DE2241365C3

DE2241365C3 - Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril

Info

Publication number: DE2241365C3
Application number: DE2241365A
Authority: DE
Inventors: Robert Allan West Chester Baillie; Peter Dr. Wallingford Hosler
Original assignee: Sun Research and Development Co
Current assignee: Sun Research and Development Co
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1981-01-15
Also published as: GB1355780A; DE2241365A1; US3801620A; DE2241365B2; CA956649A; JPS4829738A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von ^phthalsäuredinitril aus dem bei der Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anfallenden gasförmigen Produktstrom durch Kühlen und Kondensieren desselben.

Die Ammonoxydation von m-Xylol zu Isophthalsäuredinitril ist eine bekannte Reaktion, die in der Literatur und in zahlreichen Patentschriften beschrieben ist Bei typischen Dampfphasenammonoxydations- Verfahren wird der gasiormige Abstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor durch WTirmeau «ausch gekühlt und die gekühlten Gase mti Warser abgeschreckt, wobei eine wässerige Aufschlämmung der η Wasser unlöslichen Isophthalsäure erhalten wird. Dieses Produkt wird dann filtriert, gewaschen, gewonnen und häufig erneut geschmolzen, um einer weiteren Reinigung durch Destillation unterworfen zu werden (US-PS 34 62 476, J. P. O'Donnell et al.). Ein anderes Verfahren zur Gewinnung und zur Reinigung von Isophthalsäuredinitril besteht in der Verwendung eines organischen Lösungsmittelsystems, aus dem das Isophthalsäuredmitril anschließend kristallisiert, abfiltriert, gewaschen und in anderer Weise gereinigt wird.

Bei den bekannten Verfahren ist es erforderlich, zur Gewinnung von reinem ^phthalsäuredinitril Feststoffe aufzuarbeiten, wie zu kristallisieren, zu filtrieren und zu waschen. Dadurch sind für diese Verfahren Eusätzliche, arbeitsaufwendige Stufen erforderlich und es werden kompliziertere Vorrichtungen benötigt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Isophthaltäuredinitril aus dem Produktstrom der Ammonoxydalion von m-Xylol zu schaffen, das in einfacher Weise durchführbar ist, ohne daß Feststoffe verarbeitet werden müssen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril aus dem bei der Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anfallenden gasförmigen Produktstrom durch Kühlen und !Kondensieren desselben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den gasförmigen Produktstrom unter einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 bar auf eine Temperatur zwischen etwa 138⁰C Und etwa 238° C Unter Bildung eitler flüssigen Phase abkühlt, durch Entspannungsver^ dämpfung flüchtige Materialien entfernt undaus dem als Bodenfraktion abgezogenen lsophthalsäurf.'dinitri! die verbliebenen Verunreinigungen abdestilÜert,

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Werden die Verfahrensstufen des Filtrierens und Waschens vermieden, wodurch nicht nur der Arbeitsaufwand verringert, sondern auch die erforderliche Vorrichtung stark vereinfacht werden kann. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Verfahren Isophthalsäuredinitril in flüssiger Form erhalten, d.h. in einer sehr bevorzugten Form zur weiteren Verwendung, um es für technische Zwecke aufzuarbeiten, beispielsweise für die Hydrolyse zu Isophthalsäure.

ίο Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf das Produkt jeder beliebigen Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anwenden. Dazu gehören Ammonoxydationsverfahren mit und ohne Sauerstoff und mit beliebigen der zahlreichen Katalysatoren, die für derartige Verfahren geeignet sind. Auch kann die Dampfphasenammonoxydation in einem Pestbett, bewegten Bett, fluidisierten Bett oder einem andersartigen Reaktionsmedium durchgeführt werden, in welchem die Dämpfe der Reaktanten mit dem Katalysator in Kontakt gebracht werden. Beispiele für typische Ammonoxydationsverfahren sind in der US-PS 34 78 082, der US-PS 30 79 422 und der US-PS 35 01 517 beschrieben.

Es ist außerdem verständlich, daß die Qualität des in das Ammonoxydationsverfahren als Reaktant eingeführten m-Xylols schwankt und von seiner Herkunft abhängt; im allgemeinen hat jedoch das verwendete m-Xylol eine Reinheit von etwa 80% bis etwa 98%. Die Verunreinigungen in dem als Beschickung verwendeten

so m-Xylol sind hauptsächlich die Ortho- und Paraisomeren von Xylol, Äthylbenzol, Toluol. Während der Ammonoxydation werden nicht alle Xylole zu dem Nitril umgewandelt und es kann die Umwandlung nur einer Alkylgruppe eintreten, so daß der Abstrom nicht umgesetztes Xylol und Mononitril (beispielsweise Tolunitril und Benzonitril) enthalten kann. Diese nicht umgesetzten Xylole, unerwünscht Nitrile, Reaktionswasser und nicht umgesetztes Ammoniak können durch das erfindungsgemäße Verfahren in wirksamer Weise entfernt werden, so daß Isophthalsäuredinitril hoher Reinheit erhalten wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird der gasförmige Abstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor von seiner Austrittstempera· tür abgekühlt, so daß das Isophthalsäuredinitril sich Unter Bildung einer flüssigen Phase kondensiert. Dazu ist erforderlich, uaß die Temperatur des Abstroms auf eine Temperatur von etwa 138°C bis etwa 238°C, vorzugsweise etwa 163 bis etwa 191°C vermindert wird.

Es ist zu betonen, daß jede Art einer Wärmeaustauschervorrichtung oder jede beliebige Methode angewendet werden kann, bevorzugt wird aber das Abkühlen mit Hilfe eines Wasser-Abschrecksystems oder eines Standard-Wärmeaustauschers. Die gekühlte Flüssigkeit, die im wesentlichen im Gleichgewicht mit einer aus den unerwünschten Materialien bestehenden Dampfphase steht, wird dann mehreren Trennvorgängen unterworfen. Vorzugsweise wird die bei etwa 177°C gehaltene Flüssigkeit einer ersten Trennung durch Entspannungsverdampfung bei etwa 2,8 bar unterworfen, um die stärker flüchtigen Materialien Wasser, Ammoniak, Nebenprodukte und Xylol zu entfernen. Diesem Vorgang schließt sich eine übliche Destillation bei etwa 232⁶C bis 288° C bei einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 bar an, Um fast alle Verunreinigungen über Kopf zu entfernen.- Wenn in dieser Weise gearbeitet wird, besteht der Sumpf der Destillation aus Isdphthäl· säuredinitril hoher Reinheit (mehr als 98%l

Zur weiteren Beschreibung der Erfindung wird auf die folgenden Beispiele Bezug genommen.

Beispiel 1

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dieni die Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung.

Ein Xylolgemisch, das aus 95% m-Xylol, 1,6% o-Xylol, 0,9% p-XyloI und 2,4% Äthylbenzol besteht, wird durch Leitung 1 in einer Rate von 4536 kg/h in einen Ammonoxydationsreaktor 3 eingeführt. Im wesentlichen wasserfreies Ammoniak in einer Rate von 6985 kg/h (Leitung 2) und der Kreislaufstrom 14 werden gleichzeitig in den Reaktor eingeführt, nachdem sie auf is 399° C vorgeheizt wurden. Der Reaktor enthält einen aus Vanadinoxid entweder in reiner Form, oder abgelagert auf einem inerten Träger, wie Aluminiumoxid bestehenden Katalysator. Der Reaktor wird zyklisch betrieben, so daß das Vanadinoxid abwechselnd als Sauerstoffdonor für den Ammonoxydationszyklus dient und dann das reduzierte Vanadinoxid in einem getrennten Zyklus mit Sauerstoff enthaltendem Gas wieder oxydiert wird. Die Figur zeigt einen Reaktor 3 des Festbett-Typs, in welchem die Reaktionskolonnen abwechselnd im Kreislauf an den Ammonoxydatior.sstrom und an die an die Rückoxydation angeschlossen werden. Der Strom des Reaktionsprodukts 4, 13 018-kg/h enthält 3,8 Gew.-% Xylole, 1,0 Gew.-% Benzonitril, 3,7 Gew.-% Tolunitril, 44,0 Gew.-% Pbthalsäurenitrile, 0,3 Gew.-% Kohlendioxyd, 34,8 Gew.-% Wasser und 12,4 Gew.-% Ammoniak. Zu diesem Strom, der eine Temperatur von 399⁰C hat, werden durch Leitung 5 ungefähr 2721,6 kg Wasser pro Stunde gegeben und der kombinierte Strom 6 wird bei der resultierenden Temperatur von 177" C und 2,8 bar zu einem Turm 7 für die Entspannungsverdampfung geleitet. Flüssiges Isophthalsäurenitril (IPN) wird durch Leitung 8 in einer Rate von 5824 kg/h aus dem Sumpf des Entspannungsturms abgezogen und hat die folgende Zusammensetzung: 0,6 Gew.-% Xylole, O,7°/o Benzonitril, 3,8% Tolunitrile und 95,0% Phthalonitrile. Es wird in der Destillationskolonne 9 gereinigt, wobei als Produkt IPN über 10 mit einer Reinheit von 99,9% erhalten wird.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird die Kopffraktion aus dem Entspannungsturm 7 durch Leitung 12 zu Entspannungsturm 15 geführt, der bei 37,8°C und 2,8 bar gehalten wird, in welchem Ammoniak und CO2 über Kopf durch Leitung 16 entnommen werden. Die aus Wasser bestehenden Bodenfraktionen werden dann durch Leitung 17 zu iiner Destillationsvorrichtung 18 geleitet, in welcher die Kjhlenwasserstoffe in der Kopffraktion 19 abgezogen und mit der Kohlenwasserstoff-Kopffraktion 20 aus Destillationskolonne 9 kombiniert werden. Dieser kombinierte Strc.n 12 tritt in die Destillationsvorrichtung 11 ein, das über Kopf erhaltene Xylol aus Leitung 13 wird zurückgeführt und die Sumpffraktionen werden durch Leitung 22 zur Destillationskolonne 12 geführt, in der Benzonitril über Kopf abdestilliert wird. Die Nitril-Bodenfraktionen aus der Destillationskolonne ^(überwiegend Tolunitril) werden durch Leitung 14 entnommen, um zu dem Ammonoxydationsreaktor 3 zurückgeführt zu werden.

Bei diesen Destillationen werden folgende Einzelbedingungen eingehalten:

Kolonne

Über-Kopf-Temperatur

Sumpf-Temperatur Böden

Rückflußverhältnis

Druck

9	270 C	277 C
11	184 C	260 C
12	228 C	268 C

20	2,8 bar
3	2,8 bai
10	2,8 bar

Beispiel

Eine Ammonoxydationsreaktion wird nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise durchgeführt, wobei jedoch der Reaktionsstrom 6 indirekt mit einem Wärmeaustauscher auf 182⁰C und 2,8 bar abgekühlt

wird, bevor er zu dem Entspannungsverdampfungsturm 50 dem in Beispiel 1 angegebenen, strömt. Die Zusammensetzung des flüssigen PIN vom

Boden des Entspannungsverdampfers ist folgende: 0,7 Gew.-% Xylole, 0,6 Gew.-% Benzonitril, 4,1 Gew.-% Tolunitrile und 94,5 Phthalonitrile. Der restliche Anteil des Reinigungs- und Rückführungsschemas entspricht

Beispiel

Ein Ammonoxydationsreaktor wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise betrieben, mii der Abänderung, daß 2449 kg Dampf pro Stunde zusammen mit den frischen Xylolen, dem im Kreislauf rückgeführten Anteil und Ammoniak zu der Reaktorbeschickung gegeben wurden. Der Pröduktström einer Temperatur von 399°C wurde mit etwa 2722 leg Wasser pro Stunde abgekühlt, so daß 171,1⁰C in dem Entspannungsverdampfungsturm erhalten wurde. Das flüssige IPN-Produkt aus dem Boden des Entspannungsverdampfungsturms hatte uie folgende Zusammensetzung: 0,5 Gew.-°/o Xylole, 0,5 Gew,-% Benzonitril, 3,3 Gew.-% Tolunitrile, 95,6% Phthalonitrile. Der Rest des Reinigungs- Und Röckführungsschemas entspricht dem in Beispiel 1 angegebenen!

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril aus dem bei der Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anfallenden gasförmigen Produktstrom durch Kühlen und Kondensieren desselben, dadurch gekennzeichnet, daß man den gasförmigen Produktstrom unter einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 bar auf eine Temperatur zwischen etwa 138°C und etwa 238°C unter Bildung einer flüssigen Phase abkühlt, durch Entspannungsverdampfung flüchtige Materialien entfernt und aus dem als Bodenfraktion abgezogenen Isophthalsäuredinitril die verbliebenen Verunreinigungen abdestilliert.