[发明专利]在塔中化学反应和分离混合物的方法

说明书

本发明涉及一种在塔中化学反应和分离混合物的改进方法。

已知在用于化学反应和分离混合物的方法中反应和蒸馏在特定情况下可有利地叠加。这种操作模式称为反应蒸馏。这在Ullmann’s Processes andProcess Engineering，第1卷(2004)，第259及随后备页中有描述。优点为在平衡限制的反应的情况下提高转化率和/或提高选择性。另外，可结合两种装置(反应器和蒸馏塔)。总体上节省了能量成本和资本成本。反应蒸馏可用于当使反应产物通过蒸馏分离并且将起始原料推回反应区中时。为此，沸腾行为必须适当，即产物必须为绝对低沸点物或高沸点物，并且起始原料以及形成的次级组分必须为中沸点物。

本方法的缺点为沸腾次序非常适合于仅能在少数系统中使用的方法中。例如如果塔顶产物形成共沸物或难以从起始原料之一中分离，那么起始原料与产物一起从塔顶取出。为了得到纯产物，必须在随后的步骤中使其从起始原料中分离出来并再循环到塔的反应区中，这耗资。

以纯的形式得到产物相对新的方法是用离子液体萃取蒸馏。离子液体时常作为夹带剂的用途可以实现共沸物或沸点相近的混合物的极有效分离。这导致与常规夹带剂相比需要较少离子液体并且/或者塔可用较少理论塔板装配以实现同样的分离性能。由于所需夹带剂总量较少可节约能量成本并且由于高分离因子后处理较好。

WO 02/074718公开了一种液体分离的方法，其中通过萃取精馏的分离通过加入离子液体作为夹带剂而改进。

反应蒸馏或反应与萃取蒸馏的结合的各种起动点可在文献中找到。

在Jimenez and Costa-Lopez(Industrial & Engineering ChemistryResearch(2002)，41(26)，6735-6744)中，邻二甲苯用作夹带剂以在反应塔中在乙酸甲酯与正丁醇的酯交换形成乙酸丁酯和甲醇中打破乙酸甲酯/甲醇共沸物。根据他们自己的信息，此方法不经济。

WO 83/03825描述了通过甲醇与乙酸的酯化制备乙酸甲酯。在此方法中起始原料乙酸同时用作夹带剂。乙酸可用作起始原料和夹带剂是系统的特定重合。

在产物和起始原料或次级组分之间的分离因子仅相对小或存在共沸物的反应或混合物分离的情况下，已知的反应和分离叠加的方法的效果是不足信的。因此，取决于特定目的，仅能得到相对低的纯度、形成非所需的副产物并且在某些情况下必须使用例如以塔中所需理论塔板的数量为证的复杂的分离装置。

我们因此发现一种用于在塔中化学反应和分离混合物的方法，其中在塔中将萃取蒸馏至少部分叠加在反应蒸馏上并且将离子液体作为夹带剂引入塔中。反应蒸馏和萃取蒸馏同时在离子液体作为夹带剂存在下在塔中进行不仅已发现在工艺工程方面可控并且还发现与已知方法相比为有利的可选择的方法。

对本发明而言，离子液体由Wasserscheid and Keim in AngewandteChemie 2000，112，3926-3945中定义。离子液体代表一种新型溶剂。如在提到的出版物中指出的，离子液体为在相对低的温度下熔融并具有非分子、离子特性的盐。它们甚至在小于200℃，优选小于150℃，特别优选小于100℃的相对低的温度下为液体并具有相对低的粘度。它们对于大量有机、无机和聚合物具有非常好的溶解能力。

离子液体的熔点通常低于0℃，某些情况下低至-96℃，这对于萃取精馏的工业实现是重要的。

此外，离子液体通常为不可燃和无腐蚀性的且粘度低并且无可测的蒸气压。

对于本发明而言，离子液体为具有至少一个正电荷和至少一个负电荷但总体为电中性的化合物。

离子液体也可具有多个正电荷或负电荷，例如1-5，优选1-4，特别优选1-3，非常特别优选1-2个正或负电荷，但尤其是具有一个正电荷和一个负电荷。

电荷可存在于分子内的不同固定或非固定区域中，即以似甜菜碱形式，或可存在于单独的阴离子和阳离子上。优选由至少一个阳离子和至少一个阴离子组成的离子液体。阳离子和阴离子可如上所述为单电荷的或多电荷的，但优选单电荷的。

当然，各种离子液体的混合物或常规夹带剂如N-甲基吡咯烷酮、N-甲酰基吗啉、乙二醇、丙二醇、二甲基甲酰胺、乙二醇、苯、环己烷、水等与离子液体的混合物也是可能的。

用于本发明目的的离子液体为如下通式的盐：

                    [A]_n⁺[Y]^n-

其中n＝1、2、3或4，