DD140879A1 - METHOD FOR SEPARATING AND CLEANING UNSATURATED NITRILE - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren betrifft die Trennung und Reinigung der ungesättigten Nitrile, insbesondere von Akrylnitril, Methakrylnitril und Butensäurenitril, die bei der Ammoxidation von Propylen und Isobutylen entstehen. Die Erfindung dient der Verbesserung des Verfahrens mit dem Ziel, bei weitgehender Ausnutzung der Rohstoffe und Zwischenprodukte eine höhere als die bisher übliche Reinheit für die Endprodukte und zusätzlich noch die Isolierung solcher Nebenprodukte wie des cis-Butensäurenitrils zu erreichen. Das Wesen der Erfindung besteht vor allem in der Zerlegung des Sumpfstromes der letzten fraktionierten Destillation bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte der genannten Ammoxidation mittels Destillation unter Ausschluss von Wasser oder Wasserdampf in zwei Fraktionen, von denen nur die hauptproduktreichere erste in den Aufarbeitungsprozess zurückgeführt wird. Aus der zweiten ist durch Destillation z.B. cis-Butensäurenitril gewinnbar. Weiterhin wird das gesamte Kopfprodukt der Kolonne, mit deren Hilfe letztmalig im Aufarbeitungsprozeß niedrigsiedende Verunreinigungen vom Hauptprodukt abgetrennt werden, einer fraktionierten Kondensation unterzogen.The process relates to the separation and purification of the unsaturated nitriles, in particular of acrylonitrile, methacrylonitrile and butenitrile, which are formed in the ammoxidation of propylene and isobutylene. The invention serves to improve the process with the aim of achieving a higher than the previously customary purity for the end products and, in addition, the isolation of such by-products as the cis-buteno-tetrasilver while largely exploiting the raw materials and intermediates. The essence of the invention consists in particular in the decomposition of the bottom stream of the last fractional distillation in the workup of the reaction products of said ammoxidation by distillation with the exclusion of water or water vapor in two fractions, of which only the Hauptproduktreichere first is returned to the work-up process. From the second, by distillation, e.g. cis-butenitrile obtainable. Furthermore, the entire top product of the column, with the help of which for the last time in the work-up process low-boiling impurities are separated from the main product, subjected to a fractional condensation.
Description
2 10 0402 10 040
Verfahren zur Trennung und Reinigung ungesättigter Nitrile ; ; ;_Process for the separation and purification of unsaturated nitriles ; ; _
IPK: C 07 C 121 - 32IPK: C 07 C 121 - 32
Anwendungsgebiet der Erfindung Areas of application of the invention
Das Verfahren betrifft die Trennung und Reinigung der ungesättigten Nitrile, insbesondere Akrylnitril, Methacrylnitril und Butensäurenitril (Crotonsäurenitril), die als Haupt- oder Nebenprodukte der Ammoxidation von Propylen und Isobutylen entstehen«The process relates to the separation and purification of the unsaturated nitriles, in particular acrylonitrile, methacrylonitrile and butenonitrile (crotonitrile), which are produced as main or by-products of the ammoxidation of propylene and isobutylene.
Charakteristik- der bekannten technischen Lösungen It is known that these are known n technical solutions
Dem Stand der Technik entsprechend erfolgt zo B0 die Trennung des Akrylnitrils von den höhersiedenden Verunreinigungen und Nebenprodukten bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte der Ammoxidation durch vielstufige extraktive und fraktionierte Destillation, Einzelheiten darüber beschreibt die Patentliteratur oder Z0 BV "Ulimanns Encjclopädie der technischen. Chemie" (Verlag Weinheim, 1974, Band 7, Seite 96) VAccording to the state of the art, z o B 0 is the separation of the acrylonitrile from the higher-boiling impurities and by-products in the work-up of the reaction products of ammoxidation by multistage extractive and fractional distillation, details of which are described in the patent literature or Z 0 BV "Ulimanns Enc.clopädie der technischen Chemie "(Verlag Weinheim, 1974, Volume 7, page 96) V
Nach diesen Angaben enthält der Sumpf der letzten Kolonne zur fraktionierten Destillation des Akrylnitrils Cyanhydrine, hö'hersiedende Verunreinigungen, Inhibitoren und Polymere,/ Darüberhinaus muß er zwangsläufig, einen erheblichen Anteil an Akrylnitril enthaltene1 According to these data, the bottom of the last column for fractional distillation of the acrylonitrile contains cyanohydrins, higher-boiling impurities, inhibitors and polymers. Moreover, it must inevitably contain a considerable proportion of acrylonitrile 1
-1--1-
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Wegen seines Gehaltes an Akrylnitril, Säuren und Inhibitoren liegt die Rückführung dieses Sumpfstromes in den Aufarbeitungsprozeß, also zo Bv in eine der Kolonnen zur Reinigung des rohen Akryl— nitrils,nahe'V Die. Rückführung dieses. Sumpf stromes bis in das Quenchsystem am Anfang des Aufarbeitungs-r prozesses beschreibt HoCV Wu in der DE OS 25 52 233.Because of its content of acrylonitrile, acids and inhibitors, the recycling of this bottoms stream into the work-up process, ie z o Bv in one of the columns for the purification of the crude Akryl- nitrils, nah'V Die. Repatriation of this. Swamp stream to the quench system at the beginning of the work-up r process HoCV Wu describes in DE OS 25 52 233.
Grundsätzlich jedoch ist jede Rückführung und Kreislauffahrweise von verunreinigten Produktströmen in diesen Aufarbeitungsverfahren mit der Gefahr der Anreicherung von Nebenprodukten und der Verschlechterung der Endproduktquälität verbunden und. kann zu Schwierigkeiten bei solchen Weiterverarbeitungsprozessen führen, die hochreine Ausgangsstoffe voraussetzen., wie beispielsweise die Faserherstellung aus AkrylnitrilV Ähnliches gilt nach der Ammoxydation des Isobutens für die Reinigung des Methakrylnitrils und dessen Weiterverarbeitung.In principle, however, any recirculation and circulation of contaminated product streams in these work-up procedures is associated with the risk of enrichment of by-products and deterioration of end-product quality. can lead to difficulties in such further processing processes that require highly pure starting materials, such as the fiber production from acrylonitrile V The same applies after the ammoxidation of the isobutene for the purification of Methakrylnitrils and its further processing.
Analoges gilt auch für den letzten, bei der Destillation der Hauptprodukte Akrylnitril oder Methakrylnitril über den Kolonnenkopf abgetrennten und durch niedrig siedende Stoffe verunreinigten Kopfproduktstromö'The same applies to the last, in the distillation of the main products acrylonitrile or methacrylonitrile separated via the top of the column and contaminated by low-boiling substances Kopfproduktstromö '
-3- 2 1 O 040-3- 2 1 040
Demzufolge besteht das Ziel der Erfindung darin, im Interesse einer möglichst weitgehenden Ausnutzung der Rohstoffe, der Reduzierung von Materialverlusten und zur Sicherung einer hohen Qualität der Endprodukte, das Verfahren zur Trennung und Reinigung der ungesättigten Nitrile bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte der Ammoxidation von Propylen und Isobutylen zu verbessern und den dafür erforderlichen Aufwand möglichst niedrig zu halten« Damit sollen die ITachteile der bekannten Verfahren vermieden werden·Accordingly, the aim of the invention is, in the interest of maximum utilization of raw materials, the reduction of material losses and to ensure high quality of the final products, the process for separating and purifying the unsaturated nitriles in the workup of the reaction products of the ammoxidation of propylene and isobutylene to improve and keep the necessary effort as low as possible. "The ITachteile of the known methods should be avoided ·
Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the nature of the invention
Die Erfindung basiert u.a. auf folgenden, nach dem Stand der Technik nicht zu erwartenden überraschenden Untersuchungsergebnissen:The invention is based i.a. on the following unexpected findings of the prior art which are not to be expected:
- Trotz vielstufiger Trenn- und Reinigungsoperationen durch extraktive und fraktionierte Destillation werden beim bisher üblichen Herstellungsverfahren für Acrylnitril sogar Nitrile mit einem Siedepunkt =20° über dem des Akrylnitrils nicht genügend vom Akrylnitril getrennt, so daß bei Rückführung des Sumpfstromes der letzten Kolonne zur fraktionierten Destillation in den Aufarbeitungsproζeß eine höchst unerwünschte Anreicherung dieser Stoffe im Prozeß und damit auch eine Qualitätsminderung des Endprodukt-Akrylnitrils stattfindet;Despite multiple-step separation and purification operations by extractive and fractional distillation nitrile even with a boiling point = 20 ° above the acrylonitrile are not sufficiently separated from the acrylonitrile in the usual production process for acrylonitrile, so that when recycling the bottom stream of the last column for fractional distillation in the Aufarbeitungsproζeß a highly undesirable accumulation of these substances in the process and thus also a reduction in the quality of the final product acrylonitrile takes place;
- abhängig von der Zusammensetzung des Sumpfstromes der letzten fraktionierten Destillation können einzelne der höhersiedenden nitrile mit vertretbarem- Depending on the composition of the bottom stream of the last fractional distillation, some of the higher-boiling nitriles with justifiable
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Aufwand daraus relativ ,rein gewonnen werdenV Der in der Literatur erwähnte, jedoch unerwartet niedrige Gehalt des Sumpfstromes an Cyanhydrinen stört dabei nicht; .The relative expense of recovering it in pure formV The content of the bottom stream of cyanohydrins mentioned in the literature, but unexpectedly low, does not interfere with this; ,
- obwohl es dem Stand der Technik entspricht, zY BV Acrylnitril, von höhersiedenden Nebenprodukten __ mittels Extraktivdestillation mit V/asser zu trennen, erfordert die Trennung des Akrylnitrils von den vorgenannten Nitrilen den weitestgehenden Ausschluß von Wassere ' although it is state of the art to separate zY BV acrylonitrile from higher boiling by-products by extractive distillation with water, the separation of the acrylonitrile from the aforementioned nitriles requires the most extensive exclusion of water.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daßThe inventive method is that
- i:'i, der Sumpf strom der letzten fraktionierten . Destillation des Akrylnitrils oder Methakrylnitrils bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte .der Ammoxidation vor Rückführung in den Aufarbeitungsprozeß durch Destillation und wahlweise zusätzlich durch fraktionierteJKbndensation aufgetrennt wird in eine 1V Fraktion, die vorwiegend Akrylnitril bzwe Methakrylnitril enthält und ein dementsprechendes Siedeende bei Normaldruck von ^. 90 0C für_Akrylnitril oder^i03 0C für Methakrylnitril besitzt,„sowie in mindestens eine höhersiedende 2Ο ; Fraktion, die vorwiegend die übrigen Bestandteile des genannten Sumpfstromes enthält,· wobei der Zutritt von Wasser oder Wasserdampf zu vermeiden ist und nur die Ά· Fraktion dampfförmig oder flüssig an eine ihrem Reinheitsgrad entsprechende Stelle des Aufarbeitungsprozesses zurückgeführt wird;- i: 'i, the marsh stream of the last fractionated. Distillation of the acrylonitrile or methacrylonitrile in the working up of the reaction products. Ammoxidation before recycling in the workup process by distillation and optionally additionally separated by fractional JBbden condensation is in a 1V fraction containing mainly acrylonitrile or e e Methakrylnitril and a corresponding boiling point at normal pressure of ^. 90 0 C for_Akrylnitril or ^ i03 0 C for methacrylonitrile possesses, "and in at least one higher-boiling 2 Ο ; Fraction which predominantly contains the remaining components of said bottom stream, · wherein the access of water or water vapor is to be avoided and only the Ά · fraction is recirculated in vapor or liquid to a corresponding their degree of purity in the workup process;
— aus der 2, Fraktion des Sumpfstromes durch weitere fraktionierte kontinuierliche, oder diskontinuierliche Destillation unter einem Druck zwischen 0,3MPa From the 2, fraction of the bottom stream by further fractional continuous or discontinuous distillation under a pressure between 0.3MPa
$ I $ I
ο ο
und ΛΟ_ Pa "bei Normaldruck im Bereich von 105 109 0C, siedendes cis-Butensäurenitril als Destillat, wahlweise auch andere der enthaltenen Nitrile gewonnen und aus dem Prozeß entnommen werden;and ΛΟ_ Pa "at atmospheric pressure in the range of 105 109 0 C, boiling cis-butenitrile as the distillate, optionally also other of the nitriles contained obtained and removed from the process;
flüchtige Anteile der 2„ Fraktion können auch zur Nutzung ihres Kohlenstoff- und Stickstoffgehaltes in den Ammoxidations-Synthesereaktor zurückgeführt oder aus dem Prozeß entnommen und als Lösungsmittelgemisch verwendet werden;Volatile fractions of the 2 "fraction can also be recycled to the use of their carbon and nitrogen content in the Ammoxidations synthesis reactor or removed from the process and used as a solvent mixture;
der Gehalt des Endprodukt-Akrylnitrils oder Methakrylnitrils an niedrigsiedenden Verunreinigungen dadurch weiter vermindert wird, daß der gesamte Kopfproduktstrom der Kolonne, mit deren Hilfe letztmalig niedrigsiedende Verunreinigungen vom Endprodukt abgetrennt werden, vor Verwendung als Rücklauf oder vor Rückführung in den Aufarbeitungsprozeß, entweder zur Reduzierung des Gehaltes an niedrigsiedenden __ Verunreinigungen,vor allem an Carbonylverbindungen, einer geeigneten chemischen Behandlung mit bekannten Mitteln unterworfen, oder durch Destillation oder teilweiser Kondensation des dampfförmigen Produktstromes bei ^77 C, berechnet für Normaldruck, in eine erste, υ.;.:, akrylnitrilreichere Fraktion sowie durch separate vollständige Kondensation der die erste Kondensationsstufe verlassenden Dämpfe in eine zweite, an niedrigsiedenden.Verunreinigungen reichere Fraktion zerlegt wird„: the content of the end product acrylonitrile or Methakrylnitrils low-boiling impurities is further reduced in that the entire overhead stream of the column, with the help last low-boiling impurities are separated from the final product before use as reflux or before recycling in the workup process, either to reduce the content low-boiling impurities, in particular carbonyl compounds, subjected to suitable chemical treatment by known means, or by distillation or partial condensation of the vaporous product stream at 77 C, calculated for atmospheric pressure, into a first fraction, containing more of an acrylonitrile, and separated by separate complete condensation of the vapors leaving the first condensation stage into a second fraction enriched in low-boiling impurities " :
Nur die erste, an Akrylnitril reichere Fraktion wird als Rücklauf für die Kolonne verwendet;Only the first fraction enriched in acrylonitrile is used as the reflux for the column;
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die zweite "Fraktion mit erhöhtem Gehalt an Verunreinigungen wird an eine solche_Stelle des Aufarbeitungsprozesses zurückgeführt, die ihrer Zusammensetzung entspricht, oder es wird nur diese 2V Fraktion der erwähnten Behandlung zur Reduzierung des Gehaltes an niedrigsiedenden Verunreinigungen unterworfen; danach wird diese Fraktion in den Aufarbeitungsprozeß zurückgeführt oder ebenfalls als Rücklauf verwendet;the second fraction having an increased content of impurities is recycled to such a position of the work-up process which corresponds to its composition, or only this 2V fraction is subjected to the mentioned treatment to reduce the content of low-boiling impurities, thereafter this fraction is recycled to the workup process or also used as reflux;
reicht im Falle der Entnahme der 2V Fraktion oder eines Teiles des Kopfproduktstromes die restliche Menge des Kopfproduktstromes nicirS mehr zur Deckung des Bedarfes an Rücklauf für die Kolonne zur Ent—_ fernung der niedrigsiedenden Verunreinigungen aus, so wird der erforderliche Anteil des gereinigten Endproduktes zusätzlich als Rücklauf verwendet. Bei Destillation unter - oder_oberhalb des Normaldruckes im Bereich zwischen O,3i$?a und 1CH Pa gelten sinngemäß dem Dampfdruck der beteiligten _ Stoffe entsprechende höhere oder tiefere Temperaturen, als oben genannt wurden«If, in the case of removal of the 2V fraction or part of the overhead stream, the residual amount of overhead stream is no longer sufficient to meet the demand for the column to remove the low-boiling impurities, the required proportion of the final purified product will additionally be recycled used. In the case of distillation below or above the normal pressure in the range between 0, 3i $? A and 1CH Pa, the vapor pressure of the substances involved is correspondingly higher or lower than those mentioned above.
Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele erläutert, die den.Umfang der Erfindung0 jedoch nicht einschränken*1 The invention is illustrated hereinafter by Examples, which den.Umfang the invention but do not limit 0 * 1
• ·• ·
Aus dem Sumpfstrom der letzten fraktionierten Destillation des Akrylnitrils bei der Aufarbeitung der Produkte der Propylen-Ammoxidation wurde durch fraktionierte Destillation unter einem Druck vonFrom the bottom stream of the last fractional distillation of the acrylonitrile in the workup of the products of propylene ammoxidation was by fractional distillation under a pressure of
"4 "4
4 V 10 Pa die Hauptmenge des Akrylnitrils weitgehend von den oberhalb. Akrylnitril siedenden Verunreinigungen getrennt'» Hur die Äkrylnitril-Fraktion 'wurde in den Aufarbeitungsprozeß zurückgeführt, In-^ folgedessgn stellte sich die in nachfolgender Tabelle 1 unter 1V genannte.Zusammensetzung des Sumpfstromes ein»" Zum Vergleich wird in dieser Tabelle auch die Zusammensetzung dieses Sumpfstromes nach Rückführung ohne vorherige Abtrennung der höhersiedenden Verunreinigungen für zwei verschiedene Katalysatoren genannt:4 V 10 Pa, the majority of the acrylonitrile largely from the above. Separately, acrylonitrile boiling impurities were separated. "In the following, the composition of the bottom stream was referred to as 1V in Table 1 below." For comparison, this table also shows the composition of this bottom stream after recycling without prior separation of the higher-boiling impurities for two different catalysts:
Zusammensetzung des Sumpf stromes der letzten fraktionierten DestillationComposition of the bottom stream of the last fractional distillation
-s- 2 10 040-s 2 10 040
Die Tabelle läßt erkennen, in welchem Maße sich die höhersiedenden Verunreinigungen anreichern können. Die Abtrennung dieser Verunreinigungen vor Rückführung vermindert dagegen Z0 B„ den Gehalt an Butensäurenitrilen.im Sumpfstrom auf = 10 % des ursprünglichen WertesoThe table shows the extent to which the higher-boiling impurities can accumulate. Separation of these impurities prior to recycling, on the other hand, reduces the content of buteno-acid nitriles in the bottom stream to Z 0 B " = 10% of the original value
Eine Probe des bereits im Beispiel 1 erwähnten Sumpfstromes wurde bis zu einer Kopftemperatur von 116 G, berechnet für Normaldruck, vollständig fraktioniert destilliert, wobei eine Kolonne mit 25 theoretischen Bödren benutzt und der direkte Zutritt von Wasser oder Wasserdampf zum Produkt verhindert wirdo' Folgende Fraktionen werden erhalten:A sample of the bottoms stream already mentioned in Example 1 was fully fractionally distilled to a head temperature of 116 G calculated for normal pressure, using a column with 25 theoretical plates and preventing direct access of water or water vapor to the product receive:
Aus dem Sumpfstrom erhaltene Fraktionen und BestandteileFractions and constituents obtained from the bottom stream
- 9- 210 040- 9-21040
Dieses Beispiel beweist, daß aus dem Sumpfstrom sowohl Akrylnitril wie auch cis-Butensäurenitril mit.relativ hoher Reinheit und Ausbeute abtrennbar istoThis example proves that both acrylonitrile and cis-butenitrile with relatively high purity and yield are separable from the bottom stream
Der gesamte Kopfproduktstrom der Kolonne des Aufarbeitung ssystems, mit deren Hilfe letztmalig niedrigsiedende Verunreinigungen vom Endprodukt-Akrylnitril oder Methykrylnitril abgetrennt werden, wird mit Hilfe zweier Wärmetauscher fraktioniert kondensiert, wobei am Ausgang des ersten Wärmetauschers eine Temperatur von 70 C (umgerechnet auf Normaldruck) im Gasstrom eingestellt wurde. Das Kondensat dieses Wärmetauschers wurde alsT.' Fraktion entnommene Alle übrigen konden— sierbaren Bestandteile wurden mit dem.zweiten Wärmetauscher bei 20 bis 30 0C verflüssigt. Auf diesem Wege wird der Kopfproduktstrom in eine an akrylnitril— reichere sowie" in eine zweite Fraktion mit- erhöhtem . Gehalt an Carbonylverbindungen und Blausäure zerlegt· Nur die erste Fraktion wird zusammen mit der erforderlichen Menge Akrylnitril von Endprodukt-Qualität als Kopfrücklauf wiederverwendet. Die zweite Fraktion mit erhöhtem Gehalt an Verunreinigungen wird an eine Stelle des Aufarbeitungsprozesses zurückgeführt, die ihrer Zusammensetzung entspricht,^ Der Gehalt des Endprodukt-Akrylnitrils an den genannten niedrigsiedenden Verunreinigungen konnte damit auf 1/2 bis 1/10 des ursprünglichen Betrages vermindert werdenVThe entire overhead stream of the column of the workup ssystems, with the help last low-boiling impurities are separated from the final product acrylonitrile or Methykrylnitril is fractionally condensed using two heat exchangers, wherein at the output of the first heat exchanger, a temperature of 70 C (converted to atmospheric pressure) in the gas stream was set. The condensate of this heat exchanger was called T. ' Fraction removed All other condensed sierbaren ingredients were liquefied with dem.zweiten heat exchanger at 20 to 30 0 C. In this way, the overhead product stream is decomposed to a more carbonylic and hydrocyanic content of carbonyl compounds and hydrogen cyanide · only the first fraction is reused together with the required amount of final grade acrylonitrile as the top back Fraction with an increased content of impurities is returned to a point in the work-up process which corresponds to their composition. The content of the final product acrylonitrile in the said low-boiling impurities could thus be reduced to 1/2 to 1/10 of the original amount
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DD140879B1 DD140879B1 (en) | 1986-03-12 |
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