Способ обезвоживания спиртосодержащей смеси


 


Владельцы патента RU 2426716:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "БиоХимСервис" (RU)

Изобретение может быть использовано для обезвоживания отходов спиртоводочного производства, пропиловых и бутиловых спиртов, получаемых в нефтехимической промышленности. Для осуществления способа проводят смешение спиртосодержащей смеси с уксусным или пропионовым альдегидом в массовом соотношении 100:(10-45), полученную смесь выдерживают в присутствии кислотного катализатора до расслоения и отделяют органический слой от водного. Затем проводят глубокое обезвоживание органического слоя нагреванием его до температуры кипения с регенерацией альдегида методом ректификации с получением обезвоженного спирта или смеси спиртов в кубовом остатке. Предпочтительно в качестве кислотного катализатора использовать ионообменную смолу в водородной форме или синтетический цеолит. Способ является универсальным, так как обладает высокой технологической гибкостью в отношении сырья, и обеспечивает значительную эффективность обезвоживания спиртосодержащей смеси, содержащей спирты с числом атомов углерода от трех до пяти, при незначительных энергозатратах. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к способу обезвоживания спиртосодержащих смесей с содержанием одноатомного спирта (спиртов) с числом атомов углерода от трех до пяти.

Проблема отделения одноатомных спиртов от воды актуальна в спиртово-водочном производстве, например, при выделении высших спиртов из побочного продукта спиртового брожения - сивушного масла, содержащего спирты с числом атомов углерода от трех до пяти, а также в для обезвоживания пропиловых и бутиловых спиртов, получаемых в нефтехимической промышленности гидратацией соответствующих олефинов.

В промышленности для обезвоживания вышеупомянутых спиртов применяют процессы либо адсорбции, либо азеотропной или экстрактивной ректификации с использованием в качестве разделяющего агента бензола, толуола, высокомолекулярных спиртов.

Известен способ переработки сивушного масла в процессе экстрактивной ректификации с использованием в качестве разделяющего агента изоамилового спирта. Исходное сивушное масло смешивается с изоамиловым спиртом, в результате чего происходит расслоение смеси на органический и водный слои, после чего органический слой подвергают ректификации с получением изоамилового спирта, часть которого возвращается обратно в процесс в качестве разделяющего агента [SU 257487, опубл. 20.11.1969].

Известен способ обезвоживания смеси изопропилового спирта, диизопропилового эфира и побочных продуктов каталитической гидратации пропилена в процессе экстрактивной ректификации, в котором в качестве разделяющего (экстрагирующего) агента используется диизопропиловый эфир [Pat. US 3955939, опубл. 11.05.1976].

Недостатками описанных способов обезвоживания спиртосодержащих смесей является ограниченность их практического применения вследствие возможности обезвоживания только сырья с четко определенным составом.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявляемого изобретения, является способ переработки сивушного масла производства этилового спирта в процессе азеотропной ректификации. Способ включает процесс обезвоживания сивушного масла в две стадии:

первая стадия - обработка сивушного масла толуолом в качестве разделяющего агента, разделение органического и водного слоев.

вторая стадия более глубокого обезвоживания - азеотропная сушка кубового остатка [RU 2138476, опубл. 27.09.1999].

Недостатками способа являются высокие энергоемкость (энергетические затраты) и ограниченность его практического применения.

Задачей заявленного технического решения является создание универсального способа обезвоживания спиртосодержащих смесей, в состав которых входят одноатомные спирты с числом атомов углерода от трех до пяти, расширяющего арсенал известных способов и обеспечивающего высокую эффективность обезвоживания спиртосодержащих смесей.

Технический результат изобретения состоит в возможности глубокого обезвоживания спиртосодержащих смесей за счет использования альдегида в качестве разделяющего агента в двухстадийном процессе:

1) предварительное обезвоживание в процессе химического связывания спирта (спиртов) альдегидом, приводящего к образованию ацеталей, повышающих гидрофобность смеси и приводящих к расслоению системы на органический и водный слои,

2) глубокое окончательное обезвоживание смеси за счет реакции гидролиза ацеталей в присутствии остаточной воды до исходных реагентов (спиртов и альдегида).

Технический результат достигается заявляемым способом обезвоживания спиртосодержащей смеси с содержанием спирта (спиртов) с числом атомов углерода от трех до пяти, включающим ее смешение с разделяющим агентом, отделение органического слоя от водного и глубокое обезвоживание органического слоя, причем в качестве разделяющего агента используют уксусный или пропионовый альдегид. Смешение проводят при массовом соотношении спиртосодержащая смесь:

альдегид, равном 100:(10-45), и выдерживают в присутствии кислотного катализатора до расслоения. Глубокое обезвоживание достигается нагреванием органического слоя до его температуры кипения с регенерацией альдегида методом ректификации и получением обезвоженного спирта или смеси спиртов.

В основе заявляемого способа лежит обратимая химическая реакция взаимодействия спиртов с альдегидами, приводящая к образованию ацеталей и воды.

Ацетали имеют гораздо меньшую растворимость в воде по сравнению со спиртами. Переведя часть спирта в соответствующий ацеталь, можно достигнуть расслоения системы на водный и органический слои. Однако механическое разделение слоев не позволяет достигнуть глубокого обезвоживания. Этот результат достигается гидролизом ацеталей в присутствии остаточной воды органического слоя в исходные реагенты с одновременной отгонкой альдегида, т.е. смещением равновесия реакции в обратную сторону.

Низкие эксплуатационные затраты заявленного способа обезвоживания спиртосодержащих смесей обусловлены низкими энергетическими затратами, так как подача спиртосодержащей смеси и альдегида в реактор и отделение органического слоя от водного проводится при температуре окружающей среды, а процессы нагрева частично обезвоженной реакционной массы и выделения альдегида из нее с помощью процесса ректификации могут быть реализованы при умеренных температурах с высокой энергетической эффективностью вследствие невысоких температур кипения альдегидов с числом атомов углерода от двух до трех и возможности рекуперации тепла соответственно.

Заявленное изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.

Пример 1

В качестве образца спиртосодержащей смеси взято сивушное масло, представляющее собой отход спиртово-водочного производства с суммарным содержанием спиртов С3-С5 в количестве 82,1% мас., следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 вода 8,1
2 этанол 7,2
3 пропанол-1 4,4
4 2-метилпропанол-1 12,0
5 3-метилбутанол-1 49,2
6 2-метилбутанол-1 16,5
7 октановая кислота 0,5
8 высокомолекулярные соединения (С9 и выше) 2,1

Образец сивушного масла массой 210 грамм смешивают с 21 граммами ацетальдегида и загружают в реактор с твердым кислотным катализатором, в качестве которого используют синтетический цеолит массой 8,5 грамм. Спустя некоторое время (2 дня) в реакторе происходит расслоение реакционной массы на органический и водный слои, которые отделяют друг от друга, например, в делительной воронке. Органический слой переносят в колбу с дефлегматором и нагревают до температуры кипения с регенерацией исходного ацетальдегида в процессе перегонки (ректификации).

Ацетальдегид отбирают в качестве дистиллята при температуре в кубе колбы от 48 до 120°С. Полученный кубовый остаток массой 162 грамма представляет собой обезвоженную смесь спиртов (95,1 мас.%) с небольшим содержанием других органических компонентов следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание % мас.
1 ацетальдегид 0,1
2 вода 0,5
3 этанол 4,7
4 пропанол-1 3,7
5 2-метилпропанол-1 11,2
6 3 -метилбутанол-1 57,1
7 2-метилбутанол-1 18,4
8 октановая кислота 0,8
9 ацетали С6,С8 0,1
10 высокомолекулярные соединения (С9 и выше) 3,4

Пример 2

В качестве образца спиртосодержащей смеси использовано сивушное масло, представляющее собой отход спиртово-водочного производства с 2-6 суммарным содержанием спиртов С3-С5 в количестве 44,9% мас., следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 вода 25,3
2 этанол 22,4
3 пропанол-1 5,6
4 2-метилпропанол-1 8,0
5 3-метилбутанол-1 22,8
6 2-метилбутанол-1 8,5
7 октановая кислота 3,3
8 высокомолекулярные соединения (С9 и выше) 4,1

Данный образец сивушного масла массой 220 грамм смешивают с 54 граммами ацетальдегида и загружают в реактор с твердым кислотным катализатором, в качестве которого используют ионообменную смолу в водородной форме массой 4,5 г. Спустя некоторое время (2 дня) в реакторе происходит расслоение реакционной массы на органический и водный слои, которые отделяют друг от друга в делительной воронке. Далее органический слой переносят в колбу с дефлегматором и твердым кислотным катализатором массой 1,7 г, в качестве которого также используют ионообменную смолу в водородной форме, и подвергают перегонке. В процессе перегонки происходит регенерация исходного ацетальдегида, который отгоняют и отбирают в качестве дистиллята при температуре в кубе колбы от 30 до 105°С. Использование катализатора ускоряет процесс регенерации альдегида и снижает температуру процесса. Полученный кубовый остаток массой 150 грамм представлет собой обезвоженную смесь спиртов (88,5 мас.%) следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 ацетальдегид 0,2
2 вода 0,4
3 этанол 28,8
4 пропанол-1 7,5
5 2-метилпропанол-1 10,6
6 3-метилбутанол-1 30,4
7 2-метилбутанол-1 11,2
8 октановая кислота 4,1
9 ацетали С6,С8 0,3
10 высокомолекулярные соединения (С9 и выше) 6,5

Пример 3

В качестве образца спиртосодержащей смеси использована смесь изопропилового спирта с водой, следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 вода 15
2 изопропанол 85

Образец водно-спиртовой смеси массой 100 грамм смешивают с 44,7 граммами пропионового альдегида и загружают в реактор с твердым кислотным катализатором, в качестве которого используют ионообменную смола в водородной форме массой 4 г. Спустя некоторое время (2 дня) в реакторе происходит расслоение реакционной массы на органический и водный слои, которые отделяют друг от друга в делительной воронке. Далее органический слой нагревают в колбе с дефлегматором и твердым кислотным катализатором массой 1,1 г, в качестве которого также используют ионообменную смолу в водородной форме, и подвергают перегонке. В процессе нагревания происходит регенерация исходного пропионового альдегида, который отгоняют и отбирают в качестве дистиллята при температуре в кубе колбы от 58 до 80°С. Полученный кубовый остаток массой 69,2 грамма представляет собой обезвоженный изопропиловый спирт с примесями ацеталей следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 вода 0,1
2 изопропанол 98,8
3 ацетали C9H20O2 1,1

Пример 4

В качестве образца спиртосодержащей смеси использована смесь втор-бутилового спирта с водой следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 вода 19,5
2 втор-бутанол 80,5

Образец водно-спиртовой смеси массой 110 грамм смешивают с 38,5 граммами пропионового альдегида и загружают в реактор с твердым кислотным катализатором, в качестве которого используют ионообменную смола в водородной форме массой 3,8 г. Спустя некоторое время (2 дня) в реакторе образуются органический и водный слои, которые отделяют друг от друга в делительной воронке. Далее органический слой нагревают в колбе с дефлегматором и твердым кислотным катализатором массой 1 г, в качестве которого также используют ионообменную смолу в водородной форме, и подвергают перегонке. В процессе нагревания происходит регенерация исходного пропионового альдегида, который отгоняют и отбирают в качестве дистиллята при температуре в кубе колбы от 65 до 90°С. Полученный кубовый остаток массой 75,3 грамма представляет собой обезвоженный втор-бутиловый спирт с примесями ацеталей следующего состава:

№ п/п Наименование компонента Содержание, % мас.
1 вода 0,1
2 втор-бутанол 93,5
3 ацеталиС11Н2402 6,4

Таким образом, предложен новый универсальный способ обезвоживания спиртосодержащих смесей, в состав которых входят одноатомные спирты с числом атомов углерода от трех до пяти, обеспечивающий высокую эффективность обезвоживания и требующий при этом незначительных энергозатрат, что может обеспечить высокую конкурентоспособность данного способа. Обладая высокой технологической гибкостью в отношении сырья, заявленный способ может найти практическое применение во многих производствах. В частности, он может быть использован для обезвоживания отходов спиртово-водочного производства, таких как сивушное масло, а также для обезвоживания пропиловых и бутиловых спиртов, получаемых в нефтехимической промышленности.

1. Способ обезвоживания спиртосодержащей смеси, включающий ее смешение с разделяющим агентом, отделение органического слоя от водного и глубокое обезвоживание органического слоя, отличающийся тем, что в качестве разделяющего агента используют уксусный или пропионовый альдегид, смешение проводят при массовом соотношении спиртосодержащая смесь : альдегид, равном 100:(10-45), и выдерживают в присутствии кислотного катализатора до расслоения, а глубокое обезвоживание достигают в процессе регенерации альдегида методом ректификации из органического слоя при его нагревании до температуры кипения с получением обезвоженного спирта или смеси спиртов.

2. Способ обезвоживания спиртосодержащей смеси по п.1, отличающийся тем, что спиртосодержащая смесь представляет собой смесь воды и одноатомного спирта или смесь воды и одноатомных спиртов с числом атомов углерода от трех до пяти.

3. Способ обезвоживания спиртосодержащей смеси по п.1, отличающийся тем, что спиртосодержащая смесь может содержать дополнительно хотя бы один органический компонент.

4. Способ обезвоживания спиртосодержащей смеси по п.1, отличающийся тем, что выделение альдегида методом ректификации ведут в присутствии кислотного катализатора или без него.

5. Способ обезвоживания спиртосодержащей смеси по п.1 или 4, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой ионообменную смолу в водородной форме или синтетический цеолит.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения разветвленных олефинов, который включает дегидрирование изопарафиновой композиции, содержащей 0,5% или менее четвертичных алифатических атомов углерода, на подходящем катализаторе, указанная изопарафиновая композиция включает парафины с количеством углеродов в диапазоне от 7 до 35, причем указанные парафины, по меньшей мере часть их молекул, являются разветвленными, среднее количество ответвлений на молекулу парафина составляет от 0,7 до 2,5, и ответвления включают метальные и, необязательно, этильные ветви, указанная изопарафиновая композиция получена путем гидроизомеризации парафина, а указанные разветвленные олефины имеют содержание четвертичных углеродов 0,5% или менее, причем парафины получены способом Фишера-Тропша.

Изобретение относится к способу производства метанольного раствора формальдегида (формалина), С2-С 4-спиртов и синтетического моторного топлива и установке для его осуществления.

Изобретение относится к способу получения спиртосодержащих растворителей на основе отходов производства этилового спирта из пищевого сырья. .

Изобретение относится к новому способу получения метанола и других алифатических спиртов путем газофазного взаимодействия углеводородных газов с водяным паром под действием ультрафиолетового излучения и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и нефтегазодобывающей промышленности.

Изобретение относится к способу получения алифатических спиртов, содержащих три и более атомов углерода, которые широко используются в качестве растворителей, флотореагентов, сырья для получения пластификаторов, поверхностно-активных веществ.
Изобретение относится к способу непрерывной гидратации этилена, пропилена или их смеси с водой в паровой фазе до соответствующих спиртов в присутствии соли гетерополикислоты в качестве катализатора при молярном соотношении воды к олефину, проходящих через реактор, в пределах 0,1 - 3,0, среднечасовой скорости подачи газа вода/олефин через каталитическую систему 0,010 - 0,25 г/мин/см3, концентрации гетерополикислоты 5 - 60 мас.% от общей массы каталитической системы, при температуре 150 - 350oС и давлении, колеблющемся от 1000 до 25000 кПа.

Изобретение относится к спиртовой ректификационной установке, по меньшей мере, с одной ректификационной колонной, к которой в качестве притока может подводиться предназначенная для очистки водно-спиртовая смесь и спиртовой верхний выпар которой используется для подачи энергии к ребойлеру колонны, в частности ректификационной колонны.

Изобретение относится к установке для получения дистилляцией спирта. .

Изобретение относится к способам получения ароматических карбоновых кислот. .

Изобретение относится к получению пропана разделением нестабильного углеводородного конденсата, получаемого при переработке углеводородных газов, и может быть использовано на предприятиях газовой и нефтяной промышленности.

Изобретение относится к усовершенствованному способу ректификационного разделения жидкости, содержащей акриловую кислоту, при котором жидкость, содержащую акриловую кислоту, подают через место загрузки к ректификационной колонне, а над местом загрузки ректификационной колонны в месте выгрузки выгружают массовый поток, содержание акриловой кислоты в котором, в пересчете на вес массового потока, составляет 90 вес.% и является выше соответствующего содержания акриловой кислоты в жидкости в вес.%, где в пределах зоны ректификационной колонны, которая находится, по меньшей мере, на две теоретические стадии разделения выше места загрузки, содержание диакриловой кислоты в флегме, в пересчете на вес флегмы, по меньшей мере, в частичных зонах составляет 550 ч./млн., по весу, причем установление указанного содержания диакриловой кислоты в флегме осуществляют путем наличия в жидкости, содержащей акриловую кислоту, по меньшей мере, одной отличной от акриловой кислоты кислоты Бренстеда, имеющей значение рКа 16, или, по меньшей мере, одного основания Бренстеда, имеющего значение рКb 10, и/или добавления к флегме, по меньшей мере, одного соединения из группы, включающей отличную от акриловой кислоты кислоту Бренстеда, имеющую рКа 16, основание Бренстеда, имеющее значение рКb 10, диакриловую кислоту и акриловую кислоту, содержащую диакриловую кислоту.

Изобретение относится к химической, нефтехимической, пищевой и др. .

Изобретение относится к термическому способу разделения фракционной конденсацией смеси продукт-газа, полученного гетерогенным катализированным частичным окислением в газовой фазе пропена и/или пропана до акриловой кислоты, для отделения, по меньшей мере, одного массового потока, обогащенного акриловой кислотой, из смеси продукт-газа, содержащего акриловую кислоту, который включает непрерывную стационарную эксплуатацию, по меньшей мере, одного устройства для термического разделения, содержащего, по меньшей мере, одну эффективную разделительную камеру с ректификационной колонной имеющей массообменные тарелки в качестве встроенных разделительных элементов, в которую загружают смесь продукт-газа, содержащего акриловую кислоту, в качестве, по меньшей мере, одного массового потока, содержащего акриловую кислоту, и из которого выгружают, по меньшей мере, один массовый поток, содержащий акриловую кислоту, при условии, что массовый поток, который в общем загружают в эффективную разделительную камеру и получают путем сложения загружаемых в эффективную разделительную камеру отдельных массовых потоков, содержит X вес.% отличных от акриловой кислоты компонентов, массовый поток, который выгружают из эффективной разделительной камеры с наибольшей долей акриловой кислоты, содержит Y вес.% отличных от акриловой кислоты компонентов, соотношение X:Y составляет 5, эффективная разделительная камера, за исключением места загрузки и места выгрузки потока, ограничивается твердой фазой и содержит, кроме массообменных тарелок в качестве встроенных разделительных элементов в ректификационной колонне, по меньшей мере, один циркуляционный теплообменник, и общий объем камеры, заполненный жидкой фазой, составляет 1 м3, причем температура жидкой фазы, по меньшей мере, частично составляет 80°С, при разделении эффективной разделительной камеры на n индивидуальных объемных элементов, причем самая высокая и самая низкая температуры находящейся в отдельном объемном элементе жидкой фазы различаются не более чем на 2°С, а объемный элемент в эффективной разделительной камере является сплошным, общее время пребывания tобщ 20 ч,причем А=(Тi-То )/10°С, То=100°С, Ti=среднее арифметическое значение из самой высокой и самой низкой температуры объемного элемента i в жидкой фазе в °С, msi = общая масса акриловой кислоты, содержащаяся в объеме жидкой фазы объемного элемента i,mi = общее количество выгружаемого из объемного элемента i потока жидкофазной массы, и при условии, что объемные элементы i с содержащейся в них жидкофазной массой mi и в качестве объемных элементов с мертвой зоной также не включены в сумму всех объемных элементов i, как и объемные элементы i, которые не содержат жидкую фазу, и общее количество жидкой фазы, содержащейся в объемных элементах с мертвой зоной, составляет не более 5 вес.% от общего количества жидкой фазы, содержащейся в эффективной разделительной камере.

Изобретение относится к способам и устройствам для фракционирования нефти и газового конденсата и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Наверх