DE69906309T2

DE69906309T2 - Verfahren zur destillation von ammoniak

Info

Publication number: DE69906309T2
Application number: DE69906309T
Authority: DE
Inventors: Gerald Bocquenet; Patrick Houssier
Original assignee: Rhodia Polyamide Intermediates SAS
Current assignee: Rhodia Polyamide Intermediates SAS
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: US6482297B1; ES2190225T3; CN1318034A; FR2781476A1; PL345596A1; RU2001104897A; FR2781476B1; RU2186026C1; EP1102720B1; ID28543A; ATE235423T1; CZ2001257A3; UA54612C2; CA2337321A1; SK283702B6; CN1151965C; JP3854069B2; BR9912346A; KR100421265B1; SK1082001A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Destillation von Ammoniak aus einer Mischung, insbesondere aus einer Mischung, die von der Reaktion eines Aminonitrils und Wasser (auch als Reaktion der cyclisierenden Hydrolyse bezeichnet) stammt.
Bei der cyclisierenden Hydrolyse eines Aminonitrils zur Bildung eines Lactams findet ebenfalls die Bildung von einem Molekül Ammoniak pro Molekül Lactam statt. Am Ende der Reaktion enthält die Reaktionsmischung somit mindestens das erzeugte Lactam, das Wasser im Überschuß und das Ammoniak.
Sie kann auch geringere Mengen von nicht umgesetztem Aminonitril oder eventuelle Nebenprodukte der Reaktion enthalten.
Sie kann auch ein bei der Reaktion der cyclisierenden Hydrolyse gegebenenfalls eingesetztes Lösungsmittel umfassen.
Für die Beschreibung der verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Lactam durch cyclisierende Hydrolyse eines Aminonitrils kann man sich beispielsweise auf das Patent EP-A-O 659 741 oder auf die Internationale Patentanmeldung WO-A-96/22974 oder auch auf die Internationalen Patentanmeldungen WO-A-95/14664 und 95/14665 beziehen.
Die cyclisierende Hydrolyse kann in der Dampfphase oder in flüssiger Phase realisiert werden. Das Verfahren der Erfindung kann bei Mischungen angewendet werden, die von der einen oder der anderen dieser Herstellungsarten stammen.
Unter den von der cyclisierenden Hydrolyse von Aminonitril zu Lactam stammenden Lösungen sind diejenigen, die der Herstellung von Caprolactam ausgehend von 6-Aminocapronitril und Wasser entsprechen, in industrieller Hinsicht die bedeutendsten, denn das genannte Caprolactam führt durch Polymerisation zu Polyamid 6.
Das Verfahren der Erfindung wird sich somit genauer auf die Destillation von Ammoniak aus wäßrigen Lösungen von Caprolactam beziehen, aber es kann auch auf wäßrige Lösungen von anderen Lactamen übertragen werden.
Wenn man wünscht Ammoniak abzutrennen, das in einer wäßrigen Lösung von Caprolactam gelöst ist, so muß man die Zersetzung des Caprolactams weitestgehend verhindern. Dies bedeutet, daß bei der Destillation die Fußtemperatur vorzugsweise auf einem Wert von unter oder gleich 160°C und ganz besonders von unter oder gleich 145°C gehalten werden muß.
Diese Einschränkung, der man nachkommen muß, setzt voraus, den absoluten Druck auf einen Wert von unter oder gleich 5 bar und vorzugsweise auf unter oder gleich 3,5 bar zu begrenzen.
Aus den oben erwähnten Darlegungen folgt, daß die Austrittstemperatur des Ammoniaks am Kopf der Kolonne gemäß der Begrenzung des vorstehend angepaßten absoluten Drucks unter oder gleich + 5 °C und vorzugsweise unter oder gleich – 6 °C beträgt.
Industriell erfordert eine wirksame Kondensation des Ammoniaks am Kopf der Kolonne eine Kühlgruppe mit beträchtlicher Leistungsfähigkeit. Es ist beispielsweise eine Kühlgruppe von 300 kW notwendig, um etwa 1200 kg/Std. Ammoniak zu destillieren.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Abtrennung von Ammoniak durch Destillation, enthalten in einer wäßrigen Lösung von Caprolactam, zum Gegenstand, wobei man die Temperatur der genannten Lösung am Fuß der Kolonne auf einem Wert von unter oder gleich 160 °C und vorzugsweise von unter oder gleich 145 °C hält, und zwar unter Bedingungen, die eine Reduzierung des Verbrauches an Energie, insbesondere an Elektroenergie, bei einem gleichen Durchsatz von destilliertem Ammoniak ermöglichen.
Genauer gesagt besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Destillation von Ammoniak, enthalten in einer wäßrigen Lösung von Caprolactam, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man mit Hilfe einer Kolonne bei einer Fußtemperatur von unter oder gleich 160 °C und unter einem absoluten Druck von unter oder gleich 5 bar destilliert, das am Kopf der Kolonne destillierte Ammoniak unter einem absoluten Druck von über oder gleich 10 bar komprimiert und anschließend bei einer Temperatur von 25 °C bis 60 °C kondensiert.
Vorzugsweise betragen die Fußtemperatur unter oder gleich 145 °C und der absolute Druck unter oder gleich 3,5 bar.
Das am Kopf der Kolonne destillierte Ammoniak wird vorzugsweise unter einem absoluten Druck zwischen 10 und 25 bar komprimiert. Nach der Kondensation wird das unter einem Druck von 10 bar bis 25 bar erhaltene flüssige Ammoniak in einem Separator Flüssigkeit/Dampf den Druck der Kolonne entspannt. Bei der Entspannung verdampft das Ammoniak teilweise, kühlt sich ab, und der erzeugte Dampf wird am Kopf der Destillationskolonne eingespeist und anschließend durch den Kompressor des Kolonnenkopfes wieder komprimiert. Die im Separator Flüssigkeit/Dampf gesammelte Flüssigkeit wird abgepumpt und danach wieder teilweise als Rückfluß zum Kopf der Kolonne zurückgeschickt. Der andere Teil, der den reinen gewonnenen Ammoniak bildet, wird als Wertprodukt versandt.
Diese Lösung benötigt nicht die Anwesenheit einer externen Kühlgruppe für die Kondensation des destillierten Ammoniaks. Die für die Kompression erforderliche Energie liegt in der Größenordnung von etwa 70% der Energie, die für die genannte Kühlgruppe verbraucht worden wäre.
Außerdem ist die für das Verfahren notwendige Investition durch die Vereinfachung des Kreislaufschemas der Flußströme verringert.
Die wäßrige Lösung von Caprolactam, die das Ammoniak enthält, besitzt eine Konzentration an Caprolactam und eine Konzentration an Ammoniak, die je nach den Bedingungen der Herstellung des Caprolactams, insbesondere dem molaren Ausgangsverhältnis Wasser/Aminonitril und der eventuellen Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels, in weiten Bereichen schwanken. So kann die Konzentration an Caprolactam im allgemeinen von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% und vorzugsweise von 20 Gew.-% bis 75 Gew.-% variieren, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung. Die Konzentration an Ammoniak kann im allgemeinen von 0,85 Gew.-% bis 15 Gew.-% und vorzugsweise von 3,5 Gew.-% bis 14 Gew.-% pro Gesamtgewicht der Lösung variieren.
Das zu destillierende Ammoniak weist im Vergleich zu den anderen Verbindungen der wäßrigen Lösung, die das Ammoniak enthält, sehr unterschiedliche physikalische Charakteristiken auf. Es ist nicht notwendig eine Kolonne zu verwenden, die eine sehr große Anzahl von theoretischen Böden aufweist.
Kolonnen mit Füllkörpereinsätzen, die etwa zehn theoretische Böden aufweisen, eignen sich sehr gut für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung. Jedoch stellt dieser Wert als Hinweis keine zwingende Grenze im Rahmen der vorliegenden Erfindung dar.
Noch leistungsfähigere Kolonnen besitzen als Nachteil lediglich höhere Investitionskosten, während weniger wirksame Kolonnen gleichwohl verwendet werden können, jedoch nicht in bevorzugter Weise.
Der verwendete Füllkörpereinsatz könnte von der Art einer losen Schüttung sein oder in geordneter Form vorliegen, wie er von den verschiedenen Konstrukteuren vorgeschlagen und nach den Regeln der Technik dimensioniert wird.
Es ist ebenfalls möglich, Bodenkolonnen zu verwenden, obwohl dies im Hinblick auf Chargenverluste weniger interessant ist.
Der Kompressor für den Dampf am Kopf könnte, je nach den Anwendungen und den Kapazitäten der Behandlung, von der Art eines vo- lumetrischen Kompressors, wie beispielsweise ein Kolbenverdichter oder Schraubenverdichter, oder von der Art einer Zentrifuge sein, ohne daß diese Technologien bei dem vorstehend genannten Verfahren als erschöpfend anzusehen sind.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung. Dieses Beispiel sowie der Vergleichsversuch entsprechen einer Produktion von 8 t/h Caprolactam.
BEISPIEL 1 : Destillation mit Kompression der Kopfdämpfe
Destillation eines Produktes mit der folgenden Zusammensetzung:

– Ammoniak : 9 Gew.-%
– Wasser : 30 Gew.-%
– Caprolactam : 61 Gew.-%

Die Charakteristiken der Destillationskolonne sind die folgenden:

– Anzahl der Destillations-Stufen : 10
– Rückflußgrad : 0,30
– absoluter Arbeitsdruck am Kopf : 3,5 bar
– Kopftemperatur : 35 °C
– Fußtemperatur : 145 °C
– thermische Last des Kochers : 1,1 Gcal/h
– absoluter Verdrängungsdruck des Kopfkompressors : 14 bar
– verbrauchte Leistung des Kopfkompressors : 160 kW
– thermische Last des Kondensators beim Verdrängungsdruck des Kompressors : 0,7 Gcal/h

Die Lösung von Caprolactam, die nach der Destillation des Ammoniaks erhalten wurde, besitzt die folgende Zusammensetzung

– Ammoniak : 0,01 Gew.-%
– Wasser : 33 Gew.-%
– Caprolactam : 67 Gew.-%

VERGLEICHSVERSUCH 1 : Klassische Destillation mit Kühlgruppe am Kopf
Destillation eines Produktes mit der folgenden Zusammensetzung:

– Ammoniak : 9 Gew.-%
– Wasser : 30 Gew.-%
– Caprolactam : 61 Gew.-%

Die Charakteristiken der Destillationskolonne sind die folgenden:

– Anzahl der Destillations-Stufen : 10
– Rückflußgrad : 0,35
– absoluter Arbeitsdruck am Kopf : 3,5 bar
– Kopftemperatur : –9 °C
– Fußtemperatur : 145 °C
– thermische Last des Kochers : 1,1 Gcal/h
– thermische Last des Kondensators: 0,5 Gcal/h
– verbrauchte Leistung der Kühlgruppe : 270 kW mit einer Kσndensation bei 35 °C.

– Ammoniak : 0,01 Gew.-%
– Wasser : 33 Gew.-%
– Caprolactam : 67 Gew.-%

Die Leistungsfähigkeiten der Destillationen in Beispiel 1 und im Vergleichsversuch sind im Hinblick auf die Wirksamkeit der Abtrennung von Ammoniak genau identisch.
Der Verbrauch von Energie zum Erreichen dieser Ergebnisse ist jedoch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung deutlich niedriger.

Claims

Verfahren zur Abtrennung von Ammoniak durch Destillation, enthalten in einer wäßrigen Lösung von Caprolactam, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Hilfe einer Kolonne bei einer Fußtemperatur von unter oder gleich 160 °C und unter einem absoluten Druck von unter oder gleich 5 bar destilliert, das am Kopf der Kolonne destillierte Ammoniak unter einem absoluten Druck von über oder gleich 10 bar komprimiert und anschließend bei einer Temperatur von 25 °C bis 60 °C kondensiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußtemperatur unter oder gleich 145 °C und der absolute Druck unter oder gleich 3,5 bar betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das am Kopf der Kolonne destillierte Ammoniak unter einem absoluten Druck zwischen 10 und 25 bar komprimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des am Kopf der Kolonne destillierten Ammoniaks mit Hilfe eines Kompressors vom volumetrischen Typ oder Zentrifugen-Typ erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte wäßrige Lösung 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% Caprolactam, bezogen auf das Gesamtgewicht der genannten Lösung, und 0,85 Gew.-% bis 15 Gew.-% Ammoniak, bezogen auf das Gesamtgewicht der genannten Lösung, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte wäßrige Lösung 20 Gew.-% bis 75 Gew.-% Caprolactam, bezogen auf das Gesamtgewicht der genannten Lösung, und 3,5 Gew.-% bis 14 Gew.-% Ammoniak, bezogen auf das Gesamtgewicht der genannten Lösung, enthält.