[**]

В данном изобретении предоставляются способы удаления примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями, посредством смешивания раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание эффективным образом уменьшает концентрацию примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и фаза раствора для удаления примесей.

(57) Реферат / Формула:

В данном изобретении предоставляются способы удаления примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями, посредством смешивания раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание эффективным образом уменьшает концентрацию примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и фаза раствора для удаления примесей.

---

(19)
Евразийское (21) 201290511 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2013.04.30
(51) Int. Cl. B01D 17/02 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки
2010.12.01
(54) СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОЙ СОЛИ, НАГРУЖЕННОЙ ПРИМЕСЯМИ
(31) 61/286,430
(32) 2009.12.15
(33) US
(вв) PCT/US2010/058541
(87) WO 2011/081764 2011.07.07
(71) Заявитель:
САЙТЕК ТЕКНОЛОДЖИ КОРП. (US)
(72) Изобретатель:
Лин Джон, Гриффин Скотт, Тэйлор Мэттью (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(57) В данном изобретении предоставляются способы удаления примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями, посредством смешивания раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание эффективным образом уменьшает концентрацию примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и фаза раствора для удаления примесей.
2420-186819ЕА/17
СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОЙ
СОЛИ, НАГРУЖЕННОЙ ПРИМЕСЯМИ
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Область техники
Описываемое изобретение относится в основном к способам и композициям для обработки промышленных технологических потоков. Более конкретно, оно относится к способам удаления примесей из органической соли, нагруженной примесями.
Предшествующий уровень техники
Некоторые органические соли, часто называемые "ионными жидкостями", все больше и больше исследуются в качестве многократно используемых (т.е. "зеленых") растворителей и реагентов в промышленных видах применения, вследствие уникальных свойств, предоставляемых этими органическими солями. Однако возврат в исходное состояние или регенерация этих органических солей до формы, пригодной для применения, в промышленном масштабе не рассматривалась. Используются ли эти органические соли для извлечения желательных продуктов, извлечения примесей или в качестве растворителей для реакционных взаимодействий, общепринятым является то, что примеси и/или продукты будут встраиваться в систему и в конечном счете приводить к сбоям в работе системы.
Примером процесса, использующего органическую соль для извлечения примесей из технологического потока, является процесс Байера. В типичном промышленном процессе Байера исходный боксит измельчается до тонкодисперсионного состояния. Измельченная руда затем подается в шламомешалку, в которой приготавливается суспензия при применении отработанного раствора и добавленной каустической соды (гидроксида натрия). Эта суспензия боксита затем разбавляется и пропускается через последовательность выщелачивателей, в которых примерно 98% от общего количества имеющегося оксида алюминия извлекается из руды, которая может содержать как тригидратную, так и
моногидратную формы оксида алюминия. Выходной поток из выщелачивателей проходит через последовательность резервуаров быстрого испарения или продувочных резервуаров, в которых извлекаются тепло и конденсат, когда выщелоченная суспензия охлаждается и приводится к атмосферному давлению. Алюминатный раствор, выпускаемый от операции быстрого испарения, типично содержит примерно 1-2 0% твердотельных частиц, которые включают нерастворимые остатки, которые остаются после реакции между бокситовой рудой и основным материалом, использованным для выщелачивания, и нерастворимые компоненты, которые осаждаются во время выщелачивания.
Более грубые твердотельные частицы обычно удаляются "пескоулавливающим" циклоном. Для того чтобы отделить более тонкие твердотельные частицы от раствора, суспензия обычно подается в центральный колодец грязеотстойника (также называемого "декантатором", "концентратором остатка" или "концентратором отходов"), в котором она обрабатывается флокулянтом. Когда шлам осаждается, осветленный раствор алюмината натрия, который называется "зеленым" или "насыщенным" раствором, переливается через переливную перегородку в верхней части шламового отстойника и поступает на последующие стадии обработки. Осажденные твердотельные частицы (обычно называемые "красным шламом") извлекаются из нижней части грязеотстойника и пропускаются через противоточный промывочный контур (называемый "промывочной линией") для дополнительного извлечения алюмината натрия и соды. Алюминатный раствор, переливающийся в осадителе (переливной раствор осадителя или концентратора), еще содержит различные примеси, как растворенные, так и нерастворенные, включающие типично от 50 до 2 00 мг нерастворенных суспендированных твердотельных частиц на литр. Этот раствор затем обычно дополнительно осветляется фильтрацией, чтобы удалить нерастворенные суспендированные твердотельные частицы, с тем, чтобы получить фильтрат с содержанием примерно 10 мг или менее нерастворенных суспендированных твердотельных частиц на литр раствора. Оксид алюминия, в сравнительно чистой форме, затем осаждается из фильтрата в виде кристаллов тригидрата
оксида алюминия. Оставшийся водный раствор органической соли или отработанный раствор может быть подвергнут концентрированию, чтобы образовать "крепкий" раствор, из которого может быть осажден дополнительный тригидрат оксида алюминия, и из которого может быть образован дополнительный отработанный раствор. Потоки отработанного раствора обычно возвращаются на первоначальную стадию выщелачивания и используются в качестве выщелачивающего агента для дополнительной руды после восстановления дополнительной каустической содой.
Бокситовая руда обычно содержит органические и неорганические примеси, количества которых определяются источником боксита. На первоначальных стадиях выщелачивания байеровский раствор содержит разнообразные виды органических соединений, включая многоосновные кислоты, полигидроксикислоты, спирты и фенолы, бензойную кислоту, гуминовую и фульвовые кислоты, лигнин, целлюлозу и другие углеводы. В щелочных, окислительных условиях, таких как те, что имеют место в системе Байера, эти сложные органические молекулы расщепляются с образованием других соединений, таких как натриевые соли муравьиной, янтарной, уксусной, молочной и щавелевой кислот. Преобладающим среди них является оксалат натрия.
Оксалат натрия имеет низкую растворимость в растворах каустической соды и, соответственно, при неадекватном регулировании имеет тенденцию к осаждению в игольчатой (тонкой, иглоподобной) форме в областях байеровского контура, в которых имеет место увеличение щелочности или уменьшение температуры. Эти тонкие иглы оксалата натрия могут служить центром кристаллизации тригидрата оксида алюминия и предотвращать его агломерацию, что приводит к образованию тонких, нежелательных частиц гиббсита, которые трудно классифицируются и плохо подходят для прокаливания. Избыточное образование тонких частиц может приводить к блокированию пор в фильтрующих тканях во время фильтрации переливающегося раствора от концентратора и, соответственно, к нежелательному снижению скорости фильтрации.
Во время стадии прокаливания оксалат может разлагаться,
образуя хрупкие частицы оксида алюминия, имеющие высокое содержание натрия, что, в свою очередь, может увеличивать стоимость производства алюминия и затем создавать нежелательные уровни эмиссии СОг • Кроме того, вследствие образования оксалата натрия: (1) рост отложений может быть увеличен; (2) может иметь место увеличение температуры кипения раствора; (3) могут наблюдаться потери каустической соды в контуре (вследствие образования органических солей натрия) и/или (4) вязкость и плотность байеровского раствора могут быть увеличены, что приводит к увеличенным затратам на перемещение материала.
Присутствие оксалата и/или других органических компонентов, таких как глюкоизосахаринат, глюконат, тартрат и маннит, может уменьшать степень осаждения гиббсита. Присутствие глюконата может уменьшить скорость роста гиббсита. Присутствие гуминовых веществ в байеровском растворе является обычным. Вследствие их поверхностно-активной природы, гуминовые вещества со средней и высокой молекулярной массой часто ответственны за вспенивание раствора и взаимодействие с флокуляцией красного шлама. Высокие уровни содержания органического материала в байеровском растворе могут также приводить к снижению эффективности коагуляции и прозрачности осветленного раствора в контуре красного шлама. Тригидрат оксида алюминия, содержащий высокие уровни органического вещества, также склонен к образованию конечного продукта, имеющего нежелательный высокий уровень окрашивания и/или уровень содержания примесей.
Поскольку процесс Байера является циклическим, органическое вещество, вводимое в технологический поток, имеет тенденцию накапливаться с каждым циклом процесса, при установившейся концентрации примеси, определяемой входным и выходным потоками процесса. Как контур с красным шламом, так и гиббсит, являющийся продуктом, представляют собой пути выпуска для органических примесей в процессе Байера. Было показано, что определенные органические соли, т.е. "ионные жидкости", могут быть использованы, чтобы удалять примеси из процесса Байера. В целях минимизации затрат может быть желательно повторное использование органической соли, использованной для удаления
примесей.
В отношении возврата в исходное состояние или регенерации органических солей, т.е. ионных жидкостей, сообщалось о нескольких способах. Гидрофобные органические соли
регенерировали посредством извлечения из них примесей с помощью растворителя, в котором органическая соль не растворяется, а примеси растворяются. Однако данный способ не показал себя вполне эффективным, поскольку органические соли теряли активность после нескольких циклов регенерации.
В другом способе регенерации хлорид натрия проявил себя как эффективный извлекающий агент для молочной кислоты, координированной с четвертичным аммонием в органическом растворителе. Этот способ регенерации функционирует на основе простого ионного обмена. Дополнительный способ регенерации определенных органических солей включает, однако не ограничивается ими, применение диоксида углерода в сверхкритическом состоянии, диффузионное испарение, дистилляцию примесей, применение щелочных растворов, электролиз и нанофильтрацию. Тем не менее, процессы, известные на сегодняшний день, не обладают масштабом, необходимым для крупномасштабного промышленного применения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект относится к способу удаления примесей из органической соли, данный способ включает: предоставление раствора органической соли, нагруженной примесями; и смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание эффективно для уменьшения концентрации примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальная фаза раствора для удаления примесей.
Другой аспект относится к композиции, содержащей: промытую органическую соль, имеющую катион, выбранный из группы, состоящей из фосфония, аммония, сульфония, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, пиразолия, имидазолия,
тиазолия, оксазолия, пирролидиния, хинолиния, изохинолиния, гуанидиния, пиперидиния и метилморфолиния; и анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксила, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
Другой аспект относится к способу удаления примесей из промышленного технологического потока, данный способ включает: предоставление раствора органической соли, который содержит органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей, при этом раствор органической соли является по меньшей мере частично несмешивающимся с промышленным технологическим потоком, содержащим примеси; смешивание промышленного технологического потока с раствором органической соли, чтобы образовать первую двухфазную смесь, при этом смешивание является эффективным для уменьшения концентрации примесей в промышленном технологическом потоке, чтобы образовать фазу, содержащую раствор органической соли, нагруженной примесями, и фазу, содержащую промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей; смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать вторую двухфазную смесь, при этом смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей является эффективным для уменьшения концентрации примесей в растворе органической соли, нагруженной примесями, и формирования раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей; и необязательно смешивание раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей с промывочным раствором, чтобы образовать третью двухфазную смесь, при этом смешивание эффективно, чтобы образовать фазу промытой органической соли и фазу промывочного раствора.
Еще один аспект относится к способу удаления примесей из органической соли, данный способ включает: предоставление
раствора органической соли, нагруженной примесями, при этом примеси в растворе органической соли, нагруженной примесями, получены из технологического потока процесса Байера; и смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание является эффективным для уменьшения концентрации примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальная фаза раствора для удаления примесей.
Другой аспект относится к способу удаления примесей из органической соли, данный способ включает: предоставление раствора органической соли, нагруженной примесями, при этом примеси выбраны из группы, состоящей из гуматов, продуктов разложения гуматов, металлов, оксалата, ацетата, формиата, сульфата, хлорида, фторида, фосфата и их комбинаций; и смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание является эффективным для уменьшения концентрации примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальная фаза раствора для удаления примесей.
Эти и другие варианты осуществления описаны более подробно
ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь будет дана ссылка на фигуры, которые представляют примеры вариантов осуществления:
Фиг. 1 представляет собой график, иллюстрирующий изменения в удалении примесей, когда изменяется уровень содержания гидроксида в фазе, содержащей органическую соль; и
Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий распределение общего органического углерода.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Различные варианты осуществления, описанные в данном документе, относятся к композициям и способам регенерации определенных органических солей, которые используются для удаления некоторых соединений, например, примесей, из промышленных технологических потоков. Примеры подходящих органических солей описываются в данном документе и включают так называемые "ионные жидкости".
Органические соли не ограничиваются содержанием определенных катионов или анионов. Однако в одном из вариантов осуществления органическая соль включает четвертичный органический катион. Примеры четвертичных органических катионов включают фосфоний, аммоний, сульфоний, пиридиний, пиридазиний, пиримидиний, пиразиний, пиразолий, имидазолий, тиазолий, оксазолий, пирролидиний, хинолиний, изохинолиний, гуанидиний, пиперидиний и метилморфолиний. Специалистам в данной области техники будет понятно, что вышеуказанные примеры четвертичных органических катионов охватывают их замещенные варианты, включая следующие:
Фосфоний Аммоний Сульфоний Имидазолий
RA Ri Rx RA/(c) Rb
Пиразолий Оксазолий Тиазолий Пирролидиний
R2 R4
R5" /N^^Ri RS^^N^^RI Пиперидиний Метилморфолиний
R\(c),R? N
^ R4 A
RA R* RC
Пиридиний Гуанидиний
R7 RA Хинолиний
Rp R2
Ri R6 YY RA
Rq R7
Изохинолиний
Каждая группа из Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf выбрана независимым образом из водорода или необязательно замещенной С1-С50 алкильной группы, в которой необязательные заместители включают одну или более групп, выбранных из алкила, циклоалкила, алкенила, циклоалкинила, алкинила, алкоксигруппы,
алкоксиалкила, альдегида, сложного эфира, простого эфира, кетона, карбоновой кислоты, спирта, карбоксилата, гидроксила, нитрогруппы, силила, арила и галоидов. Каждая из групп с Ra по Rf индивидуальным образом содержит от примерно 1 до примерно 50 атомов углерода, например, от примерно 1 до примерно 2 0 атомов углерода. Следует принимать во внимание, что две или более из групп с Ra по Rf могут образовывать кольцевую структуру.
Каждая из групп с R± по R7 выбрана независимым образом из водорода, галогена или необязательно замещенной С1-С50 алкильной группы, в которой необязательные заместители включают одну или более групп, выбранных из алкила, циклоалкила, алкенила,
циклоалкинила, алкинила, алкоксигруппы, алкоксиалкила, альдегида, сложного эфира, простого эфира, кетона, карбоновой кислоты, спирта, карбоксилата, гидроксила, нитрогруппы, силила, арила и галоидов. Каждая из групп с R± по R7 индивидуальным образом содержит от примерно 1 до примерно 50 атомов углерода, например, от примерно 1 до примерно 2 0 атомов углерода. Следует принимать во внимание, что две или более из групп с R± по R7 могут образовывать кольцевую структуру.
Термин "алкил", как он использован в данном документе, может быть разветвленной или неразветвленной углеводородной группой, содержащей от 1 до 50 атомов углерода (т.е. метилом, этилом, н-пропилом, изопропилом, н-бутилом, изобутилом, трет-бутилом, пентилом, гексилом, гептилом, октилом, нонилом, децилом, додецилом, тетрадецилом, гексадецилом и т.д.). Алкильная группа может быть незамещенной или замещенной одним или несколькими заместителями, включая, однако не ограничиваясь ими, алкил, алкокси, алкенил, галогенированный алкил, алкинил, арил, гетероарил, альдегид, кетон, аминогруппу, гидроксил, карбоновую кислоту, простой эфир, сложный эфир, тиол, сульфо-оксо, силил, сульфоксид, сульфонил, сульфон, галоид или нитрогруппу, как описано ниже. Термин "алкил" обычно используется для ссылки как на незамещенные алкильные группы, так и на замещенные алкильные группы; замещенные алкильные группы, используемые в данном документе, описываются посредством ссылки на конкретный заместитель или заместители. Например, "алкиламино" описывает алкильную группу, которая замещена одной или несколькими аминогруппами, как описано ниже. Термин "галогенированный алкил" описывает алкильную группу, которая замещена одним или несколькими галоидами (например, фтором, хлором, бромом или йодом). Когда "алкил" используется в одном случае, и конкретный термин, такой как "алкилспирт" используется в другом случае, это не означает, что термин "алкил" не относится также к конкретным терминам, таким как "алкилспирт" и т.п. Когда используется общий термин, такой как "алкил", и конкретный термин, такой "алкилспирт", не предполагается, что данный общий термин не включает также
данный конкретный термин. Эта практика используется также в отношении других терминов, описанных в данном документе.
Термин "алкокси" обозначает алкильную группу, связанную посредством одинарной, концевой простой эфирной связи; а именно, "алкокси" группа может быть определена как -OR, где R является алкилом, как определено выше.
Термин "алкенил" относится к замещенной или незамещенной углеводородной группе, содержащей от 2 до 50 атомов углерода, которая содержит по меньшей мере одну двойную связь углерод-углерод. Термин "алкенил" включает любые изомеры, в виде которых соединение может существовать. Алкенильная группа может быть замещена одной или несколькими группами, включая, однако не ограничиваясь ими, алкил, алкокси, алкенил, галогенированный алкил, алкинил, арил, гетероарил, альдегид, кетон, аминогруппу, гидроксил, карбоновую кислоту, простой эфир, сложный эфир, тиол, сульфо-оксо, силил, сульфоксид, сульфонил, сульфон, галоид или нитрогруппу, как описано ниже.
Термин "галогенированный алкил", как он использован в данном документе, относится к алкильной группе, которая замещена по меньшей мере одним галогеном (например, фторидом, хлоридом, бромидом, иодидом). Галогенированный алкил может также быть незамещенным или замещенным одной или несколькими группами включая, однако не ограничиваясь ими, алкил, алкокси, алкенил, галогенированный алкил, алкинил, арил, гетероарил, альдегид, кетон, аминогруппу, гидроксил, карбоновую кислоту, простой эфир, сложный эфир, тиол, сульфо-оксо, силил, сульфоксид, сульфонил, сульфон, галоид или нитрогруппу, как описано ниже.
Термин "алкинил" обозначает замещенную или незамещенную углеводородную группу, содержащую от 2 до 50 атомов углерода, которая содержит по меньшей мере одну тройную связь углерод-углерод. Алкинильная группа может быть замещена одной или несколькими группами, включая, однако не ограничиваясь ими, алкил, алкокси, алкенил, галогенированный алкил, алкинил, арил, гетероарил, альдегид, кетон, аминогруппу, гидроксил, карбоновую кислоту, простой эфир, сложный эфир, тиол, сульфо-оксо, силил,
сульфоксид, сульфонил, сульфон, галоид или нитрогруппу, как описано ниже.
Термин "арил" относится к углеводородной группе, которая содержит одно или несколько ароматических колец, включая, однако не ограничиваясь ими, фенил, нафтил, бифенил и т.п. Термин включает "гетероарил", который является ароматической группой, которая содержит по меньшей мере один гетероатом внутри ароматического кольца. Гетероатомом может быть, однако без ограничения ими, кислород, азот, сера и фосфор. Арильная группа может быть незамещенной или замещенной одной или несколькими группами, включая, однако не ограничиваясь ими, алкил, алкокси, алкенил, галогенированный алкил, алкинил, арил, гетероарил, альдегид, кетон, аминогруппу, гидроксил, карбоновую кислоту, простой эфир, сложный эфир, тиол, сульфо-оксо, силил, сульфоксид, сульфонил, сульфон, галоид или нитрогруппу.
Термин "альдегид" относится к группе -(СО)Н (где (СО) представляет собой С=0) . Термин "карбоновая кислота" относится к группе -С(О)ОН. "Карбоксилат" относится к группе формулы -С(О)0~. Термин "сложный эфир" относится к группе формулы OC(0)R или -С(О)OR, где R может представлять собой алкил, галогенированный алкил, алкокси, алкенил, алкинил, арил, гетероарил, циклоалкил, циклоалкенил, гетероциклоалкил или гетероциклоалкенил. Термин "простой эфир" относится к группе формулы R1OR2, где Ri и R2 могут представлять собой, независимым образом, алкил, галогенированный алкил, алкокси, алкенил, алкинил, арил, гетероарил, циклоалкил, циклоалкенил, гетероциклоалкил или гетероциклоалкенил. Термин "простой эфир" также включает полиэфир, при этом "полиэфир" относится к группе формулы X-(OR)n~Y. Термин "кетон" относится к группе Rx(CO)Ry, где Rx и Ry могут независимым образом представлять собой алкил, галогенированный алкил, алкокси, алкенил, алкинил, арил, гетероарил, циклоалкил, циклоалкенил, гетероциклоалкил или гетероциклоалкенил, связанный с группой (СО) посредством связей углерод-углерод. Термин "амин" или "амино" относится к группе NRaRbRc, где Ra, Rb и Rc могут независимым образом представлять собой водород, алкил, галогенированный алкил, алкокси, алкенил,
алкинил, арил, гетероарил, циклоалкил, циклоалкенил, гетероциклоалкил или гетероциклоалкенил.
Термин "гидроксил" относится к группе -ОН. Термин "карбоновая кислота" относится к группе -(СО) ОН. Термин "галоид" относится к галогенам - фтору, хлору, брому и йоду. Термин "нитрогруппа" относится к группе формулы -NO2. Термин "силил" относится к группе формулы -SiR.1R.2R3/ где Ri, R2 и R3 могут представлять собой, независимым образом, водород, алкил, галогенированный алкил, алкокси, алкенил, алкинил, арил, гетероарил, циклоалкил, циклоалкенил, гетероциклоалкил или гетероциклоалкенил.
Конкретные примеры четвертичных органических катионов включают, однако не ограничивается ими,
трибутил(метил)фосфоний, тетрабутилфосфоний, трибутил-8-
гидроксиоктилфосфоний, тетрапентилфосфоний, тетрагексилфосфоний, тетраоктилфосфоний, октил(трибутил)фосфоний, тетрадецил(трибутил)фосфоний,
тетрадецил(тригексил)фосфоний, трибутил(метил)аммоний,
тетрабутиламмоний, тетрапентиламмоний, тетрагексиламмоний, тетраоктиламмоний, тетрадецил(трибутил)аммоний,
тетрадецил(тригексил)аммоний, четвертичный диме тилдико ко аммоний, с т е ар амидопропилдиме тил-2-
гидроксиэтиламмоний, этил(тетрадецилдиундецил)аммоний,
таллоалкилтриметиламмоний, N,N,Ы-триметил-1-додеканаммоний,
бензилдиметилкокоалкиламмоний, N,Ы-диметил-Ы-додецилглицин,
бутилметилпирролидиний, 1-октил-2,3-диметилимидазолий, 1-бутил-3-метилимидазолий, сульфоний и гуанидиний. Следует заметить, что термин "коко" относится к алкильной группе, производной от смеси жирных кислот кокосового масла, которые обычно являются насыщенными жирными кислотами с примерно 12 атомами углерода. Предпочтительными катионами являются фосфоний, аммоний, пирролидиний и имидазолий.
Катион органической соли обычно ассоциирован с анионным противоионом или анионом. Специалисту в данной области техники будет понятно, что любой анион может быть использован в органической соли, описанной в данном документе. Примеры
подходящих анионов включают неорганические анионы и органические анионы. Анион может являться хаотропным анионом или космотропным анионом. В общем, хаотропные анионы являются анионами "деструктурирующими воду", что означает то, что молекулы воды не располагаются в определенном порядке вокруг соли, тогда как космотропные анионы являются анионами "структурирующими воду", что означает то, что молекулы воды будут располагаться вокруг соли в определенном порядке.
Примеры подходящих анионов включают, однако не ограничивается ими, галоид (например, фторид, хлорид, бромид, иодид), гидроксил, алкилсульфат (например, метилсульфат, этилсульфат, октилсульфат), диалкилфосфат, сульфат, нитрат, фосфат, сульфит, фосфит, нитрит, гипохлорит, хлорит, хлорат, перхлорат, карбонат, бикарбонат, карбоксилат (например, формиат, ацетат, пропионат, бутират, гексаноат, фумарат, малеат, лактат, оксалат, пируват),
бис(трифторметилсульфонил)имид ([NTF2]~), тетрафторборат и гексафторфосфат, CIST, SCN~, OCN~, а также любые анионы, описанные в данном документе ниже.
Группа галоидов и галогенсодержащих соединений включает, однако не ограничивается ими: F~, Cl~, Br~, I", BF4~, С10з~, С104~ , Вг03~, Вг04~, Ю3", Ю4", PF6~, AICI4", AI2CI7", AI3CI10", А1Вг4~, FeCl4~, ВС14~, SbF6~, AsF6~, ZnCl3~, SnCl3~, CuCl2~, CF3S03~, (CF3S03)2N", CF3CCV, СС13С02~.
Ниже представлены определения различных анионов. В представленных формулах группы "R" имеют то же самое определение, как указано выше. Группа сульфатов, сульфитов и сульфонатов включает, однако не ограничивается ими: S042~, HS04~, SC> 32~, HSC> 3~, RiOS03_, RiSC> 3~. Группа нитратов и нитритов включает: NC> 3~, NO2 ~. Группа фосфатов включает, однако не ограничивается ими: Р043~, НР042~, Н2Р04~, RiP042_, HRiP04~, RiR2PO,f. Группа фосфонатов и фосфинатов включает, однако не ограничивается ими: RiHPC> 3~, RiR2P02~, RiR2P03_. Группа фосфитов включает, однако не ограничивается ими: Р033~, HP032~, H2P03~, RiP032~, RHP03~, RiR2P03~.
Группа фосфонитов и фосфинитов включает, однако не ограничивается ими: RiR2P02~, RiHP02~, RiR2PCT, RiHPCT. Группа
карбоновых кислот включает соединения общей формулы RECOCT, например, формиат, ацетат, пропионат, бутилат, гексаноат, фумерат, малат, лактат, оксалат, пируват. Группа боратов включает, однако не ограничивается ими: ВОз3~, НВОз2~, НгВОз~, RiR2B03~, RiHBCV, RiB032_, В (ORi) (0R2) (0R3) (0R4) , B(HS04)~, B(RiS04T Группа боронатов включает, однако не ограничивается ими: RiB022~, RiR2B0". Группа карбонатов и сложных эфиров угольной кислоты включает, однако не ограничивается ими: НСОз~, СОз2~, RiC03_. Группа силикатов и сложных эфиров кремниевой кислоты включает, однако не ограничивается ими: Si044~, HSi043~, H2Si042~, H3Si04", RiSi043_, RiR2Si042_, RiR2R3SiO,f, HRiSi042~, H2RiSi04", HRiR2Si04".
Группа алкилсилановых и арилсилановых солей включает, однако не ограничивается ими: RiSiC> 33~, RiR2SiC> 22 ~, RiR2R3SiO~, RiR2R3Si03~, RiR2R3Si02~, RiR2Si03~.
Группа карбоксимидов, бис(сульфонил)имидов и
сульфонилимидов включает, однако не ограничивается ими:
Ri~^ e Rl_?\,e Ri~s"e
N N N
R2-/ R2-^0 R2-/
0 0 0
Карбоксимид бис(сульфонил)имид Сульфонилимид
Группа алкоксидов и арилоксидов имеет общую формулу RiO-. Группа комплексных металлических ионов включает Fe(CN) , Fe(CN)64~, Mn04~, Fe(CO)4~.
Органическая соль может включать любые пары любых четвертичных органических катионов и анионов, описанных в данном документе или обычно известных в данной области техники. Примеры подходящих органических солей включают, однако не ограничивается ими, AMMOENG 101(r), AMMOENG 110(r) производства Solvent Innovation, Кельн, Германия, хлорид
тетрадецил(тригексил)фосфония (Cyphos IL 101(r), Cytec Industries, Inc., Вудленд Парк, Нью-Джерси, США), хлорид тетрабутилфосфония (Cyphos IL 164(r), Cytec Industries, Inc.,
Вудленд Парк, Нью-Джерси, США), хлорид
тетрадецил(трибутил)фосфония (Cyphos IL 167(r)), хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия ([dmimJCl), гидроксид тетрабутиламмония ( [ (С4) 4N] [ОН] ) , хлорид тетрабутиламмония ( [ (С4) 4N] С1) , гидроксид трибутилметиламмония ( [ (С4) 3 (Ci)N] [ОН]), гидроксид
тетрапентиламмония ([(Cs^N] [ОН]), Adogen 462(r) (хлорид четвертичного диметилдикокоаммония), предлагаемый Sherex Chemical Company, Дублин, Огайо, США, Cyastat SN(r) (нитрат стеарамидопропилдиметил-2-гидроксиэтиламмония) производства Cytec Industries, Inc. Вест Паттерсон, Нью-Джерси, США, хлорид этилтетрадецилдиундециламмония, Arquad Т-50(r) (хлорид
таллоалкилтриметиламмония), производства Akzo Nobel, Чикаго, Иллинойс, США, бромид тетрагексиламмония,
бис(трифторметилсульфонил)имид бутилметилпирролидиния, Arquad 12-50Н(r) (хлорид N,N,Ы-триметил-1-додеканаминия), Arquad DMCB-80(r) (хлорид бензилдиметилкокоалкиламмония), детергент EMPIGEN ВВ(r) (N,Ы-диметил-Ы-додецилглицин) производства Albright and Wilson, Великобритания, хлорид 1-октил-2,3-диметилимидазолия, 10 масс.% гидроксида тетрабутиламмония, растворенного в PEG 900, Aliquat(r) НТА-1 производства Cognis Corp. Тусон, Аризона, США, хлорид трибутил-8-гидроксиоктилфосфония, хлорид октил(трибутил)фосфония, гидроксид октил(трибутил)фосфония и гидроксид тетрабутилфосфония.
AMMOENG 101(r) представлен следующей формулой:
еа о
Cocosxe CH2-CH2^-CH2-CHjOH [СОСО8=_НЗС_(СН2)Х^_ОН) где х=8-18]
си/ хсн2-сн2-[о-сна-ай-он
L -1 m AMMOENG 101 [n + m = 14-25]
AMMOENG 110(r) представлен следующей формулой:
еС1 /!Нз нзСч@/СН2 сн N |
сн/ чсн2-сн24о-сн2-сн^к)н
СН3Х L -1 п
AMMOENG 110 [п = 5-15]
ADOGEN 4 62(r) представлен следующей формулой:
сн3 еС1 I (c)
R-N-R
I R= С12 - С14
СН3 12 14
Органические соли, описанные в данном документе, могут быть использованы в качестве извлекающего агента, чтобы удалить или иным образом извлечь примеси из промышленного технологического потока. Термин "примеси", как он использован в данном документе, относится к соединениям, представляющим интерес для пользователя, или соединениям, которые могут загрязнять промышленный технологический поток. Примеси включают, однако не ограничивается ими, органические компоненты и/или неорганические компоненты. Конкретные примеси включают, однако не ограничивается ими, оксалат, формиат, ацетат, гуматы и продукты разложения гуматов, фторид, хлорид, бромид, фосфат, металлы, сульфат, оксиды галлия и/или гидроксиды галлия и их комбинации.
Примеры промышленных технологических потоков, в которых могут быть использованы органические соли, включают, однако не ограничивается ими, поток процесса Байера, поток отходов атомной промышленности, системы с высокой ионной силой, такие как рассолы, отходные потоки от добычи полезных ископаемых и т.п.
В общих чертах, способы, описанные в данном документе, являются способами извлечения жидкость/жидкость, которые включают извлечение примесей из промышленного технологического потока посредством смешивания с извлекающим агентом, который является по меньшей мере частично несмешивающимся с
промышленным технологическим потоком, с последующим разделением результирующих фаз. В варианте осуществления примеси извлекаются из технологического потока процесса Байера. Технологический поток процесса Байера представляет собой поток жидкости, образованный во время процесса Байера, и включает различные потоки процесса Байера, указанные выше, включающие потоки переливающегося раствора от концентратора, насыщенного раствора, отработанного раствора и крепкого раствора. Несмотря на то, что удаление примесей из технологического потока процесса Байера рассматривается подробно в данном документе, следует принимать во внимание, что способ (способы), рассматриваемый в данном документе, может быть применен и реализован в отношении других промышленных технологических потоков.
Было найдено, что раствор органической соли, который включает органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей, как подробно рассмотрено выше, может быть высокоэффективным для удаления примесей из промышленного технологического потока. В определенном варианте осуществления, при использовании в процессе Байера, способы, описанные в данном документе, могут быть осуществлены в форме типового процесса удаления примеси, который добавляется к процессу Байера в любом месте после концентратора до выщелачивания, при предпочтительном расположении непосредственно после конечной стадии осаждения тригидрата оксида алюминия.
В одном из вариантов осуществления, когда раствор органической соли, включающий органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей, смешивается с технологическим потоком процесса Байера, примеси удаляются из технологического потока процесса Байера, и концентрация каустической соды (ОН-) может быть увеличена в байеровском растворе посредством анионного обмена во время извлечения примеси, что создает дополнительное экономические преимущества для конечного потребителя. Например, вода может быть удалена из технологического потока процесса Байера и может быть извлечена в фазу, содержащую органическую соль, особенно, когда
органическая соль ассоциирована со значительными количествами гидроксидных анионов. Фазы могут быть затем разделены, посредством чего уменьшается уровень содержания воды в технологическом потоке процесса Байера.
Один из вариантов осуществления включает способ очистки промышленного технологического потока посредством
предоставления раствора органической соли, который включает органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей, и смешивание промышленного технологического потока с раствором органической соли, чтобы образовать двухфазную смесь. Раствор органической соли является по меньшей мере частично несмешивающимся с промышленным технологическим потоком.
Результирующая двухфазная смесь может быть двухфазной смесью жидкость/жидкость или двухфазной смесью твердотельное вещество/жидкость, в зависимости от органической соли и примесей, присутствующих в промышленном технологическом потоке. В одном из вариантов осуществления двухфазная смесь содержит первоначальную фазу промышленного технологического потока и первоначальный раствор органической соли.
Смешивание раствора органической соли с промышленным технологическим потоком является эффективным для уменьшения концентрации примесей, присутствующих в промышленном технологическом потоке. Уменьшение концентрации примесей, присутствующих в промышленном технологическом потоке, приводит к образованию фазы, содержащей раствор органической соли, нагруженной примесями, и фазу, содержащую промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей.
Например, в варианте осуществления, в котором органической солью является гидроксид тетрабутиламмония, примерно 48,2 масс.% оксалата/сукцината и примерно 85,6, 91,7 и 96,1 масс.% ацетатных, формиатных и хлоридных ионов, соответственно, могут быть удалены из байеровского раствора. Содержание общего органического углерода (ТОС) в байеровском растворе может быть уменьшено примерно на 63,0 масс.%. Также может наблюдаться значительное визуальное уменьшение окрашивания байеровского раствора после контактирования с раствором органической соли,
содержащим органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей. В другом варианте осуществления, в котором органической солью является гидроксид тетрабутилфосфония, примерно 53,38 масс.% оксалата/сукцината и 83,93, 91,93 и 96,48 масс.% ацетатных, формиатных и хлоридных ионов, соответственно, могут быть удалены из байеровского раствора. Содержание общего органического углерода (ТОС) в байеровском растворе может быть уменьшено примерно на 67,7 масс.%.
Это изобретение не ограничено теоретическим объяснением его действия, однако полагают, что удалению (извлечению) примесей (таких как оксалат) из промышленного технологического потока в раствор органической соли, с которым он смешивается, содействуют условия смешивания и присутствие органической соли в растворе органической соли. Предполагается, что смешивание промышленного технологического потока с раствором органической соли может удалять одну или несколько примесей, присутствующих в промышленном технологическом потоке. Примеси, удаляемые из промышленного технологического потока, будут зависеть от различных факторов, включая, однако не ограничиваясь ими, примеси, присутствующие в промышленном технологическом потоке, органическую соль, присутствующую в растворе органической соли, соотношение раствора соли и промышленного технологического потока и т.п.
В варианте осуществления раствор органической соли включает органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей. В конкретном примере количество, пригодное для извлечения примесей, является количеством органической соли, пригодным для извлечения оксалата. Количество органической соли, пригодное для извлечения примесей, может быть определено обычным экспериментированием, в соответствии с указаниями, представленными в данном документе. Количество органической соли, пригодное для извлечения примесей, присутствующее в растворе органической соли, может варьироваться в зависимости от вида применения. В одном из примеров органическая соль присутствует в растворе органической соли в количестве примерно 2% или более по массе, в расчете на
общую массу раствора органической соли. В другом примере органическая соль присутствует в растворе органической соли в количестве примерно 3% или более по массе, в расчете на общую массу раствора органической соли. В еще одном примере органическая соль присутствует в растворе органической соли в количестве от примерно 5% или более по массе, в расчете на общую массу раствора органической соли. В другом примере органическая соль присутствует в растворе органической соли в количестве от примерно 3% до примерно 100% по массе, в расчете на общую массу раствора органической соли. Когда способ в соответствии с данным изобретением применяется к процессу Байера, количество органической соли, пригодное для извлечения примесей, предпочтительно составляет по меньшей мере примерно 1% по массе, более предпочтительно по меньшей мере примерно 10% по массе, в расчете на массу технологического потока процесса Байера.
В одном из вариантов осуществления раствор органической соли может быть водным раствором, содержащим определенное количество воды. Когда раствор органической соли является водным раствором, органическая соль предпочтительно присутствует в растворе органической соли в количестве 30% или более по массе, в расчете на общую массу раствора органической соли. В другом варианте осуществления, когда раствор органической соли является водным раствором, органическая соль более предпочтительно присутствует в растворе органической соли в количестве 50% или более по массе, в расчете на общую массу водного раствора органической соли. Количество воды, присутствующей в водном растворе органической соли, будет варьироваться в зависимости от вида применения и может быть определено обычным экспериментированием, в соответствии с указаниями, представленными в данном документе. Например, в одном из вариантов осуществления водный раствор органической соли содержит от примерно 2 0% до примерно 8 0% воды по массе, в расчете на общую массу водного раствора органической соли.
В другом варианте осуществления раствор органической соли может содержать разбавители, такие как спирты (например,
изопропанол), полиолы и/или полиэтиленоксид. Такие разбавители могут способствовать разделению фаз. Количество разбавителей, присутствующих в растворе органической соли, варьируется в зависимости от вида применения. В одном из примеров раствор органической соли включает от примерно нуля (0) до примерно 90% по массе разбавителей, в расчете на общую массу раствора органической соли. В другом примере раствор органической соли включает от примерно нуля (0) до примерно 7 0% по массе разбавителей, в расчете на общую массу раствора органической соли.
Раствор органической соли может также включать растворитель. Растворители, применимые в растворе органической соли, включают, однако не ограничивается ими, ароматические углеводороды, некоторые примеры которых включают толуол, бензол и их производные, и легкое масло на базе ароматических углеводородов (SX-12); алифатические спирты, некоторые примеры которых включают 1-гексанол, 1-гептанол, 1-октанол и их соответствующие производные; ароматические спирты, примеры которых включают фенол и производные; и галогенированные углеводороды, примеры которых включают метиленхлорид и хлороформ. Раствор органической соли может также включать фосфиноксиды. Количество растворителей, присутствующих в растворе органической соли, варьируется в зависимости от вида применения. В одном из примеров раствор органической соли включает от примерно нуля (0) до примерно 90% по массе растворителей, в расчете на общую массу раствора органической соли. В другом примере раствор органической соли включает от примерно нуля (0) до примерно 7 0% по массе растворителей, в расчете на общую массу раствора органической соли.
В некоторых вариантах осуществления органическая соль, присутствующая в растворе органической соли, может быть подвергнута предварительной обработке перед извлечением, на которую часто делается ссылка как на уравновешивание. Разнообразные способы могут быть использованы, чтобы выполнить эту обработку, которая приводит к тому, что по меньшей мере часть катионной части органической соли имеет предпочтительный
противоанион, например, гидроксид в качестве противоаниона. Фиг. 1 иллюстрирует, как изменяется удаление примесей, когда изменяется уровень содержания гидроксида в фазе, содержащей органическую соль. Например, удаление хлорида увеличивается, когда уровень содержания гидроксида, присутствующего в органической соли, возрастает.
Например, способ 1 предварительной обработки перед извлечением может быть выполнен посредством энергичного смешивания раствора NaOH, например 2 6%-ного раствора NaOH, с органической солью в соотношении в интервале от примерно 1 часть органической соли к 4 или 5 частям раствора NaOH, по массе. Результирующей смеси затем предоставляется возможность разделения фаз в течение 20 минут. Верхняя фаза, содержащая органическую соль, затем отделяется и снова приводится в соприкосновение со свежим раствором NaOH в массовом соотношении [1:4]. Этот процесс может быть повторен вплоть до 4 или 5 раз. Эта процедура заменяет большинство противоанионов на ОН~ и выполняет предварительное уравновешивание водного потенциала, чтобы минимизировать какой-либо перенос воды между водным раствором органической соли, содержащим органическую соль, и промышленным технологическим потоком.
Способ 2 предварительной обработки перед извлечением выполняется аналогично способу 1, за исключением того, что соотношение органической соли и раствора NaOH составляет примерно [1:2] по массе. Способ 3 предварительной обработки перед извлечением аналогичен способу 2, за исключением того, что органическая соль растворяется в полиэтиленгликоле перед смешиванием с раствором NaOH и процесс повторяется 2 раза вместо 4-5. Способ 4 предварительной обработки перед извлечением аналогичен способу 2, за исключением того, что органическая соль растворяется в растворителе перед смешиванием с раствором NaOH и процесс повторяется 2 раза вместо 4-5.
В способе 5 предварительной обработки перед извлечением органическая соль может быть использована для отделения примеси от промышленного технологического потока непосредственно после получения без приведения ее в соприкосновение с NaOH. Во время
этого процесса может иметь место некоторый перенос воды между двумя фазами, который может быть позднее учтен. Также некоторый ионный обмен обычно имеет место между анионными компонентами в промышленном технологическом потоке и противоанионом четвертичного органического катиона, скорость и объем которого будут зависеть от типа анионов, конкурирующих при обмене.
Способ б предварительной обработки перед извлечением выполняется при уравновешивании органической соли суспензией ЫаНСОз. В этом способе равные части раствора органической соли и суспензии ЫаНСОз, например, суспензия с 2 0% ЫаНСОз, быстро перемешиваются при 60°С. Смеси затем предоставляется возможность разделения фаз. Нижняя фаза ЫаНСОз сливается и добавляется новая порция 15% ЫаНСОз. Смесь перемешивается и предоставляется возможность разделения фаз. Нижняя фаза ЫаНСОз сливается и верхний уравновешенный раствор органической соли сохраняется для дальнейшего применения.
Количество раствора органической соли, смешиваемое с промышленным технологическим потоком, обычно является количеством, которое эффективно для образования двухфазной смеси. В одном из вариантов осуществления двухфазная смесь включает фазу, содержащую раствор органической соли, нагруженной примесями, и фазу, содержащую промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей. Под "нагруженной примесями" понимается то, что органическая соль содержит примесь, которая образует комплекс или связана с ней. "Комплексообразование" или "связывание" примеси с органической солью происходит во время смешивания раствора органической соли и промышленного технологического потока и взаимодействия между ними.
Хотя раствор органической соли является по меньшей мере частично несмешивающимся с промышленным технологическим потоком, степень смешиваемости может варьироваться, и, соответственно, относительные количества раствора органической соли и промышленного технологического потока, которые взаимно смешиваются, могут изменяться в пределах сравнительно широкого интервала. Факторы, которые имеют тенденцию влиять на
смешиваемость, включают, однако не ограничивается ими, температуру, содержание соли в промышленном технологическом потоке, содержание органической соли в растворе органической соли и различные характеристики самой органической соли, такие как молекулярная масса и химическая структура.
Применимые массовые соотношения раствора органической соли и промышленного технологического потока, которые эффективны для образования двухфазных смесей, обычно находятся в интервале от примерно [1:100] до примерно [1:0,01] по массе. В другом варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли и промышленного технологического потока находится между примерно [1:10] и примерно [1:0,1]. В еще одном варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли и промышленного технологического потока находится между примерно [1:4] и примерно [1:0,15]. В другом варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли и промышленного технологического потока находится между примерно [1:2] и примерно [1:0,25]. Обычное экспериментирование в соответствии с указаниями,
представленными в данном документе, может быть использовано для идентификации относительных количеств раствора органической соли и промышленного технологического потока, которые являются эффективными для образования двухфазных смесей.
Промышленный технологический поток и раствор органической соли могут быть взаимно смешаны различными путями, например, периодическим, полунепрерывным или непрерывным способами. В одном из вариантов осуществления процесс является непрерывным процессом.
Смешивание может быть выполнено посредством подачи промышленного технологического потока и раствора органической соли в любое подходящее оборудование, которое может быть использовано для смешивания и разделения фаз или осаждения. Примеры оборудования для смешивания и разделения фаз или осаждения, которое может быть применимо в конкретных случаях, включают, однако без ограничения ими, смесители/осадители непрерывного действия, статические смесители, смесители,
встроенные в линию, колонны, центрифуги и гидроциклоны. Обычное экспериментирование в соответствии с указаниями,
представленными в данном документе, может быть использовано для идентификации и выбора подходящего оборудования и эксплуатационных условий для конкретных случаев.
В данном изобретении извлечение и удаление примесей может быть выполнено в смесителях-осадителях, колоннах, центрифугах, статических смесителях, реакторах или другом подходящем оборудовании для контактирования/разделения. Последовательность технологических операций может включать одну или несколько стадий извлечения, одну или несколько стадий удаления и может включать или может не включать стадии промывки/очистки, чтобы удалить примеси и уменьшить загрязнение вовлеченными примесями. Установка для извлечения примесей может быть сконфигурирована для функционирования последовательным образом, модифицированным последовательным образом, последовательно-параллельным образом, модифицированным последовательно-параллельным образом,
параллельным образом или чередующимся последовательно-параллельным образом для каждой секции контура для извлечения растворителя ("SX") (т.е. секции извлечения, секции очистки/промывки и секции удаления). В качестве альтернативы, стадии извлечения, очистки и удаления могут быть выполнены периодическим образом.
Двухфазная смесь, образованная смешиванием раствора органической соли с промышленным технологическим потоком, включает фазу, содержащую раствор органической соли, нагруженной примесями, и фазу, содержащую промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей. Хотя промышленный технологический поток и раствор органической соли могут быть взаимно растворимыми до некоторой степени (и, соответственно, каждый из них может содержать небольшое количество другого после смешивания), данные две фазы являются по меньшей мере частично несмешивающимися одна с другой, и, соответственно, результирующая фаза, содержащая промышленный технологический поток будет типично иметь сходство с исходным промышленным технологическим потоком, даже если он будет обычно
содержать уменьшенное количество примесей (таких как органические вещества (на содержание которых ссылаются как на общий органический углерод (ТОС)), оксалат и т.п.) и/или воды, как описано в данном документе. Аналогичным образом, фаза, содержащая органическую соль, нагруженную примесями, будет типично иметь сходство с исходным раствором органической соли, даже если она будет обычно содержать увеличенное количество примесей (таких как оксалат и т.п.) и/или воды, как описано в данном документе.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, содержит, помимо прочего, органическую соль, нагруженную примесями. Количество органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, будет варьироваться в зависимости от вида применения, а также количества примесей, удаленных из промышленного технологического потока. В одном из примеров количество органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, составляет 1% по массе или более, в расчете на массу раствора органической соли, нагруженной примесями.
В одном из вариантов осуществления в результате способов извлечения, описанных в данном документе, промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей имеет пониженный уровень содержания по меньшей мере одной примеси, присутствующей в исходном промышленном технологическом потоке. В варианте осуществления фаза промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей имеет более низкий уровень содержания по меньшей мере одной примеси, выбранной из оксалата, формиата, ацетата, органических углеродных соединений и хлорида, по сравнению с исходным промышленным технологическим потоком. В другом варианте осуществления фаза промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей имеет более низкий уровень содержания воды по сравнению с исходным промышленным технологическим потоком.
Промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей и раствор органической соли, нагруженной
примесями, могут быть утилизированы различным образом. Например, промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей может быть введен в технологический процесс, из которого он был первоначально извлечен, или он может быть удален. В качестве альтернативы, промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей может быть подвергнут дополнительной обработке.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть подвергнут дополнительной обработке для того, чтобы регенерировать и затем повторно использовать присутствующую в нем органическую соль. В качестве альтернативы, раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть смешан с другим промышленным технологическим потоком, чтобы удалить из него примеси.
Для того чтобы утилизировать раствор органической соли, нагруженной примесями, или промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей, может потребоваться разделение фаз. Отделение раствора органической соли, нагруженной примесями, от промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей образует отделенный раствор органической соли, нагруженной примесями, и отделенный промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей.
Отделение может быть выполнено различным образом. Например, смесительное оборудование может быть сконфигурировано таким образом, чтобы предоставлять простым образом возможность образование двухфазной смеси (т.е. разделение фаз), а также физическое разделение фаз, подлежащее выполнению. Например, двухфазная смесь может быть образована в смесительном резервуаре, имеющем клапаны отбора в верхней и в нижней части. После того как смешивание остановлено, раствор органической соли, нагруженной примесями, отделяется от промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей, и каждый из слоев отводится из смесительного резервуара посредством соответствующих клапанов отбора в верхней и в нижней части. Отсутствует необходимость в полной остановке
смешивания, поскольку каждая из фаз может быть склонна к образованию в соответствующих зонах резервуара даже во время смешивания.
В варианте осуществления скорость разделения фаз промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей от раствора органической соли, нагруженной примесями, может быть увеличена. Например, скорость разделения может быть увеличена нагреванием. Нагревание может быть выполнено различным образом. Например, двухфазная смесь может быть нагрета в самом смесительном резервуаре и перемещена в другой резервуар для нагревания (и необязательно для разделения). Методы нагревания включают теплообменники, которые могут быть использованы, чтобы выгодным образом захватить избыток тепла из других источников. Примеры теплообменников включают кожухотрубчатые теплообменники, пластинчатые теплообменники, регенеративные теплообменники, адиабатические теплообменники с рабочим колесом, жидкостные теплообменники и динамические шнековые теплообменники.
Применение теплообменника может предоставить возможность поддержания температуры двухфазной смеси при конкретной температуре или повышения до желательной температуры, например, посредством нагревания таким образом, чтобы повысить температуру до максимума, примерно до 100°С. Скорость разделения может регулироваться посредством регулирования температуры двухфазной смеси, когда она подвергается разделению. Это может увеличить эффективность удаления примесей из промышленного технологического потока.
Отделенная фаза промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей может быть введена в процесс, из которого она была отобрана. В одном из вариантов осуществления отделенная фаза промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей может быть смешана с другим промышленным технологическим потоком. Это может быть сделано по различным причинам, например, при использовании в процессе Байера это может максимизировать эффективность процесса в целом, который обычно является непрерывным.
Соответственно, способы, описанные в данном документе, могут быть применены для очистки выбранной части исходного промышленного технологического потока, и затем результирующий промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей может быть повторно введен снова в исходный промышленный технологический поток, посредством чего уменьшается уровень содержания примесей в исходном промышленном технологическом потоке посредством разбавления.
В другом варианте осуществления, когда примеси удаляются из технологического потока процесса Байера, отделенный промышленный технологический поток с уменьшенным содержанием примесей может быть охлажден, чтобы осадить по меньшей мере часть растворенного в нем гидроксида и/или оксалата алюминия. Охлаждение отделенного промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей может быть выполнено различным образом. Например, теплообменники, указанные выше в отношении нагревания двухфазной смеси, могут быть также использованы для отвода тепла из отделенного промышленного технологического потока с уменьшенным содержанием примесей и/или промышленного технологического потока, в который он был введен, посредством чего охлаждается раствор. Теплообменники могут быть размещены в любом месте, где желательно охлаждать байеровский раствор.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, т.е. отделенный раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть подвергнут дополнительной обработке, чтобы регенерировать органическую соль, или может быть подвергнут тестированию, чтобы определить количество и вид присутствующих в нем примесей, или может быть повторно использован в качестве извлекающего агента в другом промышленном технологическом потоке, или их комбинации.
В одном из вариантов осуществления раствор органической соли, нагруженной примесями, включает четвертичный органический катион и по меньшей мере одну органическую примесь, выбранную из оксалата, формиата, ацетата и органических углеродных соединений. Количество органических примесей может варьироваться в пределах широкого интервала, например,
количество органических примесей находится в интервале от примерно 0,0001% до примерно 5% по массе, в расчете на общую массу раствора органической соли, нагруженной примесями. Количество органической соли, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, может быть аналогично тому, что описано здесь в другом месте данного документа для применения в способах, описанных в данном документе. Даже если раствор органической соли, нагруженной примесями, содержит одну или несколько примесей, он еще может быть применен в качестве извлекающего агента в случаях, в которых он содержит пониженный уровень содержания примесей.
В варианте осуществления раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть отделенной фазой, которая содержит органическую примесь, неорганическую примесь и/или дополнительную воду в результате извлечения из технологического потока процесса Байера, как описано в данном документе. Например, в варианте осуществления раствор органической соли, нагруженной примесями, содержит оксалат и по меньшей мере одну органическую примесь, выбранную из формиата, ацетата, органических углеродных соединений, фторида, хлорида, бромида, сульфата, фосфата и других ионов металлов. Раствор органической соли, нагруженной примесями, может содержать различные количества примесей, в зависимости от степени извлечение и уровня содержания примесей в промышленном технологическом потоке. В некоторых случаях уровень содержания примесей в растворе органической соли, нагруженной примесями, сравнительно низкий, так что раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть использован в качестве извлекающего агента таким образом, как описано в данном документе.
Количества анионных примесей, присутствующих в растворе органической соли, нагруженной примесями, могут быть определены при использовании методов ионной хроматографии с обменом анионов (ИХ) с определением электропроводности. Два альтернативных метода ионной хроматографии (ИХ) могут быть использованы, метод с изократическим элюированием и метод с градиентным элюированием, как указано ниже:
Ионная хроматография для количественного определения оксалата ("изократический метод"): Образцы разбавляют в 125 раз деионизованной водой (DI) и затем фильтруют с помощью шприцевого фильтра PALL Acrodisc 0,2 мкм * 13 мм из поливинилиденфторида (PVDF) в виалы Agilent из полипропилена (РР) с защелкивающимися колпачками для хроматографического разделения. Оксалат в образцах отделяется от его матрицы в виде единственного хроматографического пика с применением колонки Dionex IonPac AS4A-SC (250x4,0 мм, компонент #043174), защитной пред-колонки (Dionex IonPac AG4A-SC, компонент #043175), подвижной фазы 3,5 мМ ЫаСОз и 1,7 мМ ЫаНСОз, анионного саморегенерирующегося подавителя Dionex ASRS-ULTRAII 4 мм и определения электропроводности. Подробные инструментальные параметры являются следующими.
система Dionex ICS-3000 с градиентным насосом (система 1)
колонка Dionex Ionpac AS4A-SC, 250x4,0 мм, компонент #043174
Dionex IonPac AG4A-SC компонент #043175
3,5 мМ NaC03 и 1,7 мМ NaHC03 1,5 мл/мин 2 0 мин 2 5 мкл
35°С на DX-500; 30°С на ICS-3000 системе 1
50 мА в режиме рециркуляции
35°С с температурной компенсацией 1,7%/°С
5,0 Гц
Система:
Колонка:
Защитная пред-колонка : Подвижная фаза: Расход:
Время прогона: Вводимый объем: Температура колонки: Ток ASRS: Детектор
электропроводности: Скорость сбора данных:
Программное программное обеспечение Dionex
обеспечение: Chromeleon, версия 6.70
Количественные результаты для изократического метода получают посредством сравнения размеров пика оксалата от образца и стандартного раствора оксалата. Стандартный
оксалатный материал от Acros Organic растворяют в деионизованной воде (DI) и разбавляют до нескольких уровней концентрации. Отклики детектирования стандартных растворов, проанализированные параллельно образцам, нанесены на график в зависимости от их величин концентрации. Линейный участок интервала концентраций этого графика устанавливают в качестве рабочего интервала. Количественное определение образца основано на наклоне прямой линии. Метод имеет относительное стандартное отклонение (RSD) примерно 1,7% и точность прибора составляет примерно 0,4%. Предел обнаружения составляет 0,2 ч/млн оксалата натрия.
"Градиентный метод" используется для анализов анионов ацетата, формиата, хлорида, сульфата, фосфата и
оксалата/сукцината. Следует заметить, что анионы оксалата и сукцината совместно элюируются в этом методе. Образцы разбавляют в 125 раз деионизованной водой (DI) и затем фильтруют с помощью шприцевого фильтра PALL Acrodisc 0,2 мкм * 13 мм из поливинилиденфторида (PVDF) в виалы Agilent из полипропилена (РР) с защелкивающимися колпачками для хроматографического разделения. Конкретные анионы отделяют и определяют при использовании системы безреагентной ионной хроматографии (RFIC) Dionex ICS-3000 с колонкой Dionex IonPac AS19, гидроксида калия в качестве градиентного элюента, анионного саморегенерирующегося подавителя Dinoex ASRS-ULTRAII 4 мм и детектора электропроводности. Для того чтобы количественно определить содержание анионов в образцах, используют внешние стандарты с варьирующимися концентрациями, чтобы установить корреляцию между концентрацией и откликом детектора. Стандартный оксалатный материал получен от Acros Organic, а другие материалы от Inorganic Ventures. Корреляционная зависимость для органических анионов становится нелинейной (искривленной вверх), когда концентрация выше, чем 50 ч/млн (мг/л), и ацетат имеет наиболее узкий линейный интервал. Поэтому концентрации органические внешних стандартов, используемых для количественного определения, калибруются по отношению к концентрациям анионов в образцах, чтобы учитывать
влияние нелинейности, особенно для получения точных данных для баланса масс между байеровским раствором и извлекающим агентом.
Подробные инструментальные параметры являются следующими.
Система 2 DIONEX ICS-3000 с генератором элюента КОН
Колонка: Защитная пред-колонка : Температура колонки: Подавитель ионов:
Обнаружение:
Скорость сбора данных: Вводимый объем: Расход:
Время прогона: Подвижная фаза: Градиент:
DIONEX IonPac AS19, 250x4,0 мм DIONEX IonPac AG19
30°С
DIONEX ASRS-ULTRA II, 4 мм; рециклы; 114 мА
Детектор электропроводности с температурной компенсацией 1,7%/°С 5,0 Гц
2 5 мкл
1,0 мл/мин
3 0 минут, включая завершающие периоды градиент КОН
программное обеспечение Dionex
Время (мин) КОН мМ
0 10 3 10 25 50 25,1 10 30 10 Программное обеспечение: Chromeleon, версия 6.70
Точность прибора составляет 0,7% относительного стандартного отклонения (RSD) или лучше для всех аналитов. Точность метода составляет 0,7% RSD или лучше для всех аналитов за исключением фосфата. Для фосфата, в б отдельных определениях, найдено, что его концентрация составляет менее чем 1 ч/млн, и точность способа составляет 5,8% RSD. В заключение, предел обнаружения составляет 0,2 ч/млн (мг/л) или
лучше для всех анионов.
Для обоих методов колонки очищают после анализа от 2 0 до 4 0 образцов, чтобы удалить загрязнения из накопленных полианионных компонентов и металлов из матриц образцов. Процедура очистки задается на установке для ионной хроматографии (ИХ) программируемыми этапами очистки 0,5 М гидроксидом натрия, водой и 2н хлористоводородной кислотой.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть удален или подвергнут дополнительной обработке после того, как определено количество примесей, присутствующих в растворе органической соли, нагруженной примесями. В одном из вариантов осуществления раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть использован в качестве извлекающего агента в другом промышленном технологическом потоке. Среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что введение раствора органической соли, нагруженной примесями, в другой промышленный технологический поток может происходить без анализа содержания в нем примесей.
В другом варианте осуществления органическая соль, присутствующая в растворе органической соли, нагруженной примесями, может быть регенерирована, т.е. примеси удалены из органической соли для того, чтобы повторно использовать органическую соль в качестве части извлекающего агента. Регенерация органической соли, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, включает удаление примесей из органической соли, нагруженной примесями. Регенерация органической соли включает смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей. Несмотря на то, что лишь одна стадия удаления рассматривается в данном документе, процесс не ограничивается в этом отношении, поскольку может быть использована более чем одна стадия удаления. Кроме того, предполагается, что если выполняется более чем одна стадия удаления, то раствор для удаления примесей, используемый во время последующей стадии, может быть таким же, что и раствор для удаления примесей, использованный на первой стадии, или
отличающимся от него.
В одном из вариантов осуществления удаления примесей из органической соли раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивается с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь. В общем, раствор для удаления примесей способствует удалению примеси из органической соли, нагруженной примесями. Например, раствор для удаления примесей может содержать соединение, имеющее анион, выбранный из галоида (например, фторида, хлорида, бромида, иодида), гидроксида, алкилсульфата (например, метилсульфата, этилсульфата,
октилсульфата), диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата (например, формиата, ацетата, пропионата, бутирата, гексаноата, фумарата, малеата, лактата, оксалата, пирувата), бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2] ) , тетрафторбората и гексафторфосфата.
В конкретном примере раствор для удаления примесей включает соединение, имеющее гидроксильный анион (ОН-) . В другом примере раствор для удаления примесей включает соединение, имеющее анион бикарбоната (НСОз~) . В еще одном примере раствор для удаления примесей включает соединение, имеющее хлоридный анион (С1~) .
Предполагается, что соединение, присутствующее в растворе для удаления примесей, может включать любой катион, способный к связыванию с вышеуказанными анионами. Одно или несколько соединений, присутствующих в растворе для удаления примесей, могут включать, однако не ограничиваются ими, хлорид натрия, бромид калия, бисульфат натрия, гидроксид натрия, нитрат натрия, бикарбонат натрия, нитрит натрия и т.п.
Конкретным примером раствора для удаления примесей, способного к смешиванию с водным раствором органической соли, нагруженной примесями, является раствор, содержащий 25% (по массе) хлорида натрия (2 5% NaCl). Другим примером раствора для удаления примесей является раствор, содержащий 15% (по массе) бикарбоната натрия (15% ЫаНСОз) . Еще одним примером раствора для удаления примесей является раствор, содержащий 7,5% (по
массе) гидроксида натрия (7,5% NaOH). Другим примером раствора для удаления примесей является раствор, содержащий 10% (по массе) гидроксида натрия (10% NaOH). В еще одном примере раствор для удаления примесей включает 12,5% (по массе) гидроксида натрия (12,5% NaOH).
Хотя раствор органической соли, нагруженной примесями, может быть по меньшей мере частично несмешивающимся с раствором для удаления примесей, степень смешиваемости может варьироваться, и, соответственно, относительные количества раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей могут изменяться в пределах сравнительно широкого интервала. Факторы, которые имеют тенденцию влиять на смешиваемость, включают температуру, содержание неорганической соли, например, содержание ОН~, содержание органической соли и различные характеристики самой органической соли, такие как молекулярная масса и химическая структура.
Количество раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей, которые взаимно смешиваются, чтобы образовать двухфазную смесь, варьируется в зависимости от вида применения и зависит от одного или нескольких факторов. Факторы, влияющие на количество раствора для удаления примесей и раствора органической соли, нагруженной примесями, включают, однако не ограничивается ими, вид и/или количество органической соли и/или примеси, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, аниона, присутствующего в растворе для удаления примесей, и т.п.
В одном из вариантов осуществления массовое соотношение раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей составляет от [1:100] до [1:0,01]. В другом варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей составляет от [1:10] до [1:0,1]. В другом варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей составляет от [1:4] до [1:0,15]. В еще одном варианте осуществления массовое соотношение раствора
органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей составляет от [1:2] до [1:0,25].
Смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей образует двухфазную смесь. Каждая из фаз двухфазной смеси может быть жидкой фазой. В качестве альтернативы, одна из фаз двухфазной смеси может включать твердотельное вещество. Двухфазная смесь включает первоначальную фазу органической соли, нагруженной примесями, и первоначальную фазу раствора для удаления примесей.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, и раствор для удаления примесей могут быть взаимно смешаны различными путями, например, периодическим, полунепрерывным или непрерывным способами. Подобно смешиванию раствора органической соли с промышленным технологическим потоком, смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей может быть выполнено посредством подачи раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей в любое подходящее оборудование, которое может быть использовано для смешивания и разделения фаз или осаждения. В одном из вариантов осуществления смешивание включает подачу раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей в смеситель, встроенный в линию. В другом варианте осуществления смешивание включает подачу раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей в смеситель/осадитель непрерывного действия.
Смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей эффективно для удаления примесей из органической соли, нагруженной примесями, что, соответственно, уменьшает концентрацию примесей в растворе органической соли, нагруженной примесями. Удаление примесей из органической соли, нагруженной примесями, образует раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальную фазу раствора для удаления примесей.
В общем, раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей включает органическую соль с примесью,
удаляемой из нее. Раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей может также включать некоторое количество органической соли, нагруженной примесями.
После смешивания раствора соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, результирующие фазы могут быть разделены и утилизированы индивидуальным образом. Например, результирующая первоначальная фаза раствора для удаления примесей может быть удалена или повторно использована в качестве раствора для удаления примесей. В качестве альтернативы, первоначальный раствор для удаления примесей может быть подвергнут дополнительной обработке перед удалением или повторным использованием. Следует принимать во внимание, что образование двухфазной смеси и физическое отделение одной фазы от другой могут быть выполнены аналогично формированию и разделению двухфазной смеси, рассмотренным выше.
Результирующий раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей может быть предоставлен в промышленный технологический поток, чтобы быть использованным в качестве извлекающего агента, т.е. для извлечения примесей из промышленного технологического потока. В качестве альтернативы, раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей может быть подвергнут дополнительной обработке, например, смешиванию с промывочным раствором.
В одном из вариантов осуществления, например, когда технологический поток процесса Байера используется в качестве промышленного технологического потока, в котором примесь удаляется из органической соли посредством смешивания раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, содержащим соединение, имеющее гидроксильный анион (ОН-) , раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей, содержащий органическую соль, свободную от примеси, может быть предоставлен в промышленный технологический поток для применения в качестве извлекающего агента. В качестве альтернативы, если раствор для удаления примесей содержит соединение, имеющее иной анион, чем гидроксил (ОН-) , раствор органической соли с уменьшенным содержанием
примесей может подвергаться дополнительной обработке, такой как смешивание с промывочным раствором, перед повторным использованием органической соли, свободной от примеси, в качестве извлекающего агента в промышленном технологическом потоке.
Смешивание раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей с промывочным раствором способствует удалению из органической соли анионов, которые могут препятствовать или предотвращать возможность использования органической соли в качестве извлекающего агента в промышленном технологическом потоке. Несмотря на то, что лишь одна стадия промывки рассматривается в данном документе, процесс не ограничивается в этом отношении, поскольку может быть использована более чем одна стадия промывки. Кроме того, предполагается, что если выполняется более чем одна стадия промывки, то промывочный раствор, используемый во время последующей стадии промывки, может быть таким же, что и промывочный раствор, использованный на первой стадии промывки, или отличающимся от него.
В одном из вариантов осуществления промывочный раствор включает соединение, имеющее анион. Примеры подходящих анионов включают, однако не ограничивается ими, галоид (например, фторид, хлорид, бромид, иодид), гидроксил, алкилсульфат (например, метилсульфат, этилсульфат, октилсульфат),
диалкилфосфат, сульфат, нитрат, фосфат, сульфит, фосфит, нитрит, гипохлорит, хлорит, хлорат, перхлорат, карбонат, бикарбонат, карбоксилат (например, формиат, ацетат, пропионат, бутират, гексаноат, фумарат, малеат, лактат, оксалат, пируват), бис(трифторметилсульфонил)имид ([NTF2]-), тетрафторборат и гексафторфосфат.
В конкретном примере промывочный раствор включает соединение, имеющее гидроксильный (ОН-) анион. Частным примером соединения, присутствующего в промывочном растворе, является гидроксид натрия (NaOH). Конкретный пример промывочного раствора содержит 7,5% NaOH. Другой пример промывочного раствора содержит 10% NaOH. Еще один пример промывочного
раствора содержит 12,5% NaOH.
Раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей смешивается с промывочным раствором, чтобы образовать двухфазную смесь. В одном из вариантов осуществления двухфазная смесь включает фазу, содержащую промытую органическую соль, и фазу, содержащую промывочный раствор. Промытая органическая соль включает, в общем, органическую соль, свободную от примеси. Фаза промывочного раствора включает промывочный раствор.
Раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей смешивается с промывочным раствором в любом количестве, которое эффективно, чтобы образовать двухфазную смесь. Количество раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора, которые взаимно смешиваются, будет варьироваться в зависимости от вида применения. В одном из примеров массовое соотношение раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора составляет от [1:100] до [1:0,01] по массе. В другом варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора составляет от [1:10] до [1:0,1] по массе. В еще одном варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора составляет от [1:4] до [1:0,15] по массе. В другом варианте осуществления массовое соотношение раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора составляет от [1:2] до [1:0,25].
Смешивание раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей с промывочным раствором эффективно, чтобы образовать фазу, содержащую промытую органическую соль. Фаза, включающая промытую органическую соль, обычно включает регенерированную органическую соль, которая может быть предоставлена в промышленный технологический поток для применения в качестве извлекающего агента. Следует принимать во внимание, что промытая органическая соль может быть предоставлена в процесс, в который исходный водный раствор
органической соли был добавлен, чтобы удалить примеси. В качестве альтернативы, промытая органическая соль может быть предоставлена в другой промышленный поток в другом процессе, чтобы удалить из него примеси.
Остающийся промывочный раствор может быть удален или повторно использован в качестве промывочного раствора.
В одном из вариантов осуществления промытая органическая соль включает четвертичный органический катион и противоион. Более конкретно, промытая органическая соль включает катион, выбранный из группы, состоящей из фосфония, аммония, имидазолия, пирролидиния, хинолиния, пиразолия, оксазолия, тиазолия, изохинолиния и пиперидиния. Противоион представляет собой анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
Представленные ниже примеры иллюстрируют определенные аспекты данного изобретения, как описано и рассмотрено в данном документе. Данные Примеры представлены лишь в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения изобретения или любых вариантов осуществления каким-либо образом.
ПРИМЕРЫ
Пример 1: Удаление примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями, при использовании раствора для удаления примесей, содержащего хлорид натрия
Раствор органической соли, содержащий 62% хлорида октил(трибутил)фосфония и 38% воды, приводится в соприкосновение с 10% гидроксидом натрия при массовом соотношении [1:1] в двухстадийном противоточном смесителе-осадителе. При этом образуется двухфазную смесь. Процесс приводит к концентрации гидроксида примерно 0,35 ммоль/г в растворе органической соли.
Вышеуказанный раствор органической соли смешивается с байеровским раствором при массовом соотношении [1:1]
(байеровский раствор к раствору органической соли). Противоточная последовательность технологических операций моделировалась посредством использования небольших порций в лабораторных делительных воронках, как описано в "Mass-Transfег Operations" 3rd Edition, Robert E. Treybal, McGraw-Hill Book Company, New York, 1980 (Chapter 10) . При этом образуется двухфазная система, и распределение примесей между двумя фазами основано на равновесных величинах, посредством чего образуется фаза, содержащая раствор органической соли, нагруженной примесями, и фаза, содержащая байеровский раствор.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, затем приводится в соприкосновение с раствором для удаления примесей при массовом соотношении [1:0,33] (раствор органической соли, нагруженной примесями, к раствору для удаления примесей) в противоточной последовательности технологических операций, смоделированной посредством использования небольших порций в лабораторных делительных воронках. Раствор для удаления примесей содержит 2 5% хлорида натрия. Примеси, присутствующие в растворе органической соли, нагруженной примесями, удаляются посредством хлорида натрия. Фиг. 2 показывает распределение общего органического углерода (ТОС) в каждой из двух фаз, в соответствии с чем разные точки на графике представляют разные массовые соотношения раствора органической соли и фазы NaCl.
а. Уравновешивание органической соли:
Раствор органической соли, содержащий органическую соль, такую как, например, хлорид октил(трибутил)фосфония, уравновешивали 10% или 2 6% раствором NaOH при использовании следующего способа: для полностью растворимых в воде органических солей, органическую соль вначале растворяли в деионизованной воде (DI), чтобы получить раствор примерно 70 масс.%. Равные массы раствора органической соли и раствора NaOH приводили в соприкосновение в делительной воронке. Делительную воронку плотно закрывали и помещали в печь при 60°С на 2 часа. Воронку затем встряхивали (вручную) в течение 2 минут и затем помещали в печь на 3 0 минут. Воронку затем снова встряхивали в течение 2 минут и помещали снова в печь на 1 ч, чтобы
обеспечить полное разделение фаз. По прошествии 1 часа нижний слой NaOH сливали, а верхнюю фазу органической соли, уравновешенной NaOH, т.е. раствор органической соли, сохраняли для дальнейшего использования.
b. Смешивание раствора органической соли с байеровским раствором
Раствор органической соли смешивали с байеровским раствором при использовании следующего способа: равные массы раствора органической соли и байеровского раствора добавляли в делительную воронку и помещали в печь при 60 °С на 2 часа. Воронку затем встряхивали (вручную) в течение 2 минут и затем помещали в печь на 3 0 минут. Воронку затем снова встряхивали в течение 2 минут и помещали снова в печь на 1 ч, чтобы обеспечить полное разделение фаз. По прошествии 1 часа нижнюю фазу байеровского раствора сливали, а верхний раствор органической соли, нагруженной примесями, сохраняли для дальнейшего использования.
c. Удаление примеси из раствора органической соли, нагруженной примесями, при использовании удаленного раствора, содержащего 25% NaCl
Раствор органической соли, нагруженной примесями, с верхней стороны приводили в соприкосновение с раствором для удаления примесей, содержащим 25% NaCl. Равные массы помещали в лабораторную делительную воронку, встряхивали в течение 2 мин и затем помещали в печь при 60°С на 2 часа. Воронку затем встряхивали в течение 2 минут и затем помещали в печь на 3 0 минут. Воронку затем встряхивали в течение 2 минут и помещали снова в печь на 1 ч, чтобы обеспечить полное разделение фаз. Фазы затем разделяли и анализировали. Концентрации оксалата/сукцината, ацетата и формиата определяли при использовании ионной хроматографии (ИХ) (градиентного метода), и они представлены в таблице 1 ниже.
Таблица 1
Средняя процентная доля (средн.%) примеси, удаленной из раствора соли, нагруженной примесями, при использовании
раствора для удаления примесей с 25% NaCl
Первоначальная используемая органическая соль (перед уравновешиванием)
Среди.% удаленного оксалата/сук-цината
Среди.% удаленного ацетата
Среди.% удаленного формиата
Ammoeng-110
69, 31
71,72
62, 69
Ammoeng-101
83, 94
85,36
72,43
Хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия
76, 04
100*
Хлорид 1-бутил-2,3-диме тилимид а з олия
60, 85
75, 22
52, 25
Бромид
бутилметилпиролидиния
81, 68
85, 58
53, 21
Хлорид
октил(трибутил)фосфония
59,46
98,42
93, 12
Гидроксид
тетрабутилфосфония
100*
100*
78, 19
Гидроксид тетрабутиламмония
100*
89, 58
70, 03
Хлорид
октил(трибутил)аммония
89, 85
100*
100*
Хлорид
октил(тригексил)фосфония
11,27
73,23
52, 2
Хлорид
тригексил(бутил)фосфония
4, 64
53, 2
44, 53
Хлорид
тетрадецил(трибутил) аммония
44, 04
100*
92, 48
Бромид
тетрадецил(тригексил) фосфония
2,74
17, 67
10, 31
Хлорид тетрагексиламмония
9,7
86,8
63, 68
Хлорид
51,74
100*
89, 25
гексил(трибутил)фосфония
Содержание примесей ниже инструментального предела
обнаружения в фазе органической соли, предполагается 100% удаление
Пример 2: Удаление примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями при использовании раствора для удаления примесей, содержащего бисульфата натрия, нитрата натрия или нитрита натрия
a. Уравновешивание органической соли
Раствор органической соли, содержащий органическую соль, такую как, например, хлорид октил(трибутил)фосфония, уравновешивали 10% или 2 6% раствором NaOH при использовании следующего способа: для полностью растворимых в воде органических солей, органическую соль вначале растворяли в деионизованной воде (DI), чтобы получить раствор органической соли с содержанием примерно 7 0 масс.% органической соли.
Равные массы раствора органической соли и раствора NaOH приводили в соприкосновение в делительной воронке на 500 мл
(2 00 г каждого). Делительную воронку плотно закрывали и помещали в печь при 60°С на 2 часа. Воронку затем встряхивали
(вручную) в течение 2 минут и затем помещали в печь на 3 0 минут. Воронку затем снова встряхивали в течение 2 минут и помещали снова в печь на 1 ч, чтобы обеспечить полное разделение фаз. По прошествии 1 часа нижний слой NaOH сливали и верхнюю фазу органической соли, уравновешенной NaOH, т.е. раствор органической соли, сохраняли для дальнейшего использования.
b. Смешивание водного раствора органической соли с байеровским раствором
Раствор органической соли смешивали с байеровским раствором при использовании следующего способа: равные массы (200 г) раствора органической соли и байеровского раствора добавляли в делительную воронку на 500 мл и помещали в печь при 60°С на 2 часа. Воронку затем встряхивали (вручную) в течение 2
минут и затем помещали в печь на 3 0 минут. Воронку затем снова встряхивали в течение 2 минут и помещали снова в печь на 1 ч, чтобы обеспечить полное разделение фаз. По прошествии 1 часа нижнюю фазу байеровского раствора сливали, а верхний раствор органической соли, нагруженной примесями, сохраняли для дальнейшего использования.
Концентрации примесей, присутствующих в байеровском растворе перед смешиванием с раствором органической соли, определяли, и они представлены в таблице 2 ниже. Концентрации оксалата/сукцината, ацетата, формиата и хлорида определяли при использовании ионной хроматографии (ИХ) (градиентного метода), в то время как концентрацию нелетучего органического углерода (NPOC) определяли при использовании анализатора общего органического углерода (ТОС), такого как, например, анализатор общего органического углерода Shimadzu Model ТОС-5050А.
Таблица 2
Примеси, присутствующие в первоначальном байеровском растворе:
Среднее содержание NPOC (г/л)
Среднее содержание оксалата/сукцината (г/л)
Среднее содержание ацетата (г/л)
Среднее содержание формиата (г/л)
Среднее содержание хлорида (г/л)
10,8855
2,0160
6,5643
2,3056
10,8062
с. Смешивание раствора
органической соли,
нагруженной
примесями,
с раствором для
удаления
примесей,
содержащим
бисульфат натрия (NaHSO,})
Раствор органической соли, нагруженной примесями, содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония в качестве органической соли, смешивали с раствором для удаления примесей, содержащим бисульфат натрия (NaHSO,}) .
Раствор органической соли, нагруженной примесями, приготавливали таким же образом, как рассмотрено для стадий а. и Ь. выше. Раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивали с 30% и 50% растворами NaHSC^ при массовых соотношениях 1, 2, 5 и 10 к 1 при использовании такой же процедуры, что и для извлечения с байеровским раствором,
рассмотренной на стадии Ь. выше. Концентрация примесей, удаленных из органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, показана в таблицах За и ЗЬ ниже и определена ионной хроматографией (ИХ) (градиентным методом) и/или анализатором общего органического углерода (ТОС):
Таблица За
Концентрация примесей, присутствующих в растворе органической
соли, нагруженной примесями:
Примесь
Оксалат/ сукцинат (г/л)
Ацетат (г/л)
Формиат (г/л)
Хлорид (г/л)
Первоначальная органическая соль, нагруженная примесями
1,4732
6,2912
2,2514
9,7565
Таблица ЗЬ
Эффективность раствора для удаления примесей, содержащего NaHS04, при удалении примесей из органической соли, нагруженной
примесями:
Соотношение
Среди.
Среди.
Среди.
Среди.
органической соли,
масс.%
масс.%
масс.%
масс.%
нагруженной
NaHS04
удаленного
удален-
удален-
удален-
примесями, и NaHS04
оксалата/
ного
ного
ного
(по массе)
сукцината
ацетата
формиата
хлорида
30%
33, 4
19, 7
28,5
29,5
20,5
8,9
16, 1
20, 6
8,7
11,3
13, 9
1,6
7,1
50%
22, 9
-1, 6
3,3
6,5
10, 3
2,7
5,4
8,5
11, 1
9, 6
12, 5
14,3
1,7
2,5
7,4
d. Смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, содержащим нитрат натрия (ЫаЫОз)
Раствор органической соли, нагруженной примесями,
содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония в качестве органической соли, смешивали с раствором для удаления примесей, содержащим нитрат натрия (ЫаЫОз) .
Раствор органической соли, нагруженной примесями, приготавливали таким же образом, как рассмотрено для стадий а. и Ь. выше. Раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивали с равными массами (10 г каждого) раствора для удаления примесей, содержащего растворы с 12,5%, 25% и 50% NaNC> 3, при использовании такой же процедуры, что и для извлечения с байеровским раствором, как описано для стадии Ь. выше. Количество примесей, удаленных из органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, показано в таблицах 4а и 4Ь ниже и определено ионной хроматографией (ИХ) (градиентным методом) и/или анализатором общего органического углерода (ТОС).
Таблица 4а
Концентрация примесей, присутствующих в растворе органической
соли, нагруженной примесями:
Среднее содержание NPOC (г/л)
Среднее содержание оксалата/сукцината (г/л)
Среднее содержание ацетата (г/л)
Среднее содержание формиата (г/л)
Среднее содержание хлорида (г/л)
6, 100
0,318
6,404
2,278
64,319
Таблица 4Ь
Эффективность раствора для удаления примесей, содержащего ЫаЫОз, при удалении примесей из органической соли, нагруженной
примесями:
% NaN03
Средн. масс.%
оксалата/сукцината
Среди. масс.% ацетата
Среди. масс.% формиата
Среди. масс.% хлорида
12,5%
91,7
81, 9
82, 1
58, 5
25%
92, 0
98, 0
98,2
93, 0
50%
92, 6
98, 8
98, 9
97, 2
Смешивание водного раствора органической соли,
нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, содержащим нитрит натрия (ЫаЫОг)
Раствор органической соли, нагруженной примесями, содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония в качестве органической соли, смешивали с раствором для удаления примесей, содержащим нитрит натрия (ЫаЫОг) .
Раствор органической соли, нагруженной примесями, приготавливали таким же образом, как рассмотрено для стадий а. и Ь. выше. Раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивали с равными массами (10 г каждого) раствора для удаления примесей, содержащего раствор 2 5% NaN02, при использовании такой же процедуры, что и для извлечения с байеровским раствором, как рассмотрено для стадии Ь. выше. Количество примесей, удаленных из органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, показано в таблицах 5а и 5Ь ниже и определено ионной хроматографией (ИХ) (градиентным методом) и/или анализатором общего органического углерода (ТОС).
Таблица 5а
Концентрация примесей, присутствующих в растворе органической
соли, нагруженной примесями:
Среднее содержание NPOC (г/л)
Среднее содержание оксалата/сукцината (г/л)
Среднее содержание ацетата (г/л)
Среднее содержание формиата (г/л)
Среднее содержание хлорида (г/л)
6, 100
0,318
6,404
2,278
64,319
Таблица 5Ь
Эффективность раствора для удаления примесей, содержащего NaN02, при удалении примесей из органической соли, нагруженной
примесями:
% NaN02
Средн. масс.%
оксалата/сукцината
Среди. масс.% ацетата
Среди. масс.% формиата
Среди. масс.% хлорида
25%
92, 9
90, 9
92, 9
75, 5
Пример 3: Удаление примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями, при использовании раствора для удаления примесей, содержащего бикарбонат натрия
a. Уравновешивание органической соли
Раствор органической соли, содержащий органическую соль, такую как октил(трибутил)фосфония, уравновешивали раствором ЫаНСОз при использовании следующего способа: 250 г суспензии 20% ЫаНСОз (в деионизованной воде (DI)) быстро перемешивали при 60°С в реакционном сосуде на 500 мл. Равную массу (250 г) раствора органической соли (74% органической соли в деионизованной воде (DI)) добавляли при быстром перемешивании. После добавления раствора органической соли перемешивание прекращали и предоставляли возможность раствору достигнуть 60°С. Смесь затем перемешивали в течение 2 минут и после этого предоставляли возможность разделения фаз. Нижнюю фазу ЫаНСОз сливали и добавляли (при 60°С) новую порцию (250 г) 15% МаНСОз. Смесь перемешивали в течение 2 минут и после этого предоставляли возможность разделения фаз. Нижняя фаза ЫаНСОз сливается и верхний уравновешенный раствор органической соли сохраняется для дальнейшего применения.
b. Смешивание раствора органической соли с байеровским раствором
Раствор органической соли смешивали с байеровским раствором при использовании следующего способа: равные массы
(200 г) уравновешенного водного раствора органической соли и байеровского раствора добавляли в делительную воронку на 500 мл и помещали в печь при 60°С на 2 часа. Воронку затем встряхивали
(вручную) в течение 2 минут и затем помещали в печь на 3 0 минут. Воронку затем снова встряхивали в течение 2 минут и помещали снова в печь на 1 ч, чтобы обеспечить полное разделение фаз. По прошествии 1 часа нижнюю фазу байеровского раствора сливали, а верхний раствор органической соли, нагруженной примесями, сохраняли для дальнейшего использования.
Концентрации примесей, присутствующих в байеровском растворе перед смешиванием с водным раствором органической соли, определяли при использовании ионной хроматографии (ИХ)
(градиентного метода) и/или анализатора общего органического углерода (ТОС), и они представлены в таблице б ниже.
Таблица б
Примеси, присутствующие в первоначальном байеровском растворе:
Среднее содержание NPOC (г/л)
Среднее содержание оксалата/сукцината (г/л)
Среднее содержание ацетата (г/л)
Среднее содержание формиата (г/л)
Среднее содержани е хлорида (г/л)
17,9379
1,0472
3,0236
2,1251
4,0461
с. Смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, содержащим бикарбонат натрия (ЫаНСОз)
Раствор органической соли, нагруженной примесями, содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония в качестве органической соли, смешивали с раствором для удаления примесей, содержащим 15% бикарбоната натрия.
Раствор органической соли, нагруженной примесями, содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония в качестве органической соли, приготавливали в соответствии со стадиями а. и Ь., описанными выше. Раствор органической соли, нагруженной примесями, приводили в соприкосновение с 15% раствором ЫаНСОз при массовых соотношениях раствор органической соли, нагруженной примесями : ЫаНСОз от 1 до 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 и 4, при использовании такой же процедуры, что и для извлечения с байеровским раствором, рассмотренного на стадии Ь. выше. Количество примесей, удаленных из органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в растворе органической соли, нагруженной примесями, показано в таблицах 7а и 7Ь ниже и определено ионной хроматографией (ИХ) (градиентным методом) и/или анализатором общего органического углерода (ТОС).
Таблица 7а
Концентрация органической соли, нагруженной примесями, присутствующей в водном растворе органической соли, нагруженной
примесями
Среднее
Среднее
Среднее
Среднее
Среднее
содержание
содержа-
содержа-
содержа-
содержание
оксалата/
ние
ние
ние
NPOC (г/л)
сукцината
ацетата
формиата
хлорида
(г/л)
(г/л)
(г/л)
(г/л)
Первоначаль-
ная
органическая
11,8841
0,5310
3,2831
2,1781
49,1057
соль,
нагруженная
примесями
Таблица 7Ь
Эффективность раствора для удаления примесей, содержащего ЫаНСОз, при удалении примесей из органической соли, нагруженной
примесями:
Соотношение
Среди.
Среди.
Среди.
Среди.
Среди.
органическая
масс.%
масс.%
масс.%
масс.%
масс.%
соль:раствор
удален-
удаленного
удален-
удален-
удален-
для удаления
ного
оксалата/
ного
ного
ного
примесей
NPOC
сукцината
ацетата
формиата
хлорида
1: 4
97, 8
84,5
49, 2
58,2
42,2
1: 3
75, 3
85, 2
41,7
51, 0
36, 1
1:2,5
72,4
97, 2
44,5
48, 6
31,4
1: 2
59, 8
100, 0
58, 1
45, 2
27, 9
1:1,5
53, 9
100, 0
59, 4
44,7
20,7
1:1
37,4
79, 3
47,7
34,7
11, 9
1:0,5
16,7
63, 6
28, 0
7,9
-15, 3
Следует заметить, что отрицательное число обозначает
увеличение концентрации компонента в фазе органической соли
Пример 4: Удаление примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями при использовании раствора для удаления примесей, содержащего хлорид натрия, и промывочного раствора, содержащего гидроксид натрия
Органическую соль, нагруженную примесями, регенерировали посредством смешивания с раствором для удаления примесей, содержащим 25% NaCl, в массовом соотношении [1:1], с последующей стадией промывки при использовании промывочного раствора, содержащего 10% NaOH, в массовом соотношении [1:1]. Следующую процедуру выполняли при 60°С:
a. Уравновешивание органической соли
7 4%-ный раствор органической соли, содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония, первоначально приводили к заданным условиям посредством приведения раствора в соприкосновение с 10%-ным раствором NaOH при массовом соотношении органическая соль : 10% NaOH, составляющим [1:1] . Фазу 10% NaOH сливали и добавляли свежий 10%-ный раствор NaOH при массовом соотношении [1:1] для 10% NaOH. Фазу 10% NaOH (нижнюю фазу) удаляли и приготавливали органическую соль, чтобы удалить примеси из промышленного технологического потока.
b. Извлечение примесей из промышленного технологического потока
Органическую соль, приведенную к заданным условиям, смешивали в виде раствора с равной массой отработанного байеровского раствора в делительной воронке. Смесь встряхивали в течение 2 минут и предоставляли возможность разделения фаз. Смесь встряхивали в течение 2 минут второй раз и фазам предоставляли возможность разделения для конечного отделения. Фазы физически разделяли и анализировали с помощью метода ионной хроматографии и/или анализатора общего органического углерода (ТОС), чтобы определить концентрацию примесей, присутствующих в каждой фазе. Концентрация примесей, присутствующих в фазе, содержащей органическую соль, нагруженную примесями, представлена в таблице 8 ниже.
c. Смешивание органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей
Фазу, содержащую органическую соль, нагруженную примесями, т.е. раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивали с равной массой 25%-ного раствора NaCl для удаления примесей. Смесь встряхивали в течение 2 минут два раза и затем предоставляли возможность разделения фаз. Фазы разделяли, и концентрация примесей, присутствующих в обеих фазах представлена в таблице 8.
d. Смешивание органической соли с уменьшенным содержанием примесей с промывочным раствором
Фазу, содержащую органическую соль после удаления примесей, т.е. раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей, затем смешивали с равной массой промывочного раствора с 10% NaOH. Как указано выше, смесь встряхивали в течение 2 минут два раза и затем предоставляли возможность разделения фаз. Фазы разделяли, и концентрация примесей, присутствующих в обеих фазах представлена в таблице 8 .
е ._Предоставление_промытой органической_соли в
промышленный технологический поток
Фазу, содержащую промытую органическую соль, т.е. фазу промытой органической соли, предоставляли в свежий отработанный байеровский раствор равной массы. Как указано выше, смесь встряхивали в течение 2 минут два раза и затем предоставляли возможность разделения фаз. Фазы разделяли, и концентрация примесей в обеих фазах для второго извлечения представлена в таблице 8.
Таблица 8
Средняя процентная доля примесей, удаленных из фазы органической соли или фазы промышленного технологического
потока
Стадия
Среди.
масс.% удаленного NPOC
Среди. масс.% удаленного оксалата/ сукцината
Среди.
масс.% удаленного ацетата
Среди. масс.% удаленного формиата
Среди.
масс.% удаленного хлорида
Среди.
масс.% удаленного сульфата
Извлечение
№ 1, из
отработан-
43,7
25, 6
42, 8
65, 1
79, 7
7,3
ного
раствора
Удаление
(25% NaCl),
из фазы
органической
100*
100*
83, 9
87, 1
-130,9
88,7
соли,
нагруженной
примесями
Промывка
(10% NaOH)
фазы
органичес-
кой соли, нагруженной
100*
27,4
26,3
11, 8
19, 5
примесями,
после
удаления
примесей
Извлечение
# 2, из
свежего отработан-
44, 6
7,1
43,5
59, 8
29, 0
0,4
ного
раствора
* Содержание примесей ниже инструментального предела обнаружения в фазе органической соли, предполагается 100% удаление
# Следует заметить, что отрицательное число обозначает увеличение концентрации компонента в фазе органической соли
Пример 5: Удаление примесей из раствора органической соли, нагруженной примесями, при использовании раствора для удаления примесей, содержащего бикарбонат натрия, и промывочного раствора, содержащего гидроксид натрия
Органическую соль, нагруженную примесями, регенерировали посредством смешивания с раствором для удаления примесей, содержащим 15% ЫаНСОз, в массовом соотношении [1:1], с последующей стадией промывки при использовании промывочного раствора, содержащего 10% NaOH, в массовом соотношении [1:1]. Следующую процедуру выполняли при 60°С:
a. Уравновешивание органической соли
7 4%-ный раствор органической соли, содержащий хлорид октил(трибутил)фосфония, приводили к заданным условиям посредством смешивания раствора органической соли с 15% ЫаНСОз при массовом соотношении [1:1]. Фазу 15% ЫаНСОз сливали и добавляли свежий 15%-ный раствор ЫаНСОз при массовом соотношении [1:1] для 15% ЫаНСОз. Фазу, содержащую 15% ЫаНСОз, удаляли, и органическая соль была готова к удалению примесей из промышленного технологического потока.
b. Извлечение примесей из промышленного технологического потока
Органическую соль, приведенную к заданным условиям, смешивали с равной массой отработанного байеровского раствора в делительной воронке. Смесь встряхивали в течение 2 минут и
предоставляли возможность разделения фаз. Смесь встряхивали в течение 2 минут второй раз и фазам предоставляли возможность разделения для конечного отделения. Фазы физически разделяли и анализировали с помощью ионной хроматографии (градиентного метода) и/или анализатора общего органического углерода (ТОС), чтобы определить концентрацию примесей, присутствующих в каждой фазе. Концентрация примесей представлена в таблице 9 ниже.
c. Смешивание органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей
Фазу, содержащую органическую соль, нагруженную примесями, т.е. раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивали с равной массой 15%-ного раствора ЫаНСОз для удаления примесей. Как указано выше, смесь встряхивали в течение 2 минут два раза и затем предоставляли возможность разделения фаз. Фазы разделяли, и концентрация примесей, присутствующих в обеих фазах представлена в таблице 9.
d. Смешивание органической соли с уменьшенным содержанием примесей с промывочным раствором
Фазу, содержащую органическую соль после удаления примесей, т.е. раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей, затем смешивали с равной массой промывочного раствора с 10% NaOH. Как указано выше, смесь встряхивали в течение 2 минут два раза и затем предоставляли возможность разделения фаз. Фазы разделяли, и концентрация примесей, присутствующих в обеих фазах представлена в таблице 9.
е ._Предоставление_промытой органической_соли в
промышленный технологический поток
Фазу, содержащую промытую органическую соль, т.е. фазу промытой органической соли, предоставляли в свежий отработанный байеровский раствор равной массы. Как указано выше, смесь встряхивали в течение 2 минут два раза и затем предоставляли возможность разделения фаз. Фазы разделяли, и концентрация примесей, присутствующих в обеих фазах представлена в таблице 9.
Таблица 9
Концентрация примесей, присутствующих в фазе органической соли
или фазе промышленного технологического потока
Стадия
Среди.% удаленного NPOC
Среди.% удаленного оксалата/ сукцината
Среди.% удаленного ацетата
Среди.% удаленного формиата
Среди.% удаленного хлорида
Среди.% удаленного сульфата
Извлечение 1
54, 0
24,2
71,3
88,5
60,4
12,4
Удаление (15% NaHC03)
41, 6
69, 3
19, 0
23,4
11, 6
93, 9
Промывка (10% NaOH)
39, 3
74, 0
58, 9
35, 4
18,3
Извлечение 2
45, 3
21, 9
23,4
21, 9
60,2
70, 8
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ удаления примесей из органической соли, включающий:
предоставление раствора органической соли, нагруженной примесями; и
смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь,
при этом смешивание эффективно для уменьшения концентрации примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальная фаза раствора для удаления примесей.
2. Способ по п. 1, в котором раствор органической соли, нагруженной примесями, содержит от примерно 1 масс.% до примерно 97 масс.% воды, в расчете на общую массу раствора органической соли, нагруженной примесями.
3. Способ по п. 1, в котором смешивание включает подачу раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей в смеситель, встроенный в линию.
4. Способ по п. 1, в котором смешивание включает подачу раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей в смеситель/осадитель непрерывного действия.
5. Способ по п. 1, в котором раствор для удаления примесей содержит соединение, имеющее анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([ЫТТг]-), тетрафторбората и гексафторфосфата.
6. Способ по п. 1, в котором раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивается с раствором для удаления примесей при массовом соотношении раствора органической соли,
нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей в интервале от [1:100] до [1:0,01].
7. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
по меньшей мере частичное отделение раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей от первоначальной фазы раствора для удаления примесей, чтобы образовать отделенный раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей и фазу отделенного раствора для удаления примесей.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий: предоставление отделенного раствора органической соли с
уменьшенным содержанием примесей в промышленный технологический поток.
9. Способ по п. 8, в котором промышленный технологический поток выбран из группы, состоящей из технологического потока процесса Байера, потока отходов атомной промышленности, рассола от системы с высокой ионной силой и отходного потока от добычи полезных ископаемых.
10. Способ по п. 7, дополнительно включающий: смешивание раствора органической соли с уменьшенным
содержанием примесей с промывочным раствором, чтобы образовать двухфазную смесь, при этом смешивание эффективно, чтобы образовать фазу промытой органической соли и первоначальную фазу раствора для удаления примесей.
11. Способ по п. 10, в котором отделенный раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей смешивается с промывочным раствором при массовом соотношении отделенной фазы с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора в интервале между [1:100] и [1:0,01].
12. Способ по п. 10, в котором промывочный раствор содержит анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
13. Способ по п. 1, в котором примеси выбраны из группы,
состоящей из гуматов, продуктов разложения гуматов, металлов, оксалата, ацетата, формиата, сульфата, хлорида, фторида, фосфата и их комбинаций.
14. Способ по п. 1, в котором органическая соль, присутствующая в растворе органической соли, нагруженной примесями, содержит четвертичный органический катион, выбранный из группы, состоящей из фосфония, аммония, сульфония, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, пиразолия, имидазолия, тиазолия, оксазолия, пирролидиния, хинолиния, изохинолиния, гуанидиния, пиперидиния и метилморфолиния.
15. Способ по п. 1, в котором органическая соль, присутствующая в растворе органической соли, нагруженной примесями, содержит:
катион, выбранный из группы, состоящей из фосфония, аммония, сульфония, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, пиразолия, имидазолия, тиазолия, оксазолия, пирролидиния, хинолиния, изохинолиния, гуанидиния, пиперидиния и метилморфолиния; и
анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
16. Способ по п. 1, в котором органическая соль, присутствующая в растворе органической соли, нагруженной примесями, выбрана из группы, состоящей из: хлорида октил(трибутил)фосфония, хлорида 1-октил-2,3-диметилимидазолия, хлорида 1-бутил-З-метилимидазолия, хлорида 1-бутил-2,3-диметилимидазолия, бутилметилпиролидиния, гидроксида октил(трибутил)фосфония, гидроксида тетрабутилфосфония, гидроксида тетрабутиламмония, хлорида тетрадецил(трибутил)фосфония, хлорида октил(трибутил)аммония, бромида тетрадецил(тригексил)фосфония, хлорида тетрагексиламмония, хлорида трибутил(гексил)фосфония, хлорида тетрадецил(тригексил)фосфония, хлорида тетрабутилфосфония,
хлорида тетрабутиламмония, гидроксида трибутилметиламмония, гидроксида тетрапентиламмония, хлорида четвертичного
диметилдикокоаммония, нитрата стеарамидопропилдиметил-2-
гидроксиэтиламмония, хлорида этилтетрадецилдиундециламмония, хлорида таллоалкилтриметиламмония, бромида тетрагексиламмония, бис(трифторметилсульфонил)имид бутилметилпирролидиния, хлорида N,N,Ы-триметил-1-додеканиминия, хлорида бензилдиметилкокоалкиламмония, N,Ы-диметил-Ы-додецилглицина
бетаина, хлорида 1-октил-2,3-диметилимидазолия, хлорида трибутил-8-гидроксиоктилфосфония, гидроксида тетрапентилфосфония и их комбинаций.
17. Композиция, содержащая:
промытую органическую соль, имеющую катион, выбранный из группы, состоящей из фосфония, аммония, сульфония, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, пиразолия, имидазолия, тиазолия, оксазолия, пирролидиния, хинолиния, изохинолиния, гуанидиния, пиперидиния и метилморфолиния; и
анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
18. Способ удаления примесей из промышленного технологического потока, включающий:
предоставление раствора органической соли, который содержит органическую соль в количестве, пригодном для извлечения примесей, при этом раствор органической соли является по меньшей мере частично несмешивающимся с промышленным технологическим потоком, содержащим примеси;
смешивание промышленного технологического потока с раствором органической соли, чтобы образовать первую двухфазную смесь, при этом смешивание является эффективным для уменьшения концентрации примесей в промышленном технологическом потоке, чтобы образовать фазу, содержащую раствор органической соли, нагруженной примесями, и фазу, содержащую промышленный
технологический поток с уменьшенным содержанием примесей;
смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать вторую двухфазную смесь, при этом смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, и раствора для удаления примесей является эффективным для уменьшения концентрации примесей в растворе органической соли, нагруженной примесями, и формирования раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей; и
необязательно смешивание раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей с промывочным раствором, чтобы образовать третью двухфазную смесь, при этом смешивание эффективно, чтобы образовать фазу промытой органической соли и фазу промывочного раствора.
19. Способ по п. 18, в котором раствор для удаления примесей содержит соединение, имеющее анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
20. Способ по п. 18, в котором раствор органической соли, нагруженной примесями, смешивается с раствором для удаления примесей при массовом соотношении раствора органической соли и раствора для удаления примесей в интервале от [1:100] до [1:0,01].
21. Способ по п. 18, в котором промывочный раствор содержит анион, выбранный из группы, состоящей из фторида, хлорида, бромида, иодида, гидроксида, алкилсульфата, диалкилфосфата, сульфата, нитрата, фосфата, сульфита, фосфита, нитрита, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, карбоната, бикарбоната, карбоксилата, бис(трифторметилсульфонил)имида ([NTF2]~), тетрафторбората и гексафторфосфата.
22. Способ по п. 18, в котором раствор органической соли с уменьшенным содержанием примесей смешивается с промывочным
раствором при массовом соотношении раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и промывочного раствора в интервале между [1:100] и [1:0,01].
23. Способ по п. 18, в котором промывочный раствор содержит гидроксид натрия.
24. Способ по п. 18, в котором примеси выбраны из группы, состоящей из гуматов, продуктов разложения гуматов, металлов, оксалата, ацетата, формиата, сульфата, хлорида, фторида, фосфата и их комбинаций.
25. Способ по п. 18, в котором промышленный технологический поток выбран из группы, состоящей из технологического потока процесса Байера, потока отходов атомной промышленности, рассола от системы с высокой ионной силой и отходного потока от добычи полезных ископаемых.
26. Способ удаления примесей из органической соли, включающий:
предоставление раствора органической соли, нагруженной примесями, при этом примеси в растворе органической соли, нагруженной примесями, получены из технологического потока процесса Байера; и
смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь,
при этом смешивание эффективно для уменьшения концентрации примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальная фаза раствора для удаления примесей.
27. Способ удаления примесей из органической соли, включающий:
предоставление раствора органической соли, нагруженной примесями, при этом примеси выбраны из группы, состоящей из гуматов, продуктов разложения гуматов, металлов, оксалата, ацетата, формиата, сульфата, хлорида, фторида, фосфата и их комбинаций; и
смешивание раствора органической соли, нагруженной примесями, с раствором для удаления примесей, чтобы образовать двухфазную смесь,
при этом смешивание эффективно для уменьшения концентрации примесей в органической соли, нагруженной примесями, посредством чего удаляются примеси из органической соли и образуются фаза раствора органической соли с уменьшенным содержанием примесей и первоначальная фаза раствора для удаления примесей.
По доверенности
186819
1/2
Фиг.1
Изменение процентной доли удаленной примеси в зависимости _от концентрации гидроксида__
80%
60%
| 40% о.
> s 20% о х
I 0%
5 0 г? -20%
-40%
1 0.15
0.25 0.3 0.35 0.4
0.45
-4- Ацетат
~*"" NPOC
Формиат
Хлорид
Оксалат/ сукцинат
ОН в 1 л (ммоль/г)
2/2