DE69319111T2 - Methode zur Stabilisierung von Rohacetonitril, verwendbar als Oxidations- oder Ammoxidationszufuhr - Google Patents
Methode zur Stabilisierung von Rohacetonitril, verwendbar als Oxidations- oder AmmoxidationszufuhrInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung ist auf die Aufwertung von stabilisiertem rohem Acetonitril, das durch das nachstehend beschriebene Verfahren erhalten wird, durch katalytische Behandlung in einem Wirbelschichtreaktor unter Herstellung von cyanwasserstoff gerichtet.
- Die Herstellung von Acrylnitril durch direkte Umsetzung von Propylen, Ammoniak und Luft über einen Katalysator in einem Wirbelschichtreaktor ist weit bekannt und wird als "Sohio Acrylnitril-Verfahren" bezeichnet. Zusätzlich zu der Herstellung von Acrylnitril erzeugt das Sohio Acrylnitril- Verfahren Coprodukte, wie Acetonitril und Cyanwasserstoff. Acetonitril ist als industrielles Lösungsmittel bekannt. Cyanwasserstoff ist eine bedeutende Substanz, die häufig als Ausgangsmaterial für verschiedene organische Reaktionen angewendet wird. Verbesserungen der Ausbeuten dieser coprodukte oder die Aufwertung dieser Coprodukte würde den wirtschaftlichen Wert des Sohio Acrylnitril-Verfahrens steigern.
- Verschiedene Patente offenbaren Verfahren zur Herstellung von cyanwasserstoff durch Umsetzen von Acetonitril über einen Ammoxidations- oder Oxidationskatalysator. Beispielsweise offenbart US-A-3 516 789 ein Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff durch Umsetzen von Acetonitril über einen Ammoxidationskatalysator. Dieses Patent offenbart, daß die Acetonitrilbeschickung zur Entfernung aller Verunreinigungen, wie Acrylnitril und Cyanwasserstoff, gereinigt wird. Das Japanische Patent Kokai 73 81816 (CA80:108016a) offenbart die Reinigung von Acetonitril durch Zugabe von Alkali, Erwärmen, Behandeln mit Formaldehyd und Destillieren zur Entfernung von HCN, Acrylnitril, usw.. US-A-4 328 075 betrifft die Entfernung von Cyaniden aus einem rohen wässerigen Acetonitrilstrom durch die Zugabe von Alkali und Aldehyd. US A-3 911 089 offenbart die Herstellung von Cyanwasserstoff durch die Zugabe von Methanol zu dem Ammoxidationsreaktor, der während der Herstellung von Acrylnitril verwendet wird. Die Zugabe von Methanol erhöht die Ausbeute an Cyanwasserstoff. DE-A-11 46 861 offenbart die Cyanwasserstoffherstellung durch die Umsetzung von Acetonitril mit molekularem Sauerstoff über einem Ammoxidationskatalysator. Das Belgische Patent 623 100 offenbart die Reaktion von Acetonitril über einem Ammoxidationskatalysator zur Herstellung von Cyanwasserstoff.
- Es wurde beobachtet, daß die direkte Verdampfung des rohen Acetonitrils im wesentlichen zum Verstopfen oder zu Ablagerung in der Anlage führt, wodurch die Verfahrensführung sehr schwierig wird. In US-A-4 981 670, übertragen an die Inhaber der vorliegenden Erfindung, wird rohes Acetonitril als Rohstoff für die direkte Bildung von Cyanwasserstoff verwendet. Ein Polymerisationsinhibitor wird zugegeben, um Verstopfen und Ablagerung, die vorher während der Verwendung von rohem Acetonitril für die Oxidation zu HCN beobachtet wurden, auszuschalten. Es wäre wünschenswert, wenn man rohes Acetonitril, insbesondere rohes Acetonitril-Coprodukt aus dem Sohio Acrylnitril-Verfahren, als Rohstoff für die Herstellung von cyanwasserstoff durch Oxidation oder Ammoxidation nutzen könnte, ohne auf die vollständige Reinigung des Acetonitrils, wie in US-A-3 516 789 offenbart, zurückgreifen zu müssen oder eines Polymerisationsinhibitors, wie in US-A-4 981 670 angeführt, einsetzen zu müssen. Die vorliegende Erfindung ist auf die Bereitstellung eines modifizierten rohen Acetonitril-Rohstoffs ("stabilisiertes rohes Acetonitril") als Rohstoff für die Herstellung von Cyanwasserstoff gerichtet.
- Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftliches Verfahren für die Stabilisierung von rohem Acetonitril zur Verwendung als Oxidations- oder Ammoxidationsbeschickung bei der Herstellung von Cyanwasserstoff bereitzustellen.
- Weitere Aufgaben und Vorteile werden für den Fachmann nach dem Lesen der Beschreibung und der besonderen, hierin beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich.
- Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen, umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung Vermischen von rohem Acetonitril mit einer starken Base und Aldehyd zur Bildung eines Gemisches, worin das Gemisch einen pH-Wert zwischen 10 bis 14 aufweist, Erwärmen des Gemisches auf dessen Rückflußtemperatur für einen ausreichenden Zeitraum, um zu ermöglichen, daß sich das rohe Acetonitril stabilisiert, Destillieren des Gemisches zur Gewinnung des stabilisierten rohen Acetonitrils, Verdampfen des stabilisierten rohen Acetonitrils, Leiten des verdampften rohen Acetonitrils in einen Reaktor, in dem das Acetonitril mit einem Sauerstoff-enthaltenden Gas vermischt wird und mit einem Katalysator zur Herstellung von Cyanwasserstoff in Kontakt gebracht wird und Gewinnen des so hergestellten Cyanwasserstoffs.
- In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren weiterhin Einführen von Ammoniak in den Reaktor.
- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es, daß das Sauerstoffenthaltende Gas Luft ist.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Katalysator außerdem ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxidations - und/oder Ammoxidationskatalysatoren, vorzugsweise Oxidations/ Ammoxidationskatalysatoren auf der Basis von Wismut-Eisen- Molybdän
- Der hierin verwendete Ausdruck "rohes Acetonitril" bedeutet flüssiges Acetonitril, das Cyanwasserstoff, andere Verunreinigungen und Wasser enthält. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete rohe Acetonitril kann aus verschiedenen herkömmlichen Rohstoffen erhalten werden. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das rohe Acetonitril jedoch ein Coprodukt, das während der Erzeugung von Acrylnitril anfällt. Rohes Acetonitril umfaßt Acetonitril/Wasser-Azeotrop, der verschiedene organische Verunreinigungen enthält. Beispielsweise enthält rohes Acetonitril, das als Coprodukt aus dem Sohio Acrylnitril-Verfahren hergestellt wurde, zusätzlich zu dem enthaltenen Acetonitril Wasser, Cyanwasserstoff, Acrylnitril, Acetaldehyd, Aceton, Methanol, Acrolein und Oxazol, usw.. Die relativen Anteile der Komponenten des rohen Acetonitrils können über einen breiten Bereich in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen schwanken. Die Konzentration der organischen Verunreinigungen in dem rohen Acetonitril ist gewöhnlich geringer als 15 Gew.-%, wobei keine einzelne Komponente gefunden wird, die eine Konzentration größer als 2-4 Gew.-% aufweist. Gewöhnlich enthält aus der Acrylnitrilanlage erhaltenes, rohes Acetonitril zwischen 25 und 85 Prozent Acetonitril.
- Der Ausdruck "stabilisiertes rohes Acetonitril" bedeutet für die Zwecke dieser Erfindung rohes Acetonitril, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Entfernung einiger, in dem rohen Acetonitril vorkommender Verunreinigungen behandelt wurde, um die Polymerisation, die während des Verdampfens des rohen Acetonitrils stattfindet, zu verhindern. Es ist wichtig, anzumerken, daß "stabilisiertes rohes Acetonitril" Verunreinigungen bei Konzentrationen enthält, die weit oberhalb jener, die mit "gereinigtem Acetonitril" verbunden sind, liegen.
- Das Verfahren zur Herstellung von stabilisiertem rohem Acetonitril gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt Vermischen von rohem Acetonitril mit einer starken Base und Aldehyd zur Bildung eines Gemisches, worin das Gemisch einen pH-Wert zwischen 10 bis 14 aufweist, Erwärmen des Gemisches auf dessen Rückflußtemperatur über einen Zeitraum, ausreichend, damit sich rohes Acetonitril stabilisieren kann, und Destillieren des Gemisches zur Gewinnung des stabilisierten rohen Acetonitrils.
- Die in dieser Erfindung verwendete starke Base kann eine starke Base sein, damit sich das rohe Acetonitril stabilisieren kann und sich darin löst. Besonders geeignete starke Basen sind Hydroxide von Alkali- und Erdalkalimetallen; am meisten bevorzugt sind Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Die starke Base kann in reiner Form, als ein Gemisch von starken Basen oder als wässerige Lösung zugegeben werden. In einer bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine wässerige Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid von 1-50 Gew.-% verwendet werden. Die starke Base wird zum Halten des pH-Werts des rohen Acetonitrils zwischen 10 und 14, vorzugsweise 11-14, insbesondere bevorzugt 12-13,8, zugegeben.
- Der in dieser Erfindung verwendete Aldehyd kann Formaldehyd, Paraformaldehyd oder gesättigte, aliphatische C&sub2;-C&sub6;- Aldehyde sein. Der bevorzugte Aldehyd ist Formaldehyd. Formaldehyd kann in reiner Form oder als wässerige Lösung verwendet werden. Handelsübliche wässerige Formaldehydlösungen mit ungefähr 37 Gew.-% Formaldehyd und etwa 10-15 Gew.-% Methanol, die als Stabilisator zugegeben werden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Gewöhnlich wird der Aldehyd so zugegeben, daß das Molverhältnis von Aldehyd zu starker Base zwischen 0,25 und 5,0 ist, wobei ein Molverhältnis von 0,5 bis 2,0 bevorzugt ist und 0,75 bis 1,5 besonders bevorzugt ist. Die Temperatur des Gemisches von rohem Acetonitril, starker Base und Aldehyd sollte bei mindestens 50ºC, vorzugsweise zwischen 50 bis 140ºC, gehalten werden.
- In der vorliegenden Erfindung wird das durch das erfindungsgemäße, wie vorstehend beschriebene Verfahren erhaltene, stabilisierte, rohe Acetonitril durch Konvertieren desselben zu dem wertvolleren Produkt Cyanwasserstoff aufgewertet. Das Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt Verdampfen des stabilisierten rohen Acetonitrils, Einführen des verdampften Acetonitrils in einen Reaktor, in dem das Acetonitril mit einem Sauerstoff-enthaltenden Gas vermischt wird und Inkontaktbringen mit einem Katalysator zur Herstellung von Cyanwasserstoff und Gewinnen des Cyanwasserstoffs.
- In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Verdampfung des stabilisierten rohen Acetonitrils vorzugsweise durch Erwärmen des rohen Acetonitrils in einer Verdampfer/Überhitzer-Einheit ausgeführt. Wenn das rohe Acetonitril in die Verdampfer/ Überhitzer-Einheit gespeist wird, werden die starke Base und Formaldehyd oder anderer Aldehyd, zusammen mit dem rohen Acetonitril zugegeben, um die Ablagerung- und Verstopfungsprobleme, die während des Verdampfens und des Handhabens des verdampften rohen Acetonitrils auftreten, zu verhindern oder im wesentlichen zu minimieren. Nachdem das rohe Acetonitril, starke Base und Aldehyd in die Verdampfer/Überhitzer-Einheit gespeist wurden, wird das Gemisch auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um Acetonitril zu verdampfen (ungefähr 110 bis 130ºC) auf einen erhöhten Druck gebracht, gefolgt von Überhitzen auf etwa 135 bis 140ºC in einer Überhitzer-Einheit. Eine beliebige herkömmliche Verdampfer/Überhitzer-Einheit kann bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Solche Einheiten können entweder kontinuierlich oder chargenweise arbeiten.
- In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Abstrom von unverdampftem Material (10 bis 35 Gew.-% aus dem Beschickungsstrom, der in die Verdampfereinheit geht) aus der Verdampfer/ Überhitzer-Einheit genommen, um eine potentielle Ablagerung in dem System weiter vermindern und um eine konstante Zusammensetzung des verdampften, rohen Acetonitrils beibehalten zu können
- Die Verdampfer/Überhitzer-Einheit wird bei erhöhter Temperatur zwischen 110 bis 140ºC betrieben. Sie wird ebenfalls bei erhöhtem Druck zwischen 0,8 bis 1,7 barg (12 bis 25 psig) betrieben. Vorzugsweise liegt die Temperatur für die Verdampfung im Bereich zwischen 125 bis 130ºC und das Überhitzen des rohen Acetonitrildampfes findet zwischen 135 bis 140ºC statt. Der Druckbereich zum Übererhitzen ist zwischen 1 und 2,4 barg (15 bis 35 psig), vorzugsweise zwischen 1,4 bis 2 barg (20 bis 30 psig).
- Das stabilisierte rohe Acetonitril wird unter Herstellung von Cyanwasserstoff in den Reaktor gespeist, in dem es mit einem Sauerstoff-enthaltenden Gas (vorzugsweise Luft) und gegebenenfalls Ammoniak vermischt wird und mit einem Oxidations- oder Ammoxidationskatalysator in Kontakt gebracht wird, beschickt. Der Cyanwasserstoff wird anschließend durch übliche Maßnahmen (beispielsweise Kondensation) aus dem Reaktor gewonnen. Der Reaktor kann ein Festbett- oder ein Wirbelschichtreaktor sein, der für katalytische Oxidations- und Ammoxidationsreaktion verwendet wird. Sauerstoff kann der Reaktionszone entweder in reiner Form, als Luft oder Gemische mit Inertgasen, wie Stickstoff, Hehum, Argon und dergleichen, zugeführt werden. Ammoniak kann der Reaktionszone entweder als reiner Dampf oder als Gemisch mit Wasser (Ammoniumhydroxidlösung) oder anderem inertem Lösungsmittel zugeführt werden.
- Im allgemeinen wird das verdampfte, stabilisierte, rohe Acetonitril, das in den Reaktor eintritt, mit dem Sauerstoff-enthaltenden Gas und gegebenenfalls Ammoniak in den Reaktor vor dem Inkontaktbringen mit dem Katalysator vermischt. Entweder Festbett- oder Wirbelschichtreaktoren und Katalysatoren können bei der Ausführung der Erfindung angewendet werden. Vorzugsweise werden ein Wirbelschichtreaktor und ein Wirbelschichtkatalysator angewendet. Ein beliebiger Wirbelschichtkatalysator, der zur Umwandlung von Acetonitril in HCN über Oxidation oder Ammoxidation geeignet ist, kann in diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Im allgemeinen werden BiFeMoOx-Trägerkatalysatoren oder Fesbox-Trägerkatalysatoren verwendet. Für weitere Hinweise auf Katalysatoren, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, siehe US-A-3 642 930, 3 911 089, 4 228 098 und 3 516 789, deren Offenbarungen durch diesen Hinweis in die vorliegende Beschreibung einbezogen sind.
- Reaktionstemperaturen für die bevorzugten Dampfphasen-Wirbelschicht-Reaktionen liegen innerhalb des Bereichs von 300 bis 550ºC, vorzugsweise 325 bis 500ºC, insbesondere bevorzugt 375 bis 470ºC. Drücke liegen innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 10 bar absolut (0,1 bis 10 atm absolut). Die Kontaktzeit des Gemisches von stabilisiertem rohem Acetonitril und dem Sauerstoff-enthaltenden Gas mit dem Katalysator liegt zwischen 0,5 Sekunden bis 50 Sekunden, vorzugsweise etwa 0,1 Sekunde bis 20 Sekunden. Die Molverhältnisse der Reaktionskomponenten können innerhalb dieser Grenzen schwanken. Beispielsweise können 0 bis 10 Mol Ammoniak und 0,01 bis 40 Mol Sauerstoff pro Mol Acetonitril in der rohen Acetonitrilbeschickung verwendet werden. Bevorzugte Molverhältnisse von Ammoniak und Sauerstoff sind 0 bis 3,0 pro Mol Acetonitril bzw. 0,5 bis 10 pro Mol Acetonitril.
- In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das stabilisierte rohe Acetonitril in einem getrennten Reaktorsystem zu Cyanwasserstoff umgewandelt und das Reaktorabgas wird direkt zu dem Propylen- Ammoxidations-Stoppreaktor geführt und das Abgas wird anschließend zur Propylen-Ammoxtdations-Absorberkolonne, die sich in der Acrylnitril-Herstellungsanlage befindet, geleitet. In dieser Weise kann das Propylen-Ammoxidations-Wiedergewinnungs- und Reinigungssystem, das während der Herstellung von Acrylnitril verwendet wird, verwendet werden, um den anteiligen durch die Oxidation oder Arrimoxidation des stabilisierten rohen Acetonitrils hergestellten cyanwasserstoff zu gewinnen und zu reinigen. Nichtumgesetztes Acetonitril kann über das Propylen-Ammoxidations-Wiedergewinnungs- und Reinigungsverfahren zu dem Stabilisierungsverfahren zurückgeführt werden. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzbereichs dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung, daß die Synthese von anteiligem Cyanwasserstoff aus stabilisiertem rohem Acetonitril während der Propylen-Ammoxidation zur Herstellung von Acrylnitril durchgeführt werden kann. Dies wird durch Einführen von erfindungsgemäß hergestelltem, stabilisiertem rohem Acetonitril als Cobeschickung mit Propylen durch den Airimoxidationsreaktor während der Herstellung von Acrylnitril durchgeführt.
- Die nachstehenden Beispiele sind nur zu Erläuterungszwecken angegeben.
- Nichtbehandeltes rohes Acetonirril wurde mit einer Menge von gesättigter wässeriger Ammoniumhydroxidlösung vermischt, so daß das Molverhältnis von Ammoniak zu Acetonitril 0,25:1 betrug. Die lichtbehandelte rohe Acetonitril: Ammoniak-Lösung wurde anschließend durch ein 0,16 cm (1/16 inch) Typ 316-Edelstahlrohr, wobei 1,7 m (5,5 Fuß) davon in ein fluidisiertes, auf 410ºC erhitztes Sandbad getaucht wurden, mit einer Fließgeschwindigkeit von 3 ml/h und einem Druck von 1,4-1,7 barg (20-25 psig) gepumpt. Die Verweilzeit der flüssigen Beschickung in der erwärmten Zone des Rohrs betrug un gefähr 30 Minuten. Nach ungefähr 2 Stunden war das Rohr im Bereich des Rohres vor dem Teil, der in das Sandbad getaucht wurde, verstopft. Die Temperatur an der Verstopfungsstelle betrug ungefähr 100-125ºC.
- 209,78 g rohes Acetonitril wurden in einen 500 ml- Dreihalskolben, ausgestattet mit Thermometer, Rührer, Septum und Rückflußkühler, gegeben. 4,01 g festes NaOH wurden anschließend bei Raumtemperatur unter Rühren zugegeben. Die Temperatur des Gemisches stieg schnell auf 30ºC an und fiel anschließend innerhalb 1 Stunde auf 28ºC. Das Gemisch wurde danach 4 Stunden unter Rückfluß erhitzt, dann über Nacht abkühlen lassen. Das Gemisch wurde anschließend bei Atmosphärendruck über eine Vigreaux-Kolonne von 10 cm unter Auffangen von 176,3 g behandeltem rohem Acetonitril destilliert. Die Analyse des behandelten rohen Acetonitrildestillats zeigte 47,4 Gew.-% CH&sub3;CN, 47,3 Gew.-% H&sub2;O, 900 ppm HCN und 0,02 Gew.-% Acrylnitril und als Rest andere organische Stoffe.
- Das behandelte rohe Acetonitril wurde mit einer Menge von flüssigem Ammoniak vermischt, so daß das Molverhältnis von Ammoniak:Acetonitril 0,25:1 betrug. Die behandelte rohe Acetonitril:Ammoniak-Lösung wurde anschließend durch ein 0,16 cm (1/16 inch) Typ 316-Edelstahlrohr, wobei 1,7 m (5,5 Fuß) davon in ein auf 410ºC erhitztes Sandbad getaucht wurden, mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,5 ml/h und einem Druck von 1,4-1,7 barg (20-25 psig) gepumpt. Das Abgas des erhitzten Rohres wurde in einem Druckgefäß aufgefangen. Nach 5,0 ml wurde stabilisierte rohe Acetonitril:Ammoniak-Lösung durch das erhitzte Rohr innerhalb eines Zeitraums von 2,2 Stunden laufenlassen, wobei Verstopfen des Rohres beobachtet wurde, unter Anhalten des Stroms der behandelten rohen Acetonitril: Ammoniak-Lösung.
- 205,4 g rohes Acetonitril wurden in einen 500 ml- Dreihalskolben, ausgestattet mit Thermometer, Rührer, Septum und Rückflußkühler, gegeben. 1,18 g Paraformaldehyd und 4,03 g festes NaOH wurden anschließend bei Raumtemperatur unter Rühren zugegeben. Die Temperatur des Gemisches stieg schnell auf 34ºC an und fiel anschließend innerhalb 1 Stunde auf 28ºC. Das Gemisch wurde danach 4 Stunden unter Rückfluß erhitzt, dann über Nacht abkühlen lassen. Das Gemisch wurde anschließend bei Atmosphärendruck über eine Vigreaux-Kolonne von 10 cm unter Auffangen von 175,6 g stabilisiertem rohem Acetonitril vom Siedebereich 71,5ºC - 96ºC destilliert. Die Analyse des stabilisierten rohen Acetonitrildestillats zeigte 49,4 Gew.-% OH&sub3;ON, 44,7 Gew.-% H&sub2;O, 54 ppm HCN und 0,01 Gew.- % Acrylnitril und als Rest andere organische Stoffe.
- Das stabilisierte rohe Acetonitril wurde mit einer Menge von flüssigem Ammoniak vermischt, so daß das Molverhältnis von Ammoniak:Acetonitril 0,25:1 betrug. Die stabilisierte rohe Acetonitril:Ammoniak-Lösung wurde dann durch ein 0,16 cm (1/16 inch) Typ 316-Edelstahlrohr, wobei 1,7 m (5,5 Fuß) davon in ein auf 410ºC erhitztes Sandbad getaucht wurden, mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,5 ml/h und einem Druck von 1,4-1,7 barg (20-25 psig) gepumpt. Das Abgas aus dem erhitzten Rohr wurde in einem Druckgefäß aufgefangen. Nachdem 29,1 ml der stabilisierten rohen Acetonitril: Ammoniak-Lösung innerhalb eines Zeitraums von 8,2 Stunden durch das erhitzte Rohr gelaufen waren, wurde kein Verstopfen oder Ablagerung in dem Rohr beobachtet und das Rohr zeigte keine Veränderung des Gewichts nach dem Versuch.
- Ein kontinuierlicher Reaktor zur Behandlung von rohem Acetonitril wurde aus einem gerührten 316-Edelstahlautoklaven mit einem Fassungsvermögen von 100 ml, ausgestattet mit Einlässen für rohe Acetonitrillösung, wässerige Natriumhydroxidlösung und wässere Formaldehydlösung, einem Abfluß zur Sumpfentfernung und einem Rohr und einem Auffänger zur Entfernung von Destillat, installiert. Die Beschickungseinlässe, die sich nahe dem Boden des Reaktors erstrecken, und das Destillatrohr wurden am Kopf des Reaktors angebracht. 42 ml rohes Acetonitril mit der gleichen Zusammensetzung wie Vergleichsversuch 1 wurden in den Reaktor gegeben und der Reaktor wurde auf 72ºC erhitzt. 2,35 g 25 gewichtsprozentige wässerige NaOH-Lösung und 2,11 g 37 gewichtsprozentige Formaldehydlösung wurden zugegeben und das Gemisch wurde in dem Autoklaven bei 720-80ºC 1 Stunde gerührt. Der Reaktor wurde dann weiter erhitzt, bis sich das Destillat in der Vorlage zu sammeln begann. Anschließend wurden Beschickungspumpen für rohes Acetonitril, wässerige NaOH-Lösung, wässerige Formaldehydlösung und zur Sumpfentfernung angebracht und die kontinuierliche Destillation der behandelten Rohlösung wurde 60 Minuten ausgeführt. Während dieser Zeit wurden 78,0 ml rohes Acetonitril, 5,75 g 25 gewichtsprozentige wässerige NaOH-Lösung und 3,86 g 37 gewichtsprozentige wäßrige Formaldehydlösung zugegeben. 86 ml stabilisiertes rohes Acetonitrildestillat wurden als klare farblose Flüssigkeit gesammelt und 16 ml Sumpf wurden entfernt. Die Analyse des stabilisierten rohen Acetonitrildestillats zeigte 56,8 Gew.-% Acetonitril, 35,7 Gew.-% H&sub2;O, 0,08 Gew.-% Acrylnitril, 11 ppm HCN und als Rest andere organische Stoffe.
- Das stabilisierte rohe Acetonitril wurde mit einer Menge an flüssigem Ammoniak vermischt, so daß das Molverhältnis von Ammoniak:Acetonitril 0,25:1 betrug. Die stabilisierte rohe Acetonitril:Ammoniak-Lösung wurde dann durch ein 0,16 cm (1/16 inch) Typ 316 Edelstahlrohr, wobei 1,7 m (65 inch) davon in ein auf 410ºC erhitztes Sandbad getaucht wurden, mit -einer Fließgeschwindigkeit von 1,5 ml/h und einem Druck von 1,4-1,7 barg (20-25 psig) gepumpt. Die Fließgeschwindigkeit der Lösung wurde eingestellt, um eine Verweilzeit der flüssigen Beschickung in der Erwärmungszone des Rohres von ungefähr 60 Minuten einzustellen. Das Abgas aus dem erwärmten Rohr wurde in einem Druckgefäß aufgefangen. Nachdem die Lösung für einen Zeitraum von 26 Stunden gepumpt wurde, wurde kein Verstopfen oder Ablagerung in dem Rohr beobachtet.
- 42 ml rohes Acetonitril mit der gleichen Zusammensetzung wie Vergleichsversuch 1 wurden in den kontinuierlichen, in Versuch 2 beschriebenen Reaktor gegeben und der Reaktor wurde auf 72ºC erhitzt. 3,48 g 25 gewichtsprozentige wässerige NaOH-Lösung und 2,11 g 37 gewichtsprozentige wässerige Formaldehydlösung wurden zugegeben und das Gemisch wurde in dem Autoklaven 1 Stunde auf 72-80ºC erhitzt. Der Reaktor wurde anschließend weiter erhitzt, bis das Destillat begann, sich in der Vorlage zu sammeln. Danach wurden Beschickungspumpen für rohes Acetonitril, wässerige NaOH-Lösung, wässerige Formaldehydlösung und zur Entfernung von Sumpf angebracht und die kontinuierliche Destillation der behandelten rohen Lösung wurde 80 Minuten ausgeführt. Während dieser Zeit wurden 104,0 ml rohes Acetonitril, 7,71 g 25 gewichtsprozentige wässerige NaOH-Lösung und 5,21 g 37 gewichtsprozentige wässerige Formaldehydlösung zugegeben. 72 ml stabilisiertes rohes Acetonitrildestillat wurden als klare farblose Flüssigkeit gesammelt und 21 ml Sumpf wurden wiedergewonnen. Die Analyse des stabilisierten rohen Acetonitrildestillats zeigte 69,1 Gew.-% Acetonitril, 24,3 Gew.-% H&sub2;O, 0,07 Gew.-% Acrylnitril, 19 ppm HCN und als Rest andere organische Stoffe.
- Das stabilisierte rohe Acetonitril wurde mit einer Menge an flüssigem Ammoniak vermischt, so daß das Molverhältnis von Ammoniak:Acetonitril 0,25:1 betrug. Die stabilisierte rohe Acetonitril:Ammoniak-Lösung wurde dann durch ein 0,16 cm (1/16 inch) Typ 316 Edelstahlrohr, wobei 1,7 m (65 inch) davon in ein auf 410ºC erhitztes Sandbad getaucht wurden, bei einem Druck von 1,4-1,7 barg (20-25 psig) gepumpt. Die Fließgeschwindigkeit der Lösung wurde so eingestellt, daß eine Verweilzeit der flüssigen Beschickung in der Erwärmungszone des Rohres von ungefähr 60 Minuten erhalten wurde. Das Abgas aus dem erhitzten Rohr wurde in einem Druckgefäß gesammelt. Nach Pumpen der Lösung für einen Zeitraum von 33 Stunden wurden 40,45 g Flüssigkeit gesammelt und kein Verstopfen oder Ablagerung in dem Rohr wurde beobachtet.
- Ungefähr 150 ml rohes Acetonitril, mit der gleichen Zusammensetzung wie in Vergleichsversuch 1 angegeben, wurden in einen 1 Liter-Dreihalskolben, ausgerüstet mit Thermometer, Magnetrührer, Rückflußkühler, Tropftrichter an der Spitze des Rückflußkühlers und Destillationsapparat, zusammengesetzt aus einer Vakuum-ummantelten Fraktionierungskolonne von 30 cm, gepackt mit Glaskörpern und einem Kühlfinger-Destillationskopf, gegeben. Das rohe Acetonitril wurde unter Rühren auf 79ºC erhitzt und 3,6 ml 50 gewichtsprozentige wässerige NaOH- Lösung wurden innerhalb 10 Minuten über den Tropftrichter tropfenweise zugegeben. Der Rückflußkühler und Tropftrichter wurden entfernt und das Reaktionsgemisch wurde unter Rückfluß (durch die Fraktionierungskolonne) 0,25 Stunden gerührt. Anschließend wurden der Rückflußkühler und der Tropftrichter erneut angebracht und 7,2 ml 37 gewichtsprozentige Formaldehydlösung, die 10 - 15 Gew.-% Methanol enthielt, wurden innerhalb 5 Minuten tropfenweise zugegeben. Der Rückflußkühler und Tropftrichter wurden erneut entfernt und das Gemisch wurde 30 Minuten unter Rückfluß gerührt und anschließend fraktioniert destilliert. 79,9 g Destillat stabilisiertes rohes Acetonitril mit einem Siedebereich von 73,5-81,5ºC wurden aufgefangen. Die Analyse des Destillats zeigte 79,7 Gew.-% CH&sub3;CN, 15,5 Gew.-% H&sub2;O, 20,4 ppm HCN und 4,8 Gew.-% Acrylnitril und andere organische Stoffe.
- Ein Aufwärtsstrom-Edelstahlmikroreaktor (8 mm im Durchmesser) mit einem Fassungsvermögen von 5 cm³ wurde mit 2 cm³ eines BiMoFeOx -Trägerkatalysators beschickt, und der Reaktor wurde innerhalb 30 Minuten in einem Salzschmelzenbad mit einem Heliumstrom durch das Katalysatorbett auf 425ºC erhitzt. Nach dieser Zeit wurde ein Strom von stabilisiertem rohem Acetonitril, Sauerstoff, Stickstoff und gasförmigem Ammoniak über den Katalysator eingeführt. Das stabilisierte rohe Acetonitril wurde unter Verwendung einer Dosiereinspritzpumpe eingespeist und die gasförmigen Beschickungen wurden mit einem Massenstromregler dosiert. Die Molverhältnisse der Beschickung waren 1 OH&sub3;ON:0,25 NH&sub3;:1,7 O&sub2;:6,3 N&sub2; mit einer Kontaktzeit von 3 Sekunden. Die Reaktanten wurden 43 Minuten eingespeist. Das Reaktorabgas wurde mit einem Wäscher, der 0,5N wässerige HCN enthielt, abgefangen. Die Analyse der Reaktorabgas-Waschlösungen zeigt Herstellung von HCN, CO und CO&sub2; mit einer HCN-Selektivität von 60,4% und einem CH&sub3;CN-Umsatz von 43,9%.
- Ein Aufwärtsstrom-Edelstahlmikroreaktor (8 mm im Durchmesser) mit einem Fassungsvermögen von 5 cm³ wurde mit 2 cm³ eines BiMoFeOx -Trägerkatalysators beschickt und der Reaktor wurde innerhalb 30 Minuten in einem Salzschmelzenbad mit einem Heliumstrom durch das Katalysatorbett auf 425ºC erhitzt. Nach dieser Zeit wurde ein Strom von stabilisiertem rohem Acetonitril, hergestellt in Versuch 4, Sauerstoff und Stickstoff, über den Katalysator geleitet. Das stabilisierte rohe Acetonitril wurde unter Verwendung einer Spritzmeßpumpe eingespeist und die gasförmigen Beschickungen wurden mit einem Massenstromregler dosiert. Die Molanteile der Beschickung waren 1 CH&sub3;CN:1,7 02:6,3 N&sub2; mit einer Kontaktzeit von 3 Sekunden. Die Reaktanten wurden 52 Minuten eingespeist. Das Reaktorabgas wurde mit einem Wäscher, der 0,5N wässerige HCl enthielt, abgefangen. Die Analyse der Reaktorabgas-Waschlösungen zeigte die Herstellung von HCN, CO und CO&sub2; mit einer HCN-Selektivität von 22,4% und einem CH&sub3;CN-Umsatz von 54%.
- Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dient der Erläuterung und Beschreibung. Sie ist nicht abschließend oder begrenzt die Erfindung auf die genau offenbarte Ausführungsform und zahlreiche mögliche Modifizierungen und Variationen sind im Lichte der vorangehenden Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um in bester Weise die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern. Es ist vorgesehen, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff aus
rohem Acetonitril, umfassend die Schritte von:
(A) Stabilisieren des rohen Acetonitrils durch ein
Verfahren, umfassend:
(a) Vermischen des rohen Acetonitrils mit einer
starken Base und Aldehyd zur Bildung eines Gemisches, wobei das
Gemisch einen pH-Wert zwischen 10 bis 14 aufweist,
(b) Erhitzen des Gemisches auf dessen
Rückflußtemperatur für einen Zeitraum, ausreichend, damit sich das rohe
Acetonitril stabilisieren kann, und
(c) Gewinnen des stabilisierten rohen Acetonitrils
aus dem Gemisch, und
(B) Herstellen von Cyanwasserstoff durch die
Schritte, umfassend
(a) Verdampfen des in Schritt (A) (c) gewonnenen,
stabilisierten rohen Acetonitrils,
(b) Leiten des verdampften Acetonitrils in einen
Reaktor, worin das Acetonitril mit einem Gas, das Sauerstoff
enthält, vermischt wird und mit einem Katalysator unter
Herstellung von Cyanwasserstoff in Kontakt gebracht wird, und
(c) Gewinnen des so hergestellten Cyanwasserstoffs.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Einführen
von Ammoniak in den Reaktor in Schritt (B) (b) umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei
das Sauerstoff-enthaltende Gas in Schritt (B) (b) Luft ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei in Schritt (B) (b) ein Wirbelschichtreaktor und ein
Wirbelschichtkatalysator verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Quelle für das stabilisierte rohe Acetonitril jenes
rohe Acetonitril ist, das während der Herstellung von
Acrylnitril erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei in Schritt (A) (a) die Base ein Alkalihydroxid ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei in Schritt (A) (a) der Aldehyd Formaldehyd ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei in Schritt (A) (a) das Gemisch einen pH-Wert zwischen 11
und 14 aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Schritt (A) (a)
das Gemisch einen pH-Wert zwischen 12 und 13,8 aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei in Schritt (A) (a) das stabilisierte rohe Acetonitril
durch Destillieren des Gemisches aus dem Gemisch gewonnen
wird.
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