NO852837L - Fremgangsmaate ved fremstilling av en vannuloeselig organisk nitrogenbase og natriumkarbonat. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av en vannuløselig, nitrogenholdig organisk base, f.eks. et amin, fra en vandig løsning av et alkalimetall bikarbonat og hydrokloridet av den nitrogenholdige organiske base.

En fremgangsmåte for fremstilling av kalium eller natriumbikarbonat er kjent ifølge hvilken en vandig løsning av kalium eller natriumklorid blandes ved en organisk løsning av et vann-uløselig amin, den resulterende blanding behandles med en gass som inneholder karbondioksyd og underkastes så tyngdekraftseparasjon for å separere en vandig suspensjon av kalium eller natriumbikarbonat fra en organisk løsning av aminhydroklorid, den vandige suspensjon behandles for å skille fra det faste kalium eller natriumbikarbonat som den inneholder fra en moderlut,

og aminet regenereres fra den organiske løsning av aminhydroklorid (Patent GB-A-1.082.436 (Kaiser Aluminum&Chemical Corpora-tion) , side 2, linje 105 til side 3, linje 5; Central Patents Index, Basic Abstracts Journal, Section E, Week T.49, Derwent Publications Ltd., London, Abstract 78430T-E: Patent Application JP-A-7241237 (Israel Mining Ind. Inst. Res.&Dev.)).

I beskrivelsen som følger vil uttrykket "aminmetode" hen-vise til denne kjente metode for fremstilling av kalium eller natriumbikarbonat.

I denne kjente metode kan-det hende at moderluten, mettet med alkalimetallbikarbonat, også inneholder oppløst aminhydroklorid. Dette er spesielt tilfelle når aminet som anvendes er trietylamin eller et primært alkylamin som inneholder færre enn 18 karbonatomer i molekylet, slik som det som er kjent under handelsnavnet Primene 81R (Rohm&Haas), som inneholder ca. 12 til 14 karbonatomer i molekylet. I en kjent aminmetode som an-vender trietylamin,. behandles moderluten med et basisk reagens (kalsiumhydroksyd) for å spalte aminhydrokloridet som er oppløst i det, og aminet isoleres (Patent IL-A-33.551 (IMI (TAMI) Insti-tute for Research and Development), side 8, Eksempel 3). Denne kjente fremgangsmåte for regenerering av aminet medfører et meget stort forbruk av basisk reagens hvorav en betydelig del faktisk forbrukes unødig for å spalte natriumbikarbonat i moderluten.

Foreliggende oppfinnelse unngår denne ulempe ved å til-veiebringe en fremgangsmåte hvilken, idet alt annet er likt, gjør det mulig å redusere forbruket av basisk reagens som er nød- vendig for å gjenvinne de vannuløselige, nitrogenholdige organiske baser fra sine hydroklorider oppløst i vandige løsninger av alkalimetallbikarbonat.

Følgelig vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fremstilling av en vannuløselig,nitrogenholdig organisk base ut fra en vandig løsning av alkalimetallbikarbonat og hydrokloridet av den nitrogenholdige organiske base; ifølge oppfinnelsen behandles den vandige løsning først med et kompliment av hydrokloridet til den nitrogenholdige organiske base, og deretter med et basisk reagens med evne til å spalte hydrokloridet som er oppløst i den vandige løsning.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er den nitrogenholdige, organiske base definert som enhver vannuløselig nitrogenholdig, organisk reaktant med tilstrekkelig basisk karakter til å rea-gere med hydrogenklorid under dannelse av basehydrokloridet. Uttrykket "vannuløselig" skal bety at løseligheten til den nitrogenholdige,organiske base i vann ikke overstiger 2 vekt%

av løsningen, fortrinnsvis 1 %.

Den vandige løsning er generelt mettet med hydrokloridet av den nitrogenholdige, organiske base som skal fremstilles. Dets hydrokloridinnhold avhenger da av forskjellige faktorer, spesielt av den nitrogenholdige, organiske base som skal fremstilles og temperaturen. Den kan videre være en løsning som er mettet eller ikke mettet med alkalimetallbikarbonat. F. eks. kan den være en løsning som inneholder minst 0,05 vekt% av det organiske basehydrokloridet og minst 1 vekt% alkalimetallbikarbonat, spesielt en vandig løsning inneholdende mellom 0,1 og 10 vekt% av hydrokloridet av den nitrogenholdige, organiske base som skal fremstilles og mellom 1 og 9 vekt% alkalimetallbikarbonat. Fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er egnet i tilfelle.vandige løs-ninger samtidig mettet med hydrokloridet av den nitrogenholdige, organiske base som skal fremstilles og med alkalimetallbikarbonat. Den vandige løsning kan, om det måtte passe, inneholde andre oppløste substanser, såsom alkali eller jordalkalimetall-klorid.

Funksjonen av komplementet av hydroklorid av den nitrogenholdige organiske base er å spalte alkalimetallbikarbonat i den vandige løsning under dannelse av alkalimetallklorid og nitrogenholdig organisk base. Ifølge oppfinnelsen er det ønskelig at komplementet av hydrokloridet anvendes i en tilstrekkelig mengde til å spalte alt alkalimetallbikarbonat til en vandig løsning. Komplementet av hydroklorid kan med fordel foreligge i en over-skuddsmengde i forhold til det strengt nødvendig for å spalte alt alkalimetallbikarbonatet i den vandige løsning, for å aksele-rere spaltningen av alkalimetallbikarbonatet.

Når behandlingen av den vandige løsning med komplementet av hydroklorid er avsluttet, oppsamles en organisk fase inneholdende den nitrogenholdige, organiske base og en vandig fase inneholdende oppløst alkalimetallklorid og oppløst hydroklorid av den nitrogenholdige,organiske base.

Før den vandige fase behandles med det basiske reagens, skilles disse to faser fra hverandre, og den organiske fase isoleres. Denne adskillelsen kan utføres ved alle kjente egnede metoder, i alminnelighet anvendes en tyngdekraftseparasjon, hvilken kan utføres under tyngdekraften eller ved sentrifugerihg.

Det basiske reagens kan være enhver base som er i stand til å spalte hydrokloridet under dannelse av den nitrogenholdige, organiske base og resterende forbindelser som er ikke-blandbare med den nitrogenholdige, organiske base. Den velges fortrinnsvis fra sterkere organiske baser, spesielt slike hvis pH er minst 11, fortrinnsvis høyere enn 12. Eksempler på uorganiske baser som er egnet som basisk reagens, er alkali og jordalkalimetallkarbo-nater, oksyder og hydroksyder; vannløselige uorganiske baser foretrekkes, spesielt natriumoksyd og hydroksyd. I det tilfellet hvor det basiske reagens er en vannløselig, uorganisk base, kan sistnevnte med fordel anvendes i form av en vandig løsning.

Reaksjonsblandingen som isoleres ved slutten av behandlingen med den basiske reagens inneholder to ikke-blandbare faser, hvorav en inneholder den nitrogenholdige organiske base som skal produseres. For å oppsamle sistnevnte er det tilstrekkelig å utsette reaksjonsblandingen for en tyngdekraftseparasjon, og det er en fordel å tilsette et løsningsmiddel for den nitrogenholdige, organiske base på forhånd. Valget av arten og mengden av løs-ningsmiddel som skal anvendes bestemmes av det krav at det med den nitrogenholdige, organiske base danner en løsning hvis viskositet ikke innvirker på den effektive tyngdekraftseparasjon. For dette formål velges fortrinnsvis et organisk løsningsmiddel som, ved arbeidstemperaturen har en viskositet som ikke over stiger 3 centipois og fortrinnsvis 1 centipois. Av sikkerhets-grunner og fordi de er lette å bruke foretrekkes videre lite flyktige, organiske løsningsmidler med et flampunkt over arbeidstemperaturen.Valget av organisk løsningsmiddel kan også bestemmes av destinasjonen til den nitrogenholdige, organiske base. Når f.eks. hensikten er å produsere en organisk løsning av amin for fremstilling av natriumbikarbonat ved bruk av aminmetoden som er beskrevet tidligere, er det ønskelig å velge et organisk løsningsmiddel som, i tillegg til de :, tidligere nevnte egenskaper, erkarakterisert veden høy absorpsjonsgrad av karbondioksyd ved moderat temperatur, generelt under 100°C og spesielt mellom 15 og 70°C.

Et organisk løsningmiddel anvendes fortrinnsvis, for hvilket den organiske løsning som inneholder den nitrogenholdige, organiske base har en spesifikk vekt under den for den vandige fase. Med fordel velges et løsningsmiddel slik at forskjellen mellom spesifikk vekt av den vandige fase og av den organiske løsning vil være minst 5% av den spesifikke vekten til den organiske løsningen, og fortrinnsvis større enn 30% av denne spesifikke vekten.

Av økonomiske hensyn utføres fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis ved lav temperatur, i alminnelighet ved en temperatur under 60°C, fortrinnsvis mellom .15 og 4 0°C. I dette tilfellet kan det organiske løsningsmiddel med fordel velges fra hydrokarboner i en mengde justert slik at den organiske. løsningen inneholder mellom 25 og 75 vekt% nitrogenholdig organisk base. Eksempler på organiske løsningmidler som kan anvendes innenfor omfanget av oppfinnelsen er xylen, butylbenze-ner, metyletylbenzener og spesielt white spirit og kommersielle løsningsmidler som er kjent under handelsnavnet Isopar (Esso) som er en blanding av isoparaffiner, Solvesso (Esso) som er en blanding av aromatiske forbindelser, Shellsol AB (Shell) som er en blanding av aromatiske forbindelser og Shellsol K som er en blanding av alifatiske forbindelser.

Løsningsmidlet kan anvendes før, under eller etter behandlingen med det basiske reagens.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er generelt anvendelig på alle vannuløselige nitrogenholdige organiske baser som forut definert, hvilke med hydrogenklorid kan danne vannløselige, organiske hydroklorider; den er spesielt sterkt egnet for fremstilling av nitrogenholdig, organiske baser hvis løselighet i vann ikke overskrider 0,5 vekt%, og spesielt for slike hvis løselighet i vann er under 0,0 5 vekt%. Dette gjelder f.eks. iminer og deres derivater, kvaternære ammoniumsalter og aminer og deres derivater. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan like godt anvendes ved fremstilling av primære, sekundære eller tertiære aminer. Den finner en spesielt fordelaktig anvendelse i produksjon av primære aminer ut fra deres hydroklorider, og spesielt av primære alkylaminer som inneholder 7 til 18 (fortrinnsvis 12 til 14) karbonatomer, hvilke finner en fordelaktig anvendelse i fremstillingen av natriumbikarbonat med aminmetoden som er tidligere beskrevet. Av denne grunn kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med fordel kombineres med nevnte aminmetode, hvor den så anvendes for å regenerere den organiske aminløsning.

Følgelig vedrører oppfinnelsen også en fremgangsmåte ved fremstilling av natriumbikarbonat ifølge hvilken en blanding dannes med en vandig løsning av natriumklorid og en organisk løs-ning av et vannuløselig amin, den resulterende blanding behandles med en gass inneholdende karbondioksyd under dannelse av en vandig suspensjon av natriumbikarbonat og en organisk løsning av aminhydrokloridet, og den vandige suspensjon av natriumbikarbonat behandles for å skille ut fra det faste vandige bikarbonat som det inneholder og en moderlut; ifølge oppfinnelsen behandles moderluten med minst en fraksjon av en organisk løsning av aminhydroklorid, en organisk aminløsning som resirkuleres til den forannevnte blanding, og en vandig løsning oppsamles separat, den vandige løsning behandles med et basisk reagens som kan spalte aminhydrokloridet som den inneholder, og det resulterende amin, hvilket resirkuleres til den ovenfornevnte blanding, og en vandig fase, samles ved tyngdekraftseparasjonen.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes den organiske løsningsfraksjonen av aminhydroklorid i en tilstrekkelig mengde til å bevirke spaltning av alt natriumbikarbonat i moderluten.

I en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten for fremstilling av natriumbikarbonat ifølge oppfinnelsen anvendes det basiske reagens i en vandig løsning av natriumhydroksyd og den resterende vandige fase fra tyngdekraftseparasjonen er tilsatt natriumklorid, og resirkuleres så til utgangsblandingen. For å tilsette natriumklorid til den resterende vandige fase fra tyngdekraftseparasjonen er det f.eks. mulig å perkolere den gjennom en avsetning av steinsalt.

Spesielle trekk og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av den eneste figur på den vedlagte tegning, som viser det generelle konsept av et anlegg for fremstilling av natriumbikarbonat ved aminmetoden som tidligere er beskrevet, hvilket medfører en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen.

Anlegget som er vist på figuren inneholder et krystalli-seringskammer 1 som kontinuerlig mates med en i det vesentlig mettet vandig løsning av natriumklorid 2, en organisk løsning av et primært amin 3 som er uløselig i den vandige løsning av natriumklorid, og en gass inneholdende karbondioksyd 4. Den organiske løsningen av primært amin kan f.eks. være en løsning med 50% styrke (vektbasis) i xylen av aminet Primene 81R (Rohm & Haas), hvilket er et primært alkylamin inneholdende mellom 12 og 14 karbonatomer i molekylet. Gassen 4 er fortrinnsvis en anriket gass som inneholder 60 til 80 vekt% karbondioksyd, f.eks. frem-stilt ved å blande en kalkovngass i hensiktsmessige forhold med en restgass fra kalcineringen av natriumbikarbonat til natrium-monokarbonat. Mengden av gass som anvendes bør være tilstrekkelig til å overføre en vesentlig del av natriumkloridet i løsning 2 til natriumbikarbonat. Som et alternativ kan man forut for behandling i .krystallisasjonskammeret 1 ha en partiell karboni-sering av blandingen ved hjelp av en gass med et lavt innhold av karbondioksyd, såsom en kalkovngass.

Ut fra krystalliseringskammeret 1 tar man en væske 5 som inneholder en blanding av vandig løsning og organisk løsning og inneholder natriumbikarbonatkrystaller i suspensjon. Denne væsken 5 overføres til et tyngdekraftseparasjonskammer 6, hvor en organisk løsning av aminhydroklorid 7 adskilles med tyngdekraften fra en vandig oppslemming 8 av natriumbikarbonatkrystaller. Sistnevnte føres til en tilbakeholdings- eller filtreringsanord-ning 9, hvor fast natriumbikarbonat 10 og en moderlut 11 samles separat. Sistnevnte er mettet med natriumbikarbonat og inneholder oppløst aminhydroklorid.

Ifølge oppfinnelsen er den organiske løsning av aminhydroklorid 7 oppdelt i to fraksjoner 12 og 13, en fraksjon 12 og moderluten 11 innføres i et reaksjonskammer 14 og røres kraftig i dette for å igangsette en reaksjon mellom natriumbikarbonat og aminhydroklorid, hvilket fører til dannelse av natriumklorid som går i den vandige løsning, primært amin som går i den organiske løsning, og karbondioksyd. Mengden av fraksjon 12

er tilstrekkelig til å spalte alt natriumbikarbonat i moderluten. For å fremme reaksjonen mellom natriumbikarbonat og aminhydroklorid oppvarmes reaksjonskammeret 14, f.eks. til en temperatur av en størrelsesorden 60°C, og karbondioksydet som dannes deri fjernes ved hjelp av en vakuumpumpe 15. Karbondioksyd 28 taes ut fra reaksjonskammeret 14 med pumpen 15 og pumpes med fordel tilbake til krystallisasjonskammeret 1.

En væske 16 bestående av en blanding av en fortynnet vandig løsning av natriumklorid og en organisk løsning av amin taes ut fra reaksjonskammeret 14; denne væsken føres til et tyngdekraftseparasjonskammer 17, fra hvilket den fortynnede vandige løsning av natriumklorid 18 og den organiske løsning av amin 19 samles separat.

Den fortynnede vandige løsning av natriumklorid 18 inneholder fortsatt oppløst aminhydroklorid. Denne overføres til et reaksjonskammer 29, hvilket tilføres en vandig løsning av natriumhydroksyd 30 i tilstrekkelig mengde til å spalte alt aminhydrokloridet som foreligger i natriumkloridløsningen 18.

Den vandige løsning 30 kan med fordel bestå av en vandig løsning inneholdende mellom 30 og 60 vekt% natriumhydroksyd, og frem-stilt ved elektrolyse av en vandig løsning av natriumklorid i en elektrolysecelle inneholdende kvikksølv og en selektiv gjennom-trengelig membran. Som et alternativ kan den også være en vandig løsning inneholdende mellom 10 og 20 vekt% natriumhydroksyd og mellom 10 og 20 vekt% natriumklorid, hvilket produseres ved elektrolyse av en vandig løsning av natriumklorid i en diafragma-celle.

Væsken 31 som er tatt ut fra reaksjonskammeret 29 føres til et tyngdekraftseparasjonskammer 32, fra hvilket en fortynnet vandig løsning av natriumklorid 33 befridd for aminhydroklorid og en organisk løsning av amin 34 samles separat.

Den fortynnede vandige løsning av natriumklorid 33 inn-føres så i en avsetning av steinsalt 20, fra hvilket en ekviva-lent mengde mettet vandig løsning av natriumklorid 21 taes ut

og kombineres med strømmen 2 av utgangsnatriumklorid.

De organiske løsninger av amin 19 og 34, samlet fra tyngde-kraf tsseparasjonskamrene 17 og 32 slås sammen med den organiske utgangsløsning av amin 3 og innføres med sistnevnte i krystalliseringskammeret 1.

Som et alternativ slås alt eller en del 22 av de organiske løsninger av amin 19 og 34 sammen med fraksjon 13 av den organiske løsning av aminhydroklorid.

Ifølge en modifisert utførelsesform av fremgangsmåten inn-føres et organisk løsningsmiddel 35 for aminet i reaksjonskammeret 29 for å lette tyngdekraftsseparasjonen i kammeret 32. Som et alternativ kan det organiske løsningsmiddel 35 blandes med den vandige løsning 18 eller væsken 31.

Fraksjon 13 av den organiske løsning av aminhydroklorid (eventuelt blandet med den organiske løsning av amin 22) behandles så på en i og for seg kjent måte innenfor aminteknikken for å regenerere aminet. For dette formål sendes den til et reaksjonskammer 23 hvor den røres med en vandig suspensjon av kalsiumhydroksyd 24, og den resulterende reaksjonsblanding sendes til et tyngdekraftsseparasjonskammer 26, fra hvilket en vandig løsning av kalsiumklorid 37 og en organisk løsning av amin 3, som resirkuleres til krystallisasjonskammeret 1, samles separat.

Det følgende eksempel vil brukes for å klarlegge oppfinnelsen.

En vandig løsning av natriumklorid ble anvendt, inneholdende 100 g natriumklorid pr. kg og mettet med hydroklorid av aminet "Primene 81R" (Rohm&Haas). Således inneholdt denne løsning 2,8 g karbon pr. kg i form av aminhydrokloridet.

52,7 g av den vandige løsning ble blandet med 1,82 cm 3av en normal løsning av natriumhydroksyd, og så ble den tilsatt 5 g av det organiske løsningsmiddel "Shellsol K" (Shell).

Etter homogenisering fikk den resulterende blanding stå og skille seg ved tyngdekraftens hjelp i 24 timer, den vandige fasen ble isolert og dens restinnhold av amin ble målt ved å bestemme karbonet: en konsentrasjon på 0,033 g karbon pr. kg vandig fase ble funnet.

Man kan se at tapet av amin i den vandige fase er neglisjer-bart .

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en vannuløselig nitrogenholdig organisk base ut fra en vandig løsning av alkalimetallbikarbonat og hydroklorid av den nitrogenholdige organiske base, ifølge hvilken den vandige løsning (11) behandles med et basisk reagens (30) med evne til å spalte hydrokloridet, karakterisert ved at før den vandige løsning (11) behandles med det basiske reagens (30), behandles den med et kompliment (12) av hydrokloridet av den nitrogenholdige organiske base.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at komplementet (12) av hydrokloridet av den organiske base anvendes i tilstrekkelig mengde til å spalte alt alkalimetallbikarbonat i den vandige løsning (11).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at etter at den vandige løs-ning (11) er blitt behandlet med komplementet (12) av hydrokloridet, underkastes den resulterende væske (16) en tyngdekraftseparasjon (17) for å skille en vandig fase (18) og en organisk fase (19), og den vandige fase (18) behandles med det basiske reagens (30).

4. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 3, karakterisert ved at etter at den .vandige løs-ning (11, 18) er blitt behandlet med det basiske reagens (30), underkastes den resulterende reaksjonsblanding (31) en tyngde-kraf tsseparas jon .

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at et løsningsmiddel (35) for den nitrogenholdige, organiske base tilsettes reaksjonsblandingen (31).

6. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det basiske reagens (30) velges fra vannløselige, uorganiske baser.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det som basisk reagens (30) anvendes et alkalimetall-hydroksyd.

8. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 7, karakterisert ved at den anvendes for fremstilling av et primært alkylamin som inneholder mellom 12 og 14 karbonatomer i molekylet.

9. Fremgangsmåte ved fremstilling av natriumbikarbonat hvori en blanding dannes med en vandig løsning av natriumklorid (2) og en organisk løsning av et vannuløselig amin (3), den resulterende blanding behandles med en gass (4) inneholdende karbondioksyd under dannelse av en vandig suspensjon av natriumbikarbonat (8) og en organisk løsning av aminhydroklorid (7), og den vandige suspensjon av natriumbikarbonat (8) behandles for å adskille det faste natriumbikarbonat (LO) som den inneholder og en moderlut (11), karakterisert ved at moderluten (11) behandles med minst en fraksjon (12) av den organiske løsning av aminhydroklorid (7), en organisk løsning av et amin (19) som resirkuleres til den ovenfor nevnte blanding, og en vandig løsning (18) samles separat, den vandige løsning (18) behandles med et basisk reagens (30) med evne til å spalte aminhydrokloridet som den inneholder, og det resulterende amin (34), som resirkuleres til den ovenfor nevnte blanding, og en vandig fase (33) isoleres ved tyngdekraftseparasjon.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at en vandig løsning av natriumhydroksyd anvendes som basisk reagens (30) , og den resterende vandige fase (33) fra tyngdekraftsseparasjonen perkoleres gjennom en avsetning av steinsalt (20) og resirkuleres deretter til utgangsblandingen.