DE2241732B2 - Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus Acrylnitril und Wasser, die als Rohmaterialien zur Herstellung von Acrylamid dienen sollen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um bei der Synthese von Acrylamid durch direkte Hydratisierung von Acrylnitril den Sauerstoff wirksam zu entfernen, der in den Rohmaterialien, nämlich Acrylnitril und Wasser, gelöst ist.

Es ist bereits bekannt, eine Amidverbindung durch Hydratisierung von Acrylnitril oder Methacrylnitril in Anwesenheit eines freien metallischen Kupferkatalysator wie Raney-Kupfer, Ullmann-Kupfer, reduziertes Kupfer oder andere Kupferverbindungen, die einen Träger enthalten, herzustellen (vgl. DT-OS 20 36126). Ein solches Verfahren zur Herstellung einer Amidverbindung wurde jedoch bis jetzt nicht technisch verwendet. Es wurde nämlich gefunden, daß der Sauerstoff, der in den Rohmaterialien gelöst ist, die Gebrauchsdauer des verwendeten Katalysators bemerkenswert verkürzt. Zusätzlich tritt, wenn der Katalysator zu oxydiertem Kupfer oxydiert wird und die Umsetzung trotzdem abläuft, eine Sekundärreaktion auf; beispielsweise wird eine beachtliche Menge an Äthylencyanhydrin zusammen mit dem Acrylamid gebildet.

Bei der direkten Hydratisierung von Acrylnitril besitzt daher die Entfernung von Sauerstoff aus den Rohmaterialien, die in den Reaktor eingefüllt werden, eine besondere Bedeutung, und man hat lange Versuche unternommen, um den Sauerstoff wirksam zu entfernen.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren, um den Sauerstoff aus den Rohmaterialien, nämlich Acrylnitril und Wasser, wirksam zu entfernen, so daß die Ausbeuteverminderung, die durch das Auftreten der Sekundärreaktion bedingt ist, im wesentlichen vermieden werden kann und man das Acrylamid wirtschaftlich herstellen kann.

Erfindungsgemäß wird der Sauerstoff, der in dem Acrylnitril und dem Wasser, die als Ausgangsmaterialien bei der Herstellung von Acrylamid verwendet werden, gelöst ist, wirksam entfernt, ohne daß ein Verlust an hergestelltem Acrylamid auftritt.

Im allgemeinen kann Sauerstoff, der in Wasser, das als Ausgangsmaterial verwendet wird, gelöst ist, durch chemische oder physikalische Behandlungen auf relativ leichte Weise entfernt werden.

Andererseits ist in Acrylnitril, das im allgemeinen in der Industrie als Ausgangsmaterial verwendet wird, Sauerstoff um das Mehrfache gelöst als in Wasser. Der Sauerstoff kann durch eine chemische Behandlung entfernt werden, bei der ein Reduktionsmittel, beispielsweise Hydrazin, Natriumsulfit oder Natriumthiosulfat, dem Acrylnitril in einer Menge zugesetzt wird, die höher ist als die äquivalente Menge an Sauerstoff, der in dem Acrylnitril gelöst ist. Bei dieser Behandlung können jedoch bei üblichen Temperaturen, d. h. bei Zimmertemperatur, einige unerwünschte Sekundärreaktionen auftreten; beispielsweise kann das hergestellte Acrylnitril polymerisieren oder das Acrylnitril kann sich mit dem Reduktionsmittel umsetzen.

Die physikalische Behandlung wird kaum unerwünschte Sekundärreaktionen, wie die Polymerisation von Acrylnitril, hervorrufen. Es treten jedoch andere Schwierigkeiten auf. Acrylnitril kann von Sauerstoff befreit werden, indem man es auf eine Temperatur nahe am Siedepunkt erwärmt. Dieses Verfahren erfordert jedoch komplizierte Verfahrensmaßnahmen. Ein Verfahren, bei dem man unter Verwendung eines hochreinen, inerten Gases wie Wasserstoff, Stickstoff oder Kohlendioxidgas abstreift bzw. destilliert, ist einfacher, verglichen mit dem ersteren Verfahren. Wenn jedoch der Sauerstoff wirkst η entfernt werden soll, wird eine große Menge an Durchströmungsgas gebildet, so daß eine zusätzliche Behandlung erforderlich ist. um die giftige Wirkung des Acrylnitril, das möglicherweise in dem Ausströmgas enthalten ist, zu vermeiden. Um die giftige Wirkung von Acrylnitril zu vermeiden, können verschiedene Verfahren verwendet werden. Man kann Verbrennungsverfahren verwenden, man kann mit irgendeinem Lösungsmittel renigen oder man kann kühlen, um das Acrylnitril zu kondensieren. Diese Verfahren sind jedoch, verglichen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das im folgenden näher beschrieben wird, weniger wirtschaftlich.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus Acrylnitril und Wasser, die ah Rohmaterialien zur Herstellung von Acrylamid in Gegenwart von metallischem Kupfei als Katalysator dienen sollen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zuerst das Acrylnitril mit einem lnertgasstrom und dann das Wasser mit Jem so erhaltenen Gasstrom in innigen Kontakt bringt.

Gernäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt das Acrylnitril im Gemisch mit einem Teil des Wassers vor.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Acrylamid ohne die Schwierigkeiten, die oben erwähnt wurden, hergestellt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Abströmgas, das bereits in Kontakt mit dem Acrylnitril war, mit Wasser in Kontakt gebracht. Man 'erwendet ein Inertgas mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 2 Volumprozent. Wenn der Sauerstoffgehalt in dem Inertgas, das verwendet wird, 2 Volumprozent übersteigt, wird die Sauerstoffmenge, die in den Rohmaterialien, die in den Reaktor eingefüllt werden, enthalten ist, einen solchen Wert besitzen, daß die Acrylamidsynthese durch den restlichen Sauerstoff verhindert wird. Die erforderliche Menge an Inertgas liegt im Bereich von 0,001 bis 1 Mol pro Mol Acrylnitril. Im allgemeinen kann das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden, wenn man ein Inertgas im Bereich von 0,05 bis 0,2 Mol pro Mol Acrylnitril verwendet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das

Inertgas vorzugsweise in eine Mischung aus Acryl- ist, von dem Wasser absorbiert wird. Das ausströmende

nitril und Wasser geblasen, weni: man ein Inertgas Gas wird schließlich über die Leitung 13 abgelassen,

■lit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 2 Volum- Vorrichtungen, um das Inertgas in Kontakt mit

prozent in Kontakt mit dem Acrylnitril bringt. Die Acrylnitril und/oder der Mischung au i Acrylnitril und

Menge an Sauerstoff, die in der Mischung aus Acryl- 5 Wasser zu bringen, können irgendwie gebaut sein,

■itril und Wasser löslich ist, ist nämlich geringer als solange der Zweck erreicht wird, das Gas ausreichend

die Gesamtmenge an Sauerstoff, der ir. der ent- in Kontakt mit der Flüssigkeit zu bringen. Diese

sprechenden Menge an Acrylnitril und Wasser ge- Vorrichtungen können beispielsweise als Rührtank

trennt löslich ist. Auf diese Weise kann das Entfernen ausgebildet sein. In einem solchen Fall wird das ein-

des Sauerstoffs aus den Rohmaterialien wirksam er- io geführte inerte Gas beispielsweise durch eine Leitung

folgen. geblasen, die viele Perforationen un erhalb eines

Es wird bevorzugt, daß das Wasser, das mit dem üblichen Rührflügels enthält, der zentral in dem Rühr-

Acrylnitril vermischt wird, mit dem aus dem Acryl- tank angebracht ist, und das Inertgas wird i ι dem

nitril ausströmenden Gas in Kontakt gebracht wird, Rührtank verteilt, indem man beispielsweise sole ie

indem man es in entgegengesetzter Richtung zu dem 15 Vorrichtungen wie Ablenkplatten vorsieht, um dis

ausströmenden Gas fließen läßt, wobei Acrylnitril, Inertgas kontini ierli h mit der Flüssigkeit so lange i ι

das in dem ausströmenden Gas gelöst ist, ange- Kontakt zu bringe 1, wie erforderlich ist, um de 1

reichert wird. Sauerstoff, der in dem verwendeten Sauerstoff zu entfernen.

Wasser gelöst ist, wird im wesentlichen während der Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung

Zeit entfernt, während der das Wasser in Kontakt mit 20 näher.

dem ausströmenden Gas ist, das aus dem Verfahrens- Beispiel 1
schritt stammt, bei dem Sauerstoff aus Acrylnitril

entfernt wird. Es wurde das in der Figur dargestellte System

Das inerte Gas, rlas bei dem erfindungsgemäßen zur Entfernung von Sauerstoff in industriellem Maß-Verfahren verwendet wird, kann irgendein geeignetes 25 stab verwendet. Acrylnitril wurde in den Turm zur Gas außer Sauerstoff sein. Das Gas darf aber nicht mit Entfernung des Sauerstoffs mit einer Geschwindigkeit Acrylnitril reagieren, und es darf die Synthese von von 135 kg/h eingeführt. Gleichzeitig wurde Wasser Acrylamid nicht verhindern. Inertgase, die üblicher- in den Wiedergewinnungsturm mit einer Ge:chwindigvveise verwendet werden, sind Wasserstoff, Stickstoff, keit von 763 kg/h eingeleitet.

Kohlendioxid oder eine Mischung aus zwei oder 30 Stickstoffgas mit einer Reinheit von 98,3%, das

mehreren dieser Gase. 1,5 Volumprozent Sauerstoff enthielt, wurde in den

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an Hand unteren Teil des Turms zur Entfernung von Sa erstcff

der Zeichnung näher erläutert. mit einer Geschwindigkeit von 24 Nm³/h zur ti.i-

In der Figur ist ein System zur Durchführung des fernung des Sauerstoffs eingeblasen,

erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Über die 35 Bei diesem Verfahren zur Entfernung von Sauer-

Leitung 1 wird ein Inertgas und über die Leitung 2 stoff konnten 96,7% bzw. 93,1% des ursprünglichen

wird Acrylnitril in den Tank 5 zur Entfernung des Sauerstoffs aus dem Acrylnitril bzw. dem Wasser

Sauerstoffs eingeleitet. In einigen Fällen kann ein entfernt werden. Es wurde gefunden, daß 7,6 kg/h

Teil des Spülwassers, das in dem Wiedergewinnungs- Acrylnitril in dem ausströmenden Gas aus dem Turm

turm 11 verwendet wurde, über eine Leitung 3 durch 40 zur Entfernung des Sauerstoffs enthalten waren. Der

eine Pumpe 10 und die Leitung 9 ebenfalls in den Gehalt an Acrylnitril in dem ausströmenden Gas aus

Turm 5 eingeleitet werden. Wenn das verwendete dem Wiedergewinnungsturm konnte auf 0,C2 g/h

Acrylnitril nur eine geringe Menge gelösten Sauerstoff erniedrigt werden.

enthält, wird das Spülwasser über die Leitung 9 direkt Das Acrylnitril und das Wasser, das man erhielt,

in die Zone 7, in der die Umsetzung stattfindet, nicht 45 wurden in den Reaktor zur Synthese von Acrylamid

aber in den Turm 5 zur Entfernung des Sauerstoffs bei einer Temperatur von 120³C im Verlauf einer

geleitet. Reaktionszeit von 2,5 Stunden eingeleitet. Man ver-

Am oberen Teil des Turms 5, in dem der Sauerstoff wendete als Katalysator 700 kg Raney-Kupfer, das

entfernt wird, wird das Spülwasser mit Acrylnitril eine Anfangsaktivität hatte, die einem Umwandlungs-

vermischt. Während es in dem Turm, in dem der 50 verhältnis von Acrylnitril zu Acrylamid von 63,5%

Sauerstoff entfernt wird, abwärts strömt, wird die entsprach.

Mischung in Gegenstromrichtung in Kontakt mit dem Das Umwandlungsverhältnis des Katalysators be-Inertgas gebracht, so daß aus dem Acrylnitril der trug nach 100 Stunden Benutzung 55,9 %, und es Sauerstoff entfernt wird. Die F'üssigkeit, die den wurde kein Äthylencyanhydrin, d. h., das Nebenpro-Turm, in dem der Sauerstoff entfernt wird, am unteren 55 dukt einer möglichen Sekundärreaktion, festgestellt. Teil verläßt, strömt über eine Pumpe 6 und wird mit

dem Spülwasser aus dem Wiedergewinnungsturm 11, Vergleichsbeispiel 1
das über die Pumpe 10 und die Leitungen 9 und 4

fließt, vereinigt und dann zusammen mit dem Spül- Für Vergleichszwecke wurden vier verschiedene

wasser aus dem Wiedergewinnungsturm 11 in die 60 Versuche durchgeführt. In Versuch Nr. 1 wurde Acryl-

Reaktionszone 7 geführt. Das aus dem Turm 5, in dem amid aus Acrylnitril und Wasser gemäß dem Verfahren

der Sauerstoff entfernt wird, ausströmende Gas strömt von Beispiel 1 hergestellt, wobei das Acrylnitril und

über die Leistung 8 und wird in den unteren Teil des das Wasser nicht von Sauerstoff befreit waren. In

Wiedergewinnungsturms 11 geblasen. Zur gleichen Versuch Nr. 2 wurde Acrylamid aus Acrylnitril und

Zeit wird Wasser über eine Leitung 12 in den Wieder- 65 Wasser hergestellt, wobei man den Sauerstoff nicht

gewinnungsturm 11 am oberen Teil eingeleitet, um das aus dem Acrylnitril entfernt hatte. In Versuch Nr. 3

ausströmende Gas zu spülen und zu bewirken, daß das wurde Acrylamid aus Acrylnitril und Wasser herge-

Acrylnitril, das in dem ausströmenden Gas enthalten stellt, wobei man aus dem Wasser den Sauerstoff nicht

entfernt hatte, und in Versuch Nr. 4 wurde Acrylamid aus Acrylnitril und Wasser hergestellt, wobei aus beiden Bestandteilen der Sauerstoff durch Verwendung von Stickstoffgas, das 5 Volumprozent Sauerstoff enthielt, entfernt worden war. Die anderen Reaktionsbedingungen wie auch die Aktivität und die Menge des verwendeten Katalysators entsprachen Beispiel 1.

Das Umwandlungsverhältnis von Acrylnitril zu Acrylamid und die Ausbeute an Äthylencyanhydrin 100 Stunden nach Verwenden des Katalysators sind in der folgenden Tabelle angegeben.

	Umwandlungsverhältnis	Ausbeute an Äthylen
Versuch		cyanhydrin
Nr.	27,7	(Gewichtsprozent)
1	34,1	6,4
2	42,5	4,7
3	48,2	2,8
4	0,05

Beispiel 2

Es wurde das gleiche System wie in Beispiel 1 verwendet. Der Sauerstoff wurde entfernt, ohne daß man Wasser aus dem Wiedergewinnungsturni in den Turm zur Entfernung des Sauerstoffs einleitete. Anders ausgedrückt, ließ man nicht eine Mischung aus Acrylnitril und Wasser innerhalb des Turms zur Entfernung des Sauerstoffs abwärts strömen, sondern nur Acrylnitril. Die Mengen an Acrylnitril, Wasser und Stickstoffgas, die verwendet wurden, entsprachen denen von Beispiel 1. Es wurde gefunden, daß die Wirksamkeit bei der Entfernung des Sauerstoffs geringfügig vermindert wurde; sie betrug 96,3% für Acrylnitril und 92,4% für Wasser. Es wurde ebenfalls gefunden, daß in dem abströmenden Gas aus dem Turm zur Entfernung des Sauerstoffs 9,6 kg/h Acrylnitril enthalten waren und daß so viel wie 0,05 kg/h Acrylnitril in dem abströmenden Gas aus dem Wiedergewinnungsturm enthalten waren.

Beispiel 3

Es wurde eine Versuchsanordnung verwendet, die einen Rührtank mit einer Kapazität von 30 1 und einen Wiedergewinnungsturm mit einem inneren Durchmesser von 5 cm enthielt. Der Wiedergewinnungsturm entsprach einem gepackten Turm, wobei die Packhöhe 30 cm betrug. Wasser wurde in den Wiedergewinnungsturm am oberen Ende mit einer Geschwindigkeit von

ίο 7,0 kg/h eingeleitet und Acrylnitril wurde in den Rührtank mit einer Geschwindigkeit von 3,14 kg/h eingeleitet. Als Inertgas wurde Stickstoff mit einer Reinheit von 99,5% in den Rührtank mit einer Geschwindigkeit von 180 l/h eingeblasen. Zur gleichen Zeit wurde aus dem unteren Teil des Rührtanks eine Mischung aus Acrylnitril und Wasser kontinuierlich entnommen. Durch polarographische Analyse wurde der Sauerstoff, der in den Flüssigkeiten gelöst war, am Eingang und am Ausgang des Rührtanks bestimmt.

Es wurde gefunden, daß die Wirksamkeiten zur Entfernung des Sauerstoffs 93,7% für Acrylnitril und 99,8% für Wasser betrugen. Die Menge an Acrylnitril, die in dem Abströmungsgas enthalten war, das aus dem oberen Teil des Wiedergewinnungsturms entnommen wurde, war so gering wie 0,08 g/h.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Versuch wurde durchgeführt, um den Sauerstoff durch eine chemische Behandlung auf folgende Weise zu entfernen. In einen Glasrührtank mit einer Kapazität von 2 1 gab man eine Mischung aus 31 Gewichtsprozent Acrylnitril und dem Rest Wasser; dann gab man 280 ppm Hadrazin zu der Mischung. 60 Minuten nach Beginn des Experiments wurde eine Probe für die Analyse entnommen. Als Ergebnis wurde gefunden, daß 48% des ursprünglichen Sauerstoffs, der zu Beginn der Umsetzung gelöst war, verschwunden waren, Dann wurde der Versuch weitergeführt. 90 Minuter nach Beginn des Versuchs beobachtete man, daß die Mischung zunehmend mehr weißen Schlamm enthielt und die Temperatur der Flüssigkeit stieg. Nach Beendigung des Versuchs wurde der weiße Schlamm untersucht, wobei man feststellte, daß es ein Polymeres von Acrylnitril war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus Acrylnitril und Wasser, die als Rohmaterialien zui Herstellung von Acrylamid in Gegenwart von metallischem Kupfer als Katalysator dienen sollen, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst das Acrylnitril mit einem Inertgasstrom und dann das Wasser mit dem so erhaltenen Gasstrom in innigen Kontakt bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylnitril im Gemisch mit einem Teil des Wassers vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertgasstrom weniger als 2 Volumenprozent Sauerstoff enthält.