DE2423755A1

DE2423755A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung der hydrolyse eines phthalonitrils

Info

Publication number: DE2423755A1
Application number: DE2423755A
Authority: DE
Inventors: Benjamin J Luberoff; Morgan C Sze
Original assignee: Lummus Co
Current assignee: CB&I Technology Inc
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1974-05-16
Publication date: 1975-10-16
Also published as: IT1013435B; DE2423755C2; US3922147A; CH579937A5; NL7407737A; CA1021133A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKSNFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe von, 13. Μθί 1974 VA/ Name d. Anm. THE LUMMUS COMPANY

Vorrichtung: zur Durchführung der Hydrolyse eines Phthalonitrile

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wäßrigen Hydrolyse von Phthalonitrilen und zum Abtreiben von Ammoniak aus dem Hydrolysegemisch. Verfahren dieser Art sind zum Beispiel in der kanadischen Patentschrift 834 234 der Anmelderin sowie in der. von der Anmelderin am 7. September 1971 hinterlegten US-Patentanmeldung 178 382 beschrieben.

Die kanadische Patentschrift 834 234 beschreibt zum Beispiel die Einstufen-Hydrolyse von Phthalonitrilen, wie Terephthalonitril, wobei im Gegenstrom Ammoniak aus den Hydrolyseprodukten durch Dampf oder ein anderes in den unteren Teil des Reaktors eingeführtes Gas abgetrieben wird, um die entsprechende Carboxylsäure, wie Terephthalsäure, zu bilden, die dann abgetrennt wird. Die Reaktion wird in einem Vertikalreaktor durchgeführt, der vorzugsweise innen in eine Vielzahl von Abteilen unterteilt ist, wobei das Nitril und Dampf für die Hydrolyse oben in den Reaktor und das zum Abtreiben dienende Gas unten in den Reaktor eingeführt werden. Nach der US-Patentschrift 178 382 (Anmeldung) wird das Verfahren in ähnlicher Weise durchgeführt, aber derart gesteuert, daß es zur Bildung des Monoammoniumsalzes der Säure.,, zum Beispiel zu Monoammoniumterephthalat führt.

Die Hydrolyse und das Abtreiben des Ammoniaks aus dem Hydrolysegemisch werden bei Temperaturen von etwa 121 bis etwa 316 C, vorzugsweise zwischen etwa 121 und etwa 277° C und am bevorzugtesten zwischen etwa 177 und etwa 249° C durchgeführt. Es wurde indes gefunden, daß hohe Temperaturen den Grad der Hydrolyse erhöhen, während niedrigere Temperaturen einen optimalen Dampfverbrauch während des Abtreibens ergeben«, Wenn man die Hydrolyse und das Abtreiben in einer senkrechten Kolonne durchführt, kann ein Druckgefälle von der Größe wie fünf Atmosphären vom Boden bis zum Kopf der Kolonne herrschen. Da Dampf und Flüssigkeit zugleich in der Kolonne' vorliegen, besteht ein entsprechendes Tem-

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peraturdifferential, so daß die Temperatur im Boden der Kolonne immer höher ist als im oberen Teil der Kolonne. Deshalb muß das vorwiegend im unteren Teil der Kolonne vor sich gehende Abtreiben bei einer höheren Temperatur als die Hydrolyse erfolgen, die vorwiegend in dem oberen Teil der Kolonne vor sich geht.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Kombination einer Hydrolyse von Phthalonitrilen mit dem Abtreiben von Ammoniak aus dem Hydrolyseprodukt auszubilden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung betrifft die Ausbildung einer Vorrichtung für die Hydrolyse von Terephthalonitril zu Terephthalsäure und/oder Monoammoniumterephthalat einschließlich des Abtreibens von Ammoniak aus dem Hydrolysegemisch. Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung liegt in der Ausbildung einer Vorrichtung, die ein günstigeres Temperaturgefälle ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Ausbildung einer Vorrichtung, in welcher die Hydrolyse bei optimal hohen Temperaturen und das Abtreiben des Ammoniaks bei optimal niedrigen Temperaturen durchgeführt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Hydrolyse von Phthalonitrilen und zum Abtreiben von Ammoniak aus dem Hydrolysegemisch unter Druck folgende Elemente auf:

einen vertikalen Reaktor;

eine praktisch horizontale Trennwand, durch welche der Reaktor in eine obere Kammer und in eine untere Kammer unterteilt wird, die voneinander isoliert sind;

einen ersten Einlaß zrm Einführen eines Gemisches von Wasser und dem Phthalonitr.il in einen oberen Teil der unteren Kammer;

einen zweiten Einlaß zum Einführen eines Abtreibgases in einen unteren Teil der oberen Kammer;

einen ersten Auslaß zur Entfernung des hye^edrolysierten und abgetriebenen Produktes aus dem unteren Teil der oberen Kammer ;

einen zweiten Auslaß zum Entfernen des Abtreibgases und Ammoniaks aus dem oberen Teil der oberen Kammer; und

ein Saugrohr, das sich von dem unteren Teil der unteren Kammer bis zu dem oberen Teil der oberen Kammer erstreckt.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, die eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Vorrichtung einen mit 10 bezeichneten vertikalen Reaktor auf, der durch eine Trennwand 28 in eine obere Reaktionskammer 14 und eine untere Reaktionskammer 12 unterteilt ist„ Die Trennwand 28 ist gemäß der Zeichnung vorzugsweise gewölbt, um den in der unteren Reaktionskammer 12 entwickelten Drücken besser widerstehen zu können. Diese Trennwand kann irgendeine allgemeine horizontale Trennwand oder Scheidewand sein, sei es im wesentlichen flach oder in jeder Richtung gewölbt, die dazu dient, den Reaktor 10 in eine obere und eine untere Kammer zu unterteilen.

In dem oberen Teil der unteren Kammer 12 ist ein Einlaß 16 für das zu hydrolysierende Phthalonitril sowie V/asser und/oder Dampf vorgesehen. Im allgemeinen wird das Nitril in Form eines Schlammes in Wasser eingeführt. In der Kolonne 12 wird der wesentliche Teil der Hydrolyse des Nitrils/seinem entsprechenden Ammoniumsalz unter autogenem Druck durchgeführt, der je nach dem Dampfdruck und der Temperatur und der Konzentration der Reaktanten verschieden ist, aber im allgemeinen zwischen 4,57 und 62,2 kg/cm absolut liegt. Der Schlamm kann ebenfalls Ammoniak enthalten, da, wie gefunden wurde, das Zusetzen von Ammoniak in einer Menge, bezogen auf das im gesamten Gemisch vorliegende Wasser, von etwa 1 bis 5 Mol-%, zu einer beachtlichen Erhöhung des Ausmaßes der Hydrolyse führte Zusätzlich kann das Hydrolysegemisch auch gewisse/Lm Kreislauf zurückgeführte, aus einer vorhergehenden Hydrolyse herrührende teilweise hydrolysierte Produkte enthalten. Die Hydrolyse wird bei einer Verweilzeit von 1 bis 12 Stunden, vorzugsweise von 3 bis 8 Stunden, bei Temperaturen zwischen etwa 121 und etwa 316° C, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 121 bis etwa 277° C und am bevorzugtesten zwischen einer Temperatur von 177 bis etwa 249 C durchgeführt. Um zu erleichtern, daß eine solche Verweilzeit erreicht wird, ist 3e& nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die unteere Kammer 12 in drei oder mehr Abschnitte 12a, 12b, 12c usw. unterteilt, um das Hydrolysegemisch in Berührung zu hal-

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ten. Gemäß dieser Ausführung der Erfindung erfolgt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, der Transport der Produkte von einer Stufe :u der nächsten Stufe mittels Überlaufrohren. Das Hydrolysegemisch wird zum Beispiel durch den Einlaß 16 in den Teil 12a der Reaktionskammer 12 geleitet und sammelt sich hier an, bis es den oberen Rand des Überlaufrohres 30 erreicht, und beginnt durch das Rohr in den nächsten Teil 12b der Kammer 12 zu strömen. In dem Maße, wie die Hydrolyse weiterläuft und das Gemisch sich in den Teil 12b ansammelt, erreicht es eine dem oberen Ende des Überlaufrohres 32 entsprechende Höhe, durch das es dann in den unteren Teil 12c der Kammer gelangt. Der hier erreichte autogene Druck bedingt, daß das in dem Kammerteil 12c sich ansammelnde Hydrolysegemisch durch das Rohr 26 nach oben gefördert wird, das in der Trennwand 28 und in den Trennwanden 21, 23 usw. so gelagert ist, daß eine Bewegung des Rohres infolge thermischer Ausdehnung möglich ist.

durch
Das Hydrolysegemisch gelangt/das Rohr 26 in =fe den oberen Teil der oberen Kammer 14. Die Kammer 14 ist vorzugsweise, wie aus der Zeichnung ersichtlich, in einea? Reihe von Unterkammern 14a bis I4e durch Trennwände unterteilt, die Böden und Abflüsse bilden. Es können auch, wie für die untere Kammer 12 in der Zeichnung dargestellt, Rohre zur Führung der Mischungen aus einer Unterkammer in die andere angeordnet sein. Ein geeignetes Abtreibgas, das hinsichtlich der Reaktionsteilneahimer und der in der Hydrolysiervorrichtung vorliegenden Materialien inert ist und nicht bei den angewendeten Temperaturen und Drücken kondensiert, wird durch den Einlaß 20 in den unteren Teil der oberen Kammer 14 zugeführt und kommt so im Gegenstrom mit dem nach unten fließenden Hydrolysegemisch in Berührung, wodurch das Ammoniak aus diesem entfernt wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Trennwände perforiert oder abgeschirmt oder in anderer Weise für den Durchgang des Abtrennbases durchlässig , so daß dieses mit dem Hydrolysegemisch in Berührung kommt. Vorzugsweise wird als Abtreibgas Dampf verwendet; es können aber auch inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlenwasserstoffe, wie Methan oder Propan, Propylen und Äthylen, und Fluorkohlenwasserstoffe aus der Freon-Reihe verwendet werden. Sowohl das durch die Hydrolyse gebildete Ammoniak als auch das zur

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Förderung der Hydrolyse eingeführte Ammoniak wird 'aus der Lösung durch Gegenstromführung mit dem Abtreibgas abgetrieben und am Kopf der Kolonne durch den Auslaß 22 entfernt. Das jetzt nach unten fließende Hydrolysegemisch, das ,jetzt praktisch die gewünschten Produkte, entweder Terephthalsäure oder Monoammoniumterephthalat oder eine Mischung dieser zugleich mit Wasser enthält, erreicht schließlich die unterste/(I4e), aus der es durch die Leitung 24 abgezogen wird.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt im unteren Teil der Kolonne zu einem Druck, der gleich der Summe aus dem Dampfdruck /der Hydrolysetemperatur plus einem hydrostatischen Druck ist, und der ermöglicht, das Reakti.onsgemisch durch das Saugrohr zu zwingen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die untere Kammer 12 nicht mehr als die Hälfte des Volumens des Reaktors auf, v/as ermöglicht, daß der Einlaß 16 für die Beschickung der Phthalonitrilhydrolyse an einer Stelle in der unteren Hälfte des vertikalen Hydrolysereaktors angeordnet ist. Bei dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Hydrolysegemisch praktisch in der Nähe des unteren Teiles des ganzen Reaktors eingeführt und in den oberen Teil des Reaktors aufgrund des autogenen Druckes durch das Saugrohr 26 gefördert.

P a ten t a nsprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ο VorrichtungU^-HB Hydrolysiere-- und Abtreiben von Ammoniak aus dem Hydrolysegemisch unter Druck, gekennzeichnet durch

einen vertikalen Reaktor (10);

eine praktisch horizontale Trennwand (28), durch welche der Reaktor in eine obere Kammer (14) und eine untere Kammer (12), die voneinander isoliert sind, unterteilt ist;

einen Einlaß (16) zum Einleiten einer Mischung aus Wasser und dem Nitril in einen oberen Teil der unteren Kammer (12);

einen Einlaß (20) zum Einleiten eines Abtreibgases in einen unteren Teil der oberen Kammer (14);

einen Auslaß (24) zum Ableiten des hydrolysierten und abgetriebenen Produktes aus dem unteren Teil der oberen Kammer (14);

einen Auslaß (22) zum Ableiten des Abtriebgases und Ammoniak aus dem oberen Teil der oberen Kammer;

ein Saugrohr (26), das sich von dem unteren Teil der unteren Kammer (12) bis zu dem oberen Teil der oberen Kammer (14) erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daij der Einlaß (16) in der unteren Hälfte des Reaktors vorgesehen ist,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen horizontale Trennwand (28) einen gewölbten Teil aufweist.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer (12) in mehrere Kammern (12a, 12b, 12c) unterteilt ist, durch Überlaufrohre (30, 32) in Verbindung stehen, so daß bei der Strömung des Reaktionsgemisches schließlich Wasser und/oder Dampf von der jeweils höher gele-

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genen zu der nächst darunter gelegenen Kammer möglich ist.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (14) in mehrere Kammern (I4a, 14b, 14c, I4d) unterteilt ist und diese Kammern durch Überlaufrohre oder dergleichen miteinander in Verbindung stehen derart, daß das Hydrolysegemisch und das Abtreibgas oder Dampf im Gegenstrom durch diese Kammern geführt sind.

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