего в зону подачи, к потоку жидкости, поступающему в зону отбора, составляло от 0,1 до 2,0, особенно от 0,1 до 1,0, например, от 0,25 до 0,8.
В соответствии с предлагаемым в изобретении способом жидкость к секции 2 зоны подачи предпочтительно перемещают насосом или подают благодаря статическому напору величиной по меньшей мере 1 метр при регулировании расхода, причем расход жидкости, подаваемой к секции 2 зоны подачи, устанавливают таким образом, чтобы он не опускался ниже 30% от соответствующего нормированного значения.
В соответствии с предлагаемым в изобретении способом жидкость, стекающую из секции 3 в зону отбора колонны с перегородкой, разделяют на боковой отбор и поступающую в секцию 5 жидкость предпочтительно путем регулирования, например, посредством системы управления производственным процессом, осуществляемого таким образом, чтобы расход поступающей в секцию 5 жидкости не опускался ниже 30% от соответствующего нормированного значения.
Кроме того, предпочтительным является обеспечение возможности непрерывного или периодического отбора жидких или газообразных проб соответственно у верхнего и нижнего краев перегородки (Т) колонны/колонн (ТК) с перегородкой с целью анализа их состава.
В случае разделения многокомпонентных смесей на легкокипящую фракцию, фракцию с промежуточной температурой кипения и высококипящую фракцию обычно ориентируются на спецификации, в которых регламентированы максимально допустимые содержания легкокипящих и высококипящих компонентов во фракции с промежуточной температурой кипения. В подобных спецификациях указывают либо содержание отдельных компонентов, критичных для процесса разделения (так называемых ключевых компонентов), либо суммарное содержание нескольких ключевых компонентов.
Требования спецификации в отношение содержания высококипящих компонентов во фракции с промежуточной температурой кипения предпочтительно выполняют путем регулирования разделения жидкости на соответствующие потоки, выполняемого у верхнего края перегородки. При этом соотношение между потоками разделяемой у верхнего края перегородки/перегородок (Т) жидкости устанавливают таким образом, чтобы концентрация ключевых компонентов высококипящей фракции в жидкости у верхнего края перегородки составляло от 5 до 75%, предпочтительно от 10 до 40% от соответствующей концентрации, которая должна быть достигнута в боковом погоне, причем жидкость разделяют на потоки таким образом, чтобы при более высоких содержаниях ключевых компонентов высококипящей фракции в зону подачи поступало больше жидкости, а при более низких содержаниях указанных компонентов в зону подачи поступало меньше жидкости.
Соответствующие требования спецификации в отношении содержания легкокипящих компонентов во фракции с промежуточной температурой кипения предпочтительно выполняют путем регулирирования теплопроизводительности испарителя. При этом теплопроизводительность испарителя соответствующей колонны с перегородкой устанавливают таким образом, чтобы концентрация ключевых компонентов легкокипящей фракции в жидкости у нижнего края перегородки/перегородок (Т) составляла от 10 до 99%, предпочтительно от 25 до 97,5% от соответствующего значения, которое должно быть достигнуто в боковом погоне, причем при более высоком содержании ключевых компонентов легкокипящей фракции теплопроизводительность повышают, а при более низком содержании указанных компонентов уменьшают.
Кроме того, благоприятным фактором, позволяющим компенсировать нарушения подачи или концентрации указанных выше компонентов, является обеспечение расхода поступающих в секции 2 и 5 (смотри фиг.1) жидкостей, не опускающегося ниже 30% от соответствующих нормированных значений, что достигается благодаря соответствующему регулированию, например, посредством системы управления производственным процессом.
Для отбора и деления жидкостей у верхнего края перегородки и в точке бокового отбора пригодны расположенные как внутри, так и вне колонны сборные резервуары для жидкости, которые выполняют функцию насосных сборников или обеспечивают достаточно высокий статический напор, позволяющий осуществлять дальнейшую регулируемую подачу жидкости посредством исполнительных органов, например, клапанов. В случае использования насадочных колонн жидкость сначала накапливают в сборниках, из которых она поступает в расположенный внутри или вне колонны сборный резервуар.
Предлагаемый в изобретении способ предпочтительно отличается тем, что отбор дистиллята из колонны с перегородкой регулируют в зависимости от температуры, точка измерения которой находится в секции 1 указанной колонны на расстоянии от ее верхней стороны, которому соответствует от 2 до 20, прежде всего от 4 до 15 теоретических ступеней.
Предлагаемый в изобретении способ предпочтительно отличается тем, что отбор кубового продукта из колонны с перегородкой регулируют в зависимости от температуры, точка измерения которой находится в нижнем объеме 6 указанной колонны на расстоянии от ее нижней стороны, которому соответствует от 2 до 20, прежде всего от 4 до 15 теоретических ступеней.
В другом особом варианте осуществления изобретения выполняют регулируемый по уровню отбор бокового продукта, причем в качестве параметра регулирования бокового отбора используют уровень жидкости в испарителе.
Предпочтительным является вариант конструктивного исполнения колонны, в соответствии с которым перегородка(-и) не вварена(-ы) внутрь колонны, а выполнен(-ы) в виде свободно вставляемого(-ых) и надлежащим образом уплотняемого(-ых) отдельного(-ых) сегмента(-ов).
Другой вариант предлагаемого в изобретении способа дистилляционной переработки алканоламина, соответственно алканоламинов, состоит в том, что вместо одной из указанных колонн с перегородкой, которые в случае создания нового производства следует считать предпочтительными в отношении капитальных затрат, используют комбинацию из двух (обычных) дистилляционных колонн в виде термического сочленения (термически сочлененные колонны, которые в отношении энергопотребления соответствуют колонне с перегородкой).
Указанный вариант предпочтительно благоприятен для использования в том случае, если колонны уже имеются в наличии на том или ином предприятии и/или если они подлежат эксплуатации при разных давлениях.
В зависимости от числа теоретических ступеней имеющихся в наличии колонн могут быть выбраны наиболее пригодные варианты их комбинирования.
Каждая из обеих термически сочлененных дистилляционных колонн предпочтительно снабжена собственным испарителем и собственным конденсатором.
Кроме того, обе термически сочлененные дистилляционные колонны предпочтительно эксплуатируют при разных давлениях, причем по соединяющим их линиям перекачивают только жидкости.
Таким образом, могут быть выбраны варианты сочленения дистилляционных колонн, которые допускают возможность перемещения между ними только жидких потоков. Преимущество подобных особых вариантов сочленения дистилляционных колонн состоит в возможности эксплуатации обеих колонн при разных давлениях, что, в свою очередь, позволяет обеспечить оптимальное соответствие температурного уровня имеющейся в распоряжении энергии нагрева и охлаждения.
Кубовый поток первой из двух термически сочлененных дистилляционных колонн предпочтительно частично или полностью испаряют в дополнительном испарителе и затем в двухфазном состоянии или в виде газообразного и жидкого потоков подают во вторую дистилляционную колонну.
В соответствии с предлагаемым в изобретении способом подводимый к колонне/колоннам поток предпочтительно частично или полностью испаряют и подают в колонну/колонны в двухфазном состоянии или в виде газообразного и жидкого потоков.
Колонны с перегородкой и термически сочлененные колонны могут быть конструктивно выполнены в виде насадочных колонн с насадочными телами или упорядоченными насадками, а также в виде тарельчатых колонн.
2
3
2
3
В случае предлагаемой в изобретении дистилляции, целью которой является получение чистого/чистых алканоламина/алканоламинов, и которую предпочтительно осуществляют в вакууме, рекомендуется использовать насадочные колонны. При этом особенно пригодными являются упорядоченные насадки из листовой стали с удельной поверхностью, находящейся в интервале от 100 до 500 м/м, предпочтительно от 250 до 350 м/м.
Особый вариант осуществления изобретения относится к способу разделения смеси, содержащей моноэтаноламин, диэтаноламин и триэтаноламин, в соответствии с которым в продольно разделенной зоне первой колонны (ТК 1) с перегородкой в виде бокового погона выделяют диэтаноламин, в верхней зоне (1) в виде бокового погона выделяют моноэтаноламин, а из куба отбирают смесь, содержащую диэтаноламин и триэтаноламин, которую подвергают дальнейшей переработке во второй колонне (ТК 2) с перегородкой, из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают триэтаноламин (смотри фиг.2).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к способу разделения смеси, содержащей диметилэтаноламин, в соответствии с которым в верхней части обычной дистилляционной колонны (К 1) выделяют смесь, содержащую диметилэтаноламин и легкокипящие компоненты, а из куба отбирают смесь, содержащую диметилэтаноламин, которую подвергают дальнейшей переработке в колонне (ТК 2) с перегородкой, из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают диметилэтаноламин (смотри фиг.3).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к способу разделения смеси, содержащей диэтилэтаноламин, в соответствии с которым в верхней части обычной дистилляционной колонны (К 1) выделяют легкокипящие компоненты, а из куба отбирают смесь, содержащую диэтилэтаноламин, которую подвергают дальнейшей переработке в колонне (ТК 2) с перегородкой, из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают диэтилэтаноламин (смотри фиг.4).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к способу разделения смеси, содержащей метилдиэтаноламин, в соответствии с которым в верхней части обычной дистилляционной колонны (К 1) выделяют легкокипящие компоненты, а из куба отбирают смесь, содержащую метилдиэтаноламин, которую подвергают дальнейшей переработке в колонне (ТК 2) с перегородкой, из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают метилдиэтаноламин (смотри фиг.7).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к способу разделения смеси, содержащей моноизопропаноламин, диизопропаноламин и триизопропаноламин, в соответствии с которым в верхней части обычной дистилляционной колонны (К 1) выделяют легкокипящие компоненты, а из куба отбирают смесь, содержащую изопропаноламины, которую подвергают дальнейшей переработке в первой колонне с перегородкой (ТК 2), из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают моноизопропаноламин, а из куба смесь, содержащую диизопропаноламин и триизопропаноламин, которую подвергают дальнейшей переработке во второй колонне с перегородкой (ТК 3), из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают диизопропаноламин, а из куба триизопропаноламин (смотри фиг.5).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к способу разделения смеси, содержащей метилэтаноламин и метилдиэтаноламин, в соответствии с которым в верхней части обычной дистилляционной колонны (К 1) выделяют легкокипящие компоненты, а из куба отбирают смесь, содержащую этаноламины, которую подвергают дальнейшей переработке в первой колонне с перегородкой (ТК 2), из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают метилэтаноламин, а из куба смесь, содержащую метилдиэтаноламин, которую подвергают дальнейшей переработке во второй колонне с перегородкой (ТК 3), из продольно разделенной зоны которой в виде бокового погона отбирают метилдиэтаноламин (смотри фиг.6).
Объектами настоящего изобретения являются также устройства для непрерывного дистилляционного разделения содержащей один или несколько алканоламинов смеси, отличающиеся соответствующим конструктивным исполнением, а также указанная выше комбинация колонн, прежде всего описанная в приведенных ниже примерах.
Особый вариант осуществления изобретения относится к устройству, пригодному для разделения смеси, содержащей моноэтаноламин, диэтаноламин и триэтаноламин, включающему первую колонну (ТК 1) с перегородкой, которая снабжена подводящей линией к продольно разделенной зоне, боковым отбором для диэтаноламина в продольно разделенной зоне, боковым отбором для моноэтаноламина в верхней зоне (1), отбором для кубового продукта, отбором в верхней части и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону второй колонны (ТК 2) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для триэтаноламина в продольно разделенной зоне, отбором для кубового продукта и отбором в верхней части, предпочтительно соединенным с подводящей линией к первой колонне (ТК 1) с перегородкой (смотри фиг.2).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к устройству, пригодному для разделения смеси, содержащей диметилэтаноламин, включающему обычную дистилляционную колонну (К 1), которая снабжена подводящей линией к средней части, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с диметиламином, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 2) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для диметилэтаноламина в продольно разделенной зоны, отбором для кубового продукта и отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с диметиламином (смотри фиг.3).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к устройству, пригодному для разделения смеси, содержащей диэтилэтаноламин, включающему обычную дистилляционную колонну (К 1), которая снабжена подводящей линией к средней части, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с диэтиламином, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 2) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для диэтилэтаноламина в продольно разделенной зоне, отбором для кубового продукта и отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с диэтиламином (смотри фиг.4).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к устройству, пригодному для разделения смеси, содержащей метилдиэтаноламин, включающему обычную дистилляционную колонну (К 1), которая снабжена подводящей линией к средней части, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с метиламином, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 2) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для метилдиэтаноламина в продольно разделенной зоне, отбором для кубового продукта и отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с метиламином (смотри фиг.7).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к устройству, пригодному для разделения смеси, содержащей моноизопропаноламин, диизопропаноламин и триизопропаноламин, включающему обычную дистилляционную колонну (К 1), которая снабжена подводящей линией к средней части, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия пропиленоксида с аммиаком, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 2) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для моноизопропаноламина в продольно разделенной зоне, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия пропиленоксида с аммиаком, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 3) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для смеси симметричного диизопропаноламина с асимметричным диизопропаноламином в продольно разделенной зоне, боковым отбором для симметричного диизопропаноламина в верхней зоне (1), отбором в верхней части и отбором для триизопропаноламина в кубе (смотри фиг.5).
Другой особый вариант осуществления изобретения относится к устройству, пригодному для разделения смеси, содержащей метилэтаноламин и метилдиэтаноламин, включающему обычную дистилляционную колонну (К 1), которая снабжена подводящей линией к средней части, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с метиламином, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 2) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для метилэтаноламина в продольно разделенной зоне, отбором в верхней части предпочтительно для рециркуляции на стадию взаимодействия этиленоксида с метиламином, отбором для кубового продукта и линией подачи кубового продукта в продольно разделенную зону колонны (ТК 3) с перегородкой, которая снабжена боковым отбором для метилдиэтаноламина в продольно разделенной зоне, отбором в верхней части и отбором для кубового продукта (смотри фиг.6).
Примеры
АРНА-измерения выполняют согласно DIN ISO 6271.
Влагосодержание определяют стандартным методом титрования по Карлу Фишеру.
Степень чистоты алканоламинов определяют методом газовой хроматографии после их предварительного превращения в соответствующие производные посредством взаимодействия с трифторуксусным ангидридом:
изопропиламин: колонка СР SIL 8 СВ - 25 м - 0,32 мм - 5 мкм FD,
метилэтаноламин, метилдиэтаноламин: колонка СР SIL 8 СВ - 25 м - 0,32 мм - 5 мкм FD,
диметилэтаноламин: колонки Permabond CW 20 м - 30 м - 0,25 мм - 0,25 мкм и СР SIL 8 СВ - 50 м - 0,32 мм - 5 мкм FD,
диэтилэтаноламин: колонка СР SIL 8 СВ - 50 м - 0,32 мм - 5 мкм FD,
моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин: колонки 30 м/Glas DB 1, толщина пленки 0,25 мкм, диаметр 0,25 мм.
-1
-1
Данные в млн относятся к массе (млн масс.).
Пример 1. Разделение смеси, содержащий моноэтаноламин, диэтаноламин и триэтаноламин (фиг.2)
Колонну ТК 1 с перегородкой эксплуатируют при давлении в верхней части 50 мбар. Чистый жидкий моноэтаноламин отбирают в укрепляющей части колонны ТК 1 (в зоне без перегородки) путем соответствующего бокового отбора. Чистый жидкий диэтаноламин отбирают из снабженной перегородкой части колонны ТК 1 путем соответствующего бокового отбора. Из верхней части указанной колонны выводят легкокипящие побочные компоненты (NK). Для выполнения требований спецификации в отношении окраски температура куба колонны ТК 1 не должна превышать 195°С. В связи с этим из куба колонны отбирают смесь диэтаноламина и триэтаноламина. Указанную смесь подают в колонну ТК 2. Из снабженной перегородкой части колонны ТК 2, давление в верхней части которой составляет 3 мбар, отбирают чистый триэтаноламин. Отбираемую в верхней части колонны ТК 2 смесь диэтаноламина с триэтаноламином возвращают в колонну ТК 1. Из куба колонны ТК 2 также отбирают триэтаноламин. Для выполнения требований спецификации в отношении окраски триэтаноламина особенно предпочтительной является подача в колонну ТК 2 фосфористой кислоты.
Требования спецификации
Моноэтаноламин:
степень чистоты
>99,7% масс.
диэтаноламин
<0,1% масс.
триэтаноламин
<0,1% масс.
вода
<0,3% масс.
индекс окраски
<10 АРНА
Диэтаноламин:
степень чистоты
>99,3% масс.
моноэтаноламин:
<0,3% масс.
триэтаноламин
<0,3% масс.
вода
<0,1% масс.
индекс окраски:
<20 АРНА
Триэтаноламин:
степень чистоты
>99,3% масс.
диэтаноламин
<0,4% масс.
моноэтаноламин
<0,1% масс.
высококипящие
<0,5% масс.
вода
<0,1% масс.
индекс окраски
<30 АРНА
Триэтаноламин (куб):
триэтаноламин
около 90% масс.
диэтаноламин
<0,1% масс.
Пример 2. Разделение смеси, содержащий диметилэтаноламин (фиг.3)
-1
В смесительном контуре (давление 4 бар, температура 40°С) диметиламин смешивают с водой, и полученную смесь совместно с этиленоксидом подают в трубчатый реактор (давление 55 бар, температура от 110 до 140°С). Катализируемый водой жидкофазный синтез диметилэтаноламина из диметиламина и этиленоксида, протекающий с выделением тепла, осуществляют при молярном избытке диметиламина 5:1. Устанавливаемое в смесительном контуре содержание воды составляет около 20% масс. Трубчатый реактор разделен на несколько зон охлаждения и нагревания. С целью отвода теплоты реакции первую часть реактора охлаждают водой, в то время как концевые участки труб для полноты взаимодействия реагентов (менее 1 млн этиленоксида) нагревают до температуры реакции. В верхней части эксплуатируемой под давлением 4 бар колонны К 1 (20 теоретических ступеней) отбирают выделяемую из реакционной смеси воду и избыточный диметиламин, которые возвращают в смесительный резервуар. Поскольку вода и диметилэтаноламин образуют азеотроп, возвращаемый продукт неизбежно содержит небольшое количество диметилэтаноламина. Кубовый продукт из колонны К 1 подают в колонну ТК 2 с перегородкой (60 теоретических ступеней). Через боковой отбор снабженной перегородкой части колонны ТК 2 отбирают чистый жидкий диметилэтаноламин, в то время как жидкую остаточную воду, отбираемую через боковой отбор укрепляющей части колонны (зоны без перегородки), возвращают в смесительный контур. Для выполнения высоких требований спецификации в отношении чистоты выделяемого диметилэтаноламина из куба и верхней части колонны ТК 2 следует выводить довольно много побочных компонентов.
Требования спецификации для диметилэтаноламина:
степень чистоты
>99,8% масс.
винилоксиэтанол
<2 млн<sup>-1</sup>
этиленгликоль
<2 млн<sup>-1</sup>
метоксиэтанол
<100 млн<sup>-1</sup>
этоксиэтанол
<50 млн<sup>-1</sup>
диметилэтоксиэтанол
<100 млн<sup>-1</sup>
вода
<300 млн<sup>-1</sup>
индекс окраски
<10 АРНА
Пример 3. Разделение смеси, содержащий диэтилэтаноламин (фиг.4)
-1
В смесительном контуре (давление 4 бар, температура 40°С) диэтиламин смешивают с водой, и полученную смесь совместно с этиленоксидом подают в трубчатый реактор (давление 25 бар, температура от 100 до 140°С). Катализируемый водой жидкофазный синтез диэтилэтаноламина из диэтиламина и этиленоксида, протекающий с выделением тепла, осуществляют при молярном избытке диэтиламина 3:1. Устанавливаемое в смесительном контуре содержание воды составляет около 20% масс. Трубчатый реактор разделен на несколько зон охлаждения и нагревания. С целью отвода теплоты реакции первую часть реактора охлаждают водой, в то время как концевые участки труб для полноты взаимодействия реагентов (менее 1 млн этиленоксида) нагревают до температуры реакции. В верхней части эксплуатируемой под давлением 3 бар колонны К 1 (20 теоретических ступеней) отбирают выделяемую из реакционной смеси воду и избыточный диэтиламин, которые возвращают в смесительный резервуар. Кубовый продукт из колонны К 1 подают в колонну ТК 2 с перегородкой (60 теоретических ступеней). Через боковой отбор снабженной перегородкой части колонны ТК 2 отбирают чистый жидкий диэтилэтаноламин, в то время как жидкую остаточную воду, отбираемую через боковой отбор укрепляющей части колонны (зоны без перегородки), возвращают в смесительный контур. Для выполнения высоких требований спецификации в отношении чистоты выделяемого диэтилэтаноламина из куба и верхней части колонны ТК 2 необходимо отбирать довольно много побочных компонентов.
Требования спецификации для диэтилэтаноламина:
степень чистоты
>99,5% масс.
вода
<0,2% масс.
индекс окраски
<15 АРНА
Пример 4. Разделение смеси, содержащей изопропаноламин
моноизопропаноламин, диизопропаноламины (симметричный и асимметричный) и триизопропаноламин (фиг.5)
-1
В смесительном контуре (давление 25 бар, температура 40°С) аммиак смешивают с водой, и полученную смесь совместно с пропиленоксидом подают в трубчатый реактор (давление 55 бар, температура от 110 до 140°С). Катализируемый водой экзотермический жидкофазный синтез изопропаноламинов из аммиака и пропиленоксида протекает через ряд необратимых последовательных реакций образования моноизопропаноламина, диизопропаноламина и триизопропаноламина. Трубчатый реактор разделен на несколько зон охлаждения и нагревания. С целью отвода теплоты реакции первую часть реактора охлаждают водой, в то время как концевые участки труб для полноты взаимодействия реагентов (менее 1 млн пропиленоксида) нагревают до температуры реакции. Реакцию обычно осуществляют при молярном избытке аммиака от 3:1 до 8:1, что позволяет обеспечить образование необходимой смеси продуктов, состоящей из моноизопропаноламина, диизопропаноламина и триизопропаноламина. Устанавливаемое в смесительном контуре содержание воды составляет около 20% масс. В верхней части эксплуатируемой под давлением 3 бар колонны К 1 (15 теоретических ступеней) отбирают выделяемую из реакционной смеси воду и избыточный аммиак, которые возвращают в смесительный резервуар. Кубовый продукт из колонны К 1 подают в колонну ТК 2 с перегородкой (50 теоретических ступеней). Из снабженной перегородкой зоны колонны ТК 2, эксплуатируемой при давлении в ее верхней части 200 мбар, через соответствующий боковой отбор выводят чистый жидкий моноизопропаноламин, в то время как отбираемую из верхней части этой колонны остаточную воду возвращают в смесительный контур. Из другой колонны ТК 3 с перегородкой (60 теоретических ступеней), функционирующей при давлении в ее верхней части 10 мбар, одновременно отбирают следующие компоненты: через боковой отбор в укрепляющей части (зоны без перегородки) чистый жидкий симметричный диизопропаноламин, через боковой отбор в снабженной перегородкой части колонны жидкую смесь симметричного диизопропаноламина с асимметричным диизопропаноламином заданного состава, а из куба чистый триизопропаноламин. Из верхней части колонны ТК 3 выводят побочные компоненты (NK). Для выполнения требований спецификации в отношении окраски изопропаноламинов температура куба колонн К 1, ТК 2 и ТК 3 не должна превышать 200°С.
Требования спецификации
Моноизопропаноламин:
степень чистоты
>99% масс.
диизопропаноламин
<0,1% масс.
вода
<0,15% масс.
индекс окраски
<20 АРНА
Диизопропаноламин (симметричный)
степень чистоты
>99% масс.
диизопропаноламин (асимметричный)
<0,1% масс.
вода
<0,1% масс.
индекс окраски:
<40 АРНА
Смесь симметричного и асимметричного диизопропаноламинов:
степень чистоты
>99% масс.
моноизопропаноламин
<0,9% масс.
вода
<0,5% масс.
индекс окраски
<40 АРНА
Триизопропаноламин:
степень чистоты
>97% масс.
диизопропаноламин
<0,5% масс.
вода
<0,5% масс.
индекс окраски
<150 АРНА
Помимо варьирования избытка аммиака состав продуктов реакции путем целенаправленной рециркуляции диизопропаноламина можно изменять в сторону увеличения содержания триизопропаноламина (режим обогащения триизопропаноламином).
Пример 5. Разделение смеси, содержащий метилэтаноламин и метилдиэтаноламин (фиг.6)
3
2
-1
В смесительном контуре (давление 15 бар, температура 90°С) метиламин (СНNН) смешивают с водой, и полученную смесь совместно с этиленоксидом подают в трубчатый реактор (давление 45 бар, температура от 90 до 140°С). Катализируемое водой жидкофазное экзотермическое взаимодействие метиламина с этиленоксидом, сопровождаемое образованием метилэтаноламина/метилдиэтаноламина, обычно осуществляют при молярном избытке метиламина, составляющем 1,7:1. Трубчатый реактор разделен на несколько зон охлаждения и нагревания. С целью отвода теплоты реакции первую часть реактора охлаждают водой, в то время как концевые участки труб для полноты взаимодействия реагентов (менее 1 млн этиленоксида) нагревают до температуры реакции. Устанавливаемое в смесительном контуре содержание воды составляет около 20% масс. В верхней части эксплуатируемой под давлением 3 бар колонны К 1 (15 теоретических ступеней) отбирают выделяемую из реакционной смеси воду и избыточный метиламин, которые возвращают в смесительный резервуар. Кубовый продукт из колонны К 1 подают в колонну ТК 2 с перегородкой (50 теоретических ступеней). Из снабженной перегородкой части колонны ТК 2, эксплуатируемой при давлении в ее верхней части 170 мбар, через соответствующий боковой отбор выводят чистый жидкий метилэтаноламин, в то время как отбираемую из верхней части этой колонны остаточную воду возвращают в смесительный контур. Из снабженной перегородкой части колонны ТК 3 (60 теоретических ступеней), функционирующей при давлении в ее верхней части 40 мбар, через соответствующий боковой отбор выводят чистый жидкий метилдиэтаноламин. Из верхней части и куба колонны ТК 3 выводят побочные компоненты (NK), например, этиленгликоль (через верхнюю часть). Для выполнения требований спецификации в отношении окраски метилэтаноламина и метилдиэтаноламина максимальная температура куба колонны К 1 составляет 200°С, куба колонны ТК 2 190°С и куба колонны ТК 3 180°С.
Требования спецификации
Метилэтаноламин:
степень чистоты
>99,7% масс.
диметилэтаноламин
<400 млн<sup>-1</sup>
вода
<0,1% масс.
индекс окраски
<5 АРМА
Метилдиэтаноламин:
степень чистоты
>99% масс.
вода
<0,3% масс.
индекс окраски
<50 АРНА
Необходимое соотношение между метилэтаноламином и метилдиэтаноламином в соответствующей смеси продуктов можно устанавливать путем целенаправленной рециркуляции метилэтаноламина на стадию синтеза.
Пример 6. Разделение смеси, содержащей полученный безводным методом синтеза метилдиэтаноламин (фиг.7)
3
2
-1
Метиламин (CHNH) и этиленоксид подают в трубчатый реактор (давление 25 бар, температура от 90 до 140°С). Жидкофазный экзотермический синтез метилдиэтаноламина из метиламина и этиленоксида осуществляют в отсутствие воды при молярном избытке метиламина, составляющем 1,7:1. Трубчатый реактор разделен на несколько зон охлаждения и нагревания. С целью отвода теплоты реакции первую часть реактора охлаждают водой, в то время как концевые участки труб для полноты взаимодействия реагентов (<1 млн этиленоксида) нагревают до температуры реакции. В верхней части эксплуатируемой под давлением 4 бар колонны К 1 (15 теоретических ступеней) отбирают выделяемый из реакционной смеси избыточный метиламин, который возвращают на стадию синтеза. Кубовый продукт из колонны К 1 подают в колонну ТК 2 с перегородкой (50 теоретических ступеней). Из снабженной перегородкой зоны колонны ТК 2 через соответствующий боковой отбор выводят чистый жидкий метилдиэтаноламин. Для выполнения высоких требований спецификации в отношении чистоты выделяемого метилдиэтаноламина из куба и верхней части колонны ТК 2 необходимо отбирать довольно много побочных компонентов (NK).
Вследствие отсутствия воды температура в кубе колонны К 1 может достигать 225°С. Температура в кубе колонны ТК 2 не должна превышать 200°С.