Спосіб фільтрування трифазної реакційної суміші

1 Спосіб фільтрування, який полягає втому, що здійснюють тангенційне фільтрування трифазної реакційної суміші, яку отримують після реакції пдрогенування нітрилів, який відрізняється тим, що проводять тангенційне фільтрування через мембранний фільтр принаймні деяких трифазних реакційних сумішей, які складаються з рідкої фази, що містить нітрильні функціональні групи, газової фази, що містить водень, і каталітичної твердої фази, яка містить нікель і/або кобальт Ренея або металевий каталізатор на основі, після чого каталізатор повторно використовують й одночасно регенерують принаймні частину фільтрату, який містить продукти реакції 2 Спосіб за п 1 , який відрізняється тим, що мембранний фільтр, який використовується для тангенційного фільтрування, складається з плоскої або трубчастої основи і неорганічної або органічної мембрани (або активного шару), товщина якого становить декілька мікронів 3 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що активний шар фільтра виготовлений з а - оксиду алюмінію, оксиду цирконію, дюксиду титану або графітових волокон, а основа виготовлена з графіту, оксиду алюмінію, оксиду цирконію або дюксиду титану 4 Спосіб за будь-яким з пп 2 і 3, який відрізняється тим, що мембрана має середній діаметр пор в межах від 1 нанометра до одного мікрона і переважно середній діаметр пор становить від 10 нанометрів до 100 нанометрів 5 Спосіб за одним із пп 1-4, який відрізняється тим, що рідка фаза реакційної суміші, яку потрібно фільтрувати, по суті має в своєму складі принаймні одну сполуку, яка має нітрильні функціональні групи, таку як неконвертований початковий динітрил або нітрил, утворений амінонітрил і/або амін, і/або діамін і не обов'язково розчинник 6 Спосіб за п 5, який відрізняється тим, що розчинник вибирають серед води і/або аміду, і/або алкоголю, і/або аміну, і/або гідроксиду амонію 7 Спосіб за одним із пп 1-6, який відрізняється тим, що тверда каталітична фаза складається з каталізатора на основі нікелю Ренея і/або кобальту Ренея, які переважно мають у своєму складі додатковий елемент, вибраний серед елементів груп IVb, Vlb, VIIb і VIII періодичної таблиці елементів 8 Спосіб за одним із пп 1-6, який відрізняється тим, що тверда каталітична фаза складається з металу, який є металом VIII групи періодичної таблиці елементів, такого як рутеній, родій, нікель або кобальт, осаджений на основу, яка є оксидом металу, такого як оксид алюмінію, оксид кремнію, алюмосилікати, дюксид титану, оксид цирконію або оксид магнію 9 Спосіб за одним із пп 1-8, який відрізняється тим, що тангенційне фільтрування проводиться при температурі, меншій або яка дорівнює 150°С, переважно менше або дорівнює 120°С і навіть більш переважно менше або дорівнює 100°С 10 Спосіб за одним із пп 1-9, який відрізняється тим, що різниця тиску між входом до фільтра і виходом становить в межах від 1 бар до 20 бар, а переважно від 2 бар до 10 бар О О (О 61077 Цей винахід відноситься до способу фільтрування трьохфазної реакційної суміші, яка складається з рідинної фази, нерозчинної твердої каталітичної фази та газової фази У способах, які використовують сполуку, що має у своєму складі принаймні одну нітрильну функціональну групу і нерозчинний каталізатор Рене нікелевого або кобальтового типу, спостерігали, що при відсутності газу, а більш конкретно при відсутності водню, нітрильні фукцюнальні групи реакційного середовища мають шкідливий вплив на активність каталізатора Так, зокрема у способах гідрогенізації нітрилів в аміни, і навіть більш конкретно у способах часткової гідрогенізації динітрилів в амінонітрил заявник показав, що каталізатор Рене нікелевого або кобальтового типу має тенденцію втрачати активність у присутності нітрильних функціональних груп, якщо реакційне середовище більше не має водню або має лише недостатню КІЛЬКІСТЬ ВОДНЮ БІЛЬШ ТОГО, ВИЯВЛЯЄТЬСЯ, ЩО металеві каталі затори, осаджені на підложку, які також використовуються, зокрема, у способах гідрогенізації, погано ВІДДІЛЯЮТЬСЯ осадженням і важко відфільтровуються Цей винахід пропонує вирішення цих проблем, яке полягає в тангенційному фільтруванні через мембранний фільтр принаймні деяких трьохфазних реакційних сумішей, які складаються з рідинної фази, в якій знаходяться нітрильні функціональні групи, газової фази, яка містить у своєму складі водень, І каталітичної твердої фази, яка містить нікель і/або кобальт Рене або металевий каталізатор на ПІДЛОЖЦІ, і в повторному використанні каталізатора з одночасною регенерацією принаймні частини фільтрату, який містить продукти реакції Тангенційна циркуляція відносно мембрани з високою швидкістю суміші, яку треба профільтрувати, зводить до мінімуму КІЛЬКІСТЬ твердої речовини, яка залишається на фільтрі Таким чином можна звести до мінімуму ризик деактиваци каталізатора Це уможливлює безперервне фільтрування, в той же час утримуючи каталізатор в його реакційному середовищі Як правило, швидкість циркуляції реакційної суміші через мембрану знаходиться в межах від 0,5м/сек, до 20м/сек, і переважно від 1м/сек, до 10м/сек Мембранні фільтри, які використовуються для тангенційного фільтрування, як правило, складаються з плоскої або трубчастої підложки і неорганічної або органічної мембрани, яку часто називають активним шаром, що має товщину декілька мікронів У способі даного винаходу мембрани, що використовуються, є переважно неорганічними мембранами, які, як правило, поводяться краще ХІМІЧНО І термічно відносно реакційної суміші, що в и ко р исто вується Підложка і активний шар можуть бути зроблені з одного й того самого матеріалу або з різних матеріалів Активний шар фільтра може бути зроблений, наприклад, із Д -оксиду алюмінію, оксиду цирконію, диоксиду титану або графітових воло кон Підложка також може бути зроблена з оксиду алюмінію, графіту, оксиду цирконію або диоксиду титану Мембрана характеризується також своїм середнім діаметром пор Як правило, цей середній діаметр пор знаходиться в межах від 1 нанометра і одного мікрона З точки зору ДОВГОВІЧНОСТІ і відновлюваності мембрани слід віддати перевагу в цьому способі використанню ультрафільтраційних мембран, які мають середній діаметр пор від 10 нанометрів до 100 нанометрів і поріг припинення пропуску рідини (який визначається молекулярною масою сполук, які затримуються мембраною, і виражається в грамах/моль або дальтонах) більше або рівний 5 кілодальтонам (КД) і переважно більше або рівний 100 кілодальтонам Рідка фаза реакційної суміші, яку треба фільтрувати, по суті складається із принаймні однієї сполуки, що містить нітрильні функціональні групи, наприклад, з неконвертованого початкового динітрила або нітрила, з утвореного амінонітрила і/або зміна і/або діаміна і не обов'язково розчинника, яким може бути, зокрема, вода і/або амід і/або алкоголь і/або амін і/або гідроксид амонію Алкоголями, які звичайно використовуються, є алканоли, такі як метанол, етанол, 1-пропанол, 2-пропанол і 1-бутанол, дюли, такі як етилен гліколь і пропілен гліколь, полюли або суміші згаданих алкоголів Якщо розчинником є амід, можна використати, зокрема, диметилформамід і деметилацетамід Серед амінів, які можна використати як розчинники, слід зазначити, наприклад, амін, діамін або амінонітрил ВІДПОВІДНО до нітрила або динітрила, який пдрогенізується Рідка фаза звичайно містить також сильну неорганічну основу, похідну від лужного металу або лужноземельного металу Якщо вода присутня разом з іншим розчинником, то згаданий розчинник представлений у ваговому співвідношенні у КІЛЬКОСТІ від двох до чотирьох разів більше від ваги води Тверда каталітична фаза звичайно складається з каталізатора на основі нікелю Рене і/або кобальту Рене, не обов'язково, але переважно містить додатково елемент, вибраний серед елементів груп IVb, Vlb, Vllb і VIII періодичної таблиці елементів, опублікованої у Довіднику з хімії і фізики, 51-е видання (1970-1971) Каталізатор не основі нікелю Рене і/або кобальту Рене, використаний у способі, може також містити, крім нікелю або кобальту, і залишкові КІЛЬКОСТІ металів, які виділяються із вихідного сплаву під час виготовлення каталізатора, тобто, як правило, алюміній, один або більше інших додаткових елементів, таких як, наприклад, хром, титан, молібден, вольфрам, залізо або цинк Серед цих додаткових елементів хром і/або залізо і/або титан слід розглядати як такі, яким треба віддати найбільшу перевагу Ці додаткові елементи звичайно складають відносно ваги нікелю від 0% до 15% і переважно від 0% до 10%, Каталітична фаза може також складатись із металу, яким, як правило, є метали VIII групи періодичної таблиці елементів, такі як рутеній, родій, нікель або кобальт, осаджені на підложку, якою є 61077 звичайно оксид металу, такий як оксид алюмінію, оксид кремнію, алюмосилікати, двооксид титану, оксид цирконію або оксид магнію В каталізаторі на металевій ПІДЛОЖЦІ метал звичайно становить від 0,1 до 80% маси підложки, і переважно від 0,5 до 50% Тверда фаза звичайно становить від 1 % до 50% ваги відносно ваги рідкої фази, але ці значення не є критичними Газова фаза складається, в основному, з водню Тангенційне фільтрування може бути проведене при температурі, яка переважно є такою, при якій проводиться реакція гідрогенізації Ця температура звичайно менше або дорівнює 150°С, переважно менше або дорівнює 120°С і навіть більш переважно менше або дорівнює 100°С Насправді ця температура звичайно знаходиться в межах між кімнатною (близько 20°С) і 100°С Спосіб може бути здійснений без будь-яких технічних перешкод при температурі нижче 20°С, але у цьому немає переваг у зв'язку з найнижчою ефективністю виходу реакції гідрогенізації за цих умов Різниця тиску між входом на фільтр і виходом, яка потрібна для фільтрування, може бути забезпечена частково за допомогою тиску, при якому проводиться реакція гідрогенізації Однак необхідно створити тиск більший, ніж атмосферний тиск Як правило, цей тиск знаходиться у межах від 1 бар (О.ЮМПа) до 20 бар (1МПа), а переважно від 2 бар (0,5МПа) до 10 бар (5МПа) На практиці тиск створюється за допомогою насосу, який живить мембранний фільтр від реактора Потік, ЯКИЙ ЖИВИТЬ мембранний фільтр, очеви дно, залежить від КІЛЬКОСТІ реакційної суміші, наявної в реакторі, а також від спроможності фільтра Він залежить також від протікання реакції, так що рідкий фільтрат або те, що проходить через фільтр і буде принаймні частково регенероване і оброблене окремо, містить достатні КІЛЬКОСТІ певного продукту (продуктів) реакції гідрогенізації Комп'ютерна верстка Т Чепелєва 6 Каталізатор, відфільтрований в присутності водню, зберігає активність і знову надходить у реакцію гідрогенізації Приклад, наведений нижче, ілюструє винахід Приклад Реактор оснащений змішувачем, засобами для нагрівання і охолодження, засобами для введення реагентів в його верхній частині і засобами для виведення в його нижній частині, він містить близько 20 літрів суміші, яка складається по масі з 20,1% адіпонітрила 51,4% амінокапронітрила 9,1% гексаметилендіамша 14,2% води 5,2% нікеля Рене з середнім розміром часток приблизно 10 мікрон Цей розчин знаходиться під тиском водню 2 бар і при температурі 55°С Волюметричний насос із швидкістю потоку 2м3/год розміщений на вихідному отворі на дні реактора для видалення продуктів, за яким знаходиться електромагнітний вимірювач потоку і манометр Розчин, що видалився із реактора, живить мембранний фільтр, який складається із графітової підложки і неорганічного активного шару оксиду цирконію з порогом припинення пропуску рідини ЗООкД і середнім діаметром пор в межах від 25 до 50нм (торгова марка Carbosep M9 від Tech-Sep) Потік, ЯКИЙ ЖИВИТЬ фільтр, знаходиться під ти ском водню 2 бар, а швидкість циркуляції реакційної суміші через мембрану становить приблизно 5м/сек Потік речовин, що проходять через фільтр, становить 67кг/год м Те, що проходить через фільтр, знаходиться під атмосферним тиском У тому, що проходить через фільтр, не знайдено нікелю Рене Залишок на фільтрі, який містить у своєму складі каталізатор, знову повертається в реактор За цих умов концентрація каталізатора у залишку на фільтрі постійна і має своє початкове значення Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119