УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ РАСТВОРИТЕЛЬ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАЛЕИНОВОГО АНГИДРИДА ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА
IMPROVED SOLVENT FOR EXTRACTION OF MALEIC ANHYDRIDE FROM GAS STREAM

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Представленные здесь варианты исполнения в основном относятся к способам производства малеинового ангидрида. Более конкретно, описаны способы и растворители для извлечения потока необработанного малеинового ангидрида из выходного потока реактора.
Уровень техники
[0002] Малеиновый ангидрид (ангидрид цис-бутендиовой кислоты) применяют по отдельности или в комбинации с другими кислотами в производстве алкидных и сложнополиэфирных смол. Он также представляет собой универсальный промежуточный продукт для химических синтезов. Глобальный спрос на малеиновый ангидрид в 2009 году составил приблизительно 1,7 MT (миллионов метрических тонн), с оценочным прогнозом роста спроса примерно на 4% до 2020 года.
2
[0003] Малеиновый ангидрид в промышленном масштабе получают способом, в котором сырьевой газ, содержащий молекулярный кислород и подходящий углеводород (например, н-бутан или бутен), контактирует с оксидным ванадий-фосфорным катализатором для частичного окисления углеводорода и образования малеинового ангидрида. Углеводороды преобразуются в малеиновый ангидрид при пропускании сырьевого газа через реактор, содержащий неподвижный или псевдоожиженный слой катализатора. Газообразный продукт реакции, который образуется, содержит малеиновый ангидрид вместе с побочными продуктами окисления, такими как СО, СО, водяной пар, акриловая и уксусная кислоты и прочие побочные продукты, наряду с инертными газами, присутствующими в воздухе, когда в качестве источника молекулярного кислорода применяют воздух.
[0004] В прототипной литературе раскрыт ряд способов выделения и извлечения малеинового ангидрида из газообразного продукта реакции. Например, малеиновый ангидрид может быть извлечен прямой конденсацией из газообразного продукта реакции или путем промывания газа водой и дегидратацией полученной водной смеси с помощью азеотропной перегонки с ксилолом. Однако ввиду повышенных выходов продукта предпочтительный способ извлечения включает стадии, в которых проводят селективное абсорбирование малеинового ангидрида подходящим растворителем и последующую отгонку малеинового ангидрида из полученной при абсорбции маточной жидкости с получением необработанного малеинового ангидрида.
[0005] Патент США 4118403 (на имя White) представляет контактирование газообразного реакционного продукта с органическим растворителем в абсорбционной колонне таким образом, что малеиновый ангидрид, а также некоторые из побочных продуктов окисления, поглощаются растворителем. Растворитель включает диалкилфталат, имеющий от 2 до 8 атомов углерода в каждой алкильной цепи (например, дибутилфталат), и от около 0,5 до около 10 весовых процентов фталевого ангидрида. Патент США № 3891680 описывает проведение операции промывания в сложных эфирах, образованных из фталевой кислоты с С4-С5-спиртами. Согласно германскому O.S. (выложенному описанию изобретения к неакцептованной заявке) 2444824 в качестве промывной текучей среды используют дибензилбензол. Британский патент № 1443411 описывает полиметилбензофенон в качестве промывной текучей среды.
[0006] Публикация Европейской патентной заявки 0459543 А1 представляет способ извлечения малеинового ангидрида из реакционных смесей, полученных при каталитическом окислении бутана, бутена, смесей углеводородов, содержащих четыре атома углерода, или бензола, в котором газообразная реакционная смесь, содержащая малеиновый ангидрид, контактирует с органическим растворителем, таким как дибутилфталат, для поглощения малеинового ангидрида, содержащегося в реакционной смеси. Обогащенный малеиновым ангидридом растворитель вводят в контакт с газом, имеющим низкую относительную влажность при давлении между 0,01 и 2,0 бар (0,001-0,2 МПа) и при температуре выше 80°С, для удаления воды и затем переводят в стадию разделения, в которой малеиновый ангидрид выпаривают из растворителя, после чего полученный обедненный растворитель промывают водой для удаления загрязняющих примесей перед возвращением на повторное использование в адсорбционной зоне.
[0007] Европейский Патент ЕР 0815098 В1 утверждает, что растворитель предпочтительно включает диалкилфталатное соединение, имеющее от двух до восьми атомов углерода в каждой алкильной цепи. Пригодные диалкилфталатные соединения включают: диметилфталат, диэтилфталат, дипропилфталат, диизопропилфталат, дибутилфталат, диизобутилфталат, диметилдигидрофталат, диэтилдигидрофталат, дипропилдигидрофталат, диизопропилдигидрофталат, дибутилдигидрофталат, диизобутилдигидрофталат, диметилтетрагидрофталат, диэтилтетрагидрофталат, дипропилтетрагидрофталат, диизопропилтетрагидрофталат, дибутилтетрагидрофталат, и диизобутилтетрагидрофталат, причем дибутилфталат является наиболее предпочтительным растворителем для абсорбции малеинового ангидрида.
[0008] Хотя экстракция малеинового ангидрида с использованием фталатов в качестве растворителя в настоящее время является общепринятой и широко практикуемой, возрастает стоимость фталатов, таких как дибутилфталат. Таким образом, существует потребность в менее затратных способе и растворителе для экстракции малеинового ангидрида.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1
2
3
1
3
3
5
2
3
8
[0009] Описываемые здесь варианты исполнения включают способ получения необработанного малеинового ангидрида, в котором выходной поток реактора, содержащий малеиновый ангидрид, контактирует с растворителем, имеющим температуру кипения при нормальных условиях между около 250°С и около 350°С, растворимость фумаровой кислоты по меньшей мере около 0,06% по весу при температуре 60°С, растворимость малеинового ангидрида по меньшей мере около 10% по весу при температуре 60°С, растворимость в воде не выше чем около 100 мг/л, плотность, отличающуюся от плотности воды на величину по меньшей мере около 0,020 г/мл, и водорастворимые продукты гидролиза с молекулярной массой не выше молекулярной массы пентанола. Растворитель может быть нециклическим, неароматическим, линейным и/или разветвленным и может иметь общую структуру RCOORCOOR, в которой каждый из радикалов R и R представляет линейные или разветвленные С-С-группы и R представляет линейную или разветвленную С-С-группу.
1
2
3
1
3
3
5
2
3
8
[0010] В еще одном варианте исполнения способ получения необработанного малеинового ангидрида включает стадию, в которой выходной поток реактора, содержащий малеиновый ангидрид, контактирует с растворителем, имеющим общую формулу RCOORCOOR, в которой каждый из радикалов R и R представляет линейные или разветвленные С-С-группы и R представляет линейную или разветвленную С-С-группу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Для того чтобы вышеуказанные признаки настоящего изобретения могли быть поняты до деталей, может быть приведено более конкретное описание изобретения, вкратце обобщенного выше, с привлечением вариантов исполнения, некоторые из каковых иллюстрированы сопроводительными чертежами. Однако следует отметить, что сопроводительные чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления настоящего изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его область, поскольку изобретение может допускать другие равным образом эффективные варианты осуществления.
[0012] Фигура 1 представляет технологическую схему процесса, обобщающую способ извлечения малеинового ангидрида.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Авторы настоящего изобретения разработали новые растворители, которые могут быть использованы для экстракции потока необработанного малеинового ангидрида из выходного потока реактора. Пригодные растворители имеют температуру кипения при нормальных условиях между около 250°С и около 350°С, могут быть без труда отделены от малеинового ангидрида, растворяют фумаровую кислоту в количестве по меньшей мере около 0,06% по весу при температуре 60°С, растворяют малеиновый ангидрид в количестве по меньшей мере около 10% по весу при температуре 60°С, являются растворимыми в воде на уровне 100 мг/л или менее и имеют разность плотностей с водой по меньшей мере около 0,020 г/мл либо в большую, либо в меньшую сторону.
[0014] Малеиновый ангидрид экстрагируют из выходного потока реакционных продуктов с использованием способа экстракции растворителем. Фигура 1 представляет технологическую схему процесса, обобщающую способ извлечения малеинового ангидрида. Газообразный выходной поток реактора, содержащий малеиновый ангидрид, вводят в донную часть абсорбционной колонны 104 через питающий трубопровод 102. Растворитель вводят в абсорбционную колонну 104 вблизи верха колонны через трубопровод 108 для подачи растворителя. Выходной поток 102 реактора контактирует с растворителем в абсорбционной колонне 104 с переносом малеинового ангидрида из выходного потока реактора в растворитель. Подвергнутый экстракции газовый поток выдувают из абсорбционной колонны 104 через вытяжной трубопровод 110, и обогащенный растворитель, содержащий малеиновый ангидрид, выводят из абсорбционной колонны через трубопровод 112 для обогащенного растворителя вблизи дна абсорбера.
[0015] Обогащенный растворитель вводят в отпарную колонну 114 вблизи ее средней части. Необработанный малеиновый ангидрид выводят из отпарной колонны 114 вблизи ее средней или верхней части через трубопровод 118 для необработанного малеинового ангидрида. Отпарная колонна 114 обычно работает при давлении ниже атмосферного давления, и поток необработанного малеинового ангидрида может быть извлечен в виде газа или жидкости. В вариантах исполнения, в которых необработанный малеиновый ангидрид экстрагируют в виде газа, необработанный малеиновый ангидрид может быть сконденсирован в конденсаторе (не показан) с образованием потока жидкого необработанного малеинового ангидрида. В некоторых вариантах исполнения отпарная колонна 114 орошается флегмой, полученной конденсированием потока, отбираемого с верха колонны, и возвращением части конденсата на верх отпарной колонны 114. В некоторых вариантах исполнения отпарная колонна 114 может быть полностью орошаемой. Растворитель подвергают повторному кипячению в кипятильнике 120 с использованием теплоты, подводимой через теплообменник 119, и растворитель удаляют из кипятильника, охлаждают и возвращают для повторного использования в абсорбционную колонну 104. Возвращаемый для повторного использования растворитель также может быть профильтрован и отправлен на хранение в складской резервуар 132.
[0016] Некоторое количество растворителя в ходе процесса разлагается, и поэтому свежий растворитель может быть добавлен в резервуар 132 для хранения растворителя через трубопровод 134 для пополнения растворителя. Поток некондиционного рециркулирующего растворителя может быть очищен перегонкой или водной экстракцией в очистительном устройстве 122.
[0017] Низкокипящие компоненты выходного потока реактора, экстрагированные растворителем в абсорбционной колонне 104 или образовавшиеся как побочные продукты экстракционного процесса, выдуваются из отпарной колонны 114 через вытяжной трубопровод 124. Малеиновый ангидрид, который выходит через вытяжной трубопровод 124, извлекают путем экстракции растворителем в скруббере 126 в условиях, подобных условиям в конденсаторе, и промытый поток растворителя, содержащий малеиновый ангидрид, возвращают в абсорбционную колонну 104 по трубопроводу 128 для промытого растворителя. Низкокипящие компоненты, не удаленные в скруббере, выходят из процесса через вытяжной трубопровод 130 скруббера. Растворитель для процесса промывания подают в скруббер 126 из складского резервуара 132 по трубопроводу 136 для обедненного растворителя.
2
5
4
2
[0018] Малеиновый ангидрид типично получают окислением газофазного углеводорода, такого как н-бутан или бутен, в реакторе над неподвижным или псевдоожиженным слоем оксидного ванадий-фосфорного катализатора. Побочные продукты реакции включают СО, СО, водяной пар, уксусную кислоту, малеиновую кислоту и акриловую кислоту. Эти загрязняющие примеси и другие, такие как фумаровая кислота, дополнительно образуются в процессе очистки в результате реакций малеинового ангидрида или любых из вышеуказанных побочных продуктов с водой. Когда в качестве источника кислорода используют воздух, газообразный выходной поток реактора также включает инертные газы из воздуха. Небольшие количества С-углеводородов в подводимом С-сырье также частично окисляются до СО, СО, водяного пара и прочих загрязняющих примесей, которые удаляются с потоком, выдуваемым из абсорбционной колонны.
[0019] Растворители, применяемые для экстракционного процесса, в основном представляют собой сложные эфиры благодаря их относительной инертности в отношении малеинового ангидрида и растворимости малеинового ангидрида в сложных эфирах. Поскольку в циркулирующем растворителе образуются органические кислоты, и эти кислоты экстрагируются и выводятся в поток побочных продуктов, во избежание больших потерь растворителя предпочтительны растворители с низкой растворимостью в воде. Как правило, приемлемой является растворимость растворителя в воде менее чем около 100 мг/л, но применимы также растворители с более высокой растворимостью, если может быть допустимой потеря растворителя.
[0020] Предпочтительно, чтобы растворитель можно было без труда отделить от самого малеинового ангидрида. Обычным способом очистки необработанного малеинового ангидрида является процесс дистилляции, так что предпочтительным является растворитель, имеющий значительно отличающуюся, обычно более высокую температуру кипения при нормальных условиях, чем малеиновый ангидрид. Малеиновый ангидрид имеет температуру кипения при нормальных условиях 202°С, так что обычно используют растворитель с температурой кипения при нормальных условиях выше по меньшей мере 250°С. Растворитель может иметь температуру кипения между около 250°С и около 350°С, такую как между около 280°С и около 350°С, например, может быть применен диапазон между около 300°С и около 340°С. В одном варианте исполнения растворитель имеет температуру кипения при нормальных условиях около 305°С.
[0021] Когда в качестве растворителя для экстракции малеинового ангидрида используют сложные эфиры и сложные диэфиры, часть растворителя может гидролизоваться во время процесса экстракции растворителем. Высокая температура и присутствие воды обусловливают разложение сложного эфира на его соответствующие компоненты карбоновой кислоты и спирта. Предпочтительно, чтобы эти компоненты растворителя могли быть легко отделены от малеинового ангидрида в процессе экстракции растворителем. В одном примере спиртовые побочные продукты гидролиза являются не более тяжелыми, чем пентанол, который может быть удален из процесса, например, по вытяжному трубопроводу 130 или путем водной экстракции в очистительном устройстве 122. Кислотные побочные продукты предпочтительно являются растворимыми, по меньшей мере частично, в воде и в самом растворителе, так что часть кислотных побочных продуктов выводится из процесса с водой, тогда как остальное количество вовлекается в рециркуляцию.
[0022] Побочные продукты реакции малеинового ангидрида упомянуты выше. Растворитель, применимый для экстракции малеинового ангидрида, в основном имеет по меньшей мере некоторую способность растворять эти побочные продукты. В частности, предпочтительные растворители будут растворять фумаровую кислоту до уровня по меньшей мере 0,06% по весу при температуре 60°С. Побочные продукты в основном выводятся в процессе выпаривания и в процессе очистки растворителя.
1
2
3
1
3
3
5
2
3
8
[0023] Описываемые здесь растворители, которые пригодны для малеинового ангидрида, могут представлять собой нециклические сложные эфиры и сложные диэфиры. Сложные эфиры и сложные диэфиры, пригодные для экстракции малеинового ангидрида, могут быть неароматическими, линейными или разветвленными. Один класс пригодных растворителей, имеющих одну или более из вышеупомянутых характеристик, имеет общую структуру RCOORCOOR, в которой каждый из радикалов R и R представляет линейные или разветвленные С-С-группы и R представляет линейную или разветвленную С-С-группу. В одном варианте исполнения в качестве эффективного растворителя может быть использован ди-н-бутиладипат. Другие растворители, которые могут быть применены, включают ди-трет-бутиладипат, диизобутиладипат и дипропилсуберат. В некоторых вариантах исполнения может быть использована смесь растворителей.
[0024] Обычно избегают присутствия галогенсодержащих соединений, поскольку галогены оказывают неблагоприятное влияние на нержавеющую сталь, но если нержавеющую сталь заменяют сплавами, устойчивыми к воздействию галогенов, такими как подходящие многообразные сплавы из Monel, Inconel или Hastelloy, могут быть предусмотрены галогенсодержащие растворители.
[0025] Ди-н-бутиладипат, называемый далее дибутиладипатом, представляет собой растворитель, пригодный для экстракции малеинового ангидрида. Свойства дибутиладипата в отношении процесса экстракции малеинового ангидрида приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Температура кипения при нормальных условиях
305°С
Растворимость фумаровой кислоты
Около 0,5% по весу при температуре 60°С
Растворимость малеинового ангидрида
>20% по весу при температуре 60°С
Растворимость в воде
35 мг/л при температуре 25°С
Удельный вес
0,962 г/мл при температуре 25°С
Продуктами гидролиза дибутиладипата являются бутанол и адипиновая кислота. Бутанол удаляется с головным погоном в вытяжном трубопроводе 130 или водной экстракцией в очистительном устройстве 122. Адипиновая кислота является растворимой как в воде, так и в дибутиладипате. Дибутиладипат имеет дополнительное преимущество в том, что ни дибутиладипат, ни любой из продуктов его гидролиза не является токсичным.
[0026] В то время как вышеизложенное сосредоточено на вариантах осуществления настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты осуществления изобретения могут быть разработаны без выхода за пределы его основной области и его область определяется пунктами нижеследующей патентной формулы.