Способ выделения капролактама из отработанного трихлорэтилена в производстве капролактама Советский патент 1992 года по МПК C07D201/16 

Изобретение относится к Способам выделения капролактама (КЛ) из отработанного загрязненного растворителя, полученного со стадии реэкстракции КЛ водой в производстве КЛ„

При экстракции КЛ из лактамного масла в качестве экстрагента применяют различные органические растворители, например трихлорэтилен (ТХЭ), бензол, толуол Из экстракта КЛ извлекают водой, а загрязненный растворитель регенерируют ректификацией,. При этом в кубах колонн ректификации накапливается загрязненный КЛ, который обь-чно сжигают вместе с кубовыми остатками колонн регенерации,, Учитывая большие объемы сжигаемых остат- ков, потери КЛ при сжигании представляют достаточно большую величину.

Поскольку концентрация КЛ в загрязненном растворителе невелика (обычно 0,1-0,6 мас.%) при большом количестве растворенных примесей, известные способы не обеспечивают достаточно высокую степень извлечения КЛ и его качество,.

Известны способы очистки КЛ путем его дистилляции под вакуумом

о о о

Однако указанная технология весьма сложна, требует большого расхода пара и захоложенной воды. Кроме того в процессе очистки повышаются потери КЛ за счет термодеструкции„

Известен способ извлечения КЛ из жидких смесей органических и неорганических веществ путем смешения жидкой смеси с перег ретым паром в течение 0,005-1,0 с для выпаривания большей части КЛо Пар и испарившиеся органические вещества отделяют от остальной жидкой смеси, затем испарившиеся органические вещества конденсируют и отделяют пар.

Однако степень извлечения КЛ низка Кроме того, полученный КЛ содержит большое количество примесей, что требует его дополнительной очистки

Известен также способ удаления примесей и загрязняющих веществ из водных растворов КЛ, включающий последовательные стадии обработки КЛ пентоксидом фосфора для связывания примесей и образования нелетучих по отношению к КЛ примесей и отгонки из обработанного раствора чистого КЛ„

Для получения качественного КЛ способ предусматривает введение еще трех стадий: перед добавлением пен- токсида фосфора стадии упарки водного раствора КЛ до содержатся воды не более 0,2 мас0%, а после добавления пентоксида фосфора стадии обработки нейтрализующим щелочным веществом, таким,.как гидроксид кальция, с целью снижения содержания свободных кислот, и отгонки обработанного КЛ еще раз для отделения от прореагировавшего щелочного вещества.

К недостаткам способа относятся сложность, многостадийность и, как следствие, высокие энерго- и металлоемкость,,

Кроме того, с использованием пентоксида фосфора и гидроксида кальция увеличивается количество сточных вод и встает необходимость их утилизации.

Известен способ извлечения КЛ из загрязненного органического растворителя, полученного со стадии экстракции КЛ водой, в котором загрязненныи органический растворитель упа ривают до содержания КЛ в нем 5- 10 мае.у КЛ экстрагируют из упаренного растворителя водой при соотноше

Ю

15

20

25

30

35

40

45

5д

55

нии между органической и водной фазами (1,): 1.

Недостатком способа является его громоздкость, наличие большого количества экстракционного оборудования. Схема многостадийна и энергоемка, утилизация большого количества рафи- натов, различных по своим качественным показателям, затруднена, потери КЛ с рафинатами велики, что снижает степень извлечения КЛ. Более того,получаемый после водной экстракции водный раствор КЛ содержит мало целевого КЛ, что затрудняет его дальнейшую обработку, требует расхода пара на его концентрирование.

Кроме того, в получаемый водный раствор КЛ при экстракции переходят присутствующие в загрязненном растворителе примеси.

Целью изобретения является увеличение выхода КЛ и уменьшение количества уничтожаемых стоков.

Поставленная цель достигается } тем, что в способе выделения КЛ из отработанного ТХЭ, полученного со стадии водной реэкстракции КЛ, путем перегонки ТХЭ-сырца с отбором с верха колонны очищенного ТХЭ и выводом м из куба остатка перегонки, содержа-- щего КЛ и примеси, который затем обрабатывают водой с отделением ТХЭ от водного раствора КЛ, из которого экстрагируют КЛ чистым ТХЭ, и затем из экстракта извлекают КЛ водной ре- экстракцией с получением раствора очищенного КЛ в воде и отработанного ТХЭ, возвращаемого в цикл регенерации ТХЭ, согласно изобретению кубовый остаток из колонны перегонки ТХЭ сме шивают с острым водяным паром и направляют в дополнительную колонну, с верха которой в виде азеотропа с водой полностью удаляют ТХЭ, а из куба колонны выводят водный раствор КЛ, который предварительно обрабатывают озоно-воздушной смесью из расчета 0,5-0,8 кг озона на 1 т КЛ, и затем ведут экстракцию чистым ТХЭ.

Обработка упаренного раствора КЛ в ТХЭ острым водяным паром с последующей отгонкой ТХЭ позволяет полностью отогнать ТХЭ и перевести в водный слой все примеси, находившиеся в нем. Ввиду того, что после водной реэкстракции в ТХЭ остаются примеси, в основном хорошо в нем растворимые, концентрирование их в водном слое с

51

последующей обработкой озоном позволяет перевести их в соединения, достаточно хорошо растворимые в воде.

Перевод плохорастворимых в воде примесей в хорошорастворимые обработкой озоном подтверждается повышением прозрачности водного раствора. До обработки озоном нерастворимые в воде примеси образуют коллоидные взве- си, повышающие оптическую плотность раствора. После обработки раствора озоном оптическая плотность резко па

дает, что говорит о переходе коллоидных взвесей в растворимое состояние. 15

В дальнейшем при извлечении КЛ экстракцией ТХЭ из обработанного озоном водного слоя обработанные примеси остаются в рафинате и уничтожаютИз верхней отстойной зоны экстра тора 7 рафинат - йодный раствор загрязняющих примесей направляют на уничтожение.

Таким образом, количество уничто жаемых стоков уменьшается.

Пример (сравнительный). Из

ся. Качество извлеченного КЛ при этом 20 50000 мае.ч. загрязненного ТХЭ, со0

6 колонну

1 на регене8 воз-вращают рацию.

Ввиду того, что выходящий из реактора 6 обработанный раствор по сво им качественным характеристикам не уступает лактамному маслу, извлечени КЛ из обработанного раствора можно проводить на оборудовании основной технологической линии, предназначенной для извлечения КЛ из лактамного масла.

Из верхней отстойной зоны экстрактора 7 рафинат - йодный раствор загрязняющих примесей направляют на уничтожение.

Таким образом, количество уничтожаемых стоков уменьшается.

Пример (сравнительный). Из

50000 мае.ч. загрязненного ТХЭ, со

Использование: технология производства капролактама (КЛ)„ Сущность изобретения: из отработанного три- хлорэтилена (ТХЭ), пся ученного (is стадии водной реэкстракции КЛ,выделяют КЛ Перегонкой ТХЭ-сырца с отбором с верха колонны очищенного ТХЭ и выводом из куба остатка перегонки, который затем обрабатывают водой для отделения ТХЭ от водного раствора КЛ. Затем КЛ экстрагируют чистым ТХЭ и из экстракта извлекают чистый КЛ водной реэкстракциейо Отработанный ТХЭ возвращают в цикл регенерации ТХЭ. При этом кубовый остаток из колонны перегонки ТХЭ смешиаают с острым водяным паром и направляют Б дополнительную колонну, с верха которой в виде азеотропа с водой полностью удаляют ТХЭ, а из куба колонны выводят водный раствор КЛ, который предварительно обрабатывают озоно-воздуш- ной смесью из расчета 0,5-0,8 кг озона на 1 т КЛ, и затем ведут экстракцию чистым ТХЭ„ 1 фиг. k/) .

существенно повышается.

Кроме того, повышение качества извлеченного КЛ объясняется резким снижением количества окисляемых примесей, которые под действием озона разлагаются, при этом перманганатный индекс (ПИ) резко снижается.

На чертеже приведена схема реализации предложенного способа. Она включает колонны 1 и 2 регенерации ТХЭ, снабженные испарителями 3 и k соответственно, причем испаритель 4 снабжен линией 5 подачи пара, реактор б обработки водного раствора КЛ озоно-воздушной смесью;экстрактор водный реэкстрактор 8.

Грязный ТХЭ из нижней отстойной зоны реэкстрактора 8 подают в колонну 1, где отгоняют не менее 70% направляемого на регенерацию ТХЭ.

Кубовую жидкость колонны 1, представляющую собой ТХЭ и сконцентрированный до 2-10% К Л с примесями, подают через испаритель k в колонну 2. В испаритель k по линии 5 вводят острый водяной пар для азеотропной перегонки и полностью отгоняют ТХЭ.

Кубовую жидкость колонны 2, представляющую собой грязный 20-50%-ный водный раствор КЛ, подают в реактор 6 для обработки озоно-воздушной смесью, подаваемой из расчета 0,5-0,8 кг озона на Т т КЛ.

Обработанный озоном водный раст225 мае.ч: КЛ, .отгоняют основное количество ТХЭ, а затем с водяным паром остальной ТХЭ на второй колонне. Получают 700 мае.ч. кубового остатка,

вор КЛ вводят в экстрактор 7 для представляющего собой 32,1%-ный вод- ракции КЛ чистым ТХЭ, а затем в ре- Ный раствор КЛ с большим количеством экстрактор 8 для извлечения КЛ водой примесей, Е2901,44, ПИ 1460. из ТХЭ. Чистый водный раствор КЛ из Кубовый остаток обрабатывают озо- верхней отстойной зоны реэкстрактора ном из расчета 0,7 кг/т КЛ. Получадержащего 225 мае.ч. КЛ, отгоняют ТХЭ до получения в остатке 4500 мае.ч., что соответствует 5 мас.% КЛ в ТХЭ. Остаток экстрагируют 1500 мае.ч. (3 х 500 мае„чо) воды и получают 1710 мае.ч. экстракта, содержащего 12,28 мас.% КЛ, и 4290 мае.ч. рафина- та, содержащего 0,35% КЛ.

Полученный экстракт обрабатывают

0 5130 мае.ч. ( мае.ч.) ТХЭ 0:3) и получают 5330 мае.ч. экстракта КЛ в ТХЭ, содержащего 3,75 КЛи 1510 мае.ч. водного раствора, содержащего 0,66% КЛ.

5 Экстракт КЛ в ТХЭ обрабатывают 1780 мае.ч. воды (3:1) и получают 1970 мае.ч. водного экстракта, содержащего 9,64% (190 мае.ч.) КЛ, оптическая плотность Е4Ч00,82, ПИ 98, и

0 5140 мае.ч. рафината, содержащего 0,190% КЛ.

Таким образом, степень извлечения КЛ составляет (190/225). ,4%, при этом необходимо утилизировать

5 1510 мае.ч, водных стоков, содержащих 0,66% КЛ, и дополнительно регенерировать 9430 мае.ч. загрязненного ТХЭ.

П р и м е р 2. Из 50000 мае.ч.

0 загрязненного ТХЭ, содержащего

225 мае.ч: КЛ, .отгоняют основное количество ТХЭ, а затем с водяным паром остальной ТХЭ на второй колонне. Получают 700 мае.ч. кубового остатка,

5 представляющего собой 32,1%-ный вод- Ный раствор КЛ с большим количеством примесей, Е2901,44, ПИ 1460. Кубовый остаток обрабатывают озо- ном из расчета 0,7 кг/т КЛ. Получают 695 мае.ч. 31,6%-ного водного раствора КЛ, Е290° 28, ПИ 33.

Раствор КЛ экстрагируют 3 х 695 мае.ч. ТХЭ, получают 2300 мас. экстракта, из которого КЛ реэкстра- гируют водой (3 х 255 мае.ч.). Полу чают 970 мае.ч. водного раствора, содержащего 21,65% (210 мае.ч.) КЛ, ,16, ПИ 18.

Степень извлечения КЛ (210/225). ,3& при этом необходимо утилизировать 480 мае.ч. водных стоков и дополнительно регенерировать 2090 мае.ч. ТХЭ.

В примерах 3 и 4 выделяют КЛ, как в примере 2.

П р и м е р 3. Грязный раствор КЛ обрабатывают озоном из расчета 0,8 кг/т КЛ. Получают 690 мае.ч.

31,6%-ного водного раствора КЛ, 0,22, ПИ 27,

Из раствора КЛ извлекают мае.ч ТХЭ. Получают 2280 мае,ч. экстракта, из которого КЛ реэкстрагируют водой (3x255 мае.ч.). Получают 970 мае.ч. водного раствора, содержащего 21,13% (205 мае.ч.) КЛ, ЕД900,12б, ПИ 17.

Степень извлечения КЛ (205/225). ,1%, при этом необходимо ути- лизировать 480,мае.ч. водных стоков и дополнительно регенерировать 2075 мае.ч. ТХЭ.

По сравнению с примером 1 заметно увеличение степени извлечения КЛ, однако по сравнению с примером 2 степень извлечения снизилась. Дальнейшее увеличение расхода озона (более 0,8 кг/т) не приводит к заметном улучшению качества и повышению сте- N пени извлечения, но увеличивает энергопотребление и расход озона.

Пример. Грязный водный расвор КЛ обрабатывают озоном из расчета 0,5 кг/т КЛ, получают 695 мае.ч. 31,9%-ного водного раствора-КЛ, Е2ЭД 0,31 ПИ 62, из которого извлекают КЛ Зх 695 мае. ч. ТХЭ. Получают 970 мае.ч. водного раствора, содержащего 21,85% (212 мае.ч.) КЛ, Ее9о 0,19, ПИ 22. Степень извлечения КЛ (212/225) ,2%, при этом необходимо утилизировать 480 мае. ч. водных стоков и дополнительно регенерировать 2085 мае.ч. ТХЭ.

По сравнению с примером 1 заметно существенное увеличение степени извлечения КЛ, однако по сравнению с

0

0

,

5

примером 2 качество КЛ заметно ухудшилось.

Дальнейшее снижение подачи озона (менее 0,5 кг/т) не приводит к существенному увеличению степени извлечения КЛ, однако качество извлеченного КЛ не позволит использовать его в основной технологической схеме.

Таким образом, применение предложенного способа приводит к снижению потерь КЛ, при этом качество извлеченного КЛ не хуже чем у полученного на основной технологической схеме, что позволяет вводить водный раствор КЛ в нужной точке схемы и снизить расходы на последующее выделение КЛ и доведение до товарных кондиций. Экономический эффект при условиях: количество сжигаемых стоков 0,3 м3/ч содержание в них КЛ до 20%, степень извлечения КЛ 80% и себестоимость товарногб КЛ 880 руб/т - составит 0,3 мз/ч 8000 ч/год .0,2-880 руб/т 338 тыс. руб/год.

Кроме того, предложенный способ позволяет в 4-5 раз снизить дополнительное количество ТХЭ, необходимое для извлечения КЛ, и соответственно снизить энергопотребление на стадии регенерации ТХЭ.

Формула изобретения

Способ выделения капролактама из отработанного трихлорэтилена в производстве капролактама, полученного со стадии водной реэкстракции капролактама, путем перегонки трихлорэти- лена-сырца с отбором с верха колонны очищенного трихлорэтилена и выводом из куба остатка перегонки, содержащего капролактам и примеси, который затем обрабатывают водой с отделением трихлорэтилена от водного раствора капролактама, из которого экстрагируют капролактам чистым три- хлорэтиленом, и затем из экстракта извлекают капролактам водной реэкст- ракцией с получением раствора очищенного капролактама в воде и отработанного трихлорэтилена, возвращаемого в цикл регенерации трихлорэтилена, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода капролактама и уменьшения количества уничтожаемых стоков, кубовый остаток из колонны перегонки трихлоэтиле- на смешивают с острым водяным паром и направляют в дополнительную колонну.

S177760010

- D ounci ЯЧРПТПППЯ срительно обрабатывают о зо но -воз душ ной

оГпоГс1Л.2Sra иГо ти-сРмесьЮ из расчета 0,5-0,8 кг озона

леЈ а иПуба колонны выводят водный на 1 т капролактама, и затем ведут раствор капролактама, который предва- g экстракцию чистым трихлорэтиленом.

ТУЭ/& &

тхз

водный ршфинагп но. унит-тохселие

Водный раып - во/

bob капро. тама

#0 pfte-fffjo&tfwo