СПОСОБ УДАЛЕНИЯ НИТРАТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ АДИПИНОВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD FOR REMOVAL OF NITRATE COMPOUNDS FROM ADIPIC ACID

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу удаления нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В промышленных масштабах адипиновая кислота производится из смеси циклогексанола и циклогексанона, называемой «KA oil» (кетон-спиртовое масло, от англ. ketone-alcohol oil). Кетон-спиртовое масло окисляется азотной кислотой с образованием адипиновой кислоты посредством многостадийного пути. Побочные продукты этого способа включают глутаровую кислоту и янтарную кислоту.
Адипиновая кислота является основным химическим промежуточным соединением, используемым, в частности, в качестве мономера при производстве полимеров, таких как полиамиды. Примеси, полученные при синтезе адипиновой кислоты, такие как глутаровая кислота и янтарная кислота, могут ухудшать качество полученных полимеров. Поэтому перед использованием адипиновой кислоты в любом процессе полимеризации примеси обычно удаляют.
Выделение и очистку исходного продукта осуществляют путем кристаллизации реакционной смеси с последующим разделением твердого вещества и жидкости. Дополнительная очистка адипиновой кислоты осуществляется посредством одной или нескольких стадий водной перекристаллизации с последующим разделением твердого вещества и жидкости. Твердый отфильтрованный осадок из установки разделения твердого вещества и жидкости после конечной стадии перекристаллизации обычно содержит от 3 до 14% масс. воды.
На данный момент авторы настоящего изобретения обнаружили, что адипиновая кислота, полученная после очистки кристаллизацией и разделением твердого вещества и жидкости, все еще содержит нитратные соединения в количестве, которое может влиять на качество полимеров, полученных из этой адипиновой кислоты. Поэтому желательно также удалить по меньшей мере часть этих нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты, чтобы дополнительно улучшить качество полимеров, таких как полиамиды, полученных из адипиновой кислоты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что вышеуказанная проблема удаления по меньшей мере части нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты может быть решена путем контактирования адипиновой кислоты с газом при повышенной температуре. Таким образом, в одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу удаления по меньшей мере части нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты, причем указанный способ включает первую стадию контактирования адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, с газом, и при этом контактирование происходит при температуре в диапазоне от выше чем 80°С до 95°С, и где
a) за первой стадией не следует никакой дополнительной стадии контактирования адипиновой кислоты с газом, где контактирование происходит при температуре выше, чем температура на первой стадии, или
b) за первой стадией следует вторая стадия контактирования адипиновой кислоты с газом и причем это контактирование происходит при температуре, которая выше температуры на первой стадии, но ниже 100°С.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к применению способа, который включает контактирование адипиновой кислоты, которая содержит по меньшей мере одно нитратное соединение, с горячим газом для удаления по меньшей мере части этого по меньшей мере одного нитратного соединения из адипиновой кислоты.
В другом варианте осуществления изобретение относится к вышеуказанному применению, где способ представляет собой вышеуказанный способ.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к способу удаления по меньшей мере части нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты. Твердая адипиновая кислота может быть получена, например, окислением кетон-спиртового масла азотной кислотой, кристаллизацией полученной таким образом неочищенной адипиновой кислоты из водного раствора с последующим разделением твердого вещества и жидкости и при желании одной или двумя перекристаллизациями с последующим разделением твердого вещества и жидкости.
Адипиновая кислота, используемая в способе согласно изобретению, содержит по меньшей мере одно нитратное соединение, такое как неорганические или органические нитратные соединения, в частности нитратные соли. Концентрация нитратов в адипиновой кислоте может быть измерена с помощью ВЭЖХ-УФ. Обычная адипиновая кислота, которая может быть очищена способом согласно изобретению, может содержать по меньшей мере 2,0 ч/млн нитратов, как например, от 2,5 до 10,0 ч/млн нитратов, предпочтительно, от 3,0 до 5,0 ч/млн нитратов.
3
-
Эти и следующие количества нитратов относятся к массе NO в пересчете на общую массу адипиновой кислоты, включая нитратные соединения и при необходимости дополнительные примеси.
При использовании способа согласно настоящему изобретению количество нитрата в адипиновой кислоте может быть уменьшено до менее чем 2,0 ч/млн, предпочтительно, менее чем 1,8 ч/млн, более предпочтительно, менее чем 1,6 ч/млн, как например, от 0,1 до 1,8 ч/млн, предпочтительно, от 0,5 до менее чем 1,5 ч/млн.
Адипиновая кислота, содержащая по меньшей мере одно нитратное соединение, используемая в способе согласно изобретению, может содержать другие примеси, такие как глутаровая кислота и янтарная кислота.
В способе согласно изобретению адипиновая кислота, содержащая по меньшей мере одно нитратное соединение, контактирует с газом, и контактирование происходит при температуре в диапазоне от выше чем 80°С до 95°С. В предпочтительном варианте осуществления контактирование происходит при температуре в диапазоне от 85°С до 95°С, более предпочтительно, от 87°С до 93°С, еще более предпочтительно, от 88°С до 92°С и, наиболее предпочтительно, от 89°С до 91°С.
Контактирование может проводиться, например, в первой секции, камере или сосуде подходящего устройства для контактирования твердого порошка с газом. Такое устройство может представлять собой, например, вращающийся барабан или псевдоожиженный слой. Предпочтительным является псевдоожиженный слой.
Адипиновая кислота, содержащая по меньшей мере одно нитратное соединение, может подаваться в эту секцию при любой подходящей температуре. Например, адипиновая кислота, загруженная в секцию, может иметь температуру окружающей среды, составляющую, например, около 25°С. В этой секции контактирование адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, с газом происходит при температуре в диапазоне от выше чем 80°С до 95°С. Температура в секции может регулироваться, например, с помощью одного или нескольких теплообменников. Кроме того, было обнаружено, что благоприятно, если газ, подаваемый в секцию, имеет температуру выше температуры, при которой происходит контактирование. Например, газ, подаваемый в секцию, может иметь температуру в диапазоне от выше чем 110°С до 150°С, предпочтительно, от 120°С до 140°С, более предпочтительно, от 125°С до 135°С.
Кроме того, температуру в секции можно регулировать путем использования в этой секции одного или нескольких, предпочтительно одного или двух, теплообменников.
Температура в секции и, таким образом, на протяжении первой стадии способа согласно изобретению измеряется, например, в центре секции. В качестве альтернативы, температуру можно измерять на выходе из секции, где адипиновая кислота покидает секцию, и, таким образом, первую стадию способа согласно изобретению.
Неожиданно было обнаружено, что простого контактирования адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, с газом при температуре в диапазоне от выше чем 80°С до 95°С достаточно для удаления по меньшей мере части нитратных соединений из твердой адипиновой кислоты. Время контактирования адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, с газом, требующееся для удаления по меньшей мере части нитратных соединений, не ограничено конкретно и может быть выбрано специалистом в данной области техники, например, в соответствии с необходимым количеством нитратов в очищенной адипиновой кислоте.
Поскольку одной стадии контактирования адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, с газом при температуре в диапазоне от выше чем 80°С до 95°С достаточно для удаления по меньшей мере части нитратных соединений, нет необходимости дополнительно нагревать адипиновую кислоту, полученную на первой стадии. Поэтому в одном варианте осуществления способ согласно изобретению не включает какой-либо дополнительной стадии контактирования адипиновой кислоты с газом, где контактирование происходит при температуре выше, чем температура первой стадии.
Однако также возможно и в некоторых случаях желательно, чтобы за первой стадией следовала вторая стадия контактирования адипиновой кислоты с газом, причем это контактирование происходит при температуре, которая выше температуры на первой стадии, но ниже 100°С, как например, в диапазоне от выше чем 95°С до меньше чем 100°С, предпочтительно, в диапазоне от выше чем 95°С до меньше чем 99°С. Эта вторая стадия может быть предпочтительной, например, если количество нитратов в адипиновой кислоте после первой стадии все еще превышает желаемый предел. Тогда с помощью второй стадии количество нитратов может быть дополнительно уменьшено.
Как и первую стадию, вторую стадию согласно изобретению также можно проводить в секции, камере или сосуде, как например, вращающемся барабане или псевдоожиженном слое. Чтобы дополнительно нагреть адипиновую кислоту, полученную на первой стадии, до температуры контактирования на второй стадии, можно использовать один или несколько теплообменников. Кроме того, было обнаружено, что благоприятно, если газ, подаваемый в секцию, имеет температуру выше температуры, при которой происходит контактирование. Например, газ, подаваемый в секцию, может иметь температуру в диапазоне от выше чем 110°С до 150°С, предпочтительно, от 120°С до 140°С, более предпочтительно, от 125°С до 135°С.
Температура газа, подаваемого на первую стадию и на вторую стадию, может быть одинаковой или разной, предпочтительно, газ, подаваемый на первую стадию и на вторую стадию, имеет одинаковую температуру.
Время контактирования адипиновой кислоты с газом на второй стадии не ограничено конкретно и может быть выбрано специалистом в данной области техники так, чтобы адипиновая кислота, полученная на второй стадии, имела желаемое низкое содержание нитратов. Например, общее время контактирования на первой и, в случае ее наличия, второй стадии может находиться в диапазоне от 15 до 100 минут.
Температура на второй стадии может быть измерена так же, как температура на первой стадии.
Каждая, как первая стадия, так и вторая стадия, могут включать только одну стадию, каждая из которых проводится в одной секции, такой как описанный выше вращающийся барабан или псевдоожиженный слой. В качестве альтернативы, каждая из первой стадии и второй стадии может включать в два или больше последовательных этапа контактирования адипиновой кислоты с газом. На первой стадии в каждом из этих последовательных этапов контактирование происходит при температуре в диапазоне от выше чем 80°С до 95°С. На второй стадии в каждом из этих последовательных этапов контактирование происходит при температуре, которая выше температуры на первой стадии, но ниже 100°С.
Каждая из секций, в которых проводятся стадии способа согласно изобретению и, в частности, согласно вышеуказанным вариантам осуществления, может содержать один или несколько, предпочтительно, один или два, теплообменника, для регулирования температуры, при которой адипиновая кислота контактирует с газом.
Предпочтительно, газ, используемый в способе согласно изобретению, не вступает в реакцию с адипиновой кислотой при температуре, при которой он контактирует с адипиновой кислотой. Например, газ может быть выбран из группы, состоящей из воздуха, обедненного кислородом воздуха, азота, перегретого пара и смесей из двух или трех из них. Предпочтительным газом является обедненный кислородом воздух, который, более предпочтительно, имеет максимальное содержание кислорода 5% масс. в пересчете на общую массу газа.
На первой стадии и на второй стадии могут использоваться разные газы или один и тот же газ. Предпочтительно, на обеих стадиях используется один и тот же газ, в частности обедненный кислородом воздух. Если первая стадия и/или вторая стадия включает два или больше последовательных этапов, то газ, используемый на каждом из этих этапов, может быть одинаковым или разным, предпочтительно, на всех этапах используется один и тот же газ, в частности, обедненный кислородом воздух.
В одном варианте осуществления способ согласно изобретению, дополнительно включает стадию охлаждения горячей адипиновой кислоты, из которой удалена по меньшей мере часть нитратных соединений, до температуры ниже 50°С, предпочтительно, ниже 40°С, как например, примерно 37°С. Охлаждение может проводиться, например, с использованием газа, такого как воздух или азот или обедненный кислородом воздух, предпочтительно, обедненный кислородом воздух, имеющего температуру ниже 30°С, предпочтительно, ниже 20°С, как например, примерно 15°С. Охлаждение проводится путем контактирования горячей адипиновой кислоты с охлаждающим газом. Такое контактирование может происходить в секции, камере или сосуде, таком как вращающийся барабан или псевдоожиженный слой. Предпочтительным является псевдоожиженный слой.
Также на стадии охлаждения для регулирования температуры можно использовать один или несколько, предпочтительно один или два, теплообменника.
Стадия охлаждения может включать один этап или два или больше последовательных этапов, на которых адипиновая кислота контактирует с охлаждающим газом.
Время контактирования адипиновой кислоты с газом на стадии охлаждения не ограничено конкретно и может быть выбрано специалистом в данной области техники так, чтобы адипиновая кислота, полученная на стадии охлаждения, имела желаемую температуру. Например, общее время контактирования на стадии охлаждения может находиться в диапазоне от 15 до 60 минут.
В одном варианте осуществления все стадии способа согласно изобретению проводят в псевдоожиженном слое.
Когда газ подают в псевдоожиженный слой (слои), то расход газа может быть установлен на величину, например, от 0,1 м/с до 1,0 м/с, предпочтительно, от 0,2 м/с до 0,8 м/с, более предпочтительно, от 0,3 м/с до 0,5 м/с.
Вторая стадия может следовать непосредственно за первой стадией, или способ согласно изобретению может включать одну или несколько дополнительных стадий между первой стадией и второй стадией.
Стадия охлаждения также может непосредственно следовать за первой стадией или второй стадией. В качестве альтернативы, между первой стадией и стадией охлаждения или второй стадией и стадией охлаждения может быть одна или несколько дополнительных стадий.
Адипиновая кислота, содержащая по меньшей мере одно нитратное соединение, используемая в способе согласно настоящему изобретению, может быть сухой или влажной. Предпочтительно, адипиновая кислота, содержащая по меньшей мере одно нитратное соединение, подаваемая на первую стадию способа согласно изобретению, является влажной, поскольку обычно адипиновая кислота, полученная в результате кристаллизации и разделения твердого вещества и жидкости, является влажной. Например, содержание воды в адипиновой кислоте, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение, составляет по меньшей мере 3% масс. от ее общей массы, предпочтительно, содержание воды находится в диапазоне от 3% масс. до 14% масс., более предпочтительно, в диапазоне от 9% масс. до 14% масс., в каждом случае от общей массы адипиновой кислоты, содержащей по меньшей мере одно нитратное соединение.
Способ согласно настоящему изобретению может проводиться в периодическом или непрерывном режиме. Способ также может проводиться в частично периодическом и частично непрерывном режиме, например, путем проведения первой стадии для одной загрузки, а затем проведения второй стадии и стадии охлаждения в непрерывном режиме. Также возможны и другие комбинации. Проведение способа согласно изобретению в непрерывном режиме является предпочтительным.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к применению способа, который включает контактирование адипиновой кислоты, которая содержит по меньшей мере одно нитратное соединение, с горячим газом для удаления по меньшей мере части этого по меньшей мере одного нитратного соединения из адипиновой кислоты. Газ, а также его температура могут быть выбраны, как описано выше. В предпочтительном варианте осуществления этого применения способ является таким, как описано выше, включая его предпочтительные варианты осуществления.
Следующий пример представлен в качестве неограничивающей иллюстрации настоящего изобретения и его вариантов, которые легко доступны для специалиста в данной области техники.
ПРИМЕР
Влажную адипиновую кислоту, содержащую 12,9% масс. воды и от 3 до 5 ч/млн нитратов и имеющую температуру окружающей среды, подавали в сушилку с псевдоожиженным слоем, имеющую две основные секции, горячую секцию и холодную секцию. Горячая секция была разделена на два отделения, в оба из которых подавался газообразный азот, имеющий температуру в диапазоне от 130°С до 135°С. Адипиновую кислоту непрерывно подавали в первую секцию и непрерывно перемещали из первого горячего отделения во второе горячее отделение. С помощью использования теплообменников температуру в первом горячем отделении доводили до примерно 89°С, в то время как температуру во втором горячем отделении доводили до примерно 98°С. Из второго горячего отделения адипиновую кислоту переносили в холодную секцию, включающую теплообменники. В эту холодную секцию подавали холодный газообразный азот. С помощью использования теплообменников и холодного газа температура адипиновой кислоты на выходе из сушилки составляла примерно 37°С.
Сушилка с псевдоожиженным слоем работала в общей сложности в течение шести дней с использованием вышеуказанных параметров и настроек. Полученная адипиновая кислота имела содержание нитратов в диапазоне от 1 до 1,5 ч/млн.