專利名稱：生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯的方法和裝置的制作方法
本申請是申請?zhí)枮?00480017569.3(國際申請?zhí)朠CT/US2004/018957)，申請日為2004年6月15日，發(fā)明名稱為“生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯的方法和裝置”的專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯的節(jié)能(energyefficient)方法和裝置。
碳酸二芳基酯，例如碳酸二苯酯是聚碳酸酯樹脂生產(chǎn)中重要的反應(yīng)物。隨著聚碳酸酯樹脂的使用增加，有效生產(chǎn)碳酸二芳基酯變得更加重要，因為聚碳酸酯可以通過反應(yīng)雙酚(例如雙酚A)和碳酸二芳基酯而進行生產(chǎn)。碳酸二芳基酯的生產(chǎn)包括兩步反應(yīng)步驟。首先，在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇得到烷基芳基碳酸酯和烷基醇。其次，兩分子烷基芳基碳酸酯經(jīng)歷歧化反應(yīng)得到一分子碳酸二芳基酯和一分子碳酸二烷基酯。烷基芳基醚，例如苯甲醚是這一過程的副產(chǎn)物且通過碳酸二烷基酯和芳醇的反應(yīng)得到的。烷基芳基醚也可以由烷基芳基碳酸酯的脫羧反應(yīng)得到。
碳酸二芳基酯生產(chǎn)中的副產(chǎn)物烷基芳基醚隨著芳醇和碳酸二烷基酯從過程中排出。包含烷基芳基醚的排出流可能不適合用于其它合成中，因為它可能含有碳酸二烷基酯和芳醇。因此盡管有從碳酸二芳基酯生產(chǎn)過程中排放烷基芳基醚的方法，但目前沒有方法以節(jié)能的方法共生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露了連續(xù)生產(chǎn)烷基芳基醚的方法和裝置。該方法包括在第一反應(yīng)蒸餾塔中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇，從第一反應(yīng)蒸餾塔中回收含有碳酸二烷基酯、烷基醇和烷基芳基醚的流體(stream)，在精餾塔中從烷基芳基醚分離碳酸二烷基酯和烷基醇，以及從精餾塔中回收包含基本純凈的烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流。
在另一實施方案中，用于連續(xù)生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚的方法和裝置包括在第一反應(yīng)蒸餾塔中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇。從第一反應(yīng)蒸餾塔回收兩股流體第一塔頂流和第一塔底流。包含碳酸二烷基酯、烷基醇和烷基芳基醚的第一塔頂流分支為兩股流體第一分支流(split stream)和第二分支流。將第一分支流引入第一精餾塔而第二分支流引入第二精餾塔。從第一精餾塔回收兩股流體第二塔頂流和第三塔底流。第二塔頂流包括碳酸二烷基酯和烷基醇。包括碳酸二烷基酯和烷基芳基醚的部分或全部第三塔底流循環(huán)至第一反應(yīng)蒸餾塔。從第二精餾塔的塔底回收包含基本純凈的烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流。包含碳酸二烷基酯和烷基醇的循環(huán)流從第二精餾塔的塔頂回收并循環(huán)至第一反應(yīng)蒸餾塔。
將包含烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、碳酸二芳基酯、芳醇和酯交換反應(yīng)催化劑的第一塔底流引入至第二反應(yīng)蒸餾塔。包含碳酸二芳基酯、烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇和烷基芳基醚的第二塔底流從第二反應(yīng)蒸餾塔中回收并引入至第三反應(yīng)蒸餾塔。從第三反應(yīng)蒸餾塔的塔底回收包含制備的碳酸二芳基酯的第二產(chǎn)物流。包含芳醇、碳酸二烷基酯和烷基芳基醚的第三塔頂流從第三反應(yīng)蒸餾塔的塔頂回收并循環(huán)至第一反應(yīng)蒸餾塔。
1.連續(xù)生產(chǎn)烷基芳基醚的方法，包括在第一反應(yīng)蒸餾塔中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇；從所述第一反應(yīng)蒸餾塔中回收含有所述碳酸二烷基酯、所述烷基醇和所述烷基芳基醚的流體；在精餾塔中從所述碳酸二烷基酯和烷基醇分離所述流體中的所述烷基芳基醚；以及從所述精餾塔中回收包含基本純凈的所述烷基芳基醚的產(chǎn)物流。
2.項1的方法，其中所述流體是從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的頂部或側(cè)面引出的。
3.上述項任一項中的方法，其中所述第一反應(yīng)蒸餾塔保持在約100至約300℃的溫度，約5,000帕斯卡至約2,000,000帕斯卡的壓力下。
4.上述項任一項中的方法，其中所述精餾塔保持在約50至約150℃的溫度和約50,000帕斯卡至約200,000帕斯卡的壓力下。
5.項1的方法，其中所述產(chǎn)物流包括至少約95％重量的所述烷基芳基醚。
6.連續(xù)生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚的方法，包括在第一反應(yīng)蒸餾塔110中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇；從所述第一反應(yīng)蒸餾塔中回收包含所述碳酸二烷基酯、所述烷基醇和所述烷基芳基醚的第一塔頂流112；將所述第一塔頂流分支為第一分支流112a和第二分支流112b；從所述第一反應(yīng)蒸餾塔回收包含所述烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇、烷基芳基醚和酯交換反應(yīng)催化劑的第一塔底流114；引入所述第一塔底流至第二反應(yīng)蒸餾塔124；從所述第二反應(yīng)蒸餾塔中回收包含所述碳酸二芳基酯、烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇和酯交換反應(yīng)催化劑的第二塔底流134；引入所述第二分支流112b至第二精餾塔146，從所述烷基芳基醚分離所述碳酸二烷基酯和所述烷基醇，以及循環(huán)所述碳酸二烷基酯和所述烷基醇至第一精餾塔116；引入所述第一分支流至所述第一精餾塔；從所述第一精餾塔回收包含所述碳酸二烷基酯和烷基醇的第二塔頂流128，和包含所述碳酸二烷基酯的第三塔底流118，并且循環(huán)部分所述第三塔底流至所述第一反應(yīng)蒸餾塔；從所述第二精餾塔的塔底回收包含基本純凈的所述烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流142；引入所述第二塔底流至第三反應(yīng)蒸餾塔138；從所述第三反應(yīng)蒸餾塔的塔底回收包含制備的碳酸二芳基酯的第二產(chǎn)物流148，和回收包含芳醇、碳酸二烷基酯和烷基芳基醚的第三塔頂流140；以及循環(huán)所述第三塔頂流至所述第一反應(yīng)蒸餾塔。
7.項6的方法，其中所述第二反應(yīng)蒸餾塔保持在約50至約300℃的溫度，和約5,000帕斯卡至約1,000,000帕斯卡的壓力下。
8.項6或7的方法，其中所述第三反應(yīng)蒸餾塔保持在約100至約300℃的溫度和約1,000帕斯卡至約300,000帕斯卡的壓力下。
9.項6-8任一項中的方法，其中所述第二反應(yīng)蒸餾塔保持在比所述第一反應(yīng)蒸餾塔的壓力低的壓力下。
10.項6-9任一項中的方法，其中將第一塔頂流引入分凝器中。
11.連續(xù)生產(chǎn)基本純凈的烷基芳基醚的裝置，包括第一和第二反應(yīng)蒸餾塔，第一和第二精餾塔以及輸送反應(yīng)物流和產(chǎn)物流的多股流體，其中所述第一反應(yīng)蒸餾塔110連接輸入流，并連接第一、第二和第三轉(zhuǎn)移流，所述第一轉(zhuǎn)移流112從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述第一精餾塔116；所述第二轉(zhuǎn)移流112c從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的側(cè)面流向所述第二精餾塔146，和所述第三轉(zhuǎn)移流114從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔底流向所述第二反應(yīng)蒸餾塔124；以及所述第二精餾塔146連接從塔底流出的用于回收烷基芳基醚的產(chǎn)物流142和從塔頂流向所述第一精餾塔的循環(huán)流140。
12.連續(xù)生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚的裝置，包括第一反應(yīng)蒸餾塔110、第二反應(yīng)蒸餾塔124和第三反應(yīng)蒸餾塔138，第一精餾塔116和第二精餾塔146，分流器，用于輸送反應(yīng)物流和產(chǎn)物流的多股流體，其中所述第一反應(yīng)蒸餾塔連接引入反應(yīng)物的輸入流，并連接第一轉(zhuǎn)移流112和第二轉(zhuǎn)移流114，所述第一轉(zhuǎn)移流從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述分流器；所述第二轉(zhuǎn)移流從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔底流向所述第二反應(yīng)蒸餾塔124；所述分流器連接第一分支流112a和第二分支流112b，所述第一分支流從所述分流器流向所述第一精餾塔116及所述第二分支流從所述分流器流向第二精餾塔146；第二反應(yīng)蒸餾塔124連接第三轉(zhuǎn)移流和第四轉(zhuǎn)移流，所述第三轉(zhuǎn)移流122從所述第二反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述第一精餾塔的塔底，及所述第四轉(zhuǎn)移流134從所述第二反應(yīng)蒸餾塔的塔底流向所述第三反應(yīng)蒸餾塔138；所述第三反應(yīng)蒸餾塔連接用于從所述第三反應(yīng)蒸餾塔的塔底提供碳酸二芳基酯產(chǎn)物的第二產(chǎn)物流148和從所述第三反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述第一反應(yīng)蒸餾塔的第一循環(huán)流144；所述第一精餾塔116連接用于從所述第一精餾塔的塔頂提供碳酸二烷基酯/烷基醇混合物的第三產(chǎn)物流128，和從所述第一精餾塔的塔底流向所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔底的第二循環(huán)流132；以及所述第二精餾塔連接用于從所述第二精餾塔的塔底回收所述烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流142和從所述第二精餾塔的塔頂流向所述第一精餾塔中部的第三循環(huán)流140。
13.制造聚碳酸酯和基本純凈的烷基芳基醚的方法，包括反應(yīng)雙酚和碳酸二芳基酯，其中所述碳酸二芳基酯和所述烷基芳基醚由如下步驟制備在第一反應(yīng)蒸餾塔中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇；從所述第一反應(yīng)蒸餾塔中回收含有所述碳酸二烷基酯、所述烷基醇和所述烷基芳基醚的流體；在精餾塔中從所述碳酸二烷基酯和烷基醇分離所述流體中的所述烷基芳基醚；以及從所述精餾塔中回收包含基本純凈的所述烷基芳基醚的產(chǎn)物流。


圖1是生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯的示例性方法的示意圖。
圖2是生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯的示例性方法的另一示意圖。
圖3示出了塔110中的回流對流體142中苯甲醚純度的影響。
具體實施例方式
本發(fā)明披露了連續(xù)生產(chǎn)烷基芳基醚的方法和裝置。該方法包括在第一反應(yīng)蒸餾塔中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇，從第一反應(yīng)蒸餾塔中回收含有碳酸二烷基酯、烷基醇和烷基芳基醚的流體，在精餾塔中從烷基芳基醚分離碳酸二烷基酯和烷基醇，以及從精餾塔中回收包含基本純凈的烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流。本文中定義“基本純凈”為純度至少約95％重量，優(yōu)選至少約99％重量并高達約100％重量，及其間所有子區(qū)間。
在另一實施方案中，用于連續(xù)生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚的方法和裝置包括在第一反應(yīng)蒸餾塔中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇。從第一反應(yīng)蒸餾塔回收兩股流體第一塔頂流和第一塔底流。包含碳酸二烷基酯、烷基醇和烷基芳基醚的第一塔頂流分支為兩股流體第一分支流和第二分支流。將第一分支流引入第一精餾塔而第二分支流引入第二精餾塔。從第一精餾塔回收兩股流體第二塔頂流和第三塔底流。第二塔頂流包括碳酸二烷基酯和烷基醇。包括碳酸二烷基酯和烷基芳基醚的部分或全部第三塔底流循環(huán)至第一反應(yīng)蒸餾塔。從第二精餾塔的塔底回收包含基本純凈的烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流。包含碳酸二烷基酯和烷基醇的循環(huán)流從第二精餾塔的塔頂回收并循環(huán)至第一反應(yīng)蒸餾塔。
從第一反應(yīng)蒸餾塔排出(purging)富含烷基芳基醚的流體有利于烷基芳基醚的純化。因為進入反應(yīng)蒸餾塔再沸器和冷凝器的流體中存在的烷基芳基醚量降低，它還有助于降低在此披露的方法的有效消耗(utilityconsumption)。烷基芳基醚的高循環(huán)比(high recirculation rate)占據(jù)了反應(yīng)蒸餾塔的體積，降低了可用于形成碳酸二芳基酯的反應(yīng)體積。從第一反應(yīng)蒸餾塔排出烷基芳基醚有利于增加下游反應(yīng)蒸餾塔中用于形成碳酸二芳基酯的可用體積。
將包含烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、碳酸二芳基酯、芳醇和酯交換反應(yīng)催化劑的第一塔底流引入第二反應(yīng)蒸餾塔。包含碳酸二芳基酯、烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇和烷基芳基醚的第二塔底流從第二反應(yīng)蒸餾塔中回收并引入第三反應(yīng)蒸餾塔。從第三反應(yīng)蒸餾塔的塔底回收包含制備的碳酸二芳基酯的第二產(chǎn)物流。包含芳醇、碳酸二烷基酯和烷基芳基醚的第三塔頂流從第三反應(yīng)蒸餾塔塔頂回收并循環(huán)至第一反應(yīng)蒸餾塔。
本發(fā)明披露的方法包括影響碳酸二芳基酯和烷基芳基醚生產(chǎn)的一系列節(jié)能的質(zhì)量和能量綜合過程。
主要反應(yīng)說明如下。碳酸二芳基酯的生產(chǎn)包括兩步反應(yīng)步驟。首先，在酯交換反應(yīng)催化劑存在下碳酸二烷基酯和芳醇反應(yīng)得到烷基芳基碳酸酯和烷基醇。其次，兩分子烷基芳基碳酸酯經(jīng)歷歧化反應(yīng)得到一分子碳酸二芳基酯和一分子碳酸二烷基酯。反應(yīng)(1)具有低的反應(yīng)平衡常數(shù)且限定反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化是不完全的，導(dǎo)致碳酸二烷基酯和芳醇的大量循環(huán)。
碳酸二烷基酯可以由下面的通式(I)表示
其中R1是具有1至約30個碳原子的烷基，并且R1每次出現(xiàn)時獨立為烷基。更明確地，所述烷基在每次出現(xiàn)時可以相同或不同。
R1的具體實例包括烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基。在本發(fā)明的反應(yīng)中有用的合適的碳酸二烷基酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲基乙基碳酸酯、乙基丙基碳酸酯、碳酸二丙酯、丙基丁基碳酸酯、碳酸二丁酯、丁基戊基碳酸酯、碳酸二戊酯、戊基己基碳酸酯、碳酸二己酯、己基庚基碳酸酯、碳酸二庚酯、庚基辛基碳酸酯、碳酸二辛酯、辛基壬基碳酸酯、碳酸二壬酯、壬基癸基碳酸酯和碳酸二癸酯。優(yōu)選的碳酸二烷基酯是碳酸二甲酯。
用來制備芳族碳酸酯的芳醇化合物由通式(II)表示Ar-OH(II)其中Ar是可具有取代基的一價芳基。
該芳醇的實例包括苯酚和烷基苯酚例如甲酚、二甲苯酚、三甲基苯酚、四甲基苯酚、乙基苯酚、丙基苯酚、丁基苯酚、二乙基苯酚、甲基乙基苯酚、甲基丙基苯酚、二丙基苯酚、甲基丁基苯酚、戊基苯酚、己基苯酚和環(huán)己基苯酚。優(yōu)選的芳醇是苯酚。
可以通過反應(yīng)(1)獲得的烷基芳基碳酸酯的具體實例包括甲基苯基碳酸酯、乙基苯基碳酸酯、丙基苯基碳酸酯、烯丙基苯基碳酸酯、丁基苯基碳酸酯、戊基苯基碳酸酯、己基苯基碳酸酯、庚基苯基碳酸酯、辛基甲苯基碳酸酯、壬基(乙苯基)碳酸酯、癸基(丁基苯基)碳酸酯、甲基甲苯基碳酸酯、乙基甲苯基碳酸酯、丙基甲苯基碳酸酯、丁基甲苯基碳酸酯、烯丙基甲苯基碳酸酯、乙基二甲苯基碳酸酯、甲基(三甲基苯基)碳酸酯、甲基(氯苯基)碳酸酯、甲基(硝基苯基)碳酸酯、甲基(甲氧基苯基)碳酸酯、甲基異丙苯基碳酸酯、甲基(萘基)碳酸酯、甲基(吡啶基)碳酸酯、乙基異丙苯基碳酸酯、甲基(苯甲?；交?碳酸酯、乙基二甲苯基碳酸酯、芐基二甲苯基碳酸酯、甲基(羥苯基)碳酸酯、乙基(羥苯基)碳酸酯、甲氧基羰基氧聯(lián)苯基(methoxycarbonyloxybiphenyl)、甲基(羥基聯(lián)苯基)碳酸酯、甲基2-(羥苯基)丙基苯基碳酸酯和乙基2-(羥苯基)丙基苯基碳酸酯。
優(yōu)選的酯交換反應(yīng)催化劑類包括鈦化合物如四苯氧基鈦(Ti(OPh)4)和四氯化鈦，有機錫化合物以及銅、鉛、鋅、鐵和鋯的化合物。
在生產(chǎn)碳酸二芳基酯的過程中發(fā)生副反應(yīng)，如反應(yīng)(3)，它顯示了當(dāng)碳酸二烷基酯和芳醇反應(yīng)時形成了烷基芳基醚。反應(yīng)(4)顯示了制備烷基芳基醚的另一種途徑，其中烷基芳基碳酸酯脫羧得到烷基芳基醚。由這些反應(yīng)得到的烷基芳基醚從碳酸二芳基酯的生產(chǎn)過程中排出，以便生產(chǎn)過程穩(wěn)定操作并避免在循環(huán)流體中不希望的累積。烷基芳基醚例如苯甲醚是如反應(yīng)(3)中所示的碳酸二烷基酯和芳醇反應(yīng)的副產(chǎn)物。通常苯甲醚是碳酸二甲酯和苯酚反應(yīng)的副產(chǎn)物。
圖1和圖2是共生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚的示例性裝置的示意圖。在這些示例性實施方案的圖中，相同的部件標(biāo)記相同。這些裝置包括五個塔110、124、138、116和146，以及不同的進料流、產(chǎn)物流和循環(huán)流，如附圖標(biāo)記100-148所示。圖1和圖2示出了各流體的流動方向?？梢约尤敫鞣N閥門、加熱器和其它配件來使設(shè)計適應(yīng)特定的安裝，這些組件的加入在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技能范圍內(nèi)。
塔110、124和138是反應(yīng)蒸餾塔。盡管反應(yīng)蒸餾塔是優(yōu)選的，但形成烷基芳基醚的反應(yīng)可以在任何間歇或連續(xù)反應(yīng)器中完成。每個反應(yīng)蒸餾塔具有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的下部反應(yīng)區(qū)和上部精餾區(qū)。這種類型的塔的構(gòu)造是本領(lǐng)域公知的。通常，塔的反應(yīng)區(qū)和精餾區(qū)可以配置有整砌填料，散裝填料或固定內(nèi)件(fixed internals)。塔110提供約10至約80塊，更優(yōu)選約15至約60塊，及其間所有子區(qū)間的理論蒸餾塔板(theoretical distillation stage)。
形成烷基芳基醚的副反應(yīng)發(fā)生在所有反應(yīng)蒸餾塔中，盡管在形成烷基芳基碳酸酯的第一反應(yīng)蒸餾塔中產(chǎn)生了最大量的烷基芳基醚。在如圖1所示的一實施方案中，從第一反應(yīng)蒸餾塔110中引出的塔頂流112分支成兩股流體112a和112b。流體112b被送至第二精餾塔146用于烷基芳基醚的純化。如圖2所示的另一實施方案，從第一反應(yīng)蒸餾塔110中引出側(cè)流112c。流體112c被送至第二精餾塔146用于烷基芳基醚的純化。流體112b和112c可以包含烷基醇和碳酸二烷基酯以及多達約25％重量的烷基芳基醚。
脫羧反應(yīng)(4)在芳醇存在下是有利的。通過在合適的反應(yīng)條件下的脫羧反應(yīng)路徑，烷基芳基醚可以在任何富含烷基芳基碳酸酯的流體中形成。
在如圖2所示的一實施方案中，來自第一反應(yīng)蒸餾塔的富含烷基芳基醚的流體112c可以在該塔進料進入位置之上的位置處引出。在優(yōu)選實施方案中進料流106的位置在反應(yīng)蒸餾塔110的反應(yīng)區(qū)之上。由于芳醇的存在會影響第二精餾塔146中烷基芳基醚的純化，塔110在使富含烷基芳基醚的側(cè)流中的芳醇濃度下降的條件下進行操作。為了降低側(cè)流112c中的芳醇濃度，該反應(yīng)蒸餾塔在高回流流動(reflux flow)下進行操作。芳醇的濃度沿著塔高下降并且在塔的頂部該濃度可忽略不計。但是，烷基芳基醚的濃度也隨著塔高下降。因此，選擇最優(yōu)位置引出富含烷基芳基醚的流體，在該流體中烷基芳基醚的濃度高，而芳醇的濃度不足以高至影響烷基芳基醚的純化。
塔116和146是精餾塔。這些塔預(yù)計基于沸點進行物質(zhì)的分離，而不驅(qū)動同時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。這種類型的塔的構(gòu)造是本領(lǐng)域公知的。
原料通過流體106和108引入塔110。流體106是主要包含芳醇(新鮮或回收的)的流體100和包含芳醇和酯交換反應(yīng)催化劑的流體102的合流。任選地，流體106還可以包括烷基醇、碳酸烷基酯和經(jīng)流體114從反應(yīng)蒸餾塔138中循環(huán)的反應(yīng)副產(chǎn)物。流體100可以進一步被新鮮的酯交換反應(yīng)催化劑流體增大(augment)，在需要時該新鮮的酯交換反應(yīng)催化劑流體中可以加入。
流體108是包含烷基醇和碳酸二烷基酯的流體104和包含碳酸二烷基酯、芳醇和烷基芳基醚的循環(huán)流132的混合物。
將流體108輸入塔110的塔底部，優(yōu)選輸入再沸器。取決于所用再沸器的類型，該流體可以是液體或蒸汽。例如，如果使用外部再沸器，如kettle再沸器，流體108以蒸汽的形式進入塔110。在反應(yīng)蒸餾區(qū)頂部的位置或接近反應(yīng)蒸餾區(qū)頂部的位置以液體的形式將流體106輸入塔110的中間區(qū)。流體106和108的輸送速率使得碳酸二烷基酯和芳醇的摩爾比為約0.5至約10，優(yōu)選約0.5至約5，且最優(yōu)選約1至約3，及其間所有的子區(qū)間。通過流體108過量供應(yīng)碳酸二烷基酯特別有利，因為碳酸二烷基酯既擔(dān)當(dāng)反應(yīng)物又擔(dān)當(dāng)解吸劑(stripping agent)，并且有助于除去在酯交換反應(yīng)中生成的烷基醇。這一除去增加了塔110中烷基芳基碳酸酯的生成速率。在約100℃至約300℃，優(yōu)選約130℃至約250℃且最優(yōu)選約140℃至約220℃及其間所有子區(qū)間的溫度下進行塔110中的酯交換反應(yīng)。本文中描述的所有壓力是絕對壓力。塔110的操作壓力為約5,000帕斯卡(Pa)至約2,000,000Pa，優(yōu)選約50,000-約1,000,000Pa，且最優(yōu)選約300,000-約700,000Pa，以及其間所有子區(qū)間。
在一實施方案中，如圖1所示反應(yīng)產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料通過流體112和114從塔110移出。從塔110的塔頂引出的流體112包括未反應(yīng)的碳酸二烷基酯、烷基醇和在酯交換反應(yīng)中得到的烷基芳基醚。流體112被分支成兩股流體112a和112b。流體112a轉(zhuǎn)到精餾塔116用于加工和回收。流體112b轉(zhuǎn)到精餾塔146用于進一步純化烷基芳基醚。在一實施方案中可以對分支流112使用分流器。
在另一實施方案中，如圖2所示反應(yīng)產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料通過流體112、112c和114從塔110移出。從塔110的塔頂引出的流體112包括未反應(yīng)的碳酸二烷基酯、烷基醇和在酯交換反應(yīng)中得到的烷基芳基醚。該流體轉(zhuǎn)到精餾塔116用于加工和回收。流體112c從塔的側(cè)面引出。該流體包括烷基芳基醚、碳酸二烷基酯和烷基醇。流體112c被送至精餾塔146用于進一步純化烷基芳基醚。
塔146裝配有整砌填料，散裝填料或固定內(nèi)件以提供至少約3塊且優(yōu)選約5至約50塊，及其間全部子區(qū)間的理論蒸餾塔板。塔146中的溫度為約50-約250℃，優(yōu)選約50-約200℃，及其間所有子區(qū)間。塔146中的壓力為約10,000-約1,000,000Pa，優(yōu)選約50,000-約200,000Pa，及其間所有子區(qū)間。
塔146將碳酸二烷基酯和烷基醇從烷基芳基醚中分離出來并得到基本純凈的烷基芳基醚，通過流體142排出。回收的碳酸二烷基酯和烷基醇經(jīng)由流體140返回塔116。流體140可以蒸汽形式直接輸入塔116。在如圖1所示的一實施方案中，流體140可與流體112a合并。在如圖2所示的另一實施方案中，流體140可與流體112合并。
從靠近塔110塔底處引出的流體114包含塔110中制備的烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇、烷基芳基醚和酯交換反應(yīng)催化劑。流體114轉(zhuǎn)到第二反應(yīng)蒸餾塔124。在一實施方案中，流體114還可以包含碳酸二芳基酯。
塔124具有下部反應(yīng)區(qū)和上部精餾區(qū)。該塔促進烷基芳基碳酸酯歧化為碳酸二芳基酯和碳酸二烷基酯，同時將碳酸二烷基酯從反應(yīng)混合物中分離出來。
塔124的反應(yīng)區(qū)和精餾區(qū)各自裝配有整砌填料、散裝填料或固定內(nèi)件，以提供約1-約50塊，優(yōu)選約5-約20塊，及其間所有子區(qū)間的理論蒸餾塔板。塔124中的溫度為約50-約300℃，優(yōu)選約60-約280℃，且最優(yōu)選約100-250℃，及其間所有子區(qū)間。
塔124中的壓力維持在約5,000Pa至約1,000,000Pa，優(yōu)選約20,000-約500,000Pa，且最優(yōu)選約100,000-約300,000Pa，及其間所有子區(qū)間。優(yōu)選保持塔124的壓力低于塔110的壓力。這導(dǎo)致流體114的絕熱閃蒸，從而有利于在塔124中將碳酸二烷基酯從反應(yīng)混合物中分離出。還優(yōu)選保持塔124的壓力略高于116的壓力以便匯集(for integration)。
以這樣的方式操作塔124，使得通過流體114進入塔的碳酸二烷基酯從反應(yīng)混合物中分離出，從而提高了在反應(yīng)區(qū)發(fā)生的歧化反應(yīng)的速率。塔124還可以用作塔116的再沸器，在該情況下兩個塔通過流體120和122連接，如圖1所示。此時，應(yīng)注意防止在該構(gòu)造中烷基芳基碳酸酯夾帶至塔116，因為這會導(dǎo)致烷基芳基碳酸酯經(jīng)流體132循環(huán)到塔110。烷基芳基碳酸酯和烷基醇的循環(huán)會使塔110中的組成接近原料，從而降低了塔110中烷基芳基碳酸酯的凈產(chǎn)率。因此，塔124和116的操作使得流體120(存在時)在液相中包含碳酸二烷基酯和烷基芳基醚，回流返回精餾塔116。
精餾塔116制備塔頂副產(chǎn)物流128，該副產(chǎn)物流中包含過程中產(chǎn)生的碳酸二烷基酯和烷基醇的混合物。在一實施方案中，塔頂副產(chǎn)物流128包含碳酸二烷基酯和烷基醇的共沸混合物，該共沸混合物可以冷凝并作為進料流再利用，用于碳酸二烷基酯生產(chǎn)過程的補償而無需進一步純化。
塔116裝配有整砌填料、散裝填料或固定內(nèi)件，以提供至少約3塊，優(yōu)選約5-約50塊，及其間所有子區(qū)間的理論蒸餾塔板。塔116中的溫度為約10-約200℃，優(yōu)選約50-約150℃，及其間所有子區(qū)間。塔116中的壓力為約10,000-約1,000,000Pa，優(yōu)選約50,000-約200,000Pa，及其間所有子區(qū)間。
除了與塔116相互交換物質(zhì)的流體120和122之外，各物質(zhì)經(jīng)由流體134離開塔124。
流體134包括塔124中得到的碳酸二芳基酯、碳酸二烷基酯、芳醇、烷基芳基碳酸酯、烷基芳基醚和酯交換反應(yīng)催化劑。流體134被輸送至反應(yīng)蒸餾塔138，該塔裝配有整砌填料、散裝填料或固定內(nèi)件。塔138提供了約5-約80塊，且更優(yōu)選約20-約60塊，及其間所有子區(qū)間的理論蒸餾塔板。
操作塔138以進一步驅(qū)使反應(yīng)朝所需碳酸二芳基酯產(chǎn)物的方向移動，同時優(yōu)選分離出其它物質(zhì)以便再利用。從塔138中移出兩股流體。第一股是塔底流148，它包含碳酸二芳基酯、酯交換反應(yīng)催化劑、烷基芳基碳酸酯和高沸點副產(chǎn)物。在需要另外純化碳酸二芳基酯時，優(yōu)選該產(chǎn)物流進一步進行蒸餾。在本發(fā)明披露的方法中制備的碳酸二芳基酯可與雙酚(如雙酚A)反應(yīng)，用于生產(chǎn)聚碳酸酯。
從塔138的塔頂移出的第二股流體144包含未反應(yīng)的芳醇、碳酸二烷基酯和烷基芳基醚。優(yōu)選循環(huán)流體144以補償部分流體106。
塔138在約100-約300℃、優(yōu)選約100-約250℃，最優(yōu)選約140-約200℃，及其間所有子區(qū)間的溫度下進行操作。塔中的壓力為約1,000Pa至約300,000Pa，優(yōu)選約5,000Pa至約100,000Pa，最優(yōu)選約10,000至約40,000Pa，及其間所有子區(qū)間。
在上述方法的范圍內(nèi)，一些變化是可行的。例如，已經(jīng)描述的塔116和124經(jīng)流體120和122相互連接。
此外，通過經(jīng)由流體126加入含有烷基芳基碳酸酯的流體可以增大流體134，形成流體136。在一實施方案中，可以將分凝器連接至塔110的塔頂。該分凝器冷凝從塔100引出的部分塔頂流，該部分塔頂流作為回流被送回塔。余下的塔頂流可以蒸汽的形式輸入塔116。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，上述各流體定位在塔的頂部、中部或底部當(dāng)然是相對概念，因為欲引入物質(zhì)的位置和塔中維持的狀態(tài)有關(guān)。例如，進入塔底部的流體實際可以進入貯罐(sump)上方的幾塊塔板，而進入塔頂部的流體可以進入頂部塔板下的幾塊塔板。雖然如此，加入這些概念來限定不同的塔和流體的一般方向。
上述方法和裝置允許在工業(yè)規(guī)模上以有效的方式共生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚。
根據(jù)一些非限制性實施例進一步說明在此披露的方法。
實施例1
設(shè)計如圖1所示的描述本發(fā)明方法的Aspen模型并使用Aspen Plus 11.1模擬軟件來運行，結(jié)果示于表1中，其中所用的反應(yīng)物是碳酸二甲酯和苯酚，在四苯氧基鈦存在下制備碳酸二苯酯和苯甲醚。采用碳酸二甲酯和苯酚的進料摩爾比2.5進行模擬。
實施例2設(shè)計如圖2所示的描述本發(fā)明方法的Aspen模型并使用Aspen Plus 11.2模擬軟件來運行，結(jié)果示于表1中。碳酸二甲酯和苯酚的進料摩爾比與實施例1相同。
實施例3-17保持實施例1的過程條件，將塔110的回流比從0.83變?yōu)?.0而運行Aspen模型。結(jié)果示于表2，顯示了改變塔110中的回流比而得到流體142中的苯甲醚純度(重量％)。圖3還示出了表2中的數(shù)據(jù)的曲線圖。它表明增加回流比，流體142中的苯甲醚純度增加。
實施例18通過基于富含苯甲醚的流體從第二反應(yīng)蒸餾塔側(cè)面引出的結(jié)構(gòu)設(shè)計Aspen模型流程圖來運行比較例。所有其它過程條件和實施例1和2相同。結(jié)果顯示如圖1和圖2所述披露的方法的過程方案中，在相同的過程條件下流體142中的苯甲醚純度比通過從第二反應(yīng)蒸餾塔的側(cè)面引出富含苯甲醚的流體得到的苯甲醚純度高。而且，所有過程中Aspen模擬模型預(yù)計的流體消耗的比較也示于表1中。其中富含苯甲醚的流體從第二反應(yīng)蒸餾塔的側(cè)面引出的比較例18顯示了最大流體消耗，生產(chǎn)每噸碳酸二苯酯消耗流體5.40噸，然而，在圖1和圖2的兩個實施方案中所披露的方法顯示生產(chǎn)每噸碳酸二苯酯分別消耗流體5.20噸和5.10噸。
表1

表2

在此引入引用的所有專利作為參考。
盡管參考優(yōu)選實施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認識到，在不偏離本發(fā)明的范圍下，可以進行各種改變，且可以用等同物替代其要素。此外，在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)范圍下，可以進行許多修改來使特定的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，意指本發(fā)明不受限于作為預(yù)期實施本發(fā)明的最佳模式而披露的具體的實施方案，而本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有的實施方案。
權(quán)利要求
1.連續(xù)生產(chǎn)碳酸二芳基酯和烷基芳基醚的方法，包括在第一反應(yīng)蒸餾塔110中在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇；從所述第一反應(yīng)蒸餾塔中回收包含所述碳酸二烷基酯、所述烷基醇和所述烷基芳基醚的第一塔頂流112；將所述第一塔頂流分支為第一分支流112a和第二分支流112b；從所述第一反應(yīng)蒸餾塔回收包含所述烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇、烷基芳基醚和酯交換反應(yīng)催化劑的第一塔底流114；引入所述第一塔底流至第二反應(yīng)蒸餾塔124；從所述第二反應(yīng)蒸餾塔中回收包含所述碳酸二芳基酯、烷基芳基碳酸酯、碳酸二烷基酯、芳醇和酯交換反應(yīng)催化劑的第二塔底流134；引入所述第二分支流112b至第二精餾塔146，從所述烷基芳基醚分離所述碳酸二烷基酯和所述烷基醇，以及循環(huán)所述碳酸二烷基酯和所述烷基醇至第一精餾塔116；引入所述第一分支流至所述第一精餾塔；從所述第一精餾塔回收包含所述碳酸二烷基酯和烷基醇的第二塔頂流128，和包含所述碳酸二烷基酯的第三塔底流118，并且循環(huán)部分所述第三塔底流至所述第一反應(yīng)蒸餾塔；從所述第二精餾塔的塔底回收包含基本純凈的所述烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流142；引入所述第二塔底流至第三反應(yīng)蒸餾塔138；從所述第三反應(yīng)蒸餾塔的塔底回收包含制備的碳酸二芳基酯的第二產(chǎn)物流148，和回收包含芳醇、碳酸二烷基酯和烷基芳基醚的第三塔頂流140；以及循環(huán)所述第三塔頂流至所述第一反應(yīng)蒸餾塔。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二反應(yīng)蒸餾塔保持在50至300℃的溫度，和5,000帕斯卡至1,000,000帕斯卡的壓力下。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述第三反應(yīng)蒸餾塔保持在100至300℃的溫度和1,000帕斯卡至300,000帕斯卡的壓力下。
4.權(quán)利要求1-2任一項中的方法，其中所述第二反應(yīng)蒸餾塔保持在比所述第一反應(yīng)蒸餾塔的壓力低的壓力下。
5.權(quán)利要求1-2任一項中的方法，其中將第一塔頂流引入分凝器中。
6.實施權(quán)利要求1的方法的裝置，所述裝置包括第一反應(yīng)蒸餾塔110、第二反應(yīng)蒸餾塔124和第三反應(yīng)蒸餾塔138，第一精餾塔116和第二精餾塔146，分流器，用于輸送反應(yīng)物流和產(chǎn)物流的多股流體，其中所述第一反應(yīng)蒸餾塔連接引入反應(yīng)物的輸入流，并連接第一轉(zhuǎn)移流112和第二轉(zhuǎn)移流114，所述第一轉(zhuǎn)移流從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述分流器；所述第二轉(zhuǎn)移流從所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔底流向所述第二反應(yīng)蒸餾塔124；所述分流器連接第一分支流112a和第二分支流112b，所述第一分支流從所述分流器流向所述第一精餾塔116及所述第二分支流從所述分流器流向第二精餾塔146；第二反應(yīng)蒸餾塔124連接第三轉(zhuǎn)移流和第四轉(zhuǎn)移流，所述第三轉(zhuǎn)移流122從所述第二反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述第一精餾塔的塔底，及所述第四轉(zhuǎn)移流134從所述第二反應(yīng)蒸餾塔的塔底流向所述第三反應(yīng)蒸餾塔138；所述第三反應(yīng)蒸餾塔連接用于從所述第三反應(yīng)蒸餾塔的塔底提供碳酸二芳基酯產(chǎn)物的第二產(chǎn)物流148和從所述第三反應(yīng)蒸餾塔的塔頂流向所述第一反應(yīng)蒸餾塔的第一循環(huán)流144；所述第一精餾塔116連接用于從所述第一精餾塔的塔頂提供碳酸二烷基酯/烷基醇混合物的第三產(chǎn)物流128，和從所述第一精餾塔的塔底流向所述第一反應(yīng)蒸餾塔的塔底的第二循環(huán)流132；以及所述第二精餾塔連接用于從所述第二精餾塔的塔底回收所述烷基芳基醚的第一產(chǎn)物流142和從所述第二精餾塔的塔頂流向所述第一精餾塔中部的第三循環(huán)流140。
全文摘要
本發(fā)明披露了通過在酯交換反應(yīng)催化劑存在下反應(yīng)碳酸二烷基酯和芳醇而連續(xù)生產(chǎn)烷基芳基醚和碳酸二芳基酯的方法和裝置。
文檔編號C07C68/08GK101081814SQ200710126259
公開日2007年12月5日 申請日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者沃特庫魯·L·N·默西, 伊格納西奧·F·維克, 甘尼什·凱拉薩姆, 艾伯托·尼索利 申請人:通用電氣公司