从蒸馏塔底部料流中回收无水甲磺酸制造技术

本发明专利技术涉及通过具有至少三个功能步骤的蒸馏从包含甲磺酸和硫酸的反应混合物中分离无水甲磺酸的方法以及所述甲磺酸的用途。无水甲磺酸的方法以及所述甲磺酸的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从蒸馏塔底部料流中回收无水甲磺酸
[0001]本专利技术涉及一种从通过甲磺酸合成获得的反应混合物中分离无水甲磺酸的方法。
[0002]甲磺酸(“MSA”)与其他链烷磺酸一样是一种具有广泛应用的强有机酸。MSA例如用于电工业、化学合成、清洁应用、生物柴油工业和许多其他应用。
[0003]DE 3921130描述了一种方法，其中在与HCl的反应中由其碱金属盐制备链烷磺酸。使形成的盐沉淀并通过过滤或离心移除。通过两步蒸馏从液相中回收链烷磺酸。在第一步中移除剩余的HCl，在第二步中取出HCl/水的共沸混合物。蒸馏在低真空和低于100℃的温度下进行。获得作为底部产物的含水链烷磺酸，其水含量为1
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30重量％，优选为10
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20重量％。在蒸馏的进料中没有提及其他杂质。因此，由于蒸馏进料的低复杂性以及HCl、H2O和MSA之间的沸点的宽差距，蒸馏任务非常简单。
[0004]WO 2000/31027要求保护通过用硝酸氧化二甲基二硫醚来制备甲磺酸。在该反应中，形成氮氧化物，其再次用氧气转化成硝酸。纯化的目的是在蒸馏工艺中产生无水甲磺酸。在第一塔中，在低真空下移除大比例的水和低沸点硝酸。然后，将含有1重量％水和1重量％硫酸的第一塔底部产物在高真空下操作的第二塔中进一步纯化。从该塔中，在侧取口取出甲磺酸，其纯度高于99.5重量％，且具有低于50ppm的低硫酸浓度。蒸馏任务具有中等复杂性，因为在蒸馏进料中存在许多在低于MSA的温度下沸腾的化合物(“低沸物”、“轻组分”、“低沸组分”)(沸点与MSA相差很大)，并且仅存在少量所谓的高沸物，即在高于MSA的温度下沸腾的化合物，例如硫酸。
[0005]GB 1350328描述了一种在含水HCl中由烷基硫醇或二烷基二硫醚经氯化制备链烷磺酸的方法。该反应提供了具有15
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30重量％的水含量和痕量高沸物如硫酸的含水链烷磺酸。为了获得精制的链烷磺酸，首先煮去水分，然后蒸馏产物链烷磺酸并作为顶部产物回收。蒸馏具有与WO 2000/31027所述相似的特征。
[0006]US 4035242公开了从水含量为10重量％或更高的水溶液中纯化链烷磺酸。在两步蒸馏方法中，获得具有2重量％或更少的水含量的链烷磺酸。该专利提及由于高温下的蒸馏操作而形成甲磺酸甲酯(“MMS”)。在第一蒸馏步骤中，在130
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670毫巴的减压和171
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186℃的温度下，作为低沸物取出大部分水。第二蒸馏塔在1
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80毫巴的进一步减压和188
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205℃的温度下操作。在该步骤中，将甲磺酸与包含水和MMS的低沸物以及“高沸物”如硫酸分离(通常，该术语包括在给定条件下沸点高于MSA的化合物，等价术语是“重物质”、“高沸点物质”或“高沸组分”)。产物链烷磺酸在进料点上方的侧取口从第二塔中取出。蒸馏具有与WO 2000/31027所述相似的特征。
[0007]US 4450047要求保护在减压下用降膜蒸发器从水含量为5
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60重量％的甲磺酸水溶液中移除水。达到99.5重量％的纯度，并且报告MMS浓度低于1ppm。
[0008]US 4035242描述了在减压下借助串联操作的两个降膜蒸发器从水溶液中蒸发水。
[0009]在这两个美国专利中，具有降膜蒸发器的装置非常适于移除低沸物水，同时减少产物料流在蒸馏中的停留时间。以此方式，MMS的形成可以保持最小。然而，在该装置中不能实现MSA与潜在高沸物的分离。
[0010]WO 2015/071365公开了一种借助过氧化二烷基磺酰基由SO3和链烷烃合成链烷磺
酸的方法。提及了反应产物可通过蒸馏进一步处理，但没有给出细节。
[0011]WO 2015/071455描述了一种方法，其中借助过氧化烷基磺酰基作为自由基起始剂由SO3和链烷烃形成链烷磺酸。所述反应使用MSA和作为溶剂的发烟硫酸/硫酸进行。此外，描述了通过蒸馏分离反应产物。然而，没有给出有关蒸馏设置和条件的详细信息，特别是没有提及最终产物(即MSA)中残留的副产物(例如高沸物如硫酸)的量。据描述，蒸馏的底部产物含有H2SO和至多10重量％的链烷磺酸。将底部产物再循环至反应部分，并且可用于例如形成自由基起始剂。
[0012]WO 2018/208701目的在于在由甲烷和SO3的自由基反应中形成MSA后回收纯化的MSA。该专利要求保护在压力下优选用水处理未转化的SO3以形成高沸化合物如硫酸。给出了关于塔内件和操作压力的一些细节。然而，该专利没有包含关于MSA与先前过量加入的水分离的信息。
[0013]D
í
az
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Urrutia和Ott，Science，2019，363，第1326
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1329页报告了借助亲电引发剂由SO3和甲烷制备MSA的中试装置的操作。所述反应在压力下在反应器级联中进行。在减压后，在玻璃反应器中用水骤冷未转化的SO3。骤冷步骤后的混合物含有比例为约40:60的MSA/H2SO4，并将其转移至真空蒸馏塔中。该塔在10毫巴的压力和220℃的最高温度下操作。作者声称，纯度为99.9％的MSA作为塔顶馏出物回收，而MSA/H2SO4的混合物作为底物产物再循环至反应器级联中。此外，据称约80％的产率是该方法的最佳产率。没有提供关于蒸馏的详细信息，没有提供关于蒸馏设置(例如理论级数，F
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因子)和蒸馏进料的组成的详细信息，尤其是如果存在来自合成步骤的任何杂质或副产物。
[0014]Kappenthuler等[Journal of Cleaner Production，202，2018]评价了与二甲基二硫醚的氧化相比由SO3和甲烷制备MSA的生态影响。在基于甲烷的方法中，将MSA、硫酸和剩余的水的混合物供入蒸馏塔中。蒸馏条件是200℃和10毫巴(基于物理性质设定)。作为馏出物获得纯度为99.5重量％的MSA，且底部产物由MSA和硫酸的80:20混合物组成。没有提供关于蒸馏的详细信息，没有提供关于蒸馏设置(例如理论级数，F
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因子)和蒸馏进料的组成的详细信息，尤其是如果存在来自合成步骤的任何杂质或副产物。
[0015]WO 2018/219726要求保护一种使用至少两个蒸馏塔制备无水MSA的蒸馏理念，其中进料包含MSA、硫酸、甲磺酸酐、MMS和痕量的三氧化硫。由于在蒸馏进料中存在高沸物，在所有设置中，在侧取口取出产物MSA。描述了由于高温而在蒸馏塔底形成MSA的分解产物如MMS等。
[0016]鉴于现有技术，本专利技术的技术问题是提供一种分离由反应混合物获得的甲磺酸MSA的方法，该方法克服了现有技术已知的那些方法的缺点。特别地，提供了一种具有改进的能量需求的方法，特别是与MSA作为液体侧取物得到的方法相比。此外，应提供一种方法，其允许关于副产物如硫酸、SO3或MMS的进料变化，并且还可以处理由于分离方法本身期间的热降解而产生的副产物，获得所需的产物规格。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过具有至少三个功能步骤的蒸馏从包含甲磺酸和硫酸的反应混合物中分离无水甲磺酸的方法，其特征在于在第一功能步骤中，将反应混合物供入第一塔K1中，其中将塔K1的顶部料流然后转移至第二功能步骤中，其中该第二功能步骤是第二塔K2，其中从其底部料流中获得纯化的无水甲磺酸，并且其中将塔K1的底部料流转移至第三功能步骤中，其中该第三功能步骤是第三塔K3或蒸发器W3
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1，其中将顶部料流再循环回塔K1中，并且其中将底部料流从蒸馏方法中分离。2.根据权利要求1所述的方法，其中除蒸发器W3
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1以外，在第三功能步骤中还使用另外的(n
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1)个蒸发器W3
‑
2、W3
‑
3、
…
、W3
‑
n，其中n为2
‑
10的整数，其中将每个蒸发器W3
‑
k的底部料流，其中k为1至n
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1)的整数，转移至每个蒸发器W3
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(k+1)中，并且其中将每个蒸发器W3
‑
(k+1)的顶部料流转移回每个蒸发器W3
‑
k，同时将蒸发器W3
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n的底部料流从蒸馏方法中分离。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中反应混合物包含55
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95重量％的甲磺酸、5
‑
45重量％的硫酸、0
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5重量％的甲磺酸酐、0
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1重量％的副产物、0
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5％的SO3、0
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5重量％的水和痕量的甲烷，其中所有组分的总和为100重量％，并且其中副产物包含甲磺酸甲酯和/或硫酸氢甲酯和/或甲二磺酸，并且其中除甲磺酸和硫酸以外的组分的量为0
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10重量％。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个塔K1、K2和任选的K3可各自设置为一个塔K1和K...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：