СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ МОНОЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ Российский патент 2000 года по МПК C07C31/20 C07C29/10 

Изобретение относится к усовершенствованному способу выделения моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся в виде побочного продукта на производстве окиси этилена, и получаемый таким образом моноэтиленгликоль широко используется при получении различных технических жидкостей и применяется в процессах органического синтеза.

В химической промышленности одним из направлений промышленного производства моноэтиленгликоля является процесс выделения моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся как побочный продукт на производствах окиси этилена. Особенностью производства окиси этилена является то, что на стадии выделения окиси этилена из газовой смеси абсорбцией используемый в качестве сорбента водный раствор моноэтиленгликоля постоянно циркулирует в системе абсорбции и десорбции окиси этилена и соответственно за счет протекания реакции гидратации окиси этилена в сорбенте наблюдается накопление моноэтиленгликоля. С целью поддержания постоянной концентрации моноэтиленгликоля в сорбенте часть сорбента, которая и является сырьем для выделения моноэтиленгликоля, постоянно выводится из системы. Выделение моноэтиленгликоля из его водного раствора - побочного продукта производства окиси этилена обычно начинают со стадии упаривания разбавленного до 10-20%-ного водного раствора моноэтиленгликоля с получением концентрированного 80-90%-ного раствора /Патент ЕР N 0162790, C 7 C 29/10, опубл. 27.11.85; Дымент О.Н., Казанский К.С., Мирошников А.М. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена. - М.: Химия, 1976/ В последующем выделение моноэтиленгликоля из полученного концентрированного раствора моноэтиленгликоля по известному способу /Дымент О. Н., Казанский К.С., Мирошников А.М. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена. - М.: Химия, 1976/ обычно проводят путем предварительной обработки концентрированного раствора моноэтиленгликоля гидроксидом щелочного металла до значений pH 13 и более, отделением воды и моноэтиленгликоля от тяжелых этиленгликолей, полимеров и солей карбоновых кислот с последующей вакуумной осушкой раствора моноэтиленгликоля и ректификацией целевого продукта. Обработка концентрированного раствора этиленгликолей до стадии ректификации гидроксидом щелочного металла необходима для химического связывания органических кислот, альдегидов, присутствующих в составе сорбента производства окиси этилена, и соответственно эта процедура позволяет исключить попадание этих примесей в целевой продукт. Обеспечение pH значения раствора гликолей не менее 13 после обработки щелочным реагентом обусловлена необходимостью полного связывания органических примесей. Таким образом, основным преимуществом данного способа выделения моноэтиленгликоля из побочного продукта производства окиси этилена является возможность химического связывания органических примесей, ухудшающих качество целевого продукта, до стадии ректификации моноэтиленгликоля.

Недостатками данного способа являются многостадийность процесса ректификации и потери целевого продукта на стадии отделения воды и моноэтиленгликоля от тяжелых этиленгликолей, полимеров и солей из-за проведения данного процесса при высоких значениях pH среды выше 13. Кроме этого, указанное условие сильнощелочной обработки раствора этиленгликолей наряду с решением проблемы химического связывания содержащихся в исходном сырье органических кислот и карбонильных является инициатором образования других примесей в результате технического разложения щелочных алкоголятов этиленгликолей, которые в последующем ухудшают качество целевого продукта - моноэтиленгликоля по показателю "цветность".

Задачей данного изобретения является улучшение качества выделяемого моноэтиленгликоля и сокращение его потерь.

Поставленная задача решается тем, что выделение моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся как побочный продукт на производстве окиси этилена, проводят предварительной упаркой разбавленного раствора, обработкой полученного концентрированного водного раствора моноэтиленгликоля щелочным реагентом с последующей досушкой раствора гликолей и вакуумной ректификацией целевого продукта, причем обработку щелочным реагентом концентрированного раствора гликолей проводят до стадии досушки гликолей до значений pH в пределах 8-12 и на этой стадии в концентрированный раствор моноэтиленгликоля дополнительно вводят антивспениватель в количестве 0,0001-0,01 мас.%. В качестве антивспенивателя по указанному способу могут использоваться полиметилсилоксановые, полиэтилсилоксановые жидкости (ПМС-100, ПМС-1000, ПЭС-5, ЗАП-40), олеиловый спирт или их смесь.

Проведение процесса выделения моноэтиленгликоля по указанному способу в условиях мягкого режима щелочной обработки при значениях pH 8-12 позволяет также в полном объеме решить проблему химического связывания органических кислот, альдегидов и исключить их образование в колоннах досушки и выделения целевого продукта. Введение в щелочной раствор этиленгликолей антивспенивателей перед стадиями дистилляции обусловлено необходимостью исключения явлений резкого вскипания кубовых жидкостей колонн осушки, ректификации целевого продукта за счет присутствия в растворах гликолей активных пенообразователей в виде щелочных алкоголятов этиленгликолей. Данная процедура позволяет стабилизировать работу вакуумных колонн осушки, ректификации моноэтиленгликоля и исключить попадание загрязняющих примесей в водный отгон колонны осушки, обеспечить высокое качество выделяемого целевого продукта по показателям "цветность", "кислотность" и др.

Оценку эффективности предложенного способа выделения моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся как побочный продукта на производстве окиси этилена, проводили в непрерывной пилотной установке (чертеж), включающей в себя ректификационную колонну 1 эффективностью 20 т.т. для доосушки концентрированного до 85-90 мас.% водного раствора этиленгликолей, ректификационную колонну 2 эффективностью 30 т.т. для ректификации целевого продукта. Указанные ректификационные колонны 1, 2 насадочного типа заполнены насадкой из спиралек нержавеющей стали размером 2,0 х 2,0 см. Доосушка концентрированного раствора этиленгликолей в ректификационной колонне 1 проводится при следующих режимах: остаточное давление верха колонны 90-92 мм рт. ст. , температура верха колонны 57-58^oC, температура куба колонны 155-157^oC, флегмовое число - 0,5, данный режим обеспечивает степень осушки смеси гликолей до остаточного содержания влаги не более 0,1 мас.%. Выделение же целевого продукта - моноэтиленгликоля из осушенного раствора этиленгликолей в колонне 2 проводится при следующих режимах: остаточное давление верха колонны 60-62 мм рт.ст., температура верха колонны 115-116^oC, температура куба колонны 154-156^oC, флегмовое число 0,8-0,9. Кроме указанных колонн данная установка в своем составе имеет сборники для сырья 3, для сбора отгоняемой в колонне 1 воды 5, промежуточный сборник 6, сборник для приема чистого моноэтиленгликоля, флегмовые сборники 4, 7, холодильники 12, 13, насосное оборудование 9-11 и другое оборудование, необходимое для нормальной эксплуатации установки в непрерывном режиме.

Для проведения испытаний на указанной установке в качестве сырья использовался концентрированный раствор этиленгликоля, полученный упариванием 20%-ного водного раствора моноэтиленгликоля, выводимого как побочный продукт производства окиси этилена. Процесс упаривания проводится на производстве окиси этилена с использованием вакуумной ректификационной колонны при следующих режимах: остаточное давление верха колонны 120-125 мм рт.ст., температура верна колонны 56-57^oC, температура куба колонны 92-94^oC, флегмовое число - 0,3. Полученный концентрированный водный раствор моноэтиленгликоля имеет следующие характеристики: содержание воды - 16,4 мас.%, содержание моноэтиленгликоля - 68,9 мас. %, содержание диэтиленгликоля - 11,8 мас.%, триэтиленгликоля - 2,9 мас.%, продукт имеет pH 6,8. Условия проведения испытаний описаны в примерах и определение состава потоков в ходе опытов проводилось хроматографически с использованием плазменно-ионизационного детектора, температура колонок - 150^oC, испарителя 190^oC, использовалась металлическая колонна длиной 2 м и заполненная сорбентом - 5 мас.% полиэтиленгликоля ПЭГ-20000 на хроматоне фракции 0,16-0,25 мм.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (сравнительный). Для проведения испытания в сборник 3 пилотной установки принимают 3000 кг предварительно концентрированный на производстве окиси этилена раствор моноэтиленгликоля, содержащий 16,4 мас.% воды, 68,9 мас. % моноэтиленгликоля, 11,8 мас. % диэтиленгликоля и 2,9 мас.% триэтиленгликоля (продукт имеет pH 6,8). Данное сырье из сборника 3 в колонну 1 доосушки раствора этиленгликолей подается насосом 9 с расходом 20 кг/час. В вакуумной ректификационной колонне 1 проводится доосушка раствора этиленгликолей до остаточного содержания влаги в смеси этиленгликолей в пределах 0,06-0,09, отгоняемые верхом колонны пары воды в холодильнике 12 конденсируются и далее поступают в флегмовый сборник 4, откуда часть потока воды в виде флегмы возвращается в колонну, остальная же направляется в сборник 5. Основные рабочие режимы колонны следующие: остаточное давление верха колонны 90-92 мм рт. ст., температура верха колонны 57-58^oC, температура куба колонны 155-157^oC, флегмовое число 0,5. При обеспечении указанного режима верхом колонны отгоняется вода со следующими показателями качества (анализы отбираются из флегмового сборника 4): содержание моноэтиленгликоля меняется в пределах 0,07 мас.%, pH в интервале 7,1. Кубовая жидкость колонны 1 накапливается в сборнике 6 и имеет следующий состав: содержание воды 0,07 мас. %, содержание моноэтиленгликоля 82,5 мас.%, диэтиленгликоля 14,1 мас.%, триэтиленгликоля 3,4 мас.%, pH значение 7,4. Собираемый в сборнике 6 осушенный раствор этиленгликолей далее перерабатывался в колонне 2, в которой при следующих режимах выделялся целевой продукт - моноэтиленгликоль: остаточное давление верха колонны 60-62 мм рт. ст., температура верха колонны 115-116^oC, температура куба колонны 154-155^oC, флегмовое число 0,8-0,9. Выделяемый таким образом моноэтиленгликоль имеет следующие характеристики: содержание основного вещества 99,6 мас.%, содержание диэтиленгликоля 0,24 мас.%, содержание влаги 0,05 мас.%, цветность по Хааену 60, массовая доля кислот в пересчете на уксусную кислоту 0,033 мас.%, pH значение продукта 6,4. Кубовая жидкость колонны при указанном режиме содержит 9,4-9,8 мас.% моноэтиленгликоля, остальное - ди- и триэтиленгликоли. Испытания данного режима ведут в течение 48 часов и среднее значение выхода моноэтиленгликоля составляет 97,8%.

Пример 2 (сравнительный). Испытание проводят аналогично примера 1. Расход сырья из сборника в колонну осушки раствора этиленгликолей составляет 20 кг/час. Режимы работы ректификационных колонн 1 и 2 также по примеру 1. Особенностью данного опыта является обработка сырья, поступающего в колонну 1, водным раствором гидроксида натрия, для чего на всас насоса 9 из мерника подается 5%-ный водный раствор гидроксида натрия с расходом, обеспечивающим pH значение сырья на входе в колонну 1 в пределах 13,0-13,4. Испытание данного режима выделения моноэтиленгликоля ведут в течение 48 часов и полученные результаты представлены в таблице.

Пример 3. Условия испытания и режимы работы пилотной установки аналогично примеров 1 и 2.

В данном опыте концентрированный водный раствор моноэтиленгликоля, поступающий из сборника 3 в ректификационную колонку осушки 1, обрабатывают водным раствором гидроксида натрия до значений pH в пределах 10,0-10,4 и дополнительно на всас насоса 9 из отдельного мерника подают 2%-ную водную эмульсию полиметилсилоксановой жидкости ПМС-1000 с расходом, обеспечивающим концентрацию антивспенивателя в сырье 0,005 мас.% Испытание данного режима также ведут в течение 48 часов и полученные при этом результаты представлены в таблице.

Примеры 4-11. Испытания проводят на непрерывной пилотной установке аналогично примеров 1-3. Условия и особенности проведения данных опытов приведены в таблице.

Анализ полученных результатов показывает, что проведение процесса выделения моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся в виде побочного продукта на производстве окиси этилена, предварительной упаркой с получением на этой стадии концентрированного водного раствора этиленгликолей с последующей обработкой данного раствора щелочными реагентами до значений pH 8-12 и антивспенивателями на основе полиалкилоксановых жидкостей или олеилового спирта, доосушкой и ректификацией моноэтиленгликоля позволяет в полном объеме решить проблему химического связывания органических кислот, альдегидов на стадиях выделения моноэтиленгликоля и соответственно позволяет стабилизировать режим работы ректификационных колонн доосушки раствора этиленгликолей и выделения целевого продукта - моноэтиленгликоля. В результате выполнения указанных условий удается исключить попадание моноэтиленгликоля и щелочных примесей (сравнительный анализ примеров 2 и 3-10) в водный отгон колонны осушки раствора этиленгликолей, достигается улучшение качества выделяемого моноэтиленгликоля по таким показателям, как "цветность", "наличие щелочных примесей". Проведение же процесса выделения моноэтиленгликоля в условиях "мягкого режима" щелочной обработки при значениях pH раствора этиленгликолей в пределах 8-12 (сравнение примеров 2 и 3 -11 в таблице) позволяет повысить степень извлечения моноэтиленгликоля до 97-98%.

Предложен способ выделения моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся как побочный продукт на производстве окиси этилена, предварительной вакуумной упаркой, обработкой полученного концентрированного раствора моноэтиленгликоля щелочным реагентом до значений рН 8 - 12 с последующей осушкой и ректификацией целевого продукта. Дополнительно вводят антивспениватель в количестве 0,0001 - 0,01 мас.%, в качестве которого используют полиалкилсилоксановые жидкости и/или олеиловый спирт. Технический результат - улучшение качества выделяемого моноэтиленгликоля и сокращение его потерь. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ выделения моноэтиленгликоля из его водных растворов, образующихся как побочный продукт на производстве окиси этилена, предварительной вакуумной упаркой, обработкой полученного концентрированного раствора моноэтиленгликоля щелочным реагентом с последующей осушкой и ректификацией целевого продукта, отличающийся тем, что обработку щелочным реагентом проводят до значений pH 8 - 12 и дополнительно вводят антивспениватель в количестве 0,0001 - 0,01 мас.%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве антивспенивателя используют полиалкилсилоксановые жидкости и/или олеиловый спирт.