[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2818597C1 - Continuous method of producing sulphocationites for catalytic processes based on copolymers of styrene with divinylbenzene and acrylonitrile - Google Patents

Continuous method of producing sulphocationites for catalytic processes based on copolymers of styrene with divinylbenzene and acrylonitrile Download PDF

Info

Publication number
RU2818597C1
RU2818597C1 RU2023121847A RU2023121847A RU2818597C1 RU 2818597 C1 RU2818597 C1 RU 2818597C1 RU 2023121847 A RU2023121847 A RU 2023121847A RU 2023121847 A RU2023121847 A RU 2023121847A RU 2818597 C1 RU2818597 C1 RU 2818597C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copolymers
copolymer
divinylbenzene
styrene
acrylonitrile
Prior art date
Application number
RU2023121847A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Петрович Макридин
Original Assignee
Валерий Петрович Макридин
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Петрович Макридин filed Critical Валерий Петрович Макридин
Application granted granted Critical
Publication of RU2818597C1 publication Critical patent/RU2818597C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemical or physical processes.
SUBSTANCE: invention relates to production of sulphocationites. Disclosed is a continuous method of producing sulphocationites for catalytic processes based on ternary copolymers of styrene, divinylbenzene and acrylonitrile by swelling in dichloroethane and their subsequent sulphonation in a continuous action plant, characterized by that the copolymer sulphonation process is carried out in a cascade-type three-section sulphurizer and made with enameled protection of working surfaces, and copolymers used are polydisperse copolymers of gel and porous structure.
EFFECT: disclosed method enables to use a fraction of less than 250 mcm of a copolymer of a gel structure and a fraction of less than 500 mcm of a copolymer of a porous structure.
1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к получению сульфокатионитов, которые используются в химических технологиях в качестве катализаторов («Катализ ионитами», Н.Г. Полянский, М. Хим., 1973г.). Присутствие катализатора в химическом процессе создаёт кроме необходимого полезного эффекта ряд технологических трудностей. Главные из них - необходимость удаления катализатора из реакционной массы, возможность коррозии оборудования, опасность загрязнений окружающей среды продуктами, получающимися при нейтрализации катализатора. Иногда существенным может быть и потеря веществ, используемых в качестве катализатора.The invention relates to the production of sulfonic cation exchangers, which are used in chemical technologies as catalysts (“Catalysis by ion exchangers”, N.G. Polyansky, M. Khim., 1973). The presence of a catalyst in a chemical process creates, in addition to the necessary beneficial effect, a number of technological difficulties. The main ones are the need to remove the catalyst from the reaction mass, the possibility of equipment corrosion, and the danger of environmental pollution with products resulting from the neutralization of the catalyst. Sometimes the loss of substances used as a catalyst can be significant.

Если в качестве катализатора применять соответствующий ионит (сульфокатионит), то все указанные выше осложнения отпадают. В этом случае каталитическая активная частица закреплена на полимерной матрице достаточно прочными связями и не выходит в объём. Реакция, ею катализируемая, протекает на поверхности полимерной матрицы, на которой сорбируются реагирующие вещества и с которой десорбируются реагирующие вещества, и с которой десорбируются продукты реакции, поэтому последние не содержат катализатора и не нуждаются в очистке от него. Естественно, что поскольку катализатор не теряется, возможно его многократное использование, что позволяет без труда организовывать непрерывные каталитические процессы. К таким катализаторам в химической промышленности относятся как формованные, так и не формованные катализаторы, полученные на основе сополимеров стирола и дивинилбензола путём их сульфирования. Так, в ряде патентов (2258562 С2 В 01 J 31/10 J 37/04 37/08, 2493911 С1 B01J 31/10 B01J 37/04 B01J 37/08 2006/01, 2650502 B01J 31/10 B01J 37/00 C07C 31/12 2006.01) отмечены промышленные способы получения и использования формованных катализаторов на основе сульфированных сополимеров стирола и дивинилбензола для процесса гидратации изобутилена. Эти же формованные катализаторы также в промышленных масштабах используются (2307823С1 С07С 31/12 2006.01 С07С 29/04 2006.01, 2507190 С07С 32/12 С07С 29/04 2006.01) для процесса дегидратации трет-бутилового спирта с целью получения изобутилена высокой чистоты для стадии полимеризации в бутилкаучук. На созданных промышленных установках в силу специфики качества сырья сульфокатиониты работают один - два года. Наблюдается их отравление, что приводит к снижению производительности. Поэтому необходима ежегодная замена катализатора.If an appropriate ion exchanger (sulfocation exchanger) is used as a catalyst, then all the above complications disappear. In this case, the catalytic active particle is fixed to the polymer matrix with sufficiently strong bonds and does not escape into the volume. The reaction catalyzed by it occurs on the surface of the polymer matrix, on which the reacting substances are sorbed and from which the reacting substances are desorbed, and from which the reaction products are desorbed, therefore the latter do not contain a catalyst and do not need to be purified from it. Naturally, since the catalyst is not lost, it can be reused, which makes it easy to organize continuous catalytic processes. Such catalysts in the chemical industry include both shaped and unshaped catalysts obtained from copolymers of styrene and divinylbenzene by sulfonation. So, in a number of patents (2258562 C2 in 01 J 31/10 J 37/04 37/08, 2493911 C1 B01J 31/10 B01J 37/04 B01J 37/08 2006/01, 2650502 B01J 31/10 B01J 37/00 C07C 31/12 2006.01) noted industrial methods for the production and use of molded catalysts based on sulfonated copolymers of styrene and divinylbenzene for the process of isobutylene hydration. The same molded catalysts are also used on an industrial scale (2307823С1 С07С 31/12 2006.01 С07С 29/04 2006.01, 2507190 С07С 32/12 С07С 29/04 2006.01) for the process of dehydration of tert-butyl alcohol to obtain high-purity isobutylene for the polymer stage ization in butyl rubber. Due to the specific quality of raw materials, sulfonic cation exchangers operate in the established industrial installations for one to two years. Their poisoning is observed, which leads to a decrease in productivity. Therefore, annual replacement of the catalyst is necessary.

В качестве базового продукта в промышленности для получения сульфокатионитов и анионитов для водоподготовки используют фракцию 0,250-0,600 мм полидисперсного сополимера стирола и дивинилбензола гелевой структуры с разной сшивкой (патент РФ 2050367С1 С08F8/36 C08J5/20 C08F212/14 C08F212/36). Но при получении полидисперсного сополимера путём суспензионной сополимеризации размер гранул составляет от 0,050 до 1000 мм. После выделении, путём рассева товарной (0,250-0,600 мм) фракции оставалась мелкая (не кондиция) фракция сополимера, которая подлежала захоронению. С целью расширения базы сырья и утилизации фракции сополимера стирола с дивинилбензолом менее 250 мкм предлагается провести процесс сульфирования этой фракции и получить сульфокатионит для каталитических процессов.As a base product in industry for the production of sulfonic cation exchangers and anion exchangers for water treatment, a fraction of 0.250-0.600 mm of a polydisperse copolymer of styrene and divinylbenzene with a gel structure with different cross-linking is used (RF patent 2050367C1 C08F8/36 C08J5/20 C08F212/14 C08F212/36). But when producing a polydisperse copolymer by suspension copolymerization, the granule size ranges from 0.050 to 1000 mm. After separation, by sieving the marketable (0.250-0.600 mm) fraction, a small (not standard) fraction of the copolymer remained, which was subject to burial. In order to expand the base of raw materials and utilize the fraction of styrene copolymer with divinylbenzene less than 250 microns, it is proposed to carry out the process of sulfonation of this fraction and obtain a sulfonic cation exchanger for catalytic processes.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, по которому сульфокатионит (для водоподготовки) получают по непрерывной технологии (патент РФ 2085561 С1 С08J5/20, C08F8/36, C08F212/08, C08F212/36, C08F220/14). Отличием предлагаемого изобретения является следующее: в качестве исходного сырья используется как тройной сополимер стирола, дивинилбензола и акрилонитрила гелевой структуры в соотношении исходных мономеров (87,1-90, 2 : 4,0-7,8 : 3,1-5,3), так и тройной сополимер стирола, дивинилбензола и акрилонитрила пористой структуры в соотношении (83, 2-86,2 : 10,1-12,8 : 3,1-5,3). Полидисперсный состав сополимеров для гелевой структуры - 50 - 250 мкм, для пористой структуры - 50 - 1000 мкм. С технической стороны отличием является проведение процесса сульфирования в непрерывном режиме в каскаде эмалированных реакторов, а не в сульфураторе шнекового типа, который выполнен из специальных марок стали. Использование эмалированного оборудования позволяет решить вопросы коррозии и ремонта оборудования.The closest in technical essence to the proposed method is the method by which sulfonic cation exchanger (for water treatment) is produced using continuous technology (RF patent 2085561 C1 C08J5/20, C08F8/36, C08F212/08, C08F212/36, C08F220/14). The difference of the proposed invention is the following: the starting material is used as a ternary copolymer of styrene, divinylbenzene and acrylonitrile with a gel structure in the ratio of the starting monomers (87.1-90, 2: 4.0-7.8: 3.1-5.3) , and a ternary copolymer of styrene, divinylbenzene and acrylonitrile with a porous structure in the ratio (83.2-86.2: 10.1-12.8: 3.1-5.3). The polydisperse composition of copolymers for a gel structure is 50 - 250 microns, for a porous structure - 50 - 1000 microns. On the technical side, the difference is that the sulfonation process is carried out in a continuous mode in a cascade of enameled reactors, and not in a screw-type sulfurizer, which is made of special grades of steel. The use of enameled equipment allows us to solve problems of corrosion and equipment repair.

Проведение процесса по предлагаемому способу осуществляется следующими технологическими операциями. Исходный сополимер и дихлорэтан (набухающий агент) с заданной производительностью непрерывно подают в набухатель шнекового типа. Продолжительность процесса обработки сополимера от 30 до 50 мин. Набухший сополимер из набухателя вместе с сульфирующей смесью поступает в первую секцию сульфуратора. Секции сульфуратора расположены ступенчато таким образом, что масса самотёком перемещается от первой к третьей секции, далее в выгрузную колонну процесса гидратации. Последовательно проходя секции, сополимер подвергается сульфированию до достижения заданного статической обменной ёмкости с одновременным отгоном дихлорэтана из реакционной массы. Так как процесс сульфирования ведётся под небольшим разрежением, пары дихлорэтана вместе с парами серной кислоты из сульфуратора направляются в холодильник. Уровень в секциях сульфуратора определяется положением переливных патрубков. Полученный сульфокатионит (сульфомасса) самотёком из третьей секции поступает в загрузочную колонну, где охлаждается захоложенной водой, подаваемой в рубашку, и далее перетекает на гидратацию (процесс отмывки от серной кислоты).The process according to the proposed method is carried out by the following technological operations. The original copolymer and dichloroethane (swelling agent) with a given productivity are continuously fed into a screw-type swelling unit. The duration of the copolymer processing process is from 30 to 50 minutes. The swollen copolymer from the swelling agent, together with the sulfonating mixture, enters the first section of the sulfurator. The sulfurator sections are arranged in stages in such a way that the mass moves by gravity from the first to the third section, then to the discharge column of the hydration process. Sequentially passing through sections, the copolymer is subjected to sulfonation until a given static exchange capacity is reached, with simultaneous distillation of dichloroethane from the reaction mass. Since the sulfonation process is carried out under a slight vacuum, dichloroethane vapor, together with sulfuric acid vapor from the sulfurator, is sent to the refrigerator. The level in the sulfurator sections is determined by the position of the overflow pipes. The resulting sulfonic cation exchanger (sulfomass) flows by gravity from the third section into the loading column, where it is cooled by cold water supplied to the jacket, and then flows to hydration (the process of washing off sulfuric acid).

Пример №1. Гелевый сополимер стирола с дивинилбензолом и акрилонитрилом с удельным объёмом 2,5 мл/г, с нагрузкой 150 кг/час и дихлорэтан с нагрузкой 42 кг/час непрерывно подают в шнековый набухатель. Пройдя аппарат, набухший сополимер поступает в первую секцию сульфуратора. Одновременно в первую секцию непрерывно дозируется сульфирующая смесь с концентрацией серной кислоты 93,5 - 97,5% при массовом соотношении серная кислота : сополимер - 6 : 1. Температура сульфирования в первой секции 90 °С, во второй и третьей секциях 104 °С. Продолжительность пребывания и контакта с серной кислотой 80 мин. Полученный сульфокатионит вместе с избытком серной кислоты из сульфуратора непрерывно направляют на двухступенчатую гидратацию, осуществляемую по известному способу. На выходе с установки получается 440-470 кг в час товарного продукта. Анализы физико-химических свойств и каталитическую активность полученного сульфокатионита исследовали по известным методикам и приведены в таблице №1.Example No. 1. Gel copolymer of styrene with divinylbenzene and acrylonitrile with a specific volume of 2.5 ml/g, with a load of 150 kg/hour and dichloroethane with a load of 42 kg/hour are continuously fed into the swelling screw. After passing through the apparatus, the swollen copolymer enters the first section of the sulfurator. At the same time, a sulfonation mixture with a sulfuric acid concentration of 93.5 - 97.5% is continuously dosed into the first section at a mass ratio of sulfuric acid: copolymer - 6: 1. The sulfonation temperature in the first section is 90 ° C, in the second and third sections 104 ° C. The duration of stay and contact with sulfuric acid is 80 minutes. The resulting sulfonic cation exchanger, together with excess sulfuric acid from the sulfurator, is continuously sent to two-stage hydration, carried out according to a known method. The output from the installation is 440-470 kg per hour of commercial product. Analyzes of the physicochemical properties and catalytic activity of the resulting sulfonic cation exchanger were studied using known methods and are shown in Table No. 1.

Пример №2. Сульфокатионит получают по примеру №1, с тем отличием, что исходным сырьём является гелевый тройной сополимер стирола, дивинилбензола и акрилонитрила с удельным объёмом 4,0 мл/г. Соотношение сополимер дихлорэтан -1 : 0,45. В первую секцию сульфуратора подают набухший сополимер с нагрузкой 150 кг/час и сульфирующую смесь при массовом соотношении серная кислота : сополимер - 7,5 : 1. Продолжительность пребывания сополимера в сульфураторе 70 мин. На выходе с установки получается 520-560 кг/час товарного продукта. Анализы физико-химических свойств и каталитическая активность полученного сульфокатионита приведены в таблице №1.Example No. 2. Sulfonic cation exchanger is obtained according to example No. 1, with the difference that the starting raw material is a gel ternary copolymer of styrene, divinylbenzene and acrylonitrile with a specific volume of 4.0 ml/g. The ratio is dichloroethane copolymer -1: 0.45. The swollen copolymer is fed into the first section of the sulfurator with a load of 150 kg/hour and the sulfurating mixture at a mass ratio of sulfuric acid: copolymer - 7.5: 1. The residence time of the copolymer in the sulfurator is 70 minutes. The output from the installation is 520-560 kg/hour of commercial product. Analyzes of the physicochemical properties and catalytic activity of the resulting sulfonic cation exchanger are given in Table No. 1.

Пример №3. Сульфокатионит получают по примеру №1, с тем отличием, что исходным сырьём является пористый тройной сополимер стирола, дивинилбензола и акрилонитрила с удельным объёмом 4,5 мл/г. Соотношение сополимер : дихлорэтан – 1 : 0,6. В первую секцию сульфуратора подают набухший сополимер с нагрузкой 150 кг/час и сульфирующую смесь при массовом соотношении серная кислота : сополимер 7,7 : 1,0; продолжительность пребывания и контакта с серной кислотой сополимера 80 мин. Температура сульфирования в первой секции 90 °С, во второй и третьей секции 105 °С. Продолжительность пребывания в сульфураторе и контакта с серной кислотой 80 мин. Из сульфуратора сульфомасса непрерывно поступает в гидрататор установки. На выходе получается 500-540 кг/час товарного продукта. Анализы физико-химических свойств и каталитическая активность полученного сульфокатионита приведены в таблице №1.Example No. 3. Sulfonic cation exchanger is obtained according to example No. 1, with the difference that the starting raw material is a porous ternary copolymer of styrene, divinylbenzene and acrylonitrile with a specific volume of 4.5 ml/g. The ratio of copolymer: dichloroethane is 1: 0.6. The first section of the sulfurator is fed with a swollen copolymer with a load of 150 kg/hour and a sulfonating mixture at a mass ratio of sulfuric acid: copolymer 7.7: 1.0; Duration of residence and contact with sulfuric acid of the copolymer is 80 minutes. The sulfonation temperature in the first section is 90 °C, in the second and third sections 105 °C. The duration of stay in the sulfurizer and contact with sulfuric acid is 80 minutes. From the sulfurator, the sulfomass continuously flows into the hydrator of the installation. The output is 500-540 kg/hour of commercial product. Analyzes of the physicochemical properties and catalytic activity of the resulting sulfonic cation exchanger are given in Table No. 1.

Таблица №1. Физико-химические и каталитические свойства полученных сульфокатионитовTable No. 1. Physicochemical and catalytic properties of the obtained sulfonic cation exchangers Наименование показателейThe name of indicators Пример № 1Example #1 Пример № 2Example No. 2 Пример № 3Example No. 3 Полная статическая обменная емкость, мг-экв/гTotal static exchange capacity, mEq/g 5,05.0 5,825.82 5,25.2 Содержание влаги, %Moisture contents, % 52,652.6 67,667.6 69,869.8 Удельный объем, см3Specific volume, cm 3 /g 2,62.6 4,84.8 4,44.4 Свободная серная кислота, %Free sulfuric acid, % 0,200.20 0,10.1 0,10.1 Каталитическая активность по разложению трет-бутилового спиртаCatalytic activity for the decomposition of tert-butyl alcohol 80,080.0 85,585.5 98,098.0

Claims (2)

1. Непрерывный способ получения сульфокатионитов для каталитических процессов на основе тройных сополимеров стирола, дивинилбензола и акрилонитрила путём набухания в дихлорэтане и последующего сульфирования их на установке непрерывного действия, отличающийся тем, что процесс сульфирования сополимера ведут в трёхсекционном сульфураторе каскадного типа, выполненном с эмалированной защитой рабочих поверхностей, а в качестве сополимеров используются полидисперсные сополимеры гелевой и пористой структуры.1. A continuous method for producing sulfonic cation exchangers for catalytic processes based on ternary copolymers of styrene, divinylbenzene and acrylonitrile by swelling in dichloroethane and their subsequent sulfonation in a continuous installation, characterized in that the process of sulfonation of the copolymer is carried out in a three-section cascade-type sulfurator, made with enameled worker protection surfaces, and polydisperse copolymers with a gel and porous structure are used as copolymers. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфируемые полидисперсные сополимеры имеют фракцию 50-250 мкм гелевой структуры и 50-1000 мкм пористой структуры.2. The method according to claim 1, characterized in that the sulfonated polydisperse copolymers have a fraction of 50-250 microns of gel structure and 50-1000 microns of porous structure.
RU2023121847A 2023-08-22 Continuous method of producing sulphocationites for catalytic processes based on copolymers of styrene with divinylbenzene and acrylonitrile RU2818597C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818597C1 true RU2818597C1 (en) 2024-05-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2050367C1 (en) * 1993-08-16 1995-12-20 Акционерная фирма "Токем" Method of sulfocationite preparing
RU2085561C1 (en) * 1995-06-29 1997-07-27 Акционерная фирма "Токем" Continuous method of sulfocationite producing
RU2293061C2 (en) * 2001-05-11 2007-02-10 Лангсесс Дотчланд ГмбХ Abstract
RU2623574C1 (en) * 2016-09-07 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук Method for preparing sulfocationites from heavy oil residues

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2050367C1 (en) * 1993-08-16 1995-12-20 Акционерная фирма "Токем" Method of sulfocationite preparing
RU2085561C1 (en) * 1995-06-29 1997-07-27 Акционерная фирма "Токем" Continuous method of sulfocationite producing
RU2293061C2 (en) * 2001-05-11 2007-02-10 Лангсесс Дотчланд ГмбХ Abstract
RU2623574C1 (en) * 2016-09-07 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук Method for preparing sulfocationites from heavy oil residues

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2580541C2 (en) Isobutene polymer from renewable sources
Thornton et al. Catalysis by matrix-bound sulfonic acid groups: olefin and paraffin formation from butyl alcohols
US9056823B2 (en) Use of organic framework porous solid acid
RU2173677C2 (en) Two-stage method of alkylating benzene to form linear alkyl benzenes
JPS6189209A (en) Scavenger for removing impurities from inactive fluid
CN109535450B (en) Butyl rubber solution, preparation method and preparation device thereof
CN101797523A (en) Method of iodide removal
CN1166454C (en) Prepn. of macroporous cation exchange resin catalyst with high exchange capacity
RU2818597C1 (en) Continuous method of producing sulphocationites for catalytic processes based on copolymers of styrene with divinylbenzene and acrylonitrile
US3218301A (en) Vapor phase sulfonation of polymer particles
CA1185273A (en) Process for the preparation of pure tert.-olefins
KR20020086293A (en) Process for the Preparation of Monodisperse Gel-type Cation Exchangers
EP0579153B1 (en) Process for producing tertiary alcohols
US3920765A (en) Inhibition of polymerization during the isomerization of olefins
CN109867745B (en) Polyacrylonitrile resin and preparation method thereof
US3244620A (en) Separation of acid from polymers by dialysis with anion-exchange membranes
US2733231A (en) Method of sulfonating insoluble
US2992189A (en) Reactivation of sulfonated hydrogen ion exchange resin catalysts
EP0838263B1 (en) Process for manufacturing reduced bleed cation exchangers
US3417066A (en) Process for chloromethylating and crosslinking high molecular weight aromatic compounds
US5972121A (en) Decolorization of sugar syrups using functionalized adsorbents
US2669557A (en) Process for making water-soluble sulfonoated vinyl aromatic resins
JP2004143078A (en) Method for producing solution of acrylamidealkanesulfonic acid
US2943701A (en) Effect of chso oonoenteation in the chhf
SU948110A1 (en) Process for producing margonet isoporous polymers of styrene