DE10133788A1

DE10133788A1 - Verfahren zur Abtrennung von Ammoniak aus einem Gemisch

Info

Publication number: DE10133788A1
Application number: DE2001133788
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Walczuch; Axel Polt; Frank Poplow; Hermann Luyken; Stefan Meckl; Heinz Auer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-02-06
Also published as: AR034755A1; WO2003008333A1

Abstract

Verfahren zur Abtrennung von Ammoniak aus einem Gemisch, das Ammoniak enthält und dessen Siedepunkt in ammoniakfreiem Zustand um mehr als 50 DEG C höher liegt als der Siedepunkt von reinem Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Verfahren mit n Stufen, mit n eine natürliche Zahl mindestens 2, DOLLAR A a) einer Stufe 1 dieses Gemisch zuführt, DOLLAR A b) in jeder Stufe m, mit m eine natürliche Zahl von 1 bis n-1, einen Teil des Ammoniaks bei einem Druck p¶m¶ aus dem aus der Stufe m-1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung abtrennt unter Erhalt von einem Produktgemisch, das einen dem Druck p¶m¶ und der Temperatur t¶m¶ entsprechenden Ammoniakgehalt aufweist, und von gasförmigem Ammoniak, DOLLAR A c) das in Stufe m erhaltene Produktgemisch in Stufe m+1, mit Ausnahme von Stufe n, als Eduktgemisch eingesetzt gemäß Schritt b), DOLLAR A d) in Stufe n dem Ammoniak bei einem Druck p¶m¶ und einer Temperatur t¶n¶ teilweise oder vollständigt aus dem aus Stufe n-1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfen abtrennt unter Erhalt eines Produktes und von gasförmigem Ammoniak, DOLLAR A wobei jeder Druck p¶m¶ größer ist als p¶m+1¶.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Ammoniak aus einem Gemisch, das Ammoniak enthält und dessen Siedepunkt in ammoniakfreiem Zustand um mehr als 50°C höher liegt als der Siedepunkt von reinem Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Verfahren mit n Stufen, mit n eine natürliche Zahl mindestens 2,

a) einer Stufe 1 dieses Gemisch zuführt,
b) in jeder Stufe m, mit m eine natürliche Zahl von 1 bis n - 1, einen Teil des Ammoniaks bei einem Druck p_m aus dem aus der Stufe m - 1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung abtrennt unter Erhalt von einem Produktgemisch, das einen dem Druck p_m und der Temperatur t_m entsprechenden Ammoniakgehalt aufweist, und von gasförmigem Ammoniak,
c) das in Stufe m erhaltene Produktgemisch in Stufe m + 1, mit Ausnahme von Stufe n, als Eduktgemisch einsetzt gemäß Schritt b),
d) in Stufe n den Ammoniak bei einem Druck p_n und einer Temperatur t_n teilweise oder vollständig aus dem aus Stufe n - 1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung abtrennt unter Erhalt eines Produktes und von gasförmigem Ammoniak,

_m

_m+1

Gemische, die Ammoniak enthalten und deren Siedepunkt in ammoniakfreiem Zustand um mehr als 50°C höher liegt als der Siedepunkt von reinem Ammoniak, entstehen bei zahlreichen technischen Verfahren als unmittelbare Reaktionsgemische. So werden beispielsweise Hydrierungen in Ammoniak als flüssigem Verdünnungsmittel oder in flüssigen Verdünnungsmitteln in Gegenwart von Ammoniak durchgeführt. Der im Überschuß oder als flüssiges Verdünnungsmittel eingesetzte Ammoniak wird üblicherweise vor der Gewinnung des Wertproduktes aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt, um den abgetrennten Ammoniak aus Kostenersparnis- und Umweltschutzgründen in die Reaktion zurückführen zu können. In der Regel werden zur Abtrennung des Ammoniaks destillative Verfahren angewandt.
Problematisch ist hierbei die in der Regel große Siedepunktsdifferenz zwischen reinem Ammoniak und dem Reaktionsgemisch in ammoniakfreiem Zustand. Einerseits besteht das Bestreben, die Destillation bei hohem Druck durchzuführen, um den abdestillierten Ammoniak in wirtschaftlicher Weise bei Temperaturen oberhalb von 20°C unter Einsatz von Kühlwasser als Kühlmedium zu kondensieren. Eine Kondensation bei niedrigeren Temperaturen erfordert den Einsatz von Kälteanlagen, deren Betrieb mit hohen Kosten verbunden ist. Andererseits erfordert ein hoher Druck bei der Destillation hohe Sumpftemperaturen bei der Destillation, wodurch es zu Schädigungen des Wertproduktes kommen kann. Zudem werden Energiequellen, wie beispielsweise Dampf, sowie die entsprechenden Destillationsvorrichtungen mit zunehmender Temperatur in der Regel teurer.
In DE-A-195 00 222 wird die Abtrennung von Ammoniak aus einem Gemisch, das Ammoniak, Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril und Adipodinitril enthält und bei der partiellen Hydrierung von Adipodinitril erhalten wurde, beschrieben. Um den Ammoniak bei hohem Druck und gleichzeitig nicht zu hoher Sumpftemperatur abtrennen zu können, wird die Anwendung eines Zwischensieders offenbart. Nachteilig hierbei sind die hohen Kosten für die Vorrichtung und die großen Kreislaufströme, die für eine effektive Ammoniakabtrennung erforderlich sind.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Abtrennung von Ammoniak aus einem Gemisch, das Ammoniak enthält und dessen Siedepunkt in ammoniakfreiem Zustand um mehr als 50°C höher liegt als der Siedepunkt von reinem Ammoniak, auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise unter Vermeidung der genannten Nachteile ermöglicht.
Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden.
Erfindungsgemäß setzt man ein Gemisch, das Ammoniak enthält und dessen Siedepunkt in ammoniakfreiem Zustand um mehr als 50°C höher liegt als der Siedepunkt von reinem Ammoniak (Siedepunkt von reinem Ammoniak -33°C), ein. Hinsichtlich des Gemisches, seiner Herstellung oder Zusammensetzung sind bislang keine Einschränkungen bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform kommen solche Gemische in Betracht, deren Gehalt an Ammoniak 1 bis 99, vorzugsweise bis 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemischs, beträgt. Bei niedrigeren Ammoniakgehalten beginnt das erfindungsgemäße Verfahren unwirtschaftlich zu werden, ohne daß jedoch hierdurch seine prinzipielle technische Anwendbarkeit beeinträchtigt wird.
Solche Gemische können beispielsweise bei der partiellen Hydrierung von Adipodinitril in Ammoniak zu Adipodinitril, Hexamethylendiamin und 6-Aminocapronitril erhalten werden. Derartige Gemische weisen üblicherweise Gehalte an Adipodinitril im Bereich von 5 bis 80 Gew.-%, Hexamethylendiamin im Bereich von 5 bis 80 Gew.-%, 6-Aminocapronitril im Bereich von 5 bis 80 Gew.-%, Ammoniak im Bereich von 10 bis 90 Gew.-% und sonstige an sich übliche Verunreinigungen, wie Katalysator oder Promotoren oder Verunreinigungen der Einsatzstoffe, auf, mit der Maßgabe, daß die Summe der genannten Werte nicht über 100 Gew.-% liegt. Solche Gemische und deren Herstellung sind an sich bekannt. Der Siedepunkt des ammoniakfreien Gemisches liegt deutlich mehr als 50°C oberhalb des Siedepunktes von Ammoniak.
Dieses Gemisch setzt man in der ersten der n Stufen ein, wobei n eine natürliche Zahl mindestens 2, vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, insbesondere 2, 3, 4, 5, 6 ist.
Erfindungsgemäß trennt man gemäß Schritt b) in jeder Stufe m, mit m eine natürliche Zahl von 1 bis n - 1, einen Teil des Ammoniaks bei einem Druck p_m aus dem aus der Stufe m - 1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung ab unter Erhalt von einem Produktgemisch, das einen dem Druck p_m und der Temperatur t_m entsprechenden Ammoniakgehalt aufweist, und von gasförmigem Ammoniak.
Für die Abtrennung kommen hierfür übliche Apparaturen in Betracht, wie sie beispielsweise in: Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ed., Vol. 7, John Wiley & Sons, New York, 1979, Seite 870-881 beschrieben sind. In Betracht kommen Destillationsvorrichtungen mit Trennstufen, wie Destillationskolonnen mit Böden oder Packungen, vorzugsweise Siebbodenkolonnen, Glockenbodenkolonnen, Packungskolonnen oder Füllkörperkolonnen. Ebenso in Betracht kommen Abtrennvorrichtungen ohne Trennstufen, wie Blasen mit oder ohne Verdampfer, oder Natur- oder Zwangsumlaufverdampfer.
Die Abtrennung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Dabei kann während der Abtrennung dem Gemisch Wärme mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen zugeführt werden, beispielsweise mittels Verdampfer. Ebenso kann dem Zulauf zu der betreffenden Destillationsstufe Wärme vor oder nach der Entspannung, also bei dem Druck der entsprechenden Stufe oder dem Druck der nachfolgenden Stufe, zugeführt werden. Ebenso kann die Verdampfung des Ammoniaks durch die Zuführung von Wärme oder durch die Abkühlung des Produktgemisches von der Temperatur t_m-1 auf die Temperatur t_m bei der Entspannung vom Druck p_m-1 auf den Druck p_m erzielt werden.
Der für die jeweilige Stufe m optimale Druck p_m kann je nach eingesetztem Gemisch leicht durch einige einfache Vorversuche ermittelt werden. In Abhängigkeit von diesem Druck p_m ergibt sich die erforderliche Sumpftemperatur und der Ammoniak-Restgehalt des Produktgemischs in der jeweiligen Stufe m.
Erfindungsgemäß setzt man das in Stufe m erhaltene Produktgemisch in Stufe m + 1, mit Ausnahme von Stufe n, als Eduktgemisch ein gemäß Schritt b). Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, daß für die Durchführung der Stufe m + 1 die bereits für Stufe m gemäß Schritt b) beschriebenen Parameter in Betracht kommen.
Erfindungsgemäß trennt man gemäß Schritt d) in Stufe n den Ammoniak bei einem Druck p_n teilweise oder vollständig aus dem aus Stufe n - 1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung ab unter Erhalt eines Produktes und von gasförmigem Ammoniak. Zur Durchführung von Schritt d) kommen ebenfalls die bereits für die zur Durchführung von Stufe m gemäß Schritt b) beschriebenen Parameter entsprechend in Betracht.
Erfindungsgemäß ist jeder Druck p_m größer als p_m+1. Dies bedeutet, daß von jeder Stufe m zu jeder jeweilig nachfolgenden Stufe m + 1 eine Entspannung stattfindet.
Die Temperatur t_m in der jeweiligen Stufe m ergibt sich aus der Zusammensetzung des Gemisches in der jeweiligen Stufe m und dem jeweiligen Druck p_m.
Die Temperatur t_n in der Stufe n ergibt sich aus der Zusammensetzung des Gemisches in der Stufe n und dem Druck p_n.
Ebenso ist es möglich, mittels Druck p_m und Temperatur t_m, wobei die Temperatur t_m insbesondere durch Zufuhr durch Wärme eingestellt werden kann, in Stufe m die jeweilige Konzentration einzustellen.
Ebenso ist es möglich, mittels Druck p_n und Temperatur t_n, wobei die Temperatur t_n insbesondere durch Zufuhr durch Wärme eingestellt werden kann, in Stufe n die jeweilige Konzentration einzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der in einer Stufe m oder in Stufe n anfallende gasförmige Ammoniak verdichtet werden. Diese Verdichtung kann so erfolgen, daß der Ammoniak gasförmig bleibt oder verflüssigt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der in einer Stufe m + 1 anfallende gasförmige Ammoniak verdichtet und mit dem in Stufe m anfallenden gasförmigen Ammoniak zusammengeführt werden. Dabei kann der Ammoniak nach der Zusammenführung vorteilhaft verflüssigt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann man die Drücke der betreffenden Stufen m und m + 1 so wählen, daß der gasförmige Ammoniak aus der Stufe m + 1 in einem einstufigen Verdichter auf den Druck des gasförmigen Ammoniaks aus Stufe m gebracht werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der in jeder Stufe m + 1 anfallende gasförmige Ammoniak verdichtet und mit dem in der jeweiligen Stufe m anfallenden gasförmigen Ammoniak zusammengeführt werden. Der Ammoniak nach der Zusammenführung mit dem gasförmigen Ammoniak der ersten Stufe kann vorteilhaft verflüssigt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann man die Drücke der betreffenden Stufen m und m + 1 so wählen, daß der gasförmige Ammoniak aus der Stufe m + 1 in einem einstufigen Verdichter auf den Druck des gasförmigen Ammoniaks aus Stufe m gebracht werden kann. In einer besonders vorteilhaften Ausführung können die Verdichter der Stufen 2 bis n von der gleichen Welle angetrieben werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der gasförmige Strom aus Stufe m + 1 vor der Verdichtung gekühlt werden, wobei kondensierbare Anteile abgetrennt werden können. In einer besonders vorteilhaften Ausführung können die kondensierbaren Anteile des gasförmigen Stromes aus Stufe m + 1 in Stufe m + 1 zurückgeführt werden.

Beispiel

1 000 kg/h eines Gemisches enthaltend 70% Ammoniak, 10% Hexamethylendiamin, 10% 6-Aminocapronitril und 10% Adipodinitril wurden von einem Druck von 40 bar auf einen Druck von 20 bar entspannt und in einer Blase B1 mit Verdampfer V1 Ammoniak abdestilliert. Der abdestillierte Ammoniak am1 wurde mit Hilfe eines Kondensators K1 bei 45°C verflüssigt. Im Sumpf der Blase B1 wurde ein Ammoniak-Gehalt von ca. 5% eingestellt, wodurch sich eine Sumpftemperatur von 175°C ergab. Der Sumpfabzug aus Blase B1 wurde auf einen Druck von 8 bar in eine Blase B2 ohne Verdampfer entspannt. Der durch den Entspannungsvorgang ausgasende Ammoniak am2 wurde mit einem Verdichter V2 auf einen Druck von 20 bar verdichtet und zusammen mit Ammoniak am1 im Kondensator K1 kondensiert. Der Sumpfabzug aus Blase B2 wurde auf einen Druck von 3 bar in eine Kolonne K3 entspannt und vor der Einleitung in die Kolonne mit einem Wärmetauscher W3 leicht erhitzt. Der durch den Entspannungsvorgang ausgasende Ammoniak wurde über Kopf entnommen und mit einem Kühler W4 gekühlt. Das sich dabei bildende Kondensat wurde als Rücklauf auf die Kolonne K3 zurückgefahren. Der gasförmige Ammoniak am3 aus dem Kühler W4 wurde mit einem Verdichter V3 von 3 bar auf 8 bar verdichtet, mit dem Strom am2 zusammengeführt und im Verdichter V2 weiter auf 20 bar verdichtet und anschließend mit dem Strom am1 im Kondensator W2 kondensiert. Der Sumpfabzug aus der Kolonne K3 enthielt weniger als 0.2% Ammoniak.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung von Ammoniak aus einem Gemisch, das Ammoniak enthält und dessen Siedepunkt in ammoniakfreiem Zustand um mehr als 50°C höher liegt als der Siedepunkt von reinem Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Verfahren mit n Stufen, mit n eine natürliche Zahl mindestens 2,

a) einer Stufe 1 dieses Gemisch zuführt,

b) in jeder Stufe m, mit m eine natürliche Zahl von 1 bis n - 1, einen Teil des Ammoniaks bei einem Druck p_m aus dem aus der Stufe m - 1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung abtrennt unter Erhalt von einem Produktgemisch, das einen dem Druck p_m und der Temperatur t_m entsprechenden Ammoniakgehalt aufweist, und von gasförmigem Ammoniak,

c) das in Stufe m erhaltene Produktgemisch in Stufe m + 1, mit Ausnahme von Stufe n, als Eduktgemisch einsetzt gemäß Schritt b),

d) in Stufe n den Ammoniak bei einem Druck p_n und einer Temperatur t_n teilweise oder vollständig aus dem aus Stufe n - 1 zugeführten Eduktgemisch durch Verdampfung abtrennt unter Erhalt eines Produktes und von gasförmigem Ammoniak,

wobei jeder Druck p_m größer ist als p_m+1.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in einer Stufe m oder in Stufe n anfallende gasförmige Ammoniak verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in einer Stufe m + 1 anfallende gasförmige Ammoniak verdichtet und mit dem in Stufe m anfallenden gasförmigen Ammoniak zusammengeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in jeder Stufe m + 1 anfallende gasförmige Ammoniak verdichtet und mit dem in der jeweiligen Stufe m anfallenden gasförmigen Ammoniak zusammengeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der gasförmige Ammoniak anschließend verflüssigt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei die Drücke p_m und p_n der einzelnen Stufen m und n so gewählt werden, daß eine einstufige Verdichtung bei der Verdichtung des Ammoniaks jeweils erfolgt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, wobei keine Wärme einer oder mehreren der Stufen 2 bis n zugeführt wird.