内酰胺脱水方法 本发明涉及一种从内酰胺的水溶液中分离水的方法。
更具体地说，本发明应用于在氨基腈与水反应形成的混合物(所述反应也被称为环化水解反应)。
在氨基腈进行环化水解以形成内酰胺的过程中，每形成一分子的内酰胺也会形成一分子的氨。因此，反应末期的反应混合物至少包含生产的内酰胺，过量的水和氨。
可能包含少量未反应的氨基腈，或者可能存在的某些反应副产物。
也可能包含任选地用于环化水解反应中的溶剂。
环化水解反应可在气相或液相中进行。本发明方法可被用于由这些制备方法中一种或其它方法形成的混合物。
为说明各种通过氨基腈进行环化水解反应来制备内酰胺的方法，例如可以参见下述文献：EP-A-0,659,741或WO-A-96/22974或WO-A-95/14664以及95/14665。
更具体地，用于制备内酰胺的氨基腈为具有4-12个碳原子的氨基腈，优选直链或支链脂族氨基腈。
作为这种氨基腈的实例，可提及通过将二腈的两个腈官能团中地一个腈官能团氢化成伯胺官能团而得到的那些，这些二腈有如己二腈、甲基戊二腈、乙基琥珀腈、二甲基琥珀腈、琥珀腈、戊二腈和十二烷二腈。
从工业角度出发，在将氨基腈环化水解成内酰胺形成的溶液中，那些相应于由6-氨基己二腈和水制备己内酰胺的溶液是最重要的，因为所述的己内酰胺在聚合后形成聚酰胺-6。
因此，更具体地说，本发明的方法涉及从己内酰胺水溶液中蒸馏出水的方法，但这种蒸馏过程也适用于其它内酰胺水溶液。
有必要预先通常通过蒸馏法分离反应中形成的氨。
一种可被采用的分离水的方法包括在减压(例如小于或等于20毫巴绝压)下蒸馏水，从而使塔底处的温度不超过145℃。
这种方法包括通过循环一种温度低于或等于15℃的流体(如水)冷凝蒸馏出的水。例如，这需要采用冷却装置，其应具有大约1.2兆瓦特的功率以处理大约8吨/小时其中溶质浓度大约60wt％的内酰胺水溶液。
本发明的主题是一种从内酰胺水溶液中分离水的方法(该方法也被称之为脱水方法)，从实施所需投资的角度以及能量消耗的角度来说，该方法均是更为经济的。
更具体地说，本发明包括一种从内酰胺水溶液中分离水的方法，其特征在于：
-将水在第一蒸馏塔中进行蒸馏，保持蒸馏塔底部的温度低于或等于160℃，优选低于或等于145℃，蒸馏过程的绝对压力为50毫巴-200毫巴，采用一种冷却流体体系，将馏出物在30-60℃下冷凝；
-然后，将存在于塔底部的内酰胺在第二个蒸馏塔中进行蒸馏，保持塔底温度低于或等于160℃，优选低于或等于145℃，蒸馏过程的压力为10毫巴-45毫巴，从而分离出仍被含于其中的水；
-在第二塔中蒸馏出的含有痕量内酰胺的水以温度大于或等于70℃的蒸汽形式回收。
在按照本发明方法操作时，无须在第一塔的顶部设置用于冷凝水的冷却装置。
在第二塔中蒸馏出来的含痕量内酰胺的水优选循环至第一蒸馏塔中。该循环过程可在水于第二塔的压力下，即10-45毫巴绝压下，相应于温度5-30℃下冷凝后进行。但是，与采用单塔的蒸馏过程所必须的冷却装置的功率相比，这种变化形式仅需要功率低约100-200倍的冷却装置。
按照本发明的另一个实施方案，在第二塔中蒸馏出来的包含痕量内酰胺的水可借助于蒸气喷射器压缩至使其在高于15℃的温度下采用标准冷却剂如室温下的大气或水冷凝的压力下。在此情形下，蒸气喷射器的传送压力必须至多等于第一塔的压力，有利地在25毫巴绝压至第一塔的压力50-200毫巴绝压之间。在此实施方案中，可省略冷却装置。
总之，本发明方法的特征在于对于相同容量的内酰胺水溶液蒸馏过程来说，明显地较低的能量总消耗，其中包括上述低100至200倍的电消耗加上为加热第二塔所需的蒸气形式的能量消耗，后者仅占约不到15％的电能节约。
从第一塔的顶部回收的水在该塔的压力即相应于温度为35-60℃的50-200毫巴下被冷凝，其与通常采用的大多数冷却剂如大气空气或河水或来自冷却塔的水相适合。
从第二塔的顶部回收的水在进行完全冷凝之前可在大约70℃下进行部分冷凝，然后返回第一塔。这种处理使得可以限制在特定条件下冷凝的水量，从而减少进行该操作所必需的能量。
在将冷凝水循环至第一塔中之前，有利的作法是向其中加入一定量水以降低己内酰胺的浓度并防止出现沉淀。
此外，由于在单塔方法中需要大量冷却能量，尽管本发明方法需要附加的塔，对于相同的生产量来说，必要的投资仍低于单塔方法的投资。
其中氨已被除去的内酰胺，优选己内酰胺水溶液的内酰胺浓度可在宽范围内依据所述内酰胺的制备条件、特别是初始水/氨基腈的摩尔比以及是否采用有机溶剂而变化。内酰胺的浓度以溶液总重量为基准计通常可为5-80wt％，优选为20-75％。
由于被蒸馏的水的物理性质与必须从其中分离出水的内酰胺的性质差异很大，所以无需采用具有很大理论塔板数的蒸馏塔。
具有至少两个理论塔板的塔，特别是填充塔，非常适用于实施本发明的方法。例如，可采用理论塔板数为2-10的塔。所采用的填料可以是无规则填充型或有序填充型，如各个生产商所提出的并且尺寸符合本领域规格的塔。也可以使用具有相同效能塔板的塔，虽然从压头损失方面来看不甚令人感兴趣。
本发明方法并不排除通过采用多于两个塔从内酰胺水溶液中分离水的可能性。
但是，通常这是不必要的。此外，如果蒸馏塔的数目过度增加，由上述方法所提供的经济上的优点也会减弱。以下实施例用于说明本发明。实施例1：采用在不同压力下操作的两个串联塔进行蒸馏
蒸馏的己内酰胺水溶液具有下述组成：
-水：40wt％
-己内酰胺：60wt％。
第一蒸馏塔的特征如下：
-蒸馏级数(理论塔板数)：4
-回流比：0.1
-在塔顶处的绝对操作压力：0.13巴
-塔顶温度：50℃
-塔底温度：135℃
-锅炉的热负荷：3.9Gcal/h
-冷凝器的热负荷：3.6Gcal/h。
第二蒸馏塔的特征如下：
-蒸馏级数(理论塔板数)：3
-在塔顶处的绝对操作压力为0.025巴
-塔顶温度：130℃
-塔底温度：145℃
-锅炉的热负荷：0.08Gcal/h
-被设定为70℃的部分冷凝器的热负荷：0.02Gcal/h
-用于将水循环至第一塔中的冷凝器的热负荷：0.02Gcal/h
-用于冷凝第二塔顶的水由冷却装置消耗的能量：10kW，在35℃下冷凝。
从此实施例中获得的水中脱除得到的己内酰胺具有下述组成：
-水：0.010wt％
-己内酰胺：99.990wt％。比较实验：在塔顶部采用冷却装置进行的常规蒸馏
蒸馏具有下述组成的产物：
-水：40wt％
-己内酰胺：60wt％。
蒸馏塔的特征如下：
-蒸馏级数：4
-回流比：0.1
-在塔顶处的绝对操作压力为0.015巴
-塔顶温度：13℃
-塔底温度：140℃
-锅炉的热负荷：3.6Gcal/h
-冷凝器的热负荷：3.4Gcal/h
-由冷却装置消耗的能量：1200kW，在35℃下冷凝。
从此比较实验中获得的水中脱除得到的己内酰胺具有下述组成：
-水：0.004wt％
-己内酰胺：99.996wt％。