DE60214195T2

DE60214195T2 - Verfahren zur Reinigung von Diisocyanatotoluol unter Verwendung einer Destillationskolonne mit Trennwand in der Endreinigung

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Publication number: DE60214195T2
Application number: DE60214195T
Authority: DE
Inventors: Dr. Dipl.-Ing. Marcus Paul Grün; Jr. Bill Brady; Dr. Dipl.-Chem. Berthold Keggenhoff; Dr. Dipl.-Chem. Kai Verkerk; Dr. Dipl.-Chem. Hans-Peter Schal
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: DE60214195D1; EP1413571A1; ATE337297T1; JP2004143173A; CN1290824C; EP1413571B1; US7108770B2; KR101020373B1; TWI280956B; US20040118672A1; MXPA03009607A; TW200418767A; ES2271171T3; KR20040035567A; BR0304624A; JP4360878B2; CN1496978A; CA2445209A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung von Toluoldiisocyanat-(TDI-) Gewinnungs- und -Reinigungsverfahren, bei denen eine Trennwandkolonne zur Endreinigung des TDI-Produkts zur Anwendung kommt. Dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kommt das Vermögen, höhere TDI-Reinheit zu erlangen, zugute.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem Toluoldiamin mit Phosgen in Gegenwart einer Lösungsmittellösung in flüssiger Phase umgesetzt wird oder bei dem Toluoldiamin mit Phosgen direkt in der Gasphase mit einem beim Abschreckkühlen der Reaktion verwendeten Lösungsmittel direkt umgesetzt wird; überschüssiges Phosgen wird anschließend teilweise oder vollständig aus dem resultierenden Reaktionsgemisch entfernt und der dephosgenierte rohe Destillationsfeed einem Fraktionierungsverfahren zugeführt, bei dem das Lösungsmittel und gegebenenfalls der Rückstand entfernt werden. Der sich daraus ergebende rohe TDI-Feed wird einer Trennwanddestillationskolonne zugeführt, worin vier Fraktionen gewonnen werden:

1) eine mit Niedrigsiedern und Lösungsmitteln angereicherte Dampfphase, aus der kondensierbare Spezies vorzugsweise gewonnen und dem Dephosgenierungs-, Rückstandsentfernungs- oder Lösungsmittelentfernungsverfahren zurückgeführt werden.
2) ein mit Niedrigsiedern angereichertes Produkt, das anschließend vorzugsweise dem Dephosgenierungs-, Rückstandsentfernungs- oder Lösungsmittelentfernungsverfahren zurückgeführt oder als getrennter Produktstrom gewonnen wird.
3) ein mit Hochsiedern angereichertes Sumpfprodukt, das vorzugsweise einem Rückstandsentfernungssystem für die weitere Gewinnung von flüchtigen Bestandteilen zugeführt wird.
4) ein Isocyanatproduktstrom.

Das Gebiet der Erfindung, auf das sich vorliegende Erfindung bezieht, ist ein Verfahren zur Reinigung von Toluoldiisocyanat-(TDI-)Gemischen. TDI-Gemische werden im Allgemeinen hergestellt, indem Toluol mit Salpetersäure umgesetzt wird, um Dinitrotoluol (DNT) zu ergeben, das resultierende Dinitrotoluol (DNT) hydriert wird, um Toluoldiamin (TDA) zu ergeben, und das Toluoldiamin (TDA) mit Phosgen umgesetzt wird, um Toluoldiisocyanat (TDI) zu ergeben. Toluoldiisocyanat (TDI) ist ein im Handel erhältliches Material, das sich insbesondere zur Herstellung von Polyurethanen, Polyharnstoffen und Polyisocyanuratpolymeren, insbesondere geschäumten Polymeren, eignet.
In der DE-A1-3736988 wird gelehrt, dass organische Mono- oder Polyisocyanate durch Umsetzen des entsprechenden Mono- oder Polyamins, das in einem inerten organischen Lösungsmittel gelöst ist, mit Phosgen, das ebenfalls in einem inerten organischen Lösungsmittel gelöst ist, bei einer Temperatur von unter 150 °C kontinuierlich hergestellt werden. Die Amin- und Phosgenlösungen werden vereinigt und durch eine oder mehrere Reaktionskolonnen durchlaufen gelassen, die von unten nach oben in Serie geschaltet sind und gesamt zumindest 10 Kammern aufweisen, welche voneinander durch perforierte Platten getrennt sind, wobei deren Löcher vorzugsweise einen Maximaldurchmesser von 20 mm aufweisen.
In der EP-A1-570799 wird gelehrt, dass die Herstellung von aromatischen Diisocyanaten durch Umsetzen von Diaminen mit Phosgen bewirkt wird. Das Phosgen und Diamin liegen über der Siedetemperatur von Diamin vor, und die Reaktion weist eine mittlere Kontaktzeit von 0,5 bis 5 Sekunden auf. Das Gemisch wird kontinuierlich durch einen zylinderförmigen Reaktionsraum bei 200 bis 600 °C durchgelassen, um die Reaktion zu vervollständigen, wobei Rückvermischungen vermieden werden. Das Gasgemisch wird anschließend abgekühlt, um die Diisocyanate zu kondensieren, wobei die Temperatur über der Zersetzungstemperatur von Carbamidsäurechloriden gehalten wird, die den verwendeten Diaminen entsprechen. Nichtkondensiertes Diisocyanat wird mit inertem Lösungsmittel aus dem Gasgemisch gewaschen und das inerte Lösungsmittel mittels Destillation rückgewonnen.
Im Polyurethane Handbook (Oertel, G. (Hrsg.), Polyurethane Handbook, Hanser Fachbuch, S. 62–73, München (1985)) wird der Stand der Technik für das Phosgenierungs- und Destillationsverfahren zur Herstellung von Toluoldiisocyanaten beschrieben. Im Destillationsverfahren wird das Lösungsmittel vollständig aus dem rohen TDI-Gemisch als Kopfprodukt aus einer Lösungsmittelkolonne entfernt, wobei das Lösungsmittel wieder der Phosgenierung oder der Wiedergewinnung des überschüssigen Phosgens zugeführt wird. Der restliche rohe Isocyanat-Sumpfstrom aus der Lösungsmittelkolonne wird einem Vorverdampfer zugeführt, wodurch sich zwei Produkte ergeben: ein an Isocyanat reiches Überkopfprodukt und ein rückstandsreicher Sumpfstrom, welcher der Rückstandsentfernung zugeführt wird. Bei der Rückstandsentfernung werden die flüchtigen Bestandteile sodann aus diesem an Rückständen angereicherten Strom entfernt und kondensiert. Die kondensierten flüchtigen Bestandteile aus der Rückstandsentfernung zusammen mit dem kondensierten Überkopfstrom aus der Vorverdampfung werden anschließend vereinigt und einer Isocyanatkolonne zugeführt. In dieser Isocyanatkolonne wird das Produkt Isocyanat als Kopfstrom gewonnen, während ein mit Hochsiedern angereicherter Sumpfstrom wieder dem Vorverdampfungsschritt zugeführt wird. Dieses Verfahren ist durch die Tatsache eingeschränkt, dass die vollständige Lösungsmittelentfernung in einer Lösungsmittelkolonne durchgeführt wird. Während bekannt ist, dass TDI-Ausbeuten von höheren Temperaturen beeinträchtigt werden, erfordert eine vollständige Lösungsmittelentfernung das Arbeiten unter relativ geringem Druck, um Sumpftemperaturen zu erzielen, die ausreichend niedrig sind, um einen Ausbeuteverlust zu verhindern, womit eine große Kolonne benötigt wird. Zudem kann die lange Verweilzeit des Isocyanats zusammen mit dem Rückstand in Erhitzungszonen zu einer höheren Rate an Rückstandsbildungen führen. Schließlich ist die Kondensation des Überkopfstroms aus der Vorverdampfung vor Zuführen zur Isocyanatkolonne energieineffizient.
In Industrielle Aromatenchemie (Franck H.-G. und Stadelhofer J., Industrielle Aromatenchemie, Springer Verlag, S. 253, Berlin, Deutschland (1987)) ist ein zweites Verfahren nach dem Stand der Technik beschrieben. Im beschriebenen Verfahren wird das rohe TDI-Lösungsmittelgemisch einem Zweischritt-Vorverdampfungsschritt zugeführt, was ein niedersiedendes Überkopf-Dampfprodukt und lösungsmittelfreies, mit Rückständen angereichertes Sumpfprodukt ergibt, das der Rückstandsentfernung zugeführt wird. Im Rückstandsentfernungsverfahren werden anschließend die flüchtigen Bestandteile aus diesem mit Rückständen angereicherten Strom entfernt und kondensiert. Das Überkopfprodukt aus der Vorverdampfung wird einer Lösungsmittelkolonne zugeführt. In der Lösungsmittelkolonne wird das Lösungsmittel vollständig als Kopfprodukt entfernt, wobei das Lösungsmittel wieder der Phosgenierung oder der Wiedergewinnung überschüssigen Phosgens zugeführt wird. Der restliche rohe Isocyanat-Sumpfstrom aus der Lösungsmittelkolonne wird zusammen mit den kondensierten flüchtigen Bestandteilen aus der Rückstandsentfernung einer Isocyanatkolonne zugeführt. In der Isocyanatkolonne wird das Produkt Isocyanat als Kopfstrom gewonnen, während ein mit Hochsiedern (polymeres Isocyanat und hydrolysierbare Chloridverbindungen (HCC) und andere nichtflüchtige Bestandteile) angereicherter Sumpfstrom wieder dem Vorverdampfungsschritt zugeführt wird. Dieses Verfahren ist ebenfalls durch die Tatsache eingeschränkt, dass die vollständige Lösungsmittelentfernung in einer Lösungsmittelkolonne durchgeführt werden muss. Wie im Verfahren, das im Polyurethane Handbook beschrieben ist, erfordert eine vollständige Lösungsmittelentfernung das Arbeiten unter relativ geringem Druck, um Sumpftemperaturen zu erzielen, die ausreichend niedrig sind, um einen Ausbeuteverlust zu verhindern, womit eine große Lösungsmittelkolonne benötigt wird. In diesem Verfahren wird jedoch im Vergleich zum vorherigen Verfahren eine reduzierte Verweilzeit des Isocyanats zusammen mit dem Rückstand in Erhitzungszonen erzielt, was vermutlich zu einer geringeren Rate an Rückstandsbildungen führt. Da es ferner zu keiner unnötigen Kondensation eines Dampf-Feeds zur Isocyanatkolonne kommt, ist dieses Verfahren energieeffizienter.
Aus dem PERP Report for TDI/MDI von Chem Systems (Chem Systems, Process Evaluation Research Planning TDI/MDI 98/99S8, Tarrytown, NY, USA: Chem Systems, S. 27–32 (1999)) für TDI/MDI geht hervor, dass das Fraktionieren eines rohen TDI-Destillationsfeedprodukts auf folgende Weise vervollständigt werden kann. Normalerweise wird das flüssige Produkt aus der Dephosgenierungsphase einem Vorverdampfer zugeführt, der als Sumpfprodukt eine an Rückständen reiche Flüssigphase und ein Dampfphasenprodukt produziert, das hauptsächlich Lösungsmittel und Isocyanat als Überkopfprodukt aufweist. Das Sumpfprodukt aus der Vorverdampfung wird einem Verfahren zur Entfernung der flüchtigen Verbindungen aus den Reaktionsrückständen (Rückstandsentfernung) zugeführt. Die in der Rückstandsentfernungsphase entfernten flüchtigen Bestandteile sowie das Dampfphasenprodukt aus dem Vorverdampfer werden einer Lösungsmittelkolonne zugeführt, wo eine anfängliche Trennung des Isocyanats aus dem Lösungsmittel sowie die Entfernung jeglichen zurückbleibenden Phosgens vervollständigt wird. Die resultierenden Produkte sind mit Phosgen angereicherte Kopfprodukte, ein relativ reiner Lösungsmittelstrom als Zwischenprodukt und ein mit Isocyanat angereichertes Sumpfprodukt. Der Phosgenstrom wird anschließend wieder dem Dephosgenierungsverfahren oder dem Verfahren zur Wiedergewinnung überschüssigen Phosgens zugeführt. Das Lösungsmittelprodukt wird anschließend im Phosgenierungsabschnitt als auch in der Gewinnung überschüssigen Phosgens verwendet. Das mit Isocyanat angereicherte Sumpfprodukt wird sodann einer zweiten Lösungsmittelentfernungskolonne zugeführt, wo der Rest des Lösungsmittels entfernt wird. Das Kopflösungsmittelprodukt aus diesen Schritten kann, in relativ reinem Zustand, bei der Phosgenierung oder Gewinnung überschüssigen Phosgens verwendet werden oder wieder dem primären Lösungsmittelentfernungsschritt zugeführt werden. Das lösungsmittelfreie Isocyanat-Endsumpfprodukt wird einer Isocyanatkolonne zugeführt, was ein Isocyanat-Kopfprodukt und einen Rückstand sowie einen mit hydrolysierbarer Chloridverbindung (HCC) angereicherten Sumpfstrom ergibt, der den Vorverdampfungs- oder Rückstandsentfernungsphasen zugeführt wird. Dieses Verfahren erzielt, wie das in Industrielle Aromatenchemie beschriebene, im Vergleich zum Verfahren, das im Polyurethane Handbook beschrieben ist, eine reduzierte Verweilzeit von Isocyanat zusammen mit dem Rückstand in den Erhitzungszonen, was möglicherweise zu einer geringeren Rate an Rückstandsbildung führt. Da es außerdem, wie im in Industrielle Aromatenchemie beschriebenen Verfahren, zu keiner unnötigen Kondensation eines Dampf-Feeds zur Isocyanatkolonne kommt, ist dieses Verfahren energieeffizienter als das im Polyurethane Handbook beschriebene. Es weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Lösungsmittelentfernung in zwei Schritten vollständig ist. Indem der Vorteil in Anspruch genommen wird, dass das Lösungsmittel einen geringeren Siedepunkt als das Isocyanat aufweist, kann der Großteil des Lösungsmittels unter hohem Druck entfernt werden, womit die erforderlichen Investitionskosten für die Lösungsmittelentfernung verringert werden. Ferner führt die Verwendung von zwei Lösungsmittelentfernungsschritten zu einem flexibleren Betrieb. Die Gegenwart einer dritten Kolonne trägt jedoch zur Komplexität des Verfahrens bei.
Beim Fraktionieren ist es manchmal wünschenswert, einen Mehrkomponenten-Feedstrom in eine Reihe von Strömen, in verschiedene Fraktionen wünschenswerter Komponenten in den Produktströmen zu trennen. Im Falle von einem Feedstrom und zwei Produktströmen kann die Trennung durch Destillieren und Sumpfproduktabziehen erfolgen. Weitere Trennung kann durch Wiederholen des Zweiprodukt-Stromverfahrens auf entweder dem Destillat oder den Sumpfströmen erzielt werden. Die Einführung zusätzlicher Kolonnen erfordert jedoch eine entsprechende Anzahl an Wiedersiedern und Kühlern. Diese Erfordernis macht wiederum zusätzliche Betriebskosten erforderlich, da die Kondensierungs- und Wiedersiedungsverfahren weiderholt werden. Im Stand der Technik sind zahlreiche Verweise zu finden, die die Bemühungen zur Senkung sowohl von Kapital- als auch Betriebskosten bei der Trennung von mehreren Fraktionen aus einem Mehrkomponenten-Feedstrom dokumentieren. Die Bestmarke des geringsten Energieverbrauchs wurde vom alten und allgemein bekannten PETLYUK-System gesetzt (Agrawal, R., und Fidkowski, Z., Are Thermally Coupled Distillation Columns Always Thermodynamically More Efficient for Ternary Distillations?, Industrial & Engineering Chemistry Research 37, 3444–3454 (1998)). In dieser Anordnung trennt eine Vorfraktionierungskolonne den Feed in zwei Ströme unter Verwendung eines geteilten Dampfstroms aus dem Abtriebsteil der Hauptkolonne und eines geteilten Flüssigstroms aus dem Rektifikationsteil der Hauptkolonne. Die aus der Vorfraktionierungskolonne austretenden resultierenden Dampf- und Flüssigströme weisen mehr Leicht- bzw. Schwerkomponenten auf. Diese zwei halbverarbeiteten Ströme werden anschließend wieder der Hauptkolonne zugeführt. Diese Anordnung stellt einen Vorteil dar, dass es der Hauptfraktionierungskolonne ermöglicht, die Reinheit des Nebenstromabzugs zu verbessern. Die Hauptfraktionierungskolonne stellt wiederum auch den Abtriebsteil und Rektifikationsteil mit qualitativ besseren Feeds bereit. Die kombinierte Wirkung ist eine sehr effiziente Verwendung von Dampf-/Flüssigverkehr, um drei Produktströme zu ergeben.
In der US-A-2.471.134 wird mit einem Vorschlag zur Vereinigen der Vorfraktionierungs- und Hauptkolonnen zu einer Fraktionierungseinheit eine Verbesserung des Petlyuk-Verfahrens gelehrt, indem eine Trennung entlang des Mittelteils einer Kolonne aufgerichtet wird. Die Kolonne ist mit einem Überkopfkühler und einem Sumpfrückverdampfer ausgestattet.
Die Trennwanddestillationskolonne gemäß US-A-2.471.134 ist ein vertikaler Fraktionierungskolonnenturm mit Rückverdampfer und Kühler, der durch Verwendung einer Mitteltrennung im Zwischenteil der Kolonne in vier einzelne Kolonnenabschnitte getrennt ist. Diese Abschnitte sind ein gemeinsamer Sumpf-(Abtriebs-) und Kopf-(Rektifikations-)Teil, und die Vorfraktionierungs- und Hauptfraktionierungsteile im Zwischenteil der Kolonne sind durch eine Trennwand getrennt. Das Mehrfachkomponentengemisch wird dem Vorfraktionierungsteil zugeführt, das Überkopfprodukt aus dem gemeinsamen Rektifikationsteil entnommen, ein Sumpfprodukt aus dem gemeinsamen Abriebsteil genommen und der Zwischenproduktstrom als Nebenprodukt aus dem Hauptfraktionierungsteil entnommen. Ein signifikanter Vorteil der Verwendung einer Trennwanddestillationskolonne ist die Tatsache, dass das Nebenabzugsprodukt aus der Trennwanddestillierungskolonne mit geringeren Konzentrationen an niedrig siedenden Verunreinigungen erhalten werden kann als jenes eines Nebenprodukts, das aus einer einfachen Nebenabzugsproduktkolonne erhalten wird.
Diese Trennwanddestillationskolonne eignet sich bei der Überwindung der hydraulischen Einschränkungen im PETLYUK-System. Gleichzeitig werden durch Verwendung nur einer gemeinsamen Hülle die Kapitalkosten gesenkt. Die in der US-A-2.471.134 offenbarte Trennwanddestillationskolonne ist in mehreren Verfahren zur Anwendung gekommen.
In vorliegender Erfindung ermöglicht die Verwendung der Trennwanddestillationskolonne zur Endreinigung des TDI-Produkts im TDI-Destillationsverfahren eine überraschende Verbesserung der TDI-Reinheit durch Reduzierung der Menge an niedrig siedenden Verunreinigungen mit verringerten Energieerfordernissen und Investierungskosten, verglichen mit einer Standardnebenabzugskolonne, um die gleiche Produktqualität zu erzielen. Beispiele für diese Verunreinigungen umfassen Lösungsmittel, Lösungsmittelverunreinigungen, aromatische Monoisocyanate, chlorierte aromatische Monoisocyanate usw.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Toluoldiisocyanat aus einem rohen Destillationsfeed, der weniger als 2 Gew.-% Phosgen umfasst, durch

a) Fraktionieren des weniger als 2 Gew.-% Phosgen enthaltenden rohen Destillationsfeeds, um das Lösungsmittel und gegebenenfalls Reaktionsrückstände zu entfernen und einen weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feed zu erzeugen, und
b) Trennen des weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feeds in einer Trennwanddestillationskolonne in vier Produktfraktionen P1–P4, wobei P1 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereicherter Dampfphasen-Gasstrom ist, P2 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereichertes Produkt ist, P3 ein mit Hochsiedern angereichertes Sumpfprodukt ist, das Toluoldiisocyanat umfasst, und P4 ein Toluoldiisocyanat-Produktstrom ist, der arm an Niedrigsiedern, Hochsiedern und Reaktionsrückständen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Toluoldiisocyanat, folgende Schritte umfassend:

a) Umsetzen von Toluoldiamin mit Phosgen, was einen rohen Destillationsfeed ergibt,
b) Trennen des Phosgens vom rohen Destillationsfeed aus Schritt (a), wenn der rohe Destillationsfeed aus Schritt a) 2 Gew.-% oder mehr Phosgen enthält, was einen weniger als 2 Gew.-% Phosgen enthaltenden rohen Destillationsfeed ergibt,
c) Fraktionieren des weniger als 2 Gew.-% Phosgen enthaltenden rohen Destillationsfeeds, um das Lösungsmittel und gegebenenfalls Reaktionsrückstände zu entfernen und einen weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feed zu erzeugen, und
d) Trennen des weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feeds in einer Trennwanddestillationskolonne in vier Produktfraktionen P1–P4, wobei P1 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereicherter Dampfphasen-Gasstrom ist, P2 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereichertes Produkt ist, P3 ein mit Hochsiedern angereichertes, Toluoldiisocyanat umfassendes Sumpfprodukt ist und P4 ein an Niedrigsiedern, Hochsiedern und Reaktionsrückständen armer Toluoldiisocyanat-Produktstrom ist.

Die Phosgenierung wird gemäß dem Stand der Technik durchgeführt. Toluoldiamin wird mit Phosgen in Gegenwart einer Lösungsmittellösung in der flüssigen Phase oder mit Phosgen direkt in der Gasphase mit einem Lösungsmittel umgesetzt, das beim Abschreckkühlen der Reaktion verwendet wurde. Das resultierende Reaktionsgemisch weist vorzugsweise eine Zusammensetzung auf, die 5 bis 40 Gew.-% Toluoldiisocyanat, 1 bis 2 Gew.-% Chlorwasserstoff, 1 bis 5 Gew.-% Phosgen, 0,1 bis 2 Gew.-% Hochsieder (polymere Isocyanate, hydrolysierbare Chloridverbindungen (HCC)) enthalten, wobei der Rest Lösungsmittel ist. In diesem Fall sind hydrolysierbare Chloridverbindungen als Verbindungen definiert, worin das verfügbare Chlor „lose" gebunden ist. Folgende Spezies dienen als veranschaulichende Beispiele für diese Verbindungen: ClCH₂C₆H₃(NCO)₂ und (CH₃NCOCl)CH₃C₆H₃(NCO).
Der Gehalt von hydrolysierbaren Chlorid-Verbindungen wird im Allgemeinen durch Umsetzen des in der Probe verfügbaren Chlors mit einer Heißwasser-Alkohollösung, was zu HCl führt, und einer darauf folgenden Titrierung bestimmt, um die hydrolysierbare Chlor-Konzentration zu ermitteln. Dieser Wert wird im Allgemeinen als „Gewichtsfraktion hydrolysierbares Chlor" (HC) bezeichnet.
Aromatische chlorierte Kohlenwasserstoffe sind Spezies, worin das Chlor „fest" gebunden ist. Als veranschaulichende Beispiele dafür kommen herkömmlichen Lösungsmittel o-Dichlorbenzol und Chlorbenzol sowie verwandte Verbindungen in Frage.
Nach Umsetzen wird das resultierende Reaktionsgemisch einem Trennungsschritt zugeführt, wenn das Reaktionsgemisch (roher Destillationsfeed) 2 Gew.-% oder mehr Phosgen umfasst. Bei diesem Trennungsschritt wird das überschüssige Phosgen zumindest teilweise entfernt, was zu einem rohen Destillationsfeed führt, der weniger als 2 Gew.-% Phosgen umfasst. Die Trennung des Phosgens kann unter Verwendung vieler verschiedener Verfahren oder Kombinationen davon durchgeführt werden. Beispiele für diese Verfahren sind einfache Dampf-/Flüssig-Flashtrennung mit oder ohne Temperaturerhöhung oder Druckabnahme, Gasabscheidung, Destillation usw.
Der resultierende rohe Destillationsfeed, der weniger als 2 Gew.-% Phosgen umfasst, wird anschließend einer Destillationskolonne oder einem System aus Destillationskolonnen zugeführt, worin das Lösungsmittel und gegebenenfalls die Reaktionsrückstände aus dem rohen Destillationsfeed, der weniger als 2 Gew.-% Phosgen umfasst, entfernt werden, um einen rohen Toluoldiisocyanatfeed mit weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel zu ergeben. Die für die Entfernung des Lösungsmittels und gegebenenfalls der Reaktionsrückstände verwendete Destillationskolonne(n) kann/können eine herkömmliche Destillationskolonne oder eine Trennwanddestillationskolonne sein. Vorzugsweise wird eine herkömmliche Destillationskolonne gemäß dem Stand der Technik verwendet.
Das resultierende rohe Toluoldiisocyanat, das weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel umfasst, wird anschließend einer Trennwanddestillationskolonne zugeführt und in vier Produktfraktionen P1 bis P4 getrennt.
Produktfraktion P1 ist ein mit Niedrigsieder und mit Lösungsmitteln angereichertes Dampfphasen-Produkt, das 20 bis 99 Gew.-% kondensierbare Spezies (nämlich Lösungsmittel, Niedrigsieder und TDI) umfasst, wobei der Rest nichtkondensierbare Gase, und zwar Luft, Chlorwasserstoff usw., ist. Die kondensierbare Fraktion dieses Produkts kann Lösungsmittel, Niedrigsieder und TDI umfassen. Die kondensierbaren Spezies werden vorzugsweise wiedergewonnen und dem Dephosgenierungs-, Rückstandsentfernungs- oder Lösungsmittelentfernungsverfahren zugeführt.
Produktfraktion P2 ist ein mit Niedrigsieder und mit Lösungsmitteln angereichertes Produkt, das anschließend wieder dem Dephosgenierungs-, Rückstandsentfernungs- oder Lösungsmittelentfernungsverfahren zugeführt wird oder als getrennte Produktstrom wiedergewonnen wird. Die Produktfraktion P2 kann Lösungsmittel, Niedrigsieder und TDI umfassen.
Produktfraktion 3 ist ein mit Hochsiedern angereichertes Sumpfprodukt, das vorzugsweise einem Rückstandsentfernungssystem zur weiteren Gewinnung der flüchtigen Bestandteile zugeführt wird. Die Fraktion P3 umfasst vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-% Hochsieder (polymere Isocyanate, hydrolysierbare Chloridverbindungen (HCC) und andere nichtflüchtige Bestandteile), wobei der Rest hauptsächlich Toluoldiisocyanat ist.
Produktfraktion P4 ist ein Isocyanatproduktstrom. Die Fraktion P4 umfasst vorzugsweise weniger als 200 Gew.-ppm Lösungsmittel und/oder chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe (insgesamt), weniger als 100 Gew.-ppm hydrolysierbares Chlor (HC) und weniger als 40 Gew.-ppm Säure, mit einer Toluoldiisocyanatkonzentration von zumindest 99,5 Gew.-%.
Das Fraktionierungsverfahren, das eine Trennwanddestillationskolonne umfasst, kann erfolgreich zur Reinigung eines teilweise bis vollständig dephosgenierten TDI-Reaktionsprodukts verwendet werden, das aus der Umsetzung von Toluoldiamin mit Phosgen in Gegenwart einer Lösungsmittellösung oder aus dieser Reaktion in der Gasphase mit einem Lösungsmittel stammt, das nach der Umsetzung im Abschreckkühlschritt verwendet wurde. Der resultierende Destillationsfeed enthält Phosgen und andere niedrig siedende Komponenten, Lösungsmittel, Toluoldiisocyanat, hydrolysierbare Chloridverbindungen und hochsiedende Rückstände. Dieser Strom wird wiederum fraktioniert, um die Entfernung des Lösungsmittels und gegebenenfalls des Reaktionsrückstands zu erzielen, um rohes TDI zu erhalten, das anschließend einer Trennwand-TDI-Reinigungskolonne zugeführt wird. Die vier Produkte aus der Trennwandkolonne sind ein mit Niedrigsieder und mit Inertgas angereichertes Produkt, aus dem vorzugsweise kondensierbare Spezies gewonnen und wieder dem Dephosgenierungs-, Rückstandsentfernungs- oder Lösungsmittelentfernungsverfahren zugeführt werden, ein mit Niedrigsiedern angereichertes Flüssigprodukt, das anschließend vorzugsweise wieder dem Dephosgenierungs-, Rückstandsentfernungs- oder Lösungsmittelentfernungsverfahren zugeführt wird oder als getrennter Produktstrom gewonnen wird, ein mit Hochsiedern angereichertes Sumpfprodukt, das vorzugsweise einem Rückstandsentfernungssystem zur weiteren Gewinnung von flüchtigen Bestandteilen zugeführt wird, und ein Isocyanatproduktstrom. Das zu verwendende Lösungsmittel kann jedes beliebige geeignete Lösungsmittel sein, vorzugsweise o-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol, Chlorbenzol, Toluol, Benzol, Nitrobenzol, Anisol, Xylol oder beliebige Gemische davon. Je nach den Reaktionsbedingungen können unterschiedliche TDI-Konzentrationen im rohen Destillationsfeed erhalten werden.
Die Endreinigung des rohen Toluoldiisocyanatfeeds, das weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel umfasst, wird in einer Trennwand-Destillationskolonne gemäß 1 durchgeführt. Diese Trennwand-Destillationskolonne ist zumindest mit einem Rückverdampfer und einem Kühler ausgestattet. Der Rückverdampfer kann jeder beliebige der herkömmlich in der chemischen Industrie zu findenden Standardtypen sein, einschließlich zum Teil Fallfilmverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, im Behälter siedende (Kessel-) Verdampfer, Naturumlaufverdampfer etc. Der Kühler kann jeder beliebige der herkömmlich in der chemischen Industrie zu findenden Typen sein, einschließlich jene vom Gleichstrom- und Gegenstromtyp („Knockback"-Kühler). Die Kolonne kann mit beliebigen Stoffaustauscheinbauten ausgestattet sein, die für gewöhnlich in der chemischen Industrie verwendet werden. Diese umfassen teilweise Siebböden, Ventilböden, fixierte Ventilböden sowie strukturierte oder zufällig angeordnete Destillationspackungen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung detaillierter beschrieben, worin
1 eine schematische Ansicht einer Trennwanddestillationskolonne zeigt, die im Verfahren zur Reinigung von TDI-Gemischen verwendet wird,
1 eine Trennwanddestillationskolonne 1 zeigt, die mit einem Rückverdampfer 2, einem Kühler 3, einer Trennwand 4 und Stoffaustauscheinbauten 5 versehen ist.
Die Trennwanddestillationskolonne 1 wird in vier unterschiedliche Betriebszonen aufgeteilt, und zwar eine Vorfraktionierungszone, in welcher der Feed eingeführt wird, eine Abtriebszone mit dem Hochsiederprodukt P3, eine Hauptfraktionierungszone mit dem Isocyanatprodukt P4 und eine Rektifikationszone mit einem Niedrigsieder-Dampfphasenprodukt P1 und ein mit Niedrigsieder und Lösungsmittel angereichertes Flüssigphasen-Produkt P2. Die Vorfraktionierungs- und Hauptfraktionierungszonen lagen nebeneinander in der Trennwanddestillationskolonne 1, wobei eine Trennwand 4 die zwei Zonen trennte.
Vorfraktionierungszone
Der rohe Destillationsfeed A wird der Vorfraktionierungszone zugeführt, worin es zu einer Trennung desselbigen in zwei Ströme kommt, und zwar in einen mit Rückstand und hydrolysierbarer Chloridverbindung (HCC) angereicherten Flüssig-TDI-Strom B und einen mit Niedrigsiedern angereicherten Dampfstrom C. diese Trennung wird durch zwei Ströme bewirkt, und zwar einem Flüssigstrom D und einem Dampfstrom E. Der Flüssigstrom D, der sowohl Niedrigsieder als auch TDI enthält, fließt aus der Rektifikationszone in die Vorfraktionierungszone hinein. Der Dampfstrom E, der TDI und HCC enthält, strömt aus der Abtriebszone in die Vorfraktionierungszone ein.
Abtriebszone
Das Flüssigprodukt B aus der Vorfraktionierungszone sowie das TDI und HCC enthaltende Flüssigprodukt F aus der Hauptfraktionierungszone strömt in den oberen Teil der Abtriebszone ein. Aus dem Rückverdampfer 2 in Strom R gebildeter Dampf G führt zur Trennung des Zwischenprodukts aus der Schwerkomponente. Die daraus resultierende, mit Rückständen angereicherte hochsiederhältige Flüssigkeit wird als Sumpfproduktstrom P3 abgeleitet. Die Kolonne ist für Betriebsdruck gebaut, sodass die im Rückverdampfer erzielte Temperatur vorzugsweise im Bereich von 140 bis 190 °C liegt. Die mit TDI angereicherten Dampfströme E und H werden zur Vorfraktionierungszone bzw. Hauptfraktionierungszone zugeführt. Die Verteilung des Dampfstroms zur Vorfraktionierungszone und Hauptfraktionierungszone erfolgt durch den inhärenten Druckabfall im jeweiligen Kolonnenabschnitt.
Rektifikationszone
Die mit Niedrigsiedern angereicherten Dampfprodukte C aus der Vorfraktionierungszone und I aus der Hauptfraktionierungszone, die beide Zwischenprodukte als auch niedrig siedende Komponenten enthalten, gelangen am unteren Abschnitt in die Rektifikationszone. Das Dampfprodukt J aus der Rektifikationszone wird einem Kühler 3 zugeführt, wonach ein Teil des Kondensatprodukts, das aus dem Kühler gebildet wurde, als Rückfluss K wieder zum Kopf der Rektifikationszone zugeführt wird, was zur Trennung der Leichtkomponente aus der Zwischenproduktkomponente führt. Die verbleibende Fraktion des flüssigen Kühleprodukts wird als mit Niedrigsiedern und Lösungsmitteln angereicherter Flüssigproduktstrom P2 abgeleitet. Das nichtkondensierte Dampfprodukt aus dem Kühler ist der niedrig siedende Produktstrom P1. Der interne Rückfluss innerhalb der Kolonne bildet einen flüssigen Strom. Dieser flüssige Strom, der hauptsächlich Niedrigsieder und TDI enthält, wird in Ströme L und D getrennt, die zur Hauptfraktionierungszone bzw. de Vorfraktionierungszone abgeleitet werden. Die proportionale Verteilung dieser flüssigen Ströme werden gesteuert, um die erforderliche Produktqualität zu erreichen. Gegebenenfalls kann das Produkt P2 als Nebenabzugsprodukt aus jeder beliebigen Phase in der Rektifikationszone entnommen werden.
Hauptfraktionierungszone
Ein mit TDI angereicherter Dampfproduktstrom H aus der Abtriebszone gelangt aus dem Sumpf in die Hauptfraktionierungszone. Ein Teil des Flüssigprodukts L aus der Rektifikationszone gelangt aus dem Kopf in die Hauptfraktionierungszone. Das resultierende Fraktionieren bildet drei Produkte: einen Dampf-Feed I zur Rektifikationszone, einen Flüssig-Feed F zur Abtriebszone und ein Nebenabzugsprodukt P4, welches das Isocyanatprodukt gewünschter Qualität enthält. Gegebenenfalls kann das Produkt P2 als Nebenabzugsprodukt aus jedem der obigen Produktentfernungsphasen für P4 in der Hauptfraktionierungszone entnommen werden.

Claims

Verfahren zur Reinigung von Toluoldiisocyanat aus einem weniger als 2 Gew.-% Phosgen umfassenden rohen Destillationsfeed, durch a) Fraktionieren des weniger als 2 Gew.-% Phosgen enthaltenden rohen Destillationsfeeds, um das Lösungsmittel und gegebenenfalls Reaktionsrückstände zu entfernen und einen weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feed zu erzeugen, und b) Trennen des weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feeds in einer Trennwanddestillationskolonne in vier Produktfraktionen P1–P4, wobei P1 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereicherter Dampfphasen-Gasstrom ist, P2 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereichertes Produkt ist, P3 ein mit Hochsiedern angereichertes Sumpfprodukt ist, das Toluoldiisocyanat umfasst, und P4 ein Toluoldiisocyanat-Produktstrom ist, der arm an Niedrigsiedern, Hochsiedern und Reaktionsrückständen ist.
Verfahren zur Herstellung von Toluoldiisocyanat, folgende Schritte umfassend: a) Umsetzen von Toluoldiamin mit Phosgen, was einen rohen Destillationsfeed ergibt, b) Trennen des Phosgens vom rohen Destillationsfeed aus Schritt (a), wenn der rohe Destillationsfeed aus Schritt a) 2 Gew.-% oder mehr Phosgen enthält, was einen weniger als 2 Gew.-% Phosgen enthaltenden rohen Destillationsfeed ergibt, c) Fraktionieren des weniger als 2 Gew.-% Phosgen enthaltenden rohen Destillationsfeeds, um das Lösungsmittel und gegebenenfalls Reaktionsrückstände zu entfernen und einen weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feed zu erzeugen, und d) Trennen des weniger als 20 Gew.-% Lösungsmittel enthaltenden rohen Toluoldiisocyanat-Feeds in einer Trennwanddestillationskolonne in vier Produktfraktionen P1–P4, wobei P1 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereicherter Dampfphasen-Gasstrom ist, P2 ein mit Niedrigsiedern und Lösungsmittel angereichertes Produkt ist, P3 ein mit Hochsiedern angereichertes, Toluoldiisocyanat umfassendes Sumpfprodukt ist und P4 ein an Niedrigsiedern, Hochsiedern und Reaktionsrückständen armer Toluoldiisocyanat-Produktstrom ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Produktfraktion P1 20–99 Gew.-% Lösungsmittel, Niedrigsieder und Toluoldiisocyanat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Produktfraktion P2 Lösungsmittel, Niedrigsieder und Toluoldiisocyanat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Produktfraktion P3 Toluoldiisocyanat und 0,5–15 Gew.-% Hochsieder enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Produktfraktion P4 eine Toluoldiisocyanat-Konzentration von zumindest 99,5 Gew.-% aufweist und weniger als 200 Gew.-ppm Lösungsmittel und/oder chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe, weniger als 100 Gew.-ppm hydrolysierbares Chlor und weniger als 40 Gew.-ppm Säure umfasst.