Способ очистки капролактама

1 Изобретение относится к способу очистки водной капролактамовой смеси путем экстрагирования капролактама при помощи органического капролактамового растворителя, который не смешивается с водой в процессе бензольной экстракции, и извлечения капролактама из органического растворителя экстрагированием водой с образованием водного раствора капролактама в процессе обратной экстракции. Такой способ известен из NL-A-77110150,в котором описана так называемая бензольная экстракция капролактама из воды в бензол и обратная экстракция из бензола в воду. Однако,недостатком такого способа является то, что в случае повышения выхода капролактама колонки чрезмерно загружаются, что отрицательно сказывается на выходе продукта экстракции из используемых для этого процесса экстракционных колонок. Целью настоящего изобретения является обеспечение способа, в котором на стадиях экстрагирования можно использовать более высокие загрузки без снижения выхода продукта экстракции. Эта цель достигается тем, что имеет место,по меньшей мере, отдельная предварительная экстракция перед бензольной экстракцией и/или обратной экстракцией, где для предварительной экстракции перед бензольной экстракцией для экстрагирования используют органический растворитель, который не смешивается с водой, а для предварительной экстракции перед обратной экстракцией для экстрагирования используют воду. Это позволяет увеличить загрузку на любой стадии экстракции на 20% при использовании только одной дополнительной теоретической тарелки; кроме того при таком способе получают улучшенный выход продукта экстракции. Очистка капролактама способом бензольной экстракции часто предполагает использование конфигурации в виде горла бутылки при получении капролактама, поскольку экстракционные колонки не способны перерабатывать растущее количество получаемого капролактама. Теперь эту проблему можно легко решить даже без установки дополнительного оборудования, например колонок, путем осуществления предварительной экстракции. Кроме того,новые экстракционные колонки дорогие и часто бывает трудно включить их в существующую установку. Такую предварительную экстракцию можно осуществлять, например, в смесителе/отстойнике. Смеситель/отстойник представляет собой аппарат, включающий смесительную часть и осаждающую часть. Жидкости соединяют в смесительной части и сообщают им энергию, например, при помощи мешалки. Это приводит к образованию капель одной жидкости в другой, образуется дисперсия. Дисперсию затем оставляют в осаждающей части в течение 2 достаточно продолжительного времени для коалесценции капель, предпочтительно с помощью ламинарного потока. Подходящими смесителями/отстойниками являются смесители/отстойники камерного типа,смесители/отстойники от фирмы IMI, "GeneralM.J., ред. Wiley, COP (1994), гл. 1 стр. 294-297. Также является возможным размещение на колонке удлинения, при этом такое удлинение необязательно может быть увеличено по ширине. Экстракцию содержащих капролактам смесей можно, например, осуществлять при помощи экстракционных колонок. Для использования в качестве экстракционных колонок подходящими являются колонки, снабженные вращающимися элементами,установленными внутри колонок, известные как "колонки с вращающимся диском" (RDC), и элементы, вызывающие пульсацию жидкости в колонке. Также подходящими являются колонки с пульсирующим потоком с набивочными элементами, колонки с пульсирующим потоком с ситчатыми тарелками, смесители с асимметричным вращающимся диском (ARD), колонны Scheibel и колонны Kuhni. Как правило для осуществления способа достаточно колонны с 3-25 теоретическими тарелками, в зависимости от степени очистки. Разумеется, при необходимости можно увеличить число тарелок. Процесс экстракции предпочтительно осуществляют в противоточном режиме, поскольку это обеспечивает наиболее эффективный и, следовательно, экономичный способ экстракции. Капролактам можно, например, получать путем перегруппировки оксима циклогексанона в присутствии серной кислоты по способу Бекмана (Beckmann). Перегруппировку Бекмана можно осуществлять как в газовой, так и в жидкой фазе. После перегруппировки в жидкой фазе подвергаемую перегруппировке смесь обычно нейтрализуют при помощи, например, аммиака. Это приводит к разделению фаз. Одна из образовавшихся фаз содержит, по существу,весь капролактам, а другая фаза содержит, по существу, весь сульфат аммония, которые были образованы. В одном варианте изобретения содержащую капролактам смесь, которую экстрагируют бензолом, сначала вводят, например, в смеситель/отстойник для осуществления стадии предварительной экстракции, куда добавляют органический растворитель, полученный в стадии экстракции, например, из экстракционной колонки. Затем обе фазы интенсивно смешивают в течение некоторого времени. Что касается времени смешивания, важно, чтобы при этом почти достигалось физическое равновесие. Время смешивания обычно составляет от 5 мин до 1/2 ч. Затем смесь вводят в осаждающую часть, где 3 полученная дисперсия оседает, при этом образуется отдельная водная фаза, которую затем отделяют, и отдельная органическая фаза. Затем отделенную водную фазу подают на верх колонки бензольной экстракции. Можно также вводить часть дисперсии из смесителя/отстойника в верхнюю часть экстракционной колонны, а другую часть вводить на уровне,например, 1/3 высоты колонны. Экстракционную среду подают в нижнюю часть экстракционной колонны. Необязательно вводить (все) количество экстракционной среды в верхнюю (или нижнюю) часть колонны или смесителя/отстойника. Часть или все количество экстракционной среды можно необязательно подавать сверху (или снизу) части колонны, расположенной на уровне 1/3 ее высоты, и/или с одной стороны смесителя/отстойника. Возможно осуществление нескольких бензольных экстракций и/или обратных экстракций. Предварительную экстракцию можно осуществлять перед бензольной экстракцией или перед обратной экстракцией или перед обеими стадиями экстракции. Предварительная экстракция предпочтительно имеет место на концентрированном(ых) участке(ах) бензольной экстракции и/или обратной экстракции. Предварительную экстракцию предпочтительно осуществляют в смесителе/отстойнике. Можно также использовать несколько смесителей/отстойников. Температура, при которой осуществляют стадию предварительной экстракции перед первой стадией, составляет от 20 до 80 С. Температура стадии предварительной экстракции перед второй экстракцией составляет от 10 до 60 С. Для стадии бензольной экстракции можно также использовать другую экстракционную среду. Подходящей экстракционной средой для бензольной экстракции являются бензол, толуол, ксилол, хлороформ, хлорированные углеводороды или высшие спирты, т.е. одно- или многоатомные спирты с 5-12 атомами углерода. Такие экстракционные среды также могут содержать капролактам. В случае обратной экстракции экстракционной средой обычно является вода или раствор капролактама в воде. Экстракционную среду предпочтительно рециклируют и повторно используют. Такое повторное использование экстракционной среды необязательно осуществляют после очистки использованной среды. Вариант способа по изобретению схематически представлен на фиг. 1, где А и В представляют экстракционные колонны. Смесь капролактам/вода подают в смеситель/отстойник 2 по трубопроводу 1. Кроме того, органический растворитель,например, бензол или растворенный в бензоле 4 лактам, подают в смеситель/отстойник 2 по трубопроводу 4. Предварительно экстрагированный содержащий водный капролактамсодержащий материал, подают в колонну А по трубопроводу 3. Органический растворитель подают в колонну А в противоточном режиме по трубопроводу 6 для экстрагирования капролактама из водного раствора. Водный раствор,из которого извлекли бoльшую часть капролактама, разгружают через трубопровод 5. Органический раствор капролактама возвращают в смеситель/отстойник 2 по трубопроводу 4, после чего его подают в смеситель/отстойник 8 по трубопроводу 7. По трубопроводу 9 органический раствор капролактама подают в экстракционную колонну В, в которой происходит обратная экстракция капролактама при помощи воды,подаваемой по трубопроводу 11. Растворитель,из которого извлекли почти весь капролактам,разгружают через трубопровод 10 с тем, чтобы повторно использовать его в качестве экстракционной среды для смеси капролактам/вода. Раствор капролактама в воде, полученный из колонны В, подают в смеситель/отстойник 8 по трубопроводу 12, а оттуда его подают для дальнейшей переработки по трубопроводу 13. Далее изобретение поясняется со ссылкой на неограничивающие его примеры, которые приведены ниже. Сравнительный эксперимент А Водную смесь капролактама, содержащую 71,9 маc.% капролактама, подвергали экстрагированию бензолом в так называемой "колонне с вращающимся диском" (RDC), имеющей длину 4,5 м и диаметр 7,5 см ( см. фиг. 2). Диски вращались со скоростью 400 оборотов в минуту(об/мин). Водную смесь капролактама подавали на верх колонны (7') во входящем потоке (1') при скорости потока 30 л/ч. Бензол подавали в нижнюю часть колонны с потоком (2') при скорости потока 84 л/ч. Выход экстракции оптимизировали, изменяя количество вращательной энергии. Выходящая водная фаза (3') содержала 0,4 маc.% капролактама, выходящая бензольная фаза (4') содержала 22 маc.% капролактама. Выход экстракции в расчете на количество капролактама в (3') относительно количества капролактама в подаваемом потоке (1') составил 99,5%. Пример I. Повторяли сравнительный эксперимент А,только в данном случае комбинацию смеситель/отстойник помещали перед колонной (см. фиг. 3). Смеситель (8") представлял собой сосуд с перемешиванием высотой 15 см и диаметром 30 см. Время пребывания в смесителе составило 5 мин. Отстойник (9") представлял собой прямоугольный контейнер, имеющий размеры 0,6 х 0,3 х 0,2 м. Время пребывания в отстойнике составило 10 мин. Скорость вращения дисков в rdc была 700 об/мин. Скорости потока водной смеси капролактама и потока бензола увеличились на 5 25%. Объемная скорость потока подачи (1") составляла 37,5 л/ч, а объемная скорость потока(3") содержала только 0,2 маc.% капролактама,тогда как выходящая бензольная фаза (4") все еще содержала 22 маc.% капролактама. Выход экстракции составил 99,8%, тогда как производительность комбинации стадий экстракции увеличилась более, чем на 25%. Сравнительный эксперимент В Водную смесь капролактама, содержащую 71% капролактама, подвергали экстрагированию толуолом в "наполненной колонне с пульсирующим потоком" (ррс), имеющей длину 5 м и диаметр 5 см. Водную смесь капролактама подавали в верхнюю часть колонны (7') посредством входящего потока (1') при скорости потока 7,6 кг/ч (см. фиг. 2). Толуол подавали в нижнюю часть колонны посредством потока (2') со скоростью потока 28 кг/ч. Скорость пульсации в колонне изменяли от 0,005 до 0,02 м/с. Выходящая водная фаза (3') содержала 8 маc.% капролактама, выходящая фаза толуола (4') содержала 17 маc.% капролактама. Выход экстракции в расчете на количество капролактама в(3') относительно количества капролактама во входящем потоке (1') составил 93%. Пример II. Повторяли сравнительный эксперимент В,только в данном случае комбинацию смеситель/отстойник, как описано в примере I, помещали перед колонной (см. фиг. 3). Время пребывания в смесителе составило 6 мин. Время пребывания в отстойнике составило 10 мин. Скорости входящего потока (1") и потока (2") увеличились на 20%. Скорость входящего потока (1") составила 9,1 кг/ч, а скорость потока (2") составила 34 кг/ч. Выходящая водная фаза (3") содержала только 5 маc.% капролактама, тогда как выходящая фаза толуола (4") все еще содержала 17 маc.% капролактама. Выход экстракции составил 96%, и кроме того увеличилась на 20% производительность стадий экстракции. Сравнительный эксперимент С. Водную смесь капролактама, содержащую 71 маc.% капролактама, подвергали экстрагированию бензолом в ррс высотой 6 м и диаметром 0,23 м. Водную смесь капролактама подавали в верхнюю часть колонны (7') посредством входящего потока (1') при скорости потока 123 кг/ч(см. фиг. 2). Бензол подавали в нижнюю часть колонны посредством потока (2') при скорости потока 243 кг/ч. Скорость пульсации в колонне меняли от 0,006 до 0,0125 м/с. Выходящая водная фаза (3') содержала около 1,5 маc.% капролактама, выходящая бензольная фаза (4') содержала около 20 маc.% капролактама. Выход экстракции в расчете на капролактам в (3') относительно количества капролактама во входящем потоке (1') составил 99,4%. 6 Пример III. Повторяли сравнительный эксперимент С,за исключением того, что в данном случае комбинацию смеситель/отстойник, как описано в примере I, помещали перед колонной (см. фиг. 3). Время пребывания в смесителе составило 5 мин. Время пребывания в отстойнике составило 11 мин. Скорость входящего потока (1") и потока (2") увеличилась на 25%. Выход экстракции составил 99,8%. Сравнительный эксперимент D. Смесь капролактама в бензоле, содержащую 20 маc.% капролактама, подвергали обратной экстракции с использованием воды в ррс высотой 8 м и диаметром 0,10 м. Воду подавали в верхнюю часть колонны (7') при скорости потока 50 кг/ч (см. фиг. 2). Смесь капролактама в бензоле (2') подавали в нижнюю часть колонны при скорости потока 103 кг/ч. Скорость пульсации в колонне была 0,02 м/с. Выходящая водная фаза (3') содержала около 28 маc.% капролактама, выходящая бензольная фаза (4') содержала 0,05 маc.% капролактама. Выход экстракции составил 99,0%. Пример IV. Повторяли сравнительный эксперимент D,за исключением того, что в данном случае комбинацию смеситель/отстойник, как описано в примере I, помещали на уровне нижней части колонны. Время пребывания в смесителе составило 7 мин. Время пребывания в отстойнике составило 10 мин. При том, что скорость пульсации оставалась неизменной, скорости потоков(2"). Выходящая бензольная фаза содержала лишь 0,02 маc.% капролактама. Выход экстракции составил 99,9%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки водной смеси капролактама, включающий стадии:a) экстрагирование капролактама при помощи органического капролактамового растворителя, который не смешивается с водой,b) извлечение капролактама из органического растворителя экстрагированием водой с образованием водного раствора капролактама в процессе обратной экстракции, при этом стадию а) и/или стадию b) осуществляют в экстракционной колонне,отличающийся тем, что осуществляют, по меньшей мере, отдельную предварительную экстракцию в смесителе/отстойнике перед стадией а) в экстракционной колонне и/или перед стадией b) в экстракционной колонне, где при предварительной экстракции перед стадией а) для экстрагирования используют не смешивающийся с водой органический растворитель и при предварительной экстракции перед стадией b) для экстрагирования используют воду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию а) осуществляют в экстракционной колонне и что предварительную экстракцию в смесителе/отстойнике осуществляют перед стадией a). 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что стадию b) осуществляют в экстракционной колонне и что предварительную экстракцию в смесителе/отстойнике осуществляют перед стадией b). 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предварительная экстракция имеет место на концентрированном(ых) участке(ах) стадии а) и/или стадии b). 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что предварительную экстракцию перед стадией а) осуществляют при температуре от 20 до 80 С. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что предварительную экстракцию перед стадией b) осуществляют при температуре от 10 до 60 С. 7. Способ экстрагирования капролактама из водной смеси капролактама, включающий экстрагирование капролактама в экстракционной колонне при помощи не смешиваемого с водой органического капролактамового растворителя, отличающийся тем, что перед экстракцией в экстракционной колонне осуществляют предварительную экстракцию в смесителе/отстойнике с использованием не смешиваемого с водой органического растворителя. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что предварительная экстракция происходит на концентрированном участке экстракции в экстракционной колонне. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем,что предварительную экстракцию осуществляют при температуре от 20 до 80 С.