CH649271A5

CH649271A5 - Verfahren zur rueckgewinnung von ammoniak aus einer waesserigen ammoniumcarbonat-loesung.

Info

Publication number: CH649271A5
Application number: CH2448/82A
Authority: CH
Inventors: Utah Tsao
Original assignee: Lummus Co
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1985-05-15
Also published as: JPS6143283B2; CA1165094A; DE3214429A1; JPS57188410A; NL8201581A; FR2504402A1; GB2097372B; BE892931A; FR2504402B1; US4342735A; GB2097372A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die (Rück-)Gewinnung von Ammoniak, und zwar auf die (Rück-)Gewinnung von Ammoniak aus einer wässerigen Lösung von Ammoniumcarbonat.

Bei einem Verfahren zur Herstellung aromatischer Nitrile wird aus dem abgekühlten Reaktionsprodukt eine organische Schicht von organischen Produkten und unumgesetzten Zufuhrmaterial erhalten, und eine wässerige Schicht von Ammoniumcarbonatlösung. Die Lösung wird dann zur Entfernung von Ammoniak, Kohlendioxid und Spurenmengen gelöster organischer Stoffe abgestreift, wobei der Kopfstrom weiter verarbeitet wird zur Gewinnung von Ammoniak und zum Verwerfen von Kohlendioxid. Bei einem solchen Abstreifvorgang wird Ammoniumcarbonat in Ammoniak und Kohlendioxid gespalten, die beide aus der Lösung abgestreift werden. Bei einem gut entworfenen Abstreifer sollte es möglich sein, den Ammoniakgehalt der Sumpflösung auf weniger als 100 ppm zu reduzieren; jedoch wurde gefunden, dass beim Betreiben einer solchen Kolonne der Ammoniakgehalt des abgestreiften Sumpfstromes unregelmässig und unkontrolliert schwankt und von mehreren hundert bis mehrere tausend Teile pro Million reicht.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein solches Abstreifverfahren zu verbessern, um den Ammoniakgehalt des abgestreiften Sumpfstromes zu reduzieren.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung bei einem Verfahren zum Abstreifen von Ammoniak und Kohlendioxid aus einer wässerigen Ammoniumcarbonatlösung geliefert, wobei anorganische Base in die Abstreifkolonne an einem Punkt unterhalb des Punktes, an dem die wässerige Ammoniumcarbonatzufuhr in die Kolonne eingeführt wird, eingeführt wird.

Es wurde gefunden, dass die Schwierigkeit des Reduzierens des Ammoniakgehaltes der abgestreiften Lösung auf eine niedrige Konzentration verursacht wird durch die Anwesenheit organischer Ammoniumsalze, und dass es durch Zuführen von anorganischer Base in die Kolonne bei einem Punkt unterhalb des Punktes der Zustromeinführung und oberhalb der Bodenschale der Kolonne möglich ist, Ammoniak aus solchen Ammoniumsalzen freizusetzen, und dann solchen freigesetzten Ammoniak auf den verbleibenden Schalen im Unterteil der Abstreifkolonne abzustreifen. So wird gemäss der Erfindung der Ammoniakgehalt der abgestreiften Lösung auf reproduzierbare konsistente Werte reduziert durch Freisetzen von Ammoniak aus den organischen Ammoniumsalzen, wobei der dissoziierte Ammoniak aus der Lösung in der Kolonne in den verbleibenden Bodenschalen abgestreift wird. Zusätzlich wird angenommen, dass die anorganische Base weiterhin die Bildung eines entsprechenden organischen Salzes bewirkt, das in den Kolonnenböden (Unterteilen) entfernt werden kann.

Insbesondere wird die anorganische Base in die Kolonne unter dem Punkt der Zustromeinführung zugeführt, und über der Bodenschale der Kolonne, um so verbleibende Schalen zum Abstreifen des dissoziierten Ammoniaks zur Verfügung zu haben. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform wird die wässerige anorganische Base in die Abstreifkolonne in den Bodenteil (Unterteil) bei einem Punkt eingeführt, der oberhalb der Bodenschale (im allgemeinen wenigstens drei Schalen über dem Boden der Kolonne) und unter der Schale ist, bei welcher der Temperaturanstieg von Schale zu Schale sich auf einen etwa konstanten Wert verlangsamt. So steigt beim Abstreifverfahren die Temperatur in der Abstreifkolonne unter dem Zufuhrpunkt rasch an von Schale zu Schale, so wie Ammoniak und Kohlendioxid aus der Lösung abgestreift werden, wobei die Temperatur sich dann auf einen ungefähr konstanten Wert absenkt, wenn der Ammoniakgehalt auf einen niedrigeren Wert reduziert ist; z.B. fallt der Ammoniakgehalt der Lösung auf unter etwa 0,5 Gew.-%. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform wird die anorganische Base in die Kolonne unterhalb dieses Punktes eingeführt, und an einem Punkt, wo einige weitere verbleibende Schalen zum Abstreifen des freigesetzten Ammoniaks sind. Es soll verstanden werden, dass die Base der Kolonne an einer höheren Schale zugegeben werden könnte; jedoch würde eine solche Zugabe grössere Mengen von Base erfordern, um sicherzustellen, dass es genug Base gibt, um im wesentlichen alle organischen Ammoniumsalze zu dissoziieren. So sollte die zugegebene Base wenigstens stöchiometrisch ausreichend sein, um alle in der Lösung am Punkt der Baseneinführung vorhandenen Ammoniumverbindungen zu dissoziieren, und dabei die Dissoziation der organischen Ammoniumsalze zu sichern. Als Resultat ergibt sich, dass je höher der Punkt der Einführung der Base in die Kolonne ist, desto grösser die Menge der erforderlichen Base ist. Dementsprechend wird gemäss der bevorzugten Ausführungsform die Base in die Kolonne bei einer Schale eingeführt, wo der Ammoniakgehalt der Lösung durch Abstreifen auf einen niedrigen Wert reduziert worden ist, d.h. auf unter 0,5 Gew.-%, um die erforderlichen Basenmengen für das Verfahren zu reduzieren.

Die anorganische Base, die in die Abstreifkolonne eingeführt wird, kann irgendeine von einer grossen Vielzahl von anorganischen Basen sein, die imstande sind, organische Ammoniumsalze zu dissoziieren, einschliesslich, aber nicht eingeschränkt auf, Alkali/- und Erdalkali/Metall-Hydroxide, wobei Natriumhydroxid bevorzugt ist aufgrund seiner niedrigen Kosten. Zusätzlich sollte die Base eine ausreichende Stärke haben, um ein entsprechendes organisches Salz zu bilden, das aus der Lösung in der Kolonne nicht abgestreift wird, um die (Rück-)Gewinnung dieses Salzes in den Kolonnenunterteilen zu ermöglichen.

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Die Menge zur Kolonne zugegebener Base wird mit dem Ammoniakgehalt der Lösung in der Kolonne am Punkt der Einführung der Base variieren. Wie hierin weiter oben angezeigt, sollte die Basenmenge wenigstens stöchiometrisch ausreichend sein (im allgemeinen wird ein stöchiometrischer Überschuss verwendet), um alle Ammoniumverbindungen (Ammoniumcarbonat ebenso wie andere Ammoniumverbindungen) zu dissoziieren, um sicherzustellen, dass ausreichend Base anwesend ist, um die organischen Ammoniumsalze zu dissoziieren. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform, wobei Base der Kolonne an einem Punkt zugegeben wird, wo der Ammoniakgehalt der Lösung unterhalb 0,5 Gew.-% ist, kann die Base in einer Menge von 0,2 bis 3,0, vorzugsweise von 0,5 bis 1,0 Gew.-% des ab-wärtsfliessenden Stromes zugegeben werden. Die Base wird vorzugsweise als eine wässerige Lösung zugegeben, wobei die Konzentration im allgemeinen in der Grössenordnung von 10 bis 50 Gew.-% ist.

Die Abstreifkolonne wird im allgemeinen bei einer Kopftemperatur von 70 bis 100, vorzugsweise von 80 bis 90° C, einer Boden-(Sumpf-, Unterteil-)temperatur von 100 bis 130, vorzugsweise von 110 bis 120° C, und bei einem Druck in der Grössenordnung von 0,138 bis 1,38, und vorzugsweise von 0,345 bis 1,035 bar betrieben. Es soll verstanden sein, dass solche Bedingungen beispielhaft und illustrativ sind und andere Bedingungen angewendet werden können. Jedoch sind solche Bedingungen im allgemeinen weniger ökonomisch. Die Wärmeerfordernisse für das Abstreifverfahren können geliefert werden durch Einführung von heissem Dampf oder Verwendung eines geeigneten Erhitzers.

Die Erfindung wird weiterhin beschrieben mit Bezug auf die folgende Zeichnung, wobei die Zeichnung ein vereinfachtes schemati-sches Diagramm einer Ausführungsform der Erfindung ist.

Es erfolgt Bezugnahme auf die Zeichnung. Es wird wässeriges Ammoniumcarbonat in Leitung 10 in eine schematisch allgemein als 11 angezeigte Abstreifkolonne eingeführt, wobei die Zufuhrschale für die Kolonne mit 12 bezeichnet ist. Wie gezeigt, wird die Zufuhr auf die oberste Schale eingeführt, um nichtlösliche organische Stoffe davon abzu-/fas/i-destillieren. Es soll so verstanden werden, dass die Ausführungsform nicht beschränkt ist auf eine solche Einführung auf die oberste Schale. Die wässerige Ammoniumcarbonatlösung beinhaltet auch lösliche organische Ammoniumsalze und insbesondere Salze von einer oder mehreren aromatischen Säuren, wie Benzoesäure, Tolylsäure, Phthalsäure, Phthalamidsäure u. dgl. Gemäss der Ausführungsform wird solche wässerige Ammoniumcarbonatlösung gewonnen aus einer Reaktion zur Herstellung eines aromatischen Nitrils durch Ammonolyse oder Ammoxidation eines aromatischen Kohlenwasserstoffes. So beinhaltet z.B. bei der Herstellung von Isophthalonitril aus m-Xylol, das Reaktionseffluent aus der Isophthalonitrilproduktionszone Isophthalonitril, nicht umgesetztes m-Xylol, Ammoniak, Kohlendioxid, Wasserdampf, ebenso wie aromatische Nitrile, aromatische Säuren und Amide als Nebenprodukte. Das Reaktionseffluent wird dann einem Quench- und Abkühlungsverfahren unterworfen, um verschiedene flüssige Produkte zu gewinnen. So kann das Effluent z.B. anfangs gequencht werden zum Kondensieren von Isophthalonitril, ebenso wie einige Nebenprodukte davon, gefolgt von weiterem Quenchen zum Kondensieren zusätzlicher organischer Stoffe und einer wässerigen Ammoniumcarbonatlösung. Die organischen Stoffe und wässerige Ammoniumcarbonatlösung werden phasengetrennt, und eine solche abgetrennte wässerige Ammoniumcarbonatlösung enthält eine geringe Menge von Ammoniumsalzen der aromatischen Säuren, z.B. in der Grössenordnung von 0,01 bis 0,10 Gew.-%. Eine solche wässerige Ammoniumcarbonatlösung wird als Zufuhr in Leitung 10 verwendet.

Die Abstreifleolonne 11 wird durch Leitung 13 mit heissem Dampf versorgt, um Wärme und die Abstreiferfordernisse dafür zu liefern. Die Kolonne 11 wird bei Temperaturen und Drucken, wie hierin weiter oben beschrieben, betrieben, um das Ammoniumcarbonat in Ammoniak und Kohlendioxid zu dissoziieren, und auch um diesen Ammoniak und dieses Kohlendioxid aus der Lösung abzustreifen.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird verdünnte wässerige

Natriumhydroxidlösung in die Kolonne 11 durch Leitung 14 eingeführt, wobei die Schale, bei der das wässerige Natriumhydroxid eingeführt wird, mit 16 bezeichnet wird. Wie hierin weiter oben beschrieben, ist gemäss der bevorzugten Ausführungsform die Schale 16 eine Schale, bei der der Ammoniakgehalt der abwärts fliessenden Lösung geringer ist als 0,5 Gew.-%, und bei welcher zusätzliche Schalen verbleiben für das Abstreifen von aus den Ammoniumsalzen der aromatischen Säuren durch das wässerige Natriumhydroxid abgestreiftem Ammoniak.

Ammoniak und Kohlendioxid werden als gasförmigen Kopfstrom von Kolonne 11 durch Leitung 17 (zurück-)gewonnen, wobei ein solcher Kopfstrom dann weiter behandelt wird zum Verwerfen von Kohlendioxid und Gewinnen von Ammoniak zur Rezyklisie-rung zu der Nitrilherstellung.

Die abgestreifte wässerige Lösung mit reduziertem Ammoniakgehalt wird durch Leitung 18 von Kolonne 11 gewonnen. Der Ammoniakgehalt solcher Lösung in Leitung 18 wird mit der speziellen, durch Leitung 10 eingeführten Lösung variieren, und mit der Art und dem Bau der Kolonne.

Jedoch wird eine solche abgestreifte Lösung in Leitung 18 als Ergebnis der Alkalizugabe einen Ammoniumgehalt besitzen, der geringer ist als derjenige, der erzielt werden könnte ohne die Zugabe solchen wässerigen Natriumhydroxids.

Im allgemeinen wird die wässerige Lösung in Leitung 18 reproduzierbar konsistent weniger als 100 ppm und vorzugsweise weniger als 20 ppm an Ammonium enthalten.

Die Erfindung wird weiter beschrieben mit Bezug auf das folgende Beispiel.

Beispiel

Die Ammoniumcarbonatlösungszufuhr zum Lösungsabstreifer aus einer Isophthalonitrilanlage hatte die folgende Zusammensetzung:

(Gew.-%>)

NH3 19,00

CO, 7,00

H,0 73,89

NH4CN 0,01

Organische V erbindungen 0,10

100,00

Die Verteilung der organischen Verbindungen war ungefähr wie folgt:

(ppm)

m-Xylol 20

m-Tolunitril 20

Isophthalonitril 20

Cyanbenzamid 150

Isophthalmid 200 m-Toluamid 20

Ammoniumisophthalat 300

Ammoniumisophthalamidat 300

1030

Die Lösung, welche vorerhitzt wurde, wurde auf die oberste Schale des Abstreifers, der 30 Schalen hatte, geführt. Der Abstreifer war darauf ausgelegt, praktisch den gesamten Ammoniak und das gesamte Kohlendioxid aus der Lösung abzustreifen und etwa 100 ppm an Ammoniumion in der abgestreiften Lösung zu belassen. Der Kopfstrom trug den gesamten Ammoniak, das gesamte Kohlendioxid, 20% des Wassers und einige der flüchtigeren organischen Verbindungen der Zufuhr hinweg. Dieser Strom wurde zu einer (nicht gezeigten) (Rück-)Gewinnungsanlage geschickt zur (Wie-der-)Gewinnung des Ammoniaks.

Der obere Druck des Abstreifers wurde bei 0,345 bar gehalten

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und der Druck am Boden erreichte etwa 0,552 bar. Die Kopftemperatur betrug etwa 85° C. Auf halbem Wege den Abstreifer hinab erreichte die Temperatur auf der Schale 112° C. Dann stieg die Temperatur auf den unteren Schalen sehr langsam auf 113° C bis zur Bodenschale. Dies zeigte an, dass der meiste Ammoniak und das meiste Kohlendioxid aus der Lösung abgestreift waren, als sie Schale Nr. 15 erreichte. Der Dampf zum Abstreifen wurde durch einen Erhitzer am Boden des Abstreifers geliefert.

Obwohl der Abstreifer in einem stabilen Betrieb zu sein scheint, variierte die Konzentration an Ammoniumion in der abgestreiften Lösung von 100 bis 1000 ppm. Ausserdem waren organische Verbindungen in der Mitte des Abstreifers gefangen.

Lauge wurde Schale Nr. 20 zugefügt in einer Menge, um eine 0,5 gew.-%ige Laugenkonzentration auf der Schale zu erreichen. Die verwendete Menge an Lauge stellte einen Überschuss dar gegenüber der zur Freisetzung des an die organischen Säuren gebundenen Ammoniaks erforderlichen stöchiometrischen Menge. Die Überschussmenge an Lauge war vorgesehen zur Reaktion mit jeglichem Ammoniumcarbonat, das möglicherweise noch in der Lösung auf der

Schale vorhanden sein mag. Die zehn Schalen unter der Schale der Laugeneinführung ermöglichen es, den freigesetzten Ammoniak aus der Lösung abzustreifen. Nach Laugenzugabe wurde die Ammoniumkonzentration in der abgestreiften Lösung auf 20 bis 75 ppm 5 reduziert.

Die langsame Anreicherung einer getrennten organischen Phase im Abstreifer verschwand nach der Laugenzugabe. Die Lauge reagierte offensichtlich mit den schwachen organischen Säuren, die von ihren Ammoniumsalzen getrennt wurden, durch Abstreifen zur i° Bildung löslicher Natriumsalze.

Die Zugabe der Lauge hatte somit zwei vorteilhafte Wirkungen.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, indem es möglich ist, Ammoniak und Kohlendioxid effektiv aus einer wässerigen Lösung von Ammoniumcarbonat, die organische Ammonium-15 salze und insbesondere Ammoniumsalze aromatischer Säuren beinhaltet, abzustreifen. Durch Vorgehen gemäss der Erfindung ist es möglich, den Ammoniakgehalt der abgestreiften Lösung auf konsistente reproduzierbare Werte zu reduzieren, ohne die Notwendigkeit der Verwendung einer zusätzlicher Abstreifausrüstung.

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1 Blatt Zeichnung

Claims

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1. Verfahren zum Abstreifen von Ammoniak und Kohlendioxid in einer Abstreifkolonne, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer eine Vielzahl von Schalen (Böden) sowie einen Kopf und einen Boden (Sumpf) umfassenden Säule eine wässerige Ammoniumcar-bonatlösung, die organische Ammoniumsalze enthält, eine anorganische Base in die Kolonne an einem Punkt unterhalb des Punktes der Einführung der wässerigen Ammoniumcarbonatlösung und bei einer Schale oberhalb der dem Kolonnenboden benachbarten Schale einführt, zwecks Freisetzung von Ammoniak aus den organischen Ammoniumsalzen und Abstreifens des freigesetzten Ammoniaks aus der Lösung.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Base an einem Punkt, wo der Ammoniakgehalt der Lösung geringer als 0,5 Gew.-% ist, in die Kolonne eingeführt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Base bei einer Schale, die sich wenigstens drei Schalen über dem Kolonnenboden befindet, in die Kolonne eingeführt wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Ammoniumsalz ein Ammoniumsalz einer aromatischen Säure ist.

5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Base Natriumhydroxid ist.

6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Ammoniumcarbonatlösung aus der Produktion eines aromatischen Nitriles stammt und das organische Ammoniumsalz ein Ammoniumsalz einer aromatischen Säure ist.

7. Verfahren gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Base bei einer Schale in der Kolonne eingeführt wird, wo der Ammoniakgehalt der Lösung geringer ist als 0,5 Gew.-% und die Schale wenigstens drei Schalen oberhalb des Kolonnenbodens ist.

8. Verfahren gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Base Natriumhydroxid ist.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne bei einer Kopftemperatur von 70 bis 100° C, einer Bo-den-(Sumpf-)temperatur von 100 bis 130° C und einem Druck von 0,138 bis 1,38 bar betrieben wird.

10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Ammoniumcarbonatlösung 0,01 bis 0,1 Gew.-% an Ammoniumsalzen aromatischer Säuren enthält.