雙酚a的完全純化的製作方法

2023-06-24 04:23:21

專利名稱：雙酚a的完全純化的製作方法
技術領域：
P，P』-雙酚A(BPA)是一種用於製備聚碳酸酯和環氧樹脂的工業上重要的化合物。由於對終產品的光學清晰度和顏色的嚴格要求，聚碳酸酯的應用特別要求高純度的BPA。因此，本領域技術人員不斷地努力以經濟有效的加工路線改善雙酚A的產品質量。本發明涉及一種新的通過加合物結晶而純化雙酚A的加工路線。
BPA是通過兩摩爾的苯酚與一摩爾的丙酮在酸性條件下縮合而形成的。所述反應可以在強均質酸如鹽酸、硫酸或甲苯磺酸存在下，或在多相酸催化劑如在磺化離子交換樹脂存在下發生。所述反應可以在存在或不存在硫醇類助催化劑如硫醇的情況下反生，所述助催化劑可以均勻地處在反應混合物中或固定在多相催化劑上。使用化學計量的過量的苯酚改善對高度期望的p，p′-BPA異構體的選擇性。因此粗反應流出物流不僅含有未消耗的苯酚、得自縮合反應的p，p′-BPA和水副產物，還含有不希望的BPA異構體和諸如o，p-BPA異構體、三苯酚、共二聚體、螺茚滿和有色雜質的雜質以及未反應的丙酮、均相催化劑和硫醇類助催化劑。生產BPA的技術人員認識到不管是什麼樣的丙酮和苯酚反應生產BPA的方法，都需要純化粗反應流出物流以獲得用於製備聚碳酸酯和其它工程熱塑塑料的BPA產物。
雙酚A純化的常規實施一般可以參考

圖1所述。
進入反應(1)的丙酮原料是補充丙酮(21)或補充丙酮與從蒸餾系統(2)下遊回收的未反應的再循環丙酮(23)的組合。進入反應的苯酚原料由來自蒸餾區(2)下遊的蒸餾的苯酚(22)或作為來自固體/液體分離器(4)的液體分離或洗滌產物產生的再循環苯酚(24)組成，且一般包含大量的雜質和BPA或這兩種物流的組合。在某些情況下，物流(22)可以與丙酮再循環物流23組合。將反應系統流出物(25)送至蒸餾系統(2)，該蒸餾系統回收未反應的丙酮(23)、苯酚(22)和廢物流，如縮合反應的廢水(40)。這些較輕的餾分從反應器流出物物流分離形成仍包含大量的苯酚的濃BPA物流(26)。
在廣泛實施的加合結晶技術中，例如在美國專利4,927,978、美國專利4,950,805和美國專利5,345,000中，充分地冷卻濃BPA和苯酚物流生產結晶加合物，該加合物包含一分子的苯酚和一分子的目標p，p′-BPA異構體。這種結晶是一種較有效的從所述物流所含的其它異構體和雜質中純化p，p′-BPA的方法。根據純化要求和經濟考慮，所述結晶可以以選擇數量的多級進行，其中每一級生產純度大大升高的加合物結晶體。每一級結晶可以由單一結晶器或多個串連的結晶器組成。每一級優選的結晶器的數量為1-3個。結晶的級數可以是大於或等於2的任何數。為了例證的目的，在圖1中顯示了三級結晶(3、5和7)。將來自第一結晶段(3)的流出物(27)送至固體-固體分離裝置(4)。這些裝置可以使用本領域技術人員已知的硬體如過濾器或離心機。所有這些系統的關鍵特徵是首先分離液體本體以生產固體結晶餅和母液(濾液/離心濾液)物流，然後洗滌該餅以除去雜質。一般用苯酚進行這種洗滌，而最終產物質量主要取決於洗滌劑的純度。在不向BPA-酚加合物結晶中引入新的雜質的程度上來說，苯酚是一種有用的洗滌劑。
固體-固體分離裝置(4、6和8)生產加合物物流(分別為35、36、37)和一種或多種含有廢清洗劑和/或濾液/離心濾液(如28、33、34、54、53)的某種混合物的液體物流。為了加合物溶解、結晶體回收和增加結晶體與原料流動，本領域技術人員一般再循環每一種母液的某些或全部，並將來自某一分離步驟的流出物物流洗滌，回至前述的結晶步驟(如33、34)。
可以將各個步驟生產的加合物再次置於苯酚溶液中並重結晶以提供額外的純化。將最終的加合物(37)送到BPA完工裝置(9)，其中液態苯酚以某種方式從BPA中蒸發出來以生產高純度的熔化的BPA產物(51)。如此生產的純苯酚(38)可以與進入設備(50)的補充酚組合以提供溶劑52，用於洗滌至少在最後的固體-液體分離(8)中生產的固體加合物結晶。
本領域技術人員已知通過多段結晶生產高純度產品的有效方法是將最純的清洗液送到最後一段，進而將來自每段的濾液/離心濾液或廢清洗液如洗滌液(53，54)送至緊鄰的上遊段。這種路線有效地將有關全部結晶洗滌系統的苯酚要求最小化，並在最需要的地方，即在最後步驟使用最純的苯酚。這種洗滌路線一般稱為逆流洗劑流動。
從第一段固體/液體分離(4)中回收的總液體(28)，母液與洗劑流出物的組合物，再循環到縮合反應器系統(1)中。可以任選將由全部或部分再循環液體(28)組成的物流(29)送到回收系統(10)，該系統重新整理再循環液體中所含的不期望的重質副產物至有用的BPA前驅體或BPA本身中。除去廢物流(32)，改善的物流(30)回到再循環液體中。某些再循環液體(31)可以繞過回收系統(10)。合併的物流(30)和(31)用作反應器原料物流(24)。
根據本發明，已發現可以通過將純的或基本上純的苯酚物流一同加到各級洗滌段中而生產極高質量的BPA產物。本文將這種類型的洗滌稱為交叉流動洗滌系統。雖然逆流洗劑流動一般將給定數量的洗劑供應的產物純度最大化，但在某些加工過程中，特別是結晶中(其中雜質結合在每一段的結晶產物中，因此不可能被洗滌出來)，我們發現只要能容易地獲得增大的洗劑供應，就可以通過使用本發明的交叉流動洗滌系統獲得增大的產物產率。但是對於現有技術的BPA處理，洗劑流量受新鮮和回收的苯酚(如圖1中的50、38)限制，因為來自設備的其它來源的附加的苯酚的使用將降低設備的產率。在常規的逆流流動路線中較高數量的洗劑增加返回到縮合反應器的再循環液體的流量，且整個加工中原料消耗惡化。而且，由於在反應器中較多地產生雜質和比雜質更多的稀母液物流而不是P，P』-BPA還共同導致在淨化(32)中損失的BPA的數量增加。由於這些原因，本領域技術人員根據已有的知識和常規BPA處理的經驗，不會導致其嘗試使用更大數量的洗劑與逆流流動結合。
但是，在本發明中公開了一種新的整合處理操作的方法以提供更純的產物而不受到預期的產率損失。參照圖2描述了本發明。圖2顯示利用與圖1所示的相同的整體單元操作，其中相同或可比的元件以相同的參考數字表示，但這些區段之間的整合基本上不同。以下的描述指出這種路線(圖2)和現有技術(圖1)之間的關鍵差別。
圖2是根據本發明的BPA處理的一個優選的實施方案例示性處理流程圖。
優選實施方案詳述如圖2所示，根據本發明，提供給分段的固體/液體分離系統(區段4、6和8)的洗劑(54、53、52)現在以交叉流動路線流動。這種設計改型的結果是，進入每一段的洗劑現在僅含有一種高純度的苯酚，並將高純度的組合物供給每一段。分別通過物流54、53和52將高純度的苯酚供給區段4、6和8。從新鮮的進入設備的補充苯酚(物流50)和來自完工系統9的高純度加合物(物流38)的組合提供某些這種高純度的苯酚(80)。為了獲得足量的這種高純度的苯酚以保持充足的多固體/液體分離裝置的洗滌速率，本發明的BPA處理引入一種新的高純度苯酚源，即物流81，它是從蒸餾區(2)回收的。或者，通過以下方法降低利用的成本在蒸餾區(2)中生產稍低純度的苯酚，並將此洗劑(81)僅供給上遊結晶段(圖2中的4和6)，同時將新鮮和稍高純度的回收的苯酚(82)僅提供給最後的下遊結晶段(圖2中的8)。
通過物料平衡，在這種路線中離開第一分離段(圖2中的4)的再循環液體(28)的淨數量必須比圖1所示的處理中的更大。這種將被BPA飽和的較高的苯酚流量在所有這些物流返回到反應器系統時造成進入縮合反應系統1的原料中的BPA含量更高，導致增加反應器中副產物製備，而副產物製備的增加通常預期導致產率損失。
但是在本發明中，建議避免這種高再循環苯酚流量。通過從蒸餾器進料物流(26)中除去苯酚而在蒸餾區(2)中產生額外的高純度洗滌苯酚(81)。在現有技術BPA處理中，這種改進將預期導致結晶器的問題，因為在進料物流(26)中的苯酚和BPA濃度對於蒸餾器性能來說是最佳的。相反，在本發明中，已發現通過用從清洗流出物中選擇性獲得的苯酚物流(70)和來自結晶段的母液流體直接稀釋物流26而完全或基本上避免這些問題。因此本發明的這個步驟是與現有技術BPA處理的另一個關鍵的差別。通過物料平衡，可以看出當稀釋流體(70)的流量基本上等於新的高純度苯酚供給(81)的流量時，從分離區返回縮合反應器的再循環液體(28)基本上沒有增加。
而且，本發明還包括以下步驟如果需要，通過選擇性地獲取起始於最後一級的分離段(4、6、8)的洗劑流出物和母液物流的部分或全部而產生稀釋物流(70)，以產生含有最少量雜質的物流。在本發明的一個優選的實施方案中，如果獲得含有最少量雜質的物流70，則可以提高最終產物的純度。因此，根據優選的順序，它的優選組成為來自洗劑流出物的物流，然後是來自最後分離步驟的母液的物流，隨後加入來自洗劑流出物的物流，接著加入來自每個前述分離步驟的母液的物流，直至達到目標物流體積。
本領域技術人員顯然可以看出可以在不背離本文所述的本發明的範圍的情況下對上述的用於經濟地純化雙酚A的設備和方法完成其它改變和改進，且意在應將所有包含在以上描述中的內容解釋為一種例示而不是限定的含義。
權利要求
1.在一種通過從多段處理的苯酚溶液中結晶苯酚加合物而純化雙酚A的方法中，改進包括步驟a.在多段純化的每一段中生產苯酚加合物結晶；和b.用基本上不含雙酚異構體和雜質的高純度洗滌苯酚物流洗滌在所述純化段的每一段中生產的苯酚加合物結晶。
2.根據權利要求1中的方法，所述方法還包括步驟將來自每一段的苯酚加合物結晶脫水，然後用所述高純度苯酚物流洗滌它們。
3.根據權利要求1的方法，其中進入第一上遊純化段的液體進料物流包含大約30-60wt％的p，p』-BPA。
4.根據權利要求1的方法，其中進入第一上遊純化段的液體進料物流包含大約30-55wt％的p，p』-BPA。
5.根據權利要求1的方法，所述方法還包括步驟再循環至少第一部分來自一個或多個所述純化段的廢洗劑或分離的母液，以用作一種將進入第一上遊純化段的混合結晶進料中的p，p』-BPA的濃度降低至小於40wt％的稀釋溶液。
6.根據權利要求1的方法，所述方法還包括步驟再循環至少第一部分來自一個或多個所述純化段的廢洗劑或分離的母液，以用作一種將進入第一上遊純化段的混合結晶進料中的p，p』-BPA的濃度降低至約25-40wt％的稀釋溶液。
7.根據權利要求5的方法，所述方法還包括步驟再循環至少第二部分的所述廢洗劑或分離的母液至第一純化段中的結晶器中。
8.根據權利7的方法，所述方法還包括步驟再循環剩餘的所述廢洗劑和分離的母液至生產p，p』-BPA的反應系統中。
9.根據權利要求8的方法，其中所述p，p』-BPA是通過丙酮與苯酚縮合或由重質反應副產物反應而生產的。
10.根據權利要求1的方法，其中所述高純度洗滌苯酚物流包括進入所述處理的補充苯酚。
11.根據權利要求1的方法，所述高純度洗滌苯酚物流包括在將最終固體/液體分離段中回收的BPA-苯酚加合物脫揮發分以生產苯酚和熔化的BPA產物物流的下遊步驟中生產的苯酚。
12.根據權利要求1的方法，其中所述高純度洗滌苯酚物流是通過揮發來自BPA處理中的苯酚而生產的。
13.根據權利要求12的方法，其中所述含苯酚的加工物流來自縮合反應器。
14.根據權利要求7的方法，其中優選將所述廢洗劑的主要部分再循環至第一結晶段。
15.根據權利要求1的方法，其中將來自下遊結晶段的廢洗劑再循環至第一結晶段。
16.在一種通過從多段處理的苯酚溶液中結晶苯酚加合物而純化雙酚A的方法中，改進包括步驟a.在多級純化段的每一段中生產苯酚加合物結晶；和b.用基本上不含雙酚異構體和雜質的高純度洗滌苯酚物流洗滌在所述純化段的每一段中生產的苯酚加合物結晶，其中用提供給此處理的新鮮的補充苯酚，或由用於獲得最終BPA加合產物的最終步驟生產的苯酚，或它們的混合物洗滌在至少最後的下遊純化段中，和任選在一個或多個其它的下遊純化段中生產的苯酚加合物結晶；且其中用在BPA處理中生產的含苯酚流出物所生產的苯酚洗滌在第一上遊純化段中，和任選在一個或多個其它上遊純化段中生產的苯酚加合物結晶。
17.根據權利要求16的方法，所述方法還包括步驟將來自每一段的苯酚加合物結晶脫水，然後用所述高純度苯酚物流洗滌它們。
18.根據權利要求16的方法，其中將至少一部分分離的母液或由多段結晶產生的廢洗劑立即在第一段加合物結晶段上遊再循環或再循環至第一段加合物結晶段。
19.根據權利要求18的方法，其中將剩餘的分離的母液和廢洗劑再循環至反應系統，以由丙酮和酚縮合或由重質副產物反應而生產P，P』-BPA。
20.根據權利要求16的方法，其中優選將由下遊結晶段產生的母液和廢洗劑再循環至第一結晶段。
21.根據權利要求20的方法，其中優選將廢洗劑再循環至母液。
22.一種通過從多段處理的苯酚溶液中結晶苯酚加合物而純化雙酚A的方法，其中從母液中分離加合物結晶，脫水，並用基本上不含雙酚異構體和雜質的苯酚物流洗滌。
23.根據權利要求22的方法，其中用於洗滌的苯酚物流包括加入此處理的補充苯酚。
24.根據權利要求22的方法，其中用於洗滌的苯酚包括為生產BPA而最終處理BPA-苯酚加合物中生產的苯酚。
25.根據權利要求22的方法，其中用於洗滌的苯酚物流包括在BPA處理中由含苯酚加工物流生產的苯酚。
26.一種通過從多段處理的苯酚溶液中結晶苯酚加合物而純化雙酚A的方法，其中從母液中分離每一純化段的加合物結晶，脫水，並用基本上不含雙酚異構體和雜質的苯酚物流洗滌，優選用進入此處理的補充苯酚或苯酚-BPA加合物最終處理中而生產的苯酚洗滌下遊段，並用BPA處理中的含酚加工物流生產的純度稍小的苯酚洗滌上遊段。
全文摘要
公開了通過以下方法經濟地生產高質量的雙酚A產物的方法和相關的設備利用一種新的交叉流動洗滌設計完成多段結晶處理，藉此將高產純度的洗滌苯酚物流供給每一個洗滌段，所述設計還任選結合改型的物流流動/循環設計，這種設計避免了在其它情況下處理增大體積的洗滌苯酚所預期的副產物增加和產率損失。
文檔編號C07C39/16GK1478065SQ01818787
公開日2004年2月25日 申請日期2001年11月14日 優先權日2000年11月16日
發明者S·D·埃維特, S D 埃維特, D·P·帕爾默, 帕爾默 申請人:斯通－韋伯斯特有限公司, 雷索魯遜性能產品公司