PL B1. Sposób wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C07C 263/10 ( ) C07C 265/14 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej (73) Uprawniony z patentu: ZAKŁADY CHEMICZNE ZACHEM SPÓŁKA AKCYJNA, Bydgoszcz, PL INSTYTUT CHEMII PRZEMYSŁOWEJ IM. PROF. IGNACEGO MOŚCICKIEGO, Warszawa, PL POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/13 (72) Twórca(y) wynalazku: JERZY BAŁDYGA, Zalesie Górne, PL MAREK HENCZKA, Warszawa, PL STEFAN SZARLIK, Blizne Łaszczyńskiego, PL JANINA ILMURZYŃSKA, Warszawa, PL MICHAŁ DYCZEWSKI, Józefów, PL ARKADIUSZ SŁAWATYCKI, Bydgoszcz, PL WOJCIECH CHRUPAŁA, Bydgoszcz, PL JERZY LACHMAJER, Bydgoszcz, PL LECH RUCZYŃSKI, Bydgoszcz, PL LUCJAN WÓJCIK, Niemcz, PL JACEK STUCZYŃSKI, Bydgoszcz, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Sławomir Budziński

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej. Bardziej szczegółowo rozwiązanie dotyczy uzyskania wyższego od uzyskiwanego w istniejących rozwiązaniach stężenia TDI w ciekłym produkcie reakcji. Sposób polega na tym, że schłodzenie i wykroplenie produktu reakcji - toluilenodiizocyjanianu (TDI) przeprowadza się stosując natrysk w strefie chłodzenia i wykroplenia bezpośrednio po reaktorze, przy czym przeprowadza się tę operację w temperaturze podwyższonej na tyle, aby w wykroplonej cieczy uzyskać niskie stężenie rozpuszczalnika, tzn. w granicach 5-30% wag. w stosunku do wyprodukowanego TDI, a tym samym wysokie stężenie (będące w przedziale 70-95% wag.) wyprodukowanego TDI. Prowadzenie procesu fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej pozwala zmniejszyć ilość użytego rozpuszczalnika, najczęściej dichlorobenzenu (DCB) o około 80% przez co obniża się o około 40% zużycie energii w porównaniu do klasycznej metody fosgenowania (TDA) w fazie ciekłej (Urethane chemicals process enters a new phase , W najbardziej znanym procesie firmy Bayer opisanym między innymi w opisach patentowych US/ i US 2005/ A1 gazową (TDA) i gazowy fosgen w obecności gazu inertnego kontaktuje się w komorze reaktora w warunkach adiabatycznych, a następnie chłodzi się strumień gazowych produktów opuszczających reaktor do temperatury wyższej od temperatury rozkładu chlorku karbamoilu w celu kondensacji izocyjanianu. Następnie wydziela się nieskondensowany izocyjanian ze strumienia gazu odlotowego poprzez absorpcję w roztworze zawierającym głównie rozpuszczalnik i TDI. Mieszanina gazowa po schłodzeniu i kondensacji izocyjanianu oczyszczana jest od pozostałego izocyjanianu w skruberze, w którym stosuje się inertny ciekły rozpuszczalnik, np. o-dcb (orto-dichlorobenzen). Ze strumienia cieczy opuszczającego skruber wydzielany jest fosgen, np. przez schłodzenie i absorpcję w odpowiednim rozpuszczalniku lub adsorpcję na węglu aktywnym. Rozpuszczalnik po skruberze jest wykorzystywany jako ciecz chłodząca do chłodzenia strumienia gazu opuszczającego komorę reakcyjną. Schemat ideowy procesu Bayer przedstawiony jest na pos. 1. Pomimo istniejących rozwiązań nadal korzystne jest tworzenie rozwiązań umożliwiających uzyskanie wyższego stężenia TDI w ciekłym produkcie reakcji, w porównaniu do stężeń uzyskiwanych w rozwiązaniach istniejących. Celem niniejszego wynalazku jest takie przeprowadzenie sposobu wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej, by uzyskać wyższe od stężeń występujących w rozwiązaniach istniejących stężenie TDI w ciekłym produkcie reakcji polegające na tym, że schłodzenie i wykroplenie produktu reakcji, tzn. TDI przeprowadza się stosując natrysk w strefie chłodzenia i wykroplenia bezpośrednio po reaktorze przy czym przeprowadza się tą operację w temperaturze podwyższonej na tyle, aby w wykroplonej cieczy uzyskać niskie stężenie rozpuszczalnika, tzn. w granicach 5-30% wag. w stosunku do wyprodukowanego TDI, a tym samym wysokie stężenie (będące w przedziale 70-95% wag.) wyprodukowanego TDI. Proponowany sposób prowadzenia procesu wydzielania TDI z produktów reakcji po procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej pozwoli zmniejszyć ilość użytego rozpuszczalnika jednocześnie obniżając zużycie energii w porównaniu do metod stosowanych w klasycznej metodzie fosgenowania TDA w fazie ciekłej oraz rozwiązań dotychczas stosowanych do wydzielania TDI po reakcji w fazie gazowej. Istota wynalazku polega na tym, że otrzymany w wyniku reakcji toluilenodiizocyjanian wykrapla się z gazowych produktów reakcji w taki sposób, że natryskując strumień gazów poreakcyjnych ciekłym rozpuszczalnikiem, najczęściej dichlorobenzenem, uzyskuje się schłodzenie gazów poreakcyjnych do temperatury, w której w wykroplonej cieczy zawarte jest tylko 5-30% wag. rozpuszczalnika, korzystnie do 10% wag., przy czym utrzymywanie wykroplonego produktu w tej temperaturze winno być możliwie najkrótsze, aby nie powodować rozkładu TDI. Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej, charakteryzujący się tym, że strumień gazów poreakcyjnych natryskuje się ciekłym rozpuszczalnikiem w strefie chłodzenia, schładza się gazy poreakcyjne do temperatury, w której w wykroplonej cieczy zawarte jest 5-30% wag. rozpuszczalnika i otrzymuje się wykroplony z gazowych produktów reakcji toluilenodiizocyjanian TDI. Korzystnie, gdy schłodzenie i wykroplenie produktu reakcji toluilenodiizocyjanianu przeprowadza się stosując natrysk w strefie chłodzenia i wykroplenia bezpośrednio po reaktorze, przy czym ope-

3 PL B1 3 rację przeprowadza się w temperaturze podwyższonej na tyle, aby w wykroplonej cieczy uzyskać stężenie rozpuszczalnika w granicach 5-30% wag. w stosunku do wyprodukowanego TDI. Korzystnie, gdy ciekły rozpuszczalnik przy natryskiwaniu strumieniem gazów poreakcyjnych stanowi dichlorobenzen. Korzystnie, gdy w wykroplonej cieczy zawarte jest do 10% wag. rozpuszczalnika. Korzystnie, gdy gazy opuszczające strefę schładzania i wykraplania TDI bezpośrednio po reaktorze schładza się przeponowo, w celu wykroplenia pozostałej ilości rozpuszczalnika, a następnie gazy te rozpręża się i kieruje do węzła odzysku nadmiarowego fosgenu. Korzystnie, gdy wykroplony produkt reakcji zawierający do 30% wag. rozpuszczalnika przegrzewa się o C w podgrzewaczu i rozpręża się do ciśnienia bliskiego atmosferycznemu, przez co uzyskuje się uwolnienie substancji rozpuszczonych w ciekłym produkcie, a zwłaszcza fosgenu i dalej chlorowodoru i azotu oraz częściowo rozpuszczalnika, przy czym z uzyskanego strumienia gazów wykrapla się przeponowo rozpuszczalnik w kondensatorze przeponowym i zbiera się ten rozpuszczalnik w separatorze, dokąd dopływa również rozpuszczalnik wykroplony wcześniej z gazów poreakcyjnych w kondensatorze przeponowym po odseparowaniu od gazów poreakcyjnych w separatorze. Cały wykondensowany rozpuszczalnik zawraca się do obiegu jako ciecz chłodzącą gazową mieszaninę po reaktorze. Korzystnie, gdy reakcję fosgenowania prowadzi się w sposób adiabatyczny pod ciśnieniem 400 kpa (a), wówczas gazową mieszaninę poreakcyjną schładza się do temperatury C, przy czym utrzymanie wykroplonego produktu w tej temperaturze winno być krótkotrwałe, aby nie powodować rozkładu TDI. Korzystnie, gdy gazową mieszaninę poreakcyjną schładza się wtedy do temperatury 210 C. W celu lepszego zrozumienia wynalazku na rysunku na: pos. 1 przedstawiono schemat ideowy procesu Bayer, zaś na figurze 1 przedstawiono schemat procesu wg wynalazku, gdzie: 1. odparowywacz TDA 2. reaktor 3. strefa chłodzenia 4. zbiornik ciekłego produktu 5. podgrzewacz 6. zbiornik 7, 9. kondensatory 8, 10. Separatory. Realizację procesu otrzymywania TDI metodą fosgenowania TDA w fazie gazowej ilustrują przedstawione poniżej przykłady, nie ograniczając zakresu jego stosowania. P r z y k ł a d 1 W odparowywaczu TDA 1 odparowano w sposób ciągły 5,0 kg/h TDA do strumienia 2,3 kg/h przepływającego azotu. Fosgenowanie tak uzyskanego strumienia gazowej TDA, uzyskanej przez odparowanie do strumienia przepływowego azotu ciekłej aminy, przeprowadzono kontaktując w reaktorze strumieniowym 2 wspomniane wcześniej pary aminy i gazowy fosgen. Reakcję przeprowadzono w warunkach adiabatycznych pod ciśnieniem 400 kpa (a). W wyniku reakcji temperatura podniosła się z 300 C do 382 C. Nastąpiło całkowite przereagowanie TDA. Gazy poreakcyjne zawierające TDI, nadmiarowy fosgen, chlorowodór oraz inertny azot poddano w strefie chłodzenia 3 schłodzeniu do temperatury 205 C natryskując je strumieniem około 13 kg/h cieczy chłodzącej o temperaturze 30 C, którą stanowiła mieszanina o-dcb i TDI o składzie 68/32. W wyniku schłodzenia do zbiornika ciekłego produktu 4 nastąpiło wykroplenie TDI i uzyskano ciecz o zawartości 79,82% wag. TDI oraz 19,79% wag. o-dcb. W wykroplonej cieczy były również rozpuszczone: fosgen, azot i chlorowodór, w sumarycznej ilości około 0,4% wag. P r z y k ł a d 2 W odparowywaczu TDA 1 odparowano w sposób ciągły 5,0 kg/h TDA do strumienia 2,3 kg/h przepływającego azotu. Fosgenowanie tak uzyskanego strumienia gazowej TDA, uzyskanej przez odparowanie do strumienia przepływowego azotu ciekłej aminy, przeprowadzono kontaktując w reaktorze strumieniowym 2 wspomniane wcześniej pary aminy i gazowy fosgen. Reakcję przeprowadzono w warunkach adiabatycznych pod ciśnieniem 400 kpa (a). W wyniku reakcji temperatura podniosła się z 300 C do 382 C. Nastąpiło całkowite przereagowanie TDA. Gazy poreakcyjne zawierające TDI, nadmiarowy fosgen, chlorowodór oraz inertny azot schłodzono w strefie chłodzenia 3 podobnie jak w przypadku przykładu 1 natryskując ją cieczą chłodzącą o temperaturze 30 C, ale zastosowano

4 4 PL B1 mniejszą jej ilość, bo wynoszącą około 11 kg/h. Schłodzenie nastąpiło tylko do temperatury 215 C. Uzyskany ciekły produkt reakcji zawierał 91,00% wag. TDI oraz 8,66% wag. o-dcb, pozostałość do 100% stanowiły rozpuszczone w cieczy HCI, fosgen i azot. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wydzielania toluilenodiizocyjanianu z mieszaniny poreakcyjnej w procesie fosgenowania toluilenodiaminy w fazie gazowej, znamienny tym, że strumień gazów poreakcyjnych natryskuje się ciekłym rozpuszczalnikiem w strefie chłodzenia (3), schładza się gazy poreakcyjne do temperatury, w której w wykroplonej cieczy zawarte jest 5-30% wag. rozpuszczalnika i otrzymuje się wykroplony z gazowych produktów reakcji toluilenodiizocyjanian TDI. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że schłodzenie i wykroplenie produktu reakcji toluilenodiizocyjanianu przeprowadza się stosując natrysk w strefie chłodzenia i wykroplenia bezpośrednio po reaktorze (2), przy czym operację przeprowadza się w temperaturze podwyższonej na tyle, aby w wykroplonej cieczy uzyskać stężenie rozpuszczalnika w granicach 5-30% wag. w stosunku do wyprodukowanego TDI. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciekły rozpuszczalnik przy natryskiwaniu strumieniem gazów poreakcyjnych stanowi dichlorobenzen. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w wykroplonej cieczy zawarte jest do 10% wag. rozpuszczalnika. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazy opuszczające strefę schładzania i wykraplania TDI bezpośrednio po reaktorze schładza się przeponowo, a następnie gazy te rozpręża się i kieruje do węzła odzysku nadmiarowego fosgenu. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykroplony produkt reakcji zawierający do 30% wag. rozpuszczalnika przegrzewa się o C i rozpręża się do ciśnienia bliskiego atmosferycznemu i uwalnia się substancje rozpuszczone w ciekłym produkcie, a zwłaszcza fosgen, chlorowodór i azot oraz częściowo rozpuszczalnik, przy czym z uzyskanego strumienia gazów wykrapla się przeponowo rozpuszczalnik, który po połączeniu z rozpuszczalnikiem wykroplonym wcześniej z gazów poreakcyjnych zawraca się do obiegu, jako ciecz chłodzącą gazową mieszaninę po reaktorze. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gdy reakcję fosgenowania prowadzi się w sposób adiabatyczny pod ciśnieniem 400 kpa (a), to gazową mieszaninę poreakcyjną schładza się do temperatury C. 8. Sposób według zastrz. 1 i 7, znamienny tym, że gazową mieszaninę poreakcyjną schładza się do temperatury 210 C.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)