СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛЕНКАРБОНАТА Российский патент 2007 года по МПК C07D317/36 

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения алкиленкарбоната. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу получения алкиленкарбоната, который включает взаимодействие алкиленоксида с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе, для получения реакционной смеси, содержащей алкиленкарбонат, причем реактор через систему трубопроводов соединен с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, с образованием циркуляционного контура, 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°C, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, таким образом поддерживая внутреннюю температуру канала, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C. При использовании способа по настоящему изобретению становится возможным предупреждать появление загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, или отмывать образовавшиеся загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку теплообменника, расположенного на стороне процесса. Таким образом, способность теплообменника к отводу теплоты не уменьшается, что дает возможность устойчивого, непрерывного получения алкиленкарбоната в течение длительного периода времени.

Предшествующий уровень техники

Реакция получения алкиленкарбоната посредством взаимодействия алкиленоксида с двуокисью углерода в присутствии катализатора является жидкофазной реакцией, и она протекает с выделением тепла в количестве 96,23 кДж/моль. Поэтому при получении алкиленкарбоната в промышленных масштабах устойчивое отведение теплоты, выделяемой в процессе реакции, чрезвычайно важно для стабильности и безопасности процесса получения алкиленкарбоната. Как правило, при получении алкиленкарбоната для отвода теплоты, выделяемой в процессе реакции, используют теплообменник. Однако, когда функционирование производственной системы получения алкиленкарбоната, осуществляемое посредством взаимодействия алкиленоксида с двуокисью углерода в присутствии катализатора, продолжают в течение некоторого периода времени, на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, возникают загрязнения, что понижает способность теплообменника к отведению теплоты. Вследствие такого уменьшения способности теплообменника к отведению теплоты при типовом процессе возникают проблемы, заключающиеся в том, что стабильное получение алкиленкарбоната в непрерывном режиме становится затруднительным.

Например, в рабочих примерах выложенного описания изобретения не прошедшей экспертизу Японской заявки № Sho 50-14632 используют теплообменник с двойными стенками или многотрубный теплообменник для отвода теплоты, выделяющейся при реакции получения алкиленкарбоната. Производственная система, использованная в этом патентном документе, содержит реакторы, от первого до третьего, и эта производственная система функционирует в таких условиях, когда температура реакции в первом реакторе составляет 175°C, а температура реакции в каждом из второго и третьего реакторов составляет 180°C. Однако этот патентный документ не содержит описания ни охлаждающей среды, подаваемой в теплообменник, ни ее температуры. Кроме того, в этом патентном документе не описан способ предотвращения появления загрязнений в теплообменнике.

В рабочих примерах воплощенного описания изобретения не прошедшей экспертизу Японской заявки № Sho 54-98765 алкиленкарбонат получали, используя циркуляционный контур, включающий реактор и теплообменник. В частности, для регулирования температуры реакции таким образом, чтобы температура, измеряемая на выходе из реактора, становилась равной 190°C; как описано в этом патентном документе, в канал, расположенный в охлаждающей части теплообменника, в качестве охлаждающей среды подавали воду, имеющую температуру 110°C, и в результате водяной пар (охлаждающая теплообменная среда), выпускаемый из теплообменника, имел температуру 160 или 170°C. Однако этот патентный документ также не содержит описания способа предотвращения появления загрязнений в теплообменнике.

Кроме того, хотя каждый из упомянутых выше патентных документов описывает способ отведения с помощью теплообменника тепла, выделяемого при реакции получения алкиленкарбоната, эти документы не содержат описания способа химической отмывки, предназначенного для легко выполняемой отмывки загрязнений, налипших на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса.

В качестве обычных методов очистки и отмывки теплообменника могут быть упомянуты механические способы отмывки, в которых загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, удаляют с нее, после того как демонтируют теплообменник на составные части; а химические способы отмывки, в которых загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, растворяют или отделяют с помощью химических реагентов, не демонтируя теплообменник. Конкретные примеры способов механической отмывки включают способ, в котором внутреннюю стенку трубы теплообменника промывают, используя щетку, сверло и т.п., приводимое в действие с помощью электроэнергии или пневматического двигателя; способ, в котором, используя насос высокого давления, давление воды повышают до 20-30 МПа, и используя небольшую форсунку, распыляют ее, чтобы принудительно счистить и смыть загрязнения со стенки теплообменника; и способ очистки песчаной струей, в котором песок (или частицы железа) распыляют на загрязнения, применяя сильно сжатый воздух, чтобы счистить загрязнения со стенки теплообменника. Для осуществления способа химической очистки необходимо, в зависимости от типа загрязнений, налипших на стенку теплообменника, выбрать соответствующее вещество и условия выполнения очистительной процедуры, например тип и количество химического реагента, используемого в качестве промывочной жидкости, температуру промывки и способ промывки (см., например, pp. 1305of Akiyoshi Tamaoki ed., "Kagaku Puranto Kensetsu Binran (Handbook for Building Chemical Plants)" published by Maruzen Co., Ltd., Japan on November 30, 1980, 7^th printing). Что касается промывки теплообменника, который использовали при получении алкиленкарбоната, то фактически были использованы только механические способы промывки, таким образом в данной области техники не известны ни эффективные химические реагенты, ни эффективные способы химической промывки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В этой связи авторы настоящего изобретения провели обширное и интенсивное исследование с целью совершенствования способа непрерывного и стабильного получения алкиленкарбоната, или предотвращая появление загрязнений, образующихся на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, или путем легко осуществляемой отмывки образующихся загрязнений, налипших на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, где эти загрязнения приводят к уменьшению способности теплообменника к отведению теплоты. В результате неожиданно было обнаружено, что значительное количество загрязнений, свыше 40 мас.%, которые налипли на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса во время получения алкиленкарбоната, расщепляется и улетучивается при температуре от 116 до 165°C. Основываясь на этом открытии в отношении способа получения алкиленкарбоната, включающего взаимодействие алкиленоксида с двуокисью углерода в реакторе, который через систему трубопроводов соединен с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, тем самым образуя циркуляционный контур, авторы настоящего изобретения успешно разработали новую технологию, которая может быть использована для предотвращения появления загрязнений, образующихся на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, или для легко выполняемой отмывки образующихся загрязнений, налипших на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса. Вышеупомянутая новая технология заключается в том, что технологическую жидкость во время или после реакции пропускают через циркуляционный контур, включающий реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, во время пропускания теплообменной среды теплообменника, имеющей температуру от 140 до 200°C, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, таким образом поддерживая внутреннюю температуру канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C. Настоящее изобретение было завершено, основываясь на этих новых открытиях.

Таким образом, основной целью настоящего изобретения является предоставление способа получения алкиленкарбоната, преимущество которого заключается в том, что снижение способности теплообменника к отведению теплоты предотвращают, либо препятствуя появлению загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, либо путем легко выполняемой отмывки образованных загрязнений, налипших на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, так что непрерывное получение алкиленкарбоната может быть осуществлено в стабильном режиме, в течение длительного периода времени.

Указанная выше цель и другие цели, характеристики и преимущества настоящего изобретения будут очевидны для специалистов в данной области из нижеследующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения, рассматриваемых в соответствии с сопровождающей схемой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

Чертеж представляет собой схематическое графическое изображение производственной системы, используемой в примере 1, приведенном ниже, при осуществлении способа непрерывного получения алкиленкарбоната.

Описание цифровых указателей

1 - насос, подающий двуокись углерода

2 - насос, подающий этиленоксид

3 - насос, подающий катализатор

4 - испаритель двуокиси углерода

от 5 до 8, 11, 12, 15, 18, 19, 21, 22, от 24 до 26: трубопровод

9 - циркуляционный насос реактора

10 - реактор

13 - циркуляционный расходомер реактора

14 - теплообменник

16 - клапан контроля температуры в реакторе

17 - расходомер для теплообменной среды

20 - клапан контроля удаления реакционной смеси

23 - клапан газового контроля, расположенный у выходного отверстия реактора

T1, T2, t1 и t2 - термометр

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте, настоящее изобретение предусматривает способ получения алкиленкарбоната, включающий взаимодействие этиленоксида, представленного формулой (1):

где каждый из заместителей R¹, R², R³ и R⁴ независимо является атомом водорода, C₁-C₈ неразветвленной углеводородной группой, C₃-C₈ алициклической углеводородной группой или C₆-C₈ ароматической углеводородной группой;

с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе для получения в реакторе реакционной смеси, где реакционная смесь содержит алкиленкарбонат, представленный следующей формулой (2):

в которой R¹, R², R³ и R⁴ имеют значения, определенные для формулы (1), причем реактор соединен системой трубопроводов с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, тем самым образуя циркуляционный контур, где теплообменник имеет канал на участке теплообмена, для пропускания через него теплообменной среды, имеющей температуру, которую поддерживают в заранее заданном диапазоне, и имеет канал, расположенный на стороне процесса для пропускания через него технологической жидкости, которая обменивается теплом с теплообменной средой согласно способу получения алкиленкарбоната, отличающемуся тем, что он дополнительно включает пропускание технологической жидкости во время или после реакции через циркуляционный контур, который содержит реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса; во время пропускания теплообменной среды, имеющей температуру от 140 до 200°C, через канал теплообменника на участке теплообмена, таким образом поддерживая внутреннюю температуру канала, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C.

Для облегчения понимания сущности настоящего изобретения ниже перечислены существенные характеристики и различные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.

1. Способ получения алкиленкарбоната, включающий взаимодействие алкиленоксида, представленного нижеследующей формулой (1):

где каждый из заместителей R¹, R², R³ и R⁴ независимо представляет собой водород, C₁-C₈ углеводородную группу с неразветвленной цепью, C₃-C₈ алициклическую углеводородную группу или C₆-C₈ ароматическую углеводородную группу,

с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе для получения в указанном реакторе реакционной смеси, где указанная реакционная смесь содержит алкиленкарбонат, представленный следующей формулой (2):

где R¹, R², R³ и R⁴ имеют значения, определенные для формулы (1), причем указанный реактор соединен системой трубопроводов с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, тем самым образуя циркуляционный контур, где указанный теплообменник имеет канал на участке теплообмена для пропускания через него теплообменной среды, имеющей температуру, которую поддерживают в заранее заданном диапазоне, и имеет указанный канал, расположенный на стороне процесса для пропускания через него технологической жидкости, которая обменивается теплом с указанной теплообменной средой, согласно способу получения алкиленкарбоната, отличающемуся тем, что он дополнительно включает пропускание указанной технологической жидкости во время или после реакции через указанный циркуляционный контур, включающий реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, во время пропускания указанной теплообменной среды, имеющей температуру от 140 до 200°C, через указанный канал теплообменника, на участке теплообмена, таким образом поддерживая внутреннюю температуру указанного канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C.

2. Способ по пункту 1, в котором в процессе реакции реакционную смесь, полученную взаимодействием алкиленоксида с двуокисью углерода, пропускают в качестве указанной технологической жидкости.

3. Способ по пункту 1, в котором после реакции промывочную жидкость пропускают в качестве указанной технологической жидкости.

4. Способ по любому из п.п. 1-3, в котором указанный алкиленоксид представляет собой этиленоксид, а указанный алкиленкарбонат представляет собой этиленкарбонат.

В дальнейшем, настоящее изобретение будет описано более подробно.

Взаимодействие алкиленоксида с двуокисью углерода с получением алкиленкарбоната, осуществляемое в присутствии катализатора, является экзотермической реакцией. Поэтому при получении алкиленкарбоната в промышленном масштабе теплоту, выделяющуюся при реакции, отводят с помощью теплообменника. Однако, когда получение алкиленкарбоната непрерывно продолжают в течение некоторого периода времени, то возможно появление загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса. В результате способность теплообменника к отводу теплоты снижается и стабильное получение алкиленкарбоната в непрерывном режиме становится затруднительным. Кроме того, возникновение загрязнений приводит к появлению новой проблемы, заключающейся в том, что промывка теплообменника, имеющего налипшие на нем загрязнения, является не только затратной по времени, но и трудоемкой процедурой. Для решения этих проблем авторы настоящего изобретения провели обширное и интенсивное исследование.

Сначала авторы настоящего изобретения проанализировали свойства загрязнений, которые налипали на стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, и вызывали уменьшение способности теплообменника к отведению теплоты. В частности, авторы настоящего изобретения осуществляли непрерывное получение этиленкарбоната в течение 30 дней, используя обычную производственную систему, и затем демонтировали из циркуляционного насоса реактора сетчатый фильтр (этот сетчатый фильтр легко поддается осмотру) для изучения внутренней части фильтра. В результате было обнаружено появление очень малых количеств эластичных пленочных загрязнений, содержащих вязкие полимерные вещества и т.п. (здесь и далее, часто обозначаемые как просто "загрязнения"), которые прилипали к внутренним стенкам сетчатого фильтра в его нижней части, где температура во время функционирования производственной системы вследствие рассеивания теплоты бывает относительно низкой. Эти очень малые количества загрязнений, обнаруженные на сетчатом фильтре, были использованы как образцы, для того чтобы подвергнуть их разнообразным тестам и анализам.

Исследование загрязнений, содержащих вязкие полимерные вещества, на микроскопическом уровне с использованием инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (FT-IR), осуществляли с помощью инфракрасного спектрометра (FTS-575C/UMA-500, производимого и распространяемого Bio-Rad Laboratories, U.S.A.). Исходя из результатов FT-IR микроскопического исследования, полагали доказанным, что загрязнения являются смесью соединений, имеющих карбонильную связь, сложноэфирную связь, алкоксиалкановую связь и т.п. Кроме того, при анализе загрязнений обнаружилось, что загрязнения состоят из смеси полимеров, содержащих главным образом этиленгликолевые звенья, и этиленкарбонатные звенья, и продукты их этерификации.

Для того чтобы найти вещество, способное легко растворять вязкие полимерные вещества, тем самым обеспечивая возможность легкой химической отмывки теплообменника, авторы настоящего изобретения проводили тесты на растворимость загрязнений, используя различные химические реагенты, такие как ацетон, метанол, толуол, бензиловый спирт, этилацетат, горячую воду, имеющую температуру 100°C, 1Н NaOH, 1Н HCl, диметилформамид (DMF) (ДМФ), тетрагидрофуран (THF) (ТГФ), o-дихлорбензол и этиленкарбонат. Однако ни один из этих химических реагентов не был способен растворить загрязнения.

Затем был осуществлен анализ загрязнений с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), с использованием низкотемпературного дифференциального сканирующего калориметра (DSC-220C, приводимого и распространяемого корпорацией Seiko Instruments Inc., Japan) в условиях циклического тестирования, где скорость роста температуры составляла 10°C/мин, и температуру сканирования меняли в диапазоне от комнатной температуры до 360°C. В результате, как было с удивлением обнаружено, при повышении температуры сканирования от комнатной температуры до 360°C наблюдали появление отчетливых эндотермических пиков вблизи 135°C и вблизи 223°C, но когда температуру сканирования понижали от 360°C до комнатной температуры и затем снова повышали до 360°C, то упомянутые выше два эндотермических пика полностью исчезали.

Кроме того, изменение массы загрязнений определяли с помощью термогравиметрического/дифференциального теплового анализатора (TG/DTA-220, выпускаемого и распространяемого Seiko Instruments Inc., Japan), в условиях циклического тестирования, при котором скорость повышения температуры составляла 10°C/мин, а измерение температуры осуществляли в диапазоне температур от комнатной температуры до 600°C. В результате было обнаружено, что при температуре 116°C и ниже происходит уменьшение массы загрязнений на 20%, что, как полагают, было вызвано испарением влаги из загрязнений. Дальнейшее повышение температуры вызывало разложение загрязнений, и в интервале температур от 116 до 165°C наблюдаемая потеря массы составляла 43%, а в интервале температур от 165 до 411°C потеря массы составляла 25%; однако в интервале температур от 441 до 600°C дальнейшей потери массы не наблюдали. Эти результаты показывают, что несколько больше чем 40% загрязнений, налипших на стенку теплообменника, могут быть разрушены и удалены испарением при относительно низких температурах, лежащих в интервале от 116 до 165°C.

На основе наблюдений, касающихся появления загрязнений в теплообменнике, а также основываясь на результатах анализов, описанных выше, авторы настоящего изобретения полагали, что при низкой (ниже чем 140°C) температуре теплообменной среды, подаваемой в канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, и протекающей через него, происходит снижение температуры поверхности трубы, передающей тепло, которая является каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, и, возможно, на внутренней стенке теплопередающей трубы появляются загрязнения в виде полимерных веществ и тому подобного, где загрязнения приводят к снижению способности теплообменника к отведению теплоты. Кроме того, на основе данного предположения авторы настоящего изобретения выдвинули нижеследующую гипотезу. Загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, можно было бы эффективно удалить способом химической отмывки, в котором промывочную жидкость загружают в реактор и пропускают через циркуляционный контур, поддерживая внутреннюю температуру канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне, лежащем в диапазоне от 116 до 165°C. В частности, с помощью этого способа химической отмывки загрязнения могли бы быть легко разрушены, и даже те загрязнения, которые при указанной выше температуре не подверглись разрушению, потеряли бы свою вязкость, так что загрязнения отделились бы от теплообменника и диффундировали в промывочную жидкость. Чтобы доказать эту гипотезу, авторы настоящего изобретения предприняли попытку отмыть загрязнения, налипшие на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, с помощью описанного выше способа, используя в качестве промывочной жидкости воду и этиленкарбонат. В результате было подтверждено, что и вода и этиленкарбонат способны отмыть загрязнения, налипшие на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, так что теплообменник полностью восстановил свою способность по отведению теплоты.

Затем авторы настоящего изобретения исследовали способ предотвращения появления загрязнений в теплообменнике во время получения алкиленкарбоната, так чтобы можно было стабильно получать алкиленкарбонат в течение длительного периода времени. Сначала, для того чтобы установить условия для случая, когда не появлялись бы загрязнения, а уже образованные загрязнения, налипшие на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, были бы разрушены и легко удалены с внутренней стенки канала, так что снижение способности теплообменника к отведению теплоты могло бы быть предотвращено, авторы настоящего изобретения проводили тесты, в которых алкиленкарбонат получали при поэтапном повышении температуры подаваемой теплообменной среды. В результате, как неожиданно было обнаружено, в случае когда температуру теплообменной среды, протекающей через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, повышали до 140°C, то не наблюдали дальнейшего снижения способности теплообменника к отведению теплоты, а когда температуру теплообменной среды повышали далее до 145°C, то общий коэффициент теплопередачи (U) теплообменника последовательно возрастал, и способность к отведению теплоты восстанавливали до исходного уровня.

Предполагают, что причина, по которой не происходит уменьшения способности теплообменника к отведению теплоты, когда температуру теплообменной среды, протекающей через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, повышают до 140°C, следующая. В случае когда теплообменную среду, имеющую температуру 140°C и выше, пропускают через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, температура поверхности канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, достигает 135°C и выше, тем самым препятствуя появлению загрязнений, состоящих из полимерных веществ и т.п., на внутренней стенке канала теплообменника, находящегося на стороне процесса. Кроме того, в случае когда температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник, повышают до 145°C, происходит восстановление способности теплообменника к отводу теплоты, потому что небольшие количества загрязнений, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, находящегося на стороне процесса, воздействием тепла расщепляют на вещества малой молекулярной массы, а остаточные загрязнения (такие как полимерные вещества) превращают в вещества, которые легко удаляют с внутренней стенки. Полученные очень маленькие частицы диффундируют в реакционную смесь, так что теплообменник восстанавливает свою способность к отведению теплоты. Настоящее изобретение было выполнено, основываясь на этих новых данных.

Как было упомянуто выше, в соответствии с настоящим изобретением предложен способ получения алкиленкарбоната, включающий взаимодействие алкиленоксида, представленного следующей формулой (1):

где каждый из заместителей R¹, R², R³ и R⁴ независимо представляет собой водород, C₁-C₈ углеводородную группу с неразветвленной цепью, C₃-C₈ алициклическую углеводородную группу или C₆-C₈ ароматическую углеводородную группу,

с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе для получения в указанном реакторе реакционной смеси, где указанная реакционная смесь содержит алкиленкарбонат, представленный следующей формулой (2):

где R¹, R², R³ и R⁴ имеют значения, определенные для формулы (1), причем указанный реактор соединен системой трубопроводов с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, тем самым образуя циркуляционный контур, где указанный теплообменник имеет канал на участке теплообмена для пропускания через него теплообменной среды, имеющей температуру, которую поддерживают в заранее заданном диапазоне, и имеет указанный канал, расположенный на стороне процесса для пропускания через него технологической жидкости, которая обменивается теплом с указанной теплообменной средой, согласно способу получения алкиленкарбоната, отличающемуся тем, что он дополнительно включает пропускание указанной технологической жидкости во время или после реакции через указанный циркуляционный контур, включающий реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, во время пропускания указанной теплообменной среды, имеющей температуру от 140 до 200°C, через указанный канал теплообменника, на участке теплообмена, таким образом поддерживая внутреннюю температуру указанного канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C.

Алкиленоксид, который в способе по настоящему изобретению является исходным веществом для получения алкиленкарбоната, представляет собой соединение, определяемое формулой (1):

где каждый из R¹, R², R³ и R⁴ независимо представляет собой атом водорода, C₁ -C₈ углеводородную группу с неразветвленной цепью, C₃-C₈ алициклическую углеводородную группу или C₆-C₈ ароматическую углеводородную группу.

Конкретные примеры таких алкиленоксидов включают этиленоксид, пропиленоксид, бутиленоксид, винилэтиленоксид, циклогексеноксид и окись стирола. С точки зрения доступности и пр. этиленоксид и пропиленоксид особенно предпочтительны.

В способе по настоящему изобретению упомянутый выше алкиленоксид взаимодействует с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе для получения в реакторе реакционной смеси. Полученная реакционная смесь содержит алкиленкарбонат, представляемый формулой (2):

в которой R¹, R², R³ и R⁴ имеют значения, определенные для формулы (1).

Конкретные примеры алкиленкарбонатов включают этиленкарбонат, пропиленкарбонат, бутиленкарбонат, винилэтиленкарбонат, циклогексенкарбонат и стиролкарбонат. Способ по настоящему изобретению предпочтительно может быть использован для получения этиленкарбоната и пропиленкарбоната.

Взаимодействие алкиленоксида с двуокисью углерода, которое входит в способ получения алкиленкарбоната по настоящему изобретению, может быть представлено нижеследующей формулой (3):

в которой R¹, R², R³ и R⁴ имеют значения, определенные для формулы (1).

В способе по настоящему изобретению алкиленоксид подвергают взаимодействию с двуокисью углерода в присутствии катализатора. Не существует специальных ограничений, касающихся катализатора, применяемого в настоящем изобретении, поскольку катализатор является одним из катализаторов, которые обычно используют для катализирования реакции, представленной приведенной выше формулой (3). Конкретные примеры таких катализаторов включают катализаторы, которые являются органическими соединениями, такими как тетраэтиламмонийбромид, галогениды 5- или 6-членных циклических углеводородов, роданид аммония и продукты их термического разложения, и катализаторы, которые являются неорганическими соединениями, такими как металлы, бромиды или иодиды щелочных металлов и их смеси с небольшим количеством спирта или воды. С точки зрения легкости восстановления катализатора неорганические катализаторы являются предпочтительными. Не существует специальных ограничений, касающихся количества использованного катализатора, но предпочтительно, когда концентрация катализатора в реакционной системе составляет от 0,1 до 3 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 2 мас.%.

Температура реакции получения алкиленкарбоната обычно лежит в диапазоне от 100 до 200°C, предпочтительно от 150 до 190°C. Реактивное давление обычно лежит в диапазоне от 2 до 15 МПа, предпочтительно от 4 до 12 МПа. Время протекания реакции может меняться в зависимости от соотношений исходных веществ (например, соотношения двуокиси углерода и алкиленоксида), типа используемого алкиленоксида, типа и концентрации используемого катализатора, температуры реакции и т.п. Например, когда время протекания реакции определяют как среднее время удерживания, вычисляемое из объема удерживания и общего объема подачи для проточного реактора с мешалкой, то время протекания реакции обычно составляет от 0,5 до 10 ч, предпочтительно от 1 до 5 ч.

Когда способ по настоящему изобретению применяют на практике, то алкиленоксид и двуокись углерода, в качестве исходных материалов, используют в таких количествах, что мольное соотношение двуокиси углерода и алкиленоксида обычно находится в диапазоне от 1 до 5, предпочтительно от 1 до 2. Обычно, когда избыток углекислого газа выпускают из реактора, углекислый газ захватывает непрореагировавший алкиленоксид и также выводит его из реактора, тем самым увеличивая количество акиленоксида, выводимого из реактора. Поэтому выведение избыточного количества углекислого газа из реактора, как способ контроля молярного соотношения двуокиси углерода и алкиленоксида в реакторе, не является предпочтительным, а предпочтительно контролировать количество подаваемой в реактор двуокиси углерода таким образом, чтобы поддерживать давление в реакторе на постоянном уровне.

Реактор, используемый в способе по настоящему изобретению для осуществления упомянутой выше реакции, посредством системы трубопроводов сообщается с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, с образованием циркуляционного контура. Любой из типовых реакторов может быть использован в настоящем изобретении. Примеры типовых реакторов включают проточный реактор с мешалкой, многоступенчатый реактор, образованный последовательным соединением большого числа проточных реакторов с мешалкой, реактор с поршневым потоком, комбинацию проточного реактора и реактора с поршневым потоком.

Когда при получении алкиленкарбоната используют проточный реактор с мешалкой, для того чтобы углекислый газ имел возможность раствориться в реакционной смеси, предпочтительным является большое количество реакционной смеси, циркулирующее по циркуляционному контуру, что достигается при помощи насоса. Вообще говоря, число циркуляций, осуществляемых в единицу времени, составляет от 10 до 50 раз/ч, предпочтительно от 20 до 40 раз/ч. Когда теплоту, выделяемую при реакции, отводят при помощи теплообменника, который предусмотрен в средней части системы трубопроводов, через которую с помощью насоса пропускают реакционную смесь, циркуляция большого количества реакционной смеси является предпочтительной с точки зрения улучшения охлаждающей способности теплообменника.

Теплообменник, используемый в настоящем изобретении, имеет канал, расположенный на участке теплообмена, для пропускания через него теплообменной среды, которая имеет температуру, поддерживаемую в заранее заданном интервале, и имеет канал на стороне процесса для пропускания через него технологической жидкости, которая, согласно способу получения алкиленкарбоната, обменивается теплотой с теплообменной средой. Термин "технологическая жидкость", используемый в настоящем изобретении, означает жидкость, которую обрабатывают в теплообменнике (то есть жидкость, которую подвергают температурному контролю), а термин "теплообменная среда" означает среду, используемую для регулирования температуры технологической жидкости. Далее, "канал теплообменника на участке теплообмена" является каналом, предназначенным для пропускания через него теплообменной среды, а "канал теплообменника, расположенный на стороне процесса" является каналом, предназначенным для пропускания через него технологической жидкости. Не существует специальных ограничений, относящихся к типу теплообменника, который используют в способе по настоящему изобретению, в случае, когда теплообменник способен пропускать теплообменную среду, имеющую температуру от 140 до 200°C, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, чтобы тем самым поддерживать температуру внутри канала, расположенного на стороне процесса, в диапазоне от 135 до 200°C. Например, змеевиковый теплообменник, расположенный внутри реактора, теплообменник с двойными стенками и типовой многотрубный теплообменник могут быть использованы либо в качестве индивидуальных теплообменников, либо в виде их комбинации. Многотрубный теплообменник, который может быть малого размера и способен увеличивать площадь переноса тепла, является предпочтительным для настоящего изобретения.

В случае, когда в настоящем изобретении используют многотрубный теплообменник (который заключает в себе кожух, вмещающий в себя большое количество труб), технологическую жидкость и теплообменную среду могут пропускать через трубы и межтрубное пространство (то есть пространство, заключенное между трубами и внутренней стенкой кожуха) соответственно или, наоборот, через межтрубное пространство и через трубы соответственно. Что касается выбора жидкости (технологическую жидкость или теплообменную среду), которую следует пропускать через трубы или через межтрубное пространство, такой выбор может быть сделан соответствующим образом, принимая во внимание разнообразные факторы. Например, когда используют теплообменник малого размера, жидкость, которая течет по трубам теплообменника, может быть выбрана таким образом, чтобы увеличить полный коэффициент переноса тепла (U), а когда возникает необходимость в облегчении отмывки теплообменника, то жидкость, которая с большей вероятностью вызовет образование загрязнений, может быть направлена через трубы теплообменника.

Предпочтительно, чтобы теплообменник, используемый в настоящем изобретении, представлял собой устройство, которое можно использовать и как устройство для предварительного нагревания, и как охлаждающее устройство. Такой теплообменник может быть использован как устройство для предварительного нагревания в начале реакции, для нагревания реакционной смеси до заранее определенной реакционной температуры и как охлаждающее устройство для отведения теплоты, выделяющейся во время реакции, в процессе стационарного функционирования производственной системы.

Отсутствуют специальные ограничения, касающиеся материала, используемого для изготовления канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, при условии, что этот материал является коррозионно-стойким по отношению к технологической жидкости. Ржавчины железа вследствие их каталитической активности могут привести к образованию алкиленоксидных полимеров, и поэтому предпочтительно, чтобы канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, был выполнен из такого материала, как нержавеющая сталь, для которого отсутствует опасность возникновения железных ржавчин.

Не существует специальных ограничений, касающихся теплообменной среды, при условии, что теплообменная среда способна поддерживать температуру в диапазоне от 140 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C. Может быть использовано любое из веществ, обычно используемых в качестве теплообменной среды, таких как вода, водяной пар и масляный теплоноситель. Предпочтительным является масляный теплоноситель, который термически стабилен и имеет низкую упругость пара, так как проектное давление в теплообменнике может быть на низком уровне. Кроме того, температуру масляного теплоносителя можно легко контролировать, так что, когда в качестве теплообменной среды используют масляный теплоноситель, температуру реакции можно легко регулировать, просто меняя количество теплообменной среды, подаваемой в теплообменник. В результате использование масляного теплоносителя упрощает функционирование производственной системы получения алкиленкарбоната.

Основное различие между способом по настоящему изобретению и способами, присущими известному уровню техники, заключается в том, что температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник, поддерживают на уровне в конкретном диапазоне температур. В способе по настоящему изобретению во время реакции или после реакции получения алкиленкарбоната взаимодействием алкиленоксида с двуокисью углерода технологическую жидкость пропускают через циркуляционный контур, состоящий из реактора и канала теплообменника, расположенного на стороне процесса; тогда как пропуская теплообменную среду, имеющую температуру от 140 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, тем самым поддерживают температуру внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне температур от 135 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, в ходе упомянутой выше реакции, реакционную смесь, получаемую взаимодействием алкиленоксида с двуокисью углерода, пропускают в качестве технологической жидкости, чтобы таким образом препятствовать появлению загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса. В качестве альтернативы, после окончания реакции в качестве технологической жидкости пропускают промывочную жидкость, чтобы посредством этого отмыть загрязнения, налипшие на внутренних стенках канала теплообменника, расположенного на стороне процесса. Когда алкиленкарбонат получают таким способом по настоящему изобретению, стабильное получение алкиленкарбоната в течение длительного периода времени становится возможным вне зависимости от конструкции теплообменника или типа теплообменной среды.

Отсутствуют специальные ограничения, касающиеся температуры теплообменной среды, которую пропускают через канал теплообменника, расположенный на участке, где происходит теплообмен, в процессе получения алкиленкарбоната через взаимодействие алкиленоксида с двуокисью углерода. Для предотвращения появления загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, предпочтительна высокая температура теплообменной среды, поскольку чем выше температура теплообменной среды, тем выше температура внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса. Подходящую температуру можно подобрать, если учитывать количество теплоты, которое необходимо отвести, чтобы поддерживать температуру реакции на постоянном уровне, находящемся внутри диапазона от 100 до 200°C, разницу между температурами реакции и теплообменной среды (ΔT), площадь, на которой происходит перенос теплоты, и скорости течения технологической жидкости и теплообменной среды. Предпочтительно, когда в способе по настоящему изобретению препятствуют появлению загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, во время протекания реакции, пропуская реакционную смесь, получаемую взаимодействием алкиленоксида с двуокисью углерода, в качестве технологической жидкости через циркуляционный контур, включающий реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, во время пропускания теплообменной среды, имеющей температуру от 140 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, тем самым поддерживая температуру внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C.

При использовании способа по настоящему изобретению загрязнения на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, почти полностью отсутствуют, в случае когда температура теплообменной среды, пропускаемой через канал теплообменника, расположенный на участке, где происходит теплообмен, лежит в диапазоне от 140 до 200°C, а температуру внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, поддерживают на уровне в диапазоне от 135 до 200°C. Однако, когда теплообменная среда имеет температуру более низкую, чем 140°C, в теплообменнике появляются загрязнения и возникает необходимость в увеличении количества подаваемой в теплообменник теплообменной среды, для того чтобы сохранить способность теплообменника к отведению теплоты. Однако вследствие разных проблем, таких как ограниченная мощность питающего насоса и потеря давления в трубопроводе, существует предел увеличения количества теплообменной среды, которая может быть подана в теплообменник. Поэтому способность теплообменника к отведению теплоты неизбежно снижалась бы до уровня, при котором температуру реакции не возможно поддерживать на заранее заданном уровне, и в результате продолжение функционирования производственной системы стало бы невозможным. С другой стороны, когда теплообменную среду, имеющую температуру, превышающую 200°C, используют для того, чтобы отводить от реакционной смеси теплоту, выделяемую при реакции, становится затруднительным поддерживать температуру реакции около 200°C или ниже. Кроме того, могут протекать неблагоприятные побочные реакции, и вследствие увеличения концентрации алкиленоксида в газовой фазе реактора безопасность реакционной системы понижается.

В настоящем изобретении, в случае, когда при взаимодействии алкиленоксида с двуокисью углерода, протекающем с получением алкиленкарбоната, на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, возникают загрязнения; так что способность теплообменника к отведению теплоты снижается, предпочтительно, когда после завершения реакции промывочную жидкость пропускают в качестве технологической жидкости, чтобы таким путем отмыть загрязнения, которые налипли на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса. В частности, после окончания реакции получения алкиленкарбоната загрязнения, налипшие на стенку теплообменника, могут быть отмыты при применении способа, включающего (1) удаление реакционной смеси из реактора, для освобождения реактора; (2) загрузку промывочной жидкости в реактор; и (3) пропускание промывочной жидкости через циркуляционный контур, который содержит реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, тогда как пропуская теплообменную среду, имеющую температуру от 140 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C, через канал теплообменника, расположенный на участке теплообмена, тем самым поддерживают температуру внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне в диапазоне от 135 до 200°C, предпочтительно от 140 до 180°C. С применением этого способа становится возможным легко выполняемая отмывка загрязнений, налипших на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, без необходимости демонтировать теплообменник и с небольшой затратой времени. Поэтому получение алкиленкарбоната может быть быстро восстановлено после временной остановки производственного процесса для упомянутой выше процедуры отмывки с целью восстановления способности теплообменника к отведению теплоты. Если необходимо, способ по настоящему изобретению, в котором промывочную жидкость пропускают как технологическую жидкость, чтобы посредством этого отмыть загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, может быть осуществлен перед проведением реакции получения алкиленкарбоната.

Промывочную жидкость, используемую для промывки теплообменника, применяют не с целью растворения в ней загрязнений, содержащих вязкие полимерные вещества, но для расщепления загрязнений при определенных температурах и диффундирования в нее расщепленных загрязнений. Поэтому в настоящем изобретении отсутствуют специальные ограничения, относящиеся к веществу, используемому в качестве промывочной жидкости, при условии, что в процессе промывки при температуре, имеющейся внутри канала теплообменника, расположенного на стороне процесса (а именно от 135 до 200°C), это вещество находится в жидком состоянии. Предпочтительными промывочными жидкостями являются вода (которая легко доступна и обладает преимуществами при удалении отходов) и этиленкарбонат (который путем дистилляции может быть легко восстановлен как необходимый продукт для способа по настоящему изобретению). Чрезвычайно предпочтительно, после получения этиленкарбоната использовать этиленкарбонат в качестве промывочной жидкости. В том случае, когда этиленкарбонат используют как промывочную жидкость, наличие остаточной промывочной жидкости не вызывает каких-либо проблем и поэтому нет необходимости в просушивании внутренней части реактора после промывки.

Для легковыполнимого удаления из канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, остаточных загрязнений (главным образом полимерных веществ, которые более не являются вязкими веществами) является предпочтительным, когда сначала повышают, а затем понижают температуру промывочной жидкости, протекающей через канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, или наоборот, для того чтобы вызвать расширение, а затем ее сжатие трубы (используемой как канал теплообменника, расположенный на стороне процесса), по которой происходит передача тепла, или наоборот. В этой технике чем больше разница между самой высокой и самой низкой температурами промывочной жидкости, тем больше расширение и сжатие трубы, передающей тепло. Поэтому такая техника бывает более эффективной, когда разница между наиболее низкой и наиболее высокой температурами велика. Однако очень большая разница температур не является предпочтительной, так как изменение температуры промывочной жидкости становится затратным по времени. Например, температуру промывочной жидкости можно менять указанным выше способом, в том случае, когда температуры 100 и 150°C являются соответственно наиболее низкой температурой и наиболее высокой температурой.

По настоящему изобретению указанным выше способом может быть отмыт либо только один теплообменник, либо весь циркуляционный контур (в котором реактор через систему трубопроводов соединен с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса). Полагают, что загрязнения, содержащие вязкие полимерные вещества, (аналогичные обнаруженным в теплообменнике), по всей вероятности, возникают на частях циркуляционного контура, которые вследствие рассеивания теплоты и тому подобного имеют низкую температуру. Поэтому предпочтительно, чтобы промывочную жидкость пропускали через весь циркуляционный контур, чтобы расщепить и счистить загрязнения, налипшие на его внутренней стенке. Части циркуляционного контура, которые вследствие рассеяния теплоты и тому подобного имеют низкую температуру, включают насадки измерительных приборов (например, термометра, уровнемера, датчика давления и измерителя расхода жидкости), штуцер для отбора проб, фланцевое соединение в трубопроводе, колпачок клапана, штуцер для выпуска газа, выпускное отверстие циркуляционного насоса для отведения жидкости и сетчатый фильтр.

Промывку теплообменника можно осуществлять, как описано выше, не только после получения алкиленкарбоната способом по настоящему изобретению, в котором реакционную смесь, полученную взаимодействием алкиленоксида с двуокисью углерода, используют в процессе реакции в качестве технологической жидкости; чтобы тем самым предотвратить появление загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, но и после получения алкиленкарбоната любым способом, в котором используют теплообменник для регулирования температуры реакции.

НАИУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на следующие примеры и сравнительный пример, но эти примеры не следует расценивать как ограничивающие объем настоящего изобретения.

Пример 1

Этиленкарбонат получали, используя производственную систему, изображенную на чертеже.

Реактор 10 представлял собой вертикальную реакционную колонну (внутренний диаметр составлял 1,6 м φ, длина цилиндрической части составляла 8 м, и объем составлял 20 м³), выполненную из нержавеющей стали. В верхней части реактора для повышения эффективности поглощения двуокиси углерода жидкостью была предусмотрена форсунка для распыления жидкости. В этой технологической системе реактор 10 через систему трубопроводов был соединен с каналом теплообменника 14, расположенным на стороне процесса, для образования циркуляционного контура. Теплообменник 14 представлял собой одноходовой теплообменник, содержащий кожух, содержащий размещенные в нем 172 трубы (площадь теплообмена составляла 147,6 м², внешний диаметр каждой трубы был равен 42,7 мм φ, при длине трубы, равной 6,95 м), где технологическую жидкость пропускали через трубы (каналов теплообменника, расположенных на стороне процесса), а теплообменную среду пропускали через межтрубное пространство (т.е. пространство между трубками и внутренней стенкой кожуха), которое использовали в качестве канала на участке теплообмена. Масляный теплоноситель (производимый и реализуемый компанией Soken Chemical & Engineering Co., Ltd., Japan, под торговым наименованием KSK-oil-280) подавали в канал теплообменника 14 на участке теплообмена (межтрубное пространство) в качестве теплообменной жидкости. Масляный теплоноситель использовали не только как нагревающую среду на начальной стадии реакции, но также и в качестве охлаждающей среды во время стационарного функционирования производственной системы.

Этиленоксид как одно из исходных веществ (охлажденный до 5°C) через трубу 7 подавали в насос 2 для подачи этиленоксида, в котором давление этиленоксида повышали. Из насоса для подачи этиленоксида 2 находящийся под давлением этиленоксид подавали через трубы 25 и 15 в реактор 10 со скоростью потока 2,500 кг/ч. Что касается двуокиси углерода, которая является другим исходным веществом, то сжиженную двуокись углерода подавали через трубу 5 в насос 1, подающий окись углерода. В насосе 1 давление сжиженной двуокиси углерода повышали и подавали ее в испаритель двуокиси углерода 4 типа водяной бани, чтобы испарить сжиженную двуокись углерода. Обращенную в газ двуокись углерода (углекислый газ), имеющую температуру около 90°C, через трубу 6 подавали в газовую фазу, находящуюся в верхней части реактора 10, так чтобы поддерживать давление внутри реактора 10 на постоянном уровне, составляющем приблизительно 9,5 МПа. Средняя скорость подачи двуокиси углерода составляла 2,700 кг/ч.

Давление в реакторе 10 в течение процесса иногда достигало величины 10 МПа или превышало ее. В таких случаях клапан газового контроля 23, связанный с выпускным отверстием, открывали, так чтобы через трубы 22 и 24 выпустить газ из газовой фазы реактора 10 и тем самым уменьшить давление газа в реакторе 10.

В качестве катализатора использовали иодид калия (KI) в виде 5 мас.% раствора в этиленкарбонате. Более конкретно, смешивали 9 массовых частей рециклового катализатора (восстановленного после очистки этиленкарбонатного продукта) и 1 массовую часть раствора свежего катализатора и полученный раствор катализатора подавали через трубу 8 в насос 3, подающий катализатор. Из подающего катализатор насоса 3 раствор катализатора подавали через трубы 26 и 15 в реактор 10 с помощью подающего катализатор насоса 3. Скорость подачи раствора катализатора устанавливали равной 274 кг/ч, так чтобы концентрация иодида калия в реакционной системе составляла от 0,23 до 0,26 мас.%.

Полученную реакционную смесь удаляли из реактора 10 таким образом, чтобы поддерживать объем реакционной смеси в реакторе на постоянном уровне, составляющем 14,5 тонн. Количество удаленной реакционной смеси регулировали с помощью клапана контроля удаления реакционной смеси 20 и реакционную смесь удаляли через трубы 19 и 21.

Получение этиленкарбоната осуществляли в условиях, при которых температура реакции, которую измеряли, используя термометр T1, установленный в нижней части реактора 10, лежала в диапазоне температур от 176 до 177°C. Во время реакции технологическую жидкость пропускали через циркуляционный контур, содержащий реактор 10 и канал теплообменника 14, расположенный на стороне процесса, в то время как теплообменную среду пропускали через канал теплообменника 14, расположенный на участке теплообмена. В частности, реакционную смесь удаляли из выпускного отверстия реактора 10 и, используя циркуляционный насос 9, повышали ее давление. Через трубы 11 и 12 реакционную смесь под давлением подавали в теплообменник 14. Реакционную смесь, имеющую температуру, регулируемую с помощью теплообменника 14, возвращали через трубу 15 в реактор 10 через его входное отверстие, чтобы таким образом пропустить реакционную смесь через циркуляционный контур. Количество пропускаемой по циркуляционному контуру реакционной смеси регулировали, используя объемный счетчик циркуляции 13 реактора, поддерживая постоянную скорость потока, составляющую приблизительно 400 тонн/ч. В результате среднее время удерживания в реакторе 10 становилось равным 2,65 ч, а число циркуляций составляло 28 раз/ч.

В теплообменнике 14 скорость потока теплообменной среды, протекающей через теплообменник 14, регулировали автоматически с помощью клапана контроля температуры 16, чтобы таким образом поддерживать температуру реакционной смеси на постоянном уровне, соответствующем 173°C, где температуру реакции измеряли термометром T2, установленным у выходного отверстия теплообменника 14. Теплообменную среду подавали через трубу 18 в межтрубное пространство теплообменника 14. Температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник 14, вначале поддерживали у 140°C, а 23 дня спустя после начала процесса температуру поднимали до 145°C. Температуру теплообменной среды измеряли термометром t1, установленным у входного отверстия теплообменника 14, предназначенного для теплообменной среды, а изменение скорости потока теплообменной среды контролировали, используя расходомер 17. (Температуру, измеряемую термометром t2, находящимся у выходного отверстия теплообменной среды теплообменника 14, также фиксировали для вычисления коэффициента полной теплопередачи (U)).

Таким образом, температуру реакционной смеси (то есть температуру, измеряемую термометром T2) поддерживали автоматически, используя температуру на выходе теплообменника 14. В результате температура, измеряемая термометром T1, установленным в нижней части реактора 10, становилась почти постоянной и соответствовала уровню в диапазоне температур от приблизительно 176 до 177°C.

Концентрацию этиленоксида в газовой фазе реактора 10 измеряли, используя управляемый ЭВМ газовый хроматограф, работающий как анализатор непрерывного действия, для контроля превращения этиленоксида и для определения на ранней стадии любых нарушений в нормальной работе производственной системы. Концентрация этиленоксида, определяемая при использовании анализатора непрерывного действия, лежала внутри диапазона, составляющего от 3 до 5 об.% от объема газовой фазы реактора.

Количество получаемого этиленкарбоната составляло от 4,970 до 4,990 кг/ч (в среднем, 4,978 кг/ч).

Появление загрязнений и способность теплообменника 14 к отведению теплоты оценивали, используя коэффициент полной теплопередачи (U), который вычисляли по нижеследующей формуле:

U=Q/{АЧ(ΔT)_lm}

в которой

U - коэффициент полной теплопередачи (U) (кДж/м²·ч·°C);

Q - скорость теплопередачи (кДж/ч), где

Q=(скорость потока в канале, расположенном на стороне процесса)Ч(T₁-T₂)Ч(удельная теплоемкость);

A - площадь теплообмена=147,6 м²;

(ΔT)_lm - логарифмическое среднее расхождение температур, где

(ΔT)_lm={(T₁-t₁)-(T₂-t₂)}/ln{(T₁-t₁)/(T₂-t₂)},

где T₁, T₂, t₁ и t₂ представляют собой температуры, измеренные термометрами T1, T2, t1 и t2 соответственно.

Коэффициент полной теплопередачи (U) теплообменника 14 вычисляли, используя удельную теплоемкость (то есть 2,00 кДж/кг·°C) технологической жидкости, которая представляет собой реакционную смесь, содержащую этиленкарбонат.

Величина коэффициента полной теплопередачи (U) теплообменника 14, наблюдаемая в процессе получения этиленкарбоната, приведена в табл.1.

Таблица 1Дата операцииТемпература теплообменной среды (°С)Коэффициент полной теплопередачи (U) (кДж/м²·ч·°С)1^й день140°С70314^й день140°С70722^й день140°С70323^й деньИзменена на 145°С-25^й день145°С78238^й день145°С79954^й день145°С81268^й день145°С808

Как следует из табл.1, приведенной выше, в случае, когда температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник 14, поддерживали на уровне 140°C, уменьшая величины коэффициента, полной теплопередачи (U) не наблюдалось. Когда температуру теплообменной среды увеличивали до 145°C, величина коэффициента полной теплопередачи (U) незначительно возрастала, что соответствовало ходу процесса, и поэтому полагают, что возникающие загрязнения, которые образовались и накопились в теплообменнике, были отмыты путем повышения температуры теплообменной среды. Таким образом, при использовании способа по настоящему изобретению непрерывное и стабильное получение этиленкарбоната в течение длительного периода времени оказалось возможным.

Сравнительный пример 1

Этиленкарбонат получали, по существу, таким же способом, как в примере 1, с той разницей, что температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник 14, поддерживали на уровне в диапазоне от 100 до 130°C.

Количество получаемого этиленкарбоната составляло от 4,970 до 4,990 кг/ч (в среднем, 4,978 кг/ч).

Величина коэффициента полной теплопередачи (U) теплообменника 14, наблюдаемая в процессе получения этиленкарбоната, показана в табл.2, приведенной ниже.

Таблица 2Дата операцииТемпература теплообменной среды (°С)Коэффициент полной теплопередачи (U) (кДж/м²·ч·°С)3^й день130°С70310^й день130°С58620^й день130°С51921^й деньИзменено на 125°С-24^й день125°С47725^й деньИзменено на 120°С-39^й день120°С41843^й деньИзменено на 112°С-48^й день112°С339

Как видно из табл.2, приведенной выше, в случае, когда температура теплообменной среды была ниже чем 140°C, в ходе получения этиленкарбоната происходило постепенное уменьшение величины коэффициента полной теплопередачи (U). Вследствие этого отведение выделяемой в процессе реакции теплоты оказывалось недостаточным, так что поддерживать требуемую температуру реакции (173°C) было невозможно, и наблюдали подъем температуры (до приблизительно 174-175°С). Поэтому на 50^й день реакция была прекращена. Хотя количество полученного этиленкарбоната было таким же, как и в примере 1, стабильное получение этиленкарбоната в течение длительного промежутка времени было невозможным.

Пример 2

Этиленкарбонат получали, по существу, таким же способом, как в примере 1, с той разницей, что температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник 14, поддерживали на уровне в диапазоне от 100 до 120°С. В результате коэффициент полной теплопередачи (U), который на 2^й день составлял 705 кДж/м²·ч·°C, на 38^й день был уменьшен до 372 кДж/м²·ч·°С. Так как дальнейшее увеличение скорости подачи теплообменной среды было затруднительным, реакция была остановлена и теплообменник 14 промывали следующим способом.

В качестве промывочной жидкости использовали воду. Сначала всю реакционную смесь, находящуюся в реакторе 10, удаляли из него, затем реактор 10 заполняли 13 тоннами горячей воды, имеющей температуру 70°С. Давление горячей воды повышали, используя циркуляционный насос 9 реактора 10, и направляли ее через циркуляционный контур, поддерживая скорость потока приблизительно на уровне 400 тонн/ч, в соответствии с показаниями циркуляционного расходомера 13. После начала циркуляции промывочной жидкости давление в газовой фазе реактора 10 повышали до приблизительно 0,8 МПа, используя газообразный азот, при полностью закрытом клапане газового контроля 23, предусмотренном у выходного отверстия реактора 10. Затем в межтрубное пространство теплообменника 14 подавали теплообменную среду, имеющую температуру от 160 до 180°С, чтобы повышение температуры промывочной жидкости происходило со скоростью, приблизительно равной 30°С/ч. Когда температура промывочной жидкости, циркулирующей по циркуляционному контуру, достигала 160°С, то эту температуру поддерживали в течение приблизительно 1,5 ч. Затем промывочную жидкость охлаждали со скоростью, приблизительно составляющей 50°С/ч, и когда температура промывочной жидкости понижалась приблизительно до 100°С, то эту температуру поддерживали в течение 0,5 ч. Цикл, представляющий собой нагревание промывочной жидкости до приблизительно 160°С, сохранение этой температуры в течение 1,5 ч, охлаждение промывочной жидкости до приблизительно 100°С и сохранение этой температуры в течение 0,5 ч, осуществляемый способами, описанными выше, повторяли пять раз, таким образом промывая теплообменник 14.

После промывки теплообменника 14 приблизительно 0,7 кг текущих самотеком черных микрочастиц были аккумулированы внутри ловушки с сеткой циркуляционного насоса 9.

После удаления из циркуляционного контура всей промывочной жидкости, находящейся в реакторе 10, получение этиленкарбоната возобновляли и осуществляли таким же способом, как описано выше. Количество получаемого этиленкарбоната составляло 4,978 кг/ч. Величину коэффициента полной теплопередачи (U) определяли на 2^й день, когда был установлен стационарный режим работы реакционной системы. Величина коэффициента полной теплопередачи (U), которая перед промывкой составляла 372 кДж/м²·ч·°С, была восстановлена до 711 кДж/м²·ч·°С. Это означает, что загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, были удалены вполне удовлетворительно посредством промывки, выполненной за исключительно короткий промежуток времени.

Пример 3

Этиленкарбонат получали, по существу, таким же способом, как в примере 1, с той разницей, что температуру теплообменной среды, подаваемой в теплообменник 14, поддерживали на уровне в диапазоне от 100 до 130°С. В результате было обнаружено, что величина коэффициента полной теплопередачи (U), которая на 2^й день составляла 708 кДж/м²·ч·°С, на 40^й день была уменьшена до 398 кДж/м²·ч·°С. Так как дальнейшее увеличение скорости подачи теплообменной среды было затруднительным, реакция была остановлена и теплообменник 14 промывали следующим способом.

В качестве промывочной жидкости использовали этиленкарбонат и промывку осуществляли способом, по существу, аналогичным способу, использованному в примере 2. В частности, реакционную смесь, находящуюся в реакторе 10, удаляли из циркуляционного контура и реактор 10 заполняли 14,5 тоннами этиленкарбоната. Используя циркуляционный насос 9 реактора, давление этиленкарбоната повышали и направляли его через циркуляционный контур, контролируя при этом скорость потока приблизительно на уровне 400 тонн/ч с помощью циркуляционного расходомера 13. После начала циркуляции промывочной жидкости давление в газовой фазе реактора 10 повышали до приблизительно 0,8 МПа, используя газообразный азот при полностью закрытом клапане газового контроля 23, предусмотренном у выходного отверстия реактора 10. Затем теплообменную среду, температура которой составляла от 160 до 180°С, подавали в межтрубное пространство теплообменника 14 таким образом, чтобы повышать температуру промывочной жидкости со скоростью приблизительно 30°С/ч. Когда температура промывочной жидкости, циркулирующей по циркуляционному контуру, достигала 155°С, эту температуру поддерживали в течение приблизительно 1,5 ч. Затем промывочную жидкость охлаждали со скоростью приблизительно 50°C/ч, и когда температура промывочной жидкости была уменьшена приблизительно до 100°С, то такую температуру поддерживали в течение 15 минут. Этот цикл, представляющий собой нагревание и охлаждение промывочной жидкости, повторяли пять раз, промывая таким образом теплообменник 14.

После промывки теплообменника 14 приблизительно 0,3 кг текущих самотеком черных микрочастиц были аккумулированы внутри ловушки с сеткой циркуляционного насоса 9.

После удаления из циркуляционного контура всей промывочной жидкости, содержащейся в реакторе 10, получение этиленкарбоната возобновляли и осуществляли таким же способом, как описано выше. Количество получаемого этиленкарбоната составляло 4,978 кг/ч. Величину коэффициента полной теплопередачи (U) определяли на 2^й день, когда был установлен стационарный режим работы реакционной системы. Величина коэффициента полной теплопередачи (U), которая перед промывкой составляла 398 кДж/м²·ч·°С, была восстановлена до 703 кДж/м²·ч·°С. Это означает, что загрязнения, налипшие на внутреннюю стенку канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, были удалены вполне удовлетворительно, посредством промывки, выполненной за один короткий промежуток времени.

Далее, этиленкарбонат, используемый в качестве промывочной жидкости, очищали, чтобы тем самым получить продукт этиленкарбоната, имеющий требуемую степень чистоты. В этом примере, вследствие того что в качестве промывочной жидкости использовали этиленкарбонат, являющийся целевым продуктом, отсутствовали неблагоприятные воздействия, оказываемые промывочной жидкостью, остающейся внутри реактора, и, следовательно, сушка реактора после промывки не требовалась.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

При получении алкиленкарбоната способом по настоящему изобретению становится возможным предотвращать появление загрязнений на внутренней стенке канала теплообменника, соединенного с реактором. Поэтому способность теплообменника к отведению теплоты не снижается, тем самым обеспечивая стабильное и непрерывное получение алкиленкарбоната в течение длительного периода времени. Кроме того, даже когда загрязнения появляются на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, образовавшиеся загрязнения, налипшие на внутренней стенке канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, могут быть легко отмыты в течение короткого периода времени, без демонтажа теплообменника. Поэтому становится возможным восстановить способность теплообменника к отведению теплоты и легко возобновить получение алкиленкарбоната.

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. Технический результат - упрощение процесса и увеличение времени работа аппарата в установленном режиме. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ получения алкиленкарбоната, включающий взаимодействие алкиленоксида, представленного следующей формулой (1):

где каждый из R¹, R², R³ и R⁴ независимо представляет собой водород, C₁-C₈ углеводородную группу с неразветвленной цепью, С₃-С₈ алициклическую углеводородную группу или С₆-C₈ ароматическую углеводородную группу,

с двуокисью углерода в присутствии катализатора в реакторе для получения в указанном реакторе реакционной смеси, где указанная реакционная смесь содержит алкиленкарбонат, представленный следующей формулой (2):

где R¹, R², R³ и R⁴ имеют значения, определенные для формулы (1),

причем указанный реактор соединен системой трубопроводов с каналом теплообменника, расположенным на стороне процесса, тем самым образуя циркуляционный контур, где указанный теплообменник имеет канал на участке теплообмена для пропускания через него теплообменной среды, имеющей температуру, которую поддерживают в заранее заданном диапазоне, и имеет указанный канал, расположенный на стороне процесса для пропускания через него технологической жидкости, которая обменивается теплом с указанной теплообменной средой согласно способу получения алкиленкарбоната, отличающемуся тем, что он дополнительно включает пропускание указанной технологической жидкости во время или после реакции через указанный циркуляционный контур, включающий реактор и канал теплообменника, расположенный на стороне процесса, во время пропускания указанной теплообменной среды, имеющей температуру от 140 до 200°С, через указанный канал теплообменника на участке теплообмена, таким образом поддерживая внутреннюю температуру указанного канала теплообменника, расположенного на стороне процесса, на уровне от 135 до 200°C.