DE3102780A1

DE3102780A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von polymerisationssubstanzen

Info

Publication number: DE3102780A1
Application number: DE19813102780
Authority: DE
Inventors: Peter James West Wellow Hampshire Morgan; Kennteht Ian Milford on Sea Hampshire Wyllie
Original assignee: International Synthetic Rubber Co Ltd
Current assignee: International Synthetic Rubber Co Ltd
Priority date: 1980-01-28
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1981-12-17
Also published as: FR2474512A1; JPS56152804A; US4339623A; DE3102780C2; JPH0148281B2; ZA81448B; FR2474512B1; BR8100439A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand.

Bei der Durchführung der seit langem bekannten Lösungspolymerisationsverfahren besteht eine Schwierigkeit darin, daß die dabei verwendeten Katalysatoren gegenüber Feuchtigkeit, Sauerstoff und anderen Verunreinigungen sehr empfindlich sind. Die verwendeten Monomere und Lösungsmittel müssen daher sorgfältig gereinigt werden. Frische vom Lager kommende Monomere enthalten Auto-Polymerisationsinhibitoren, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen. Das bei der Polymerisation verwendete Lösungsmittel wird so weit wie möglich recyclisiert, wenn es bei der Polymerisolierung aus der Desolventisierungsstufe kommt. Nach dieser Stufe verbleibt in der Regel ein Nebenprodukt der Polymerisation, bei dem es sich um ein niedermolekulares Polymer handelt, in dem Lösungsmittelstrom. Abgesehen von diesem niedermolekularen Polymer oder öl enthält das für die Recyclisierung vorgesehene Lösungsmittel, das auch noch feucht ist, Spuren von nicht-reaktiven leichten Verunreinigungen, nicht-umgesetzte Monomere , Antioxidantien und andere Verunreinigungen.

Bekannte Verfahren zur Reinigung von Monomeren und Lösungsmitteln umfassen mehrere Verfahrensstufen, nämlich chemische Behandlung., Mehrkplonnendestillation_ und Trocknen mit entsprechend hohem Energieverbrauch.

Erfindungsgemäß erfolgt diese Reinigung demgegenüber weitaus einfacher, billiger,sicherer und schneller.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, die ein Fließschema des mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Verfahrens gemäß einer

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vorteilhaften Ausführungsform zeigt.

Frischer Monomerstrom M wird mit dem unbehandelten zurückgewonnenen Lösungsmittelstrom L in einem Verhältnis kombiniert, das sich aus den beim Polymerisationsverfahren erforderliche Bedingungen zwangsläufig ergibt. Der kombinierte Strom wird in einem Wärmeaustauscher 1 vorerhitzt, der von der Wärme des aus der Destillationskolonne 2 abgezogenen Seitenstroms Gebrauch macht. Der vorerhitzte Strom wird am Kopf der Destillationskolonne 2 über die Einlaßöffnung 3 eingespeist. Die Destillationskolonne 2 wird durch Hochdruckdampf D erhitzt. Wasserazeotrop und leichte Fraktionen werden vom Kopf der Kolonne über den Auslaß 4 entfernt und über den Kondensator 5 zur Rückflußtrommel 6 geführt. Das Wasserazeotrop und die leichten Fraktionen werden in der Rückflußtrommel 6 getrennt und Material für den Rückfluß, das die Kolonne im Gleichgewicht hält, wird in die Kolonne 2 über den Einlaß 7 zurückgeführt. Wasser W, das sich am Boden der Rückflußtrommel 6 ansammelt, fließt automatisch ab. Ein Zufluß von Auto-Polymerisationsinhibitor wird in der Rückflußtrommel 6 zurückgehalten, so daß ein sauberer und sicherer Betrieb der Kolonne gewährleistet ist.

Schwere Verunreinigungen wie niedermolekulare Öle, Antioxidantien und gegebenenfalls vorhandene nicht-umgesetzte schwere Monomere, die im Polymerisationsverfahren Verwe. iung finden (z.B.... Styrol), -werden am Böden der .Kolonne 2- über..den .Auslaß 8 abgeführt.

Die Destillationskolonne 2 weist eine Reihe von Fraktionierbödenglocken 9 auf, deren Anzahl 10 bis 30 betragen kann, wobei im dargestellten Fall 13 vorliegen. Trockenes reines Monomer-Lösungsmittel-Gemisch wird als Dampf von der Seite der Destillationskolonne 2 über den Auslaß 10 abgezogen. Die optimale Lage dieses Auslasses 10 wird von den in der Kolonne herr-

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sehenden Bedingungen und der Reinheit des in der Kolonne aufsteigenden Dampfes bestimmt. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung liegt Auslaß 10 unmittelbar oberhalb des vierten Glockenbodens von unten gerechnet, der in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 9' versehen ist. Das abgezogene Dampf gemisch durchströmt das Wirbelgefäß 11, das gegebenenfalls mitgerissene zerstäubte Flüssigkeit abtrennt und in die Kolonne über den Einlaß 12 zurückführt. Der Flüssigkeitsstaub wird vorzugsweise zu dem Glockenboden zurückgeführt, der sich unmittelbar unterhalb der Stelle befindet, von der der Dampf abgezogen wird (d.h. Glockenboden 9¹), doch wenn dies nicht möglich ist, kann er zum nächstniedrigeren Glockenboden zurückgeführt werden. Der vom Wirbelgefäß 11 kommende Monomer/Lösungsmittel-Strom wird durch Wärmeaustausch im Wärmeaustauscher 1 kondensiert und erforderlichenfalls weiter gekühlt, beispielsweise unter Verwendung des Luftkühlers 13, worauf er im Produktauffanggefäß 14 gesammelt wird. Gereinigtes Verfahrensprodukt kann sodann zum Gebrauch je nach Erfordernis über Leitung 15 und Pumpe 16 abgezogen werden. Eine Rückführleitung 17 ist vorgesehen zum Recyclisieren des Seitenstroms in die Einspeisleitung zur Verwendung beim Start, in Notfällen und zur Aufrechterhaltung der Fließrate des in die Kolonne eingespeisten Materials, falls das Einbringverhältnis unter das Betriebsniveau, z.B. 50 %,abfällt.

Die Bedingungen für den Betrieb der Kolonne werden durch verschiedene Faktoren gesteuert, z.B.. durch Kolonnendruck und Tem-'perätür ^i::sowievai^

mit Hilfe eines geeignet programmierten Computers integriert werden können. Der Kolonnendruck wird mit Hilfe eines Druckregulierventils 18 gesteuert, dessen Entlüftung oder Ventilation V zum Abgassammeirohr führt. Durch Einstellung dieses Ventils 18 kann die Leichtfraktion-Abgaberate der Kolonne reguliert werden. Die Abzugsrate der schweren Verunreinigungen vom Boden der Kolonne (Bodenentnahme BE) wird so eingestellt, daß ein beständiges Bodentemperatur/Druckverhältnis aufrechterhalten

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wird, doch machen die schweren Verunreinigungen in der Regel etwa 30 bis 40 % des Bodenentnahmestroms aus. Die Trennleistung wird durch die Kolonnenrückflußrate gesteuert, die gewöhnlich etwa 20 bis 40 % der Kolonnenbeschickungsrate beträgt. Das Aufkochen in der Kolonne wird automatisch gesteuert durch das Kolonnenbasisniveau. Die Abzugsrate des Seitenstroms über Auslaß 10 wird durch ein Leitungsventil 19 reguliert, das ergänzt wird vom Rückflußtrommelniveau. Die Steuerung der Kolonne erfolgt somit auf einer konstanten erfinderischen Basis und durch sorgfältige Einstellung ist das System ohne Schwankungen der Betriebsbedingungen betreibbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Reinigung von Butadienmonomer und einem Lösungsmittel wie n-Hexan, das zusätzlich einstellbare Mengen an C,--Paraf finen sowie C₁-- und C^-Cycloparaffinen enthalten kann. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf die Reinigung derartiger Monomer-Lösungsmittelgemische. So kann z.B. durch Einstellung der Betriebsbedingungen die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den damit gekoppelten Apparturen zur Reinigung anderer Kohlenwasserstoff monomere und Lösungsmittel verwendet werden, wie sie z.B. bei der Herstellung von Olefinpolymeren und -copolymeren (z.B. EP- und EPDM-Kautschuks und Polypropylen) eingesetzt werden. Besonders geeignet ist das. erfindungsyemäße Verfahren jedoch zur Reinigung von konjugierten Dienmonomeren mit z.,. 4 bis 10 Kohlenstoffatomen und einem· Kohlenwasserstoff lösungsmittel, insbesondere einem gesättigten Kohlenwasserstofflösungsmittel.

Zur Durchführung eines typischen Butadien-Reinigungsverfahrens wurde die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung unter den folgenden Bedingungen betrieben. Monomer (1,3-Butadien) und Lösungsmittel (im wesentlichen η-Hexan) wurden dem Wärmeaustauscher 1 in einer Fließrate von etwa 114 bzw. 341 l/min (25 bzw. 75 imperial gallons/min) zugeführt. Die Temperatur des Gemisches am Einlaß 3 betrug etwa 38⁰C. Die De-

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stillationskolonne wurde bei einer Basistemperatur von 121⁰C und einer Kopftemperatur von 57⁰C gehalten. Die Temperatur unmittelbar unterhalb des vierten Glockenbodens lag bei 118°C und oberhalb desselben betrug sie 77⁰C. Die Bodenentnahmerate betrug etwa 9 l/min (2 imperial gallons/min) und der Druck am Ventil 18 lag bei etwa 3,5 bar Überdruck bei 15,6⁰C. Die Recyclisierungsrate zum Einlaß 7 betrug etwa 182 l/min (40 imperial gallons/min). Unter diesen Bedingungen konnten gereinigtes Einspeisgemischprodukt in einer Fließrate von etwa 445 l/min (98 imperial gallons/min) über Auslaß 10 abgezogen werden.

Die Erfindung, die das Abziehen eines Dampf-Seitenstroms aus einer Destillationskolonne vorsieht, ermöglich es, gleichzeitig eine Trocknung und Reinigung von sowohl Monomer als auch Lösungsmittel zu erzielen unter Abtrennung von leichten Verunreinigungen (insbesondere Acetylenen) und schweren Verunreinigungen, so daß ein reines Beschickungsgemischprodukt in einer einzigen Destillationskolonne anfällt. Einer der Hauptvorteile liegt auch darin begründet, daß es möglich ist, das Verfahren bei Vorliegen von Inhibitor während der Destillation (was einen sicheren Betrieb gewährleistet) durchzuführen, wobei der Inhibitor im Monomer-Dampfprodukt nicht mehr vorliegt, da er nicht flüchtig ist. Demgegenüber sind bei bekannten Verfahren drei Kolonnen erforderlich, nämlich eine zur Entfernung von schweren Verunreinigungen, eine zur Entfernung von leichten Verunreinigungen und eine zum Trocknen, des Butadien/Lösungsmittel-Gemisches. _

Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile sind daher geringere Kapitalkosten, geringere Betriebskosten (verminderter Energieverbrauch) , größere Betriebssicherheit und kürzere Ausfallzeit.

Davon ganz abgesehen ist auch eine Wäsche des Monomeren mit Ätzalkalien nicht erforderlich, womit auch das Problem der Beseitigung und Aufarbeitung des Ätzalkaliabflusses wegfällt.

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Leerseite

Claims

M 0.LIiJSIt - JIOIt£ · D IiWWl1EiSi"' Bl*l\ OK s oi Π Ο "7 Q Π JtDIlOPKAN I1ATKKT ATTOIlIiKYS DR. WOLFGANG MÜLLER-BORS (PATENTANWALT VON 1927 - 1975) DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN, DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS. J 1511 The International Synthetic Rubber Company Limited Brunswick Place, Southampton, S09 3AT, England Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Polymerisations substanzen Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von Monomeren und Lösungsmitteln, die zur Herstellung von Polymeren durch Lösungspolymerisation dienen, dadurch gekennzeichnet, daß man

- verunreinigtes Monomer und Lösungsmittel in eine Destillationskolonne einspeist, die leichte Verunreinigungen vom vom Kopf und schwere Verunreinigungen am Boden abgibt und das Monomer-Lösungsmittel-Gemisch durch azeotrope Destillation trocknet, und

- den gebildeten Dampf aus reinem Monomer und Lösungsmittel als Seitenstrom von einer zwischen dem Kopf und Boden der Kolonne liegenden Stelle abzieht.

/-0498

β MÖNCHEN 86. SIEBF.RTSTR. 4 · POB 860720 · KABEL: MUEBOPAT · TEL. (089) 474005 ■ TELECOPIER XEROX 400 · TELEX 5-24285

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Monomer ein Olefin oder ein konjugiertes Dien einsetzt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß man als Monomer Butadien einsetzt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer mit mehreren Glockenböden versehenen Destillationskolonne, an deren Kopf ein Einlaß für das zu reinigende Mo-Monomer-Lösungsmittelgemisch sowie ein Auslaß für abgedampfte leichte Verunreinigungen und Wasserazeotrop,und an deren Boden ein Einlaß für Hochdruckwasserdampf zum Heizen sowie ein Auslaß für schwere Verunreinigungen vorgesehen sind, und ferner mit üblichen bekannten Zusatzeinrichtungen und Leitungen, gekennzeichnet durch

- einen Seitenauslaß (10) unmittelbar oberhalb des Glockenbodens (9¹) zum Abziehen von gereinigtem und getrocknetem Monomer-Lösungsmittel-Dampfgemisch,

- einen Seiteneinlaß (12) unterhalb des 'Glockenbodens (9') zur Recyclisierung von aus dem Dampfgemisch abgetrenntem Flüssigkeitsstaub, und

- einen Einlaß (7) am Kopf der Kolonne zur Recyclisierung von Rückflußmaterial für die Rückflußbehandlüng des am Kopfende abgezogenen Wasserazeotrop/Leichtfraktion-Gemisches.

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