DE102009027115A1 - Process for the preparation of vinyl acetate - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat in einem heterogen katalysierten, kontinuierlichen Gasphasenprozess durch Umsetzung von Ethylen mit Essigsäure und Sauerstoff und anschließender Aufarbeitung des Produktgasstromes, dadurch gekennzeichnet, dass zur Inhibierung der Polymerisation von Vinylacetat, während der Aufarbeitung des Produktgasgemisches, ein oder mehrere Verbindungen als Inhibitoren zugesetzt werden, welche mindestens eine N-Oxyl-Radikal-Gruppe -N-O enthalten.The invention relates to a process for the preparation of vinyl acetate in a heterogeneously catalyzed, continuous gas phase process by reacting ethylene with acetic acid and oxygen and subsequent workup of the product gas stream, characterized in that for inhibiting the polymerization of vinyl acetate, during the workup of the product gas mixture, an or several compounds are added as inhibitors containing at least one N-oxyl radical group -NO.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat in einem heterogen katalysierten, kontinuierlichen Gasphasenprozess durch Umsetzung von Ethylen mit Essigsäure und Sauerstoff und Aufarbeitung des Produktgasstromes, wobei die Nebenproduktbildung, aufgrund der Polymerisation von Vinylacetat, bei der Aufarbeitung des Produktgasstromes inhibiert wird.The The invention relates to a process for the preparation of vinyl acetate in a heterogeneously catalyzed, continuous gas-phase process by reaction of ethylene with acetic acid and oxygen and working up the product gas stream, whereby the by-product formation, due to the polymerization of vinyl acetate during work-up of the product gas stream is inhibited.
Vinylacetat (VAM) wird in einem kontinuierlichen Verfahren unter Rückführung des aufgereinigten Produktstromes hergestellt (Kreisgas-System). Dabei reagiert in einem heterogen katalysierten Gasphasenprozess Ethylen mit Essigsäure und Sauerstoff an Katalysatoren, welche im allgemeinen Palladium- und Alkalimetallsalze auf einem Trägermaterial enthalten und zusätzlich noch mit Gold, Rhodium oder Cadmium dotiert sein können. Bevorzugt wird ein Pd/Au-Katalysatorgemisch mit Kaliumacetat-Promotor eingesetzt.vinyl acetate (VAM) is recycled in a continuous process of the purified product stream produced (cycle gas system). It reacts in a heterogeneously catalyzed gas phase process Ethylene with acetic acid and oxygen over catalysts, which generally palladium and alkali metal salts on a Contain carrier material and additionally with Gold, rhodium or cadmium can be doped. Prefers a Pd / Au catalyst mixture is used with potassium acetate promoter.
Die
Edukte Ethylen, Sauerstoff und Essigsäure werden in einer
exothermen Reaktion (VAM: BH°299 = –176 kJ/mol), im Allgemeinen
bei einem Überdruck von 7 bis 15 bar und, je nach Laufzeit
des Katalysators, bei einer Temperatur von im Allgemeinen von 130°C
bis 200°C, in einem Festbettröhrenreaktor, aber
auch Fluidbettreaktoren, zu Vinylacetat umgesetzt:
Hauptnebenreaktion
ist die Ethylen-Totaloxidation zu CO2:
Der Ethylenumsatz liegt bei etwa 10%, der Essigsäureumsatz bei 20 bis 30% und der Sauerstoffumsatz bei bis zu 90%.Of the Ethylene conversion is about 10%, the acetic acid conversion at 20 to 30% and the oxygen conversion at up to 90%.
Bei der Herstellung von Vinylacetat wird ein überwiegend aus Ethylen, Kohlendioxid, Ethan, Stickstoff und Sauerstoff bestehendes Gasgemisch im Kreis geführt. Der Gasstrom wird vor dem Festbettröhrenreaktor mit den Reaktanden Essigsäure, Ethylen und Sauerstoff versetzt und mit Heizdampf betriebenen Wärme tauschern auf Reaktionstemperatur gebracht. Die Anreicherung des Kreisgases mit Essigsäure erfolgt üblicherweise mittels einem mit Heizdampf geheizten Essigsäuresättiger.at The production of vinyl acetate is a predominantly from Ethylene, carbon dioxide, ethane, nitrogen and oxygen Gas mixture led in a circle. The gas flow is before the Fixed bed tubular reactor with the reactants acetic acid, Ethylene and oxygen added and heat exchanged with heat steam exchanged brought to reaction temperature. The enrichment of the circulating gas with acetic acid is usually carried out by means of a heated with steam vapor Essigsäuresättiger.
Nach der Reaktion werden die Reaktionsprodukte und nicht umgesetzte Essigsäure aus dem Kreisgas auskondensiert und der Aufarbeitung zugeführt. Nicht auskondensiertes Produkt wird in einem mit Essigsäure betriebenen Wäscher ausgewaschen. Das Kreisgas oder eine Teilmenge davon wird, bevor es erneut mit den Edukten versetzt wird, vom gebildeten Kohlendioxid gereinigt. Die auskondensierten Produkte Vinylacetat und Wasser sowie nicht umgesetzte Essigsäure werden in einem mehrstufigen, üblicherweise mit Heizdampf betriebenem, Destillationsprozess voneinander getrennt. Die üblichen Destillationsschritte sind Entwässerung (gegebenenfalls auch Vorentwässerung), Azeotropdestillation, Rein-VAM-Kolonne, Rückstandsaufarbeitung, sowie Leichtsieder- und Hochsieder-Abtrennung.To the reaction becomes the reaction products and unreacted acetic acid condensed out of the recycle gas and fed to the workup. Uncondensed product is run in acetic acid Scrubber washed out. The recycle gas or a subset of it, before it is again mixed with the educts of the educated Cleaned carbon dioxide. The condensed products vinyl acetate and water and unreacted acetic acid are in a multi-stage, usually operated with heating steam, Distillation process separated. The usual Distillation steps are drainage (optionally also pre-dewatering), azeotropic distillation, pure VAM column, Residue work-up, as well as low boiler and high boiler separation.
Bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte kommt es allerdings zur unerwünschten Polymerisation des Vinylacetat-Monomeren. Daraus resultieren Verschmutzungen und Fouling in den einzelnen Kolonnen, Rohren und Behältern des Aufarbeitungsprozesses. Die dann notwendige Reinigung der Anlagenteile führt zu einem erheblichen Verlust an Produktionseffizienz. Im Extremfall muß sogar ein Produktionsstopp in Kauf genommen werden. Desweiteren führt die VAM-Polymerisation zu Produktverlust, das heißt einer geringeren Ausbeute. Die Polymerisate erhöhen auch noch die Viskosität des ohnehin als zähflüssiger Teer abzutrennenden Nebenproduktgemisches. Die Verarbeitung und Abscheidung dieser Teere benötigt dann zunächst in den entsprechenden Apparateteilen eine höhere Temperatur und Energiekosten, um sie in die entsprechende Entsorgungseinrichtungen zu verbringen. In der Folge können dann die Probleme in den einzelnen Anlagenteilen oder Kolonnen so massiv werden, dass eine Anlagenabstellung unumgänglich ist.at However, the workup of the reaction products, it comes to the undesirable Polymerization of the vinyl acetate monomer. This results in contamination and fouling in the individual columns, pipes and containers of the refurbishment process. The then necessary cleaning of the system parts leads to a significant loss of production efficiency. In extreme cases, even a production stop must be accepted become. Furthermore, VAM polymerization leads to product loss, that is, a lower yield. Increase the polymers even the viscosity of the already viscous Tar to be separated by-product mixture. The processing and Separation of these tars then needed first in the corresponding parts of the apparatus a higher temperature and energy costs to put them in the appropriate disposal facilities to spend. As a result, then the problems in the individual parts of the plant or columns become so massive that a plant shutdown is inevitable.
Etablierte
Inhibitoren für die Polymerisation von Vinylacetat sind
Chinone und Hydrochinone. Aus der
In
der
Es bestand daher die Aufgabe, die Aufarbeitung des Produktgasstromes aus der Vinylacetat-Herstellung so zu gestalten, dass die Nebenproduktbildung, aufgrund der Polymerisation des Vinylacetat-Monomeren, wirksam inhibiert wird.It Therefore, the task was the workup of the product gas stream from vinyl acetate production in such a way that by-product formation, due to the polymerization of the vinyl acetate monomer, effectively inhibited becomes.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat in einem heterogen katalysierten, kontinuierlichen Gasphasenprozess durch Umsetzung von Ethylen mit Essigsäure und Sauerstoff und anschließender Aufarbeitung des Produktgasstromes, dadurch gekennzeichnet, dass zur Inhibierung der Polymerisation von Vinylacetat, während der Aufarbeitung des Produktgasgemisches, ein oder mehrere Verbindungen als Inhibitoren zugesetzt werden, welche mindestens eine N-Oxyl-Radikal-Gruppe -N-O enthalten.object The invention is a process for the preparation of vinyl acetate in a heterogeneously catalyzed, continuous gas-phase process by reaction of ethylene with acetic acid and oxygen and subsequent workup of the product gas stream, thereby characterized in that to inhibit the polymerization of vinyl acetate, during the workup of the product gas mixture, one or several compounds are added as inhibitors which at least contain an N-oxyl radical group -N-O.
Bevorzugt werden als N-Oxyl-Verbindungen solche auf Basis von sekundären Aminen, in denen die N-Oxyl-Gruppe Bestandteil eines gesättigten oder ungesättigten fünfgliedrigen Ringes, beispielsweise Pyrrolidin-1-Oxyl-Verbindungen oder 3- Azacyclopentyl-3-oxyl-Verbindungen, oder eines gesättigten oder ungesättigten sechsgliedrigen Ringes, beispielsweise Piperidin-1-Oxylverbindungen oder Pyridin-1-Oxyl-Verbindungen oder 1,4-Diazacyclohexyl-1,4-dioxyl-Verbindungen oder 1,4-Diazacyclohexenyl-1,4-dioxyl-Verbindungen ist, und bei denen die der N-Oxyl-Gruppe benachbarten C-Atome jeweils zwei C1- bis C4-Alkylgruppen, vorzugsweise Methylgruppen, tragen. Die 5-Ring-N-Oxyl-Verbindungen oder 6-Ring-N-Oxyl-Verbindungen können auch substituiert sein, beispielsweise mit Halogen-, Amino-, Cyano-, Hydroxy-, C1- bis C4-Alkyl- oder C1- bis C4-Alkoxy-, Carboxyl- oder Carboalkoxy-Resten mit C1- bis C4-Alkoxy.Preferred as N-oxyl compounds are those based on secondary amines in which the N-oxyl group is part of a saturated or unsaturated five-membered ring, for example pyrrolidine-1-oxyl compounds or 3-azacyclopentyl-3-oxyl compounds, or a saturated or unsaturated six-membered ring, for example, piperidine-1-oxyl compounds or pyridine-1-oxyl compounds or 1,4-diazacyclohexyl-1,4-dioxyl compounds or 1,4-diazacyclohexenyl-1,4-dioxyl compounds and in which the C atoms adjacent to the N-oxyl group each carry two C 1 to C 4 alkyl groups, preferably methyl groups. The 5-ring N-oxyl compounds or 6-ring N-oxyl compounds may also be substituted, for example with halogen, amino, cyano, hydroxy, C 1 - to C 4 -alkyl or C 1 - to C 4 alkoxy, carboxyl or carboalkoxy radicals with C 1 - to C 4 alkoxy.
Besonders bevorzugt werden als 5-Ring-N-Oxyl-Verbindungen 2,2,5,5-Tetramethylpyrrolidinyloxyl; 3-Amino-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidinyloxyl; 2,2,4,4-Tetramethyl-1-oxa-3-azacyclopentyl-3-oxyl; 2,2,4,4-Tetramethyl-1-oxa-3-pyrrolinyl-1-oxy-3-carbonsäure.Especially preferred as 5-ring N-oxyl compounds are 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidinyloxyl; 3-amino-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidinyloxyl; 2,2,4,4-tetramethyl-1-oxa-3-azacyclopentyl-3-oxy; 2,2,4,4-tetramethyl-1-oxa-3-pyrrolinyl-1-oxy-3-carboxylic acid.
Besonders bevorzugt werden als 6-Ring-N-Oxyl-Verbindungen 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Dimethylamino-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Ethanoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Brom-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Chlor-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Iod-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Fluor-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Cyano-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Carboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Carbomethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Carbethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Cyano-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Methyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Carbethoxy-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Hydroxy-4-(1-hydroxypropyl)-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 2,2,3,3,5,5,6,6-Octamethyl-1,4-diazacyclohexyl-1,4-dioxyl; 4-Methyl-2,2,6,6-tetramethyl-1,2,5,6-tetrahydropyridin-1-oxyl; 4-Carboxy-2,2,6,6-tetramethyl-1,2,5,6-tetrahydropryridin-1-oxyl.Especially preferred as 6-ring N-oxyl compounds are 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-dimethylamino-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-ethanoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-bromo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-chloro-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-iodo-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-fluoro-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Cyano-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-carboxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-carbomethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-carbethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-cyano-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-methyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-carbethoxy-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 4-Hydroxy-4- (1-hydroxypropyl) -2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl; 2,2,3,3,5,5,6,6-octamethyl-1,4-diazacyclohexyl-1,4-dioxyl; 4-methyl-2,2,6,6-tetramethyl-1,2,5,6-tetrahydropyridine-1-oxyl; 4-carboxy-2,2,6,6-tetramethyl-1,2,5,6-tetrahydropryridin-1-oxyl.
Am meisten bevorzugt werden 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinyloxyl und 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl.At the most preferred are 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl.
Die genannten 5-Ring-N-Oxyl-Verbindungen oder 6-Ring-N-Oxyl-Verbindungen sind im Handel erhältlich oder mit dem Fachmann bekannten Verfahren herstellbar.The 5-ring N-oxyl compounds or 6-ring N-oxyl compounds are commercially available or known to those skilled in the art Method to produce.
Die
für das Verfahren erforderliche Menge an N-Oxyl-Verbindung
hängt zum Einen von der Konstruktion und Kapazität
der jeweiligen Anlage ab. Die erforderliche Menge kann durch Monitoring
und Analyse der Stoffströme in der Anlage, das heißt
mittels quantitativer Bestimmung der Gesamtpolymerbildung oder Polymerbildung
in einzelnen Anlageteile festgestellt werden. Die Einsatzmenge hängt
auch davon ab, ob mit Einsatz der N-Oxyl-Verbindung eine prophylaktische
Behandlung zur Laufzeitverlängerung der gesamten Anlage angestrebt
wird, oder der Polymeranfall in einzelnen Anlageteilen inhibiert
werden soll, um dort den Behandlungsaufwand für die Reinigung
zu reduzieren. Im Allgemeinen sind Einsatzmengen von 50 bis 500
ppm, vorzugsweise 50 bis 200 ppm an N-Oxyl-Verbindung, jeweils pro
Tonne Vinylacetat im Produktgasstrom, für die gesamte Anlage
ausreichend. Diese Einsatzmenge kann an einer oder verteilt über
mehrere Stellen der Anlage zur Aufarbeitung des Produktgasstromes
zugegeben werden, das heißt in einer oder mehreren Kolonnen, Leitungen
oder Vorratsbehälter. Bevorzugte Stellen A bis L zur Zugabe
des Inhibtors sind in
Die N-Oxyl-Verbindung wird im Allgemeinen als 0,5 bis 20 Gew.-%-ige Lösung dosiert. Geeignete Lösungsmittel sind je nach dem Ort der Dosierung auszuwählen, und vorzugsweise Vinylacetat, Vinylacetat-Wasser-Mischungen oder Roh-Vinylacetat. Vorzugsweise wird Vinylacetat als Lösungsmittel eingesetzt. Die N-Oxylverbindung wird vorzugsweise alleine und nicht in Kombination mit weiteren Additiven in Lösung eingesetzt.The N-oxyl compound is generally 0.5 to 20% by weight Solution dosed. Suitable solvents are each to select according to the location of the dosage, and preferably Vinyl acetate, vinyl acetate-water mixtures or crude vinyl acetate. Preferably, vinyl acetate is used as the solvent. The N-oxyl compound is preferably alone and not in combination used with other additives in solution.
Ein zusätzlicher Vorteil des Radikalinhibitors ist seine von Sauerstoff unabhängige Wirkung. Bekanntlich ist beim Einsatz von Hydrochinon als Inhibitor Sauerstoff nötig, um das Hydrochinon zu aktivieren. Andererseits erzeugt man durch die Zugabe von Sauerstoff das Potenzial für Sauerstoff/Peroxid-Radikale und somit auch die Starter für eine Polymerisation. N-Oxyl-Verbindungen hingegen benötigen diese Aktivierung durch Sauerstoff nicht. Im Gegenteil, sie wirken sogar gegen die mit Sauerstoff/Peroxid induzierte Polymerisation.One additional advantage of the radical inhibitor is its of Oxygen independent effect. As is known, in use of hydroquinone as an oxygen inhibitor needed to do that Activate hydroquinone. On the other hand one creates by the addition of oxygen the potential for oxygen / peroxide radicals and thus also the starters for a polymerization. N-oxyl compounds however, they do not require this activation by oxygen. On the contrary, they even work against those with oxygen / peroxide induced polymerization.
In
Das
mit dem Kreisgasverdichter V-101 (
Da in der Reaktion keine vollständige Umsetzung der Essigsäure erfolgt, wird in den nachfolgenden Destillationen diese Essigsäure jeweils am Sumpf abgezogen und dem Reycycle-AcOH-Tank zugeführt.There in the reaction, no complete reaction of the acetic acid takes place, in the subsequent distillations of this acetic acid each withdrawn at the bottom and fed to the Recycle-AcOH tank.
Dem
den Essigsättiger K-101 (
Der
den Festbettröhrenreaktor C-101 (
Das
Roh-VAM aus dem Roh-VAM-Behälter B-103 (
Der
nicht kondensierte Bestandteil der Kopfbrüden der Vorentwässerungskolonne
(
In
die Entwässerungs-Kolonne K-301 (
Der
Großteil der organischen Phase (im Wesentlichen VAM) aus
dem Phasentrenner A-325 (
Die
wässerige Phase des Phasentrenners A-325 (
Ein
Seitenabzug der Azeotrop-Kolonne K-304 (
In
der Entwässerungskolonne K-301 (
Über
einen Zwischenboden der Entwässerungskolonne K-301 (
Das
Sumpfprodukt der Entwässerungskolonne K-301 (
In
diesem Schema in
Die
nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung
der Erfindung:
In einer Anlage gemäß
In a plant according to
Aus
den Sümpfen folgender Kolonnen wurden Proben zur Analyse
entnommen und die Polymerbildung in den Kolonnen quantitativ analysiert:
Azeotrop-Kolonne
K-304 (
Azeotrope column K-304 (
Vergleichsbeispiel 1:Comparative Example 1
Es wurde zunächst über einen Zeitraum von einem Monat an den Stellen A bis L insgesamt 1300 bis 2100 ppm Hydrochinon pro Tonne VAM zugegeben.It was initially over a period of a month at the points A to L a total of 1300 to 2100 ppm of hydroquinone per Ton of VAM added.
Nach
einem Monat wurden folgende Polymerbildungsraten in den Kolonnen
gemessen:
Beispiel 1:Example 1:
Nach Ablauf von Vergleichsbeispiel 1 wurden über einen Zeitraum von einem weiteren Monat an den Stellen A bis L insgesamt 50 bis 200 ppm 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl (OH-TEMPO) pro Tonne VAM zugegeben.After the end of Comparative Example 1, a total of 50 to 200 ppm of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (OH-TEMPO) per ton over a period of one month at the points A to L were ne VAM added.
Nach
Ablauf des Monats der Inhibierung mit OH-TEMPO wurden folgende Polymerbildungsraten
in den Kolonnen gemessen:
Beispiel 2:Example 2:
Nach Ablauf von Beispiel 1 wurden über einen Zeitraum von einem weiteren Monat an den Stellen A bis L insgesamt 50 bis 200 ppm 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-oxyl (TEMPO) pro Tonne VAM zugegeben.To Sequence of Example 1 was over a period of one another month at points A to L a total of 50 to 200 ppm of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) per ton of VAM added.
Nach
Ablauf des Monats der Inhibierung mit TEMPO wurden folgende Polymerbildungsraten
in den Kolonnen gemessen:
Trotz der wesentlich geringeren Einsatzmengen an TEMPO bzw. OH-TEMPO wurde im Vergleich zur einmonatigen Inhibierung mit Hydrochinon eine wesentlich effektivere Inhibierung der Polymerisatbildung erreicht.In spite of the much lower amounts of TEMPO or OH-TEMPO was compared to the one-month inhibition with hydroquinone a significant achieved more effective inhibition of Polymerisatbildung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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WO2010149527A1 (en) | 2010-12-29 |
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Effective date: 20120103 |