Непрерывный способ получения пропиленкарбоната в реакции карбоксилирования окиси пропилена в присутствии фталоцианиновых катализаторов



 

Изобретение относится к получению мономеров, в частности к получению пропиленкарбоната, используемого при производстве полимера нового поколения – полипропиленкарбоната. Пропиленкарбонат получают в непрерывном режиме карбоксилированием окиси пропилена двуокисью углерода с использованием в качестве катализатора незамещенного либо третбутилзамещенного фталоцианин алюминий хлорида на инертном носителе. В качестве носителя используют гранулированный адсорбент - Целит 535. Процесс ведут при давлении 40 ат, температуре 150°С и мольном отношении двуокиси углерода к окиси пропилена, равном около 144:1. Технический результат – повышение срока службы катализатора и увеличение выхода конечного продукта. 3 ил.

Изобретение относится к способу непрерывного получения пропиленкарбоната (ПК) в реакции окиси пропилена с двуокисью углерода на фталоцианиновых катализаторах по схеме

Разработка экологически безопасного и высокоэффективного способа получения ПК является важной задачей, поскольку он служит сырьем для получения полимера нового поколения - полипропиленкарбоната.

Полипропиленкарбонат - полимер, используемый для производства лазерных дисков, панелей управления в кабинах современных самолетов. Обладает уникальными прочностными свойствами, долговечностью и огнестойкостью. Технология его получения на сегодняшний день достаточно высокозатратна и недостаточно разработана.

Исходным сырьем для получения ПК в разрабатываемом процессе служит окись пропилена. Для окиси пропилена характерны реакции присоединения, обусловленные относительной легкостью размыкания цикла. Наиболее распространенная реакция - гидратация с образованием пропиленгликоля, а также ди-, три-, и полигликоли в качестве побочных продуктов. Гидратация пропиленоксида с использованием СО2 (120-160С, 0,5-4 МПа) протекает селективно с образованием монопропиленгликоля; промежуточным продуктом является пропиленкарбонат [Химическая энциклопедия. Большая Российская Энциклопедия, 1998, т.4, с.201].

Реакции окисей алкиленов и двуокиси углерода в присутствии катализаторов известны и защищены патентами США [Патент США № 2773070, № 2873282, № 3535341, № 478641], Европейским патентом [Европейский патент № 0197647], патентом Японии [Патент Японии JP № 63181765].

Как правило, в качестве катализаторов, используемых в реакциях в достаточно больших концентрациях, предлагались галогенсодержащие соединения, применение которых приводит к получению алкиленкарбонатов, содержащих большое количество галогенсодержащих примесей. Кроме того, большинство предложенных катализаторов теряет свою активность в данных реакциях или способствует взаимодействию эпоксидов между собой, а не с двуокисью углерода. Поэтому возникает потребность в катализаторах, которые не разрушаются в процессе связывания двуокиси углерода, не вносят примесей в продукты реакции и позволяют эффективно связывать двуокись углерода.

Достаточно близким по своим характеристикам к предлагаемому методу является способ получения алкиленкарбонатов с использованием фталоцианинов металлов в качестве катализаторов, описанный в патенте США [Патент США № 528335].

Недостатком этого способа является низкая растворимость используемых катализаторов, что приводит, по-видимому, к гетерогенному протеканию процесса со значительно меньшей эффективностью. Кроме того, проведение реакции в гетерогенных условиях не позволяет достичь количественного связывания двуокиси углерода, соответственно, значительно снижает эффективность данного способа.

Этот недостаток был устранен нами в патенте [Патент России № 2100355]. В качестве катализатора были использованы третбутилзамещенные фталоцианиновые комплексы, растворимость которых на несколько порядков выше растворимости их незамещенных аналогов. Данный патент является наиболее близким по своим характеристикам к предлагаемому изобретению.

Однако его недостатком, как и всех вышеупомянутых, является проведение эксперимента в статических и достаточно жестких условиях - реакции проводили в автоклаве при температуре 180С в течение 2 часов. Кроме того, использованный катализатор не обладал достаточно развитой поверхностью, что замедляло протекание реакции и приводило к быстрому отравлению катализатора.

Для преодоления вышеназванных недостатков и создания эффективного с технологической точки зрения процесса получения пропиленкарбоната авторами предлагаемого изобретения разработан непрерывный способ карбоксилирования окиси пропилена.

В качестве катализатора карбоксилирования предложена система, состоящая из фталоцианина металла, нанесенного на инертный носитель. В качестве носителя был использован гранулированный адсорбент Целит 535, имеющий следующие характеристики: химический состав – кремниевая кислота с небольшим количеством оксидов Al, Fe, Mg, Ca; удельная поверхность 1-3 м2/г; насыпная плотность 0,24 г/см3; средний диаметр пор 1-3 мкм; диаметр гранул 60-80 mesh.

Для приготовления такой системы фталоцианин размалывался до мелкодисперсного состояния (размер частиц 0,01-0,03 мм) и затем механически перемешивался с гранулированным носителем. При таком смешении мелкие частицы фталоцианина равномерно распределялись по поверхности гранул и прочно удерживались на ней за счет сил электростатического взаимодействия. Схематически эта каталитическая система представлена на фиг.1.

Основными преимуществами данной каталитической системы являются:

- простота получения;

- высокоразвитая каталитическая поверхность;

- высокая технологичность;

- возможность регенерации.

Для практической реализации непрерывного процесса карбоксилирования окиси пропилена авторами была создана экспериментальная установка, схема которой приведена на фиг.2.

Непрерывный процесс получения пропиленкарбоната осуществлялся следующим образом. Окись пропилена подавалась в смеситель с помощью насоса Н, туда же из баллона поступал газообразный СО2, поток газа регулировался вентилем В1. Полученная смесь подавалась в заполненный катализатором реактор Р1, где происходило взаимодействие реагентов. Затем реакционная смесь разделялась в сепаратора С, где отделялся пропиленкарбонат, поток регулировали вентилем В2. После прохождения сепаратора не прореагировавшая окись пропилена конденсировалась в холодильнике Х и возвращалась обратно в емкость О (СО2 в виде газа сбрасывалась в атмосферу). Для испарения окиси пропилена сепаратор нагревали до 60С. После полной отработки катализатора в реакторе Р1 поток смеси СО2-окись пропилена с помощью переключателей потока П1 и П2 направляли в реактор Р2, заполненный свежим катализатором. Отработанный катализатор выгружали из реактора Р1 и регенерировали.

Была изучена возможность проведения процесса карбоксилирования на следующих каталитических системах: третбутилзамещенный фталоцианин алюминий хлорид (РсtAlCl) + Целит 535, его незамещенный аналог (РсAlCl) + Целит 535.

Реакция проводилась в интервале температур 100-150С, при давлениях в реакторе от 20 до 40 ат. Подача СО2 (газ) - 12 г/ч, окиси пропилена 0,1 г/ч. Мольное соотношение СО2/окись пропилена 144/1. Время проведения процесса до полной потери активности катализатора 16-24 ч.

Количественный выход пропиленкарбоната и его чистоту определяли методом газовой хроматографии. Условия анализа:

- Газовый хроматограф - Varian 3700 с пламенно-ионизационным детектором;

- Колонка капиллярная 30 м, DB-5 (SE-30), d=0,32 мм, газ-носитель азот;

- Тисп=250С, Тдет=220С, Программа термостата колонок: 40С (3 мин) - 250С, 12 град/мин.

Проведенный анализ показал, что в процессе карбоксилирования в сепараторе отделяется пропиленкарбонат чистотой около 98%, содержащий небольшое количество пропиленгликоля, димеров и тримеров пропиленкарбоната. Средний количественный выход за время проведения реакции составлял 2-7% пропиленкарбоната по отношению к массе окиси пропилена в зависимости от использованного катализатора. Наилучший результат был получен при давлении 40 ат и температуре 150С. Зависимость выхода пропиленкарбоната от времени проведения процесса для этой системы представлена на фиг.3.

Как видно из представленного графика, наилучший результат был получен при использовании каталитической системы Целит 535+РсtAlCl, использование которой позволяло осуществлять процесс карбоксилирования в течение 24 ч. При этом выход пропиленкарбоната постепенно падал от 10% до 1%.

Таким образом, в описанном изобретении представлен технологически удобный способ получения пропиленкарбоната в сравнительно мягких условиях - давление 40 ат и температура 150С, со средним выходом 7% по отношению к окиси пропилена.

Продукт реакции обладает чистотой около 98% и может быть использован для получения полипропиленкарбоната без дополнительной очистки.

Пример 1

Катализатор РсtAlCl в количестве 100 мг был нанесен на 2,9 г носителя Целит 535 и помещен в реактор объемом 10 мл. Реакция карбоксилирования проводилась на установке, схема которой приведена на фиг.2, в течение 24 ч. Давление в реакторе составляло 40 ат, температура 150С. Расход двуокиси углерода 12 г/ч, окиси пропилена 0,1 г/ч. Мольное соотношение СО2/окись пропилена 144/1. Средний выход пропиленкарбоната за время проведения реакции составил 7% от массы окиси пропилена.

Пример 2

Катализатор РсAlCl в количестве 100 мг был нанесен на 2,9 г носителя Целит 535 и помещен в реактор объемом 10 мл. Реакция карбоксилирования проводилась на установке, схема которой приведена на фиг.2, в течение 16 ч. Давление в реакторе составляло 40 ат, температура 150С. Расход двуокиси углерода 12 г/ч, окиси пропилена 0,1 г/ч. Мольное соотношение СО2/окись пропилена 144/1. Средний выход пропиленкарбоната за время проведения реакции составил 2,1% от массы окиси пропилена.

Формула изобретения

Способ получения пропиленкарбоната карбоксилированием окиси пропилена двуокисью углерода с использованием в качестве катализатора незамещенного либо третбутилзамещенного фталоцианин алюминий хлорида на носителе, отличающийся тем, что в качестве носителя используют гранулированный адсорбент Целит-535 и процесс карбоксилирования осуществляют в непрерывном режиме при мольном отношении двуокиси углерода к окиси пропилена, равном около 144:1, при температуре 150С и давлении 40 ат.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения циклических карбонатов, используемых в качестве растворителей полимеров

Изобретение относится к способу связывания двуокиси углерода путем взаимодействия его с окисями олефинов с последующим превращением его в алкиленкарбонаты

Изобретение относится к гетероциклическим соединениям, в частности к получению C<SB POS="POST">2</SB>-C<SB POS="POST">4</SB>-алкиленкарбоната, которые применяются в качестве растворителей или в качестве источника соответствующих гликолей

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения алкиленкарбоната, который включает взаимодействие алкиленоксида с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе, для получения в реакторе реакционной смеси, содержащей алкиленкарбонат, причем реактор через систему трубопроводов соединен с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, образуя циркуляционный контур, где способ отличается тем, что дополнительно включает пропускание технологической жидкости во время или после реакции через циркуляционный контур, включающий реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, во время пропускания теплообменной среды, имеющей температуру от 140 до 200°С, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, таким образом поддерживая температуру внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, в интервале от 135 до 200°С

Изобретение относится к способу получения хлороформа и алкиленкарбонатов общей формулы , где R=H, CH3, взаимодействием вицинального гликоля с гексахлорацетоном при повышенной температуре в присутствии гидросиликата металла II или III группы периодической таблицы с последующим выделением целевых продуктов известными методами

Изобретение относится к способу каталитического карбоксилирования алкиленоксидов диоксидом углерода в присутствии каталитической композиции и воды, где каталитическая композиция содержит галогенид щелочного металла и макроциклическое хелатирующее соединение и где вода присутствует в количестве по меньшей мере 0,05 моль на моль алкиленоксида

Изобретение относится к способу получения 1,2-алкиленкарбоната и к вариантам способа получения 1,2-алкилендиола и диалкилкарбоната с использованием полученного 1,2-алкиленкарбоната

Изобретение относится к реактору для получения алкиленгликоля, который используют в качестве исходного вещества в производстве волокон, полиэтилентерефталатных пластиков и смол, а также включают в автомобильные антифризные жидкости, из алкиленоксида, и к способу получения алкиленгликоля с использованием данного реактора

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения карбонатного соединения, включающему взаимодействие соединения, представленного формулой (1), в которой Х1 -Х6, каждый, представляет собой атом хлора, с соединением, имеющим одну ОН группу, или соединением, имеющим две или более ОН групп, в присутствии катализатора, где катализатор включает галогеновую соль

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения фторсодержащего соединения, имеющего карбонатную связь, включающему в себя взаимодействие соединения, представленного следующей формулой (1), в которой каждый X1-Х6 представляет собой атом хлора, с фторсодержащим соединением, имеющим по меньшей мере одну OH группу, в присутствии катализатора, чтобы получить фторсодержащее соединение, имеющее карбонатную связь, где фторсодержащее соединение, имеющее по меньшей мере одну ОН группу, представляет собой полифторалканмоноол, имеющий от 2 до 10 атомов углерода, который не имеет атома фтора в соположении и может иметь атом кислорода простого эфира. Способ способствует селективному получению различных типов фторсодержащих карбонатных соединений без какого-либо ингибирования с высокими выходами без применения фосгена и без получения хлорида водорода в качестве побочного продукта. 9 з.п. ф-лы, 13 табл., 13 пр.

Изобретение относится к улучшенному способу получения алкиленкарбоната и/или алкиленгликоля. Способ включает введение исходного сырья для эпоксидирования, содержащего алкен, кислород и газ рецикла для эпоксидирования, в контакт с катализатором эпоксидирования в реакторе эпоксидирования для получения продукта реакции эпоксидирования, содержащего алкиленоксид, введение продукта реакции эпоксидирования в контакт с тощим абсорбентом в присутствии бромидсодержащего катализатора карбоксилирования в абсорбере алкиленоксида для получения газа рецикла для эпоксидирования и жирного абсорбента, содержащего алкиленкарбона, и введение, по меньшей мере, части газа рецикла для эпоксидирования в контакт с абсорбентом очистки, способным уменьшать количество бромидсодержащих примесей, перед введением в контакт с катализатором эпоксидирования, где абсорбент очистки располагают в одной или нескольких отдельных емкостях очистки, расположенных по ходу технологического потока до реактора эпоксидирования, или где реактор эпоксидирования представляет собой многотрубный кожухотрубный теплообменник, содержащий абсорбент очистки, расположенный в реакторе эпоксидирования по ходу технологического потока до трубок реактора, и где тощий абсорбент необязательно содержит воду. При этом продукт реакции эпоксидирования контактирует с тощим абсорбентом необязательно в присутствии катализатора гидролиза и температура в абсорбере алкиленоксида составляет, по меньшей мере, 60°С. Способ позволяет повысить селективность процесса, улучшить активность и продолжительность времени сохранения катализатора эпоксидирования. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретение относится к улучшенному способу получения алкиленкарбоната и/или алкиленгликоля. Способ включает введение исходного сырья для эпоксидирования, содержащего алкен, кислород и газ рецикла для эпоксидирования, в контакт с катализатором эпоксидирования в реакторе эпоксидирования для получения продукта реакции эпоксидирования, содержащего алкиленоксид, последующее введение продукта реакции эпоксидирования в контакт с тощим абсорбентом в присутствии иодидсодержащего катализатора карбоксилирования в абсорбере алкиленоксида для получения газа рецикла для эпоксидирования и жирного абсорбента, содержащего алкиленкарбонат и/или алкиленгликоль и введение, по меньшей мере, части газа рецикла для эпоксидирования в контакт с абсорбентом очистки, способным уменьшать количество иодидсодержащих примесей, перед введением в контакт с катализатором эпоксидирования. При этом абсорбент очистки располагают в одной или нескольких отдельных емкостях очистки, расположенных по ходу технологического потока до реактора эпоксидирования или где реактор эпоксидирования представляет собой многотрубный кожухотрубный теплообменник, содержащий абсорбент очистки, расположенный в реакторе эпоксидирования по ходу технологического потока до трубок реактора, где тощий абсорбент необязательно содержит воду, продукт реакции эпоксидирования контактирует с тощим абсорбентом необязательно в присутствии катализатора гидролиза и температура в абсорбере алкиленоксида находится в диапазоне от 50 до 160°С. Способ позволяет повысить селективность процесса, улучшить активность и продолжительность времени сохранения катализатора эпоксидирования. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл., 1 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2013-03-23T00:23:00
Наверх