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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Gewinnung
von hochgradig reinem Acrylnitril. Insbesondere bezieht sich die
vorliegende Erfindung auf ein Verfahren für die Wiedergewinnung von hochgradig
reinem Acrylnitril aus verunreinigtem Acrylnitril sowie frischem
Acrylnitril, das 0,5–1%
Feuchtigkeitsgehalt besitzt, durch schnelles Verdampfen bei Unterdruck,
gefolgt vom Inkontaktbringen mit hydrophilen Agenzien in einer extraktiven Destillationssäule unter
Verwendung einer Vielzahl von gepackten Abschnitten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Für die Herstellung
von Acrylnitril gibt es viele Verfahren. Diese Verbindung ist eines
der wichtigsten erhältlichen
organisch-chemischen Zwischenprodukte. Es ist ein bedeutendes Zwischenprodukt
in der Herstellung einer großen
Auswahl von Erzeugnissen, Kunststoffen, synthetischem Gummi, synthetischen Fasern,
Bodenverbesserern und ähnlichem.
Für viele Anwendungen
muss das Acrylnitril von hoher Reinheit sein, und aus diesem Grund
müssen
in der kommerziellen Herstellung von Acrylnitril strenge Anforderungen
erfüllt
werden. Jedes der kommerziellen Verfahren, die für die Herstellung von Acrylnitril
verwendet werden, erzeugt seine eigene Gruppe von Verunreinigungen
und Nebenprodukten und jedes wirft seine eigenen Reinigungsprobleme
auf (siehe U.S.-Patent
Nr. 3,459,639).
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Verschiedene
Verfahren für
die Herstellung von Acrylnitril führen zu der Bildung von verschiedenen
Verunreinigungen durch Nebenprodukte. Dementsprechend können weitere
Verfahren erforderlich sein, um die Verunreinigungen zu entfernen
und das Acrylnitril zu reinigen. Aufgrund seiner Beschränkungen
ist es unwahrscheinlich, dass jedes gegebene Acrylnitrilreinigungsverfahren
hinsichtlich seines Nutzens in der Reinigung von allen acrylnitrilhaltigen
Zusammensetzungen universell austauschbar ist.
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Wie
in U.S. Patent 4,404,064 angedeutet, ist ein sehr gutes und kommerziell
angewandtes Verfahren, um olefinisch ungesättigte Nitrite herzustellen, die
katalytische Reaktion von Ammoniak und einem Olefin. Zum Beispiel
können
Acrylnitril und Methacrylnitril durch die katalytische Oxidation
von Propylen bzw. Isobutylen in der Dampfphase in Gegenwart von
Ammoniak erzeugt werden. In diesem Verfahren werden signifikante
Mengen an Verunreinigungen erzeugt. Die Herstellung von Acrylnitril
aus Ammoniak und Propylen führt
zu der Bildung von signifikanten Mengen Acetonitril, Propionitril,
Aceton und ähnlichem.
Es ist notwendig diese Nebenproduktverunreinigungen zu entfernen
um ein ungesättigtes
Nitril, das für
die Polymerisation an andere Produkte geeignet ist, herzustellen.
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US-Patent
3,459,639 an Borrel et al. offenbart ein Verfahren für die Reinigung
einer komplexen Mischung aus Acrylnitril, Acetonitril und anderen
Materialien die in der Dampfphasenumwandlung von Acrolein oder Propylen
zu Acrylnitril über
einem Katalysator in Gegenwart von Ammoniak und Sauerstoff gebildet
werden. Die Trennung von Acrylnitril und Acetonitril wird durch
die extraktive Destillation unter Verwendung von deionisiertem Wasser
mit einem pH-Wert von mindestens 5 und vorzugsweise 5–7 mit der
Einleitung eines alkalischen Agens in die Destillationsmischung
erreicht.
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US-Patent
4,377,444 an Wu bezieht sich auf die Wiedergewinnung und Reinigung
von olefinischen Nitriten und betrifft insbesondere ein verbessertes
Verfahren für
die Wiedergewinnung und Reinigung von olefinischen Nitriten, wie
z. B. Methacrylnitril und Acrylnitril, die durch die Ammoxidation
von Isobutylen und Propylen aus Mischungen von besagten olefinischen
Nitriten mit Materialien wie z. B. Acetonitril, Blausäure, Propionitril,
Butyronitril, Methacrolein, Acronein, Aceton, Acetaldehyd, etc.
erzeugt werden. Wu hebt hervor, dass, wenn einem Olefin, wie z.
B. Isobutylen oder Propylen, erlaubt wird mit Ammoniak und molekularem
Sauerstoff in der Dampfphase bei erhöhten Temperaturen und in der Gegenwart
eines Ammoxidationskatalysators zu reagieren, die entsprechenden
olefinischen Nitrite, wie z. B. Methacrylnitril und Acrylnitril,
zusammen mit variierenden Mengen von Nebenprodukten der Ammoxidationsreaktion,
einschließlich
Acetonitril, Blausäure,
Propionitril, Butyronitril, Methacrolein, Acrolein, Aceton, Acetaldehyd
und Mischungen der gewünschten
olefinischen Nitrite erzeugt werden und einige dieser Nebenprodukte
in dem Abwasser des Ammoxidationsreaktors auftauchen. Gemäß dem Wu-Verfahren
werden die Produkte der Ammoxidationsreaktion in einem ersten Schritt
durch Absorption in Wasser wiedergewonnen, wobei während dieses Schrittes
durch Polymerisation, Kondensation, etc. aus einigen der leichteren
organischen Produkte einige schwere oder hochsiedende organische
Verbindungen gebildet werden. Dementsprechend ist das Wu-Verfahren
ein verbessertes Verfahren für
die Trennung von olefinischen Nitriten von den Nebenprodukten, die
in der Ammoxidationsreaktion gebildet werden, sowie von den schweren
organischen Verbindungen.
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Das
Verfahren, das in US-Patent Nr. 3,051,630 an Hadley et al. offenbart
wird, bezieht sich ebenfalls auf die Reinigung von Acrylnitril.
Dieses Verfahren ist jedoch besonders auf die Reinigung von Acrylnitril,
das durch die katalytische Dampfphasenreaktion von Acrolein mit
Ammoniak und molekularem Sauerstoff erzeugt wird, anwendbar. In
solchen Reaktionen wird das Roh-Acrylnitril gewöhnlich durch das Inkontaktbringen
des gasförmigen
Reaktionsproduktes mit Wasser, vorzugsweise nach der Neutralisierung
von allem nicht-umgesetztem Ammoniak, in Form einer verdünnten wässrigen
Lösung wiedergewonnen,
die ebenfalls variierende Mengen von Acrolein und Blausäure enthält.
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Die
oben erwähnten
Verfahren beschäftigen sich
größtenteils
mit der Reinigung von Acrylnitril von Verunreinigungen, die während der
Herstellung des Acrylnitril gebildet werden.
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Das
Verfahren, das in der PCT-Patentveröffentlichung Nr. WO 88/01263
an Hallenburg et al. [Lubrizol Corp. USA] offenbart wird, bezieht
sich auf ein Verfahren für
die Wiedergewinnung und Reinigung von nicht-umgesetztem Acrylnitril
von Verunreinigungen, wenn ein Überschuss
von Acrylnitril mit anderen Reaktanden umgesetzt wird, um ein Produkt
wie z. B. 2-Acrylamido-2-Methylpropansulfonsäure zu erzeugen.
Gemäß diesem
Verfahren werden die, das nicht-umgesetzte Acrylnitril enthaltenden,
Verunreinigungen, wie z. B. die restlichen Säuren zuerst durch die Zugabe
einer Base wie z. B. NaOH, NH3, Ca(OH)2 oder Kalk (z. B. Kalziumoxid) und/oder
Mischungen davon, die mit den vorhandenen verunreinigenden Säuren reagieren
und verschiedene Salze, z. B. Kalziumsalze bilden, neutralisiert.
Hallenburg betont, dass Kalk die bevorzugte Base ist und in der
Gegenwart einer katalytischen Menge von Wasser verwendet wird. Die
neutralen Salze, die als Feststoffe gebildet werden, präzipitieren
oder können
zusammen mit dem nicht-umgesetztem Kalk über konventionelle Mittel abgetrennt
werden. An diesem Punkt enthält das
Acrylnitrilprodukt immer noch Verunreinigungen, die mit der Verwendung
des Acrylnitrils in der Synthese von anderen Materialien, wie z.
B. 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, interferieren würden. Dementsprechend
wird, nach dem Entfernen der neutralen Salze, das verunreinigte
Acrylnitril auf ungefähr
43°C bis
60°C in
einem Wärmeaustauscher bei
Unterdruck vorgeheizt. Das vorgeheizte Material wird dann in den
unteren Teil eines Destillationsturmes überführt. Der Turm umfasst eine
untere Öffnung,
eine Vielzahl von Destillationsböden
und eine obere Öffnung,
wobei der Turm bei Unterdruck gehalten wird. Der Großteil des
erhitzten Materials, das in den Destillationsturm gelangt, fällt auf
den Boden des Turms, während
eine kleine Menge von gereinigtem Acrylnitril zu der Spitze des
Turmes aufsteigt und dort über
ein Druckdifferential abgesaugt wird. Das erwärmte Material, das auf den
Boden des Destillationsturmes fällt,
wird in zwei Teile geteilt, wobei der größere Teil in den Wärmetauscher
zurückgeführt wird
und ein kleinerer Teil in einen Dünnfilmverdampfer überführt wird,
der bei Unterdruck mit einer Temperatur über dem Schmelzpunkt und unter
etwa 78°C,
vorzugsweise im Bereich von ungefähr 49°C bis ungefähr 63°C, gehalten wird. Im Dünnfilmverdampfer
fallen verunreinigte Abfälle,
die relativ hohe Mengen an Restsäuren
enthalten, auf den Boden des Verdampfers und ein teilweise gereinigtes
Acrylnitrilprodukt wird an dem oberen Ende des Verdampfers entfernt
und in den Destillationsturm überführt. Aus der
oberen Öffnung
des Destillationsturms wird ein hochgereinigtes Acrylnitrilprodukt
entnommen. Verunreinigungen innerhalb des Destillationsturmes fallen wieder
auf den Boden des Turmes und werden entfernt. Das gereinigte Acrylnitrilprodukt,
das aus den oberen Teilen des Destillationsturms entnommen wird,
enthält
vernachlässigbare
Mengen an Verunreinigungen, wie z. B. Restsäure und Acrylamid.
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Obwohl
dieses Verfahren für
die Wiedergewinnung und Reinigung des Überschusses an nicht-umgesetztem
Acrylnitril von den Verunreinigungen, die während der Herstellung von Produkten,
wie z. B. 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, erzeugt werden, geeignet
ist, hat es die folgenden Nachteile.
- 1. Das
nicht-umgesetzte Acrylnitril muss zuerst mit Basen wie Kalk neutralisiert
werden. Dies erzeugt unvermeidbar eine Aufschlämmung der Kalksalze in Acrylnitril.
Die Trennung dieser Salze über
konventionelle Mittel, wie Filtration, ist schwierig und benötigt eine
spezielle Ausstattung für
die geschlossene Handhabung, um die Exposition von Menschen an Acrylnitrildampf
zu vermeiden. Wenn ein Absetz- und Dekantierungsverfahren verwendet
wird, kann es Schwierigkeiten in der Entsorgung des Bodensatzes,
der mit gefährlichem
Acrylnitril angereichert ist, aufwerfen.
- 2. Für
die angemessene Neutralisierung durch Kalk ist Wasser in katalytischen
Mengen essentiell. Das erfordert die Zugabe von Wasser zu dem Acrylnitril.
Daher würde
das Acrylnitril, das durch dieses Verfahren wiedergewonnen wird,
Wasser im gelösten
Zustand gemäß den Löslichkeitseigenschaften,
enthalten. Auf der anderen Seite verringert ein Feuchtigkeitsgehalt
von mehr als 0,2 Gew.-% im Acrylnitril die Ausbeute während dem
Herstellungsverfahren von Materialien, wie z. B. 2-Acrylamido-2-Methylpropansulfonsäure, drastisch.
Daher muss jedes wiedergewonnene Acrylnitril weiter durch eine geeignete
Methode, wie die Absorption an Molekularsieben etc. getrocknet werden,
bevor es als ein Reaktant in dem Verfahren verwendet wird. Gleichermaßen enthält Acrylnitril
von kommerziellem Grad ebenfalls ungefähr 0,5 Gew.-% Feuchtigkeit.
Der Feuchtigkeitsgehalt muss über
Verfahren wie die Absorption an Molekularsiebe etc. unter 0,2 Gew.-%
reduziert werden, bevor dieses Acrylnitril für die Herstellung von Materialien,
wie z. B. 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, verwendet
wird. Solche Absorptionsverfahren werfen unweigerlich Schwierigkeiten
in der Entsorgung von Acrylnitrildämpfen während dem Regenerationszyklus
auf.
- 3. In dem Verfahren, das in dem obigen Patent offenbart wird,
ist das Acrylnitril entweder in dem Wärmetauscher oder in dem Dünnfilmverdampfer aufgrund
des Rezirkulierens und der längeren Verweilzeitverteilung
kontinuierlich in Kontakt mit den Verunreinigungen. Dies kann die
Polymerisierung des Acrylnitril und so einen Verlust von Acrylnitril
hervorrufen. Gleichermaßen
kann die Verschmutzung von Wärmetransferoberflächen und der
Ausrüstung
ebenfalls nicht vollständig
verhindert werden.
- 4. Das Verfahren benötigt
eine besondere Ausstattung für
die Minimierung des Feuchtigkeitsgehaltes in dem nicht umgesetzten
Acrylnitril, das in der obigen Methode wiedergewonnen wird, sowie in
dem, das frisch hergestellt wird.
- 5. Längere
Verweilzeit in dem Verfahren legen der Betriebstemperatur für das Vorheizen
und das Verdampfen von verunreinigtem Acrylnitril Beschränkungen
innerhalb eines Bereiches von 43°C
bis 60°C
auf.
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Um
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure zu synthetisieren, wird
ein Überschuss
Acrylnitril mit Schwefelsäure
und Isobuten vereinigt. Das resultierende Reaktionsprodukt schließt 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure zusammen
mit beträchtlichen
Mengen nicht-umgesetztem Acrylnitril und anderen Nebenprodukten
ein. Die 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure kann
abgetrennt werden und lässt
das vorhandene Acrylnitril zusammen mit verschiedenen Restsäuren, Acrylamiden
und anderen Verunreinigungen durch Nebenprodukte zurück. Die
Verunreinigungen sind in einer Menge von ungefähr 1–2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht
der Zusammensetzung vorhanden.
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Die
Säureverunreinigungen
schließen Schwefelsäure, Isobutylenmonosulfonsäure, Isobutylendisulfonsäure und
kleine Mengen 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, t-Butylacrylamid und Acrylamid ein. Wenn
das Acrylnitril, das 1–2%
Verunreinigungen, wie z. B. die Restsäuren, enthält für die Herstellung von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure wiederverwendet
wird, wird das resultierende Produkt (d. h. die 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure) verschiedene
unerwünschte
Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel wird das resultierende Produkt
unerwünschte
polymerisierte Materialien, die durch die Polymerisation von Acrylnitrilmonomeren mit
Monomeren der Verunreinigungen gebildet werden, enthalten. Dementsprechend
ist es wünschenswert,
das Acrylnitril vor der Wiederverwendung zu reinigen und die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein solches Reinigungsverfahren und das
daraus resultierende Produkt.
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Dementsprechend
hat dieses gereinigte Acrylnitril das gewünschte durchschnittliche Molekulargewicht
und eine ausgezeichnete Lagerbeständigkeit. Ferner kann das gereinigte
Acrylnitril in der Herstellung von anderen Materialien, wie z. B.
für die Verwendung
in der Herstellung von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, das
ebenfalls einen hohen Grad an Reinheit haben wird, wiederverwendet
werden. Es ist besonders wichtig diesen hohen Reinheitsgrad zu erhalten,
wenn Verunreinigungen eliminiert werden, die gegenüber dem
Acrylnitril besonders reaktiv sind. Solche reaktiven Verunreinigungen
reagieren mit dem Acrylnitril und bilden wasserunlösliche Polymere,
die wässrige
Lösungen,
die durch das Einleiten von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure in Wasser
hergestellt werden, eintrüben.
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Ziele der
Erfindung
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Das
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Wiedergewinnung
von hochgradig reinem Acrylnitril durch das schnelle Verdampfen
des verunreinigten Acrylnitril sowie frischem Acrylnitril, das 0,5–1% Feuchtigkeitsgehalt besitzt,
gefolgt vom Inkontaktbringen mit hydrophilen Agenzien in einer extraktiven
Destillationssäule,
die eine Vielzahl von gepackten Abschnitten verwendet, bereitzustellen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Neutralisierung
von verunreinigtem Acrylnitril durch Basen zu vermeiden.
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Ein
anderes weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, jede zusätzliche
Verunreinigung des Wassers während
des Wiedergewinnungsverfahrens zu verhindern.
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Ein
anderes weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Verweildauer
des verunreinigten Acrylnitril für
das Vorheizen und Verdampfen zu minimieren, so dass diese bei einer
höheren
Temperatur als 78°C
durchgeführt
werden können,
was zu einem minimalen Verlust aufgrund von Polymerisierung führt.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die extraktive
Destillation bereitzustellen, um den Feuchtigkeitsgehalt von Acrylnitril
so weit wie möglich
zu reduzieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Wiedergewinnung von hochgradig
reinem Acrylnitril aus verunreinigtem Acrylnitril oder frischem
Acrylnitril, das 0,5–1% Feuchtigkeitsgehalt
besitzt, oder eine Mischung davon bereit, das das Verdampfen des
verunreinigten Acrylnitrils oder des frischen Acrylnitrils, das
0,5–1% Feuchtigkeitsgehalt
besitzt, oder einer Mischung davon in einem üblichen gerührten Dünnfilmverdampfer (ATFE) der
bei einer Geschwindigkeit von 600–1200 Umdrehungen pro Minute
läuft,
bei einer Temperatur von 100–150°C unter reduziertem
Druck von 60–250 mm
Hg, das Inkontaktbringen besagter obiger Dämpfe von frischem Acrylnitril
oder einer Mischung von verunreinigtem Acrylnitril und frischem
Arylnitril mit einem hydrophilen Agens, die Kondensation des besagten
obigen Destillats über
bekannte Verfahren, um das gewünschte
reine Acrylnitril zu erhalten, umfasst.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Geschwindigkeit des verwendeten gerührten Dünnfilmverdampfers
(ATFE) vorzugsweise im Bereich von 700–1000 Umdrehungen pro Minute.
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In
einer anderen weiteren Ausführungsform ist
die Temperatur, die für
das Verdampfen verwendet wird, im Bereich von 120–140°C.
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In
einer anderen weiteren Ausführungsform ist
der verwendete reduzierte Druck vorzugsweise im Bereich von 100–200 mm
Hg abs.
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In
einer anderen weiteren Ausführungsform ist
das verwendete hyrophile Agens eine Verbindung, die eine Diolgruppe
besitzt, und wird aus der Gruppe, die aus 1,2-Propandiol, Monoethylenglykol,
Diethylenglykol und Glycerol besteht, ausgewählt.
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Ferner
ist es das wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
für die
Wiedergewinnung von hochgradig reinem Acrylnitril durch das schnelle
Verdampfen des verunreinigtem Acrylnitril, sowie von frischem Acrylnitril,
gefolgt von dem Inkontaktbringen mit hydrophilen Agenzien in einer
extraktiven Destillationssäule,
die eine Vielzahl von gepackten Abschnitten verwendet, bereitzustellen.
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Kurze Beschreibung der
beigefügten
Zeichnungen
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In
den Zeichnungen, die dieser Beschreibung beigefügt sind, zeigt 1 ein
Schema des Aufbaus der Pilotanlage für das Verfahren zur Wiedergewinnung
von hochgradig reinem Acrylnitril durch das schnelle Verdampfen
des verunreinigten Acrylnitril bei Unterdruck, gefolgt von der Kondensation,
und zeigt damit die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Zeichnungen, die dieser Beschreibung beigefügt sind, zeigt 2 ein
Schema des experimentellen Aufbaus für das Verfahren zur Wiedergewinnung
von hochgradig reinem Acrylnitril durch das schnelle Verdampfen
von frischem Acrylnitril kommerziellen Grades, das einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0,5–1%
besitzt, bei Unterdruck, gefolgt vom Inkontaktbringen mit hydrophilen
Agenzien in einer extraktiven Destillationskolonne, die eine Vielzahl von
gepackten Abschnitten verwendet, und zeigt damit die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Zeichnungen, die dieser Beschreibung beigefügt sind, zeigt 3 eine
schematische Ansicht der konzeptionell verbundenen Reinigungs- und
Wiedergewinnungssysteme, die in industriellem Maßstab für ein Verfahren zur Wiedergewinnung
von hochgradig reinem Acrylnitril durch das schnelle Verdampfen
einer vereinigten Mischung von verunreinigtem Acrylnitril und frischem
Acrylnitril kommerziellen Grades, das 0,5–1% Feuchtigkeitsgehalt besitzt,
gefolgt vom Inkontaktbringen mit hydrophilen Agenzien in einer extraktiven
Destillationskolonne, die eine Vielzahl von gepackten Abschnitten
verwendet, verwendet werden können,
und zeigt damit die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine schematische Ansicht des Reinigungssystems im Pilotmaßstab, das
in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Verunreinigtes Acrylnitril
aus dem Behälter
(1) wird über
eine Dosierpumpe (2) in den gerührten Dünnfilmverdampfer [ATFE] (3)
eingeleitet. Der ATFE ist mit 0,12 m2 Fläche für die Wärmeübertragung
und einem Mantel für
die Zirkulation des Heizmediums durch Zufluss (8) und Abfluss
(9) ausgestattet. Der Rührer
im ATFE wird mit 1200 Umdrehungen pro Minute betrieben. Aufgrund
der kurzen Verweildauer in dem ATFE verdampft nahezu reines ACN
und die Dämpfe
kondensieren in einem Rückflusskühler (4)
mit 1 m2 Fläche. Das kondensierte und wiedergewonnene
Acrylnitril wird in dem Auffangbehälter (5) bei Unterdruck
(6) gesammelt. Der Rest (7) auf dem Boden des
ATFE wird in einem passenden Behälter
am Boden gesammelt.
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2 zeigt
ein Schema des experimentellen Aufbaus, der in der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Frisches Acrylnitril
wird ähnlich
in einem Behälter
(3) gelagert. Ein Dreihalsrundkolben mit 2 l Fassungsvermögen (7),
der in ein Wasserbad (6) eingetaucht ist, wird von einem
Heizer (4) erhitzt. Der Rundbodenkolben (6) wird
mit 600 g eines hydrophilen Agens gefüllt und auf ungefähr 70 bis
75°C gehalten.
Der Kolben (6) ist mit einem ersten gepackten Abschnitt
(8) einer Destillationssäule mit 25 mm Durchmesser und
1100 mm Höhe,
gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Die Oberseite dieses Abschnittes ist mit einem Auffangbehälter (9)
verbunden, über
den das hydrophile Agens über
ein Tropfröhrchen
aus dem Behälter
(1) eingefüllt
werden kann. Der Behälter
(1) wird für
die kumulative Gewichtsmessung auf einer Waagschale (2)
gehalten.
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Der
Auffangbehälter
(9) ist ferner mit einem zweiten gepackten Abschnitt (10)
der Destillationssäule
mit 25 mm Durchmesser und 500 mm Höhe, gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Die Destillationssäule
ist über
einen Dampfraum (12) mit einem Kühler (14) verbunden.
Das Destillat wird in dem Auffangbehälter (11) gesammelt.
Der gesamte Aufbau wird über
eine Klappe (13) und eine Vakuumpumpe (5) unter
Unterdruck gehalten. Die Einspeisungen von feuchtem Acrylnitril
aus (3) und hydrophilen Agens aus (1) werden aufgrund
des Unterdrucks in das System gesaugt. Die Zuflussrate wird, wie
in der Figur gezeigt, über
Zuflussventile geregelt.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht des konzeptionell kombinierten Reinigungs-
und Wiedergewinnungssystems, das in industriellem Maßstab verwendet
werden kann. Verunreinigtes Acrylnitril kann mit frischem Acrylnitril,
das ungefähr
0,5 bis 1% Feuchtigkeitsgehalt besitzt, gemischt werden. Dieses vereinigte
verunreinigte Acrylnitril wird im Behälter (1) gelagert.
Es wird über
eine Dosierpumpe (2) in den geschüttelten Dünnfilmverdampfer [ATFE] (5)
eingeleitet. Der ATFE ist mit einer angemessenen Fläche für den Wärmetransfer
und einem Mantel für
die Zirkulation des Heizmediums über
einen Zufluss (16) und einen Abfluss (17) ausgestattet.
Der Rührer
im ATFE wird mit hoher Umdrehungszahl betrieben. Aufgrund der sehr
kurzen Verweilzeit in dem ATFE verdampft nahezu reines Acrylnitril
zusammen mit Wasser. Die Dämpfe
werden in eine extraktive Destillationssäule (6) eingeleitet.
Die Säule
ist mit einer Vielzahl von gepackten Abschnitten ausgestattet. Das
hydrophile Agens ist in einem Behälter (4) gelagert,
von wo aus es an geeigneter Stelle über eine Pumpe (4)
in die Destillationssäule
(6) eingeleitet wird. Die oberen Dämpfe aus (6) werden
im Kühler (7)
kondensiert. Das Kondensat wird in dem Auffangbehälter (8)
bei Unterdruck (14) gesammelt. Der Zustrom (9)
liefert einen angemessenen Rückfluss
zu (6) während
das wiedergewonnene Acrylnitril in einem Kühler (10) gekühlt und
in dem Auffangbehälter (11)
gesammelt wird. Der Verdampfer (12) erfüllt die Heizerfordernisse von
(6). Der Rest (15) vom Boden des ATFE wird für die konventionelle
Behandlung und Entsorgung in einem passenden Behälter am Boden gesammelt. Der
Bodenstrom (13) der Säule (6)
wird für
die Wiedergewinnung des hydrophilen Agens in ein konventionelles
System geleitet.
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Die
Inhaltsstoffe und Verfahrensbedingungen etc., die in dem Herstellungsverfahren
gemäß der Erfindung
verwendet werden, sind unten beschrieben.
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Das
chemische Produkt 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure wird
in der Industrie für
eine Vielzahl von verschiedenen Zwecken verwandt. Das 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäureprodukt, sowie
andere Produkte, können
durch das Umsetzen eines Überschusses
von Acrylnitril mit Schwefelsäure
und Isobutylen hergestellt werden. Aufgrund von ökonomischen und Umwelt-Faktoren
ist es wünschenswert
das nicht-umgesetzte Acrylnitril wiederzuverwenden, um mehr 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure herzustellen.
Das nicht-umgesetzte Acrylnitril
liegt jedoch zusammen mit anderen Verunreinigungen, wie z. B. Acrylamiden
und Restsäuren, vor
und hat als solches eine schlechte Lagerungsstabilität und kann
nicht in der Herstellung von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure von hoher Qualität wiederverwendet
werden. Wenn das Acylnitril nicht bis zum notwendigen Grad gereinigt
wird, reagiert es mit vorhandenen Verunreinigungen und bildet wasserunlösliche Verbindungen.
Um ein 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäureprodukt
hoher Qualität
zu erzeugen und Acrylnitril wirkungsvoll einzusetzen, haben die
Erfinder ein verbessertes Mittel für die Reinigung des nicht-umgesetzten verunreinigten
Abfallstroms von Acrylnitril, der durch die Herstellung von 2-Acrylamido-2-Methylpropansulfonsäure erzeugt
wird, entdeckt. Wenn ein Überschuss
von Acrylnitril in der Herstellung von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure verwendet
wird, kann das gebildete gewünschte
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäureprodukt entfernt werden,
und lässt
Acrylnitril mit 1–2
Gew.-% Verunreinigungen (wie z. B. Schwefelsäure, Isobutylenmonosulfonsäure, Isobutylendisulfonsäure, Acrylamiden
und kleinen Mengen von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure), die nicht erfolgreich
entfernt wurden, zurück.
Dieses Acrylnitril ist das verunreinigte Acrylnitril im Abfallstrom
auf das oben Bezug genommen wird.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass es, um die oben genannten Ziele
zu erreichen, wünschenswert
ist, das verunreinigte oder frische Acrylnitril auf einer heißen Oberfläche unter
Verwendung einer Ausstattung wie einem gerührten Dünnfilmverdampfer oder einem
heißen
Bad aus inertem Material schnell zu verdampfen, gefolgt von extraktiver
Destillation in Kontakt mit hydrophilen Agenzien.
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Bezugnehmend
auf 1, wird das verunreinigte Acrylnitril aus (1) über eine
Pumpe (2) in einen gerührten
Dünnfilmverdampfer
[ATFE] (3) eingeleitet. Der ATFE wird durch ein geeignetes
Heizmedium in seinem Mantel auf 100°C bis 150°C, vorzugsweise im Bereich von
120°C bis
140°C, gehalten.
Der Rührer
des ATFE ist vorzugsweise ein Typ mit geringem Abstand, so dass
der Zufluss der heißen
Oberfläche
des ATFE in Form eines Dünnfilms
ausgesetzt wird. Die Geschwindigkeit des Rührers wird auf 600 bis 1200
Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise auf den Bereich von 700 bis
1000 Umdrehungen pro Minute, geregelt. Der Gesamtaufbau wird unter
reduziertem Druck von 60 mm Hg abs bis 250 mm Hg abs, vorzugsweise
zwischen 100 und 200 mmm Hg abs, gehalten. Die hohe Rührgeschwindigkeit
und die heiße
Oberfläche
des ATFE ermöglichen
dem Acrylnitrilprodukt in einer kurzen Verweilzeit schnell aus dem verunreinigten
Zufluss verdampft zu werden, und einen Rest an verschiedenen Verunreinigungen
zurück zu
lassen. Der Produktdampf wird sofort in einen Kühler (4) geleitet,
wo er bei niedriger Temperatur mit gekühltem Wasser kondensiert wird
und in dem Auffangbehälter
(5) gesammelt wird. Alternativ kann dieser Dampf für den Kontakt
mit hydrophilen Agenzien in eine extraktive Destillationssäule geleitet
werden, um den Feuchtigkeitsgehalt bis auf den gewünschten Grad
zu reduzieren. Der Rest der sauren Verunreinigungen, die nur Spuren
von Acrylnitril enthalten, wird kontinuierlich vom Boden des ATFE
abgesaugt und kann mit konventionellen Behandlungsverfahren sicher
entsorgt werden. Das gereinigte Acrylnitrilprodukt, das aus den
oberen Teilen des Destillationsturms entnommen wird, enthält vernachlässigbare Mengen
an Verunreinigungen, wie z. B. Restsäuren und Acrylamiden, und sein
Feuchtigkeitsgehalt ist ebenfalls beträchtlich reduziert.
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Das
frische Acrylnitril von kommerziellem Grad enthält ungefähr 0,5% [Gew.-%] Feuchtigkeit
in gelöstem
Zustand. Es wurde herausgefunden, dass wenn dieses Acrylnitril direkt
als Überschussreaktant in
der Herstellung von Materialien, wie z. B. 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure verwendet
wird, die Ausbeute und Selektivität drastisch reduziert werden.
Daher ist es notwendig, den Feuchtigkeitsgehalt unter 0,25 Gew.-%
zu verringern. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein
extraktives Destillationsverfahren für die Reduktion des Feuchtigkeitsgehaltes
von Acrylnitril entwickelt.
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Bezugnehmend
auf 2, wird frisches Acrylnitril, das ungefähr 0,5%
bis 1% [Gew.-%] Feuchtigkeit in Form von H2O
enthält,
durch einen Unterdruck vom Behälter
(3) in einen 2 Liter Dreihalsrundkolben (7) gesaugt,
der in ein Wasserbad (6) eingetaucht ist und durch einen
Heizer (4) erhitzt wird. Der Rundbodenkolben (6)
ist mit ungefähr
400 bis 800 g und vorzugsweise 500 bis 700 g eines hydrophilen Agens
gefüllt
und wird, vor der Einspeisung des Acrylnitrils, auf ungefähr 65 bis
78°C, vorzugsweise
auf ungefähr
70 bis 75°C
gehalten. Die Einspeisungsgeschwindigkeit des Acrylnitril wird bei
ungefähr
3 bis 6 g/min, vorzugsweise bei ungefähr 4 bis 5 g/min, gehalten.
Der Kolben (6) ist mit einem ersten gepackten Abschnitt
(8) einer Destillationssäule mit 25 mm Durchmesser und
1100 mm Höhe,
gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Das obere Ende dieses Abschnittes ist mit einem Auffangbehälter (9)
verbunden, in den das hydrophile Agens, das einen Feuchtigkeitsgehalt
von weniger als 4000 ppm, vorzugsweise ungefähr 0 bis 3000 ppm, besitzt, durch
Unterdruck über
ein Tropfröhrchen
aus dem Behälter
(1) eingesaugt wird. Der Behälter (1) wird für die kumulative
Gewichtsmessung auf einer Waagschale (2) gehalten. Die
Einspeiserate des hydrophilen Agenz wird mit Bezug auf die des frischen
Acrylnitrils auf ein Verhältnis
von ungefähr
0,5 bis 2, vorzugsweise ungefähr
0,9 bis 1,5, reguliert. Der Auffangbehälter (9) ist ferner
mit einem zweiten gepackten Abschnitt (10) der Destillationssäule mit
25 mm Durchmesser und 500 mm Höhe,
gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Die Destillationssäule
ist über
einen Dampfraum (12) mit einem Kühler (14) ausgestattet.
Der Kühler
ist konventionell mit zirkulierender gekühlter Salzlösung von passender niedriger Temperatur
ausgestattet. Das Destillat wird in dem Auffangbehälter (11)
gesammelt. Der gesamte Aufbau wird über die Klappe (13)
und eine Vakuumpumpe (5) unter reduziertem Druck von ungefähr 100 bis 250
mm Hg abs, vorzugsweise von ungefähr 150 bis 180 mm Hg abs, gehalten.
Das gereinigte Acrylnitrilprodukt, das aus dem oberen Teil des Destillationsturms
erhalten wird, enthält
vernachlässigbare
Mengen an Feuchtigkeit.
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Wenn
das Verfahren dieser Erfindung befolgt wird, dann kann Acrylnitril
mit sehr geringem Wassergehalt und hoher Reinheit erhalten werden,
das nahezu frei von allen sauren Verunreinigungen ist, die während der
Synthese von Stoffen wie 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure erzeugt
werden. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass der Verlust an Acrylnitrilprodukt
aufgrund von Polymerisation durch das Verfahren der vorliegenden
Erfindung minimiert wird. Gleichermaßen machen die Verfahren der
vorliegenden Erfindung die Vorbehandlung von verunreinigtem Acrylnitril
mit Basen und somit die damit verbundenen Schwierigkeiten überflüssig und
erzeugen einen Rest, der sicher neutralisiert und entsorgt werden
kann.
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Die
Neuheit der vorliegenden Erfindung liegt in der Reinigung von verunreinigtem
Acrylnitril vom Typ eines Abwasserstroms durch das Vermeiden der Polymerisation
des Acrylnitril während
der Reinigung und ebenfalls der Reinigung von verunreinigtem Acrylnitril
sowie frischem Acrylnitril, das einen hohen Feuchtigkeitsgehalt
besitzt, durch das Verwenden von hydrophilen Agenzien, was dieses
Reinigungsverfahren ökonomisch
und effizient macht.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung wird unten anhand von veranschaulichenden
Beispielen beschrieben, die nicht als den Umfang der vorliegenden
Erfindung in irgendeiner Weise beschränkend ausgelegt werden sollten.
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Beispiel – 1 [unter
Verwendung der Pilotanlage, wie in 1 gezeigt]
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Der
gerührte
Dünnfilmverdampfer
[ATFE] (3), wie in 1 gezeigt,
wurde mit einem Rührer ohne
Abstand ausgestattet. Die Rührgeschwindigkeit betrug
800 Umdrehungen pro Minute. Die Wärmetransferfläche war
0,12 m2. Der Mantel wurde mit einer Zirkulation
von heißem Öl ausgerüstet. Der
Destillatkühler
wurde mit einer Zirkulation von Eiswasser ausgestattet. Das verunreinigte
Acrylnitril aus (1) wurde über eine Pumpe (2)
mit einer Rate von 10,5 kg/h in (3) eingeleitet. Der ATFE
wurde bei 140°C
gehalten. Der Gesamtaufbau wurde unter reduziertem Druck von 200
mm Hg abs gehalten. Der Produktdampf wurde sofort in den Kühler (4)
evakuiert, wo er bei niedriger Temperatur durch Eiswasser kondensiert
und in dem Auffangbehälter
(5) gesammelt wurde. Der Betrieb wurde bei stationärem Zustand
für 1 Stunde
durchgeführt.
Die Temperatur des aus (3) austretenden Dampfes war 45°C. Die Temperatur des
Restes war 88°C.
Die Analyse des Restes zeigte 8900 ppm Acrylnitril und 3,4% Wassergehalt.
Es wurde gefunden, dass der Wassergehalt im Destillat 4000 ppm betrug,
während
der Säuregehalt
im Form von Schwefelsäure
0,12 Gew.-% betrug.
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Beispiel – 2 [unter
Verwendung der Pilotanlage wie in 1 gezeigt]
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Der
gerührte
Dünnfilmverdampfer
[ATFE] (3), wie in 1 gezeigt,
wurde mit einem Rührer ohne
Abstand ausgestattet. Die Rührgeschwindigkeit betrug
800 Umdrehungen pro Minute. Die Wärmetransferfläche war
0,12 m2. Der Mantel wurde mit einer Zirkulation
von heißem Öl ausgerüstet. Der
Destillatkühler
wurde mit einer Zirkulation von Eiswasser ausgestattet. Das verunreinigte
Acrylnitril aus (1) wurde über eine Pumpe (2)
mit einer Rate von 10,5 kg/h in (3) eingeleitet. Der ATFE
wurde bei 140°C
gehalten. Der Gesamtaufbau wurde unter reduziertem Druck von 170
mm Hg abs gehalten. Der Produktdampf wurde sofort in den Kühler (4)
evakuiert, wo er bei niedriger Temperatur durch Eiswasser kondensiert
und in dem Auffangbehälter
(5) gesammelt wurde. Der Betrieb wurde bei stationärem Zustand
für 1 Stunde
durchgeführt.
Die Temperatur des aus (3) austretenden Dampfes war 43°C. Die Temperatur des
Restes war 92°C.
Die Analyse des Restes zeigte 9400 ppm Acrylnitril. Es wurde gefunden,
dass der Wassergehalt im Destillat 3000 ppm betrug, während der
Säuregehalt
im Form von Schwefelsäure
0,13 Gew.-% betrug.
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Beispiel – 3 [unter
Verwendung der Pilotanlage wie in 1 gezeigt]
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Der
gerührte
Dünnfilmverdampfer
[ATFE] (3), wie in 1 gezeigt,
wurde mit einem Rührer ohne
Abstand ausgestattet. Die Rührgeschwindigkeit betrug
800 Umdrehungen pro Minute. Die Wärmetransferfläche war
0,12 m2. Der Mantel wurde mit einer Zirkulation
von heißem Öl ausgerüstet. Der
Destillatkühler
wurde mit einer Zirkulation von Eiswasser ausgestattet. Das verunreinigte
Acrylnitril aus (1) wurde über eine Pumpe (2)
mit einer Rate von 10,5 kg/h in (3) eingeleitet. Der ATFE
wurde bei 146°C
gehalten. Der Gesamtaufbau wurde unter reduziertem Druck von 200
mm Hg abs gehalten. Der Produktdampf wurde sofort in den Kühler (4)
evakuiert, wo er bei niedriger Temperatur durch Eiswasser kondensiert
und in dem Auffangbehälter
(5) gesammelt wurde. Der Betrieb wurde bei stationärem Zustand
für 1 Stunde
durchgeführt.
Die Temperatur des aus (3) austretenden Dampfes war 45°C. Die Temperatur des
Restes war 96°C.
Die Analyse des Restes zeigte 7300 ppm Acrylnitril und 5,98 Wassergehalt.
Es wurde gefunden, dass der Wassergehalt im Destillat 2800 ppm betrug,
während
der Säuregehalt
im Form von Schwefelsäure
0,11 Gew.-% betrug.
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Beispiel – 4 [unter
Verwendung der Pilotanlage wie in 1 gezeigt]
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Der
gerührte
Dünnfilmverdampfer
[ATFE] (3), wie in 1 gezeigt,
wurde mit einem Rührer ohne
Abstand ausgestattet. Die Rührgeschwindigkeit betrug
800 Umdrehungen pro Minute. Die Wärmetransferfläche war
0,12 m2. Der Mantel wurde mit einer Zirkulation
von heißem Öl ausgerüstet. Der
Destillatkühler
wurde mit einer Zirkulation von Eiswasser ausgestattet. Das verunreinigte
Acrylnitril aus (1) wurde über eine Pumpe (2)
mit einer Rate von 10,5 kg/h in (3) eingeleitet. Der ATFE
wurde bei 120°C
gehalten. Der Gesamtaufbau wurde unter reduziertem Druck von 100
mm Hg abs gehalten. Der Produktdampf wurde sofort in den Kühler (4)
evakuiert, wo er bei niedriger Temperatur durch Eiswasser kondensiert
und in dem Auffangbehälter
(5) gesammelt wurde. Der Betrieb wurde bei stationärem Zustand
für 1 Stunde
durchgeführt.
Die Temperatur des aus (3) austretenden Dampfes war 42°C. Die Temperatur des
Restes war 92°C.
Die Analyse des Restes zeigte 6976 ppm Acrylnitril. Es wurde gefunden,
dass der Wassergehalt im Destillat 3000 ppm betrug, während der
Säuregehalt
im Form von Schwefelsäure
0,09 Gew.-% betrug.
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Beispiel – 5 [unter
Verwendung der Pilotanlage wie in 2 gezeigt]
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Frisches
Acrylnitril von kommerziellem Grad, das 1,0042 [Gew.-%] Feuchtigkeit
in gelöstem
Zustand enthielt, wurde kontinuierlich vom Behälter (3) in einen
2 Liter Dreihalsrundkolben (7) eingeleitet, der in ein
Wasserbad (6) eingetaucht war und von einem Heizer (4)
erhitzt wurde. Der Rundbodenkolben (6) war mit 600 g 1,2-Propylenglykol,
das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2937 ppm [Gew.Anteile] besaß, gefüllt und
wurde vor der Einspeisung von Acrylnitril auf 70°C gehalten. Die Einspeisungsrate
des Acrylnitrils wurde auf 5 g/min gehalten. Der Kolben (6)
war mit einem ersten gepackten Abschnitt (8) der Destillationssäule mit
25 mm Durchmesser und 1100 mm Höhe,
gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Das obere Ende dieses Abschnitts war mit einem Auffangbehälter (9)
verbunden, in dem das 1,2-Propylenglykol,
das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2937 ppm besitzt, über ein
Tropfröhrchen
aus dem Behälter
(1) gesaugt wird. Der Behälter (1) wurde für die kumulative
Gewichtsmessung auf einer Waagschale (2) gehalten. Die
Einspeisungsrate von 1,2-Propylenglykol wurde mit Bezug auf die
des frischen Acrylnitril auf ein Verhältnis von ungefähr 1,0 geregelt.
Der Auffangbehälter
(9) war ferner mit einem zweiten gepackten Abschnitt (10)
der Destillationssäule
mit 25 mm Durchmesser und 500 mm Höhe, gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Die Destillationssäule
war über
einen Dampfraum (12) mit einem Kühler (14) ausgestattet.
Der Kühler war
konventionell mit einer Zirkulation von gekühlter Salzlösung mit passender niedriger
Temperatur ausgestattet. Das Destillat wurde in dem Auffangbehälter (11)
gesammelt. Der gesamte Aufbau wurde über die Klappe (13)
und die Vakuumpumpe (5) unter reduziertem Druck auf 172
mm Hg abs gehalten. Das gereinigte Acrylnitrilprodukt, das aus den
oberen Teilen des Destillationsturms entnommen wurde, wurde gemäß der Karl-Fischer
Titrationsmethode hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes analysiert
und es wurde gefunden, dass dieser 2060 ppm [bezogen auf das Gewicht]
betrug.
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Beispiel 6 [unter Verwendung
der Pilotanlage wie in 2 gezeigt]
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Frisches
Acrylnitril von kommerziellem Grad, das 1,0042% [Gew.-%] Feuchtigkeit
in gelöstem
Zustand enthielt, wurde kontinuierlich vom Behälter (3) in einen
2 Liter Dreihalsrundkolben (7) eingeleitet, der in ein
Wasserbad (6) eingetaucht war und von einem Heizer (4)
erhitzt wurde. Der Rundbodenkolben (6) war mit 600 g 1,2-Propylenglykol,
das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2937 ppm [Gew.Anteile] besaß, gefüllt und
wurde vor der Einspeisung von Acrylnitril auf 70°C gehalten. Die Einspeisungsrate
des Acrylnitrils wurde auf 5 g/min gehalten. Der Kolben (6)
war mit einem ersten gepackten Abschnitt (8) der Destillationssäule mit
25 mm Durchmesser und 1100 mm Höhe,
gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Das obere Ende dieses Abschnitts war mit einem Auffangbehälter (9)
verbunden, in dem das 1,2-Propylenglykol,
das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2937 ppm besitzt, über ein
Tropfröhrchen
aus dem Behälter
(1) gesaugt wird. Der Behälter (1) wurde für die kumulative
Gewichtsmessung auf einer Waagschale (2) gehalten. Die
Einspeisungsrate von 1,2-Propylenglykol wurde mit Bezug auf die
des frischen Acrylnitril auf ein Verhältnis von ungefähr 1,15 geregelt.
Der Auffangbehälter
(9) war ferner mit einem zweiten gepackten Abschnitt (10)
der Destillationssäule
mit 25 mm Durchmesser und 500 mm Höhe, gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Die Destillationssäule
war über
einen Dampfraum (12) mit einem Kühler (14) ausgestattet.
Der Kühler war
konventionell mit einer Zirkulation von gekühlter Salzlösung mit passender niedriger
Temperatur ausgestattet. Das Destillat wurde in dem Auffangbehälter (11)
gesammelt. Der gesamte Aufbau wurde über die Klappe (13)
und die Vakuumpumpe (5) unter reduziertem Druck auf 165
mm Hg abs gehalten. Das gereinigte Acrylnitrilprodukt, das aus den
oberen Teilen des Destillationsturms entnommen wurde, wurde gemäß der Karl-Fischer
Titrationsmethode hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes analysiert
und es wurde gefunden, dass dieser 2000 ppm [bezogen auf das Gewicht]
betrug.
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Beispiel – 7 [unter
Verwendung der Pilotanlage wie in 2 gezeigt]
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Frisches
Acrylnitril von kommerziellem Grad, das 1,0042% [Gew.-%] Feuchtigkeit
in gelöstem
Zustand enthielt, wurde kontinuierlich vom Behälter (3) in einen
2 Liter Dreihalsrundkolben (7) eingeleitet, der in ein
Wasserbad (6) eingetaucht war und von einem Heizer (4)
erhitzt wurde. Der Rundbodenkolben (6) war mit 600 g 1,2-Propylenglykol,
das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2937 ppm [Gew.Anteile] besaß, gefüllt und
wurde vor der Einspeisung von Acrylnitril auf 70°C gehalten. Die Einspeisungsrate
des Acrylnitrils wurde auf 5 g/min gehalten. Der Kolben (6)
war mit einem ersten gepackten Abschnitt (8) der Destillationssäule mit
25 mm Durchmesser und 1100 mm Höhe,
gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Das obere Ende dieses Abschnitts war mit einem Auffangbehälter (9)
verbunden, in dem das 1,2-Propylenglykol,
das einen Feuchtigkeitsgehalt von 2937 ppm besitzt, über ein
Tropfröhrchen
aus dem Behälter
(1) gesaugt wird. Der Behälter (1) wurde für die kumulative Gewichtsmessung
auf einer Waagschale (2) gehalten. Die Einspeisungsrate
von 1,2-Propylenglykol wurde mit Bezug auf die des frischen Acrylnitril
auf ein Verhältnis
von ungefähr
1,3 geregelt. Der Auffangbehälter
(9) war ferner mit einem zweiten gepackten Abschnitt (10)
der Destillationssäule
mit 25 mm Durchmesser und 500 mm Höhe, gepackt mit 10 mm Glaskügelchen,
verbunden. Die Destillationssäule
war über
einen Dampfraum (12) mit einem Kühler (14) ausgestattet.
Der Kühler war
konventionell mit einer Zirkulation von gekühlter Salzlösung mit passender niedriger
Temperatur ausgestattet. Das Destillat wurde in dem Auffangbehälter (11)
gesammelt. Der gesamte Aufbau wurde über die Klappe (13)
und die Vakuumpumpe (5) unter reduziertem Druck auf 168
mm Hg abs gehalten. Das gereinigte Acrylnitrilprodukt, das aus den
oberen Teilen des Destillationsturms entnommen wurde, wurde gemäß der Karl-Fischer
Titrationsmethode hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes analysiert
und es wurde gefunden, dass dieser 1970 ppm [bezogen auf das Gewicht]
betrug.
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Vorteile der
Erfindung
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- 1. Aus den vorangegangenen Beispielen kann
ersehen werden, dass das Verfahren der schnellen Verdampfung des
verunreinigten Acrylnitril und das der extraktiven Destillation
von frischem Acrylnitril durch das Inkontaktbringen mit einem hydrophilen
Agens im Gegenfluss, wie durch diese Erfindung offenbart, in geeigneter
Weise kombiniert werden können,
um ein Acrylnitril mit sehr guter Qualität zu ergeben, das in einem
Verfahren, in dem Acrylnitril im Überschuss verwendet wird, wie
z. B. in der Herstellung von Materialien wie 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, wiederverwendet
werden kann.
- 2. Ein wichtiger Vorteil dieser Erfindung ist, dass sie die
Reinigung von verunreinigtem Acrylnitril vom Abwasserstromtyp erlaubt,
während
die Polymerisierung des Acrylnitril während der Reinigung vermieden
wird.
- 3. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Reinigung
von Acrylnitril bereit, das Schnellverdampfergeräte, hydrophile Agenzien und
Unterdruck verwendet und dabei ökonomisch und
effizient ist.
- 4. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Reinigung
von Acrylnitril bereit, das umweltverträglich ist und in Übereinstimmung
mit Umweltgesetzen steht.
- 5. Sie stellt ebenfalls ein Acrylnitril-Reinigungsverfahren
bereit, das den Ansammlung von Ablagerungen auf den Geräten dadurch
reduziert, dass die Polymerisation stark reduziert wird und gebildete
Salze früh
während
des Verfahrens entfernt werden.
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Ein
wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass es ein Mittel
bereitstellt, durch das nicht-umgesetztes Acrylnitril, das in der
Herstellung von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure verwendet
wird, wiederverwendet werden kann, um ein gereinigtes Produkt, wie
z. B. 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, zu
erzeugen, und das die gewünschten
Eigenschaften, wie z. B. Lagerungsstabilität und das Fehlen von hochmolekularen
wasserunlöslichen
Polymeren, die durch die Reaktion von Acrylnitril mit verschiedenen
reaktiven Verunreinigungen gebildet werden, besitzt.
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Zusammenfassung
-
Ein
Verfahren für
die Wiedergewinnung von hochgradig reinem Acrylnitril durch das
schnelle Verdampfen sowohl des verunreinigten als auch des frischen
Acrylnitrils bei Unterdruck, gefolgt vom Inkontaktbringen mit hydrophilen
Agenzien in einer extraktiven Destillationssäule unter Verwendung einer
Vielzahl von gepackten Abschnitten.