Способ извлечения перфторированной кислоты в ее безводной форме

Изобретение относится к усовершенствованному способу извлечения перфторалкансульфокислоты в ее безводной форме, используемой, например, в качестве катализатора процесса алкилирования. Способ включает следующие стадии: берут водный раствор кислоты в ее гидратированной форме, добавляют к данному раствору слабое основание в форме растворимой соли этой кислоты, концентрируют полученный раствор, содержащий кислоту и соль кислоты, до, по существу, безводной смеси кислоты и соли и подвергают смесь кислоты и соли перегонке с получением кислоты в ее безводной форме, причем концентрирование осуществляют в присутствии вспомогательного агента для отгонки. Способ позволяет понизить затраты энергии и работать при давлении, близком к атмосферному, или при атмосферном давлении. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к извлечению сильной кислоты из водного раствора. Особенно, изобретение касается способа извлечения кислоты в ее безводной форме из водного раствора.

Известен способ извлечения перфторированной кислоты в ее безводной форме, который включает следующие стадии: берут водный раствор, содержащий кислоту в ее гидратированной форме, добавляют к раствору слабое основание в форме растворимой соли этой кислоты, концентрируют раствор, содержащий гидрат этой кислоты и соль этой кислоты, до, по существу, безводного состояния смеси кислоты и соли и отгоняют кислоту в ее безводной форме из этой смеси кислоты и соли (смотри патент США US 5603812, кл. В 01 D 3/34, 18.02.1997).

Недостаток известного способа состоит в том, что концентрирование должно проводиться при условиях пониженного давления (приблизительно 25-50 мбар), чтобы не разлагалась кислота. Скорость разложения кислоты повышается с ростом температуры.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание способа извлечения перфторированной кислоты в ее безводной форме, который понижает затраты энергии, позволяя работать при давлении, близком к атмосферному, или при атмосферном давлении.

Вышеуказанная цель достигается предложенным способом извлечения перфторированной кислоты в ее безводной форме, который включает следующие стадии: берут водный раствор кислоты в ее гидратированной форме, добавляют к данному раствору слабое основание в форме растворимой соли этой кислоты, концентрируют раствор этой кислоты и кислой соли до, по существу, безводной смеси кислоты и соли и подвергают смесь кислоты и соли перегонке с получением кислоты в ее безводной форме, причем отличительная особенность указанного способа состоит в том, что концентрирование осуществляют в присутствии вспомогательного агента для отгонки, причем процесс проводят при атмосферном давлении или давлении, близком к атмосферному.

Возможно остаток соли со стадии перегонки возвращать на стадию добавления слабого основания.

Перегонку также можно осуществлять в присутствии вспомогательного агента для отгонки.

Желательно в качестве слабого основания для образования растворимой соли кислоты использовать органическое основание, а в качестве органического основания использовать триалкиламины.

Предпочтительно перфторалкансульфокислотой, подвергаемой извлечению, является трифторметансульфокислота.

Предпочтительно вспомогательным агентом может являться конденсируемый углеводород.

Желательно, давление поддерживать достаточно высоком, чтобы обеспечить конденсацию вспомогательного агента для отгонки.

При осуществлении настоящего изобретения с продувкой инертным газом, таким как н-алкан, стадия испарения может осуществляться в дистилляционной колонке. Пары вспомогательного агента для отгонки принимают участие в проведении испарения при давлении, близком к атмосферному, или при атмосферном давлении по сравнению с давлением, близким к вакууму, в известном процессе, за счет различного парциального давления. В то время как общее давление повышают, парциальные давления компонентов, подлежащих разделению, сохраняются, посредством этого поддерживают допустимую рабочую температуру. Дополнительное преимущество изобретения состоит в том, что тепло может быть подано в процесс посредством вспомогательного агента для отгонки. Тем самым с успехом избегают прямого нагревания водных кислых и потенциально вызывающих коррозию растворов, и использование дорогостоящих материалов в переносящих тепло поверхностях делается ненужным.

Перфторированная кислота, подвергаемая извлечению, может представлять собой перфторированную сульфокислоту, например трифторметансульфокислоту, из выводимого потока процесса алкилирования, катализируемого этой кислотой.

Поток, выводимый из процесса алкилирования, может быть подвергнут первому удалению воды, например, посредством перегонки перед добавлением растворимой соли кислого катализатора.

В качестве слабого основания для образования кислой соли может быть использовано органическое основание, например триалкиламины.

Изобретение будет далее описано более детально в следующих примерах.

Пример 1

Отдувка воды при атмосферном давлении из смеси воды, трифторметансульфокислоты и триэтиламмонийтрифторметансульфата с использованием н-гексана при 200-250°С.

Оборудование, используемое в этом эксперименте, представлено на чертеже.

Нижняя часть устройства, показанного на чертеже, состоит из стеклянной спирали (внутренний диаметр 10 мм), нагреваемой снаружи конденсирующимся тетрадеканом до температуры около 252°С. Вспомогательный агент для отгонки (гексан, приблизительно 6 г/мин) испаряли и предварительно подогревали перед введением в нижнюю часть нагретой стеклянной спирали. Остаточную смесь отводили ниже стеклянной спирали. Дистилляционную колонку (внутренний диаметр 3 см, высота 28 см, заполненную спиральной насадкой Вильсона размером 4 мм) располагают на верху стеклянной спирали. Колонку нагревали до 252°С на наружной стороне колонки конденсирующимся тетрадеканом. Подаваемую смесь из 20 весовых % трифторметансульфокислоты, 42 весовых % триэтиламмонийтрифторметансульфата и 38 весовых % воды вводили со скоростью 11-12 г/мин в верхнюю часть дистилляционной колонки, работающей при атмосферном давлении. Вспомогательный агент для отгонки и отдуваемый продукт отводили в точке над дистилляционной колонкой. При конденсации этот поток разделялся на водную фазу, содержащую небольшие количества кислоты, углеводородную фазу, содержащую небольшие количества кислоты, и углеводородную фазу, содержащую вспомогательный агент для отгонки.

Водная фаза, отводимая вместе с вспомогательным агентом для отгонки в верхней части дистилляционной колонки, содержала 4 весовых % трифторметансульфокислоты. Остаточная смесь кислоты и соли, отводимая в нижней части стеклянной спирали, содержала 30 весовых % трифторметансульфокислоты и менее 0,1 весового % воды.

Подаваемую смесь, содержащую 0,47 г трифторметансульфокислоты и 0,90 г воды на грамм триэтиламмонийтрифторметансульфата, концентрировали до безводной смеси, содержащей 0,43 г трифторметансульфокислоты на грамм триэтиламмонийтрифторметансульфата.

Смесь кислоты и соли подвергали перегонке как обычно, получая кислоту в ее безводной форме.

Пример 2

Отдувка воды и кислоты при атмосферном давлении из смеси воды, трифторметансульфокислоты и трифторметиламмонийтрифторметансульфата с использованием н-гексана при 200-250°С.

Эксперимент проводили посредством вышеописанного оборудования и при использовании сходной процедуры и того же самого состава подаваемой смеси, как в примере 1, за исключением того, что поток смеси вода/кислота/соль составлял 3 г/мин. Поэтому большая часть кислоты, а также и вся вода были отогнаны из соли. Водная фаза верхней части продукта содержала 30 весовых % трифторметансульфокислоты, а остаточная соляная смесь содержала 6 весовых % кислоты и не содержала воды.

Тот же самый состав подаваемой смеси, что и в примере 1, концентрировали до безводной смеси, содержащей 0,07 г трифторметансульфокислоты на 1 г соли с использованием более низкого отношения подаваемой смеси к вспомогательному агенту для отгонки.

1. Способ извлечения перфторалкансульфокислоты в ее безводной форме, который включает следующие стадии: берут водный раствор кислоты в ее гидратированной форме, добавляют к данному раствору слабое основание в форме растворимой соли этой кислоты, концентрируют полученный раствор, содержащий кислоту и соль кислоты, до, по существу, безводной смеси кислоты и соли и подвергают смесь кислоты и соли перегонке с получением кислоты в ее безводной форме, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют в присутствии вспомогательного агента для отгонки, причем процесс проводят при атмосферном давлении или давлении, близком к атмосферному давлению.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаток соли со стадии перегонки возвращают на стадию добавления слабого основания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перегонку осуществляют в присутствии вспомогательного агента для отгонки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве слабого основания для образования растворимой соли кислоты используют органическое основание.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве органического основания используют триалкиламины.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перфторалкансульфокислота, подвергаемая извлечению, является трифторметансульфокислотой.

7. Способ по п.п.1 или 3, отличающийся тем, что вспомогательный агент для отгонки представляет собой конденсируемый углеводород.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что давление поддерживают достаточно высоким, чтобы обеспечить конденсацию вспомогательного агента для отгонки.