PL174249B1 - Sposób otrzymywania mieszaniny alkanoloamin - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania mieszaniny alkanoloamin z tlenku alkenu i amoniaku, znamienny tym, że tlenek alkenu poddaje się reakcji z amoniakiem w środowisku alkoholu alifatycznego o ilości węgli w cząsteczce od 1 do 5, tak aby stosunek wagowy alkoholu alifatycznego do amoniaku wynosił od 1:1 do 1:50, w temperaturze od 290 do 470 K, korzystnie od 330 do 430 K i pod ciśnieniem od 0,02 do 20 MPa, korzystnie od 2 do 15 MPa, w czasie do 4 godzin, po czym 2 mieszaniny, po rozprężeniu, wydziela się mieszaninę alkanoloamin, którą rozdziela się znanymi sposobami.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania mieszaniny alkanoloamin z amoniaku i tlenku alkenu.

W skali przemysłowej mieszaniny alkanoloamin jak np. mieszanina etanoloamin otrzymywane są głównie z odpowiedniego tlenku alkenu i amoniaku. Znanych jest szereg wariantów tej metody otrzymywania. W zależności od parametrów procesu i stosunku masowego reagentów otrzymuje się trzy produkty: etanoloaminę, dietanoloaminę i trietanoloaminę w różnych proporcjach. W opracowaniu Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, (Vol. 1, str. 944, wyd. 3, John Wiley & Sons, New York) opisano sposób otrzymywania etanoloamin z tlenku etylenu i wodnego roztworu amoniaku. W temperaturze od 293 do 333 K i pod ciśnieniem od 0,1 do 1 MPa, po kilku godzinach uzyskuje się mieszaninę wspomnianych etanoloamin i produkty uboczne jak: glikol etylenowy, etery pochodne glikolu etylenowego i wodorotlenek tetraetanoloamoniowy.

Wodajest niedogodnym rozpuszczalnikiem do prowadzenia tej reakcji. Oddzielenie jej od produktów reakcji wymaga dużych ilości energii (duże ciepło parowania), a ponadto woda reaguje z tlenkiem etylenu z wytworzeniem produktów ubocznych takich jak glikol etylenowy, etery i wodorotlenek tetraetanoloamoniowy. Jednak bez udziału wody jako rozpuszczalnika reakcja podstawienia amoniaku do tlenku etylenu zachodzi, w umiarkowanych temperaturach, z niezadowalającą szybkością. Aby uzyskać znaczące wydajności mieszaniny etanoloamin po krótkich czasach reakcji, poniżej 1 godziny, i bez udziału wody konieczne jest stosowanie wysokich temperatur i ciśnień lub/i katalizatorów.

W opisach patentowych USA nr 4845286 i 4847410 przedstawiono metodę otrzymywania mieszaniny etanoloamin i innych alkanoloamin w podwyższonej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Mieszaninę etanoloamin, o przewadze monoetanoloaminy otrzymywano z tlenku etylenu i amoniaku (w stosunku molowym od 1:15 do 1:50) w temperaturze powyżej 423 K i pod ciśnieniem 10 MPa. Zawartość wody w reagentach wynosiła 1,5% wagowego. W opisie patentowym USA nr 4438281 podano metodę otrzymywania mieszaniny etanoloamin z tlenku etylenu i amoniaku z zastosowaniem katalizatorów takich jak zeolity 13X, 4A, Y i AW500, zaś w opisie patentowym zgłoszenia europej skiego 4015 metodę otrzymywania etanoloamin z tlenku etylenu i amoniaku wobec katalizatorów kwasu fosforowego i podfosforowego.

Nieoczekiwanie okazało się, że jeśli reakcję otrzymywania mieszaniny alkanoloamin z amoniaku i tlenku alkenu prowadzi się w środowisku lekkiego alkoholu alifatycznego o ilości węgli w cząsteczce od 1 do 5, to po czasie od 0,1 do 4 godzin uzyskuje się mieszaninę: monoalkanoloaminy, dialkanoloaminy i trialkanoloaminy, a stopień przereagowania tlenku

174 249 etylenu wynosi od 80 do 100%, przy czym nie powstają jako produkty uboczne glikole i etery glikolu i etery glikolu i odpowiedniego lekkiego alkoholu.

Sposób według wynalazku polega na zmieszaniu amoniaku, tlenku alkenu i lekkiego alkoholu alifatycznego zawierającego od 1do 5 węgli w cząsteczce lub mieszaniny tych alkoholi w ilości takiej, aby w powstałej mieszaninie stosunek wagowy alkoholu do amoniaku wynosił od 1:1 do 1:50, w temperaturze od 290 do 470 K, korzystnie od 330 do 430 K, i pod ciśnieniem od 0,02 do 20 MPa, korzystnie od 2 do 15 MPa. Proces prowadzi się w czasie od 0,1 do 4 godzin w zależności od temperatury, ciśnienia i zawartości alkoholu, stopień przereagowania tlenku etylenu przekracza 90%. Następnie mieszanina jest rozprężana i rozdzielana, najlepiej destylacyjnie. Otrzymuje się frakcje zawierającą amoniak i niewielkie ilości tlenku alkenu, lekki alkohol i mieszaninę alkanoloamin. Wydzielony amoniak, tlenek alkenu i lekki alkohol alifatyczny zawracane są ponownie do procesu. Sposób według wynalazku ilustrują następujące przykłady.

Przykład I. Do szklanego reaktora typu pompa mamut o pojemności 250 cm³ wprowadzono 200 cm3 metanolu. W temperaturze 303 K i pod ciśnieniem 0,5 MPa do reaktora wprowadzono gazowy NH3. Po uzyskaniu 50% (wagowych) roztworu amoniaku w metanolu przerwano podawanie amoniaku i zaczęto wprowadzać gazowy tlenek etylenu. Tlenek etylenu podawany był z taką szybkością aby całkowicie ulegał absorpcji w roztworze amoniaku. Po 1 godzinie, po wprowadzeniu 8 g tlenku etylenu, przerwano jego podawanie, a po 2 godzinach pobrano próbkę cieczy z reaktora. W mieszaninie poreakcyjnej nie stwierdzono obecności tlenku etylenu, glikoli i estrów. Po oddzieleniu amoniaku i metanolu pozostałość zawierała 72,0% monoetanoloaminy, 16,1% dietanoloaminy i 11,9 trietanoloaminy.

W przeprowadzonym w analogicznych warunkach doświadczeniu, w którym zastosowano 200 cm3 wody jako rozpuszczalnika stwierdzono w mieszaninie poreakcyjnej obecność glikoli i eterów. Po oddzieleniu wody i amoniaku pozostałość zawierała: 65,0% monoetanoloaminy, 19,3% dietanoloaminy, 13,8% trietanoloaminy i 1,9% eterów i glikoli.

Przykłady Π - VIII. Proces przeprowadzono w przepływowej aparaturze ciśnieniowej składającej się z pomp do podawania ciekłego NH3 i mieszaniny tlenku etylenu i alkoholu, mieszalnika chłodzonego wodą, reaktora rurowego, chłodnicy i ogrzewanego zaworu rozprężającego. Do mieszalnika podawano pompami NH3, tlenek etylenu i metanol w określonym stosunku molowym. Po zmieszaniu reagenty przesyłane były przez reaktor rurowy. Po przejściu przez reaktor mieszanina poreakcyjna była chłodzona i rozprężana do ciśnienia atmosferycznego. Czas przebywania w reaktorze regulowano szybkością podawania reagentów. Produkty ciekłe analizowano chromatograficznie. Stopień przereagowania tlenku etylenu określano z bilansu masowego. Parametry procesu i wyniki prób zestawiono w tabeli 1.

Tabela 1

Wyniki prób otrzymywania etanoloamin

Przykład	Warunki reakcji	Stosunek reagentów (mole)	Xet	Skład produktu (% wagowy)
Nr	T(K)	P(MPa)	t (min.)	NH3	C2H4O	CH3OH	(%)	MEA	DEA	TEA	GE
II	373	5	7	84,7	1	3	98	79,8	18,5	2,5	0,0
m	338	7	91	68,1	1	3	95	82,0	10,9	7,8	0,0
IV	338	7	63	30,1	1	1	93	78,9	16,4	4,7	0,0
V	293	2	123	10,0	1	1	74	68,1	24,5	7,4	0,0
VI	423	20	10	11,0	1	1	100	72,3	10,4	17,3	0,0
VII	308	1,5	124	5,0	1	3*	92	70,3	24,4	5,7	0,0
VIII	308	1,5	134	5,0	1	3**	89	50,4	28,2	21,4	0,0

* - izopropanol zamiast metanolu ** - n-butanol zamiast metanolu

Xet - stopień przereagowania tlenku etylenu

MEA, DEA, TEA - odpowiednio mono-, di- i trietanoloaminy GE - glikole i estry

174 249

Przykład IX. W aparaturze jak w przykładach II - VIII przeprowadzono reakcje tlenku propylenu i NH3 w metanolu. Reagenty NH3, tlenek propylenu i rozpuszczalnik metanol podawano w stosunku molowym odpowiednio 7:1:1. Temperatura w reaktorze wynosiła 323 K, a ciśnienie 3 MPa. Czas reakcji wynosił 20 minut. Stwierdzono 100% stopień przereagowania tlenku propylenu. W produktach reakcji nie stwierdzono obecności glikoli i estrów.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania mieszaniny alkanoloamin z tlenku alkenu i amoniaku, znamienny tym, że tlenek alkenu poddaje się reakcji z amoniakiem w środowisku alkoholu alifatycznego o ilości węgli w cząsteczce od 1 do 5, tak aby stosunek wagowy alkoholu alifatycznego do amoniaku wynosił od 1:1 do 1:50, w temperaturze od 290 do 470 K, korzystnie od 330 do 430 K i pod ciśnieniem od 0,02 do 20 MPa, korzystnie od 2 do 15 MPa, w czasie do 4 godzin, po czym z mieszaniny, po rozprężeniu, wydziela się mieszaninę alkanoloamin, którą rozdziela się znanymi sposobami.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że alkohol i amoniak wydziela się z mieszaniny poreakcyjnej i zawraca do obiegu.