Способ получения триэтаноламина

 

Сущность изобретения: продукт - триэтаноламин, показатель цветности 80 ед. Хазена, содержание: 81-85%. Реагент 1: оксид этилена; реагент 2: NH₃. Условия реакции: процесс проводят в две стадии, причем на первую стадию подают 57 - 80% от общего количества окиси этилена при молярном соотношении этилен - оксид-аммиак, равном 1:(0,5-0,8). Процесс ведут при 50-70^oС и 10 - 20 атм, полученную реакционную смесь нагревают до 120^oС и направляют на 2-ю стадию с добавлением оставшейся окиси этилена и процесс ведут при 60-80^oС и 1-10 атм с последующим нагреванием реакционной смеси до 100 - 120^oС. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии основного органического синтеза, а именно к получению этаноламинов, в частности триэтаноламина.

Триэтаноламин находит применение в производстве полимерных материалов, текстильно-вспомогательных, поверхностно-активных веществ, получения смазочно-охлаждающих жидкостей, в фармацевтике и других областях промышленности.

Распространенным способом получения триэтаноламина в настоящее время является его синтез в составе смеси с моно- и диэтаноламинами. Синтез этаноламинов в промышленности осуществляют, исходя из оксида этилена и аммиака. Известен ряд способов, позволяющих варьировать соотношение целевых продуктов. Индивидуальный триэтаноламин получают после ректификации реакционной смеси, что сопряжено с рядом технологических трудностей и энергетических затрат. Триэтаноламин, полученный по этой технологии, как правило, обладает высоким показателем цветности, что затрудняет его использование в ряде областей или требует дополнительной обработки с целью его обесцвечивания. Кроме того, смесь этаноламинов, полученная этими способами, содержит триэтаноламин в количестве, не превышающем 20% Известен также способ получения триэтаноламина оксиэтилированием моно- или диэтаноламина или их безводных смесей при температуре не выше 50^оС. Способ позволяет исключить стадию вакуумной реакционной разгонки, однако в качестве исходных веществ в нем используются заранее синтезированные моно- и диэтаноламины, выделенные из реакционной смеси.

Разработаны селективные способы получения триэтаноламина оксиэтилированием моно- и диэтаноламина в присутствии воды, как катализатора [1] либо с ионообменными смолами [2] Недостатком известных способов является необходимость предварительного синтеза этаноламинов.

Известен способ прямого синтеза триэтаноламина из оксида этилена и аммиака в присутствии катализаторов ионообменных смол [3] Их применение требует затрат на изготовление этих катализаторов, а также на их регенерацию и утилизацию.

Прототипом предлагаемого технического решения является способ получения смеси алканоламинов с преимущественным содержанием триэтаноламина [4] Способ заключается во взаимодействии раствора аммиака и оксида этилена при температуре 220-160^оС и давлении 0,01-5 МРа, которое осуществляют в две стадии: на первую стадию реагенты подаются при соотношении аммиака и оксида этилена, равном 1-25:1, а затем часть смеси или вся смесь направляется на вторую стадию, где происходит дальнейшее взаимодействие с оксидом этилена при соотношении смеси 0,02-1,05 моль к молю водорода, связанному с азотом в аммиаке или аминах. Полученная после завершения второй стадии смесь содержит до 10% первичных, 15-20% вторичных, до 80% третичных аминоспиртов. Однако для осуществления этого процесса требуется использование больших количеств воды, которая нужна как для катализа реакции, так и для обеспечения тепловой устойчивости реактора. При этом следует учитывать, что наличие воды в реакционной смеси ведет к образованию гликолей и, кроме того, повышает энергозатраты на проведение процесса из-за необходимости ее выделения и рециклизации. Ввиду использования значительного избытка аммиака на первой стадии процесса возникает необходимость его отгонки из полученной на этой стадии реакционной смеси, что осложняет технологическое оформление процесса. Для получения триэтаноламина с содержанием основного вещества не менее 80% требуется проведение дополнительной его очистки, при этом не гарантируется, что продукт будет обладать низким показателем цветности (не более 100 единиц по шкале Хазена).

Изобретение направлено на разработку некаталитического, высоко селективного способа, в котором используется безводный аммиак, расход которого значительно сокращен по сравнению с прототипом.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в проведении взаимодействия оксида этилена и безводного аммиака при повышенной температуре и давлении до 20 атм (2,0 МПа) в две стадии: на первую стадию непрерывно подаются исходные компоненты оксид этилена и жидкий аммиак в молярном соотношении 1:0,5-0,8 при температуре 50-70^оС, давлении 10-20 атм (1,0-2,0 МПа), причем количество оксида этилена, подаваемого на первую стадию, составляет 57-80% от общего количества оксида этилена, подаваемого на синтез.

Вся реакционная смесь, полученная в реакторе первой стадии, на выходе из реактора нагревается до 120^оС и затем поступает на вторую стадию, где реагирует с остальным оксидом этилена при температуре 60-80^оС, давлении 1-10 атм (0,1-1,0 МПа) на выходе из реактора реакционную смесь нагревают до 100-120^оС.

В результате проведения двухстадийного синтеза образуется смесь, содержащая не менее 80% триэтаноламина с показателем цветности не более 80 ед. по шкале Хазена и представляющая собой товарный продукт, не требующий дополнительной очистки.

Таким образом, существенными отличиями данного изобретения являются: использование аммиака в значительно меньших количествах; подача на первую стадию оксида этилена в количестве 57-80% от общего количества, на вторую 43-20% мягкие условия синтеза: проведение первой стадии при температуре 50-70^оС и давлении 10-20 атм, на второй стадии 60-80^оС и давлении 1-10 атм; нагрев реакционной смеси после каждой стадии до 100-120^оС.

Проведение синтеза в описанных условиях позволяет осуществить прямой синтез триэтаноламина из оксида этилена и аммиака без использования катализатора, снизить энергоемкость процесса за счет снижения температуры и давления, а также отсутствия в реакционной смеси воды. Обеспечивается тепловая устойчивость процесса, несмотря на отсутствие в реакционной смеси растворителей или значительных количеств аммиака, которые с этой целью используются в аналогичных процессах.

Способ получения триэтаноламина осуществляется в соответствии с общей схемой, представленной на чертеже.

Процесс осуществляется следующим образом: 57-80% от общего количества оксида этилена и аммиак в определенном молярном соотношении поступают в реактор первой стадии, представляющей собой емкостной аппарат объемом 2 л, перемешивание в реакторе осуществляется с помощью циркуляционного контура. Температура в реакторе 50-70^оС, давление определяется заданными температурой и молярным соотношением оксида этилена и аммиака, но не превышает 20 атм (2,0 МПа). Из реактора первой стадии реакционная смесь проходит через теплообменник, в котором нагревается до температуры 100-120^оС, и затем поступает в реактор второй стадии. Одновременно с реакционной смесью в реактор второй стадии непрерывно подают остальной оксид этилена (43-20% от общего количества). Температура в реакторе 60-80^оС, давление 1-10 атм (0,1-1,0 МПа). Из реактора реакционная смесь поступает в теплообменник, в котором нагревается до 100-120^оС. Нагрев реакционной массы может быть осуществлен на выходе из реактора, если тип используемого аппарата позволяет осуществить секционный нагрев. Готовый продукт анализируется методом газо-жидкостной хроматографии. Показатель цветности определяется методом сравнения со стандартной шкалой.

Примеры проведения процесса.

П р и м е р 1. 0,5 л/ч оксида этилена и 0,17 л/ч аммиака (соотношение 1: 0,6) непрерывно подаются в емкостной реактор из нержавеющей стали объемом 2 л. Температура в реакторе 50^оС, давление 14 атм. Из реактора реакционная масса сначала поступает в теплообменник, в котором нагревается от 50 до 120^оС, а затем в емкостной реактор второй стадии, перемешивание в котором осуществляется с помощью циркуляционного контура. Одновременно с реакционной массой в реактор второй стадии подается 0,215 л/ч оксид этилена. Температура в реактора 60^оС, давление 10 атм (1 МПа). Из реактора реакционная масса поступает в теплообменник, где нагревается от 60 до 120^оС.

В результате проведенного синтеза получен продукт, содержащий 82% триэтаноламина, 3% моноэтаноламина, 5% диэтаноламина и 10% оксиэтилированного триэтаноламина, показатель цветности 80 единиц Хазена.

П р и м е р ы 2-8 проводятся аналогично примеру 1 с изменением основных технологических параметров в заявленных интервалах.

П р и м е р ы 9, 10 иллюстpируют результаты проведения процесса при нарушении заявленных параметров (давления и соотношения).

Результаты приведены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИЭТАНОЛАМИНА из окиси этилена и аммиака при температуре 50 - 120^oС и давлении 1 - 20 атм, в две стадии с добавлением на второй стадии окиси этилена, отличающийся тем, что используют безводный аммиак, причем на первую стадию подают 57 - 80% общего количества окиси этилена при молярном соотношении этиленоксид: аммиак, равном 1 : (0,5 - 0,8), процесс проводят при температуре 50 - 70^oС и давлении 10 - 20 атм, полученную реакционную смесь нагревают до 120^oС, после чего реакционную массу направляют на вторую стадию с добавлением оставшейся окиси этилена и процесс ведут при температуре 60 - 80^oС и давлении 1 - 10 атм с последующим нагреванием реакционной массы до 100 - 120^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2