EP1615872A1 - Kühlung und reinigung von gasströmen - Google Patents

Kühlung und reinigung von gasströmen

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Publication number
EP1615872A1
EP1615872A1 EP04726105A EP04726105A EP1615872A1 EP 1615872 A1 EP1615872 A1 EP 1615872A1 EP 04726105 A EP04726105 A EP 04726105A EP 04726105 A EP04726105 A EP 04726105A EP 1615872 A1 EP1615872 A1 EP 1615872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dmt
gas stream
gas
stage
dihydroxy compound
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Withdrawn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
EP04726105A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Heckmann
Karl HÖLEMANN
Jan-Martin LÖNING
Thomas Heitz
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 EP1615872A1 publication Critical patent/EP1615872A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/48—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1487—Removing organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/48—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C67/52—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change in the physical state, e.g. crystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/16—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C08G63/18—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds the acids or hydroxy compounds containing carbocyclic rings
    • C08G63/181—Acids containing aromatic rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/78—Preparation processes

Definitions

  • the invention relates to an improved process for cleaning and cooling a dialkyl ester A) of a gas stream containing aromatic carboxylic acid.
  • Aromatic dialkyl esters are technically important starting materials, for example for the production of all kinds of polyesters.
  • Dimethyl terephthalate in particular is an important intermediate for the production of various technically important polyesters such as e.g. Polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT).
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • DMT is catalytically reacted in molten form with the corresponding alcohols ethylene glycol and 1,4-butanediol and the monomer intermediates obtained in this way are subsequently converted into the polyesters by polycondensation (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 * edition, 2000 electronic release , Wiley-VCH, Weinheim 2000).
  • dialkyl esters hydrolyze very quickly when in contact with water, and the corresponding acid is formed (equilibrium reaction), which negatively influences the product quality of the polyester.
  • DMT is usually stored in molten form at temperatures of 165 ° C - 170 ° C in an inert atmosphere (nitrogen) to prevent oxidation or hydrolysis of the DMT and to facilitate metering during the transesterification. With continuous nitrogen make-up, hot gas flows are released from the tank storage.
  • DMT When cooling, DMT tends to desublimation from the gas phase. This can lead to the formation of solid DMT particles, which make the cleaning and cooling of DMT-laden gas streams considerably more difficult. If the solid DMT particles are not separated, the permissible emission limit values with regard to DMT can be exceeded.
  • DD-A 160829 describes the gas scrubbing of gas streams containing DMT from a PBT reactor with 1,4-butanediol.
  • the low-boiling reac- stripped by-product methanol which is separated by distillation.
  • DMT is separated from the methanol carrier gas stream by 1,4-butanediol as entrainer with an inlet temperature of 100-150 ° C. and returned to the reaction zone. Simultaneous gas cooling is not described.
  • a DMT sublimate separator Manufactured in a DMT sublimate separator provided with a glycol cap.
  • the gas streams loaded with DSViT originate from the intermediate storage or melting of DMT.
  • the DMT-containing gas with fresh glycol at a temperature of 70 - 120 ° C is led in cocurrent in the middle of 3 chambers and is then pressed into an outlet chamber of the gas by overpressure with inert gas via a glycol seal (20 - 160 ° C) , The DMT dissolved in the glycol can thus be returned to PET synthesis. Additional gas cooling is not mentioned in this process.
  • the washing of DMT-laden gas streams from the DMT synthesis in a countercurrent apparatus with methanol is described in CS 134835.
  • the DMT can be returned to the process after a solid-liquid separation. Due to the volatility of the methanol, a second separator is required, in which the methanol is separated from the clean gas stream by gas washing with water. The present temperatures are not described in detail.
  • DMT washing with methanol is also claimed in EP-A 0741124.
  • Xylene (DE-A 2105017) and liquid DMT (US 3227743) can also be used to recover the DMT from gas streams.
  • a process for the simultaneous purification and cooling of gas streams from the PET synthesis in a two-stage countercurrent wash with ethylene glycol is described in US 6312503.
  • the hot gas stream (175 ° C.) from a polymerization reactor for PET production contains unspecified by-products and unreacted starting materials, in particular ethylene glycol, acetaldehyde and water.
  • a two-stage scrubbing is claimed, in which the gas is cooled in the lower section of the apparatus at cooling rates of less than 5.4 ° C./ft 2 (based on the surface of the internals) by direct contact with a liquid. With the same liquid, however, the foreign matter is washed out of the inert gas stream in the upper section of the apparatus at lower temperatures.
  • the object of the present invention was therefore to provide an improved process for cooling and purifying a dialkyl ester A) of an aromatic dicarboxylic acid-containing gas stream, which is characterized in that in a first stage the gas stream is mixed with an aliphatic dihydroxy compound B) treated above the melting point of the dialkyl ester A) and treated in at least a second stage with an aliphatic dihydroxy compound B) above the melting point of the dihydroxy compound B).
  • the gas stream is cleaned as efficiently as possible (ester content as low as possible), the starting material ester is returned to the synthesis, ie the space-time yield is increased,
  • the diols also have a high solubility for the esters, so that no solid precipitation occurs and the solvent can be operated in a cycle.
  • dialkyl esters A are understood to mean those compounds which are composed of an aromatic dicarboxylic acid with aliphatic ester radicals.
  • Preferred dicarboxylic acids are 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, terephthalic acid and isophthalic acid or mixtures thereof.
  • Up to 30 mol%, preferably not more than 10 mol%, of the aromatic dicarboxylic acids can be replaced by aliphatic or cycloaliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acids and cyclohexanedicarboxylic acids.
  • Terephthalic acid may be mentioned as a particularly preferred dicarboxylic acid.
  • Preferred alkyl radicals have 1 to 4 G atoms, in particular 1 to 2 G atoms.
  • Preferred dialkyl esters are those which are derived from 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, terephthalic acid and isophthalic acid or mixtures thereof, the dimethyl esters being preferred.
  • DMT Dimethyl terephthalate
  • the aliphatic dihydroxy compound B) used is preferably diols having 2 to 6 carbon atoms, in particular 1,2-ethanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,4-hexanediol, 1,4 -Butanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol and neopentyl glycol or mixtures thereof, 1,4-butanediol being particularly preferred.
  • DMT In tank storage, DMT is generally kept in the molten state at temperatures of 140 to 286 ° C., preferably 165 to 170 ° C. and overlaid with a dry gas stream, preferably an inert gas stream, in particular a nitrogen stream.
  • a dry gas stream preferably an inert gas stream, in particular a nitrogen stream.
  • a DMT-laden gas stream is created.
  • Such a gas stream also arises as a so-called exhaust gas stream after the precondensation or postcondensation of the polyesters, which can be cleaned and cooled in a corresponding manner by the process according to the invention.
  • the DMT-containing gas stream is treated in a first stage with the above dihydroxy compounds B) above the melting point of the dialkyl ester A).
  • the melting point is 140 ° C
  • the temperatures of the gas stream are usually from 140 to 286 ° C, preferably from 150 to 170 ° C.
  • Suitable devices are generally those which can bring the gas stream into contact both in cocurrent and in countercurrent. These are, in particular, falling film apparatus, packing, packing columns, apparatus with disperse liquid and continuous gas phase / spray apparatus, apparatus with gas and continuous liquid phase, such as bubble columns or tray columns.
  • the corresponding apparatus is equipped with internals such as trays, packing elements, structured packings and other column internals which are effective in terms of separation and correspond to the prior art.
  • the apparatus can also be designed without an installation with an atomization of the liquid.
  • Component B) is introduced into the gas stream via conventional distribution devices or nozzles.
  • the gas volume flow during tank storage is usually from 5 to 75 m 3 / h, preferably from 25 to 50 m 3 / h.
  • the proportion of DMT in the gas stream is limited by the respective saturation vapor pressure in the corresponding inert gas stream. This is a maximum of 23% by weight in N 2 , and cleaning is effectively possible up to a concentration of 0.0001 ppm by weight of DMT in the N 2 stream.
  • the concentration of the DMT is usually from 0.001 to 16 ppm by weight in the N 2 stream.
  • Component B) is added simultaneously or subsequently, for example via distribution devices, for example nozzles, or, in the case of a countercurrent mode, preferably at the end of the 1st stage, in accordance with the process of the invention.
  • the temperature in the 1st stage of component B) is limited by the melting point of component A). For DMT this is at least 140 ° C, preferably at least 160 ° C.
  • the upper value of the temperature is limited by the boiling point of the diol used in each case.
  • the temperature of the cleaning stage is preferably below 237 ° C., preferably below 227 ° C.
  • the temperature is below 198 ° C, preferably 190 ° C, with propanediol, temperatures below 213 ° C, preferably 200 ° C are recommended.
  • 1,4-butanediol as well as 1,4-butanediol loaded with DMT
  • the 1, 4-butanediol can be brought into contact with the gas both in a single pass and in a recirculation mode.
  • Gas and liquid phases can be applied at any point in the apparatus which corresponds to the principle described above.
  • the principle of the method can simultaneously be extended to a three-stage and multi-stage mode of operation.
  • the pressure in the 1st stage is usually from 1013 mbar (ambient pressure, normal pressure) to 1113 mbar, preferably from 1013 to 1083 mbar (for tank storage).
  • DMT is converted from the gas phase into the liquid detergent (dihydroxy compound) by the treatment.
  • the gas stream When leaving the 1st stage, the gas stream contains 0.01 to 1000 ppm by weight of DMT, preferably from 1 to 50 ppm by weight of DMT.
  • the liquid stream of the dihydroxy compound B) contains 0.01 ppm by weight to 59% by weight, preferably from 0.1 ppm by weight to 10% by weight of DMT when it leaves the 1st stage.
  • the gas stream is cooled in a second stage with an aliphatic dihydroxy compound B), it being essential that work is carried out above the melting point of component B) in this stage.
  • the temperature for 1,4-butanedioI is correspondingly greater than 19 ° C., preferably from 20 to 80 ° C. and in particular from 50 to 70 ° C, wherein ethylene glycol and propanediol amount to the melting points of -10 C C and -32 ° C, so that an operation at the above temperature ranges is also recommended.
  • the temperature parameters of the method according to the invention are designed such that the actual DMT partial pressure (content in the gas phase) does not exceed the sublimation vapor pressure.
  • the gas flow When leaving the second zone (which can also be divided into several zones), the gas flow has a DMT content of 0.001 to 16 ppm by weight, preferably of 0.01 to 1 ppm by weight.
  • DMT is kept in a molten state in a tank farm (1) and overlaid with dry inert gas (2) (e.g. nitrogen) to avoid oxidation and water contact.
  • dry inert gas (2) e.g. nitrogen
  • a DMT-laden gas stream (3) is fed to an absorption column (5) via a heated gas line and a heated gas inlet (4).
  • the gas flow is directed towards the gas stream via a distribution device (7), liquid 1,4-butanediol with a temperature of 140 ° C. ⁇ T ⁇ 227 ° C.
  • DMT is transferred from the gas phase to the liquid detergent.
  • the liquid flow (8) is preheated to the inlet temperature via a heat exchanger (9).
  • the stream can either be withdrawn from the bottom discharge from the column (10) as partial stream (11) with the addition of pure 1,4-butanediol (12) or fed in as pure 1,4-butanediol (12).
  • the gas stream depleted in DMT is fed to a second column section (13) which is filled with separating internals and is cooled there by direct contact with a second detergent stream (14) at a temperature of 30 ° C. ⁇ T ⁇ 140 ° C. ,
  • the detergent flow is introduced into the column via a distribution device (15) and temperature-controlled via a heat exchanger (16). Pure 1,4-butanediol (12) and a recycle stream (17) from the bottom discharge can be used as the detergent stream (10) the absorption column can be used.
  • the cleaned carrier gas stream (18) leaves the apparatus overhead.
  • the valuable substance DMT is returned to the PBT process in a process solvent and the overall yield based on DMT is improved.
  • the DMT can be recycled directly to the esterification reactor without additional work-up steps, in which DMT is catalytically esterified with 1,4-butanediol.
  • 1,4-butanediol In comparison to the already known absorption processes with low-boiling solvents (e.g. methanol), the two-stage gas scrubbing with high-boiling 1,4-butanediol reduces the loss of solvent through the gas discharge from the scrubber. 1,4-butanediol also has a high solubility for DMT, so that there is no solid precipitation from the liquid phase. A circulatory operation of the solvent is therefore possible. The space-time yield is therefore significantly increased in the subsequent polycondensation process for the production of polyesters, in particular polybutylene terephthalate (PBT), PET or PTT.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • DMT was stored in a tank farm at a temperature of 170 ° C.
  • the gas atmosphere contained 11.5% by weight of DMT and 88.5% by weight of nitrogen.
  • a gas flow of 44 kg / h was emitted when the tank was filled.
  • the gas stream was placed on a two-stage scrubber with a diameter of 200 mm and was washed there in the lower section of the apparatus with 370 kg / h of pure 1,4-butanediol at a temperature of 150 ° C. in countercurrent via separating internals.
  • the gas was cooled by countercurrent flow with 125 kg / h of pure 1,4-butanediol, which has an inlet temperature of 60 ° C, via internally separating internals.
  • the pure gas stream cooled to 60.2 ° C. was released with a content of less than 0.1% by weight of butanediol and less than 0.3% by weight of DMT.
  • gas and liquid have the following typical compositions at the transition from the lower (hot BD as detergent) to the upper section of the apparatus (cold BD):
  • the gas phase has the following typical composition when it emerges from the apparatus:
  • the washes show that in case a) (washing at 150 ° C. BD) there is an adequate reduction in DMT from the gas phase, the gas stream is not cooled substantially. At the same time, in this case, an increased amount of the as

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Abstract

Verfahren zur Reinigung und Kühlung eines Dialkylesters A) einer aromatischen Dicarbonsäure enthaltenden Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer 1. Stufe den Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) oberhalb des Schmelzpunktes des Dialkylesters A) behandelt und in mindestens einer 2. Stufe den Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) oberhalb des Schmelzpunktes der Dihydroxyverbindung B) behandelt.

Description

Kühlung und Reinigung von Gasströmen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Reinigung und Kühlung eines Dialkylesters A) einer aromatischen Carbonsäure enthaltenden Gasstromes.
Aromatische Dialkylester sind technisch bedeutende Ausgangsstoffe, beispielsweise zur Herstellung von Polyestern jeglicher Art.
Insbesondere Dimethylterephthalat (DMT) ist ein wichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung verschiedener, technisch bedeutsamer Polyester wie z.B. Polyethylente- rephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT). DMT wird hierzu in geschmolzener Form mit den entsprechenden Alkoholen Ethylenglykol und 1 ,4-Butandiol kataly- tisch umgesetzt und die so gewonnenen monomeren Zwischenstufen anschließend durch Polykondensation in die Polyester überführt (Ullmann's Encyclopedia of Industri- al Chemistry, 6* edition, 2000 Electronic Release, Wiley-VCH, Weinheim 2000).
Diese Dialkylester hydrolysieren bei Wasserkontakt sehr schnell, es bildet sich (Gleichgewichtsreaktion) die entsprechende Säure, die die Produktqualität des Polyesters negativ beeinflusst. Die Lagerung von DMT erfolgt in der Regel in geschmolzener Form bei Temperaturen von 165°C - 170°C in inerter Atmosphäre (Stickstoff), damit eine Oxidation oder Hydrolyse des DMT verhindert wird und die Dosierung bei der Umesterung erleichtert wird. Aus der Tanklagerung werden bei kontinuierlicher Stick- stoffnachspeisung somit DMT-beladene, heiße Gasströme freigesetzt.
Diese Gasströme entstehen im weiteren Polykondensationsprozess auch als Abgasströme aus den Polykondensationsreaktoren und Veresterungsstufen sowie Vorkondensationsstufen.
DMT neigt bei der Abkühlung zur Desublimation aus der Gasphase. Dieses kann zur Bildung von festen DMT-Partikeln führen, die die Reinigung und Kühlung DMT- beladener Gasströme erheblich erschweren. Werden die festen DMT-Partikel nicht abgeschieden, können die zulässigen Emissionsgrenzwerte bezüglich DMT überschrit- ten werden.
Aus der Literatur sind verschiedene Verfahren bekannt, die die Abscheidung von DMT aus Gasströmen durch Kontakt mit einer Flüssigkeit beschreiben.
In DD-A 160829 wird die Gaswäsche von DMT-haltigen Gasströmen aus einem PBT- Reaktor mit 1 ,4-Butandiol beschrieben. DMT wird hier durch das leichtsiedende Reak- tionsnebenprodukt Methanol ausgestrippt, das destillativ abgetrennt wird. In einer Absorptionskolonne wird DMT durch 1 ,4-Butandiol als Schleppmittel mit einer Zulauftemperatur von 100 - 150°C vom Methanol-Trägergasstrom abgetrennt und in die Reaktionszone zurückgeführt. Eine gleichzeitige Gaskühlung wird nicht beschrieben.
Die Entfernung von DMT-Dämpfen und DMT-Partikel aus einer Tanklagerung von geschmolzenem DMT mit Hilfe von Wasser in einer Gleichstromapparatur wird in US 5749944 beschrieben. In einem einbautenlosen Apparat wird DMT durch Verdü- sung von Wasser mit 10 - 32°C abgeschieden sowie der Trägergasstrom gleichzeitig abgekühlt. Als vorteilhaft wird hierbei der Verzicht auf niedrigsiedende organische Lösungsmittel (z.B. Methanol) beschrieben, so dass über den Reingasstrom keine zusätzlichen Emissionen des Waschmittels auftreten. Nachteilig erweist sich, das durch die starke Abkühlung am Apparateausgang ein nebelndes Gas-Flüssig-Gemisch mit festen DMT-Partikeln austritt, das eine weitere Trenneinheit zur Abscheidung der DMT-Partikel erforderlich macht. Durch den Kontakt mit Wasser besteht keine
Rückfuhrmöglichkeit von DMT in den Syntheseprozess. Der Abwasserstrom muss der Entsorgung zugeführt werden. Zudem ist eine besondere Schutzeinrichtung erforderlich, die eine Rückströmung des Wassers über die Rohgasleitung in die DMT- Lagerung verhindert. In DD-A 145540 wird die Abscheidung und Rückgewinnung von DMT bei der PET-
Herstellung in einem mit Glykolverschluss versehenen DMT-Sublimatabscheider beansprucht. Die DSViT beladenen Gasströme entstammen dem Zwischenlagern bzw. Aufschmelzen von DMT. Im Sublimatabscheider wird in der mittleren von 3 Kammern das DMT-haltige Gas mit Frischglykol mit einer Temperatur von 70 - 120°C im Gleichstrom geführt und durch Überdruck mit Inertgas über einen Glykolverschluss (20 - 160°C) hieraus in eine Austrittskammer des Gases gedrückt. Das im Glykol gelöste DMT kann somit in die PET-Synthese zurückgeführt werden. Eine zusätzliche Gaskühlung wird in diesem Verfahren nicht erwähnt.
Nachteilig erweist sich der Mitriß von DMT-Glykol Lösungen, die meist einen nachgeschalteten Abscheidebehälter erfordern.
Die Wäsche von DMT beladenen Gasströmen aus der DMT-Synthese in einem Ge- genstromapparat mit Methanol wird in CS 134835 beschrieben. Das DMT kann nach einer Fest-Flüssig-Trennung in den Prozess zurückgeführt werden. Durch die Leichtflüchtigkeit des Methanols ist ein zweiter Trennapparat notwendig, in dem durch eine Gaswäsche mit Wasser das Methanol aus dem Reingasstrom abgetrennt wird. Die vorliegenden Temperaturen werden nicht näher beschrieben. Eine DMT-Wäsche mit Methanol wird ebenfalls in der EP-A 0741124 beansprucht. Zur Rückgewinnung des DMT aus Gasströmen können zudem Xylol (DE-A 2105017) sowie flüssiges DMT (US 3227743) eingesetzt werden.
Ein Verfahren zur gleichzeitigen Reinigung und Abkühlung von Gasströmen aus der PET-Synthese in einer zweistufigen Gegenstromwäsche mit Ethylenglykol wird in US 6312503 beschrieben. Der heiße Gasstrom (175°C) aus einem Polymerisationsreaktor zur PET-Herstellung enthält nicht näher spezifizierte Nebenprodukte sowie nicht umgesetzte Edukte, insbesondere Ethylenglykol, Acetaldehyd und Wasser.
Es wird dazu eine zweistufige Wäsche beansprucht, bei der im unteren Apparateabschnitt das Gas mit Abkühlraten kleiner 5,4°C/ft2 (bezogen auf die Oberfläche der Einbauten) durch den direkten Kontakt mit einer Flüssigkeit abgekühlt wird. Mit der gleichen Flüssigkeit werden im oberen Apparateabschnitt dagegen bei geringeren Temperaturen die Fremdstoffe aus dem Inertgasstrom ausgewaschen.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass nur eine Kühlung des Gasstromes erfolgt und im Apparat eine Nebelbildung auftritt wegen der sehr hohen Abkühlrate und da das untere Segment zum Quenchen (= Abkühlen) eingesetzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Kühlung und Reinigung von eines Dialkylesters A) einer aromatischen Dicarbonsäure enthaltenden Gasstromes zur Verfügung zu stellen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man in einer 1. Stufe den Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) oberhalb des Schmelzpunktes des Dialkylesters A) behandelt und in mindes- tens einer 2. Stufe den Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) o- berhalb des Schmelzpunktes der Dihydroxyverbindung B) behandelt.
Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Überraschenderweise führt die erfindungsgemäße Verfahrensweise
ökologisch und bezüglich Investitionskosten zu einer besseren Bilanz. Weiterhin wird
- der Verlust der aromatischen Dialkylester minimiert,
der Gasstrom möglichst effizient gereinigt (Gehalt an Ester so gering wie möglich), der Ausgangsstoff Ester wieder in die Synthese zurückgeführt, d.h. die Raum- Zeit-Ausbeute ist erhöht,
die Desublimation in der Vorrichtung wird verhindert und der Trägergasstrom gleichzeitig ohne Nebelbildung abgekühlt,
Die Diole weisen zudem eine hohe Löslichkeit für die Ester auf, so dass kein Feststoffausfall eintritt und ein Kreislaufbetrieb des Lösungsmittels ermöglicht wird.
Unter den Dialkylestern A) werden solche Verbindungen verstanden, welche aus einer aromatischen Dicarbonsäure mit aliphatischen Esterresten aufgebaut sind.
Als bevorzugte Dicarbonsäuren sind 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure und Isophthalsäure oder deren Mischungen zu nennen. Bis zu 30 mol-%, vorzugsweise nicht mehr als 10 mol-% der aromatischen Dicarbonsäuren können durch aliphatische oder cycloaliphatische Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäuren und Cyclohexandicarbonsäuren ersetzt werden.
Bevorzugt werden Mischungen aus 5 bis 100 mol-% Isophthalsäure und 0 bis 95 mol% Terephthalsäure, insbesondere Mischungen von etwa 80 % Terephthalsäure mit 20 % Isophthalsäure bis etwa äquivalente Mischungen dieser beiden Säuren verwendet.
Als ganz besonders bevorzugte Dicarbonsäure sei Terephthalsäure genannt.
Bevorzugte Alkylreste weisen 1 bis 4 G-Atome, insbesondere 1 bis 2 G-Atome auf. Bevorzugte Dialkylester sind solche, die sich von 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure und Isophthalsäure oder deren Mischungen ableiten, wobei die Dime- thylester bevorzugt sind.
Insbesondere bevorzugt ist Dimethylterephthalat (DMT).
Als aliphatische Dihydroxyverbindung B) setzt man vorzugsweise Diole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ein, insbesondere 1 ,2-Ethandiol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,2-Butandiol, 1 ,6-HexandioI, 1,4-Hexandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,4-Cyclohexandiol, 1 ,4-Cyclohexandime- thylanol und Neopentylglykol oder deren Mischungen, wobei 1 ,4-Butandiol besonders bevorzugt ist.
Nachstehend sei das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Reinigung und Kühlung eines DMT-haltigen Gasstromes erläutert. Es sei jedoch betont, dass es für die Reinigung und Kühlung von Gasströmen verwendet werden kann, welche andere Dialkylester von aromatischen Dicarbonsäuren enthalten.
Bei der Tanklagerung wird DMT im allgemeinen in geschmolzenen Zustand bei Tem- peraturen von 140 bis 286°C, vorzugsweise 165 bis 170°C gehalten und mit trockenem Gasstrom, vorzugsweise Inertgasstrom, insbesondere Stickstoffstrom überlagert.
Durch vorzugsweise kontinuierliche Verdrängung des Inertgasstromes (wegen Tankbe- füllung) entsteht ein DMT-beladener Gasstrom. Ein solcher Gasstrom entsteht auch als sog. Abgasstrom nach der Vor- bzw. Nachkondensation der Polyester, welcher in entsprechenderweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt und gekühlt werden kann.
Hierzu wird der DMT-haltige Gasstrom in einer 1. Stufe mit den vorstehenden Dihydro- xyverbindungen B) oberhalb des Schmelzpunktes des Dialkylesters A) behandelt.
Für DMT beträgt der Schmelzpunkt 140°C, die Temperaturen des Gasstromes betragen in der Regel von 140 bis 286°C, vorzugsweise von 150 bis 170°C.
Als Vorrichtungen sind allgemein solche geeignet, welche sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom den Gasstrom in Kontakt bringen können. Das sind insbesondere Rieselfilmapparate, Füllkörper, Packungskolonnen, Apparate mit disperser flüssiger und kontinuierlicher Gasphase/Sprühapparate, Apparate mit Gas und kontinuierlicher Flüssigphase wie Blasensäulen oder Bodenkolonnen.
Zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen den Phasen ist der entsprechende Apparat mit Einbauten wie Böden, Füllkörper, strukturierten Packungen sowie andere, dem Stand der Technik entsprechenden trennwirksamen Kolonneneinbauten ausgestattet. Der Apparat kann auch einbautenlos mit einer Verdüsung der Flüssigkeit aus- geführt werden. Die Komponente B) wird über herkömmliche Verteileinrichtungen oder Düsen in den Gasstrom eingebracht.
Der Gas-Volumenstrom bei der Tanklagerung beträgt üblicherweise von 5 bis 75 m3/h, vorzugsweise von 25 bis 50 m3/h.
Der Anteil des DMT im Gasstrom ist durch den jeweiligen Sättigungsdampfdruck im entsprechenden Inertgasstrom begrenzt. Dieser beträgt in N2 maximal 23 Gew.-%, die Reinigung ist effektiv möglich bis zu einer Konzentration von 0,0001 Gew.-ppm DMT im N2-Strom. Üblicherweise beträgt die Konzentration des DMT von 0,001 bis 16 Gew.-ppm, im N2-Strom. Komponente B) wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig oder anschließend z.B. über Verteilungsvorrichtungen z.B. Düsen oder bei Gegenstromfahr- weise vorzugsweise am Ende der 1. Stufe zugegeben.
Die Temperatur in der 1. Stufe der Komponente B) wird durch den Schmelzpunkt der Komponente A) begrenzt. Für DMT beträgt dieser mindestens 140°C, vorzugsweise mindestens 160°C.
Der obere Wert der Temperatur wird durch den Siedepunkt des jeweils eingesetzten Diols begrenzt. Für 1 ,4-ButandioI liegt die Temperatur der Reinigungsstufe vorzugsweise unterhalb 237°C, bevorzugt unterhalb 227°C. Für den Fall, dass Ethylenglykol als Waschmittel eingesetzt wird, beträgt die Temperatur unterhalb 198°C, vorzugsweise 190°C, bei Propandiol sind Temperaturen von unterhalb 213°C, vorzugsweise 200°C empfehlenswert.
Zur Verfahrensausführung können sowohl z.B. reines 1 ,4-Butandiol als auch mit DMT beladenes 1 ,4-Butandiol eingesetzt werden. Das 1 ,4-Butandiol kann sowohl im einfachen Durchgang sowie in Kreislaufbetrieb mit Rezirkulation mit dem Gas in Kontakt gebracht werden. Gas- und Flüssigphase können an jeder, dem oben beschriebenen Prinzip entsprechende Stelle im Apparat aufgegeben werden. Das Verfahrensprinzip kann gleichzeitig auf eine 3- und mehrstufige Betriebsweise ausgedehnt werden.
Der Druck in der 1. Stufe beträgt in der Regel von 1013 mbar (Umgebungsdruck, Nor- maldruck) bis 1113 mbar, vorzugsweise von 1013 bis 1083 mbar (für die Tanklagerung).
In der 1. Stufe wird erfindungsgemäß durch die Behandlung DMT aus der Gasphase in das flüssige Waschmittel (Dihydroxyverbindung) überführt.
Bei Austritt aus der 1. Stufe enthält der Gasstrom 0,01 bis 1000 Gew.-ppm DMT, vorzugsweise von 1 bis 50 Gew.-ppm DMT.
Der Flüssigkeitsstrom der Dihydroxyverbindung B) enthält bei Austritt aus der 1. Stufe 0,01 Gew.-ppm bis 59 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 Gew.-ppm bis 10 Gew.-% DMT.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer 2. Stufe der Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) gekühlt, wobei es wesentlich ist, dass in dieser Stufe oberhalb des Schmelzpunktes der Komponente B) gearbeitet wird. Die Tempera- tur beträgt entsprechend für 1 ,4-ButandioI größer 19°C, vorzugsweise von 20 bis 80°C und insbesondere von 50 bis 70°C, bei Ethylenglykol und Propandiol betragen die Schmelzpunkte -10CC bzw. -32°C, so dass eine Arbeitsweise bei den o.g. Temperaturbereichen ebenso empfohlen wird.
Die hierfür geeigneten Vorrichtungen bzw. deren Einbauten entsprechen den Ausführungen bei Stufe 1.
Dies gilt auch für den Druck.
Die Temperaturparameter des erfindungsgemäßen Verfahrens sind so gestaltet, dass der tatsächliche DMT-Partialdruck (Gehalt in der Gasphase) den Sublimationsdampfdruck nicht überschreitet.
Bei Austritt aus der zweiten Zone (welche auch in mehrere Zonen aufteilbar sein kann) weist der Gasstrom einen DMT-Gehalt von 0,001 bis 16 Gew.-ppm, vorzugsweise von 0,01 bis 1 Gew.-ppm auf.
Im folgenden sei eine besonders bevorzugte Ausführungsform (s. Abbildung) des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert:
In einem Tanklager (1) wird DMT in geschmolzenem Zustand gehalten und zur Vermeidung von Oxidation und Wasserkontakt mit trocknem Inertgas (2) (z.B. Stickstoff) überlagert. Durch kontinuierliche Verdrängung des Inertgases (z.B. bei Tankbefüllung) wird ein DMT-beladener Gasstrom (3) über eine beheizte Gasleitung sowie einen be- heizten Gaseinlass (4) auf eine Absorptionskolonne (5) gegeben. Im unteren Kolonnenabschnitt (6) der mit trennwirksamen Einbauten gefüllt ist, wird dem Gasstrom über eine Verteileinrichtung (7) flüssiges 1 ,4-Butandiol mit einer Temperatur von 140°C < T < 227°C entgegengeführt. Hierdurch wird DMT aus der Gasphase in das flüssige Waschmittel überführt. Der Flüssigkeitsstrom (8) wird über einen Wärmetau- scher (9) auf die Zulauftemperatur vorgeheizt. Der Strom kann sowohl dem Sumpfaus- trag der Kolonne (10) als Teilstrom (11) unter Zumischung von reinem 1 ,4-Butandiol (12) entnommen werden oder als reines 1 ,4-Butandiol (12) zugeführt werden.
Der an DMT abgereicherte Gasstrom wird einem zweiten Kolonnenabschnitt (13) zuge- führt, der mit trennwirksamen Einbauten gefüllt ist, und dort durch direkten Kontakt mit einem zweiten Waschmittelstrom (14) bei einer Temperatur von 30°C < T < 140°C abgekühlt wird. Der Waschmittelstrom wird über eine Verteileinrichtung (15) in die Kolonne gegeben und über einen Wärmetauscher (16) temperiert. Als Waschmittelstrom kann reines 1 ,4-Butandiol (12) sowie ein Rückfuhrstrom (17) aus dem Sumpfaustrag (10) der Absorptionskolonne verwendet werden. Der gereinigte Trägergasstrom (18) verlässt den Apparat über Kopf.
Durch die oben beschriebene Prozessführung wird die Desublimation von DMT im Ap- parat verhindert und der Gasstrom gleichzeitig ohne Nebelbildung abgekühlt. Ein sublimatfreier Gasstrom wird abgegeben. Bei einer Ausführung in zwei getrennten Apparaten, ermöglicht die appartive Integration von DMT-Abtrennung und Gaskühlung in einer Absorptionskolonne günstigere Betriebs- und Investitionskosten.
Durch die Gaswäsche mit 1 ,4-Butandiol wird der Wertstoff DMT in einem prozesseigenen Lösungsmittel in das PBT-Verfahren zurückgeführt und die Gesamtausbeute bezogen auf DMT verbessert. Die Rückführung des DMT kann ohne zusätzliche Aufarbeitungsschritte direkt in den Veresterungsreaktor erfolgen, in dem DMT mit 1 ,4-Butandiol katalytisch verestert wird.
Im Vergleich zu den bereits bekannten Absorptionsverfahren mit niedrigsiedenden Lösungsmitteln (z.B. Methanol), wird durch die zweistufige Gaswäsche mit hochsiedendem 1,4-Butandiol der Lösungsmittelverlust über den Gasaustrag des Wäschers reduziert. 1 ,4-Butandiol weist zudem eine hohe Löslichkeit für DMT auf, so dass aus der Flüssigphase kein Feststoffausfall auftritt. Ein Kreislaufbetrieb des Lösungsmittels ist daher möglich. Die Raum-Zeit-Ausbeute ist daher beim anschließenden Polykondensa- tionsverfahren zur Herstellung von Polyestern, insbesondere Polybutylenterephthalat (PBT), PET oder PTT signifikant erhöht.
Beispiel
DMT wurde in einem Tanklager bei einer Temperatur von 170°C gelagert. Die Gasatmosphäre enthielt 11,5 Gew.-% DMT und 88,5 Gew.-% Stickstoff. Bei der Tankbefül- lung wurde ein Gasstrom von 44 kg/h abgegeben. Der Gasstrom wurde auf einen zweistufigen Wäscher mit einem Durchmesser von 200 mm gegeben und dort im unteren Apparateabschnitt mit 370 kg/h reinem 1 ,4-Butandiol mit einer Temperatur von 150°C im Gegenstrom über trennwirksame Einbauten gewaschen. Im oberen Apparateabschnitt wurde das Gas durch die Gegenstromführung mit 125 kg/h reinem 1,4- Butandiol, das eine Zulauftemperatur von 60°C besitzt, über trennwirksame Einbauten abgekühlt. Der auf 60,2°C abgekühlte Reingasstrom wurde mit einem Gehalt von kleiner 0,1 Gew.-% Butandiol und kleiner 0,3 Gew.-ppm DMT abgegeben.
DMT Bilanz : 99,998 % DMT Rückgewinnung Im dargestellten Anwendungsbeispiel haben Gas- und Flüssigkeit beim Übergang vom unteren (heißes BD als Waschmittel) in den oberen Apparateabschnitt (kaltes BD) folgende typische Zusammensetzungen:
Im dargestellten Anwendungsbeispiel hat die Gasphase beim Austritt aus dem Apparat folgende typische Zusammensetzung:
Vergleichsbeispiele
Es wurden einstufige Wäschen des Gasstromes (gemäß Beispiel 1) mit 1 ,4-Butandiol durchgeführt:
a) bei T = 150°C b) bei T = 50°C
Die Wäschen zeigen, dass im Fall a) (Wäsche mit 150°C BD) zwar eine angemessene Abminderung von DMT aus der Gasphase erfolgt, der Gasstrom jedoch nicht wesent- lieh abgekühlt wird. Gleichzeitig wird in diesem Fall eine erhöhte Menge des als
Waschmittel eingesetzten 1 ,4-Butandiols (7,3 kg/h entsprechend 16 Gew.-% BD) über den Kopfab∑ug der Kolonne abgegeben und geht damit dem Prozess verloren.
Im Fall b) (Wäsche mit 50°C BD) erfolgte hingegen eine deutliche Abkühlung des Gas- Stroms, jedoch wurde der Gasstrom in der Kolonne stark mit DMT übersättigt, so dass eine Bildung von Sublimationsaerosolen im Apparat auftrat, welche eine regelmäßige Reinigung der Kolonnen erforderlich machten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung und Kühlung eines Dialkylesters A) einer aromatischen Dicarbonsäure enthaltenden Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer 1. Stufe den Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) oberhalb des Schmelzpunktes des Dialkylesters A) behandelt und in mindestens einer 2. Stufe den Gasstrom mit einer aliphatischen Dihydroxyverbindung B) o- berhalb des Schmelzpunktes der Dihydroxyverbindung B) behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man als Dialkylester A) Ester der Terephthalsäure, Isophthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder deren Mischungen einsetzt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Dialkylester A) einsetzt, welche Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen aufweisen.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Gasstrom einen beladenen Inertgasstrom reinigt und kühlt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Dihydroxyverbindung B) Diole mit 2 bis 6 C-Atomen einsetzt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Dihydroxyverbindung B) 1 ,4-Butandiol einsetzt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Dialkylester A) Dimethylterephthalat einsetzt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe die Dihydroxyverbindung B) eine Temperatur oberhalb von 140°C aufweist und in der zweiten Stufe eine Temperatur von 20 bis 80°C aufweist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom nach Reinigung und Kühlung weniger als 20 Gew.-ppm des aromati- sehen Dialkylesters A) enthält.
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