EP1527058A1 - Verfahren zur kontinuierlich betriebenen zwischenabtrennung des bei der koppelproduktfreien oxiransynthese entstehenden oxirans unter verwendung einer trennwandkolonne - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlich betriebenen zwischenabtrennung des bei der koppelproduktfreien oxiransynthese entstehenden oxirans unter verwendung einer trennwandkolonne

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Publication number
EP1527058A1
EP1527058A1 EP03765088A EP03765088A EP1527058A1 EP 1527058 A1 EP1527058 A1 EP 1527058A1 EP 03765088 A EP03765088 A EP 03765088A EP 03765088 A EP03765088 A EP 03765088A EP 1527058 A1 EP1527058 A1 EP 1527058A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxirane
hydroperoxide
column
organic compound
dividing wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03765088A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Bassler
Hans-Georg Göbbel
Joaquim Enrique Teles
Peter Rudolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1527058A1 publication Critical patent/EP1527058A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/12—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with hydrogen peroxide or inorganic peroxides or peracids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582—Recycling of unreacted starting or intermediate materials

Definitions

  • the invention relates to a continuously operated process for the intermediate separation of the oxirane formed in the preferably coproduct-free oxirane synthesis by reacting a hydroperoxide with an organic compound, the product mixture formed in the synthesis being separated in a dividing wall column into a light, medium and high boiler fraction and the oxirane being removed the medium boiler fraction at the side take-off point of the column and the hydroperoxide from the high boiler fraction with the bottom of the column.
  • oxiranes can be prepared in one or more stages by reacting suitable organic compounds with hydroperoxides.
  • the multi-stage process described in WO 00/07965 provides that the reaction of the organic compound with a hydroperoxide comprises at least steps (i) to (iii):
  • step (i) reacting the hydroperoxide with the organic compound to obtain a product mixture comprising the reacted organic compound and unreacted hydroperoxide, (ii) separating the unreacted hydroperoxide from the mixture resulting from step (i), (iii) reacting the separated hydroperoxide from step (ii) with the organic compound. Accordingly, the reaction of the organic compound with the hydroperoxide takes place in at least two stages (i) and (iii), the hydroperoxide separated off in stage (ii) being used again in the reaction.
  • the reactions in stages (i) and (iii) are preferably carried out in two separate reactors, preferably fixed bed reactors, the reaction in stage (i) preferably taking place in an isothermal reactor and the reaction in stage (iii) in an adiabatic reactor.
  • this multi-stage process can be used to convert alkenes with hydroperoxides to oxiranes.
  • hydrogen peroxide is preferably used as the hydroperoxide and the organic compound is brought into contact with a heterogeneous catalyst during the reaction.
  • the above process can be used to produce propylene oxide from propylene and hydrogen peroxide.
  • the reaction is preferably carried out in methanol as a solvent.
  • the propylene is mostly used in the "chemical grade" quality level and contains approx. 4% by weight of propane.
  • the hydrogen peroxide conversion in stage (i) reaches about 85% to 90% and in stage (iii) about 95%, based on stage (ii).
  • a hydrogen peroxide conversion of approx. 99% with a propylene oxide selectivity of approx. 94 - 95% can be achieved via both stages.
  • this synthesis is also referred to as oxirane synthesis without co-product.
  • the separation of the hydroperoxide in particular has been optimized since the unreacted hydroperoxide from stage (i) is to be used again in the reaction.
  • the hydroperoxide is preferably removed by distillation via the bottom of a column.
  • the oxirane can be separated off directly from the product mixture in the same column as the hydroperoxide. With this intermediate separation by distillation the oxirane is then removed from the mixture via the top of the column.
  • intermediate separation denotes the separation of the oxirane directly from the reaction mixture, in contrast to the pure distillation, which takes place with the oxirane which has already been separated off.
  • the reaction mixture to be separated by distillation contains, for example, methanol, water, propylene oxide as oxirane, by-products such as, for. B. methoxypropanols, 1,2-propylene diglycol, acetaldehyde, methyl formate, unreacted propylene as an organic compound, propane and hydrogen peroxide as hydroperoxide.
  • the oxirane distilled off via the top of the column according to the prior art is contaminated with low boilers of the abovementioned compounds which are volatile under the distillation conditions, for example with unreacted organic compound. It then usually has to undergo a further purification step, i.e. a pure distillation. This can be done, for example, in a further distillation in a column which is connected in series with the column used as the separation device. This procedure with a distillation of the product of value at least twice requires an increased expenditure on equipment and energy.
  • a process to be operated continuously should be made available, which allows the oxiranes preferably obtained by multistage reaction to be obtained in high purity by intermediate separation with minimal equipment and energy expenditure.
  • the invention therefore relates to a continuously operated process for the intermediate separation of the oxirane formed in the oxirane synthesis by reacting a hydroperoxide with an organic compound, characterized in that the product mixture formed in the synthesis in a dividing wall column into a light, medium and high boiler fraction separated and the oxirane from the medium boiler fraction at the side take-off point and the hydroperoxide from the high boiler fraction are removed with the bottom of the column.
  • the oxirane can be obtained directly from the reaction mixture by intermediate separation in the same column in which the hydroperoxide is also removed by distillation. Furthermore, the oxirane and the hydroperoxide used can be separated from one another under mild conditions and low thermal stress, since in the dividing wall column, only short residence times are necessary in comparison to two columns connected in series. This is extremely advantageous since both compounds are highly reactive and thermally labile components. In comparison to the method described in the prior art, the new method according to the invention therefore leads to reduced expenditure on apparatus and energy and at the same time improved product quality.
  • the dividing wall column is characterized by a particularly low energy consumption and thus offers advantages in terms of energy consumption compared to a conventional column. This is extremely advantageous for industrial use.
  • Distillation columns with side draws and dividing wall also referred to below as dividing wall columns, are already known. They represent a further development of distillation columns that only have a side draw but no dividing wall.
  • the application of the last-mentioned column type is limited, however, because the products removed at the side take-off points are never completely pure.
  • the side product With side decreases in the reinforcement part In the column, which is usually carried out in liquid form, the side product still contains fractions of low-boiling components which are to be removed overhead.
  • the side product still has high boiler components.
  • the use of conventional side draw columns is therefore limited to cases in which contaminated side products are permitted.
  • a partition is attached in the middle area above and below the inlet point and the side removal point, whereby this can be welded tightly or just inserted. It seals the withdrawal section from the inlet section and prevents cross-mixing of liquid and vapor streams across the entire column cross section in this column section. This reduces the number of distillation columns required overall when separating multicomponent mixtures whose components have similar boiling points.
  • This type of column was used, for example, to separate a component stock from methane, ethane, propane and butane (US 2,471,134), to separate a mixture of benzene, toluene and xylene (US 4,230,533) and to separate a mixture of n-hexane, n- Heptane and n-octane (EP 0 122367).
  • Dividing wall columns can also be successfully used to separate azeotropic boiling mixtures (EP 0 133 510).
  • FIG. 1 shows schematically the intermediate separation of the oxirane formed in the oxirane synthesis from the excess hydroperoxide used in one Partition column shown.
  • the reaction mixture originating from oxirane synthesis is introduced into the column via feed Z.
  • said reaction mixture is separated into a low boiler fraction L, which essentially contains unreacted organic compound, into the medium boiler fraction, which contains the oxirane, and into a high boiler fraction S, which essentially contains unreacted hydroperoxide with solvent and water.
  • the oxirane is removed from the side draw for medium boiler M.
  • the organic compound used can be isolated from the low boiler fraction which distills off at the top of the column; . and reacted again with hydroperoxide in the devices provided for this purpose.
  • the medium boiler fraction with the oxirane as a valuable substance is removed in liquid or vapor form at the side take-off point. Both internal and external collecting spaces are suitable for removal from the side removal parts, in which the liquid or condensing steam can be collected.
  • the high boiler fraction which typically contains the hydroperoxide together with the solvent and water used, and is withdrawn via the bottom of the column, can be reacted again with the organic compound in the devices provided for this purpose.
  • the method described in WO 00/07965 and the device for carrying out the method are preferably used for the oxirane synthesis.
  • the device consists of an isothermal fixed bed reactor, a separation device and an adiabatic fixed bed reactor.
  • a system is thus possible with which both the oxirane can be produced continuously, isolated with continuous intermediate separation and unreacted starting materials can be returned to the oxirane synthesis.
  • the organic compound is reacted with the hydroperoxide in the isothermal reactor, and the reaction mixture is separated into the transferred to the wall column, the oxirane and the hydroperoxide being obtained from the high boiler fraction via the side draw.
  • the latter compound is then reacted again with the organic compound in the adiabatic reactor in a second stage.
  • propylene is reacted as an organic compound, this can also be used as a starting material recovered via the top of the column.
  • the process according to the invention is suitable for the preferably continuous intermediate separation of an oxirane from a product mixture which is produced by a process comprising at least steps (i) to (iii):
  • step (i) reacting the hydroperoxide with the organic compound to obtain a product mixture comprising the reacted organic compound and unreacted hydroperoxide, (ii) separating the unreacted hydroperoxide from the mixture resulting from step (i), (iii) reacting the separated hydroperoxide from step (ii) with the organic compound.
  • Conventional dividing wall columns with one or more side draws can be used to carry out the process according to the invention.
  • Such a dividing wall column has, for example, preferably 10 to 70, particularly preferably 15 to 50, particularly preferably 20 to 40 theoretical plates. With this embodiment, the method according to the invention can be carried out particularly cheaply.
  • the upper common section 1 of the inlet and outlet section of the dividing wall column preferably has 5 to 50%, particularly preferably 15 to 30%, and the reinforcing section 2 of the inlet section preferably 5 to 50, particularly preferably 15 to 30%, the stripping section 4 of the inflow section preferably 5 to 50%, particularly preferably 15 to 30%, the stripping section 3 of the removal section preferably 5 to 50%, particularly preferably 15 to 30%, the reinforcement section 5 of the removal section preferably 5 to 50%, particularly preferably 15 to 30%, and the common lower section 6 of the feed and withdrawal section preferably 5 to 50%, particularly preferably 15 to 30%, of the total number of theoretical plates in the column.
  • the sum of the number of theoretical plates of sub-areas 2 and 4 in the feed section is preferably 80 to 110%, particularly preferably 90 to 100%, the sum of the number of separators of sub-areas 3 and 5 in the removal section.
  • the inlet point is preferably arranged 1 to 8, particularly preferably 3 to 5, theoretical plates higher or lower than the side take-off point.
  • the dividing wall column used in the process according to the invention can preferably be carried out both as a packed column with packing or ordered packings and as a tray column.
  • packing or ordered packings For example, sheet metal or fabric packs with a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / m 3 , preferably about 250 to 750 m 2 / m 3 , can be used as ordered packs.
  • Such packings offer a high separation performance with a low pressure loss per separation stage.
  • the section of the column subdivided by the dividing wall 7, consisting of the reinforcing part 2 of the inlet part, the stripping part 3 of the removal part, the stripping part 4 of the inlet part and the reinforcing part 5 or parts thereof, is preferably with ordered packings or fillers, and the partition is made heat-insulating in these sections.
  • the mixture obtained in the oxirane synthesis which consists of low boilers L, medium boilers and high boilers S, is then introduced continuously into the column via feed Z. This feed stream is generally liquid.
  • the feed stream may be advantageous to subject the feed stream to pre-evaporation and then to feed it to the column in two phases, ie in gaseous and liquid form or in the form of a gaseous and a liquid stream.
  • This pre-evaporation is particularly useful when the feed stream contains large amounts of low boilers L.
  • the stripping section of the column can be substantially relieved by the pre-evaporation.
  • the feed stream is expediently fed into the feed part in a quantity-controlled manner by means of a pump or via a static feed height of at least 1 m.
  • This addition is preferably carried out via a cascade control in conjunction with the liquid level control of the collecting space of the inlet part.
  • the control is set in such a way that the amount of liquid applied to the reinforcement part 2 cannot drop below 30% of the normal value. It has been shown that such a procedure is important for compensating for disturbing fluctuations in the feed quantity or feed concentration.
  • Control mechanisms for operating dividing wall columns have been described, for example, in Chem. Eng. Technol. 10 (1987) 92-98, Chem.-Ing.-Technol. 61 (1989) No. 1, 16-25, Gas Separation and Purification 4 (1990) 109-114, Process Engineering 2 (1993) 33-34, Trans IChemE 72 (1994) Part A 639- 644, Chemical Engineering 7 (1997) 72-76.
  • the control mechanisms specified in this prior art can also be used for the method according to the invention or can be transferred to it.
  • the control principle described below has proven to be particularly favorable for the continuous intermediate separation of the oxirane from the excess hydroperoxide used. It is able to cope with load fluctuations.
  • the distillate is therefore preferably removed in a temperature-controlled manner.
  • a temperature control is provided in the upper column part 1, which uses the runoff quantity, the reflux ratio or preferably the reflux quantity as the manipulated variable.
  • the measuring point for the temperature control is preferably 3 to 8, particularly preferably 4 to 6, theoretical plates below the upper end of the column.
  • a suitable temperature setting then divides the liquid flowing out of the column part 1 at the upper end of the dividing wall such that the ratio of the liquid flow to the inlet part to that to the removal part is preferably 0.1 to 1.0, particularly preferably 0.3 to 0 , 6, is.
  • the outflowing liquid is preferably collected in a collecting space arranged in or outside the column, from which it is then fed continuously into the column.
  • This collecting space can thus take over the task of a pump supply or ensure a sufficiently high static liquid level, which enables a liquid transfer regulated by actuators, for example valves.
  • actuators for example valves.
  • the vapor flow at the lower end of the partition is adjusted by the choice and / or dimensioning of the partition internals and / or the installation of pressure-reducing devices, for example, orifices, so that the ratio of the Vapor flow in the inlet part to that of the withdrawal part is preferably 0.8 to 1.2, preferably 0.9 to 1.1.
  • a temperature control is also provided in the lower common column part 6, which uses the amount of sump withdrawn as the manipulated variable.
  • the bottom product can thus be removed in a temperature-controlled manner.
  • the measuring point for the temperature control is preferably arranged by 3 to 6, particularly preferably 4 to 6, theoretical plates above the lower end of the column.
  • the above-mentioned level control on the column part 6 with the column sump can be used as a manipulated variable for the side draw quantity.
  • the liquid level in the evaporator is used as the control variable.
  • the differential pressure across the column can also be used as the manipulated variable for the heating output.
  • the distillation is advantageously carried out at a top pressure between 0.5 and 5 bar, preferably between 0.7 and 2 bar. Accordingly, the heating capacity of the evaporator on the column bottom is selected to maintain this pressure range.
  • the resulting distillation temperature is preferably 10 to 60 ° C, particularly preferably 25 to 45 ° C. It is measured at the side deduction point.
  • the process according to the invention is characterized in that the top pressure in the dividing wall column is 0.5 to 5 bar.
  • the process according to the invention is also characterized in that the distillation temperature at the side draw is 10 to 60 ° C.
  • Compliance with the specification for the high boilers in the medium boiler fraction is preferably regulated via the distribution ratio of the amount of liquid at the top end of the partition.
  • the distribution ratio is set so that the concentration of key components for the high boiler fraction in the liquid at the upper end of the partition is 10 to 80% by weight, preferably 30 to 50% by weight, of the value which is to be achieved in the side draw ,
  • the liquid distribution can then be adjusted such that more liquid is fed to the feed section at higher contents of key components of the high boiler fraction and less liquid at lower contents of key components.
  • the specification for the low boilers in the medium boiler fraction is regulated accordingly by the heating power.
  • the heating power in the evaporator is set so that the concentration of key components for the low boiler fraction in the liquid at the lower end of the partition is 10 to 80% by weight, preferably 30 to 50% by weight, of the value which is achieved in the side take-off product shall be.
  • the heating power is thus adjusted such that the heating power increases when the key component content of the low boiler fraction is higher and the heating power is reduced when the key component content of the low boiler fraction is lower.
  • the concentration of low and high boilers in the medium boiler fraction can be determined using standard analysis methods. For example, infrared spectroscopy can be used for detection, the compounds present in the reaction mixture being identified on the basis of their characteristic absorptions. These measurements can be made inline directly in the column. men. However, gas chromatographic methods are preferably used. It is then provided that the upper and lower ends of the partition have sampling options. Thus, liquid or gaseous samples can be taken from the column continuously or at intervals and their composition can be examined. Depending on the composition, the appropriate control mechanisms can then be used.
  • the dividing wall column it is also possible not to combine the feed section and the removal section, which are separated from one another by the dividing wall 7, in one column, but to separate them spatially.
  • the dividing wall column can also consist of at least two columns which are spatially separated from one another, but which must then be thermally coupled to one another.
  • thermally coupled columns exchange steam and liquid with one another, but the energy is supplied only via one column.
  • This special design offers the advantage that the thermally coupled columns can also be operated at different pressures, and an even better setting of the temperature level required for the distillation can be possible than in the conventional dividing wall column.
  • FIGS. 2 and 3 Examples of dividing wall columns in the special design of the thermally coupled columns are shown schematically in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 shows a variant in which the energy is supplied via the evaporator V of the column, which is connected downstream of the column via which the product mixture is fed in via the feed Z.
  • the product mixture in the first column is first separated into a low and high boiler fraction, which also contain medium boilers.
  • the resulting fractions are then walked transferred into the second column, the low boiler fraction containing the middle boilers at the upper end and the high boiler fraction containing the middle boilers are fed at the lower end of the second column.
  • the low boilers L are distilled off over the top of the column and isolated via the condenser K.
  • the high boilers S are obtained via the bottom of the column.
  • the cleaned propylene oxide can be removed from the side draw for medium boiler M. Both columns can exchange steam and liquid via d and f.
  • FIG 3 shows a further variant of thermally coupled columns.
  • the energy is supplied via the evaporator V of the column into which the reaction mixture is also fed via the feed Z.
  • the low boilers L are distilled off over the top of this column and condensed with the aid of the condenser K.
  • the high boilers S are obtained with the swamp.
  • Low boilers L enriched with medium boilers are now transferred to the upper part of the downstream column, high boilers S enriched with medium boilers into the lower part of the downstream column.
  • the cleaned propylene oxide can be removed from the side draw for medium boiler M.
  • Both columns can exchange steam and liquid via d and f.
  • the columns according to FIGS. 2 and 3 can also be designed as packed columns with packing elements or ordered packings or as tray columns.
  • packing elements for example, sheet metal or fabric packs with a specific surface area of 100 to 1000 m / m 3 , preferably about 250 to 750 m 2 / m 3 , can be used as ordered packs.
  • Such packings offer high separation performance with low pressure loss per separation stage.
  • the process according to the invention relates to the intermediate separation of propylene oxide, it should be obtained in a purity of preferably at least 95% by weight.
  • concentration of the key components in the low boilers (e.g. acetaldehyde, methyl formate) and the key components in the high boilers (e.g. methanol, water, propylene glycol) in the product should then preferably be below 5% by weight, the sum of Oxirane and key components gives 100 wt .-%.
  • the present invention also relates to a method as described above which is characterized in that the sum of the key components in the purified oxirane is less than 5% by weight, the total sum of oxirane and the components contained in the oxirane being 100% by weight. % results.
  • the starting materials known from the prior art can be used for the oxirane synthesis for the process according to the invention for the continuous intermediate separation of the oxirane formed in the coproduct-free oxirane synthesis in a dividing wall column.
  • Organic compounds which have at least one C-C double bond are preferably reacted.
  • alkenes are mentioned as examples of such organic compounds with at least one C-C double bond:
  • Alkenes containing 2 to 8 carbon atoms are preferably used. Ethene, propylene and butene are particularly preferably reacted. Propylene is particularly preferably reacted.
  • the known hydroperoxides which are suitable for the reaction of the organic compound can be used as the hydroperoxide. Examples of such hydroperoxides are, for example, tert-butyl hydroperoxide or ethylbenzene hydroperoxide.
  • Hydrogen peroxide is preferably used as the hydroperoxide for the oxirane synthesis, it also being possible to use an aqueous hydrogen peroxide solution.
  • the anthraquinone process can be used to produce hydrogen peroxide, according to which practically the entire amount of hydrogen peroxide produced worldwide is produced.
  • This process is based on the catalytic hydrogenation of an anthraquinone compound to the corresponding anthrahydroquinone compound, subsequent reaction of the same with oxygen to form hydrogen peroxide and subsequent separation of the hydrogen peroxide formed by extraction.
  • the catalytic cycle is closed by renewed hydrogenation of the re-formed anthraquinone compound.
  • Catalysts are preferably used which have a porous oxidic material, such as. B. a zeolite. Catalysts are preferably used which comprise a zeolite containing titanium, germanium, tellurium, vanadium, chromium, niobium or zirconium as the porous oxidic material.
  • Zeolites with pentasil-zeolite structure containing titanium, germanium, tellurium, vanadium, chromium, niobium, and zirconium in particular the types with X-ray assignment to ABW, ACO, AEI, AEL -, AEN, AET, AFG, AFI, AFN, AFO, AFR, AFS, AFT, AFX, AFY, AHT, ANA, APC, APD, AST, ATN, ATO, ATS, ATT, ATV, AWO, AWW, BEA, BIK, BOG, BPH, BRE, CAN, CAS, CFI, CGF, CGS , CHA, CHI, CLO, CON, CZP, DAC, DDR, DFO, DFT, DOH, DON, EAB, EDI, EMT, EPI, ERI, ESV -, EUO, FAU, FER, GIS, GME, GOO, HEU, IFR,
  • Titanium-containing zeolites with the structure of rTQ-4, SSZ-24, TTM-1, UTD-1, ClT-1 or C ⁇ T-5 are also conceivable for use in the process according to the invention. Further titanium-containing zeolites are those with the structure of ZSM-48 or ZSM-12.
  • Ti zeolites with an MFI, MEL or MFI / MEL mixed structure are particularly preferred.
  • the titanium-containing zeolite catalysts which are generally referred to as “TS-1”, “TS-2”, “TS-3”, are very particularly preferred. are referred to, as well as Ti zeolites with a framework structure isomorphic to ⁇ -zeolite.
  • a heterogeneous catalyst which comprises the titanium-containing silicalite TS-1.
  • porous oxidic material per se as a catalyst.
  • a shaped body as the catalyst which comprises the porous oxidic material. All processes according to the prior art can be used to produce the shaped body, starting from the porous oxidic material.
  • noble metals in the form of suitable noble metal components can be applied to the catalyst material.
  • This method is preferably used to produce oxidation catalysts based on titanium or vanadium silicates with a zeolite structure, it being possible to obtain catalysts which contain from 0.01 to 30% by weight of one or more noble metals from the group ruthenium, Rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, rhenium, gold and silver.
  • Such catalysts are described for example in DE-A 196 23 609.6.
  • the moldings can also be assembled. All methods of comminution are conceivable, for example by splitting or breaking the shaped bodies, as are further chemical treatments, as described above, for example.
  • a shaped body or more of it can be regenerated in the process according to the invention after deactivation by a process in which the regeneration is carried out by deliberately burning off the deposits responsible for the deactivation. It is preferably carried out in an inert gas atmosphere which contains precisely defined amounts of oxygen-removing substances.
  • This regeneration process is described in DE-A 197 23 949.8 described. Furthermore, the regeneration processes specified there with respect to the prior art can be used.
  • solvents which completely or at least partially dissolve the starting materials used in the oxirane synthesis can preferably be used as solvents.
  • solvents are aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons, esters, ethers, amides, sulfoxides and ketones and alcohols.
  • the solvents can also be used in the form of mixtures. Alcohols are preferably used.
  • methanol as a solvent is particularly preferred.
  • reactors for the oxirane synthesis are not restricted to a single vessel. Rather, it is also possible to use a cascade of stirred tanks, for example.
  • Fixed-bed reactors are preferably used as reactors for the oxirane synthesis.
  • Fixed-bed tube reactors are further preferably used as fixed-bed reactors.
  • an isothermal fixed bed reactor is used as the reactor for stage (i) and an adiabatic fixed bed reactor for stage (iii).
  • the oxiranes used for the process according to the invention are preferably produced in an isothermal fixed bed reactor and an adiabatic fixed bed reactor, the intermediate separation taking place in a dividing wall column.
  • FIG. 4 A dividing wall column with two side draws is sketched in FIG. 4.
  • the lower-boiling oxirane at the upper side-take-off point M1 and the higher-boiling oxirane at the lower side-take-off point M2 are removed from the superimposed side draws.
  • the area of thermal coupling 8 preferably has five to fifty, more preferably fifteen to thirty percent of the total number of theoretical plates in the column.
  • the invention also relates to a device for carrying out a continuously operated process for the intermediate separation of the oxirane formed in the oxirane synthesis by reaction of a hydroperoxide with an organic compound.
  • a preferred embodiment of a device for carrying out a continuously operated process for the intermediate separation of the oxirane formed in the oxirane synthesis by reacting a hydroperoxide with an organic compound is characterized in that the device for producing the oxirane has at least one isothermal and one adiabatic reactor for the process of stages (i) and (iii) and a separation apparatus for stage (ii), the separation device consisting of a dividing wall column with one or two side draws or at least two columns thermally coupled to one another.
  • Horizontal and diagonal or diagonally indicated lines in the columns symbolize packs with packing or ordered packs that may be present in the column.

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Abstract

Kontinuierlich betriebenes Verfahren zur Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese durch Umsetzung eines Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Synthese entstehende Produktgemisch in einer 'I'rennwandkolonne in eine Leicht-, Mittel und Hochsiederfraktion aufgetrennt und das Oxiran aus der Mittelsiederfraktion an der Seitenabzugsstelle der Kolonne und das Hydroperoxid aus der Hochsiederfraktion mit dem Sumpf der Kolonne entnommen wird.

Description

Verfahren zur kontinuierlich betriebenen Z ischeπabtrennung des bei der koppelproduktfreien Oxiransynthese entstehenden Oxirans unter Ver en- düng einer Trennwandkolonne
Die Erfindung betrifft ein kontinuierlich betriebenes Verfahren zur Zwischenabtrennung des bei der vorzugsweise koppelproduktfreien Oxiransynthese durch Umsetzung eines Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans, wobei das bei der Synthese entstehende Produktgemisch in einer Trennwandkolonne in eine Leicht-, Mittel- und Hochsiederfraktion aufgetrennt und das Oxiran aus der Mittelsiederfraktion an der Seitenabzugsstelle der Kolonne und das Hydroperoxid aus der Hochsiederfraktion mit dem Sumpf der Kolonne entnom- men wird.
Nach den gängigen Verfahren des Standes der Technik können Oxirane durch Umsetzung geeigneter organischer Verbindungen mit Hydroperoxiden einstufig oder mehrstufig hergestellt werden.
Beispielsweise sieht das in der WO 00/07965 beschriebene mehrstufige Verfahren vor, dass die Umsetzung der organischen Verbindung mit einem Hydroperoxid wenigstens die Schritte (i) bis (iii) umfasst:
(i) Umsetzung des Hydroperoxids mit der organischen Verbindung unter Erhalt eines Produktgemisches, umfassend die umgesetzte organische Verbindung und nicht umgesetztes Hydroperoxid, (ii) Abtrennung des nicht umgesetzten Hydroperoxids aus der aus Stufe (i) resultierenden Mischung, (iii) Umsetzung des abgetrennten Hydroperoxids aus Stufe (ii) mit der organischen Verbindung. Demgemäss findet die Umsetzung der organischen Verbindung mit dem Hydroperoxid in mindestens zwei Stufen (i) und (iii) statt, wobei das in Stufe (ii) abgetrennte Hydroperoxid erneut in die Reaktion eingesetzt wird.
Vorzugsweise erfolgen dabei die Umsetzungen in den Stufen (i) und (iii) in zwei getrennten Reaktoren, vorzugsweise Festbettreaktoren, wobei vorzugsweise die Umsetzung der Stufe (i) in einem isothermen und die Umsetzung der Stufe (iii) in einem adiabatischen Reaktor stattfindet.
Allgemein kann dieses mehrstufige Verfahren zur Umsetzung von Alkenen mit Hydroperoxiden zu Oxiranen verwendet werden. Vorzugsweise wird bei dieser Sequenz als Hydroperoxid Wasserstoffperoxid verwendet sowie die organische Verbindung während der Reaktion in Kontakt mit einem heterogenen Katalysator gebracht.
Insbesondere kann obiges Verfahren zur Herstellung von Propylenoxid aus Propy- len und Wasserstoffperoxid verwendet werden. Die Umsetzung wird dabei vorzugsweise in Methanol als Lösungsmittel durchgeführt. Das Propylen wird zumeist in der Qualitätsstufe "chemical grade" eingesetzt und enthält ca. 4 Gew.-% Propan. Der Wasserstoffperoxid-Umsatz in Stufe (i) erreicht hierbei ca. 85 % bis 90 % und in Stufe (iii) ca. 95 %, bezogen auf die Stufe (ii). In der Summe kann über beide Stufen ein Wasserstoffperoxidumsatz von ca. 99 % bei einer Propylen- oxid-Selektivität von ca. 94 - 95 % erreicht werden.
Wegen der hohen Selektivität der Reaktion wird diese Synthese auch als koppel- produktfreie Oxiransynthese bezeichnet.
Bei diesem Verfahren wurde insbesondere die Abtrennung des Hydroperoxids optimiert, da das nicht umgesetzte Hydroperoxid aus Stufe (i) erneut in die Reaktion eingesetzt werden soll. Die Abtrennung des Hydroperoxids erfolgt vorzugs- weise destillativ über den Sumpf einer Kolonne.
Das Oxiran kann in derselben Kolonne wie das Hydroperoxid direkt aus dem Produktgemisch abgetrennt werden. Bei dieser destillativen Zwischenabtrennung wird das Oxiran dann über den Kolonnenkopf der Mischung entnommen. Der Begriff "Zwischenabtrennung" bezeichnet die Abtrennung des Oxirans direkt aus dem Reaktionsgemisch im Unterschied zur Reindestillation, die mit dem bereits abgetrennten Oxiran erfolgt.
Wird Propylen mit Wasserstoffperoxid umgesetzt, so enthält das durch Destillation zu trennende Reaktionsgemisch beispielsweise Methanol, Wasser, Propylen- oxid als Oxiran, Nebenprodukte, wie z. B. Methoxypropanole, 1,2-Propylen- diglykol, Acetaldehyd, Methylformiat, unumgesetztes Propylen als organische Verbindung, Propan und Wasserstoffperoxid als Hydroperoxid.
Das nach dem Stand der Technik über den Kolonnenkopf abdestillierte Oxiran ist mit unter den Destillationsbedingungen flüchtigen Niedrigsiedern der vorstehend genannten Verbindungen verunreinigt, beispielsweise mit nicht umgesetzter orga- nischer Verbindung. Es muss dann gewöhnlich einem weiteren Reinigungsschritt unterzogen werden, also einer Reindestillation. Dies kann etwa in einer weiteren Destillation in einer Kolonne erfolgen, die mit der als Abtrenneinrichtung verwendeten Kolonne in Reihe geschaltet ist. Diese Vorgehensweise mit einer mindestens zweifachen Destillation des Wertprodukts erfordert einen erhöhten appa- rativen und energetischen Aufwand.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die destillative Abtrennung der bei der Umsetzung von geeigneten organischen Verbindungen mit Hydroperoxiden entstehenden Oxirane aus dem Reaktionsgemisch zu optimieren, insbesondere im Sinne eines bezüglich des Energieverbrauchs der Destillation und der thermischen Belastung der Produkte verbesserten Verfahrens. Insbesondere sollte ein kontinuierlich zu betreibendes Verfahren zur Verfügung gestellt werden, welches erlaubt, die vorzugsweise durch mehrstufige Umsetzung erhaltenen Oxirane bei möglichst geringem apparativen und energetischen Aufwand durch Zwischenabtrennung in hoher Reinheit zu gewinnen.
Diese Aufgabe konnte gelöst werden durch ein kontinuierlich betriebenes Verfahren zur Zwischenabtrennung des bei der vorzugsweise koppelproduktfreien Oxi- ransynthese durch Umsetzung eines Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans mittels einer Trennwandkolonne. Gegenstand der Erfindung ist daher ein kontinuierlich betriebenes Verfahren zur Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese durch Umsetzung eines Hydro- peroxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Synthese entstehende Produktgemisch in einer Trennwandkolonne in eine Leicht-, Mittel- und Hochsiederfraktion aufgetrennt und das Oxiran aus der Mittelsiederfraktion an der Seitenabzugsstelle und das Hydroperoxid aus der Hochsiederfraktion mit dem Sumpf der Kolonne entnom- men wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Oxiran in derselben Kolonne, in der auch das Hydroperoxid destillativ abgetrennt wird, direkt aus dem Reaktionsgemisch durch destillative Zwischenabtrennung gewonnen werden. Weiterhin können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Oxiran und das eingesetzte Hydroperoxid unter schonenden Bedingungen und geringer thermischer Belastung voneinander getrennt werden, da in der Trennwandkolonne im Vergleich zu zwei hintereinander geschalteten Kolonnen nur kurze Verweilzeiten notwendig sind. Dies ist außerordentlich vorteilhaft, da es sich bei beiden Verbindungen um hoch reaktive und thermisch labile Komponenten handelt. Im Vergleich zum beim Stand der Technik geschilderten Verfahren führt deshalb das neue erfindungsgemäße Verfahren zu einem reduzierten apparativen und energetischen Aufwand bei gleichzeitig verbesserter Produktqualität. Darüber hinaus zeichnet sich die Trennwandkolonne durch einen besonders niedrigen Energieverbrauch aus und bietet somit hinsichtlich des Energiebedarfs gegenüber einer konventionellen Kolonne Vorteile. Für die industrielle Anwendung ist dies außerordentlich vorteilhaft.
Destillationskolonnen mit Seitenabzügen und Trennwand, im Folgenden auch als Trennwandkolonnen bezeichnet, sind bereits bekannt. Sie stellen eine Weiterent- wicklung von Destillationskolonnen dar, die nur über einen Seitenabzug, jedoch über keine Trennwand verfügen. Die Anwendungsmöglichkeit des zuletzt genannten Kolonnentyps ist aber eingeschränkt, weil die an den Seitenabzugsstellen entnommenen Produkte nie völlig rein sind. Bei Seitenabnahmen im Verstärkungsteil der Kolonne, die üblicherweise in flüssiger Form erfolgen, enthält das Seitenprodukt noch Anteile an leichtsiedenden Komponenten, die über Kopf abgetrennt werden sollen. Bei Seitenabnahmen im Abtriebsteil der Kolonne, die meist dampfförmig erfolgen, weist das Seitenprodukt noch Hochsiederanteile auf. Die Verwendung von konventionellen Seitenabzugskolonnen ist daher auf Fälle begrenzt, in denen verunreinigte Seitenprodukte zulässig sind.
Beim Einbau einer Trennwand in eine solche Kolonne kann jedoch die Trennwirkung verbessert werden. Bei dieser Bauart ist es möglich, Seitenprodukte in reiner Form zu entnehmen. Im mittleren Bereich oberhalb und unterhalb der Zulaufstelle und der Seitenentnahmestelle ist eine Trennwand angebracht, wobei diese fest verschweißt oder auch nur gesteckt werden kann. Sie dichtet den Entnahmeteil gegenüber dem Zulaufteil ab und unterbindet in diesem Kolonnenteil eine Quervermischung von Flüssigkeits- und Brüdenströmen über den gesamten Kolonnen- querschnitt. Hierdurch verringert sich bei der Auftrennung von Vielstoffgemi- schen, deren Komponenten ähnliche Siedepunkte besitzen, die Zahl der insgesamt benötigten Destillationskolonnen.
Dieser Kolonnentyp wurde beispielsweise zur Trennung einer Komponentenvor- läge aus Methan, Ethan, Propan und Butan verwendet (US 2,471,134), zur Trennung eines Gemisches von Benzol, Toluol und Xylol (US 4,230,533) sowie zur Trennung eines Gemisches aus n-Hexan, n-Heptan und n-Octan (EP 0 122367).
Auch zur Trennung azeotrop siedender Mischungen können Trennwandkolonnen erfolgreich eingesetzt werden (EP 0 133 510).
Schließlich sind auch Trennwandkolonnen, in denen chemische Reaktionen unter gleichzeitiger Destillation der Produkte durchgeführt werden können, bekannt. Als Beispiele werden Veresterungen, Umesterungen, Verseifungen sowie Acetali- sierungen genannt (EP 0 126 288).
In Figur 1 ist schematisch die Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese entstehenden Oxirans vom überschüssig eingesetzten Hydroperoxid in einer Trennwandkolonne dargestellt. Dabei wird das aus der Oxiransynthese stammende Reaktionsgemisch über den Zulauf Z in die Kolonne eingebracht. In der Kolonne wird besagtes Reaktionsgemisch aufgetrennt in eine Leichtsiederfraktion L, die im Wesentlichen nicht umgesetzte organische Verbindung enthält, in die Mit- telsiederfraktion, die das Oxiran enthält, und in eine Hochsiederfraktion S, die im Wesentlichen nichtumgesetztes Hydroperoxid mit Lösungsmittel und Wasser enthält. Das Oxiran wird am Seitenabzug für Mittelsieder M entnommen.
Aus der Leichtsiederfraktion, die iber den Kopf der Kolonne abdestilliert, kann die eingesetzte organische Verbindung isoliert; .und erneut mit Hydroperoxid in den dazu vorgesehenen Vorrichtungen umgesetzt werden.
Die Mittelsiederfraktion mit dem Oxiran als Wertstoff wird an der Seitenabzugsstelle in flüssiger oder dampfförmiger Form entnommen. Zur Entnahme an der Seitenentnahmesteile eignen sich sowohl mnenliegende als auch außerhalb der Kolonne angeordnete Auffangräume, in denen die Flüssigkeit oder kondensierender Dampf gesammelt werden kann.
Die Hochsiederfraktion, die typischerweise das Hydroperoxid zusammen mit dem verwendeten Lösungsmittel und Wasser enthält, und über den Sumpf der Kolonne abgezogen wird, kann erneut mit der organischen Verbindung in den dazu vorgesehenen Vorrichtungen umgesetzt werden.
Vorzugsweise werden zur Oxiransynthese das in der WO 00/07965 beschriebene Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verwendet. Die Vorrichtung besteht aus einem isothermen Festbettreaktor, einer Abtrennvorrichtung und einem adiabatischen Festbettreaktor.
Bei Verwendung der Trennwandkolonne des erfindungsgemäßen Verfahrens als Abtrennvorrichtung ist somit eine Anlage möglich, mit der sowohl das Oxiran kontinuierlich hergestellt, unter kontinuierlicher Zwischenabtrennung isoliert und nicht umgesetzte Edukte in die Oxiransynthese zurückgeführt werden können. Dabei werden in einer ersten Stufe die organische Verbindung mit dem Hydroperoxid im isothermen Reaktor umgesetzt, das Reaktionsgemisch in die Trenn- wandkolonne überführt, wobei über den Seitenabzug aus der Mittelsiederfraktion das Oxiran und aus der Hochsiederfraktion das Hydroperoxid gewonnen werden. Letztere Verbindung wird dann in einer zweiten Stufe erneut mit der organischen Verbindung im adiabatischen Reaktor umgesetzt.
Wird beispielsweise Propylen als organische Verbindung umgesetzt, so kann dieses auch als über den Kopf der Kolonne wiedergewonnenes Edukt eingesetzt werden.
Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren zur vorzugsweise kontinuierlichen Zwischenabtrennung eines Oxirans aus einem Produktgemisch geeignet, das hergestellt wird durch ein Verfahren umfassend wenigstens die Schritte (i) bis (iii):
(i) Umsetzung des Hydroperoxids mit der organischen Verbindung unter Erhalt eines Produktgemisches, umfassend die umgesetzte organische Verbindung und nicht umgesetztes Hydroperoxid, (ii) Abtrennung des nicht umgesetzten Hydroperoxids aus der aus Stufe (i) resultierenden Mischung, (iii) Umsetzung des abgetrennten Hydroperoxids aus Stufe (ii) mit der organischen Verbindung. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können übliche Trennwandkolonnen mit einem oder mehreren Seitenabzügen, wie sie etwa beim Stand der Technik genannt sind, verwendet werden.
Eine solche Trennwandkolonne besitzt beispielsweise vorzugsweise 10 bis 70, besonders bevorzugt 15 bis 50, insbesondere bevorzugt 20 bis 40 theoretische Trennstufen. Mit dieser Ausführung kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders günstig durchgeführt werden.
Dabei weist der obere gemeinsame Teilbereich 1 des Zulauf- und Entnahmeteils der Trennwandkolonne vorzugsweise 5 bis 50 %, besonders bevorzugt 15 bis 30 %, der Verstärkungsteil 2 des Zulaufteils vorzugsweise 5 bis 50 , besonders bevorzugt 15 bis 30 %, der Abtriebsteil 4 des Zulaufteils vorzugsweise 5 bis 50 %, besonders bevorzugt 15 bis 30 %, der Abtriebsteil 3 des Entnahmeteils vorzugsweise 5 bis 50 %, besonders bevorzugt 15 bis 30 %, der Verstärkungsteil 5 des Entnahmeteils vorzugsweise 5 bis 50 %, besonders bevorzugt 15 bis 30 %, und der gemeinsame untere Teilbereich 6 des Zulauf- und Entnahmeteils vorzugsweise 5 bis 50 %, besonders bevorzugt 15 bis 30 %, der Gesamtzahl der theoretischen Trennstufen der Kolonne auf.
Vorzugsweise beträgt die Summe der Zahl der theoretischen Trennstufen der Teilbereiche 2 und 4 im Zulaufteil 80 bis 110 %, besonders bevorzugt 90 bis 100 %, der Summe der Zahl der Trennstufen der Teilbereiche 3 und 5 im Entnahmeteil.
Gleichfalls günstig ist es, die Zulaufstelle und die Seitenabzugsstelle hinsichtlich der Lage der theoretischen Trennstufen auf unterschiedlicher Höhe in der Kolonne anzuordnen. Vorzugsweise ist die Zulaufstelle um 1 bis 8, besonders bevorzugt um 3 bis 5, theoretische Trennstufen höher oder niedriger angeordnet als die Seitenabzugsstelle.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Trennwandkolonne kann vorzugsweise sowohl als Packungskolonne mit Füllkörpern oder geordneten Packungen als auch als Bodenkolonne ausgeführt werden. Beispielsweise können als geordnete Packungen Blech- oder Gewebepackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000 m2/m3, bevorzugt etwa 250 bis 750 m2/m3 eingesetzt wer- den. Solche Packungen bieten eine hohe Trennleistung bei gleichzeitig niederem Druckverlust pro Trennstufe.
Vorzugsweise wird bei vorstehend genannter Ausführung der Kolonne der durch die Trennwand 7 unterteilte Teilbereich der Kolonne, bestehend aus dem Verstär- kungsteil 2 des Zulaufteils, dem Abtriebsteil 3 des Entnahmeteils, dem Abtriebsteil 4 des Zulaufteils und dem Verstärkungsteil 5 oder Teilen davon, mit geordneten Packungen oder Füllkörpern bestückt, und die Trennwand in diesen Teilbereichen wärmeisolierend ausgeführt. Das in der Oxiransynthese erhaltene Gemisch, das aus Leichtsieder L, Mittelsie- der und Hochsieder S besteht, wird nun über den Zulauf Z kontinuierlich in die Kolonne eingebracht. Dieser Zulaufstrom ist im allgemeinen flüssig. Es kann jedoch von Vorteil sein, den Zulaufstrom einer Vorverdampfung zu unterziehen, und anschließend zweiphasig, d. h. gasförmig und flüssig oder in Form eines gasförmigen und eines flüssigen Stromes der Kolonne zuzuführen. Diese Vorverdampfung bietet sich besonders dann an, wenn der Zulaufstrom größere Mengen an Leichtsiedern L enthält. Durch die Vorverdampfung kann der Abtriebsteil der Kolonne wesentlich entlastet werden.
Zweckmäßigerweise wird der Zulaufstrom mittels einer Pumpe oder über eine statische Zulaufhöhe von mindestens 1 m mengengeregelt in den Zulaufteil aufgegeben. Vorzugsweise erfolgt diese Zugabe über eine Kaskadenregelung in Verbindung mit der Flüssigkeitsstandregelung des Auffangraumes des Zulaufteils. Dabei wird die Regelung so eingestellt, dass die auf das Verstärkungsteil 2 aufgegebene Flüssigkeitsmenge nicht unter 30 % des Normalwertes sinken kann. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Vorgehensweise zur Kompensation von störenden Schwankungen bezüglich der Zulaufmenge oder der Zulaufkonzentration wichtig ist.
Ähnlich wichtig ist, dass die Aufteilung der aus dem Abtriebsteil 3 des Entnahmeteils der Kolonne ablaufenden Flüssigkeit auf den Seitenabzug und auf den Verstärkungsteil 5 des Entnahmeteils durch eine Regelung so eingestellt wird, dass die auf den Teilbereich 5 aufgegebene Flüssigkeitsmenge nicht unter 30 % des Normalwertes sinken kann.
Die Einhaltung dieser Voraussetzungen muss durch entsprechende Regelvorschriften sichergestellt werden.
Regelungsmechanismen zum Betreiben von Trennwandkolonnen wurden beispielsweise beschrieben in Chem. Eng. Technol. 10 (1987) 92-98, Chem.-Ing.- Technol. 61 (1989) Nr. 1, 16-25, Gas Separation and Purification 4 (1990) 109- 114, Process Engineering 2 (1993) 33-34, Trans IChemE 72 (1994) Part A 639- 644, Chemical Engineering 7 (1997) 72-76. Die bei diesem Stand der Technik angegebenen Regelungsmechanismen können auch für das erfindungsgemäße Verfahren angewendet bzw. auf dieses übertragen werden.
Für die kontinuierlich betriebene Zwischenabtrennung des Oxirans vom überschüssig eingesetzten Hydroperoxid hat sich nachfolgend beschriebenes Regelungsprinzip als besonders günstig erwiesen. Es ist in der Lage, Lastschwankungen gut zu verkraften. Vorzugsweise erfolgt somit die Destillatentnahme temperaturgeregelt.
Im oberen Kolonnenteil 1 ist eine Temperaturregelung vorgesehen, die als Stellgröße die Ablaufmenge, das Rücklaufverhältnis oder bevorzugt die Rücklaufmenge nutzt. Dabei befindet sich die Messstelle für die Temperaturregelung vorzugsweise um 3 bis 8, besonders bevorzugt um 4 bis 6, theoretische Trennstufen un- terhalb des oberen Endes der Kolonne.
Durch eine geeignete Temperatureinstellung wird dann die aus dem Kolonnenteil 1 ablaufende Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand so aufgeteilt, dass das Verhältnis des Flüssigkeitsstroms zum Zulaufteil zu dem zum Entnahmeteil vor- zugsweise 0,1 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,6, beträgt.
Vorzugsweise wird bei dieser Methode die ablaufende Flüssigkeit in einem in oder außerhalb der Kolonne angeordneten Auffangraum gesammelt, woraus sie dann kontinuierlich in die Kolonne eingespeist wird. Dieser Auffangraum kann somit die Aufgabe einer Pumpenvorlage übernehmen oder für eine ausreichend hohe statische Flüssigkeitshöhe sorgen, die eine durch Stellorgane, beispielsweise Ventile, geregelte Flüssigkeitsweiterleitung ermöglicht. Bei der Verwendung von gepackten Kolonnen wird die Flüssigkeit zunächst in Sammler gefasst und von dort aus in einen innenliegenden oder außenliegenden Auffangraum geleitet.
Der Brüdenstrom am unteren Ende der Trennwand wird durch die Wahl und/oder Dimensionierung der Trenneinbauten und/oder den Einbau druckmindernder Vorrichtungen, beispielsweise von Blenden, so eingestellt, dass das Verhältnis des Brüdenstroms im Zulaufteil zu dem des Entnahmeteils vorzugsweise 0,8 bis 1,2, bevorzugt 0,9 bis 1,1, beträgt.
Beim vorstehend genannten Regelprinzip ist des weiteren eine Temperaturregelung im unteren gemeinsamen Kolonnenteil 6 vorgesehen, die als Stellgröße die Sumpfentnahmemenge nutzt. Somit kann die Entnahme des Sumpfprodukts temperaturgeregelt erfolgen. Dabei ist die Messstelle für die Temperaturregelung vorzugsweise um 3 bis 6, besonders bevorzugt 4 bis 6, theoretische Trennstufen o- berhalb des unteren Endes der Kolonne angeordnet.
Zusätzlich kann die genannte Standregelung am Kolonnenteil 6 mit dem Kolonnensumpf als Stellgröße für die Seitenentnahmemenge genutzt werden. Hierzu wird als Regelgröße der Flüssigkeitsstand im Verdampfer verwendet.
Als Stellgröße der Heizleistung kann auch der Differenzdruck über die Kolonne genutzt werden. Günstigerweise wird die Destillation bei einem Kopfdruck zwischen 0,5 und 5 bar, bevorzugt zwischen 0,7 und 2 bar, durchgeführt. Dementsprechend wird zur Einhaltung dieses Druckbereiches die Heizleistung des Verdampfers am Kolonnenboden gewählt.
Die daraus resultierende Destillationstemperatur beträgt vorzugsweise 10 bis 60°C, besonders bevorzugt 25 bis 45°C. Sie wird an der Seitenabzugsstelle gemessen.
Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfdruck in der Trennwandkolonne 0,5 bis 5 bar beträgt.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationstemperatur am Seitenabzug 10 bis 60°C beträgt.
Um die Trennwandkolonne störungsfrei betreiben zu können, werden die genannten Regelmechanismen zumeist in Kombination angewendet. Bei der Trennung von Mehrstoffgemischen in eine Leichtsieder-, Mittelsiederund Hochsiederfraktion existieren üblicherweise Spezifikationen über den maximal zulässigen Anteil an Leichtsiedern und Hochsiedern in der Mittelfraktion. Hierbei werden entweder einzelne für das Trennproblem kritische Komponenten, sogenannte Schlüsselkomponenten, oder die Summe von mehreren Schlüsselkomponenten spezifiziert.
Die Einhaltung der Spezifikation für die Hochsieder in der Mittelsiederfraktion wird vorzugsweise über das Aufteilungsverhältnis der Flüssigkeitsmenge am obe- ren Ende der Trennwand geregelt. Dabei wird das Aufteilungsverhältnis so eingestellt, dass die Konzentration an Schlüsselkomponenten für die Hochsiederfraktion in der Flüssigkeit am oberen Ende der Trennwand 10 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, des Wertes ausmacht, der im Seitenabzug erzielt werden soll. Die Flüssigkeitsaufteilung kann dann so eingestellt werden, dass bei höheren Gehalten an Schlüsselkomponenten der Hochsiederfraktion mehr und bei niedrigeren Gehalten an Schlüsselkomponenten weniger Flüssigkeit auf den Zulaufteil geleitet wird.
Entsprechend wird die Spezifikation für die Leichtsieder in der Mittelsiederfrakti- on durch die Heizleistung geregelt. Hierbei wird die Heizleistung im Verdampfer so eingestellt, dass die Konzentration an Schlüsselkomponenten für die Leichtsiederfraktion in der Flüssigkeit am unteren Ende der Trennwand 10 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, des Wertes ausmacht, der im Seitenabzugsprodukt erzielt werden soll. Somit wird die Heizleistung dahingehend eingestellt, dass bei höherem Gehalt an Schlüsselkomponenten der Leichtsiederfraktion die Heizleistung erhöht und bei niedrigerem Gehalt an Schlüsselkomponenten der Leichtsiederfraktion die Heizleistung verringert wird.
Die Konzentration von Leicht- und Hochsiedern in der Mittelsiederfraktion kann nach üblichen Analysemethoden ermittelt werden. Beispielsweise kann zur Detek- tion Infrarot-Spektroskopie verwendet werden, wobei die im Reaktionsgemisch vorliegenden Verbindungen an Hand ihrer charakteristischen Absorptionen identifiziert werden. Diese Messungen können inline direkt in der Kolonne vorgenom- men werden. Bevorzugt werden jedoch gaschromatographische Methoden verwendet. Hierbei ist dann vorgesehen, dass das obere und untere Ende der Trennwand Probeentnahmemöglichkeiten aufweisen. Somit können aus der Kolonne kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen flüssige oder gasförmige Proben ent- nommen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung untersucht werden. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung kann dann auf die entsprechenden Regelmechanismen zurückgegriffen werden.
Es ist ein Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, Oxiran mit einer Reinheit von vorzugsweise mindestens 95% zur Verfügung zu stellen, besonders bevorzugt jedoch mindestens 97%, wobei die Gesamtsumme aus Oxiran und den im Oxiran vorhandenen Komponenten 100 Gew.-% beträgt.
In einer speziellen Ausführung der Trennwandkolonne ist es auch möglich, Zulaufteil und Entnahmeteil, die durch die Trennwand 7 voneinander separiert sind, nicht in einer Kolonne zu vereinen, sondern räumlich voneinander zu trennen. Somit kann in dieser speziellen Ausführung die Trennwandkolonne auch aus mindestens zwei voneinander räumlich getrennten Kolonnen bestehen, die dann aber miteinander thermisch gekoppelt sein müssen. Solche thermisch miteinander gekoppelten Kolonnen tauschen miteinander Dampf und Flüssigkeit aus, wobei die Energiezufuhr aber nur über eine Kolonne erfolgt. Diese spezielle Ausführung bietet den Vorteil, dass die thermisch miteinander gekoppelten Kolonnen auch unter verschiedenen Drücken betrieben werden können, wobei eine noch bessere Einstellung des zur Destillation erforderlichen Temperaturniveaus möglich sein kann als bei der herkömmlichen Trennwandkolonne.
Beispiele für Trennwandkolonnen in der speziellen Ausführung der thermisch gekoppelten Kolonnen sind schematisch in Figur 2 und 3 dargestellt.
Figur 2 zeigt dabei eine Variante, in der die Energiezufuhr über den Verdampfer V der Kolonne erfolgt, die der Kolonne, über die das Produktgemisch über den Zulauf Z eingespeist wird, nachgeschaltet ist. Dabei wird das Produktgemisch in der ersten Kolonne zunächst in eine Leicht- und Hochsiederfraktion, die auch Mit- telsieder enthalten, aufgetrennt. Die resultierenden Fraktionen werden anschlie- ßend in die zweite Kolonne überführt, wobei die die Mittelsieder enthaltende Leichtsiederfraktion am oberen Ende und die die Mittelsieder enthaltende Hochsiederfraktion am unteren Ende der zweiten Kolonne eingespeist werden. Die Leichtsieder L werden über den Kopf der Kolonne abdestilliert und über den Kondensator K isoliert. Die Hochsieder S werden über den Sumpf der Kolonne erhalten. Aus dem Seitenabzug für Mittelsieder M kann das gereinigte Propylen- oxid entnommen werden. Über d und f können beide Kolonnen Dampf und Flüssigkeit austauschen.
Figur 3 zeigt eine weitere Variante thermisch gekoppelter Kolonnen. In dieser Ausführungsform erfolgt die Energiezufuhr über den Verdampfer V der Kolonne, in die auch das Reaktionsgemisch über den Zulauf Z eingespeist wird. Über den Kopf dieser Kolonne werden die Leichtsieder L abdestilliert und mit Hilfe des Kondensators K kondensiert. Mit dem Sumpf werden die Hochsieder S erhalten. Mit Mittelsieder angereicherte Leichtsieder L werden nun in den oberen Teil der nachgeschalteten Kolonne überführt, mit Mittelsieder angereicherte Hochsieder S in den unteren Teil der nachgeschalteten Kolonne. Aus dem Seitenabzug für Mittelsieder M kann das gereinigte Propylenoxid entnommen werden. Über d und f können beide Kolonnen Dampf und Flüssigkeit austauschen.
Auch die Kolonnen nach Fig. 2 und 3 können als Packungskolonnen mit Füllkörpern oder geordneten Packungen oder als Bodenkolonnen ausgeführt werden. Beispielsweise können als geordnete Packungen Blech- oder Gewebepackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000 m /m3, bevorzugt etwa 250 bis 750 m2/m3 eingesetzt werden. Solche Packungen bieten eine hohe Trennleistung bei gleichzeitig niedrigem Druckverlust pro Trennstufe.
Betrifft das erfindungsgemäße Verfahren die Zwischenabtrennung von Propylenoxid, so soll dieses in einer Reinheit von vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% erhalten werden. Im Produkt soll dann die Konzentration der Schlüsselkomponenten in den Leichtsiedern (z. B. Acetaldehyd, Methylformiat) und der Schlüsselkomponenten in den Hochsiedern (z. B. Methanol, Wasser, Propylenglykol) vorzugsweise unter 5 Gew.-% liegen, wobei die Summe aus Oxiran und Schlüssel- komponenten 100 Gew.-% ergibt. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein wie oben beschriebenes Verfahren das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Summe der Schlüsselkomponenten im gereinigten Oxiran kleiner als 5 Gew.- % ist, wobei die Gesamtsumme aus Oxiran und den im Oxiran enthaltenen Kom- ponenten 100 Gew.-% ergibt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlich betriebenen Zwischenabtrennung des bei der koppelproduktfreien Oxiransynthese entstehenden Oxirans in einer Trennwandkolonne können für die Oxiransynthese die aus dem Stand der Technik bekannten Edukte verwendet werden.
Bevorzugt werden organische Verbindungen umgesetzt, die mindestens eine C-C- Doppelbindung aufweisen. Als Beispiele für solche organischen Verbindungen mit mindestens einer C-C-Doppelbindung seien folgende Alkene genannt:
Ethen, Propylen, 1-Buten, 2-Buten, Isobuten, Butadien, Pentene, Piperylen, Hexene, Hexadiene, Heptene, Octene, Diisobuten, Trimethylpenten, Nonene, Dodecen, Tridecen, Tetra- bis Eicosene, Tri- und Tetrapropen, Polybutadiene, Polyisobutene, Isoprene, Terpene, Geraniol, Linalool, Linalylacetat, Methylencyclopropan, Cyclopenten, Cyclohexen, Norbornen, Cyclohepten, Vinylcyclohexan, Vinyloxiran, Vinylcyclohexen, Styrol, Cycloocten, Cyclooctadien, Vinylnorbornen, Inden, Tetrahydroinden, Methylstyrol, Dicyclopentadien, Divinylbenzol, Cyclododecen, Cyclododecatrien, Stilben, Diphenylbutadien, Vitamin A, Betacarotin, Vinylidenfiuorid, Allylhalogenide, Crotylchlorid, Methallylchlorid, Dichlorbuten, Äthylalkohol, Methallylalkohol, Butenole, Butendiole, Cyclopentendiole, Pentenole, Octadienole, Tridecenole, ungesättigte Steroide, Ethoxyethen, Isoeugenol, Anethol, ungesättigte Carbonsäuren wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Vinylessigsäure, ungesättigte Fettsäuren, wie z.B. Ölsäure, Linolsäure, Palmitinsäure, natürlich vorkommende Fette und Öle.
Bevorzugt werden Alkene verwendet, die 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten. Besonders bevorzugt werden Ethen, Propylen und Buten umgesetzt. Insbesondere bevorzugt wird Propylen umgesetzt. Als Hydroperoxid können die bekannten Hydroperoxide, die für die Umsetzung der organischen Verbindung geeignet sind, eingesetzt werden. Beispiele für solche Hydroperoxide sind etwa tert-Butylhydroperoxid oder Ethylbenzolhydroperoxid. Bevorzugt wird als Hydroperoxid für die Oxiransynthese Wasserstoffperoxid einge- setzt, wobei auch eine wässerige Wasserstoffperoxidlösung verwendet werden kann.
Zur Herstellung von Wasserstoffperoxid kann dabei beispielsweise auf das Anthra- chinonverfahren zurückgegriffen werden, nach dem praktisch die gesamte Menge des weltweit produzierten Wasserstoffperoxids hergestellt wird. Dieses Verfahren beruht auf der katalytischen Hydrierung einer Anthrachinon- Verbindung zur entsprechenden Anthrahydrochinon- Verbindung, nachfolgender Umsetzung derselben mit Sauerstoff unter Bildung von Wasserstoffperoxid und anschließender Abtrennung des gebildeten Wasserstoffperoxids durch Extraktion. Der Katalysezyklus wird durch erneute Hydrierung der rückgebildeten Anthrachinon- Verbindung geschlossen.
Einen Überblick über das Anthrachinonverfahren gibt „Ulimann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5. Auflage, Band 13, Seiten 447 bis 456.
Ebenso ist es denkbar, zur Wasserstoffperoxidgewinnung Schwefelsäure durch ano- dische Oxidation unter gleichzeitiger kathodischer Wasserstoffentwicklung in Per- oxodischwefelsäure zu überführen. Die Hydrolyse der Peroxodischwefelsäure f hrt dann auf dem Weg über Peroxoschwefelsäure zu Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure, die damit zurückgewonnen wird.
Möglich ist selbstverständlich auch die Darstellung von Wasserstoffperoxid aus den Elementen.
In den einzelnen Reaktoren ist eine Reaktionsführung dergestalt denkbar, dass bei entsprechender Wahl der organischen Verbindung die Umsetzung derselben mit dem Hydroperoxid bei den gegebenen Druck- und Temperaturverhältnissen ohne Zusatz von Katalysatoren erfolgt. Bevorzugt wird jedoch eine Verfahrensweise, bei der zur größeren Effizienz der Umsetzung ein oder mehrere geeignete Katalysatoren zugesetzt werden, wobei wieder- um heterogene Katalysatoren bevorzugt eingesetzt werden.
Es sind alle heterogenen Katalysatoren denkbar, die für die jeweilige Umsetzung geeignet sind. Bevorzugt werden dabei Katalysatoren verwendet, die ein poröses oxidisches Material, wie z. B. einen Zeolith, umfassen. Vorzugsweise werden Katalysatoren eingesetzt, die als poröses oxidisches Material einen Titan-, Germanium-, Tellur-, Vanadium-, Chrom-, Niob- oder Zirkonium-haltigen Zeolith umfassen.
Dabei sind im einzelnen Titan-, Germanium-, Tellur-, Vanadium-, Chrom-, Niob-, Zirkonium-haltige Zeolithe mit Pentasil-Zeolith-Struktur, insbesondere die Typen mit röntgenografischer Zuordnung zur ABW-, ACO-, AEI-, AEL-, AEN-, AET-, AFG-, AFI-, AFN-, AFO-, AFR-, AFS-, AFT-, AFX-, AFY-, AHT-, ANA-, APC-, APD-, AST-, ATN-, ATO-, ATS-, ATT-, ATV-, AWO-, AWW-, BEA-, BIK-, BOG-, BPH-, BRE-, CAN-, CAS-, CFI-, CGF-, CGS-, CHA-, CHI-, CLO-, CON-, CZP-, DAC-, DDR-, DFO-, DFT-, DOH-, DON-, EAB-, EDI-, EMT-, EPI-, ERI-, ESV-, EUO-, FAU-, FER-, GIS-, GME-, GOO-, HEU-, IFR-, ISV-, ΓΓΈ-, JBW-, KFI-, LAU-, LEV-, LIO-, LOS-, LOV-, LTA-, LTL-, LTN-, MAZ-, MEI-, MEL-, MEP-, MER-, MFI-, MFS-, MON-, MOR-, MSO-, MTF-, MTN-, MIT-, MTW-, MWW-, NAT-, NES-, NON-, OFF-, OSI-, PAR-, PAU-, PHI-, RHO-, RON-, RSN-, RTE-, RTH-, RUT-, SAO-, SAT-, SBE-, SBS-, SBT-, SFF-, SGT-, SOD-, STF-, STI-, STT-, TER-, THO-, TON-, TSC-, VET-, VFI-, VNI-, VSV-, WIE-, WEN-, YUG-, ZON-Struktur sowie zu Mischstrukturen aus zwei oder mehr der vorgenannten Strukturen zu nennen. Denkbar sind für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin titanhaltige Zeolithe mit der Struktur des rTQ-4, SSZ-24, TTM-1, UTD-1, ClT-1 oder CϊT-5. Als weitere titanhaltige Zeolithe sind solche mit der Struktur des ZSM-48 oder ZSM-12 zu nennen.
Als besonders bevorzugt sind Ti-Zeolithe mit MFI-, MEL- oder MFI/MEL- Mischstruktur anzusehen. Ganz besonders bevorzugt sind im Einzelnen die Titanenthaltenden Zeolith-Katalysatoren, die im allgemeinen als „TS-1", „TS-2", „TS-3" bezeichnet werden, sowie Ti-Zeolithe mit einer zu ß-Zeolith isomorphen Gerüststruktur.
Insbesondere ist es günstig, einen heterogenen Katalysator, der das titanhaltige Sili- kalit TS-1 umfasst, zu verwenden.
Dabei ist es auch möglich, als Katalysator das poröse oxidische Material an sich zu verwenden. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, als Katalysator einen Formkörper einzusetzen, der das poröse oxidische Material umfasst. Dabei können zur Herstellung des Formkörpers, ausgehend von dem porösen oxidischen Material, alle Verfahren gemäß dem Stand der Technik eingesetzt werden.
Vor, während oder nach dem einen oder mehreren Formgebungsschritten in diesen Verfahren können auf das Katalysatormaterial Edelmetalle in Form geeigneter Edelmetallkomponenten, beispielsweise in Form von wasserlöslichen Salzen aufgebracht werden. Vorzugsweise wird dieses Verfahren angewendet, um Oxidationska- talysatoren auf der Basis von Titan- oder Vanadiumsilikaten mit Zeolithstruktur herzustellen, wobei Katalysatoren erhältlich sind, die einen Gehalt von 0,01 bis 30 Gew.-% an einem oder mehreren Edelmetallen aus der Gruppe Ruthenium, Rhodi- um, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Rhenium, Gold und Silber aufweisen. Derartige Katalysatoren sind beispielsweise in der DE-A 196 23 609.6 beschrieben. Die Formkörper können auch konfektioniert werden. Sämtliche Verfahren zur Zerkleinerung sind dabei denkbar, beispielsweise durch Splittung oder Brechen der Formkörper, ebenso wie weitere chemische Behandlungen, wie beispielsweise vor- stehend beschrieben.
Bei Verwendung eines Formkörpers oder auch mehr davon als Katalysator kann dieser im erfindungsgemäßen Verfahren nach erfolgter Deaktivierung durch ein Verfahren regeneriert werden, bei dem die Regenerierung durch gezieltes Abbrennen der für die Deaktivierung verantwortHchen Beläge erfolgt. Dabei wird bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre gearbeitet, die genau definierte Mengen an Sauerstoff-üefernden Substanzen enthält. Dieses Regenerierungsverfahren ist in der DE-A 197 23 949.8 beschrieben. Ferner können die dort bezüglich des Standes der Technik angegebenen Regenerierungsverfahren eingesetzt werden.
Als Lösungsmittel können vorzugsweise alle Lösungsmittel verwendet werden, die die in die Oxiransynthese eingesetzten Edukte ganz oder wenigstens teilweise lösen. Beispiele für Lösungsmittel sind aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester, Ether, Amide, Sulfoxide und Ketone sowie Alkohole. Die Lösungsmittel können dabei auch in Form von Mischungen eingesetzt werden. Bevorzugt werden Alkohole eingesetzt. Dabei ist der Einsatz von Methanol als Lö- sungsmittel besonders bevorzugt.
Als Reaktoren für die Oxiran-Synthese können selbstverständlich alle denkbaren, für die jeweiligen Reaktionen am besten geeigneten Reaktoren eingesetzt werden. Dabei ist für die Oxiran-Synthese ein Reaktor nicht auf einen einzelnen Behälter be- schränkt. Vielmehr ist es auch möglich, beispielsweise eine Rührkesselkaskade einzusetzen.
Bevorzugt werden für die Oxiran-Synthese als Reaktoren Festbettreaktoren verwendet. Weiter bevorzugt werden als Festbettreaktoren Festbettrohrreaktoren eingesetzt.
Insbesondere wird für vorstehend beschriebene und bevorzugt verwendete Oxiransynthese als Reaktor für die Stufe (i) ein isothermer Festbettreaktor und für die Stufe (iii) ein adiabatischer Festbettreaktor verwendet.
Somit werden die für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Oxirane bevor- zugt in einem isothermen Festbettreaktor und einem adiabatischen Festbettreaktor hergestellt, wobei die Zwischenabtrennung in einer Trennwandkolonne erfolgt.
Es ist möglich, auch mehrere organische Verbindungen mit dem Hydroperoxid umzusetzen. Ebenso ist es denkbar, zur Umsetzung mehrere Hydroperoxide zu verwen- den. Werden beispielsweise zwei organische Verbindungen und/oder mehrere Hydroperoxide miteinander in den jeweiligen Stufen umgesetzt, so können in den Mischungen verschiedenartige Produkte, die aus den Umsetzungen resultieren, vorliegen. Jedoch können auch solche Mischungen aus zwei verschiedenen Oxiranen mit gutem Erfolg nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch destillative Zwischenabtrennung unter Verwendung einer Trennwandkolonne mit zwei Seitenabzügen getrennt werden, sofern die Siedepunkte nicht zu nahe beieinander liegen.
Eine Trennwandkolonne mit zwei Seitenabzügen ist in Figur 4 skizziert. Dabei werden aus den übereinander liegenden Seitenabzügen das niedriger siedende Oxiran an der oberen Seitenabzugsstelle Ml und das höher siedende Oxiran an der unteren Seitenabzugsstelle M2 entnommen. Bei dieser Anordnung weist der Bereich der thermischen Kopplung 8 vorzugsweise fünf bis fünfzig, mehr bevorzugt fünfzehn bis dreißig Prozent der Gesamtzahl der theoretischen Trennstufen der Kolonne auf.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlich betriebenen Verfahrens zur Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese durch Umsetzung eines Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans.
Eine bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlich betriebenen Verfahrens zur Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese durch Umsetzung eines Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung ent- stehenden Oxirans ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Herstellung des Oxirans wenigstens einen isothermen und einen adiabatischen Reaktor für die Durchführung der Stufen (i) und (iii) sowie eine Abtrennapparatur für die Stufe (ii) umfasst, wobei die Abtrennvomchtung aus einer Trennwandkolonne mit einem oder zwei Seitenabzügen oder mindestens zwei miteinander thermisch ge- koppelten Kolonnen besteht.
Bezugszeichenliste für Figuren 1, 2, 3 und 4:
1 gemeinsamer Teilbereich des Zulauf- und Entnahmeteils der Trennwandkolonne 2 Verstärkungsteil des Zulaufteils
3 Abtriebsteil des Entnahmeteils
4 Abtriebsteil des Zulaufteils
5 Verstärkungsteil des Entnahmeteils
6 gemeinsamer Teilbereich des Zulauf- und Entnahmeteils 7 Trennwand
Z Zulauf
L Leichtsieder
M Seitenabzug für Mittelsieder Ml Seitenabzugsstelle für niedriger siedendes Oxiran
M2 Seitenabzugsstelle für höher siedendes Oxiran
S Hochsieder
K Kondensator
V Verdampfer
d Dampf f Flüssigkeit
Waagrechte und diagonale oder diagonal angedeutete Linien in den Kolonnen symbolisieren Packungen mit Füllkörpern oder geordnete Packungen, die in der Kolonne vorhanden sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Kontinuierlich betriebenes Verfahren zur Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese durch Umsetzung eines Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Synthese entstehende Produktgemisch in einer Trennwandko- lonne in eine Leicht-, Mittel- und Hochsiederfraktion aufgetrennt und das
Oxiran aus der Mittelsiederfraktion an der Seitenabzugsstelle und das Hydroperoxid aus der Hochsiederfraktion mit dem Sumpf der Kolonne entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandkolonne aus mindestens zwei miteinander thermisch gekoppelten Destillationskolonnen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandkolonne 10 bis 70 theoretische Trennstufen besitzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfdruck in der Trennwandkolonne 0,5 bis 5 bar und die Destillationstemperatur am Seitenabzug 10 bis 60°C beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Schlüsselkomponenten im gereinigten Oxiran kleiner als 5 Gew.-% ist, wobei die Gesamtsumme aus Oxiran und den im Oxiran enthaltenen Komponenten 100 Gew.-% ergibt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das das Oxiran enthaltende Produktgemisch hergestellt wird durch ein Verfahren umfassend wenigstens die Schritte (i) bis (iii):
(i) Umsetzung des Hydroperoxids mit der organischen Verbindung unter Erhalt eines Produktgemisches, umfassend die umgesetzte organische Verbindung und nicht umgesetztes Hydroperoxid, (ii) Abtrennung des nicht umgesetzten Hydroperoxids aus der aus Stufe (i) resultierenden Mischung, wie in Anspruch 1 definiert, (iii) Umsetzung des abgetrennten Hydroperoxids aus Stufe (ii) mit der organischen Verbindung,
wobei in Stufe (i) ein isothermer Festbettreaktor und in Stufe (iii) ein adiabatischer Festbettreaktor verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydroperoxid Wasserstoffperoxid verwendet und die organische Verbindung während der Reaktion in Kontakt mit einem heterogenen Katalysator gebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der heterogene Katalysator den Zeolith TS-1 umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als organische Verbindung Propylen eingesetzt wird und das Oxiran
Propylenoxid ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlich betriebenen Verfahrens zur Zwischenabtrennung des bei der Oxiransynthese durch Umsetzung ei- nes Hydroperoxids mit einer organischen Verbindung entstehenden Oxirans, dadurch gekennzeichnet, dass die Vonichtung zur Herstellung des Oxirans wenigstens einen isothermen und einen adiabatischen Reaktor für die Durchführung der Stufen (i) und (iii) wie in Anspruch 6 definiert sowie eine Abtrennapparatur für die Stufe (ii) umfasst, wobei die Abtrennvorrichtung aus einer Trennwandkolonne mit einem oder zwei Seitenabzügen oder mindestens zwei miteinander thermisch gekoppelten Kolonnen besteht.
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