Способ получения 4, 4-диметилдиоксана-1, 3

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 4,4-ДИМЕТИЛДИОКСАНА-1,3 конденсацией изобутилена с водным раствором формальдегида в присутствии моно- или поликарбоновой кислоты в качестве кислотного катализатора с последующим разделением реакционной массы на водный и масляный слои, упаркой водного слоя, добавлением к остатку исходного водного раствора формальдегида и рециркуляцией водного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, 5 - 20% полученного 4,4-диметилдиоксана - 1,3 возвращают в зону синтеза.

Предлагается усовершенствованный способ получения 4,4-диметилдиоксана-1,3 (ДМД), который является промежуточным продуктом в синтезе изопрена.
Известен способ получения 4,4-диметилдиоксана-1,3 конденсацией изобутилена с водным раствором формальдегида в присутствии в качестве кислотного катализатора моно- или поликарбоновых кислот, разделением продуктов конденсации на масляный слой, содержащий в основном ДМД, и водный слой, с упаркой водного слоя и добавлением к остатку исходного водного раствора формальдегида и рециркуляцией водного слоя.
Моно- или поликарбоновые кислоты используют в количестве 0,01-15 мас.% в формальдегидной шихте, поступающей на конденсацию с изобутиленом. Селективность превращения формальдегида в ДМД составляет 82-86%.
Использование моно- или поликарбоновых кислот в качестве катализатора конденсации формальдегида с изобутиленом позволяет упаривать рециркулирующий водный слой, содержащий кислоту и высококипящие побочные продукты (ВПП), и таким образом осуществлять вывод воды, вводимой с исходным водным раствором формальдегида.
При упарке водного слоя осмоление ВПП, которое происходит при использовании минеральных кислот, например серной, не наблюдается, поскольку органические кислоты в отличие от минеральных не обладают осмоляющим действием, что позволяет предотвратить забивку аппаратуры смолами, повысить надежность процесса.
В ходе проведения реакции в условиях рециркуляции водного слоя с катализатором все продукты реакции ( и в т. ч. ВПП) выводятся только с масляным слоем и их концентрация в водном слое стабилизируется на уровне, соответствующем коэффициенту распределения между масляным и водным слоями.
Однако равновесная концентрация ВПП в водном слое составляет более 40%. Установлено, что накопление ВПП в водном слое, по крайней мере, более 20% приводит к заметному снижению селективности и скорости процесса, а через 10-15 дней непрерывной работы промышленной установки процесс рецикла катализатора практически прекращается из-за накопления в циркулирующем водном слое ВПП, что делает невозможным дальнейшую ее эксплуатацию.
Целью изобретения является повышение эффективности процесса за счет снижения содержания ВПП в водном рециркулирующем слое.
Указанная цель достигается конденсацией изобутилена с водным раствором формальдегида в присутствии в качестве кислотного катализатора моно- или поликарбоновой кислоты, разделением продуктов конденсации на масляный и водной слои с последующей упаркой водного слоя, добавлением к остатку исходного водного раствора формальдегида, рециркуляцией водного слоя и возвращением 5-20% полученного 4,4-диметилдиоксана-1,3 в зону синтеза.
Отличие этого способа от известного состоит в том, что 5-20% полученного 4,4-диметилдиоксана-1,3 возвращают в зону синтеза.
Процесс производят предпочтительно при температуре 50-100^оС, давлении 10-20 атм. Концентрация моно- и поликарбоновых кислот составляют 1-20 мас.% в исходной формалиновой шихте.
При подаче 5-20% полученного в ходе процесса ДМД в зону конденсации изобутилена с формальдегидом концентрация ВПП в рециркулирующем водном слое составляет 18% , селективность синтеза ДМД составляет 87-89%, скорость реакции увеличивается на 15-20%.
В примере 1 приводится работа установки без подачи ДМД в зону синтеза ДМД, в примерах 2 и 3 приводится работа установки с подачей ДМД в зону синтеза ДМД.
П р и м е р 1. В реактор синтеза сверху вниз подают формалиновую шихту, содержащую 4 мас.% щавелевой кислоты и 37 мас.% формальдегида (12 тн/ч) и снизу вверх подают изобутан-изобутиленовую фракцию, содержащую 48 мас.% изобутилена (10 т/ч). В реакторе поддерживают температуру 85^оС, давление 17 атм.
Реакционную смесь расслаивают на масляный и водный слой. Из масляного слоя ректификацией последовательно выделяют обработанную изобутан-изобутиленовую фракцию, триметилкарбинол, ДМД, ВПП.
Водный слой упаривают на 70%, отгоняя непревращенный формальдегид, триметилкарбинол, ДМД, остаток после упарки смешивают с исходным водным раствором формальдегида концентрации 55% и направляют снова на конденсацию с изобутиленом.
В рециркулирующем водном слое концентрация ВПП за 3 суток работы составляет 42%.
ДМД, выделенный из масляного и водного слоев (7 т/ч), направляют на разложение в изопропен. Селективность превращения формальдегида в ДМД составляет 84%.
П р и м е р 2. В реактор синтеза ДМД сверху вниз подают формалиновую шихту, содержащую 4 мас.% щавелевой кислоты из 37 мас.% формальдегида (14 т/ч), и снизу вверх подают изобутан-изобутиленовую фракцию, содержащую 48 мас. % изобутилена (12 т/ч). Вместе с формалиновой шихтой в реактор подают ДМД, выделенный из продуктов конденсации. Количество ДМД составляет 5% от полученного в реакторе (0,45 т/ч). В реакторе поддерживают температуру 85^оС, давление 17 атм.
Реакционную смесь расслаивают на масляный и водный слои. Из масляного слоя ректификацией последовательно выделяют отработанную изобутан-изобутиленовую фракцию, триметилкарбинол, ДМД, ВПП.
Водный слой упаривают на 70%, отгоняя непревращенный формальдегид, триметилкарбинол, ДМД. Остаток после упарки смешивают с исходным водным раствором формальдегида концентрации 55% и направляют снова на конденсацию с изобутиленом. В рециркулирующем водном слое после 3 суток работы концентрация ВПП составляет 17%.
ДМД, выделенный из масляного и водного слоев (9 т/ч) направляют на разложение в изопрен. Селективность превращения формальдегида в ДМД составляет 87%.
П р и м е р 3. Процесс проводят аналогично примеру 2, однако в реактор синтеза ДМД подают 1,8 т/ч ДМД, выделенного из продуктов конденсации (20% от полученного в реакторе).
В рециркулирующем водном слое после суток работы концентрация ВПП составляет 12%.
Селективность превращения формальдегида в ДМД составляет 88%.
Таким образом, данный способ позволяет повысить эффективность процесса за счет регулирования и стабилизации состава циркулирующего водного слоя по содержанию ВПП.