WO2002000587A1 - Verfahren zur herstellung von hydroformylierungsprodukten des propylens und von acrylsäure und/oder acrolein - Google Patents

Verfahren zur herstellung von hydroformylierungsprodukten des propylens und von acrylsäure und/oder acrolein Download PDF

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acrolein
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Roland Krokoszinski
Ulrich Hammon
Kevin Todd
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of hydroformylation products of propylene and of acrylic acid and / or acrolein.
  • hydroformylation of propylene is an important industrial process for the preparation of hydroformylation products of propylene, i.e. H. Butyraldehyde and / or butanol.
  • the hydroformylation of propylene is carried out on an industrial scale in a continuous process in which propylene is fed together with carbon monoxide and hydrogen into a hydroformylation reactor and is reacted in the presence of a hydroformylation catalyst.
  • the reaction discharge generally contains significant amounts of unreacted propylene, which is separated off and, as a rule, returned to the hydroformylation reactor together with fresh carbon monoxide and hydrogen.
  • the propane which is present as an impurity in the propylene supplied or is formed by side reactions in the hydroformylation reactor and is not accessible to the hydroformylation is returned to the reactor.
  • a partial stream of the recycled propylene-containing stream has to be continuously removed from the process in order to avoid the introduction of the propylene feed or by side reaction remove formed propane from the system.
  • the leakage stream In addition to propane, the leakage stream also removes unreacted propylene from the system, which is therefore lost for further conversion. In order to keep these losses low, a high purity propylene feed is generally used.
  • Such a high purity propylene feed is, however, difficult to obtain and is therefore offered on the market at significantly higher prices than propylene of lower purity.
  • the so-called “chemical grade propylene” which contains about 3 to 7% propane, is significantly cheaper than the "polymer grade propylene" mentioned.
  • a propylene feed with a higher proportion of propane cannot easily be used in an industrial hydroformylation process for the reasons mentioned.
  • the leakage current would have to be chosen so high while at the same time losing unreacted propylene that the saving of the cheaper feedstock would be negated.
  • EP-A-0648730 discloses a process for producing an oxo product obtained from propylene, in which a gas stream separated from the product stream of a propylene hydroformylation is subjected to a selective adsorption of the propylene onto an adsorbent and subsequent desorption.
  • the alternating adsorption and desorption cycles require periodic pressure and / or temperature changes. The equipment required for this is complex and prone to failure.
  • Acrylic acid is an important basic chemical. Because of its reactive double bond, it is particularly suitable as a monomer for the preparation of polymers. The greater part of the amount of acrylic acid produced before the polymerization - for example.
  • the present invention is based on the object of specifying a process for the preparation of hydroformylation products of propylene which allows the use of propylene feeds with an admixture of propane and which permits the use of the propylene and / or propane supplied to be as complete as possible.
  • the invention therefore relates to a process for the preparation of hydroformylation products of propylene and of acrylic acid, in which
  • the stream consisting essentially of propylene and propane in the presence of molecular oxygen is subjected to a catalytic gas phase oxidation to acrylic acid and / or acrolein.
  • the inventors have found that the specific impurities which may be present in the propylene / propane stream separated from the reaction effluent from the hydroformylation, such as carbon monoxide, hydrogen, butyraldehyde, butanol etc., have the activity, selectivity and service life of those in the gas phase oxidation of
  • Suitable pressure-resistant reaction apparatuses for carrying out the hydroformylation are known to the person skilled in the art. These include the common reactors for gas-liquid reactions, such as. B. stirred kettles, gas circulation reactors, bubble columns, etc., which can be further divided by internals if necessary.
  • the propylene feed suitable as a starting material for the process according to the invention can contain an addition of propane in addition to propylene. It contains e.g. B. 0.5 to 40 wt .-%, preferably 2 to 30 wt .-%, in particular 3 to 10 wt .-%, propane.
  • propane e.g. B. 0.5 to 40 wt .-%, preferably 2 to 30 wt .-%, in particular 3 to 10 wt .-%, propane.
  • propane e.g. 0.5 to 40 wt .-%, preferably 2 to 30 wt .-%, in particular 3 to 10 wt .-%, propane.
  • propane e.g. 0.5 to 40 wt .-%, preferably 2 to 30 wt .-%, in particular 3 to 10 wt .-%, propane.
  • propane e.g. B. 0.5 to 40 wt .-%, preferably 2 to 30
  • Carbon monoxide and hydrogen are usually used in the form of a mixture, the so-called synthesis gas.
  • the composition of the synthesis gas used in the process according to the invention can vary within wide ranges.
  • the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen is generally 5: 1 to 1: 5, preferably 2: 1 to 1: 2, in particular approximately 45:55.
  • the temperature in the hydroformylation reaction is generally in the range from 50 to 200.degree. C., preferably about 60 to 190.degree. C., in particular about 90 to 190.degree.
  • the reaction is preferably carried out at a pressure in the range from about 10 to 700 bar, preferably 15 to 200 bar, in particular 15 to 60 bar.
  • the reaction pressure can be varied depending on the activity of the hydroformylation catalyst used.
  • Suitable hydroformylation catalysts are the usual transition metal compounds and complexes known to the person skilled in the art, which can be used both with and without cocatalysts.
  • the transition metal is preferably a metal from subgroup VIII of the periodic table and in particular Co, Ru, Rh, Pd, Pt, Os or Ir, in particular Rh, Co, Ir or Ru.
  • Particularly preferred hydroformylation catalysts for the hydroformylation of propylene are phosphorus-containing rhodium catalysts, such as RhH (CO) 2 (PPh 3 ) 2 or RhH (CO) (PPh 3 ) 3 .
  • Suitable hydroformylation catalysts are, for. B.
  • the discharge from the reaction zone can be subjected to a one- or multi-stage separation operation, at least one stream containing the main amount of the hydroformylation product, ie butyraldehyde and / or butanol, and a stream consisting essentially of unreacted propylene and propane.
  • further streams may be obtained, such as synthesis gas-containing waste gases, high-boiling by-products of hydroformylation and / or streams containing hydroformylation catalyst, which - if appropriate after working up - in whole or in part be returned to the reaction zone or removed from the process.
  • the hydroformylation product and, if appropriate, portions boiling higher than the hydroformylation product can first be separated off. Then a mixture of unreacted propylene and propane - e.g. B. by cooling - to be condensed out.
  • the stream consisting essentially of unreacted propylene and propane is expediently obtained by removing the discharge from the reaction zone, for example in a gas-liquid separator, if appropriate after the discharge has been let down to a lower pressure than that prevailing in the reactor , first separates a crude hydroformylation product which contains unreacted propylene and propane in solution, and then subjects the crude hydroformylation product to a degassing step in which a stream is obtained which essentially consists of unreacted propylene and propane.
  • reaction product separated from the crude hydroformylation product which generally contains unreacted synthesis gas, inert gas (for example methane, N 2 , C0) and part of the unreacted propylene and propane contained in the reaction product, generally becomes fully or partially returned to the reaction zone.
  • inert gas for example methane, N 2 , C0
  • the crude hydroformylation product can then optionally be further expanded, heated and / or treated with a stripping gas, for example synthesis gas.
  • a stripping gas for example synthesis gas.
  • the degassing is expediently carried out in a column, the crude hydroformylation product being fed in in the region of the middle of the column and the degassed hydroformylation product which is further removed in the column bottom being drawn off.
  • processing can be supplied, and wherein a liquid or gaseous stream is withdrawn at the top of the column, which consists essentially of unreacted propylene and propane.
  • the degassing of the crude hydroformylation product is advantageously carried out in a column at generally 4 to 12 bar, preferably 6 to 10 bar and particularly preferably 6 to 8 bar, the temperature in the bottom of the column in the range from .mu.m depending on the pressure used Generally 120 to 190 ° C, preferably 140 to 170 ° C and particularly preferably 140 to 160 ° C is kept.
  • a column As separating internals in the degassing column, e.g. Packs, fillers or bottoms are used, preferably packs are used.
  • the number of theoretical plates of the degassing column is generally in the range from 8 to 40, preferably in the range from 10 to 25 and particularly preferably in the range from 10 to 20.
  • the degassing column is advantageously operated in such a way that the butyraldehyde content in the propylene obtained therefrom and propane-containing stream does not exceed 0.5% by weight, preferably 0.1% by weight and particularly preferably 0.01% by weight.
  • the exact operating conditions of the degassing column can be routinely determined by the person skilled in the art on the basis of the known vapor pressures and evaporation equilibria of the components contained in the crude hydroformylation product using conventional calculation methods, in accordance with the separation performance of the column used.
  • the first degassing column is generally operated at a lower pressure than the second degassing column.
  • the first column can be operated under the pressure and temperature conditions specified above and the second column can be operated at a pressure of generally 6 to 30 bar, preferably 10 to 26 bar and at temperatures of generally 140 to 200 ° C.
  • This procedure allows degassing in the first column in a particularly gentle manner, whereas better degassing, for example of butyraldehydes, is achieved in the second column when degassing at higher pressure.
  • phase separator in the reflux line at the top of the degassing column, in which water distilled off azeotropically with propylene and propane (formed by condensation of the aldehydes to form high-boiling by-products) from the propylene-propane added to the column as reflux Mixture is separated.
  • the liquid propylene-propane mixture can also be passed through a phase separator before it is fed into the gas phase oxidation or, if particularly low water contents are desired, through a drying agent, such as molecular sieve 4 ⁇ or molecular sieve 3 ⁇ , for the purpose of separating the water.
  • the water content of an optionally gaseous propene-propane stream can, if desired, also be reduced by adsorption of the water on a drying agent, for example a 4 ⁇ molecular sieve or a 3 ⁇ molecular sieve.
  • phosphorus-containing compounds e.g. free ligand from hydroformylation
  • the crude hydroformylation product which contains unreacted propylene and propane in solution, can be separated from the discharge from the reaction zone in various ways.
  • a liquid discharge process can be used in which the liquid discharge essentially except for the synthesis gas used in excess for the hydroformylation is released from the reaction zone, the discharge into a liquid phase, which essentially consists of, due to the reduction in pressure high-boiling by-products, the homogeneously dissolved hydroformylation catalyst, part of the hydroformylation product and dissolved, unreacted propylene and propane, and a gas phase, which essentially consists of hydroformylation product, unreacted propylene and propane and unreacted carbon monoxide and hydrogen and inerts (e.g.
  • N 2 , C0 2 / methane is separated.
  • the liquid phase can, if appropriate after further separation of product aldehydes contained therein, be passed back into the reactor as a recycle stream.
  • the crude hydroformylation is at least partially condensed in the gas phase. received product. All or part of the gas phase remaining in the condensation is returned to the reaction zone.
  • the gas and liquid phases which primarily occur in the expansion stage can advantageously be worked up by the process described in WO 97/07086.
  • the liquid phase is heated and introduced into the upper region of a column, while the gas phase is introduced into the bottom of the column
  • liquid phase and gas phase are thus carried out in countercurrent.
  • the column is preferably filled with packing. Due to the intimate contact of the gas phase with the liquid phase, the residual amounts of hydroformylation product present in the liquid phase are
  • the gas stream leaving the column and the liquid phase leaving the column is carried out as described above, e.g. in a degassing column.
  • the so-called recycle gas process can be used, in which a gas stream is drawn off from the gas space of the hydroformylation reactor.
  • This gas stream essentially consists of synthesis gas, unreacted propylene and propane, the hydroformylation product formed in the hydroformylation reaction being carried along in accordance with the vapor pressure in the hydroformylation reactor.
  • the unreacted propylene and propane contained in the condensed, crude hydroformylation product can then, as described, e.g. be released in a degassing column.
  • the stream consisting essentially of unreacted propylene and propane contains e.g. B. 40 to 80 wt .-%, preferably 40 60 to 80 wt .-% propylene and 20 to 60 wt .-%, preferably 20 to 40 wt .-% propane.
  • the gaseous stream which consists essentially of unreacted propylene and propane, is subjected to catalytic gas phase oxidation for the production of acrylic acid and / or acrolein by methods known per se.
  • the stream can of course with propylene feeds from other sources, e.g. B. a steam cracker, mixed to form a feed for gas phase oxidation.
  • a mixture propene stream of the following composition for gas phase oxidation to acrolein and / or acrylic acid can result and be used:
  • Methane and / or ethane ⁇ 4000 ppm by weight
  • Acetylene ⁇ 1 ppm by weight
  • Chlorine-containing compounds ⁇ 1 ppm by weight (calculated as chlorine)
  • the feed which may be mixed with an inert diluent gas, is mixed with oxygen at elevated temperatures, usually 200 to 450.degree. C., and, if appropriate, increased pressure over a heterogeneous catalyst, generally transition metal, eg. B. molybdenum, vanadium, tungsten and / or iron-containing mixed oxide catalysts, passed and converted oxidatively into acrylic acid and / or acrolein.
  • a heterogeneous catalyst generally transition metal, eg. B. molybdenum, vanadium, tungsten and / or iron-containing mixed oxide catalysts, passed and converted oxidatively into acrylic acid and / or acrolein.
  • the conversion to acrylic acid can be carried out in one or two stages.
  • the propylene is oxidized to acrolein in a first stage and the acrolein is oxidized to acrylic acid in a second stage.
  • Preferred heterogeneous catalysts in the first stage are oxidic multicomponent catalysts based on the oxides of molybdenum, bismuth and iron, and in the second stage corresponding catalysts based on the oxides of molybdenum and vanadium are preferred.
  • the propane can serve as a diluent gas and / or feedstock in gas phase oxidation.
  • a suitable process in which propane is converted directly to acrylic acid as a starting material is described in EP-B-0608838.
  • this stream can be catalytically oxidized, such as, for example, before it is used as a feedstock in the production of acrylic acid.
  • the conversion of propylene to acrylic acid and / or acrolein is highly exothermic.
  • the propylene / propane stream is therefore advantageously with an inert diluent gas, for. B. diluted atmospheric nitrogen, carbon dioxide, methane and / or water vapor.
  • an inert diluent gas for. B. diluted atmospheric nitrogen, carbon dioxide, methane and / or water vapor.
  • shell-and-tube heat exchangers which are filled with the oxidation catalyst, since the majority of the heat released in the reaction is dissipated to the cooled reactor walls by heat conduction, convection and radiation can.
  • the acrylic acid z. B. by countercurrent absorption with a high-boiling inert solvent, for. B. diphenyl ether, diphenyl and / or dimethyl phthalate and the like, see DE 2136396 and DE-A-4308087 and then e.g. be isolated by distillation.
  • a high-boiling inert solvent for. B. diphenyl ether, diphenyl and / or dimethyl phthalate and the like, see DE 2136396 and DE-A-4308087 and then e.g. be isolated by distillation.
  • condensation in particular partial or total condensation
  • acrylic acid from the solution obtained by crystallization.
  • the condensation is preferably carried out in a column.
  • the condensable components of the gaseous product mixture from the gas phase oxidation are condensed out by cooling.
  • Suitable columns comprise at least one cooling device, for which all common heat exchangers or heat exchangers are suitable, in which the heat generated during the condensation is dissipated indirectly. Tube bundle heat exchangers, plate heat exchangers and air coolers are preferred. Suitable cooling media are, for example, air or cooling liquids, such as water in particular.
  • the pressure prevailing in the column depends on the amount of non-condensable components and is preferably 0.5 to 5 bar absolute pressure, in particular 0.8 to 3 bar absolute pressure.
  • the precise operating conditions for the column such as the temperature and pressure control, switching and arrangement of the cooling device (s), can be determined by a person skilled in the art as part of customary optimizations depending on the mixture composition.
  • the hot gas mixture is cooled directly or indirectly before the condensation.
  • the cooling medium is preferably that of high-boiling fraction used for fractional condensation.
  • a cooling medium which is not inherent in the system can be used, for example diphenyl ether, diphenyl and / or dimethyl phthalate.
  • the pre-cooling can be integrated in the bottom area of the column or separately from the column in its own apparatus, eg. B. a gas cooler, a quench or a flash pot.
  • the solution obtained in the condensation which contains acrylic acid, can then be crystallized.
  • the crystallization can be carried out continuously or batchwise, in one stage or in multiple stages.
  • the crystallization is preferably carried out in one stage.
  • the crystals of acrylic acid obtained are then separated from the mother liquor.
  • the mother liquor is advantageously at least partially returned to the stage of condensation of the gaseous product mixture.
  • a particularly preferred process for the production of acrylic acid is described in DE 197 40 252, to which reference is made in full.
  • the exhaust gas leaving the gas phase oxidation to acrolein and / or acrylic acid which, depending on the oxidation process used, contains unreacted propane as an essential value component, can e.g. used as a cracker raw material or as a raw material for a propane oxide hydrogenation plant, or else as a fuel for steam generation or energy generation.
  • the process according to the invention allows optimal use of the propylene raw material of the hydroformylation plant practically without any significant additional investments, since generally only one supply line has to be installed between the hydroformylation plant and the acrylic acid plant and, when the degassing column is operated according to the invention, to separate one for the acrolein / acrylic acid -Production of suitable propylene / propane electricity practically no significant, additional operating costs arise.
  • This mixture was fed to a degassing column (2.03 kg / h), where it was converted into a C 3 -free aldehyde stream (the crude oxo product) in the bottom (1.6 kg / h) and a mixture of 66% by weight of propylene and 34% by weight of propane at the top (0.44 kg / h).
  • the top draw was combined with the feed to the synthesis stage of an acrylic acid plant (0.33 kg / h "chemical grade propylene").
  • the feed accordingly had a composition of 78.4% by weight of propylene and 21.6% by weight of propane.
  • the feed stream was evaporated and passed together with air and nitrogen through a steel tube which contained an Mo-based oxidation catalyst 2, produced according to Example 1c), 1 of US Pat. No. 4,298,763, and was kept at a temperature of about 340.degree has been.
  • an Mo-based oxidation catalyst 2 produced according to Example 1c
  • a yield of acrolein of 87.4 and of acrylic acid of 1 mol% was obtained with a propylene conversion of 95.3 mol%.
  • the acrolein product mixture obtained above was passed through a second steel tube of the same design, which was filled with a catalyst for the oxidation of acrolein to acrylic acid, prepared according to Example 1 of US Pat. No. 4,259,211, without further workup .
  • a catalyst for the oxidation of acrolein to acrylic acid prepared according to Example 1 of US Pat. No. 4,259,211, without further workup .
  • the oxygen content of the reaction mixture at the outlet from the second steel tube was 3.2% by volume.
  • an acrylic acid yield of 95.2%, based on the acrolein used was achieved.

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens und von Acrylsäure und/oder Acrolein, bei dem man a) in eine Reaktionszone einen Propylen-haltigen Zulauf, der 2 bis 40 Gew.-% Propan enthält, sowie Kohlenmonoxid und Wasserstoff einspeist und in Gegenwart eines Hydroformylierungskatalysators zu Hydroformylierungsprodukten des Propens umsetzt, b) vom Austrag aus der Reaktionszone einen im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehenden Strom abtrennt, c) den im Wesentlichen aus Propylen und Propan bestehenden Strom in Gegenwart von molekularem Sauerstoff einer katalytischen Gasphasenoxidation zu Acrylsäure und/oder Acrolein unterwirft.

Description

Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens und von Acrylsaure und/oder Acrolein
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens und von Acrylsaure und/oder Acrolein.
Die Hydroformylierung von Propylen ist ein wichtiges großtechnisches Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens, d. h. Butyraldehyd und/oder Butanol.
Die Hydroformylierung von Propylen erfolgt großtechnisch in einem kontinuierlichen Verfahren, bei dem Propylen zusammen mit Kohlen- monoxid und Wasserstoff in einen Hydroformylierungsreaktor eingespeist und in Gegenwart eines Hydroformylierungskatalysators umgesetzt wird. Der Reaktionsaustrag enthält neben den Hydroformy- lierungsprodukten von Propylen in der Regel bedeutende Mengen an nicht umgesetztem Propylen, das abgetrennt und in der Regel zusammen mit frischem Kohlenmonoxid und Wasserstoff wieder dem Hydroformylierungsreaktor zugeführt wird. Mit dem zurückgeführten Propylen wird allerdings auch das als Verunreinigung im zugeführ- ten Propylen enthaltene oder durch Nebenreaktionen im Hydroformylierungsreaktor gebildete Propan, das der Hydroformylierung nicht zugänglich ist, in den Reaktor zurückgeführt. Um zu verhindern, dass die Propankonzentration im Hydroformylierungsreaktor kontinuierlich ansteigt und Werte erreicht, bei denen die Hydroformy- lierungsreaktion zum Erliegen kommt, muss laufend ein Teilstrom des zurückgeführten Propylen enthaltenden Stroms aus dem Verfahren ausgeleitet werden, um das mit dem Propylenzulauf eingeführte bzw. durch Nebenreaktion gebildete Propan aus dem System zu entfernen.
Mit dem Ausleitstrom wird neben Propan auch nicht umgesetztes Propylen aus dem System entfernt, das somit für die weitere Umsetzung verloren ist. Um diese Verluste gering zu halten, wird im Allgemeinen ein Propylenzulauf hoher Reinheit eingesetzt. Zur Hy- droformylierung wird üblicherweise ein Propylenzulauf einer Reinheit von etwa 99,5 % eingesetzt, das bisweilen als "Polymer Grade Propylen" bezeichnet wird, wobei der Rest im Wesentlichen aus Propan besteht. Ein derartiger Propylenzulauf hoher Reinheit ist allerdings nur aufwendig zu erhalten und wird demzufolge zu deutlich höheren Preisen auf dem Markt angeboten als Propylene niedrigerer Reinheit. So ist beispielsweise das sogenannte "Chemical Grade Propylen", das etwa 3 bis 7 % Propan enthält, deutlich billiger als das angesprochene "Polymer Grade Propylen" .
Ein Propylenzulauf mit einem höheren Anteil an Propan kann in einem industriellen Hydroformylierungsverfahren aus den genannten Gründen nicht ohne Weiteres eingesetzt werden. Um zu verhindern, dass die Propankonzentration im Hydroformylierungsreaktor derart hohe Werte erreicht, dass die Hydroformylierung zum Erliegen kommt, müsste der Ausleitstrom unter gleichzeitigem Verlust von nicht umgesetztem Propylen derart hoch gewählt werden, dass die Ersparnis des billigeren Einsatzstoffs zunichte gemacht würde.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, den vom Hydrofor ylie- rungsprodukt abgetrennten Strom in eine Propylen-angereicherte und eine Propylen-abgereicherte Fraktion zu trennen und nur die Propylen-angereicherte Fraktion in die Reaktionszone zurückzuführen. Die Trennung von Propylen und Propan ist allerdings aufgrund ihrer ähnlichen physikalischen Eigenschaften aufwendig. So offenbart die EP-A-0648730 ein Verfahren zur Herstellung eines aus Propylen gewonnenen Oxoprodukts, bei dem ein aus dem Produktstrom einer Propylen-Hydroformylierung abgetrennter Gasstrom einer selektiven Adsorption des Propylens an ein Adsorptionsmittel und anschließende Desorption unterworfen wird. Die alternierenden Ad- sorptions- und Desorptionscyclen erfordern periodische Druck- und/oder Temperaturwechsel. Die dazu benötigten Apparaturen sind aufwendig und störanfällig.
Acrylsaure ist eine bedeutende Grundchemikalie. Aufgrund ihrer reaktionsfähigen Doppelbindung eignet sie sich insbesondere als Monomeres zur Herstellung von Polymerisaten. Von der hergestell- ten Menge an Acrylsaure wird der größere Teil vor der Polymerisation - zu z. B. Klebstoffen, Dispersionen oder Lacken - ver- estert. Ein Teil der hergestellten Acrylsaure wird direkt - zu z. B. "Superabsorbern" - polymerisiert. Es ist bekannt, dass Acrylsaure durch heterogen katalysierte Gasphasenoxidation von Propylen mit molekularem Sauerstoff an festen Katalysatoren hergestellt werden kann, vergleiche z. B. DE-A-1962431, DE-A-2943707, DE-C-1205502, DE-A-19508558, EP-A-0257565, EP-A-0253409, DE-A-2251364 , EP-A-0117146, GB-B-150986 und EP-A-0293224. Eine Kopplung der Herstellung von Acrylsaure und/oder Acrolein und der Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens ist im Stand der Technik nicht beschrieben oder angeregt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens anzugeben, das den Einsatz von Propylenzulaufen mit einer Beimischung von Propan erlaubt, und eine möglichst vollständige stoffliche Nutzung des zugeführten Propylens und/oder Propans ge- stattet.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass ein vom Reaktions- austrag der Hydroformylierung von Propylen abgetrennter, im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehender Strom als Einsatzmaterial zur Herstellung von Acrylsaure und/oder Acrolein durch katalytische Gasphasenoxidation geeignet ist.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens und von Acrylsaure, bei dem man
a) in eine Reaktionszone einen Propylen-haltigen Zulauf sowie Kohlenmonoxid und Wasserstoff einspeist und in Gegenwart eines Hydroformylierungskatalysators zu Hydroformylierungspro- dukten des Propens umsetzt,
b) vom Austrag aus der Reaktionszone einen im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehenden Strom abtrennt,
c) den im Wesentlichen aus Propylen und Propan bestehenden Strom in Gegenwart von molekularem Sauerstoff einer katalytischen Gasphasenoxidation zu Acrylsaure und/oder Acrolein unterwirft.
Die Erfinder haben gefunden, dass die spezifischen Verunreinigungen, die im vom Reaktionsaustrag der Hydroformylierung abgetrennten Propylen/Propan-Strom enthalten sein können, wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Butyraldehyd, Butanol usw., die Aktivität, Selektivität und Standzeit der bei der Gasphasenoxidation von
Propylen zu Acrylsaure und/oder Acrolein eingesetzten heterogenen Katalysatoren nicht beeinträchtigen und sich auch bei der Aufarbeitung der dabei erhaltenen Reaktionsprodukte nicht störend auswirken. Geeignete druckfeste Reaktionsapparaturen zur Durchführung der Hydroformylierung sind dem Fachmann bekannt. Dazu zählen die allgemein üblichen Reaktoren für Gas-Flüssig-Reaktionen, wie z. B. Rührkessel, Gasumlaufreaktoren, Blasensäulen usw., die gegebenen- falls durch Einbauten weiter unterteilt sein können.
Der als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Propylenzulauf kann neben Propylen eine Beimischung von Propan enthalten. Er enthält z. B. 0,5 bis 40 Gew.-%, vorzugs- weise 2 bis 30 Gew.-%, insbesondere 3 bis 10 Gew.-%, Propan. Ein bevorzugtes Beispiel ist "Chemical Grade Propylen", das 3 bis 10 Gew.-% Propan enthält. Es wird z. B. durch Umsetzung von Naphtha oder Erdgas im Steamcracker und anschließende destilla- tive Aufarbeitung erhalten. Ein weiteres Beispiel eines geeigne- ten Propylenzulaufs ist auch das sogenannte "Refinery Grade Propylen", das Propangehalte von 20 bis 30 % aufweist.
Kohlenmonoxid und Wasserstoff werden üblicherweise in Form eines Gemischs, dem sogenannten Synthesegas, eingesetzt. Die Zusammen- Setzung des im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Synthesegases kann in weiten Bereichen variieren. Das molare Verhältnis von Kohlenmonoxid und Wasserstoff beträgt in der Regel 5 : 1 bis 1:5, vorzugsweis 2:1 bis 1:2, insbesondere etwa 45:55.
Die Temperatur bei der Hydroformylierungsreaktion liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 50 bis 200 °C, vorzugsweise etwa 60 bis 190 °C, insbesondere etwa 90 bis 190 °C. Die Umsetzung wird vorzugsweise bei einem Druck im Bereich von etwa 10 bis 700 bar, vorzugsweise 15 bis 200 bar, insbesondere 15 bis 60 bar durchge- führt. Der Reaktionsdruck kann in Abhängigkeit von der Aktivität des eingesetzten Hydroformylierungskatalysators variiert werden.
Geeignete Hydroformylierungskatalysatoren sind die üblichen, dem Fachmann bekannten Übergangsmetallverbindungen und -komplexe, die sowohl mit als auch ohne Cokatalysatoren eingesetzt werden können. Bevorzugt handelt es sich bei dem Übergangsmetall um ein Metall der VIII. Nebengruppe des Periodensystems und insbesondere um Co, Ru, Rh, Pd, Pt, Os oder Ir, insbesondere um Rh, Co, Ir oder Ru. Besonders bevorzugte Hydroformylierungskatalysatoren zur Hydroformylierung von Propylen sind phosphorhaltige Rhodiumkatalysatoren, wie RhH(CO)2(PPh3)2 oder RhH(CO) (PPh3)3. Geeignete Hy- droformylierungskatalysatoren werden z. B. in Beller et al., Journal of Molecular Catalysis A, 104 (1995), S. 17-85 beschrieben, worauf im vollen Umfang Bezug genommen wird. Zur Gewinnung eines Propylen und Propan enthaltenden Stroms bietet der Stand der Technik eine Vielzahl technischer Verfahren an, deren Anwendung für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Regel nicht kritisch ist, solange bestimmte Vorgaben er- füllt werden. So kann der Austrag aus der Reaktionszone einer ein- oder mehrstufigen Trennoperation unterzogen werden, wobei zumindest ein die Hauptmenge des Hydroformylierungsproduktes, d. h. Butyraldehyd und/oder Butanol, enthaltender Strom und ein im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehen- der Strom erhalten werden. In Abhängigkeit von Faktoren, wie der Art des Austragsverfahrens , Reinheit des eingesetzten Synthesegases usw. , werden gegebenenfalls weitere Ströme erhalten, wie Synthesegas-haltige Abgase, hochsiedende Nebenprodukte der Hydroformylierung und/oder Hydroformylierungskatalysator enthaltende Ströme, die - gegebenenfalls nach Aufarbeitung - ganz oder teilweise in die Reaktionszone zurückgeführt oder aus dem Verfahren ausgeschleust werden. Vom Austrag aus der Reaktionszone können beispielsweise zuerst das Hydroformylierungsprodukt und gegebenenfalls höher als das Hydroformylierungsprodukt siedende Anteile abgetrennt werden. Anschließend kann ein Gemisch von nicht umgesetztem Propylen und Propan - z. B. durch Abkühlung - auskondensiert werden.
Zweckmäßigerweise erhält man den im Wesentlichen aus nicht umge- setztem Propylen und Propan bestehenden Strom jedoch dadurch, dass man vom Austrag aus der Reaktionszone z.B. in einem Gas- Flüssigkeits-Abscheider, gegebenenfalls nach vorheriger Entspannung des Austrage auf einen niedrigeren Druck als den im Reaktor vorherrschenden, zuerst ein rohes Hydroformylierungsprodukt ab- trennt, welches nicht umgesetztes Propylen und Propan gelöst enthält, und das rohe Hydroformylierungsprodukt dann einem Entgasungsschritt unterzieht, bei dem ein Strom anfällt, der im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan besteht. Der Rest des vom rohen Hydroformylierungsprodukt abgetrennten Reakti- onsaustrags, der im allgemeinen nicht-umgesetztes Synthesegas, Inertgas (z.B. Methan, N2, C0 ) sowie einen Teil des im Reaktions- austrag enthaltenen nicht umgesetzten Propylens und des Propans enthält, wird in der Regel ganz oder teilweise in die Reaktionszone zurückgeführt.
Zur Entgasung des gelösten Propylens und Propans kann das rohe Hydroformylierungsprodukt dann gegebenenfalls weiter entspannt, erwärmt und/oder mit einem Strippgas, z.B. Synthesegas, behandelt werden. Zweckmäßigerweise führt man die Entgasung in einer Ko- lonne durch, wobei das rohe Hydroformylierungsprodukt im Bereich der Kolonnenmitte eingespeist und am Kolonnensumpf das entgaste Hydroformylierungsprodukt abgezogen wird, das der weiteren Aufar- beitung zugeführt werden kann, und wobei am Kolonnenkopf ein flüssiger oder gasförmiger Strom abgezogen wird, der im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan besteht.
Vorteilhaft wird die Entgasung des rohen Hydroformylierungspro- dukts in einer Kolonne bei im Allgemeinen 4 bis 12 bar, vorzugsweise 6 bis 10 bar und besonders bevorzugt 6 bis 8 bar durchgeführt, wobei je nach angewandtem Druck, die Temperatur im Sumpf der Kolonne im Bereich von im Allgemeinen 120 bis 190°C, vorzugs- weise 140 bis 170°C und besonders bevorzugt 140 bis 160°C gehalten wird. Als Trenneinbauten können in der Entgasungskolonne z.B. Packungen, Füllkörper oder Böden verwendet werden, vorzugsweise werden Packungen benutzt. Die Anzahl der theoretischen Böden der Entgasungskolonne liegt im Allgemeinen im Bereich von 8 bis 40, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 25 und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 Zweckmäßigerweise wird die Entgasungskolonne so betrieben, daß der Gehalt an Butyraldehyden im daraus erhaltenen Propylen- und Propan enthaltenden Strom 0,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,01 Gew.-% nicht übersteigt. Die genauen Betriebsbedingungen der Entgasungskolonne können entsprechend der Trennleistung der verwendeten Kolonne vom Fachmann anhand der bekannten Dampfdrucke und Verdampfungsgleichgewichte der im rohen Hydroformylierungsprodukt enthaltenen Komponenten nach herkömmlichen Berechnungsmethoden routinemäßig er- mittelt werden.
Vorteilhaft können statt einer einzigen Entgasungskolonne zwei Entgasungskolonnen verwendet werden, wobei diese vorzugsweise bei unterschiedlichen Bedingungen betrieben werden. Die erste Entga- sungskolonne wird bei dieser Ausgestaltung im allgemeinen bei einem niedrigeren Druck betrieben als die zweite Entgasungskolonne. Beispielsweise kann die erste Kolonne unter vorstehend angegebenen Druck- und Temperaturbedingungen betrieben und die zweite Kolonne bei einem Druck von im allgemeinen 6 bis 30 bar vorzugsweise 10 bis 26 bar und bei Temperaturen von im allgemeinen von 140 bis 200°C betrieben werden. Durch diese Verfahrensweise kann in der ersten Kolonne auf besonders schonende Weise entgast werden, wohingegen bei der Entgasung bei höherem Druck in der zweiten Kolonne eine bessere Abtrennung, beispielsweise von Butyraldehyden, erzielt wird.
Je nach Art des in der Gasphasenoxidation zu Acrolein und/oder Acrylsaure verwendeten Katalysators, kann es auch vorteilhaft sein, den Wassergehalt des aus der Entgasungskolonne gewonnenen, Propylen und Propan enthaltenden Stroms so einzustellen, daß er 50 ppm nicht übersteigt. Diese Maßnahme erweist sich zusätzlich dann als besonders vorteilhaft, wenn der Propen und Propan ent- haltende Strom der Acrolein- und/oder Acrylsäureanlage in flüssiger Form zugeführt wird. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß man z.B. in der Rückflußleitung am Kopf der Entgasungskolonne einen Phasenabscheider installiert, in dem azeotrop mit Propylen und Propan abdestilliertes Wasser (gebildet durch Kondensation der Aldehyde zu hochsiedenden Nebenprodukten) vom als Rückfluß auf die Kolonne gegebenen Propylen-Propan-Gemisch abgetrennt wird. Alternativ kann auch das flüssige Propylen-Propan-Gemisch vor seiner Zuführung in die Gasphasenoxidation über einen Phasen- abscheider oder, falls besonders niedrige Wassergehalte angestrebt werden, über ein Trocknungsmittel, wie Molekularsieb 4Ä oder Molekularsieb 3Ä, zwecks Abtrennung des Wassers geleitet werden. Der Wassergehalt eines gegebenenfalls gasförmigen Propen- Propan-Stroms kann gewünschtenfalls ebenfalls durch Adsorption des Wassers an einem Trocknungsmittel, z.B. Molekularsieb 4Ä oder Molekularsieb 3Ä, erniedrigt werden.
Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen gelingt es, den Gehalt des der Gasphasenoxidation zu Acrolein und/oder Acrylsaure oder gegebenenfalls einer dieser Gasphasenoxidation vorgeschalteten Oxidehydrierungsstufe, in der ein Teil des Propans einer oxidier- ten Dehydrierung zu Propylen unterzogen und somit der Propylen und Propan enthaltende Strom an Propylen angereichert wird, an Butyraldehyden und gewünschtenfalls an Wasser auf die vorstehend angegebenen Werte abzusenken. Phosphorhaltige Verbindungen (z.B. freier Ligand aus der Hydroformylierung) sind bei Anwendung der genannten Bedingungen in dem aus der Entgasungskolonne erhaltenen Propylen-Propan-Strom im Allgemeinen nicht nachweisbar.
Die Abtrennung des rohen Hydroformylierungsproduktes, das nicht umgesetztes Propylen und Propan gelöst enthält, vom Austrag aus der Reaktionszone kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es kann zum Beispiel ein Flüssigaustragsverfahren zum Einsatz kommen, bei dem der im Wesentlichen, bis auf das im Überschuss zur Hydrofor- mylierung eingesetzte Synthesegas, flüssige Austrag aus der Reaktionszone entspannt wird, wobei infolge der Druckerniedrigung der Austrag in eine Flüssigphase, die im Wesentlichen aus hochsiedenden Nebenprodukten, dem homogen gelösten Hydroformylierungskata- lysator, einem Teil des Hydroformylierungsprodukts und gelöstem, nicht umgesetztem Propylen und Propan besteht, und eine Gasphase, die im Wesentlichen aus Hydroformylierungsprodukt, nicht umgesetztem Propylen und Propan sowie nicht umgesetztem Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie Inerten (z.B. N2, C02/ Methan) besteht, aufgetrennt wird. Die Flüssigphase kann, gegebenenfalls nach weiter- er Abtrennung darin enthaltener Produktaldehyde, als Rückführstrom wieder in den Reaktor geleitet werden. Durch zumindest partielle Kondensation der Gasphase wird das rohe Hydroformylierung- sprodukt erhalten. Die bei der Kondensation zurückbleibende Gasphase wird ganz oder teilweise in die Reaktionszone zurückgeführt.
5 Mit Vorteil kann die in der Entspannungsstufe primär anfallende Gas- und Flüssigphase nach dem in der WO 97/07086 beschriebenen Verfahren aufgearbeitet werden. Zu diesem Zweck wird die Flüssigphase erwärmt und in den oberen Bereich einer Kolonne eingeleitet, während die Gasphase in den Sumpf der Kolonne eingeleitet
10 wird. Flüssigphase und Gasphase werden dadurch im Gegenstrom geführt. Um den gegenseitigen Kontakt der Phasen zu erhöhen, ist die Kolonne vorzugsweise mit Füllkörpern gefüllt. Durch den innigen Kontakt der Gasphase mit der Flüssigphase werden die in der Flüssigphase vorhandenen Restmengen an Hydroformylierungsprodukt,
15 nicht umgesetztem Propylen und Propan in die Gasphase transferiert, so dass der die Kolonne am Kopf verlassende Gasstrom im Vergleich zu dem am unteren Ende der Kolonne eingeführten Gasstrom an Hydroformylierungsprodukt sowie nicht umgesetztem Propylen und Propan angereichert ist. Die weitere Aufarbeitung des die
20 Kolonne verlassenden Gasstroms und der die Kolonne verlassenden Flüssigphase erfolgt wie oben beschrieben, z.B. in einer Entgasungskolonne .
Alternativ kann man nach dem sogenannten Kreisgasverfahren ver- 25 fahren, bei dem aus dem Gasraum des Hydroformylierungsreaktors ein Gasstrom abgezogen wird. Dieser Gasstrom besteht im Wesentlichen aus Synthesegas, nicht umgesetztem Propylen und Propan, wobei nach Maßgabe des Dampfdrucks im Hydroformylierungsreaktor das bei der Hydroformylierungsreaktion gebildete Hydroformylie- 30 rungsprodukt mitgeführt wird. Aus dem Gasstrom wird das mitgeführte rohe' Hydroformylierungsprodukt z. B. durch Abkühlen auskondensiert, und der vom Flüssiganteil befreite Gasstrom wird zurück in den Hydroformylierungsreaktor geführt. Das im auskondensierten, rohen Hydroformylierungsprodukt gelöst enthaltene, nicht 35 umgesetzte Propylen und Propan kann dann, wie beschrieben, z.B. in einer Entgasungskolonne freigesetzt werden.
Der im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehende Strom enthält z. B. 40 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 40 60 bis 80 Gew.-% Propylen und 20 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% Propan.
Lediglich beispielhaft wird nachstehend eine typische Zusammensetzung, einschließlich Verunreinigungen, eines nicht umgesetztes 45 Propylen und Propan enthaltenden Stroms, wie er bei der Entgasung mittels zweier Entgasungskolonnen und anschließender Trocknung mittels Molekularsieb 3Ä freigesetzt werden kann, angegeben:
Propylen 68 Gew.-% Propan 30 Gew.-%
Methan 1,7 Gew.-%
Kohlenmonoxid 0,28 Gew.-%
Kohlendioxid 0,38 Gew.-%
Ethan 0,20 Gew.-% Wasserstoff 350 Gew.-ppm
Butyraldehyde 10 Gew.-ppm
Wasser 5 Gew.-ppm.
Der gasförmige, im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehende Strom wird nach an sich bekannten Verfahren einer katalytischen Gasphasenoxidation zur Herstellung von Acrylsaure und/oder Acrolein unterworfen. Der Strom kann selbstverständlich mit propylenhaltigen Zuläufen aus anderen Quellen, z. B. einem Steamcracker, gemischt werden, um einen Zulauf zur Gasphasenoxidation zu bilden. In diesem Fall kann dann zum Beispiel ein Gemischpropenstrom der nachfolgenden Zusammensetzung für die Gasphasenoxidation zu Acrolein und/oder Acrylsaure resultieren und verwendet werden:
Propylen: > 94 Gew. -%
Propan: < 6 Gew. -%
Methan und/oder Ethan: < 4000 Gew. -ppm
C4-Kohlenwasserstoffe: < 5 Gew. -ppm
Acetylen: < 1 Gew. -ppm
Wasser: < 5 Gew. -ppm
Wasserstoff: < 100 Gew. -ppm
Sauerstoff: < 2 Gew. -ppm
Schwefelhaltige Verbindungen: < 2 Gew. -ppm
(berechnet als Schwefel)
Chlorhaltige Verbindungen: < 1 Gew. -ppm (berechnet als Chlor)
C02: < 1000 Gew. -ppm
CO: < 700 Gew. -ppm
Cyclopropan: < 10 Gew. -ppm
Propadien und/oder Propin: < 5 Gew. -ppm
Kohlenwasserstoffe > C5 (Grünöle): < 10 Gew.-ppm
Carbonylgruppen-haltige Verbin- düngen (berechnet als Ni(C04): 10 Gew.-ppm Butyraldehyde: < 2,5 Gew.-ppm P- und/oder As-haltige Verbindungen: nicht nachweisbar
Der gegebenenfalls mit einem inerten Verdünnungsgas gemischte Zu- lauf wird im Gemisch mit Sauerstoff bei erhöhten Temperaturen, üblicherweise 200 bis 450 °C, sowie gegebenenfalls erhöhtem Druck über einen heterogenen Katalysator, in der Regel übergangsmetallische, z. B. Molybdän, Vanadium, Wolfram und/oder Eisen enthaltende Mischoxidkatalysatoren, geleitet und dabei oxidativ in Acrylsaure und/oder Acrolein umgewandelt. Hierzu wird z. B. auf die DE-A-4405059, EP-A-0253409, EP-A-0092097 und DE-A-4431949 verwiesen. Die Umsetzung zu Acrylsaure kann einstufig oder zweistufig durchgeführt werden. Bei zweistufiger Reaktionsführung wird das Propylen in einer ersten Stufe zu Acrolein oxidiert und das Acrolein in einer zweiten Stufe zu Acrylsaure oxidiert. Als heterogene Katalysatoren sind in der ersten Stufe oxidische Mehrkomponenten-Katalysatoren auf der Basis der Oxide von Molybdän, Bismut und Eisen und in der zweiten Stufe entsprechende Katalysatoren auf der Basis der Oxide von Molybdän und Vanadium bevor- zugt.
Das Propan kann in der Gasphasenoxidation als Verdünnungsgas und/ oder Einsatzstoff dienen. Ein geeignetes Verfahren, bei dem Propan als Einsatzstoff direkt zu Acrylsaure umgesetzt wird, ist in der EP-B-0608838 beschrieben. Alternativ kann zur Erhöhung des Propylenanteils im bei der Hydroformylierung anfallenden Propy- len/Propan-Strom dieser Strom vor seiner Verwendung als Einsatzstoff bei der Herstellung von Acrylsaure einer katalytischen Oxidehydrierung, wie z. B. in Catalysis Today, 24 (1995), 307-313 oder der US-A-5510558 beschrieben, einer homogenen Oxidehydrierung oder einer katalytischen Dehydrierung, wie in der DE-A-19508558, EP-A-0293224 oder der EP-A-0117146 beschrieben, unterworfen werden.
Die Umsetzung von Propylen zu Acrylsaure und/oder Acrolein ist stark exotherm. Der Propylen/Propan-Strom wird daher in vorteilhafter Weise mit einem inerten Verdünnungsgas, z. B. Luftstickstoff, Kohlendioxid, Methan und/oder Wasserdampf verdünnt. Obwohl die Art der verwendeten Reaktoren an sich keiner Beschränkung un- terliegt, werden zweckmäßigerweise Rohrbündelwärmetauscher verwendet, die mit dem Oxidationskatalysator gefüllt sind, da bei diesen der überwiegende Teil der bei der Reaktion freiwerdenden Wärme durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung an die gekühlten Reaktorwände abgeführt werden kann. Bei der ein- oder zweistufigen katalytischen Gasphasenoxidation zu Acrylsaure wird nicht reine Acrylsaure, sondern ein gasförmiges Gemisch erhalten, das neben der Acryls ure als Nebenkompenen- ten im Wesentlichen nicht umgesetztes Acrolein und/oder Propylen, Propan, Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff, Sauerstoff, Essigsäure, Propionsäure, Formaldehyd, weitere Aldehyde und Maleinsäureanhydrid enthalten kann.
Aus den erhaltenen Reaktionsgasen kann die Acrylsaure z. B. durch Gegenstromabsorption mit einem hochsiedenden inerten Lösungsmittel, z. B. Diphenylether, Diphenyl und/oder Dimethylphthalat und dergleichen abgetrennt werden, vergleiche DE 2136396 und DE-A-4308087 und anschließend z.B. destillativ isoliert werden.
Andererseits ist es möglich, das in der Gasphasenoxidation erhaltene Reaktionsprodukt einer Kondensation, insbesondere einer Par- tial- oder Totalkondensation, zu unterziehen, und aus der erhaltenen Lösung die Acrylsaure durch Kristallisation abzutrennen. Die Kondensation wird vorzugsweise in einer Kolonne durchgeführt. Hierbei wird die Kolonne mit trennwirksamen Einbauten, insbesondere mit Packungen, Füllkörpern und/oder Böden, vorzugsweise Glockenböden, Siebböden, Ventilböden und/oder Dual-Flow-Böden, eingesetzt. Dabei werden die kondensierbaren Komponenten des gasförmigen Produktgemischs aus der Gasphasenoxidation fraktioniert durch Kühlung auskondensiert. Da das Gasgemisch in der Regel in Folge von Verunreinigungen und gegebenenfalls mitverwendeter Verdünnungsgase eine Schwersieder-, Mittelsieder- und Leichtsieder- fraktion sowie nicht kondensierbare Komponenten enthält, können bei der Kolonne an den entsprechenden Stellen ein oder mehrere Seitenabzüge vorgesehen sein. Die Kondensation in der Kolonne ermöglicht somit bereits eine Auftrennung in die einzelnen Komponenten. Geeignete Kolonnen umfassen wenigstens eine Kühlvorrichtung, wofür sich alle gängigen Wärmeübertrager oder Wärmetauscher eignen, bei denen die bei der Kondensation gebildete Wärme indi- rekt abgeführt wird. Bevorzugt sind Rohrbündelwärmetauscher, Plattenwärmetauscher und Luftkühler. Geeignete Kühlmedien sind z.B. Luft bzw. Kühlflüssigkeiten, wie insbesondere Wasser. Der in der Kolonne herrschende Druck hängt von der Menge an nicht kondensierbaren Komponenten ab und beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 bar Absolutdruck, insbesondere 0,8 bis 3 bar Absolutdruck. Die genauen Betriebsbedingungen für die Kolonne, wie die Te peratur- und Druckführung, Schaltung und Anordnung der Kühlvorrichtung(en), können vom Fachmann im Rahmen üblicher Optimierungen in Abhängigkeit von der Gemischzusammensetzung ermittelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das heiße Gasgemisch vor der Auskondensation direkt oder indirekt abgekühlt. Im Fall der direkten Kühlung wird als Kühlmedium vorzugsweise die bei der fraktionierten Kondensation anfallende Schwersiederfraktion verwendet. Alternativ kann ein nicht systemimmanentes Kühlmedium eingesetzt werden beispielsweise Diphenylether, Diphenyl und/oder Dimethylphthalat. Die Vorkühlung kann in den Sumpfbereich der Ko- lonne integriert oder getrennt von der Kolonne in einem eigenen Apparat, z. B. einem Gaskühler, einem Quench oder einem Flashtopf erfolgen.
Die bei der Kondensation erhaltene Lösung, die Acrylsaure ent- hält, kann anschließend kristallisiert werden. Die Kristallisation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, einstufig oder mehrstufig durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt die Kristallisation einstufig. Die erhaltenen Kristalle von Acrylsaure werden anschließend von der Mutterlauge abgetrennt. Mit Vorteil wird die Mutterlauge zumindest teilweise in die Stufe der Kondensation des gasförmigen Produktgemischs zurückgeführt. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Acrylsaure ist in der DE 197 40 252 beschrieben, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Das die Gasphasenoxidation zu Acrolein und/oder Acrylsaure verlassende Abgas, das je nach angewandtem Oxidationsverfahren als wesentliche Wertkomponente nicht umgesetztes Propan enthält, kann z.B. als Cracker-Rohstoff oder als Rohstoff für eine Propanoxide- hydrierungsanlage genutzt oder aber auch als Brennstoff zur Dampferzeugung oder Energiegewinnung verwendet werden.
Der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielte Verbund von Butyraldehyd- und Acrylsäureproduktion ermöglicht eine opti- male Ausnutzung des der Hydroformylierungsanlage zugeführten Pro- pylenrohstoffs bei minimalem Aufwand und verbessert auf diese Weise die Wirtschaftlichkeit beider Verfahren. So war es bislang zur nahezu vollständigen Nutzung des der Hydroformylierungsanlage zugeführten Propylens - wollte man den im Abgas der Hydroformy- lierungsanlage enthaltenden Wertstoff Propylen nicht einfach, jedoch unrentabel als Brennstoff benutzen - erforderlich, das nicht umgesetzte Propylen vor seiner Rückführung in den Hydroformylierungsreaktor vom darin enthaltenen Propan in einer aufwendig zu betreibenden Propen/Propan-Trennanlage zu trennen. Auch die Verwendung des Propen und Propan enthaltenden Abgases der Hydroformylierungsanlage als Rohstoff für einen Steamcracker, falls ein solcher am betreffenden Standort überhaupt zur Verfügung steht, ist aus wirtschaftlicher Sicht weniger vorteilhaft als das erfindungsgemäße Verfahren, da bezüglich des Propylenanteils in diesem Cracker-Rohstoff keine zusätzliche Wertschöpfung geschaffen wird. Eine andere Lösung zur möglichst vollständigen Nutzung des einer Hydroformylierungsanlage zugeführten Olefinrohstoffs wird in EP-A 188246 vorgeschlagen, nämlich die Nutzung des Propylen und Propan enthaltenden Abgases eines ersten Hydroformylierungsreaktors als Rohstoff in einem zweiten, vom ersten entkoppelten Hydroformylierungsreaktor. Doch auch diese Lösung ver- ursacht eine signifikante Zusatzinvestition für den zweiten, entkoppelten Reaktor und natürlich auch zusätzliche Betriebskosten. Hingegen erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine optimale Nutzung des Propylenrohstoffs der Hydroformylierungsanlage praktisch ohne nennenswerte zusätzliche Investitionen, da im Allge- meinen lediglich eine Versorgungsleitung zwischen Hydro- formylierungs- und Acrylsäureanlage zu installieren ist und beim erfindungsgemäßen Betrieb der Entgasungskolonne zur Abtrennung eines für die Acrolein/Acrylsäure-Produktion geeigneten Propylen/ Propan-Stroms praktisch keine nennenswerten, zusätzlichen Be- triebskosten entstehen.
Der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist überraschend, da der Fachmann zu befürchten hatte, dass die Verwendung des Propylen und Propan enthaltenden Abgasstroms aus einer Hydrofor- mylierungsanlage als Rohstoff zur Herstellung von Acrylsaure nachteilige Auswirkungen auf die Reinheit der daraus hergestellten Acrylsaure zur Folge hat und demzufolge deren Verwendungsund Vermarktungsmöglichkeiten einschränkt.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher veranschaulicht.
Beispiel
Einem Hydroformylierungsreaktor wurde ein Zulauf von 1 kg/h
"Chemical Grade Propylen" mit einem Gehalt von 95 Gew.-% Propylen und 5 Gew.-% Propan sowie das für die Umsetzung notwendige Synthesegas zugeführt. Das gebildete Produkt, ein Gemisch aus n- und iso-Butyraldehyd, wurde zusammen mit nicht umgesetztem Propylen sowie dem zugeführten und dem gebildeten Propan mit Hilfe eines Kreisgasstroms aus dem Reaktor ausgetragen. Die kondensierbaren Anteile wurden in einem nachgeschalteten Kühler niedergeschlagen und einem darauffolgenden Abscheider gesammelt. Das Kondensat enthielt 78,3 Gew.-% Butyraldehyd, 14,3 Gew.-% Propylen und 7,4 Gew.-% Propan. Dieses Gemisch wurde einer Entgasungskolonne zugeführt (2,03 kg/h), wo es in einen C3-freien Aldehydstrom (das Roh-Oxoproduk ) im Sumpf (1,6 kg/h) und ein Gemisch aus 66 Gew.-% Propylen und 34 Gew.-% Propan am Kopf (0,44 kg/h) aufgetrennt wurde. Der Kopfabzug wurde mit dem Zulauf zur Synthesestufe einer Acryl- säureanlage (0,33 kg/h "Chemical Grade Propylen") vereinigt. Der Zulauf wies dementsprechend eine Zusammensetzung von 78,4 Gew.-% Propylen und 21,6 Gew.-% Propan auf.
Der Zulaufstrom wurde verdampft und zusammen mit Luft und Stickstoff durch ein Stahlrohr geleitet, das einen Oxidationskatalysa- tor auf Mo-Basis 2, hergestellt gemäß Beispiel lc), 1 von US-A 4298763, enthielt und auf einer Temperatur von etwa 340 °C gehalten wurde. Durch Umsetzung mit Sauerstoff erhielt man darin bei einem Propylenumsatz von 95,3 Mol-% eine Ausbeute an Acrolein von 87,4 und an Acrylsaure von 1 Mol-%.
In einem zweiten Experiment wurde das vorstehend erhaltene Acro- lein-Produktgemisch ohne weitere Aufarbeitung durch ein zweites, gleich ausgestaltetes Stahlrohr geleitet, das mit einem Katalysator zur Oxidation von Acrolein zu Acrylsaure, hergestellt gemäß Beispiel 1 von US-A 4 259 211, gefüllt war. Vor dem Eintritt in das zweite Stahlrohr wurde dem Acrolein-Produktgemisch aus dem ersten Stahlrohr soviel Luft zugesetzt, dass am Austritt aus dem zweiten Stahlrohr der Sauerstoffgehalt des Reaktionsgemisches 3,2 Vol.-% betrug. Bei einer Temperatur von 291 °C im zweiten Stahlrohr (Reaktor) wurde bei einem Acroleinumsatz von 99,3 % eine Acrylsäureausbeute von 95,2 %, bezogen auf das eingesetzte Acrolein, erzielt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Hydroformylierungsprodukten des Propylens und von Acrylsaure und/oder Acrolein, bei dem man
a) in eine Reaktionsz'one einen Propylen-haltigen Zulauf sowie Kohlenmonoxid und Wasserstoff einspeist und in Gegenwart eines Hydroformylierungskatalysators zu Hydroformy- lierungsprodukten des Propens umsetzt,
b) vom Austrag aus der Reaktionszone einen im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehenden Strom abtrennt,
c) den im Wesentlichen aus Propylen und Propan bestehenden Strom in Gegenwart von molekularem Sauerstoff einer katalytischen Gasphasenoxidation zu Acrylsaure und/oder Acrolein unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Propylen-haltige Zulauf 2 bis 40 Gew.-% Propan enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem man den im Wesent- liehen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehenden
Strom dadurch erhält, dass man vom Austrag aus der Reaktionszone zuerst ein rohes Hydroformylierungsprodukt abtrennt, welches nicht umgesetztes Propylen und Propan gelöst enthält, und das rohe Hydroformylierungsprodukt einem Entgasungs- schritt unterzieht.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem der Austrag aus der Reaktionszone im Wesentlichen gasförmig ist und das rohe Hydroformylierungsprodukt durch partielle Kondensation des gasför- migen Austrags abgetrennt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem der Austrag aus der Reaktionszone im Wesentlichen flüssig ist, der flüssige Austrag entspannt wird, wobei eine Auftrennung in eine Flüssigphase, die im Wesentlichen aus hochsiedenden Nebenprodukten, dem homogen gelösten Hydroformylierungskatalysator und geringen Mengen an Hydroformylierungsprodukt, geringen Mengen an nicht umgesetztem Propylen und geringen Mengen an Propan besteht, und eine Gasphase, die im Wesentlichen aus Hydroformylierungsprodukt, nicht umgesetztem Propylen und Propan sowie nicht umgesetztem Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, er- folgt, und das rohe Hydroformylierungsprodukt durch zumindest partielle Kondensation der Gasphase erhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem man für den Entgasungsschritt, dem das rohe Hydroformylierungsprodukt unterzogen wird, zwei Entgasungskolonnen einsetzt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man als Hydroformylierungskatalysator einen phosphorhaltigen Rhodiumkatalysator verwendet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehende Strom mit einem inerten Verdünnungsgas gemischt und in Gegenwart von Sauerstoff in wenigstens einer Oxida- tionszone mit einem heterogenen Katalysator in Kontakt gebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , bei dem der im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehende Strom in ei- ner ersten Oxidationszone unter Erhalt eines Acrolein enthaltenden intermediären Produktgasgemischs mit einem ersten heterogenen Katalysator in Kontakt gebracht wird und das intermediäre Produktgasgemisch in einer zweiten Oxidationszone unter Erhalt eines Acrylsaure enthaltenden Produktgasgemischs mit einem zweiten heterogenen Katalysator in Kontakt gebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den im Wesentlichen aus nicht umgesetztem Propylen und Propan bestehenden Strom vor dessen katalytischer Gasphasenoxidation zu Acrylsaure und/oder Acrolein zur Erhöhung seines Propylen- anteils einer Oxidehydrierung unterzieht.
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