DE60103501T2

DE60103501T2 - Trennung von den produkten der polyamidammonolyse

Info

Publication number: DE60103501T2
Application number: DE60103501T
Authority: DE
Inventors: Borden Stuart FERGUSSON; Yuhua Yan
Original assignee: INVISTA TECHNOLOGIES Sarl WILMINGTON; Invista Technologies SARL USA
Current assignee: Invista Technologies SARL USA
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: DE60103501D1; WO2001070665A3; US6627046B1; EP1248767A2; CA2393060A1; EP1248767B1; WO2001070665A2

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Wiederaufbereitung von Polyamidmaterial und insbesondere die Abtrennung der nutzbaren Reaktionsprodukte der Ammonolyse von Polyamidmaterial.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Es ist seit langem als ökologisch wünschenswert angesehen worden, Polyamidmaterial aus gebrauchten Produkten, wie z.B. Teppichen, zurückzugewinnen und solches wiederaufbereitetes Polyamidmaterial Artikeln beizumengen, die hochwertiges Polymer erfordern. US-A-5302756 und US-A-5395974, beide erteilt an McKinney und beide zediert an den Zessionar der vorliegenden Erfindung, betreffen die Ammonolyse von Polyamidmaterial in seine Monomerbestandteile.
1 zeigt eine Schemaskizze, in der ein Ammonolysereaktor R gemäß den obenerwähnten Patenten durch eine Leitung L mit einer Destillationsanlage S verbunden ist. Die Destillationsanlage S ist gemäß den Lehren des Standes der Technik für die Trennung des Ausgangsflüssigkeitsstroms vom Ammonolysereaktor R konfiguriert.
Bei dem Verfahren, das in den zitierten Patentschriften von McKinney beschrieben wird, wird Polyamidmaterial in Form von Nylon 6, Nylon 6,6 oder einem Gemisch davon in den Einlaß I des Reaktors R eingetragen. Innerhalb des Reaktors R wird das Polyamidmaterial bei Temperaturen im Bereich zwischen zweihundertfünfzig und vierhundertsiebzig Grad Celsius (250 bis 470°C) und einem Druck von mindestens einhundert (100) psig. Die Reaktion wird vorzugsweise in Gegenwart bestimmter Lewis-Säure-Katalysatoren ausgeführt.
Die Ausbeute aus dem Ammonolysereaktor R, typischerweise in flüssiger Form, wird durch die Leitung L zur Destillationsanlage S gefördert. Der Strom von Ammonolyseprodukten ist ein Gemisch von verschiedenen nutzbaren Reaktionsprodukten sowie anderen, flüchtigen Substanzen. Zu diesen nutzbaren Reaktionsprodukten gehören:

(I) ein oder mehrere Monomerprodukt(e) mit Aminfunktionalität, in der vorliegenden Beschreibung nachstehend als "aminfunktionelle Monomerprodukt(e)" bezeichnet. Diese aminfunktionellen Monomerprodukte weisen einen bzw. mehrere damit verbundene erste, relativ hohe, vorgegebene Dampfdrücke auf.
(II) ein oder mehrere reaktive Polyamidmaterialien, in der vorliegenden Beschreibung nachstehend als "hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukt(e)" oder "hochsiedende Substanzen" bezeichnet, die einen oder mehrere damit verbundene zweite, relativ niedrigere, vorgegebene Dampfdrücke aufweisen; und
(III) ein oder mehrere reaktive Monomerprodukte mit einem bzw. mehreren Dampfdrücken, die zwischen den ersten und zweiten vorgegebenen Dampfdrücken liegen. Diese Materialien werden in der vorliegenden Beschreibung nachstehend als "reaktive Monomerprodukte" bezeichnet.

Die anderen, flüchtigen Stoffe sind unter anderem Verbindungen wie z.B. Ammoniak, Wasser und Kohlendioxid mit höheren Dampfdrücken als den ersten vorgegebenen Dampfdrücken. Diese Materialien werden in der vorliegenden Beschreibung nachstehend als "niedrigsiedende flüchtige Produkte" oder "niedrigsiedende Substanzen" ("LB") bezeichnet.
Diese im Ausgangsstrom des Reaktors R enthaltenen Reaktionsprodukte und flüchtigen Stoffe sind in 1 in der Reihenfolge abnehmender Dampfdrucks und ansteigender Siedepunkte aufgeführt.
Die Identität und der Anteil der Produkte, die in der Ausgangsleitung ausgetragen werden, sind von den in den Ammonolysereaktor R eingetragenen Polyamidmaterialien abhängig.
Wenn Nylon 6,6 in den Ammonolysereaktor R eingetragen wird, ist das aminfunktionelle Monomerprodukt im Ausgangsstrom Hexamethylendiamin ("HMD"), und das reaktive Monomerprodukt ist Adiponitril ("ADN"). Wenn Nylon 6 in den Reaktor R eingetragen wird, dann enthält der Ausgangsstrom ein zweites, anderes aminfunktionelles Monomerprodukt, 6-Aminocapronitril ("ACN") und ein zweites, anderes reaktives Monomerprodukt, Caprolactam ("CL"). Wenn ein Gemisch aus Nylon 6,6 und Nylon 6 in den Reaktor R eingetragen wird, dann enthält der Ausgangsstrom natürlich das von jedem Nylontyp erzeugte aminfunktionelle Monomerprodukt und reaktive Monomerprodukt.
Aminfunktionelle Monomerprodukte weisen einen vorgegebenen Dampfdruck auf, der im allgemeinen im Bereich von etwa zwanzig Millimeter Quecksilbersäule bei hundertzwanzig Grad Celsius (20 mm Hg bei 120°C) bis etwa achtzig Millimeter Quecksilbersäule bei der gleichen Temperatur (80 mm Hg bei 120°C) liegt. Der Dampfdruck von Hexamethylendiamin liegt in der Größenordnung von etwa achtzig Millimeter Quecksilbersäule bei hundertzwanzig Grad Celsius (80 mm Hg bei 120°C), während der Dampfdruck von 6-Aminocapronitril in der Größenordnung von etwa einundzwanzig Millimeter Quecksilbersäule bei der gleichen Temperatur (21 mm Hg bei 120°C) liegt.
Das bzw. die hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt(e), zu denen Polyamid-Zwischenprodukte, primäre Amide und Nylon-Dimere und -Oligomere gehören, weisen niedrigere Dampfdrücke als den Dampfdruck der aminfunktionellen Monomerprodukte auf, die im allgemeinen niedriger als zwei Millimeter Quecksilbersäule bei hundertzwanzig Grad Celsius (2 mm Hg bei 120°C) sind.
Allgemein ausgedrückt, liegen die Dampfdrücke reaktiver Monomerprodukte zwischen den Dampfdrücken der hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte und denen der aminfunktionellen Monomerprodukte. Das heißt, das bzw. die reaktive(n) Monomerprodukt(e) haben einen niedrigeren Dampfdruck als das bzw. die aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e) und einen höheren Dampfdruck als das bzw. die hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukt(e). Zum Beispiel liegt der Dampfdruck von Adiponitril in der Größenordnung von 2,4 Millimeter Quecksilbersäule bei hundertzwanzig Grad Celsius (2,4 mm Hg bei 120°C). Der Dampfdruck von Caprolactam liegt in der Größenordnung von sechs Millimeter Quecksilbersäule bei der gleichen Temperatur (6 mm Hg bei 120°C).
Diese verschiedenen Ausgangsprodukte des Ammonolysereaktors R müssen voneinander getrennt werden, damit sie in dem für ihre Wiederverwendung notwendigen Grade gereinigt werden können. Destillation ist eine herkömmliche Trennungsart für vermischte Materialien auf der Basis ihrer relativen Dampfdrücke. In 1 ist eine Destillationsanlage S dargestellt, die auf Lehren zur herkömmlichen Destillation nach dem Stand der Technik basiert, wie z.B. von Malone et al. in "Simple Analytical Criteria for the Sequencing of Distillation Columns" (Einfache analytische Kriterien für die Ablaufsteuerung von Destillationskolonnen), AIChE Journal, April 1985, 683, dargelegt.
Als allgemeine Regel besteht die für die Ablaufsteuerung von Destillationskolonnen befolgte grundlegende heuristische Methode darin, die leichtesten Komponenten zuerst zu entfernen. Die in 1 dargestellte Destillationsanlage S implementiert diese heuristische Methode. Die Anlage S ist ein System mit vier Durchläufen, das aus vier hintereinandergeschalteten Destillationskolonnen A bis D konfiguriert wird. Diese Destillationskolonnen A bis D trennen die Ammonolyseprodukte nacheinander entsprechend ihrem Dampfdruck.
Im Betrieb werden die vermischten Ammonolyseprodukte in der Ausgangsleitung L in die erste Kolonne A eingespeist, wo die niedrigsiedenden Verunreinigungen als Destillat entfernt werden. Der Nachlaufstrom aus der ersten Kolonne A wird in die zweite Kolonne B eingespeist, um, je nachdem, das (die) aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e), Hexamethylendiamin und/oder 6-Aminocapronitril als Destillat zu entfernen. Das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e), wie z.B. gegebenenfalls Caprolactam und/oder Adiponitril, werden aus der dritten bzw. vierten Kolonne C und D als Destillate entfernt. Die hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte ("HB") im Nachlaufstrom aus der vierten Kolonne D enthalten Amide, Dimere, Oligomere und Teere.
BEISPIEL 1: VERGLEICHSBEISPIEL
Die in Verbindung mit 1 dargestellten und beschriebenen quantitativen Ergebnisse des Betriebs einer Vier-Kolonnen-Destillationsanlage S werden hier als Vergleichsbeispiel dargelegt. Zu beachten ist, daß die in 1 dargestellten Destillationskolonnen A bis D als Einzelexperimente und nicht als kontinuierlicher Prozeß betrieben wurden.
Für alle vier Trennungen wurde die gleiche Kolonne verwendet. Die Kolonne hatte einen Durchmesser von zwei (2) Zoll und wurde mit einer Packung von fünf (5) Fuß und Metallvorsprüngen von 0,16 Zoll versehen. Die Einspeisestelle war bei den ersten beiden Kolonnen in einem Abstand von zwei (2) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne und bei den letzten beiden Kolonnen unmittelbar über dem Nachverdampfer angeordnet. Der Nachverdampfer war ein Kessel von zweiundzwanzig (22) Liter Inhalt, der durch einen elektrischen Heizmantel beheizt wurde.
Die Betriebsparameter für die Kolonne bei der Emulation des Betriebs jeder der Kolonnen A bis D gemäß 1 waren die folgenden:
Obwohl die Destillationskolonnen als Einzelexperimente und nicht als kontinuierlicher Prozeß betrieben wurden, läßt sich eine Gesamtrückgewinnung der gemäß 1 konfigurierten Destillationsanlage S berechnen, indem man die Rückgewinnungsbeträge in jedem Schritt für jedes einzelne Monomer multipliziert.
Die Rückgewinnung jedes Monomers wurde wie folgt berechnet:

Für ein Monomer im Destillat gilt:
Für ein Monomer im Nachlaufstrom gilt:
Der Verlust oder Gewinn jedes Monomers wurde wie folgt berechnet:

Die Gesamt-Rückgewinnung der vier Monomere, d. h. von Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril, Adiponitril und Caprolactam, betrug in diesem Beispiel siebenundsechzig Prozent (67%).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
TABELLE 1
Es besteht die Ansicht, daß die niedrigen Rückgewinnungsbeträge aus der Vier-Kolonnen-Destillationsanlage S nach dem Stand der Technik gemäß 1 auf die reaktive Natur der Ammonolyseprodukte zurückzuführen sind. Reaktionen zwischen dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) und den primären Amiden in den hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukten begrenzen die Rückgewinnungsraten für Hexamethylendiamin und 6-Aminocapronitril. Außerdem katalysiert die Aminfunktionalität in den hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukten den thermischen Abbau von Adiponitril, wodurch die Rückgewinnung dieses reaktiven Monomerprodukts begrenzt wird.
Angesichts des Vorstehenden wird ein effizienterer Trennungsprozeß für vorteilhaft gehalten, bei dem Reaktionen zwischen den verschiedenen Ammonolyseprodukten verringert werden, bei gleichzeitiger Steigerung der Rückgewinnung der erwünschten Monomerprodukte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines Ausgangsstoms eines Ammonolysereaktors in Fraktionen. Der Ausgangsstrom enthält die folgenden nutzbaren Reaktionsprodukte:

(I) ein oder mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte;
(II) ein oder mehrere hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukte;
(III) ein oder mehrere reaktive Monomerprodukte.

Der Ausgangsstrom kann außerdem enthalten:

(IV) ein oder mehrere niedrigsiedende flüchtige Produkte.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die langdauernde Gegenwart der hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte in der Destillationsanlage im Kontakt mit dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) oder mit den reaktiven Monomerprodukten die Rückgewinnungsraten dieser nutzbaren Monomerprodukte begrenzt.
Daher werden gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als erster Behandlung des Ausgangsstroms, die mindestens eines dieser nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen Reaktionsprodukten trennt, das (die) hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukte) sowohl von dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) als auch von dem (den) reaktiven Monomerprodukt(en) abgetrennt.
Gemäß einer ersten Implementierung der ersten Ausführungsform der Erfindung werden das (die) aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e) und das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) als Destillatstrom aus einer ersten Destillationskolonne entnommen. Das (die) hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukte) trennt (trennen) sich im Nachlauf von der ersten Destillationskolonne.
In einer alternativen Implementierung der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung werden als erste Behandlung des Ausgangsstroms des Ammonolysereaktors, die mindestens eines der nutzbaren Produkte von den anderen trennt, das (die) aminfunktionelle(n) Monomerprodukt(e) als Destillatstrom aus einer ersten Destillationskolonne abgetrennt, während das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) als Seitenproduktentnahme aus der Kolonne entnommen werden. Das (die) hochsiedende(n) Polyamid-Zwischenprodukt(e) trennt (trennen) sich wieder im Nachlauf von der Destillationskolonne.
In Abhängigkeit von dem in den Ammonolysereaktor eingetragenen Polyamidmaterial können das eine oder die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte Hexamethylendiamin und/oder 6-Aminocapronitril sein, während das eine oder die mehreren reaktiven Monomerprodukte Adiponitril und/oder Caprolactam sein können. In mehr spezifizierten Versionen der einen oder der anderen Implementierung der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung werden zusätzliche Destillationskolonnen vorgesehen, um die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte voneinander zu trennen und die mehreren reaktiven Monomerprodukte voneinander zu trennen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als erste Behandlung des Ausgangsstroms, die mindestens eines der nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen Reaktionsprodukten trennt, das (die) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte) zusammen mit dem (den) reaktiven Monomerprodukt(en) von dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) getrennt. Als unmittelbar anschließender zweiter Schritt werden das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) von dem (den) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukten) getrennt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, die Teil der vorliegenden Patentanmeldung sind. Dabei zeigen:
1 eine Schemaskizze einer Destillationsanlage gemäß den Lehren des Standes der Technik zur Trennung eines Ausgangsflüssigkeitsstroms aus einem Ammonolysereaktor in Fraktionen;
2 eine Schemaskizze einer Destillationsanlage zur praktischen Ausführung des Trennungsprozesses gemäß einer ersten Implementierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schemaskizze einer Destillationsanlage zur praktischen Ausführung des Trennungsprozesses gemäß einer alternativen Implementierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 eine Schemaskizze einer Destillationsanlage zur praktischen Ausführung des Trennungsprozesses gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der gesamten nachstehenden ausführlichen Beschreibung werden in allen Figuren der Zeichnungen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
2 zeigt eine Schemaskizze einer Destillationsanlage 10 zur praktischen Ausführung des Trennungsprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 2 implementierte Destillationsanlage 10 weist eine erste Destillationskolonne 12 auf, die an ihrem Eingangskanal 12I mit der Ausgangsleitung L vom Ammonolysereaktor R verbunden ist. Der durch die Leitung L transportierte Ausgangsstrom vom Ammonolysereaktor R enthält die folgenden nutzbaren Reaktionsprodukte:

(I) ein oder mehrere Monomerprodukte mit einem damit verbundenen ersten vorgegebenen Dampfdruck;
(II) ein oder mehrere hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukte mit einem niedrigeren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck; und
(III) ein oder mehrere reaktive Monomerprodukte mit einem Zwischendampfdruck zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem ersten Dampfdruck.

Der Ausgangsstrom in der Leitung L kann außerdem enthalten:

(IV) ein oder mehrere niedrigsiedende flüchtige Produkte.

Der Destillatausgangskanal 12D der Kolonne 12 ist über eine Leitung 14 mit dem Eingangskanal 18I einer zweiten Destillationskolonne 18 verbunden. Eine Leitung 20 ist mit dem Destillatausgangskanal 18D der Kolonne 18 verbunden, während der Nachlaufausgangskanal 18T der Kolonne 18 mit einer Leitung 24 verbunden ist.
Die Leitung 20 ist mit dem Eingangskanal 26I einer dritten Destillationskolonne 26 verbunden. Der Destillatausgangskanal 26D und der Nachlaufausgangskanal 26T der Destillationskolonne 26 sind mit Leitungen 30 bzw. 32 verbunden.
Die Leitung 24 ist mit dem Eingangskanal 36I einer vierten Destillationskolonne 36 verbunden. Der Destillatausgangskanal 36D und der Nachlaufausgangskanal 36T der Destillationskolonne 36 sind mit Leitungen 40 bzw. 42 verbunden.
Der Nachlaufausgangskanal 12T der Kolonne 12 ist mit einer Leitung 44 verbunden.
Vorzugsweise werden die Kolonnen 12, 18, 26 und 36 jeweils unter Anwendung der dem Fachmann bekannten Destillationskolonnentechnologie implementiert. Das Innere der Kolonnen können entweder Böden oder Packungen sein, die genügend Trennstufen aufweisen, um die erforderlichen Trennungen zu erreichen. Die Kolonnen müssen unter Vakuum betrieben werden, um die Temperatur der Ammonolyseprodukte zu minimieren. Jede der Kolonnen 12, 18, 26 und 36 enthält einen entsprechenden Nachverdampfer mit kurzer Verweildauer.
Nach Darstellung der Konfiguration der Destillationsanlage 10 kann nun ihre Arbeitsweise bei der praktischen Ausführung einer ersten Implementierung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens diskutiert werden.
Wie weiter oben bemerkt, ist die Identität des einen oder der mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte und des einen oder der mehreren reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck in der Leitung L von den entsprechenden Polyamidmaterialien abhängig, die in den Ammonolysereaktor R eingetragen werden. Wenn nur Nylon 6,6 in den Ammonolysereaktor R eingebracht wird, ist das aminfunktionelle Monomerprodukt in dem Strom in der Ausgangsleitung L Hexamethylendiamin, und das reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck ist Adiponitril. Wenn nur Nylon 6 in den Reaktor R eingebracht wird, dann ist das aminfunktionelle Monomerprodukt im Ausgangsstrom 6-Aminocapronitril, und das reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck ist Caprolactam. Wenn ein Gemisch von Nylon 6,6 und Nylon 6 in den Reaktor R eingebracht wird, dann enthält der Ausgangsstrom das von jedem Nylontyp erzeugte aminfunktionelle Monomerprodukt und reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck. Bei der Diskussion der Arbeitsweise beider Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß sowohl Nylon 6,6 als auch Nylon 6 in den Reaktor R eingebracht werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Voraussetzung besteht darin, das (die) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte) so früh wie möglich im Verlauf der Destillation in der Anlage 10 sowohl von dem (den) aminfunktionellen Monomerprodukt(en) als auch von den reaktiven Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck zu trennen.
Gemäß der Grundvoraussetzung der Anlage 10 trennt daher die Destillationskolonne 12 die aminfunktionellen Monomerprodukte zusammen mit den reaktiven Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck von dem (den) hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt(en). Diese Trennung ist die erste Behandlung des aus dem Reaktor R austretenden Ausgangsstroms, die zumindest eines der nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen trennt.
Das aminfunktionelle Monomerprodukt tritt zusammen mit den reaktiven Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck in dem durch die Leitung 14 transportierten Destillatstrom aus dem Kanal 12D der Kolonne 12 aus. Das eine bzw. die mehreren hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte werden als Nachlaufstrom aus dem Kanal 12T der Destillationskolonne 12 entnommen.
Der Destillatstrom in der von der ersten Destillationskolonne 12 ausgehenden Leitung 14 wird zur zweiten Destillationskolonne 18 gefördert. Die am Kanal 18D der Kolonne 18 ausströmende Destillatfraktion enthält das eine bzw. die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte. Die am Kanal 18T der Kolonne 18 ausströmende Nachlauffraktion enthält das (die) reaktive(n) Monomerprodukt(e) mit Zwischendampfdruck.
Da angenommen wird, daß sowohl Nylon 6,6 als auch Nylon 6 in den Reaktor R eingetragen werden, sind in dem durch die Leitung 20 transportierten Destillat zwei verschiedene aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden. Diese verschiedenen aminfunktionellen Monomerprodukte können voneinander getrennt werden. Die aminfunktionellen Monomerprodukte werden durch die Leitung 20 zur Destillationskolonne 26 gefördert. Die Kolonne 20 trennt eines der aminfunktionellen Monomerprodukte (z.B. das aminfunktionellen Monomerprodukt Hexamethylendiamin, das aus Nylon 6,6 erzeugt wird) als Destillatfraktion ab, das in der Leitung 30 transportiert wird. Das zweite aminfunktionelle Monomerprodukt (z.B. das aus Nylon 6 erzeugte aminfunktionelle Monomerprodukt 6-Aminocapronitril) wird als Nachlauffraktion in der Leitung 32 von der Kolonne 26 getrennt. Die Fraktionen in den Leitungen 30, 32 werden, wenn dies gewünscht wird, zur Weiterverarbeitung gefördert.
Da angenommen wird, daß sowohl Nylon 6,6 als auch Nylon 6 in dem Reaktor R vorhanden sind, sind wieder zwei verschiedene reaktive Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck in dem Nachlaufstrom enthalten, der durch die Leitung 24 aus der Kolonne 18 transportiert wird. Diese verschiedenen reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck können gleichfalls voneinander getrennt werden. Die reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck werden durch die Leitung 24 zur Destillationskolonne 36 gefördert. In der Kolonne 36 wird eines der reaktiven Monomerprodukte (z.B. das aus Nylon 6 erzeugte reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck Caprolactam) als Destillatfraktion abgetrennt, das in der Leitung 40 transportiert wird. Das andere reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck (z.B. das aus Nylon 6,6 erzeugte reaktive Monomerprodukt mit Zwischendampfdruck Adiponitril) trennt sich als Nachlauffraktion in der Leitung 42 von der Kolonne 36. Die Fraktionen in den Leitungen 40, 42 werden, wenn dies gewünscht wird, zur geeigneten Weiterverarbeitung gefördert.
Zu beachten ist, daß, wenn nur eine einzige Nylonform in den Reaktor R eingetragen wird, die durch die Kolonne 26 ausgeführte Trennung nicht notwendig ist und das aminfunktionelle Monomerprodukt in dem durch die Leitung 20 transportierten Destillat direkt zur Weiterverarbeitung transportiert wird. Entsprechend ist auch die durch die Kolonne 36 ausgeführte Trennung nicht notwendig, wenn nur eine einzige Nylonform in den Reaktor R eingetragen wird.
Wie weiter oben erwähnt, kann der Ausgangsstrom vom Reaktor R auch ein oder mehrere niedrigsiedende flüchtige Produkte enthalten, wie z.B. Ammoniak, Wasser und Kohlendioxid. Das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte weisen höhere Dampfdrücke auf als den ersten vorgegebenen Dampfdruck. Diese niedrigsiedenden flüchtigen Produkte können vorher durch eine Kolonne entfernt werden, die der Kolonne A im System S nach dem Stand der Technik (1) ähnlich ist, die in der Leitung L stromaufwärts von der Kolonne 12 angeordnet ist.
Wenn das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte nicht vorher entfernt werden, treten diese Produkte zusammen mit den nutzbaren Reaktionsprodukten in die Destillationsanlage 10 ein. Bei der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch die Destillationsanlage 10 verkörpert wird, trennen sich das eine bzw. die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte zusammen mit dem einen bzw. den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten in den Destillatfraktionen sowohl in der Leitung 14 von der ersten Destillationskolonne 12 als auch in der Leitung 20 von der zweiten Destillationskolonne 18. Zum Entfernen des einen oder der mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte wird eine zusätzliche Kolonne 48 zwischen den Destillatkanal 18D der Kolonne 18 und den Eingangskanal der Kolonne 26 geschaltet. In diesem Fall wird die Leitung 20 unterbrochen, und die Destillatfraktion vom Kanal 18D wird über eine Leitung 20A zum Eingangskanal 48I der Kolonne 48 transportiert. Das bzw. die niedrigsiedenden flüchtigen Produkte) trennen sich über eine Leitung 50 von dem Destillatkanal 48D der Kolonne 48, während die Nachlauffraktion am Kanal 48T (welche das bzw. die aminfunktionellen Monomerprodukt(e) enthält) entweder über die Leitung 20B zur Kolonne 26 (wenn mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden sind) oder direkt zur Weiterverarbeitung gefördert wird (wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden ist).
Wie bereits festgestellt, können die erste Destillationskolonne 12 und die Destillationskolonne 36 jeweils einen damit verbundenen Nachverdampfer aufweisen. Die Verweilzeit des Nachlaufs im Nachverdampfer der ersten Destillationskolonne 12 ist kürzer als eine Stunde. Die Verweilzeit des reaktiven Monomers Adiponitril im Nachverdampfer der Destillationskolonne 36 ist kürzer als zwei Stunden.
3 zeigt eine Schemaskizze einer alternativen Implementierung der Destillationsanlage, die durch das Bezugszeichen 10' bezeichnet wird, zur praktischen Ausführung des Trennungsprozesses gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der in 3 dargestellten Modifikation werden als erste Behandlung des Ausgangsstroms vom Reaktor R, die mindestens eines der nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen trennt, das eine oder die mehreren hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte wieder sowohl von dem einen oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten als auch von den reaktiven Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck getrennt.
Bei der Destillation in der Anlage 10' werden jedoch das eine oder die mehreren reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck als Seitenproduktentnahmestrom aus einem Kanal 12S in der ersten Destillationskolonne 12 entnommen. Das eine oder die mehreren reaktiven Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck werden über eine Leitung 56 transportiert. Die Leitung 56 kann mit dem Eingangskanal 36I der Destillationskolonne 36 verbunden werden, wenn mehrere reaktive Monomerprodukte mit Zwischendampfdruck vorhanden sind. Andernfalls kann das Produkt über die Leitung 56 direkt zur Weiterverarbeitung entnommen werden.
Das eine oder die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte werden über die an den Destillatkanal 12D der Kolonne 12 angeschlossene Leitung 20 transportiert. Wenn mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden sind, wird die Leitung 20 an den Eingangskanal 26I der Kolonne 26 angeschlossen. In der Kolonne 26 werden die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte voneinander getrennt. Wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden ist, kann die Leitung 20 direkt an eine geeignete Stelle zur entsprechenden Weiterverarbeitung angeschlossen werden.
Niedrigsiedende flüchtige Produkte werden analog zu der in Verbindung mit dem System 10 von 2 beschriebenen Behandlung behandelt. Wenn sie nicht vorher entfernt werden, treten diese Produkte in die Destillationsanlage 10' ein und trennen sich zusammen mit dem einen oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten in der Destillatfraktion von der ersten Destillationskolonne 12. Um das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte zu entfernen, wird zwischen den Destillatkanal 12D der Kolonne 12 und den Eingangskanal 26I der Kolonne 26 die zusätzliche Kolonne 48 eingeschaltet. Die aus dem Kanal 12D austretende Destillatfraktion wird über die Leitung 20A zum Eingangskanal 48I der Kolonne 48 transportiert. Das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte trennen sich über eine Leitung 50 vom Destillatkanal 48D der Kolonne 48, während die Nachlauffraktion am Kanal 48T (die den einen oder die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte enthält) entweder über die Leitung 20B zur Kolonne 26 (wenn mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden sind) oder direkt zur Weiterverarbeitung gefördert wird (wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden ist).
Jede der in 3 dargestellten Kolonnen enthält einen Nachverdampfer mit kurzer Verweilzeit.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
4 zeigt eine Schemaskizze einer Destillationsanlage 10" zur praktischen Ausführung des Trennungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der in 4 dargestellten Modifikation wird als erste Behandlung des Ausgangsstroms, die zumindest eines der nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen trennt, eine erste Destillationskolonne 12 verwendet, um das Monomer mit der Aminfunktionalität von dem reaktiven Monomer mit Zwischendampfdruck und dem hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt abzutrennen. Das Monomer mit der Aminfunktionalität wird als Destillatfraktion über die Leitung 20 aus der Kolonne 12 entnommen. Das eine oder die mehreren reaktiven Monomere mit Zwischendampfdruck und das hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukt werden als Nachlauffraktion über die Leitung 44 aus der Kolonne 12 entnommen.
Die Leitung 44 von der Kolonne 12 ist mit einer zweiten Destillationskolonne 15 verbunden, die unmittelbar stromabwärts von der ersten Kolonne 12 angeordnet ist. In der zweiten Destillationskolonne 15 werden das eine oder die mehreren reaktiven Monomere mit Zwischendampfdruck sofort von dem hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt abgetrennt. Das eine oder die mehreren reaktiven Monomere mit Zwischendampfdruck werden als Destillatfraktion aus dem Destillatauslaßkanal 15D der Kolonne 15 entnommen, während das hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukt als Nachlauffraktion aus dem Nachlaufauslaßkanal 15T entnommen wird. Der Nachlaufauslaßkanal 15T ist mit einer Leitung 45 verbunden. Wenn mehrere reaktive Monomere mit Zwischendampfdruck vorhanden sind, werden sie zur Trennung über die Leitung 16 zur Destillationskolonne 36 gefördert.
Das System 10" gemäß der zweiten Ausführungsform implementiert insofern nach wie vor die Grundvoraussetzung der vorliegenden Erfindung, als das eine oder die mehreren hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukte so früh wie möglich im Verlauf der Destillation im System 10 von dem einen oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten und von den reaktiven Monomerprodukten mit Zwischendampfdruck abgetrennt werden.
Wenn in der Destillationsfraktion der Kolonne 12 mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden sind, dann wird die Leitung 20 mit der Kolonne 26 verbunden. In der Kolonne 26 wird das erste aminfunktionelle Monomer, z.B. Hexamethylendiamin, als Destillatfraktion in der Leitung 30 von dem zweiten aminfunktionellen Monomer, z.B. 6-Aminocapronitril in der Leitung 32, abgetrennt.
Ein oder mehrere niedrigsiedende flüchtige Produkte werden auf analoge Weise behandelt wie in der in Verbindung mit dem System 10 von 2 beschriebenen Behandlung. Wenn derartige Produkte nicht vorher entfernt werden, treten sie in die Destillationsanlage 10" ein und trennen sich zusammen mit dem einen oder den mehreren aminfunktionellen Monomerprodukten in der Destillatfraktion von der ersten Destillationskolonne 12. Die aus dem Kanal 12D austretende Destillatfraktion wird über die Leitung 20A zum Eingangskanal 48I der Kolonne 48 transportiert. Das eine oder die mehreren niedrigsiedenden flüchtigen Produkte trennen sich von dem Destillatkanal 48D der Kolonne 48 über die Leitung 50, während die Nachlauffraktion (die das eine oder die mehreren aminfunktionellen Monomerprodukte enthält) entweder über die Leitung 20B zur Kolonne 26 (wenn mehrere aminfunktionelle Monomerprodukte vorhanden sind) oder direkt zur Weiterverarbeitung gefördert wird (wenn nur ein einziges aminfunktionelles Monomerprodukt vorhanden ist).
Jede der in 4 dargestellten Kolonnen enthält einen Nachverdampfer mit kurzer Verweildauer. Die Verweildauer des Nachlaufs aus der ersten Destillationskolonne 12 ist kürzer als eine Stunde. Die Verweildauer des reaktiven Monomers Adiponitril im Nachverdampfer 36R der Destillationskolonne 36 ist kürzer als zwei Stunden.
BEISPIELE
Die quantitativen Betriebsergebnisse der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in Verbindung mit den 2 bis 4 dargestellt und beschrieben, werden in den nachstehenden Beispielen dargelegt. Ähnlich der Situation in Verbindung mit Vergleichsbeispiel 1 wurden die in den 2 bis 4 dargestellten Destillationskolonnen jeweils als Einzelexperiment und nicht als kontinuierlicher Prozeß implementiert.
Eine Zusammenfassung der entscheidenden Prozeßvariablen für die Beispiele 2 bis 4 wird in der folgenden Tabelle dargestellt.
Die Rückgewinnung jedes einzelnen nutzbaren Reaktionsprodukts und die Gesamtrückgewinnung der Destillationsanlage wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 berechnet.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Arbeitsweise einer Destillationskolonne, wenn diese für den Betrieb als die in 2 dargestellten Kolonnen 12, 48 und 36 konfiguriert ist. Bei einer Konfiguration für den Betrieb als erste Kolonne 12 wurden Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril, Adiponitril und Caprolactam und die niedrigsiedenden Substanzen als Kopfprodukt entnommen, und die hochsiedenden Substanzen wuden als Nachlaufstrom entnommen. Bei der Konfiguration für den Betrieb als Destillationskolonne 48 wurden die niedrigsiedenden Substanzen als Kopfprodukt entnommen, während Hexamethylendiamin und 6-Aminocapronitril als Nachlauf entnommen wuden. Bei der Konfiguration für den Betrieb als dritte Destillationskolonne 36 in diesem Beispiel wurde Caprolactam als Kopfprodukt abgetrennt, und Adiponitril wurde als Nachlauf entnommen. Die dargelegten Schritte führen zu hohen Rückgewinnungsbeträgen dieser vier Ammonolysereaktionsprodukte.
KOLONNE 2.1
Eine Destillationskolonne mit einem Durchmesser von 2 Zoll wurde mit vier (4) Fuß Packungsmaterial mit Metallvorsprüngen von 0,24 Zoll Querschnitt gepackt. Die Einspeisestelle war in einem Abstand von einem (1) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne angeordnet. Am oberen Ende der Kolonne war ein Kondensator angebracht, der Kühlwasser von sieben Grad Celsius (7°C) verwendete. Durch eine Vakuumpumpe wurde ein Kopfvakuum von zwanzig (20) Torr erzeugt, und die resultierende Kopftemperatur betrug hundertzweiunddreißig Grad Celsius (132°C). Zwei Kühlfallen, eine mit Eis und die andere mit Trockeneis gefüllt, wurden unmittelbar vor der Vakuumpumpe angebracht, um etwaigen Restdampf zu kondensieren. Das Rücklaufverhältnis betrug 0,25.
Ein elektrisch beheizter Nachverdampfer mit einem Kolben und einem Heizmantel war am Boden der Kolonne angebracht. Die Temperatur der Flüssigkeit im Nachverdampfer wurde von zweihundertsechzig Grad Celsius (260°C) bis zweihundertneunzig Grad Celsius (290°C) variiert. Der Flüssigkeitsstand im Nachverdampfer wurde durch Messen der Druckdifferenz zwischen dem Kopf und dem Boden der Flüssigkeit überwacht. Wenn eine Abweichung des Flüssigkeitsstandes vom Sollwert erfaßt wurde, veranlaßte ein Regler das Öffnen oder Schließen eines Ventils unterhalb des Nachverdampfers, um einen konstanten Flüssigkeitsstand zu halten. Eine Zahnradpumpe wurde benutzt, um den Nachlaufstrom aus dem Nachverdampfer in einen Auffangbehälter abzusaugen.
Diese Kolonne wurde als Kolonne 12 von 2 betrieben. Ammonolyseprodukte, die siebzehn Prozent (17%) Hexamethylendiamin ("HMD"), einundzwanzig Prozent (21%) 6-Aminocapronitril ("ACN"), einundzwanzig Prozent (21%) Caprolactam ("CL") und neun Prozent (9%) Adiponitril ("ADN") und außerdem hoch- und niedrigsiedende Verunreinigungen (hoch- und niedrigsiedende Substanzen) enthielten, wurden ständig gerührt und unter einer Stickstoff Schutzatmosphäre in einem Zulaufbehälter unter einem Druck von sieben bis acht (7 bis 8) psig gehalten. Vor dem Absaugen in die Destillationskolonne durch eine Druckdifferenz passierte der Zulaufstrom ein Filter von neunzig Mikrometer (90 μm) und dann einen elektrischen Vorwärmer, in dem er auf achtzig Grad Celsius (80°C) erhitzt wurde. Die Zuflußgeschwindigkeit wurde automatisch durch ein Durchflußregelventil mit Signal von einem Massendurchflußmesser auf ein Kilogramm pro Stunde (1,0 kg/h) geregelt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2-1 zusammengefaßt. TABELLE 2-1
KOLONNE 2.2
Eine ähnliche Destillationskolonne wie die für Kolonne 2.1 beschriebene, mit der Ausnahme, daß sie eine Packung mit einer Höhe von drei (3) Fuß enthielt, wurde als Kolonne 48 in 2 betrieben. Ein Destillatstrom, der sechsunddreißig Prozent (36%) Hexamethylendiamin, dreiundvierzig Prozent (43%) 6-Aminocapronitril und Verunreinigungen (hauptsächlich Wasser) mit sechzig Grad Celsius (60°C) enthielt, wurde in diese Kolonne eingespeist. Die Einspeisestelle befand sich wieder in einem Abstand von einem (1) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne.
Der Nachverdampfer war ein Kessel von drei (3) Liter (entlüftet zur Atmosphäre), der innerhalb eines Kessels von fünf (5) Liter angeordnet war. Die Prozeßflüssigkeit floß in den Zwischenraum zwischen den beiden Kesseln, wo sie durch einen elektrischen Heizmantel erhitzt wurde, der an der Außenfläche des Fünf-Liter-Kessels angebracht war. Die Nachverdampferkonstruktion verringerte das Totvolumen, ohne die Heizoberfläche zu verringern.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2-2 zusammengefaßt.
TABELLE 2-2
KOLONNE 2.3
Eine ähnliche Destillationskolonne wie die für Kolonne 2.1 beschriebene, deren Packungshöhe aber drei (3) Fuß betrug, wurde als Kolonne 36 in 2 betrieben. Ein Strom, der einundsechzig Prozent (61%) Caprolactam und achtzehn Prozent (18%) Adiponitril enthielt, wurde in eine Einspeisestelle in einem Abstand von zwei (2) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne eingetragen. Der oben bei Kolonne 2.2 beschriebene Nachverdampfer wurde verwendet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2-3 zusammengefaßt.
TABELLE 2-3
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel veranschaulicht den Betrieb einer Destillationskontrolle bei einer Konfiguration für den Betrieb als Kolonnen 12, 48 und 36, die in 3 dargestellt sind. In der ersten Kolonne 12 wurden Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril und die niedrigsiedenden Substanzen als Kopfprodukt entnommen. Adiponitril und Caprolactam wurden als Seitenentnahmeprodukte entnommen, wobei die hochsiedenden Substanzen als Nachlaufstrom zurückblieben. Das Destillat aus der ersten Kolonne wurde der zweiten Kolonne (48) zugeführt, wo Wasser und weitere niedrigsiedende Substanzen dem Hexamethylendiamin und 6-Aminocapronitril entzogen wurden. Hexamethylendiamin wurde in diesem Beispiel nicht von 6-Aminocapronitril abgetrennt. Die Seitenentnahme aus der ersten Kolonne (12) wurde einer dritten Kolonne (36) zugeführt, wo Adiponitril (Nachlaufstrom) von Caprolactam abgetrennt wurde.
KOLONNE 3.1
Eine Kolonne von zwei (2) Zoll Durchmesser wurde mit zwei (2) Fuß Packungsmaterial mit Metallvorsprüngen von 0,24 Zoll Querschnitt gepackt. Diese Kolonne wurde als Kolonne 12 in 3 betrieben.
Ammonolyseprodukte, die sechzehn Prozent (16%) Hexamethylendiamin ("HMD"), dreiundzwanzig Prozent (23%) 6-Aminocapronitril ("ACN"), achtzehn Prozent (18%) Caprolactam ("CL") und elf Prozent (11%) Adiponitril ("ADN") und außerdem hoch- und niedrigsiedende Materialien (hoch- und niedrigsiedende Substanzen) enthielten, wurden nach Durchgang durch ein Filter von neunzig Mikrometer (90μm) in die Destillationskolonne 12 eingespeist.
Die Dampfseitenstromentnahmestelle befand sich in einem Abstand von einem (1) Fuß vom Boden der gepackten Säule. Der Dampfseitenstrom passierte einen Kondensator, in dem Wasser von fünfundsiebzig Grad Celsius (75°C) verwendet wurde. Das gesamte Destillat aus diesem Seitenentnahmekondensator wurde in einem Auffangbehälter mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,4 kg/h aufgefangen. Um das Caprolactam in flüssiger Form zu halten, wurde die Seitenentnahmeproduktleitung erhitzt.
Am Boden der Kolonne lieferte eine elektrisch beheizte Thermosiphonheizung mit einem niedrigen Totvolumen von etwa vierhundert (400) ml die notwendige Wärme für den Prozeß. Das niedrige Nachverdampfervolumen und die relativ hohe Zuflußgeschwindigkeit trugen zu einer kurzen Verweilzeit von 0,4 h für den Nachverdampferinhalt bei und minimierten dadurch Reaktionsverluste der Monomere. Die Flüssigkeit im Nachverdampfer wurde auf zweihundertfünfundachtzig Grad Celsius (285°C) gehalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3-1 zusammengefaßt.
TABELLE 3-1
KOLONNE 3.2
Diese Kolonne war die gleiche wie Kolonne 2.2 in Beispiel 2.
KOLONNE 3.3
Diese Kolonne war die gleiche wie Kolonne 2.3 in Beispiel 2.
BEISPIEL 4
Dieses Beispiel veranschaulicht den Betrieb einer Destillationskolonne mit Konfiguration für den Betrieb als die in 4 dargestellten Kolonnen 12, 15 bzw. 36. In der ersten Kolonne 12 wurden Hexamethylendiamin, 6-Aminocapronitril und die niedrigsiedenden Substanzen als Kopfprodukt entnommen. Adiponitril und Caprolactam und die hochsiedenden Substanzen wurden als Nachlaufstrom entnommen. In der zweiten Kolonne 15 wurden Adiponitril ("ADN") und Caprolactam ("CL") als Kopfprodukt entnommen, und die hochsiedenden Substanzen blieben im Nachlaufstrom zurück. Das Destillat aus der ersten Kolonne (15) wurde einer dritten Kolonne (36) zugeführt, wo Caprolactam als Kopfprodukt und Adiponitril im Nachlaufstrom entnommen wurden.
KOLONNE 4.1
Eine Destillationskolonne mit einem Durchmesser von zwei Zoll wurde mit vier (4) Fuß Packungsmaterial mit Metallvorsprüngen von 0,24 Zoll Querschnitt gepackt. Die Einspeisestelle befand sich in einem Abstand von einem (1) Fuß vom Boden der gepackten Kolonne. Am oberen Ende der Kolonne war ein Kondensator angebracht, in dem Kühlwasser mit sieben Grad Celsius (7°C) verwendet wurde. Ein Kopfvakuum von zwanzig (20) Ton wurde durch eine Vakuumpumpe erzeugt, und die resultierende Kopftemperatur betrug hundertfünf Grad Celsius (105°C). Zwei Kühlfallen, eine mit Eis und die andere mit Trockeneis gefüllt, wurden unmittelbar vor der Vakuumpumpe angeordnet, um etwaigen Restdampf zu kondensieren. Das Rücklaufverhältnis war gleich eins (1).
Am Boden der Kolonne lieferte eine elektrisch beheizte Thermosiphonheizung mit kleinem Totvolumen von etwa vierhundert Milliliter (400 ml) die notwendige Wärme für den Prozeß. Das kleine Nachverdampfervolumen und die relativ hohe Zuflußgeschwindigkeit trugen zu einer kurzen Verweildauer von 0,6 h für den Nachverdampferinhalt bei und minimierten dadurch Reaktionsverluste der Monomere. Der Nachverdampfer wurde mit dem Nachlauf beschickt, der aus einem ähnlichen Experiment gewonnen wurde, bevor Einsatzgut in die Kolonne eingetragen wurde. Die Flüssigkeit im Nachverdampfer wurde auf hundertdreiundachtzig Grad Celsius (183°C) gehalten.
Diese Kolonne wurde als Kolonne 12 von 4 betrieben. Das Ammonolyseprodukt mit siebzehn Prozent (17%) Hexamethylendiamin ("HMD"), neunzehn Prozent (19%) 6-Aminocapronitril ("ACN"), vierundzwanzig Prozent (24%) Caprolactam ("CL") und sieben Prozent (7%) Adiponitril ("ADN") und außerdem mit hoch- und niedrigsiedenden Materialien (hoch- und niedrigsiedenden Substanzen) wurde ständig gerührt und unter einer Stickstoff-Atmosphäre in einem Zulaufbehälter unter einem Druck von sieben bis acht (7 bis 8) psig gehalten. Vor dem Absaugen in die Destillationskolonne durch Druckdifferenz passierte der Zulaufstrom ein Filter von neunzig Mikrometer (90 μm) und dann einen elektrischen Vorwärmer, in dem er auf sechzig Grad Celsius (60°C) erhitzt wurde. Die Zuflußgeschwindigkeit wurde automatisch mit einem Durchflußregelventil mit dem Signal von einem Massendurchflußmesser auf 1,2 kg/h geregelt, um einen Kolonnendruckabfall von fünfzehn (15) Ton aufrechtzuerhalten.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4-1 zusammengefaßt.
TABELLE 4-1
KOLONNE 4.2
Die in dem oben beschriebenen Beispiel 2 als Kolonne 2.2 benutzte Destillationskolonne wurde in 4 als Kolonne 15 betrieben. Ein Nachlaufstrom aus der ersten Kolonne, der einundvierzig Prozent (41%) Caprolactam ("CL") und siebzehn Prozent (17%) Adiponitril ("ADN") und hochsiedende Substanzen enthielt, wurde nach Durchgang durch ein Filter von neunzig Mikrometer (90 μm) in die Kolonne eingespeist. Der in Beispiel 2, Kolonne 2.2, beschriebene Nachverdampfer wurde gleichfalls verwendet.
Um ein Einfrieren der verschiedenen Ströme zu verhindern, wurden die zum Destillatauffangbehälter und zu den Kühlfallen führenden Leitungen durch elektrische Heizbänder auf achtzig Grad Celsius (80°C) gehalten, und die Nachlaufleitung wurde mit Hochdruckdampf auf etwa hundertdreißig Grad Celsius (130°C) erhitzt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4-2 dargestellt.
TABELLE 4-2
KOLONNE 4.3
Kolonne 36 in 4 war die gleiche wie Kolonne 2.3 in Beispiel 2.
DISKUSSION
Die Vorteile der in den 2, 3 und 4 dargestellten Trennungen gegenüber dem in 1 dargestellten Stand der Technik sind in den niedrigeren Reaktions- und physikalischen Verlusten und höheren Rückgewinnungsbeträgen der einzelnen Destillationsschritte zu erkennen. Die Tabellen im Vergleichsbeispiel 1 und in den Beispielen 2, 3 und 4 zeigen die Ergebnisse für die einzelnen Destillationsschritte.
Durch mathematische Kombination der experimentellen Ergebnisse der Einzelschritte kann man auch die Gesamtrückgewinnung von nutzbaren Monomeren berechnen. Die berechnete Gesamtrückgewinnung der Monomere im Vergleichsbeispiel 1 beträgt siebenundsechzig Prozent (67%). Dagegen beträgt die berechnete Gesamtrückgewinnung für die in 3 dargestellte Trennung fünfundneunzig Prozent (95%), und die berechnete Gesamtrückgewinnung für die in 4 dargestellte Trennung beträgt sechsundneunzig Prozent (96%).
Ein Experiment zur Veranschaulichung von Kolonne 18 in 2 wurde nicht ausgeführt. Wenn jedoch die Monomer-Rückgewinnungsbeträge für diese Kolonne mit fünfundneunzig Prozent (95%) angenommen werden, dann läßt sich die Gesamtrückgewinnung für die in 2 dargestellte Trennung zu einundneunzig Prozent (91%) berechnen.

Claims

Verfahren zur Fraktionierung eines Ausgangsstroms eines Ammonolysereaktors, wobei der Ausgangsstrom mindestens drei nutzbare Reaktionsprodukte enthält, wobei mindestens ein nutzbares Reaktionsprodukt ein Monomer mit einer Aminfunktionalität ist, das einen damit verbundenen vorgegebenen Dampfdruck aufweist, wobei mindestens ein weiteres nutzbares Reaktionsprodukt ein hochsiedendes Polyamid-Zwischenprodukt mit einem niedrigeren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck ist, und wobei mindestens ein weiteres nutzbares Reaktionsprodukt ein reaktives Monomer mit einem Dampfdruck zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem ersten vorgegebenen Dampfdruck ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: (a) als erste Behandlung des Ausgangsstroms, die mindestens eines der nutzbaren Reaktionsprodukte von den anderen trennt, Verwendung einer Destillationskolonne (12) zur Trennung des Monomers mit der Aminfunktionalität und des reaktiven Monomers mit dem Zwischendampfdruck von dem hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Monomer mit der Aminfunktionalität und das reaktive Monomer mit dem Zwischendampfdruck beide als Destillatfraktion (12D, 14) aus der ersten Destillationskolonne entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Trennen der Destillatfraktion (12D, 14) aus der ersten Destillationskolonne (12) unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (18) in eine Destillatfraktion (18D, 20), die das Monomer mit der Aminfunktionalität enthält, und eine Nachlauffraktion (18T, 24), die das reaktive Monomer enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Monomer mit der Aminfunktionalität als Destillatfraktion (12T) aus der ersten Destillationskolonne (12) und das reaktive Monomer mit dem Zwischendampfdruck aus einer Seitenproduktentnahme (12S) aus der ersten Destillationskolonne (12) entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hochsiedende Polyamid-Zwischenprodukt als Nachlauffraktion (12T, 44) aus der ersten Destillationskolonne (12) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein flüchtiges Material mit einem höheren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck enthält, wobei zumindest das Monomer mit der Aminfunktionalität als Destillatfraktion aus der ersten Destillationskolonne entnommen wird, und wobei sich das flüchtige Material aus der ersten Destillationskolonne im Destillatstrom zusammen mit dem Monomer mit der Aminfunktionalität abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Trennen des Destillatstroms (12D, 18D) aus der ersten Destillationskolonne (12) unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (48) in eine Destillatfraktion (48D), die das flüchtige Material mit einem höheren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck enthält, und eine Nachlauffraktion (48T), die das Monomer mit der Aminfunktionalität enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbares Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites reaktives Monomer mit einem Dampfdruck zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem ersten vorgegebenen Dampfdruck ist, wobei sich das zweite reaktive Monomer sowohl aus der ersten als auch aus der zweiten Destillationskolonne (12, 18) zusammen mit dem reaktiven Monomer (14, 24) abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (c) Abtrennen des zweiten reaktiven Monomers (36D, 40) als Destillatfraktion von dem ersten reaktiven Monomer (36T, 42) unter Verwendung einer dritten Destillationskolonne (36).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbares Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites reaktives Monomer mit einem Dampfdruck zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem ersten vorgegebenen Dampfdruck ist, wobei sich das zweite nutzbare Reaktionsprodukt aus den ersten und zweiten Destillationskolonnen (12, 18) zusammen mit dem ersten reaktiven Monomer abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (c) Abtrennen des zweiten reaktiven Monomers (36D, 40) als Destillatfraktion von dem ersten reaktiven Monomer (36T, 42) unter Verwendung einer dritten Destillationskolonne (36).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbares Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites reaktives Monomer mit einem Dampfdruck zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem ersten vorgegebenen Dampfdruck ist, wobei das sich zweite reaktive Monomer zusammen mit dem ersten reaktiven Monomer aus der Seitenproduktentnahme der ersten Destillationskolonne (12) abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (c) Abtrennen des zweiten reaktiven Monomers (36D, 40) als Destillatfraktion von dem ersten reaktiven Monomer (36T, 42) unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (36).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbares Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites Monomer mit einer Aminfunktionalität ist, wobei sich das zweite Aminmonomer zusammen mit dem ersten Aminmonomer aus den ersten und zweiten Destillationskolonnen (12, 18) abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Abtrennen des ersten Aminmonomers als Destillatfraktion (26D, 30) vom zweiten Aminmonomer (26T, 32) unter Verwendung einer dritten Destillationskolonne (26).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbare Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites Monomer mit einer Aminfunktionalität ist, wobei sich das zweite Aminmonomer zusammen mit dem ersten Aminmonomer aus der ersten Destillationskolonne (12) abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Abtrennen des ersten Aminmonomers als Destillatfraktion (48D) vom zweiten Aminmonomer (48T) unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (48).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Destillationskolonne einen damit verbundenen Rückverdampfer aufweist, und wobei die Verweildauer der Nachlauffraktion aus der ersten Destillationskolonne weniger als eine Stunde beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die dritte Destillationskolonne einen damit verbundenen Rückverdampfer aufweist, wobei das erste reaktive Monomer als Nachlauffraktion aus der dritten Destillationskolonne entnommen wird, und wobei die Verweildauer des ersten reaktiven Monomers im Rückverdampfer der dritten Destillationskolonne weniger als zwei Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die dritte Destillationskolonne einen damit verbundenen Rückverdampfer aufweist, wobei das erste reaktive Monomer als Nachlauffraktion aus der dritten Destillationskolonne entnommen wird, und wobei die Verweildauer des ersten reaktiven Monomers im Rückverdampfer der dritten Destillationskolonne weniger als zwei Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Destillationskolonne einen damit verbundenen Rückverdampfer aufweist, wobei das erste reaktive Monomer als Nachlauffraktion aus der zweiten Destillationskolonne entnommen wird, und wobei die Verweildauer des ersten reaktiven Monomers im Rückverdampfer der zweiten Destillationskolonne weniger als zwei Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist: (b) einen unmittelbar anschließenden Schritt (a) zum Abtrennen des reaktiven Monomers mit dem Zwischendampfdruck von dem hochsiedenden Polyamid-Zwischenprodukt unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (15).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbares Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites Monomer mit einer Aminfunktionalität ist, wobei sich das zweite Aminmonomer zusammen mit dem ersten Aminmonomer aus der ersten Destillationskolonne (12) abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Abtrennen des ersten Aminmonomers als Destillatfraktion (26D, 30) vom zweiten Aminmonomer (26T, 32) unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (26).
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem ein viertes nutzbares Reaktionsprodukt enthält, wobei das vierte nutzbare Reaktionsprodukt ein zweites reaktives Monomer (CL) mit einem Dampfdruck zwischen dem niedrigeren Dampfdruck und dem vorgegebenen Dampfdruck ist, wobei sich das zweite reaktive Monomer zusammen mit dem ersten reaktiven Monomer aus der zweiten Destillationskolonne (15) abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (c) Abtrennen des zweiten reaktiven Monomers (36D; 40) als Destillatfraktion vom ersten reaktiven Monomer (36T ,42) unter Verwendung einer dritten Destillationskolonne (36).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsstrom aus dem Reaktor außerdem eine flüchtige Substanz mit einem höheren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck enthält, wobei zumindest das Monomer mit der Aminfunktionalität als Destillatfraktion aus der ersten Destillationskolonne entnommen wird, und wobei sich die flüchtige Substanz zusammen mit dem Monomer mit der Aminfunktionalität in dem Destillatstrom von der ersten Destillationskolonne abtrennt, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: (b) Trennen des Destillatstroms (12D) aus der ersten Destillationskolonne (12) unter Verwendung einer zweiten Destillationskolonne (48) in eine Destillatfraktion (48D, 50), welche die flüchtige Substanz mit einem höheren Dampfdruck als dem ersten vorgegebenen Dampfdruck enthält, und eine Nachlauffraktion (48T, 20B), die das Monomer mit der Aminfunktionalität enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Destillationskolonne einen damit verbundenen Rückverdampfer aufweist, und wobei die Verweildauer des Nachlaufs aus der ersten Destillationskolonne weniger als eine Stunde beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Monomer mit einer Aminfunktionalität, das einen damit verbundenen ersten vorgegebenen Dampfdruck aufweist, entweder Hexamethylendiamin oder 6-Aminocapronitril aufweist.