Способ получения алкеноксида
Изобретение относится к способу получения алкеноксида. Предложенный в соответствии с изобретением способ включает, по меньшей мере, стадии (i), (ii) и (v): (i) подача потока S1, содержащего сжатый, жидкий алкен; (ii) сброс давления, по меньшей мере, в части потока S1 при поглощении теплоты и при, по меньшей мере, частичном испарении жидкого алкена; (v) взаимодействие полученного на стадии (ii) алкена с гидропероксидом в присутствии, по меньшей мере, одного катализатора с получением смеси, содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель. Технический результат - частичное использование энергии, содержащейся в сжатом потоке алкена. 9 з.п. ф-лы.
Настоящее изобретение относится к способу получения алкеноксида, при котором сбрасывают давление потока сжатого жидкого алкена при испарении, по меньшей мере, части алкена и согласно предпочтительной форме выполнения изобретения применяют поглощенную при сбросе давления теплоту, чтобы в способе согласно изобретению на, по меньшей мере, одной стадии предоставлять в распоряжение холодопроизводительность и этим обеспечивать интеграцию теплоты во всем способе.
При способах получения алкеноксида, например способах получения пропиленоксида из пропена, часто в процесс подают поток алкена для его превращения, который в крупных технических масштабах в жидкой форме при определенном давлении поступает по трубопроводу. Как правило, жидкий алкен перед превращением в соответствующий алкеноксид замешивают в растворитель, который применяют для превращения.
Лежащая в основе настоящего изобретения задача состоит в разработке способа, который, по меньшей мере, частично использует содержащуюся в сжатом потоке алкена энергию.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу получения алкеноксида, включающему, по меньшей мере, стадии (i), (ii) и (v):
(i) подача потока S1, содержащего сжатый, жидкий алкен;
(ii) сброс давления, по меньшей мере, в части потока S1 при поглощении теплоты и при, по меньшей мере, частичном испарении жидкого алкена;
(v) взаимодействие полученного на стадии (ii) алкена с гидропероксидом в присутствии, по меньшей мере, одного катализатора с получением смеси, содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель.
В рамках настоящего изобретения при этом на стадии (i) может применяться любой алкен, который может быть сжат в жидкий поток S1 и может взаимодействовать с гидропероксидом с получением соответствующего алкеноксида. Под термином "алкен", как он применяется в рамках настоящего изобретения, понимаются все соединения, которые имеют, по меньшей мере, одну С-С-двойную связь. В особенности в способе согласно изобретению применимы, например, следующие алкены:
этен, пропен, 1-бутен, 2-бутен, изобутен, бутадиен, пентен, пиперилен, гексен, гексадиен, метиленциклопропан, циклопентен, циклогексен, винилоксиран, винилиденфторид, аллилгалогениды, кротилхлорид, металлилхлорид, дихлорбутен, аллиловый спирт, метилаллиловый спирт, бутенолы, бутендиолы, циклопентендиолы, пентенолы, этоксиэтен, ненасыщенные карбоновые кислоты, такие, как, например, акриловая кислота, метакриловая кислота, кротоновая кислота, малеиновая кислота, винилуксусная кислота и смеси из двух и более этих соединений.
В способе согласно изобретению предпочтительно применяют алкены, которые содержат от 2 до 4 атомов углерода, В особенности предпочтителен в рамках настоящего изобретения в качестве алкена пропен.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который отличается тем, что содержащийся в потоке S1 алкен представляет собой пропен.
В способе согласно изобретению для превращения алкена применяют, по меньшей мере, один гидропероксид. В рамках настоящего изобретения под термином "гидропероксид" следует понимать соединение общей формулы ROOH. Подробности относительно получения гидропероксида и других применимых гидропероксидов можно найти в DE-A 19835907, соответствующее содержание которой входит в рамки настоящей заявки. Например, для применяемых согласно изобретению гидропероксидных соединений пригодны, среди прочего, трет-бутилгидропероксид, этилбензоилгидропероксид, трет-амилгидропероксид, куменгидропероксид, циклогексилгидропероксид, метилциклогексилгидропероксид, тетрагидронафталингидропероксид, изобутилбензол гидропероксид, этилнафталингидропероксид, пероксокислоты, такие, как, например, перуксусная кислота или перекись водорода. Также и смеси из двух или более гидропероксидов применимы согласно изобретению. Предпочтительно в рамках настоящего изобретения в качестве гидропероксида применяют перекись водорода, причем особенно предпочтителен водный раствор перекиси водорода.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который отличается тем, что применяемый согласно стадии (v) гидропероксид представляет собой перекись водорода.
Относительно применяемых в рамках настоящего изобретения катализаторов не имеется никаких особенных ограничений, если в присутствии катализаторов примененный алкен может превращаться в соответствующий алкеноксид. Особенно предпочтительны в способе согласно изобретению цеолитные катализаторы.
Цеолитами являются известные кристаллические алюмосиликаты с упорядоченной канальной или сетчатой структурой, содержащие микропоры размером менее 0,9 нм. Кристаллическая решетка таких цеолитов состоит из SiO4- и AlO4-тетраэдров, соединенных общими кислородными мостиками. Обзор известных структур цеолитов можно найти, например, в публикации W.M.Meier, D.H.Olson und Ch.Baerlocher, "Atlas of Zeolithe Structure Types", Elsevier, 5. Auflage, Amsterdam 2001.
Кроме того, известны цеолиты, которые не содержат алюминия и в которых в силикатной решетке вместо Si (IV) частично находится титан Ti (IV). Такие титановые цеолиты, в особенности цеолиты с кристаллической структурой типа MFI, а также возможности их получения описаны, например, в ЕР-А 0311983 или ЕР-А 0405978. Кроме кремния и титана такие материалы могут содержать также дополнительные элементы, такие как, например, алюминий, цирконий, олово, железо, кобальт, никель, галлий, германий, бор или незначительные количества фтора. В цеолитных катализаторах титан может быть частично или полностью заменен ванадием, хромом или ниобием или смесью двух или более компонентов. Молярное соотношение титана и/или ванадия, циркония, хрома или ниобия и суммы кремния и титана, и/или ванадия, и/или циркония, и/или хрома, и/или ниобия, как правило, составляет от 0,01:1 до 0,1:1.
Титановые цеолиты, в особенности те, которые имеют кристаллическую структуру типа MFI, а также возможности их получения описаны, например, в WO 98/55228, ЕР-А 0311983 или ЕР-А 0405978, содержание которой включено в контекст данной заявки.
Титановые цеолиты с MFI-структурой известны тем, что они могут быть идентифицированы путем их рентгеновского структурного анализа, а также дополнительно путем определения полос скелетных колебаний в инфракрасном диапазоне (ИК) при примерно 960 см-1 и, таким образом, отличаются от титанатов щелочных металлов или кристаллических и амфотерных TiO2-фаз.
При этом в отдельном следует назвать цеолиты пентазил-цеолитной структуры, содержащие титан, германий, теллур, ванадий, хром, ниобий, цирконий, в особенности типы с рентгенографическим отнесением к ABW-, ACO-, AEI-, AEL-, AEN-, АЕТ-, AFG-, AFI-, AFN-, AFO-, AFR-, AFS-, AFT-, AFX-, AFY-, AHT-, ANA-, АРС-, APD-, AST-, ATN-, ATO-, ATS-, АТТ-, ATV-, AWO-, AWW-, BEA-, BIK-, BOG-, ВРН-, BRE-, CAN-, GAS-, CFI-, CGF-, CGS-, СНА-, CHI-, CLO-, CON-, CZP-, DAC-, DDR-, DFO-, DFT-, DOH-, DON-, EAB-, EDI-, EMT-, EPI-, ERI-, ESV-, EUO-, FAU-, FER-, GIS-, GME-, GOO-, HEU-, IFR-, ISV-, ITE-, JBW-, KFI-, LAU-, LEV-, LIO-, LOS-, LOV-, LTA-, LTL-, LTN-, MAZ-, MEI-, MEL-, МЕР-, MER-, MFI-, MFS-, MOM-, MOR-, MSO-, MTF-, MTN-, MTT-, MTW-, MWW-, NAT-, NES-, NON-, OFF-, OSI-, PAR-, PAU-, PHI-, RHO-, RON-, RSN-, RTE-, RTH-, RUT-, SAO-, SAT-, SBE-, SBS-, SBT-, SFF-, SGT-, SOD-, STF-, STI-, STT-, TER-, THO-, TON-, TSC-, VET-, VFI-, VNI-, VSV-, WIE-, WEN-, YUG-, ZON-структурам, а также смешанным структурам из двух или более указанных выше структур. Пригодными для использования в способе согласно изобретению являются содержащие титан цеолиты со структурой ITQ-4, SSZ-24, ТТМ-1, UTD-1, CIT-1 или CIT-5. Кроме того, следует назвать содержащие титан цеолиты со структурой ZSM-48 или ZSM-12.
Предпочтительно в рамках данного изобретения используют Ti-цеолиты со смешанной MFI-, MEL- или MFI/MEL-структурой. Кроме того, предпочтение отдают содержащим Ti цеолитным катализаторам, которые, как правило, называют "TS-1", "TS-2", "TS-3", а также титановым цеолитам с изоморфной по отношению к бета-цеолиту кристаллической решеткой. Особое предпочтение в рамках данного изобретения отдают цеолитному катализатору типа TS-1.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который отличается тем, что применяемый согласно стадии (v) катализатор представляет собой содержащий титан силикалитный катализатор типа TS-1.
Для применяемого в рамках настоящего изобретения растворителя в основном не имеется ограничений, если обеспечивается то, что в присутствии этого, по меньшей мере, одного растворителя может осуществляться взаимодействие примененного алкена в присутствии вышеприведенного катализатора с вышеописанными гидропероксидами. Среди прочего предпочтительны следующие растворители:
- вода;
- спирты, предпочтительно содержащие менее 6 атомов углерода, а также метанол, этанол, пропанолы, бутанолы, пентанолы;
- диолы или полиолы, предпочтительно содержащие менее 6 атомов углерода;
- простые эфиры, такие как, например, диэтиловый эфир, тетрагидрофуран, диоксан, 1,2-диэтоксиэтан, 2-метоксиэтанол;
- сложные эфиры, такие как, например, метилацетат или бутиролактон;
- амиды, такие как, например, диметилформамид, диметилацетамид, N-метилпирролидон;
- кетоны, такие как, например, ацетон;
- нитрилы, такие как, например, ацетонитрил,
или смеси двух или более указанных соединений.
В рамках предпочтительной формы выполнения изобретения в качестве растворителя применяют метанол, причем дополнительно к метанолу может применяться один или несколько вышеприведенных растворителей. Среди прочего предпочтительна вода.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, который отличается тем, что применяемый согласно стадии (v), по меньшей мере, один растворитель является метанолом.
Согласно вышеописанным предпочтительным формам выполнения способа по изобретению настоящее изобретение относится к вышеприведенному способу, который отличается тем, что алкеном является пропен, гидропероксидом является перекись водорода, применяемый катализатор представляет собой содержащий титан силикалитный катализатор и растворителем является метанол.
Подаваемый на стадию (i) поток S1 может содержать алкен при любом давлении, если при этом поток S1 при дополнительно выбранных температурных условиях является жидким. Далее интервал давления сжатого потока S1 зависит от примененного алкена или смеси алкенов. В том случае, если применяют, как описано выше, особенно предпочтительно пропен, согласно предпочтительной форме выполнения поток S1 содержит пропен под давлением в интервале от 20 до 35 бар. Температура потока S1 при этом предпочтительно составляет от 5 до 30°С, более предпочтительно от 10 до 30°С, еще более предпочтительно от 15 до 30°С и особенно предпочтительно от 20 до 30°С.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который отличается тем, что поток S1 стадии (i) представляет собой жидкий пропен при давлении от 20 до 35 бар и температуре от 5 до 30°С.
Поток S1, содержащий жидкий пропен, может согласно предпочтительной форме выполнения содержать до 0,5 вес.%, предпочтительно до 1 вес.%, особенно предпочтительно до 2 вес.% и более предпочтительно до 4 вес.% пропена.
Согласно изобретению, по меньшей мере, в части сжатого потока алкена S1 на стадии (ii) сбрасывают давление при поглощении теплоты, причем часть жидкого алкена испаряется. Особенно предпочтительно в рамках настоящего изобретения общий поток S1, который содержит подлежащий превращению, по меньшей мере, один алкен, подвергают сбрасыванию давления и при этом предпочтительно жидкий алкен при сбрасывании давления полностью испаряют.
Подлежащий сбрасыванию давления поток S1 может при этом подвергаться сбрасыванию давления всеми известными методами и с применением всех пригодных устройств. Среди прочего для сбрасывания давления могут применяться клапаны, краны, заслонки или дроссели. Процесс сбрасывания давления может при этом проводиться за одну или несколько стадий, причем, например, для отдельных стадий сбрасывания давления могут применяться или одно и то же устройство или же, по меньшей мере, два различных устройства. В рамках настоящего изобретения под термином "различные устройства" следует понимать также и устройства, которые одинаковы до размеров. Различными устройствами в этом смысле являются клапан и кран или два клапана одинаковой конструкции с различными размерами.
Давление, под которым находится газообразный алкен после сброса давления, может в основном выбираться любым и зависит, в частности, от температуры привлеченной для полного испарения нагревательной среды. В особенно предпочтительной форме выполнения давление, под которым находится алкен после сброса давления, выбрано таким образом, что процессом сброса давления и испарения производится достаточная холодопроизводительность при температуре от -10 до +20°С.
Например, в случае особенно предпочтительно применяемого пропена выбирают давление, которое предпочтительно лежит в интервале от 4 до 10 бар, более предпочтительно от 5 до 9 бар и особенно предпочтительно от 5 до 8 бар.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится также и к способу, который отличается тем, что, по меньшей мере, часть потока S1 подвергают сбросу давления до значения от 4 до 10 бар.
Согласно одной особенно предпочтительной форме выполнения изобретения давление, до которого производят сброс давления алкена, выбрано таким образом, что при сбросе давления сжатого потока вырабатывают полезную холодопроизводительность.
Под понятием "полезная холодопроизводительность" в рамках настоящего изобретения следует понимать холодопроизводительность, которая может применяться, по меньшей мере, в другом способе, чем способ согласно изобретению или в самом способе согласно изобретению или как в, по меньшей мере, одном другом, так и в способе согласно изобретению с целью охлаждения.
При этом охлаждение может происходит таким образом, что при сбрасывании давления в сжатом потоке S1 требуемое для этого количество тепла отводится, по меньшей мере, от одного холодильного агента. Таким образом охлажденный, по меньшей мере, один холодильный агент может тогда применяться с целью охлаждения в самом способе согласно изобретению или в другом способе.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, который отличается тем, что произведенная на стадии (ii) холодопроизводительность подается, по меньшей мере, одному холодильному агенту.
Наряду со всеми известным холодильными агентами в способе согласно изобретению применяют, например, предпочтительно смесь пропиленгликоля с водой.
Предпочтительно в рамках настоящего изобретения сброс давления находящегося под давлением потока алкена S1 осуществляют подачей в, по меньшей мере, один теплообменник. В этой связи сброс давления потока S1 можно производить подачей, например, в один единственный теплообменник. Также возможно подавать поток S1, например, в первый теплообменник при применении, по меньшей мере, одного из вышеприведенных устройств для сброса давления, например, клапана, крана, заслонки или дросселя, для сброса давления до определенного значения и поток первой стадии S1 со сброшенным давлением подавать в, по меньшей мере, еще один теплообменник при применении, по меньшей мере, одного из вышеприведенных устройств для сброса давления на каждый теплообменник. При этом возможно частично испарять поток S1 в первом теплообменнике и полностью испарять во втором теплообменнике.
В каждом из применяемых теплообменников требуемую для испарения теплоту можно отводить, например, по меньшей мере, от одного холодильного агента, причем в каждом теплообменнике может применяться один единственный или же несколько различных холодильных агентов и применяемые в отдельных теплообменниках холодильные агенты или смеси холодильных агентов могут быть одинаковыми и отличными друг от друга.
Предпочтительно в способе согласно изобретению подлежащий сбросу давления поток S1 подают для сброса давления в один единственный теплообменник, причем в качестве устройства для сброса давления применяется заслонка или клапан.
Также настоящее изобретение включает формы выполнения, при которых поток S1 разделяют на два или более частичных потока и каждый из этих частичных потоков подают для сброса давления в один теплообменник. Этой предпочтительной формой выполнения в зависимости от разделения потока S1 могут быть выработаны одинаковые или различные холодопроизводительности за счет полного испарения каждого из частичных потоков.
Применяемый согласно способу по изобретению для сброса давления потока S1, по меньшей мере, один теплообменник может при этом иметь все пригодные формы выполнения. Примерами таких теплообменников являются кожухотрубный теплообменник, спиральный теплообменник или пластинчатый теплообменник. В рамках настоящего изобретения предпочтителен кожухотрубный теплообменник.
Согласно особенно предпочтительной форме выполнения выработанная при сбросе давления жидкого алкена холодопроизводительность применяется в самом способе согласно изобретению. Вследствие этого реализуется интегрированный способ. Применение этой холодопроизводительности может при этом осуществляться, как это описано выше, через холодильный агент, который охлаждается в рамках сброса давления потока S1 и который тогда может применяться в, по меньшей мере, одной части способа согласно изобретению, чтобы, например, охлаждать в одном или нескольких теплообменниках поток исходного продукта или поток готового продукта.
Согласно особенно предпочтительной форме выполнения способа по настоящему изобретению полученная сбросом давления потока S1 в, по меньшей мере, одном теплообменнике холодопроизводительность может непосредственно использоваться, причем под термином "непосредственно" в этой связи в рамках изобретения понимается каждый процесс, при котором для охлаждения не делается обход через холодильный агент.
В рамках настоящего изобретения предпочтительны такие формы выполнения, при которых от одного или нескольких потоков в способе согласно изобретению в, по меньшей мере, одном теплообменнике, в котором сбрасывают давление потока S1, отводят теплоту.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится также и к способу, описанному выше, который отличается тем, что полученную сбросом давления согласно стадии (ii), по меньшей мере, в одном теплообменнике холодопроизводительность, по меньшей мере, частично подают, по меньшей мере, одному частичному процессу получения алкеноксида.
В качестве частичного процесса получения алкеноксида возможны все стадии способа, в которых полученная на стадии (ii) испарением при сбросе давления холодопроизводительность может применяться для процесса охлаждения. При этом, например, возможно полученную на стадии (ii) холодопроизводительность применять дополнительно к полученной другим путем холодопроизводительности. Также возможно применение одной полученной на стадии (ii) холодопроизводительности.
Согласно особенно предпочтительной форме выполнения способа по изобретению полученную на стадии (ii) холодопроизводительность можно применять для того, чтобы при конденсации выпара (вторичного пара) в верхней части одной или нескольких дистилляционных колонн, по меньшей мере, частично обеспечивать требуемую для этого холодопроизводительность. В частности, это имеет место при получении пропиленоксида и при этом предпочтительно при дистилляционной обработке смеси, содержащей пропиленоксид и при которой получают выпар, содержащий пропиленоксид.
Это связано с тем, что при пропиленоксиде речь идет о высокореакционноспособном соединении с низкой точкой кипения, т.е. с точкой кипения 35°С при давлении окружающей среды. Вследствие этого дистилляционная переработка должна происходить при мягких условиях, так что для конденсации выпаров в верхней части колонны должен применяться холодильный агент.
Согласно уровню техники такую холодопроизводительность получают, например, при применении компрессорных, пароструйных или абсорбционных холодильных машин. Паровые холодильные машины работают при замкнутых циркуляционных процессах, которые используют теплоту испарения жидкой среды для получения холода. Применение таких паровых холодильных машин имеет следствием то, что для получения холодопроизводительности необходимы дополнительные аппараты, такие, как насосы, компрессоры или испарители.
Описанное выше непосредственное использование энтальпии испарения применяемого согласно изобретению алкена, в частности пропена, таким образом представляет способ, при котором дорогая теплота испарения может быть получена на низком температурном уровне. Само собой разумеется при этом передача холодопроизводительности может происходить через, по меньшей мере, один холодильный агент, однако предпочтительно подлежащей сбросу давления поток S1 помещать для этого в одно отделение теплообменника, со стороны нагрева, причем в другом отделении этого теплообменника, с холодильной стороны, охлаждается выпар, для конденсации которого должна расходоваться холодопроизводительность.
Как описано выше, в способе согласно изобретению подлежащий сбросу давления поток S1 согласно необходимой для конденсации выпара холодопроизводительности может быть разделен на два или более потоков, причем каждый из частичных потоков подвергается сбросу давления в соответствующем теплообменнике и полностью испаряется и выпар конденсируется в соответствующем теплообменнике за счет обеспечения требуемой холодопроизводительности.
При вышеописанной дистилляционной переработке содержащая алкеноксид, предпочтительно пропиленоксид, смесь, в которой имеется выпар, который содержит в основном алкеноксид, предпочтительно пропиленоксид, особенно предпочтительно дистилляционно перерабатывается в смесь, которая наряду с алкеноксидом, предпочтительно пропиленоксидом, содержит применяемый согласно стадии (v) растворитель, предпочтительно метанол, а также, в случае необходимости, более высококипящие по сравнению с алкеноксидом, предпочтительно пропиленоксидом, соединения.
В соответствии с этим настоящее изобретение описывает способ, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один частичный процесс получения алкеноксида, от которого, по меньшей мере, частично отводится поглощенная сбросом давления на стадии (ii) теплота в, по меньшей мере, одном теплообменнике, представляет собой конденсацию выпара.
В частности, настоящее изобретения относится к вышеописанному способу, который отличается тем, что частичный процесс получения алкеноксида является конденсацией выпара, который по существу содержит алкеноксид и который получают при дистилляционном отделении алкеноксида из смеси (G1), содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель.
В принципе в рамках настоящего изобретения возможно перерабатывать все смеси (G1), которые содержат алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель при условии, что при дистилляционной переработке результируется, как описано выше, выпар. В особенности, может дистилляционно перерабатываться смесь с получением вышеуказанного выпара, которая получена на стадии (v) способа согласно изобретению.
При еще одной предпочтительной форме выполнения стадии (v) способа согласно изобретению, которая обозначается ниже (v'), получают смесь, которая наряду с алкеноксидом и, по меньшей мере, одним растворителем содержит также и непрореагировавший алкен. В этом случае особенно предпочтительно подводить эту смесь перед дистилляционной переработкой с получением вышеуказанного выпара, по меньшей мере, к еще одной стадии переработки, на которой отделяется непрореагировавший алкен.
Согласно особенно предпочтительной форме выполнения способа смесь (G1) получают в соответствии с этим за счет того, что алкен подвергают взаимодействию с гидропероксидом в присутствии, по меньшей мере, одного растворителя и, по меньшей мере, одного катализатора, причем получают смесь, которая содержит алкеноксид, а также непрореагировавший алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель. Эту смесь ниже обозначают (G0). От этой смеси (G0) отделяют перед дистилляционным отделением, из которого результируется выпар, содержащий в основном алкеноксид, на, по меньшей мере, одной предварительной стадии непрореагировавший алкен и из этого отделения алкена получают смесь (G1).
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который отличается тем, что получают смесь (G1) из способа, включающего следующие стадии (v') и (vi):
(v') взаимодействие полученного на стадии (ii) алкена с гидропероксидом в присутствии, по меньшей мере, одного растворителя и, по меньшей мере, одного катализатора с получением смеси (G0), содержащей алкеноксид, непрореагировавший алкен и, по меньшей мере, один растворитель;
(vi) отделение непрореагировавшего алкена от смеси (G0) при получении смеси (G1), содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель.
Взаимодействие алкена, предпочтительно пропена, на стадии (v') в присутствии, по меньшей мере, одного растворителя, предпочтительно метанола, и, по меньшей мере, одного катализатора, предпочтительно вышеописанного содержащего титан силикалитного катализатора, с гидропероксидом, предпочтительно перекисью водорода, может проходить на двух и более ступенях, причем особенно предпочтительно взаимодействие проводят на двух ступенях.
Относительно вышеприведенных предпочтительных соединений двухступенчатое взаимодействие проходит, например, следующим образом:
(a) взаимодействие перекиси водорода с пропеном при получении смеси, включающей пропиленоксид и непрореагировавшую перекись водорода;
(b) отделение непрореагировавшей перекиси водорода из полученной на ступени(а) смеси;
(c) взаимодействие отделенной перекиси водорода со ступени (b) с пропеном.
В соответствии с этим взаимодействие пропена с перекисью водорода проходит, как это представлено, в две ступени (а) и (с), причем ступень отделения (b) включена между этими двумя ступенями.
Отделение перекиси водорода на ступени отделения (b) может проводиться в рамках настоящего изобретения всеми известными из уровня техники методами.
Предпочтительно отделение перекиси водорода производят дистилляцией. В зависимости от требований к способу при этом отделение возможно в одной или нескольких дистилляционных колоннах. Предпочтительно в рамках одной ступени отделения применяется одна дистилляционная колонна.
Взаимодействие пропена с перекисью водорода осуществляют в способе согласно изобретению в пригодном для этого реакторе. В качестве исходных продуктов применяют пропен, перекись водорода и метанол. Исходные продукты могут в рамках настоящего способа подаваться в реактор по отдельности или предпочтительно перед вводом в реактор объединяться в один поток. Предпочтительно в способе согласно изобретению к реактору подают поток, который состоит из комбинации исходных продуктов. При этом предпочтителен поток, при котором концентрация отдельных исходных продуктов выбрана таким образом, что поток является жидким и однофазным.
При еще одной форме выполнения возможно осуществление взаимодействия на двух ступенях (а) и (с) в двух отдельных реакторах.
В качестве реактора могут применяться все известные и пригодные для такой реакции реакторы. При этом понятие "реактор" не ограничивается одной единственной емкостью. Возможно использовать в качестве реактора каскад котлов с мешалкой.
Предпочтительно в качестве реактора применяют реактор с неподвижным слоем. Далее предпочтительны в качестве реакторов с неподвижным слоем трубчатые реакторы с неподвижным слоем.
В частности, предпочтительно для взаимодействия на ступенях (а) и (с) в двух отдельных реакторах применяют один изотермический реактор с неподвижным слое и один адиабатический реактор с неподвижным слоем. Предпочтительно изотермический реактор применяют на ступени (а) и адиабатический реактор на ступени (b).
После взаимодействия алкена, предпочтительно пропена, с гидропероксидом, предпочтительно с перекисью водорода, при котором получают смесь (G0), далее из этой смеси (G0), содержащей алкеноксид, предпочтительно пропиленоксид, непрореагировавший алкен, предпочтительно пропен, и растворитель, предпочтительно метанол, отделяют непрореагировавший алкен, предпочтительно пропен.
Отделение непрореагировавшего алкена из смеси (G0) осуществляют дистилляцией. При этом число применяемых колонн в основном любое. Предпочтительно применяют одну колонну. Эта колонна в общем имеет, по меньшей мере, 5, предпочтительно, по меньшей мере, 10 и далее предпочтительно, по меньшей мере, 15 теоретических тарелок. Дистилляция в этой колонне проводится предпочтительно при давлении в интервале от 0,5 до 25, далее предпочтительно, от 0,7 до 5 бар и особенно предпочтительно, от 0,9 до 1,5 бар.
При осуществляемом в предпочтительной форме выполнения отделении непрореагировавшего пропена при условиях возникает проблема, что при отделении пропена в качестве низкокипящей фракции в этой низкокипящей фракции может собираться кислород в концентрации, которая может превращать фракцию низкокипящих веществ в воспламеняющуюся смесь. Вследствие этого возникает серьезный фактор риска, если пропен отделяется дистилляцией от фракции низкокипящих веществ, что предпочтительно имеет место тогда, когда пропен, что предпочтительно согласно форме выполнения изобретения, возвращается в способ как исходный продукт.
Эта проблема может быть решена согласно изобретению за счет того, что пропен удаляют дистилляцией из смеси низкокипящих веществ и в верхнюю часть применяемого для этого устройства отделения подают инертное вещество с точкой кипения, которая ниже, чем точка кипения пропена, предпочтительно азот или же, например, метан, в таком количестве, что кислород разбавляется до концентрации, при которой смесь не является больше воспламеняющейся. Такой способ описан, например, в ЕР-В 0719768. Предпочтительно проблема решается однако за счет того, что применяют способ переработки смеси, содержащей пропен и кислород, в котором кислород отделяют из смеси не дистилляцией при получении еще одной смеси и из еще одной смеси пропен отделяют дистилляцией. Этот способ описан в DE-A 10001401.1, которая полностью привлекается в контекст настоящей заявки.
В рамках этого способа из смеси (G1), содержащей алкен и кислород, кислород отделяют, например, предпочтительно сжиганием или реакцией кислорода с пригодным соединением. Сжигание при этом осуществляют в присутствии пригодного катализатора, например, катализатора из благородного металла на носителе, причем температура составляет 280-580°С. Пригодным химическим соединением, которым сжигается кислород, среди прочего является алкан, который уже содержится в смеси (G1). В качестве подходящей реакции алкана, например пропана, с кислородом следует назвать оксидегидрирование, которое проводится предпочтительно в присутствии пригодного катализатора, описанного, например, в публикации М.Xu, React. Kinet. Catal. Lett. 57 (1996), стр.3-11, или в публикации В.Delmon. Stud. Surf. Sci. Catal. 110 (1997), стр.43-59.
В рамках предпочтительной формы выполнения способа согласно изобретению смесь (G1) содержит пропиленоксид в доле от 5 до 15 вес.%, предпочтительно от 6 до 12 вес.% и особенно предпочтительно от 8 до 10,5 вес.%, и метанол в доле от 55 до 85 вес.%, предпочтительно от 60 до 80 вес.% и особенно предпочтительно от 65 до 75 вес.%.
Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения способа по изобретению вышеописанный поток выпара, содержащий по существу алкеноксид, сжимают и затем конденсируют. Полученная при этой конденсации теплота может согласно предпочтительной форме выполнения, по меньшей мере, частично возвращаться в способ согласно изобретению, предпочтительно в, по меньшей мере, один испаритель дистилляционной колонны и далее предпочтительно в, по меньшей мере, один испаритель дистилляционной колонны, в который возвращают дистилляцией смесь (G1) с получением потока выпара, в основном содержащего алкеноксид. Часть полученного конденсата согласно еще одной форме выполнения способа по изобретению в заключение далее охлаждают и в качестве обратного потока подают в дистилляционную колонну, из которой получают указанный поток выпара. Эта стадия дальнейшего охлаждения конденсата имеет место предпочтительно в теплообменнике, в котором конденсат охлаждают предпочтительно до температуры в интервале от 10 до 30°С и особенно предпочтительно до температуры в интервале от 12 до 20°С. Требуемая для этого холодопроизводительность может, например, особенно предпочтительно вырабатываться за счет того, что в этом теплообменнике на стороне нагрева сжатый поток алкена подвергается сбросу давления при, по меньшей мере, частичном, предпочтительно при полном испарении, как это описано выше в рамках настоящего изобретения.
В соответствии с этим настоящее изобретение описывает способ, приведенный выше, который отличается тем, что в, по меньшей мере, одном из теплообменников согласно стадии (ii) теплоту отводят, по меньшей мере, от одного конденсата выпара, который получают на стадии (cc) способа, который включает, по меньшей мере, следующие стадии от (аа) до (dd):
(аа) отделение дистилляцией алкеноксида из смеси (G1), содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель, с применением дистилляционной колонны, причем получают поток нижней части колонны и поток выпара, содержащий по существу алкеноксид;
(bb) сжатие полученного на стадии (аа) потока выпара посредством, по меньшей мере, одного компрессора с получением сжатого выпара;
(cc) конденсация полученного на стадии (bb) выпара при возвращении, по меньшей мере, части теплоты конденсации в, по меньшей мере, один применяемый в дистилляционной колонне согласно (аа) компрессор;
(dd) охлаждение, по меньшей мере, одной части полученного на стадии (cc) конденсата в, по меньшей мере, одном теплообменнике до температуры в интервале от 12 до 20°С и возвращение, по меньшей мере, части охлажденного конденсата в качестве возвратного потока в применяемую согласно (аа) дистилляционную колонну.
Предпочтительно на стадии (dd) не весь полученный на стадии (cc) конденсат подают, по меньшей мере, одному теплообменнику, причем далее предпочтительно часть, которая охлаждается, по меньшей мере, в одном теплообменнике, полностью возвращают в качестве обратного потока в применяемую на стадии (аа) дистилляционную колонну.
Применяемый согласно стадии (dd) теплообменник может по существу быть выполнен любым образом. Примерами форм выполнения теплообменников являются кожухотрубный теплообменник, спиральный теплообменник или пластинчатый теплообменник. В рамках настоящего изобретения предпочтительно используют теплообменник, который выполнен в качестве кожухотрубного теплообменника.
Согласно изобретению полученный на стадии (ii) испаренный поток алкена со сброшенным давлением применяется в качестве исходного продукта для взаимодействия согласно стадии (v). При этом этот поток алкена может, например, как таковой водиться в применяемое для взаимодействия, по меньшей мере, одно устройство, как, например, описанный согласно стадиям (а) и (с) реактор.
Предпочтительно в способе согласно изобретению испаренный газообразный поток алкена со сброшенным давлением перед вводом в применяемое для взаимодействия устройство следует растворять в, по меньшей мере, одном растворителе. Относительно применяемого пропена испаренный и расширенный поток пропена перед вводом в применяемое для эпоксидирования устройство предпочтительно растворяется в метаноле.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который включает дополнительно следующие стадии (iii) и (iv):
(iii) растворение полученного согласно стадии (ii) газообразного алкена в, по меньшей мере, одном применяемом согласно (v) или (v') растворителе при получении раствора;
(iv) ввод полученного согласно стадии (iii) раствора в применяемое для взаимодействия согласно (v) или (v') устройство.
Растворение согласно стадии (iii) может в принципе осуществляться согласно всем пригодным методам и способам, особенно предпочтительно всасывать алкен инжектором и растворять в растворителе, причем инжектор приводится в действие этим растворителем в качестве рабочей среды. Согласно вышеописанной предпочтительной форме выполнения на стадии (iii) полученный на стадии (ii) газообразный пропен растворяют в метаноле при применении приводимого метанолом в качестве рабочей среды инжектора и полученный раствор на стадии (iv) вводится в, по меньшей мере, одно применяемое для взаимодействия согласно стадиям (v) или (v') устройство.
Если, как описано выше, поток S1 разделяют на два или более частичных потоков и каждый из частичных потоков подают в теплообменник для сброса давления и полного испарения, то согласно предпочтительной форме выполнения способа по изобретению полученные частичные газообразные потоки после покидания теплообменника объединяют и совместно растворяют в инжекторе. Полученная при растворении алкеноксида в растворителе теплота растворения может использоваться, например, в способе по изобретению или в каком-либо другом способе, особенно предпочтительно эта теплота растворения отводится через теплообменник посредством обычной речной воды, такой отвод теплоты растворения осуществляют предпочтительно при температуре в интервале от 25 до 45°С.
В соответствии с этим настоящее изобретение относится к способу, как описано выше, который отличается тем, что возникающая на стадии (iii) теплота растворения отводится речной водой.
Благодаря этому специальному проведению способа согласно изобретению имеется возможность посредством испарительного расширения потока алкена получать холодопроизводительность, которая может быть получена в прочем только дорогими мерами, на низком температурном уровне, например в интервале от 3 до 10°С, и, с другой стороны, получаемую на стадии (iii) энтальпию растворения алкена отводить недорого речной водой.
Примененный растворитель, в частности, предпочтительно метанол, подается в способе согласно изобретению в цикле. Растворитель, в котором растворен расширенный алкен, согласно предпочтительной форме выполнения отделяется от смеси (G1), причем производится предпочтительно дистилляционная переработка смеси (G1) таким образом, что поток выпара, содержащий в основном алкеноксид, содержит растворитель в области максимально 500 ч/млн, предпочтительно максимально 200 ч/млн, еще более предпочтительно максимально 100 ч/млн, еще более предпочтительно максимально 50 ч/млн, еще более предпочтительно максимально 20 ч/млн, особенно предпочтительно максимально 15 ч/млн и в особенности предпочтительно максимально 10 ч/млн, в пересчете на общий вес отделенной фракции алкеноксида.
Отделение растворителя, предпочтительно метанола, из смеси (G1) осуществляют предпочтительно дистилляцией. При особенно предпочтительном способе, при котором пропен подвергают взаимодействию в метаноле с водным раствором перекиси водорода, при таком дистилляционном отделении получается поток нижней части колонны, который содержит метанол и воду. Согласно еще одной предпочтительной форме выполнения способа по изобретению из этого потока нижней части колонны, включающего метанол и воду, отделяют воду и результирующийся из этого отделения нисходящий поток, включающий метанол и воду, возвращают в способ, причем этот нисходящий поток содержит воду в области, по меньшей мере, 3 вес.%, предпочтительно от 3 до 10 вес.%, в пересчете на общий вес нисходящего потока. Далее предпочтительно в рамках превращения пропена согласно настоящему изобретению поток нижней части колонны содержит наряду с метанолом и водой также и метилформиат.
Предпочтительно этот способ включает следующие стадии:
- отделение воды от потока нижней части колонны при получении нисходящего потока А1, содержащего метанол, метилформиат и воду;
- отделение метилформиата от нисходящего потока А1 при получении нисходящего потока А2, содержащего метанол и воду;
- возвращение нисходящего потока А2 в способ, причем А2 содержит воду в вышеприведенных пределах.
Особенно предпочтительно А2 возвращается как растворитель предпочтительно на стадию (а) и/или (с), предпочтительно (а), причем, например, алкен может быть по меньшей мере частично растворен в А2.
Таким образом настоящее изобретение относится к способу, описанному выше, который отличается тем, что примененный на стадии (iii) растворитель подают в цикле.
Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью примера выполнения.
Согласно описанному в WO 00/07965 способу получают пропиленоксид исходя из пропена взаимодействием с перекисью водорода в метаноле в качестве растворителя с применением катализатора TS-1.
Сбросом давления и полным испарением 1 т жидкого пропена в 30 бар и температуры 25°С до давления 6,3 бар получают холодопроизводительность 84 квч/т (пропена) при температуре 3,5°С. Последующее растворение газообразного пропена в метаноле осуществляют с помощью инжектора, поставляемого, например, фирмой GEA Jet Pumps. Для растворения 1 т пропена применяют 7 т метанола, который при реакции применяют в качестве растворителя, в качестве рабочей среды инжектора.
Содержащий пропен метанол, от которого отводят соответствующую теплоту растворения при 35°С, подают потом для взаимодействия пропена с перекисью водорода в соответствующий окислительный реактор.
Часть полученной холодопроизводительности в 84 квтч/т (пропен) применяют в способе для получения пропиленоксида для конденсации выпара дистилляции пропиленоксида, при которой пропиленоксид отделяется от оставшегося растворителя.
1. Способ получения алкеноксида, включающий, по меньшей мере, стадии (i), (ii) и (v)
(i) подача потока S1, содержащего сжатый, жидкий алкен;
(ii) сброс давления, по меньшей мере, части потока S1 при поглощении теплоты и при, по меньшей мере, частичном испарении жидкого алкена;
(v) взаимодействие полученного на стадии (ii) алкена с гидропероксидом в присутствии, по меньшей мере, одного растворителя и, по меньшей мере, одного катализатора с получением смеси, содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алкен является пропеном, гидропероксид является перекисью водорода, примененный катализатор является содержащим титан силикалитным катализатором и растворителем является метанол.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что поток S1 стадии (i) содержит жидкий пропен при давлении в интервале от 20 до 35 бар и при температуре в интервале от 5 до 30°С.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть потока S1 подвергают сбросу давления до интервала от 4 до 10 бар.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную при сбросе давления на стадии (ii) холодопроизводительность в, по меньшей мере, одном теплообменнике подают, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, одному частичному процессу получения алкеноксида.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что частичный процесс получения алкеноксида является конденсацией выпара, который по существу содержит алкеноксид и который получают при дистилляционном отделении алкеноксида от смеси (G1), содержащей алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что смесь (G1) получают способом, включающим следующие стадии (v') и (vi):
(v') взаимодействие полученного согласно стадии (ii) алкена с гидропероксидом в присутствии, по меньшей мере, одного растворителя и, по меньшей мере, одного катализатора при получении смеси (G0), содержащей алкеноксид, непрореагировавший алкен и, по меньшей мере, один растворитель;
(vi) отделение непрореагировавшего алкена от смеси (G0) при получении смеси (G1), содержащий алкеноксид и, по меньшей мере, один растворитель.
8. Способ по одному из пп.1-7, включающий дополнительно следующие стадии (iii) и (iv):
(iii) растворение полученного на стадии (ii) газообразного алкена в, по меньшей мере, одном, применяемом на стадии (v) или (v') растворителе при получении раствора;
(iv) введение полученного на стадии (iii) раствора в применяемое для взаимодействия согласно стадии (v) или (v') устройство.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что получаемую на стадии (iii) теплоту растворения отводят речной водой.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что применяемый на стадии (iii) растворитель рециркулируют.
