DE2910385C2

DE2910385C2 - Verfahren zur Absaugung von Gasen und Dämpfen im Zuge der Maleinsäureanhydrid-Gewinnung

Info

Publication number: DE2910385C2
Application number: DE2910385A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing.(Grad.) 5021 Geyen Keunecke; Anton Ing.(grad.) 5000 Köln Klopfer; Herbert Ing.(grad.) 5024 Pulheim Krimphove; Lothar Ing.(grad.) 5030 Hürth Sterck
Original assignee: Davy Mckee Ag 6000 Frankfurt; Davy McKee AG
Current assignee: Davy McKee AG
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1979-03-16
Publication date: 1982-10-21
Also published as: US4263211A; FR2451373B1; FR2451373A1; DE2910385A1; IT8020390A0; JPS55133372A; IT1130923B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absaugung von Gasen und Dämpfen mit Hilfe von Strahlpumpen aus der unter Vakuum arbeitenden Aufkonzentrierungs- und/oder Dehydratisierungs- und/oder Destillationsstufe und gegebenenfalls aus Maleinsäureanhydrid enthaltenden Behältern im Zuge der Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus den bei der katalytischen Oxidation von o-Xylol, Benzol oder C^Kohlenwasserstoffen anfallenden. Maleinsäureanhydrid enthaltenden gasförmigen Reaktionsabströmen nach vorheriger Kondensation von Phthalsäureanhydrid bzw. gegebenenfalls nach vorheriger Teilkondensation von Maleinsäurenanhydrid, durch Waschen der so erhaltenen Reaktionsgase mit Wasser oder wäßriger Maleinsäure-Lösung, Aufkonzentrieren der Maleinsäure enthaltenden Waschlösung, Dehydratisierung der Maleinsäure und Destillieren des gebildeten Maleinsäurenanhydrids. Bei der katalytischen Oxidation von o-Xylol zu Phthalsäureanhydrid entsteht als Nebenprodukt Maleinsäureanhydrid, das nur teilweise zusammen mit b5 Phthalsäureanhydrid aus dem Reaktionsgas abgeschieden wird, teilweise aber im Abgas der Phthalsäureanhydrid-Abscheider verbleibt. Zur Gewinnung dieses Maleinsäureanhydrids aus dem Abgas und zur Vermeidung von Luftverunreinigungen wird bei neueren Anlagen das Maleinsäureanhydrid aus dem Abgas durch Wäsche mit wäßrigen Lösungen gewonnen, wobei zunächst eine verdünnte, z. B. 25%ige Lösung anfällt Zur Gewinnung von reinem Maleinsäureanhydrid wird diese Lösung zunächst eingedampft, die dabei erhaltene 100%ige Maleinsäure dehydratisiert und das dabei erhaltene, noch unreine Maleinsäureanhydrid dann destitlativ gereinigt Aufkonzentrierung, Dehydratisierung und Destillation erfolgen unter Vakuum, beispielsweise bei Drücken in dem Bereich von 66 bis 660 mbar. Das Vakuum wird bisher im allgemeinen durch ein-oder zweistufige Dampfstrahlpumpen oder Wasserringpumpen erzeugt Den Dampfstrahlern ist jeweils ein Waschkondensator nachgeschaltet, in dem der Treibdampf zusammen mit angesaugten Gasen und Dämpfen durch Einspritzen von gekühltem Wasser kondensiert wird. Hierbei fällt eine wäßrige Maleinsäure geringer Konzentration an, die im Kreislauf über die Kühler zurück zu den Waschkondensatoren gepumpt wird. Die überschüssige Schwachsäure wird in der Abgaswäsche eingesetzt Diese Arbeitsweise ist apparativ aufwendig. Die Lösung, welche in die den Dampfstrahlern nachgeschalteten Waschkonsatoren eingespritzt wird, muß ständig zirkuliert und dabei gekühlt werden. Den Dampfstrahlern muß teilweise ein Waschkondensator vorgeschaltet werden, um die in die Vakuumleitung angesaugten Dämpfe abzukühlen und teilweise niederzuschlagen und so die Gefahr der Abscheidung in den Dampfstrahlern zu verringern. Bei der Vakuumhaltung durch Wasserringpumpen ergeben sich ähnliche Mangel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den apparativen Aufwand und die laufenden Betriebskosten bei der Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus Maleinsäureanhydrid enthaltenden Gasen durch Waschen der Gase mit Wasser oder wäßriger Maleinsäurelösung und Aufarbeitung der Waschlösung zu Maleinsäureanhydrid zu verringern. Darüber hinaus soll der Betrieb der Anlage vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man als Treibmittel für die Strahlpumpen Druckluft einsetzt und die als Treibmittel verwendete, mit den abgesaugten Gasen bzw. Dämpfen beladene Luft der Wäsche der Maleinsäureanhydrid enthaltenden Reaktionsgase zuführt. Die aus den genannten Aufarbeitungsstufen in die Vakuumleitungen eingesaugten Dämpfe und Gase werden in die Luftstrahlpumpen gesaugt, zweckmäßig nachdem eine Kondensation eines großen Teils dieser Dämpfe, in der Hauptsache Wasserdampf, in einem Oberflächenkondensator erfolgte. Die mit den restlichen abgesaugten Gasen und Dämpfen beladene Treibluft wird zusammen mit den Maleinsäureanhydrid enthaltenden Reaktionsgasen der Wäsche zugeführt, d. h. bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus Benzol oder C4-Kohlenwasserstoffen zusammen mit dem Reaktionsgas, vorzugsweise nach erfolgter Teilkondensation des Maleinsäureanhydrids aus dem Gas, bzw. bei der Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol nach erfolgter Phthalsäureanhydrid-Abscheidung. Die in die Wäsche zurückgeführte beladene Treibluft kann vorher mit diesen Maleinsäureanhydrid enthaltenden Reaktionsgasen vereinigt werden, oder die Gase können der Wäsche jeweils getrennt zugeführt werden. Das bei einer vorteilhaften Ausführungsform in den Oberflächenkondensatoren anfallende Wasser wird

direkt dem Waschturm zugeleitet

Durch die erfindungsgemäße Röckführung der abgesaugten Dämpfe mit der Treibluft fällt der Schwachsäurekreislauf weg, der bei Verwendung von Dampfstrahlsaugern bzw. Wasserringpumpen erforderlieh ist.

Vorzugsweise wärmt man die Dmckluft vor der Verwendung zur Absaugung auf Temperaturen zwischen 30 und 200⁰C, insbesondere zwischen 100 und 200⁰C vor. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich die abgesaugten Dämpfe in der Luftstrahlpumpe und in den nachfolgenden Leitungen kondensieren und zu Störungen beim Betrieb der Pumpen führen. Weiterhin ist vorgesehen, daß man mit einem Treibluftdruck in dem Bereich zwischen 1 und 20 bar, vorzugsweise zwischen 4 und 10 bar arbeitet

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens saugt man die Dämpfe aus den unter Vakuum betriebenen Stufen zur Aufarbeitung der Waschlösung, gegebenenfalls nach weitgehender Auskondensation des in den Stufen verdampften Wassers bzw. Maieinsäureanhydrids, ab. Die Investitionskosten für den Schwachsäurekreislauf fallen dadurch weg.

Bei der Absaugung der Gase und Dämpfe aus Maleinsäureanhydrid enthaltenden Behältern mit Luftstrahlsaugern führt man diese ebenfalls in die Gaswäsche zurück. Auf diese Weise werden die Abgase von Maleinsäureanhydriddämpfen aus Behältern, in denen Maleinsäureanhydrid gelagert wird, an die Atmosphäre ;< > und die dadurch verursachte Umweltbelastung sowie Produktverluste vermieden. Die Beatmung dieser Behälter erfolgt zweckmäßigerweise durch ein erwärmtes Gas, z. B. Stickstoff, um eine Kondensation des Maleinsäureanhydrids in der Saugleitung zu vermeiden. J'>

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der das Fließbild einer Anlage zur Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus den bei der Herstellung von Phthalsäureanhydrid anfallenden Restgasen dargestellt ist.

Die durch Leitung 2 zugeführte Luft wird in dem Luftvorwärmer 1 erhitzt und mit durch Leitung 4 herangeführtem, o-Xylol beladen, das in dem Erhitzer 3 vorgewärmt wurde. Das o-Xylol/Luft-Gemisch wird in dem Reaktor 5 katalytisch unter Bildung von Phthalsäureanhydrid oxidiert Das Reaktionsgas verläßt den Reaktor 5 mit 380⁰C, gelangt durch Leitung 6 in den Gaskühler 7, in dem es auf 170⁰C abgekühlt wird, und dann durch Leitung 8 in den Abscheider 9. In dem Abscheider wird der Gasstrom auf etwa 55° C abgekühlt und das Phthalsäureanhydrid in fester Form abgeschieden. Das von Phthalsäureanhydrid im wesentlichen freie Reaktionsgas verläßt den Abscheider 9 durch Leitung 10. Von Zeit zu Zeit wird das in dem Abscheider 9 abgeschiedene rohe Phthalsäureanhydrid ausgeschmolzen, in dem Behälter 11 gesammelt und von dort durch Leitung 12 einer Reinigungsanlage (nicht dargestellt) zugeführt.

Das den Abscheider 9 durch Leitung 10 verlassende Gas enthält noch Maleinsäureanhydrid, Monocarbonsäuren und andere flüchtige Bestandteile. Es wird in einem Wäscher 30 mit wäßriger Maleinsäurelösung gewaschen, wobei die genannten Nebenprodukte aus dem Gas entfernt wurden. Die Maleinsäurelösung wird im Kreislauf durch den Wäscher geführt. Das den <>5 Wäscher 30 verlassende Restgas kann an die Atmosphäre abgegeben werden. Die auf 25 Gew.-°/o Maleinsäure aufkonzentrierte Waschlösung gelangt durch Leitung 32 in den Dünnschichtverdampfer 33, in dem die Lösung unter Vakuum auf etwa 100Gew.-% Maleinsäure eingedampft wird. Die etwa 100%ige Maleinsäure gelangt dann in den mit einer aufgesetzten Kolonne versehenen Dehydrator 35, in dem die Maleinsäure unter Vakuum in Maleinsäureanhydrid und Wasserdampf gespalten wird, die den Dehydrator über Kopf verlassen. Der Rückstand wird von Zeit zu Zeit aus dem Dehydrator abgezogen. Das Maleinsäureanhydrid wild in dem Kondensator 36 kondensiert u.id gelangt durch Leitung 38 in die Rein-Destillationskolonne 39. In der Kolonne 39 wird das Maleinsäureanhydrid unter Vakuum destilliert Die aufsteigenden Dämpfe werden in dem Kondensator 40 kondensiert; das reine Maleinsäureanhydrid wird bei 42 abgezogen. Von Zeit zu Zeit wird am Boden der Kolonne 39 Rückstand entnommen.

Der bei der Eindampfung der Maleinsäurelösung im Dünnschichtverdampfer 33 und bei der Dehydratisierung von Maleinsäure im Dehydrator 35,36 anfallende Wasserdampf wird in je einem in der Vakuumleitung 34 bzw. 37 angeordneten Oberflächenkondensator 43 bzw. 44 kondensiert Das anfallende Wasser wird durch die Leitungen 47, 48 und die Sammelleitung 49 dem Abgaswaschturm 30 zugeführt. Das die Kondensatoren 43,44 verlassende Restgas wird durch die Leitungen 45 bzw. 46 den Luftstrahlpumpen 20 bzw. 21 zugeführt, durch die das gewünschte Vakuum gehalten wird.

Die Reindestillationskolonne 39 mit Kondensator 40 ist durch die Vakuumleitung 41 direkt an .die Luftstrahlpumpe 22 angeschlossen, durch die das gewünschte Vakuum gehalten wird. Zur einfacheren Darstellung ist für jede Stufe nur eine Luftstrahlpumpe dargestellt; in der Praxis können jeweils zwei Luftstrahlpumpen hintereinander geschaltet sein. Die Luftstrahlpumpen werden mit Druckluft von 6 bar betrieben, die über Leitung 26, einen mit kondensierendem Dampf beheizten Wärmeaustauscher 27 und dann über die Zweigleitungen 26a, 26b und 26c den Luftstrahlpumpen zugeführt wird. Die mit den aus den Apparaten 33, 35 und 39 abgesaugten Dämpfen beladene Luft aus den Luftstrahlpumpen wird in Leitung 28 gesammelt, die an die von dem Abscheider 9 zu dem Wäscher 30 führende Gasleitung 10 angeschlossen ist, so daß die mit den Dämpfen beladene Luft mit den Abgasen aus dem Abscheider 9 vereinigt durch den Wäscher 30 geführt wird.

Beispiel 1

In einer Anlage zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol fallen nach den Phthalsäureanhydrid-Abscheidern 120 00OmVh Abgas an unter Normalbedingungen, das noch Maleinsäureanhydrid und andere leichtflüchtige organische Verbindungen enthält. Das Abgas wird mit einer 25gew.-°/oigen Maleinsäurelösung bei etwa 40⁰C gewaschen. Von der im Kreislauf geführten Waschlösung werden 2,56 t/h mit 25 Gew.-% Maleinsäure abgezogen und in einem Dünnschichtverdampfer bei 135° C unter einem Druck von COO mbar bis auf etwa 100Gew.-°/o Maleinsäure eingedampft. Man erhält 0,61 t/h Maleinsäure, die anschließend in einem Rührbehälter mit aufgesetzter Kolonne bei 130°C unter 80 mm Hg dehydratisiert werden. Die übergehenden Mclcinsäureanhydriddämpfe werden bei Temperaturen von 80°C kondensiert. Man erhält 0,40 t/h vordestilliertes Maleinsäureanhydrid, das anschließend bei 135°C unter einem Druck von 107 mbar einer Reindestillation unterzogen wird. Es fallen 0,38 t/h reines Maleinsäure-

anhydrid an.

Zur Erzeugung des Vakuums für den Dünnschichtverdampfer, den Dehydrator und die Anlage für die Maleinsäureanhydrid-Reindestillation werden Luftstrahlpumpen eingesetzt, die mit auf 150⁰C vorgewärm- ^r> ter Luft von 6 bar beaufschlagt werden. In den drei Stufen werden 30 mVh bzw. 12OmVh bzw. 7OmVh, insgesamt also 220 mVh Luft, jeweils unter Normalbedingungen verbraucht. Die mit den abgesaugten Dämpfen beladene Luft wird zusammen mit den in Abgasen der Wäsche zugeführt. Es fallen in den Oberflächenkondensatoren etwa 1,8 t/h Wasser an, das bei der Wäsche der den Abscheider verlassenden Abgase eingesetzt wird. Die Investitionskosten für die Luftstrahlsauger in den drei Stufen und die Oberflächenkondensatoren liegen bei 2,5% aller Apparatekosten.

Vergleichsbeispiel

Es wird ebenso gearbeitet wie in dem vorstehenden Beispiel, wobei jedoch anstelle von Luftstrahlpumpen Dampfstrahlpumpen verwendet werden. Dabei wird Sattdampf von 6 bar als Treibmittel eingesetzt. Der Dampf wird in Einspritzkondensatoren kondensiert. Das zur Kondensation des Dampfes erforderliche Kühlwasser wird im Kreislauf geführt und die y> Kondensationswärme indirekt in einem Wärmeaustauscher abgeführt. Zum Betrieb der Dampfstrahlpumpen der drei Stufen sind 0,3 t/h Dampf und zusätzlich 19 mVh Kühlwasser zur Kondensation des Dampfes erforderlich. Es fallen an den Dampfstrahlpumpen etwa 5 t/h überschüssige Schwachsäure mit etwa 2 Gew.-% Maleinsäure an, die bei der Wäsche der den Abscheider verlassenden Abgase eingesetzt werden. Aus dem Waschsäurekreislauf werden 2,56 t/h Waschlösung mit 25 Gew.-% Maleinsäure abgezogen. Die höhere Wassermenge, 5 t/h im Gegensatz zu 1,8 t/h bei Verwendung von Luftstrahlsaugern, die man dem Waschkreislauf zuführt, wird durch verringerten Frischwasserzusatz zu dem Waschkreislauf ausgeglichen. Die Investitionskosten für die Dampfstrahlanlagen der drei Stufen mit den zugehörigen Kondensatoren, Kühler und regeltechnischen Einrichtungen belaufen sich auf 8% aller Apparatekosten.

Beispiel 2

In einer Anlage zur Herstellung von 10 000 t Maleinsäureanhydrid pro Jahr aus Benzol fallen nach dem Endgaskühler etwa 37 40OmVh Abgas unter Normalbedingungen mit einer Temperatur von 6O⁰C an, das mit Maleinsäureanhydrid gesättigt ist und noch Spuren anderer organischer Reaktionsprodukte sowie ca. 0,2 Gew.-% nicht umgesetztes Benzol enthält.

Das Abgas wird mit einer 40gew.-%igen Maleinsäurelösung bei etwa 40°C gewaschen. Von der im Kreislauf geführten Waschlösiing werden 2,31 t/h mit 40Gew.-°/o Maleinsäure abgezogen und in einem Dünnschichtverdampfer bei 135°C unter einem Druck von 590 mbar bis auf etwa 100Gew.-% Maleinsäure eingedampft. Man erhält 0,87 t/h Maleinsäure, die anschließend in einem Rührbehälter mit aufgesetzter Kolonne bei 130°C unter 105 mbar dehydratisiert werden. Die übergehenden Maleinsäureanhydriddämpfe werden bei Temperaturen von 8O⁰C kondensiert. Man erhält 0,67 t/h vordestilliertes Maleinsäureanhydrid, das anschließend bei 135° C unter einem Druck von 105 mbar einer Reindestillation unterzogen wird. Es fallen 0,66 t/h reines Maleinsäureanhydrid an.

Zur Erzeugung des Vakuum für den Dünnschichtverdampfer, den Dehydrator und die Anlage für die Maleinsäureanhydrid-Reindestillation werden Luftstrahlpumpen eingesetzt, die mit auf 150° C vorgewärmter Luft von 6 bar beaufschlagt werden. In drei Stufen werden 30 mVh bzw. 210 mVh bzw. 120 mVh, insgesamt also 360 mVh Luft, jeweils unter Normalbedingungen, verbraucht. Die mit den abgesaugten Dämpfen geladene Luft wird zusammen mit den Abgasen der Wäsche zugeführt. Es fallen in den Oberflächenkondensatoren etwa 1,63 t/h Wasser an, das bei der Wäsche der Abgase eingesetzt wird.

Neben den in den Beispielen genannten Vorteilen bei der Verwendung von Luftstrahlsaugern ergeben sich noch weitere Vorzüge. So verringert sich der Bedarf an elektrischer Energie durch den Fortfall des Schwachsäurekreislaufes um etwa 30%. Des weiteren verringert sich der gesamte Kühlwasserverbrauch der Anlage um die für die Kondensation des Treibdampfes erforderliche Menge, die etwa 10% der gesamten Kühlwassermenge ausmacht Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die in den Oberflächenkondensatoren anfallenden Kondensate mit höherer Temperatur dem Waschsystem der Phthalsäurenahydridanlage zugeführt werden als die aus dem Schwachsäurekreislauf anfallende Schwachsäure. Dadurch wird die Temperatur des Waschwassers im Waschsystem der Phthalsäureanhydridanlage leicht angehoben, was sich wiederum günstig auf die Löslichkeit von Phthalsäureanhydrid in der Maleinsäurelösung auswirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Verfahren zur Absaugung von Gasen und Dämpfen mit Hilfe von Strahlpumpen aus der unter Vakuum arbeitenden Aufkonzentrierungs- und/oder s Dehydratisierungs- und/oder Destillationsstufe und gegebenenfalls als Maleinsäureanhydrid enthaltenden Behältern im Zuge der Gewinnung von Maleinsäureanhydrid aus den bei der katalytischen Oxidation von o-Xylol, Benzol oder C<-Koh]enwas- u> serstoffen anfallenden. Maleinsäureanhydrid enthaltenden gasförmigen Reaktionsabströmen nach vorheriger Kondensation von Phthalsäureanhydrid bzw. gegebenfalls nach vorheriger Teilkondensation von Maleinsäureanhydrid, durch Waschen der so η erhaltenen Reaktionsgase mit Wasser oder wäßriger Maleinsäure-Lösung, Aufkonz^ntration der Maleinsäure enthaltenden Waschlösung, Dehydratisierung der Maleinsäure und Destillieren des gebildeten Maleinsäureanhydrids, dadurch gekennzeichnet, daß man als Treibmittel für die Strahlpumpen Druckluft einsetzt und die als Treibmittel verwendete, mit den abgesaugten Gasen bzw. Dämpfen beladcne Luft der Wäsche der Maleinsäureanhydrid enthaltenden Reaktionsgase zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckluft vor der Verwendung zur Absaugung auf Temperaturen zwischen

100 und 200" C vorwärmt ₍₍|
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Luftdruck in dem Bereich zwischen 4 und 10 bar arbeitet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Absaugung der Gase und Dämpfe aus den unter r> Vakuum betriebenen Stufen der Aufkonzentrierung der Waschlösung und der Dehydratisierung der Maleinsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man das in diesen Stufen verdampfte Wasser vor der Einsaugung in die Strahlpumpen weitgehend auskondensiert.