DE3923834C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Flüssigabscheidung von Phthalsäureanhydrid - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung des bei der technischen Gasphasenoxidation von ortho- Xylol und/oder Naphthalin entstehenden Phthalsäureanhy­ drids in flüssiger Form.

Die großtechnische Herstellung von Phthalsäureanhydrid (PSA) beruht derzeit nahezu ausschließlich auf der kata­ lytischen Dampfphasenoxidation geeigneter Einsatzstoffe unter Anwendung eines Überschusses an Oxidationsluft. Das Rohprodukt fällt dabei in gasförmigem Zustand an, wobei die Überschußluft zusammen mit anderen Reaktionsproduk­ ten als Trägergas auftritt.

Zur Absonderung des gewünschten Hauptprodukts wird das zunächst stark überhitzte aus der Reaktionszone kommende Gasgemisch vorgekühlt, wobei gewöhnlich nutzbare Wärme gewonnen wird, und dann weiter abgekühlt unter Auskonden­ sation des PSA nebst einiger verunreinigender Nebenpro­ dukte.

Als geeignet für diesen Verfahrensschritt haben sich spe­ ziell konstruierte Rippenrohr-Rekuperatoren erwiesen, in denen das Trägergas bis dicht an seinen Wasserdampftau­ punkt heruntergekühlt wird. Das Produkt scheidet sich da­ bei in fester Form auf den Rippenrohren ab. Das diese De­ sublimatoren verlassende Abgas enthält bei zweckmäßig ge­ bauten und betriebenen Apparaten nur noch einige Zehntel­ prozent des im Reaktionsgas vorhanden gewesenen PSA. Der aus dem Produktdampfdruck errechenbare theoretische Ab­ scheidegrad wird nahezu quantitativ erreicht.

Diese Abscheideleistung entspricht dem Stand der Technik und muß auch von Vorrichtungen anderer Konstruktion er­ füllt werden, wenn diese technische Anwendung erlangen sollen.

Als grundsätzlicher Nachteil des heute allgemein üblichen Einsatzes von Rippenrohr-Desublimatoren ist der diskonti­ nuierliche Betrieb zu nennen mit einer unverhältnismäßig hohen periodisch erforderlichen Kühl- und Heizleistung. Beim rekuperativen Kühlen bis weit unter den Schmelzpunkt des zu gewinnenden Produkts ist diese Eigenheit verfah­ rensbedingt. Die Abscheidung erfolgt im ganzen Apparat in fester Form und blockiert somit zunehmend den Wärmedurch­ gang und den Gasdurchlauf. Der Desublimator muß nach kur­ zer Zeit aus dem Kühlbetrieb genommen und regeneriert werden. Dies geschieht durch Abschmelzen des ausgefrore­ nen Produkts, indem man sekundärseitig das Kühlmedium durch ein Heizmedium ersetzt.

Mit der eingebrachten Wärme müssen sowohl Produkt als auch Konstruktionsmaterial des Rekuperators von der nied­ rigen Arbeitstemperatur der Beladungsphase auf die hohe Temperatur der Schmelzperiode gebracht werden.

Diese Nachteile wirken sich besonders unvorteilhaft aus, wenn der produzierte Überschußdampf energetisch genutzt werden soll.

Es hat daher schon eine Vielzahl von Vorschlägen gegeben, um mittels andersgearteter Vorrichtungen und Verfahren das Arbeiten mit den sog. Switch Condensern als Desubli­ matoren zu umgehen. Z. B. benutzt Lewis im US-Patent 26 07 440 (angemeldet 1947) Feststoffpartikeln im Fließ­ bett. Smith arbeitet im US-Patent 27 02 091 (angemeldet 1950) mit mechanisch transportiertem wärmespeicherndem Haufwerk. Habernickel verwendet im DB-Patent 10 88 027 (angemeldet 1958) die Wärme des Reaktionsgases zum Ab­ schmelzen des auf Rippenrohren abgeschiedenen Produkts.

Keiner dieser Vorschläge hat sich Eingang in die indu­ strielle Anwendung verschaffen können.

Es soll nun hier eine Erfindung vorgestellt werden, die geeignet ist, die oben beschriebene Abscheideleistung der Switch Condenser zu erreichen ohne deren verfahrensbe­ dingte Nachteile zu besitzen.

Die vorgeschlagene Apparatur benutzt regenerativen Wärme­ austausch zur Kühlung von Produkt und Trägergas und die Überhitzungswärme des Reaktionsgases zum Abschmelzen des angefrorenen Produkts. Die Rückkühlung der aufgezeigten Speichermasse erfolgt zweckmäßigerweise mit Luft. Somit wird das aufwendige Heiz- und Kühlsystem der Switch Condenser überflüssig. Das produkthaltige Trägergas strömt zwischen Stahlblechlamellen in ähnlicher Weise wie zwischen den Rippen auf den Rohren der Switch Condenser. Es unterliegt Bedingungen für den Wärme- und Stoffaus­ tausch genauso wie in diesen an sich bewährten Apparaten. Im kälteren Teil schlägt sich abscheidendes PSA in Form von Kristallnadeln nieder. Durch konstruktive Maßnahmen wird dort die Geschwindigkeit so niedrig gehalten, daß kein Mitreißen von Produkt erfolgt. Im heißen Teil wird schroffe Abkühlung dadurch vermieden, daß mit niedriger Temperaturdifferenz gearbeitet wird und daß infolge einer Gasführung durch vorgegebene definierte Kanäle keine in­ tensive Verwirbelung auftritt. Somit wird eine ansonsten zu Verlusten führende Aerosolbildung unterdrückt. Die Voraussetzungen für einen hohen Abscheidewirkungsgrad sind damit geschaffen.

Die Kontinuität des Verfahrens wird durch eine Relativbe­ wegung zwischen der Speichermasse und der Stelle des Gas­ eintritts bzw. Gasaustritts erzielt. Diese Bewegung über­ lagert sich gleichsinnig dem im Gegenstrom oder Kreuzge­ genstrom geführten Gasfluß.

Abb. 1 zeigt in einer Prinzipskizze die Funktion der er­ findungsgemäßen Apparatur.

Abgekühltes wärmespeicherndes Material, vorzugsweise emailliertes oder nichtrostendes Stahlblech, belegt sich mit einer Schicht von auskristallisierendem PSA, während es sich im Gegenstrom zu vorgekühltem, aber noch ausrei­ chend heißem Reaktionsgas langsam vorwärtsbewegt. Das Re­ aktionsgas kühlt sich dabei unter Abgabe seines PSA- Gehalts soweit ab, wie dies bei der Verwendung herkömm­ licher Switch Condenser gehandhabt wird, und verläßt als Restgas den Apparat. Im Inneren des Regenerators wärmt sich das Speicherblech bis über die Schmelztemperatur des anhaftenden Roh-PSA-Niederschlags auf. Das ablaufende Produkt wird aufgefangen und abgezogen. Mit weiterer An­ näherung zur Eintrittsstelle des überhitzt zugeführten Reaktionsgases heizt sich die Speichermasse weiter auf. Noch anhaftende Reste flüssigen PSA′s gehen dabei dampf­ förmig in den dort noch ungesättigten Gasstrom über.

Das störungsfreie Arbeiten eines nach diesem Prinzip auf­ gebauten Desublinators mit Flüssigabscheidung beruht dar­ auf, daß die regenerativ vorgekühlte Wärmeaustauschfläche nur eine sich selbst begrenzende Menge festen Materials aufbauen kann. Bei zweckmäßig gewählter Kanalbreite be­ steht keine Gefahr des Zuwachsens. Die Voraussetzung für das Wiederaufschmelzen ist dadurch gewährleistet, daß das heiße Reaktionsgas an jeder Stelle des Speicherpakets Durchgang vorfindet.

Auch der beim Betrieb von Switch Condensern als wichtig erachtete Effekt des Freispülens von teerartigem Belag oder anhaftender Phthalsäure durch abschmelzendes PSA während der Entladungsphase läßt sich während des Be­ triebs im kontinuierlichen Desublimator nachvollziehen, indem man aus einer an geeigneter Stelle angebrachten Düsengruppe heißes Roh-PSA einspritzt.

Bei der technischen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man auf bewährte Apparatekonzepte und Konstruktionsdetails zurückgreifen. Die im Kraftwerks­ betrieb althergebrachten Regenerativ-Luftvorwärmer, mit rotierender oder feststehender Speichermasse gebaut, las­ sen sich durch zweckmäßige Ergänzung mit Umlenkeinbauten so modifizieren, daß der gewünschte kontinuierliche Desublinationseffekt erzielbar ist. Die Gasführung muß so gestaltet werden, daß jedes Element der Speichermasse das gesamte Temperaturfeld durchläuft. Und zwar vom Gasaus­ tritt an als kälteste Stelle auf den Gaseintritt hin als heißeste.

Abb. 2 zeigt den Schnitt durch die Abwicklung eines modi­ fizierten Regenerators mit umlaufendem Rotor und das sich aufbauende Temperaturfeld im wärmeaufnehmenden Teil.

Auch der sich zweckmäßigerweise etwa über ein Drittel des Rotors erstreckende Rückkühl-Sektor kann so modifiziert werden, daß die Kühlluft als für die PSA-Herstellung ver­ wendbare Heißluft austritt. Damit wird eine optimale wär­ metechnische Vereinfachung des Verfahrens möglich mit minimalem Abwärmeanfall.

Abb. 3 zeigt das Fließschema einer Anlage, in der nur ein kleiner Teil der Kompressionswärme aus der Oxidations­ luftverdichtung in Kühlmedium als Abwärme abgeführt wer­ den muß.

Claims (3)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Flüssigabscheidung von Phthalsäureanhydrid aus einem heißen Trägergasstrom, der unter den Tripelpunkt des Produkts abgekühlt werden muß, um hinreichend vollständige Abscheidung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der produkthaltigen Gase und Dämpfe an der Oberfläche wärmespeichernder Elemente erfolgt, die gegenläufig zum abzukühlenden Gasstrom geführt werden in der Weise, daß jeder Punkt der Oberfläche zumindest angenähert das sich ausbildende Temperaturfeld von der niedrigsten bis zur höchsten Temperatur durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die regenerativ kühlenden Flächen konstruktiv derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die vorwiegend adhäsive Rückhaltefähigkeit für aufgeschmolzenes Produkt durch Verwendung glattflächig bleibenden Materials und weitestgehende Vermeidung einspringender Kanten und Taschen minimiert ist und daß eine großflächige, den Gasstrom ablenkende Brückenbildung aus festem Produkt durch zweckmäßige Abstimmung von Kanalweite und -länge unter Beachtung der aus der Wärmespeicherfähigkeit resultierenden maximalen Niederschlagsmenge vermieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Produkt befreite aufgeheizte Speichermasse mit der zur Herstellung der Reaktionsprodukte benötigten Oxidationsluft rückgekühlt wird.