Патент на изобретение №2305094

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2305094 (13) C2
(51) МПК

C07C309/06 (2006.01)
C07C19/08 (2006.01)
C07C17/007 (2006.01)
B01J8/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 29.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2005133966/04, 02.11.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

02.11.2005

(43) Дата публикации заявки: 10.05.2007

(46) Опубликовано: 27.08.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2148576 С1, 10.05.2000. RU 2123380 C1, 20.12.1998. SU 1684277 A1, 15.10.1991. US 2732398, 24.01.1956. US 2702306, 15.02.1955.

Адрес для переписки:

665804, Иркутская обл., г. Ангарск, ФГУП “Ангарский электролизный химический комбинат”, техническому директору – главному инженеру С.М. Кошелеву

(72) Автор(ы):

Варфоломеев Лев Иванович (RU),
Гродецкий Сергей Александрович (RU),
Дудкин Владимир Владимирович (RU),
Катьянова Виктория Рэмовна (RU),
Матвеев Анатолий Афанасьевич (RU),
Струшляк Анатолий Иванович (RU),
Рабинович Ростислав Леонидович (RU),
Юрочкин Виктор Михайлович (RU),
Шинкаркин Николай Леонидович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

ФГУП “Ангарский электролизный химический комбинат” (RU)

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТРИФТОРМЕТАНСУЛЬФОФТОРИДА В СОЛЬ ТРИФТОРМЕТАНСУЛЬФОКИСЛОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения трифторметансульфофторида, исходного продукта для синтеза производных трифторметансульфокислоты, используемых в тонком органическом синтезе, производстве лекарств, фунгицидов, экстрагентов, катализаторов, а также к устройству для этого получения. Технической задачей изобретения является интенсификация процесса, повышение производительности, снижение потерь трифторметансульфофторида при его переработке в соль трифторметансульфокислоты. Задача решается путем подачи трифторметансульфофторида в газообразном состоянии в смесь гидроксида (или оксида) щелочно-земельного или щелочного металла с водой при постоянном контроле величины рН водной смеси и прекращением подачи трифторметансульфофторида при рН=7, причем трифторметансульфофторид подают в нисходящую петлю циркуляции водной смеси при объемном соотношении водная смесь: газ не менее 6 и при постоянном контроле содержания трифторметансульфофторида в отходящих газах, подачу трифторметансульфторида прекращают при концентрации его в отходящих газах выше 0,5 об.%. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области технологии получения фторорганических соединений, конкретно к получению солей трифторметансульфокислоты, которые используются в синтезе трифторметансульфокислоты и ее производных, в тонком органическом синтезе, в производстве лекарств, фунгицидов, поверхностно-активных веществ, моторного топлива.

Трифторметансульфофторид (ТФФ) получают электрохимическим фторированием раствора метансульфохлорида в безводном фтористом водороде. ТФФ после очистки от примесей направляют на узел низкотемпературной конденсации и собирают в осадительную емкость. Полученный продукт отправляют на дальнейшую переработку (например, для получения солей трифторметансульфокислоты).

Известен способ гидролиза трифторметансульфофторида (ТФФ) в водном растворе гидроокиси калия под давлением 6,7 кгс/см2 при температуре 95°С. Указанный способ осуществляется в автоклаве (патент США 2732398, 1956 г.). Использование автоклава для переработки ТФФ приводит к повышенным затратам реагентов, характеризуется низкой производительностью.

Известен также способ переработки ТФФ в соль ТФМСК (патент РФ №2148576, 2000 г.) – прототип, по которому ТФФ в газообразном виде подают в смесь гидроксида (оксида) металла с водой при температуре смеси 60-85°С, при атмосферном давлении и постоянном контроле величины рН смеси, подачу ТФФ прекращают при рН 7. Указанный способ осуществляется в типовом реакторе с мешалкой и барботером, позволяет в промышленном масштабе перерабатывать ТФФ в соль трифторметансульфокислоты, но не позволяет интенсифицировать процесс гидролиза ТФФ, сопровождается значительными потерями ТФФ с отходящими газами.

Известны типовые устройства для проведения химических гетерогенных реакций, например эмалированный реактор, оборудованный рубашкой подогрева, с мешалкой и барботером (прототип), модифицированный вариант которого изложен в патенте РФ №2123380, 1996 г., в котором барботер для подачи газового реагента внутрь жидкой фазы выполнен в виде мешалки.

По прототипу процесс осуществляют следующим образом. В эмалированный реактор (вместимостью 0,4 м3), снабженный рубашкой охлаждения, мешалкой, патрубком загрузки гидроксида (или оксида) щелочно-земельного металла (предпочтительно бария), штуцерами для датчиков контроля температуры и рН, для подвода технологического газа (через барботер) и воды, штуцером вывода отработанного газа, загружают расчетное количество гидроксида металла и воду, включают мешалку, открывают подачу воды в рубашку охлаждения и подают ТФФ в газообразном виде из осадительной емкости. Процесс ведут при температуре 60-80°С, отработанный газ сбрасывают в вентиляцию. Подачу ТФФ прекращают при рН=7 раствора в реакторе. Полученный раствор фильтруют, фильтрат обезвоживают и получают сухую бариевую соль трифторметансульфокислоты.

Способ обеспечивает переработку ТФФ в соль трифторметансульфокислоты, но обладает следующими недостатками.

Имеют место недостаточная производительность и потери ТФФ с отходящими газами особенно на завершающей стадии процесса, когда гидроксид бария выработался. Кроме того, подача на гидролиз ТФФ осуществляется при повышенном давлении, что способствует утечке газа через неплотности в сальниках и разъемных соединениях. Повысить производительность типового реактора можно увеличением количества барботеров или увеличением диаметра барботера (эти варианты нами опробованы). Производительность реактора увеличивается, но потери ТФФ с отходящими газами не снижаются, сам реактор получается громоздким, возникают трудности при его обслуживании и ремонте.

Технической задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса, повышение производительности, снижение потерь трифторметансульфофторида при его переработке в соль трифторметансульфокислоты.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем подачу ТФФ в газообразном виде (или технологического газа процесса электрохимического фторирования метансульфохлорида в безводном фтористом водороде) в смесь гидроксида (оксида) щелочноземельного или щелочного металла с водой (далее по тексту раствор) при температуре 60-80°С и при постоянном контроле величины рН, подачу газа осуществляют в петлю циркуляции раствора при объемном соотношении раствор: газ не менее 6, при постоянном контроле состава отходящих газов и прекращают процесс при содержании в них ТФФ выше 0,5 об.%.

Обоснование предложенного способа следующее.

1. Гидролиз ТФФ (в котором содержится до 10 об.% примесей, в основном SO2F2), осуществляется по реакциям (например, с гидроксидом бария):

На завершающей стадии процесса, при израсходовании поглощающего ТФФ гидроксида бария, эти реакции резко замедляются. Нами установлено, что содержание ТФФ в сбросном газе типового реактора при рН рабочего раствора больше 7 находится в интервале (1-2) об.% и возрастает до 15 об.% при рН 7. При этом нейтральный отработанный раствор через некоторое время становится кислым, что связано с замедленным распадом фторсульфоната бария по реакции (3). Это, в свою очередь, приводит в дальнейшем к повышенной коррозии оборудования, используемого для обезвоживания и сушки соли. При подаче ТФФ в реактор с циркуляцией раствора концентрация ТФФ в сбросном газе при рН раствора больше 7 находится в интервале (0,1-0,5) об.%, а при рН 7 в интервале (0,6-1,0) об.%. Нами установлено, что прекращение подачи ТФФ на гидролиз при рН=7 и при его содержании в отходящих газах выше 0,5 об.% обеспечивает получение нейтрального раствора трифторметансульфоната бария.

2. Основной недостаток типового эмалированного реактора – слабое диспергирование газового потока в жидкости. Дробление газового потока с помощью рассекателей потока приводит к увеличению сопротивления, а значит к повышению давления, усложняет управление технологическим процессом переработки ТФФ, не позволяет перерабатывать как технологический газ, так и остаточный ТФФ в осадительной емкости (в случае подачи ТФФ, предварительно выделенного из технологического газа). Подача газа на гидролиз в петлю циркуляции раствора обеспечивает интенсивное перемешивание газового потока за счет энергии струи циркулирующего раствора, в результате чего реакция гидролиза практически заканчивается за время движения жидкой фазы и ТФФ в нисходящей петле циркуляции. Циркуляция жидкости обеспечивает эжекцию газа в зоне подачи газа в петлю циркуляции, позволяет снизить давление технологического газа, ТФФ при подаче на гидролиз технологического газа без предварительного выделения из него ТФФ, а также снизить до минимума массу остаточного ТФФ при подаче на гидролиз ТФФ из осадительных емкостей.

При объемном соотношении раствор: газ ниже 6 снижается эжекционное действие, увеличиваются потери ТФФ с отходящими газами.

Для осуществления нового способа предлагается устройство (чертеж), представляющее собой реактор (1) с рубашкой охлаждения (2), крышку (3), узел перемешивания (4), загрузочный люк (5) для подачи воды и бариевой щелочи, патрубки для отвода отработанного газа (6), для датчиков температуры (7), давления (8) и уровня раствора (9), которое оборудуют насосом (10) и петлей циркуляции раствора (11), в верхнюю часть которой врезан патрубок подачи газа (12), нисходящую петлю циркуляции заводят в раствор на максимальную глубину, предпочтительно в противоположной стороне от патрубка забора раствора из реактора на циркуляцию, а трубопровод отходящего газа снабжают штуцером (13) отбора проб газа на анализ, отработанную пульпу направляют на фильтрацию через штуцер (14). Устройство обеспечивает увеличение производительности не менее чем в два раза, сводит до минимума потери ТФФ со сбросными газами, снижает выброс других примесей в атмосферный воздух.

Исходя из вышеизложенного, предлагаемый способ осуществляют следующим образом (чертеж). В реактор (1) загружают воду и гидроксид (или оксид) металла, например гидроксид бария. Включают мешалку (4) и насос циркуляции (10). Открывают подачу технологического газа или ТФФ в газообразном виде из баллона через патрубок (12). По ходу процесса контролируют и корректируют подачей охлаждающей воды в рубашку реактора температуру раствора в реакторе, рН раствора, состав отходящих из реактора газов на хроматографе. При рН=7 и при содержании ТФФ в отходящих газах выше 0,5 об.% процесс прекращают, раствор из реактора направляют на узел фильтрования.

Ниже представлены примеры реализации способа и устройства на опытной установке с реактором вместимостью 3 м3.

Пример 1.Переработка ТФФ из баллонов в типовом эмалированном реакторе с мешалкой (объем смеси воды с гидроксидом бария в реакторе 1 м3) – базовый вариант.

Подача ТФФ в газообразном виде 1,5 кг/час
Переработано ТФФ 36,2 кг
Получено соли бария 40,4 кг
Выход соли 78%.

Пример 2. Переработка ТФФ из баллонов в реакторе с циркуляцией раствора (объем смеси воды с гидроксидом бария в реакторе – 2 м3).

Скорость циркуляции раствора 3 м3
Подача ТФФ в газообразном виде 3,1 кг/час
Переработано ТФФ 103 кг
Получено соли бария 134 кг
Выход соли 90,9%.

Пример 3. Переработка ТФФ из баллонов в реакторе с циркуляцией раствора (объем смеси воды с гидроксидом бария в реакторе – 2 м3, насос с большей производительностью).

Скорость циркуляции раствора 30 м3
Подача ТФФ в газообразном виде 4,1 кг/час
Переработано ТФФ 520 кг
Получено соли бария 685,9 кг
Выход соли 92,2%.

Пример 4. Переработка технологического газа процесса электрохимического фторирования метансульфофторида, содержащего водород, в реакторе с циркуляцией раствора (объем смеси воды с гидроксидом бария в реакторе – 2 м3).

Скорость циркуляции раствора 3 м3
Подача ТФФ в газообразном виде 3,1 кг/час
Переработано ТФФ 76,1 кг
Получено соли бария 100,9 кг
Выход соли 92,7%.

Из примеров видно, что предлагаемый способ и устройство позволяют увеличить производительность не менее чем в два раза, снизить потери ТФФ с сбросными газами не менее чем в 4 раза, повысить выход бариевой соли трифторметансульфокислоты на 12-14%.

Формула изобретения

1. Способ переработки трифторметансульфофторида в соль трифторметансульфокислоты путем подачи его в газообразном состоянии в смесь гидроксида (или оксида) щелочно-земельного или щелочного металла с водой при постоянном контроле величины рН водной смеси и прекращением подачи трифторметансульфофторида при рН=7, отличающийся тем, что трифторметансульфофторид подают в нисходящую петлю циркуляции водной смеси при объемном соотношении водная смесь : газ не менее 6 и при постоянном контроле содержания трифторметансульфофторида в отходящих газах, подачу трифторметансульфофторида прекращают при концентрации его в отходящих газах выше 0,5 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смесь гидроксида (оксида) щелочно-земельного или щелочного металла с водой подают технологический газ процесса электрохимического фторирования метансульфохлорида в безводном фтористом водороде.

3. Устройство для переработки трифторметансульфофторида в соль трифторсульфокислоты, включающее реактор с рубашкой охлаждения и крышкой, узел перемешивания, загрузочные и выгрузочные патрубки для реагентов, теплоносителя и отработанного газа, патрубки для датчиков температуры, давления и рН, отличающиеся тем, что реактор оборудуют петлей циркуляции раствора, нисходящую часть которой снабжают патрубком подачи трифторметансульфофторида, нисходящую петлю циркуляции заводят в водную фазу на максимальную глубину предпочтительно в противоположной стороне от патрубка забора водной фазы из корпуса реактора на циркуляцию, а патрубок выхода отработанного газа снабжают штуцером для отбора проб газа на анализ.

РИСУНКИ


Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями

Изменения:

Зарегистрирован переход исключительного права без заключения договора
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 01.02.2010/РП0000513
Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Ангарский электролизный химический комбинат»
Прежний патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие “Ангарский электролизный химический комбинат”

Номер и год публикации бюллетеня: 24-2007

Извещение опубликовано: 20.04.2010 БИ: 11/2010


Categories: BD_2305000-2305999