TW202409169A - 用於從包括斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的材料中回收斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種用於在工廠中從尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維產品中回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的方法,其中所述工廠包括分離區段[B],所述分離區段包括溶解區段[α]和沉澱區段[γ]。
Description
本發明涉及一種用於從包括斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的材料中回收斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的方法。更具體地,本發明涉及一種用於在工業規模上從包括斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的材料中回收斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的方法。
在1938年,Paul Schlack發明了尼龍6 (CAS編號:25038-54-4),也稱為聚醯胺6、PA6、N6、聚己內醯胺、聚(己-6-內醯胺)、聚(6-胺基己酸)、聚(六亞甲基己二醯胺)或聚[亞胺基(1-氧代己烷-1,6-二基)]。
通常,尼龍6是通過ε-己內醯胺在約260℃的溫度下在惰性氣氛中開環聚合合成的:
眾所周知,ε-己內醯胺可以在發煙硫酸,即硫酸和SO
3的混合物的存在下通過環己酮肟的液相貝克曼重排製備,或者在固體催化劑的存在下通過環己酮肟的氣相貝克曼重排製備。通常,這種類型的ε-己內醯胺被稱為“原生ε-己內醯胺”。形成(原生) ε-己內醯胺所需的環己酮肟可以由環己酮製備,所述環己酮主要由苯生產。該苯大部分來源於如石油和煤炭等不可再生的化石資源。
用於生產原生ε-己內醯胺的方法在例如以下中有描述:《烏爾曼工業化學百科全書(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)》 (2018年5月25日)中的“己內醯胺”章節, 德國魏因海姆的威利-VCH出版社公司(Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany),其可以電子形式通過https://doi.org/10.1002/14356007.a05_031.pub3獲得。
用於生產尼龍6的方法在例如以下中有描述:《烏爾曼工業化學百科全書》 (2013年1月15日)中的“聚醯胺”章節, 德國魏因海姆的威利-VCH出版社公司,其可以電子形式通過https://doi.org/10.1002/14356007.a21_179.pub3獲得。除了尼龍6,其它重要類型的尼龍是尼龍4,6和尼龍6,6。
在1959年,美國紡織化學家Joseph Shivers發明了斯潘德克斯彈力纖維纖維,也稱為萊卡(Lycra)或彈性纖維。
美國聯邦貿易委員會(US Federal Trade Commission)將斯潘德克斯彈力纖維定義為一種包括至少85%的嵌段聚胺基甲酸酯的長鏈合成聚合物。它是由高分子量二羥基化合物與有機二異氰酸酯和擴鏈劑反應形成彈性體聚合物製成的。它是嵌段的,因為它由聚合物結構內交替的軟區和硬區構成。硬鏈段充當將聚合物鏈連接在一起的物理交聯。聚合物鏈的軟鏈段由含有長的、捲曲的鏈段的聚合物構成,所述長的、捲曲的鏈段可以在拉伸材料時定向。交聯防止聚合物鏈顯著地彼此經過。拉伸後,線性軟鏈段恢復為捲曲形式,使得纖維恢復到其原始形狀。斯潘德克斯彈力纖維的合成由以下初始步驟組成:使巨乙二醇與二異氰酸酯單體反應得到預聚物。乙二醇與二異氰酸酯的典型比率為1:2。然後,使所形成的預聚物與等量的二胺進一步反應。這種反應被稱為擴鏈反應。因此,斯潘德克斯彈力纖維纖維是由聚合物材料產生的。
聚胺基甲酸酯的名稱來源於胺基甲酸乙酯,其被稱為尿烷。
斯潘德克斯彈力纖維纖維以其非凡的彈性而聞名:它們可以拉伸到其長度的近500%,並且然後可以恢復到其原始形狀。令人印象深刻的拉伸和恢復能力使其非常適合運動員穿著的貼身服裝,如泳衣、自行車或瑜伽褲以及運動服。斯潘德克斯彈力纖維的合身性質使其非常適合用於內衣。因此,它被用於腰帶、護腿長襪、胸罩和三角褲。另外,它還廣泛用於(緊身)牛仔褲、褲子、襯衫、連衣裙、內衣和鞋子。
聚胺基甲酸酯主要有兩種類型——聚酯和聚醚。兩者都可用於多種工業應用。兩者都是尿烷彈性體,並且都用於不同類型的斯潘德克斯彈力纖維。
聚酯聚胺基甲酸酯的主要性質是耐油/耐溶劑、耐弱酸/鹼、耐磨、優異的機械性質、耐真菌和優異的振動阻尼。聚酯聚胺基甲酸酯不建議用於高溼度或水暴露的情況。水解是一種會對聚胺基甲酸酯的物理性質產生負面影響的風險。
在優選實施例中,貫穿本公開,術語“斯潘德克斯彈力纖維”可以由聚醚聚胺基甲酸酯代替,所述聚醚聚胺基甲酸酯是可以根據本發明使用的優選斯潘德克斯彈力纖維或存在於斯潘德克斯彈力纖維中的組分。聚醚聚胺基甲酸酯的主要性質是低溫柔韌性、優異的水解穩定性、食品級應用、耐溫性、優異的機械性質和耐候(UV)性。聚醚聚胺基甲酸酯被推薦用於預期會經歷中高應力的應用。通常,原生聚醚聚胺基甲酸酯是通過聚醚多元醇和二異氰酸酯單體的反應獲得的。
通常,斯潘德克斯彈力纖維不單獨使用,相反它大多與其它天然纖維(如棉花)和/或人造纖維(如尼龍6和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))混合使用。因此,斯潘德克斯彈力纖維通常只佔最終織物的一小部分,這因此保留了其它纖維的大部分外觀和感覺。
最初,純尼龍6用於生產紡織品,包含長襪。後來,為了改善織物的性質,開發和生產了各種各樣的混紡織物。尤其是斯潘德克斯彈力纖維已被廣泛應用於各種基於尼龍6的服裝中。斯潘德克斯彈力纖維的益處是其顯著的強度和彈性,以及其在拉伸後恢復原始形狀的能力和比普通織物更快的乾燥速度。織物的提高的彈性通常通過應用由尼龍6纖維和斯潘德克斯彈力纖維纖維混紡而成的混紡紗線來獲得。含有尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的織物混紡物的衣服的實例包含可拉伸長襪、內衣和運動服。織物的透溼性和防水性可以通過用聚胺基甲酸酯樹脂處理(例如塗覆)尼龍6纖維的表面來獲得。這些經過表面處理的紗線通常用於製造例如雨衣、適於寒冷天氣的衣服和滑雪服。
尼龍6的再循環使得能夠節約化石資源,並可以為循環經濟增加價值。廢棄尼龍6的機械再循環包含將廢棄尼龍6轉化為次要原材料或轉化為(優選地)材料的化學結構僅發生最小變化的產品的過程。通常,機械再循環包含熔融步驟,其任選地接著是過濾步驟,並且最後是固化和/或成型步驟。機械再循環的稍微擴展的形式包含在廢棄尼龍6的熔融步驟之前的基於溶劑的純化(溶解)步驟。在這種形式中,首先將廢棄的尼龍6溶解在溶劑中,而非尼龍6雜質(部分地)未溶解,隨後是溶解的尼龍6和未溶解的材料的分離步驟,並且最後從含有尼龍6的溶液中回收溶劑。
尼龍6的轉化和尼龍6的解聚是尼龍6化學再循環(也稱為原料再循環)的兩種形式。在轉化再循環過程(例如通過裂化和氣化)中,尼龍6被分解成類似石油或天然氣的原料,所述原料可以替代新萃取的化石原料。所得產品可以用於生產包含單體ε-己內醯胺在內的化學品。在解聚再循環過程中,尼龍6被分解為其單體構建塊ε-己內醯胺。尼龍6解聚為ε-己內醯胺是ε-己內醯胺的開環聚合的反向反應:
通常,使基本上純的尼龍6解聚成ε-己內醯胺單體的現有技術化學再生或再循環方法包括在水存在下在升高的溫度下的水解降解步驟和通過蒸汽蒸餾回收形成的單體的步驟。
尼龍6的解聚再循環過程是完全為清潔和相當純的廢棄尼龍6材料而開發的。機械再循環總是導致降級回收,因此由機械再循環的尼龍6製得的產品的性質總是比由原生尼龍6製得的產品差。然而,對廢棄的含有尼龍6的材料進行化學再循環也可能允許生產性質類似於原生製備的ε-己內醯胺的性質的高純度ε-己內醯胺,然後所述高純度ε-己內醯胺可以轉化為高級尼龍6。不幸的是,廢棄的含有尼龍6的產品的化學再循環經常受到廢棄尼龍6產品中雜質存在的阻礙。通常,由於這些雜質的存在,生產的ε-己內醯胺的品質與原生ε-己內醯胺相比較差。
與相當純的尼龍6的解聚相比,包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的解聚具有許多缺點。這些缺點尤其包含斯潘德克斯彈力纖維和其分解產物堵塞管道和其它設備零件,由於斯潘德克斯彈力纖維分解產物的存在而使產生的ε-己內醯胺品質較差,(強烈)降低了ε-己內醯胺回收率,使解聚催化劑中毒,並且因此使解聚催化劑的消耗較高。將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料添加到解聚反應器的另一個缺點是斯潘德克斯彈力纖維被破壞。因此,不可能實現比尼龍6更有價值的斯潘德克斯彈力纖維的同時再循環。
原生斯潘德克斯彈力纖維纖維是通過乾法或溼法紡絲工藝生產的,所述工藝從斯潘德克斯彈力纖維紡絲溶液開始,所述溶液由含聚胺基甲酸酯的合適溶劑(如二甲基乙醯胺或二甲基甲醯胺)構成。
由於高黏度阻止了進一步加工,通過溶解在所採用的紡絲溶劑中直接使正常(純)斯潘德克斯彈力纖維廢棄纖維例如從紗線生產中再循環證明是不成功的。
US6830715B1描述了一種用於使用再循環的斯潘德克斯彈力纖維材料由紡絲溶液生產斯潘德克斯彈力纖維線的方法,所述方法通過向(切割的)斯潘德克斯彈力纖維纖維和紡絲溶劑的混合物中添加仲脂族胺來克服上述黏度問題。(切割的)斯潘德克斯彈力纖維纖維的溶解是在60℃至150℃的溫度下實現的。
在過去,已經描述了使尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的共混物再循環的幾種嘗試。
JP2011088943A描述了一種用於從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6材料中分離聚醚聚胺基甲酸酯,隨後使殘餘的尼龍6解聚的預處理方法。預處理包含將含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6材料與含有環醯胺的溶劑一起在80℃至溶劑沸點的溫度下加熱。JP2011088943A指出,環醯胺化合物溶劑中的環醯胺化合物的量優選地為50重量%或更多,更優選地85質量%或更多。JP2011088943A進一步指出,環醯胺溶劑可以含有除環醯胺化合物之外的組分,如水和有機溶劑,並且從可操作性的觀點來看,水是特別優選的。所述專利中描述的實驗是在110℃的溫度下,用含有50和85重量%的N-甲基吡咯烷酮、85重量%的2-吡咯烷酮或85重量%的2-哌啶作為溶劑的水溶液在2小時的時間段期間進行的。這種處理的結果是,聚醚聚胺基甲酸酯部分分解並溶解在溶劑中。因此,所得的尼龍6材料被解聚,聚醚聚胺基甲酸酯已經從所述材料中去除並且所述材料通過過濾與溶液分離。然而,JP2011088943A未提及部分分解的聚醚聚胺基甲酸酯的回收。也沒有描述所使用溶劑的命運。
WO 2013032408A1描述了一種使包含聚醯胺6和包括聚醯胺和斯潘德克斯彈力纖維的聚醯胺6,6的聚醯胺纖維再循環的方法。通過包括以下的方法從斯潘德克斯彈力纖維織物中去除斯潘德克斯彈力纖維纖維:斯潘德克斯彈力纖維的受控熱降解,通過使用合適且可持續的溶劑(優選地乙醇)從高純度聚醯胺中去除斯潘德克斯彈力纖維或其降解產物的受控洗滌處理,以及從聚醯胺纖維中去除過量溶劑的最後步驟。聚醯胺纖維(包含聚醯胺6纖維)熱處理期間使用的溫度範圍為150℃-220℃,優選地為190℃-216℃,並且優選地在0.5至4小時的時間段期間。之後,在範圍為5℃至78℃的溫度下用優選地乙醇洗滌熱處理的織物,以去除斯潘德克斯彈力纖維和其降解組分。WO 2013032408A1未提及從洗滌溶劑中回收斯潘德克斯彈力纖維和其降解組分。
鑑於上述情況,到目前為止,還沒有用於在工業規模上從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維兩者的方法。原因可能在於,在將斯潘德克斯彈力纖維帶入溶液的現有技術方法中,需要應用高的溶液溫度,通常遠高於100℃。然而,在這些溫度下,斯潘德克斯彈力纖維開始降解,並且在回收後僅獲得劣質材料。因此,回收的斯潘德克斯彈力纖維的命運往往僅限於焚燒和土地填充。高溫下溶解過程的另一個缺點是所應用溶劑的降解產物的形成,這可能阻礙尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的回收以及所應用溶劑的再循環。
關於這些包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的生產和使用的環境問題涉及過程中和消費後產生的廢物。這些問題可以通過從不再使用或被處置的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中再循環單個組分(如尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維)來緩解。由包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料製造的紡織品是特別相關的廢物來源。這些通常含有大量的尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維。因此,如果有一種可行的方法從這些複合廢料中回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維兩者,則這將不僅有利於環境,而且為尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯提供了一種經濟上有價值的新來源。
從減少二氧化碳排放的角度來看,使包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料再循環,從而回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維具有重要意義。
並且需要由包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料提供尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維,其碳足跡顯著低於通過使用通過新合成(例如通過環己酮肟的貝克曼重排)獲得的原生ε-己內醯胺的方法生產的尼龍6以及通過斯潘德克斯彈力纖維的從頭合成產生的斯潘德克斯彈力纖維。
現有技術方法的問題是,它們消耗大量的能量來從溶液中回收溶解的斯潘德克斯彈力纖維,因為溶解的斯潘德克斯彈力纖維通常是通過蒸發去除溶劑而獲得的。
並且需要將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中存在的尼龍6與斯潘德克斯彈力纖維分離,以獲得可以通過已知的機械或化學尼龍6再循環工藝進一步升級的尼龍6材料。
現有技術的另一個缺點是沒有提供或已知用於從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收和再利用(再循環)斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6的溶劑的合適的回收和再利用(再循環)策略。
最後,需要允許在工業規模上從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的方法,以便處理每年浪費的大量包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料。
本發明的目的是滿足上述需求中的一個或多個需求,並克服或減輕與現有技術方法相關的缺點。
具體地,本發明的目的是提供一種用於從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收斯潘德克斯彈力纖維和尼龍的方法。
本發明的另外的目的是提供一種用於在工業規模上從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍和斯潘德克斯彈力纖維兩者的方法。
本發明的目的還是提供一種用於以經濟有效的方式從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍和斯潘德克斯彈力纖維兩者的方法。在這方面,具體地,本發明的目的是提供一種方法,所述方法適用於從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍和斯潘德克斯彈力纖維兩者,並且不超過原生尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的生產成本。
本發明的目的還是提供一種用於從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍的方法,所述尼龍適合於通過機械或化學再循環進一步升級。
本發明的另外的目的是提供一種用於從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維兩者的方法,所述方法的特徵在於碳足跡顯著低於用於例如通過聚醚多元醇或聚酯多元醇和二異氰酸酯單體的反應生產原生斯潘德克斯彈力纖維和通過新型合成,例如通過環己酮肟的貝克曼重排生產ε-己內醯胺的方法。
本發明的目的還是提供一種用於從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍6的方法,所回收的尼龍6可以替代尼龍6,用於目前應用通過新型合成,例如通過環己酮肟的貝克曼重排從ε-己內醯胺獲得的原生尼龍6的某些應用。
本發明的另外的目的是提供一種用於從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍6的方法,所回收的尼龍6可以被解聚為單體ε-己內醯胺,所述單體ε-己內醯胺可以通過純化而轉化為高純度ε-己內醯胺,所述高純度ε-己內醯胺可以替代原生ε-己內醯胺,用於目前應用通過新型合成,例如通過環己酮肟的貝克曼重排獲得的原生ε-己內醯胺的所有應用。
因此,本發明還旨在提供一種減少廢棄的包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料的環境負擔的方法。
一個或多個另外的目的可以從說明書的剩餘部分變得顯而易見。
通過請求項1的方法在很大程度上解決或至少減輕了上述目的中的全部或至少一些目的。
本發明提供了一種用於在工廠中從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的方法,其中所述工廠包括
- 分離區段[B],
所述分離區段包括
- 溶解區段[α],以及
- 沉澱區段[γ],
並且其中所述方法包括以下步驟:
b.1) 將有機溶劑和所述包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料裝入所述溶解區段[α];
b.2) 在所述溶解區段[α]中優選地在範圍為0℃至100℃的溫度下,更優選地在範圍為10℃至90℃的溫度下,甚至更優選地在範圍為10℃至80℃的溫度下並且最優選地在範圍為20℃至75℃的溫度下使所述斯潘德克斯彈力纖維從所述包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中選擇性地溶解在所述有機溶劑中,使得獲得包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和包括未溶解的尼龍的料流;
b.3) 從所述溶解區段[α]排出所獲得的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流;
b.4) 將第二溶劑和所述富含斯潘德克斯彈力纖維的料流裝入所述沉澱區段[γ],使得斯潘德克斯彈力纖維從包括有機溶劑和所述第二溶劑的混合物中沉澱;
b.5) 從所述包括有機溶劑和第二溶劑的混合物中回收所述沉澱的斯潘德克斯彈力纖維,並且從所述沉澱區段[γ]排出所述沉澱的斯潘德克斯彈力纖維,其中所排出的料流的斯潘德克斯彈力纖維含量基於乾重為至少85重量%,更優選地基於乾重為至少90重量%;
b.6) 從所述沉澱區段[γ]排出已經在步驟b.5)中從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的所述包括有機溶劑和第二溶劑的混合物;以及
b.7) 從溶解區段[α]排出步驟b.2)中獲得的所述包括未溶解的尼龍的料流。
令人驚訝的是,將根據本發明的加工步驟和工藝條件的特殊序列,即以上定義的選擇性溶解和沉澱步驟的序列相結合,允許以高產率和直接且經濟合理的方式從包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中回收尼龍和斯潘德克斯彈力纖維。從幾個角度來看,本發明的方法在經濟上是合理和有利的。首先,本發明的方法適用於源自包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料的多種材料,所述多種材料可以例如在其總體組成和/或其斯潘德克斯彈力纖維含量和/或其尼龍含量方面不同。其次,本發明的方法允許有效地將尼龍與斯潘德克斯彈力纖維化合物分離,從而可以獲得高級尼龍。第三,本發明的方法非常有效,使得可以以高產率獲得尼龍。第四,本發明的方法允許回收斯潘德克斯彈力纖維,所述斯潘德克斯彈力纖維可以被再次用於替代通過從頭合成,例如通過聚醚多元醇或聚酯多元醇和二異氰酸酯單體的反應生產的斯潘德克斯彈力纖維。第五,本發明的方法允許有效地將尼龍6與斯潘德克斯彈力纖維化合物分離,使得在解聚和純化後可以獲得高純度等級的ε-己內醯胺,所述高純度等級的ε-己內醯胺可以替代高純度原生ε-己內醯胺用於所有應用,包含用於生產薄紡織纖維的尼龍6的高速熔融紡絲。最後,與通過尼龍6的從頭合成(例如通過環己酮肟貝克曼重排為ε-己內醯胺,然後使該ε-己內醯胺聚合)生產的尼龍6相比,本發明的方法允許在顯著更低的碳足跡的情況下生產尼龍6。本發明的方法允許高效地處理包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料,並減少所述材料的環境負擔。具體地,本發明的方法允許在碳足跡小於1 kg CO
2/kg斯潘德克斯彈力纖維的情況下生產斯潘德克斯彈力纖維,這與和生產通過化學合成獲得的“原生”聚醚聚胺基甲酸酯相關的4.8 kg CO
2/kg聚醚聚胺基甲酸酯相比是顯著的改進。具體地,本發明的方法允許在碳足跡小於1 kg CO
2/kg尼龍6的情況下生產尼龍6,這與和生產通過環己酮肟貝克曼重排為ε-己內醯胺,然後使該ε-己內醯胺聚合而獲得的“原生”ε-己內醯胺相關的6.4至7.5 kg CO
2/kg尼龍6相比是顯著的改進。
除了本發明的方法之外,本發明還提供了一種用於由包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料生產尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的工廠,其中所述工廠包括
- 任選地,預處理區段[A],
- 分離區段[B],
- 任選地,尼龍解聚區段[C],
- 任選地,ε-己內醯胺回收區段[D],
- 任選地,ε-己內醯胺純化區段[E],並且
其中所述化學工廠被配置用於實行本發明的方法。
本發明還提供了根據本發明的方法通過從包括尼龍和聚醚聚胺基甲酸酯的材料中分離獲得的尼龍,其中所述尼龍的產品碳足跡小於1.0 kg CO
2當量/kg尼龍。
本發明還提供了通過本發明的方法獲得的聚醚聚胺基甲酸酯,其中所述聚醚聚胺基甲酸酯的產品碳足跡小於1.0 kg CO
2當量/kg回收的聚醚聚胺基甲酸酯。
本發明的有利實施例在從屬申請專利範圍中指示,並在下文中更詳細地解釋。
包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料
本發明的方法使用包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料作為起始材料。包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料可以是(使用的)包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的產品或由其衍生的材料。通常,包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料是固體材料,具體地纖維、紗線(即,紡在一起的纖維股)或基於纖維的織物,其中纖維是尼龍纖維和聚胺基甲酸酯纖維的混紡物,或者其中纖維通過用斯潘德克斯彈力纖維樹脂塗覆尼龍纖維的表面而獲得。本文中使用的術語“尼龍”是指任何類型的聚醯胺。優選地,所述尼龍選自由以下組成的組:尼龍6;尼龍4,6;尼龍6,6;和其混合物。最優選地,所述尼龍是尼龍6。在下文中,本發明將針對作為尼龍的尼龍6進行示例性描述。然而,這不應限制本公開的範圍,並且本文針對尼龍6所述的所有實施例也意味著公開對應的實施例,其中使用其它聚醯胺,具體地尼龍4,6和/或尼龍6,6作為尼龍。
包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料可以是消費前和消費後來源的。包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料可以是不同的包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料的混合物,或者一種或多種包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料與一種或多種不同材料的混合物。
因此,包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料可以含有另外的組分。此類組分可以例如在聚合、纖維形成期間或之後添加,以實現期望的性質變化。這些另外的化合物包含例如增亮劑、硬化劑、防靜電潤滑劑、著色劑、增亮劑、紡絲整理劑(spin finish)、表面光滑劑、抗氧化劑、UV穩定劑等。這些另外的組分的量取決於包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料的應用。
在包括尼龍和斯潘德克斯彈力纖維的材料中,尼龍與斯潘德克斯彈力纖維的重量比可以變化,但優選地在大約1: 1至大約100:1,最優選地大約3: 1至大約20: 1的範圍內。
斯潘德克斯彈力纖維是通過使每分子含有兩個或更多個異氰酸酯基團的異氰酸酯與平均每分子含有兩個或更多個羥基的多元醇在催化劑存在下反應或通過用紫外光活化而產生的。製備聚胺基甲酸酯的主要成分是二異氰酸酯、三異氰酸酯和多元醇。二異氰酸酯單體亞甲基二苯基二異氰酸酯(MDI)是生產用於服裝應用的聚胺基甲酸酯最常用的異氰酸酯。
斯潘德克斯彈力纖維的兩種主要類型是聚酯聚胺基甲酸酯和聚醚聚胺基甲酸酯。
聚酯聚胺基甲酸酯是由異氰酸酯與聚酯多元醇反應製得的。
聚醚聚胺基甲酸酯是由異氰酸酯與聚醚多元醇反應製得的。聚醚多元醇通常通過將環醚化合物聚合到引發劑化合物上來製備。聚醚多元醇生產中最常用的環醚是環氧乙烷、環氧丙烷和1,4-環氧丁烷或四氫呋喃(用於生產聚(環氧丁烷)多元醇)。聚(環氧丁烷)多元醇主要用於需要高度疏水特性的應用中。
優選地,在本發明的方法中,斯潘德克斯彈力纖維是聚醚聚胺基甲酸酯。在另一個優選實施例中,斯潘德克斯彈力纖維是聚酯聚胺基甲酸酯。
術語“大約”或“約”與本文中的數值結合使用表明,數值可能受到測量誤差的影響,所述測量誤差通常會使數值變化不超過±5%。在本文中與術語“大約”或“約”一起公開的數值也意圖如此,即在不含術語“約”的情況下公開。進一步地,本文所述的數值範圍旨在包含並公開該範圍內的每個值。本文公開的相同參數的範圍的所有上端點和下端點可彼此組合。本文公開的不同參數的所有範圍可彼此組合。具體地,不同或相同“偏好程度”的範圍具體地可彼此相容。如在本公開和申請專利範圍中所使用的,除非上下文另有明確規定,否則單數形式“一個”、“一種”和“所述”包含複數形式,特別是在“一個或多個”的意義上。
可能的預處理步驟
在經受本發明的方法的步驟b.1)之前,包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料可以在預處理區段[A]中進行預處理,具體地在機械尺寸減小區段[λ]中進行尺寸減小和/或在清潔區段[ω]中進行清潔。預處理可以在與分離區段[B]所位於的區位不同的區位進行。然而,優選地,本發明的方法在除了分離區段[B]之外還進一步包括預處理區段[A]的工廠中進行,並且其中在步驟b.1)之前,在預處理區段[A]中使包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料經受預處理,具體地在清潔區段[ω]中經受清潔和/或在機械尺寸減小區段[λ]中經受機械尺寸減小。更優選地,本發明的方法在進一步包括預處理區段[A]和/或機械尺寸減小區段[λ]的工廠中進行,所述預處理區段包括清潔區段[ω],並且其中所述方法在步驟b.1)之前包括以下步驟:
a.1) 將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料裝入所述預處理區段[A];以及
a.2) 在清潔區段[ω]中清潔所述包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料;和/或
a.3) 在機械尺寸減小區段[λ]中對所述包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料進行機械尺寸減小;以及
a.4) 從預處理區段[A]排出經預處理的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料。
預處理具有的優點是,裝入分離區段[B]的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料較少受到非斯潘德克斯彈力纖維或尼龍6材料的污染,這提高了在被配置成實行本發明的方法的本發明的工廠中生產的ε-己內醯胺和斯潘德克斯彈力纖維的產率和純度。另一個優點是可以更容易地處理尺寸減小的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料。
包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料優選地是或衍生自使用過的或廢棄的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料。所述材料的尺寸和形狀在很大程度上取決於其來源的確切應用。根據本發明可以使用的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的範圍為從任選地以線軸形式存在的分離纖維和紗線到機織織物和服裝。
特別是廢棄或使用過的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料可能被各種類型的污垢污染(例如,被泥土、油、油漆或油脂污染),或者可以與一系列其它材料,如岩石、玻璃、金屬材料、有機廢物和其它聚合物垃圾(例如,聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE))混合。
優選地,包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料在分離區段[B]中分離之前被破碎成碎片。包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的這種機械預處理,即機械粉碎或破碎,可以例如通過切割、衝壓、切碎、研磨、碾碎和/或切削來實現。在優選實施例中,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料以破碎的碎片的形式裝入步驟b.1)的分離區段[B]中。使用破碎的碎片具有的優點是,通過用溶劑洗滌可以更容易地處理和/或清潔所述碎片。在優選實施例中,所述碎片沿碎片的最長軸平均具有1 mm至100 m,優選地3 mm至1 m,並且最優選地1 cm至50 cm的長度。技術人員可以通過以下容易地確定沿著所採用碎片的最長軸的平均長度:首先獲取碎片的代表性樣品,然後測量這些碎片(例如,50個碎片)中的每個碎片的最長軸的長度,並且最後計算所有這些單獨測量結果的平均值。優選的顆粒尺寸也可以用平均顆粒重量來描述。優選地,包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片的平均顆粒重量為0.01克至25 kg,優選地0.05克至1 kg,並且最優選地0.1克至100克。實驗表明,具有上述尺寸或重量維度的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片特別適合在本發明的方法中進行處理和/或通過用溶劑洗滌進行清潔。
任選地,在包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的機械粉碎或破碎之前,去除導致用於機械粉碎或破碎的設備嚴重磨損的大金屬碎片、岩石和其它干擾材料。優選地,包含但不限於包括聚乙烯、聚丙烯和聚醯胺6,6的材料的外來材料也在包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的機械粉碎或破碎之前被去除。外來材料的去除可以通過機械方式或手動方式進行。去除這些干擾材料的優點在於,用於機械粉碎或破碎的設備的維護成本可以在很大程度上降低。另外,在機械粉碎或破碎後獲得的材料的尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維含量高於沒有去除干擾材料的情況。特別是聚醯胺6,6的去除是有利的,因為它干擾了尼龍6的解聚,降低了ε-己內醯胺的回收率,並干擾了回收的ε-己內醯胺的後續純化。本文中使用的術語“外來材料”是指非尼龍6和非斯潘德克斯彈力纖維材料或化合物。
任選地,將外來材料與已經被機械粉碎或破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離。為此,可應用各種分離方法,包含但不限於密度分離和磁性分離。在密度分離中,將不同密度的材料放置在中等密度的液體中,其中密度較低的材料漂浮並從密度較高的下沉材料中分離出來。在實踐中,密度分離通常通過一系列密度分離階段來完成。例如,在一個階段中,將如岩石、沙子和金屬(包含鐵和鉛)等高密度材料分離出來,而在另一個階段,將如聚烯烴、聚丙烯和聚乙烯等低密度材料分離出來。磁性分離是通過使用磁體吸引磁性材料來分離混合物的組分的方法。優選地用於磁性分離的方法將磁性材料與非磁性材料脫離。去除粉碎或破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中的外來材料是有利的,因為此類材料會干擾尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的分離、尼龍6的解聚、降低ε-己內醯胺的回收率和/或干擾回收的ε-己內醯胺的後續純化。
任選地,具體地在上述預處理步驟a.2)中,包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料在裝入分離區段[B]之前通過用至少一種溶劑(優選地至少用水)洗滌來清潔。本文所用的溶劑可以是單一溶劑或不同溶劑的混合物。優選地,將相對於溶劑濃度範圍為0至20重量%的洗滌劑添加到溶劑中以提高洗滌效率。NaOH是優選的洗滌劑。甚至更優選地,在洗滌步驟中使用含有0至10重量% NaOH的水溶液,仍更優選地0至5重量% NaOH。NaOH的洗滌效果增強很可能是由分子(包含生物聚合物和非生物聚合物)的水解增強引起的。優選地,將洗滌溶劑加熱以進一步增強洗滌過程。在另一個優選實施例中,洗滌過程包含用不含洗滌劑的(清潔的)洗滌溶劑進行的最終沖洗步驟,以去除黏附到包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的洗滌劑殘餘物和存在的污垢。
洗滌優選地在摩擦下實行。在市場上可獲得不同類型的工業摩擦應用洗滌系統,如旋轉塑膠洗滌器和(高速)摩擦洗滌器。
洗滌包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料,具體地機械粉碎或破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料是有利的,因為去除了任何(黏附的)污垢,因此不會干擾本發明的方法的接下來的步驟。
任選地,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料在清潔步驟之後並且在裝入分離區段[B]之前乾燥。這樣做的優點是,清潔的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的重量減少,並且下一步驟不受稀釋或被洗滌溶劑污染的影響。
進行包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的預處理的區位和分離區段[B]所位於的區位可以是相同的。然而,優選地,預處理步驟中的一個或多個預處理步驟在與分離區段[B]的位置不同的位置處進行,例如,在收集(使用過或廢棄的)包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的工廠附近和/或在專門用於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的預處理的位置處進行。然後可以在分離區段[B]中從已經預處理的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料獲得富含尼龍6的料流。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離成富含尼龍6的料流的區位和通過機械或化學再循環進一步加工富含尼龍6的料流的區位的位置可以相同或彼此相鄰。然而,優選地,這些步驟在不同的位置處執行。具體地,在進行將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離成富含尼龍6的料流和富含斯潘德克斯彈力纖維的料流的區位和解聚區段[C]所位於的區位可以是相同或不同的。優選地,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離成富含尼龍6的料流和富含斯潘德克斯彈力纖維的料流是在不同於解聚區段[C]的位置的位置處進行的,例如在生產原生斯潘德克斯彈力纖維的工廠附近和/或在專門處理和/或蒸餾有機溶劑的位置處。
類似地,進行包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的預處理的區位和解聚區段[C]所位於的區位可以是相同的。然而,優選地,預處理步驟中的一個或多個預處理步驟在與解聚區段[C]的位置不同的位置處進行,例如,在收集廢棄的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的工廠附近和/或在專門用於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的預處理的位置處進行。
在分離區段[B]中,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以形成富含尼龍6的料流和富含斯潘德克斯彈力纖維的料流。
優選地,所述工廠中的分離區段[B]進一步包括
- 洗滌區段[β],以及
- 溶劑蒸餾區段[δ]。
在這種情況下,根據本發明的方法優選地包括以下另外的步驟:
c.1) 將第三溶劑和在步驟b.2)中獲得的所述包括未溶解的尼龍6的料流裝入所述洗滌區段[β];
c.2) 在所述洗滌區段[β]中用所述第三溶劑洗滌所述包括未溶解的尼龍6的料流,使得獲得富含尼龍6的料流以及包括有機溶劑和第三溶劑的混合物,其中所述富含尼龍6的料流的尼龍6含量基於乾重為至少85重量%,更優選地至少90重量%,甚至更優選地至少95重量%並且最優選地基於乾重為至少99重量%;
c.3) 從所述洗滌區段[β]排出所述富含尼龍6的料流;
c.4) 從所述洗滌區段[β]排出在步驟c.2)中獲得的所述包括有機溶劑和第三溶劑的混合物;
d.1) 將已經在步驟b.5)中從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維並且在步驟b.6)中從所述沉澱區段[γ]排出的所述包括有機溶劑和第二溶劑的混合物裝入所述溶劑蒸餾區段[δ];
d.2) 將在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從所述洗滌區段[β]排出的所述包括有機溶劑和第三溶劑的混合物部分或全部裝入所述溶劑蒸餾區段[δ];
d.3) 在所述溶劑蒸餾區段[δ]中通過蒸餾使有機溶劑與所述第二溶劑和所述第三溶劑分離;以及
d.4) 從所述溶劑蒸餾區段[δ]排出所述第二溶劑、所述第三溶劑和所分離的有機溶劑。
優選地,本發明的方法中採用的分離區段[B]包括溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]。此類分離區段[B]特別適合根據本發明的方法進行將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離成富含尼龍6的料流和富含斯潘德克斯彈力纖維的料流。令人驚訝的是,當在包括溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]的分離區段[B]中進行方法步驟b.1)至b.7)、c.1)至c.4)和d.1)至d.4)時,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離成富含尼龍6的料流和富含斯潘德克斯彈力纖維的料流是特別有效的。步驟b.1)至b.7)、c.1)至c.4)和d.1)至d.4)在下文中進一步解釋。
本文所使用的“富含...的料流”是指含有比在相同方法步驟中獲得的另一種料流更多量的富集組分的料流。例如,當觀察步驟b.2)時,富含尼龍6的料流比富含斯潘德克斯彈力纖維的料流含有更多的尼龍6。相比之下,富含斯潘德克斯彈力纖維的料流比富含尼龍6的料流含有更多的斯潘德克斯彈力纖維。
具體地,富含尼龍6的料流具有的尼龍6與斯潘德克斯彈力纖維的重量比高於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的尼龍6與斯潘德克斯彈力纖維的重量比。
優選地,富含尼龍6的料流具有的斯潘德克斯彈力纖維與尼龍6的重量比是包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的斯潘德克斯彈力纖維與尼龍6的重量比的至多二分之一,更優選地至多三分之一。
富含斯潘德克斯彈力纖維的料流具有的斯潘德克斯彈力纖維與尼龍6的重量比高於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的斯潘德克斯彈力纖維與尼龍6的重量比。
優選地,富含斯潘德克斯彈力纖維的料流具有的斯潘德克斯彈力纖維與尼龍6的重量比是包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的斯潘德克斯彈力纖維與尼龍6的重量比的至少兩倍,更優選地至少三倍。
任選地,在本發明的方法中,將在步驟d.4)中從溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的有機溶劑在步驟b.1)中裝入溶解區段[α]。
優選地,在本發明的方法中,有機溶劑是二甲基乙醯胺。優選地,第二溶劑和第三溶劑是相同的溶劑,具體地是水溶液或水。
優選地,在本發明的方法中,步驟b.4)中的第二溶劑部分地或完全地是在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物。
優選地,在本發明的方法中,從溶劑蒸餾區段[δ]排出的第二溶劑和第三溶劑任選地在彼此分離之後在沉澱區段[γ]和/或洗滌區段[β]中再次使用。
優選地,在本發明的方法中,在將在步驟d.4)中從溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的有機溶劑在步驟b.1)中裝入溶解區段[α]之前,去除雜質,特別是有機溶劑的降解產物。
優選地,在本發明的方法中採用的工廠進一步包括
- 解聚區段[C],
- 回收區段[D],以及
- 純化區段[E]。
在這種情況下,根據本發明的方法優選地包括以下另外的步驟:
e.1) 將在步驟c.3)中從所述洗滌區段[β]排出的所述富含尼龍6的料流裝入所述解聚區段[C];
e.2) 在所述解聚區段[C]中使所述富含尼龍6的料流中的所述尼龍6解聚,使得獲得包括ε-己內醯胺的料流,其中所述解聚在範圍為180℃至400℃,優選地200℃至350℃,更優選地220℃至340℃,並且最優選地240℃至325℃的溫度下並且在不存在或存在催化劑(其中所述催化劑選自酸和鹼催化劑,所述酸催化劑選自由以下組成的組:正磷酸、硼酸、硫酸、有機酸、有機磺酸、固體酸、上述酸的鹽、Al
2O
3和SiO
2和其組合,特別是正磷酸,並且所述鹼催化劑選自由以下組成的組:鹼金屬氫氧化物、鹼金屬鹽、鹼土金屬氫氧化物和鹼土金屬鹽、有機鹼和固體鹼以及其組合,特別是氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉和碳酸氫鉀)的情況下,優選地在不存在催化劑或存在正磷酸的情況下並且
在優選地以溫度範圍為220℃至575℃,具體地275℃至500℃的過熱蒸汽的形式裝入的水的存在下進行,使得所述包括ε-己內醯胺的料流是包括重量比為1:1至1:50,具體地1:2至1:15、1:2至1:10或1:3至1:8的ε-己內醯胺和水的蒸氣料流;
e.3) 從所述解聚區段[C]排出所獲得的包括ε-己內醯胺的料流;
e.4) 在所述回收區段[D]中從所述包括ε-己內醯胺的料流中回收粗ε-己內醯胺;
e.5) 在所述純化區段[E]中純化在所述回收區段[D]中獲得的所述粗ε-己內醯胺以獲得純化的ε-己內醯胺,其中所述純化包括選自由以下組成的組的一種或多種技術:過濾、吸附、萃取、洗滌、反萃取、溶劑交換蒸餾、氧化、氫化、蒸餾和結晶;
e.6) 從所述純化區段[E]排出所述純化的ε-己內醯胺。
裝入步驟b.1)
在本發明的步驟b.1)中,將有機溶劑以及包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料裝入溶解區段[α]中。
在步驟b.1)中裝入的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料可以任選地已經在預處理區段[A]中進行了預處理,特別是如本發明的步驟a.1)、 a.2)、a.3)和a.4)中所指定的。
在一個實施例中,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料在裝入溶解區段[α]之前機械壓縮成較小的體積。這具有的優點是,中間儲存和運輸所需的體積較小,並且還可以便於投予到溶解區段[α]。
在另一優選實施例中,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料在裝入溶解區段[α]之前乾燥,特別是在使尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維材料經受清潔步驟之後。這具有的優點是較少或沒有溶劑被引入到溶解區段[α]中。在溶解區段[α]中引入的溶劑,特別是水,可能對分離過程產生負面影響(例如,在有機溶劑中斯潘德克斯彈力纖維從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的溶解速率降低)。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料優選地以固相形式進料到溶解區段[α],具體地其中所包含的對應溶解容器。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料進料至溶解區段[α]可以通過連續或間歇投予包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料來實現。
裝入溶解區段[α]的有機溶劑可以是斯潘德克斯彈力纖維可以具體地在低於100℃的溫度下並且具體地在少於24小時或少於6小時內溶解在其中的任何有機溶劑。本文所用的有機溶劑也可以是指有機溶劑的混合物或包括大於60 vol.%,優選地大於70 vol.%、80 vol.%或90 vol.%的有機溶劑的液體組合物,其中所述混合物能夠在低於100℃的溫度下,更優選地在範圍為10℃至90℃的溫度下,甚至更優選地在範圍為10℃至80℃的溫度下,並且最優選地在範圍為20℃至75℃的溫度下溶解斯潘德克斯彈力纖維。優選地,有機溶劑結合了對斯潘德克斯彈力纖維的良好的,特別是非常好的溶解度和對尼龍6的較差的,特別是非常差的溶解度。這些性質可以用包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料或尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的混合物在簡單的溶解測試中進行測試。根據優選實施例,有機溶劑包括或選自N,N-二甲基甲醯胺(DMF,(CH
3)
2NC(=O)H)、二甲基乙醯胺(DMAc,CH
3C(=O)N(CH
3)
2)、1,4-二㗁烷(二㗁烷,C
4H
8O
2)、N-烷基-2-吡咯烷酮如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP,C
5H
9NO)、四氫呋喃(THF;又稱氧戊環,C
4H
8O)和其組合。甚至更優選地,有機溶劑包括或選自N,N-二甲基甲醯胺和二甲基乙醯胺。最優選地,有機溶劑是二甲基乙醯胺。
裝入溶解區段[α]的有機溶劑可以是分離的有機溶劑(即,再循環的有機溶劑或來自方法內部的有機溶劑,已在溶劑蒸餾區段中回收)、新鮮有機溶劑(即,來自方法外部的溶劑)或分離的有機溶劑和新鮮有機溶劑的組合。
裝入溶解區段[α]的有機溶劑優選地具有低的水含量。甚至更優選地,將有機溶劑在裝入溶解區段[α]之前乾燥(優選地通過蒸餾或應用乾燥劑,如無機鹽如Na
2SO
4、沸石、二氧化矽和氧化鋁)。乾燥不一定要進行到完全。通常,在乾燥有機溶劑後,殘留少於1 wt.%,優選地少於0.1 wt.%,更優選地少於0.02 wt.%的水是可接受的。
將有機溶劑進料至溶解區段[α]可以通過連續或間歇投予有機溶劑來實現。
選擇性溶解步驟(步驟b.2)):
在溶解區段[α]中,使斯潘德克斯彈力纖維從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中溶解於在步驟b.1)中裝入溶解區段[α]的有機溶劑中。由此獲得包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和包括未溶解的尼龍6的料流。
優選地,斯潘德克斯彈力纖維的溶解將在0.1小時至24小時內完成,更優選地在0.5小時至6小時內完成。完成意指溶解已經達到平穩期,在以後的時間點沒有發生實質性的進一步溶解。
溶解區段[α]中的溫度可以變化,並且優選地低於120℃,更優選地低於110℃,甚至更優選地低於100℃,並且最優選地低於80℃。優選地,溶解區段[α]中的溫度可以在0℃至100℃,更優選地10℃至90℃,甚至更優選地10℃至80℃,並且最優選地20℃至75℃的範圍內。實驗表明,這些溫度範圍引起斯潘德克斯彈力纖維特別完全地溶解,同時保持其在有機溶劑中的完整性。這具有的優點是存在於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中的斯潘德克斯彈力纖維可以在沒有或基本上沒有分解的情況下溶解。
溶解區段[α]中溶劑的量(以重量表示,具體地以噸表示)可以變化,並且可以是溶解區段[α]中斯潘德克斯彈力纖維的量(以重量表示,具體地以噸表示)的0.5至100倍,優選地1至60倍,更優選地2至20倍,最優選地3至10倍。少量的溶劑降低了斯潘德克斯彈力纖維的溶解速率,並且可能導致斯潘德克斯彈力纖維的溶解太低或不完全溶解。大量的溶劑使斯潘德克斯彈力纖維具有高的溶解速率,然而回收使用過的有機溶劑需要更多的能量和成本。技術人員能夠通過常規測試來確定溶劑與斯潘德克斯彈力纖維或包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的最佳比率。
在斯潘德克斯彈力纖維溶解後,將所得混合物分離成包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和包括未溶解的尼龍6的料流。有若干種合適的方法將混合物分離成包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和包括未溶解的尼龍6的料流,所述方法包含但不限於過濾、離心和沉降-傾析。技術人員能夠確定最佳分離方法。將包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流與包括未溶解的尼龍6的料流良好分離是優選的,因為這提高了斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6兩者的回收率。
溶解區段[α]可以包括一個或多個串聯或並聯操作的溶解容器。優選地,這些容器配備有增強摩擦的另外的設備,如攪拌器、混合器或攪動器,這減少了溶解時間。另外,溶解區段[α]可以包括一個或多個用於分離的單元,由此獲得包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和包括未溶解的尼龍6的料流。這些單元可以串聯或並聯操作。優選地,這些分離單元選自液-固過濾器、離心機和/或用於沉降-傾析的容器。
排出步驟(步驟b.3)):
將在溶解區段[α]中獲得的包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流從溶解區段[α]排出。該富含斯潘德克斯彈力纖維的料流包括斯潘德克斯彈力纖維和有機溶劑,並且任選地包括少部分未溶解的固體材料。優選地,該富含斯潘德克斯彈力纖維的料流是透明溶液,所述透明溶液任選地含有少部分未溶解的固體材料。優選地,相對於富含斯潘德克斯彈力纖維6的料流的總重量,該富含斯潘德克斯彈力纖維的料流中未溶解的固體材料的分數小於5 wt.%,優選地小於2 wt.%,更優選地小於0.5 wt.%,並且最優選地小於0.1 wt.%。此類料流的排出是常規活動,並且可以通過各種方法(包含泵送和通過重力進行移位)進行,所有這些方法都是技術人員已知的。
沉澱步驟(步驟b.4)):
將從溶解區段[α]排出的包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和第二溶劑裝入沉澱區段[γ],在所述沉澱區段中它們混合,使得斯潘德克斯彈力纖維從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物中沉澱。
優選地,第二溶劑是用於斯潘德克斯彈力纖維的非溶劑(也稱為反溶劑),即斯潘德克斯彈力纖維不溶於其中並引起斯潘德克斯彈力纖維沉澱的液體。該第二溶劑的添加降低了對溶解在包括有機溶劑的溶液中的斯潘德克斯彈力纖維的溶解能力,這導致了斯潘德克斯彈力纖維的沉澱。第二溶劑可以是其中斯潘德克斯彈力纖維不可溶並且引起斯潘德克斯彈力纖維沉澱的任何溶劑。優選地,第二溶劑是水溶液或水,其優點在於它是環境無害的溶劑。
在優選實施例中,第二溶劑由在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物的一部分組成或是所述混合物。本文所使用的“混合物的一部分或是”定義為介於1與100 wt.%之間,優選地介於10與100 wt.%之間,更優選地介於25與100 wt.%之間,甚至更優選地介於75至100 wt.%之間的任何分數。這具有的優點是斯潘德克斯彈力纖維的沉澱所需的新鮮溶劑較少。另一個優點是在溶劑蒸餾區段[δ]中需要蒸餾的溶劑更少,這使得能源成本更低、設備尺寸更小、投資成本更低並且方法更環保。
沉澱區段[γ]中的溫度可以變化,並且可以在0℃至150℃,優選地10℃至100℃,更優選地15℃至80℃,並且最優選地20℃至60℃的範圍內。實驗表明,這些溫度範圍使得溶解的斯潘德克斯彈力纖維特別完全地沉澱。
裝入沉澱區段[γ]的第二溶劑的量可以變化,並且基於裝入沉澱區段[γ]的含有有機溶劑的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流,可以在0.1 wt.%至500 wt.%,優選地0.2 wt.%至100 wt.%、更優選地0.5 wt.%至50 wt.%並且最優選地1 wt.%至25 wt.%的範圍內。
少量的第二溶劑降低了斯潘德克斯彈力纖維的沉澱程度。大量的第二溶劑使沉澱的斯潘德克斯彈力纖維和有機溶劑的回收變得複雜。大量的第二溶劑也需要更多的能量和成本來回收沉澱的斯潘德克斯彈力纖維和有機溶劑。技術人員將能夠通過實行簡單的沉澱試驗來找到針對所使用的特定溶劑和設備的第二溶劑與富含斯潘德克斯彈力纖維的料流的最佳比率。
斯潘德克斯彈力纖維回收步驟(步驟b.5):
在斯潘德克斯彈力纖維回收步驟中,從包括有機溶劑和第二溶劑混合物中回收沉澱的斯潘德克斯彈力纖維,並從沉澱區段[γ]排出所述沉澱的斯潘德克斯彈力纖維。有幾種合適的方法來回收斯潘德克斯彈力纖維沉澱物,包含但不限於過濾、離心和傾析。優選地,使用過濾來回收斯潘德克斯彈力纖維。對於過濾,將含有沉澱物的溶液裝入過濾器,從而在液體通過過濾器時,沉澱物預計會保留在過濾器上。當使用離心作為回收方法時,含有沉澱物的溶液會快速旋轉,使得固體沉澱物沉降(假設固體沉澱物的密度高於液體的密度)。壓實的沉澱物也可以通過倒出液體來獲得。在傾析中,將液體層從沉澱物中倒出或吸出。
任選地,將回收的沉澱物在從沉澱區段[γ]排出之前用溶劑洗滌。優選地,用於洗滌回收的沉澱物的溶劑是步驟b.1)的有機溶劑或步驟b.4)的第二溶劑。
任選地,將任選地用溶劑洗滌的回收的沉澱物在從沉澱區段[γ]排出之前乾燥。在本發明的方法的步驟b.5)中從沉澱區段[γ]排出的回收的斯潘德克斯彈力纖維是高品質的,並且可以在紡織品的生產中如此或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合再次使用,這是本發明的優選實施例。
排出溶劑混合物步驟(步驟b.6)):
從沉澱區段[γ]排出已經在步驟b.5)中從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物。任選地,然後可以將其裝入溶劑蒸餾區段[δ]。任選地,洗滌回收的沉澱物產生的溶劑也從沉澱區段[γ]排出,並裝入溶劑蒸餾區段[δ]。
排出未溶解的尼龍6步驟(步驟b.7)):
從溶解區段[α]排出在步驟b.2)中獲得的包括未溶解的尼龍6的料流。
該料流包括未溶解的固體尼龍6和有機溶劑。在這方面,術語“固體”是指材料在操作條件下的狀態。任選地,該料流還包括以未溶解的材料的形式存在和/或溶解在有機溶劑中的斯潘德克斯彈力纖維。優選地,相對於該料流的總重量,該料流的有機溶劑含量小於75 wt.%,優選地小於25 wt.%,更優選地小於10 wt.%,並且最優選地小於2 wt.%。優選地,相對於該料流的總重量,該料流的斯潘德克斯彈力纖維含量小於10 wt.%,優選地小於5 wt.%,更優選地小於2 wt.%,並且最優選地小於1 wt.%。此類料流的排出是常規活動,並且可以通過各種方法(包含在傳送帶上移動、泵送和通過重力進行移位)進行,所有這些方法都是技術人員已知的。包括未溶解的尼龍6的料流是穩定的,並且可以在裝入下游加工步驟之前被儲存或者為此目的被運輸到不同的位置。
裝入洗滌步驟(步驟c.1)):
在分離區段[B]中,將第三液體溶劑和在步驟b.2)中獲得並在步驟b.7)中從溶解區段[α]排出的包括未溶解的尼龍6的料流裝入洗滌區段[β]。除未溶解的尼龍6之外,裝入洗滌區段[β]的包括未溶解的尼龍6的料流還可以包括有機溶劑。洗滌區段[β]的目的是回收包括未溶解的尼龍6的料流中存在的有機溶劑,從而獲得含有的有機溶劑比包括未溶解的尼龍6的料流少的富含尼龍6的料流。洗滌區段[β]的另一目的是回收包括未溶解的尼龍6的料流中存在的斯潘德克斯彈力纖維,從而獲得含有的斯潘德克斯彈力纖維比包括未溶解的尼龍6的料流少的富含尼龍6的料流。
優選地,第三溶劑對有機溶劑具有良好的溶解度,而對尼龍6具有較差的溶解度。第三溶劑可以是任何溶劑。優選地,第二溶劑是水或水溶液。這具有的優點在於它是對環境無害的溶劑。第三溶劑和第二溶劑可以具有相同的組成,這具有通過減少所需不同組分的量來簡化方法的優點。
裝入洗滌區段[β]的第三溶劑的量可以變化,並且與裝入洗滌區段[β]的包括未溶解的尼龍6的料流相比可以在10 wt.%至1000 wt.%,優選地20 wt.%至500 wt.%、更優選地50 wt.%至400 wt.%並且最優選地100 wt.%至250 wt.%的範圍內。
洗滌步驟(步驟c.2)):
在洗滌區段[β]中,用第三溶劑洗滌包括未溶解的尼龍6的料流,使得獲得富含尼龍6的料流和包括有機溶劑和第三溶劑的混合物。
優選地,來自洗滌區段[β]的所得富含尼龍6的料流中的尼龍6含量基於乾重為至少85重量%,更優選地至少90重量%,甚至更優選地至少95重量%並且最優選地至少99重量%。
優選地,來自分離區段[B]的所得富含尼龍6的料流中的尼龍6含量基於乾重為至少85重量%,更優選地至少90重量%,甚至更優選地至少95重量%,並且最優選地至少98重量%。
尼龍6含量的測定是常規活動,並且可以通過各種方法進行,所有這些方法都是技術人員已知的。優選地,富含尼龍6的料流中的聚醯胺6含量通過熱重分析(TGA)和/或通過差示掃描量熱法(DSC) (例如,通過方法ISO 11357-3)測定。
如本文所使用的,“基於乾重”是指以相對於組合物總乾重的百分比表示的成分含量,其中“乾重”是通過乾燥從物質中去除水和/或其它液體直到重量恆定後的物質重量。
洗滌區段[β]中的溫度可以變化,並且可以在0℃至150℃,優選地10℃至100℃,更優選地15℃至80℃,並且最優選地20℃至60℃的範圍內。實驗表明,這些溫度範圍引起從包括未溶解的尼龍6的料流中特別完全地回收有機溶劑。
技術人員可以通過常規實驗確定有效洗滌包括未溶解的尼龍6的料流所需的第三溶劑的量和最佳溫度。
用第三溶劑洗滌包括未溶解的尼龍6的料流可以在各種裝置中進行,所有這些都是技術人員已知的。
排出富含尼龍6的料流步驟(步驟c.3)):
從洗滌區段[β]排出富含尼龍6的料流。該富含尼龍6的料流包括第三溶劑和任選的有機溶劑。優選地,相對於富含尼龍6的料流的總重量,富含尼龍6的料流的有機溶劑含量小於25 wt.%,優選地小於10 wt.%,更優選地小於2 wt.%,並且最優選地小於0.2 wt.%。
通常,所獲得的富含尼龍6的料流包括固體富含尼龍6的材料和液體第三溶劑以及任選的有機溶劑。在這方面,術語“固體”是指材料在室溫(20℃)下的狀態。在更高的溫度下,富含尼龍6的材料也可以作為熔體存在。
富含尼龍6的材料是穩定的,並且可以在裝入下游加工步驟之前被儲存或者為此目的被運輸到不同的位置。
任選地,將從分離區段[B]排出的富含尼龍6的料流乾燥,特別是使得獲得包括尼龍6的固體組合物。這具有的優點是在連續的下游步驟中引入的溶劑更少或沒有引入溶劑。
任選地,將從分離區段[B]排出的富含尼龍6的料流在高於尼龍6熔點的溫度下乾燥,特別是使得獲得包括尼龍6的液體組合物和含有溶劑的蒸氣。這具有的優點是在連續的下游步驟中引入的溶劑更少或沒有引入溶劑。使溼尼龍6熔融是常規活動,並且可以在各種設備(包含脫氣擠出機)中進行,所有這些設備都是技術人員已知的。
任選地,將從分離區段[B]排出的富含尼龍6的料流緻密化。這具有的優點是,富含尼龍6的料流的中間儲存和/或運輸所需的體積較小。緻密化的另一個優點是便於在下游步驟中進行處理。
任選地,將富含尼龍6的料流或源自其的包括尼龍6的固體組合物在從分離區段[B]排出之後裝入尼龍6機械再循環區段,在所述機械再循環區段中使來自富含尼龍6的料流的尼龍6熔融並且然後再次固化。
任選地,將富含尼龍6的料流或源自其的包括尼龍6的固體組合物在從分離區段[B]排出之後裝入尼龍6化學再循環區段,在所述化學再循環區段中使尼龍6解聚以獲得ε-己內醯胺。之後,其可以再次用於聚合成尼龍6。
優選地,將從分離區段[B]排出的富含尼龍6的料流在經受機械或化學再循環之前乾燥和/或緻密化。通過這種方式,使富含尼龍6的料流升級。
排出包括有機溶劑和第三溶劑的混合物步驟(步驟c.4)):
從洗滌區段[β]排出在步驟c.2)中獲得的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物。通常,有機溶劑和/或第三溶劑是有價值的化合物,並且回收和再次使用具有很大的經濟和環境優勢。在本發明的優選實施例中,因此將包括有機溶劑和第三溶劑的混合物裝入溶劑蒸餾區段[δ]。任選地,將包括有機溶劑和第三溶劑的混合物首先裝入另一區段並在所述另一區段中使用,特別是作為沉澱步驟b.4中的第二溶劑,然後裝入溶劑蒸餾區段[δ]。在優選實施例中,首先將包括有機溶劑和第三溶劑的混合物部分地或完全地裝入沉澱區段[γ]並用作第二溶劑。這提供了溶劑在本發明方法中的特別充分的使用和再利用。
裝入包括有機溶劑和第二溶劑的混合物步驟(步驟d.1)):
將已經在步驟b.5)中從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維並且在步驟b.6)中從沉澱區段[γ]排出的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物裝入溶劑蒸餾區段[δ]。
裝入包括有機溶劑和第三溶劑的混合物步驟(步驟d.2)):
將在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物部分或全部裝入溶劑蒸餾區段[δ]。在優選實施例中,首先將包括有機溶劑和第三溶劑的該混合物在裝入溶劑蒸餾區段[δ]之前部分地或完全地裝入沉澱區段[γ]。
在本發明的方法的優選實施例中,步驟b.4)中的第二溶劑部分地或完全地是在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物。
溶劑分離步驟(步驟d.3)):
在溶劑蒸餾區段[δ]中,將本發明的方法中使用的不同溶劑分離並再次回收。這使得它們能夠被有利地再次使用。具體地,在溶劑蒸餾區段[δ]中,通過蒸餾分離從沉澱區段[γ]排出的已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物以及從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物。此後,從沉澱區段[γ]排出的已經從中回收了斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物以及從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物被稱為溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料。
從溶劑蒸餾區段[δ]排出所分離的有機溶劑、第二溶劑和第三溶劑以及殘餘物。在優選實施例中,將在步驟d.4)中從溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的有機溶劑在步驟b.1)中裝入溶解區段[α]。在另一優選實施例中,從溶劑蒸餾區段[δ]排出的第二溶劑和第三溶劑任選地在彼此分離之後在沉澱區段[γ]和/或洗滌區段[β]中再次使用。
通過蒸餾進行的分離用於將液體與非揮發性固體分離並分離具有不同沸點的液體。蒸餾是常規活動,並且可以在各種裝置中進行,所有這些裝置是技術人員已知的。
已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物任選地還含有(溶解的)斯潘德克斯彈力纖維、(溶解的)尼龍6以及有機溶劑和/或第二溶劑降解產物。包括有機溶劑和第三溶劑的混合物任選地還含有(溶解的)斯潘德克斯彈力纖維、(溶解的)尼龍6以及有機溶劑和/或第三溶劑的降解產物。
一般來說,通過蒸餾分離三種不同液體與通過蒸餾分離兩種不同液體相比更複雜,需要更多的能量,並且需要更多的設備。因此,通過使用與第二溶劑和第三溶劑相同的溶劑將本發明方法中不同溶劑的數量限制為兩種的能力是特別有利的。在本發明的優選實施例中,第二溶劑和第三溶劑是相同的溶劑。在更優選的實施例中,第二溶劑和第三溶劑是水或水溶液。使用水作為溶劑是有利的,因為它便宜、可大量獲得、不爆炸且對環境無害。
在本發明的優選實施例中,有機溶劑選自N,N-二甲基甲醯胺(DMF,(CH
3)
2NC(=O)H)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc,CH
3C(=O)N(CH
3)
2)、1,4-二㗁烷(二㗁烷,C
4H
8O
2)、N-烷基-2-吡咯烷酮如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP,C
5H
9NO)、四氫呋喃(THF;又稱氧戊環,C
4H
8O)。在更優選的實施例中,有機溶劑是N,N-二甲基乙醯胺(DMAc,CH
3C(=O)N(CH
3)
2)。
在另一優選實施例中,有機溶劑選自N,N-二甲基甲醯胺(DMF,(CH
3)
2NC(=O)H)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc,CH
3C(=O)N(CH
3)
2)、1,4-二㗁烷(二㗁烷,C
4H
8O
2)、N-烷基-2-吡咯烷酮如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP,C
5H
9NO)、四氫呋喃(THF;又稱氧戊環,C
4H
8O),並且第二溶劑和第三溶劑都是水。在本發明的更優選的實施例中,有機溶劑是N,N-二甲基乙醯胺(DMAc,CH
3C(=O)N(CH
3)
2),並且第二溶劑和第三溶劑都是水。N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)在大氣壓下的沸點為大約165℃。水在大氣壓下的沸點為100℃。
當溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料中僅存在DMAc和水時,兩者之間的揮發性差異很大,並且發現通過蒸餾分離將相當容易。在此類情況下,溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料的連續分離可以在以連續模式操作的單個蒸餾塔中實現。在此類蒸餾塔中,水以氣態從塔的頂部蒸餾,並且DMAc以液態從塔的底部排出。當除DMAc和水外,溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料中還存在非揮發性化合物(如斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6)時,連續分離為DMAc、水和非揮發性化合物所需的溶劑蒸餾布局更為擴展。這種類型的通過蒸餾進行的分離的直接布局包括兩個串聯操作的蒸餾塔。將由DMAc、水和非揮發性化合物組成的進料(呈液態)裝入第一蒸餾塔。水以氣態從第一蒸餾塔的頂部蒸餾,並且DMAc和非揮發性化合物的混合物(以液態或漿料形式)從第一蒸餾塔的底部排出。將第一塔的底部流裝入第二蒸餾塔。DMAc以氣態從第二蒸餾塔的頂部蒸餾,並且非揮發性化合物從第二蒸餾塔的底部排出。在實踐中,DMAc和非揮發性化合物的混合物可以從第二蒸餾塔的底部排出,以降低第二蒸餾塔堵塞的風險。可以添加從第二蒸餾塔的底部流中回收DMAc的擠壓(塔)單元,以提高DMAc的總回收率。
作為通過串聯操作的兩個蒸餾塔的蒸餾進行分離的替代方案,可以選擇以連續模式操作的具有側邊出料的單個蒸餾塔。在此類蒸餾塔中,水以氣態從蒸餾塔的頂部蒸餾,DMAc作為液體側料流排出,並且非揮發性化合物從第二蒸餾塔的底部排出。任選地,將底部流裝入擠壓(塔)單元。
作為將進料以液態裝入蒸餾塔的替代方案,裝入第一蒸餾塔可以以氣態進行。在這種情況下,除非揮發性化合物外,溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料在裝入第一蒸餾塔之前在進料蒸發器中蒸發。從進料蒸發器中排出非揮發性化合物。該替代方案的優點是在蒸餾塔中發生的結垢較少。任選地,擠壓塔可以與進料蒸發器結合。通常,由於例如DMAc的降解,包括DMAc的工藝流含有一定量的乙酸和二甲胺。溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料也是如此。
純二甲胺在大氣壓下的沸點為大約7℃。二甲胺在水中溶解性很好。
純乙酸在大氣壓下的沸點為大約118℃。
然而,乙酸和DMAc形成高沸點共沸物(在大氣壓下,組成為大約21 wt.%乙酸和大約79 wt.% DMAc),並且常壓沸點為大約171℃,這僅略高於DMAc的常壓沸點。高沸點共沸物(或恆定沸點混合物)是兩種液體的混合物,所述混合物的沸點高於兩種單獨液體(純形式)的沸點。
如果壓力降低,則乙酸和DMAc混合物的共沸點轉移到更高濃度的低沸點組分(其為乙酸)。
在6.7 kPa下,形成組成為大約30 wt.%乙酸和大約70 wt.% DMAc的高沸點共沸物,所述高沸點共沸物的沸點為大約93℃。
在1.3 kPa下,形成組成為大約42 wt.%乙酸和大約58 wt.% DMAc的高沸點共沸物,所述高沸點共沸物的沸點為大約75℃。優選地,將降解產物從所述方法中再次使用的溶劑中去除。這具有的優點是防止了降解產物的積累。在優選實施例中,在將在步驟d.4)中從溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的有機溶劑在步驟b.1)中裝入溶解區段[α]之前,去除有機溶劑的降解產物。然而,由於形成最高共沸物,DMAc和乙酸不能通過簡單蒸餾來分離。
對於本領域的技術人員來說,已知幾種在蒸餾中破壞共沸物的技術。
一組技術是基於添加另一種化合物,所述化合物改變分子相互作用並消除DMAc-乙酸的最高共沸物。氯苯、甲苯、乙苯和二甲苯是破壞這種最高共沸物的化合物的實例。將這些化合物之一添加到DMAc和乙酸的混合物中使得形成該化合物和乙酸的新共沸物,所述新共沸物可以通過蒸發去除。隨後,分離所得的該化合物和乙酸的混合物。
另一組技術通常被稱為變壓蒸餾,是基於最高共沸物與壓力有關的事實。在此類系統中,兩個蒸餾塔在不同的壓力程度下操作。將DMAc和乙酸的進料混合物裝入在一定壓力下操作的第一蒸餾塔。將該第一蒸餾塔的底部流裝入第二蒸餾塔。將第二蒸餾塔的底部流裝入第一蒸餾塔。作為蒸餾塔的頂部產物,獲得了高純度的DMAc和乙酸。變壓蒸餾的主要優點是不存在外來化合物。
最後,存在將乙酸轉化為另一種組分(例如,由於添加苛性鹼而形成鹽)或者從DMAc和乙酸的混合物中選擇性地吸附乙酸的一組技術。
當除DMAc、水和非揮發性化合物(如斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6)外,溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料中還存在乙酸和二甲胺時,連續分離為DMAc、水、非揮發性化合物、乙酸和二甲胺所需的溶劑蒸餾布局甚至更為擴展。
最佳布局在很大程度上取決於溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料的組成和體積流量。布局可以含有前面描述的各種分離解決方案的組合。
如果溶劑蒸餾區段[δ]的組合進料中乙酸的分數相當低,則溶劑蒸餾區段[δ]可以包括兩個串聯操作的蒸餾塔,然後是中和器蒸發步驟。將由N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、水、非揮發性化合物、乙酸和二甲胺組成的進料裝入第一蒸餾塔。水和二甲胺以氣態從第一蒸餾塔的頂部蒸餾,並且DMAc、乙酸和非揮發性化合物的混合物(以液態或漿料形式)從第一蒸餾塔的底部排出。將來自第一蒸餾塔頂部的水蒸氣冷凝。所得液相含有水和溶解的二甲胺。在二甲胺汽提單元中,可以從該液相中去除二甲胺,從而獲得(幾乎)不含二甲胺的水。將第一塔的底部流裝入第二蒸餾塔。N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)以氣態從第二蒸餾塔的頂部蒸餾,並且DMAc、乙酸和非揮發性化合物的混合物從第二蒸餾塔的底部排出。將第二塔的底部流裝入中和器蒸發單元。向中和器蒸發單元中裝入鹼,例如NaOH水溶液,以中和乙酸。由於蒸發,氣態N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)從中和器蒸發單元排出。如果存在,則水也會蒸發。中和的乙酸(含乙酸的鹽)和非揮發性化合物的混合物從中和器蒸發單元的底部排出。在實踐中,可以從中和器蒸發單元的底部排出DMAc、中和的乙酸(含乙酸的鹽)和非揮發性化合物的混合物,以降低中和器蒸發單元堵塞的風險。
優選地,在溶劑蒸餾區段[δ]中回收的水任選地在去除二甲胺之後在本發明的方法中再次使用。優選地,使用水作為第二溶劑和/或作為第三溶劑。
排出第二溶劑、第三溶劑和所分離的有機溶劑步驟(步驟d.4)):
從溶劑蒸餾區段[δ]分別排出所分離的有機溶劑、第二溶劑和第三溶劑以及殘餘物。在優選實施例中,將在步驟d.4)中從溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的有機溶劑在步驟b.1)中裝入溶解區段[α]。在另一優選實施例中,從溶劑蒸餾區段[δ]排出的第二溶劑和第三溶劑任選地在彼此分離之後在沉澱區段[γ]和/或洗滌區段[β]中再次使用。
在本發明的更優選的實施例中,所述有機溶劑是DMAc。在此類實施例中,將通過蒸餾回收的DMAc從溶劑蒸餾區段[δ]排出並裝入溶解區段[α]。
裝入步驟e.1)
在本發明的步驟e.1)中,將所得富含尼龍6的料流裝入解聚區段[C]。富含尼龍6的料流中的尼龍6含量基於乾重為至少80重量%,優選地至少85重量%,更優選地至少90重量%,甚至更優選地至少95重量%,並且最優選地至少99重量%。這具有的優點是,裝入解聚區段[C]的富含尼龍6的料流較少被外來材料污染,這提高了在被配置成實行本發明的方法的本發明的工廠中生產的ε-己內醯胺的產率和純度。其它優點是富含尼龍6的料流在解聚區段[C]中需要的解聚劑將更少,產生的廢物將更少,並且需要的能量將更少。並且最後,富含尼龍6的料流將減少操作問題,如設備的結垢和堵塞。解聚區段[C]包括一個或多個串聯和/或並聯操作的解聚反應器。
任選地,將富含尼龍6的料流在裝入解聚區段[C]之前機械壓縮成較小的體積。這具有的優點是,中間儲存和運輸所需的體積較小,並且還可以便於投予到解聚區段[C]。
任選地,將富含尼龍6的料流在裝入解聚區段[C]之前壓縮成密度增加的顆粒。這可以通過例如機械壓實或通過藉助於模具擠出熔融材料,然後冷卻並切割成一定尺寸來實現。將富含尼龍6的料流壓縮成顆粒具有體積密度增加的優點,這降低了中間儲存和運輸的成本。除了密度增加外,製粒還提供了其它益處,如均勻的形狀和結構,這有利於(自動)進料到解聚區段[C]。
任選地,將富含尼龍6的料流裝入熔爐(例如,擠出機)。在熔爐中,富含尼龍6的料流被熔融。優選地,過濾所得的聚合物熔體。這具有去除固體雜質的優點。將熔融並任選地過濾的聚合物熔體冷卻並且然後進料到製粒機以獲得粒料。將這些粒料裝入解聚區段[C]。
粒料(也稱為顆粒)的尺寸和形狀可以在較寬的範圍內選擇。一般來說,粒料的形狀是圓柱形的(來源於切成碎片的細股)。然而,如(非完美的)球體等其它形狀也是可能的。粒料的尺寸可以在較寬的範圍內選擇。粒料的直徑範圍可以為1至10 mm,優選地2至5 mm,更優選地3至5 mm。在優選實施例中,粒料的長度範圍為1至50 mm,優選地2至25 mm,並且更優選地5至15 mm。
任選地,將從分離區段[B]排出的富含尼龍6的料流在裝入解聚區段[C]之前乾燥。這具有的優點是在解聚區段[C]中引入的溶劑更少或沒有引入溶劑。在解聚區段[C]中引入的溶劑會對解聚過程產生負面影響(例如,導致解聚反應速率降低、催化劑消耗更高、能耗更高,並且在解聚區段[C]中獲得的包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流可能含有更多雜質)。
優選地將富含尼龍6的料流以固相或熔體的形式進料到解聚反應器。優選地,富含尼龍6的料流以熔體的形式裝入。以熔體的形式進料可以通過使用擠出機、齒輪泵或技術人員已知的其它手段來實現。
將富含尼龍6的料流進料到解聚反應器可以通過連續或間歇投予富含尼龍6的料流來實現。
解聚步驟e.2)
在本發明的步驟e.2)中,在解聚區段[C]中使富含尼龍6的料流解聚以形成ε-己內醯胺。在本發明的步驟e.3)中,形成的ε-己內醯胺以包括ε-己內醯胺的料流從解聚區段[C]排出。
富含尼龍6的料流的解聚是通過在解聚區段[C]中將富含尼龍6的料流的溫度升高到至少180℃但不高於400℃的溫度來實現的。解聚反應的優選溫度範圍為200℃至350℃,更優選地220℃至340℃,並且最優選地240℃至325℃。實驗表明,在這些溫度範圍內,解聚特別有效,並且較少發生聚醯胺6和ε-己內醯胺的副反應和雜質反應。
通常,ε-己內醯胺的形成速率在升高的溫度下增加。低於400℃的溫度是優選的,因為在高於400℃的溫度下,尼龍6的副反應和雜質反應發生得更頻繁,這將導致形成更多樣的雜質。這些雜質的一部分將最終進入從解聚反應器區段[C]排出的包括ε-己內醯胺的材料料流。在本發明的優選實施例中,富含尼龍6的料流的解聚在範圍為220℃至340℃或240℃至325℃的溫度下進行。該溫度範圍允許生產特別純的ε-己內醯胺。
解聚區段[C]中的壓力可以變化,並且可以在1 kPa至100 MPa,優選地10 kPa至5 MPa,更優選地25 kPa至2 MPa,最優選地50 kPa至1 MPa的範圍內。該壓力範圍允許生產特別純的ε-己內醯胺。
富含尼龍6的料流的解聚可以在存在或不存在溶劑的情況下實現。優選地,富含尼龍6的料流的解聚是在作為溶劑的水的存在下實現的。在這種情況下,水優選地呈蒸汽的形式,特別是過熱蒸汽。
優選地,解聚將在0.1小時至24小時內完成,更優選地在0.5小時至6小時內完成。
將水以蒸汽的形式進料到解聚反應器允許任選地在不進一步加熱的情況下獲得包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流。該蒸氣料流中ε-己內醯胺與水的重量比可以通過改變在解聚區段[C]中進料到富含尼龍6的料流中的蒸汽量來調整。在優選實施例中,步驟e.2)中的解聚在水的存在下進行,由此包括ε-己內醯胺的料流是包括重量比為1:1至1:50,優選地1:2至1:15,更優選地1:2至1:10並且最優選地1:3至1:8的ε-己內醯胺和水的蒸汽料流。在這些範圍內,可以進行特別經濟有效的方法。
優選地,包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流中的ε-己內醯胺具有0.1 kPa至1 MPa,更優選地0.3 kPa至0.5 MPa,並且最優選地1 kPa至0.1 MPa的分壓。
在解聚反應期間,可能形成分解產物,所述分解產物包含ε-己內醯胺的低聚物。另外,源自包括尼龍6的多組分材料的材料的進料料流還可以含有其它組分,即雜質,如在解聚條件下保持穩定、反應或分解的非尼龍6化合物和在預處理中應用的溶劑的殘餘物。因此,在使用水作為溶劑的情況下,從解聚區段[C]中去除的蒸氣料流不僅包括水和ε-己內醯胺,還包括雜質。
優選地,將溫度介於100℃與600℃之間的過熱蒸汽裝入解聚反應器。優選地,裝入解聚反應器的過熱蒸汽的溫度至少為尼龍6的熔融溫度。優選地,裝入解聚反應器的過熱蒸汽的能量含量足夠高,使得不需要其它熱輸入來進行解聚反應和蒸發所形成的ε-己內醯胺。在另一個優選實施例中,向解聚區段[C]裝入溫度範圍為220℃至575℃的過熱蒸汽。在甚至更優選的實施例中,向解聚區段[C]裝入溫度範圍為275℃至500℃的過熱蒸汽。在另一個優選實施例中,進行解聚反應和蒸發所形成的ε-己內醯胺所需的一部分熱輸入通過解聚反應器的壁引入。
通常,從解聚區段[C]中去除的蒸氣料流的質量小於解聚區段的總進料的質量。解聚區段[C]的總進料包括富含尼龍6的料流和任選的溶劑、催化劑、另外的試劑和/或解聚劑。因此,在沒有任何另外的措施的情況下,解聚區段[C]中將存在材料(通常稱為‘殘餘材料’)的積累。優選地,從解聚區段[C]排出另一料流。這具有的優點是減少或避免材料在解聚區段[C]中積累。所述另外的料流可以包括存在於富含尼龍6的料流中的雜質、未解聚的尼龍6、未蒸發的ε-己內醯胺、催化劑和在解聚條件下形成的化合物,如在磷酸用作解聚催化劑的情況下的磷酸一銨、磷酸二銨和/或磷酸三銨。在優選實施例中,將包括磷酸一銨、磷酸二銨和/或磷酸三銨的料流從解聚區段[C]排出。甚至更優選地,從解聚區段[C]間歇地或連續地排出的該料流包括重量分數為0.01至50重量%,優選地0.1至25重量%,更優選地0.5至10重量%,最優選地0.5至5重量%的磷酸一銨、磷酸二銨和/或磷酸三銨。
富含尼龍6的料流在蒸汽的存在下的解聚可以在另外的解聚劑如氨的存在下進行。解聚區段[C]中氨的濃度可以變化。因此,在解聚區段[C]中存在氨的情況下,從解聚區段[C]中去除的蒸氣料流不僅包括ε-己內醯胺和雜質,而且還可以包括氨。
最優選地,解聚是在催化劑的存在下實行的。優選地,所使用的催化劑是(路易士或布忍斯特)酸或鹼。酸催化劑可以具體地選自由以下組成的組:正磷酸、對甲苯磺酸、硼酸、硫酸、有機酸、有機磺酸(包含二甲苯磺酸、4-磺基間苯二甲酸和其它磺化芳香族烴)、固體酸、上述酸的鹽、Al
2O
3和SiO
2以及其組合。鹼催化劑可以例如選自由以下組成的組:鹼金屬氫氧化物、鹼金屬鹽、鹼土金屬氫氧化物和鹼土金屬鹽、有機鹼和固體鹼以及其組合。優選地,使用正磷酸、硼酸、有機酸、鹼金屬氫氧化物和鹼金屬鹽作為催化劑。更優選地,使用正磷酸、磷酸鈉、磷酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉和碳酸氫鉀作為催化劑。仍更優選地,使用正磷酸、對甲苯磺酸、硼酸和氫氧化鈉作為催化劑。在一個特別優選的實施例中,使用正磷酸作為解聚的催化劑,在另一個實施例中使用對甲苯磺酸。
然而,在另一優選實施例中,沒有催化劑用於富含尼龍6的料流的解聚。這具有成本較低的優點(對於催化劑和催化劑廢物的處置)。然而,與在催化劑的存在下實行的富含尼龍6的料流的解聚相比,通常需要更高的溫度(和壓力)。
使用催化劑(尤其是正磷酸)的優點在於解聚反應已經在較低的溫度下開始,並且可以在大氣條件下進行。用於使尼龍6解聚為ε-己內醯胺的催化劑的合適濃度是技術人員已知的,並且可以通過常規實驗容易地確定。如果所使用催化劑的濃度太低,則反應速率較慢。相反,如果所使用催化劑的濃度太高,則反應很快,但副反應也會增加。此外,催化劑成本增加,這在經濟上是不利的。優選地,相對於解聚反應器中所含有的尼龍6,催化劑含量為0.01至100重量%。甚至更優選地,催化劑含量為0.1至50重量%。最佳催化劑濃度取決於用於尼龍6解聚的催化劑的類型。對於催化劑正磷酸,優選含量為0.1至25重量%,並且更優選地1至20重量%。催化劑對甲苯磺酸的優選含量為10至35重量%,並且更優選的含量為15至30重量%。
尼龍6的解聚可以以分批模式、半連續模式或連續模式進行,所有這些都是技術人員已知的。本文中使用的術語“分批模式”、“半連續模式”和“連續模式”是指將含尼龍6的原料(即富含尼龍6的料流)和任選的催化劑裝入解聚反應器的模式,以及將殘餘材料從解聚反應器中排出的模式。
在優選實施例中,尼龍6的解聚以分批模式進行。在分批模式中,最初將原料,即源自包括尼龍6的多組分材料的材料和任選的催化劑裝入解聚反應器中。隨後,將過熱蒸汽裝入解聚反應器中,並將ε-己內醯胺以包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流從解聚反應器中排出。接下來,中斷向解聚反應器中裝入過熱蒸汽。在任選地從解聚反應器中去除殘餘材料之後,通過將原料(和任選的催化劑)裝入解聚反應器來開始新的循環。在優選實施例中,在每個循環之間不去除殘餘材料。
在特別有利的實施例中,尼龍6的解聚以連續模式進行。在連續模式中,將含有尼龍6的原料(和任選的催化劑)連續裝入解聚反應器中。同時,將過熱蒸汽連續裝入解聚反應器中,並將ε-己內醯胺以包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流連續從解聚反應器中排出。任選地,將催化劑連續地或間歇地裝入解聚反應器中。另外,將殘餘材料從解聚反應器中連續排出。優選地,富含尼龍6的料流以熔體的形式裝入。優選地,催化劑以熔體、漿料或溶液的形式裝入。
在另一優選實施例中,尼龍6的解聚以半連續模式進行。在半連續模式中,將含有尼龍6的原料(和任選的催化劑)間歇地裝入解聚反應器,同時將過熱蒸汽連續地裝入解聚反應器,並且將ε-己內醯胺以包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流連續地從解聚反應器中排出。在尼龍6解聚的半連續模式中,將殘餘材料間歇地從解聚反應器中排出。
排出步驟e.3)
在本發明的步驟e.3)中,形成的ε-己內醯胺以包括ε-己內醯胺的料流從解聚區段[C]排出。
回收步驟e.4)
在回收區段[D]中,從自解聚區段[C]排出的包括ε-己內醯胺的料流中回收ε-己內醯胺。該料流包括ε-己內醯胺和雜質。優選地,該回收通過包括ε-己內醯胺的料流的(部分)冷凝來進行。所回收的ε-己內醯胺以粗ε-己內醯胺從回收區段[D]排出。
優選地,在沒有溶劑裝入解聚區段[C]的情況下,將通過冷凝獲得的ε-己內醯胺溶解在水中,從而獲得富含ε-己內醯胺的相。該富含ε-己內醯胺的相也包括雜質。
優選地,在將水作為溶劑裝入解聚區段[C]的情況下,從解聚區段[C]排出的包括ε-己內醯胺的料流包括ε-己內醯胺、水和雜質。水可以以液體或蒸汽的形式裝入。優選地,水以蒸汽的形式裝入。ε-己內醯胺可以通過將來自解聚反應器(優選地頂部)的該蒸氣或氣態料流傳送至(優選地部分)冷凝器以獲得含有ε-己內醯胺的冷凝物來從自解聚區段[C]排出的包括ε-己內醯胺的料流中分離。優選地,通過將來自解聚反應器(優選地頂部)的產物料流傳送至蒸餾塔來使ε-己內醯胺與蒸氣料流的剩餘組分分離,從所述蒸餾塔中獲得作為頂部產物的富含水的相和作為底部產物的富含ε-己內醯胺的相。
回收區段[D]中回收的ε-己內醯胺是粗的,因為它含有雜質,如尼龍6分解產物或由源自富含尼龍6的料流的材料的非尼龍6組分(的分解產物)產生的其它雜質。在步驟e.4)中回收的粗ε-己內醯胺包括水和ε-己內醯胺,優選地所述粗ε-己內醯胺是包括ε-己內醯胺的水溶液。因此,在回收區段[D]中回收的粗ε-己內醯胺需要額外純化以產生高純度ε-己內醯胺。因此,本文中使用的“粗”可以定義為與作為本發明方法的純化步驟e.5)的產物獲得的純化的ε-己內醯胺相比純度更低,即含有更多雜質。
優選地,粗ε-己內醯胺包括範圍為6至95重量%,更優選地20至90重量%,並且最優選地35至80重量%的ε-己內醯胺。剩餘物主要是水。
純化步驟e.5)
在步驟e.5)中,在純化區段[E]中純化在回收區段[D]中獲得的粗ε-己內醯胺以得到高純度ε-己內醯胺,其中所述純化包括選自由以下組成的組的一種或多種技術:過濾、吸附、萃取、洗滌、反萃取、溶劑交換蒸餾、氧化、氫化、蒸餾和結晶。
任選地,將粗ε-己內醯胺在裝入純化區段[E]之前進行過濾。過濾確保去除未溶解的雜質,否則所述雜質可能阻礙進一步的純化過程。
優選地,純化的ε-己內醯胺是通過在純化區段[E]中經由在10℃至95℃的溫度下使ε-己內醯胺從包括ε-己內醯胺和雜質的溶液中結晶而純化回收區段[D]中獲得的粗ε-己內醯胺而獲得的。
在優選實施例中,本發明的方法在工廠中進行,其中所述工廠包括純化區段[E],其中所述純化包括用有機溶劑萃取粗ε-己內醯胺的步驟,由此獲得水相和有機相,並且其中所述有機相包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質。
通過在步驟e.5)中首先用有機溶劑萃取粗ε-己內醯胺,由此獲得水相和包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相來從粗ε-己內醯胺中獲得高純度ε-己內醯胺。萃取粗ε-己內醯胺所用的有機溶劑優選地為芳香族烴、鹵代烴和/或C
4-C
10脂族或C
4-C
10環脂族醇。任選地,萃取粗ε-己內醯胺所用的有機溶劑優選地是混合萃取劑,即其可以由一種或多種有機溶劑和任選的另外的稀釋劑組成。優選地,一種或多種有機溶劑獨立地選自芳香族烴、鹵代烴和/或C
4-C
10脂族或環脂族醇,以及C
5-C
8烷烴或C
5-C
8環烷烴。如果用於萃取粗ε-己內醯胺的有機溶劑選自由環己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、三氯乙烷、4-甲基-2-戊醇(又稱MIBC、甲基異丁基甲醇)、1-辛醇、2-乙基己醇和其混合物組成的組,則可獲得特別好的純化結果。更優選地,用於萃取粗ε-己內醯胺的有機溶劑選自由以下組成的組:苯、甲苯、環己烷、醇和其混合物。仍更優選地,用於萃取粗ε-己內醯胺的有機溶劑選自由以下組成的組:甲苯、環己烷、1-辛醇、2-乙基己醇和其混合物。優選地,有機溶劑與ε-己內醯胺的重量比為0.01:1至50:1,優選地0.05:1至20:1,更優選地0.1:1至10:1,並且最優選地0.1:1至5:1。
在另一個實施例中,步驟e.5)中用有機溶劑進行萃取在逆流操作的萃取塔中實行,由此在塔的頂部處引入待純化的粗ε-己內醯胺,並且在塔的底部處引入有機溶劑。萃取產生水相和有機相,所述有機相包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質。
在另一個優選實施例中,所述純化進一步包括溶劑切換步驟,在所述步驟中,將來自在用有機溶劑萃取粗ε-己內醯胺的步驟中獲得的包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相的有機溶劑至少部分地用水替代,由此獲得包括水、ε-己內醯胺和沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質的水相,並且其中溶劑切換步驟選自基於用水反萃取的過程和基於溶劑交換蒸餾的過程,其中蒸餾掉有機溶劑並裝入水。
任選地,將包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相在進入溶劑切換步驟之前用水或鹼性水溶液洗滌。如果用鹼性水溶液進行洗滌,則鹼性溶液優選地是包括鹼金屬氫氧化物和/或鹼金屬碳酸鹽,優選地氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液。所述鹼金屬氫氧化物溶液優選地包括0.5 wt.%至2.0 wt.%的氫氧化鈉或氫氧化鉀。
技術人員可以通過常規實驗確定高效洗滌包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相所需的水或鹼性水溶液的量。優選地,相對於待洗滌有機相中的有機溶劑的量,該量介於0.1 vol.%與5 vol.%之間。
在另一優選實施例中,用水或鹼性水溶液洗滌包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相是在逆流操作的洗滌塔中實行的,由此在塔的底部處引入包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相,並且在塔的頂部處引入水或鹼性水溶液。洗滌產生包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的洗滌的有機相和包括殘餘物的相。然後包括殘餘物的相含有水、雜質和ε-己內醯胺。
在優選實施例中,隨後用水萃取任選地洗滌的包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相,從而獲得ε-己內醯胺-水相。優選地,然後汽提和/或蒸餾該ε-己內醯胺-水相以去除殘餘溶劑。儘管用於回收ε-己內醯胺的水的量可以變化,但所使用水的量按重量計是回收的ε-己內醯胺的0.5至20倍,優選地0.75至10倍,並且更優選地1至5倍。
在另一優選實施例中,用水進行萃取在逆流操作的萃取塔中實行,待純化的含有ε-己內醯胺的相在塔的底部處引入,並且水在塔的頂部處引入。萃取產生ε-己內醯胺-水相和包括雜質的溶劑相。通常,包括雜質的溶劑相任選地在純化(優選地通過蒸餾)後被再次使用。
將任選地汽提和/或蒸餾以去除殘餘溶劑的ε-己內醯胺-水相通過蒸發水進行濃縮,使得獲得濃縮的ε-己內醯胺水相。該濃縮的ε-己內醯胺水相的ε-己內醯胺含量相對於整個相通常介於60 wt.%與99.9 wt.%之間。
在另一優選實施例中,從任選地洗滌而不是用水萃取的包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相中蒸發有機溶劑。可以使用任何合適的蒸發容器,例如塔。優選地,蒸發是在水的存在下進行的。更優選地,蒸發以共沸蒸餾的形式進行,在這種情況下,有機溶劑以共沸混合物的形式蒸發。蒸發產生ε-己內醯胺材料。優選地,ε-己內醯胺材料是ε-己內醯胺水相。該ε-己內醯胺水相的ε-己內醯胺含量相對於整個相通常介於40 wt.%與99.9 wt.%之間。
在另一優選實施例中,將氧化劑,例如高錳酸鉀、高錳酸鈉和/或過氧化氫添加到ε-己內醯胺-水相中。最優選地,使用高錳酸鉀作為氧化劑。
優選地,氧化劑以固體、漿料或水溶液的形式添加到ε-己內醯胺-水相中,使得在通過氧化進行純化的過程中獲得稀釋的水溶液。技術人員可以通過常規實驗確定高效氧化ε-己內醯胺-水相所需的氧化劑的量。氧化劑的確切量在很大程度上尤其取決於在本發明的該方法中裝入解聚區段的富含聚醯胺6的料流的組成。優選地,相對於溶解在待氧化的水相中的ε-己內醯胺的量,氧化劑的量介於0.01與5重量%之間。
在本發明的方法中用於氧化水溶液的溫度可以變化。優選地,用氧化劑對該水溶液的氧化在範圍為20℃至85℃,更優選地在範圍為30℃至80℃的溫度下進行,其中氧化劑選自由以下組成的組:高錳酸鉀、高錳酸鈉和過氧化氫以及其組合,特別是高錳酸鉀。
用於用氧化劑進行氧化的時間長度可以變化。優選地,在本發明的方法中,用氧化劑氧化ε-己內醯胺-水相進行1分鐘至24小時,更優選地2分鐘至6小時,並且最優選地5分鐘至2小時。
用於用氧化劑氧化的ε-己內醯胺-水相中ε-己內醯胺的濃度可以變化。優選地,用於氧化的水溶液包括ε-己內醯胺與水的重量比為5: 1至1: 5,更優選地3: 1至1: 3,並且最優選地2: 1至1: 2。任選地,在將氧化劑添加到水相中之前,調整ε-己內醯胺與水的重量比。優選地,ε-己內醯胺與水的重量比通過添加水或通過去除水來調整。
在使用高錳酸鉀和/或高錳酸鈉作為氧化劑的情況下,形成固體氧化錳(IV) (MnO
2)顆粒作為反應產物。技術人員可以通過常規實驗確定用於在氧化後從水相中高效去除固體氧化錳(IV)顆粒的最佳固液過濾程序。在這方面,使用如活性碳或矽藻土顆粒等助濾劑來改進過濾程序是常見的做法。
在本發明的方法的優選實施例中,純化區段[E]包括氫化步驟,其中使ε-己內醯胺水相氫化,並且如果ε-己內醯胺水相被氫化,則優選地在本身已知的氫化催化劑的存在下進行。氫化催化劑可以是任何已知的多相氫化催化劑。此類催化劑的實例是氧化鋁上的釕、氧化鋁上的銠、碳上的鉑、碳上的鈀、雷尼鎳、二氧化矽上的鎳和氧化鋁上的鎳。優選地,使用由含鎳催化劑製成。合適的鎳催化劑通常具有相對於金屬和載體介於5與80 wt.%之間的鎳含量。除鎳外,催化劑還可以含有一些活化劑,如Zr、Mn、Cu或Cr。活化劑含量通常介於1與20 wt.%之間。如果使用含鈀多相催化劑,則鈀含量將通常介於0.01與10 wt.%之間。
多相催化劑可以以各種方式與含氫氣的反應混合物接觸。氫化可以例如在攪拌釜反應器中進行,其中催化劑顆粒懸浮在待純化的混合物中(漿料相方法)。在另一個實施例中,氫化在固定床反應器中實行,其中催化劑固定在反應器中。
氫化可以在三相系統(氣體、液體、固體)中進行,所述三相系統包括ε-己內醯胺水性混合物、氣態氫氣和多相氫化催化劑。可替代地,氫化可以在兩相系統(液體、固體)中進行,所述兩相系統包括用氫氣完全或部分飽和的ε-己內醯胺水性混合物和多相氫化催化劑。氫氣在水-ε-己內醯胺混合物中溶解以獲得用氫氣完全或部分飽和的混合物可以通過本領域技術人員已知的任何方法實行。
氫化溫度通常介於20℃與160℃之間。氫化壓力通常介於0.1與15 MPa之間。
水-ε-己內醯胺混合物的氫化是為了氫化不純的ε-己內醯胺中存在的不飽和化合物。這些不飽和化合物的存在是不利的,因為它們會損害通過使ε-己內醯胺聚合製備的尼龍6的物理機械性質。通過氫化形成的飽和化合物不會對尼龍6的這些物理機械性質產生不利影響,而且這些化合物在例如氫化步驟之後的蒸餾步驟和/或結晶步驟中更容易被去除。
氫化可以如例如在EP635487中所描述的那樣實行。
在本發明的方法的優選實施例中,純化區段[E]包括蒸餾步驟,其中使低沸點有機雜質(沸點低於ε-己內醯胺)和/或高沸點有機雜質(沸點高於ε-己內醯胺)與ε-己內醯胺分離。優選地,蒸餾步驟在減壓下實行。在一個實施例中,蒸餾在低於350 kPa,優選地低於50 kPa,更優選地低於20 kPa並且最優選地低於10 kPa的壓力下實行。優選地,蒸餾塔底部處的蒸餾溫度介於100℃與200℃之間,並且更優選地介於110℃與180℃之間。
在優選實施例中,在蒸餾去除低沸點有機雜質和/或高沸點有機雜質之前,將鹼金屬氫氧化物,優選地NaOH添加到包括ε-己內醯胺的相中。優選地,添加的NaOH的量在0.5至100 mmol/kg ε-己內醯胺,並且更優選地2至80 mmol/kg ε-己內醯胺的範圍內。實驗表明,添加鹼金屬氫氧化物,特別是NaOH可特別有效地蒸餾去除沸點低於和高於ε-己內醯胺的雜質。
在本發明的方法的優選實施例中,純化區段[E]包括結晶步驟,在所述結晶步驟中,使包括ε-己內醯胺和雜質的溶液結晶以獲得純化的ε-己內醯胺。優選地,結晶在範圍為10℃至95℃的溫度下進行,更優選地在範圍為20℃至85℃的溫度下進行。
優選地,在步驟e.5)中結晶的包括ε-己內醯胺和雜質的溶液是在回收區段[D]中獲得的粗ε-己內醯胺。
更優選地,通過步驟e.5)中結晶從中獲得純化的ε-己內醯胺的包括ε-己內醯胺和雜質的溶液是通過用有機溶劑萃取粗ε-己內醯胺而獲得的包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相,所述有機相任選地用水或用鹼性水溶液洗滌。
甚至更優選地,通過步驟e.5)中結晶從中獲得純化的ε-己內醯胺的包括ε-己內醯胺和雜質的溶液是通過溶劑切換獲得的包括水、ε-己內醯胺和沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質的水相。
最優選地,通過步驟e.5)中結晶從中獲得純化的ε-己內醯胺的包括ε-己內醯胺和雜質的溶液是通過在真空條件下蒸餾獲得的包括ε-己內醯胺和雜質的相。
優選地,步驟e.5)中的ε-己內醯胺結晶過程包括以下步驟:
1. 將包括ε-己內醯胺和雜質的溶液進料到結晶器中;
2. 在結晶器中設定條件,使得形成ε-己內醯胺晶體和母液;
3. 分離ε-己內醯胺晶體和母液;
4. 使母液再循環。
結晶可以應用於ε-己內醯胺的生產。它主要因其純化潛力和/或產品回收以提高產率而被使用。所有結晶過程都是基於從液體中形成固體結晶相。在優選實施例中,步驟e.5)中的結晶通過溶液結晶或熔融結晶進行。
術語溶液結晶用於使化合物從包括所述(不純)化合物並且其中添加有輔助溶劑的溶液中結晶。輔助溶劑是水或非水性溶劑。如果輔助溶劑是水,則溶液中的水量可以在寬範圍內選擇,優選地水量在0.5至25 wt.%,更優選地1至9 wt.%的範圍內。結晶溫度可以在寬範圍內選擇,優選地結晶溫度範圍為10℃至95℃,更優選地20℃至85℃,甚至更優選地結晶溫度範圍為20℃至70℃,最優選地30℃至65℃。從優選地範圍為5至75 wt.%,更優選地範圍為10至70 wt.%,最優選地範圍為15至50 wt.%的漿料濃度的漿料中回收結晶純化的ε-己內醯胺。如果輔助溶劑是非水性溶劑,則溶液中非水性溶劑的量可以在寬範圍內選擇,優選地溶劑的量的範圍為5至95 wt.%,更優選地10至90 wt.%,最優選地30至70 wt.%。優選地,結晶溫度範圍為20℃至70℃,更優選地為30℃至65℃。從優選地5至75 wt.%,更優選地10至70 wt.%,最優選地15至50 wt.%的漿料濃度的漿料中回收結晶的純化的ε-己內醯胺。非水性溶劑的實例包含烷烴(如正己烷、正庚烷、異辛烷、環己烷)、醇(如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇)、芳香族烴(如苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯)、氨、氯化烴(如四氯化碳、氯仿或乙基氯)、酮(如丙酮或甲乙酮)和酯(如乙酸乙酯),以及這些溶劑的混合物。其中環己烷是優選的。
溶液結晶通常在大氣壓下進行,但也可以在減壓或加壓條件下進行。在溶液結晶的情況下,通過其中蒸發溶劑的蒸發結晶或通過其中通過直接冷卻、間接冷卻或真空冷卻獲得冷卻的冷卻結晶或通過這些方法的組合使產物結晶。在結晶步驟之後,通過例如沉降、過濾和/或離心分離所形成的晶體和母液。任選地,將所得晶體用例如清潔溶劑洗滌。任選地,將結晶-分離序列重複若干次。產物以晶體形式獲得。
術語熔融結晶的狹義定義是在不使用輔助溶劑的情況下使化合物從包括所述(不純)化合物的溶液中結晶。在所述術語的更廣泛定義中,熔融結晶也適用於從含有低溶劑濃度的溶液中結晶。優選地,溶液中的溶劑濃度小於25 wt%,更優選地小於10 wt.%,最優選地小於5 wt.%。在這裡,除非另有明確提及,否則將使用熔融結晶的更廣泛定義。將通過熔融結晶獲得的化合物晶體與母液分離,並任選地用純化合物材料的熔體洗滌。任選地,將結晶-分離序列重複若干次。最後,使任選地洗滌的晶體熔融並以熔體的形式排出或機械去除。
優選地,溶劑存在於結晶器中的混合物中,但是結晶也可以在沒有溶劑的情況下進行。ε-己內醯胺的許多溶劑是合適的。合適溶劑的實例是水、烷烴(如正己烷、正庚烷、異辛烷、環己烷)、醇(如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇)、芳香族烴(如苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯)、氨、氯化烴(如四氯化碳、氯仿或乙基氯)、酮(如丙酮或甲乙酮)和酯(如乙酸乙酯)。優選地使用水和芳香族烴作為溶劑,因為這些溶劑產生大的晶體。作為溶劑,最優選的是水。溶劑將充當結晶器中熔體的冰點降低劑。
一般來說,熔融結晶需要的能量比溶液結晶更少,然而工業規模的操作可能更具挑戰性。
本文所用的熔融結晶具體地是指層熔融結晶或懸浮熔融結晶。這兩種類型的熔融結晶技術方法的特徵在於(1)在熱交換器壁上形成晶體層(層熔融結晶)和(2)在懸浮液中生長的晶體(懸浮熔融結晶)。一般來說,用於在熱交換器壁上生長的晶體層的方法的操作稱為層熔融結晶。首先,將熔體裝入結晶器中,然後在冷卻的熱交換器表面上生長晶體層,接下來從結晶器中排出含有生長晶體中排出的雜質的剩餘熔體,並且然後使晶體層熔融並回收純化產物。純化效率可以通過例如發汗(sweating)(亦稱部分熔融),即將晶體層溫和加熱到接近其熔融溫度,從而排出截留的和黏附的不純母液來進一步提高。層熔融結晶方法是以分批模式操作的。基於層熔融結晶的方法的眾所周知的實例是BEFS Prokem的ProABD方法和Sulzer Chemtech方法。
層熔融結晶可以以靜態或動態模式進行。在靜態結晶模式下,晶體從停滯熔體生長到冷卻表面上。在靜態模式下,期望的化合物從封閉容器中的停滯熔體分批結晶在熱交換器壁上。這種類型的結晶的特徵在於晶體的低生長速率以及由此所引起的長停留(或分批)時間。優選地,結晶時間的範圍為1小時至75小時,更優選地2小時至50小時,最優選地4小時至24小時。在結晶步驟後,排出剩餘的熔體。然後,任選地引入發汗相,以去除黏附到晶體上或截留在晶體中的雜質。最後,將晶體完全熔融並排出或機械去除。
一般來說,動態結晶是在管殼式熱交換器中進行的,由此熔體沿著冷卻表面向下循環,化合物在所述冷卻表面處結晶。一般來說,將熔體泵送通過管,並且在冷卻介質在管的外部流動的同時晶體在管的內部生長。晶體層的厚度隨著時間的推移而增加。在一定時間段後,使熔體的循環停止,並且將剩餘的熔體排出。像停滯層結晶一樣,動態層結晶也以分批模式進行。與停滯模式相比,動態模式下的晶體生長速率更高,並且因此結晶時間更短。優選地,結晶時間的範圍為0.05小時至12小時,更優選地0.1小時至6小時,最優選地0.3小時至3小時。然後,任選地引入發汗相,以去除黏附到晶體上或截留在晶體中的雜質。最後,將晶體完全熔融並排出或機械去除。
懸浮熔融結晶可以以分批方式或以連續模式進行。在懸浮熔融結晶的情況下,將熔體冷卻到其飽和溫度以下,並且晶體開始生長(任選地,在添加核之後)。晶體的生長速率由熔體的過飽和溫度控制。懸浮熔融結晶可以在任何允許冷卻熔體的交換器型或容器型結晶器中進行。優選地,懸浮熔融結晶在刮面式結晶器中進行。任選地,在結晶之後,通過過濾分離所得的晶體和母液的混合物。任選地,在結晶之後,將所得的期望化合物的晶體和母液的混合物裝入所謂的洗滌塔中。在洗滌塔中,將母液從晶體中過濾或排出,然後通常用純化的化合物材料洗滌晶體。
在ε-己內醯胺結晶步驟之後,獲得除了雜質之外還包括ε-己內醯胺的母液。用於從這類母液中回收ε-己內醯胺的方法是本領域技術人員熟知的。並且由於這些回收方法,母液中存在的幾乎所有的ε-己內醯胺都可以回收並轉化為高純度ε-己內醯胺。在多級結晶的情況下,一種可能的解決方案是以逆流方式使母液再循環,即,將在第n結晶級中獲得的母液裝入第(n-1)結晶級的進料中。一般來說,將從第1結晶級獲得的母液裝入所述方法的上游(純化)單元或專用母液加工單元(例如,基於蒸餾或結晶)。在ε-己內醯胺結晶後,可能需要通過例如使所獲得的母液(或其一部分)再循環到所述方法中的任何先前階段來將其純化。可替代地,母液可以在重新裝入ε-己內醯胺結晶步驟之前例如通過蒸餾進行純化。
根據本發明的方法獲得的高純度ε-己內醯胺可以用於使用技術人員熟知的方法製備尼龍6。然後該尼龍6可以用於所有已知的材料,包含工程材料、纖維和膜。由包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料產生的該尼龍6特別適用於高速紡絲應用,包含含有斯潘德克斯彈力纖維的服裝。
工廠
本發明還提供了一種被配置成實行本發明的上述方法的工廠,即化學工廠,所述工廠包括分離區段[B]。分離區段[B]包括以下四個區段:溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]。結合上述方法具體描述的所有工廠特徵也適用於下文所述的本發明的工廠,反之亦然。因此,所述工廠適合於實行本發明的方法,並且應當理解,已經結合本發明的方法描述的內容同等地適用於工廠實施例。
所述工廠可以是如在實例中的實驗室設置。然而,優選地,所述工廠是工業規模的工廠。“工業規模”是指如果一直操作,則所述工廠的ε-己內醯胺生產能力(即原則上能夠生產ε-己內醯胺的量)至少為500噸/年。
本發明的工廠適用於由包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料生產斯潘德克斯彈力纖維和尼龍6,並且至少包括分離區段[B]。分離區段[B]包括以下四個區段:溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]。這些區段以及因此工廠被配置成實行上述本發明的方法。
溶解區段[α]包括一個或多個串聯和/或並聯操作的溶解單元,以及一個或多個串聯和/或並聯操作的分離單元。將任選地清潔和/或破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片以固體或熔體,優選地固體的形式進料到溶解單元。任選地將任選地清潔和/或破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片在進料到溶解區段[α]之前乾燥。溶解單元配備有用於裝入所分離的有機溶劑和新鮮有機溶劑的入口。溶解單元配備有用於排出在溶解單元中獲得的混合物的一個或多個出口。該混合物包括未溶解的尼龍6和其中溶解有斯潘德克斯彈力纖維的有機溶劑。優選地,溶解單元是封閉的。這具有減少有機溶劑向環境的排放的優點。優選地,溶解單元配備有用於控制單元中的溫度的裝置(例如,蒸汽盤管、蒸汽伴熱、電伴熱)。任選地,在裝入溶解區段[α]之前調整(例如,在熱交換器中)所分離的有機溶劑和新鮮有機溶劑的溫度。
有機溶劑與包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料之間的良好接觸對於有效操作是必不可少的。這種接觸可以通過本領域公知的各種手段來實現。改進的接觸可以通過機械摩擦來實現。機械摩擦繼而可以例如通過用旋轉槳和靜態翅片的組合進行攪拌來實現。
適用於聚合物在有機溶劑中溶解的溶解單元是本領域技術人員已知的。攪拌容器是這種溶解單元的實例。
在分離單元中,將從溶解單元排出的混合物分離成包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流和包括未溶解的尼龍6的料流。將包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流通過排出管線排出並裝入沉澱區段[γ]。將包括未溶解的尼龍6的料流通過排出管線排出並裝入洗滌區段[β]。有利的是,包括未溶解的尼龍6的料流中的有機溶劑的量較低,以便於在洗滌區段[β]中洗滌。
適用於分離(未溶解的)聚合物和有機溶劑的分離單元是本領域技術人員已知的。離心機和過濾器是這種分離單元的實例。
優選地,將溶解單元和分離單元組合在一件設備中。這使得過程強化。
洗滌區段[β]包括用於用第三溶劑洗滌包括未溶解的尼龍6的料流以獲得富含尼龍6的料流和包括有機溶劑和第三溶劑的混合物的設備。洗滌區段[β]的目的是在很大程度上去除有機溶劑。任選地,洗滌區段[β]包括用於乾燥富含尼龍6的料流的設備。將包括有機溶劑和第三溶劑的混合物從洗滌區段[β]排出,並裝入溶劑蒸餾區段[δ]。在本文中,“裝入溶劑蒸餾區段[δ]”還包含間接手段,即中間的另外的步驟/區段。優選地,將從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物在裝入溶劑蒸餾區段[δ]之前完全地或部分地裝入沉澱區段[γ]。
任選地,在乾燥後,將富含尼龍6的料流從洗滌區段[β]排出,並裝入解聚區段[C]。
第三溶劑與富含尼龍6的料流之間的良好接觸對於有效操作是必不可少的。這種接觸可以通過技術人員已知的各種手段來實現。一種手段是(連續的)離心機,向所述離心機中進料富含尼龍6的料流並且將第三溶劑作為洗滌溶劑裝入所述離心機中。
蒸餾區段[δ]包括一個或多個串聯和/或並聯操作的蒸餾塔。蒸餾塔可以以分批、半連續或連續模式操作。在這些操作模式之間的選擇在很大程度上取決於操作規模。一般來說,蒸餾塔的分批操作更適合處理小體積進料料流。蒸餾塔的連續操作更適合處理大體積進料料流。
蒸餾區段[δ]的確切布局還取決於有機溶劑、第二溶劑和第三溶劑的性質。
向蒸餾區段[δ]中裝入已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物以及從洗滌區段[β]排出的包括有機溶劑和第三溶劑的混合物。將所分離的有機溶劑從蒸餾區段[δ]排出,並裝入溶解區段[α]。將第二溶劑和第三溶劑從蒸餾區段[δ]排出,並任選地分別裝入沉澱區段[γ]和洗滌區段[β]。將殘餘物從蒸餾區段[δ]排出。任選地,焚燒殘餘物,從而回收能量。最後,將使用的溶劑的降解產物從蒸餾區段[δ]排出。乙酸和二甲胺是有機溶劑N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)的降解產物的實例。
另外,本發明的工廠緊鄰分離區段[B]包括任選的預處理區段[A]、任選的解聚區段[C]、任選的回收區段[D]和任選的純化區段[E],所述區段被配置成實行上述本發明的方法。
優選地,本發明的工廠緊鄰分離區段[B]包括預處理區段[A]、解聚區段[C]、回收區段[D]和純化區段[E],所述區段被配置成實行上述本發明的方法。本發明的該工廠適用於由包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料生產斯潘德克斯彈力纖維和純化的ε-己內醯胺。
另外,本發明的工廠可以包括預處理區段[A],所述預處理區段可以包括用於將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料破碎成碎片的機械尺寸減小區段[λ]和/或用於洗滌包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的清潔區段[ω]。清潔包含洗滌包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料和從所述材料中分離外來材料。外來材料的分離可以手動地(手工挑選)和機械地(例如密度分離和磁性分離)進行。手動和機械裝置,如刷子可以在清潔區段中幫助洗滌。洗滌優選地通過另外的摩擦作用來實行。在市場上可獲得不同類型的工業洗滌系統,如旋轉塑膠洗滌器和(高速)摩擦洗滌器。機械尺寸減小區段包括用於將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料機械破碎成碎片的設備。這種破碎設備的非限制性實例是切割器、衝壓機、切碎機、磨機、研磨機或削片機。
另外,本發明的工廠可以包括解聚區段[C],所述解聚區段包括一個或多個串聯和/或並聯操作的解聚反應器。將富含尼龍6的料流以固體或熔體,優選地熔體的形式進料到反應器中。這種進料可以通過使用擠出機、齒輪泵或本領域已知的其它手段來實現。
在生產期間,解聚反應器至少部分填充有含有尼龍6的原料、殘餘材料、ε-己內醯胺(以及任選的催化劑)。解聚反應器可以具有任何期望的形式。優選的反應器類型是攪拌和非攪拌泡塔反應器、攪拌反應器和擠出機型反應器。
解聚反應器必須配備有用於進料富含尼龍6的料流、任選的過熱蒸汽和任選的催化劑的設施。另外,解聚反應器配備有用於排出包括ε-己內醯胺的料流以及殘餘材料的設施。
優選地,解聚反應器必須配備有用於進料富含尼龍6的料流和過熱蒸汽料流和任選的催化劑的設施。蒸汽與反應器內容物之間的良好接觸對於有效操作至關重要。這種接觸可以通過技術人員已知的各種手段來實現。作為實例,可以使用多個入口,例如使用蒸汽分配器將蒸汽噴射通過材料。甚至可以通過在反應器中包含機械攪拌,例如使用旋轉槳和靜態翅片的組合來實現進一步改進的接觸。
優選地,解聚將在0.5至6小時內完成。
如果在生產區位無法獲得高溫過熱蒸汽,則必須通過在所謂的過熱器中對鍋爐中的可用蒸汽進行過熱來有意製造過熱蒸汽。
另外,本發明的工廠可以包括回收區段[D],所述回收區段可以包括一個或多個(優選地部分)冷凝器,向所述冷凝器中裝入呈包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流形式的包括ε-己內醯胺的料流。這種(部分)冷凝器可以具有任何期望的形式。優選地,冷凝器是蒸餾塔,從所述蒸餾塔中獲得富含水的相作為頂部產物,並且獲得粗ε-己內醯胺作為底部產物。
另外,本發明的工廠可以包括純化區段[E],所述純化區段可以包括一個或多個萃取設備、一個或多個溶劑切換設備、氧化區段、氫化區段、一個或多個蒸餾設備和結晶區段,粗ε-己內醯胺被裝入所述設備或所述區段中並且高純度ε-己內醯胺從所述設備或所述區段排出。
向萃取設備中裝入粗ε-己內醯胺和有機溶劑,並且排出包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相以及包括水和雜質的水相。萃取設備選自混合沉降萃取器、萃取塔、離心萃取器和其組合。優選地,萃取設備是靜態或攪拌萃取塔,如KARR
Ⓡ塔、SCHEIBEL
Ⓡ塔、轉盤接觸器(RDC)、脈衝塔、篩板(靜態)塔、無規填料(靜態)塔和規整填料(SMVP) (靜態)塔。
向溶劑切換設備中裝入水和包括有機溶劑、ε-己內醯胺和雜質的有機相,並且排出包括雜質的溶劑相和包括水、ε-己內醯胺和雜質的ε-己內醯胺-水相。用於基於反萃取的方法的溶劑切換設備選自混合沉降萃取器、萃取塔、離心萃取器和其組合。優選地,用於反萃取的設備是靜態或攪拌萃取塔,如KARR
Ⓡ塔、SCHEIBEL
Ⓡ塔、轉盤接觸器(RDC)、脈衝塔、篩板(靜態)塔、無規填料(靜態)塔和規整填料(靜態)塔。
用於基於溶劑交換蒸餾的方法的溶劑切換設備選自篩板式蒸餾塔、無規填料蒸餾塔和規整填料蒸餾塔。優選地,蒸餾塔配備有再沸器、冷凝器和用於回流的設備。蒸餾塔可以在大氣壓、亞大氣壓或超大氣壓下操作。優選地,將水裝入蒸餾塔的上部,並且將包括水、ε-己內醯胺和沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質的水相從蒸餾塔的下部排出。
任選地存在的氧化區段包括一個或多個串聯和/或並聯操作的氧化反應器。將氧化劑和包括水、ε-己內醯胺和雜質的ε-己內醯胺-水相裝入氧化區段。通常,氧化劑以固體、漿料或水溶液的形式裝入。在應用高錳酸鉀或高錳酸鈉作為氧化劑的情況下,氧化區段還包括過濾區段。氧化反應器可以具有任何期望的形式。優選的反應器類型是攪拌和非攪拌反應器以及填充塔型反應器。氧化反應器必須配備有用於進料包括水、ε-己內醯胺和沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質的水相以及氧化劑的設施。另外,氧化反應器必須配備有用於排出包括水、ε-己內醯胺和雜質的氧化的ε-己內醯胺-水相以及任選地形成的固體氧化錳(IV) (MnO
2)顆粒的設施。優選地,氧化在範圍為20℃至85℃的溫度和大氣條件下進行。
任選地存在的固體氧化錳(IV) (MnO
2)顆粒可以通過沉降或通過固液過濾,優選地通過固液過濾去除。使用如活性碳顆粒或矽藻土等助濾劑來改進過濾程序是常見的做法。適用於分離固體氧化錳(IV)顆粒的過濾系統是技術人員已知的。向此過濾系統中裝入包括水、ε-己內醯胺和雜質的氧化的ε-己內醯胺-水相和固體氧化錳(IV)顆粒的懸浮液,並排出包括水、ε-己內醯胺和雜質的經過濾的氧化的ε-己內醯胺-水相。通常,固體氧化錳(IV)顆粒保留在過濾系統中。優選地,此過濾系統以半連續模式操作,由此懸浮液和過濾相被連續地裝入和連續地排出,同時所分離的固體被收集在過濾系統中。懸浮液的裝入不時中斷,並且將收集的固體從過濾系統中去除。
在步驟c.4)中純化粗ε-己內醯胺以獲得純化的ε-己內醯胺任選地包括使用多相催化劑的氫化,在這種情況下,所述工廠將包括氫化區段。優選地,催化劑包括鎳或鈀。
氫化區段包括一個或多個串聯和/或並聯操作的氫化反應器。氫化可以在三相系統(氣體、液體、固體)中進行,所述三相系統包括ε-己內醯胺水性混合物、氣態氫氣和多相氫化催化劑。可替代地,氫化可以在兩相系統(液體、固體)中進行,所述兩相系統包括用氫氣完全或部分飽和的ε-己內醯胺水性混合物和多相氫化催化劑。氫氣在水-ε-己內醯胺混合物中的溶解可以通過本領域技術人員已知的任何方法實行。優選地,使混合物在吸收器或混合器中與氫氣接觸,其中保持恆定的氫氣壓力。氫氣與混合物之間的緊密接觸將確保氫氣溶解在混合物中。此過程優選地連續地實行。隨後使含氫氣的混合物例如在單獨的反應器中與氫化催化劑接觸。
多相催化劑可以以各種方式與含氫氣的反應混合物接觸。氫化可以例如在攪拌釜反應器中進行,其中催化劑顆粒懸浮在待氫化的混合物中(漿料相方法)。在這種漿料相方法中,催化劑顆粒和純化的混合物必須在氫化反應後的另外的方法步驟中分離,例如通過過濾分離。優選地,催化劑包括鈀或鎳。
可替代地,氫化可以在固定床反應器中實行,其中催化劑固定在反應器中,使得可以省去用於分離催化劑和反應混合物的另外的步驟。優選地,固定床由負載的鈀或鎳催化劑組成。
氫化溫度通常介於20℃與160℃之間。氫化壓力通常介於0.1與15 MPa之間。
向蒸餾設備中裝入任選地汽提和/或濃縮和/或任選地氧化和/或氫化的包括水、ε-己內醯胺和雜質的ε-己內醯胺-水相,並排出高純度ε-己內醯胺、水和雜質(即(沸點低於ε-己內醯胺的)低沸點有機雜質和(沸點高於ε-己內醯胺的)高沸點有機雜質)。蒸餾設備選自篩板式蒸餾塔、無規填料蒸餾塔、規整填料蒸餾塔以及水平和豎直(下降和上升)膜蒸發器。優選地,蒸餾塔配備有再沸器、冷凝器和用於回流的設備。蒸餾設備可以在大氣壓、亞大氣壓或超大氣壓下操作,優選地在亞大氣壓下操作。
優選地,蒸餾包含將水、低沸點有機雜質(具有比ε-己內醯胺更低的沸點)和/或高沸點有機雜質(具有比ε-己內醯胺更高的沸點)與ε-己內醯胺分離。優選地,蒸餾包含:在第一步驟中,從水中分離出來作為頂部產物,並且產生含有ε-己內醯胺的低沸點雜質和高沸點雜質作為底部產物。在第二步驟中,分離出低沸點雜質作為頂部產物,並且獲得含有ε-己內醯胺的高沸點雜質作為底部產物。在第三步驟中,分離出高純度ε-己內醯胺作為頂部產物,並且產生包括ε-己內醯胺和高沸點雜質的蒸餾殘餘物作為底部產物。任選地,將第一步驟和第二步驟組合。
優選地,在蒸餾去除水和雜質之前,將鹼金屬氫氧化物,優選地NaOH添加到包括水、ε-己內醯胺和雜質的氧化的ε-己內醯胺-水相中。優選地,添加的NaOH的量在0.5至100 mmol/kg ε-己內醯胺,並且更優選地2至80 mmol/kg ε-己內醯胺的範圍內。這使得在隨後的蒸餾中特別有效地蒸餾去除沸點比ε-己內醯胺更低和更高的雜質。
在純化步驟中,蒸餾可以在結晶之前、之後或在結晶之前和之後實行。優選地,蒸餾至少在結晶之前實行。
任選地,本發明的方法中的蒸餾是這樣的步驟,其中沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質在已經進行結晶之後通過在真空條件下蒸餾去除,由此獲得包括ε-己內醯胺和雜質的相。
因此,根據本發明的特別有利的實施例,在結晶之後,純化還包括在真空條件下蒸餾去除沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質的步驟。
任選地,沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質在結晶之前和之後通過在真空條件下蒸餾去除,由此獲得包括ε-己內醯胺和雜質的相。
因此,根據本發明的特別有利的實施例,在結晶之前和之後,步驟中的純化還包括在真空條件下蒸餾去除沸點低於或高於ε-己內醯胺的雜質的步驟。
結晶區段包括一個或多個串聯和/或並聯操作的結晶器。一般來說,結晶區段還包括若干個容器,以用於儲存(中間)產物料流和/或新鮮的和用過的洗滌液。ε-己內醯胺的結晶可以通過如上所述的溶液結晶或熔融結晶進行。
在溶液結晶的情況下,通過其中蒸發溶劑的蒸發結晶或通過其中通過直接冷卻、間接冷卻或真空冷卻獲得冷卻的冷卻結晶或通過這些方法的組合回收ε-己內醯胺。在結晶器中的結晶步驟之後,通過例如在沉降器中的沉降、在過濾器中的過濾和/或在離心機中的離心來分離所形成的晶體和母液。任選地,結晶器配備有攪拌器和/或一個或多個擋板。
任選地,將所得晶體用例如清潔溶劑洗滌。任選地,將結晶-分離序列重複若干次。產物以晶體形式獲得。
輔助溶劑是水或非水性溶劑。非水性溶劑的實例包含烷烴(如正己烷、正庚烷、異辛烷、環己烷)、醇(如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇)、芳香族烴(如苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯)、氨、氯化烴(如四氯化碳、氯仿或乙基氯)、酮(如丙酮或甲乙酮)和酯(如乙酸乙酯),以及這些溶劑的混合物。一般來說,在結晶過程中回收並再次使用輔助溶劑。
溶液結晶通常在大氣壓下進行,但也可以在減壓或加壓條件下進行。
ε-己內醯胺的熔融結晶可以通過其中在熱交換器壁上形成含有ε-己內醯胺的晶體層的層熔融結晶或者通過其中含有ε-己內醯胺的晶體在懸浮液中生長的懸浮熔融結晶來實現。
優選地,溶劑存在於熔融結晶器中的混合物中,但是熔融結晶也可以在沒有溶劑的情況下進行。ε-己內醯胺的許多溶劑是合適的。合適溶劑的實例是水、烷烴(如正己烷、正庚烷、異辛烷、環己烷)、醇(如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇)、芳香族烴(如苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯)、氨、氯化烴(如四氯化碳、氯仿或乙基氯)、酮(如丙酮或甲乙酮)和酯(如乙酸乙酯)。優選地使用水和芳香族烴作為溶劑,因為這些溶劑產生大的晶體。作為溶劑,最優選的是水。溶劑將充當結晶器中熔體的冰點降低劑。
層熔融結晶:
首先,將熔體裝入結晶器中,然後在冷卻的熱交換器表面上生長晶體層,接下來從結晶器中排出含有生長晶體中排出的雜質的剩餘熔體,並且然後使晶體層熔融並回收純化產物。純化效率可以通過例如發汗(亦稱部分熔融),即將晶體層溫和加熱到接近其熔融溫度,從而排出截留的和黏附的不純母液來進一步提高。層熔融結晶方法是以分批模式操作的。基於層熔融結晶的方法的眾所周知的實例是BEFS Prokem的ProABD方法和Sulzer Chemtech方法。
層熔融結晶可以以靜態或動態模式進行。在靜態結晶模式下,晶體從停滯熔體生長到冷卻表面上。在靜態模式下,期望的化合物從封閉容器中的停滯熔體分批結晶在熱交換器壁上。這種類型的結晶的特徵在於晶體的低生長速率,所述低生長速率導致停留(或分批)時間較長。優選地,結晶時間的範圍為1小時至75小時,更優選地2小時至50小時,最優選地4小時至24小時。在結晶步驟後,排出剩餘的熔體。然後,任選地引入發汗相,以去除黏附到晶體上或截留在晶體中的雜質。最後,將晶體完全熔融並排出或機械去除。
一般來說,動態結晶是在管殼式熱交換器中進行的,由此熔體沿著冷卻表面向下循環,化合物在所述冷卻表面處結晶。一般來說,將熔體泵送通過管,並且在冷卻介質在管的外部流動的同時晶體在管的內部生長。晶體層的厚度隨著時間的推移而增加。在一定時間段後,使熔體的循環停止,並且將剩餘的熔體排出。像停滯層結晶一樣,動態層結晶也以分批模式進行。與停滯模式相比,動態模式下的晶體生長速率更高,並且因此結晶時間更短。優選地,結晶時間的範圍為0.05小時至12小時,更優選地0.1小時至6小時,最優選地0.3小時至3小時。然後,任選地引入發汗相,以去除黏附到晶體上或截留在晶體中的雜質。最後,將晶體完全熔融並排出或機械去除。
懸浮熔融結晶:
ε-己內醯胺的懸浮熔融結晶可以以分批方式或以連續模式進行。在懸浮熔融結晶的情況下,將熔體冷卻到其飽和溫度以下,並且ε-己內醯胺晶體開始生長(任選地,在添加核之後)。晶體的生長速率由熔體的過飽和溫度控制。懸浮熔融結晶可以在任何允許冷卻熔體的交換器型或容器型結晶器中進行。優選地,懸浮熔融結晶在刮面式結晶器中進行。任選地,在結晶之後,通過過濾分離所得的晶體和母液的混合物。任選地,在結晶後,將所得的ε-己內醯胺晶體和母液的混合物裝入所謂的洗滌塔中。在洗滌塔中,將母液從ε-己內醯胺晶體中排出,然後任選地用純化的ε-己內醯胺洗滌ε-己內醯胺晶體。
本發明的方法可以以連續、半連續或分批方式操作。因此,本發明的工廠也可以被配置成允許這些操作模式中的一種或多種操作模式。在優選實施例中,所述工廠被配置成以連續或半連續的方式操作本發明的方法。然而,不連續的方法也是可能的。例如,本發明的工廠不需要在一個位置包含本文所述的所有區段。具體地,預處理區段[A]可以位於第一位置處,而分離區段[B]、解聚區段[C]、回收區段[D]和純化區段[E]位於第二位置處。類似地,作為預處理區段[A]的一部分的機械尺寸減小區段[λ]也可以位於第一位置處,而作為預處理區段[A]的一部分的清潔區段[ω]可以位於第二位置處,而分離區段[B]、解聚區段[C]、回收區段[D]和純化區段[E]位於第三位置處。任選地,將清潔區段[ω]分成兩個或更多個段,所述兩個或更多個段任選地全部位於不同的位置處。例如,作為預處理區段[A]的一部分的清潔區段[ω]的第一段可以位於第一位置處,作為預處理區段[A]的一部分的機械尺寸減小區段[λ]可以位於第二位置處,而作為預處理區段[A]的一部分的清潔區段[ω]的第二段可以位於第三位置處,而分離區段[B]、解聚區段[C]、回收區段[D]和純化區段[E]位於第四位置處。任選地,將作為預處理區段[A]的一部分的清潔區段[ω]分成兩個或更多個段,所述兩個或更多個段任選地全部位於不同的位置處。任選地,作為預處理區段[A]的一部分的清潔區段[ω]位於與分離區段[B]相同的位置處。任選地,分離區段[B]、解聚區段[C]和回收區段[D]位於與預處理區段[A]和純化區段[E]不同的位置處。任選地,解聚區段[C]和回收區段[D]位於與預處理區段[A]和分離區段[B]不同的位置處。
產品
本發明提供了根據本發明的方法通過包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的分離獲得的尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維(具體地聚醚聚胺基甲酸酯)作為新產品,所述新產品滿足各種應用的規格,並且同時所述方法由於其降低的產品碳足跡和使用廢物作為起始材料而特別環保。通過本發明的方法獲得的尼龍6的有利特徵尤其在於產品碳足跡小於1 kg CO
2/kg尼龍6。根據本發明獲得的尼龍6也可以稱為“純化的尼龍6”。本文中使用的“純化的”是指尼龍6是根據本發明的方法由包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的產品產生的,這使得其以純化的形式獲得。從這個意義上講,尼龍6是從包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的產品中獲得並純化的。該純化的尼龍6中的尼龍6含量基於乾重為純化的尼龍6的至少85重量%,更優選地至少90重量%,甚至更優選地至少95重量%,並且最優選地基於乾重為至少99重量%。
通過本發明的方法生產的尼龍6也是特別經濟和環境友好的。這是顯而易見的,因為與傳統生產的尼龍6 (例如通過環己酮肟貝克曼重排為ε-己內醯胺並且然後聚合)相比,通過本發明的方法生產的尼龍6的碳足跡低得多。
通過本發明的方法生產的聚醚聚胺基甲酸酯也是特別經濟和環境友好的。同樣,這是顯而易見的,因為與傳統生產的聚醚聚胺基甲酸酯相比(例如通過聚醚多元醇和二異氰酸酯單體的反應),通過本發明的方法生產的聚醚聚胺基甲酸酯的碳足跡低得多。
產品的環境影響通常表示為‘產品碳足跡’。產品的碳足跡被定義為該產品形成所造成的總排放量,所述總排放量以噸二氧化碳當量/噸產品(相當於kg二氧化碳當量/kg產品)表示。產品的碳足跡尤其取決於原料、輔助材料、能源消耗、能源、生產方法和方法效率。產品碳足跡的量化可以如在例如歐洲標準EN ISO 14040:2006 (“環境管理-生命周期評估-原則和框架(Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework)”)中描述的那樣進行。
產品碳足跡計算可以在內部或由外部(優選地)認證的組織進行。這些組織基於例如LCA標準ISO 14040對產品碳足跡計算進行驗證和認證。
塑膠製造商協會PlasticsEurope發布了尼龍6的環境產品聲明(EPD),所述環境產品聲明基於來自PlasticsEurope的名為“聚醯胺6 (PA6),PlasticsEurope,2014年2月,歐洲塑膠製造商的生態概況和環境產品聲明(Polyamide 6 (PA6), PlasticsEurope, February 2014, Eco-profiles and Environmental Product Declarations of the European Plastics Manufacturers)”的生態概況計劃的生命周期清單(LCI)數據(可從https://plasticseurope.org/sustainability/circularity/life- cycle-thinking/eco-profiles-set/獲得,於2022年3月28日評估)。尼龍6的該EPD是根據PlasticsEurope的生態概況和環境聲明——LCI方法和未配混聚合物樹脂和反應性聚合物前體的PCR (PCR 2.0版,2011年4月)製備的。所述EPD描述了從搖籃到大門(從原油提取到工廠處的顆粒或樹脂)的尼龍6聚合物的生產。主要數據來源是從歐洲尼龍6生產商收集的數據。PlasticsEurope報道稱,通過環己酮肟貝克曼重排為ε-己內醯胺並且然後使ε-己內醯胺聚合為尼龍6而獲得的“原生”尼龍6對全球變暖的潛在影響為6.7噸CO
2當量/噸尼龍6 (其等於6.7 kg CO
2當量/kg尼龍6)。
根據本發明的方法獲得的尼龍6的產品碳足跡遠低於通過從頭合成產生的尼龍6或“原生”尼龍6的產品碳足跡。在本發明的方法中獲得的尼龍6的產品碳足跡為小於2 kg,更優選地小於1.5 kg CO
2,並且最優選地等於或小於1.0 kg CO
2當量/kg尼龍6。
N.M. van der Velden, M.K. Patel和J.G. Vogtländer (以下中的表7:“關於由棉、聚酯、尼龍、丙烯醯基或彈性纖維製得的紡織品的LCA基準研究(LCA benchmarking study on textiles made of cotton, polyester, nylon, acryl, or elastane)”, 《國際生命周期評估雜誌(Int J Life Cycle Assess)》 (2014) 19:331–356; DOI: 10.1007/s11367-013-0626-9)報道稱,原生彈性纖維生產對全球變暖的潛在影響相當於4.836 kg CO
2當量/kg彈性纖維。
本發明的方法允許生產滿足高要求應用的規格的高純度且因此高品質的ε-己內醯胺,並且同時所述方法由於其降低的產品碳足跡和使用廢物作為起始材料而特別經濟友好。在優選實施例中,通過本發明的方法獲得的ε-己內醯胺滿足以下規格中的一個或多個規格,其中參數和測量方法如下文實例部分中所定義:
PAN: 最大值5
E290: 最大值0.05
VB: 最大值0.5 mmol/kg
鹼度: 最大值0.1 mmol/kg
酸度: 最大值0.1 mmol/kg。
可以由通過本發明的方法生產的純化尼龍6的解聚獲得的ε-己內醯胺也是特別經濟和環境友好的。這是顯而易見的,因為與傳統生產的ε-己內醯胺(例如通過環己酮肟的貝克曼重排)相比,通過本發明的方法生產的ε-己內醯胺的碳足跡低得多。
J. Hong和X. Xu (“己內醯胺生產的環境影響評價——在中國的案例研究(Environmental impact assessment of caprolactam production – a case study in China)”);《清潔生產雜誌(J. of Cleaner production)》 27 (2012) 103-108; DOI: 10.1016/j.jclepro.2011.12.037)報道稱,在涉及基於煤的電和蒸汽生成的情況下,通過環己酮肟的貝克曼重排獲得的“原生”ε-己內醯胺對全球變暖的潛在影響為7.5噸CO
2當量/噸ε-己內醯胺(其相當於7.5 kg CO
2當量/kg ε-己內醯胺)。在涉及基於天然氣的電和蒸汽生成的情況下,ε-己內醯胺生產方法的原生ε-己內醯胺對全球變暖的潛在影響將下降至6.4噸CO
2當量/噸ε-己內醯胺(其相當於6.4 kg CO
2當量/kg ε-己內醯胺)。
根據本發明的方法獲得的ε-己內醯胺的產品碳足跡遠低於通過從頭合成產生的ε-己內醯胺或“原生”ε-己內醯胺的產品碳足跡。在本發明的方法中獲得的ε-己內醯胺的產品碳足跡為小於5 kg,更優選地小於4 kg CO
2,並且最優選地等於或小於3.0 kg CO
2當量/kg ε-己內醯胺。
根據本發明的方法獲得的斯潘德克斯彈力纖維的產品碳足跡遠低於從頭合成的或“原生”斯潘德克斯彈力纖維的產品碳足跡。根據本發明的方法獲得的斯潘德克斯彈力纖維的產品碳足跡為小於3.0 kg,優選地小於2.0 kg CO
2,並且最優選地小於1.0 kg CO
2當量/kg斯潘德克斯彈力纖維。
根據本發明的方法獲得的聚醚聚胺基甲酸酯的產品碳足跡遠低於從頭合成的或“原生”聚醚聚胺基甲酸酯的產品碳足跡。根據本發明的方法獲得的聚醚聚胺基甲酸酯的產品碳足跡為小於3.0 kg,優選地小於2.0 kg CO
2,並且最優選地小於1.0 kg CO
2當量/kg聚醚聚胺基甲酸酯。
附圖說明
在下文中,參照附圖描述本發明,所述附圖描繪了本發明的某些實施例。然而,本發明如申請專利範圍書中所定義,並且如本文中大體描述。其不應限於以下附圖中出於說明目的所示的實施例。
圖1展示了分離區段[B]的實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以最終獲得包括未溶解的尼龍6的料流和沉澱的斯潘德克斯彈力纖維。所述實施例由溶解區段[α]和沉澱區段[γ]組成。
圖2展示了分離區段[B]的兩個實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以獲得富含尼龍6的料流和回收的斯潘德克斯彈力纖維。所述實施例由溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]組成。
圖2A描繪了分離區段[B]的實施例,其中將有機溶劑裝入溶解區段[α],將第二溶劑裝入沉澱區段[γ],並且將第三溶劑裝入洗滌區段[β]。
圖2B描繪了分離區段[B]的實施例,其中將DMAc裝入溶解區段[α],將水裝入洗滌區段[β],並且將從洗滌區段[β]排出的包括DMAc和水的混合物裝入沉澱區段[γ]。
圖3展示了預處理區段[A]的兩個實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料在清潔區段[ω]中通過去除外來材料和用洗滌溶劑洗滌來進行清潔並且在機械尺寸減小區段[λ]中破碎,以獲得清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片。
圖3A描繪了預處理區段[A]的實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料首先在清潔區段[ω]中通過去除外來材料和用洗滌溶劑洗滌來進行清潔並且然後在機械尺寸減小區段[λ]中破碎,以獲得清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片。
圖3B描繪了預處理區段[A]的實施例,其中將包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的材料首先在機械尺寸減小區段[λ]中破碎,並且然後在清潔區段[ω]中通過去除外來材料和用溶劑洗滌來進行清潔,以獲得清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片。
圖4是本發明的方法的實施例的示意圖,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以獲得富含尼龍6的料流和回收的斯潘德克斯彈力纖維。因此,將富含尼龍6的料流通過解聚、回收和純化進一步加工成純化的ε-己內醯胺。所述實施例由以下組成:預處理區段[A]、分離區段[B]、解聚區段[C]、回收區段[D]和純化區段[E]。
附圖詳細說明
圖1展示了分離區段[B] (由虛線包圍的區域)的實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以獲得包括未溶解的尼龍6的料流[3]和沉澱的斯潘德克斯彈力纖維[6]。所述實施例由溶解區段[α]和沉澱區段[γ]組成。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[1]和有機溶劑[2]裝入溶解區段[α]。將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[1]在裝入溶解區段[α]之前任選地清潔和/或破碎(圖1中未示出)。有機溶劑[2]任選地是新鮮的有機溶劑,或從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物[7] (已經從所述混合物中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維)中回收的有機溶劑,或新鮮的有機溶劑與從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物[7] (已經從所述混合物中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維)中回收的有機溶劑的混合物(圖1中未示出)。在溶解區段[α]中,使存在於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[1]中的斯潘德克斯彈力纖維溶解在有機溶劑[2]中,以在分離後(例如,通過過濾或離心)獲得包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[4]和包括未溶解的尼龍6的料流[3]。將這兩種獲得的料流[3]、[4]從溶解區段[α]排出。任選地,將包括未溶解的尼龍6的料流[3]在從分離區段[B]排出之前乾燥(圖1中未示出)。任選地,將包括未溶解的尼龍6的料流[3]在從分離區段[B]排出之前緻密化(圖1中未示出)。任選地,將包括未溶解的尼龍6的料流[3]在從分離區段[B]排出後裝入尼龍6機械再循環區段,在所述機械再循環區段中使包括未溶解的尼龍6的料流[3]熔融並且然後再次固化(圖1中未示出)。任選地,將包括未溶解的尼龍6的料流[3]在從分離區段[B]排出後裝入尼龍6化學再循環區段,在所述化學再循環區段中使包括未溶解的尼龍6的料流[3]或源自其的尼龍6解聚以獲得ε-己內醯胺,隨後使所述ε-己內醯胺聚合成尼龍6 (圖1中未示出)。
將第二溶劑[5]和包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[4]裝入沉澱區段[γ]。在沉澱區段[γ]中,將第二溶劑[5]和包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[4]混合,使得斯潘德克斯彈力纖維從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物中沉澱出來。從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物中回收沉澱的斯潘德克斯彈力纖維(例如,通過過濾或離心)。將回收的沉澱的斯潘德克斯彈力纖維作為回收的斯潘德克斯彈力纖維[6]從沉澱區段[γ]排出。任選地,將回收的斯潘德克斯彈力纖維[6]在回收步驟之後並且在從分離區段[B]排出之前乾燥(圖1中未示出)。從沉澱區段[γ]排出已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物[7]。任選地,從已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物[7]中回收有機溶劑(圖1中未示出)。
圖2A描繪了分離區段[B] (由虛線包圍的區域)的實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以獲得富含尼龍6的料流[110]和回收的斯潘德克斯彈力纖維[107]。所述實施例由溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]組成。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[101]和有機溶劑[103]和/或[102]裝入溶解區段[α]。將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[101]在裝入溶解區段[α]之前任選地清潔和/或破碎(圖2A中未示出)。在溶解區段[α]中,使存在於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中的斯潘德克斯彈力纖維溶解在有機溶劑中,以在分離後(例如,通過過濾或離心)獲得包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[104]和包括未溶解的尼龍6的料流[105]。將這兩種所獲得的料流分別從溶解區段[α]排出到沉澱區段[γ]和洗滌區段[β]中。有機溶劑是所分離的有機溶劑[102] (參見下文),所述所分離的有機溶劑中任選地添加有新鮮的有機溶劑[103]。
將第二溶劑[106]和包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[104]裝入沉澱區段[γ]。在沉澱區段[γ]中,將第二溶劑[106]和包括有機溶劑和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[104]混合,使得斯潘德克斯彈力纖維從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物中沉澱出來。從包括有機溶劑和第二溶劑的混合物中回收沉澱的斯潘德克斯彈力纖維(例如,通過過濾或離心)。將回收的沉澱的斯潘德克斯彈力纖維作為回收的斯潘德克斯彈力纖維[107]從沉澱區段[γ]排出。任選地,將回收的斯潘德克斯彈力纖維[107]在回收步驟之後並且在從分離區段[B]排出之前乾燥(圖2A中未示出)。從沉澱區段[γ]排出已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物[108]並將所述混合物裝入溶劑蒸餾區段[δ]。
將包括未溶解的尼龍6的料流[105]和第三溶劑[109]裝入洗滌區段[β]。在洗滌區段[β]中,用第三溶劑[109]洗滌包括未溶解的尼龍6的料流[105],以在分離(例如,通過過濾或離心)後獲得富含尼龍6的料流[110]和包括有機溶劑和第三溶劑的混合物[111]。將包括有機溶劑和第三溶劑的混合物[111]從洗滌區段[β]排出,並裝入溶劑蒸餾區段[δ]。從洗滌區段[β]排出富含尼龍6的料流[110]。任選地,將富含尼龍6的料流[110]在洗滌步驟之後並且在從分離區段[B]排出之前乾燥(圖2A中未示出)。任選地,將富含尼龍6的料流[110]在從分離區段[B]排出之前緻密化(圖2A中未示出)。任選地,將富含尼龍6的料流[110]在從分離區段[B]排出後裝入尼龍6機械再循環區段,在所述機械再循環區段中使富含尼龍6的料流[110]熔融並且然後再次固化(圖2A中未示出)。任選地,將富含尼龍6的料流[110]在從分離區段[B]排出後裝入尼龍6化學再循環區段,在所述化學再循環區段中使富含尼龍6的料流[110]解聚以獲得ε-己內醯胺,隨後使所述ε-己內醯胺聚合成尼龍6 (圖2A中未示出)。
在溶劑蒸餾區段[δ]中,將已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括有機溶劑和第二溶劑的混合物[108]以及包括有機溶劑和第三溶劑的混合物[111]蒸餾,以獲得分離的有機溶劑[102]、第二溶劑和第三溶劑[112]以及殘餘物[113]。將所分離的有機溶劑[102]、第二溶劑和第三溶劑[112]以及殘餘物[113]從溶劑蒸餾區段[δ]排出。任選地,第二溶劑和第三溶劑都是水,在這種情況下分離的有機溶劑[102]是乾燥的有機溶劑。
圖2B描繪了分離區段[B] (由虛線包圍的區域)的實施例,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以獲得富含尼龍6的料流[210]和回收的斯潘德克斯彈力纖維[207]。所述實施例由溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ]組成。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[201]和DMAc (N,N-二甲基乙醯胺)裝入溶解區段[α]。將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[201]在裝入溶解區段[α]之前任選地清潔和/或破碎(圖2B中未示出)。在溶解區段[α]中,使存在於包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料中的斯潘德克斯彈力纖維溶解在DMAc中,以在分離後(例如,通過過濾或離心)獲得包括DMAc和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[204]和包括未溶解的尼龍6的料流[205]。將這兩種所獲得的料流從溶解區段[α]排出。DMAc是所分離的DMAc [202] (參見下文),所述所分離的DMAc中任選地添加有新鮮的DMAc [203]。
將包括DMAc和水的混合物[211] (參見下文)和包括DMAc和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[204]裝入沉澱區段[γ]。在沉澱區段[γ]中,將包括DMAc和水的混合物[211]和包括DMAc和溶解的斯潘德克斯彈力纖維的富含斯潘德克斯彈力纖維的料流[204]混合,使得斯潘德克斯彈力纖維從包括DMAc和水的混合物中沉澱出來。從包括DMAc和水的混合物中回收沉澱的斯潘德克斯彈力纖維(例如,通過過濾或離心)。將回收的沉澱的斯潘德克斯彈力纖維作為回收的斯潘德克斯彈力纖維[207]從沉澱區段[γ]排出。任選地,將回收的斯潘德克斯彈力纖維[207]在回收步驟之後並且在從分離區段[B]排出之前乾燥(圖2B中未示出)。從沉澱區段[γ]排出已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括DMAc和水的混合物[208]並將所述混合物裝入溶劑蒸餾區段[δ]。
將包括未溶解的尼龍6的料流[205]和水[209]裝入洗滌區段[β]。在洗滌區段[β]中,用水[209]洗滌包括未溶解的尼龍6的料流[205],以在分離(例如,通過過濾或離心)後獲得富含尼龍6的料流[210]和包括DMAc和水的混合物[211]。將包括DMAc和水的混合物[211]從洗滌區段[β]排出,並裝入沉澱區段[γ]。從洗滌區段[β]排出富含尼龍6的料流[210]。任選地,將富含尼龍6的料流[210]在洗滌步驟之後並且在從分離區段[B]排出之前乾燥(圖2B中未示出)。任選地,將富含尼龍6的料流[210]在從分離區段[B]排出之前緻密化(圖2B中未示出)。任選地,將富含尼龍6的料流[210]在從分離區段[B]排出後裝入尼龍6機械再循環區段,在所述機械再循環區段中使富含尼龍6的料流[210]熔融並且然後再次固化(圖2B中未示出)。任選地,將富含尼龍6的料流[210]在從分離區段[B]排出後裝入尼龍6化學再循環區段,在所述化學再循環區段中使富含尼龍6的料流[210]解聚以獲得ε-己內醯胺,隨後使所述ε-己內醯胺聚合成尼龍6 (圖2B中未示出)。
在溶劑蒸餾區段[δ]中,將已經從中回收了沉澱的斯潘德克斯彈力纖維的包括DMAc和水的混合物[208]蒸餾,以獲得分離的DMAc [202]、水[212]和殘餘物[213]。將所分離的DMAc [202]、水[212]和殘餘物[213]從溶劑蒸餾區段[δ]排出。任選地,將在溶劑蒸餾區段[δ]中獲得的水[212]部分或完全裝入洗滌區段[β],以部分或完全替代水[209]的裝入(圖2B中未示出)。任選地,將在溶劑蒸餾區段[δ]中獲得的水[212]部分或完全裝入沉澱區段[γ],以部分或完全替代包括DMAc和水的混合物[211]的裝入,在這種情況下,將包括DMAc和水的混合物[211]的剩餘部分直接裝入溶劑蒸餾區段[δ] (圖2B中未示出)。
圖3A描繪了預處理區段[A] (由虛線包圍的區域)的實施例,其中首先將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料清潔並且然後破碎。所述實施例由清潔區段[ω]和機械尺寸減小區段[λ]組成。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[31]和洗滌溶劑[32]裝入清潔區段[ω]。在清潔區段[ω]中,通過去除外來材料和用洗滌溶劑[32]洗滌來清潔包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[31],從而獲得外來材料和污染的洗滌溶劑以及清潔的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料。將外來材料和污染的洗滌溶劑[33]以及清潔的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[34]從清潔區段[ω]排出。將清潔的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[34]裝入機械尺寸減小區段[λ],在所述機械尺寸減小區段中將所述材料破碎以獲得清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[35]。從機械尺寸減小區段[λ]排出清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[35]。任選地,在分離區段[B]中分離成富含尼龍6的料流和回收的斯潘德克斯彈力纖維之前,將清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[35]緻密化(圖3A中未示出)。
圖3B描繪了預處理區段[A] (由虛線包圍的區域)的實施例,其中首先將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料破碎並且然後清潔。所述實施例由清潔區段[ω]和機械尺寸減小區段[λ]組成。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[41]裝入機械尺寸減小區段[λ],在所述機械尺寸減小區段中將所述材料破碎以獲得破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[42]。從機械尺寸減小區段[λ]排出破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[42]。將破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[42]和洗滌溶劑[43]裝入清潔區段[ω]。在清潔區段[ω]中,通過去除外來材料和用洗滌溶劑[43]洗滌來清潔破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[42],從而獲得外來材料和污染的洗滌溶劑以及清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片。將外來材料和污染的洗滌溶劑[44]以及清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[45]從清潔區段[ω]排出。任選地,在分離區段[B]中分離成富含尼龍6的料流和回收的斯潘德克斯彈力纖維之前,將清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[45]緻密化(圖3B中未示出)。
圖4是本發明的方法的示意圖,其中將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料分離以獲得富含尼龍6的料流和回收的斯潘德克斯彈力纖維。因此,將富含尼龍6的料流通過解聚、回收和純化進一步加工成純化的ε-己內醯胺。所述實施例由以下組成:預處理區段[A]、分離區段[B]、解聚區段[C]、回收區段[D]和純化區段[E]。
將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[301]和洗滌溶劑[302]裝入預處理區段[A]。預處理區段[A]包括清潔區段[ω]和機械尺寸減小區段[λ] (圖4中未示出)。在預處理區段[A]中,將包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料[301]破碎並通過去除外來材料和用洗滌溶劑[302]洗滌來進行清潔,從而獲得外來材料和污染的洗滌溶劑[303]以及清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[304]。將外來材料和污染的洗滌溶劑[303]以及清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[304]從預處理區段[A]排出。任選地,在分離區段[B]中分離成富含尼龍6的料流和回收的斯潘德克斯彈力纖維之前,將清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[304]緻密化(圖4中未示出)。
在分離區段[B]中,將清潔和破碎的包括尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的材料的碎片[304]分離,以獲得從分離區段[B]排出的富含尼龍6的料流[311]和回收的斯潘德克斯彈力纖維[308]。將富含尼龍6的料流[311]裝入解聚區段[C]。分離區段[B]包括以下區段:溶解區段[α]、洗滌區段[β]、沉澱區段[γ]和溶劑蒸餾區段[δ] (圖4中未示出)。
任選地,將富含尼龍6的料流[311]和/或回收的斯潘德克斯彈力纖維[308]在從分離區段[B]排出之前乾燥。任選地,將富含尼龍6的料流[311]在解聚區段[C]中解聚為ε-己內醯胺之前緻密化。將有機溶劑[305]裝入分離區段[B]中以溶解斯潘德克斯彈力纖維。將第二溶劑[306]裝入分離區段[B]以使溶解的斯潘德克斯彈力纖維沉澱。將第三溶劑[307]裝入分離區段[B]以洗滌未溶解的尼龍6。在蒸餾分離之後,將第二溶劑和第三溶劑[309]以及殘餘物[310]從分離區段[B]排出。
使任選地乾燥和/或緻密化的富含尼龍6的料流[311]在解聚區段[C]中解聚為ε-己內醯胺。將包括ε-己內醯胺的料流[315]從解聚區段[C]排出,並裝入回收區段[D]。另外,排出殘餘材料[314]。任選地,將過熱蒸汽[312]和催化劑[313]裝入解聚區段[C]。
在回收區段[D]中,從自解聚區段[C]排出的包括ε-己內醯胺的料流[315]中回收粗ε-己內醯胺[317]。將粗ε-己內醯胺[317]從回收區段[D]排出並裝入純化區段[E]。另外,在將水(圖4中未示出)或過熱蒸汽[312]裝入解聚區段[C]或將水裝入回收區段[D] (圖4中未示出)的情況下,從回收區段[D]排出水相[316]。
在純化區段[E]中,將從回收區段[D]排出的粗ε-己內醯胺[317]純化以產生高純度ε-己內醯胺[319]。水和雜質[318]也從純化區段[E]排出。純化區段[E]可以含有一種或多種純化技術,例如過濾、吸附、萃取、洗滌、反萃取、溶劑交換蒸餾、氧化、氫化、蒸餾和結晶(圖4中未示出)。
實例
以下實例用於更詳細地解釋本發明,特別是關於本發明的某些形式。然而,所述實例並不旨在限制本公開。
可以用於所有主要的尼龍6聚合應用而無需用更純品質的ε-己內醯胺稀釋的ε-己內醯胺滿足以下所有規格:
PAN: 最大值5
E290: 最大值0.05
VB: 最大值0.5 mmol/kg
鹼度: 最大值0.1 mmol/kg
酸度: 最大值0.1 mmol/kg
參數和測量方法定義如下:
PAN:ISO DIS 8660-塑膠-己內醯胺的高錳酸鹽指數的測定-光譜法,第一版ISO 8660的修訂版;1988,
E290:ISO 7059-工業用己內醯胺-在290 nm波長下吸光度的測定,
揮發性鹼(VB) ISO 8661-工業用己內醯胺-揮發性鹼含量的測定-蒸餾後滴定法。
ε-己內醯胺產品的鹼度:通過在25℃的溫度下使用Tashiro指示劑以0.1 wt./v
乙醇%亞甲基藍: 0.1 wt./v
乙醇%甲基紅的1:2比率滴定來測定鹼度,其終點為灰色。首先將含有水和指示劑的燒瓶滴定至灰色,然後添加X克含有Y wt.% ε-己內醯胺(如通過折射率測定)的ε-己內醯胺水溶液,並使用0.01 N H
2SO
4溶液(在溶液為鹼性的情況下)或0.01 N NaOH溶液(在溶液為酸性的情況下)將溶液滴定回灰色。
然後鹼度由以下給出:
鹼度(mmol/kg ε-己內醯胺) = v *t * 1000 / (X * Y)
其中:
v = 添加的H
2SO
4溶液的體積(ml)
t = H
2SO
4溶液的當量濃度(= 0.01 N)
X = 樣品重量(g)
Y = ε-己內醯胺的濃度(wt.%)
然後酸度由以下給出:
酸度(mmol/kg ε-己內醯胺) = v *t * 1000 / (X * Y)
其中:
v = 添加的NaOH溶液的體積(ml)
t = NaOH溶液的摩爾濃度(= 0.01 N)
X = 樣品重量(g)
Y = ε-己內醯胺的濃度(wt.%)
實例1
尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的預處理和分離。
使用過的含有聚醚聚胺基甲酸酯(斯潘德克斯彈力纖維)的尼龍6廢棄織物的聚醚聚胺基甲酸酯含量為20.2 +/- 0.4 wt.% (如通過差示掃描量熱法(DSC) ISO11357-3_-130℃至300℃_10℃/分鐘_dt 1.00秒測定)。使用過的含有聚醚聚胺基甲酸酯(斯潘德克斯彈力纖維)的尼龍6廢棄織物的顏色為紫色。
將含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物切成小碎片,每個小碎片在5至20 cm
2的範圍內。在攪拌下,將150.4克這種切割材料在70℃的溫度下溶解在800克DMAc中持續1小時。在70℃的溫度下,通過加熱的雙壁布氏漏斗對所得溶液進行真空過濾,從而獲得濾液1。將剩餘的未溶解的材料進一步處理三次,其中每次400克DMAc,在70℃的溫度下攪拌1小時,從而獲得濾液2至4。
在65℃的溫度下,用325克水洗滌布氏漏斗上的未溶解的材料,從而獲得濾液5,並且然後乾燥未溶解的材料並隨後稱重。將五種濾液合併,從而獲得沉澱物和澄清溶液。將沉澱物濾出並用200克水洗滌,並且隨後乾燥並隨後稱重。乾燥的沉澱物和乾燥的未溶解的材料的總重量幾乎等於起始材料的重量。通過差示掃描量熱法(DSC)的分析揭示,乾沉澱物的聚醚聚胺基甲酸酯含量為大約100 wt.% (未檢測到聚醯胺6)。基於DSC分析,乾燥的未溶解的材料的尼龍6含量為大約100 wt.% (未檢測到聚醚聚胺基甲酸酯)。
回收的聚醚聚胺基甲酸酯沉澱物可以這樣或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合在紡織品的生產中再次使用。
該實例表明,通過選擇性萃取、溶解的聚醚聚胺基甲酸酯的沉澱和未溶解的尼龍6的洗滌,可以將聚醚聚胺基甲酸酯和尼龍6從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物中分離出來。乾燥後,回收的沉澱物由幾乎純的聚醚聚胺基甲酸酯組成,並且乾燥的未溶解的材料的尼龍6含量幾乎為100 wt.%。
實例2
尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的預處理和分離。
使用過的含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的聚醚聚胺基甲酸酯含量為8.15 +/- 0.05 wt.% (如通過差示掃描量熱法(DSC) ISO11357-3_-130℃至300℃_10℃/分鐘_dt 1.00秒測定)。使用過的含有聚醚聚胺基甲酸酯(斯潘德克斯彈力纖維)的尼龍6廢棄織物的顏色為鮭魚粉色。
遵循實例1的程序,不同之處在於現在將254.1克含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物溶解在937克DMAc中並且在過濾後使用475克DMAc和350克水洗滌布氏漏斗上剩餘的未溶解的材料外。將沉澱物濾出並用200克水洗滌,並且隨後乾燥。將布氏漏斗上的未溶解的材料用1000克水洗滌,然後也乾燥,並且然後稱重。乾燥的沉澱物的重量分數為乾燥的沉澱物和乾燥的未溶解的材料的總重量的8 wt.%,所述總重量幾乎等於起始材料的重量。
通過差示掃描量熱法(DSC)的分析揭示,乾沉澱物的聚醚聚胺基甲酸酯含量為大約100 wt.% (未檢測到尼龍6)。乾燥的未溶解的材料的尼龍6含量和聚醚聚胺基甲酸酯含量分別為大約99 wt.%和小於1 wt.% (DSC分析)。
回收的聚醚聚胺基甲酸酯沉澱物可以這樣或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合在紡織品的生產中再次使用。
該實例表明,通過選擇性萃取、溶解的聚醚聚胺基甲酸酯的沉澱和未溶解的尼龍6的洗滌,可以將聚醚聚胺基甲酸酯和尼龍6從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物中分離出來。乾燥後,回收的沉澱物由幾乎純的聚醚聚胺基甲酸酯組成,並且乾燥的未溶解的材料的尼龍6含量幾乎為100 wt.%,遠高於起始材料含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的含量。所獲得的聚醚聚胺基甲酸酯是高品質的,並且可以如此或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合用於要求苛刻的後續應用,包括紡絲。
實例3
尼龍6的解聚和ε-己內醯胺的回收。
在將實例1中獲得的乾燥的未溶解的材料裝入解聚反應器之前,首先將所述材料緻密化。使乾燥的未溶解的材料在237℃下在氮氣下熔融,並迫使所述材料穿過穿孔金屬板。將獲得的股線冷卻至室溫並切割成粒料。所得粒料的直徑和長度分別為3 mm和1 cm。
將33.6克這些含有尼龍6的粒料和9.5克20 wt.%的磷酸裝入Premex高壓釜中。首先,在氮氣下加熱反應器內容物,隨後在120分鐘的反應期間以每分鐘2.7克的速率連續注入過熱蒸汽。反應器中的溫度和壓力分別保持在260℃和0.11 MPa。在反應期間,蒸氣料流從反應器中連續排出,並冷卻至大約20℃,從而獲得包括ε-己內醯胺和水的冷凝物。
由25.7克ε-己內醯胺構成(大部分剩餘物為水)的冷凝物在於真空(9.5 kPa;水浴溫度為大約65℃)下操作的旋蒸器(旋轉蒸發器)中通過蒸發濃縮至57.3 wt.%的ε-己內醯胺濃度。(該混合物為粗ε-己內醯胺,是待純化的混合物。)
粗ε-己內醯胺的規格為:
PAN: 353
E290: 2.91
該實例表明,粗ε-己內醯胺可以以良好的產率並且在沒有操作問題的情況下通過尼龍6的解聚來獲得,所述尼龍6是通過從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物中萃取分離而獲得的。
實例4
尼龍6的解聚和ε-己內醯胺的回收。
遵循實例3的程序,不同之處在於現在將48克由在實例2中獲得的乾燥的未溶解的材料製成的粒料和14克20 wt.%的磷酸裝入Premex高壓釜中。
由41克ε-己內醯胺構成(大部分剩餘物為水)的冷凝物在於真空(9.5 kPa;水浴溫度為大約65℃)下操作的旋蒸器(旋轉蒸發器)中通過蒸發濃縮至63.1 wt.%的ε-己內醯胺濃度。(該混合物為粗ε-己內醯胺,是待純化的混合物。)
粗ε-己內醯胺的規格為:
PAN: 274
E290: 2.70
該實例表明,粗ε-己內醯胺可以以良好的產率並且在沒有操作問題的情況下通過尼龍6的解聚來獲得,所述尼龍6是通過從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物中萃取分離而獲得的。
比較實驗1
尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的解聚。
遵循實例3的程序,不同之處在於現在將37.6克聚醚聚胺基甲酸酯纖維(與實例1中使用的廢棄織物中包含的材料相同)和14克20 wt.%的磷酸裝入Premex高壓釜中。
在開始注入過熱蒸汽後10分鐘,必須停止實驗,因為用於排出包括ε-己內醯胺和水的蒸氣料流的管線被不溶性材料堵塞。
該比較實驗表明,在解聚之前不去除聚醚聚胺基甲酸酯的情況下,對含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物進行解聚會產生操作問題。
比較實驗2
含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的解聚和ε-己內醯胺的回收。
遵循實例3的程序,不同之處在於現在將48克由聚醚聚胺基甲酸酯含量為20.2 +/- 0.4 wt.%的含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物製成的粒料(與實例1中使用的原料相同)和14克20 wt.%磷酸裝入Premex高壓釜中。
由26克ε-己內醯胺構成(大部分剩餘物為水)的冷凝物在於真空(9.5 kPa;水浴溫度為大約65℃)下操作的旋蒸器中通過蒸發濃縮至47.0 wt.%的ε-己內醯胺濃度。(該混合物為粗ε-己內醯胺,是待純化的混合物。)
粗ε-己內醯胺的規格為:
PAN: 352
E290: 3.60
觀察結果:
● 濃縮前獲得的冷凝物確實含有未知沉澱物
● 在該解聚實驗後,發現Premex高壓釜的內壁有污垢
該比較實驗再次表明,在解聚之前不去除聚醚聚胺基甲酸酯的情況下,對含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物進行解聚會產生操作問題。另一個觀察結果是該比較實驗中的ε-己內醯胺產率遠低於實例3 (以預處理的含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物作為進料)中的產率,其中ε-己內醯胺產率定義為冷凝物中ε-己內醯胺的重量與裝入Premex高壓釜的進料中尼龍6的重量的比率。
比較實驗3
通過蒸餾進行的純化。
然後將75 mmol氫氧化鈉水溶液/kg ε-己內醯胺添加到在比較實驗2中獲得的粗ε-己內醯胺中。然後通過分步驟降低壓力來蒸餾該混合物。ε-己內醯胺在300 Pa下蒸餾。
蒸餾的ε-己內醯胺的規格為:
PAN: 31
E290: 3.08
VB: 2.45 mmol/kg
鹼度: 3.13 mmol/kg。
該比較實驗表明,通過含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的解聚(無需在分離區段中預處理,其中包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的材料分離成富含尼龍6的料流和富含聚醚聚胺基甲酸酯的料流),並且隨後通過蒸餾濃縮和純化獲得的ε-己內醯胺的品質是非常差的,因為它不滿足主要聚合應用所需的規格中的任何規格。
比較實驗4
含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的解聚和ε-己內醯胺的回收、通過高錳酸鹽處理和蒸餾進行的純化。
在該比較實驗中使用聚醚聚胺基甲酸酯含量為8.15 +/- 0.05 wt.% (與實例2中使用的原料相同)的含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物。
遵循實例1的尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的預處理和分離程序。回收的聚醚聚胺基甲酸酯沉澱物可以這樣或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合在紡織品的生產中再次使用。遵循實例3的解聚和回收程序。
將所得粗ε-己內醯胺用相對於ε-己內醯胺的0.2 wt.% KMnO₄在50℃下處理2小時。然後通過過濾將形成的固體從氧化的反應產物中去除。
氧化的反應產物中的ε-己內醯胺在添加75 mmol氫氧化鈉水溶液/kg ε-己內醯胺後進一步如比較實例3中所述的那樣通過蒸餾純化。
蒸餾的ε-己內醯胺的規格為:
PAN: 3
E290: 0.12
VB: 1.45 mmol/kg
鹼度: 1.96 mmol/kg
從該比較實驗中可以得出結論,通過高錳酸鹽處理並隨後進行蒸餾來純化粗ε-己內醯胺不足以滿足如以上定量的主要聚合應用所需的所有規格。
實例5
含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的解聚和ε-己內醯胺的回收、通過萃取、反萃取、蒸餾和結晶進行的純化。
在該實例中使用聚醚聚胺基甲酸酯含量為8.15 +/- 0.05 wt.% (與實例2中使用的原料相同)的含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物。
遵循實例1的尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的預處理和分離程序。回收的聚醚聚胺基甲酸酯沉澱物可以這樣或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合在紡織品的生產中再次使用。遵循實例3的解聚和回收程序。
將獲得的76克粗ε-己內醯胺在25℃下用100克溶劑混合物4-甲基-2-戊醇(50 wt.%)/環己烷(50 wt.%)萃取一次並且用50克所述溶劑混合物萃取九次。將包括溶劑混合物的十個所得ε-己內醯胺相合併,並且隨後在於真空(9.5 kPa;水浴溫度為大約65℃)下操作的旋蒸器中通過蒸發濃縮至約40 wt.%的ε-己內醯胺濃度,然後添加新鮮環己烷。所得混合物的ε-己內醯胺濃度為約25 wt.%,並且溶劑混合物4-甲基-2-戊醇/環己烷的重量比為50 wt.%: 50 wt.%。隨後,濃縮的包括ε-己內醯胺的溶劑混合物用50克水在25℃下萃取八次。將八個所得ε-己內醯胺水相合併。將合併的水相在於真空(9.5 kPa;水浴溫度為大約65℃)下操作的旋蒸器(旋轉蒸發器)中通過蒸發濃縮至47.1 wt.%的ε-己內醯胺濃度。所獲得的濃縮ε-己內醯胺水溶液的規格為:
PAN: 108
E290: 1.58
將75 mmol氫氧化鈉水溶液/kg ε-己內醯胺添加到所獲得的濃縮ε-己內醯胺水溶液中。
隨後,通過在分批操作的蒸餾裝置中在減壓下蒸餾,將水和沸點低於ε-己內醯胺的雜質作為頂部產物去除。最後,在300 Pa下,蒸餾的ε-己內醯胺作為頂部產物被回收,而與ε-己內醯胺相比沸點更高的雜質作為底部產物保留在蒸餾裝置中。
然後將蒸餾的水添加到蒸餾的ε-己內醯胺中,以獲得ε-己內醯胺濃度為91.4 wt.%的混合物。在52℃的溫度下的結晶裝置中引入該含水ε-己內醯胺。將含水ε-己內醯胺冷卻至40℃,並向混合物中添加0.016克晶種。然後,將混合物繼續冷卻至30℃,並保持30分鐘。將結晶的ε-己內醯胺通過過濾回收並用85 wt.% ε-己內醯胺水溶液洗滌。所獲得的純化ε-己內醯胺的規格為:
PAN: 2
E290: 0.02
VB: < 0.01 mmol/kg
鹼度: 0.03 mmol/kg
從該實例中可以得出結論,滿足主要聚合應用所需的所有規格的純化ε-己內醯胺可以從來源於含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的尼龍6的解聚獲得並通過萃取、反萃取、蒸餾和結晶進行純化。
所有上述實例都表明,本發明能夠從有色原料,特別是如所呈現的源自廢棄織物的有色原料生產良好的產品。
實例6
尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的預處理和分離、尼龍6的解聚和ε-己內醯胺的回收、通過萃取、反萃取、蒸餾和結晶進行的純化。
遵循實例1的尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的預處理和分離程序。回收的聚醚聚胺基甲酸酯沉澱物可以這樣或與原生聚醚聚胺基甲酸酯組合在紡織品的生產中再次使用。遵循實例3的解聚和回收程序。
將獲得的36克粗ε-己內醯胺在25℃下用68克苯萃取一次並且用50克苯萃取四次。將所得有機萃取物合併,並在於真空(9.5 kPa;水浴溫度為大約65℃)下操作的旋蒸器中通過蒸發濃縮至約25 wt.%的ε-己內醯胺濃度。將該混合物在大約25℃的溫度下用25克水分批萃取2次。反萃取後ε-己內醯胺水溶液的規格為:
PAN: 132
E290: 1.55
然後將75 mmol氫氧化鈉水溶液/kg ε-己內醯胺添加到濃縮的ε-己內醯胺溶液中。隨後,通過在分批操作的蒸餾裝置中在減壓下蒸餾,將水和沸點低於ε-己內醯胺的雜質作為頂部產物去除。最後,在300 Pa下,蒸餾的ε-己內醯胺作為頂部產物被回收,而與ε-己內醯胺相比沸點更高的雜質作為底部產物保留在蒸餾裝置中。
然後將蒸餾的水添加到蒸餾的ε-己內醯胺中,以獲得ε-己內醯胺濃度為91.4 wt.%的混合物。在52℃的溫度下的結晶裝置中引入該含水ε-己內醯胺。將含水ε-己內醯胺冷卻至40℃,並向混合物中添加一些晶種。然後,將混合物繼續冷卻至30℃,並保持30分鐘。將結晶的ε-己內醯胺通過過濾回收並用85 wt.% ε-己內醯胺水溶液洗滌。所獲得的純化ε-己內醯胺的規格滿足主要聚合應用所需的規格中的所有規格。
該實例表明,通過選擇性萃取、溶解的聚醚聚胺基甲酸酯的沉澱和未溶解的尼龍6的洗滌,可以將聚醚聚胺基甲酸酯和尼龍6從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物中分離出來。進一步地,從該實例中可以得出結論,滿足主要聚合應用所需的所有規格的純化ε-己內醯胺可以通過來源於棄置的含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的尼龍6的解聚獲得並通過萃取、反萃取、蒸餾和結晶進行純化。
實例7
尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的碳足跡的計算。
模擬了根據本發明的用於由含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物生產尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的連續方法。這些含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物的聚醚聚胺基甲酸酯含量為20 wt.%,其餘主要為尼龍6。
所述方法包含:
- 將含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物切割成小碎片;
- 用DMAc選擇性萃取聚醚聚胺基甲酸酯;
- 通過離心分離未溶解的尼龍6和富含聚醚聚胺基甲酸酯的料流;
- 用水洗滌未溶解的尼龍6;
- 通過離心分離洗滌的未溶解的尼龍6和水性萃取物;
- 通過添加以上獲得的水性萃取物從富含聚醚聚胺基甲酸酯的料流中使聚醚聚胺基甲酸酯沉澱;
- 通過過濾從DMAc-水混合物中分離沉澱的聚醚聚胺基甲酸酯;
- 從以上獲得的DMAc-水混合物中回收DMAc和水;
- 乾燥過濾的聚醚聚胺基甲酸酯;
- 乾燥洗滌的未溶解的尼龍6;
- 將洗滌的未溶解的尼龍6熔融和製粒。
尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的碳足跡是基於原材料的消耗數據計算的,並且上述方法的效用是基於來源於ecoinvent 3.7.1版本的數據。預處理區段和分離區段中尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯產品之間的環境影響分布是基於這些產品的重量比。
結果揭示,從含有聚醚聚胺基甲酸酯的尼龍6廢棄織物中獲得的尼龍6的產品碳足跡分別為小於1.0噸CO
2當量/噸尼龍6和小於1.0噸CO
2當量/噸聚醚聚胺基甲酸酯(位置:歐洲)。
雖然已經參考本發明的具體實施例描述了本發明,但是對於本領域的普通技術人員來說顯而易見的是,在不脫離本發明的精神和範圍的情況下,可以在其中進行各種改變和修改,包含(半)連續操作和向商業規模升級。
1,31,34,41,101,201,301:材料
2,32,102,103,305:有機溶劑
3,4,104,105,110,204,205,210,311,315:料流
5,106,306:第二溶劑
6,107,207,308:斯潘德克斯彈力纖維
7,108,111,208,211:混合物
32,33,43,44,302,303:洗滌溶劑
35,42,45,304:碎片
109,307:第三溶劑
112,309:第二溶劑和第三溶劑
113,213,310:殘餘物
202,203:DMAc
209,212:水
312:過熱蒸汽
313:催化劑
314:殘餘材料
316:水相
317:粗ε-己內醯胺
318:水和雜質
319:高純度ε-己內醯胺
A:預處理區段
B:分離區段
C:解聚區段
D:回收區段
E:純化區段
α:溶解區段
β:洗滌區段
γ:沉澱區段
δ:蒸餾區段
λ:減小區段
ω:清潔區段
圖1展示了分離區段[B]的實施例。
圖2A及圖2B展示了分離區段[B]的兩個實施例。
圖3A及圖3B展示了預處理區段[A]的兩個實施例。
圖4是本發明的方法的實施例的示意圖。
1:材料
2:有機溶劑
3,4:料流
5:第二溶劑
6:斯潘德克斯彈力纖維
7:混合物
B:分離區段
α:溶解區段
γ:沉澱區段
Claims (11)
- 一種用於在工廠中從包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物中回收尼龍6和斯潘德克斯彈力纖維的方法,其中所述工廠包括 分離區段[B], 所述分離區段包括 溶解區段[α],以及 沉澱區段[γ], 並且其中所述方法包括以下步驟: b.1) 將二甲基乙醯胺和所述包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物裝入所述溶解區段[α]; b.2) 在所述溶解區段[α]中優選地在範圍為0℃至100℃的溫度下,更優選地在範圍為10℃至90℃的溫度下,甚至更優選地在範圍為10℃至80℃的溫度下並且最優選地在範圍為20℃至75℃的溫度下使所述聚醚聚胺基甲酸酯從所述包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物中選擇性地溶解在所述二甲基乙醯胺中,使得獲得包括二甲基乙醯胺和溶解的聚醚聚胺基甲酸酯的富含聚醚聚胺基甲酸酯的料流和包括未溶解的尼龍6的料流; b.3) 從所述溶解區段[α]排出所獲得的富含聚醚聚胺基甲酸酯的料流; b.4) 將第二溶劑和所述富含聚醚聚胺基甲酸酯的料流裝入所述沉澱區段[γ],使得聚醚聚胺基甲酸酯從包括二甲基乙醯胺和所述第二溶劑的混合物中沉澱; b.5) 從所述包括二甲基乙醯胺和第二溶劑的混合物中回收所述沉澱的聚醚聚胺基甲酸酯,並且從所述沉澱區段[γ]排出所述沉澱的聚醚聚胺基甲酸酯,其中所排出的料流的聚醚聚胺基甲酸酯含量基於乾重為至少85重量%,更優選地基於乾重為至少90重量%; b.6) 從所述沉澱區段[γ]排出已經在步驟b.5)中從中回收了沉澱的聚醚聚胺基甲酸酯的所述包括二甲基乙醯胺和第二溶劑的混合物;以及 b.7) 從溶解區段[α]排出在步驟b.2)中獲得的所述包括未溶解的尼龍6的料流。
- 如請求項1所述的方法,其中所述工廠中的所述分離區段[B]進一步包括: 洗滌區段[β],以及 溶劑蒸餾區段[δ], 並且其中所述方法包括以下另外的步驟: c.1) 將第三溶劑和在步驟b.2)中獲得的所述包括未溶解的尼龍6的料流裝入所述洗滌區段[β]; c.2) 在所述洗滌區段[β]中用所述第三溶劑洗滌所述包括未溶解的尼龍6的料流,使得獲得富含尼龍6的料流以及包括二甲基乙醯胺和第三溶劑的混合物,其中所述富含尼龍6的料流的尼龍6含量基於乾重為至少85重量%,更優選地至少90重量%,甚至更優選地至少95重量%並且最優選地基於乾重為至少99重量%; c.3) 從所述洗滌區段[β]排出所述富含尼龍6的料流; c.4) 從所述洗滌區段[β]排出在步驟c.2)中獲得的所述包括二甲基乙醯胺和第三溶劑的混合物; d.1) 將已經在步驟b.5)中從中回收了沉澱的聚醚聚胺基甲酸酯並且在步驟b.6)中從所述沉澱區段[γ]排出的所述包括二甲基乙醯胺和第二溶劑的混合物裝入所述溶劑蒸餾區段[δ]; d.2) 將在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從所述洗滌區段[β]排出的所述包括二甲基乙醯胺和第三溶劑的混合物部分或全部裝入所述溶劑蒸餾區段[δ]; d.3) 在所述溶劑蒸餾區段[δ]中通過蒸餾使二甲基乙醯胺與所述第二溶劑和所述第三溶劑分離;以及 d.4) 從所述溶劑蒸餾區段[δ]排出所述第二溶劑、所述第三溶劑和所分離的二甲基乙醯胺。
- 如請求項2所述的方法,其中將在步驟d.4)中從所述溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的二甲基乙醯胺在步驟b.1)中裝入所述溶解區段[α]。
- 如請求項1至3中任一項所述的方法,其中將從所述分離區段[B]排出的所述富含尼龍6的料流在經受機械或化學再循環之前乾燥和/或緻密化。
- 如請求項1至4中任一項所述的方法,其中在步驟b.5)中從所述沉澱區段[γ]排出的所回收的聚醚聚胺基甲酸酯在紡織品的生產中再次使用。
- 如請求項1至5中任一項所述的方法,其中所述工廠進一步包括 預處理區段[A], 所述預處理區段包括 清潔區段[ω],和/或 機械尺寸減小區段[λ], 並且其中所述方法在步驟b.1)之前包括以下步驟: a.1) 將所述包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物裝入所述預處理區段[A];以及 a.2) 在所述清潔區段[ω]中清潔所述包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物;和/或 a.3) 在所述機械尺寸減小區段[λ]中使所述包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物經受機械尺寸減小;以及 a.4) 從預處理區段[A]排出經預處理的包括尼龍6和聚醚聚胺基甲酸酯的織物。
- 如請求項1至6中任一項所述的方法,其中任選地,所述第二溶劑和所述第三溶劑是相同的溶劑,優選地是水溶液或水。
- 如請求項1至7中任一項所述的方法,其中步驟b.4)中的所述第二溶劑部分地或完全地是在步驟c.2)中獲得並且在步驟c.4)中從所述洗滌區段[β]排出的所述包括二甲基乙醯胺和第三溶劑的混合物。
- 如請求項1至8中任一項所述的方法,其中從所述溶劑蒸餾區段[δ]排出的所述第二溶劑和所述第三溶劑任選地在彼此分離之後在所述沉澱區段[γ]和/或所述洗滌區段[β]中再次使用。
- 如請求項3至10中任一項所述的方法,其中在將在步驟d.4)中從所述溶劑蒸餾區段[δ]排出的所分離的二甲基乙醯胺在步驟b.1)中裝入所述溶解區段[α]之前,去除雜質,特別是二甲基乙醯胺排氣的降解產物。
- 如請求項2至10中任一項所述的方法,其中所述工廠進一步包括 解聚區段[C], 回收區段[D],以及 純化區段[E], 並且其中所述方法包括以下另外的步驟: e.1) 將在步驟c.3)中從所述洗滌區段[β]排出的所述富含尼龍6的料流裝入所述解聚區段[C]; e.2) 在所述解聚區段[C]中使所述富含尼龍6的料流中的所述尼龍6解聚,使得獲得包括ε-己內醯胺的料流,其中所述解聚在範圍為180℃至400℃,優選地200℃至350℃,更優選地220℃至340℃,並且最優選地240℃至325℃的溫度下並且在優選地以溫度範圍為220℃至575℃,具體地275℃至500℃的過熱蒸汽的形式裝入的水的存在下進行,使得所述包括ε-己內醯胺的料流是包括重量比為1:1至1:50,具體地1:2至1:15、1:2至1:10或1:3至1:8的ε-己內醯胺和水的蒸氣料流; e.3) 從所述解聚區段[C]排出所獲得的包括ε-己內醯胺的料流; e.4) 在所述回收區段[D]中從所述包括ε-己內醯胺的料流中回收粗ε-己內醯胺; e.5) 在所述純化區段[E]中純化在所述回收區段[D]中獲得的所述粗ε-己內醯胺以獲得純化的ε-己內醯胺,其中所述純化包括選自由以下組成的組的一個或多個步驟:過濾、吸附、萃取、洗滌、反萃取、溶劑交換蒸餾、氧化、氫化、蒸餾和結晶; e.6) 從所述純化區段[E]排出所述純化的ε-己內醯胺。
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