DE102004005643B3

DE102004005643B3 - Aufarbeitung von Wertprodukt enthaltende Suspensionen in einer Stülpfilterzentrifuge

Info

Publication number: DE102004005643B3
Application number: DE200410005643
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Chem. Dr. Bade; Fabian Dipl.-Ing. Köberlin; Hubert Neu
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2024-02-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem Edukte in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden, die Reaktionsprodukte in einer Suspension anfallen und die Suspension aufgearbeitet wird, indem man in einer Stülpfilterzentrifuge DOLLAR A (i) den Feststoffanteil aus der Suspension abtrennt und die Flüssigkeit abführt, DOLLAR A (ii) nachfolgend den Feststoff mit einem Agens umsetzt, wobei das Agens ungleich den Edukten ist und wobei dann ein Salz und ein flüssiger Stoff anfallen, DOLLAR A (iii) den flüssighen Stoff vom Salz abtrennt und gewinnt, DOLLAR A (iv) das Salz gegebenenfalls trocknet und aus der Stülpfilterzentrifuge austrägt, und DOLLAR A (v) man mindestens einen der dabei gewonnenen Stoffe, Salz oder flüssigen Stoff, wieder als Edukt in das Verfahren zurückführt. DOLLAR A Das vorliegende Verfahren wird insbesondere bei der Herstellung von N,O-Bistrimethylsilylacetamid (BSA) angewendet. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung einer Stülpfilterzentrifuge für die vorliegende Verfahrensweise.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bei dem Edukte in einer Suspension anfallen und die Suspension in einer Stülpfilterzentrifuge aufgearbeitet wird, sowie die entsprechende Verwendung einer Stülpfilterzentrifuge.

Bei der Produktion von N,O-Bis-trimethylsilylacetamid (BSA) aus Acetamid, Trimethylchlorsilan (TMCS) und Triethylamin entsteht als Nebenprodukt ein Salz (Triethylammoniumchlorid), welches mit Hilfe einer Zentrifuge abgetrennt wird. Zur Entsorgung der Rückstände musste das bei der Umsetzung angefallene Triethylammoniumchlorid in einem nachgeschalteten Schaufeltrockner mit Ammoniak zu Ammoniumchlorid sowie Triethylamin umgesetzt und das Triethylamin aus dem Ammoniumchlorid aufwendig abdestilliert werden. Das Triethylamin stellt einen die Herstellkosten beeinflussenden Einsatzstoff dar, der in der BSA-Synthese recycliert wird.

Stülpfilterzentrifugen werden in der Regel zur Abtrennung von z. B. Salz aus Suspensionen und anschließender Trocknung des Salzes verwendet (www.heinkel.de – Firmenschrift: Heinkel^®-Stülpfilterzentrifuge HF, 001A/2003-2, DE 195 29 256 A1 , DE 41 17 323 A1 , DE 37 29 240 A1 , DE 697 00 957 T2 ).

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit bereitzustellen, Wertprodukt enthaltende Suspensionen aufzuarbeiten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und durch Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass man ein bei einem Herstellungsverfahren in einer Suspension anfallendes Salz, das nach Trennung von der Flüssigphase in einem weiteren Behandlungsschritt in einen festen und einen flüssigen Stoff zu überführen ist, vorteilhaft in einer Stülpfilterzentrifuge umsetzen, den Feststoff und den flüssigen Stoff trennen und mindestens einen der beiden so gewonnenen Stoffe als Edukt, d. h. Wertstoff, wieder in den Prozess zurückführen kann.

So ermöglicht das vorliegende Verfahren in vorteilhafter Weise, da einfach und wirtschaftlich, die Rückgewinnung eines an oder in einem Salz gebundenen Wertstoffs in nur einer Vorrichtung, wo zuvor mehr als eine Vorrichtung für die ansonsten vergleichbaren Vorgänge erforderlich waren.

Im Allgemeinen kann die vorliegende Verfahrensweise bei einem Prozess angewendet werden, wenn bei einer chemischen Reaktion, beispielsweise gemäß Reaktionsgleichung (1), ein Salz in einer Suspension anfällt, dieses vom Filtrat abgetrennt wird und anschließend mit einer Komponente (D) umgesetzt wird, um einen am oder im Salz enthaltenen Wertstoff zu gewinnen (2): A + B + Wertstoff → C (flüssig oder gelöst) + Salz (fest; mit Wertstoff) (1) Salz (fest; mit Wertstoff) + D → Salz (fest; ohne Wertstoff) + Wertstoff (flüssig) (2)

Der Wertstoff gemäß Gleichung (2) sollte bei der Rückgewinnung flüssig anfallen, damit er aus dem Filterkuchen als Filtrat abgetrennt werden kann. Man kann aber auch das Salz oder beide Umsetzungsprodukte als Wertstoffe betrachten.

Eine bevorzugte Ausführungsform für die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist die Umsetzung des Triethylammoniumchlorids mit Ammoniak zu Ammoniumchlorid und Triethylamin, wie man sie bei der Herstellung von BSA (3) zur Rückstandsaufarbeitung durchführt, vgl. die Reaktionsgleichungen (3) und (4):

So wurde insbesondere gefunden, dass man den Prozess des Abtrennens von Triethylammoniumchlorid, wie es in der Produktmischung bei der Herstellung von BSA anfällt, und die anschließende Umsetzung von Triethylammoniumchlorid mit Ammoniak zu Ammoniumchlorid und Triethylamin sowie deren Trennung in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise in einer Stülpfilterzentrifuge durchführen kann, wobei man vorteilhaft zunächst das Triethylammoniumchlorid als Filterkuchen vom BSA abtrennt, den Filterkuchen wäscht, danach in die Trommel der Stülpfilterzentrifuge flüssiges Ammoniak einleitet und den Filterkuchen gemäß Reaktionsgleichung (4) zu Triethylamin und Ammoniumchlorid umsetzt. Das entstehende flüssige Triethylamin wird hierbei als Filtrat in der Stülpfilterzentrifuge abgeschleudert und der Filterkuchen entwässert. So erhaltenes Triethylamin kann dem BSA-Verfahren vorteilhaft wieder als Edukt, d. h. Wertstoff, zugeführt werden. Zum Trocknen des Ammoniumchloridfilterkuchens kann in die Stülpfilterzentrifuge vorgewärmter Stickstoff geleitet werden, wobei der am Filterkuchen adsorbierte Ammoniak desorbiert wird. Anschließend wird der Filterkuchen ausgestülpt, d. h. ausgetragen. Das getrocknete Ammoniumchlorid kann nun in Fässern oder „BigBags" einer Weiterverwertung zugeführt werden.

Der Aufbau einer Stülpfilterzentrifuge ist beispielsweise in der vorstehend gemachten Firmenschrift der Fa. Heinkel wiedergegeben und der vorliegenden Offenbarung zuzurechnen. Eine Stülpfilterzentrifuge arbeitet in der Regel grundschichtfrei. So wird im Allgemeinen eine bestimmte Menge an Suspension in die Zentrifugentrommel eingebracht, das Filtrat abgeschleudert, der entstehende Filterkuchen gewaschen und getrocknet. Schließlich kann der entfeuchtete Filterkuchen durch eine Axialbewegung der Zentrifugentrommel in das Feststoffgehäuse hinein und dem damit bewirkten Umstülpen des Filtertuchs, d. h. die Innenseite des Filtertuchs, die mit dem Filterkuchen belegt ist, nach außen umgestülpt werden. Der Feststoff kann so von der Innenseite des Filtertuchs, die im Moment des Ausstülpens außen ist, heruntergeschleudert werden. Nach diesem Austragen wird durch die erneute Axialbewegung der Zentrifugentrommel in das Filtratgehäuse hinein das Filtertuch wieder umgedreht, so dass die Innenseite des Filtertuchs erneut mit Suspension beschickt werden kann. Eine vorteilhafte Besonderheit der Stülpfilterzentrifuge ist die Möglichkeit, während des Abschleuderns von Filtrat oder Waschflüssigkeit Druck in der Zentrifugentrommel zu erzeugen, der in der Regel das Abschleudern des Filtrats oder der Waschflüssigkeit beschleunigt. Die Möglichkeit der Druckfahrweise ist insbesondere bei der Einspeisung von flüssigem Ammoniak in die Zentrifugentrommel vorteilhaft, weil in diesem Moment der Einleitung und der Umsetzung mit Ammoniak die Zentrifugentrommel gasdicht unter Druck verschlossen werden kann. Der entwässerte Filterkuchen kann durch Durchleiten von warmem Stickstoff, beispielsweise durch einen extern mit Dampf betriebenen Wärmeaustauscher, desorbiert und getrocknet werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, bei dem Edukte in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden, die Reaktionsprodukte in einer Suspension, anfallen und die Suspension aufgearbeitet wird, indem man in einer Stülpfilterzentrifuge

(i) den Feststoffanteil aus der Suspension abtrennt und die Flüssigkeit abführt,
(ii) nachfolgend den in er Stülpfilterzentrifuge verbliebenen Feststoff mit einem Agens umsetzt, wobei das Agens ungleich den Edukt ist und wobei dann ein Salz und ein flüssiger Stoff entstehen,
(iii) den so erhaltenen flüssigen Stoff vom Salz (Feststoff) abtrennt und gewinnt,
(iv) das Salz gegebenenfalls trocknet und aus der Stülpfilterzentrifuge austrägt, und
(v) man mindestens einen der dabei gewonnenen Stoffe, das Salz oder den flüssigen Stoff, wieder als Edukt in das Verfahren zurückführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wendet man bevorzugt beim Prozess zur Herstellung von N,O-Bis-trimethylsilylacetamid (BSA), erhalten aus Acetamid und Trimethylsilylchlorid (TMSC) in Gegenwart von Triethylamin, an, wobei man für die Aufarbeitung des dabei anfallenden Triethylammoniumchlorids vorteilhaft die Schritte (i) bis (v) der vorliegenden Verfahrensweise in einer Stülpfilterzentrifuge durchführt.

Im Allgemeinen wird dabei wie folgt vorgegangen:
Geeigneterweise wird zunächst die Suspension gemäß Schritt (i) in Triethylammoniumchlorid als Feststoff von BSA getrennt und das flüssige Produkt gewonnen. Nachfolgend kann man in Schritt (ii) den in der Stülpfilterzentrifuge verbliebenen Feststoff mit flüssigen Ammoniak als Agens umsetzen. Die Reaktion des Ammoniaks mit dem Triethylammoniumchlorid verläuft in der Regel exotherm, womit die Reaktion bei einer Temperatur von etwa 10 bis 40 °C durchgeführt werden kann. Allerdings ist es wichtig, den Ammoniak flüssig in die Zentrifugentrommel einzubringen, um geeigneterweise einen Flüssigkeitsring, bestehend aus flüssigem Ammoniak, auf dem Filterkuchen zu erzeugen, der es ermöglicht, den Filterkuchen gleichmäßig mit Ammoniak zu durchsetzen. Bei Einspeisung von flüssigem Ammoniak sollte die Zentrifugentrommel, spätestens im Moment der Sättigung mit Ammoniak, druckfest sein. In Schritt (iii) kann erfindungsgemäß das bei der Umsetzung von Triethylammoniumchlorid mit Ammoniak erhaltene Ammoniumchlorid vom flüssigen Triethylamin getrennt werden. Verbleibendes Ammoniumchlorid kann beispielsweise mit vorgewärmtem Stickstoff getrocknet und aus der Stülpfilterzentrifuge ausgetragen werden, vgl. Schritt (iv). Gemäß Schritt (v) kann das so wieder gewonnene flüssige Triethylamin vorteilhaft als Wertstoff in den BSA-Prozess zurückgeführt werden.

Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer Stülpfilterzentrifuge für ein Verfahren, bei dem Edukte in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden, die dabei entstehenden Reaktionsprodukte in einer Suspension anfallen und die Suspension aufgearbeitet wird, indem man in einer Stülpfilterzentrifuge

(i) den Feststoffanteil aus der Suspension abtrennt und die Flüssigkeit abführt,
(ii) nachfolgend den in der Stülpfilterzentrifuge verbliebenen Feststoff mit einem Agens umsetzt, wobei das Agens ungleich den Edukten ist und wobei dann ein Salz und ein flüssiger Stoff entstehen,
(iii) den so erhaltenen flüssigen Stoff vom Salz (Feststoff) abtrennt und gewinnt,
(iv) das Salz gegebenenfalls trocknet und aus der Stülpfilterzentrifuge austrägt, und
(v) man mindestens einen der dabei gewonnenen Stoffe, das Salz oder den flüssigen Stoff, wieder als Edukt in das Verfahren zurückführt.

Besonders bevorzugt verwendet man eine Stülpfilterzentrifuge für die Aufarbeitung einer bei der BSA-Systhese anfallenden Suspension nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Als besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind herauszustellen:
Die Reihenschaltung von Zentrifuge und Schaufeltrockner kann nun durch eine einzige verfahrenstechnische Vorrichtung für drei Verfahrensschritte (Abtrennen eines Feststoffs aus einem Fest/Flüssigsystem und chemische Umsetzung des Feststoffs und Trennung der Umsetzungsprodukte) ersetzt werden.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht eine deutliche Zeitersparnis.

Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise die Anlagenkapazität und damit die Wirtschaftlichkeit vorteilhaft erhöht werden.

Die vorliegende Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert, ohne den Gegenstand zu beschränken.

In einem Rührkesselreaktor wird BSA (N,O-Bis-trimethylsilylacetamid) aus Acetamid, Trimethylchlorsilan (TMCS) und Triethylamin erzeugt (5): Acetamid + 2 TMCS + 2 Triethylamin → BSA + 2 Triethylammoniumchlorid (5)
Die im Reaktor entstandene Suspension enthält ca. 20 % Salz (Triethylammoniumchlorid). Diese Suspension wird einer Stülpfilterzentrifuge in mehreren Portionen zugeführt. Pro Portion wird eine Menge von 120 kg Suspension in die Stülpfilterzentrifuge dosiert. Damit werden 24 kg Triethylammoniumchlorid als Filterkuchen in der Zentrifuge abgetrennt. Nun wird der Filterkuchen zunächst gewaschen, um das Produkt BSA aus dem Filterkuchen möglichst vollständig zu entfernen. Anschließend wird der gewaschene Filterkuchen mit flüssigem Ammoniak umgesetzt. Hierzu wird in 3 Portionen á 1,0 kg Ammoniak in einer Gesamtmenge von 3,0 kg Ammoniak dosiert. Nach dem Einleiten einer Portion gibt es jeweils eine Wartezeit von 3 Minuten. Im Filterkuchen erfolgt die Umsetzung gemäß (C₂H₅)₃NHCl + NH₃ → NH₄Cl + N(C₂H₅)₃ (6)
Es entsteht ein Filterkuchen, der nur noch Ammoniumchlorid enthält; das dabei entstandene flüssige Triethylamin wird als Filtrat aus dem Filterkuchen abgeschleudert. Die Masse des Ammoniumchlorid-Filterkuchens beträgt nach vollständiger Umsetzung 9,3 kg, die Masse des zurückgewonnenen Triethylamins liegt bei 17,6 kg. Das so zurückgewonnene Triethylamin wird als Edukt in den Rührkesselreaktor zur BSA-Synthese zurückgeführt.
Die folgende Tabelle zeigt die Massenverhältnisse beim Umsatz des Triethylammoniumchlorid-Filterkuchens mit den drei Portionen Ammoniak:
Der verbleibende Ammoniumchlorid-Filterkuchen wird mit warmem Stickstoff in der Stülpfilterzentrifuge getrocknet. Anschließend wird das so getrocknete Ammoniumchlorid ausgetragen. Nach dem Austragen des Ammoniumchlorids beginnt der nächste Zyklus in der Stülpfilterzentrifuge.

Claims

Verfahren, bei dem Edukte in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden, die Reaktionsprodukte in einer Suspension anfallen und die Suspension aufgearbeitet wird, indem man in einer Stülpfilterzentrifuge (i) den Feststoffanteil aus der Suspension abtrennt und die Flüssigkeit abführt, (ii) nachfolgend den Feststoff mit einem Agens umsetzt, wobei das Agens ungleich den Edukten ist und wobei dann ein Salz und ein flüssiger Stoff anfallen, (iii) den flüssigen Stoff vom Salz abtrennt und gewinnt, (iv) das Salz gegebenenfalls trocknet und aus der Stülpfilterzentrifuge austrägt, und (v) man mindestens einen der dabei gewonnenen Stoffe, Salz und/oder flüssigen Stoff, wieder als Edukt in das Verfahren zurückführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer Stülpfilterzentrifuge die Schritte (i) bis (v) beim Prozess zur Herstellung von N,O-Bis-trimethylsilylacetamid (BSA), erhalten aus Acetamid und Trimethylsilylchlorid in Gegenwart von Triethylamin, für die Trennung und Aufarbeitung des dabei anfallenden Triethylammoniumchlorids anwendet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (i) Triethylammoniumchlorid als Feststoff erhält und BSA in flüssiger Form gewinnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Agens in Schritt (ii) flüssigen Ammoniak einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (iii) das bei der Umsetzung von Triethylammoniumchlorid mit Ammoniak erhaltene Ammoniumchlorid vom flüssigen Triethylamin trennt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Ammoniumchlorid mit vorgewärmtem Stickstoff trocknet und austrägt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man gemäß Schritt (v) flüssiges Triethylamin als Wertstoff in den BSA-Prozess zurückführt.
Verwendung einer Stülpfilterzentrifuge für ein Verfahren, bei dem Edukte in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden, die Reaktionsprodukte in einer Suspension anfallen und die Suspension aufgearbeitet wird, indem man in einer Stülpfilterzentrifuge (i) den Feststoffanteil aus der Suspension abtrennt und die Flüssigkeit abführt, (ii) nachfolgend den in der Stülpfilterzentrifuge verbliebenen Feststoff mit einem Agens umsetzt, wobei das Agens ungleich den Edukten ist und wobei dann ein Salz und ein flüssiger Stoff entstehen, (iii) den so erhaltenen flüssigen Stoff vom Salz (Feststoff) abtrennt und gewinnt, (iv) das Salz gegebenenfalls trocknet und aus der Stülpfilterzentrifuge austrägt, und (v) man mindestens einen der dabei gewonnenen Stoffe, das Salz und/oder den flüssigen Stoff, wieder als Edukt in das Verfahren zurückführt.
Verwendung nach Anspruch 8, wobei man eine Stülpfilterzentrifuge für die Trennung zur Aufarbeitung der bei der BSA-Systhese anfallenden Suspension nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einsetzt.