PL206165B1

PL206165B1 - Sposób otrzymywania bisfenolu A

Info

Publication number: PL206165B1
Application number: PL369166A
Authority: PL
Inventors: Maciej Kiedik; Kazimierz Szymański; Ryszard Kościuk; Józef Kołt; Anna Rzodeczko; Krzysztof Książek; Małgorzata Kałędkowska; Ryszard Smolnik; Jerzy Mróz
Original assignee: Kałędkowska Małgorzatakałędkowska Małgorzata; Kiedik Maciejkiedik Maciej; Mróz Jerzymróz Jerzy; Pcc Synteza Spółka Akcyjnapcc Synteza Spółka Akcyjna; Rzodeczko Annarzodeczko Anna; Smolnik Ryszardsmolnik Ryszard; Sokołowski Adamsokołowski Adam
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2010-07-30
Also published as: PL369166A1; EP1809589B1; ATE410401T1; WO2006008230A1; PL1809589T3; DE602005010292D1; EP1809589A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania bisfenolu A.

W opisie patentowym US nr 5315042 opisano cią g ł y proces otrzymywania bisfenolu A polegający na kontakcie fenolu z acetonem w obecności kwasowego katalizatora przy zwiększonej szybkości przepływu przez katalizator, przy czym wspomniana szybkość przepływu jest wystarczająca do spowodowania zmniejszenia konwersji acetonu, przez co zawartość acetonu jest utrzymywana na wysokim poziomie, powodując wysoką szybkość reakcji i odpowiedni wzrost wydajności bisfenolu A, odpowiednie wydzielenie utworzonego bisfenolu A przed wyczerpaniem acetonu. Dzięki temu czas przebywania bisfenolu w sferze reakcji jest zmniejszony i zmniejsza się zawartość niepożądanych produktów ubocznych, rzutujących na kolor bisfenolu A. Wadą tego sposobu jest wysoka energochłonność wynikająca z niskiej konwersji acetonu i odpowiednio małego przyrostu stężenia bisfenolu A w reakcji (10 - 13%), przez co ilość nieprzereagowanych surowców do przerobu i regeneracji w przeliczeniu na 1 tonę produktu jest bardzo duża.

W opisie patentowym mię dzynarodowym WO 94/19302 firmy China Petro-Chemical-Corp. podano proces otrzymywania bisfenolu A wysokiej czystości, w którym przereagowanie od około 4 - do okoł o 12 - krotnego stosunku molowego fenolu do acetonu, w obecnoś ci modyfikowanej ż ywicy jonowymiennej jako katalizatora, prowadzi się w zasadniczo pionowym, wielostopniowym aparacie do reakcyjnego strippingu w zawiesinie. Cały fenol konieczny dla reakcji kondensacji z acetonem wprowadza się do kolumny - reaktora nad najwyższą półkę, część całego potrzebnego acetonu wprowadza się odpowiednio na półkę poniżej półki najwyższej i niektóre lub wszystkie półki niższe a inertny strumień gazowy przepływa ku górze przez komorę katalityczną, tworząc zawiesinę ciecz - ciało stałe, dla odpędzenia wody z mieszaniny reakcyjnej. Sposób ten jest bardzo skomplikowany technicznie i nie nadaje się do praktycznego zastosowania.

W polskim zgł oszeniu P - 347705 opisano proces z zastosowaniem dwustrefowego zł o ż a katalizatora w połączeniu z odpowiednimi dla tych stref odbiorami mieszaniny poreakcyjnej i z utrzymaniem odpowiednio wysokiego stężenia wody i właściwej temperatury w złożu katalitycznym oraz z odpowiednim oczyszczeniem produktu. Sposób ten charakteryzuje się również niskim przyrostem bisfenolu A w reakcji, przez co jego energochłonność jest zbyt duża.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu otrzymywania bisfenolu A o wysokiej czystości z selektywnością ponad 95% w taki sposób, aby w węźle reakcji osiągnąć przyrost bisfenolu A co najmniej 23%.

Według wynalazku w pierwszym stopniu reakcji kondensacji zachodzi wstępne przereagowanie do uzyskania przyrostu bisfenolu A o 2-15%, natomiast reakcję w drugim stopniu prowadzi się tak, aby różnica stężeń wody pomiędzy wlotem a wylotem z reaktora drugiego stopnia reakcji wynosiła 0,1-0,5%, natomiast różnica stężeń acetonu pomiędzy wlotem a wylotem z reaktora drugiego stopnia wynosiła nie więcej niż 2%, różnica pomiędzy stężeniem bisfenolu A na wlocie i wylocie z tego reaktora wynosiła 1-5%, zaś różnica temperatur pomiędzy wlotem a wylotem z reaktora drugiego stopnia wynosiła nie więcej niż 15°C, korzystnie 5°C.

Z mieszaniny reakcyjnej w drugim stopniu kondensacji usuwa się w sposób ciągły część wody reakcyjnej.

Otrzymaną w drugim stopniu mieszaninę poreakcyjną, zawierającą nie mniej niż 15% bisfenolu A, korzystnie nie mniej niż 23%, kieruje się do układu destylacyjnego, w którym oddestylowuje się frakcję zawierającą aceton, wodę i fenol, otrzymując jako pozostałość surowy bisfenol A, zawierający nie więcej niż 5%, korzystnie nie więcej niż 1% fenolu, kieruje się do rozdziału destylacyjnego lub do stopowej krystalizacji frakcjonowanej, gdzie otrzymuje się optycznie czysty bisfenol A oraz pozostałość zawierającą bisfenol A i jego izomery.

Mieszaninę poreakcyjną z drugiego stopnia reakcji kondensacji kieruje się do krystalizacji suspensyjnej, gdzie otrzymuje się zawiesinę kryształów adduktu bisfenol A -fenol, z której na drodze filtracji lub wirowania wydziela się addukt, który następnie kieruje się do układu destylacyjnego w celu wydzielenia bisfenolu A i ługów pokrystalizacyjnych, które po oddestylowaniu wody kierowane są na drugi stopień reakcji lub do rozdziału destylacyjnego.

Mieszanina poreakcyjna z pierwszego stopnia reakcji kondensacji, przed skierowaniem do drugiego stopnia reakcji, stosowana jest do przemywania kryształów adduktu w trakcie filtracji lub wirowania po krystalizacji suspensyjnej.

PL 206 165 B1

Pozostałość po destylacyjnym rozdziale lub po krystalizacji frakcjonowanej rozcieńcza się strumieniem fenolowym i poddaje się krystalizacji statycznej, otrzymując addukt bisfenolu A z fenolem, który kieruje się do układu destylacyjnego wraz ze strumieniem mieszaniny poreakcyjnej z drugiego stopnia kondensacji oraz pozostałość po krystalizacji statycznej.

Z pozostał o ś ci po krystalizacji statycznej oddestylowuje się fenol a nastę pnie poddaje się rozkładowi termicznemu wobec katalizatorów zasadowych a destylat uzyskany w efekcie rozdziału rozcieńcza się strumieniem fenolowym, po czym kontaktuje się z kationitem a produkt reakcji przegrupowania kieruje się do krystalizacji statycznej.

Pozostałość po rozdziale destylacyjnym lub po stopowej krystalizacji frakcjonowanej rozcieńcza się strumieniem fenolowym a następnie poddaje się izomeryzacji przez kontakt z kwaśną żywicą jonowymienną w temperaturze 55-95°C, korzystnie w temperaturze 70 - 85°C.

Produkt izomeryzacji kieruje się do krystalizacji statycznej lub w całości albo częściowo zawraca się do układu destylacyjnego.

Pozostałość po destylacyjnym rozdziale lub po stopowej krystalizacji frakcjonowanej poddaje się rozkładowi termicznemu wobec katalizatorów zasadowych a destylat uzyskany w efekcie rozkładu rozcieńcza się strumieniem fenolowym, po czym kontaktuje się z kationitem makroporowatym, zaś produkt reakcji przegrupowania kieruje się do rozkładu destylacyjnego wraz ze strumieniem mieszaniny poreakcyjnej z drugiego stopnia reakcji kondensacji.

Stopień wypełnienia katalizatorem wynosi w reaktorze pierwszego stopnia od 25% do 55%, natomiast w reaktorach drugiego stopnia od 30% do 95%.

Reaktory drugiego stopnia i opcjonalnie pierwszego stopnia są podzielone na co najmniej dwie sekcje reakcyjne przez co najmniej trzy zestawy dysz szczelinowych, umieszczonych na różnych wysokościach reaktorów.

Na jeden reaktor pierwszego stopnia przypada od jednego do sześciu reaktorów drugiego stopnia.

Sposób według wynalazku pozwala otrzymać bisfenol A o wysokiej czystości z selektywnością 95-98% a dzięki wyjątkowo dużemu przyrostowi bisfenolu A w reakcji (20-25%) ilość nie przereagowanych surowców do oddestylowania i przerobu jest zdecydowanie niższa, przez co proces charakteryzuje się bardzo niskim zużyciem energii.

P r z y k ł a d 1.

Proces kondensacji prowadzi się dwustopniowo, w pierwszym stopniu w reaktorze o pojemności 20 m³, zawierającym stałe złoże katalizatora, którym jest Purolite CT 122 z 15% grup sulfonowych zobojętnionych 2,2 - dimetylotiazolidyną. Objętość złoża wynosi 6,5 m³.

Do reaktora wprowadza się od dołu mieszaninę fenolu i acetonu w stosunku molowym 20 1.

W reaktorze utrzymuje się temperaturę 55-57°C. Mieszaninę poreakcyjną opuszczająca reaktor pierwszego stopnia, zawierającą 5,2% bisfenolu A i 0,2% produktów ubocznych rozdziela się na dwa równe strumienie i kieruje się do dwu reaktorów drugiego stopnia o pojemności 85 m³ każdy, zawierających stałe złoże o objętości 40 m³ kationitu CT 122 z 23% grup sulfonowych zobojętnionych 2,2 - dimetylotiazolidyną. Reaktor posiada 3 zestawy szczelinowych dysz filtracyjno - wtryskowych na dole, w części środkowej i części górnej. Pomiędzy dyszami dolnymi i środkowymi cyrkulowana jest mieszanina reakcyjna. Z tej mieszaniny, przy pomocy wyparki pod próżnią 13 kPa w temperaturze 97°C, oddestylowuje się strumień, zawierający wodę, aceton i fenol. Parametry reakcji: temperatura na wlocie do reaktora 60°C, na wylocie 72°C. Stężenie wody na wlocie 1,2%, na wylocie 1,4%, stężenie acetonu na wlocie 3,2%, na wylocie 2,1%, stężenie bisfenolu A na wlocie 23,1%, na wylocie 25,4%. Mieszaninę poreakcyjną zawierającą 25,4% bisfenolu A i 1,2% produktów ubocznych kieruje się do układu destylacyjnego, gdzie otrzymuje się surowy bisfenol A, zawierający 1,2% fenolu i 4,3% produktów ubocznych. Surowy bisfenol A o czystości około 95% poddaje się destylacji pod próżnią około 0,13 kPa, otrzymując bisfenol A optyczny o czystości 99,98% i barwie w stopie 5 jednostek APHA oraz pozostałość zawierającą mieszaninę bisfenolu A i produktów ubocznych.

Pozostałość po destylacji bisfenolu A rozcieńcza się strumieniem fenolowym i poddaje krystalizacji statycznej, otrzymując addukt bisfenolu A z fenolem o składzie: bisfenol A 62%, fenol 37,9%, produkty uboczne 0,1%. Addukt w stanie stopionym kieruje się do układu destylacyjnego, łącznie ze strumieniem mieszaniny poreakcyjnej ze stopnia drugiego kondensacji.

Z pozostałości po krystalizacji statycznej oddestylowane się fenol a pozostałość poddaje się termicznemu rozkładowi wobec 0,3% NaOH, w temperaturze 240°C, pod próżnią 1,3 kPa. Otrzymany destylat rozcieńcza się fenolem w stosunku 2 1 i kontaktuje w temperaturze 72°C z 5 m³ makropo4

PL 206 165 B1 rowatego kationitu Purolite CT 175. Otrzymany produkt przegrupowania zawraca się do krystalizacji statycznej.

P r z y k ł a d 2.

Surowy bisfenol A, otrzymany zgodnie z przykładem 1, kieruje się do stopowej krystalizacji frakcjonowanej, gdzie otrzymuje się bisfenol A o czystości 99,98% i barwie w stopie 5 jednostek APHA oraz pozostałość, zawierającą bisfenol A i produkty uboczne, którą kieruje się do termicznego rozkładu, gdzie w temperaturze 245°C, w obecności 0,4% NaHCO3, pod próżnią 2 kPa uzyskuje się mieszaninę zawierającą głównie fenol, p -izopropenylofenol, jego dimery liniowe i oligomery.

Powyższą mieszaninę rozcieńcza się strumieniem fenolowym w stosunku 2,5 : 1 i kontaktuje się w temperaturze 75°C z 5 m³ kationitu makroporowatego Purollite CT 175.

Produkt przegrupowania wprowadza się do układu destylacyjnego, łącznie z mieszaniną poreakcyjną z drugiego stopnia reakcji.

P r z y k ł a d 3

Pozostałość po stopowej krystalizacji frakcjonowanej rozcieńcza się strumieniem fenolowym w stosunku 1,5 : 1 i kontaktuje się w temperaturze 78°C z 10 m³ kationitu makroporowatego Purolite CT 175 w celu izomeryzacji i przegrupowania produktów ubocznych , głównie 2,4- izomeru w kierunku bisfenolu A. Produkt kierowany jest do krystalizacji statycznej i kontynuuje się jego przerób zgodnie z przykł adem 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania bisfenolu A z fenolu i acetonu wobec kwaśnej żywicy jonowymiennej, w dwu stopniach reakcji, przy przepływie mieszaniny reakcyjnej od dołu do góry reaktora, znamienny tym, że w pierwszym stopniu reakcji kondensacji zachodzi wstępne przereagowanie do uzyskania przyrostu stężenia bisfenolu A o 2-15%, natomiast reakcję w drugim stopniu prowadzi się tak, aby różnica stężeń wody pomiędzy wlotem a wylotem z reaktora drugiego stopnia reakcji wynosiła 0,1-0,5%, natomiast różnica stężeń acetonu pomiędzy wlotem a wylotem z reaktora drugiego stopnia wynosiła nie więcej niż 2%, różnica pomiędzy stężeniem bisfenolu A na wlocie i wylocie z tego reaktora wynosiła 1-5%, zaś różnica temperatur pomiędzy wlotem a wylotem z reaktora drugiego stopnia wynosiła nie więcej niż 15°C, korzystnie 5°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że z mieszaniny reakcyjnej w drugim stopniu kondensacji usuwa się w sposób ciągły część wody reakcyjnej.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymaną w drugim stopniu mieszaninę poreakcyjną, zawierająca nie mniej niż 15% bisfenolu A, korzystnie nie mniej niż 23%, kieruje się do układu destylacyjnego, w którym oddestylowuje się frakcję zawierającą aceton, wodę i fenol, otrzymując jako pozostałość surowy bisfenol A, zawierający nie więcej niż 5%, korzystnie nie więcej niż 1% fenolu, kieruje się do rozdziału destylacyjnego lub do stopowej krystalizacji frakcjonowanej, gdzie otrzymuje się optycznie czysty bisfenol A oraz pozostałość zawierającą bisfenol A i jego izomery.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę poreakcyjną z drugiego stopnia reakcji kondensacji kieruje się do krystalizacji suspensyjnej, gdzie otrzymuje się zawiesinę kryształów adduktu bisfenol A - fenol, z której na drodze filtracji lub wirowania wydziela się addukt, który następnie kieruje się do układu destylacyjnego, wydzielając bisfenol A i ługi pokrystalizacyjne, które po oddestylowaniu wody kierowane są na drugi stopień reakcji lub do rozdziału destylacyjnego.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że mieszanina poreakcyjna z pierwszego stopnia reakcji kondensacji, przed skierowaniem do drugiego stopnia reakcji, stosowana jest do przemywania kryształów adduktu w trakcie filtracji lub wirowania po krystalizacji suspensyjnej.
6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że pozostałość po destylacyjnym rozdziale lub po krystalizacji frakcjonowanej rozcieńcza się strumieniem fenolowym i poddaje się krystalizacji statycznej, otrzymując addukt bisfenolu A z fenolem, który kieruje się do układu destylacyjnego wraz ze strumieniem mieszaniny poreakcyjnej z drugiego stopnia kondensacji oraz pozostałość po krystalizacji statycznej.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że z pozostałości po krystalizacji statycznej oddestylowuje się fenol a następnie poddaje się rozkładowi termicznemu wobec katalizatorów zasadowych a destylat uzyskany w efekcie rozdziału rozcieńcza się strumieniem fenolowym, po czym kontaktuje się z kationitem a produkt reakcji przegrupowania kieruje się do krystalizacji statycznej.

PL 206 165 B1
8. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że pozostało ść po rozdziale destylacyjnym lub po stopowej krystalizacji frakcjonowanej rozcieńcza się strumieniem fenolowym a następnie poddaje się izomeryzacji przez kontakt z kwaśną żywicą jonowymienną w temperaturze 55-95°C, korzystnie w temperaturze 70-85°C.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt izomeryzacji kieruje się do krystalizacji statycznej lub w całości lub częściowo zawraca się do układu destylacyjnego.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pozostałość po destylacyjnym rozdziale lub po stopowej krystalizacji frakcjonowanej poddaje się rozkładowi termicznemu wobec katalizatorów zasadowych a destylat uzyskany w efekcie rozkładu rozcieńcza się strumieniem fenolowym, po czym kontaktuje się z kationitem makroporowatym, zaś produkt reakcji przegrupowania kieruje się do układu destylacyjnego wraz ze strumieniem mieszaniny poreakcyjnej z drugiego stopnia reakcji kondensacji.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień wypełnienia katalizatorem wynosi w reaktorze pierwszego stopnia od 25% do 55%, natomiast w reaktorach drugiego stopnia od 30% do 95%.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor drugiego stopnia i opcjonalnie pierwszego stopnia są podzielone na co najmniej dwie sekcje reakcyjne przez co najmniej trzy zestawy dysz szczelinowych, umieszczonych na różnych wysokościach reaktora.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na jeden reaktor pierwszego stopnia przypada od jednego do sześciu reaktorów drugiego stopnia reakcji.