Способ очистки адипиновой кислоты в воде

 

Изобретение относится к способу очистки кристаллизацией или перекристаллизацией в воде адипиновой кислоты, являющейся одним из основных веществ, используемых для получения полиамида 6-6, которая содержит следы катализатора, причем минимальная чистота указанной адипиновой кислоты составляет по меньшей мере 95%, а указанную кристаллизацию или перекристаллизацию осуществляют в присутствии сильной протонной кислоты и/или в присутствии монооксида углерода. Количество сильной протонной кислоты составляет предпочтительно от 1 до 50 моль на 1 моль металла катализатора. Монооксид углерода составляет, по меньшей мере частично, атмосферу, в которую помещают раствор в реакторе кристаллизации или перекристаллизации, или создает в указанном реакторе давление выше атмосферного. Такая кристаллизация или перекристаллизация позволяет понизить содержание следов металлических катализаторов в адипиновой кислоте. 6 з.п.ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу очистки адипиновой кислоты в воде.

Адипиновая кислота является одним из двух основных веществ, используемых для получения полиамида 6-6. Для применения полиамида 6-6 необходимо добиться высокой степени чистоты, и эта чистота должна быть присуща уже его предшественникам, в частности адипиновой кислоте.

Согласно способу получения адипиновой кислоты содержащиеся в ней примеси являются разнородными. Настоящий способ может применяться для очистки адипиновой кислоты, полученной различными способами. Одна из примесей, создающих больше всего помех и иногда требующих наибольших затрат, представляет собой следы катализатора, используемого при получении адипиновой кислоты.

Известен способ очистки адипиновой кислоты путем кристаллизации и перекристаллизации из воды в присутствии сильной протонной кислоты, в частности серной (SU, 394354 А, 22.08.78). Однако данный способ относится к очистке адипиновой кислоты от органических примесей и он не предусматривает перекристаллизацию в присутствии сильной кислоты и удаление металлических примесей.

Источник информации RU 94010123 не относится к очистке адипиновой кислоты, а относится к регенерации катализатора из маточного раствора производства адипиновой кислоты. Другой объект, другая задача и соответственно средства достижения этой задачи. Написано, что этот способ может найти применение при получении адипиновой кислоты. Но заявленное техническое решение не относится и к получению адипиновой кислоты тоже. Следовательно, средний специалист не может найти в данном документе ничего, чтобы его навело на мысль использовать способ по этому документу для удаления малых количеств металлических соединений из чистой адипиновой кислоты. Этот документ раскрывает только, что возможно сохранить большую часть металлов (катализатора) в растворе, используя кислоту.

В следующем далее описании способ более конкретно рассматривается в аспекте его приложения к адипиновой кислоте, полученной двойным гидроксикарбонилированием бутадиена или окислением циклогексана.

В результате первого гидроксикарбонилирования бутадиена получают смесь пентеновых кислот, главным образом 3-пентеновую кислоту. В результате второго гидроксикарбонилирования, объектом которого являются пентеновые кислоты, полученные в первой реакции, получают адипиновую кислоту, содержащую также некоторое количество метил-2-глутаровой кислоты, этил-2-янтарной кислоты, а также другие соединения, получаемые уже в первой реакции гидроксикарбонилирования, такие как гамма-валеролактон, нетрансформированные пентеновые кислоты, метилбутеновая кислота. Она также содержит следы катализатора, используемого во второй реакции гидроксикарбонилирования, чаще всего иридия и/или родия.

Прямое окисление циклогексана в адипиновую кислоту осуществляют обычно в присутствии кобальта, и в данном способе получаемая адипиновая кислота содержит следы кобальтового катализатора.

Поскольку адипиновая кислота плохо растворяется в воде в холодном виде и немного лучше - в горячей, этот растворитель обычно используют для кристаллизации указанной кислоты.

Однако, учитывая постоянно растущие требования к чистоте адипиновой кислоты, особенно в том, что касается следов металлов, одно- или даже многократной кристаллизации в воде часто оказывается недостаточно.

Кроме помех, которые может создавать присутствие следов металлов при различных видах использования адипиновой кислоты, сама стоимость некоторых катализаторов, таких как иридий или родий, учитывая большие объемы производства адипиновой кислоты, вызывает необходимость по возможности наиболее полного их извлечения в рамках экономически оправданного индустриального способа.

Настоящее изобретение представляет собой улучшенный способ кристаллизации или перекристаллизации адипиновой кислоты в воде, отличающийся тем, что указанную кристаллизацию или перекристаллизацию осуществляют в присутствии сильной протонной кислоты и/или в присутствии монооксида углерода.

Под сильной протонной кислотой в настоящем тексте подразумевают минеральную протонную кислоту с рКа менее 1.

В качестве примеров таких сильных протонных кислот можно назвать иодистоводородную кислоту, бромистоводородную кислоту, хлористоводородную кислоту, азотную кислоту, серную кислоту.

Количество сильной протонной кислоты может варьировать от 0 до 100 моль на 1 моль металла-катализатора, содержащегося в адипиновой кислоте. Предпочтительно количество протонной кислоты составляет от 1 до 50 моль на 1 моль металла-катализатора.

Моноксид углерода может составлять, по меньшей мере, частично (предпочтительно, по меньшей мере 0,5 бар абсолютн.) атмосферу, в которую помещают раствор в реакторе кристаллизации или перекристаллизации (или небо реактора), или создавать в указанном реакторе давление, превышающее атмосферное.

На практике действуют таким образом при абсолютном давлении от 0 до 50 бар моноксида углерода, при этом верхняя граница не является строгой, но диктуется использованием промышленного оборудования, стоимость которого не является слишком высокой. Предпочтительно абсолютное давление моноксида углерода составляет от 1 до 50 бар.

Адипиновая кислота, которую подвергают перекристаллизации по настоящему изобретению, является обычно адипиновой кислотой, уже прошедшей один или несколько этапов очищающей обработки, в частности, методом кристаллизации в воде, рафинирования или дистилляции и обладающей минимальной чистотой около 95%.

Обычно чистота адипиновой кислоты, перекристаллизуемой способом по изобретению, составляет от 95% до 99,95%.

Перекристаллизация заключается в том, что очищаемую адипиновую кислоту растворяют в минимальном количестве воды в горячем виде, т.е. при температуре обычно от 80^oС до 250^oС в присутствии сильной протонной кислоты и/или в атмосфере или под, по меньшей мере, частичным давлением моноксида углерода, затем кристаллизуют растворенную адипиновую кислоту путем охлаждения раствора возможно после затравки раствора кристаллами чистой адипиновой кислоты.

Обычно используют такое количество воды, чтобы получить насыщенный раствор адипиновой кислоты при выбранной температуре. Например, при 80^oС насыщенный раствор содержит примерно 40% вес. адипиновой кислоты.

Способ по изобретению также включает в себя кристаллизацию адипиновой кислоты из содержащих ее реакционных смесей.

Так можно, например, кристаллизовать адипиновую кислоту из смеси, полученной гидроксикарбонилированием пентеновой кислоты водой и моноксидом углерода. Эта реакционная смесь может быть смешана с водой в присутствии сильной протонной кислоты и/или в по меньшей мере частичной атмосфере или под по меньшей мере частичным давлением моноксида углерода, температуру полученной смеси поддерживают в пределах от 80^oС до 250^oС так же, как указано выше для перекристаллизации.

Промотором, используемым в реакции гидроксикарбонилирования, может быть иодистоводородная кислота или бромистоводородная кислота, добавление сильной протонной кислоты может не понадобиться. Однако по желанию можно дополнить количество сильной протонной кислоты, присутствующей в реакционной смеси.

Точно так же, поскольку реакцию гидроксикарбонилирования проводят в присутствии моноксида углерода, необязательно добавлять это соединение для кристаллизации, но такая возможность не исключается. Также можно, как и в случае перекристаллизации адипиновой кислоты, действовать в отсутствии моноксида углерода, очищая атмосферу смеси для гидроксикарбонилирования перед ее кристаллизацией.

Следующие примеры являются наглядной демонстрацией изобретения.

Пример 1 В стеклянную ампулу помещают 5,16 г адипиновой кислоты, содержащей 31,0 мкг Со (0,0006% вес. по отношению к весу адипиновой кислоты) и 7,5 мл воды. Адипиновая кислота была получена прямым окислением циклогексана в присутствии ацетата Со и очищена перекристаллизацией в воде. Она не содержит органических примесей в определяемых количествах.

Открытую ампулу помещают в автоклав объемом 125 мл, и автоклав закрывают.

Создают в холодном виде атмосферы моноксида углерода (около 1 бар).

Нагревают до 185^oС и поддерживают эту температуру в течение примерно 30 мин.

После охлаждения и продувки автоклава азотом фильтруют адипиновую кислоту и промывают автоклав несколькими мл воды.

Профильтрованную адипиновую кислоту промывают 2•5 мл воды, затем 3•8 мл воды.

Адипиновую кислоту высушивают в течение ночи в сушильном шкафу (60^oС). Определяют количество кобальта, присутствующее в конечной адипиновой кислоте, при помощи плазменной индукции и совместно с масс-спектрометрическим анализом (IPS/Masse). Определяют 0,000012% вес. Со.

Пример 2 Действуют так же, как в примере 1, используя 5,21 г того же образца адипиновой кислоты, содержащей 31,12 мкг Со (0,0006% вес. по отношению к весу адипиновой кислоты), 7,5 мл воды и 1 мл раствора 96,7 мг НС1 в 50 мл воды. Молярное отношение НС1/Со составляет 10.

Условия такие же, как в примере 1, но атмосферу СО заменяют атмосферой азота (1 бар абсолютн.).

После промывания и высушивания определяют количество кобальта, содержащегося в конечной адипиновой кислоте. Оно составляет 0,00009% вес.

Примеры 3-7 Действуют, как в примере 1, используя адипиновую кислоту, содержащую иридий. Адипиновая кислота была получена гидроксикарбонилированием 3-пентеновой кислоты в присутствии катализатора на основе иридия и очищена перекристаллизацией в воде.

Она не содержит органических примесей в определимых количествах.

Таблица 1 показывает условия, в которых были осуществлены примеры (Тр= температура), а также начальное и конечное содержание Ir (Ir начальный и Ir конечный), выраженное в мкг/г адипиновой кислоты (AdOH).

Пример 8 В стеклянный сосуд с надетым на него холодильником и с устройством для нагревания и охлаждения вводят 5,44 г адипинозой кислоты, содержащей 0,00095% Rh, 7,5 г воды и водный раствор HI (молярное отношение HI/Rh, содержащееся в адипиновой кислоте = 10). Адипиновая кислота была получена гидроксикарбонилированием 3-пентеновой кислоты в присутствии катализатора на основе Rh и очищена перекристаллизацией в воде. Она не содержит органических примесей в определяемых количествах.

В холодной воде создают азотную атмосферу (около 1 бар). Нагревают до 90^oС и поддерживают эту температуру в течение примерно 30 мин. После охлаждения фильтруют адипиновую кислоту и промывают ее 2•5 мл воды, насыщенной адипиновой кислотой.

Высушивают адипиновую кислоту в течение ночи в сушильном шкафу (60^oС). Определяют количество родия, содержащегося в конечной адипиновой кислоте. Оно составляет 0,00054% вес. Rh.

Сравнительный опыт Осуществляют перекристаллизацию в воде адипиновой кислоты, полученной гидроксикарбонилированием 3-пентеновой кислоты в присутствии иридия и HI. Эта адипиновая кислота уже прошла кристаллизацию и еще содержит 0,00022% иридия.

Перекристаллизацию проводят обычным способом, растворяя при примерно 95^oС адипиновую кислоту в минимальном количестве воды, затем охлаждая постепенно полученный раствор, затем фильтруя и, наконец, промывая отфильтрованную адипиновую кислоту 2•5 мл воды и 3•8 мл воды.

Высушивают адипиновую кислоту в течение ночи в сушильном шкафу (60^oС). Определяют количество иридия, содержащегося в конечной адипиновой кислоте. Оно составляет 0,00022% вес. Ir. Следовательно, не удалось снизить содержания иридия в адипиновой кислоте.

Формула изобретения

1. Способ очистки кристаллизацией или перекристаллизацией в воде адипиновой кислоты, содержащей следы катализатора, отличающийся тем, что минимальная чистота указанной адипиновой кислоты составляет по меньшей мере 95%, а указанную кристаллизацию или перекристаллизацию осуществляют в присутствии сильной протонной кислоты и/или в присутствии монооксида углерода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сильную протонную кислоту выбирают из йодисто-водородной кислоты, бромисто-водородной кислоты, хлористо-водородной кислоты, азотной кислоты, серной кислоты.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что количество сильной протонной кислоты составляет от 0 до 100 моль на 1 моль металла-катализатора, содержащегося в адипиновой кислоте, предпочтительно от 1 до 50 моль на 1 моль металла-катализатора.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что монооксид углерода составляет, по меньшей мере частично, атмосферу, в которую помещают раствор в реакторе кристаллизации или перекристаллизации, или создает в указанном реакторе давление выше атмосферного.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что его осуществляют при абсолютном давлении от 0 до 50 бар монооксида углерода.

6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что его осуществляют при абсолютном давлении от 1 до 50 бар монооксида углерода.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что чистота адипиновой кислоты, которую подвергают перекристаллизации, составляет от 95 до 99,95%.

РИСУНКИ

Рисунок 1