СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСАЛАТА ГАЗОФАЗНЫМ СПОСОБОМ С УЧАСТИЕМ ОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 2015 года по МПК C07C67/36 C07C69/36 B01J23/89 B01J23/656 

Область, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу получения оксалата газофазным методом с участием СО, особенно к способу получения диметилоксалата методом взаимодействия ("сочетания") с СО, а также к совместному получению диэтилоксалата, дипропилоксалата или дибутилоксалата, при этом потребление оксидов азота или эфиров азотистой кислоты значительно уменьшается.

Оксалат представляет собой ценное сырье в области промышленности органической химии, которое применяется в широком масштабе для получения различных красителей, лекарственных веществ, важных растворителей, экстрагирующих агентов и различных промежуточных соединений в промышленности чистых реактивов. С начала 21-го века оксалат, являющийся безвредным биоразлагающимся мономером для получения конструкционных полимеров, ценится во всем мире. Кроме того, гидролиз оксалата при обычной температуре может привести к образованию щавелевой кислоты, а аминолиз при обычной температуре может привести к получению оксамида, который представляет собой высококачественное и медленно высвобождающееся удобрение. Оксалат может быть также использован в качестве растворителя и для получения промежуточных продуктов для лекарственных веществ и красителей и т.д., например, могут проводиться различные реакции конденсации между оксалатом и эфирами жирных кислот, циклогексилацетилбензолом, аминоспиртами, а также многими гетероциклическими соединениями. Оксалат можно также применять для синтеза тимина, используемого в качестве гормона в медицине. Помимо этого, гидрирование оксалата при низком давлении может привести к получению этиленгликоля, который является ценным исходным материалом в химической промышленности. Однако в настоящее время получение этиленгликоля в основном основывается на дорогостоящем нефтяном сырье. Китай нуждается в импорте огромного количества этиленгликоля каждый год. В 2007 г. были импортированы почти 4,8 млн тонн этиленгликоля.

Традиционный способ получения оксалата состоит в применении щавелевой кислоты в процессе ее этерификации спиртами. Этот метод получения требует больших денежных расходов, потребления большого количества энергии и приводит к сильному загрязнению окружающей среды и необоснованному расходу исходного сырья. В течение многих лет разработчики стараются создать дешевый и безвредный для окружающей среды способ. В 60-е годы прошлого века D.F. Fenton из Unocal Corp., USA, установил, что СО, спирт и кислород могут быть применены для прямого синтеза диалкилоксалата путем окислительного карбонилирования. С тех пор компании Ube Industries из Японии и American Atlantic Richfield Company (ARCO) из Америки успешно проводят исследования и разработки в указанной области.

С применением научно-производственных терминов способы синтеза оксалата путем окислительного "сочетания" СО могут быть разделены на два процесса, а именно жидкофазный способ и газофазный способ. Условия получения оксалата жидкофазным способом с участием СО являются довольно жесткими, так как реакция протекает при высоком давлении, и жидкая фаза, соответственно, имеет тенденцию к коррозии оборудования, и катализатор во время реакции имеет тенденцию к стеканию. Газофазный метод получения оксалата при взаимодействии (сочетании) с СО является наиболее предпочтительным. Компании Ube Industries из Японии и Montedison из Италии успешно проводили исследования газофазного метода в 1978 г, при этом Ube Industries разработала технологию газофазного каталитического метода синтеза оксалата при реакционном давлении равном 0,5 МПа и при температуре 80°C - 150°C.

Реакция проходит следующим образом

Реакция "сочетания": 2CO+2RONO → 2NO+(COOR)₂ (1)

Восстановительная реакция: 2ROH+0,5O₂+2NO → 2RONO+H₂O (2)

Из вышеприведенных реакций является очевидным, что теоретически эта система не потребляет NO или RONO (алкилнитрит), но во время реакции на стадии (2) в дополнение к образованию RONO как основного продукта часто протекают побочные реакции, особенно с получением разбавленной азотной кислоты в качестве побочного продукта. Это приводит к большему потреблению газообразного (оксида азота) NO. Таким образом, NO должен непрерывно добавляться в реакционную систему таким образом, чтобы каталитическая реакция синтеза оксалата могла протекать стабильно и непрерывно в течение длительного времени. В обычных случаях NO поступает из продуктов окисления аммиака или из конечных газов получения азотной кислоты. Однако продукты окисления аммиака и конечные газы получения азотной кислоты, помимо NO и NO_2, как это требуется, включают также такие газы, как N₂, Ar, Не и т.д., которые являются нереакционноспособными и конденсируются с трудом. Если в систему синтеза оксалата попадает большое количество указанных газов, эти газы будут неблагоприятно влиять на

протекание каталитической реакции синтеза оксалата или даже останавливать реакцию. Успешная реакция может быть гарантирована только тогда, когда эти нереакционноспособные газы будут выгружены из реакционной системы, причем полезные реакционноспособные вещества в системе реакции, такие как NO и RONO, также выводятся в то же самое время. В этом случае исходные вещества теряются и загрязняют окружающую среду. Таким образом, NO и RONO должны быть эффективно выделены и должно быть проведено устранение загрязнений окружающей среды. Следовательно, ясно, что ключевыми моментами повышения низкой эффективности применения оксидов азота или эфиров азотистой кислоты, являются, с одной стороны, снижение возникновения побочных реакций (например, реакции образования азотной кислоты) во время реакции (включая реакцию вводимых оксидов азота или эфиров азотистой кислоты в систему и нормальное протекание циклической реакции) и, с другой стороны, как можно большее уменьшение потерь оксидов азота или эфиров азотистой кислоты, увлекаемых неконденсируемыми газами.

Для осуществления решения этой задачи патент CN 1048098А раскрывает способ комбинирования сжатия и конденсации, но условия процесса, требующиеся согласно этому патенту, являются довольно жесткими, а результат получается незначительный. В патенте CN 200510107783.4 усовершенствован патент CN 1048098А и описан новый способ синтеза оксалата при помощи NO. Вначале спирты применяются в основном для абсорбции большого количества эфиров азотистой кислоты. Затем используется метод комбинирования сжатия и конденсации для конденсации небольшого количества спиртов и эфиров азотистой кислоты в газовой фазе с получением жидкостей при давлении от 0,1 до 10 МПа и при температуре конденсации равной -20°C - 100°C.Спирты, эфиры азотистой кислоты и неконденсируемые газы разделяются, и затем выделенные сконденсированные жидкости возвращаются в цикл, а неконденсируемые газы выводятся. Очевидно, что этот способ также характеризуется проблемой создания жестких условий реакции и высокими расходами на используемую энергию и низкой эффективностью использования оксидов азота и эфиров азотистой кислоты.

Технология супергравитации является новым видом технологии улучшения доставки многофазного потока и повышения эффективности реакции. Так как эта технология появилась в последнем столетии, она уже была оценена как в Китае, так и за границей. Поскольку она имеет широкое применение и преимущества благодаря применению небольшого объема, небольшого веса, низкому потреблению энергии, простоте операций, простоте поддержания условий, безопасности, надежности, гибкости и адаптивности к условиям окружающей среды и т.п., чем не обладают традиционные методы, промышленное применение технологии супергравитации в таких областях, как защита окружающей среды, химическая промышленность и биология, является многообещающим. Однако в настоящее время технология супергравитации в основном находится только на стадии развития таких применений. Более того, применение супергравитационного реактора с вращающимся слоем при получении C₁-С₄алкилнитритов и, следовательно, при получении оксалата до сих пор не было описано.

Сущность изобретения

Техническая задача, решаемая данным изобретением, состоит в преодолении недостатка, свойственного известным способам, заключающегося в низкой эффективности использования оксидов азота или эфиров азотистой кислоты, и в создании нового способа получения оксалата газофазным методом из СО, преимуществами которого будут высокая эффективность использования оксидов азота или эфиров азотистой кислоты.

Для решения технической задачи, указанной выше, согласно данному изобретению применяется следующее решение.

Способ получения оксалата газофазным способом с участием СО включает следующие стадии:

c) газовый поток V, содержащий NO, и метанол и кислород, поступает в супергравитационный реактор II с вращающимся слоем и подвергается реакции окислительной этерификации с образованием потока VI, содержащего метилнитрит; поток VII метилнитрита, полученный при разделении указанного потока VI, вместе с потоком II газообразного СО поступает в реактор II для "сочетания" и контактирует с катализатором II с образованием потока VIII диметилоксалата и потока IX газовой фазы, содержащего NO, полученный поток VIII диметилоксалата отделяется с получением диметилоксалата I;

d) поток газа IX, содержащий NO, необязательно может возвращаться на стадию с) для смешения с потоком V газовой фазы, содержащим NO, для рециркуляции;

при этом ротор супергравитационного реактора II с вращающимся слоем присоединен к пористому слою наполнителя; катализатор II представляет собой катализатор, содержащий палладий, Pd в количестве 0,01 - 1% в расчете на чистое вещество по отношению к весу носителя катализатора.

Согласно одному из предпочтительных вариантов упомянутый выше поток V газовой фазы, содержащий NO, получается на стадиях а) и в) до проведения стадии с) при осуществлении способа следующим образом.

а) Смесь нитрид-оксид и С₂-С₄алканол и воздух или кислород вначале поступают в супергравитационный реактор I с вращающимся слоем с получением потока I, содержащего С₂-С₄алкилнитрит; неконденсируемый газовый поток II и поток III С₂-С₄алкилнитрита получаются путем разделения указанного потока I;

в) поток III С₂-С₄алкилнитрита и газообразный поток I СО поступают в реактор I для "сочетания" для осуществления реакции при контакте с катализатором I с получением жидкофазного потока IV оксалата и потока V газовой фазы, содержащего NO; образовавшийся жидкофазный поток IV оксалата отделяется с получением оксалата II.

Согласно более предпочтительному варианту в рамках описанного выше предпочтительного аспекта ротор супергравитационного реактора I с вращающимся слоем присоединен к пористому слою наполнителя; мольное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляет 50-300:1; катализатор I представляет собой катализатор, содержащий палладий, Pd в количестве 0,01-1% в расчете на чистое вещество по отношению к весу носителя катализатора.

При этом согласно предложенному техническому решению рабочие условия в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем предпочтительно составляют: температура реакции равна 20-100°C, давление при протекании реакции составляет от -0,05 до 2,0 МПа, время контакта равняется 0,05-300, мольное отношение смеси нитрида-оксида и С₂-С₄алканола и кислорода в воздухе или кислорода составляет 1:10:0,2-0,3; наиболее предпочтительными в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем являются следующие условия: температура реакции равна 30-70°C, давление при протекании реакции составляет от 0,01 до 1,0 МПа, время контакта во время реакции равняется 1-200 с, мольное отношение смеси нитрида-оксида и С₂-С₄алканола и кислорода в воздухе или кислорода составляет 1:10:0,22-0,28. Согласно предложенному техническому решению рабочие условия в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем предпочтительно составляют: температура реакции равна 20-100°C, давление при протекании реакции составляет от -0,05 до 2,0 МПа, время контакта при реакции равняется 0,05-300 с, мольное отношение NO в потоке V газовой фазы, содержащем NO, к метанолу и кислороду составляет 1:1-50:0,01-0,25; в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем более предпочтительными являются следующие условия: температура реакции равна 25-70°C, давление при протекании реакции составляет от -0,05 до 1,0 МПа, время контакта при реакции равняется 1-200 с, мольное отношение NO в потоке V газовой фазы, содержащем NO, к метанолу и кислороду составляет 1-20:0,1-0,25.

Рабочие условия в реакторе I для "сочетания" согласно предложенному техническому решению предпочтительно составляют: температура реакции составляет 80-160°C, время контакта составляет 0,1-100 с, давление при протекании реакции составляет от -0,05 до 2,0 МПа, мольное отношение газообразного потока I СО к С₂-С₄нитриту равняется 1,1-15:1 наиболее предпочтительные рабочие условия в реакторе I для "сочетания" следующие: температура реакции составляет 90-150°C, время контакта при реакции составляет 0,5-50 с, давление при протекании реакции составляет от 0,01 до 1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока I СО к С₂-С₄нитриту равняется 1,1-10:1 Рабочие условия в реакторе II для "сочетания" согласно предложенному техническому решению предпочтительно составляют: температура реакции составляет 80-160°C, время контакта при реакции составляет 0,1-100 с, давление при протекании реакции составляет от -0,05 до 2,0 МПа, мольное отношение газообразного потока II СО к потоку VII метилнитрита равняется 1,1-10:1; наиболее предпочтительные рабочие условия в реакторе II для "сочетания" следующие: температура реакции составляет 90-150°C, время контакта при реакции составляет 0,5-50 с, давление при протекании реакции составляет от 0,01 до 1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока II СО к потоку VII метилнитрита равняется 1,1-5:1.

Смесь нитрид-оксид согласно описанному выше техническому решению предпочтительно выбирается из продуктов окисления аммиака и конечных газов производства азотной кислоты или, предпочтительно, получается по реакции нитритов с серной кислотой или азотной кислотой, или путем разложения азотной кислоты. Наиболее предпочтительным вариантом смеси нитрид-оксид является смесь, выбранная из продуктов окисления аммиака; С₂-С₄алканол выбирается из этанола, пропанола и бутанола; мольное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО, предпочтительно, находится в пределах 10-200:1.

Активным компонентом катализатора I и катализатора II согласно описанному выше данному техническому решению и в том, и в другом случае является Pd, предпочтительно, в количестве 0,01-0,8% от веса носителя катализатора в расчете на чистое вещество, более предпочтительно, в количестве 0,02-0,6% от веса носителя катализатора.

Катализатор I и катализатор II содержат также необязательные вспомогательные вещества и носители. Вспомогательные вещества выбраны из по меньшей мере одного из щелочных металлов, одного из щелочноземельных металлов или соединений переходных металлов, в количестве 0,01-15%, предпочтительно, 1-10% от веса катализатора в расчете на чистое вещество-металл. Вспомогательные вещества предпочтительно выбирают из по меньшей мере одного из соединений К, Fe, Bi, Cu, Zr, Ва, Mn, Mg, Се и Sn в количестве равном 0,05-10%, предпочтительно, 1-7% от веса катализатора в расчете на чистое вещество-металл. Носители выбирают из по меньшей мере одного компонента из оксида алюминия, молекулярного сита, оксида титана, оксида магния, оксида кальция и, предпочтительно, из α-Al₂O₃.

Хорошо известно, что во время осуществления двухстадийного процесса получения этиленгликоля из синтез-газа выбор пути "сочетания" СО при получении оксалата имеет важное значение. С учетом промышленного производства обычно полагают, что технический метод получения вначале диметилоксалата путем "сочетания" с СО и затем гидрирования диметилоксалата с получением этиленгликоля является наиболее оправданным. Однако реакция "сочетания" с СО нуждается в потреблении NO. Следовательно, во время подачи исходного NO при осуществлении способа получения диметилоксалата путем "сочетания" с СО в обычных условиях окислительной этерификации подвергаются метанол, кислород и NO, и затем нереакционноспособные газы выпускаются путем сочетания сжатия, конденсации и абсорбции спиртов, после чего метилнитрит, получающийся по реакции с NO, вводится в систему и участвует в реакции.

Однако при этом возникает проблема, состоящая в том, что точка кипения (-16,5°C) метилнитрита является довольно низкой и метилнитрит является газом при нормальной температуре. Следовательно, должен быть использован способ комбинирования сжатия, конденсации и абсорбции спирта, который приводит к большим расходам на энергию и дает неудовлетворительный результат.

Тем не менее, например, согласно одному варианту данного изобретения реактор окислительной этерификации I и реактор I для "сочетания" находятся в системе подачи NO, при этом этанол, пропанол или бутанол сначала подвергаются окислительной этерификации кислородом и NO с образованием этилнитрита, пропилнитрита или бутилнитрита; затем нереакционноспособные инертные компоненты, введенные в нитрид-оксид в виде сырья, непосредственно выводятся путем простого отделения или дальнейшей обработки; затем количество нитридов-оксидов или эфиров азотистой кислоты в отходящих газах может быть ограничено до очень небольшого количества; затем этилнитрит (точка кипения равна 15°C), пропилнитрит (точка кипения равна 39°C) или бутилнитрит (точка кипения равна 75°C), и газообразный поток I СО подаются в реактор I для "сочетания" для проведения реакции "сочетания" с тем, чтобы получить диэтилоксалат, дипропилоксалат или дибутилоксалат; тем временем при реакции выделяется NO; NO, выделившийся при реакции, и непрореагировавший СО, а также вновь поданные кислород и метанол поступают в реактор II, где получается метилнитрит; затем сжатие и конденсация уже не требуются; затем проводится выделение путем непосредственного применения обычных давления или температуры, метилнитрит смешивается с газообразным потоком II СО и подается в реактор II для "сочетания" для продолжения реакции; NO, выделившийся при реакции, непосредственно поступает во входное отверстие реактора II для возврата в цикл; реактор II для "сочетания" является основным реактором для проведения реакции "сочетания", а реактор I для "сочетания" является реактором системы снабжения NO, осуществляя вспомогательную функцию; большая часть исходных для СО реагирует в реакторе II с получением диметилоксалата.

При проведении исследований было установлено, что окислительная этерификация нитридов-оксидов кислородом и спиртами с образованием алкилнитрита является быстрой реакцией, в то время как побочные реакции образования азотной кислоты и т.п.протекают слегка медленнее. На скорость окислительной этерификации NO в основном влияет сопротивление передаче массы газ-жидкость. Если эффективность передачи массы газ-жидкость увеличивается, возможность образования N₂O₄ может затем эффективно снижаться, тем самым приводя к уменьшению потерь нитридов-оксидов или эфиров азотистой кислоты. На основе подробных исследований процесса окислительной этерификации нитридов-оксидов и кислорода и спиртов техническое решение согласно данному изобретению предлагает также применение супергравитационного реактора с вращающимся слоем в качестве реактора окислительной этерификации для полного использования значительного преимущества этого супергравитационного реактора с вращающимся слоем, который может в геометрической прогрессии увеличивать эффективность передачи массы газ-жидкость и, кроме того, более эффективно ускорять основную реакцию и в значительной степени ингибировать возникновение побочных реакций, тем самым увеличивая эффективность использования исходных продуктов, таких как NO. Одним словом, настоящее изобретение адекватно использует разницы в точках кипения различных эфиров азотистой кислоты и полностью использует преимущество высокоэффективной передачи массы в супергравитационном реакторе с вращающимся слоем таким образом, что обеспечиваются высокий выход и высокая селективность реакции сочетания и радикально уменьшаются потери нитридов-оксидов или эфиров азотистой кислоты, возрастает эффективность использования нитридов-оксидов или эфиров азотистой кислоты и уменьшается загрязнение окружающей среды.

Например, в соответствии с техническим решением согласно данному изобретению смесь нитрид-оксид и С₂-С₄алканол, а также воздух вначале поступают в супергравитационный реактор I с вращающимся слоем, где получается поток I, содержащий С₂-С₄алкилнитрит; поток II неконденсируемых газов и поток III С₂-С₄алкилнитрита получаются путем разделения указанного потока I; поток III С₂-С₄алкилнитрита и газообразный поток I СО поступают в реактор I для "сочетания" для осуществления контактирования с катализатором I, когда образуется поток IV жидкой фазы оксалата и поток V газовой фазы, содержащий NO; поток V газовой фазы, содержащий NO, метанол и кислород поступают в супергравитационный реактор II с вращающимся слоем и подвергаются окислительной этерификации с получением потока VI, содержащего метилнитрит; поток VII метилнитрита, полученный путем разделения указанного потока VI, вместе с газообразным потоком II СО поступают в реактор II для "сочетания" и контактируют с катализатором II, при этом получается поток VIII диметилоксалата и поток IX газовой фазы, содержащей NO; поток IX газовой фазы, содержащий NO, необязательно может смешиваться с потоком V газовой фазы, содержащей NO, для возврата в цикл. При этом мольное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО находится в пределах 10-200: 1; нитриды-оксиды выбраны из продуктов окисления аммиака; С₂-С₄алканол выбран из этанола, пропанола и бутанола; катализатор I и катализатор II оба выбраны из катализаторов, содержащих Pd с содержанием палладия равным 0,01-1% в расчете на чистое вещество, от веса носителя катализатора. Роторы супергравитационных реакторов I и II оба соединены с пористым слоем носителя. Рабочие условия в супергравитационном реакторе I следующие: температура реакции равна 30-70 С, давление при протекании реакции составляет от 0,01 до 1,0 МПа, время контактирования равняется 1-200 с, мольное отношение смеси нитриды-оксиды к С₂-С₄алканолу и кислороду воздуха или кислороду составляет 1:1-50:0,2-0,3; рабочие условия в супергравитационном реакторе II следующие: температура реакции равна 25-70°C, давление при протекании реакции составляет от 0,05 до 1,0 МПа, время контактирования равняется 1-200 с, мольное отношение NO в газовой фазе потока V, содержащей NO, к метанолу и кислороду составляет 1:1-20:0,1-0,25; рабочие условия в реакторе I для "сочетания" следующие: температура реакции равна 90-150°C, время контактирования равняется 0,5~50 с, давление при протекании реакции составляет 0,01-1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока I СО к С₂-С₄алкилнитриту равно 1,1-10:1; рабочие условия в реакторе II для "сочетания" следующие: температура реакции равна 90-150°C, время контактирования равняется 0,5-50 с, давление при протекании реакции составляет от 0,01 до 1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока II СО к потоку VII метилнитрита равно 1,1-5:1. При указанных выше условиях были получены следующие результаты: эффективность использования NO может составлять более 98%, предпочтительно, более 99%. Таким образом, достигается превосходный технический результат.

Ниже настоящее изобретение подробнее иллюстрируется примерами, но изобретение не ограничивается этими примерами.

Осуществление изобретения

Пример 1

Смесь газов, полученная в результате окисления аммиака, содержащая NO (количество NO 90% об. и количество азота 10% об.) и этанол и кислород, сначала поступала в супергравитационный реактор I с вращающимся слоем (катализатора), образуя поток (эффлюент) I, содержащий этилнитрит; поток неконденсированного газа (эффлюент) II (включающий N₂) и поток (эффлюент) III (с этилнитритом) получали разделением указанного потока I; поток III (этилнитрит) и СО (газ) I поступали в реактор I (для "сочетания"), где контактировали с катализатором I с образованием диэтилоксалата в жидкой фазе IV и газовой фазы V, содержащей NO; газовый поток V, содержащий NO, метанол и кислород, поступал в супергравитационный реактор с вращающимся слоем II, где осуществлялась реакция окислительной этерификации с образованием потока VI, содержащего метилнитрит; поток VII метилнитрита, полученный в результате разделения указанного потока VI, вместе с газообразным потоком II СО поступал в реактор II (для "сочетания") и контактировал с катализатором II с образованием потока диметилоксалата VIII и газового потока IX, содержащего NO; газовый поток IX, содержащий NO, смешивался с газовым потоком V, содержащим NO, для повторного использования. При этом молярное соотношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 150:1; в качестве активного компонента как катализатора I, так и катализатора II выбирали Pd, весовой состав обоих катализаторов 0,45% Pd+0,40% K+0,22% Fe/α-Al₂O₃; условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 40°С, давление 0,01 МПа, время контактирования 50 с, мольное соотношение NO, этанола и кислорода 1:20:0,25; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 30°С, давление 0,01 МПа, время контактирования 20 с, мольное соотношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, с метанолом и кислородом 1:5:0,18; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 98°С, время контактирования 3 с, давление 0,01 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и этилнитрита 3:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 120°С, время контактирования 5 с, давление 0,01 МПа, молярное отношение газообразного потока II CO и потока метилнитрита VII 3:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,4%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 20 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 890 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 98,2%.

Пример 2

Методику проводят в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 100:1; в качестве активного компонента как катализатора I, так и катализатора II выбирали Pd, весовой состав обоих катализаторов 0,30% Pd+0,2% Bi+0,02% Fe/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из этанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 70°С, давление 0,5 МПа, время контактирования 150 с, мольное соотношение NO, этанола и кислорода 1:20:0,26; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 45°С, давление 0,4 МПа, время контактирования 30 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:2:0,20; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 150°С, время контактирования 40 с, давление 0,1 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и этилнитрита 5:1; условия реакции в реакторе (для "сочетания") II следующие: температура 140°С, время контактирования 2 сек, давление 0.2 МПа, молярное отношение газообразного потока СО II и потока метилнитрита VII 5:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,6%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 25 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 980 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 98,6%.

Пример 3

Методику осуществляют в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 150:1; весовой состав катализатора I 0,30% Pd+0,2% Bi+0,02% Fe/α-Al₂O₃; весовой состав катализатора II 0,6% Pd+0,2% Cu+0,08% Fe/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из н-бутанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 50°С, давление -0,02 МПа, время контактирования 30 с, молярное соотношение NO, н-бутанола и кислорода 1:10:0,27; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 60°С, давление 0,2 МПа, время контактирования 10 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:15:0.20; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 130°С, время контактирования 5 с, давление 0,3 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и бутилнитрита 5:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 130°С, время контактирования 5 с, давление 0,3 МПа, молярное отношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 2:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,1%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 30 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 1100 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 98,2%.

Пример 4

Методику проводят в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 30:1; весовой состав катализатора I: 0.8% Pd+10% Ce+0,003% Zr+0,507% Fe/TiO₂; весовой состав катализатора II: 0,6% Pd+0,2% Cu+0,08% Fe/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из н-пропанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 60°С, давление 1,5 МПа, время контактирования 5 с, молярное соотношение NO, н-пропанола и кислорода 1:5:0,25; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 45°С, давление 1,5 МПа, время контактирования 3 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:3:0.23; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 110°С, время контактирования 2 с, давление 0,01 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и пропилнитрита 8:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 125°С, время контактирования 2 с, давление 0,03 МПа, молярное отношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,5:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,3%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 12 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 1020 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 98,6%.

Пример 5

Методику проводят в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 80:1; весовой состав катализатора I: 0,8% Pd+10% Ce+0,003% Zr+0,507% Fe/TiO₂; весовой состав катализатора II 0,6% Pd+0.2% Cu+0,08% Fe/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из этанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 30°С, давление 1,0 МПа, время контактирования 50 с, молярное соотношение NO, этанола и кислорода 1:8:0,25; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 45°С, давление 0,01 МПа, время контактирования 0,8 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:6:0,22; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 160°С, время контактирования 120 с, давление 0,01 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и этилнитрита 12:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 125°С, время контактирования 3 с, давление 0,03 МПа, молярное отношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,3:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,5%, количество нитрид -оксидов в отходящих отработанных газах составляет 18 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 920 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 99,1%.

Пример 6

Методику осуществляют в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 60:1; весовой состав катализатора I 0,11% Pd+0,6% Ba+0,2% Fe/MgO; весовой состав катализатора II 0,34% Pd+1,0% K+0,46% Mn/α-Al₂O₃. C₃-C₄ алканол выбирали из этанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 25°С, давление 0,2 МПа, время контактирования 15 с, молярное соотношение NO, этанола и кислорода 1:6:0,26; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 55°С, давление 0,05 МПа, время контактирования 2,5 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:4:0,18; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 100°С, время контактирования 4 с, давление 0,01 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и этилнитрита 4:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 135°С, время контактирования 2 с, давление 0,03 МПа, молярное отношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,4:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 98,9%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 25 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 986 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 99,3%.

Пример 7

Методику осуществляют в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 120: 1; весовой состав катализатора I 0,32% Pd+0,25% Fe/α-Al₂O₃; весовой состав катализатора II 0,34% Pd+1,0% K+0.46% Mn/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из н-бутанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 65°С, давление 0,8 МПа, время контактирования 100 с, молярное соотношение N0, н-бутанола и кислорода 1:12:0,24; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 48°С, давление 0,1 МПа, время контактирования 12 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:8: 0.24; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 140°С, время контактирования 80 с, давление 0,2 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и бутилнитрита 10: 1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 145°С, время контактирования 5 с, давление 0,03 МПа, молярное отношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,2:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,2%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 5 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 1041 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 98,7%.

Пример 8

Методику осуществляют в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 10:1; весовой состав катализатора I 0,41% Pd+0,82% Fe/α-Al₂O₃; весовой состав катализатора II 0,22% Pd+1,0% Mg+2,10% Mn/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из н-пропанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 48°С, давление 1,8 МПа, время контактирования 45 с, молярное соотношение NO, н-пропанола и кислорода 1:30:0,23; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 45°С, давление 0,01 МПа, время контактирования 3 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:3:0.20; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 150°С, время контактирования 3 с, давление 0,05 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и пропилнитрита 5:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 148°С, время контактирования 6 с, давление 0,05 МПа, молярное соотношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 2:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,4%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 10 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 1011 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 99,0%.

Пример 9

Методики в соответствии с Примером 1, но: молярное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляло 10:1; весовой состав катализатора I 0,12% Pd+0,33% Fe/α-Al₂O₃; весовой состав катализатора II 0,52% Pd+1,5% Mg+2,30% Mn/α-Al₂O₃. C₂-C₄ алканол выбирали из н-бутанола. Условия реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем следующие: температура реакции 53°С, давление 0,2 МПа, время контактирования 18 с, молярное соотношение NO, н-бутанола и кислорода 1:5:0,20; условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 50°С, давление 0,01 МПа, время контактирования 4 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:8:0,20; условия реакции в реакторе I (для "сочетания") следующие: температура реакции 95°С, время контактирования 10 с, давление 0,4 МПа, молярное соотношение газообразного потока I СО и бутилнитрита 15:1; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 120°С, время контактирования 4,5 с, давление 0,05 МПа, молярное соотношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,33:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,3%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 6 м.д. (частей на миллион), выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 988 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 99,2%.

Пример 10

Методику осуществляют в соответствии с Примером 1, но: NO газ представляет собой смесь газов, содержащую 95% об. NO и 5% об. азота; азот, поступающий в систему, находится в равновесии с азотом, выходящим из системы; супергравитационный реактор I с вращающимся слоем и реактор I для "сочетания" отсутствуют; газовый поток IX, содержащий NO, непосредственно добавляется к NO газу и смешивается с ним; весовой состав катализатора II: 0,52% Pd+2,0% Mn/α-Al₂O₃. Условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 50°С, давление 0,01 МПа, время контактирования 4 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:7:0.25; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 122°С, время контактирования 6 с, давление 0,05 МПа, молярное соотношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,2:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 99,0%, количество нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 0,7%, выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 960 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 99,1%.

Пример 11

Методику осуществляют в соответствии с Примером 1, но: NO газ представляет собой смесь газов, содержащую 90% об. NO и 10% об. азота; азот, поступающий в систему, находится в равновесии с азотом, выходящим из системы; супергравитационный реактор I с вращающимся слоем и реактор I для "сочетания" отсутствуют; газовый поток IX, содержащий NO, непосредственно добавляется к NO газу и смешивается с ним; весовой состав катализатора II 0.32% Pd+2,0% Fe/α-Al₂O₃. Условия реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем следующие: температура реакции 40°С, давление 0.02 МПа, время контактирования 2 с, молярное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду 1:8:0.25; условия реакции в реакторе II (для "сочетания") следующие: температура 130°С, время контактирования 6 с, давление 0,05 МПа, молярное соотношение газообразного потока II СО и потока метилнитрита VII 1,4:1. Результаты, полученные в вышеуказанных условиях, следующие: эффективность использования NO 98,5%, содержание нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 0,6%, выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 990 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 99,0%.

Сравнительный пример 1

Катализаторы, условия реакции и исходные материалы для реакции те же, что и в Примере 6, но: C₂-C₄ алканол заменен на метанол. Получены следующие результаты: эффективность использования NO 90,0%, содержание нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 1%, выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 880 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 95,4%.

Сравнительный пример 2

Катализаторы, условия реакции и исходные материалы для реакции те же, что и в Примере 6, но: супергравитационный реактор I с вращающимся слоем (катализатора) и супергравитационный реактор II с вращающимся слоем (катализатора) заменены на обычные гравитационные реакторы с неподвижным слоем (катализатора). Получены следующие результаты: эффективность использования NO 89,3%, содержание нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 0,9%, выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 870 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 94,1%.

Сравнительный пример 3

Катализаторы, условия реакции и исходные материалы для реакции те же, что и в Примере 10, но: супергравитационный реактор II с вращающимся слоем (катализатора) заменен на обычный гравитационный реактор с неподвижным слоем (катализатора). Получены следующие результаты: эффективность использования NO 87,1%, содержание нитрид-оксидов в отходящих отработанных газах составляет 1,5%, выход диметилоксалата в граммах в час на единицу объема катализатора 870 г/(час.л), а селективность по диметилоксалату 95,0%.

На основании результатов, полученных в Сравнительных примерах, очевидно, что настоящее изобретение дает значительный технический эффект.

Изобретение относится к способу получения оксалата газофазным методом с участием СО, включающему следующие стадии: c) газовый поток V, содержащий NO и метанол и кислород, подают в супергравитационный реактор II с вращающимся слоем и подвергают реакции окислительной этерификации с образованием потока VI, содержащего метилнитрит; поток VII метилнитрита, полученный при разделении указанного потока VI, вместе с газообразным потоком II СО подают в реактор для сочетания II, где контактирует с катализатором II с получением потока VIII диметилоксалата и потока газовой фазы IX, содержащего NO, а полученный поток VIII диметилоксалата отделяют с получением диметилоксалата I; d) поток газа IX, содержащий NO, необязательно возвращают в рецикл на стадию с) для смешения с потоком газовой фазы V, содержащим NO, до поступления в супергравитационный реактор II с вращающимся слоем; при этом ротор супергравитационного реактора II с вращающимся слоем соединен с пористым слоем наполнителя; катализатор представляет собой катализатор, содержащий палладий, Pd, в количестве 0,01-1% в расчете на чистое вещество по отношению к весу носителя катализатора. Способ получения оксалата газофазным методом с участием СО в основном направлен для решения технической проблемы низкой эффективности использования оксидов азота или эфиров азотистой кислоты, свойственной известным способам. Данное изобретение эффективно решает эту проблему. 9 з.п. ф-лы, 14 пр.

1. Способ получения оксалата газофазным методом с участием СО, включающий следующие стадии:
c) газовый поток V, содержащий NO и метанол и кислород, подают в супергравитационный реактор II с вращающимся слоем и подвергают реакции окислительной этерификации с образованием потока VI, содержащего метилнитрит; поток VII метилнитрита, полученный при разделении указанного потока VI, вместе с газообразным потоком II СО подают в реактор для сочетания II, где контактирует с катализатором II с получением потока VIII диметилоксалата и потока газовой фазы IX, содержащего NO, а полученный поток VIII диметилоксалата отделяют с получением диметилоксалата I;
d) поток газа IX, содержащий NO, необязательно возвращают в рецикл на стадию с) для смешения с потоком газовой фазы V, содержащим NO, до поступления в супергравитационный реактор II с вращающимся слоем;
при этом ротор супергравитационного реактора II с вращающимся слоем соединен с пористым слоем наполнителя; катализатор представляет собой катализатор, содержащий палладий, Pd, в количестве 0,01-1% в расчете на чистое вещество по отношению к весу носителя катализатора.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что газовый поток V, содержащий NO, получают на стадиях а) и в) до осуществления стадии с) следующим образом:
а) смесь нитрид-оксид и С₂-С₄алканола и воздух или кислород вначале подают в супергравитационный реактор I с вращающимся слоем с получением потока I, содержащего С₂-С₄алкилнитрит; неконденсируемый газовый поток II и поток III С₂-С₄алкилнитрита получают путем разделения указанного потока I;
в) поток III С₂-С₄алкилнитрита и газ I СО подают в реактор для сочетания I для осуществления реакции при контакте с катализатором I с получением жидкофазного потока IV оксалата и потока V газовой фазы, содержащей NO; образовавшийся жидкофазный поток IV оксалата отделяют с получением оксалата II.

3. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что ротор в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем соединен с пористым слоем наполнителя; мольное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляет 5-300:1; катализатор I представляет собой катализатор, содержащий палладий в количестве 0,01-1% в расчете на чистое вещество по отношению к весу носителя катализатора.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что температура реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем составляет 20-100°C, предпочтительно, 25-70°C, давление во время реакции равно от -0,05 до 2,0 МПа, предпочтительно, 0,05-1,0 МПа, время контакта при реакции составляет 0,05-300 с, предпочтительно, 1-200 с, мольное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду составляет 1:1-50:0,01-0,25, предпочтительно, 1:1-20:0,1-0,25.

5. Способ по п. 2 или 3, характеризующийся тем, что температура реакции в супергравитационном реакторе I с вращающимся слоем составляет 20-100°C, предпочтительно, 30-70°С, давление во время реакции равно от -0,05 до 2,0 МПа, предпочтительно, от 0,01 до 1,0 МПа, время контакта при реакции составляет 0,05-300 с, предпочтительно, 1-200 с, мольное отношение смеси нитрид-оксид к С₂-С₄алканолу и к кислороду в воздухе или кислороду составляет 1:1-50:0,2-0,3, предпочтительно, 1:1-20:0,22-0,28; температура реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем составляет 20-100°C, предпочтительно, 25-70°C, давление во время реакции равно от -0,05 до 2,0 МПа, предпочтительно, 0,05-1,0 МПа, время контакта при реакции составляет 0,05-300 с, предпочтительно, 1-200 с, мольное отношение NO в газовом потоке V, содержащем NO, к метанолу и кислороду составляет 1:1-50:0,01-0,25, предпочтительно, 1:1-20:0,1-0,25.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что температура реакции в супергравитационном реакторе II с вращающимся слоем составляет 80-160°C, предпочтительно, 90-150°C, время контакта при реакции составляет 0,1-100 с, предпочтительно, 0,5-50 с, давление во время реакции равно от -0,05 до 2,0 МПа, предпочтительно, от 0,01 до 1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока II СО к потоку VII метилнитрита составляет 1,1-10:1, предпочтительно, 1,1-5:1.

7. Способ по п. 2 или 3, характеризующийся тем, что температура реакции в реакторе I для сочетания составляет 80-160°C, предпочтительно, 90-150°C, время контакта при реакции составляет 0,1-100 с, предпочтительно, 0,5-50 с, давление во время реакции равно от -0,05 до 2,0 МПа, предпочтительно, 0,01-1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока I СО к С₂-С₄алкилнитриту составляет 1,1-15:1, предпочтительно, 1,1-10:1; температура реакции в реакторе II для сочетания составляет 80-160°C, предпочтительно, 90-150°C, время контакта при реакции составляет 0,1-100 с, предпочтительно, 0,5-50 с, давление во время реакции равно от -0,05 до 2,0 МПа, предпочтительно, от 0,01 до 1,0 МПа, мольное отношение газообразного потока II СО к потоку VII метилнитрита составляет 1,1-10:1, предпочтительно, 1,1-5:1.

8. Способ по пп. 2, 3, характеризующийся тем, что С₂-С₄алканол выбирают из этанола, пропанола и бутанола.

9. Способ по пп. 2, 3, характеризующийся тем, что мольное отношение газообразного потока II СО к газообразному потоку I СО составляет 10-200:1.

10. Способ по любому из пп. 1-4 и 6, характеризующийся тем, что катализатор I и/или катализатор II представляет(-ют) собой катализатор, содержащий Pd в количестве, равном 0,01-0,8%, предпочтительно, 0,02-0,6%, от веса носителя катализатора в расчете на чистое вещество.