PL185458B1 - Sposób otrzymywania etanoloamin - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania etanoloamin z tlenku etylenu, znamienny tym, że tlenek etylenu miesza się z wodnym roztworem węglanu amonu w stosunku molowym węglanu amonu do tlenku etylenu od 0,5 do 50 wtemperaturze od 250 do 300 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 15 MPa a następnie mieszaninę reakcyjną spręża się do ciśnienia od 0,15 do 15 MPa i korzystnie wprowadza się do niej dwutlenek węgla, po czym mieszaninę reakcyjnąogrzewa się do temperatury od 290 do 440 K i utrzymuje się w tych warunkach do końca procesu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania etanoloamin, które stosowane są w przemyśle organicznym jako surowiec do otrzymywania związków zawierających azot na przykład morfoliny i jako rozpuszczalnik w procesach usuwania dwutlenku węgla z gazów:

Mieszanina etanoloamin otrzymywana jest w skali przemysłowej w reakcji tlenku etylenu i amoniaku. Znanych jest szereg wariantów tej metody otrzymywania. W zależności od parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu reakcji oraz stosunku reagentów: tlenku etylenu i amoniaku otrzymuje się w różnych proporcjach trzy produkty: monoetanoloaminę, dietanoloaminę i trietanoloaminę. Ponadto powstają produkty uboczne, głównie etery. W opracowaniu Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, (Vol. 1, str. 944, wyd. 3, John Wiley & Sons, New York) opisano sposób otrzymywania mieszaniny etanoloamin z tlenku etylenu i amoniaku z zastosowaniem wody jako środowiska reakcji. W temperaturze od 20 do 60°C i pod ciśnieniem od 0,1 MPa doi MPa po kilku godzinach uzyskuje się mieszaninę wspomnianych etanoloamin i produkty uboczne takie jak: glikol etylenowy, etery pochodne glikolu etylenowego i wodorotlenek tetraetanoloamoniowy. Proces prowadzony jest w obecności nadmiaru amoniaku w celu uzyskania w produktach przede wszystkim etanoloaminy i dwuetanoloaminy. Reakcja przyłączenia amoniaku do tlenku etylenu w temperaturach do 100°C praktycznie nie zachodzi bez obecności polarnego rozpuszczalnika na przykład wody.

Prowadzenie procesu przyłączenia amoniaku do tlenku etylenu w fazie wodnej lub innym polarnym rozpuszczalniku wykazuje szereg niedogodności. Reakcja musi być prowadzona do całkowitego przereagowania tlenku etylenu co wydłuża jej czas prowadzenia i zmusza do stosowania aparatury o dużych objętościach. Ponadto wydzielenie etanoloamin z mieszaniny poreakcyjnej wymaga desorpcji amoniaku i odparowania dużych ilości wody. Odparowanie wody i desorpcja i następnie sorpcja amoniaku wymagają dużych ilości energii. Zastosowanie katalizatorów umożliwia zmniejszenie ilości stosowanego rozpuszczalnika i skrócenie czasu reakcji. W opisie patentowym USA 4438281 podano metodę otrzymywania etanoloamin w obecności katalizatorów takich jak: zeolity 13X, 4A,Y i AW500, zaś w opisie patentowym zgłoszenia europejskiego 4015 przedstawiono metodę otrzymywania etanoloamin w obecności kwasu fosforowego i podfosforowego jako katalizatora. W opisach patentowych USA 4845286 i 4847410 przestawiono metodę otrzymywania etanoloamin w podwyższonej temperaturze i pod podwyższonym ciśnieniem, w fazie parowej bez stosowania rozpuszczalnika. Etanoloaminy, o przewadze monoetanoloaminy otrzymywano z tlenku etylenu i amoniaku w temperaturze powyżej 150°C, pod ciśnieniem powyżej 10 MPa. Zawartość wody w reagentach wynosiła 1,5% wagowego. Wadą tej metody są wysokie koszty ciśnieniowej aparatury.

185 458

Nieoczekiwanie okazało się, że jeśli w podwyższonej temperaturze od 290 do 440 K i pod podwyższonym ciśnieniem od 0,5 do 15,0 MPa, miesza się wodny roztwór węglanu amonu z tlenkiem etylenu, to po czasie od 0,2 do 3 godzin otrzymuje się mieszaninę etanoloamin, przy czym przy większym, od wynikającego ze stechiometrii reakcji, stosunku molowym węglanu amonu do tlenku etylenu uzyskuje się mieszaninę etanoloamin zawierającą wyższe stężenia monoetanoloaminy. Ponadto nieoczekiwanie okazało się, że jeśli do mieszaniny zawierającej wodny roztwór węglanu amonu i tlenku etylenu dodaje się dwutlenek węgla, to uzyskuje się również mieszaninę etanoloamin jednak zawartość w nich monoetanoloaminy jest wyższa niż w przypadku, kiedy zmiesza się jedynie wodny roztwór węglanu amonu i tlenku etylenu w tej samej proporcji. Jednocześnie udział monoetanoloaminy w mieszaninie etanoloamin rośnie ze wzrostem ilości podawanego dwutlenku węgla i ze wzrostem ciśnienia.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wodny roztwór węglanu amonu o stężeniu od 10 do 70% wagowych miesza się z tlenkiem etylenu w stosunku molowym węglanu amonu do tlenku etylenu od 0,5 do 50, korzystnie od 10 do 35 w temperaturze od 250 do 300 K i pod ciśnieniem od0,1 do 15,0 MPa. Następnie mieszaninę reakcyjną spręża się do ciśnienia od 0,15 do 15,0 MPa i podgrzewa do temperatury od 290 do 440 K, po czym utrzymuje się w tych warunkach od 0,2 do 3 godzin. Następnie mieszaninę chłodzi się do temperatury od 270 do 300 K i rozpręża do ciśnienia od 0,1 do 0,3 MPa, a z powstałego roztworu wodnego węglanu amonu i etanoloamin wydziela się etanoloaminy. Korzystne jest, aby do mieszaniny wodnego roztworu węglanu amonu i tlenku etylenu w temperaturze od 250 do 300 K i pod ciśnieniem od 1,0 do 15,0 MPa dodać dwutlenek węgla, korzystnie w ilości od 0,5 do 10 moli najeden mol węglanu amonu, a następnie podgrzać powstałą mieszaninę do temperatury od 290 do 440 K i utrzymywać ją w tych warunkach od 0,2 do 3 godzin. W tych warunkach w obecności dwutlenku węgla uzyskuje się większą zawartość monoetanoloaminy w mieszaninie etanoloamin. Wraz ze wzrostem ciśnienia mieszaniny reakcyjnej i stosunku molowego dwutlenek/tlenek etylenu węgla rośnie zawartość monoetanoloaminy w mieszaninie etanoloamin. Sposób według wynalazku posiada szereg zalet w stosunku do znanych metod opisanych powyżej. Węglan amonu jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i możliwe jest operowanie stężonymi roztworami co zmniejsza ilości stosowanej wody w obiegu. Reakcj aj est bardziej selektywna i otrzymuj e się głównie najcenniej szy produkt monoetanoloaminę a dodanie dwutlenku węgla poprawia dodatkowo selektywność reakcji. Ponadto amoniak związany w sól (węglan amonu), nie desorbuje co pozwala na stosowanie wysokich temperatur reakcji bez konieczności wysokiego ciśnienia.

Sposób według wynalazku ilustrują następujące przykłady.

Przykład I. Do przepływowego mieszalnika podaj e się 5 kg/godzinę wodnego roztworu węglanu amonu o stężeniu 20% wagowych i 0,045 kg/godzinę tlenku etylenu. Temperatura mieszaniny reakcyjnej w mieszalniku wynosi 295 K, a ciśnienie 0,5 MPa. Następnie mieszaninę przesyła się do przepływowego reaktora ciśnieniowego, w którym mieszaninę podgrzewa się do temperatury 355 K przy ciśnieniu 0,8 MPa. Mieszaninę reakcyjną utrzymuje się w tych warunkach przez 2 godziny. W mieszaninie poreakcyjnej stwierdzono obecność etanoloamin i węglanu amonu, nie stwierdzono obecności tlenku etylenu. Wydzielona mieszanina etanoloamin zawierała: 45,3% wagowych monoetanoloaminy, 38,7% wagowych dietanoloaminy i 16% wagowych trietanoloaminy.

Przykład II. Do przepływowego mieszalnika podaje się 10 kg/godzinę wodnego roztworu węglanu amonu o stężeniu 20% wagowych i 0,045 kg/godzinę tlenku etylenu. Temperatura mieszaniny reakcyjnej w mieszalniku wynosi 295 K, a ciśnienie 0,5 MPa. Następnie mieszaninę przesyła się do przepływowego reaktora ciśnieniowego, w którym mieszaninę podgrzewa się do temperatury 355 K przy ciśnieniu 0,8 MPa. Mieszaninę reakcyjną utrzymuje się w tych warunkach przez 2 godziny. W mieszaninie poreakcyjnej stwierdzono obecność etanoloamin i węglanu amonu, nie stwierdzono obecności tlenku etylenu. Wydzielona mieszanina etanoloamin zawierała: 56,4% wagowych monoetanoloaminy, 29,3% wagowych dietanoloaminy i 14,3% wagowych trietanoloaminy.

185 458

Przykład III. Do przepływowego mieszalnika podaje się 5 kg/godzinę wodnego roztworu węglanu amonu o stężeniu 25% wagowych i 0,05 kg/godzinę tlenku etylenu. Temperatura mieszaniny reakcyjnej w mieszalniku wynosi 292 K, a ciśnienie 0,3 MPa. Następnie mieszaninę spręża się do ciśnienia 5 MPa i wprowadza się do niej 1 kg/godzinę dwutlenku węgla, po czym mieszaninę przesyła się do przepływowego reaktora ciśnieniowego, w którym podgrzewa się do temperatury 400 K przy ciśnieniu 5 MPa. W tych warunkach mieszaninę utrzymuje się 1,5 godziny. W mieszaninie poreakcyjnej stwierdzono obecność etanoloamin i węglanu amonu. Mieszanina nie zawierała tlenku etylenu. Skład wydzielonej mieszaniny etanoloamin był następujący: monoetanoloamina 59,3% wagowych, dietanoloamina 26,8% wagowych, trietanoloamina 13,9% wagowych.

Przykład IV. Do przepływowego mieszalnika podaje się 5 kg/godzinę wodnego roztworu węglanu amonu o stężeniu 50% wagowych i 0,05 kg/godzinę tlenku etylenu. Temperatura mieszaniny reakcyjnej w mieszalniku wynosi 293 K, a ciśnienie 0,4 MPa. Następnie mieszaninę spręża się do ciśnienia 15 MPa i wprowadza się do niej 1 kg/godzinę dwutlenku węgla, po czym mieszaninę przesyła się do przepływowego reaktora ciśnieniowego, w którym podgrzewa się ją do temperatury 440 K przy ciśnieniu 15 MPa. W tych warunkach mieszaninę utrzymuje się 1,2 godziny. W mieszaninie poreakcyjnej stwierdzono obecność etanoloamin i węglanu amonu. Mieszanina nie zawierała tlenku etylenu. Skład wydzielonej mieszaniny etanoloamin był następujący: monoetanoloamina 75,9% wagowych, dietanoloamina 18,9% wagowych, trietanoloamina 5,2% wagowych.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania etanoloamin z tlenku etylenu, znamienny tym, że tlenek etylenu miesza się z wodnym roztworem węglanu amonu w stosunku molowym węglanu amonu do tlenku etylenu od 0,5 do 50 w temperaturze od 250 do 300 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 15 MPa a następnie mieszaninę reakcyjną spręża się do ciśnienia od 0,15 do 15 MPa i korzystnie wprowadza się do niej dwutlenek węgla, po czym mieszaninę reakcyjną ogrzewa się do temperatury od 290 do 440 K i utrzymuje się w tych warunkach do końca procesu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tlenek etylenu miesza się z wodnym roztworem węglanu amonu w stosunku molowym węglanu amonu do tlenku etylenu od 10:1 do 35:1.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dwutlenek węgla wprowadza się do mieszaniny reakcyjnej w ilości od 0,5 do 10 moli na 1 mol węglanu amonu.