DE2449780A1 - Verfahren zum abtrennen schwer- oder nichtfluechtiger nebenprodukte der propylen- und/oder acroleinoxidation von den fuer die absorbtion der acrylsaeure aus den reaktionsgasen verwendeten loesungsmitteln - Google Patents
Verfahren zum abtrennen schwer- oder nichtfluechtiger nebenprodukte der propylen- und/oder acroleinoxidation von den fuer die absorbtion der acrylsaeure aus den reaktionsgasen verwendeten loesungsmittelnInfo
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Description
EASF Aktiengesellschaft
Unser Zeichen: O. Z. 30 909 WdAiI
6700 Ludwigshafen , 17. 10.
Verfahren zum Abtrennen schwer- oder nichtfnichtiger
Neuerdings gewinnt das Verfahren zur Herstellung von Acryl- "^
säure durch katalytische Oxidation von Propylen und/oder
Acrolein mit molekularem Sauerstoff zunehmend an Bedeutung. Die Acrylsäure wird aus den heißen Reaktionsgasen im allgemeinen
mit Wasser oder verdünnt wäßriger Acrylsäurelösung absorbiert. Es sind aber auch Verfahren bekannt geworden, Acrylsäure aus
den heißen Reaktionsgasen der Propylen- und/oder Acroleinoxidation mit Hilfe hochsiedender Lösungsmittel zu absorbieren.
Verwendet man diese hochsiedenden Lösungsmittel nach dem Abtrennen der darin absorbierten Acrylsäure wieder erneut zum
Absorbieren von Acrylsäure aus den heißen Reaktionsgasen, so reichern sich darin schwer- bzw. nichtflüchtige Produkte an.
In der DOS 2 136 396 wird im Hinblick hierauf erwähnt, daß aus
einem derartigen Lösungsmittelkreislauf nicht- bzw. schwerflüchtige Produkte zur Vermeidung einer Anreicherung derselben
entfernt werden müssen. Bei diesem bekannten Verfahren wird hierzu ein Teilstrom des Lösungsmittels vor der Wiederverwendung
für die Absorption von Acrylsäure in einem Verdampfer " destillativ gereinigt. Als schwer- bzw. nichtflUchtige Verunreinigungen
treten z.B. Stabilisatoren auf, die bei der Abtrennung der Acrylsäure zur Verhinderung von deren Polymerisation
zugesetzt wurden. Außerdem bilden sich trotz Stabilisatorzusatz meist polymere Acrylsäuren, die in den hochsiedenden
Lösungsmitteln gelöst sind. Als Verunreinigungen kommen ferner Crackprodukte des Lösungsmittels und der Stabilisatoren und
Katalysatorstaub in Frage.
α
α
oo Ohne eine Reinigung des für die Absorption der Acrylsäure aus
""* den heißen Reaktionsgasen verwendeten hochsiedenden Lösungsmittel
^ ist mit Verstopfungen und dem Belegen der Kolonnen und sonstiger
- 2 - O.Z. 350 909
Anlagenteile zu rechnen, so daß in der Praxis nur begrenzte Betriebsdauern
erreichbar sind.
Störungen der genannten Art können selbstverständlich umso weniger
leicht auftreten, je größer der Anteil an rückgeführtem hochsiedendem Lösungsmittel ist, der vor seiner Rückführung gereinigt
wird. Dem Bedürfnis, das hochsiedende Lösungsmittel möglichst weitgehend zu reinigen, steht jedoch vor allem der
für die destillatlve Reinigung in den herkömmlichen Anlagen erforderliche Energieaufwand entgegen. Es besteht daher die
Aufgabe, unter möglichst wenig Energiezufuhr eine möglichst weitgehende Reinigung der im Kreislauf geführten, für die Absorption
der Acrylsäure verwendeten hochsiedenden Lösungsmittel zu erreichen.
Es wurde nun gefunden, daß man nicht- bzw. schwerflüchtige Nebenprodukte der Propylen- und/oder Acroleinoxidation von den
für die Absorption der Acrylsäure aus den Reaktionsgasen verwendeten Lösungsmitteln durch destillative Reinigung der Lösungsmittel
mit besonderem Vorteil abtrennen kann, indem man die mit den nicht- bzw. schwerflüchtigen Nebenprodukten beladenen
Lösungsmittel vor Absorption der Acrylsäure in solchen Mengen mit den heißen Reaktionsgasen in Kontakt bringt, daß der Hauptanteil
der Lösungsmittel verdampft und der die nicht- bzw. schwerflüchtigen Stoffe angereichert enthaltende Lösungsmittelrest
verworfen oder weiter aufgearbeitet wird.
Die Abtrennung der nicht- bzw. schwerflUchtigen Stoffe aus den
damit beladenen Lösungsmitteln für die Acrylsäure-Absorption kann mit Vorteil in einer mit PUllkörpern oder anderen, für den
Gas/Plüssigkeitsaustausch geeigneten Einbauten versehenen Kolonne vorgenommen werden, in die die zu reinigenden Lösungsmittel von
oben zugeführt werden, während die heißen Reaktionsgase der Propylen- bzw. Acroleinoxidation den über die Einbauten bzw. PUllkörpern
nach unten fließenden Lösungsmitteln von unten entgegenströmen. Eine Zufuhr oder Abführung von Wärme ist dabei im all-
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- 3 - ο.ζ. 30 909
gemeinen nicht erforderlich. Dabei wird einer derartigen Waschstufe
aus dem Ablauf des Absorbers das zu reinigende Lösungsmittel (= Teil des Absorbats) in einer solchen Menge zugeführt, daß
einerseits die heißen Reaktionsgase sich gegebenenfalls bis zur Sättigung mit Lösungsmitteldampf beladen und andererseits die
nicht- bzw. schwerflüchtigen Nebenprodukte als konzentrierte Lösung in dem Lösungsmittel abgezogen werden können. Der verdampfte
Anteil des Lösungsmittels wird so ohne zusätzlichen Energieaufwand gereinigt, und nur der zusammen mit den angereicherten
Nebenprodukten abgezogene Rest muß, sofern sich eine Rückgewinnung des Lösungsmittels oder eine Abtrennung von Nebenprodukten
noch lohnt, weiter, z.B. durch Destillation, aufgearbeitet werden.
Die Temperatur, die sich stationär in einer derartigen Waschstufe einstellt, kann als Kühlgrenztemperatur bezeichnet werden.
Sie wird beispielsweise durch die Eintrittstemperatur des Reaktionsgases in die Waschstufe, die spezifische Wärme des
Reaktionsgases, die Zulauftemperatur des Acrylsäure-Absorbats, die Art und Menge der Verunreinigungen in dem Absorbat und deren
Dampfdrucke, die Verdampfungswärmeη der Lösungsmittel und den Gesamtdruck
in der Waschstufe beeinflußt.
Bei der Absorption der Acrylsäure aus den heißen Reaktionsgasen der Propylen- bzw. Acroleinoxidation werden im allgemeinen
Lösungsmittel eingesetzt, die deutlich höher als Acrylsäure sieden, z.B. im Bereich von 200 bis 56O0C. Bei Verwendung derartiger
Lösungsmittel stellt sich in einer Waschstufe der genannten Art in Abhängigkeit von den oben aufgeführten Parametern eine
KUhlgrenztemperatur zwischen 120 und 22O0C ein, wenn man bei Normaldruck
arbeitet. Trotz dieser verhältnismäßig hohen Temperaturen kann überraschenderweise in einer derartigen Waschstufe im allgemeinen
keine Polymerisation der Acrylsäure beobachtet werden.
Bei dem neuen Reinigungsverfahren für die zur Absorption verwendeten
Lösungsmittel können die Reaktionsgase der Propylen- bzw. Acroleinoxidation mehr oder weniger stark durch die Lösungsmittel
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beladen werden. Die Menge an Lösungsmittel, die zur AufSättigung
der Reaktionsgase erforderlich ist, hängt von der Reaktionsgasmenge, der KUhlgrenztemperatur, dem Dampfdruck des Lösungsmittels
bei der KUhlgrenztemperatur und dem Gesamtdruck in der Waschstufe ab. Von der der Waschstufe zugeführten Lösungsmittelmenge
kann der verdampfbare Anteil sehr hoch gewählt werden. Er liegt
meist bei 90 bis 99,9 %.
Der Gehalt von nicht- bzw. schwerflüchtigen Verunreinigungen in der Waschstufe wird durch das Verhältnis der zur Aufsättigung des
Reaktionsgases verdampfenden Lösungsmittelmenge und der als Flüssigkeit aus der Waschstufe abgezogenen Teilmenge (die verworfen
oder weiter aufgearbeitet wird) sowie dem Anteil an bei dem Prozeß entstehenden schwerflüchtigen Verbindungen bestimmt.
Je nach Löslichkeit dieser schwerflüchtigen Verunreinigungen in
dem Lösungsmittel können Anreicherungen bis zu 10 Gewichtsprozent und mehr an schwerflUchtigen Verunreinigungen in der Waschstufe
erzielt werden. Hierdurch ergibt sich eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit für die Ausschleusung dieser schwer- bzw.
nichtflUchtigen Verunreinigungen über die Waschstufe, da hierbei nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil flüssig aus der Waschstufe
ausgeschleust werden muß.
Die Abbildung beschreibt ein derartiges Verfahrensschema beispielhaft:
Über Leitung (l) wird der Acrylsäure-Absorptionskolonne
(2)' die aus mindestens einem Kreislauf (3) mit Wärmeabführung (4)
sowie einem Bodenteil besteht, ein Lösungsmittel, das mindestens 3O0C oberhalb der Acrylsäure siedet, zugeführt. Dieses Lösungsmittel
wäscht im Gegenstrom bei einer Temperatur oberhalb des Taupunktes des Wassers, wie beispielsweise in der DT-OS 2 1J56 396 angegeben,
aus den heißen Reaktionsgasen.der Propylen bzw. Acroleinoxidation
die Acrylsäure aus. Dabei wird der größte Teil des in den heißen Reaktonsgasen enthaltenen Wassers sowie die Indifferenten
Gase, wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Stickstoff, nicht in dem Lösungsmittel absorbiert, so daß diese über Kopf der Kolonne (2)
abgezogen werden können. Das heiße Reaktionsgas der Propylen- bzw.
Acroleinoxidation wird zunächst über Leitung (5) der erfindungsge-
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-5-
- 5 - o.z. 30 909
gemäßen Waschstufe (6) zugeführt. In dieser Waschstufe kann das mit den hoch- bzw. nichtflUchtigen Wunreinigungen beladene
Lösungsmittel ohne gesonderte Wärmezufuhr oder -abfuhr über eine Leitung (7) umgewälzt werden. In der Waschstufe (6) belädt sich
das Tleaktionsgas gemäß dem Gleichgewichtspartialdruck mit dem umgewälzten
Lösungsmittel und gegebenenfalls leihtsiedenden Stoffen, die in dem Lösungsmittel zusätzlich enthalten sind. Durch das Verdampfen
von Lösungsmitteln (und gegebenenfalls Leichtsiedern) kühlt sich das nun mit den Lösungsmitteln (und gegebenenfalls Leichtsiedern)
beladene Reaktionsgas auf die Kühlgrenztemperatur ab. Das beladene und auf die Kühlgrenztemperatur abgekühlte Gas verläßt
die Waschstufe (6) über eine Leitung (8) und wird der Absorptionskolonne
(2)am Boden zugeführt. Durch das Beladen der heißen Reaktionsgase mit Lösungsmitteln (und gegebenenfalls Leichtsiedern)
in der Waschstufe (6) wird Lösungsmittel (und gegebenenfalls Leichtsieder) aus der Waschstufe (6) entfernt. Entsprechend
dieser Menge wird der Waschstufe (6) über eine Leitung (9) aus der die Absorberkolonne (2) über Leitung (10) verlassenden Acrylsäure-Absorbat
zu reinigendes Lösungsmittel (das Acrylsäure sowie schwer- und nichtflüchtige Verunreinigungen und weitere Nebenprodukte
der Propylen- bzw. Acroleinoxidation enthält) zugeführt, so daß der Flüssigkeitsstand im Sumpf der Waschkolonne konstant
bleibt. Leichtsieder, wie z.B. Acrylsäure und Essigsäure, die in dem durch Leitung (9) zulaufenden Absorbat enthalten sind, verdampfen
bei der hohen Temperatur der Waschstufe sofort. Schwer- und nichtflUchtige Verunreinigungen, die in die Waschstufe gelangen,
reichern sich in der dort über Leitung (7) umgewälzten Lösung an. Aus dem Kreislauf der Waschstufe, in dem die schwer-
und nichtflUchtigen Verunreinigungen angereichert sind, werden diese zusammen mit einem Teil des Lösungsmittels über eine Leitung
(11) ausgeschleust. Der durch Leitung (11) ausgeschleuste Anteil kann beispielsweise durch Verbrennen vernichtet oder durch Destillation
weiter aufgearbeitet werden. In Abbildung 1 wird der aus der Waschstufe (6) ausgeschleuste Anteil durch Leitung (Ll) einem
Dünnschichtverdampfer (12) zugeführt, den das abdestillierte Lösungsmittel durch Leitung (IJ), die schwer- bzw. nichtflüchtigen
Verunreinigungen durch Leitung (14) verlassen. Die Lösungsmittelverluste
sind in diesem Fall besonders gering. Statt über
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eine Leitung (9) kann der Waschstufe (6) auch gereinigtes ·
Lösungsmittel über eine Leitung (15) zugeführt werden, aus dem Acrylsäure, Essigsäure und gegebenenfalls andere Nebenprodukte
in ein oder mehreren Trennstufen (16) entfernt sind, die von
Leitung (l) abgezweigt wird. Das Zuführen von Acrylsäure-Absorbat durch Leitung (9) in die Waschstufe (6) wird vorgezogen. Bei
einer weiteren Ausbildung des in Abbildung 1 dargestellten Verfahrens kann die Waschstufe (6) auch unmittelbar an die Kolonne
(2), gewissermaßen als Teil derselben, angehängt sein.
Als Lösungsmittel, die für die Absorption von Acrylsäure aus den heißen Reaktionsgasen in Präge kommen und die nach dem neuen Verfahren
gereinigt werden können, seien z.B. Ester der Benzoesäure und Phthalsäure mit geradkettigen 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltenden
Alkanolen, wie Benzoesäure-n-butylester, Benzoesäuremethylester,
Benzoesäureäthylester, Phthalsäure-dimethyl- und Diäthylester, die unterhalb 30°C schmelzen und deren Siedepunkt- bei Normaldruck
oberhalb l8o bis 400°C, vorzugsweise bei 220 bis 360°C
liegen, sowie sogenannte Wärmeträgeröle, wie Diphenyl, Diphenyläther und Gemische aus Diphenyl, Dlphenyläther oder deren Chlorderivate
und Triarylalkane, z.B. 4-Methyl-4f-benzyl-diphenylmethan
und dessen Isomere 2-Methyl-2'-benzyl-diphenylmethan, 2-Methyl-4'-benzyl-diphenylmethan
und 4-Methyl-2'-benzyl-diphenylmethan und Gemische
solcher Isomerer. Für die folgenden Beispiele wird eine Apparatur verwendet, die Abbildung 1 entspricht und in der die
Acrylsäure aus den Reaktionsgasen in einer herkömmlichen Absorptionskolonne absorbiert wird.
Über Leitung (1) wird der Absorptionskolonne (2) 450 kg/Std. eines
Gemisches aus 73,5 Gewichtsprozent Diphenyläther und 26,5 Gewichts-»
prozent Diphenyl zugeführt. In diesem Lösungsmittel werden in der Absorptionskolonne (2) bei einer Temperatur von 50 bis 700C im
Gegenstrom aus 520 Nnr/Std. Reaktonsgas der Propylenoxidation,
das 3 Volumenprozent Acrylsäure enthält, die Acrylsäure ausgewaschen. Das in dem Reaktionsgas enthaltene Wasser und Inertgase,
wie Stickstoff, Kohlenoxid und Kohlendioxid sowie ferner Sauerstoff werden über den Kopf der Absorptionskolonne abgeführt. Vor
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dem Eintritt in die Absorptionskolonne (2) wird das Reaktionsgas mit einer Temperatur von 250°C der Waschstufe (6) zugeführt. Die
Waschstufe (6) besteht aus einer Kolonne, die innen mit einem Paket von Winkelblechen (gitterartig angeordnet zur Flüssigkeitsverteilung)
und mit einem Flüssigkeitsumlauf (Leitung (7)) mit Pumpe ausgestattet ist. In der Waschstufe (6) herrscht ein Druck
von 1,1 at und eine Kühlgrenz-Temperatur von 146 C. Hier belädt sich das Reaktionsgas mit Lösungsmittel und Stoffen wie Acrylsäure
und Essigsäure, die als Leichtsieder in dem durch Leitung (9) der Waschstufe (6) zugeführten Acrylsäure-Absorbat enthalten
sind.
In Waschstufe (6) belädt sich das Reaktionsgas (520 Nnr/Std.)
entsprechend den Dampfdrucken des Lösungsmittels mit 135 kg/Std.
Lösungsmittel. Aus der Waschstufe (6) wird über Leitung (11) eine Menge von 0,5 kg/Std. einer 6 Gewichtsprozent solcher Stoffe enthaltenden Lösung ausgeschleust, deren Siedepunkt bei Normaldruck
oberhalb 400°C liegt (Schwer- und Nichtsieder).
Aus dem Verhältnis von verdampfter Menge zu ausgeschleuster Menge ergibt sich ein Anreicherungsfaktor für die Schwersieder von
270, d.h. bei gleichem stationären Gehalt an Schwersiedern im Lösungsmittelkreis müsste ohne Verwendung der Waschstufe (6) die
270-fache Menge an Lösungsmittel aufgearbeitet werden.
Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben, führt jedoch das Reaktionsgas der Waschstufe mit einer Temperatur von 3000C zu.
Unter diesen Bedingungen stellt sich in der Waschstufe (6) eine Kühlgrenzte'mperatur von 155°C ein. Entsprechend dieser Temperatur
belädt sich das Reaktionsgas in der Waschstufe (6) mit 190 kg/Std. des Lösungsmittels. Aus der Waschstufe (6) wird über
Leitung (11) gleichfalls 0,5 kg/Std. Lösung ausgeschleust, und es stellt sich dann in der Waschstufe gleichfalls ein stationärer
Gehalt von etwa 6 Gewichtsprozent an Schwersiedern ein.
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Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben, verwendet aber als Lösungsmittel Phthalsäuredimethylester. Unter diesen Bedingungen
stellt sich in der Waschstufe (6) eine KUhlgrenζtemperatur von
l65°C ein. Entsprechend dieser Temperatur belädt sich das Reaktionsgas
in der Waschstufe (6) mit 150 kg/Std. Lösungsmittel. Aus der Waschstufe (β) wird über Leitung (11) gleichfalls 0,5 kg/St.
Lösung ausgeschleust. Es stellt sich in der Waschstufe ein Gehalt von etwa β Gewichtsprozent Schwersiedern ein.
Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben, verwendet aber als Lösungsmittel ein Wärmeträgeröl auf Basis eines Isomerengemisches
von Triarylalkanen, wie 4-Methyl-4'benzyl-diphenylmethan mit
einem Siedebereich von 380 bis 3900C. Außerdem werden wegen Verwendung
einer kleineren Apparatur der Absorptionskolonne je Stunde nur 3 Nm^ Reaktionsgas und über Leitung (1) je Stunde nur 2,6 kg
Lösungsmittel zugeführt. Unter diesen Bedingungen stellt sich in der Waschstufe (6) eine Kühlgrenztemperatur von 2100C ein. Entsprechend
dieser Temperatur belädt sich das Reaktionsgas in der Waschstufe (6) mit 40 g/Std. Lösungsmittel. Durch Leitung (11)
der/
werden waschstufe (6) je Stunde nur 3 g Lösungsmittel entnommen.
werden waschstufe (6) je Stunde nur 3 g Lösungsmittel entnommen.
Der Gehalt an Schwersiedern in der Waschstufe (6) beträgt etwa
6 Gewichtsprozent.
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Claims (1)
- - 9 - O.Z. 350 909PatentanspruchVerfahren zur Abtrennung nicht- bzw. schwerfnichtiger Nebenprodukte der Propylen- und/oder Acroleinoxidation von den für die Absorption der Acrylsäure aus den Reaktionsgasen verwendeten Lösungsmitteln durch destillative Reinigung der Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den nicht- bzw, schwerflüchtigen Nebenprodukten beladenen Lösungsmittel vor Absorption der Acrylsäure in solchen Mengen mit den heißen Rea,ktionsgasen in Kontakt gebracht werden, daß der Hauptanteil der Lösungsmittel verdampft und der die nicht- bzw. schwerflUchtigen Stoffe angereichert enthaltene Lösungsmittelrest verworfen oder weiter aufgearbeitet wird.BASF AktiengesellschaftZeichn,609 8 1 8/1111Leerseite
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