DD273058A1 - Verfahren zur reinigung von acetoncyanhydrin - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Acetoncyanhydrin aus technischen Reaktionsprodukten der Acetoncyanhydrinsynthese durch einstufige Vakuumdestillation mit Rueckgewinnung der nicht umgesetzten Rohstoffe und Ausschleusung unerwuenschter Komponenten auf der Druckseite der Vakuumeinrichtung. Das Gasgemisch vom Kopf der Vakuumkolonne wird komprimiert und in eine spezielle Rueckgewinnungskolonne eingespeist, aus der ein sauberes Gemisch nicht umgesetzter Rohstoffe als Seitenstrom entnommen und zum Synthesereaktor zurueckgefuehrt wird. Die druckseitige Trennung von Reinigung und Rueckgewinnung und die vorhandenen Ausschleusungsmoeglichkeiten gewaehrleisten eine hohe Prozessflexibilitaet. Durch die Anwendung des Verfahrens werden Katalysatorverbrauch und Salzanfall gesenkt, Nebenreaktionen und Zersetzung des Acetoncyanhydrins reduziert und ein Produkt hoher Reinheit gewonnen.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Acetoncyanhydrin, das als technisches Reaktionsprodukt bei der Acetoncyanhydrinsynthese anfällt und Aceton, Cyanwasserstoff, Wasser, Katalysatorverbindungen und stabilisierende Säuren neben dem Zielprodukt Acetoncyanhydrin enthält. Das zu reinigende Reaktionsprodukt kann bei der Umsetzung von Aceton und Cyanwasserstoff oder Abprodukten, die Cyanwasserstoff enthalten, anfallen.

Das Verfahren läßt sich besonders günstig anwenden im Anschluß an Acrylnitrilanlagen, in denen Cyanwasserstoff zwangsweise als Nebenprodukt anfällt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Acetoncyanhydrin wird durch Reaktion von Aceton und Cyanwasserstoff in Gegenwart basischer Katalysatoren hergestellt und das erhaltene Reaktionsprodukt vor der Reinigung durch Zusatz kleiner Anteile einer starken Säure stabilisiert. Acetoncyanhydrin-Reinigungsverfahren haben die Aufgabe, die Abtrennung der unerwünschten Komponenten aus dem Zielprodukt und die Rückgewinnung der nicht umgesetzten Einsatzstoffe Aceton und Cyanwasserstoff zu realisieren. Durch das Reinigungsverfahren ist außerdem zu sichern, daß sich die im Cyanwasserstoff enthaltenen flüchtigen Inhibitoren wie Essigsäure und Schwefeldioxid durch die Rückführung der abgetrennten Einsatzstoffe zum Synthesereaktor nicht im Prozeß anreichern.

Wegen der Temperaturempfindlichkeit des Acetoncyanhydrins kommen schonende Reinigungsverfahren, wie das Ausblasen der nicht umgesetzten Komponenten mit einem inerten Gas oder die Destillation bei vermindertem brück, zur Anwendung. Die Reinigung durch Ausblasen mit Stickstoff wird in der GBPS 471952 und DE-AS 1944754 beschrieben. Wesentlicher Nachteil der Ausblaseverfahren ist die begrenzte Reinheit des Endproduktes, die sich vor allem in den relativ hohen Wasserkonzentrationen zeigt. Durch die Verwendung alkalischer Adsorptionsflüssigkeiten, wie nichtstabilisiertes Reaktionsprodukt der Acetoncyanhydrinsynthese, zur Rückgewinnung der nichtumgesetzten Komponenten aus dem beladenen Inertgas reichert sich außerdem Schwefeldioxid im Prozeß an und führt zu erhöhtem Katalysatorverbrauch in der Synthesestu/e und zu erhöhtem Salzanfall nach der Stabilisierung.

Wegen der hohen Reinheitsanforderungen für die Weiterverarbeitung des Acetoncyanhydrins werden doshalb oft Vakuumdestiüationsverfahren angewendet. Bei den üblichen Verfahren mit Kondensation auf der Saufjseite der Vakuumeinrichtung wird meist zweistufig gearbeitet, um die Hauptmenge der nichtumgesetzten Komponenten in der ersten Stufe bei mildem Vakuum kondensieren zu können, während in der zweiten Stufe bei niedrigerem Druck das reine Produkt gewonnen wird.

Zweistufige Vakuumdestillationsverfahren werden beschrieben in den Patentschriften US 3742016, US 4130580 und DD 238379. Nachteile dieser zweistufigen Destillationsverfahren sind die mehrfache thermische Beanspruchung des Produktes verbunden mit teilweisem Zerfall des Acetoncyanhydrins in Aceton und Cyanwasserstoff und unerwünschten Nebenreaktionen sowie Kondensationsprobleme unter Vakuumbedingungen verbund in mit Verlusten an Cyanwasserstoff und Aceton. Zur Vermeidung dieser Verlusto werden entweder zusätzliche Rückgewinnungsstufen, wie Absorptionseinrichtungen für das Restgas oder eine zusäüliche Trennstufe zur Abtrennung dieser Komponenten aus dem Kopfprodukt der zweiten Destillationsstufe verwendet, oder das Kopfprodukt der zweiten St jfe wird zur ersten Stufe zurückgefahren, wodurch sich der energetische Aufwand erhöht.

Zur Verhinderung der Anreicherung von Schwefeldioxid ist in der VJS-PS 37420A6 zusätzlich zur aufwendigen Reinigungstechnologle eine Desorptionsstuf e vorgesehen, in der aus dem vorwiegend aus Cy anwacserstoH bestehenden KopfprodukX der erstenTtennsXufe das Schwefeldioxid entfernt wird. In der SVJ-PS 524791 wird aus dem ReaVtionsgemisch vor der Stabilisierung das mit dem Katalysator gebildete Sulfit durch Filtration entfernt und somit eine Schwefeldioxid-Anreicherung Im Prozeß verhindert. Nachteile sind der zusätzliche technologische Aufwand für Filterwechsel und -spülung sowie erhöhter Abwasseranfall,

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Gewinnung von Acetoncyanhydrin hoher Reinheit bei effektivem Apparate- und Energieeinsatz sowie hoher Prozeßflexibüität zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von Acetoncyanhydrin bereitzustellen, das unter Ausnutzung der vorhandenen günstigen Trennfaktoren eine einfache Reinigung des Zielproduktes und.eine rationelle Rückgewinnung der nicht umgesetzten Einsatzstoffe gewährleistet.

Erfindungsgemäß erfolgt bei einer einstufigen Vakuumdestillation die Rückgewinnung von Aceton und Cyanwasserstoff und die Ausschleusung der unerwünschten Komponenten auf der Druckseite des Vakuumerzeugers. Die unerwünschten Komponenten, deren Anreicherung bei der Rückführung der abgetrennten Einsatzstoffe zum Synthesereaktor verhindert werden soll, sind einerseits Wasser, das durch die Rohstoffe Aceton und Cyanwasserstoff und evan^ell durch die Katalysatorlösung in den Prozeß eingebracht wird, zum anderen die im Cyanwasserstoff enthaltenen flüchtigen Inhibitoren, vor allem Schwefeldioxid. Reichert sich durch unzureichende Abtrennung Schwefeldioxid im Prozeß an, steigt der Katalysatorverbrauch in der Synthesestufe, da ein zunehmender Teil des Katalysators zur Neutralisation des Schwefeldioxids benötigt wird. Bei der Stabilisierung des Reaktionsgemisches wird das Schwefeldioxid wieder freigesetzt, der Stabilisatorsäureverbraucb erhöht sich ebenfalls. Die Menge der bei der Stabilisierung infolge Neutralisation gebildeten Salze steigt aber gleichermaßen an. Als Stabilisatorsäure wird überwiegend Schwefelsäure eingesetzt. Kommen bei der Synthese anorganische Katalysatoren wie Alkalihydroxide zur Anwendung, entstehen bei der Stabilisierung in Acetoncyanhydrin unlösliche Sulfate die sich in den Apparaten der Reinigungsanlage ablagern und entfernt werden müssen. Werden dagegen organische Katalysatoren wie Alkylamine eingesetzt, bilden sich bei der Säurebehandlung in Actnoncy anhy drin lösliche Salze, die die Produktreinheit herabsetzen. In diesem Fall ist eine weitestgehende Schwefeldioxid-Entfernung von besonderer Bedeutung, denn diese Verunreinigungen in Form gelöster Salze können destillativ nicht abgetrennt werden.

Durch die Rückgewinnung der nicht umgesetzten Einsatzstoffe auf der Druckseite der Vakuumeinrichtung ist die Reinigung des Acetoncyanhydrins in einer einstufigen Vakuumdestillation möglich, wobei die Wahl der Parameter dieser Kolonne im Gegensau zu zweistuf igen Vakuumdestillationsverfahren ohne Rücksicht auf die Belange der Rückgewinnung erfolgen kann. Ein Vorteil der einstufigen Destillation ist neben der Reduzierung des apparativen und energetischen Aufwandes die geringe thermische Belastung des Produktes. Der temperatur- und verweilzeitabhflngige Zerfall von Acetoncyanhydrin in Aceton und Cyanwasserstoff ist dadurch gering, ebenso die während der Reinigung auftretenden, unerwünschten Nebenreaktionen. Bei diesen Nebenreaktionen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren reduziert werden, handelt es sich in erster Linie um die Hydrolyse von Acetoncyanhydrin und Cyanwasserstoff. Diese Stoffe reagieren bei Erwärmung in Anwesenheit von Wasser mit der Stabilisatorsäure. Das daoei gebildete Ammoniak setzt sich zu Ammoniumsulfat um und verursacht zusätzlichen Salzanfall.

Zur näheren Erläuterung ist in Fig. 1 eine Anwendungsform des Verfahrens dargestellt. Dem aus Aceton und Cyanwasserstoff in Anwesenheit eines basischen Katalysators im Synthesereaktor gebildeten Reaktionsgemisch wird am Reaktorausgang die SiahilisatorsBure zugegeben. Das stabilisierte Reaktlonagemlsch durchläuft den Vorwärmer und wird in die Reinigungskolonne eingespeist. Bei einem Kopf druck zwischen 3,5 und 7kFa wird diese Kolonne mit Sumpflemperaluren von 355 bis 370K und Kopftemperaturen zwischen 273 und 283K betrieben. Der Kopfstrom, der neben Aceton und Cyanwasserstoff noch Acetoncyanhydrin, Wasser, flüchtige Säuren und Schwefeldioxid enthalten kann, wird In den Kopfkühler geleitet, in dem eine Teilmenge kondensiert und in den Kopfbehälter abläuft. Im Sumpf wird d; · jereinigte Acetoncyanhydrin entnommen, im Vorwärmer und im Produktkühler abgekühlt und zur Lagerung bzw. Weiterverarbeitung abgegeben. Das den Kopfkühler verlassende Gasgemisch wird in der Vakuumeinrichtung auf einen Druck zwischen AAO und ASOkPa verdichtet, im Gaskühler abgekühlt und \n die RückgewinnungsVolonne eingespeist. Zur V akuumetzeugung können UocVenlauf ende V erdichtet wie zum BevspleVWälzkoVben- oder Schraubenverdichter eingesetzt weiden, d\e be\m vortiegendenVe«d\cV\\vmgsverV\ältn\s meYusVufVj mit Zwischenkühlung ausgeführt sind, oder Kombinationen verschiedener Verdichtertypen zur Anwendung kommen. Bei einem Kopfdruck zwischen J05 und UOkPa wird die Rückgewinnungskolonne mit Sumpftemperaturf'z /c τ 333 Ms 373K und Kopftemperaturen zwischen 300 und 310K betrieben. Im Kondensator wird der Kopfstrom, der im wesentlichen aus Cyanwasserstoff besteht, kondensiert und auf 280 bis 300K abgekühlt. Das Kondensat fließt in den Kopfbehälter und wird als Rücklauf zum Kopf der Rückgewini ungskolonne geleitet. Der nichtkondensierte Anteil, der neben Cyanwasserstoff und der durch die Vakuumeinrichtung mit angesaugter Luft das mit dem Cyanwasserstoff eingebrachte Schwefeldioxid enthält, wird als Abgas abgeführt. Das Rückführungsgemisch, bestehend aus den nicht umgesetzten Komponenten Aceton und Cyanwasserstoff, wird als Seitenstrom aus der Obersäule der Ruckgewinnungskolonne entnommen und zum Synthesereaktor zurückgeführt. Falls erforderlich, kann eine wasserhaltige Teilmenge als Seitenstrom aus der Unter säule der RückgewV inungskolonne oder aus deren Sumpftrelslaut entnommen und als Abwasser ausgeVie\s\werden.OasSumpfproduV.t. der' icVgewVnnungsVolonnewird nach AbVuWuno, \m RücWauWühAer \n den KopfbehaWet ge\e\te\ und gemeinsam mW dem K.on«seT\ JaX dos KopMMer» als * Rücklauf am Kopf der Reinigungskolonne aufgegeben. Die Beheizung der beiden Kolonnen erfolgt durch die Verdampfer.

Durch die Trennung von Reinigung und Rückgewinnung ist das Verfahren sehr variabel und kann den jeweiligen Qualitäten der Rohstoffe und den Reinheitsanforderungen für das Produkt angepaßt werden. So kann die Wasserauskreisung entfallen, wenn wasserarme Rohstoffe eingesetzt werden und keine wäßrigen Katalysator- und Stabilisatorlösungen zur Anwendung kommen.

AusfQhrungsbeiipiel Die Erfindung soll nachstehend in zwei Beispielen näher erläutert werden. Beispiel 1

Die Rohstoffe Aceton 20 mit einem Wassergehalt von 0,25 Massenanteilen in % und Cyanwasserstoff 21 mit einem Wassergehalt von 0,5 Massenanteile in % sowie mit 350ppm Essigsäure und 250ppm Schwefeldioxid reagieren im Synthesereaktor 1 in Anwesenheit von Diethylamin als Katalysator 22 (Lösung in Aceton mit 25 Massenanteilen in %). Nach der Zugabe von Schwefelsäure als Stabilisatorsäurn 24 (Lösung in Ar.etoncyanhydrin mit 10 Massenanteilen in %) fällt eine Menge von 1543 kg/h stabilisiertem Reaktionsgemisch 25 an. Das stabilisierte Reaktionsgemisch 25 enthält 88,2 Massenanteile in % Acetoncyanhydrin und 0,33 Massenanteile in % Wasser. Eine Wasserabtrennung ist bei dieser geringen Konzentration nicht erforderlich. Nach dem Passieren des Vorwärmeis 2 wird das stabilisierte Reaktionsgemisch 25 mit einer Temperatur von 328K in die Reinigungskolonne 3 eingespeist. Bei einem Kopfdruck von 5kPa wird diese Kolonne mit einer Sumpftemperatur von 360K und einer Kopftemperati.r von 276K betrieben. Vom Sumpf der Reinigungskolonne 3 werden 1377 kg/h gereinigtes Acetoncyanhydrin 28 mi\ 98,8 Massenanteile in % Acetor cyanhydrin und 0,33 Massenanteile in % Wasser entnommen, im Vorwärmer 2 sowie im Produktkühler 7 gekühlt und mit einor Temperatur von 283 K zur Lagerung bzw. Weiterverarbeitung abgegeben. Der Kopfstrom 26 der Reinigungskolonne 3 wird im Kopfkühler 4 auf 273K abgekühlt, das Gasgemisch 29 in der Vakuumeinrichtung 8 auf 13OkPa verdichtet, im Gaskühler 9 auf 333K abgekühlt und in die Rückgewinnungskolonne 10 eingespeist. Bei einem Kopfdruck von 12OkPa wird diese Kolonne mit einer Sumpftemperatur von 337 K und einer Kopftemperatur von 305K betrieben. Der Kopfstrom 30 wird im Kondensator 11 auf 288 K abgekühlt und ein nicht kondensierter Anteil mit 0,3 Volumenanteilen in % Schwefeldioxid als Abgas 32 zur Fackel geleitet. Aus der Obersäule der Rückgewinnungskolonne 10 werden 152 kg/h eines Aceton-Cyanwasserstoff-Gemisches mit 318K entnommen und als Rückführungsgemisch 33 in den Synthesereaktor 1 eingespeist. Das Sumpfprodukt 35 wird im Rücklaufkühler 14 auf 273K abgekühlt und in den Kopfbehälter 5 der Reinigungskolonne 3 geleitet. Von den mit dem Cyanwasserstoff eingebrachten Inhibitoren wird das Schwefeldioxid mit dem Abgas entfernt, während die Essigsäure mit einem Anteil von 100ppm im gereinigten Acetoncyanhydrin 28 verbleibt.

Beispiel 2

Die Rohstoffe Aceton 20 mit einem Wassergehalt von 0,5 Massentantoilen in % und Cyanwasserstoff 21 mit einem Wassergehalt von 0,8 Massenanteilen in % sowie mit 450ppm Essigsäure und 250ppm Schwefeldioxid reagieren im Synthesereaktor 1 in Anwesenheit von Natriumhydroxid als Katalysator 22 (Lösung in Wasser mit 25 Massenanteilen in %). Nach der Zugabe von Schwefelsäure als Stabilisatorsäure 24 (Lösung in Acetoncyanhydrin mit 10 Massenanteilen in %) fällt eine Menge von 1547 kg/h stabilisiertem Reaktionsgemisch 25 an. Das stabilisierte Reaktionsgemisch 25 enthält 88,0 Massenanteile in % Acetoncyanhydrin und 0,87 Massenanteile in % Wasser. Aufgrund des hohen Wasseranteils ist in diesem Fall eine Wasserabtrennung erforderlich. Die Parameter der Reinigungskolonne 3 entsprechen den im Beispiel 1 angegebenen Werten. Vom Sumpf dieser Kolonne werden 1373 kg/h gereinigtes Acetoncyanhydrin 28 mit 99,1 Massenanteile in % Acetoncyanhydrin und 0,33 Massenanteilen in % Wasser entnommen. Mit dem Kopfstrom 26 wird in gleicher Weise verfahren wie im Beispiel 1. Die Rückgewinnungskolonne 10 wird mit einer Sumpftemperatur von 367K betrieben. Die übrigen Parameter der Kolonne entsprechen den im Beispiel 1 angegebenen Werten. Als Rückführungsgemisch 33 werden 143 kg/h eines Aceton-Cyanwasserstoff-Gemisches entnommen und zum Synthesereaktor 1 geleitet. Aus dem Sumpfkreislauf der Rückgewinnungskolonne 10 wird eine Menge von 22 l/h mit 47 Massenanteilen in % Wasser entnommen und als Abwss'.dr 34 abgeführt. Das Abwasser 34 enthält ein Drittel der mit dem Cyanwasserstoff eingebrachten Essigsäure, der Rest verbleibt im gereinigten AcetoncyanhyJrin 28. Das Schwefeldioxid wird analog zu Beispiel 1 mit dem Abgas 32 aus dem Prozeß entfernt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Reinigung von Aceton cyan hydrin durch Destillation bei vermindertem Druck, wobei das zu reinigende Gemisch durch Reaktion von Aceton und Cyanwasserstoff im stöchiometrischen Verhältnis oder bei Überschuß einer Komponente in Anwesenheit eines basischen Katalysators erhalten und durch Zugabe einer Säure stabilisiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß das stabilisierte Reaktionsgemisch (25) in die Reinigungskolonne (3) eingespeist wird, die bei einem Kopfdruck zwischen 3,5 und 7 kPa mit einer Sumpftemperatur zwischen 355 und 370 Kund einer Kopftemperatur zwischen 273 und 283K betrieben wird, wobei im Sumpf das gereinigte Acetoncyanhydrin (28) anfällt, während das Gasgemisch (29) vom Kopf der Kolonne in der Vakuumeinrichtung (8) auf einen Druck zwischen 110 und 150KPa verdichtet, abgekühlt und in die Rückgewinnungskolonne (10) eingespeist wird, die bei einem Kopfdruck zwischen 105 und 140KPa mit einer Sumpftemperatur zwischen 333 und 373 K und einer Kopftemperatur zwischen 300 und 310K betrieben wird, der Kopfstrom (30) dieser Kolonne auf 280 bis 300K abgekühlt und der nicht kondensierte Anteil als Abgas (32) abgeführt wird, aus dem Oberteil der Rückgewinnungskolonne (10) die Entnahme eines Seitenstromes erfolgt, der als Rückführungsgemisch (33) zum Synthesereaktor (1) geleitet wird, während das Sumpfprodukt (34) nach Abkühlung zum Kopf der Reinigungskolonne (3) zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß aus dem Unterteil der Rückgewinnungskolonne (10) oder aus dem Suinpfkreislauf dieser Kolonne ein wasserhaltiger Strom entnommen und als Abwasser (34) entferr t wird.