способ обезвоживания лактама

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания лактама путем дистилляции, отличающийся тем, что направляют исходный раствор лактама в первую дистилляционную колонну, поддерживая температуру в основании, ниже или равной 160^oС, при абсолютном давлении 0,05 - 0,2 бар с отбором воды в виде дистиллята, при этом дистиллят конденсируют при 30 - 60^oС с охлаждающей жидкотекучей средой, в качестве которой используют атмосферный воздух, воду из рек или градирен, остающийся в основании лактам подвергают затем дистилляции во второй дистилляционной колонне, поддерживая температуру в основании, ниже или равной 160^oС, при давлении 0,01 - 0,045 бар, содержащую следы лактама воду после дистилляции во второй колонне извлекают в виде пара при температуре, выше или равной 70^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в основании первой колонны поддерживают температуру, ниже или равной 145^oС.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в основании второй колонны поддерживают температуру, ниже или равной 145^oС.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что лактам является капролактамом.

5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что содержащую следы лактама воду после дистилляции во второй колонне рециркулируют в первую колонну.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что рециркуляцию воды осуществляют после конденсации при 5 - 30^oС и 10 - 45 мбар.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что воду, содержащую следы лактама, выделенную в виде дистиллята во второй колонне, сжимают при температуре выше 15^oС и при давлении, не превышающем давление в первой колонне и обеспечивающем конденсацию воды, затем рециркулируют в первую колонну.

8. Способ по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что добавляют воду в содержащую следы лактама воду после дистилляции во второй колонне перед рециркуляцией в первую колонну.

9. Способ по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что первая и вторая дистилляционные колонны имеют каждая по меньшей мере две теоретические тарелки, предпочтительно 2 - 10 теоретических тарелок.

10. Способ по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что дистилляционные колонны представляют собой насадочные колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа отделения воды от водного раствора лактама.

Оно применяется, в частности, к смеси, получаемой в результате реакции между аминонитрилом и водой (эта реакция называется также циклизационный гидролиз).

В патенте US 5693793 описан способ циклизационного гидролиза аминонитрила с образованием капролактама в присутствии воды. Полученную реакционную среду обрабатывают для удаления аммиака и, в случае необходимости, воды перед дистилляцией капролактама. Однако условия и способ обезвоживания в указанном документе не определены.

В ходе циклизационного гидролиза аминонитрила при образовании лактама имеет место также образование одной молекулы аммиака на молекулу лактама. В конце этой реакции реакционная смесь содержит, таким образом по меньшей мере образовавшийся лактам, воду в избытке и аммиак.

Она может содержать очень небольшие количества непрореагировавшего аминонитрила и возможные побочные продукты реакции.

Она может также содержать растворитель, который при необходимости используют в реакции циклизационного гидролиза.

Циклизационный гидролиз может проводиться в паровой фазе или в жидкой фазе. Способ по изобретению может применяться к смесям, получаемым при том или другом варианте получения.

При описании различных способов получения лактама посредством циклизационного гидролиза аминонитрила можно сослаться, например, на патент ЕР-А-0 659741, международную заявку на патент WO-A-96/22974 или же на международные заявки на патенты WO-A-95/14664 и WO-A-95/14665.

Для получения лактамов используют, в частности, аминонитрилы, имеющие от 4 до 12 атомов углерода, предпочтительно алифатические линейные или разветвленные аминонитрилы.

В качестве примеров таких аминонитрилов можно привести аминонитрилы, получаемые при гидрогенизации в функции первичного амина одной из двух нитрильных функций таких динитрилов, как адипонитрил, метилглутаронитрил, этилсукцинонитрил, диметилсукцинонитрил, сукцинонитрил, глутаронитрил, додекандинитрил.

Среди растворов, получаемых при циклизационном гидролизе аминонитрила в лактам, в промышленном плане наиболее важными являются те растворы, которые соответствуют получению капролактама из 6-амино-капронитрила и воды, так как названный капролактам приводит посредством полимеризации к полиамиду 6.

Способ по изобретению будет отнесен таким образом, в частности, к дистилляции воды из водных растворов капролактама, но эта дистилляция может быть перенесена на водные растворы других лактамов.

Предварительно необходимо отделить, обычно дистилляцией, образующийся в реакции аммиак.

Возможным способом отделения воды может быть дистилляция воды при пониженном давлении (ниже или равной 20 абсолютным мбар, например), так чтобы не превысить 145^oС в основании колонны.

Такой способ предполагает конденсацию дистиллированной таким образом воды посредством циркуляции какой-нибудь жидкотекучей среды (такой как вода) при температуре, ниже или равной 15^oС. В качестве примера, для этого требуется наличие холодильной установки мощностью около 1,2 мегаватт для переработки порядка 8 т/час водного раствора лактама с весовой концентрацией растворенных веществ около 60%.

Предметом настоящего изобретения является способ отделения воды (который также можно назвать обезвоживанием) водного раствора лактама, который является экономичным как в плане капиталовложений, необходимых для его осуществления, так и в плане потребляемой энергии.

Изобретение заключается, в частности, в способе отделения воды от водного раствора лактама, отличающемся тем, что:

- дистиллируют воду в первой дистилляционной колонне, поддерживая температуру в основании, ниже или равной 160^oС и предпочтительно ниже или равной 145^oС, и при абсолютном давлении от 0,05 бар до 0,2 бар; при этом дистиллят конденсируют при температуре от 30^oС до 60^oС, с жидкотекучей системой охлаждения;

- остающийся в основании колонны лактам затем подвергают дистилляции во второй дистилляционной колонне, поддерживая температуру в основании ниже или равной 160^oС и предпочтительно ниже или равной 145^oС, и при давлении от 0,01 до 0,045 бар, в целях отделения воды, которую он еще содержит;

- воду, содержащую следы лактама, после дистилляции во второй колонне, извлекают в виде пара при температуре, выше или равной 70^oС.

Действуя согласно способу по изобретению, нет необходимости иметь холодильную установку для конденсации воды в голове первой колонны.

Воду, содержащую следы лактама, после дистилляции во второй колонне предпочтительно рециркулируют в первую дистилляционную колонну. Эта рециркуляция может быть проведена после конденсации воды при давлении во второй колонне, т. е. при давлении от 0,01 до 0,045 абсолютных бар, соответствующей температуре от 5^oС до 30^oС. Но для такого варианта требуется лишь одна холодильная установка мощностью приблизительно в 100-200 раз меньше, чем мощность холодильной установки, которая была бы необходима при дистилляции в одной единственной колонне.

По другому варианту осуществления изобретения вода, содержащая следы лактама, после дистилляции во второй колонне может быть сжата с помощью пароструйного эжектора до давления, обеспечивающего ее конденсацию при температуре выше 15^oС посредством обычной охлаждающей среды, такой как атмосферный воздух или вода при температуре окружающей среды. В этом случае давление нагнетания пароструйных эжекторов должно быть не более давления в первой колонне, преимущественно составляющего от 0,025 абсолютных бар до 0,05-0,2 абсолютных бар. В этом варианте осуществления холодильных установок нет.

В общих чертах, настоящий способ отличается при равной пропускной способности дистилляции водного раствора лактама намного более низким потреблением энергии, которое может быть разложено на потребление электроэнергии, в 100-200 раз более низкое, как указано выше, и дополнительное потребление энергии в виде пара для нагревания второй колонны, которое составляет менее 15% от полученной экономии энергии в виде электричества.

Извлеченную в голове первой колонны воду конденсируют при давлении в этой колонне, т.е. между 0,05 бар и 0,2 бар, соответствующем температуре от 35^oС до 60^oС, совместимом с большинством обычно используемых охладительных сред, таких как атмосферный воздух или вода из рек или градирен.

Извлекаемая в голове второй колонны вода может частично конденсироваться при температуре около 70^oС перед полной конденсацией, затем подаваться в первую колонну. Такое расположение позволяет ограничить количества воды, подлежащей конденсации, а следовательно, снизить количество энергии, необходимой для осуществления этой операции.

Перед рециркуляцией этой конденсированной воды в первую колонну может быть полезным добавление некоторого количества воды для снижения концентрации капролактама и предотвращения его осаждения.

Кроме того, несмотря на необходимость дополнительной колонны, при равном производстве необходимые капиталовложения также ниже в способе по изобретению, чем в способе, осуществляемом с одной колонной, принимая во внимание значительную холодопроизводительность, необходимую в этом последнем способе.

Содержание лактама в водном растворе лактама, предпочтительно капролактама, из которого был удален аммиак, варьирует в широких пределах в зависимости от условий получения названного лактама, в частности от исходного молярного соотношения вода/аминонитрил, присутствия или отсутствия органического растворителя. Концентрация лактама может составлять обычно от 5 до 80 вес. % по отношению к общему весу раствора и предпочтительно от 20% до 75%.

Так как физические характеристики подлежащей дистилляции воды сильно отличаются от лактама, от которого она отделяется, нет необходимости использовать дистилляционные колонны с большим числом теоретических тарелок.

Колонны, особенно насадочные, по меньшей мере с двумя теоретическими тарелками очень хорошо подходят для осуществления способа по изобретению. Могут, например, быть использованы колонны, имеющие от 2 до 10 теоретических тарелок. Используемая насадка может быть типа насадки, выполненной навалом, или упорядоченной насадкой, как та, что предлагают различные конструкторы, и размеры которой определяются в соответствии с правилами уровня техники. Возможно также использовать тарельчатые колонны той же эффективности, хотя это менее интересно с точки зрения потери напора.

Способ по изобретению не исключает возможности осуществления отделения воды от водного раствора лактама с использованием более двух колонн.

Однако обычно это нецелесообразно, и, кроме того, экономические преимущества, которые вносит описанный ранее способ, были бы меньшими, если бы чересчур увеличили число дистилляционных колонн. Изобретение иллюстрируется с помощью приводимых ниже примеров.

ПРИМЕР 1. Дистилляция с двумя последовательными колоннами, действующими при различном давлении.

Дистилляция водного раствора капролактама следующего состава: вода - 40 вес.%, капролактам - 60 вес.%.

Первая дистилляционная колонна имеет следующие характеристики: число ступеней дистилляции (теоретические тарелки) - 4; коэффициент дефлегмации - 0,1; абсолютное рабочее давление в головной части - 0,13 бар; температура в головной части - 50^oС; температура в основании - 135^oС; тепловая нагрузка бойлера - 3,9 Гкал/ч; тепловая нагрузка конденсатора - 3,6 Гкал/ч.

Вторая дистилляционная колонна имеет следующие характеристики: число ступеней дистилляции (теоретические тарелки) - 3; абсолютное рабочее давление в головной части - 0,025 бар; температура в головной части - 130^oС; температура в основании - 145^oС; тепловая нагрузка бойлера - 0,08 Гкал/ч; тепловая нагрузка конденсатора, неполной умеренной конденсации при 70^oС - 0,02 Гкал/ч; тепловая нагрузка конденсатора воды, возвращаемой в первую колонну - 0,02 Гкал/ч; потребляемая мощность холодильной установки для конденсации воды в головной части второй колонны - 10 кВт с конденсацией при 35^oС.

Освобожденный от воды капролактам, полученный в этом примере, имеет следующий состав: вода - 0,010 вес.%; капролактам - 99,990 вес.%.

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИСПЫТАНИЕ: обычная дистилляция с холодильной установкой в головной части

Дистилляция продукта следующего состава: вода - 40 вес.%; капролактам - 60 вес.%.

Дистилляционная колонна имеет следующие характеристики: число ступеней дистилляции - 4; коэффициент дефлегмации - 0,1; абсолютное рабочее давление в головной части - 0,015 бар; температура в головной части - 13^oС; температура в основании - 140^oС; тепловая нагрузка бойлера - 3,6 Гкал/ч; тепловая нагрузка конденсатора - 3,4 Гкал/ч; потребляемая мощность холодильной установки - 1200 кВт с конденсацией при 35^oС.

Освобожденный от содержащейся в нем воды капролактам, полученный в сравнительном испытании, имеет следующие характеристики: вода - 0,004 вес.%; капролактам - 99,996 вес.%.