WO2005026100A1 - Verfahren zur herstellung von xylylendiamin (xda) - Google Patents

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WO2005026100A1
WO2005026100A1 PCT/EP2004/009881 EP2004009881W WO2005026100A1 WO 2005026100 A1 WO2005026100 A1 WO 2005026100A1 EP 2004009881 W EP2004009881 W EP 2004009881W WO 2005026100 A1 WO2005026100 A1 WO 2005026100A1
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WO
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phthalonitrile
quench
hydrogenation
separated
boilers
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Application number
PCT/EP2004/009881
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Inventor
Randolf Hugo
Sabine Jourdan
Kirsten Wenz
Thomas Preiss
Alexander Weck
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/44—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of carboxylic acids or esters thereof in presence of ammonia or amines, or by reduction of nitriles, carboxylic acid amides, imines or imino-ethers
    • C07C209/48—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of carboxylic acids or esters thereof in presence of ammonia or amines, or by reduction of nitriles, carboxylic acid amides, imines or imino-ethers by reduction of nitriles

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of xylylenediamine comprising the steps of ammoxidation of xylene to phthalonitrile and hydrogenation of the phthalonitrile.
  • Xylylenediamine bis (aminomethyl) benzene
  • Xylylenediamine is a useful starting material, e.g. for the synthesis of polyamides, epoxy hardeners or as an intermediate for the production of isocyanates.
  • xylylenediamine encompasses the three isomers ortho-xylylenediamine, meta-xylylenediamine (MXDA) and para-xylylenediamine.
  • EP-A2-1 113 001 (Mitsubishi Gas Chem. Comp.) Describes a process for the preparation of nitrile compounds by ammonoxidation of corresponding carbocyclic or heterocyclic compounds, excess ammonia being recycled from the reaction product. Also described is the direct contacting of the vaporous product of the ammoxidation step with a liquid organic solvent, which is in particular aliphatic or aromatic hydrocarbons. (Paragraphs [0045] and [0046]).
  • EP-A2-1 193 247 and EP-A1-1 279 661 (both Mitsubishi Gas Chem. Comp.) Relate to a process for the purification of iso-phthalonitrile (IPDN) and a process for the production of pure XDA, in which the phthalonitrile is synthesized by ammoxidation of xylene, the vaporous product of the ammoxidation stage being brought into direct contact with a liquid organic solvent (quench).
  • IPDN iso-phthalonitrile
  • XDA iso-phthalonitrile
  • the organic solvent is selected from alkylbenzenes, heterocyclic compounds, aromatic nitriles and heterocyclic nitriles and has a boiling point which is below that of phthalonitrile (EP-A2-1 193 247: column 4, paragraphs [0018] and [0019]; EP- A1-1 279 661: columns 4-5, paragraph [0023] and [0024]).
  • the hydrogenation of the phthalonitrile is carried out in the presence of ammonia and a solvent (EP-A2-1 193 247: Figure 1; EP-A1-1 279 661: column 7, paragraph [0037]).
  • EP-A2-1 193 244 Mitsubishi Gas Chem.
  • Preferred organic solvents are C 6 -C 12 aromatic hydrocarbons, such as xylene and pseudocumene (column 6, paragraphs [0027] and [0028]).
  • GB-A-852,972 (equivalent: DE-A-11 19 285) (BASF AG) discloses the use of ammonia as a solvent in the hydrogenation of PDN.
  • the object of the present invention was to find an improved economic process for the preparation of high-purity xylylenediamine, in particular meta-xylylenediamine, with a high yield and space-time yield (RZA), which can be achieved using state-of-the-art processes, particularly according to EP -A11 279 661, comparable throughput due to reduced material flows, in particular solvent flows, including recycle streams, reduced apparatus and machines.
  • RZA space-time yield
  • a process for the preparation of xylylenediamine comprising the steps of ammoxidation of xylene to phthalonitrile and hydrogenation of the phthalonitrile was found, which is characterized in that the vaporous product of the ammoxidation stage is brought into direct contact with a liquid organic solvent or with molten phthalonitrile (quench) , components with a boiling point higher than phthalonitrile (high boilers) are separated from the quench solution or suspension or phthalonitrile melt obtained, after the high boilers have been separated off and before the hydrogenation, components with a boiling point lower than phthalonitrile (low boilers) are separated off and the hydrogenation is carried out of the phthalonitrile is carried out in the presence of ammonia and in the absence of an organic solvent.
  • quench molten phthalonitrile
  • the process according to the invention is preferably used for the preparation of meta-xylylenediamine (MXDA) by hydrogenation of isophthalonitrile (IPDN), which is synthesized in a previous step by ammoxidation of meta-xylene.
  • MXDA meta-xylylenediamine
  • IPDN isophthalonitrile
  • the method according to the invention can be carried out as follows:
  • the ammoxidation of the methyl aromatic is preferably carried out on a multi-oxide catalyst with ammonia and an oxygen-containing gas (oxygen or air or both) in a fluidized bed reactor or a tube (bundle) reactor.
  • the reaction temperature is generally 300 to 500 ° C, preferably 330 to 480 ° C.
  • the catalyst preferably contains V, Sb and / or Cr and is particularly preferably composed of [V, Sb and alkali metals] or [V, Cr, Mo and B] in each case as an unsupported catalyst or on an inert support.
  • Preferred inert carriers are SiO 2 , Al 2 O 3 or a mixture of the two or steatite.
  • ammoxidation can also be carried out in accordance with the processes described in the applications EP-A2-1 113 001, EP-A2-1 193 247, EP-A1-1 279 661 and EP-A2-1 193 244.
  • the steam produced during the ammoxidation, containing the valuable product phthalonitrile, is brought into direct contact with a liquid organic solvent or with liquid, ie molten, phthalonitrile (preferably the isomer that corresponds to the synthesized PDN) (quench with a liquid organic Solvent or with melted phthalonitrile as quench liquid, quenching agent).
  • a liquid organic solvent or with liquid, ie molten, phthalonitrile preferably the isomer that corresponds to the synthesized PDN
  • the organic solvent used for the quench can also contain already dissolved or suspended phthalonitrile (preferably that isomer which corresponds to the synthesized PDN).
  • Preferred organic solvents for the quench are selected from the group consisting of aromatic hydrocarbons (in particular alkylaromatics, very particularly alkylbenzenes), heterocyclic compounds, aromatic nitriles and heterocyclic nitriles and mixtures thereof.
  • Examples of such usable solvents are o-xylene, m-xylene, p-xylene, pseudo-documol, mesitylene, ethylbenzene, methylpyridine, benzonitrile, m-tolunitrile, o-tolunitrile, p-tolunitrile, N-methyl-2-pyrrolidone ( NMP), THF, methanol and 1,4-dioxane.
  • Particularly preferred organic solvents are tolunitrile, benzonitrile and NMP and mixtures thereof.
  • the organic solvent for the quench has a lower boiling point than the synthesized PDN (at the same pressure).
  • the vaporous phthalonitrile is absorbed directly into the liquid organic solvent or the molten phthalonitrile by the quench, a solution and / or a suspension being produced in the case of the liquid organic solvent and a phthalonitrile melt containing the synthesized PDN being produced in the case of the molten phthalonitrile.
  • the organic solvent for the quench or the molten phthalonitrile for the quench can be used as a fresh feed with a purity of> 99% by weight, in particular> 99.5% by weight.
  • Organic solvent recovered from the process or phthalonitrile prepared according to the process can preferably be used as the quench liquid become.
  • the purity of the quench liquid can also be 99 99% by weight, for example 90-98% by weight, in particular if the substances are not foreign to the process (i.e. water, ammonia, benzonitrile, tolunitrile, xylene) Impurities.
  • the amount of the organic solvent used is generally such that solutions / suspensions with a phthalonitrile content of 15 to 75% by weight, preferably 25 to 60% by weight, are obtained after the quench (and before the solvent has been separated off) ,
  • the amount of molten phthalonitrile used depends essentially on the heat to be removed in the quench.
  • Phthalonitrile (PDN) in the liquid organic solvent or in the molten phthalonitrile is carried out in a quench apparatus, e.g. preferably in a falling film condenser (thin film, falling film or falling flow condenser), in a nozzle apparatus or in a column.
  • a quench apparatus e.g. preferably in a falling film condenser (thin film, falling film or falling flow condenser), in a nozzle apparatus or in a column.
  • the vaporous phthalonitrile can be used in cocurrent or in countercurrent with the liquid solvent or the molten one
  • Phthalonitrile are performed.
  • the vaporous phthalonitrile is introduced into the quench apparatus from above. It is advantageous to feed the liquid solvent or molten phthalonitrile tangentially at the top of the falling film condenser or to feed the liquid solvent or molten phthalonitrile through one or more nozzles in order to achieve complete wetting of the inner wall of the quenching apparatus.
  • the quench apparatus In the case of a quench column, the gas from the ammoxidation is introduced at the bottom of the column and the solvent is fed in at the top.
  • the quench apparatus can be equipped with internals such as floors, ordered packings or unordered fillings.
  • the organic solvent or molten phthalonitrile for the quench can be used in a single pass or as a circulating medium.
  • Part of the quench solution or suspension or phthalonitrile melt is advantageously circulated.
  • the quench solution or suspension or phthalodinitrile melt is cooled by means of a heat exchanger installed in the circuit.
  • the temperature of the circulating medium and the circulating volume flow are set and matched to one another in such a way that the desired temperature is reached in the quenching stage.
  • the temperature of the circulating medium is chosen to be lower, the smaller the volume flow of the circulating medium and vice versa, taking into account solubilities and melting points as well as the hydraulic loading limits of the quenching apparatus.
  • the flow rate of the fresh organic solvent depends on the quenching temperature. It is set so that the desired concentration of the PDN solution or suspension is obtained.
  • the circulating medium or the molten phthalonitrile is fed in together with the fresh solvent or separately from it at a suitable point in the quench apparatus.
  • the temperature of the liquid quench discharge is adjusted by tempering the organic solvent and / or the circulating medium, to 40 to 180 ° C., preferably 50 to 120 ° C., in particular 80 to 120 ° C.
  • the temperature of the liquid quench discharge is adjusted by temperature control of the molten phthalonitrile used and / or the circulating medium, specifically to 165 to 220 ° C., preferably 180 to 220 ° C., in particular 190 to 210 ° C.
  • the absolute pressure during quenching is generally 0.5 to 1.5 bar. Driving is preferably carried out at a slight excess pressure.
  • Xylene, water, NH 3 , CO 2 , N 2 etc. which are usually contained in the vaporous discharge of the ammoxidation, are only partially or practically not dissolved under quenching conditions in the quenching agent (organic solvent or molten phthalonitrile) and are removed from the Quench Appajat mostly separated in gaseous form.
  • High boilers are preferably removed by distillation.
  • the high boilers can be separated from the quench solution or suspension or phthalonitrile melt obtained in one or more evaporator stages connected in series or in a distillation column, the high boilers being removed via the bottom, while phthalonitrile together with the low boilers, including that in the quench any organic solvent used is separated off overhead.
  • a distillation column is preferably used for high boiler removal.
  • the column is preferably equipped with the usual internals for increasing the separation capacity, such as trays, ordered or unordered packings, etc.
  • the design of the column (in particular the number of plates, feed point, reflux ratio, etc.) can be carried out by the person skilled in the art according to methods which are familiar to the particular composition of the solution. It is preferred to operate under reduced pressure in order to limit the bottom temperature.
  • the organic solvent used in the quench is also separated off as low boilers.
  • the removal of the organic solvent is complete or essentially complete (i.e. residual content 0-5% by weight, in particular 0-2% by weight, very particularly 0-1% by weight, based on PDN).
  • This removal of the solvent and / or the low boilers can take place in one or more evaporator stages connected in series or in a distillation column overhead, while phthalonitrile is removed via the bottom.
  • a distillation column is preferably used, which is preferably equipped with the usual internals for increasing the separation capacity, such as trays, ordered or unordered packings, etc.
  • the design of the column (in particular the number of separation stages, feed point, reflux ratio, etc.) can be carried out by the person skilled in the art according to methods which are familiar to the particular composition of the solution or suspension.
  • the separation of high boilers via the bottom and the removal of low boilers overhead from the quench solution or suspension or phthalonitrile melt obtained is particularly preferably carried out in a single column which is designed as a side draw column.
  • the phthalonitrile is withdrawn in liquid form from a side draw in the rectifying section or in vapor form from a side draw in the stripping section of the column.
  • the design of the column (in particular the number of plates, feed point, reflux ratio, position of the side take-off, etc.) can be carried out by the person skilled in the art according to methods which are familiar to the particular composition of the solution. It is preferred to operate under reduced pressure (for example 30 to 250 mbar (abs.), In particular 50 to 100 mbar (abs.)) In order to limit the bottom temperature.
  • reduced pressure for example 30 to 250 mbar (abs.), In particular 50 to 100 mbar (abs.)
  • the high boilers are removed via the bottom and the low boilers are removed overhead using the quench solution or suspension or phthalonitrile melt obtained in a single column which is designed as a dividing wall column with a side draw.
  • the phthalonitrile is drawn off liquid from a side draw in the area of the partition.
  • Suitable dividing wall columns are known to the person skilled in the art e.g. from Hydrocarbon Processing, March 2002, page 50 B - 50 D; EP-A-1 040 857, DE-A1-101 00 552, WO-A-02/40434, US 4,230,533, EP-A1-638 778, EP-A1-1 181 964, WO-A-02/45811, EP-A1-1 205 460, DE-A1-198 13 720, EP-A1-1 084 741, known.
  • ammonia preferably in liquid form, is added to the PDN.
  • the ammonia can be added directly after the low boiler removal step or only in the hydrogenation stage.
  • the process according to the invention is characterized by carrying out the hydrogenation in the absence of an organic solvent (i.e. residual content 0-5% by weight, in particular 0-2% by weight, very particularly 0-1% by weight, based on PDN).
  • an organic solvent i.e. residual content 0-5% by weight, in particular 0-2% by weight, very particularly 0-1% by weight, based on PDN.
  • the weight ratio in the fresh feed of dinitrile to ammonia used is generally 1: 0.15 to 1:15, preferably 1: 0.5 to 1:10, particularly preferably 1: 1 to 1: 5.
  • the catalysts and reactors known to those skilled in the art for this reaction e.g. fixed bed or suspension procedure
  • processes continuous, semi-continuous, discontinuous
  • a trickle mode is preferred.
  • the hydrogenation reactor can be operated in a single pass.
  • a recycle procedure is also possible in which a part of the reactor discharge is returned to the reactor inlet, preferably without prior work-up of the recycle stream.
  • This allows an optimal dilution of the reaction solution to be achieved, which has a favorable effect on the selectivity.
  • the circuit stream can be cooled in a simple and inexpensive manner by means of an external heat exchanger, and the heat of reaction can thus be removed.
  • the reactor can also be operated adiabatically, the temperature rise in the reaction solution being able to be limited by the cooled circuit stream. Since the reactor does not have to be cooled even then, a simple and inexpensive design is possible.
  • a cooled tube-bundle reactor is an alternative.
  • Catalysts which contain cobalt and / or nickel and / or iron, as a full catalyst or on an inert support, are preferred.
  • the reaction temperatures are generally 40 to 150 ° C, preferably 40 to 120 ° C.
  • the pressure is generally 40 to 300 bar, preferably 100 to 200 bar.
  • the xylylenediamine is preferably purified by distilling off low-boiling by-products (at the same pressure) overhead and separating heavy-boiling impurities by distillation via the bottom.
  • the low-boiling and heavy-boiling by-products can also be separated off in a side draw or dividing wall column, pure xylylenediamine being obtained via a liquid or gaseous side draw.
  • the product (XDA) is additionally extracted with an organic solvent, preferably an aliphatic hydrocarbon, in particular a cycloaliphatic hydrocarbon, very particularly cyclohexane or methylcyclohexane.
  • This cleaning by extraction can e.g. according to DE-A-1 074 592.
  • Figure 1 in the system provides a schematic overview of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the optional process steps for "extractive XDA cleaning" are shown in dashed lines.
  • FIG. 2 shows a schematic of the quenching step with subsequent high boiler removal and subsequent low boiler removal (incl. Quench solvent).
  • a catalyst of the composition V 4 Sb 3 Wo, 4 Cso, 2 on steatite was installed as a fixed bed in a tubular reactor.
  • the apparatus was heated from the outside to 400 ° C.
  • the front part of the reactor was filled with an inert bed so that the feedstocks premixed and preheated to 400 ° C. reached the reaction zone. There was a slight overpressure of 0.2 bar in the reactor.
  • the hot spot temperature reached 450 ° C. With a conversion (U) of m-xylene of 79%, a selectivity (S) to IPDN of 68% was obtained.
  • the gas mixture emerging from the reactor is quenched in a column with tolunitrile.
  • a solution of IPDN in tolunitrile which contains 1% by weight of m-xylene, 0.3% by weight of water, 0.1% by weight of benzonitrile and 80% by weight of tolunitrile, is discharged from the quench column at 120 ° C. and 18.7 wt% IPDN.
  • Unreacted reaction gases and inert gases as well as unreacted m-xylene and some tolunitrile are withdrawn in gaseous form at the top of the quench column.
  • This gas can be worked up to convert the valuable substances (in particular NH 3 , m-xylene and tolunitrile) into the reaction stage or into traced the quench circle.
  • Inert and accompanying components H 2 O, benzonitrile, N 2 , CO 2 , etc.
  • IPDN IPDN in tolunitrile obtained after the quench is carried at 70 mbar (abs.)
  • the bottom temperature of the column is 200 ° C, the top temperature 145 ° C.
  • the top draw stream is direct, i.e. without condensation on one of the middle stages of a second column, which is also operated at 70 mbar (abs.). IPDN is removed in a purity of more than 99.9% from the bottom, while solvents and secondary components are removed overhead.
  • the bottom temperature of this column is 185 ° C.
  • IPDN obtained is dissolved in liquid ammonia in a stirred tank
  • MXDA is obtained as the top product of a distillation column in a purity of more than 99.9% by weight.
  • the data of the quenching step and the distillations given above are the results of a thermodynamic simulation.
  • the quench was calculated as an apparatus in which there is thermodynamic equilibrium between the gas and liquid phases.
  • real binary data were used in the calculation. Such calculations can be carried out using commercial computer programs, here: Aspen Plus, which are familiar to the person skilled in the art.
  • IPDN IPDN in NMP
  • solubility of IPDN in NMP is approx. 26% by weight at 60 ° C and approx. 41% by weight at 90 ° C.
  • pseudocumene only has a solubility of 20% by weight and mesitylene only 12% by weight.
  • the solubility of IPDN in mesitylene or pseudocumene is in each case less than 10% by weight.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Xylylendiamin umfassend die Schritte: Ammonoxidation von Xylol zu Phthalodinitril und Hydrierung des Phthalodinitrils, wobei das dampfförmige Produkt der Ammonoxidationsstufe direkt mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel oder mit geschmolzenen Phthalodinitril in Kontakt gebracht wird (Quench), aus der erhaltenen Quenchlösung oder -suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze Komponenten mit einem Siedepunkt höher als Phthalodinitril (Hochsieder) abgetrennt werden, nach der Abtrennung der Hochsieder und vor der Hydrierung eine Abtrennung von Komponenten mit einem Siedepunkt niedriger als Phthalodinitril (Leichtsieder) erfolgt und die Hydrierung des Phthalodinitrils in Gegenwart von Ammoniak und in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Xylylendiamin (XDA)
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Xylylendiamin umfassend die Schritte Ammonoxidation von Xylol zu Phthalodinitril und Hydrierung des Phthalodinitrils.
Xylylendiamin (Bis(aminomethyl)benzol) ist ein nützlicher Ausgangsstoff, z.B. für die Synthese von Polyamiden, Epoxyhärtern oder als Zwischenstufe zur Herstellung von Isocyanaten.
Die Bezeichnung „Xylylendiamin" (XDA) umfasst die drei Isomere ortho-Xylylendiamin, meta-Xylylendiamin (MXDA) und para-Xylylendiamin.
Der Begriff „Phthalodinitril" (PDN) umfasst die drei Isomere 1 ,2-Dicyanbenzol = o- Phthalodinitril, 1 ,3-Dicyanbenzol = Isophthalodinitril = IPDN und 1 ,4-Dicyanbenzol = Terephthalodinitril.
Die zweistufige Synthese von Xylylendiamin durch Ammonoxidation von Xylol und anschließender Hydrierung des erhaltenen Phthalodinitrils ist bekannt.
EP-A2-1 113 001 (Mitsubishi Gas Chem. Comp.) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Nitrilverbin ungen durch Ammonoxidation entsprechender carbocyclischer oder heterocyclische Verbindungen, wobei überschüssiger Ammoniak aus dem Reaktionsprodukt recycliert wird. Beschrieben wird auch das direkte in Kontakt bringen des dampfförmigen Produkts der Ammonoxidationsstufe mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel, bei dem es sich insbesondere um aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe handelt. (Absätze [0045] und [0046]).
EP-A2-1 193 247 und EP-A1-1 279 661 (beide Mitsubishi Gas Chem. Comp.) betreffen ein Verfahren zur Reinigung von iso-Phthalodinitril (IPDN) bzw. ein Verfahren zur Herstellung von reinem XDA, in dem das Phthalodinitril durch Ammonoxidation von Xylol synthetisiert wird, wobei das dampfförmige Produkt der Ammonoxidationsstufe direkt mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird (Quench). Das organische Lösungsmittel ist ausgewählt aus Alkylbenzole, heterocyclische Verbindungen, aromatische Nitrile und heterocyclische Nitrile und hat einen Siedepunkt, der unter dem von Phthalodinitril liegt (EP-A2-1 193 247: Spalte 4, Absatz [0018] und [0019]; EP-A1-1 279 661 : Spalten 4-5, Absatz [0023] und [0024]). Die Hydrierung des Phthalodinitrils wird in Gegenwart von Ammoniak und eines Lösungsmittel durchgeführt (EP-A2-1 193 247: Figure 1 ; EP-A1 -1 279 661 : Spalte 7, Absatz [0037]). EP-A2-1 193 244 (Mitsubishi Gas Chem. Comp.) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von XDA durch Hydrierung von Phthalodinitril, welches in einer vorherigen Stufe durch Ammonoxidation von Xylol synthetisiert wird, wobei das dampfförmige Produkt der Ammonoxidationsstufe direkt mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird (Quench) und die erhaltene Quenchlösung oder -Suspension der Hydrierung zugeführt wird.
Bevorzugte organische Lösungsmittel sind C6-C12 aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Xylol und Pseudocumol (Spalte 6, Absatz [0027] und [0028]).
DE-A-21 64 169 beschreibt auf Seite 6, letzter Absatz, die Hydrierung von IPDN zu meta-XDA in Gegenwart eines Ni- und/oder Co-Katalysators in Ammoniak als Lösungsmittel.
GB-A-852,972 (Äquivalent: DE-A-11 19 285) (BASF AG) offenbart die Verwendung von Ammoniak als Lösungsmittel in der Hydrierung von PDN.
Fünf parallele BASF-Patentanmeldungen mit jeweils gleichem Anmeldetag betreffen jeweils Verfahren zur Herstellung von XDA.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von hoch reinem Xylylendiamin, insbesondere meta- Xylylendiamin, mit hoher Ausbeute und Raum-Zeit-Ausbeute (RZA) aufzufinden, welches bei mit Verfahren dos Stands der Technik, insbesondere gemäß EP-A11 279 661 , vergleichbaren Durchsä an aufgrund verringerter Stoffströme, insbesondere Lösungsmittelströme, inkl. Rückführströme, verkleinerte Apparate und Maschinen ermöglicht.
Demgemäss wurde ein Verfahren zur Herstellung von Xylylendiamin umfassend die Schritte Ammonoxidation von Xylol zu Phthalodinitril und Hydrierung des Phthalodinitrils gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das dampfförmige Produkt der Ammonoxidationsstufe direkt mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel oder mit geschmolzenen Phthalodinitril in Kontakt gebracht wird (Quench), aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze Komponenten mit einem Siedepunkt höher als Phthalodinitril (Hochsieder) abgetrennt werden, nach der Abtrennung der Hochsieder und vor der Hydrierung eine Abtrennung von Komponenten mit einem Siedepunkt niedriger als Phthalodinitril (Leichtsieder) erfolgt und die Hydrierung des Phthalodinitrils in Gegenwart von Ammoniak und in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittel durchgeführt wird. Bevorzugt findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung zur Herstellung von meta-Xylylendiamin (MXDA) durch Hydrierung von Isophthalodinitril (IPDN), welches in einer vorherigen Stufe durch Ammonoxidation von meta-Xylol synthetisiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich wie folgt ausführen:
Ammonoxidationsstufe:
Die Ammonoxidation von Xylol (o-, m- oder p-Xylol) zum entsprechenden Phthalodinitril (ortho-Xylol -> o-Phthalodinitril; meta-Xylol - Isophthalodinitril; para-Xylol -> Te- rephthalodinitril) wird im allgemeinen nach dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt.
Die Ammonoxidation des Methylaromaten wird bevorzugt durchgeführt an einem Multi- oxidkatalysator mit Ammoniak und einem sauerstoffhaltigen Gas (Sauerstoff oder Luft oder beides) in einem Wirbelschichtreaktor oder einem Rohr(bündel)reaktor.
Die Reaktionstemperatur liegt dabei im allgemeinen bei 300 bis 500°C, bevorzugt bei 330 bis 480°C.
Der Katalysator enthält bevorzugt V, Sb und/oder Cr und setzt sich besonders bevorzugt zusammen aus [V, Sb und Alkalimetallen] oder [V, Cr, Mo und B] jeweils als Vollkatalysator oder auf einem inerten Träger.
Als inerter Träger sind bevorπ-gt SiO2, AI2O3 oder ein Gemisch der beiden oder Steatit.
Solch eine Verfahrensweise ist z.B. in den BASF-Patentanmeldungen EP-A-767 165 und EP-A-699 476 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Auch die BASF-Patentanmeldungen EP-A-222 249, DE-A-35 40 517 und DE-A-37 00 710 offenbaren geeignete Ammonoxidationskatalysatoren.
Die Ammonoxidation kann auch gemäß den in den eingangs zitierten Anmeldungen EP-A2-1 113 001 , EP-A2-1 193 247, EP-A1 -1 279 661 und EP-A2-1 193 244 beschrie- benen Verfahren durchgeführt werden.
Quench:
Der bei der Ammonoxidation produzierte Dampf, enthaltend das Wertprodukt Phthalo- dinitril, wird direkt mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel oder mit flüssigem, also geschmolzenem, Phthalodinitril (bevorzugt dasjenige Isomer, das dem synthetisierten PDN entspricht) in Kontakt gebracht (Quench mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel oder mit geschmolzenem Phthalodinitril als Quenchflüssigkeit, Quench- mittel).
Das für den Quench verwendete organische Lösungsmittel kann auch bereits gelöstes oder suspendiertes Phthalodinitril (bevorzugt dasjenige Isomer, das dem synthetisierten PDN entspricht) enthalten.
Bevorzugte organische Lösungsmittel für den Quench sind ausgewählt aus der Gruppe aromatische Kohlenwasserstoffe (insbesondere Alkylaromaten, ganz besonders Alkyl- benzole), heterocyclische Verbindungen, aromatische Nitrile und heterocyclische Nitrile und Mischungen hiervon.
Beispiele für solche verwendbaren Lösungsmittel sind o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Pseu- documol, Mesitylen, Ethylbenzol, Methylpyridin, Benzonitril, m-Tolunitril, o-Tolunitril, p- Tolunitril, N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), THF, Methanol und 1 ,4-Dioxan.
Als organisches Lösungsmittel besonders bevorzugt sind Tolunitril, Benzonitril und NMP und Mischungen hiervon.
Das organische Lösungsmittel für den Quench hat einen niedrigeren Siedepunkt als das synthetisierte PDN (bei gleichem Druck).
Durch die plötzliche Temperaturabsenkung beim in Kontakt bringen des dampfförmigen Phthalodinitrils mit dem flüssigen Lösungsmittel oder mit dem geschmolzenem Phthalodinitril (Quench) wird die BΪitiung von unerwünschten Neben- und Zersetzungsprodukten, die zur Qualitätsminderung des Phthalodinitrils und schließlich des XDAs führen, verringert.
Das dampfförmige Phthalodinitril wird durch den Quench direkt in das flüssige organi- sehe Lösungsmittel oder das geschmolzene Phthalodinitril aufgenommen, wobei im Falle des flüssigen organischen Lösungsmittels eine Lösung und/oder eine Suspension und im Falle des geschmolzenen Phthalodinitrils eine Phthalodinitrilschmelze enthaltend das synthetisierte PDN entsteht.
Das organische Lösungsmittel für den Quench bzw. das geschmolzene Phthalodinitril für den Quench kann als Frischzulauf mit einer Reinheit > 99 Gew.-%, insbesondere > 99,5 Gew.-%, eingesetzt werden.
Bevorzugt kann aus dem Verfahren zurückgewonnenes organisches Lösungsmittel oder verfahrensgemäß hergestelltes Phthalodinitril als Quenchflüssigkeit eingesetzt werden. Hier kann die Reinheit der Quenchflüssigkeit auch ≤ 99 Gew.-%, z.B. 90- 98 Gew.-%, betragen, insbesondere dann, wenn es sich nicht um verfahrensfremde Substanzen (also u.a. um Wasser, Ammoniak, Benzonitril, Tolunitril, Xylol) als Verunreinigungen handelt.
Die Menge des verwendeten organischen Lösungsmittels ist im allgemeinen so bemessen, dass nach dem Quench (und vor der Lösungsmittelabtrennung) Lösungen/Suspensionen mit einem Phthalodinitril-Gehalt von 15 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 60 Gew.-%, erhalten werden.
Im Fall von geschmolzenem Phthalodinitril als Quenchmittel richtet sich die Menge des verwendeten geschmolzenen Phthalodinitrils im wesentlichen nach der im Quench abzuführenden Wärme.
Die Einleitung des dampfförmigen Austrags der Ammonoxidation, enthaltend das
Phthalodinitril (PDN), in das flüssige organische Lösungsmittel bzw. in das geschmolzene Phthalodinitril erfolgt in einem Quenchapparat, z.B. bevorzugt in einem Fallfilmkondensator (Dünnschicht-, Rieselfilm- oder Fallstromkondensator), in einem Düsenapparat oder in einer Kolonne. Dabei kann das dampfförmige Phthalodinitril im Gleich- oder im Gegenstrom mit dem flüssigen Lösungsmittel bzw. dem geschmolzenen
Phthalodinitril geführt werden. Bei Gleichstromführung wird das dampfförmige Phthalodinitril von oben in den Quenchapparat eingeleitet. Vorteilhaft ist die tangentiale Zufuhr des flüssigen Lösungsmittels bzw. geschmolzenen Phthalodinitrils am Kopf des Fallfilmkondensators oder die Zufuhr des flüssigen Lösungsmittels bzw. geschmolzenen Phthalodinitrils durch eine oder mehrere Düsen um eine vollständige Benetzung der Innenwand des Quenchapparates zu erreichen.
Im Falle einer Quenchkolonne wird das Gas aus der Ammonoxidation am Kolonnensumpf aufgegeben und das Lösungsmittel am Kopf zugeführt. Der Quenchapparat kann zur Vergrößerung der zur Kondensation verfügbaren Oberfläche mit Einbauten wie Böden, geordneten Packungen oder ungeordneten Schüttungen ausgerüstet sein.
Das organische Lösungsmittel bzw. geschmolzene Phthalodinitril für den Quench kann im einmaligen Durchlauf oder als Kreislaufmedium eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise wird ein Teil der Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodi- nitrilschmelze im Kreis gefahren (Kreislauf). Mittels eines im Kreislauf eingebauten Wärmeüberträgers wird die Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze gekühlt.
Dabei werden die Temperatur des Kreislaufmediums und der Kreislaufmengenstrom so eingestellt und aufeinander abgestimmt, dass die gewünschte Temperatur im Quen- chausthtt erreicht wird. Die Temperatur des Kreislaufmediums wird umso niedriger gewählt, je kleiner der Mengenstrom des Kreislaufmediums ist und umgekehrt, wobei Löslichkeiten und Schmelzpunkte sowie die hydraulischen Belastungsgrenzen des Quenchapparates zu berücksichtigen sind.
Der Mengenstrom des frisch zulaufenden organischen Lösungsmittels ist von der Quenchtemperatur abhängig. Er wird so eingestellt, dass die gewünschte Konzentration der PDN-Lösung oder -Suspension erhalten wird.
Da die Löslichkeit von PDN im organischen Lösungsmittel mit zunehmender Temperatur ansteigt, kann mit zunehmender Quenchaustrittstemperatur eine höhere PDN- Konzentration im Lösungsmittel gefahren werden.
Das Kreislaufmedium bzw. das geschmolzenem Phthalodinitril wird gemeinsam mit dem frischen Lösungsmittel oder davon getrennt an geeigneter Stelle des Quenchap- parats zugefahren. '
Im allgemeinen wird durch Temperierung des eingesetzten organischen Lösungsmit- tels und/oder des Kreislaufmediums die Temperatur des flüssigen Quenchaustrags eingestellt, und zwar auf 40 bis 180°C, bevorzugt 50 bis 120°C, insbesondere 80 bis 120°C.
Im Fall von geschmolzenem Phthalodinitril als Quenchmittel wird durch Temperierung des eingesetzten geschmolzenen Phthalodinitrils und/oder des Kreislaufmediums die Temperatur des flüssigen Quenchaustrags eingestellt, und zwar auf 165 bis 220°C, bevorzugt 180 bis 220°C, insbesondere 190 bis 210°C.
Der Absolutdruck beim Quenchen beträgt im allgemeinen 0,5 bis 1 ,5 bar. Bevorzugt wird bei leichtem Überdruck gefahren. Xylol, Wasser, NH3, CO2, N2 etc., die im dampfförmigen Austrag der Ammonoxidation in der Regel enthalten sind, werden unter Quenchbedingungen im Quenchmittel (organisches Lösungsmittel bzw. geschmolzenes Phthalodinitril) nur teilweise oder praktisch nicht gelöst und werden aus dem Quench-Appajat überwiegend gasförmig abgetrennt.
Abtrennung von Produkten mit einem Siedepunkt höher als Phthalodinitril (bei gleichem Druck) (Hochsiedern) aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze:
Abtrennung von Hochsiedern erfolgt bevorzugt destillativ.
Die Abtrennung von Hochsiedern aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze kann in einer oder mehreren hintereinander geschalteten Verdampferstufen oder in einer Destillationskolonne erfolgen, wobei die Hochsieder über Sumpf ausgeschleust werden, während Phthalodinitril zusammen mit den Leicht- siedern, inkl. dem im Quench gegebenenfalls verwendeten organischen Lösungsmittel, über Kopf abgetrennt wird.
Bevorzugt wird zur Hochsiederabtrennung eine Destillationskolonne verwendet.
Die Kolonne ist vorzugsweise mit den üblichen Einbauten zur Erhöhung der Trennleistung, wie Böden, geordnete oder ungeordnete Packungen, etc., ausgerüstet.
Die Auslegung der Kolonne (insbesondere Zahl der Trennstufen, Zulaufstelle, Rücklaufverhältnis, etc.) kann, abgestimmt auf die jeweilige Zusammensetzung der Lösung, durch den Fachmann nach ihm geläufigen Methoden vorgenommen werden. Bevorzugt wird unter vermindertem Druck gefahren, um die Sumpftemperatur zu begrenzen.
Abtrennung von Komponenten mit einem Siedepunkt niedriger als Phthalodinitril (bei gleichem Druck) (Leichtsieder) nach der Abtrennung der Hochsieder und vor der Hydrierung:
Je niedriger die Temperatur im Quenchschritt ist, desto höher ist der Anteil von Wasser und tiefer als PDN siedenden Nebenkomponenten (bei gleichem Druck) (z.B. Benzonitril, Tolunitril) im flüssigen Quenchaustrag.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vor der Hydrierung des Phthalodinitrils aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension nach der Hochsiederabtrennung Wasser und Produkte mit einem Siedepunkt niedriger als Phthalodinitril (bei gleichem Druck) (Leichtsieder; z.B. nicht umgesetztes Xylol, Benzonitril, Tolunitril, jeweils als Heteroazeotrop mit Wasser, Wasser, Benzonitril, Tolunitril; Aufzählung mit zunehmenden Siedepunkt (bei gleichem Druck)) teilweise oder vollständig abgetrennt. Diese Abtrennung erfolgt bevorzugt destillativ.
Auch das im Quench verwendete organische Lösungsmittel wird als Leichtsieder abgetrennt. Die Abtrennung des organische Lösungsmittels ist vollständig oder im Wesentlichen vollständig (d.h. Restgehalt 0-5 Gew.-%, insbesondere 0-2 Gew.-%, ganz besonders 0-1 Gew.-%, bezogen auf PDN).
Diese Abtrennung des Lösungsmittels und/oder der Leichtsieder kann in einer oder mehreren hintereinander geschalteten Verdampferstufen oder in einer Destillationskolonne über Kopf erfolgen, während Phthalodinitril über Sumpf abgetrennt wird.
Bevorzugt wird eine Destillationskolonne verwendet, welche vorzugsweise mit den üblichen Einbauten zur Erhöhung der Trennleistung, wie Böden, geordnete oder ungeordnete Packungen, etc. ausgerüstet ist.
Die Auslegung der Kolonne (insbesondere Zahl der Trennstufen, Zulaufstelle, Rück- laufverhältnis, etc.) kann, abgestimmt auf die jeweilige Zusammensetzung der Lösung oder Suspension, durch den Fachmann nach ihm geläufigen Methoden vorgenommen werden.
Bevorzugt wird unter vermindertem Druck gefahren, um die Sumpftemperatur zu be- grenzen.
Kombination der Leichtsieder- und Hochsieder-Abtrennung in einer Seitenabzugskolonne, insbesondere Trennwandkolonne, mit Seitenabzug:
Die Abtrennung von Hochsiedern über Sumpf und die Abtrennung von Leichtsiedern über Kopf aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze erfolgt besonders bevorzugt in einer einzigen Kolonne, die als Seitenabzugskolonne ausgestaltet ist.
Dabei wird das Phthalodinitril flüssig aus einem Seitenabzug im Verstärkungsteil oder dampfförmig aus einem Seitenabzug im Abtriebsteil der Kolonne abgezogen.
Die Auslegung der Kolonne (insbesondere Zahl der Trennstufen, Zulauf stelle, Rücklaufverhältnis, Lage des Seitenabzugs, etc.) kann, abgestimmt auf die jeweilige Zu- sammensetzung der Lösung, durch den Fachmann nach ihm geläufigen Methoden vorgenommen werden. Bevorzugt wird unter vermindertem Druck (z.B. 30 bis 250 mbar (abs.), insbesondere 50 bis 100 mbar (abs.)) gefahren, um die Sumpftemperatur zu begrenzen.
In einer weiteren besonderen Verfahrensausgestaltung erfolgt die Abtrennung von Hochsiedern über Sumpf und die Abtrennung von Leichtsiedern über Kopf aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze in einer einzigen Kolonne, die als Trennwandkolonne mit Seitenabzug ausgestaltet ist.
Das Phthalodinitril wird dabei flüssig aus einem Seitenabzug im Bereich der Trenn- wand abgezogen.
Geeignete Trennwandkolonnen sind dem Fachmann z.B. aus Hydrocarbon Processing, März 2002, Seite 50 B - 50 D; EP-A-1 040 857, DE-A1-101 00 552, WO-A- 02/40434, US 4,230,533, EP-A1-638 778, EP-A1-1 181 964, WO-A-02/45811 , EP-A1-1 205 460, DE-A1-198 13 720, EP-A1-1 084 741 , bekannt.
Hydrierung:
Das nach der Hochsieder- und Leichtsiederabtrennung wie oben beschrieben erhalte- ne rohe Phthalodinitril wird anschließend der Hydrierung zugeführt.
Für die Hydrierung des Phthalodinitrils zum entsprechenden Xylylendiamin (o-, m- bzw. p-Xylylendiamin) wird dem PDN Ammoniak, bevorzugt in flüssiger Form, zugefügt.
Das Hinzufügen des Ammoniaks kann direkt nach dem Schritt.der Leichtsiederabtrennung oder erst in der Hydrierstufe erfolgen.
Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Durchführung der Hydrierung in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels (d.h. Restgehalt 0-5 Gew.-%, insbesondere 0-2 Gew.-%, ganz besonders 0-1 Gew.-%, bezogen auf PDN).
Das Gewichtsverhältnis im Frischzulauf von eingesetztem Dinitril zu Ammoniak beträgt im allgemeinen 1 : 0,15 bis 1 : 15, vorzugsweise 1 : 0,5 bis 1 : 10, besonders bevorzugt 1 : 1 bis 1 : 5.
Für die Hydrierung können die dem Fachmann für diese Umsetzung bekannten Katalysatoren und Reaktoren (z.B. Festbett- oder Suspensionsfahrweise) sowie Verfahren (kontinuierlich, halbkontinuierlich, diskontinuierlich) angewendet werden.
Bei der Katalysatorfestbettfahrweise ist sowohl die Sumpf- als auch die Rieselfahrwei- se möglich. Bevorzugt ist eine Rieselfahrweise. Diesbezüglich wird hiermit z.B. auf die in den Anmeldungen GB-A-852,972 (Äquivalent: DE-A-11 19285) (BASF AG) und DE-A-12 59 899 (BASF AG) und dem US Patent Nr. 3,069,469 (California Research Corp.) beschriebenen Verfahren verwiesen.
Der Hydrierreaktor kann in geradem Durchgang gefahren werden. Alternativ ist auch eine Kreislauffahrweise möglich, bei der ein Teil des Reaktoraustrages an den Reaktoreingang zurückgeführt wird, bevorzugt ohne vorherige Aufarbeitung des Kreislaufstromes. Damit lässt sich eine optimale Verdünnung der Reaktionslösung erreichen, was sich günstig auf die Selektivität auswirkt. Insbesondere kann der Kreislaufstrom mittels eines externen Wärmeüberträgers auf einfache und kostengünstige Weise gekühlt und somit die Reaktionswärme abgeführt werden. Der Reaktor lässt sich dadurch auch adiabat betreiben, wobei der Temperaturanstieg der Reaktionslösung durch den gekühlten Kreislaufstrom begrenzt werden kann. Da der Reaktor selbst dann nicht gekühlt werden muß, ist eine einfache und kostengünstige Bauform möglich. Eine Alter- native stellt ein gekühlter Rohrbündelreaktor dar.
Bevorzugt sind Katalysatoren, die Kobalt und/oder Nickel und/oder Eisen, als Vollkatalysator oder auf einem inerten Träger, enthalten.
Hierbei liegen die Reaktionstemperaturen im allgemeinen bei 40 bis 150°C, bevorzugt bei 40 bis 120°C.
Der Druck liegt im allgemeinen bei 40 bis 300 bar, bevorzugt 100 bis 200 bar.
Isolierung des XDAs:
Nach der Hydrierung wird der Ammoniak abdestilliert.
Bevorzugt erfolgt eine Reinigung des Xylylendiamins durch Abdestillation leichtersie- dender Nebenprodukte (bei gleichem Druck) über Kopf und destillativer Abtrennung von schwerersiedenden Verunreinigungen über Sumpf.
Besonders bevorzugt ist die Fahrweise, in der man nach der Hydrierung den Ammoniak sowie gegebenenfalls leichtersiedende Nebenprodukte über Kopf abdestilliert und danach schwerersiedende Verunreinigungen vom Xylylendiamin destillativ über Sumpf abtrennt.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Abtrennung leichter- und schwerersiedender Nebenprodukte auch in einer Seitenabzugs- oder Trennwandkolonne erfolgen, wobei reines Xylylendiamin über einen flüssigen oder gasförmigen Seitenabzug gewonnen wird. Je nach gewünschter Reinheit wird das Produkt (XDA) zusätzlich mit einem organischen Lösungsmittel, bevorzugt einem aliphatischen Kohlenwasserstoff, insbesondere einem cycloaliphatischen Kohlenwasserstoff, ganz besonders Cyclohexan oder Me- thylcyclohexan, extrahiert.
Diese Reinigung durch Extraktion kann z.B. gemäß DE-A-1 074 592 erfolgen.
Einen schematischen Überblick über eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt die Abbildung 1 in der Anlage. Die optionalen Verfahrensschritte zur .extraktiven XDA-Reinigung' sind gestrichelt gezeichnet.
Abbildung 2 zeigt ein Schema des Quenchschritts mit darauffolgender Hochsiederabtrennung und darauffolgender Leichtsiederabtrennung (inkl. Quenchlösungsmittel).
Beispiele
Beispiel 1 :
Ammonoxidation von m-Xylol, anschließendes Quenchen der Reaktionsgase mit Tolunitril als Lösungsmittel, Abtrennung der Hoch- und Leichtsieder und Hydrierung des in der Ammonoxidationsstufe entstandenen IPDNs (vergl. Verfahrensschema in Abbildung 1)
Ein Katalysator der Zusammensetzung V4Sb3Wo,4Cso,2auf Steatit wurde als Festbett in einen Rohrreaktor eingebaut. Die Apparatur wurde von außen auf 400°C aufgeheizt. Dem Reaktor wurde verdampftes m-Xylol, gasförmiger Ammoniak, Luft und Stickstoff zugefahren (NH3 / m-Xylol = 8 mol / 1 mol; O2 / m-Xylol = 4 mol / 1 mol). Der vordere Teil des Reaktors war mit einer Inertschüttung gefüllt, so dass die Einsatzstoffe vorge- mischt und auf 400°C vorgeheizt die Reaktionszone erreichten. Im Reaktor herrschte ein leichter Überdruck von 0,2 bar. Die Hot-Spot-Temperatur erreichte 450°C. Man erhielt bei einem Umsatz (U) von m-Xylol von 79 % eine Selektivität (S) zu IPDN von 68 %.
Das aus dem Reaktor austretende Gasgemisch wird in einer Kolonne mit Tolunitril ge- quencht. Aus der Quenchkolonne wird bei 120°C eine Lösung von IPDN in Tolunitril ausgetragen, welche 1 Gew.-% m-Xylol, 0,3 Gew.-% Wasser, 0,1 Gew.-% Benzonitril, 80 Gew.-% Tolunitril und 18,7 Gew.-% IPDN. Über Kopf der Quenchkolonne werden nicht umgesetzte Reaktionsgase und Inertgase sowie nicht umgesetztes m-Xylol sowie etwas Tolunitril gasförmig abgezogen. Dieses Gas kann aufgearbeitet werden, um die Wertstoffe (insbesondere NH3, m-Xylol sowie Tolunitril) in die Reaktionsstufe bzw. in den Quenchkreis zurückzuführen. Inerte und Begleitkomponenten (H2O, Benzonitril, N2, CO2, etc.) werden aus der Aufarbeitungsstufe ausgeschleust.
Die nach dem Quench erhaltene Lösung von IPDN in Tolunitril wird bei 70 mbar (abs.) zum Kopf einer Abtriebskolonne gefahren, in der über Sumpf hochsiedende Nebenkomponenten abgetrennt werden. Über Kopf werden IPDN, Tolunitril sowie die noch enthaltenen leichtsiedenden Nebenkomponenten (Xylol, Benzonitril, etc.) abgezogen. Die Sumpftemperatur der Kolonne beträgt 200°C, die Kopftemperatur 145°C. Der Kopfabzugsstrom wird direkt, d.h. ohne Kondensation auf eine der mittleren Stufen einer zweiten Kolonne gefahren, welche ebenfalls bei 70 mbar (abs.) betrieben wird. Über Sumpf wird IPDN in einer Reinheit von mehr als 99,9 % abgezogen, während Lösungsmittel und Nebenkomponenten über Kopf abgetrennt werden. Die Sumpftemperatur dieser Kolonne beträgt 185°C.
Das erhaltene IPDN wird in einem Rührbehälter in flüssigem Ammoniak gelöst
(NH3/IPDN = 20 mol / 1 mol). Diese Mischung wird dann einem Hydrierreaktor zusammen mit H2 zugefahren. Die Hydrierung erfolgt katalytisch bei 100°C und einem Druck von 200 bar. Die Umsetzung von IPDN ist quantitativ, wobei eine Ausbeute von 95 % bezogen auf eingesetztes IPDN erhalten wird.
In anschließenden Destillationsschritten werden zuerst Ammoniak und danach leicht- siedene Nebenkomponenten abgetrennt. Nach Abtrennung der hochsiedenden Verunreinigungen über Sumpf wird MXDA als Kopfprodukt einer Destillationskolonne in einer Reinheit von mehr als 99,9 Gew.-% erhalten.
(Die oben angegebenen Daten des Quenchschrittes und der Destillationen sind die Ergebnisse einer thermodynamischen Simulation. Dabei wurde der Quench als Apparat gerechnet, in dem thermodynamisches Gleichgewicht zwischen Gas- und Flüssigphase herrscht. Neben den Reinstoffdaten der beteiligten Komponenten wurden bei der Berechnung reale Binärdaten verwendet. Derartige Berechnungen können mit kommerziellen Rechenprogrammen, hier: Aspen Plus, die dem Fachmann geläufig sind, durchgeführt werden.)
Beispiel 2:
30 g IPDN sowie 5 g Raney-Nickel wurden im Rührautoklaven vorgelegt. Nach Zugabe von 66 g Ammoniak wurden 50 bar Wasserstoff aufgepresst und auf 100°C aufgeheizt. Durch Wasserstoffnachpressen wurde ein Gesamtdruck von 100 bar für 5 Stunden gehalten. Die Umsetzung von IPDN war quantitativ, wobei eine Ausbeute von 94 % bezogen auf eingesetztes IPDN erhalten wurde. Beispiel 3:
Untersuchungen zur Löslichkeit von IPDN in verschiedenen Lösungsmitteln
Die Löslichkeit von IPDN in NMP beträgt bei 60°C ca. 26 Gew.-% und bei 90°C ca. 41 Gew.-%.
Pseudocumol erreicht bei 90°C lediglich eine Löslichkeit von 20 Gew.-% und Mesitylen lediglich von 12 Gew.-%.
Bei 60°C liegt die Löslichkeit von IPDN in Mesitylen oder Pseudocumol jeweils unter 10 Gew.-%.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Xylylendiamin umfassend die Schritte Ammonoxidation von Xylol zu Phthalodinitril und Hydrierung des Phthalodinitrils, dadurch gekennzeichnet, dass das dampfförmige Produkt der Ammonoxidationsstufe direkt mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel oder mit geschmolzenen Phthalodinitril in Kontakt gebracht wird (Quench), aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze Komponenten mit einem Siedepunkt höher als Phthalodinitril (Hochsieder) abgetrennt werden, nach der Abtrennung der Hochsieder und vor der Hydrierung eine Abtrennung von Komponenten mit einem Siedepunkt niedriger als Phthalodinitril (Leichtsieder) erfolgt und die Hydrierung des Phthalodinitrils in Gegenwart von Ammoniak und in Abwe- senheit eines organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von meta-Xylylendiamin umfassend die Schritte Ammonoxidation von meta-Xylol zu Isophthalodinitril und Hydrierung des Isophthalodinitrils.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssiges organisches Lösungsmittel für den Quench ein aromatischer Kohlenwasserstoff, eine heterocyclische Verbindung, ein aromatisches Nitril und/oder ein heterocyclisches Nitril eingesetzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssiges organisches Lösungsmittel für den Quench Tolunitril, Benzonitril und/oder N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Quench mit einem flüssigen organischen Lösungsmittel die Temperatur des Quenchaustrags 40 bis 180°C und bei dem Quench mit geschmolzenem Phthalodinitril die Temperatur des Quenchaustrags 165 bis 220°C beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von Hochsiedern aus der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze destillativ über Sumpf erfolgt, während Phthalodinitril zusammen mit den Leichtsiedern über Kopf abgetrennt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abtrennung der Hochsieder die Abtrennung von Leichtsiedern destillativ über Kopf erfolgt, während Phthalodinitril über Sumpf abgetrennt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodinitrilschmelze in Hochsieder, Leichtsieder und Phthalodinitril in einer Seitenab- zugskolonne so erfolgt, dass Hochsieder über Sumpf, Leichtsieder über Kopf und Phthalodinitril über einen Seitenabzug abgetrennt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung der erhaltenen Quenchlösung oder -Suspension bzw. Phthalodi- nitrilschmelze in Hochsieder, Leichtsieder und Phthalodinitril in einer Trennwandkolonne so erfolgt, dass Hochsieder über Sumpf, Leichtsieder über Kopf und Phthalodinitril über einen Seitenabzug im Trennwandbereich der Kolonne abgetrennt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammonoxidation bei Temperaturen von 300 bis 500°C an einem Katalysator enthaltend V, Sb und/oder Cr, als Vollkatalysator oder auf einem inerten Träger, durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrierung bei Temperaturen von 40 bis 150°C an einem Katalysator enthaltend Ni, Co und/oder Fe, als Vollkatalysator oder auf einem inerten Träger, durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Hydrierung eine Reinigung des Xylylendiamins durch Abdestillati- on des gegebenenfalls eingesetzten Lösungsmittels und Ammoniaks sowie gegebenenfalls leichtersiedender Nebenprodukte über Kopf und destillativer Abtrennung von schwerersiedenden Verunreinigungen über Sumpf erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Hydrierung den Ammoniak sowie gegebenenfalls leichtsiedende Nebenprodukte abdestilliert und danach Xylylendiamin destillativ von schwersiedenden Verunreinigungen abtrennt.
14. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Xylylendiamin nach der Destillation zur weiteren Reinigung mit einem organischem Lösungsmittel extrahiert wird.
15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Extraktion Cyclohexan oder Methylcyclohexan verwendet.
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