[go: up one dir, main page]

RU2854385C1 - Method for extracting ethylene glycol from aqueous solutions of organic compounds of hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials - Google Patents

Method for extracting ethylene glycol from aqueous solutions of organic compounds of hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials

Info

Publication number
RU2854385C1
RU2854385C1 RU2025106827A RU2025106827A RU2854385C1 RU 2854385 C1 RU2854385 C1 RU 2854385C1 RU 2025106827 A RU2025106827 A RU 2025106827A RU 2025106827 A RU2025106827 A RU 2025106827A RU 2854385 C1 RU2854385 C1 RU 2854385C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ethylene glycol
organic compounds
heptanone
homogeneous catalyst
concentrated stream
Prior art date
Application number
RU2025106827A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Айрат Инсафович Шамсуллин
Нияз Марсович Шигапов
Равиль Наилевич Маганов
Айдар Самигуллович Миннибаев
Валентин Николаевич Пармон
Валерия Юрьевна Михеева
Василий Николаевич Клементьев
Юрий Валерьевич Аристович
Грач Варужанович Оганесян
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ТН-Биотех"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ТН-Биотех" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ТН-Биотех"
Application granted granted Critical
Publication of RU2854385C1 publication Critical patent/RU2854385C1/en

Links

Abstract

FIELD: biomass processing processes.
SUBSTANCE: invention relates to a method for extracting ethylene glycol (EG) from aqueous solutions of organic compounds of hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials, containing organic components with unlimited mutual solubility and close boiling points with ethylene glycol, high-boiling organic components and a homogeneous catalyst. Method comprises feeding the aqueous solution into a first vacuum rectification column for distilling off water and obtaining a concentrated stream of organic compounds together with the homogeneous catalyst and feeding the obtained concentrated stream of organic compounds and catalyst into a second vacuum rectification column for removing high-boiling organic compounds and the homogeneous catalyst, with obtaining a partially regenerated concentrated stream containing at least EG, 1,2-propylene glycol and butanediols. The obtained partially regenerated concentrated stream is fed into a third vacuum azeotropic rectification column for removing components with unlimited mutual solubility and close boiling points with EG. Wherein 3-heptanone is used as the azeotropic agent, and at the outlet of the third column, a heterogeneous azeotrope of purified EG and 3-heptanone is obtained. Then the heterogeneous azeotrope is separated in a settling and separation tank to obtain 3-heptanone and pure EG.
EFFECT: extraction of ultra-pure (over 99.99 mas.%) EG.
4 cl, 3 dwg, 5 tbl

Description

Изобретение относится к области переработки биомассы, а именно к способу извлечения этиленгликоля из реальных реакционных смесей гидролиза-гидрогенолиза растительного углеводного сырья (РУС), представляющих собой водные растворы органических соединений совместно с гомогенным катализатором процесса гидролиза-гидрогенолиза, содержащих высококипящие органические продукты процесса гидролиза-гидрогенолиза РУС, органические компоненты с неограниченной взаимной растворимостью с водой и этиленгликолем, близкими температурами кипения с этиленгликолем и образующих азеотропные смеси с этиленгликолем, 1,2-пропиленгликоль (1,2-ПГ) и бутандиолы БД (1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 2,3-бутандиол, 1,4-бутандиол).The invention relates to the field of biomass processing, namely to a method for extracting ethylene glycol from real reaction mixtures of hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials (PCR), which are aqueous solutions of organic compounds together with a homogeneous catalyst of the hydrolysis-hydrogenolysis process, containing high-boiling organic products of the PCR hydrolysis-hydrogenolysis process, organic components with unlimited mutual solubility with water and ethylene glycol, close boiling points with ethylene glycol and forming azeotropic mixtures with ethylene glycol, 1,2-propylene glycol (1,2-PG) and butanediols BD (1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol).

Уровень техникиState of the art

Этиленгликоль (ЭГ) применяется в химической, текстильной, автомобильной, электротехнической промышленности. Стабильный спрос на моноэтиленгликоль (МЭГ), особенно в связи с предстоящим снижением производства в основных отраслях-потребителях, выступает движущей силой роста рынка. ЭГ служит незаменимым сырьем при производстве полиэтилентерефталата (ПЭТ), на который приходится 81% мирового потребления ЭГ, кроме того, ЭГ используется в составе антифризов и применяется в качестве сырья в сложном органическом синтезе.Ethylene glycol (EG) is used in the chemical, textile, automotive, and electrical industries. Stable demand for monoethylene glycol (MEG), especially in light of impending production cuts in key consuming industries, is driving market growth. EG is an essential raw material in the production of polyethylene terephthalate (PET), which accounts for 81% of global EG consumption. EG is also used in antifreeze and as a feedstock in complex organic synthesis.

Все процессы получения ЭГ являются каталитическими, и получаемый продукт обычно представляет собой смеси органических соединений, которые находятся в жидкой фазе. All processes for producing EG are catalytic, and the resulting product is usually a mixture of organic compounds that are in the liquid phase.

Известны методы получения ЭГ, в которых используется каталитическая реакция гидролиза-гидрогенолиза растительного углеводного сырья, включающего целлюлозу, гемицеллюлозы (арабиногалактан, ксилан), крахмал, дисахариды (сахарозу), моносахариды (глюкозу, фруктозу) и другое углеводсодержащее сырье биологического происхождения, альтернативного традиционному ископаемому сырью (RU 2698724 C2, 29.08.2019; RU 2738931 C2, 18.12.2020). Процессы получения ЭГ из РУС используют каталитические системы, состоящие из двух компонентов. Первый компонент содержит металлы, выбранные из элементов 8, 9 и 10 групп, с примерами катализаторов на основе никеля, рутения и меди. Данный компонент обеспечивает восстановление интермедиатов реакции. Второй компонент, содержащий соединения и комплексы вольфрама, молибдена, лантана, олова преимущественно в форме оксидных соединений, предпочтительно гомогенные вольфраматы аммония или натрия с исключительными примерами карбидов вольфрама, обеспечивает ретроальдольное расщепление субстрата и интермедиатов. Эта технология отличается низкими затратами на сырье, параллельным получением нескольких полезных продуктов и экологичностью. Methods for producing EG are known that utilize the catalytic hydrolysis-hydrogenolysis reaction of plant carbohydrate raw materials, including cellulose, hemicelluloses (arabinogalactan, xylan), starch, disaccharides (sucrose), monosaccharides (glucose, fructose), and other carbohydrate-containing raw materials of biological origin, alternative to traditional fossil raw materials (RU 2698724 C2, 29.08.2019; RU 2738931 C2, 18.12.2020). The processes for producing EG from RUS utilize catalytic systems consisting of two components. The first component contains metals selected from elements of groups 8, 9, and 10, with examples of catalysts based on nickel, ruthenium, and copper. This component ensures the reduction of reaction intermediates. The second component, containing compounds and complexes of tungsten, molybdenum, lanthanum, and tin, primarily in the form of oxide compounds, preferably homogeneous ammonium or sodium tungstates, with exceptional examples of tungsten carbides, enables retro-aldol cleavage of the substrate and intermediates. This technology is characterized by low raw material costs, the parallel production of several useful products, and is environmentally friendly.

Разделение реакционных смесей гидролиза-гидрогенолиза РУС и получение товарного ЭГ является трудно реализуемой технической задачей. Проблема извлечения ЭГ, полученного в результате гидролиза-гидрогенолиза РУС, осложнена близкими температурами кипения гликолей, а также возможными азеотропами, содержащимися в исходной реакционной смеси, в частности ЭГ-1,2-БГ, что делает процесс простой ректификации невозможным или трудно осуществимым (Wang J., Shen R., Cao Y., Li W. The Canadian Journal of Chemical Engineering. – 2023. – V. 101. – P. 4217-4229). Получение чистых продуктов, включая этиленгликоль, способом обычной ректификации требует большого количества теоретических тарелок и крупных капиталовложений, поскольку разница точек кипения этиленгликоля, пропиленгликоля и 1,2-бутандиола очень мала (De Haan A. B., Bosch H. Fundamentals of industrial separations. – Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2007).Separating reaction mixtures from the hydrolysis-hydrogenolysis of RUS and obtaining commercial EG is a difficult technical task. The problem of extracting EG obtained from the hydrolysis-hydrogenolysis of RUS is complicated by the close boiling points of the glycols, as well as possible azeotropes contained in the initial reaction mixture, in particular EG-1,2-BG, which makes the process of simple rectification impossible or difficult to implement (Wang J., Shen R., Cao Y., Li W. The Canadian Journal of Chemical Engineering. - 2023. - V. 101. - P. 4217-4229). Obtaining pure products, including ethylene glycol, by conventional rectification requires a large number of theoretical plates and large capital investments, since the difference in boiling points of ethylene glycol, propylene glycol and 1,2-butanediol is very small (De Haan A. B., Bosch H. Fundamentals of industrial separations. – Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2007).

Присутствие в реакционной смеси гомогенного катализатора, представляющего собой обычно растворимые соединения вольфрама (вольфраматы аммония, натрия, вальфрамсодержащие гетерополикислоты и др.), и высококипящих соединений может приводить к нецелевым процессам поликонденсации в процессе разделения сырья при его нагревании (в процессах дистилляции, ректификации и т.д.), а следовательно, к разрушению ЭГ и образованию высоковязких побочных смолообразных продуктов, которые снижают качество готовой продукции и выводят из строя оборудование. The presence in the reaction mixture of a homogeneous catalyst, which is usually a soluble tungsten compound (ammonium and sodium tungstates, tungsten-containing heteropoly acids, etc.), and high-boiling compounds can lead to non-target polycondensation processes during the separation of raw materials during their heating (in distillation, rectification, etc.), and therefore,to the destruction of EG and the formation of highly viscous resinous by-products, which reduce the quality of the finished product and the equipment is out of order.

Проблема присутствия гомогенных катализаторов в разделяемых реакционных растворах этиленгликоля практически не рассматривается в известных патентах. The problem of the presence of homogeneous catalysts in separated reaction solutions of ethylene glycol is practically not considered in the known patents.

Известен способ (RU 2440964 C2, 12.06.2007), включающий отделение раствора гомогенного катализатора от неочищенного моноэтиленгликоля (МЭГ) и очистки МЭГ, полученного из окиси этилена. Способ включает: секцию отделения катализатора путем испарения неочищенного моноэтиленгликоля, секцию ректификации, секцию отделения легких фракций и секцию пастеризации. Все этапы проводят при давлении ниже атмосферного: 0,5×105 Нм-2 или менее. Способ позволяет провести процесс испарения потока моноэтиленгликоля однократно, что позволяет транспортировать пары из секции отделения катализатора в стадию очистки МЭГ без употребления механического перекачивающего устройства.A known method (RU 2440964 C2, June 12, 2007) involves separating a homogeneous catalyst solution from crude monoethylene glycol (MEG) and purifying the MEG obtained from ethylene oxide. The method includes a catalyst separation section by evaporating the crude monoethylene glycol, a rectification section, a light fractions separation section, and a pasteurization section. All stages are carried out at a subatmospheric pressure of 0.5×105 Nm.-2or less. The method allows for the process of evaporating the monoethylene glycol stream once, which allows the vapors to be transported from the catalyst separation section to the MEG purification stage without the use of a mechanical pumping device.

Однако данный способ не применим для реакционных смесей, получаемых из РУС, из-за сложности их состава относительно смесей, полученных в результате превращения окиси этилена, в том числе наличия значительного количества высококипящих примесей, которые могут усложнять процедуру очистки.However, this method is not applicable to reaction mixtures obtained from RUS, due to the complexity of their composition relative to mixtures obtained as a result of the conversion of ethylene oxide, including the presence of a significant amount of high-boiling impurities, which can complicate the purification procedure.

Также известен способ (RU 2594159, 10.08.2016) разделения смеси, содержащей этиленгликоль и 1,2-бутандиол, в особенности к способу выделения и очистки ЭГ из жидкофазного продукта, полученного путем гидрирования оксалата. Способ включает перегонку смеси с азеотропным агентом, имеющим структурную формулу: Also known is a method (RU 2594159, 10.08.2016) for separating a mixture containing ethylene glycol and 1,2-butanediol, in particular a method for isolating and purifying EG from a liquid-phase product obtained by hydrogenating oxalate.Way involves distillation of a mixture with an azeotropic agent having the structural formula:

где R1 является Н-атомом или алкилом, содержащим 1-4 атома углерода, R2 является Н-атомом или алкилом, содержащим 1-4 атома углерода, R3 является Н атомом или алкилом, содержащим 1-8 атомов углерода, и R4 является Н атомом или алкилом, содержащим 1-8 атомов углерода. Предпочтительно вышеупомянутую перегонку, использующую азеотропный агент, осуществляют при помощи разделительной колонны, и предпочтительное число теоретических тарелок упомянутой разделительной колонны составляет 8-30, рабочее давление составляет 30-101,3 кПа на основе абсолютного давления, флегмовое число R=0,8-5, и молярное отношение азеотропного агента к этиленгликолю в сырье составляет 0,1-10:1.where R1 is an H atom or an alkyl group containing 1 to 4 carbon atoms, R2 is an H atom or an alkyl group containing 1 to 4 carbon atoms, R3 is an H atom or an alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms, and R4 is an H atom or an alkyl group containing 1 to 8 carbon atoms. Preferably, the above-mentioned distillation using an azeotropic agent is carried out using a separation column, and the preferred number of theoretical plates of said separation column is 8 to 30, the operating pressure is 30 to 101.3 kPa based on absolute pressure, the reflux ratio R=0.8 to 5, and the molar ratio of the azeotropic agent to ethylene glycol in the feedstock is 0.1 to 10:1.

Описанный способ предлагают предпочтительно для извлечения ЭГ из смесей, в которых содержание легких компонентов смеси менее 1%, что не соответствует составу жидкого продукта гидролиза РУС, и в известном решении также не рассматривается проблема присутствия катализатора и высококипящих органических компонентов в составе разделяемых реакционных смесей этиленгликоля.The described method is proposed preferably for the extraction of EG from mixtures in which the content of light components of the mixture is less than 1%, which does not correspond to the composition of the liquid product of RUS hydrolysis, and the known solution also does not consider the problem of the presence of a catalyst and high-boiling organic components in the composition of the separated reaction mixtures of ethylene glycol.

Также известен выбранный в качестве прототипа способ очистки ЭГ не нефтяного происхождения (RU 2818912 C2, 07.05.2024), который включает следующие стадии: (i) смешивание одного или более азеотропообразователей (многоатомные спирты, кетоны и др.) с этиленгликолем, полученным из углеводного сырья, с получением загрузки, содержащей азеотроп этиленгликоля; (ii) проведение кипения загрузки, содержащей азеотроп этиленгликоля, с обратным потоком в азеотропной или ректификационной колонне при давлении от 1 до 101 кПа; (iii) получение экстрагированного материала из верхней части азеотропной или ректификационной колонны; (iv) добавление воды в экстрагированный материал для растворения этиленгликоля в азеотропе; отделение нерастворимого в воде азеотропообразователя от водного раствора этиленгликоля; и (vi) получение этиленгликоля в результате дегидратации и очистки полученного водного раствора этиленгликоля. Also known is a method for purifying non-petroleum EG selected as a prototype (RU 2818912 C2, 07.05.2024), which comprises the following stages: (i) mixing one or more azeotropes (polyhydric alcohols, ketones, etc.) with ethylene glycol obtained from carbohydrate feedstock to obtain a charge containing an ethylene glycol azeotrope; (ii) boiling the charge containing the ethylene glycol azeotrope with reverse flow in an azeotropic or distillation column at a pressure of 1 to 101 kPa; (iii) obtaining extracted material from the top of the azeotropic or distillation column; (iv) adding water to the extracted material to dissolve ethylene glycol in the azeotrope; separating the water-insoluble azeotrope from the aqueous solution of ethylene glycol; and (vi) obtaining ethylene glycol by dehydrating and purifying the resulting aqueous ethylene glycol solution.

Одним из недостатков способа по прототипу является наличие дополнительной стадии (v) разделения азеотропного агента и этиленгликоля. Использование воды, добавленной на стадии (iv), для разделения этиленгликоля и азеотропного агента требует введения дополнительной высокоэнергоемкой стадии (vi) дегидратации этиленгликоля для получения продукта с целевыми показателями. Также, в способе по прототипу не рассматривают проблему присутствия гомогенного катализатора в очищаемом растворе ЭГ, полученном любым из способов синтеза, не предусматривающих применение нефти, в том числе из углеводного сырья методом каталитического гидролиза-гидрогенолиза, который может повлиять на свойства конечного продукта. One of the drawbacks of the prior art method is the additional step (v) of separating the azeotropic agent from ethylene glycol. Using water added in step (iv) to separate ethylene glycol from the azeotropic agent requires an additional, energy-intensive step (vi) of ethylene glycol dehydration to obtain a product with the target properties. Furthermore, the prior art method does not address the problem of the presence of a homogeneous catalyst in the purified EG solution obtained by any synthesis method that does not involve the use of petroleum, including from carbohydrate feedstock by catalytic hydrolysis-hydrogenolysis, which can affect the properties of the final product.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническая проблема, требующая решения в настоящем изобретении, заключается в обеспечении способа выделения ЭГ из водных растворов органических соединений (реакционная смесь) – смеси продуктов гидролиза-гидрогенолиза РУС, которая обязательно содержит гомогенный катализатор – при котором исключены нецелевые процессы с участием катализатора, например, поликонденсации, при нагревании смеси в процессах дистилляции, ректификации, а следовательно, образование высоковязких побочных смолообразных продуктов. Причем указанная реакционная смесь содержит органические компоненты с неограниченной взаимной растворимостью и близкими температурами кипения с этиленгликолем, в частности, ЭГ, 1,2-ПГ и БД, также высококипящие органические соединения, которые могут включать глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерин, гликолевую кислоту, молочную кислоту, эритритол, изосорбид, гидроксиацетон, а гомогенный катализатор представляет собой растворимые соединения вольфрама (вольфраматы аммония, натрия, вольфрамсодержащие гетерополикислоты и др.). The technical problem requiring a solution in the present invention is to provide a method for isolating EG from aqueous solutions of organic compounds (reaction mixture) - a mixture of RUS hydrolysis-hydrogenolysis products, which necessarily contains a homogeneous catalyst - in which non-target processes involving the catalyst are excluded, for example, polycondensation, when heating the mixture in distillation and rectification processes, and, consequently, the formation of highly viscous resinous by-products. Moreover, the said reaction mixture contains organic components with unlimited mutual solubility and boiling points close to ethylene glycol, in particular, EG, 1,2-PG and BD, as well as high-boiling organic compounds, which may include glucose, fructose, sorbitol, glycerol, glycolic acid, lactic acid, erythritol, isosorbide, hydroxyacetone, and the homogeneous catalyst is soluble tungsten compounds (ammonium and sodium tungstates, tungsten-containing heteropoly acids, etc.).

Технической задачей заявленного решения является извлечение особо чистого (свыше 99,99 мас.%) этиленгликоля из растворов продуктов гидролиза-гидрогенолиза РУС, содержащих органические компоненты и гомогенный катализатор. The technical objective of the claimed solution is the extraction of highly pure (over 99.99 wt.%) ethylene glycol from solutions of RUS hydrolysis-hydrogenolysis products containing organic components and a homogeneous catalyst.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в извлечении особо чистого (свыше 99,99 мас.%) этиленгликоля из раствора, полученного путем гидролиза-гидрогенолиза РУС и содержащего по меньшей мере 1,2-ПГ и БД, высококипящие органические соединения, а также гомогенный катализатор. The technical result achieved by the solution consists in extracting highly pure (over 99.99 wt.%) ethylene glycol from a solution obtained by hydrolysis-hydrogenolysis of RUS and containing at least 1,2-PG and BD, high-boiling organic compounds, as well as a homogeneous catalyst.

Сущность решения заключается в том, что на ступени очистки ЭГ от высококипящих органических компонентов осуществляется совместное удаление этих компонентов и гомогенного катализатора из обезвоженной реакционной смеси под вакуумом, а на следующей ступени – выделение чистого ЭГ с использованием азеотропного агента 3-гептанона для проведения азеотропной ректификации, позволяющей достичь извлечения этиленгликоля смеси органических соединений, содержащих 1,2ПГ и БД, с чистотой >99,99 % вне зависимости от органических соединений, содержащихся в реальном техническом растворе и исходного содержания этиленгликоля в потоке. The essence of the solution is that at the stage of EG purification from high-boiling organic components, these components and the homogeneous catalyst are removed jointly from the dehydrated reaction mixture under vacuum, and at the next stage stages – isolation of pure EG using the azeotropic agent 3-heptanone to carry out azeotropic rectification, which allows for the extraction of ethylene glycol from a mixture of organic compounds containing 1,2PG and BD, with a purity of >99.99%, regardless of the organic compounds contained in the actual product technical solution and the initial content of ethylene glycol in the flow.

В одном аспекте заявленного решения раскрыт способ извлечения этиленгликоля из из реакционных смесей продуктов гидролиза-гидрогенолиза растительного углеводного сырья, представляющие собой водные растворы органических соединений совместно с гомогенным катализатором, содержащие высококипящие органические продукты процесса гидролиза-гидрогенолиза РУС, органические компоненты с неограниченной взаимной растворимостью с водой и этиленгликолем, близкими температурами кипения с этиленгликолем и образующие азеотропные смеси с этиленгликолем, включает в себя:In one aspect of the claimed solution, a method is disclosed for extracting ethylene glycol from reaction mixtures of hydrolysis-hydrogenolysis products of plant carbohydrate raw materials, which are aqueous solutions of organic compounds together with a homogeneous catalyst, containing high-boiling organic products of the RUS hydrolysis-hydrogenolysis process, organic components with unlimited mutual solubility with water and ethylene glycol, close boiling points with ethylene glycol and forming azeotropic mixtures with ethylene glycol, includes:

(1) подачу указанного водного раствора в первую колонну вакуумной ректификации для отгонки воды и получения концентрированного потока органических соединений, содержащий суспендированный гомогенный катализатор;(1) feeding said aqueous solution into a first vacuum distillation column to distill off water and obtain a concentrated stream of organic compounds containing a suspended homogeneous catalyst;

(2) подачу указанного концентрированного потока органических соединений, содержащего по меньшей мере смесь ЭГ, 1,2-ПГ и БД, а также высококипящие органические соединения, которые могут включать глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерин, гликолевую кислоту, молочную кислоту, эритритол, изосорбид, гидроксиацетон, при этом поток обязательно содержит гомогенный катализатор, представляющий собой растворимые соединения вольфрама (вольфраматы аммония, натрия, вольфрамсодержащие гетерополикислоты и др.), во вторую колонну вакуумной ректификации для отгона высококипящих органических соединений, отделения катализатора и получения частично регенерированного концентрированного потока содержащего по меньшей мере ЭГ, 1,2-ПГ и БД; (2) feeding said concentrated stream of organic compounds containing at least a mixture of EG, 1,2-PG and BD, as well as high-boiling organic compounds that may include glucose, fructose, sorbitol, glycerol, glycolic acid, lactic acid, erythritol, isosorbide, hydroxyacetone, wherein the stream necessarily contains a homogeneous catalyst, which is soluble tungsten compounds (ammonium tungstates, sodium tungstates, tungsten-containing heteropoly acids, etc.), into a second vacuum rectification column for distilling off high-boiling organic compounds, separating the catalyst and obtaining a partially regenerated concentrated stream containing at least EG, 1,2-PG and BD;

(3) подачу указанного частично регенерированного концентрированного потока в третью колонну вакуумной ректификации для азеотропной ректификации, причем азеотропный агент представляет собой 3-гептанон, на выходе третьей колонны получают поток гетерогенного азеотропа этиленгликоля и азеотропного агента 3-гептанона;(3) feeding said partially regenerated concentrated stream into a third vacuum distillation column for azeotropic distillation, wherein the azeotropic agent is 3-heptanone, and at the outlet of the third column a stream of a heterogeneous azeotrope of ethylene glycol and the azeotropic agent 3-heptanone is obtained;

(4) получение этиленгликоля посредством расслаивания потока гетерогенного азеотропа и отделения нижнего слоя, представляющего собой поток регенерированного этиленгликоля.(4) obtaining ethylene glycol by layering the heterogeneous azeotrope stream and separating the bottom layer, which is a stream of regenerated ethylene glycol.

Таким образом, что предложенный способ, во-первых, уменьшает общий объем жидкой фазы в ректификационных колоннах 2 и 3, во-вторых, позволяет отделить катализатор от конечного продукта ЭГ (и вернуть на рецикл, при необходимости), а также избежать нецелевых процессов с участием катализатора, в-третьих, исключает дополнительную стадию водного разделения ЭГ и азеотропного агента, как предложено в патенте-прототипе.Thus, the proposed method, firstly, reduces the total volume of the liquid phase in distillation columns 2 and 3, secondly, allows the separation of the catalyst from the final product EG (and return it for recycling, if necessary), as well as avoiding non-target processes involving the catalyst, and thirdly, eliminates the additional stage of aqueous separation of EG and the azeotropic agent, as proposed in the prototype patent.

В дополнительных аспектах раскрыто, что отгонка воды происходит при вакууме от 0,01 до 0,6 бар, преимущественно от 0,1 до 0,5 бар; удаление высококипящих органических примесей и гомогенного катализатора происходит при вакууме от 0,01 до 0,6 бар, преимущественно от 0,1 до 0,5 бар; получение гетерогенного азеотропа осуществляется из смеси, содержащей 1,2-ПГ и БД; получение гетерогенного азеотропа осуществляется с применением азеотропного агента 3-гептанона в соотношении 1/1-5/1 к массовому содержанию этиленгликоля, преимущественно в соотношении 1/1-2/1, с числом теоретических тарелок 30; получение гетерогенного азеотропа осуществляется при вакууме от 0,01 до 0,6 бар, преимущественно от 0,1 до 0,5 бар; исходный водный раствор получен путем каталитического гидролиза-гидрогенолиза РУС и содержит ЭГ, 1,2-ПГ и БД, высококипящие органические соединения, которые могут включать глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерин, гликолевую кислоту, молочную кислоту, эритритол, изосорбид, гидроксиацетон, а также обязательно содержит гомогенный катализатор, представляющий собой растворимые соединения вольфрама (вольфраматы аммония, натрия, вольфрамсодержащие гетерополикислоты и др.).In additional aspects it is disclosed that the distillation of water occurs at a vacuum of 0.01 to 0.6 bar, preferably 0.1 to 0.5 bar; the removal of high-boiling organic impurities and a homogeneous catalyst occurs at a vacuum of 0.01 to 0.6 bar, preferably 0.1 to 0.5 bar; the production of a heterogeneous azeotrope is carried out from a mixture containing 1,2-PG and BD; the production of a heterogeneous azeotrope is carried out using an azeotropic agent 3-heptanone in a ratio of 1/1-5/1 to the weight content of ethylene glycol, preferably in a ratio of 1/1-2/1, with a number of theoretical plates of 30; the production of a heterogeneous azeotrope is carried out at a vacuum of 0.01 to 0.6 bar, preferably 0.1 to 0.5 bar; the original The aqueous solution is obtained by catalytic hydrolysis-hydrogenolysis of RUS and contains EG, 1,2-PG and BD, high-boiling organic compounds that may include glucose, fructose, sorbitol, glycerol, glycolic acid, lactic acid, erythritol, isosorbide, hydroxyacetone, and also necessarily contains a homogeneous catalyst, which is soluble tungsten compounds (ammonium and sodium tungstates, tungsten-containing heteropoly acids, etc.).

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг.1 изображена принципиальная схема осуществления заявленного способа, в которой:Fig. 1 shows a basic diagram of the implementation of the claimed method, in which:

Az – поток азеотропного агента 3-гептанона;Az – flow of azeotropic agent 3-heptanone;

D_1 – поток отделенной воды;D_1 – flow of separated water;

D_2 – частично регенерированный поток этиленгликоля, содержащий преимущественно этиленгликоль, в меньшей степени 1,2-ПГ и БД; D_2 – partially regenerated ethylene glycol stream containing predominantly ethylene glycol, to a lesser extent 1,2-PG and BD;

D_3 – поток гетерогенного азеотропа, нижняя фаза которого представляет собой поток регенерированного свыше 99%масс этиленгликоля;D_3 – a heterogeneous azeotrope flow, the lower phase of which is a flow of ethylene glycol regenerated to over 99% of its mass;

F_1 – вход для подачи водного раствора продуктов гидролиза-гидрогенолиза РУС с гомогенным катализатором;F_1 – input for feeding an aqueous solution of RUS hydrolysis-hydrogenolysis products with a homogeneous catalyst;

HL (EG) – поток очищенного этиленгликоля;HL (EG) – stream of purified ethylene glycol;

LL(3HEPT) – поток отработанного азеотропного агента;LL(3HEPT) – flow of spent azeotropic agent;

Q – тепловые потоки;Q – heat flows;

T-1 – 1-я колонна вакуумной ректификации для испарения воды и получения концентрированного потока органических соединений с катализатором;T-1 – 1st vacuum rectification column for evaporating water and obtaining a concentrated stream of organic compounds with a catalyst;

T-2 – 2-я колонна вакуумной ректификации для удаления высококипящих органических соединений с Ткип>200 °С и катализатора;T-2 – 2nd vacuum rectification column for removing high-boiling organic compounds with T boiling point >200 °C and catalyst;

Т-3 – 3-я колонна азеотропной ректификации;T-3 – 3rd azeotropic distillation column;

V-100 – резервуар для отстаивания и разделения этиленгликоля и азеотропного агента;V-100 – tank for settling and separating ethylene glycol and azeotropic agent;

W_1 – концентрированный обезвоженный поток органических соединений и катализатора;W_1 – concentrated dehydrated flow of organic compounds and catalyst;

W_2 – удаленная смесь высококипящих органических соединений и катализатора;W_2 – removed mixture of high-boiling organic compounds and catalyst;

W_3 – поток отделенной смеси 1,2-ПГ и БД. W_3 – flow of separated mixture of 1,2-PG and BD.

Фиг.2 показывает ГЖХ-хроматограмму реакционной смеси до разделения, Фиг.3 – ГЖХ-хроматограмму реакционной смеси после разделения.Fig. 2 shows the GLC chromatogram of the reaction mixture before separation, Fig. 3 shows the GLC chromatogram of the reaction mixture after separation.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Для исследования использовали полученный в процессе гидрогенолиза РУС реакционный раствор, состав которого приведен в таблице 1, содержавший 10 масс. % ЭГ и в виде примесей 1,2-ПГ и БД, высококипящие органические соединения, включающие сорбитол, глицерин, гликолевую кислоту, молочную кислоту, эритритол, изосорбид, гидроксиацетон, а также гомогенный катализатор, выбранный в качестве примера из списка растворимых соединений вольфрама, а именно – вольфрамат аммония. Реакционный раствор помещали в стандартную круглодонную колбу объёмом 1 л с дефлегматором и осуществляли отгонку воды при вакууме (0,08 бар), температура – 43 °С. Получали так называемый концентрированный обезвоженный поток органических соединений.The study utilized a reaction solution obtained during the hydrogenolysis of RUS, the composition of which is shown in Table 1. It contained 10 wt.% EG and 1,2-PG and BD as impurities, high-boiling organic compounds including sorbitol, glycerol, glycolic acid, lactic acid, erythritol, isosorbide, and hydroxyacetone, as well as a homogeneous catalyst selected as an example from the list of soluble tungsten compounds, namely, ammonium tungstate. The reaction solution was placed in a standard 1-liter round-bottomed flask with a reflux condenser, and water was distilled off under vacuum (0.08 bar) at a temperature of 43°C. This resulted in a so-called concentrated dehydrated stream of organic compounds.

Удаление высококипящих органических соединений, включающих сорбитол, глицерин, гликолевую кислоту, молочную кислоту, эритритол, изосорбид, гидроксиацетон а также гомогенного катализатора, представляющего собой вольфрамат аммония, проводили на лабораторной ректификационной колонне периодического действия. Колонна представляла собой пустотелую стеклянную трубу из пирекса внутренним диаметром 20-25 мм и эффективностью в 25 т.т. В колонну засыпали насадку типа СПН-2 из нержавеющей стали спирально-призматической формы. Концентрированный поток, полученный после удаления воды, загружали в куб (~50 г), устанавливали вакуум (0,08 бар) и включали обогрев (мощность колбонагревателя 280 Вт). Затем колонну переводили в режим «захлёбывания», в результате которого происходило смачивание насадки. Далее колонну выводили на рабочий режим и отбирали фракцию 98-110 °С, содержащую ЭГ, 1,2-ПГ и БД. Получали так называемый поток частично регенерированного концентрированного этиленгликоля.The removal of high-boiling organic compounds, including sorbitol, glycerol, glycolic acid, lactic acid, erythritol, isosorbide, hydroxyacetone, and a homogeneous catalyst (ammonium tungstate), was performed using a laboratory batch distillation column. The column was a hollow glass Pyrex tube with an internal diameter of 20-25 mm and an efficiency of 25 tons. The column was packed with SPN-2 stainless steel spiral-prismatic packing. The concentrated stream obtained after water removal was loaded into the still (~50 g), a vacuum was applied (0.08 bar), and the heating was turned on (heating mantle power 280 W). The column was then switched to "flooding" mode, which resulted in wetting of the packing. The column was then brought into operating mode, and the 98-110°C fraction containing EG, 1,2-PG, and BD was collected. This yielded what is known as a partially regenerated concentrated ethylene glycol stream.

Выделение ЭГ методом азеотропной ректификации проводили на лабораторной ректификационной колонне периодического действия эффективностью 30 т.т., заполненной насыпной спирально-призматической насадкой СПН-3. В куб колонны загружали гликолевую фракцию, полученную при удалении высококипящих соединений и гомогенного катализатора (поток частично регенерированного этиленгликоля), и азеотропообразующий агент – 3-гептанон. Соотношение смеси к азеотропному агенту – 1/1 по массе. Опыт проводили при атмосферном давлении (1 бар) и температуре гетерогенного азеотропа – 147 °С. Включали обогрев куба и рубашки колонки. При закрытом кране отбора дистиллята устанавливали рабочий режим обогрева колонки. Затем колонку переводили в режим «захлебывания» и выводят колонну на рабочий режим. Верхом колонны отбирали гетерогенный азеотроп, который при конденсации расслаивался на две фазы – фаза ЭГ (нижняя) и фаза 3-гептанона (верхняя). Фазу 3-гептанона постоянно возвращали в ректификационную колонну. The isolation of EG by azeotropic distillation was carried out on a laboratory batch distillation column with an efficiency of 30 tons of fuel and packed with SPN-3 loose spiral-prismatic packing. The column bottom was loaded with a glycol fraction obtained by removing high-boiling compounds and a homogeneous catalyst (a stream of partially regenerated ethylene glycol), and an azeotropic agent, 3-heptanone. The mixture to azeotropic agent ratio was 1:1 by weight. The experiment was conducted at atmospheric pressure (1 bar) and a heterogeneous azeotrope temperature of 147°C. The column bottom and jacket heating were turned on. With the distillate withdrawal valve closed, the column heating mode was set to the operating mode. The column was then switched to the "flooding" mode and brought up to the operating mode. A heterogeneous azeotrope was collected at the top of the column; upon condensation, it separated into two phases: the EG phase (lower) and the 3-heptanone phase (upper). The 3-heptanone phase was continuously returned to the distillation column.

Исходную реакционную смесь и полученный ЭГ и анализировали методом ГЖХ (фиг.2 и фиг.3 соответственно). Методом ГЖХ было показано, что полученный ЭГ обладал чистотой более 99,99. The initial reaction mixture and the resulting EG were analyzed by gas chromatography (Fig. 2 and Fig. 3, respectively). The gas chromatography method showed that the resulting EG had a purity of greater than 99.99.

На основе полученных экспериментальных данных был проведен расчет предложенного способа извлечения ЭГ из РУС с применением предложенного метода азеотропной ректификации и предложена схема разделения (описанный выше и представленный на схеме фиг.1, с исходными параметрами смеси по таблице 2, где ТТ – число теоретических тарелок, Rраб – рабочее флегмовое число, Rраб, АА – азеотропный агент). Расчет колонн производился при помощи пакетов моделирования NRTL и UNIQUAК. Для определения бинарных коэффициентов компонентов ЭГ-1,2БГ был также использован теоретический метод групповых вкладов UNIFAC. Рассчитанные материальный баланс и составы потоков представлены в таблицах 3 и 4, тепловые потоки представлены в таблице 5. Расчеты показали, что наиболее оптимальным является соотношение ЭГ/3-гептанон 1/2,6. Расчеты свидетельствуют о достижении при помощи данного изобретения ЭГ с чистотой 99,995 %.Based on the obtained experimental data, the calculation of the proposed method for extracting EG from RUS using the proposed azeotropic distillation method was performed, and a separation scheme was proposed (described above and shown in the scheme of Fig. 1, with the initial parameters of the mixture according to Table 2, where TT is the number of theoretical plates, Rwork is the working reflux ratio, Rwork, AA is the azeotropic agent). The column calculations were performed using the NRTL and UNIQUAK modeling packages. To determine the binary coefficients of the EG-1,2BG components, the UNIFAC theoretical method of group contributions was also used. The calculated material balance and flow compositions are presented in Tables 3 and 4, the heat flows are presented in Table 5. The calculations showed that the most optimal ratio is EG/3-heptanone 1/2.6. The calculations indicate that, using this invention, EG with a purity of 99.995% is achieved.

Таблица 1. Содержание компонентов в реакционной смеси гидрогенолиза РУС Table 1. Content of components in the reaction mixture of hydrogenolysis of RUS

КомпонентComponent Содержание компонента, г/лComponent content, g/l ЭГEG 102,4102.4 1,2-ПГ1,2-PG 10,710.7 ГлицеринGlycerol 6,56.5 ГидроксиацетонHydroxyacetone 0,90.9 СорбитолSorbitol 0,90.9 Гликолевая кислотаGlycolic acid 5,45.4 Молочная кислотаLactic acid 0,20.2 2,3-Бутандиол2,3-Butanediol 0,30.3 1,3-Бутандиол1,3-Butanediol 0,90.9 1,2-Бутандиол1,2-Butanediol 7,57.5 1,4-Бутандиол1,4-Butanediol 1,51.5 ИзосорбидIsosorbide 0,30.3 ЭритритолErythritol 3,03.0 вольфрамат аммонияammonium tungstate 2,82.8

Таблица 2. Основные параметры колонн Table 2. Main parameters of columns

Параметр/колоннаParameter/column Т-1T-1 Т-2T-2 Т-3T-3 ТТTT 2020 2020 3030 RрабRslav 11 11 22 Тарелка питанияFood plate 1010 1010 1515 МодельModel NRTLNRTL NRTLNRTL UNIQUAKUNIQUAK Подача АА, тарелкаAA feed, plate -- -- 2525

Таблица 3. Материальные потокиTable 3. Material flows

Таблица 4. Состав материальных потоковTable 4. Composition of material flows

Таблица 5. Тепловые потокиTable 5. Heat flows

Claims (8)

1. Способ извлечения этиленгликоля (ЭГ) из водных растворов органических соединений гидролиза-гидрогенолиза растительного углеводного сырья, содержащих органические компоненты с неограниченной взаимной растворимостью и близкими температурами кипения с этиленгликолем, высококипящие органические компоненты и гомогенный катализатор, включающий в себя:1. A method for extracting ethylene glycol (EG) from aqueous solutions of organic compounds from the hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials, containing organic components with unlimited mutual solubility and boiling points close to ethylene glycol, high-boiling organic components and a homogeneous catalyst, including: (1) подачу указанного водного раствора в первую колонну вакуумной ректификации для отгонки воды и получения концентрированного потока органических соединений вместе с гомогенным катализатором; (1) feeding said aqueous solution into a first vacuum distillation column to distill off water and obtain a concentrated stream of organic compounds together with a homogeneous catalyst; (2) подачу указанного концентрированного потока органических соединений и катализатора во вторую колонну вакуумной ректификации для удаления высококипящих органических соединений и гомогенного катализатора и получения частично регенерированного концентрированного потока, содержащего по меньшей мере ЭГ, 1,2-пропиленгликоль (1,2-ПГ) и бутандиолы (БД);(2) feeding said concentrated stream of organic compounds and catalyst to a second vacuum distillation column to remove high-boiling organic compounds and homogeneous catalyst and obtain a partially regenerated concentrated stream containing at least EG, 1,2-propylene glycol (1,2-PG) and butanediols (BD); (3) подачу указанного частично регенерированного концентрированного потока в третью колонну вакуумной азеотропной ректификации для удаления компонент с неограниченной взаимной растворимостью и близкими температурами кипения с этиленгликолем, причем азеотропный агент представляет собой 3-гептанон, и получения на выходе третьей колонны гетерогенного азеотропа очищенного этиленгликоля и азеотропного агента 3-гептанона;(3) feeding said partially regenerated concentrated stream into a third vacuum azeotropic distillation column to remove components with unlimited mutual solubility and close boiling points with ethylene glycol, wherein the azeotropic agent is 3-heptanone, and obtaining at the outlet of the third column a heterogeneous azeotrope of purified ethylene glycol and the azeotropic agent 3-heptanone; (4) разделение полученного гетерогенного азеотропа очищенного этиленгликоля и азеотропного агента 3-гептанона в резервуаре для отстаивания и расслоения с получением 3-гептанона и чистого этиленгликоля.(4) separating the resulting heterogeneous azeotrope of purified ethylene glycol and the azeotropic agent 3-heptanone in a settling and stratification tank to obtain 3-heptanone and pure ethylene glycol. 2. Способ по п.1, в котором органические компоненты с неограниченной взаимной растворимостью и близкими температурами кипения с этиленгликолем включают по меньшей мере 1,2-пропиленгликоль, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 2,3-бутандиол, 1,4-бутандиол.2. The method according to claim 1, wherein the organic components with unlimited mutual solubility and close boiling points with ethylene glycol include at least 1,2-propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol. 3. Способ по п.1, в котором высококипящие органические соединения включают по меньшей мере глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерин, гликолевую кислоту, молочную кислоту, эритритол, изосорбид, гидроксиацетон.3. The method according to claim 1, wherein the high-boiling organic compounds include at least glucose, fructose, sorbitol, glycerol, glycolic acid, lactic acid, erythritol, isosorbide, hydroxyacetone. 4. Способ по п.1, в котором гомогенный катализатор представляет собой растворимые соединения вольфрама, например вольфраматы аммония, натрия, вольфрамсодержащие гетерополикислоты.4. The method according to claim 1, wherein the homogeneous catalyst is a soluble tungsten compound, for example ammonium tungstate, sodium tungstate, tungsten-containing heteropoly acids.
RU2025106827A 2025-03-21 Method for extracting ethylene glycol from aqueous solutions of organic compounds of hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials RU2854385C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2854385C1 true RU2854385C1 (en) 2025-12-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4028195A (en) * 1975-09-12 1977-06-07 Halcon International, Inc. Recovery of alkylene glycols by distillation with aqueous organic acid
US4057471A (en) * 1975-09-12 1977-11-08 Halcon International, Inc. Recovery of alkylene glycols
SU585147A1 (en) * 1976-04-12 1977-12-25 Предприятие П/Я Р-6695 Method of separating azeotrope of ethyleneglycol-carbitol
WO2020063425A1 (en) * 2018-09-29 2020-04-02 长春美禾科技发展有限公司 Method for refining bio-based propylene glycol
RU2818912C9 (en) * 2018-09-05 2024-06-13 Чанчунь Мэйхэ Сайенс Энд Текнолоджи Девелопмент Ко., Лтд. Method of purifying ethylene glycol of non-petroleum origin

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4028195A (en) * 1975-09-12 1977-06-07 Halcon International, Inc. Recovery of alkylene glycols by distillation with aqueous organic acid
US4057471A (en) * 1975-09-12 1977-11-08 Halcon International, Inc. Recovery of alkylene glycols
SU585147A1 (en) * 1976-04-12 1977-12-25 Предприятие П/Я Р-6695 Method of separating azeotrope of ethyleneglycol-carbitol
RU2818912C9 (en) * 2018-09-05 2024-06-13 Чанчунь Мэйхэ Сайенс Энд Текнолоджи Девелопмент Ко., Лтд. Method of purifying ethylene glycol of non-petroleum origin
WO2020063425A1 (en) * 2018-09-29 2020-04-02 长春美禾科技发展有限公司 Method for refining bio-based propylene glycol

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2721165C (en) A process for recovery of formic acid
US10221116B2 (en) Process for the separation of monoethylene glycol and 1,2-butanediol
RU2594159C2 (en) Method of separating ethylene glycol and 1,2-butanediol
CA2967209C (en) Process for the separation of glycols
US9656940B2 (en) Process for the recovery of acetic acid
US6713649B1 (en) Method for production of formic acid
CA2979960C (en) Process for the separation of glycols
EP3233775B1 (en) Process for the separation of glycols
CN114829326A (en) Process for separating diols
CN107915612B (en) Method for preparing purified MIBK from industrial byproduct waste liquid acetone
CN105541551A (en) Reaction-rectification-separation-refinement novel method, technique and device of ethylene glycol and 1,2-butanediol
CN101709025B (en) Compound cross-flow liquid-liquid extraction separation method of methylal-methanol azeotropic system
US20150080615A1 (en) High temperature ester hydrolysis operating at high ester to water ratios
CN110862301A (en) Sec-butyl alcohol refining method and device
RU2854385C1 (en) Method for extracting ethylene glycol from aqueous solutions of organic compounds of hydrolysis-hydrogenolysis of plant carbohydrate raw materials
CN112500375A (en) System and method for preparing tetrahydrofuran by using BDO tar
JP5955975B2 (en) Distillation method for obtaining ditrimethylolpropane
JP6015169B2 (en) Method for producing tetrahydrofuran
CN108863793B (en) Preparation method of isopropyl acetate
JP2013060429A (en) Method of purifying 1,4-butanediol and method of manufacturing tetrahydrofuran
CN113264907A (en) System for preparing tetrahydrofuran and using method thereof
JP7380181B2 (en) Method for producing paraaldol
CN1101258C (en) Method for recovering catalyst used for preparing dihydric alcohol
CN113717034A (en) Method for selectively preparing dihydric alcohol mono-tertiary butyl ether by catalytic distillation of solid catalyst