способ переработки отходов фильтрата производства пентаэритрита

Формула изобретения

Способ переработки отхода фильтрата производства пентаэритрита, содержащего, мас.%: 32-37,81 формиата натрия, 22-27 пентаэритрита, 10-11 циклических моноформалей, 2-3 дипентаэритрита, а также примеси производных пентаэритрита, включающий обработку фильтрата экстрагентом с последующим разделением и утилизацией полученных жидкой и твердой фаз, отличающийся тем, что обработку проводят водой при соотношении вода:фильтрат, равном (0,5-1,0):1, и температурах 15-25°С с последующей подачей отмытого осадка, на стадию выпарки и кристаллизации для получения технического пентаэритрита, а раствора фильтрата - на упаривание и кристаллизацию для получения формиата натрия.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технологии органического синтеза, а именно к совместному производству пентаэритрита и формиата натрия, в котором образуется отход фильтрата в виде сиропообразной суспензии, содержащий формиат натрия, пентаэритрит, циклические моноформали, дипентаэритрит, а также примеси производных пентаэритрита.

Известен способ переработки маточника, содержащего пентаэритрит и формиат натрия, путем обработки формалином /1/. При этом образуется растворимый циклоацеталь пентаэритрита, а формиат натрия высаливается и его отделяют фильтрованием. Далее фильтрат обрабатывают щелочью, связывая формальдегид и разрушая циклоацеталь, затем выделяют пентаэритрит кристаллизацией и фильтрованием. Недостатком способа является использование токсичного и дорогостоящего реагента - раствора формалина.

Известен также способ переработки отходов фильтрата производства пентаэритрита /2/, включающий нагревание отхода фильтрата с кислотой жирного ряда при 175-275°С до образования «жировой» и твердой фаз с последующим отделением и утилизацией «жировой» фазы, содержащей эфиры жирных кислот полиоксисоединений. Недостатком способа является повышенные затраты на осуществление способа, связанные с необходимостью нагревания отходов фильтрата до 275°С и использованием дорогостоящих жирных кислот.

Известен также способ переработки отходов фильтрата производства пентаэритрита путем обработки фильтрата экстрагентами циклогексаном или этанолом /3/, с дополнительным подкислением раствора минеральной кислотой (азотной, соляной или серной) с последующей фильтрацией и промывкой кристаллов пентаэритрита дистиллированной водой. Образующуюся жидкую фазу и суспензию формиата натрия отфильтровывают в обогреваемом закрытом фильтре, высушивают от остатка этилового спирта и воды, получая кристаллы формиата натрия. Недостатками способа является повышенные затраты на осуществление способа, связанные с высокой стоимостью экстрагентов и токсичность экстрагентов.

Целью изобретения является снижение затрат на осуществление способа и токсичности применяемых реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки отхода фильтрата производства пентаэритрита, содержащего (мас.%): 32-37,81 формиата натрия, 22-27 пентаэритрита, 10-11 циклических моноформалей, 2-3 дипентаэритрита, а также примеси производных пентаэритрита, включающий обработку фильтрата экстрагентом, с последующим разделением и утилизацией полученных жидкой и твердой фаз, обработку проводят водой при соотношении вода/фильтрат, равном (0,5-1,0)/1, и температурах 15-25°С, с последующей подачей отмытого осадка, на стадию выпарки и кристаллизации для получения технического пентаэритрита, а раствора фильтрата - на упаривание и кристаллизацию для получения формиата натрия.

Примеси производных пентаэритрита образуются в результате протекания побочных реакций на стадии синтеза пентаэритрита. В состав примесей включаются формали дипентаэритритов различного строения, а также сахаристые вещества, которые образуются вследствие конденсации формальдегида в щелочной среде и представляют собой смесь различных сахаров.

Обработка отхода фильтрата водой с последующей утилизацией отмытого осадка в производстве пентаэритрита, а раствора фильтрата - в производстве формиата натрия позволяет исключить введение новых дорогостоящих и токсичных реагентов в этих производствах.

Причем обработка отхода фильтрата при соотношении вода/фильтрат, равном (0.5÷1.0)/1, позволяет получить высокий выход осадка пентаэритрита. При соотношении вода/фильтрат меньше 0.5/1 разделение компонентов отхода фильтрата по растворимости в воде затруднено из-за высокой вязкости и плотности. Кроме этого, снижается скорость механического разделения твердой и жидкой фаз фильтрованием или центрифугированием. С увеличением соотношения вода/фильтрат выше 1 снижается выход получаемого осадка пентаэритрита и происходит разбавление жидкой фазы по формиату натрия, которую впоследствии упаривают, что ведет к удорожанию способа переработки отхода фильтрата.

Обработка отхода фильтрата водой (без подогрева воды) при температурах 15-25°С не требует дополнительных энергозатрат, что уменьшает расходы на осуществление способа. При температурах ниже 15°С эффективность обработки водой фильтрата снижается за счет увеличения в осадке пентаэритрита примесей формиата натрия. Кроме того, в летних условиях понижение температуры воды ниже 15°С требует дополнительных затрат на охлаждение.

При температурах воды выше 25°С эффективность обработки водой твердой фазы отхода фильтрата снижается, так как пентаэритрит имеет положительный температурный коэффициент растворимости и с увеличением температуры возрастают потери пентаэритрита за счет перехода пентаэритрита в жидкую фазу.

Подача отмытого осадка на стадию выпарки и кристаллизации для получения технического пентаэритрита действующего производства пентаэритрита позволяет полностью утилизировать осадок отхода фильтрата, получая технический пентаэритрит, что приведет к получению дополнительного количества продукции на установке кристаллизации.

Подача раствора фильтрата на упаривание и кристаллизацию для получения формиата натрия позволяет полностью утилизировать формиат натрия, содержащийся в растворе, получая дополнительный объем товарного формиата натрия на действующей установке производства формиата натрия.

Примеры осуществления способа

В качестве объекта исследования использовали отход фильтрата производства пентаэритрита ОАО «Метафракс» следующего состава (мас.%): пентаэритрит - 22,5; формиат натрия - 37,81; дипентаэритрит - 2,45; циклические моноформали - 10,7; примеси производных пентаэритрита. При комнатной температуре он представлял собой вязкую суспензию, плотностью ~1,457 г/см³.

Для переработки брали навеску отхода фильтрата, смешивали ее с разным количеством воды, а затем помещали в термостат при температуре 20°С и перемешивали пропеллерной мешалкой в реакторе в течение 30 минут. По окончании выщелачивания полученную суспензию разделяли путем фильтрования при 20°С под вакуумом через двойной бумажный фильтр, измеряя длительность фильтрации осадка. После этого осадок и раствор взвешивали, определяли плотность раствора и анализировали содержание основных компонентов в осадке и растворе. Осадок по составу подходил для смешивания с раствором, поступающим на упаривание и кристаллизацию технического пентаэритрита, т.е. для переработки его в технический пентаэритрит. А получаемый после обработки отхода фильтрата раствор по составу подходил для подачи его на упаривание и кристаллизацию формиата натрия, т.е. переработки его в товарный формиат натрия.

Соотношение фаз вода/фильтрат, т.е. в опытах 1-6 изменяли от 0,20 до 1,00. Степень извлечения каждого компонента в твердую и жидкую фазу определяли как отношение массы компонента в фазе к массе этого компонента в исходном отходе фильтрата. Результаты обработки отхода фильтрата различным количеством воды приведены в табл.1-2.

Таблица 1
Показатели обработки отхода фильтрата водой
№	Показатели до обработки отхода фильтрата водой	Показатели после обработки отхода фильтрата водой
	Масса исходного отхода фильтрата, г	Масса Н2О для обработки, г	Соотношение фаз	Выход получение го раствора, %	Плотность полученного раствора, г/см3	Длительность фильтрации осадка, мин	Выход осадка, %
1	100	20	0,200	44.71	-		55,29
2	100	28,6	0,286	77,85	1,312	30	22,15
3	100	33,3	0,333	78,86	1,285	24	21,14
4	100	40	0,400	81,10	1,271	19	18,90
5	100	50	0,500	83,96	1,251	15	16,04
6	75	75	1,000	90,64	1,182	14	9,36

Таблица 2
Концентрации компонентов в твердой и жидкой фазах после обработки отхода фильтрата водой
№	2	3	4	5	6
Соотношение фаз	0,286	0,333	0,400	0,500	1,00
Фазы	Т	Ж	Т	Ж	Т	Ж	Т	Ж	Т	Ж
ПЭ	Конц-я, %	68,2	4,08	64,4	4,17	61,4	3,78	69,21	4,34	73,1	4,78
ЦМФ	Конц-я, %	7,7	9,20	7,0	8,79	6,45	5,74	6,42	7,2	6,13	5,88
ДПЭ	Конц-я, %	9,4	0,84	8,35	0,64	7,78	0,28	10,41	0,36	9,92	0,16
ФН	Конц-я, %	14,2	38,96	13,3	37,16	11,8	37,9	8,60	32,11	5,25	22,17
Н2О	Содержание, %	0,5	46,92	6,95	49,24	12,57	52,3	5,36	55,99	5,6	67,01
Примечание: ПЭ - пентаэритрит, ЦМФ - циклические моноформали, ДПЭ - дипентаэритрит, ФН - формиат натрия, Т - твердая фаза, Ж - жидкая фаза, MH2O - масса воды, Мф - масса отхода фильтрата.

Опыт № 1 проводили при соотношении вода/фильтрат 0,200. Установлено, при таком соотношении фаз образуется вязкая нефильтруемая суспензия, что затрудняет и делает неприемлемым проведение процесса выщелачивания растворимых соединений из твердого отхода фильтрата.

В опытах № 2-4 соотношение фаз поддерживали M_H2O/М _Ф=0,286-0,400, при этом процесс фильтрации протекал достаточно длительно за 30-19 мин, растворы после фильтрации имели плотности 1,271-1,312 г/см³. Как видно из данных табл.1-2, при таком соотношении фаз содержание пентаэритрита в осадке составляло 61,4-68,2%, а содержание примесей в осадке составляло (мас.%): ЦМФ - 6,4-7,7, ДПЭ - 7,78-9,4, ФН - 11,8-14,2 (остальное вода). Высокое содержание примесей формиата натрия в осадке нежелательно из-за попадания этих примесей на стадию кристаллизации пентаэритрита и загрязнения осадка пентаэритрита на стадии кристаллизации. Концентрация формиата натрия в растворе после обработки отхода фильтрата водой составляла высокие значения 38,9-37,9%, что выгодно для переработки раствора в формиат натрия. Однако низкая скорость фильтрации после обработки отхода фильтрата водой и плохая очистка осадка пентаэритрита указывают на то, что режимы обработки водой отхода фильтрата № 2-4 не подходят для промышленной реализации.

В опытах № 5-6 соотношение фаз поддерживали согласно заявленному способу M_H2O/М_Ф=0,500-1,00, что привело к снижению длительности процесса фильтрации до 14-15 мин и повышению содержания пентаэритрита в осадке до 69,2-73,1%, незначительному изменению содержания ДПЭ и ЦМФ и существенному снижению содержания хорошо растворимого соединения формиата натрия до 8,6-5,25%. Осадок с таким содержанием примесей может перерабатываться в технический пентаэритрит путем смешения с раствором, поступающим на выпаривание и кристаллизацию технического пентаэритрита. При этом плотность полученного раствора составляла 1,251-1,182 г/см³, концентрация формиата натрия в растворе, подаваемом на получение формиата натрия, составила высокие значения 22,17-32,11%, что является приемлемым для подачи раствора на стадию упаривания в производстве формиата натрия.

Таким образом, осуществление способа переработки отходов фильтрата производства пентаэритрита по примерам № 5-6, т.е. по заявленному способу, позволяет снизить затраты на осуществление способа и токсичность применяемых реагентов за счет использования обработки отходов фильтрата водой при температуре окружающей среды.

Технико-экономическая оценка показала, что при использовании предлагаемого способа на ОАО «Метафракс» можно из отхода фильтрата дополнительно получить 1241 т/год монопентаэритрита и 3580 т/год формиата натрия. Суммарный доход от получения дополнительного объема продукции составит 98.7 млн. руб/год.

Литература

1. Патент США 2,780,655. Recovery of pentaerythritol by formalin extraction. / Harold I.Yalowitz. - Заявл.: 5 мая 1954, Опубл.: 5.02.1957.

2. Берлоу Э., Барт Р., Сноу Д. Пентаэритриты. - Перевод с англ. - М., 1963.

3. Белкин Д.И. Научные основы, разработка и промышленное использование эффективной технологии пентаэритрита. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 1988.