Спосіб очищення лактаму

Винахід стосується способу очищення лактамів, зокрема, лактамів, одержаних шляхом циклізуючого гідролізу аміноалкілнітрилу. Винахід стосується, конкретніше, очищення ε-капролактаму, одержаного шляхом циклізуючого гідролізу амінокапронітрилу. Лактами і, зокрема, ε-капролактам, є важливими хімічними сполуками, що використовуються як вихідні матеріали у виробництві багатьох продуктів. Однією з найважливіших областей застосування є виробництво полімерів, таких як поліаміди. Поміж запропонованих процесів синтезу лактамів, зокрема, ε-капролактаму, є процес, який полягає у виробництві аміноалкілнітрилу, такого як амінокапронітрилу, а потім проведенні циклізуючого гідролізу цього амінонітрилу. Цей процес, який може бути проведений у рідкому чи газоподібному середовищі у присутності розчинника чи без нього, розкритий, наприклад, у патентах ЕР 0729454, ЕР 0729453, ЕР 0793650, ЕР 0793651, ЕР 0794943, ЕР 0815077, ЕР 0815078, ЕР 0748797, ЕР 0659741 та WO 96/22974. Важливою стадією у виробництві лактамів, зокрема, ε-капролактаму, коли вони мають бути використані як мономери у виробництві полімерів, таких як поліаміди, є очищення продуктів. Конкретніше, для цих областей застосування, лактами повинні задовольняти надзвичайно суровим та вимогливим критеріям чистоти. Ці критерії визначаються різними показниками чи концентраціями, що відповідають кільком типам чи категоріям домішок. Такими основними критеріями є: перманганатне число (ІКМn0), вміст летких основ (Iло), УФ-ІНДЄКС (Іуф ). Були вже запропоновані різні способи очищення. Так, патент США № 5496941 розкриває спосіб очищення капролактаму, видобутого з реакційного середовища циклізуючого гідролізу шляхом дистиляції, який включає стадію гідрування з наступною обробкою у кислотному середовищі (обробка на іонообмінній смолі чи дистиляція у середовищі сірчаної кислоти) та дистиляцією в основному середовищі. Європейська патентна заявка № 94/3608 розкриває спосіб очищення сирового ε-капролактаму, одержаного циклізацією алкіл-6-амінокапроату, який полягає у проведенні кристалізації капролактаму. Згідно з вказаним документом, певні компоненти, такі як N-метилкапролактам, метилвалеролактам та валерамід, видаляються при кристалізації. У розкритому способі вказано, що кристалізований таким чином капролактам задовольняє необхідним критеріям чистоти щодо вмісту летких основ та УФ-індексу для поглинання на довжині хвилі 290нм. Однак, у зазначеному документі не вказано, чи досягається третій критерій чистоти - перманганатне число. У випадку капролактаму, одержаного циклізуючим гідролізом амінокапронітрилу, одержаного напівгідруванням адипонітрилу, критерії чистоти капролактаму досягаються шляхом проведення описаних вище процесів очищення, що включають кілька послідовних стадій обробки, зокрема, кислотну обробку та кінцеву дистиляцію в основному середовищі. В таких процесах, одержання капролактаму бажаної чистоти вимагає використання операції дистиляції з великою важкою фракцією (фракцією продуктів з високою точкою кипіння), яка включає велику кількість лактаму у формі лактаму чи олігомерів. Ця втрата лактаму є небажаною для процесу. Однією з цілей даного винаходу є усунення саме цього недоліку шляхом використання способу очищення лактамів, який робить можливим одержання продукту, що задовольняє бажаним критеріям чистоти, тим самим обмежуючи кількість стадій обробки лактаму, зокрема, таких, що можуть спричинити утворення олігомерів. З цією метою, винахід пропонує спосіб очищення лактаму, одержаного циклізацією аміноалктнітрилу, одержаного напівгідруванням алкілдинітрилу, який полягає, після видалення летких сполук з середовища циклізації, у видобутку утвореного лактаму кристалізацією. Згідно з іншою кращою ознакою винаходу, кристалічний лактам може бути підданий одній чи кільком стадіям кристалізації для одержання бажаної чистоти. Можуть бути проведені інші види обробок кристалічного лактаму з метою очищення не виходячи за межі даного винаходу. За іншим варіантом втілення, середовище циклізації може бути піддане гідруванню перед стадією видалення летких сполук. За ще іншим варіантом втілення винаходу, кристалізація капролактаму проводиться з середовища циклізації, яке може бути піддано гідруванню чи ні, після обробки цього середовища у кислотному середовищі, наприклад, шляхом його пропущення крізь іонообмінну смолу чи дистиляції у кислотному середовищі. За ще іншим варіантом втілення, гідрування середовища циклізації може бути проведене після видалення леткихсполук. Для простоти, вираз "середовище циклізації" для проведення кристалізації позначає реакційне середовище, яке одержують зі стадії циклізації і обробляють різними описаними вище способами, або середовище, яке утворює капролактам, видобутий після реакції циклізації, наприклад, шляхом дистиляції чи азеотропної перегонки, іншими словами, після видалення чи відокремлення летких сполук та висококиплячих сполук. Класифікація на леткі сполуки та висококиплячі сполуки здійснюється стосовно точки кипіння лактаму, що видобувається. Згідно з винаходом, видобуток та виділення лактаму шляхом кристалізації робить можливим одержання продукту, який задовольняє бажаним критеріям чистоти, без потреби у проведенні обробки при температурах, які можуть спричинити утворення олігомерів, наприклад. Таким чином уникають деградації чи полімеризації лактаму, які виникають при його нагріванні до високих температур, особливо для його дистиляції. Спосіб за винаходом стосується, конкретніше, очищення ε-капролактаму, одержаного циклізуючим гідролізом амінокапронітрилу. Цей амінокапронітрил синтезують шля хом напівгідрування адипонітрилу. Ці різні способи напівгідрування є розкритими, наприклад, у патентах ЕР 0737100, ЕР 0737181 та WO 96/18603. Згідно з винаходом, розчинники, придатні для кристалізації, можуть бути лактамом, водою, насиченими вуглеводнями, такими як гексан чи циклогексан, спиртами, ароматичними вуглеводнями, галогенорганічними сполуками, такими як ССl4 чи СНСІ3, кетонами і т.п. Розчинники, яким надається перевага у використанні, включають воду та/або лактам, ще краще, лактам, ідентичний до того, який має бути очи щений, або найкраще, насичений водний розчин лактаму. Кристалізація може бути проведена в одну стадію або в кілька стадій. Маточний розчин, одержаний в одну стадію, краще рециркулюється на одну з попередніх стадій. Загалом, кристалізація може бути проведена згідно із звичайними промисловими методами кристалізації. Згідно з іншою ознакою способу за винаходом, сполуку, одержану після кристалізації, збирають на фільтрі, обертовому фільтрі чи виділяють будь-яким іншим звичайним методом сепарації твердих/рідких фаз. Видобута тверда речовина може бути краще промита розчинником, краще, насиченим розчином лактаму. Краще, середовище, яке містить лактам, що має бути кристалізований, концентрують у будь-який спосіб придатний для одержання вагової концентрації лактаму вище 80 % мас, краще, ви ще 90 % мас. Так, приклади методів насичення чи концентрування розчину, які можна згадати, включають методи охолодження та упарювання, краще, при зниженому тиску, для роботи при нижчій температурі. Крім того, кристалізація може бути проведена із затравлюванням розчину для промотування нуклеації лактаму. Чистий лактам, видобутий після сепарації твердої/рідкої фаз, наприклад, фільтрації, і необов'язково, промивання, висушують або розчинник, наприклад, воду, відганяють звичайними методами (якщо розчинником є вода, капролактам дегідрують). Таким чином, спосіб за винаходом робить можливим виробляти лактам, зокрема, ε-капролактам, який має бажані критерії чистоти для використання як мономер у виробництві поліамідів, таких як ПА-6. Одержані у такий спосіб поліаміди є придатними, зокрема, для виробництва текстильних ниток чи волокон з робочими характеристиками, еквівалентними показникам для сучасних поліамідів. Інші переваги та деталі винаходу будуть проілюстровані далі прикладами здійснення, що наведені лише як орієнтири. Приклад 1 ε-Капролактам виробляють у відповідності до способу, описаного у згаданих ви ще патентах. Так, цей ε-капролактам одержують у відповідності до Прикладу 1 патенту ЕР 0748797 шляхом напівгідрування адипонітрилу за умов, описаних у вказаному прикладі. Одержане середовище піддають гідруванню у відповідності до способу, розкритого у досі неопублікованій патентній заявці Франції, зареєстрованій за № 98/14735 19 листопада 1999 р. Аміак, присутній у гідрованому середовищі реакції циклізуючого гідролізу, потім видаляють випаровуванням чи азеотропною перегонкою. Одержане у такий спосіб середовище циклізації потім обробляють шляхом пропускання її крізь іонообмінну смолу за умов, розкритих у патентах чи патентних заявках WO 98/05636 чи WO 96/20923. Середовище, одержане після обробки смолою, містить 65 % мас. ε-капролактаму та численні інші продукти, які не були повністю ідентифіковані. Видобуте таким чином середовище аналізують для визначення вказаних вище критеріїв чистоти. Результати цих аналізів наведені нижче у таблиці. У відповідності до способу за даним винаходом, капролактам видобувають з цього розчину шляхом кристалізації після концентрування при зниженому тиску при вмісті капролактаму біля 90 % мас. Розчин концентрують при температурі 40 °С, а потім охолоджують до температури приблизно 20 °С зі швидкістю приблизно 10 °С за годину. Кристали, що утворюються, збирають фільтрацією на спеченій лійці. Одержані маточні розчини зберігають для можливої рециркуляції. Твердий осад кристалів капролактаму на фільтрі промивають насиченим водним розчином капролактаму. Коефіцієнт кратності промивки за вологою основою складає краще від 1 до 5. Кристалічний капролактам аналізують. Характеристики чистоти зведені у Таблиці 1 нижче. Таблиця 1 Тест Середовище Середовище до кристалізації Вологий осад на фільтрі після промивання Іуф IKМnО4 Iло (мекв/кг) 0,45 32,06 2,69 0,02 2,03 0,04 Приклад 2 Капролактам одержують згідно зі способом, описаним у Прикладі 1, з посиланням на спосіб, розкритий у патентній заявці ЕР 0748797. Однак, в цьому прикладі середовище, одержане після циклізуючого гідролізу, обробляють лише для видалення летких сполук, зокрема, аміаку. Кристалізацію одержаного капролактаму проводять безпосередньо з використанням цього розчину після концентрування шляхом випаровування води. Кристалізацію проводять у дві послідовні стадії. Осад на фільтрі, одержаний на першій стадії, розводять до одержання нового насиченого водного розчину, а потім знов кристалізують. Показники чистоти перекристалізованого осаду після промивання наведені у Таблиці 2 нижче. Таблиця 2 Тест Середовище 2 Середовище до кристалізації Вологий осад, перекристалізовани й після промивання Іуф ІКМnО4 Iло (мекв/кг) 17,7 400 130 0,03 2,0 0,20