EP2323750A2 - METHOD FOR SEPARATING NOx FROM A GAS STREAM CONTAINING EPOXY - Google Patents

METHOD FOR SEPARATING NOx FROM A GAS STREAM CONTAINING EPOXY

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EP2323750A2
EP2323750A2 EP09769154A EP09769154A EP2323750A2 EP 2323750 A2 EP2323750 A2 EP 2323750A2 EP 09769154 A EP09769154 A EP 09769154A EP 09769154 A EP09769154 A EP 09769154A EP 2323750 A2 EP2323750 A2 EP 2323750A2
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EP
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gas
sorption
epoxide
liquid
separation
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Torsten Berndt
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Zylum Beteiligungs GmbH and Co Patente II KG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Definitions

  • the invention relates to a method for the separation of nitrogen oxides (NO x ) from an epoxide-containing gas stream, in particular to prevent further reaction of the NO x with the epoxide in the gas stream.
  • NO x nitrogen oxides
  • Epoxies are basic chemicals of the chemical industry and are produced and processed in large quantities. Due to their high reactivity they are important starting materials for the production of a wide variety of products.
  • ozone and NO 2 are used for the epoxidation step, leaving NO 2 in the off-gas unchanged from the formed epoxide and unreacted olefins the reactor.
  • NO 2 is itself a relatively strong oxidizing agent and can react with the formed epoxide and unreacted olefin.
  • the reaction times of the epoxidation per se are preferably from 1 ms to 250 ms. Taking into account the reaction temperature in the reactor itself, the subsequent reaction of the epoxide formed or the unreacted olefin with NO 2 is negligible.
  • the present invention has the object to provide a method which allows the fastest possible and almost complete separation of nitrogen oxides from an epoxide-containing gas stream.
  • this object is achieved by a method for the separation of NO x from an epoxide-containing gas stream, in which the separation of NO x by gas-liquid sorption and / or by gas-solid sorption takes place.
  • sorption is to be understood as meaning both adsorption and absorption.
  • Adsorption refers to the accumulation of substances on the surface of solids or liquids, more generally at the interface between two phases. In contrast, the absorption is the accumulation of substances in the interior of a solid or liquid.
  • sorption in the context of the present invention is to be understood as both physisorption and chemisorption. In physisorption, the accumulation occurs through physical interactions, whereas chemisorption is characterized by an enrichment by chemical bonds.
  • NO x Due to the many oxidation states of nitrogen, there are a variety of nitrogen-oxygen compounds.
  • the term NO x has been coined as collective term for these.
  • NO x is understood to mean all gaseous oxides of nitrogen. Particularly suitable is the method for the separation of NO 2 / N 2 O 4 (NO 2 is in equilibrium with N 2 O 4 ).
  • Further nitrogen oxides, which in the context of the present invention are to be classified as NO x are in particular the compounds N 2 O 5 , N 2 O 3 , NO, and N 2 O.
  • the process described is particularly suitable for working up a gas stream obtained in the process described above for the oxidation of olefins to epoxides with ozone and NO 2 .
  • the use of the separation process is by no means limited to the gas streams thus obtained. Rather, the method is generally suitable for the separation of NO x from epoxide-containing gas streams.
  • the separation is carried out at a temperature of -50 to 250 0 C and at a pressure of 0.25 to 10 bar.
  • the process is carried out so that the gas Ström is brought into contact with a sorbent material located in a sorption unit.
  • the sorbent material is selected so that the NO x from the gas stream is retained in a sorbing unit filled with sorbent material while the epoxide remains in the gas stream. This allows immediate further processing of the epoxide in the gas stream.
  • both NO x and epoxide are retained in a sorption unit by sorption. This can be realized in particular by selective chemisorption, in which NO x on the one hand and epoxide on the other hand are sorbed in different phases of the sorbent material and / or on different sorption sites. This then requires selective desorption of NO x and epoxide.
  • the washing liquid used is a liquid which comprises one or more basic compounds, in particular amines. It has been found that the use of amines in the washing liquids enables almost complete sorption of the NO x from an epoxide-containing gas stream.
  • amines As particularly suitable amines they have proven tertiary amines, such as triamylamine.
  • N, N-dimethylethanolamine, N-methyldiethanolamine and / or triethanolamine have proved to be particularly suitable.
  • the washing liquids can be used in pure form, in diluted form with solvents or in mixtures.
  • suitable solvents as far as these are used, ethanol, chloroform and acetone have been found.
  • the sorption unit is designed such that the washing liquid is present in a column filled with packing.
  • the separation takes place by way of gas-solid sorption. It has been found that particularly high sorption rates for NO x on modified alumina and zeolite-type materials can be achieved.
  • KF modified Al 2 O 3 has proved to be a particularly suitable modified alumina. Good results have been obtained, for example, with a potassium fluoride-modified alumina available under Fluka number 60244 and having an F loading of about 5.5 mmol / g.
  • the sorbent material has basic centers, for example by using oxides of the 2nd main group (MgO, BaO, etc.) or other bases such as KOH and mixtures thereof.
  • Basic compounds can also be used without the use of carriers.
  • metal oxides of metals of the fourth main group or subgroups 6-8 are used. Particularly preferred metal oxides are Mn or Pb oxides. When using metal oxides as sorbent material, these are preferably used as a carrier-supported sorbent material.
  • the method according to the invention makes possible a rapid and almost complete removal of NO x from an epoxide-containing gas stream. It has been found that by the method according to the invention a separation of the NO x succeeds without the epoxide located in the gas stream is subject to an undesirable reaction.
  • H-active compounds H 2 O and others
  • isomerizations and building reactions can be acid-catalyzed as well as base-catalyzed, with zeolites and Al 2 O 3 being able to serve as catalysts (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, 1999 Electronic Release).
  • the interactions of the scrubbing liquid (or solid) with NO x (and especially NO 2 ) must be so strong that it is almost completely sorbed.
  • the epoxide present in the homogeneous mixture with NO x must not react with (or on) the sorbent material despite its high reactivity.
  • the washing liquid (or the solid) often has corresponding polar groups or reactive centers. It is highly surprising that the interaction via these polar groups or reactive centers for the removal of NO x is sufficient without simultaneous reactions of the epoxide occur.
  • the NO x itself (especially in the form of NO 2 ) is a highly reactive species.
  • This high reactivity in addition to the gas phase reactivity (which necessitates rapid separation from the epoxide) also poses a problem in that the risk of Surface reaction of NO x with the epoxide on the sorbent material.
  • the fact that it has been possible by the inventive method to ensure a nearly complete separation of the NO x from the epoxide, without causing the said side reactions is highly surprising to the expert.
  • the described method is particularly suitable for working up a gas stream resulting from a preceding gas phase reaction.
  • the adsorber unit can be connected directly downstream of the reactor, optionally with the interposition of a cooling stage for cooling the off-gas, and operate at reaction pressure.
  • the inventive method can also work with a higher or lower compared to the working pressure of the upstream reactor pressure.
  • the process according to the invention can be used particularly advantageously for working up a NO x and epoxide-containing gas stream, as is produced in a process for epoxidation, which is described in WO 02/20502 A1 and in DE 10 2007 039 874.5.
  • inventive method for working up such a reaction mixture has been shown that a complete separation of the NO x is made possible MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
  • the material separation is carried out at 22 ° C. in a sorbing gas-liquid material (column having a length of 45 cm and an inner diameter of 1.8 cm, filled with glass packings) using 50 ml of N-methyldiethanolamine (MDEA). performed.
  • the gas stream consists of 1.27 vol% NO 2 and 0.85 vol% propylene oxide in oxygen at a volume flow of 1.0 standard liters / min.
  • the composition of the gas is determined before and after the column by FT-IR spectroscopy.
  • the material separation is carried out at 150 ° C. in a gas-solid sorption unit (tube with a heated length of 10 cm and an inner diameter of 0.7 cm) using a bulk volume of 4 ml of KF-modified Al 2 O 3 (Fluka 60244).
  • the gas stream consists of 1.6 vol% NO 2 and 0.8 vol% propylene oxide in nitrogen at a volume flow of 0.1 standard liters / min.
  • the composition of the gas is determined before and after the adsorber tube by means of residual gas MS.

Abstract

Disclosed is a method for separating nitrogen oxides (NOx) from a gas stream containing epoxy. Said method is characterized in that nitrogen oxides (NOx) are separated using gas-liquid sorption and/or gas-solid sorption.

Description

MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PC MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
Verfahren zur Abtrennung von NOx aus einem epoxidhaltigen Gas strömMethod for separating NOx from an epoxide-containing gas ström
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Stickoxiden (NOx) aus einem epoxidhaltigen Gasstrom, insbesondere um ein weiteres Reagieren des NOx mit dem Epoxid im Gasstrom zu verhindern.The invention relates to a method for the separation of nitrogen oxides (NO x ) from an epoxide-containing gas stream, in particular to prevent further reaction of the NO x with the epoxide in the gas stream.
Epoxide sind Grundstoffe der chemischen Industrie und werden in großen Mengen hergestellt und verarbeitet. Aufgrund ihrer großen Reaktionsfähigkeit stellen sie wichtige Ausgangssubstanzen zur Herstellung einer großen Vielzahl von Produkten dar.Epoxies are basic chemicals of the chemical industry and are produced and processed in large quantities. Due to their high reactivity they are important starting materials for the production of a wide variety of products.
In den vergangen Jahren ist es gelungen, Epoxide durch Oxidation von Olefinen in einer homogenen Gasphasenreaktion zugänglich zu machen. Ein solches Verfahren wird erstmals in der WO 02/20502 Al beschrieben. Dabei wird ein Gasstrom aus Ozon und NO2 (und/oder NO) als Oxidationsmittel eingesetzt, um unter milden Reaktionsbedingungen ohne Verwendung eines Katalysators die Umsetzung von Olefinen zu Epoxiden in einer homogenen Gasphasenreaktion zu ermöglichen. Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens zur Epoxidierung von Olefinen in einer homogenen Gasphasenreaktion wird in der DE 10 2007 039 874.5 beschrieben.In recent years, epoxides have been made accessible by oxidation of olefins in a homogeneous gas-phase reaction. Such a method is described for the first time in WO 02/20502 A1. In this case, a gas stream of ozone and NO 2 (and / or NO) is used as the oxidant to allow the reaction of olefins to epoxides in a homogeneous gas phase reaction under mild reaction conditions without the use of a catalyst. A further development of this process for the epoxidation of olefins in a homogeneous gas phase reaction is described in DE 10 2007 039 874.5.
In den genannten Verfahren werden Ozon und NO2 für den Epoxidierungsschritt eingesetzt, wobei NO2 im Off-Gas unverändert neben dem gebildeten Epoxid und nicht umgesetzten Olefinen den Reaktor verlässt.In said processes, ozone and NO 2 are used for the epoxidation step, leaving NO 2 in the off-gas unchanged from the formed epoxide and unreacted olefins the reactor.
NO2 stellt selbst ein relativ starkes Oxidationsmittel dar und kann mit dem gebildeten Epoxid sowie nicht umgesetztem Olefin reagieren. Entsprechend DE 10 2007 039 874.5 liegen die Reaktionszeiten der Epoxidierung an sich (und damit die maximalen Kontaktzeiten) vorzugsweise bei 1 ms bis 250 ms. Bei Berücksichtigung der Reaktionstemperatur ist im Reaktor selbst die Folgereaktion des gebildeten Epoxids bzw. des nichtumgesetzten Olefins mit NO2 vernachlässigbar. MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCNO 2 is itself a relatively strong oxidizing agent and can react with the formed epoxide and unreacted olefin. According to DE 10 2007 039 874.5, the reaction times of the epoxidation per se (and thus the maximum contact times) are preferably from 1 ms to 250 ms. Taking into account the reaction temperature in the reactor itself, the subsequent reaction of the epoxide formed or the unreacted olefin with NO 2 is negligible. MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
Es hat sich allerdings gezeigt, dass das NO2 auch nach Verlassen des Reaktors mit dem gebildeten Epoxid sowie nicht umgesetztem Olefin unter Bildung störender Nebenprodukte reagiert. Diese Nebenreaktionen führen naturgemäß auch zu einer Verminderung der Ausbeute des Epoxids.However, it has been shown that the NO 2 reacts even after leaving the reactor with the epoxide formed and unreacted olefin to form interfering byproducts. Naturally, these side reactions also lead to a reduction in the yield of the epoxide.
Ausgehend von kinetischen Daten aus S. Jaffe, Chem. Reakt. Urban Atmos.; Proc. Symp. 1969, (1971), S. 103 müssen die Kontaktzeiten von NO2 mit dem Epoxid kleiner 10 sec betragen, um die Verluste kleiner 5 % zu halten. (Epoxid: Ethylenoxid; Druck: 250 — 1000 mbar; Molenbruch an NO2: 2 vol%; Molenbruch an Epoxid: 1 vol%, Raumtemperatur). Damit der Verlust an Epoxid kleiner 1 % beträgt, sollten die Kontaktzeiten kleiner 2 Sekunden betragen. Eigene Untersuchungen konnten die in der Literatur angegebene Reaktivität von NO2 bzgl. der gebildeten Epoxide bestätigen.Based on kinetic data from S. Jaffe, Chem. Reakt. Urban Atmos .; Proc. Symp. 1969, (1971), p. 103, the contact times of NO 2 with the epoxide must be less than 10 seconds in order to keep the losses less than 5%. (Epoxide: ethylene oxide, pressure: 250-1000 mbar, molar fraction of NO 2 : 2% by volume, molar fraction of epoxide: 1% by volume, room temperature). In order for the loss of epoxy to be less than 1%, the contact times should be less than 2 seconds. Our investigations confirmed the reactivity of NO 2 reported in the literature with regard to the epoxides formed.
Es besteht somit ein Bedarf an einem Verfahren, dass die Bildung dieser störenden Nebenprodukte unterdrückt.Thus, there is a need for a process that suppresses the formation of these interfering byproducts.
Somit lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das eine möglichst schnelle und nahezu vollständige Abtrennung von Stickoxiden aus einem epoxidhaltigen Gasstrom ermöglicht.Thus, the present invention has the object to provide a method which allows the fastest possible and almost complete separation of nitrogen oxides from an epoxide-containing gas stream.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abtrennung von NOx aus einem epoxidhaltigen Gasstrom gelöst, bei dem die Abtrennung von NOx durch Gas- Flüssig-Sorption und/oder durch Gas-Feststoff-Sorption erfolgt.According to the invention this object is achieved by a method for the separation of NO x from an epoxide-containing gas stream, in which the separation of NO x by gas-liquid sorption and / or by gas-solid sorption takes place.
Unter dem Begriff "Sorption" sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl eine Adsorption als auch eine Absorption verstanden werden.In the context of the present invention, the term "sorption" is to be understood as meaning both adsorption and absorption.
Als Adsorption bezeichnet man die Anreicherung von Stoffen an der Oberfläche von Festkörpern oder Flüssigkeiten, allgemeiner an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen. Im Unterschied dazu bezeichnet man als Absorption die Anreicherung von Stoffen in das Innere eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit.Adsorption refers to the accumulation of substances on the surface of solids or liquids, more generally at the interface between two phases. In contrast, the absorption is the accumulation of substances in the interior of a solid or liquid.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von "Sorption" gesprochen wird, so ist darunter eine Adsorption oder eine Absorption oder ein Nebeneinandervorliegen beider Vorgänge zu verstehen. MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCWhen the term "sorption" is used in the context of the present invention, it is to be understood as adsorption or absorption or coexistence of both processes. MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
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Darüber hinaus ist unter dem Begriff "Sorption" im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl eine Physisorption als auch eine Chemisorption zu verstehen. Bei der Physisorp- tion erfolgt die Anreicherung durch physikalische Wechselwirkungen, während die Chemisorption durch eine Anreicherung durch chemische Bindungen charakterisiert ist.In addition, the term "sorption" in the context of the present invention is to be understood as both physisorption and chemisorption. In physisorption, the accumulation occurs through physical interactions, whereas chemisorption is characterized by an enrichment by chemical bonds.
Aufgrund der vielen Oxidationsstufen des Stickstoffs existiert eine Vielzahl von Stickstoff-Sauerstoffverbindungen. Als Sammelbezeichnung für diese wurde der Begriff NOx geprägt. Unter NOx sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle gasförmigen Oxide des Stickstoffs verstanden werden. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Abtrennung von NO2/N2O4 (NO2 steht im Gleichgewicht mit N2O4). Weitere Stickoxide, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter die Bezeichnung NOx fallen sollen sind insbesondere die Verbindungen N2O5, N2O3, NO, und N2O.Due to the many oxidation states of nitrogen, there are a variety of nitrogen-oxygen compounds. The term NO x has been coined as collective term for these. For the purposes of the present invention, NO x is understood to mean all gaseous oxides of nitrogen. Particularly suitable is the method for the separation of NO 2 / N 2 O 4 (NO 2 is in equilibrium with N 2 O 4 ). Further nitrogen oxides, which in the context of the present invention are to be classified as NO x , are in particular the compounds N 2 O 5 , N 2 O 3 , NO, and N 2 O.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders zur Aufarbeitung eines Gasstroms, der in dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Oxidation von Olefinen zu Epoxiden mit Ozon und NO2 erhalten wird. Die Einwendung des Abtrennungsverfahrens ist jedoch keineswegs auf die so erhaltenen Gasströme beschränkt. Vielmehr eignet sich das Verfahren generell zur Abtrennung von NOx aus epoxidhaltigen Gasströmen.The process described is particularly suitable for working up a gas stream obtained in the process described above for the oxidation of olefins to epoxides with ozone and NO 2 . However, the use of the separation process is by no means limited to the gas streams thus obtained. Rather, the method is generally suitable for the separation of NO x from epoxide-containing gas streams.
Es hat sich gezeigt, dass durch Sorption an flüssiger und/oder fester Phase eine so schnelle Trennung des NOx aus einem epoxidhaltigen Gasstrom ermöglicht wird, dass die Bildung von unerwünschten Oxidationsprodukten wirksam unterdrückt wird. Dabei sollte die Abtrennung vorzugsweise in einem zeitlichen Bereich von 1 bis 100 sec, bevorzugt in einem Zeitbereich von kleiner einige 10 sec, insbesondere kleiner 10 sec erfolgen. In Abhängigkeit von der Reaktivität des Epoxids (sowie eines gegebenenfalls vorhandenen nicht umgesetzten Olefins) kann auch ein längerer oder kürzerer Zeitraum gewählt werden.It has been found that by sorption to liquid and / or solid phase such rapid separation of the NO x from an epoxide-containing gas stream is made possible that the formation of undesirable oxidation products is effectively suppressed. The separation should preferably take place in a time range of 1 to 100 seconds, preferably in a time range of less than a few 10 seconds, in particular less than 10 seconds. Depending on the reactivity of the epoxide (as well as an optionally present unreacted olefin), a longer or shorter period may also be selected.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass durch das Verfahren keine unerwünschte Umsetzung des Epoxids sowie des gegebenenfalls vorhandenen nicht umgesetzten Olefins stattfindet. Dies führt zu einer deutlicher Erhöhung von Reinheit und Ausbeute des gewonnenen Epoxids mit den entsprechend verbundenen wirtschaftlichen Vorteilen.It has proven to be particularly advantageous that no undesired conversion of the epoxide and of the unreacted olefin which may be present occurs through the process. This leads to a significant increase in purity and yield of the recovered epoxide with the associated economic advantages.
Vorzugsweise erfolgt die Abtrennung bei einer Temperatur von -50 bis 2500C und bei einem Druck von 0,25 bis 10 bar. MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCPreferably, the separation is carried out at a temperature of -50 to 250 0 C and at a pressure of 0.25 to 10 bar. MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
Vorteilhaft wird das Verfahren so ausgeführt, dass der Gas ström mit einem sorbierenden Material in Kontakt gebracht wird, das sich in einer Sorptionseinheit befindet. In einer Ausführungsform wird das Sorptionsmaterial so gewählt, dass das NOx aus dem Gastrom in einer mit sorbierendem Material gefüllten Sorptionseinheit zurückgehalten wird, während das Epoxid im Gasstrom verbleibt. Dies ermöglicht ein sofortiges Weiterverarbeiten des Epoxids im Gasstrom. In einer alternativen Ausführungsform werden sowohl NOx als auch Epoxid in einer Sorptionseinheit durch Sorption zurückgehalten. Dies kann insbesondere durch selektive Chemiesorption verwirklicht werden, bei der NOx einerseits und Epoxid andererseits in verschiedenen Phasen des sorbierenden Materials und/oder auf unterschiedlichen Sorptionsplätzen sorbiert werden. Dies macht anschließend eine selektive Desorption von NOx und Epoxid erforderlich.Advantageously, the process is carried out so that the gas Ström is brought into contact with a sorbent material located in a sorption unit. In one embodiment, the sorbent material is selected so that the NO x from the gas stream is retained in a sorbing unit filled with sorbent material while the epoxide remains in the gas stream. This allows immediate further processing of the epoxide in the gas stream. In an alternative embodiment, both NO x and epoxide are retained in a sorption unit by sorption. This can be realized in particular by selective chemisorption, in which NO x on the one hand and epoxide on the other hand are sorbed in different phases of the sorbent material and / or on different sorption sites. This then requires selective desorption of NO x and epoxide.
Es hat sich erwiesen, dass zur Durchführung des Verfahrens sowohl die Gas-Flüssig- Sorption als auch die Gas-Feststoff-Sorption geeignet sind.It has been found that both gas-liquid sorption and gas-solid sorption are suitable for carrying out the process.
Im Falle des Einsatzes der Gas-Flüssig-Sorption hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als Waschflüssigkeit eine Flüssigkeit eingesetzt wird, die eine oder mehrere basische Verbindungen, insbesondere Amine, umfasst. Es hat sich gezeigt, dass durch den Einsatz von Aminen in den Waschflüssigkeiten eine fast vollständige Sorption des NOx aus einem epoxidhaltigen Gasstrom gelingt.In the case of the use of gas-liquid sorption, it has proved to be particularly advantageous if the washing liquid used is a liquid which comprises one or more basic compounds, in particular amines. It has been found that the use of amines in the washing liquids enables almost complete sorption of the NO x from an epoxide-containing gas stream.
Als besonders geeignete Amine haben sie tertiäre Amine erwiesen, wie beispielsweise Triamylamin.As particularly suitable amines they have proven tertiary amines, such as triamylamine.
Es können auch Amine eingesetzt werden, die ein oder mehrere Alkoholgruppen aufweisen. Als besonders geeignet haben sich dabei N,N-Dimethylethanolamin, N-Methyl- diethanolamin und/oder Triethanolamin erwiesen.It is also possible to use amines which have one or more alcohol groups. N, N-dimethylethanolamine, N-methyldiethanolamine and / or triethanolamine have proved to be particularly suitable.
Die Wasch-Flüssigkeiten können in reiner Form, in verdünnter Form mit Lösungsmitteln oder in Mischungen verwendet werden. Als geeignete Lösungsmittel, soweit diese verwendet werden, haben sich Ethanol, Chloroform und Aceton erwiesen.The washing liquids can be used in pure form, in diluted form with solvents or in mixtures. As suitable solvents, as far as these are used, ethanol, chloroform and acetone have been found.
Vorzugsweise ist im Falle der Gas-Flüssig-Sorption die Sorptionseinheit so ausgeführt, dass die Waschflüssigkeit in einer mit Füllkörpern gefüllten Kolonne vorliegt. MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCPreferably, in the case of gas-liquid sorption, the sorption unit is designed such that the washing liquid is present in a column filled with packing. MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Abtrennung auf dem Wege der Gas- Feststoff-Sorption. Es hat sich erwiesen, dass besonders hohe Sorptionsraten für NOx an modifiziertem Aluminiumoxid und Materialien vom Zeolith-Typ erzielt werden können.In an alternative embodiment, the separation takes place by way of gas-solid sorption. It has been found that particularly high sorption rates for NO x on modified alumina and zeolite-type materials can be achieved.
Als besonders geeignetes modifiziertes Aluminiumoxid hat sich KF modifiziertes Al2O3 erwiesen. Gute Ergebnisse wurden beispielsweise mit einem Kaliumfluorid-modifizierten Aluminiumoxid erhalten, das unter der Fluka-Nummer 60244 erhältlich ist und eine F - Beladung von etwa 5,5 mmol/g aufweist.KF modified Al 2 O 3 has proved to be a particularly suitable modified alumina. Good results have been obtained, for example, with a potassium fluoride-modified alumina available under Fluka number 60244 and having an F loading of about 5.5 mmol / g.
In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das sorbierende Material über basische Zentren, beispielsweise durch Verwendung von Oxiden der 2. Hauptgruppe (MgO, BaO, etc.) oder anderen Basen wie KOH sowie deren Mischungen.In a preferred embodiment, the sorbent material has basic centers, for example by using oxides of the 2nd main group (MgO, BaO, etc.) or other bases such as KOH and mixtures thereof.
Basische Verbindungen können auch ohne die Verwendung von Trägern zur Anwendung kommen.Basic compounds can also be used without the use of carriers.
In einer weiteren Ausführungsform werden Metalloxide aus Metallen der vierten Hauptgruppe oder der Nebengruppen 6 bis 8 verwendet. Besonders bevorzugte Metalloxide sind Mn- oder Pb-Oxide. Bei der Verwendung von Metalloxiden als sorbierendes Material werden diese bevorzugt als Träger-unterstütztes sorbierendes Material eingesetzt.In another embodiment, metal oxides of metals of the fourth main group or subgroups 6-8 are used. Particularly preferred metal oxides are Mn or Pb oxides. When using metal oxides as sorbent material, these are preferably used as a carrier-supported sorbent material.
Alle genannten sorbierenden Materialien können auch in beliebigen Mischungen eingesetzt werden.All of these sorbent materials can also be used in any mixtures.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine schnelle und nahezu vollständige Abtrennung von NOx aus einem epoxidhaltigen Gasstrom ermöglicht wird. Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Abtrennen des NOx gelingt, ohne dass das im Gasstrom befindliche Epoxid einer unerwünschten Umsetzung unterliegt.In summary, it can be stated that the method according to the invention makes possible a rapid and almost complete removal of NO x from an epoxide-containing gas stream. It has been found that by the method according to the invention a separation of the NO x succeeds without the epoxide located in the gas stream is subject to an undesirable reaction.
Der Erfolg dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist angesichts des hier zugrunde liegenden Trennproblems höchst überraschend. Diesbezüglich ist insbesondere zu betonen, dass es sich bei Epoxiden um sehr reaktive Verbindungen handelt, die eine Vielzahl von Reaktionen eingehen können. Eben diese Reaktionsfähigkeit ist Grund für die vielfältigen Synthesemöglichkeiten und begründet die große ökonomische Bedeutung dieser Verbindungsklasse. Die Reaktionsvielfalt beinhaltet Ringöffnungsreaktionen MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCThe success of this process according to the invention is highly surprising in view of the separation problem on which it is based. In particular, it should be stressed that epoxides are very reactive compounds that can undergo a variety of reactions. It is precisely this reactivity that is the reason for the manifold possibilities of synthesis and justifies the great economic importance of this class of compounds. The variety of reactions includes ring opening reactions MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
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besonders mit H-aktiven Verbindungen (H2O und andere), Isomerisierungen und Aufbaureaktionen. Diese können sowohl säure- als auch basenkatalysiert ablaufen, wobei Zeolithe und Al2O3 als Katalysatoren dienen können (sh. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, 1999 Electronic Release).especially with H-active compounds (H 2 O and others), isomerizations and building reactions. These can be acid-catalyzed as well as base-catalyzed, with zeolites and Al 2 O 3 being able to serve as catalysts (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, 1999 Electronic Release).
Für das anstehende Trennproblem müssen die Wechselwirkungen der Waschflüssigkeit (oder des Feststoffs) mit NOx (und im Besonderen NO2) so stark sein, dass dieses nahezu vollständig sorbiert wird. Gleichzeitig darf aber das sich in der homogenen Mischung mit NOx befindliche Epoxid trotz seiner hohen Reaktivität nicht mit (oder an) dem sorbie- renden Material reagieren. Um entsprechend starke Wechselwirkungen mit NOx gewährleisten zu können, verfügt die Waschflüssigkeit (oder der Feststoff) oftmals über entsprechende polare Gruppen bzw. reaktive Zentren. Es ist höchst überraschend, dass die Wechselwirkung über diese polaren Gruppen bzw. reaktiven Zentren zur Abtrennung des NOx ausreichend sind, ohne dass gleichzeitig Reaktionen des Epoxids auftreten.For the upcoming separation problem, the interactions of the scrubbing liquid (or solid) with NO x (and especially NO 2 ) must be so strong that it is almost completely sorbed. At the same time, however, the epoxide present in the homogeneous mixture with NO x must not react with (or on) the sorbent material despite its high reactivity. In order to be able to ensure correspondingly strong interactions with NO x , the washing liquid (or the solid) often has corresponding polar groups or reactive centers. It is highly surprising that the interaction via these polar groups or reactive centers for the removal of NO x is sufficient without simultaneous reactions of the epoxide occur.
Darüber hinaus stellt auch das NOx selbst (insbesondere in Form des NO2) eine höchst reaktive Spezies dar. Diese hohe Reaktivität stellt neben der Gasphasenreaktivität (die eine rasche Abtrennung vom Epoxid nötig macht) auch insofern ein Problem dar, als dass die Gefahr einer Oberflächenreaktion des NOx mit dem Epoxid am sorbierenden Material besteht. Dass es durch das erfindungsgemäße Verfahren gelungen ist, eine nahezu vollständige Abtrennung des NOx vom Epoxid zu gewährleisten, ohne dass es zu den genannten Nebenreaktionen kommt, ist für den Fachmann höchst überraschend.In addition, the NO x itself (especially in the form of NO 2 ) is a highly reactive species. This high reactivity, in addition to the gas phase reactivity (which necessitates rapid separation from the epoxide) also poses a problem in that the risk of Surface reaction of NO x with the epoxide on the sorbent material. The fact that it has been possible by the inventive method to ensure a nearly complete separation of the NO x from the epoxide, without causing the said side reactions is highly surprising to the expert.
Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Aufarbeitung eines aus einer vorhergehenden Gasphasenreaktion resultierenden Gasstroms. Dabei kann die Adsorber- einheit direkt dem Reaktor nachgeschaltet werden, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Kühlstufe zur Abkühlung des Off-Gases, und bei Reaktionsdruck arbeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch mit einem im Vergleich zum Arbeitsdruck des vorgeschalteten Reaktors höheren oder niedrigeren Druck arbeiten.The described method is particularly suitable for working up a gas stream resulting from a preceding gas phase reaction. In this case, the adsorber unit can be connected directly downstream of the reactor, optionally with the interposition of a cooling stage for cooling the off-gas, and operate at reaction pressure. The inventive method can also work with a higher or lower compared to the working pressure of the upstream reactor pressure.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft zur Aufarbeitung eines NOx und epoxidhaltigen Gasstroms einsetzen, wie er in einem Verfahren zur Epoxidie- rung entsteht, das in WO 02/20502 Al und in DE 10 2007 039 874.5 beschrieben ist. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufarbeitung eines solchen Reaktionsgemisches hat sich gezeigt, dass eine vollständige Abtrennung des NOx ermöglicht wird MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCThe process according to the invention can be used particularly advantageously for working up a NO x and epoxide-containing gas stream, as is produced in a process for epoxidation, which is described in WO 02/20502 A1 and in DE 10 2007 039 874.5. When using the inventive method for working up such a reaction mixture has been shown that a complete separation of the NO x is made possible MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
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und keine unerwünschten Reaktionen des Epoxids sowie des nicht umgesetzten Olefins stattfinden.and no undesired reactions of the epoxide and the unreacted olefin take place.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen noch näher veranschaulicht werden:In the following, the invention will be illustrated in more detail by means of examples:
Beispiel 1example 1
Abtrennung von NQ2 aus einem propylenoxidhaltigen Gasstrom durch Flüssig-Gas- SorptionSeparation of NQ 2 from a propylene oxide-containing gas stream by liquid-gas sorption
Die Stofftrennung wird bei 22°C in einem sorbierenden Gas-Flüssig-Material (Kolonne mit einer Länge von 45 cm und einem inneren Durchmesser von 1,8 cm, gefüllt mit Glas- Füllkörpern) bei Verwendung von 50 ml N-Methyldiethanolamin (MDEA) vorgenommen. Der Gasstrom besteht aus 1,27 vol% NO2 und 0,85 vol% Propylenoxid in Sauerstoff mit einem Volumenstrom von 1,0 Standardliter/min. Die Zusammensetzung des Gases wird vor und nach der Kolonne mittels FT-IR Spektroskopie bestimmt. Fig.l zeigt die gemessene Durchbruchskurve; Durchbruch / % = Konzentration nach Kolonne / Konzentration vor Kolonne x 100%. Nach anfänglicher physikalischer Gaslöslichkeit von Propylenoxid in MDEA wird nahezu 100%iger Durchbruch gemessen, nach 51 min. 98,5%. Mittels GC-MS kann gezeigt werden, dass Propylenoxid in MDEA unverändert vorliegt. Für NO2 wird ein Durchbruch < 0,5% im gesamten Zeitbereich gemessen.The material separation is carried out at 22 ° C. in a sorbing gas-liquid material (column having a length of 45 cm and an inner diameter of 1.8 cm, filled with glass packings) using 50 ml of N-methyldiethanolamine (MDEA). performed. The gas stream consists of 1.27 vol% NO 2 and 0.85 vol% propylene oxide in oxygen at a volume flow of 1.0 standard liters / min. The composition of the gas is determined before and after the column by FT-IR spectroscopy. Fig.l shows the measured breakthrough curve; Breakthrough /% = concentration by column / concentration before column x 100%. After initial physical gas solubility of propylene oxide in MDEA, almost 100% breakthrough is measured, after 51 min. 98.5%. By means of GC-MS it can be shown that propylene oxide is unchanged in MDEA. For NO 2 , a breakthrough <0.5% is measured over the entire time range.
Beispiel 2Example 2
Abtrennung von NO2 aus einem propylenoxidhaltigen Gasstrom durch Gas-Feststoff- SorptionSeparation of NO 2 from a propylene oxide-containing gas stream by gas-solid sorption
Die Stofftrennung wird bei 1500C in einer Gas-Feststoff-Sorptionseinheit (Rohr mit einer beheizten Länge von 10 cm und einem inneren Durchmesser von 0.7 cm) bei Verwendung eines Schüttvolumens von 4 ml KF modifiziertem Al2O3 (Fluka 60244) vorgenommen. Der Gasstrom besteht aus 1.6 vol% NO2 und 0.8 vol% Propylenoxid in Stickstoff mit einem Volumenstrom von 0.1 Standardliter / min. Die Zusammensetzung des Gases wird vor und nach dem Adsorberrohr mittels Restgas-MS bestimmt. Zur qualitativen Analyse der organischen Fraktion des Off-Gases wurde online GC-MS verwendet. Figur 2 zeigt die gemessene Durchbruchskurve; Durchbruch / % = Konzentration nach Kolonne MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCThe material separation is carried out at 150 ° C. in a gas-solid sorption unit (tube with a heated length of 10 cm and an inner diameter of 0.7 cm) using a bulk volume of 4 ml of KF-modified Al 2 O 3 (Fluka 60244). The gas stream consists of 1.6 vol% NO 2 and 0.8 vol% propylene oxide in nitrogen at a volume flow of 0.1 standard liters / min. The composition of the gas is determined before and after the adsorber tube by means of residual gas MS. For qualitative analysis of the organic fraction of the off-gas GC-MS was used online. Figure 2 shows the measured breakthrough curve; Breakthrough /% = concentration by column MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
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/ Konzentration vor Kolonne x 100 % (Restgas-MS-Analyse). Für Propylenoxid wird ein mittlerer Durchbruch von 97 + 5 % gemessen. Mittels GC-MS wurden neben Propylenoxid keine Isomerisierungs- oder Aufbauprodukte nachgewiesen. Für NO2 wird ein mittlerer Durchbruch von 0.8 + 0.7 % gemessen. / Concentration before column x 100% (residual gas MS analysis). For propylene oxide, a mean breakthrough of 97 + 5% is measured. By GC-MS, no isomerization or build-up products were detected in addition to propylene oxide. For NO 2 , a mean breakthrough of 0.8 + 0.7% is measured.

Claims

MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PCPatentansprüche MEISSNER, BOLTE & PARTNER M / IPB-084-PCPatentansprüche
1. Verfahren zur Abtrennung von NOx aus einem epoxidhaltigen Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von NOx durch Gas-Flüssig-Sorption und/oder durch Gas-Feststoff-Sorption erfolgt.1. A method for the separation of NO x from an epoxide-containing gas stream, characterized in that the separation of NO x by gas-liquid sorption and / or by gas-solid sorption takes place.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung bei einer Temperatur von -50 bis 2500C und bei einem Druck von 0,25 bis 10 bar erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the separation takes place at a temperature of -50 to 250 0 C and at a pressure of 0.25 to 10 bar.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass NOx aus dem Gasstrom in einer Sorptionseinheit zurückgehalten wird und Epoxid im Gasstrom verbleibt.3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that NO x is retained from the gas stream in a sorption and epoxide remains in the gas stream.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl NOx als auch Epoxid in einer Sorptionseinheit zurückgehalten werden.4. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that both NO x and epoxide are retained in a sorption.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass NOx einerseits und Epoxid andererseits durch selektive Chemisorption in verschiedenen Phasen des sorbierenden Materials und/oder auf unterschiedlichen Sorptionsplätzen sorbiert werden.5. The method according to claim 4, characterized in that NO x on the one hand and epoxide on the other hand are sorbed by selective chemisorption in different phases of the sorbent material and / or on different Sorptionsplätzen.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung durch Gas-Flüssig-Sorption erfolgt.6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the separation is effected by gas-liquid sorption.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit für die Gas-Flüssig-Sorption eine Flüssigkeit eingesetzt wird, die ein oder mehrere basische Verbindungen, insbesondere ein oder mehrere Amine umfasst.7. The method according to claim 6, characterized in that the washing liquid used for the gas-liquid sorption is a liquid which comprises one or more basic compounds, in particular one or more amines.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit für die Gas-Flüssig-Sorption eine Flüssigkeit eingesetzt wird, die ein oder mehrere tertiäre Amine umfasst. MEISSNER, BOLTE & PARTNER M/IPB-084-PC8. The method according to claim 7, characterized in that the washing liquid for the gas-liquid sorption, a liquid is used which comprises one or more tertiary amines. MEISSNER, BOLTE & PARTNERS M / IPB-084-PC
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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit ein Amin umfasst, das ein oder mehrere Alkoholgruppen aufweist.9. The method according to any one of claims 7 to 8, characterized in that the washing liquid comprises an amine having one or more alcohol groups.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit N,N-Dimethylethanolamin, N-Methyldiethanolamin und/oder Triethanolamin umfasst.10. The method according to at least one of claims 7 to 9, characterized in that the washing liquid comprises N, N-dimethylethanolamine, N-methyldiethanolamine and / or triethanolamine.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit N-Methyldiethanolamin umfasst.11. The method according to claim 10, characterized in that the washing liquid comprises N-methyldiethanolamine.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung durch Gas-Feststoff-Sorption erfolgt.12. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the separation is carried out by gas-solid sorption.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Gas- Feststoff-Sorption verwendete sorbierende Material modifiziertes Aluminiumoxid und/oder Material vom Zeolith-Typ umfaßt.13. The method according to claim 12, characterized in that the sorbent material used for the gas-solid sorption comprises modified alumina and / or zeolite-type material.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Gas- Feststoff-Sorption verwendete sorbierende Material Metalloxide umfasst.14. The method according to claim 12, characterized in that the sorbent material used for the gas-solid sorption comprises metal oxides.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das sorbierende Material Metalloxide von Metallen der Hauptgruppe 2, insbesondere MgO und/oder BaO, der Nebengruppen 6, 7, 8, insbesondere Manganoxide,und/oder Bleioxide umfasst. 15. The method according to claim 14, characterized in that the sorbent material metal oxides of metals of the main group 2, in particular MgO and / or BaO, the subgroups 6, 7, 8, in particular manganese oxides, and / or lead oxides.
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