EP4121410A1 - Verfahren sowie vorrichtung zur aufreinigung zähflüssiger und/oder fester isocyanate aus einem produktstrom der isocyanatsynthese - Google Patents

Verfahren sowie vorrichtung zur aufreinigung zähflüssiger und/oder fester isocyanate aus einem produktstrom der isocyanatsynthese

Info

Publication number
EP4121410A1
EP4121410A1 EP21710992.5A EP21710992A EP4121410A1 EP 4121410 A1 EP4121410 A1 EP 4121410A1 EP 21710992 A EP21710992 A EP 21710992A EP 4121410 A1 EP4121410 A1 EP 4121410A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
isocyanate
working space
condenser
heating roller
residue
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Withdrawn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
EP21710992.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg Morawski
Rainer Bellinghausen
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.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Covestro Deutschland AG
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 Covestro Deutschland AG filed Critical Covestro Deutschland AG
Publication of EP4121410A1 publication Critical patent/EP4121410A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00—Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/18—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C263/20—Separation; Purification

Definitions

  • the present invention relates to a process for purifying a product stream from isocyanate synthesis, the isocyanate converted from the product stream into the gas phase being continuously deposited on a rotating, cooled roller and removed from the roller.
  • the present invention further relates to a device for purifying a product stream from isocyanate synthesis, the device having both a heating roller and a condensation roller.
  • DE 2035731 describes a process for the distillation of isocyanate residues in which an evaporation condenser operated with chlorobenzene is used in order to avoid problems in connection with deposits caused by the solid isocyanate in the condenser. Due to the boiling point of chlorobenzene, it is certain that the solid isocyanate is obtained in liquid form. This liquid isocyanate is then crystallized on a flaking roller and flaked off. The disadvantage of this process is the high temperature required for the condensation, which limits the vacuum. Due to the limited vacuum, a higher evaporator temperature must be used, which can lead to undesired side reactions of the isocyanate and in this way lower the yield.
  • FR 987091 describes the use of a rotating, cooled roller for thickening solutions, pastes or solids, these first being heated and then being sprayed onto the roller with relaxation.
  • volatile components for example solvents and water
  • evaporate and the non-volatile components are condensed and concentrated on the roller. Condensation of the volatile components, that is to say of the distillate, on the cooled roller is undesirable according to this process, since this hinders thickening.
  • WO 2019/193073 describes the evaporation of an isocyanate which is solid at room temperature, where a drum dryer can also be used, among other things. This document does not contain any references to suitable capacitors.
  • the object of the present invention was accordingly to provide a method and a device for purifying a product stream from isocyanate synthesis, the outlay on equipment being as low as possible and the purification being able to be carried out at low pressures and low temperatures.
  • solid or viscous isocyanates can be isolated from the product stream in high purities and yields.
  • a method for purifying a product stream from isocyanate synthesis comprising the following process steps: a) applying a negative pressure to a working space through a vacuum line connected to the working space, b) feeding the product stream to at least one located in the working space Heating roller via a heatable product feed line connected to the working space, c) transferring the isocyanate contained in the product stream into the gas phase on the at least one heating roller and removing the residue collected on the at least one heating roller via at least one residue discharge line connected to the working space and d) condensation of the isocyanate converted into the gas phase on a condenser arranged in the working space and continuous removal of the isocyanate deposited on the condenser via at least one isocyanate discharge line connected to the working space and optionally the condenser , characterized in that the condenser is a rotating, cooled roller on which at least one isocyanate separation device is arranged for the continuous removal of the isocyanate separated from the gas phase on
  • a device 1 for purifying a product stream from isocyanate synthesis comprising at least one working space 2, at least one heated product feed line 3 connected to working space 2 for feeding the product stream into the working space, at least one arranged in the working space Heating roller 4, a condenser 5 arranged in the work space, at least one isocyanate discharge line 6 connected to the work space 2 and possibly also the condenser 5 for discharging the isocyanate deposited on the condenser, at least one residue discharge line 7 connected to the work chamber 2 for discharging the residue collected on the at least one heating roller and a vacuum line 8 connected to the working space 2, preferably at the level of the condenser 5, for applying a vacuum to the working space, characterized in that the condenser is a rotating, cooled roller on which at least one isocyanate separation device 9 is arranged for the continuous removal of the isocyanate separated on the condenser 5.
  • the invention is based on the knowledge that the evaporation of the isocyanate from the product stream and its condensation in just a single apparatus allows the process to be carried out at lower pressures, since no undesirable pressure losses occur through pipelines which connect the evaporation unit to the condenser. As a result, the evaporation can be carried out at lower temperatures, as a result of which undesired side reactions are reduced, the isocyanate yield is increased and an improved energy balance is achieved. Since the isocyanate does not have to accumulate in liquid form at the condenser to ensure discharge, this condenser can be operated at lower temperatures, which increases the yield and avoids time-consuming exhaust gas cleaning to remove isocyanate residues. The removal of the isocyanate deposited in solid form on the roller by means of a scraper eliminates the need for regular melting of the capacitor, so that the process can also be carried out continuously.
  • the present invention relates to a method for purifying a product stream from isocyanate synthesis, comprising the following process steps: a) applying a negative pressure to a working space 2 through a negative pressure line 8 connected to working space 2, b) supplying the product stream at least one heating roller 4 arranged in the working space 2 via a heated product feed line 3 connected to the working space 2, c) transferring the isocyanate contained in the product stream into the gas phase on the at least one heating roller 4 and discharging the at least one heating roller 4 collected residue via at least one residue discharge line 7 connected to the working space 2 and d) condensation of the isocyanate converted into the gas phase on a condenser 5 arranged in the working space 2 and continuous removal of the isocyanate separated on the condenser 5 via at least one to the working space 2 as well as isocyanate discharge line 6 connected to the condenser 5, characterized in that the condenser 5 is a rotating, cooled roller on which at least one isocyanate
  • the present invention relates to a process according to embodiment 1, the product stream being obtained by phosgenation of an amine, by phosgenation of an amine hydrochloride, by phosgenation of a carbamate salt, by the urea process or by reaction of an amine with dialkyl carbonates.
  • the present invention relates to a method according to embodiment 1 or 2, wherein the at least one heating roller 4 rotates.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, the product stream being fed onto the at least one heating roller 4 from above.
  • the present invention relates to a process according to one of the preceding embodiments, the product stream having a temperature which is above the melting point of the isocyanate to be converted into the gas phase and at most 10 Kelvin above the evaporation temperature of this isocyanate.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, the at least one heating roller 4 having a temperature which is 5 to 50 Kelvin above the evaporation temperature of the isocyanate to be converted into the gas phase at the pressure prevailing in the working space 2.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, wherein the residue formed on the at least one heating roller 4 is removed with the aid of a residue separation device 10, in particular a scraper, or at least one residue side discharge 10.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, wherein the isocyanate continuously separated from the gas phase is removed from the at least one rotating, cooled roller 5 with the aid of a scraper 9.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, wherein the rotating, cooled roller 5 has a temperature which is 5 to 30 Kelvin below the melting point of the isocyanate converted into the gas phase at the pressure prevailing in the working space 2.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, the working space 2 having a temperature which is 2 to 20 Kelvin above the evaporation temperature of the isocyanate converted into the gas phase at the pressure prevailing in the working space 2.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, the isocyanate converted into the gas phase having a melting point of 120 to 135 ° C., determined in accordance with DIN 51556: 1963-07.
  • the present invention relates to a process according to one of the preceding embodiments, wherein the isocyanate converted into the gas phase is selected from aliphatic and / or aromatic diisocyanates, preferably from aromatic diisocyanates, in particular from naphthylene-1,5-diisocyanate.
  • the present invention relates to a method according to one of the preceding embodiments, the method being carried out at a pressure of 0.1 to 5 mbar, preferably 0.5 to 5 mbar, in particular 1 to 5 mbar.
  • the present invention relates to a device 1 for purifying a product stream from isocyanate synthesis, comprising at least one working space 2, at least one heated product feed line 3 connected to working space 2 for feeding the product stream into working space 2, at least one in The heating roller 4 arranged in the work space 2, a condenser 5 arranged in the work space 2, at least one isocyanate discharge line 6 connected to the work space 2 and optionally the condenser 5 for discharging the isocyanate deposited on the condenser 5, at least one residue connected to the work space 2 Discharge 7 for discharging the residue collected on the at least one heating roller 4 and a vacuum line 8, which is preferably connected to the working space 2 at the level of the condenser 5, for applying a vacuum to the working space 2, characterized in that the condenser 5 is a rotating, cooled roller on which at least one isocyanate separation device 9 is arranged for the continuous removal of the isocyanate separated on the condenser 5.
  • the present invention relates to a device according to embodiment 14, the isocyanate product feed line 3 being located above the at least one heating roller 4.
  • the present invention relates to a device according to embodiment 14 or 15, wherein at least two, in particular exactly two, heating rollers 4 are preferably arranged essentially parallel next to one another in the working space.
  • the present invention relates to a device according to one of embodiments 14 to 16, with at least one residue separating device 10, in particular a scraper, or at least one residue side discharge 10 for removing the at least one residue on the at least one heating roller 4 Heat roller 4 collected residue is arranged.
  • the present invention relates to a device according to one of the embodiments 14 to 17, the condenser 5 being arranged above the at least one heating roller 4.
  • the present invention relates to a device according to one of embodiments 14 to 17, wherein the condenser 5 is arranged in a condensation chamber connected to the working space 2, the connection between the working space 2 and the condensation chamber preferably laterally above the at least one heating roller 4 and is positioned opposite the product feed line 3.
  • the present invention relates to a device according to one of embodiments 14 to 19, the working space 2 having an outer casing 12 for heating the working space 2 by means of heat, in particular by means of steam and / or by means of oil.
  • the invention relates to a device according to one of embodiments 14 to 19, the working space 2 having an outer casing 12 for heating the working space 2 by means of heat, in particular by means of steam and / or by means of oil.
  • FIGS. 1 to 4 in which different embodiment variants of the invention are shown:
  • Figure 1 shows a device 1 according to the invention comprising a pear-shaped work space 2, an isocyanate product feed line 3, which leads into the work space 2 via the at least one heating roller 4 and ends immediately in front of the vertical axis of this heating roller 4 rotating in a clockwise direction, and one above the heating roller 4 arranged and clockwise rotating condenser 5.
  • an isocyanate discharge line 6 is arranged.
  • a chute 6 At the end of this isocyanate discharge there is a chute 6 ‘through which the pure isocyanate is passed into a silo 15 and collected there.
  • the vacuum line 8 for generating a vacuum in the working space 2 is located at the level of the condenser 5.
  • Two isocyanate separation devices 9, preferably in the form of scrapers, are also arranged on the condenser 5 in such a way that the scraped-off pure isocyanate is replaced by the isocyanate.
  • Derivation 6 can be removed from the workspace.
  • the residue separated by means of the scraper 10 falls down into the work space, is passed via a residue discharge line 7 in the form of a chute into a silo 14 and collected there.
  • the scraper 10 on the heating roller 4 is located immediately in front of the end of the isocyanate product supply line 3.
  • the isocyanate product supply line 3 has an outer casing 13, which is connected to a heating medium supply line 13 'and a heating medium discharge line 13 ′′ through which the consumed Heat medium can be dissipated, is connected.
  • the working space 2 also has an outer casing 12 which is connected to a heating medium supply line 16 at the upper end of the working space and a heating medium discharge line 17 at the lower end of the working space 2.
  • FIG. 2 shows a device 1 according to the invention analogous to FIG. 1, this device having two heating rollers 4 and 4 arranged in parallel in one plane in the work space 2.
  • the first heating roller 4 rotates clockwise, the second heating roller 4 rotates counterclockwise.
  • the isocyanate product feed line leads above the two heating rollers 4 and 4 'into the working space 2 and ends above the gap which exists between the two heating rollers.
  • the scraper 10 on - lO - the heating rollers 4 and 4 ' are each between the vertical and the horizontal axis of the respective heating roller in front of the end of the isocyanate product supply line 3.
  • Figure 3 shows a device 1 according to the invention, in which the condenser 5 is arranged in a condensation chamber connected to the work space 2, the connection between the work space 2 and the condensation chamber preferably being positioned laterally above the at least one heating roller 4 and opposite the product feed line 3 is.
  • the condensation chamber is connected to the rest of the working space, which has a pear-shaped shape, via a connection 18.
  • the negative pressure line 8 for generating a vacuum is arranged in the working space 2.
  • the condenser 5 rotates clockwise and has two isocyanate separation devices 9 in the form of scrapers on the vertical axis and just behind the vertical axis.
  • the isocyanate discharge line 6 Directly below the isocyanate separation device 9 arranged on the vertical axis is the isocyanate discharge line 6, via which the pure isocyanate scraped off by the condenser 5 is passed into the chute 6 ‘and then collected in a silo 15.
  • the pear-shaped part of the working space 2 is connected to an isocyanate product supply line 3, which leads into the working space 2 via the at least one heating roller 4 and ends immediately in front of the vertical axis of this heating roller 4.
  • the residue separated by means of the scraper 10 falls down into the work area, is passed via a residue discharge line 7 in the form of a chute into a silo 14 and collected there.
  • the scraper 10 on the heating roller 4 is located immediately in front of the end of the isocyanate product supply line 3.
  • the isocyanate product supply line 3 has an outer jacket 13, which is connected to a heating medium supply line 13 'and a heating medium discharge line 13 ′′ through which the consumed Heat medium can be dissipated, is connected.
  • the working space 2 also has an outer casing 12 which is connected to a heating medium supply line 16 at the upper end of the working space and a heating medium discharge line 17 at the lower end of the working space 2.
  • FIG. 4 shows a device 1 according to the invention analogous to FIG. 3, this device having two heating rollers 4 and 4 arranged in parallel in one plane in the pear-shaped part of the work space.
  • the first heating roller 4 rotates clockwise
  • the second heating roller 4 rotates counterclockwise.
  • the isocyanate product feed line leads above the two heating rollers 4 and 4 'into the working space 2 and ends above the gap which exists between the two heating rollers.
  • the Scrapers 10 on the heating rollers 4 and 4 ' are each located between the vertical and the horizontal axis of the respective heating roller in front of the end of the isocyanate product feed line 3.
  • product streams obtainable from the isocyanate synthesis (hereinafter also referred to as crude isocyanate product stream) can be purified effectively and gently. Since the pure isocyanate does not have to be obtained in liquid form, the process according to the invention is outstandingly suitable for the purification of isocyanates obtained in the condenser in viscous or solid form.
  • a negative pressure is therefore applied to a working space 2 through a negative pressure line 8 connected to the working space 2.
  • the negative pressure applied in this process step preferably corresponds to the pressure at which the process according to the invention is carried out.
  • the generation of the negative pressure can take place with all devices known to the person skilled in the art, for example with vacuum pumps or the like.
  • a product stream is fed to at least one heating roller 4 arranged in the work space 2 via a heatable product feed line 3 connected to the work space 2.
  • the crude isocyanate product stream to be purified by means of the process according to the invention can be obtained by means of various processes. Suitable processes for preparing the crude isocyanate product stream are, for example, the phosgenation of an amine, the phosgenation of an amine hydrochloride or a carbamate salt by the so-called urea process or the reaction of the underlying amine with dialkyl carbonates.
  • the isocyanate is preferably produced by phosgenation.
  • the corresponding primary amine or its hydrochloride is usually reacted with an excess of phosgene in a solvent or in the gas phase.
  • the process is preferably carried out in a solvent.
  • the solvent used is a solvent which boils more slowly than the isocyanate to be purified, for example chlorobenzene, o- or p-dichlorobenzene, trichlorobenzene, chlorotoluenes, chloroxylenes, chloroethylbenzene, chloronaphthalenes, chlorodiphenyls, methylene chloride, perchlorethylene, toluene, xylenes, hexane, toluene, xylenes, hexane, toluene, xylenes, hexane, Diethyl isophthalate (DEIP) and other carboxylic acid esters, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF) and benzene and mixtures thereof.
  • DEIP Diethyl isophthalate
  • Chlorobenzene and dichlorobenzene are particularly preferably used as solvents.
  • the amine is preferably dissolved in the solvent before the phosgene is added, the amine preferably being used in a total amount of 1 to 50 percent by mass, in particular 3 to 40 percent by mass, based in each case on the amount of amine and solvent.
  • the mixture obtained after the reaction (also referred to below as the reaction discharge) is usually in the form of a suspension.
  • This suspension contains the isocyanate to be purified as a liquid, not yet decomposed carbamyl chlorides and optionally amine hydrochlorides and / or ureas as solids, residues of hydrogen chloride, excess phosgene, solvents and impurities and non-evaporable polymeric residue. These impurities and the polymer residue are formed during the phosgenation as a result of incomplete conversion or undesired secondary or secondary reactions.
  • the hydrogen chloride and excess phosgene are removed from the reaction discharge in one or more steps using processes known in the prior art.
  • the solvent is then distilled off.
  • the crude isocyanate product stream generated in this way is then purified by means of the process according to the invention in order to obtain the pure isocyanate.
  • the amine is preferably used in pure form.
  • the discharge from the reaction, which contains the isocyanate, is quenched from the gas phase in an inert solvent.
  • the crude isocyanate product stream obtained in this way is purified by means of the process according to the invention.
  • the gas phase phosgenation can possibly also take place without the use of an additional solvent.
  • the hydrogen chloride, excess phosgene and solvent are therefore preferably essentially completely removed from the crude isocyanate product stream used in step b).
  • the content of hydrogen chloride and phosgene is therefore preferably less than 1,000 ppm in each case.
  • the solvent content is preferably below 1% by weight, preferably below 0.5% by weight and particularly preferably below 0.1% by weight, based on the total weight of the crude isocyanate product stream.
  • the product stream is preferably fed to a rotating heating roller 4 in step b).
  • the heating roller can rotate clockwise or counterclockwise.
  • the heating roller 4 preferably rotates clockwise.
  • the heating rollers preferably rotate in opposite directions, i.e. when using two heating rollers 4 and 4, the first heating roller 4 rotates clockwise and the second heating roller 4 rotates counterclockwise or vice versa.
  • the product stream introduced in process step b) is preferably fed to the at least one heating roller 4 from above. This ensures that the product stream comes into contact with the heating roller for a sufficiently long time to essentially completely evaporate the pure isocyanate and to condense the undesired residues on the heating roller before they drip down and clog the residue drain 7.
  • the product flow is therefore preferably fed in from above between the horizontal and vertical axes of this heating roller, with a feed - viewed in the direction of rotation - being preferred immediately in front of the vertical axis of the heating roller 4.
  • the product flow is preferably supplied from above in such a way that both heating rollers come into contact with the product flow. Therefore, when the heating rollers 4 and 4 'are arranged in parallel next to one another at the same height, it is advantageous to feed the product stream from above into the gap formed between the heating rollers 4 and 4' which are arranged in parallel.
  • the isocyanate product feed line 3 is heated.
  • heating means such as steam, oil, electrical heat, heating strips or the like are used, which are continuously supplied and removed in order to ensure a constant temperature within the isocyanate product supply line 3. In this way, solidification of the crude isocyanate product stream and clogging of the product feed line are avoided.
  • the isocyanate product feed line is preferably heated in such a way that the product stream has a temperature which is above the melting point of the pure isocyanate to be converted into the gas phase and at most 10 Kelvin above the evaporation temperature of this isocyanate.
  • step c) of the process according to the invention the isocyanate or pure isocyanate contained in the product stream is converted into the gas phase on the at least one heating roller 4.
  • the residue collected on the at least one heating roller 4 is discharged via at least one residue discharge line 7 connected to the work space 2.
  • the at least one heating roller 4 preferably has a temperature which is 5 to 50 Kelvin above the evaporation temperature of the isocyanate to be converted into the gas phase at the pressure prevailing in the working space 2.
  • these temperatures represent an essentially complete evaporation of the pure isocyanate to be converted into the gas phase.
  • a reduction in the yield due to undesired oligomerization reactions occurring at excessively high temperatures is avoided.
  • distillation residue based on its total weight including the pure isocyanate is at most 20% by weight, more preferably at most 10% by weight and particularly preferably at most 5% by weight consists of the pure isocyanate. Since the distillation residue can be removed mechanically from the roller, no pure isocyanate has to remain in the residue to ensure its flowability.
  • the evaporation in process step c) is carried out in such a way that the distillation residue is no longer heatable and is particularly preferably in solid form. It can be removed from the roller and discharged from the system particularly easily.
  • the process according to the invention is preferably carried out in such a way that the product stream is not added to the product stream before the start of process step c) even while it is being carried out, more than 10% by weight of superplasticizer, based on the total mass of the product stream, are added. It is particularly preferred that no flow agent is used at all.
  • flow agent is understood to mean any substance which, under the conditions prevailing on the heating roller, is in liquid form without evaporating.
  • the function of a superplasticizer is to keep parts of the distillation residue that are in solid form flowable by embedding or dissolving. When using downpipe or short-path evaporators, this is necessary because the device should not be clogged by solid residues.
  • bitumen is understood as a flow agent, the use of which is to be restricted or excluded according to the invention.
  • the residue formed on the at least one heating roller 4 is preferably removed with the aid of a residue separation device 10, in particular a scraper, or at least one residue side discharge 10.
  • the residue formed is preferably removed continuously in order to ensure that the surface of the heating roller 4 with which the isocyanate product stream comes into contact has a constant temperature. This achieves an essentially complete conversion of the pure isocyanate from the product stream into the gas phase.
  • the residue formed on the at least one heating roller 4 is therefore separated off immediately before the point on the heating roller 4 at which the isocyanate product stream is fed. If more than one heating roller is used, the residue is preferably separated off in the manner described above on each of the heating rollers.
  • step d) of the process according to the invention the pure isocyanate converted into the gas phase is condensed on a condenser 5 arranged in the working space 2 discharged.
  • the condenser 5 is a rotating, cooled roller on which at least one isocyanate separation device 9 is arranged for the continuous removal of the pure isocyanate separated from the gas phase on the condenser 5.
  • the continuous removal enables, on the one hand, that the surface of the capacitor has a constant temperature, so that it is ensured that the pure isocyanate is essentially completely out of the gas phase on this Capacitor is deposited.
  • the continuous removal avoids the formation of thick pure isocyanate layers on the capacitor, which are difficult to remove completely.
  • the process according to the invention can therefore also be operated continuously when a viscous or solid pure isocyanate is deposited on the condenser as the pure isocyanate.
  • the condenser can be cooled using any of the coolants known to those skilled in the art, in particular using monochlorobenzene (MCB) or cooling water.
  • the isocyanate continuously separated from the gas phase is preferably removed from the at least one rotating, cooled roller with the aid of a scraper 9.
  • the removal by means of the scraper is preferably carried out in such a way that the scraped-off pure isocyanate is passed directly into the isocyanate discharge line 6 in order to ensure that the pure isocyanate is completely removed from the working space and is not exposed to high temperatures for longer than necessary. This avoids losses in yield.
  • the rotating, cooled roller preferably has a temperature which is 5 to 30 Kelvin below the melting point of the isocyanate converted into the gas phase at the pressure prevailing in the working space 2. This ensures essentially complete condensation of the pure isocyanate from the gas phase on the rotating, cooled roller.
  • the work space 2 preferably has a temperature which is 2 to 20 Kelvin above the evaporation temperature of the isocyanate converted into the gas phase at the pressure prevailing in the work space 2. In this way, losses in yield due to deposits of the pure isocyanate in the work area and time-consuming and costly cleaning measures for work area 2 are avoided.
  • the process according to the invention is particularly suitable for the purification of solid isocyanates from the crude isocyanate product stream.
  • the isocyanate converted into the gas phase therefore preferably has a melting point of 120 to 135 ° C., determined in accordance with DIN 51556: 1963-07.
  • the pure isocyanate converted into the gas phase is preferably selected from aliphatic and / or aromatic diisocyanates, preferably from aromatic diisocyanates, in particular from naphthylene 1, 5 diisocyanate.
  • the process according to the invention is carried out under reduced pressure, since this allows the temperature required for evaporation of the pure isocyanate to be reduced.
  • the process is preferably carried out at a pressure of 0.1 to 5 mbar, preferably 0.5 to 5 mbar, in particular 1 to 5 mbar. This pressure is preferably set before the isocyanate product stream is fed into the working space in order to ensure that the pure isocyanate is already substantially completely evaporated on the at least one heating roller 4 at the start of the feed.
  • a second subject of the present invention is a device for purifying a product stream from isocyanate synthesis.
  • This device 1 comprises at least one work space 2, at least one heated product feed line 3 connected to work space 2 for feeding the product flow into work space 2, at least one heating roller 4 arranged in work space 2, at least one with work space 2 and possibly with the Condenser 5 connected isocyanate discharge line 6 for discharging the isocyanate deposited on the condenser 5, at least one residue discharge line 7 connected to the working space 2 for discharging the residue collected on the at least one heating roller 4 and one preferably at the level of the condenser 5 with the working space 2 connected vacuum line 8 for applying a vacuum to the working space 2.
  • the working space is preferably designed pear-shaped, but can also have any other shape, for example a round shape.
  • the device according to the invention comprises a condenser 5 which is arranged in the working space 2 and which is a rotating, cooled roller. At least one isocyanate separation device 9 for the continuous removal of the isocyanate separated on the condenser 5 is arranged on this roller.
  • the isocyanate product feed line 3 is preferably located above the at least one heating roller 4 and preferably ends directly above this heating roller in order to ensure that the crude isocyanate fed in comes completely into contact with the at least one heating roller. Furthermore, the isocyanate product feed line 3 has an outer jacket for heating the isocyanate product feed line by means of a heating medium.
  • the isocyanate product feed line preferably ends - viewed in the direction of rotation of the heating roller 4 - directly in front of the vertical axis of the heating roller 4.
  • heating rollers 4 and 4 'in the work space 2 there are exactly two heating rollers 4 and 4 'in the work space 2. These heating rollers are preferably arranged essentially parallel to one another. Preferably the two are standing The heating rollers are not in contact with one another, ie there is an intermediate space between the two heating rollers. It is preferred here if the two heating rollers are at the same height in the work space and have an opposite direction of rotation, ie the heating roller 4 rotates clockwise and the heating roller 4 'counterclockwise or vice versa.
  • the isocyanate product feed line preferably ends directly above the space formed by the two heating rollers.
  • a residue separating device 10, in particular a scraper, or at least one residue side discharge 10 for removing the residue collected on the at least one heating roller 4 is preferably arranged on the at least one heating roller 4.
  • the residue separation device 10 or the residue side discharge 10 is preferably arranged upstream of the point at which the isocyanate product feed line 3 ends. This ensures that the residue formed on the at least one heating roller 4 is essentially completely removed before this heating roller comes into contact with further crude isocyanate.
  • each heating roller preferably has a residue separating device 10 or at least one residue side discharge - as described above.
  • the condenser 5 is preferably arranged above the at least one heating roller 4. This ensures that any residue that may fall from the heating roller does not contaminate the pure isocyanate deposited on the condenser 5.
  • the condenser 5 is located at the level of the negative pressure line 8 connected to the working chamber 2 for applying negative pressure to the working chamber 2. This ensures that the pure isocyanate in the gas phase must first pass through the condenser 5 before it gets into the negative pressure line 8, thereby avoiding contamination of the negative pressure device with pure isocyanate and loss of yield.
  • the working space 2 does not have any recesses. In this case it is preferred if the working space has an essentially pear-shaped shape.
  • the condenser 5 is arranged in a condensation chamber connected to the work space 2, the connection between the work space 2 and the condensation chamber preferably being positioned laterally above the at least one heating roller 4 and opposite the product feed line 3.
  • the work space 2 can be designed in one piece.
  • the condensation chamber be attached to the working space 2 by means of a suitable fastening device 18, for example a clamp or the like.
  • the working space 2 preferably has an outer casing 12 for heating the working space 2 by means of heat, in particular by means of steam and / or by means of oil. This ensures that the pure isocyanate in the gas phase is not deposited on the walls of the working space 2 but essentially completely on the condenser 5.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, wobei das aus dem Produktstrom in die Gasphase überführte Isocyanat kontinuierlich an einer rotierenden, gekühlten Walze abgeschieden und von der Walze entfernt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, wobei die Vorrichtung sowohl eine Heizwalze als auch eine Kondensationswalze aufweist.

Description

Verfahren sowie Vorrichtung zur Aufreinigung zähflüssiger und/oder fester Isocyanate aus einem Produktstrom der Isocyanatsynthese
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, wobei das aus dem Produktstrom in die Gasphase überführte Isocyanat kontinuierlich an einer rotierenden, gekühlten Walze abgeschieden und von der Walze entfernt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, wobei die Vorrichtung sowohl eine Heizwalze als auch eine Kondensationswalze aufweist.
Stand der Technik
Die Destillation zähflüssiger oder fester Isocyanate aus Produktströmen aus der Isocyanatsynthese stellt eine besondere Herausforderung an die Apparatetechnik dar, da gewöhnliche Dünnschichtverdampfer oder Kurzwegverdampfer eine gewisse Fließfähigkeit des Rückstands erfordern, um dessen Austrag zu gewährleisten. Gleichzeitig muss auch das kondensierte Isocyanat-Destillat eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, da andernfalls ein Austrag nur durch regelmäßiges Abschmelzen oder durch hohe Kondensatortemperaturen zu gewährleisten ist.
Es sind in der Literatur bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Reinisocyanat aus Produktströmen der Isocyanatsynthese beschrieben, wobei hohe Kondensatortemperaturen verwendet werden, um das feste Isocyanat im Kondensator flüssig zu halten.
So wird in der DE 2035731 ein Verfahren zur Destillation von Isocyanat-Rückständen beschrieben, bei welchem ein mit Chlorbenzol betriebener Verdampfungskondensator eingesetzt wird, um Probleme im Zusammenhang mit Ablagerungen durch das feste Isocyanat im Kondensator zu vermeiden. Aufgrund des Siedepunkts von Chlorbenzol ist sichergesteht, dass das feste Isocyanat in flüssiger Form anfällt. Dieses flüssige Isocyanat wird anschließend auf einer Schuppenwalze kristallisiert und abgeschuppt. Nachteilig an diesem Verfahren ist die für die Kondensation erforderliche hohe Temperatur, wodurch das Vakuum begrenzt wird. Aufgrund des begrenzten Vakuums muss eine höhere Verdampfertemperatur verwendet werden, was zu unerwünschten Nebenreaktionen des Isocyanats führen kann und auf diese Weise die Ausbeute erniedrigt. Darüber hinaus erfolgt bei diesen hohen Temperaturen keine vollständige Kondensation des in der Gasphase befindlichen Isocyanats, so dass sich ein Teil des Isocyanats im Abgas befindet, welches durch einen Wäscher entfernt werden muss. Hierdurch wird die Ausbeute weitergehend verringert. Zudem erzeugt der Wäscher einen zusätzlichen Druckverlust, was das erzielbare Vakuum weitergehend begrenzt. Darüber hinaus weist das in dieser Druckschrift offenbarte Verfahren einen hohen apparativen Aufwand auf, da ein Verdampferkondensator, ein Kondensator für verdampftes Chlorbenzol, ein Wäscher sowie eine Schuppenwalze benötigt werden, um das gereinigte feste Isocyanat aus dem Produktstrom destillativ zu isolieren.
FR 987091 beschreibt die Verwendung einer rotierenden gekühlten Walze zur Eindickung von Lösungen, Pasten oder Feststoffen, wobei diese zunächst erhitzt und dann unter Entspannung auf die Walze gesprüht werden. Hierdurch verdampfen flüchtige Anteile, beispielsweise Lösungsmittel und Wasser, und die schwerflüchtigen Anteile werden auf der Walze kondensiert und konzentriert. Eine Kondensation der flüchtigen Anteile, also des Destillats auf der gekühlten Walze ist gemäß diesem Verfahren unerwünscht, da dies die Eindickung behindert.
In der WO 2012/011805 sowie der US 2003/0062431 werden Wal entrockner beschrieben, bei welchen die bei der Trocknung entstehenden Dämpfe gesammelt und in einen herkömmlichen Kondensator geleitet werden. Bei zähflüssigen oder festen Isocyanaten muss der Kondensator mit einer ausreichend hohen Temperatur betrieben werden, damit das Kondensat flüssig bleibt und eine Verstopfung vermieden wird. Diese hohen Temperaturen ziehen jedoch Verluste in der Ausbeute sowie eine aufwändige Abgasreinigung nach sich, da bei derart hohen Temperaturen keine vollständige Kondensation des gasförmigen Isocyanats mehr erfolgt.
WO 2019/193073 beschreibt die Verdampfung eines bei Zimmertemperatur festen Isocyanats, wo bei unter anderem auch ein Walzentrockner eingesetzt werden kann. Hinweise auf geeignete Kondensatoren finden sich in diesem Dokument nicht.
Es besteht daher ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren zur Abtrennung von festem oder zähflüssigem Isocyanat aus Produktströmen der Isocyanatsynthese, bei welchen das feste oder zähflüssige Isocyanat mit möglichst hoher Reinheit und Ausbeute gewonnen werden kann und gleichzeitig der apparatetechnische und energetische Aufwand möglichst gering ist.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand demnach in der Bereitstellung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, wobei der apparative Aufwand möglichst gering sein soll und die Aufreinigung bei geringen Drücken und niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Zudem sollen sich mit der Vorrichtung sowie dem Verfahren insbesondere feste oder zähflüssige Isocyanate in hohen Reinheiten und Ausbeuten aus dem Produktstrom isolieren lassen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, umfassend die nachfolgenden Verfahrensschritte: a) Anlegen eines Unterdrucks an einen Arbeitsraum durch eine mit dem Arbeitsraum verbundene Unterdruck-Leitung, b) Zuführung des Produktstroms auf wenigstens eine in dem Arbeitsraum angeordnete Heizwalze über eine mit dem Arbeitsraum verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung, c) Überführung des in dem Produktstrom enthaltenen Isocyanats in die Gasphase auf der mindestens einen Heizwalze und Abführung des an der mindestens einen Heizwalze gesammelten Rückstands über mindestens eine mit dem Arbeitsraum verbundene Rückstands-Ableitung und d) Kondensation des in die Gasphase überführten Isocyanats an einem in dem Arbeitsraum angeordneten Kondensator und kontinuierliche Abführung des an dem Kondensator abgeschiedenen Isocyanats über wenigstens eine mit dem Arbeitsraum sowie gegebenenfalls dem Kondensator verbundene Isocyanat- Ableitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator eine rotierende, gekühlte Walze ist, an welcher mindestens eine Isocyanat- Abtrenneinrichtung zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator aus der Gasphase abgeschiedenen Isocyanats angeordnet ist.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung 1 zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, umfassend wenigstens einen Arbeitsraum 2, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung 3 zur Zuführung des Produktstroms in den Arbeitsraum, wenigstens eine in dem Arbeitsraum angeordnete Heizwalze 4, einen in dem Arbeitsraum angeordneten Kondensator 5, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 sowie gegebenenfalls dem Kondensator 5 verbundene Isocyanat- Ableitung 6 zur Abführung des an dem Kondensator abgeschiedenen Isocyanats, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Rückstands -Ableitung 7 zur Abführung des an der wenigstens einen Heizwalze gesammelten Rückstands und eine vorzugsweise auf Höhe des Kondensators 5 mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Unterdruck- Leitung 8 zur Anlegung eines Unterdrucks an den Arbeitsraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator eine rotierende, gekühlte Walze ist, an welcher mindestens eine Isocyanat- Abtrenneinrichtung 9 zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator 5 abgeschiedenen Isocyanats angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verdampfung des Isocyanats aus dem Produktstrom sowie dessen Kondensation in nur einem einzigen Apparat die Verfahrensführung bei geringeren Drücken erlaubt, da keine unerwünschten Druckverluste durch Rohrleitungen, welche die Verdampfungseinheit mit dem Kondensator verbindet, auftreten. Hierdurch kann die Verdampfung bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden, wodurch unerwünschte Nebenreaktionen vermindert, die Ausbeute an Isocyanat erhöht und eine verbesserte Energiebilanz erzielt wird. Da das Isocyanat an dem Kondensator nicht in flüssiger Form anfallen muss, um den Austrag zu gewährleisten, kann dieser Kondensator bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden, wodurch die Ausbeute steigt und aufwändige Abgasreinigungen zur Entfernung von Isocyanat-Resten vermieden werden. Durch die Abtragung des in fester Form an der Walze abgeschiedenen Isocyanats mittels eines Schabers entfällt das regelmäßige Abschmelzen des Kondensators, so dass auch eine kontinuierliche Verfahrensführung ermöglicht wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere die folgenden Ausführungsformen:
Nach einer ersten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, umfassend die nachfolgenden Verfahrensschritte: a) Anlegen eines Unterdrucks an einen Arbeitsraum 2 durch eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Unterdruck-Leitung 8, b) Zuführung des Produktstroms auf wenigstens eine in dem Arbeitsraum 2 angeordnete Heizwalze 4 über eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung 3, c) Überführung des in dem Produktstrom enthaltenen Isocyanats in die Gasphase auf der mindestens einen Heizwalze 4 und Abführung des an der mindestens einen Heizwalze 4 gesammelten Rückstands über mindestens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Rückstands-Ableitung 7 und d) Kondensation des in die Gasphase überführten Isocyanats an einem in dem Arbeitsraum 2 angeordneten Kondensator 5 und kontinuierliche Abführung des an dem Kondensator 5 abgeschiedenen Isocyanats über wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 sowie gegebenenfalls dem Kondensator 5 verbundene Isocyanat-Ableitung 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator 5 eine rotierende, gekühlte Walze ist, an welcher mindestens eine Isocyanat- Abtrenneinrichtung 9 zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator 5 aus der Gasphase abgeschiedenen Isocyanats angeordnet ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der Produktstrom durch Phosgenierung eines Amins, durch Phosgenierung eines Aminhydrochlorids, durch Phosgenierung eines Carbamatsalzes, nach dem Harnstoffverfahren oder durch Umsetzung eines Amins mit Dialkylcarbonaten erhalten wurde.
Gemäß einer dritten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die mindestens einen Heizwalze 4 rotiert.
Gemäß einer vierten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Produktstrom von oben auf die mindestens eine Heizwalze 4 zugeführt wird.
Gemäß einer fünften Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Produktstrom eine Temperatur aufweist, welche oberhalb des Schmelzpunkts des in die Gasphase zu überführenden Isocyanats und höchstens 10 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur dieses Isocyanats liegt.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die mindestens eine Heizwalze 4 eine Temperatur aufweist, welche 5 bis 50 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur des in die Gasphase zu überführenden Isocyanats bei dem im Arbeitsraum 2 herrschenden Druck liegt.
Gemäß einer siebten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der an der mindestens einen Heizwalze 4 gebildete Rückstand mit Hilfe einer Rückstands-Abtrenneinrichtung 10, insbesondere eines Schabers, oder wenigstens eines Rückstands-Seitenaustrags 10 entfernt wird.
Gemäß einer achten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das kontinuierlich aus der Gasphase abgeschiedene Isocyanat mit Hilfe eines Schabers 9 von der mindestens einen rotierenden, gekühlten Walze 5 entfernt wird.
Gemäß einer neunten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die rotierende, gekühlte Walze 5 eine Temperatur aufweist, welche 5 bis 30 Kelvin unterhalb des Schmelzpunkts des in die Gasphase überführten Isocyanats bei dem im Arbeitsraum 2 herrschenden Druck liegt.
Gemäß einer zehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Arbeitsraum 2 eine Temperatur aufweist, welche 2 bis 20 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur des in die Gasphase überführten Isocyanats bei dem im Arbeitsraum 2 herrschenden Druck liegt.
Gemäß einer elften Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das in die Gasphase überführte Isocyanat einen Schmelzpunkt von 120 bis 135 °C, bestimmt gemäß DIN 51556:1963-07, aufweist.
Gemäß einer zwölften Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das in die Gasphase überführte Isocyanat ausgewählt ist aus aliphatischen und/oder aromatischen Diisocyanaten, vorzugsweise aus aromatischen Diisocyanaten, insbesondere aus Naphthylen-l,5-diisocyanat.
Gemäß einer dreizehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren bei einem Druck von 0,1 bis 5 mbar, vorzugsweise bei 0,5 bis 5 mbar, insbesondere bei 1 bis 5 mbar durchgeführt wird.
Gemäß einer vierzehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung 1 zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, umfassend wenigstens einen Arbeitsraum 2, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung 3 zur Zuführung des Produktstroms in den Arbeitsraum 2, wenigstens eine in dem Arbeitsraum 2 angeordnete Heizwalze 4, einen in dem Arbeitsraum 2 angeordneten Kondensator 5, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 sowie gegebenenfalls dem Kondensator 5 verbundene Isocyanat- Ableitung 6 zur Abführung des an dem Kondensator 5 abgeschiedenen Isocyanats, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Rückstands -Ableitung 7 zur Abführung des an der wenigstens einen Heizwalze 4 gesammelten Rückstands und eine vorzugsweise auf Höhe des Kondensators 5 mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Unterdruck- Leitung 8 zur Anlegung eines Unterdrucks an den Arbeitsraum 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator 5 eine rotierende, gekühlte Walze ist, an welcher mindestens eine Isocyanat- Abtrenneinrichtung 9 zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator 5 abgeschiedenen Isocyanats angeordnet ist.
Gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Ausführungsform 14, wobei sich die Isocyanat-Produktzuleitung 3 oberhalb der mindestens einen Heizwalze 4 befindet.
Gemäß einer sechzehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Ausführungsform 14 oder 15, wobei in dem Arbeitsraum wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Heizwalzen 4 bevorzugt im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind.
Gemäß einer siebzehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 14 bis 16, wobei an der wenigstens einen Heizwalze 4 wenigstens eine Rückstands -Abtrenneinrichtung 10, insbesondere ein Schaber, oder wenigstens ein Rückstands- Seitenaustrag 10 zur Entfernung des an der wenigstens einen Heizwalze 4 gesammelten Rückstands angeordnet ist.
Gemäß einer achtzehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 14 bis 17, wobei der Kondensator 5 oberhalb der wenigstens einen Heizwalze 4 angeordnet ist.
Gemäß einer neunzehnten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 14 bis 17, wobei der Kondensator 5 in einer mit dem Arbeitsraum 2 verbundenen Kondensationskammer angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 2 und der Kondensationskammer vorzugsweise seitlich oberhalb der wenigstens einen Heizwalze 4 und gegenüber der Produkt-Zuleitung 3 positioniert ist.
Gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 14 bis 19, wobei der Arbeitsraum 2 eine äußere Ummantelung 12 zur Erhitzung des Arbeitsraums 2 mittels Wärme, insbesondere mittels Dampfs und/oder mittels Öl, aufweist. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Beschreibung der Figuren:
Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert, in welchen verschiedene Ausführungsvarianten der Erfindung dargestellt sind:
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfassend einen birnenförmigen Arbeitsraum 2, eine Isocyanat -Produktzuleitung 3, welche über der mindestens einen Heizwalze 4 in den Arbeitsraum 2 hineinführt und unmittelbar vor der senkrechten Achse dieser im Uhrzeigersinn rotierenden Heizwalze 4 endet sowie einen oberhalb der Heizwalze 4 angeordneten und im Uhrzeigersinn rotierenden Kondensator 5. Unmittelbar am Kondensator 5 ist eine Isocyanat- Ableitung 6 angeordnet. Am Ende dieser Isocyanat- Ableitung befindet sich ein Fallschacht 6‘, durch welchen das Reinisocyanat in ein Silo 15 geleitet und dort gesammelt wird. Auf Höhe des Kondensators 5 befindet sich die Unterdruck-Leitung 8 zur Erzeugung eines Vakuums in dem Arbeitsraum 2. An dem Kondensator 5 sind weiterhin zwei Isocyanat-Abtrenneinrichtungen 9, bevorzugt in Form von Schabern, derart angeordnet, dass das abgeschabte Reinisocyanat durch die Isocyanat- Ableitung 6 aus dem Arbeitsraum entfernt werden kann. An der Heizwalze 4 befindet sich eine Rückstands-Abtrenneinrichtung 10 in Form eines Schabers zur Entfernung des auf der Heizwalze 4 gesammelten Rückstands. Der mittels des Schabers 10 abgetrennte Rückstand fällt nach unten in den Arbeitsraum, wird über eine Rückstands-Ableitung 7 in Form eines Fallschachts in ein Silo 14 geleitet und dort gesammelt. Der Schaber 10 an der Heizwalze 4 befindet sind unmittelbar vor dem Ende der Isocyanat-Produktzuleitung 3. Die Isocyanat-Produktzuleitung 3 weist eine äußere Ummantelung 13 auf, welche mit einer Wärmemittel-Zuleitung 13 ‘ sowie eine Wärmemittel- Ableitung 13“, durch welche verbrauchtes Wärmemittel abgeführt werden kann, verbunden ist. Auch der Arbeitsraum 2 weist eine äußere Ummantelung 12 auf, welche mit einer Wärmemittel-Zuleitung 16 am oberen Ende des Arbeitsraums sowie einer Wärmemittel- Ableitung 17 am unteren Ende des Arbeitsraums 2 verbunden ist.
Figur 2 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 analog zu Figur 1 dar, wobei diese Vorrichtung zwei parallel in einer Ebene in dem Arbeitsraum 2 angeordnete Heizwalzen 4 und 4 aufweist. Die erste Heizwalze 4 rotiert im Uhrzeigersinn, die zweite Heizwalze 4 rotiert gegen den Uhrzeigersinn. Die Isocyanat-Produktzuleitung führt oberhalb der beiden Heizwalzen 4 und 4‘ in den Arbeitsraum 2 hinein und endet über dem Spalt, welcher zwischen den beiden Heizwalzen vorliegt. An jeder der beiden Heizwalzen 4 und 4‘ befindet sich jeweils eine Rückstands- Abtrenneinrichtung 10 in Form eines Schabers zur Entfernung des auf den Heizwalzen 4 und 4‘ gesammelten Rückstands. Die Schaber 10 an - lO - den Heiz walzen 4 und 4‘ befinden sind jeweils zwischen der senkrechten und der waagrechten Achse der jeweiligen Heizwalze vor dem Ende der Isocyanat -Produktzuleitung 3.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, bei welcher der Kondensator 5 in einer mit dem Arbeitsraum 2 verbundenen Kondensationskammer angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 2 und der Kondensationskammer vorzugsweise seitlich oberhalb der wenigstens einen Heizwalze 4 und gegenüber der Produkt-Zuleitung 3 positioniert ist. Die Kondensationskammer ist hierbei über eine Verbindung 18 mit dem restlichen Arbeitsraum, welcher eine birnenförmige Form aufweist, verbunden. Am Ende der Kondensationskammer ist die Unterdruck-Eeitung 8 zur Erzeugung eines Vakuums in dem Arbeitsraum 2 angeordnet. Der Kondensator 5 rotiert im Uhrzeigersinn und weist an der senkrechten Achse sowie kurz hinter der senkrechten Achse zwei Isocyanat- Abtrenneinrichtungen 9 in Form von Schabern auf. Direkt unterhalb der an der senkrechten Achse angeordneten Isocyanat- Abtrenneinrichtung 9 befindet sich die Isocyanat-Ableitung 6, über die das vom Kondensator 5 abgeschabte Reinisocyanat in den Fallschacht 6‘ geleitet und anschließend in einem Silo 15 gesammelt wird. Der birnenförmige Teil des Arbeitsraums 2 ist mit einer Isocyanat-Produktzuleitung 3 verbunden, welche über der mindestens einen Heizwalze 4 in den Arbeitsraum 2 hineinführt und unmittelbar vor der senkrechten Achse dieser Heizwalze 4 endet. An der Heizwalze 4 befindet sich eine Rückstands- Abtrenneinrichtung 10 in Form eines Schabers zur Entfernung des auf der Heizwalze 4 gesammelten Rückstands. Der mittels des Schabers 10 abgetrennte Rückstand fällt nach unten in den Arbeitsraum, wird über eine Rückstands- Ableitung 7 in Form eines Fallschachts in ein Silo 14 geleitet und dort gesammelt. Der Schaber 10 an der Heizwalze 4 befindet sind unmittelbar vor dem Ende der Isocyanat- Produktzuleitung 3. Die Isocyanat-Produktzuleitung 3 weist eine äußere Ummantelung 13 auf, welche mit einer Wärmemittel-Zuleitung 13 ‘ sowie eine Wärmemittel- Ableitung 13“, durch welche verbrauchtes Wärmemittel abgeführt werden kann, verbunden ist. Auch der Arbeitsraum 2 weist eine äußere Ummantelung 12 auf, welche mit einer Wärmemittel-Zuleitung 16 am oberen Ende des Arbeitsraums sowie einer Wärmemittel- Ableitung 17 am unteren Ende des Arbeitsraums 2 verbunden ist.
Figur 4 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 analog zu Figur 3 dar, wobei diese Vorrichtung zwei parallel in einer Ebene in dem birnenförmigen Teil des Arbeitsraums angeordnete Heizwalzen 4 und 4 aufweist. Die erste Heizwalze 4 rotiert im Uhrzeigersinn, die zweite Heizwalze 4 rotiert gegen den Uhrzeigersinn. Die Isocyanat-Produktzuleitung führt oberhalb der beiden Heizwalzen 4 und 4‘ in den Arbeitsraum 2 hinein und endet über dem Spalt, welcher zwischen den beiden Heizwalzen vorliegt. An jeder der beiden Heizwalzen 4 und 4‘ befindet sich jeweils eine Rückstands-Abtrenneinrichtung 10 in Form eines Schabers zur Entfernung des auf den Heizwalzen 4 und 4‘ gesammelten Rückstands. Die Schaber 10 an den Heizwalzen 4 und 4‘ befinden sind jeweils zwischen der senkrechten und der waagrechten Achse der jeweiligen Heiz walze vor dem Ende der Isocyanat-Produktzuleitung 3.
Erfindungsgemäßes Verfahren:
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich aus der Isocyanatsynthese erhältliche Produktströme (im Folgenden auch als Rohisocyanat-Produktstrom bezeichnet) effektiv und schonend aufreinigen. Da das Reinisocyanat nicht in flüssiger Form anfallen muss, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend für die Aufreinigung von am Kondensator in zähflüssiger oder fester Form anfallenden Isocyanaten.
Verfahrensschritt a):
Üblicherweise ergeben sich wirtschaftlich relevante Ausbeuteverluste während der Herstellung des Reinisocyanates aus dem Rohisocyanat-Produktstrom dadurch, dass das zu isolierende Reinisocyanat längere Verweilzeiten in Regionen höherer Temperatur aufweist. Durch die Temperaturbelastung kommt es zur Oligomerenbildung des Isocyanates (Isocyanurat, Carbodiimid, Urethdion etc.), was die Ausbeute herabsetzt. Das Problem der Ausbeute Verluste wird üblicherweise dadurch gelöst, dass die Reindestillation im Hochvakuum durchgeführt wird. Durch die Destillation im Hochvakuum wird das Temperaturniveau in der Destillationsvorrichtung herabgesetzt, was die Polymerisationsneigung verringert.
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein Unterdrück an einen Arbeitsraum 2 durch eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Unterdruck-Feitung 8 angelegt. Bevorzugt entspricht der in diesem Verfahrensschritt angelegte Unterdrück dem Druck, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Die Erzeugung des Unterdrucks kann mit allen dem Fachmann bekannten Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise mit Vakuumpumpen oder dergleichen.
Verfahrensschritt b):
In Verfahrensschritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zuführung eines Produktstroms auf wenigstens eine in dem Arbeitsraum 2 angeordnete Heizwalze 4 über eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung 3.
Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzureinigende Rohisocyanat-Produktstrom kann mittels verschiedener Verfahren erhalten werden. Geeignete Verfahren zur Herstellung des Rohisocyanat-Produktsstroms sind beispielsweise die Phosgenierung eines Amins, die Phosgenierung eines Aminhydrochlorids oder eines Carbamatsalzes nach dem sogenannten Harnstoffverfahren oder die Umsetzung des zugrundeliegenden Amins mit Dialkylcarbonaten. Bevorzugt wird das Isocyanat durch Phosgenierung hergestellt. Bei der Phosgenierung erfolgt üblicherweise die Umsetzung des entsprechenden primären Amins oder dessen Hydrochlorid mit einem Überschuss an Phosgen in einem Lösungsmittel oder in der Gasphase. Bevorzugt wird der Prozess in einem Lösungsmittel durchgeführt.
Üblicherweise wird als Lösungsmittel ein Lösungsmittel eingesetzt, welches leichter siedet als das aufzureinigende Isocyanat, beispielsweise Chlorbenzol, o- oder p-Dichlorbenzol, Trichlorbenzol, Chlortoluole, Chlorxylole, Chlorethylbenzol, Chlornaphthaline, Chlordiphenyle, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Toluol, Xylole, Hexan, Dekahydronaphthalin, Diethylisophthalat (DEIP) und andere Carbonsäureester, Tetrahydrofuran (THF), Dimethylformamid (DMF) und Benzol sowie deren Mischungen. Besonders bevorzugt werden Chlorbenzol und Dichlorbenzol als Lösungsmittel verwendet. Das Amin wird bevorzugt vor Zugabe des Phosgens in dem Lösungsmittel gelöst, wobei das Amin vorzugsweise in einer Gesamtmenge von 1 bis 50 Massenprozent, insbesondere 3 bis 40 Massenprozent, jeweils bezogen auf die Menge an Amin und Lösungsmittel, eingesetzt wird.
Das nach der Reaktion erhaltene Gemisch (im Folgenden auch als Reaktionsaustrag bezeichnet) liegt meist in Form einer Suspension vor. Diese Suspension enthält das aufzureinigende Isocyanat als Flüssigkeit, noch nicht zersetzte Carbamylchloride sowie gegebenenfalls Aminhydrochloride und/oder Harnstoffe als Feststoffe, Reste an Chlorwasserstoff, überschüssiges Phosgen, Lösungsmittel sowie Verunreinigungen und nicht verdampfbaren polymeren Rückstand. Diese Verunreinigungen sowie der polymere Rückstand werden während der Phosgenierung durch unvollständige Umsetzung oder unerwünschte Neben- oder Folgereaktionen gebildet.
Aus dem Reaktionsaustrag werden zunächst der Chlorwasserstoff und überschüssiges Phosgen in einem oder mehreren Schritten unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Verfahren entfernt. Anschließend wird das Lösungsmittel abdestilliert. Der auf diese Weise erzeugte Rohisocyanat- Produktstrom wird dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgereinigt um das Reinisocyanat zu erhalten.
Wird die Phosgenierung in der Gasphase durchgeführt, so wird das Amin bevorzugt in reiner Form eingesetzt. Der Reaktionsaustrag, der das Isocyanat enthält, wird hierbei aus der Gasphase in einem inerten Lösungsmittel gequencht. Nach Abtrennung von Chlorwasserstoff, überschüssigem Phosgen und Lösungsmittel wird der auf diese Weise erhaltene Rohisocyanat-Produktstrom mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgereinigt. Eventuell kann die Gasphasenphosgenierung auch ohne die Verwendung eines zusätzlichen Lösungsmittels erfolgen. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren auf den Rohisocyanat-Produktstrom bereits nach Abtrennung von Chlorwasserstoff und überschüssigem Phosgen durchgeführt.
Aus dem in Schritt b) eingesetzten Rohisocyanat-Produktstrom sind daher vorzugsweise der Chlorwasserstoff, überschüssiges Phosgen und Lösungsmittel im Wesentlichen vollständig entfernt. Der Gehalt an Chlorwasserstoff und Phosgen beträgt daher jeweils bevorzugt weniger als 1.000 ppm. Zudem hegt der Lösungsmittelgehalt bevorzugt unter 1 Gew.-%, bevorzugt unter 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt unter 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Rohisocyanat-Produktstroms.
Der Produktstrom wird in Schritt b) bevorzugt auf eine rotierende Heizwalze 4 zugeführt. Die Heizwalze kann hierbei im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt des Uhrzeigersinns rotieren. Bevorzugt rotiert die Heizwalze 4 im Uhrzeigersinn. Bei Einsatz von mehr als einer Heizwalze 4 rotieren die Heizwalzen bevorzugt gegenläufig, d.h. bei Einsatz von zwei Heizwalzen 4 und 4‘ rotiert die erste Heizwalze 4 im Uhrzeigersinn und die zweite Heizwalze 4‘ entgegen des Uhrzeigersinns oder vice versa.
Der in Verfahrensschritt b) eingeleitete Produktstrom wird bevorzugt von oben auf die mindestens eine Heizwalze 4 zugeführt. Dies steht sicher, dass der Produktstrom eine ausreichend lange Zeit mit der Heizwalze in Kontakt kommt um das Reinisocyanat im Wesentlichen vollständig zu verdampfen und die unerwünschten Rückstände auf der Heizwalze zu kondensieren bevor diese heruntertropfen und die Rückstands -Ableitung 7 verstopfen. Bei Einsatz nur einer Heizwalze 4 wird daher der Produktstrom vorzugsweise zwischen der waagrechten und der senkrechten Achse dieser Heizwalze von oben zugeführt, wobei eine Zuführung - in Rotationsrichtung gesehen - unmittelbar vor der senkrechten Achse der Heizwalze 4 bevorzugt ist. Im Falle des Einsatzes von mehr als einer Heizwalze, beispielsweise von zwei Heizwalzen 4 und 4‘, erfolgt die Zuführung des Produktstroms bevorzugt derart von oben, dass beide Heizwalzen gleichermaßen mit dem Produktstrom in Kontakt kommen. Daher ist es bei parallel nebeneinander auf gleicher Höhe angeordneten Heizwalzen 4 und 4‘ von Vorteil, den Produktstrom von oben in den zwischen den parallel angeordneten Heizwalzen 4 und 4‘ gebildeten Spalt zuzuführen.
Um eine Zuführung des Rohisocyanat-Produktstroms in flüssiger Form zu gewährleisten, wird die Isocyanat -Produktzuleitung 3 beheizt. Hierfür werden bevorzugt Wärmemittel, wie Dampf, Öl, Elektrowärme, Heizbänder oder dergleichen eingesetzt, welche kontinuierlich zu- und abgeführt werden, um eine gleichbleibende Temperatur innerhalb der Isocyanat-Produktzuleitung 3 sicherzustehen. Auf diese Weise wird eine Verfestigung des Rohisocyanat-Produktstroms und eine Verstopfung der Produktzuleitung vermieden. Die Isocyanat-Produktzuleitung wird dabei bevorzugt derart beheizt, dass der Produktstrom eine Temperatur aufweist, welche oberhalb des Schmelzpunkts des in die Gasphase zu überführenden Reinisocyanats und höchstens 10 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur dieses Isocyanats liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Produktstrom zum einen flüssig bleibt um eine Verstopfung der Isocyanat-Produktleitung zu vermeiden, zum anderen jedoch eine Verringerung der Ausbeute durch unerwünschte Oligomerisierung des Reinisocyanats bei zu hohen Temperaturen vermieden wird.
Verfahrensschritt c):
In Verfahrensschritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Überführung des in dem Produktstrom enthaltenen Isocyanats bzw. Reinisocyanats auf der mindestens einen Heizwalze 4 in die Gasphase. Zudem wird der an der mindestens einen Heizwalze 4 gesammelte Rückstand über mindestens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Rückstands-Ableitung 7 abgeführt.
Die mindestens eine Heizwalze 4 weist bevorzugt eine Temperatur auf, welche 5 bis 50 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur des in die Gasphase zu überführenden Isocyanats bei dem in dem Arbeitsraum 2 herrschenden Druck liegt. Diese Temperaturen stellen zum einen eine im Wesentlichen vollständige Verdampfung des in die Gasphase zu überführenden Reinisocyanats dar. Zum anderen wird jedoch eine Verminderung der Ausbeute durch bei zu hohen Temperaturen auftretende unerwünschte Oligomerisierungsreaktionen vermieden. Bei Einsatz von mehr als einer Heizwalze 4, beispielsweise von zwei Heizwalzen 4 und 4‘, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn beide Heizwalzen die zuvor angeführte Temperatur aufweisen.
Eine „im Wesentlichen vollständige Verdampfung“ des in die Gasphase zu überführenden Isocyanats liegt vorzugsweise dann vor, wenn der Destillationsrückstand bezogen auf sein Gesamtgewicht inklusive des Reinisocyanats zu höchstens 20 Gew.-%, stärker bevorzugt zu höchsten 10 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 5 Gew.-% aus dem Reinisocyanat besteht. Da der Destillationsrückstand mechanisch von der Walze entfernt werden kann, muss kein Reinisocyanat im Rückstand verbleiben, um dessen Fließfähigkeit zu gewährleisten.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Verdampfung in Verfahrensschritt c) so durchgeführt, dass der Destillationsrückstand nicht mehr fheßfähig und besonders bevorzugt in fester Form vorliegt. So kann er besonders einfach von der Walze entfernt und aus der Anlage ausgetragen werden.
Da eine Fließfähigkeit des Destillationsrückstandes nicht erforderlich ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise so geführt, dass dem Produktstrom weder vor Beginn des Verfahrensschritts c) noch während seiner Durchführung mehr als 10 Gew.-% Fließmittel, bezogen auf die Gesamtmasse des Produktstroms beigemischt werden. Es ist besonders bevorzugt, dass überhaupt kein Fließmittel verwendet wird.
Unter „Fließmittel“ wird in dieser Anmeldung jede Substanz verstanden, die bei den an der Heizwalze vorliegenden Bedingungen in flüssiger Form vorliegt, ohne zu verdampfen. Ein Fließmittel hat die Funktion, Teile des Destillationsrückstandes, die in fester Form vorliegen durch Einbettung oder Eösung fließfähig zu halten. Bei der Verwendung von Fallrohr- oder Kurzwegverdampfern ist dies erforderlich, weil ein Zusetzen des Geräts durch feste Rückstände vermieden werden soll. Erfindungsgemäß ermöglicht die Verwendung einer Heizwalze gerade die einfache Entfernung auch fest vorliegender Destillationsrückstände. Insbesondere wird unter einem Fließmittel, dessen Verwendung erfindungsgemäß beschränkt oder ausgeschlossen werden soll, Bitumen verstanden.
Der an der mindestens einen Heizwalze 4 gebildete Rückstand wird vorzugsweise mit Hilfe einer Rückstands -Abtrenneinrichtung 10, insbesondere eines Schabers, oder wenigstens eines Rückstands- Seitenaustrags 10 entfernt. Bevorzugt erfolgt die Entfernung des gebildeten Rückstands kontinuierlich um sicherzustellen, dass die Oberfläche der Heizwalze 4, mit welcher der Isocyanat-Produktstrom in Kontakt kommt, eine gleichbleibende Temperatur aufweist. Hierdurch wird eine im Wesentlichen vollständige Überführung des Reinisocyanats aus dem Produktstrom in die Gasphase erzielt. Besonders bevorzugt erfolgt die Abtrennung des an der mindestens einen Heizwalze 4 gebildeten Rückstands daher unmittelbar vor der Stelle der Heizwalze 4, an welcher der Isocyanat-Produktstrom zugeführt wird. Bei Einsatz von mehr als einer Heizwalze erfolgt vorzugsweise auf jeder der Heizwalzen die Abtrennung des Rückstands in der zuvor beschriebenen Weise.
Verfahrensschritt d):
In Verfahrensschritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kondensation des in die Gasphase überführten Reinisocyanats an einem in dem Arbeitsraum 2 angeordneten Kondensator 5. Das an diesem Kondensator 5 abgeschiedene Reinisocyanat wird über eine mit dem Arbeitsraum 2 sowie gegebenenfalls dem Kondensator 5 verbundene Isocyanat- Ableitung 6 abgeführt.
Bei dem Kondensator 5 handelt es sich um eine rotierende, gekühlte Walze, an welcher mindestens eine Isocyanat -Abtrenneinrichtung 9 zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator 5 aus der Gasphase abgeschiedenen Reinisocyanats angeordnet ist. Die kontinuierliche Entfernung ermöglicht zum einen, dass die Oberfläche des Kondensators eine gleichbleibende Temperatur aufweist, so dass sichergestellt wird, dass das Reinisocyanat im Wesentlichen vollständig aus der Gasphase an diesem Kondensator abgeschieden wird. Zum anderen vermeidet die kontinuierliche Entfernung die Bildung dicker Reinisocyanat-Schichten auf dem Kondensator, welche sich nur noch schwer vollständig entfernen lassen. Durch die kontinuierliche Verdampfung des Rohisocyanats sowie die kontinuierliche Entfernung des Reinisocyanats kann daher das erfindungsgemäße Verfahren auch dann kontinuierlich betrieben werden, wenn als Reinisocyanat ein zähflüssiges oder festes Reinisocyanat am Kondensator abgeschieden wird. Die Kühlung des Kondensators kann mit allen dem Fachmann bekannten Kühlmitteln erfolgen, insbesondere mittels Monochlorbenzol (MCB) oder Kühlwasser.
Das kontinuierlich aus der Gasphase abgeschiedene Isocyanat wird bevorzugt mit Hilfe eines Schabers 9 von der mindestens einen rotierenden, gekühlten Walze entfernt. Die Entfernung mittels des Schabers erfolgt bevorzugt derart, dass das abgeschabte Reinisocyanat unmittelbar in die Isocyanat-Ableitung 6 geleitet wird, um sicherzustehen, dass das Reinisocyanat vollständig aus dem Arbeitsraum entfernt wird nicht länger als erforderlich hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Hierdurch werden Ausbeuteverluste vermieden.
Die rotierende, gekühlte Walze weist bevorzugt eine Temperatur auf, welche 5 bis 30 Kelvin unterhalb des Schmelzpunkts des in die Gasphase überführten Isocyanats bei dem im Arbeitsraum 2 herrschenden Druck hegt. Hierdurch wird eine im Wesentlichen vollständige Kondensation des Reinisocyanats aus der Gasphase auf der rotierenden, gekühlten Walze sichergestellt.
Um zu vermeiden, dass das Reinisocyanat an den Wänden des Arbeitsraums kondensiert, weist der Arbeitsraum 2 bevorzugt eine Temperatur auf, welche 2 bis 20 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur des in die Gasphase überführten Isocyanats bei dem im Arbeitsraum 2 herrschenden Druck hegt. Hierdurch werden Ausbeuteverluste durch Ablagerungen des Reinisocyanats im Arbeitsraum sowie zeit- und kostenintensive Reinigungsmaßnahmen des Arbeitsraums 2 vermieden.
Das erfmdungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Aufreinigung von festen Isocyanaten aus dem Rohisocyanat-Produktstrom. Bevorzugt weist das in die Gasphase überführte Isocyanat daher einen Schmelzpunkt von 120 bis 135 °C, bestimmt gemäß DIN 51556:1963-07, auf.
Das in die Gasphase überführte Reinisocyanat ist bevorzugt ausgewählt aus aliphatischen und/oder aromatischen Diisocyanaten, vorzugsweise aus aromatischen Diisocyanaten, insbesondere aus N aphthylen- 1 , 5 -diisocy anat. Um zu hohe Temperaturen und somit unerwünschte Oligomerisationsreaktionen des Reinisocyanats zu vermeiden, wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Unterdrück durchgeführt, da hierdurch die zur Verdampfung des Reinisocyanats erforderliche Temperatur gesenkt werden kann. Bevorzugt wird das Verfahren bei einem Druck von 0,1 bis 5 mbar, vorzugsweise bei 0,5 bis 5 mbar, insbesondere bei 1 bis 5 mbar durchgeführt. Bevorzugt wird dieser Druck bereits vor Zuführung des Isocyanat-Produktstroms in dem Arbeitsraum eingestellt um sicherzustellen, dass das Reinisocyanat bereits bei Beginn der Zuführung im Wesentlichen vollständig auf der mindestens einen Heizwalze 4 verdampft wird.
Erfindungsgemäße Vorrichtung:
Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese.
Diese Vorrichtung 1 umfasst wenigstens einen Arbeitsraum 2, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung 3 zur Zuführung des Produktstroms in den Arbeitsraum 2, wenigstens eine in dem Arbeitsraum 2 angeordnete Heizwalze 4, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 sowie gegebenenfalls dem Kondensator 5 verbundene Isocyanat-Ableitung 6 zur Abführung des an dem Kondensator 5 abgeschiedenen Isocyanats, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Rückstands-Ableitung 7 zur Abführung des an der wenigstens einen Heizwalze 4 gesammelten Rückstands und eine vorzugsweise auf Höhe des Kondensators 5 mit dem Arbeitsraum 2 verbundene Unterdruck-Leitung 8 zur Anlegung eines Unterdrucks an den Arbeitsraum 2. Der Arbeitsraum ist vorzugsweise birnenförmig ausgebildet, kann jedoch auch jede andere Form, beispielsweise eine runde Form, aufweisen.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen in dem Arbeitsraum 2 angeordneten Kondensator 5, bei welchem es sich um eine rotierende, gekühlte Walze handelt. An dieser Walze ist mindestens eine Isocyanat-Abtrenneinrichtung 9 zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator 5 abgeschiedenen Isocyanats angeordnet.
Die Isocyanat-Produktzuleitung 3 befindet sich bevorzugt oberhalb der mindestens einen Heizwalze 4 und endet vorzugsweise unmittelbar oberhalb dieser Heizwalze um sicherzustellen, dass das zugeführte Rohisocyanat vollständig mit der mindestens einen Heizwalze in Kontakt kommt. Weiterhin weist die Isocyanat-Produktzuleitung 3 eine äußere Ummantelung zur Erhitzung der Isocyanat-Produktzuleitung mittels eines Wärmemittels auf.
Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich im Arbeitsraum 2 genau eine Heizwalze 4. In diesem Fall endet die Isocyanat- Produktzuleitung bevorzugt - in Rotationsrichtung der Heizwalze 4 gesehen - unmittelbar vor der senkrechten Achse der Heizwalze 4.
Gemäß einer alternativen besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befinden sich in dem Arbeitsraum 2 genau zwei Heizwalzen 4 und 4‘. Diese Heizwalzen sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise stehen die beiden Heizwalzen hierbei nicht miteinander in Kontakt, d.h. zwischen den beiden Heizwalzen befindet sich ein Zwischenraum. Es ist hierbei bevorzugt, wenn sich die beiden Heizwalzen auf gleicher Höhe im Arbeitsraum befinden und eine gegenläufige Rotationsrichtung aufweisen, d.h. die Heizwalze 4 dreht sich im Uhrzeigersinn und die Heizwalze 4‘ gegen den Uhrzeigersinn oder vice versa. Die Isocyanat- Produktzuleitung endet in dieser Ausführungsform bevorzugt unmittelbar über dem durch die beiden Heizwalzen gebildeten Zwischenraum.
An der mindestens einen Heizwalze 4 ist vorzugsweise eine Rückstands- Abtrenneinrichtung 10, insbesondere ein Schaber, oder wenigstens ein Rückstands-Seitenaustrag 10 zur Entfernung des an der wenigstens einen Heizwalze 4 gesammelten Rückstands angeordnet. Die Rückstands- Abtrenneinrichtung 10 oder der Rückstands-Seitenaustrag 10 ist hierbei bevorzugt vor derjenigen Stelle angeordnet, an welcher die Isocyanat-Produktzuleitung 3 endet. Hierdurch wird sichergestellt, dass der auf der mindestens einen Heizwalze 4 gebildete Rückstand im Wesentlichen vollständig entfernt wird, bevor diese Heizwalze mit weiterem Rohisocyanat in Kontakt kommt. Wenn in dem Arbeitsraum 2 mehr als eine Heizwalze 4 angeordnet ist, so weist bevorzugt jede Heizwalze eine Rückstands- Abtrenneinrichtung 10 oder wenigstens einen Rückstands-Seitenaustrag - wie zuvor beschrieben - auf.
Der Kondensator 5 ist bevorzugt oberhalb der wenigstens einen Heizwalze 4 angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass gegebenenfalls von der Heizwalze herabfallender Rückstand nicht das auf dem Kondensator 5 abgeschiedene Reinisocyanat verunreinigt. Zudem ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn sich der Kondensator 5 auf Höhe der mit dem Arbeitsraum 2 verbundenen Unterdruck-Leitung 8 zur Anlegung eines Unterdrucks an den Arbeitsraum 2 befindet. Dies gewährleistet, dass in der Gasphase befindliches Reinisocyanat zunächst den Kondensator 5 passieren muss, bevor es in die Unterdruck- Leitung 8 gelangt, wodurch eine Verunreinigung der Unterdrück- Vorrichtung mit Reinisocyanat sowie Ausbeuteverluste vermieden werden.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Arbeitsraum 2 keinerlei Aussparungen auf. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der Arbeitsraum eine im Wesentlichen birnenförmige Form aufweist.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kondensator 5 in einer mit dem Arbeitsraum 2 verbundenen Kondensationskammer angeordnet, wobei die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 2 und der Kondensationskammer vorzugsweise seitlich oberhalb der wenigstens einen Heizwalze 4 und gegenüber der Produkt-Zuleitung 3 positioniert ist. Der Arbeitsraum 2 kann hierbei einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann die Kondensationskammer mittels einer geeigneten Befestigungsvorrichtung 18, beispielsweise einer Klemme oder dergleichen, an dem Arbeitsraum 2 angebracht sein.
Der Arbeitsraum 2 weist vorzugsweise eine äußere Ummantelung 12 zur Erhitzung des Arbeitsraums 2 mittels Wärme, insbesondere mittels Dampf und/oder mittels Öl, auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass das in der Gasphase befindliche Reinisocyanat nicht an den Wänden des Arbeitsraums 2 sondern im Wesentlichen vollständig auf dem Kondensator 5 abgeschieden wird.
B ezu gszei ch enl i ste :
1: Vorrichtung zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese
2: Arbeitsraum
3: Produktzuleitung
4: Heizwalze 1
4‘: Heiz walze 2
5: Kondensator
6: Isocyanat- Ableitung
6‘: Fallschacht für Isocyanat
7: Rückstandsableitung
8: Unterdruck-Leitung
9: Isocyanat- Ab trenneinrichtung 1
9‘: Isocyanat- Abtrenneinrichtung 2
10: Rückstands-Abtrenneinrichtung 1
10‘: Rückstands- Abtrenneinrichtung 2
12: äußere Ummantelung Arbeitsraum
13: äußere Ummantelung Produktzuleitung
13 ‘ : Zuleitung Wärmemittel Produktzuleitung
13“: Ableitung verbrauchtes Wärmemittel Produktzuleitung
14: Sammel Vorrichtung Rückstand
15: Sammel Vorrichtung Isocyanat
16: Zuleitung Wärmemittel Arbeitsraum
17: Ableitung verbrauchtes Wärmemittel Arbeitsraum
18: Verbindung
V: Vakuum

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, umfassend die nachfolgenden Verfahrensschritte : a) Anlegen eines Unterdrucks an einen Arbeitsraum (2) durch eine mit dem Arbeitsraum (2) verbundene Unterdruck-Leitung (8), b) Zuführung des Produktstroms auf wenigstens eine in dem Arbeitsraum (2) angeordnete Heizwalze (4) über eine mit dem Arbeitsraum (2) verbundene und beheizbare Produkt- Zuleitung (3), c) Überführung des in dem Produktstrom enthaltenen Isocyanats in die Gasphase auf der mindestens einen Heizwalze (4) und Abführung des an der mindestens einen Heizwalze (4) gesammelten Rückstands über mindestens eine mit dem Arbeitsraum (2) verbundene Rückstands-Ableitung (7) und d) Kondensation des in die Gasphase überführten Isocyanats an einem in dem Arbeitsraum (2) angeordneten Kondensator (5) und kontinuierliche Abführung des an dem Kondensator (5) abgeschiedenen Isocyanats über wenigstens eine mit dem Arbeitsraum (2) sowie gegebenenfalls dem Kondensator (5) verbundene Isocyanat-Ableitung (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) eine rotierende, gekühlte Walze ist, an welcher mindestens eine Isocyanat- Abtrenneinrichtung (9) zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator (5) aus der Gasphase abgeschiedenen Isocyanats angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom durch Phosgenierung eines Amins, durch Phosgenierung eines Aminhydrochlorids, durch Phosgenierung eines Carbamatsalzes, nach dem Harnstoffverfahren oder durch Umsetzung eines Amins mit Dialkylcarbonaten erhalten wurde
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizwalze (4) eine Temperatur aufweist, welche 5 bis 50 Kelvin oberhalb der Verdampfungstemperatur des in die Gasphase zu überführenden Isocyanats bei dem im Arbeitsraum (2) herrschenden Druck liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an der mindestens einen Heizwalze (4) gebildete Rückstand mit Hilfe einer Rückstands- Abtrenneinrichtung (10), insbesondere eines Schabers, oder wenigstens eines Rückstands- Seitenaustrags (10) entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich aus der Gasphase abgeschiedene Isocyanat mit Hilfe eines Schabers (9) von der mindestens einen rotierenden, gekühlten Walze (5) entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende, gekühlte Walze (5) eine Temperatur aufweist, welche 5 bis 30 Kelvin unterhalb des Schmelzpunkts des in die Gasphase überführten Isocyanats bei dem im Arbeitsraum (2) herrschenden Druck liegt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Gasphase überführte Isocyanat einen Schmelzpunkt von 120 bis 135 °C, bestimmt gemäß DIN 51556:1963-07, aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Gasphase überführte Isocyanat ausgewählt ist aus aliphatischen und/oder aromatischen Diisocyanaten, vorzugsweise aus aromatischen Diisocyanaten, insbesondere aus Naphthylen-1,5- diisocyanat.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Druck von 0,1 bis 5 mbar, vorzugsweise bei 0,5 bis 5 mbar, insbesondere bei 1 bis 5 mbar durchgeführt wird.
10. Vorrichtung (1) zur Aufreinigung eines Produktstroms aus der Isocyanatsynthese, umfassend wenigstens einen Arbeitsraum (2), wenigstens eine mit dem Arbeitsraum (2) verbundene und beheizbare Produkt-Zuleitung (3) zur Zuführung des Produktstroms in den Arbeitsraum (2), wenigstens eine in dem Arbeitsraum (2) angeordnete Heiz walze (4), einen in dem Arbeitsraum (2) angeordneten Kondensator (5), wenigstens eine mit dem Arbeitsraum (2) sowie gegebenenfalls dem Kondensator (5) verbundene Isocyanat-Ableitung (6) zur Abführung des an dem Kondensator (5) abgeschiedenen Isocyanats, wenigstens eine mit dem Arbeitsraum (2) verbundene Rückstands-Ableitung (7) zur Abführung des an der wenigstens einen Heizwalze (4) gesammelten Rückstands und eine vorzugsweise auf Höhe des Kondensators (5) mit dem Arbeitsraum (2) verbundene Unterdruck-Leitung (8) zur Anlegung eines Unterdrucks an den Arbeitsraum (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) eine rotierende, gekühlte Walze ist, an welcher mindestens eine Isocyanat- Abtrenneinrichtung (9), insbesondere ein Schaber, zur kontinuierlichen Entfernung des an dem Kondensator (5) abgeschiedenen Isocyanats angeordnet ist
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitsraum wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Heizwalzen (4) bevorzugt im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an der wenigstens einen Heizwalze (4) wenigstens eine Rückstands-Abtrenneinrichtung (10), insbesondere ein Schaber, oder wenigstens ein Rückstands-Seitenaustrag (10) zur Entfernung des an der wenigstens einen Heizwalze (4) gesammelten Rückstands angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) oberhalb der wenigstens einen Heizwalze (4) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) in einer mit dem Arbeitsraum (2) verbundenen Kondensationskammer angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum (2) und der Kondensationskammer vorzugsweise seitlich oberhalb der wenigstens einen Heizwalze (4) und gegenüber der Produkt -Zuleitung (3) positioniert ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (2) eine äußere Ummantelung (12) zur Erhitzung des Arbeitsraums (2), insbesondere mittels Dampfs und/oder mittels Öl, aufweist.
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