СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФТАЛОНИТРИЛА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФТАЛОНИТРИЛА С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК C07C253/00 C07C255/51 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе получения соединения на основе фталонитрила и к способу получения соединения на основе фталонитрила с ее использованием.

Уровень техники

Соединения на основе фталонитрила являются важными соединениями, используемыми в качестве промежуточных продуктов при получении волокнообразующих линейных полимеров. Кроме того, соединения на основе фталонитрила используются в качестве интермедиатов для различных продуктов тонкого органического синтеза, таких как амины, амиды кислот и комплексные азотные красители, а также в качестве сырья с высокой добавленной стоимостью, которое используется в пластификаторах, модификаторах алкидных смол, пестицидах и т.п.

Обычно соединение на основе фталонитрила получают путем взаимодействия соединения ксилола с аммиаком и кислородсодержащим газом и дегидратации в присутствии катализатора окисления. Однако, поскольку в этом способе используется газообразный аммиак, который является вредным химическим веществом, а способ представляет собой реакцию аммоксидирования, проводимую в присутствии катализатора при высокой температуре и высоком давлении, процесс осложнен и требует использования дистилляции для очистки и отделения высококипящих примесей, поэтому существует проблема, связанная с удалением побочных продуктов. Кроме того, в этом традиционном способе получения соединения на основе фталонитрила выход продукта варьируется в зависимости от типа катализатора, используемого в реакции аммоксидирования, и соотношения кислородсодержащих газов, а степень превращения соединения ксилола, используемого в качестве прекурсора, меняется в зависимости от температуры реакции, что затрудняет управление процессом.

Соответственно, существует растущая потребность в способе получения высокочистого соединения на основе фталонитрила экономичным и экологически безопасным способом.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Техническая задача

Объектом настоящего изобретения является способ прямого получения соединения фталонитрила из соединения на основе фталевой кислоты экологически безопасным способом и система получения, подходящая для этого способа.

Техническое решение

В соответствии с одним аспектом, согласно настоящему изобретению, предлагается система получения соединения на основе фталонитрила с использованием непрерывного процесса, содержащая: первый реакционный блок, заполненный смесью, включающей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила; второй реакционный блок, соединенный с первым реакционным блоком; и выпускной блок, соединенный со вторым реакционным блоком, при этом поток жидкости направлен из первого реакционного блока через второй реакционный блок в выпускной блок, причем длина второго реакционного блока в направлении потока жидкости представляет собой величину, равную или превышающую десятикратное среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения, перпендикулярного направлению потока жидкости.

В одном из вариантов осуществления изобретения между первым реакционным блоком и вторым реакционным блоком может дополнительно содержаться блок регулирования давления.

В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере один один блок, выбранный из первого реакционного блока, второго реакционного блока и выпускного блока, может дополнительно содержать блок регулирования температуры.

В одном из вариантов осуществления изобретения емкость второго реакционного блока может составлять от 1 до 50 объемных долей на 100 объемных долей емкости первого реакционного блока.

В одном из вариантов осуществления изобретения скорость потока жидкости может быть отрегулирована в диапазоне от 0,01 до 1,00 объемных долей/мин емкости первого реакционного блока.

В соответствии с другим аспектом, согласно настоящему изобретению, предложен способ получения соединения на основе фталонитрила с использованием описанной выше системы получения, включающий: (а) добавление смеси, содержащей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила, в первый реакционный блок; (b) проведение реакции в смеси и перенос ее во второй реакционный блок; и (с) получение соединения на основе фталонитрила из выпускного блока, причем стадию (b) проводят в сверхкритических условиях для соединения на основе нитрила.

В одном из вариантов осуществления изобретения соединение на основе фталевой кислоты может представлять собой изофталевую кислоту, терефталевую кислоту или их смесь.

В одном из вариантов осуществления изобретения соединение на основе нитрила может представлять собой одно или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из цианистого водорода, ацетонитрила, акрилонитрила, бутиронитрила, изобутиронитрила, пивалонитрила, сукцинонитрила, фумаронитрила, кротонитрила и бензонитрила.

В одном из вариантов осуществления изобретения смесь на стадии (а) может состоять из соединения на основе фталевой кислоты и соединения на основе нитрила.

В одном из вариантов осуществления изобретения содержание соединения на основе нитрила на стадии (а) может составлять от 1 до 500 массовых долей на 1 массовую долю соединения на основе фталевой кислоты.

В одном из вариантов осуществления изобретения содержание влаги в смеси на стадии (а) может составлять менее 6000 ч./млн (частей на миллион).

В одном из вариантов осуществления изобретения стадия (b) может проводиться при температуре от 260 до 350°С и давлении от 40 до 200 бар.

В одном из вариантов осуществления изобретения стадия (b) может проводиться в интервале от 1 до 500 минут.

В одном из вариантов осуществления изобретения стадия (с) может представлять собой стадию выделения и очистки соединения на основе фталонитрила от продукта, полученного из выпускного блока.

В одном из вариантов осуществления изобретения остаточное соединение, отделенное на стадии (с), может быть повторно использовано на стадии (а).

Преимущества изобретения

В соответствии с одним аспектом, возможно непосредственное получение соединения на основе фталонитрила из соединения на основе фталевой кислоты экологически-безопасным способом.

В соответствии с другим аспектом, способ получения соединения на основе фталонитрила из соединения на основе фталевой кислоты может быть осуществлен более эффективно.

Преимущество одного аспекта настоящего изобретения не ограничивается описанными выше эффектами, следует понимать, что он включает все преимущества, которые можно вывести из технического описания, приведенного в подробном описании изобретения или формуле изобретения настоящей заявки.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой результат газовой хроматографии продукта, полученного в соответствии со Сравнительными примерами 1-2 настоящего описания.

Фиг. 2 представляет собой результат газовой хроматографии продукта, полученного в соответствии с Примерами 1-2 настоящего описания.

На Фиг. 3 схематично показана система для получения соединения на основе фталонитрила в соответствии с вариантом осуществления изобретения, приведенном в настоящем описании.

На Фиг. 4 схематично показана система для получения соединения на основе фталонитрила в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, приведенном в настоящем описании.

На Фиг. 5 схематично показана система для получения соединения на основе фталонитрила в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, приведенном в настоящем описании.

На Фиг. 6 схематично показана система получения соединения на основе фталонитрила в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, приведенном в настоящем описании.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Далее будет описан один аспект настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако представленное изобретение может быть осуществлено в нескольких различных формах и, таким образом, не ограничивается описанными здесь вариантами осуществления изобретения. Чтобы ясно проиллюстрировать настоящее раскрытие на чертежах, части, не относящиеся к описанию, опущены, и одни и те же ссылочные номера добавлены к одинаковым или аналогичным частям во всем описании.

По всему тексту описания, когда указано, что часть «соединена» с другой частью, это подразумевает не только ситуацию, когда она «непосредственно соединена», но также и ситуацию, когда она «опосредованно соединена» через другой элемент, расположенный между частями. Кроме того, когда указано, что часть «включает» компонент, это означает, что другие компоненты также могут быть дополнительно включены, а не исключены, если только специально не указано иное.

Когда в настоящем документе приводится диапазон числовых значений, значения имеют точность значащих цифр, предусмотренную в соответствии со стандартными правилами в химии для значащих цифр, если не указан иной конкретный диапазон. Например, 10 включает диапазон от 5,0 до 14,9, а число 10,0 включает диапазон от 9,50 до 10,49.

Далее будет подробно описан один вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Система получения соединения на основе фталонитрила

В соответствии с одним аспектом, предложена система получения соединения на основе фталонитрила с использованием непрерывного процесса, указанная система получения включает первый реакционный блок 100, заполненный смесью, включающей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила; второй реакционный блок 200, соединенный с первым реакционным блоком; и выпускной блок 300, соединенный со вторым реакционным блоком, и поток жидкости направлен из первого реакционного блока 100 через второй реакционный блок 200 в выпускной блок 300, причем длина второго реакционного блока 200 в направлении потока жидкости представляет собой величину, равную или превышающую десятикратное среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения, перпендикулярного направлению потока жидкости.

Первый реакционный блок 100 может представлять собой реактор резервуарного типа и может содержать перемешивающее устройство (не показано). В первом реакционном блоке 100 может быть первоначально инициирована и проведена реакция соединения на основе фталевой кислоты с соединением на основе нитрила.

Соединение на основе фталевой кислоты может быть соединением, содержащим ароматическое кольцо и две или более карбоксильных групп. В одном из вариантов осуществления изобретения соединение на основе фталевой кислоты может представлять собой изофталевую кислоту, терефталевую кислоту или их смесь.

Соединением на основе нитрила может быть по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из цианистого водорода, ацетонитрила, акрилонитрила, бутиронитрила, изобутиронитрила, пивалонитрила, сукцинонитрила, фумаронитрила, кротонитрила и бензонитрила, однако не ограничивается ими. Например, когда соединение на основе нитрила представляет собой цианистый водород, реакцию в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 можно проводить при температуре 183,5°С или выше и давлении 50 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой ацетонитрил, реакцию в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 можно проводить при температуре 272°С или выше и давлении 48,7 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой акрилонитрил, реакцию в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 можно проводить при температуре 267°С или выше и давлении 46 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой бутиронитрил, реакцию в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 можно проводить при температуре 309°С или выше и при давлении 37,8 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой изобутиронитрил, реакцию в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 можно проводить при температуре 336°С или выше и давлении 40 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой пивалонитрил, реакцию в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 можно проводить при температуре 343°С или выше и давлении 34,4 бар или выше. Кроме того, условия реакции в первом реакционном блоке 100 и/или втором реакционном блоке 200 могут быть изменены в соответствии с типом соединения на основе нитрила. Соответственно, все указанные выше условия являются примерными и не ограничивают объем раскрытия. Соединение на основе нитрила может быть одновременно растворителем и реагентом.

Вторая реакционная установка 200 может представлять собой реактор трубчатого типа, размер которого в направлении потока жидкости больше по сравнению с размером в направлении, перпендикулярном направлению потока жидкости. На фиг. 3-6 направление потока жидкости, которое указано над вторым реакционным блоком 200 в виде тонкой сплошной стрелки, показано прямой линией, но не ограничено ей, и направление потока жидкости и второй реакционный блок 200 могут представлять собой кривую, такую как спираль, в дополнение к прямой линии.

В настоящем описании длина второго реакционного блока 200 означает расстояние, на протяжении которого жидкость течет от одного конца, соединенного с первым реакционным блоком 100, до другого конца, соединенного с выпускным блоком 300.

В настоящем описании площадь поперечного сечения второго реакционного блока 200 означает площадь, перпендикулярную направлению потока жидкости.

В настоящем описании «среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения» может означать значение квадратного корня из площади поперечного сечения, когда площадь поперечного сечения второго реакционного блока 200 не изменяется в зависимости от положения, а когда площадь поперечного сечения второго реакционного блока 200 изменяется в зависимости от положения, это значение S_sqrt может быть рассчитано по следующему уравнению:

где L представляет собой длину второго реакционного блока 200, А(х) представляет собой значение площади поперечного сечения, соответствующее точке (х) от одного конца (0), соединенного с первым реакционным блоком 100, до другого конца (L), соединенного с выпускным блоком 300, a S_sqrt означает среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения.

Длина второго реакционного блока 200 может представлять собой величину, равную или превышающую 10-кратное, 15-кратное, 20-кратное, 25-кратное, 30-кратное, 35-кратное, 40-кратное, 45-кратное, 50-кратное, 55-кратное, 60-кратное, 65-кратное, 70-кратное, 75-кратное, 80-кратное, 85-кратное, 90-кратное, 95-кратное, 100-кратное, 105-кратное, 110-кратное, 115-кратное, 120-кратное, 125-кратное, 130-кратное, 135-кратное, 140-кратное, 145-кратное 150-кратное, 155-кратное, 160-кратное, 165-кратное, 170-кратное, 175-кратное, 180-кратное, 185-кратное, 190-кратное, 195-кратное, 200-кратное, 205-кратное, 210-кратное, 215-кратное, 220-кратное, 225-кратное, 230-кратное, 235-кратное, 240-кратное, 245-кратное, 250-кратное, 255-кратное, 260-кратное, 265-кратное, 270-кратное, 275-кратное, 280-кратное, 285-кратное, 290-кратное, 295-кратное, 300-кратное, 305-кратное, 310-кратное, 315-кратное, 320 раз, 325-кратное, 330-кратное, 335-кратное, 340-кратное, 345-кратное, 350-кратное, 355-кратное, 360-кратное, 365-кратное, 370-кратное, 375-кратное, 380-кратное, 385-кратное, 390-кратное, 395-кратное 400-кратное, 405-кратное, 410-кратное, 415-кратное, 420-кратное, 425-кратное, 430-кратное, 435-кратное, 440-кратное, 445-кратное, 450-кратное, 455-кратное, 460-кратное, 465-кратное, 470-кратное, 475-кратное, 480-кратное, 485-кратное, 490-кратное, 495-кратное, 500-кратное, 505-кратное, 510-кратное, 515-кратное, 520-кратное, 525-кратное, 530-кратное, 535-кратное, 540-кратное, 545-кратное, 550-кратное, 555-кратное, 560-кратное 565-кратное, 570-кратное, 575-кратное, 580-кратное, 585-кратное, 590-кратное, 595-кратное, 600-кратное, 605-кратное, 610-кратное, 615-кратное, 620-кратное, 625-кратное, 630-кратное, 635-кратное, 640-кратное, 645-кратное, 650-кратное, 655-кратное, 660-кратное, 665-кратное, 670-кратное, 675-кратное, 680-кратное, 685-кратное, 690-кратное, 695-кратное, 700-кратное, 715-кратное, 720-кратное, 725-кратное, 730-кратное, 735-кратное, 740-кратное, 745-кратное, 750-кратное, 755-кратное, 760-кратное, 765-кратное, 770-кратное, 775-кратное, 780-кратное, 785-кратное, 790-кратное, 795-кратное, 800-кратное, 805-кратное, 810-кратное, 815-кратное, 820-кратное, 825-кратное, 830-кратное, 835-кратное, 840-кратное, 845-кратное, 850-кратное, 855-кратное, 860-кратное, 865-кратное, 870-кратное, 875-кратное, 880-кратное, 885-кратное, 890-кратное, 895-кратное, 900-кратное, 905-кратное, 910-кратное, 915-кратное, 920-кратное, 925-кратное, 930-кратное, 935-кратное, 940-кратное, 945-кратное, 950-кратное, 955-кратное, 960-кратное, 965-кратное, 970-кратное, 975-кратное, 980-кратное, 985-кратное, 990-кратное, 995-кратное, 1000-кратное среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения, может находится в диапазоне между двумя из указанных значений или в 1000 раз или более превышать среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения, например, представлять собой значение от 10 до 1000 раз большее, и не ограничено указанными значениями.

Когда длина второго реакционного блока 200 выходит за пределы вышеуказанного диапазона, чистота продукта может быть снижена из-за недостаточного контроля колебаний давления и/или температуры реакции, или продуктивность может снизиться из-за дополнительного времени, необходимого для процесса.

На фиг. 3 представлена схема системы получения такого соединения на основе фталонитрила, где реакция проводится при соединении второго реакционного блока 200, который представляет собой трубчатый реактор, с первым реакционным блоком 100, который представляет собой реактор резервуарного типа, и получением продукта из выпускного блока 300, и позволяет решить проблему снижения чистоты продукта из-за колебаний давления и/или температуры реакции. В первом реакционном блоке 100 и во втором реакционном блоке 200 может быть использован клапан (не показан), такой как измеритель расхода жидкости, для регулирования количества (скорости потока) смеси, вводимой во второй реакционный блок 200.

Согласно фиг. 4, которая представляет собой еще один пример системы получения соединения на основе фталонитрила, между первым реакционным блоком 100 и вторым реакционным блоком 200 и/или между вторым реакционным блоком 200 и выпускным блоком 300 может дополнительно содержаться блок регулирования давления 400. Когда дополнительно присутствует блок регулирования давления 400, давление реакции можно контролировать более точно.

Согласно фиг. 5, которая представляет собой еще один пример системы получения соединения на основе фталонитрила, по меньшей мере один блок из первого реакционного блока 100, второго реакционного блока 200 и выпускного блока 300 может дополнительно включать блок регулирования температуры 120, 220 или 320. Блок регулирования температуры 120 или 220 первого реакционного блока 100 или второго реакционного блока 200 обернут вокруг каждого реакционного блока 100 и 200 для поддержания высокой температуры реакции, а блок регулирования температуры 320 выпускного блока 300 может быть расположен на переднем конце выпускного блока 300 и может использоваться для охлаждения продукта, но использование не ограничено указанным.

Согласно фиг. 6, которая представляет собой еще один пример системы получения соединения на основе фталонитрила, может быть добавлен по меньшей мере один из вышеописанных блоков регулирования температуры 120, 220 и 320 и по меньшей мере один блок контроля давления 400. Расположение блока регулирования температуры 320 и блока регулирования давления 400 можно поменять местами.

Емкость второй реакционной установки 200 может составлять от 1 до 50 объемных долей, например, 1 объемную долю, 5 объемных долей, 10 объемных долей, 15 объемных долей, 20 объемных долей, 25 объемных долей, 30 объемных долей, 35 объемных долей, 40 объемных долей, 45 объемных долей, 50 объемных долей на 100 объемных долей емкости первого реакционного блока 100 или находиться в диапазоне между двумя из этих значений, но не ограничена указанными значениями. Когда емкость второго реакционного блока 200 слишком большая по сравнению с емкостью первого реакционного блока 100, эффективность процесса может снизиться, а когда она слишком мала, эффект повышения чистоты продукта за счет регулирования условий реакции может быть недостаточным.

Скорость потока жидкости можно регулировать в пределах от 0,01 до 1,00 объемных долей/мин, например, 0,01 объемная доля/мин, 0,05 объемных долей/мин, 0,10 объемных долей/мин, 0,15 объемных долей/мин, 0,20 объемных долей/мин, 0,25 объемных долей/мин, 0,30 объемных долей/мин, 0,35 объемных долей/мин, 0,40 объемных долей/мин, 0,45 объемных долей/мин, 0,50 объемных долей/мин, 0,55 объемных долей/мин, 0,60 объемных долей/мин, 0,65 объемных долей/мин, 0,70 объемных долей/мин, 0,75 объемных долей/мин, 0,80 объемных долей/мин, 0,85 объемных долей/ мин, 0,90 объемных долей/мин, 0,95 объемных долей/мин, 1,00 объемная доля/мин от емкости первого реакционного блока 100 или она может находится в интервале между двумя из указанных значений. Когда скорость потока жидкости выходит за пределы вышеуказанного диапазона, время реакции может быть чрезмерно увеличено, что снижает эффективность процесса, или время реакции может быть чрезмерно сокращено, что снижает чистоту продукта.

Способ получения соединения на основе фталонитрила

В соответствии с другим аспектом, предложен способ получения соединения на основе фталонитрила с использованием описанной выше системы получения, причем способ включает (а) добавление смеси, включающей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила, в первый реакционный блок 100; (b) проведение реакции в смеси и ее перенос во второй реакционный блок 200; и (с) получение соединения на основе фталонитрила из выпускного блока 300, причем стадия (b) может проводиться в сверхкритических условиях для соединения на основе нитрила.

В способе получения, например, после подачи смеси в первый реакционный блок 100, температуру повышают до 275-285°С, и когда давление реакции достигает 90-95 бар, проводят реакцию в смеси при перемешивании в течение определенного периода времени, затем смесь может быть перенесена в реакционный блок 200, где осуществляется дополнительная реакция для получения соединения на основе фталонитрила из выпускного блока 300, но не ограничивается этим.

Соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила представляют собой соединения, описанные выше, а температуру реакции на стадии (b) можно регулировать в зависимости от типа соединения на основе нитрила. Например, когда соединение на основе нитрила представляет собой цианистый водород, стадия (b) может проводиться при температуре 183,5°С или выше и давлении 50 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой ацетонитрил, стадия (b) может проводиться при температуре 272°С или выше и давлении 48,7 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой акрилонитрил, стадия (b) может проводиться при температуре 267°С или выше и давлении 46 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой бутиронитрил, стадия (b) может проводиться при температуре 309°С или выше и давлении 37,8 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой изобутиронитрил, стадия (b) может проводиться при температуре 336°С или выше и давлении 40 бар или выше. Когда соединение на основе нитрила представляет собой пивалонитрил, стадия (b) может проводиться при температуре 343°С или выше и давлении 34,4 бар или выше. Кроме того, условия стадии (b) могут быть изменены в зависимости от типа соединения на основе нитрила. Соответственно, все вышеперечисленные условия являются примерными и не ограничивают объем раскрытия. Соединение на основе нитрила может быть одновременно растворителем и реагентом.

На стадии (а) содержание соединения на основе нитрила может составлять от 1 до 500 массовых долей на 1 массовую долю соединения на основе фталевой кислоты. Например, содержание соединения на основе нитрила может составлять 1 массовую долю, 5 массовых долей, 10 массовых долей, 15 массовых долей, 20 массовых долей, 25 массовых долей, 30 массовых долей, 35 массовых долей, 40 массовых долей, 45 массовых долей, 50 массовых долей, 55 массовых долей, 60 массовых долей, 65 массовых долей, 70 массовых долей, 75 массовых долей, 80 массовых долей, 85 массовых долей, 90 массовых долей, 95 массовых долей, 100 массовых долей, 105 массовых долей, 110 массовых долей, 115 массовых долей, 120 массовых долей, 125 массовых долей, 130 массовых долей, 135 массовых долей, 140 массовых долей, 145 массовых долей, 150 массовых долей, 155 массовых долей, 160 массовых долей, 165 массовых долей, 170 массовых долей, 175 массовых долей, 180 массовых долей, 185 массовых долей, 190 массовых долей, 195 массовых долей, 200 массовых долей, 205 массовых долей, 210 массовых долей, 215 массовых долей, 220 массовых долей, 225 массовых долей, 230 массовых долей, 235 массовых долей, 240 массовых долей, 245 массовых долей, 250 массовых долей, 255 массовых долей, 260 массовых долей, 265 массовых долей, 270 массовых долей, 275 массовых долей 280 массовых долей, 285 массовых долей, 290 массовых долей, 295 массовых долей, 300 массовых долей, 305 массовых долей, 310 массовых долей, 315 массовых долей, 320 массовых долей, 325 массовых долей 330 массовых долей, 335 массовых долей, 340 массовых долей, 345 массовых долей, 350 массовых долей, 355 массовых долей, 360 массовых долей, 365 массовых долей, 370 массовых долей, 375 массовых долей 380 массовых долей, 385 массовых долей, 390 массовых долей, 395 массовых долей, 400 массовых долей, 405 массовых долей, 410 массовых долей, 415 массовых долей, 420 массовых долей, 425 массовых долей 430 массовых долей, 435 массовых долей, 440 массовых долей, 445 массовых долей, 450 массовых долей, 455 массовых долей, 460 массовых долей, 465 массовых долей, 470 массовых долей, 475 массовых долей, 480 массовых долей, 485 массовых долей, 490 массовых долей, 495 массовых долей, 500 массовых долей в расчете на 1 массовую долю соединения на основе фталевой кислоты, или находиться в интервале между двумя из этих значений. Когда содержание соединения на основе нитрила увеличивается по сравнению с содержанием соединения на основе фталевой кислоты, чистота продукта может повышаться, однако избыточное количество соединения на основе нитрила может быть экономически невыгодным.

В одном из вариантов осуществления изобретения содержание влаги в смеси на стадии (а) может быть менее 6000 ч./млн (частей на миллион). Например, содержание воды в смеси может быть менее 6000 ч./млн, менее 5000 ч./млн, менее 4000 ч./млн, менее 3000 ч./млн, менее 2000 ч./млн, менее 1000 ч./млн, менее 750 ч./млн, менее 500 ч./млн или менее 250 ч./млн. Чем ниже влажность смеси, тем выше чистота продукта.

Реакция на стадии (b) может представлять собой динитрилирование посредством реакции прямого замещения карбоксильной группы и нитрильной группы, и ее пример может быть представлен в виде следующей схемы реакции:

где R представляет собой ароматическое кольцо, такое как фенилен, и R' может представлять собой алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, например, метальную группу, этильную группу, изопропильную группу, трет-бутильную группу и т.д.

На стадии (b) для проведения реакции и переноса температуру реакции повышают в соответствии с описанным выше диапазоном, а давление в первом реакционном блоке 100, втором реакционном блоке 200 и выпускном блоке 300 регулируют в пределах описанного выше диапазона давления реакции.

На стадии (b) реакцию можно проводить в смеси, не включающей отдельную добавку, такую как аммиак, кислород высокой концентрации или катализатор. Поскольку реакцию на стадии (b) можно проводить без дополнительной добавки, смесь на стадии (а) может состоять из соединения на основе фталевой кислоты и соединения на основе нитрила, но не ограничена ими. Например, смесь может представлять собой твердое соединение на основе фталевой кислоты, растворенное в соединении на основе нитрила, как в растворителе, но не ограничивается этим.

Когда температура и давление на стадии (b) превышают критическую точку соединения на основе нитрила, реакцию можно проводить. Стадию (b) можно проводить при температуре от 260 до 350°С и давлении от 40 до 200 бар. Например, на стадии (b) температура реакции может составлять 260°С, 265°С, 270°С, 275°С, 280°С, 285°С, 290°С, 295°С, 300°С, 305°С, 310°С, 315°С, 320°С, 325°С, 330°С, 335°С, 340°С, 345°С, 350°С или находиться в интервале между двумя из этих значений. Например, на стадии (b) давление реакции может составлять 40 бар, 45 бар, 50 бар, 55 бар, 60 бар, 65 бар, 70 бар, 75 бар, 80 бар, 85 бар, 90 бар, 95 бар, 100 бар, 105 бар, 110 бар, 115 бар, 120 бар, 125 бар, 130 бар, 135 бар, 140 бар, 145 бар, 150 бар, 155 бар, 160 бар, 165 бар, 170 бар, 175 бар, 180 бар, 185 бар, 190 бар, 195 бар, 200 бар или находиться в интервале между двумя из этих значений. Когда температура реакции на стадии (b) слишком низкая, чистота продукта может снизиться или реакция может не пойти, а когда температура реакции слишком высока, может увеличиться образование побочных продуктов, а чистота может снизиться. Когда давление реакции на стадии (b) слишком низкое, реакция может не пойти, а когда давление реакции слишком высокое, может снизиться безопасность.

Когда используется система получения соединения на основе фталонитрила, чистота конечного продукта является высокой за счет более точного регулирования давления и температуры реакции, а общее время реакции может быть снижено, так что продуктивность может быть превосходной.

Стадию (b) можно проводить в течение от 1 до 500 минут. Например, стадию (b) можно проводить в течение 1 мин, 5 мин, 10 мин, 15 мин, 20 мин, 25 мин, 30 мин, 35 мин, 40 мин, 45 мин, 50 мин, 55 мин, 60 мин., 65 мин, 70 мин, 75 мин, 80 мин, 85 мин, 90 мин, 95 мин, 100 мин, 105 мин, 110 мин, 115 мин, 120 мин, 125 мин, 130 мин, 135 мин, 140 мин, 145 мин, 150 мин, 155 мин, 160 мин, 165 мин, 170 мин, 175 мин, 180 мин, 185 мин, 190 мин, 195 мин, 200 мин, 205 мин, 210 мин, 215 мин, 220 мин, 225 мин, 230 мин, 235 мин, 240 мин, 245 мин, 250 мин, 255 мин, 260 мин, 265 мин, 270 мин, 275 мин, 280 мин, 285 мин, 290 мин, 295 мин, 300 мин, 305 мин, 310 мин, 315 мин, 320 мин, 325 мин, 330 мин, 335 мин, 340 мин, 345 мин, 350 мин, 355 мин, 360 мин, 365 мин, 370 мин, 375 мин, 380 мин, 385 мин, 390 мин, 395 мин, 400 мин, 405 мин, 410 мин, 415 мин, 420 мин, 425 мин, 430 мин, 435 мин, 440 мин, 445 мин, 450 мин, 455 мин, 460 мин, 465 мин, 470 мин, 475 мин, 480 мин, 485 мин, 490 мин, 495 мин или 500 мин, включая промежуточные диапазоны между этими значениями. При увеличении времени реакции на стадии (b) чистота продукта может повышаться, но когда время проведения реакции слишком велико, продуктивность может снижаться.

Стадия (с) может представлять собой стадию выделения и очистки соединения на основе фталонитрила от продукта, полученного из выпускного блока 300. Выделение и очистка могут представлять собой разделение на соединение на основе фталонитрила и остаточное вещество и могут осуществляться в соответствии с различными известными методами, такими как разделение дистилляцией. Остаточное вещество может включать, например, одно или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из не прореагировавших соединений на основе фталевой кислоты, непрореагировавших соединений на основе нитрила и соединений на основе фталевой кислоты и нитрила, в которых прореагировала только часть карбоксильных групп соединения на основе фталевой кислоты, но не ограничивается ими.

Остаточные соединения, отличные от соединения на основе фталонитрила, отделенного на стадии (с), могут быть повторно использованы на стадии (а). Способ получения соединения на основе фталонитрила согласно варианту осуществления, приведенному в настоящем описании, может осуществляться без использования отдельной добавки, такой как катализатор, так что остаточное соединение можно использовать повторно без дополнительной очистки.

Способ получения соединения на основе фталонитрила с использованием системы получения соединения на основе фталонитрила может давать чистоту продукта 60% или более, 65% или более, 70% или более, 75% или более, 80% или более, 85% или более, 90% или более, или 95% или более.

Далее примеры настоящего изобретения будут описаны более подробно. Однако приведенные далее экспериментальные результаты описывают только типичные экспериментальные результаты среди приведенных выше примеров, поэтому объем и содержание настоящего изобретения не могут быть истолкованы как ограниченные этими примерами. Каждый эффект различных вариантов осуществления настоящего изобретения, в явном виде не представленный ниже, будет специально описан в соответствующем разделе.

Реактор

Первый реактор: реактор резервуарного типа емкостью 100 объемных долей, оснащенный мешалкой.

Второй реактор: трубчатый реактор емкостью 6 объемных долей, имеющий длину, в 670 раз превышающую среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения.

Сравнительный пример 1

5 массовых долей изофталевой кислоты (IPA) и 100 массовых долей ацетонитрила (ACN) помещали в первый реактор, снабженный мешалкой, для получения реакционной системы. Азот заменяли три раза при давлении от 2 до 3 бар внутри первого реактора. Перемешивание в первом реакторе проводили со скоростью 400 об/мин при атмосферном давлении, и повышали внутреннюю температуру до 290°С. Реакцию проводили в течение от 1 до 4 часов при поддержании температуры реакции, а давление реакции составляло от 90 до 95 бар. После завершения реакции реакционную систему охлаждали до комнатной температуры. После этого реакционную систему перегоняли при пониженном давлении для разделения ацетонитрила и изофталонитрила (IPN). Ацетонитрил использовали повторно, а изофталонитрил анализировали с помощью газовой хроматографии для подтверждения чистоты продукта.

Сравнительный пример 2

5 массовых долей терефталевой кислоты (TPA) и 100 массовых долей ацетонитрила помещали в первый реактор, снабженный мешалкой, для получения реакционной системы. Азот трижды заменяли при давлении 2-3 бара внутри первого реактора. Перемешивание в первом реакторе проводили со скоростью 400 об/мин при атмосферном давлении и повышали внутреннюю температуру до 290°С. Реакцию проводили в течение от 1 до 4 часов при поддержании температуры реакции, и давление реакции составляло от 90 до 95 бар. После завершения реакции реакционную систему охлаждали до комнатной температуры. После этого реакционную систему перегоняли при пониженном давлении для разделения ацетонитрила и терефталонитрила (TPN). Ацетонитрил использовали повторно, а терефталонитрил анализировали с помощью газовой хроматографии для подтверждения чистоты продукта.

Пример 1

В первый реактор, снабженный мешалкой, вводили 5 массовых долей изофталевой кислоты и 100 массовых долей ацетонитрила. Азот заменяли три раза при давлении от 2 до 3 бар внутри первого реактора. Перемешивание в первом реакторе проводили со скоростью 150 об/мин, и внутреннюю температуру первого реактора и второго реактора повышали до 275-285°С. После взаимодействия в течение 1 часа при поддержании температуры реакции от 275 до 285°С и давления реакции от 90 до 95 бар реагенты переносили во второй реактор, контролируя давление и скорость потока. Чистоту продукта, полученного на выходе из второго реактора, подтверждали газохроматографическим анализом с интервалами 30 минут.

Пример 2

В первый реактор, снабженный мешалкой, вводили 5 массовых долей терефталевой кислоты и 100 массовых долей ацетонитрила. Азот трижды заменяли при давлении 2-3 бара внутри первого реактора. Перемешивание в первом реакторе проводили со скоростью 150 об/мин, и внутреннюю температуру первого реактора и второго реактора повышали до 180-300°С. После взаимодействия в течение 1 часа при поддержании температуры реакции от 280 до 300°С и давлении от 70 до 100 бар реагенты переносили во второй реактор, контролируя давление и скорость потока. Чистоту продукта, полученного на выходе из второго реактора, подтверждали газохроматографическим анализом с интервалами 30 минут.

Условия реакции и чистота продукта для Сравнительных примеров и Примеров приведены в Таблице 1 ниже. Кроме того, на фиг. 1 показан результат газовой хроматографии продукта, полученного в соответствии со Сравнительными примерами 1-2, а на фиг. 2 показан результат газовой хроматографии продукта, полученного в соответствии с Примерами 1-2.

Сравнение Сравнительного примера 1, который представляет собой периодический процесс с использованием первого реактора, с Примером 1, который представляет собой непрерывный процесс с использованием первого реактора и второго реактора, может подтвердить, что хотя время реакции в Примере 1 составляет только половину времени реакции Сравнительного примера 1, и используются те же реагенты при той же температуре реакции, чистота получается выше.

Кроме того, сравнение Примера 2, в котором терефталонитрил был получен в непрерывном процессе, со Сравнительным примером 2, в котором терефталонитрил был получен в периодическом процессе, может подтвердить, что возможно получение терефталонитрила более высокой чистоты, при том, что время реакции составляет от половины до 63%.

Согласно Примеру 1-1, Примеру 1-2 и Примеру 1-6, чем выше температура реакции, тем выше чистота продукта, а при температуре реакции 275°С было обнаружено некоторое количество непрореагировавшей изофталевой кислоты.

Согласно Примерам с 1-3 по 1-7, при увеличении времени реакции чистота продукта повышается, и продукт высокой чистоты может быть получен даже за более короткое время реакции по сравнению с реакцией в периодическом режиме.

Согласно Примерам 1-2 и 1-8, можно подтвердить, что чем выше содержание соединения на основе фталевой кислоты по сравнению с соединением на основе нитрила, тем выше чистота продукта.

Согласно Примерам 1 и 2, в отличие от обычного процесса получения с использованием реакции аммоксидирования с использованием вредных соединений, таких как аммиак и кислотные катализаторы, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения соединение на основе фталонитрила может быть получено из соединения на основе фталевой кислоты с высоким выходом без дополнительного введения катализатора или добавки. Кроме того, при использовании непрерывного процесса может быть получен продукт более высокой чистоты за более короткое время реакции по сравнению со Сравнительными примерами, в которых используют периодический процесс.

Кроме того, согласно фиг. 1 и 2, в отличие от Сравнительного примера, в котором остается от 15 до 20 мас. % промежуточного соединения (3-СВА), в этом примере количество остаточного промежуточного соединения (3-СВА) было сокращено более, чем в два раза.

В частности, в приведенном выше примере в качестве реагента использовали изофталевую кислоту или терефталевую кислоту, которая представляет собой соединение на основе фталевой кислоты, а в качестве растворителя и реагента использовали ацетонитрил, органический нитрил. Их смесь нагревали непосредственно без дополнительного катализатора или аддукта, чтобы получить высокотемпературное сверхкритическое состояние при высоком давлении (Т_с: 275°С или выше, Р_с: 48 бар или выше) и инициировать реакцию обмена между кислотой и нитрилом для непосредственного получения соединения на основе фталонитрила. Кроме того, продукт высокой чистоты был получен за более короткое время за счет раздельного проведения реакции в реакторе резервуарного типа и трубчатом реакторе. В результате очистка и выделение конечного продукта были проще.

Описание представленного изобретения, приведенное выше, предназначено для иллюстрации, и следует понимать, что специалисты в области техники, к которой относится данный аспект настоящего изобретения, могут легко преобразовать его в другие конкретные формы без изменения технической идеи или существенных признаков, приведенных в данном описании. Следовательно, следует понимать, что варианты осуществления изобретения, описанные выше, являются во всех отношениях иллюстративными, а не ограничивающими. Например, каждый компонент, описанный как отдельный, может быть реализован в растворенной форме, и аналогичным образом компоненты, описанные как раздельные, могут быть реализованы в комбинированной форме.

Объем настоящего изобретения определяется приведенной далее формулой изобретения, и все изменения или модификации, следующие из значения и объема пунктов формулы изобретения, и их эквиваленты, следует рассматривать как входящие в объем настоящего изобретения.

Описание обозначений на чертежах

100: первый реакционный блок

200: второй реакционный блок

300: выпускной блок

120, 220, 320: блок регулирования температуры

400: блок регулирования давления.

Настоящее изобретение относится к системе получения соединения на основе фталонитрила. Описана система получения соединения на основе фталонитрила с использованием непрерывного процесса, содержащая: первый реакционный блок, представляющий собой реактор резервуарного типа, заполненный смесью, включающей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила; второй реакционный блок, представляющий собой реактор трубчатого типа, соединенный с первым реакционным блоком; и выпускной блок, соединенный со вторым реакционным блоком; при этом поток жидкости направлен из первого реакционного блока через второй реакционный блок в выпускной блок, при этом второй реакционный блок поддерживается при внутренней температуре и внутреннем давлении от 260 до 350°С и от 40 до 200 бар, причем длина второго реакционного блока в направлении потока жидкости представляет собой величину, равную или превышающую десятикратное среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения, перпендикулярного направлению потока жидкости, при этом среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения может быть рассчитано по следующему уравнению:

где L – длина второго реакционного блока, который представляет собой реактор трубчатого типа; A(x) - значение площади поперечного сечения, соответствующее точке (х) от одного конца (0), соединенного с первым реакционным блоком, который представляет собой реактор резервуарного типа, до другого конца (L), соединенного с выпускным блоком. Также описан способ получения соединения на основе фталонитрила с использованием указанной выше системы. Технический результат – получение высокочистого соединения на основе фталонитрила и сокращение времени реакции. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.,11 пр.

1. Система получения соединения на основе фталонитрила с использованием непрерывного процесса, содержащая:

• первый реакционный блок, представляющий собой реактор резервуарного типа, заполненный смесью, включающей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила;

• второй реакционный блок, представляющий собой реактор трубчатого типа, соединенный с первым реакционным блоком; и

• выпускной блок, соединенный со вторым реакционным блоком;

при этом поток жидкости направлен из первого реакционного блока через второй реакционный блок в выпускной блок,

при этом второй реакционный блок поддерживается при внутренней температуре и внутреннем давлении от 260 до 350°С и от 40 до 200 бар,

причем длина второго реакционного блока в направлении потока жидкости представляет собой величину, равную или превышающую десятикратное среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения, перпендикулярного направлению потока жидкости,

при этом среднее значение квадратного корня из площади поперечного сечения может быть рассчитано по следующему уравнению:

где L – длина второго реакционного блока, который представляет собой реактор трубчатого типа; A(x) - значение площади поперечного сечения, соответствующее точке (х) от одного конца (0), соединённого с первым реакционным блоком, который представляет собой реактор резервуарного типа, до другого конца (L), соединенного с выпускным блоком.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая блок регулирования давления между первым реакционным блоком и вторым реакционным блоком.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один блок, выбранный из первого реакционного блока, второго реакционного блока и выпускного блока дополнительно содержит блок регулирования температуры.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что емкость второго реакционного блока составляет от 1 до 50 объемных долей на 100 объемных долей первого реакционного блока.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что скорость потока жидкости регулируют в диапазоне от 0,01 до 1,00 объемных долей/мин от емкости первого реакционного блока.

6. Способ получения соединения на основе фталонитрила с использованием системы получения по любому из пп. 1-5, включающий:

(а) добавление смеси, содержащей соединение на основе фталевой кислоты и соединение на основе нитрила, в первый реакционный блок, представляющий собой реактор резервуарного типа;

(b) проведение реакции в смеси и перенос ее во второй реакционный блок, представляющий собой реактор трубчатого типа; и

(c) получение соединения на основе фталонитрила из выпускного блока;

причем стадию (b) проводят при температуре от 260 до 350°С и давлении от 40 до 200 бар.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что соединение на основе фталевой кислоты представляет собой изофталевую кислоту, терефталевую кислоту или их смесь.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что соединение на основе нитрила представляет собой одно или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из цианистого водорода, ацетонитрила, акрилонитрила, бутиронитрила, изобутиронитрила, пивалонитрила, сукцинонитрила, фумаронитрила, кротонитрила и бензонитрила.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что смесь на стадии (а) состоит из соединения на основе фталевой кислоты и соединения на основе нитрила.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что на стадии (а) содержание соединения на основе нитрила составляет от 1 до 500 массовых долей в расчете на 1 массовую долю соединения на основе фталевой кислоты.

11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что содержание влаги в смеси на стадии (а) составляет менее 6000 частей на миллион.

12. Способ по п. 6, отличающийся тем, что стадию (b) проводят в течение от 1 до 500 минут.

13. Способ по п. 6, отличающийся тем, что стадия (с) представляет собой стадию выделения и очистки соединения на основе фталонитрила от продукта, полученного из выпускного блока.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что остаточное соединение, отделенное на стадии (с), повторно используют на стадии (а).