WO2016037775A1 - Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid - Google Patents

Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid Download PDF

Info

Publication number
WO2016037775A1
WO2016037775A1 PCT/EP2015/068122 EP2015068122W WO2016037775A1 WO 2016037775 A1 WO2016037775 A1 WO 2016037775A1 EP 2015068122 W EP2015068122 W EP 2015068122W WO 2016037775 A1 WO2016037775 A1 WO 2016037775A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acrylic acid
rectification column
acid
water
weight
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/068122
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tim BLASCHKE
Ortmund Lang
Marta ZAJACZKOWSKI-FISCHER
Marco Hartmann
Original Assignee
Basf Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Se filed Critical Basf Se
Publication of WO2016037775A1 publication Critical patent/WO2016037775A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/347Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
    • C07C51/377Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by splitting-off hydrogen or functional groups; by hydrogenolysis of functional groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation
    • C07C51/44Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation by distillation

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid in the liquid phase, wherein the liquid phase has a temperature of 120 to 250 ° C, aqueous acrylic acid is continuously separated from the liquid phase and the liquid phase from 5 to 95 Wt .-% of an aprotic polar solvent contains.
  • Acrylic acid because of its very reactive double bond as well as its carboxylic acid group, is a valuable monomer for making polymers, e.g. water-absorbing polymer particles, binders for aqueous emulsion paints and adhesives dispersed in aqueous solvent.
  • Water-absorbing polymer particles are used in the manufacture of diapers, tampons, sanitary napkins and other sanitary articles, but also as water-retaining agents in agricultural horticulture.
  • the water-absorbing polymer particles are also referred to as superabsorbers.
  • Acrylic acid is produced industrially exclusively from fossil raw materials. This is considered to be disadvantageous by the consumers of the hygiene articles. There is therefore a need to produce the water-absorbing polymer particles used in the hygiene articles from renewable raw materials.
  • One possible route is the fermentative production of 3-hydroxypropionic acid and its conversion to acrylic acid.
  • the production of 3-hydroxypropionic acid by fermentation is described, for example, in WO 2012/074818 A2.
  • the dehydration of 3-hydroxypropionic acid in the gas phase is mentioned in US 7,538,247.
  • the object of the present invention was to provide an improved process for the production of acrylic acid based on renewable raw materials.
  • the object was achieved by a process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid in the liquid phase, wherein the liquid phase has a temperature of 120 to 250 ° C and aqueous acrylic acid is continuously separated from the liquid phase, thereby in that the liquid phase contains from 5 to 95 wt .-% of an aprotic solvent and the aprotic solvent has a dipole moment of at least 10 x 10 "having 30 cm.
  • Aprotic solvents contain no ionizable proton in the molecule and are generally known, for example, ionizable protons contain molecules with OH, SH and NH groups.
  • the preferred aproptic solvents contain exclusively hydrogen atoms bonded to carbon atoms.
  • the dipole moment of the employed according to the invention aprotic solvent is preferably from 12 to 25 x 10 "30 cm, more preferably from 14 to 20 x 10" 30 cm, most preferably from 15 to 18 x 10 "30 cm.
  • the aprotic solvents have a boiling point at 1013 mbar of preferably 200 to 350 ° C, more preferably from 250 to 320 ° C, most preferably from 280 to 300 ° C, on.
  • Suitable aprotic solvents are ketones, lactones, lactams, nitro compounds, tertiary carboxylic acid amides, urea derivatives, sulfoxides and sulfones.
  • Sulfolane, and gamma-valerolactone are advantageously used. Sulfolane is particularly preferred.
  • the present invention is based on the finding that polar aprotic solvents can prevent unwanted wall deposits in the reactor and heat exchanger.
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid used preferably contains from 5 to 50% by weight of water, particularly preferably from 10 to 40% by weight of water, very particularly preferably from 15 to 35% by weight of water.
  • the aqueous acrylic acid is advantageously separated off from the reaction mixture by means of a rectification column 2.
  • a rectification column 2 By selecting the separation stages and the reflux ratio, the content of 3-hydroxypropionic acid and aprotic solvent in the distillate can be kept low.
  • the aqueous acrylic acid is preferably separated by means of a rectification column 3 into an acrylic-acid-rich phase and a water-rich phase.
  • an entraining agent is used in the rectification column 3.
  • the separation of the aqueous acrylic acid and the separation of the aqueous acrylic acid in a high-acrylic phase and a high-water phase in a rectification column 4 is carried out, wherein the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase below a side draw in the rectification column 4 takes place, the separation of the aqueous acrylic acid in a high acrylic acid phase and a high-water phase above the side take off and the acrylic acid-rich phase is removed liquid at the side offtake.
  • an entraining agent is used in the rectification column 4.
  • the rectification column 4 is a dividing wall column, wherein the feed to the rectification column 4 and the side draw of the rectification column 4 are located on different sides of the dividing wall.
  • the obtained acrylic acid-rich phase is preferably purified by crystallization.
  • the mother liquor of the crystallization is recycled below the side draw into the rectification column 4.
  • WO 02/090312 A1 discloses.
  • step i) Preparation of acrylic acid
  • part of the water can be distilled off from the aqueous 3-hydroxypropionic acid, some of the monomeric 3-hydroxypropionic acid reacting with elimination of water to give oligomeric 3-hydroxypropionic acid.
  • Oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the product of at least two molecules
  • 3-hydroxy propionic acid The molecules are interconnected by esterification of the carboxyl group of one molecule with the hydroxyl group of the other molecule.
  • Oligomeric acrylic acid is the product of at least two molecules of acrylic acid.
  • the molecules are interconnected by Michael addition of the carboxyl group of one molecule with the ethylenic double bond of the other molecule.
  • the temperature in the reaction is preferably less than 100 ° C, more preferably less than 90 ° C, most preferably less than 80 ° C performed. Too high temperatures favor the undesirable in step i) dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid.
  • the pressure in the reaction is preferably from 5 to 300 mbar, particularly preferably from 15 to 200 mbar, very particularly preferably from 30 to 150 mbar. Lower pressures in step i) allow gentle removal of the water from the liquid phase. Too low pressures are uneconomical.
  • the pressure is the pressure in the reactor or in a distillation, the pressure in the distillation bottoms.
  • the heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • the pH during distillation is preferably at least 1.5, more preferably at least 1.8, most preferably at least 2.0. Too low pH increases oligomer formation and shifts the ratio of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 5 to 50% by weight of water, more preferably from 10 to 40% by weight of water, most preferably from 15 to 35% by weight of water.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 10 to 60% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, more preferably from 20 to 50% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, most preferably from 25 to 45% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid.
  • the water content in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 10% by weight, most preferably by at least 15% by weight.
  • the value by which the water content was lowered is the difference between the water content of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the water content of the resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
  • the water content can be determined by the usual methods, for example by Karl Fischer titration.
  • the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 15% by weight, most preferably by at least 25% by weight.
  • the value by which the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid was lowered is the difference between the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the obtained aqueous mixture of monomeric 3 Hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
  • the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid can be determined by means of HPLC.
  • the signals of the first four oligomers, ie to the pentamer are evaluated using the calibration factor of the monomeric 3-hydroxypropionic acid and the sum is formed.
  • Monomeric acrylic acid and oligomeric acrylic acid can be determined analogously.
  • the water is advantageously separated off in step i) by means of a rectification column 1.
  • the rectification column 1 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or Braided preferred.
  • the feed into the rectification column 1 is expediently carried out in its lower region.
  • the feed temperature is preferably from 20 to 100 ° C, more preferably from 30 to 80 ° C, most preferably from 40 to 60 ° C.
  • Particularly preferred are dual-flow trays below the inlet (stripping section) and Thormannböden above the inlet (reinforcing section). As a rule, 2 to 5 theoretical plates below the feed and 2 to 15 theoretical plates above the feed of the rectification column 1 are sufficient.
  • the rectification is usually carried out in such a way that the bottom pressure required for the reaction sets in. The top pressure results from the sump pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
  • the rectification column 1 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
  • the cooling of the water separated off at the top of the rectification column 1 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench.
  • heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench.
  • already condensed water is cooled by means of a suitable heat exchanger and sprayed the cooled liquid above the sampling point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the extraction point of the water is advantageously designed as a catch bottom.
  • step i) The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid thus obtained in step i) is withdrawn continuously from the bottom of the distillation and reacted in step ii) to give acrylic acid.
  • the reaction of the aqueous 3-hydroxypropionic acid or aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) to acrylic acid is carried out in step ii) in the liquid phase at a temperature of preferably from 140 to 240 ° C., more preferably from 160 to 230 ° C, most preferably from 180 to 220 ° C carried out.
  • the pressure is preferably from 25 to 750 mbar, particularly preferably from 50 to 500 mbar, very particularly preferably from 100 to 300 mbar.
  • the liquid phase contains less monomeric acrylic acid and in the case of distillative removal of the resulting acrylic acid, the undesired formation of oligomeric acrylic acid in the condensate is suppressed.
  • the pressure is the pressure in the reactor or in a distillation, the pressure in the distillation bottoms.
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid or aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) used in step ii) preferably contains from 5 to 50% by weight of water, more preferably from 10 to 40% by weight. % Water, most preferably from 15 to 35 wt .-% water.
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid or aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) used in step ii) preferably contains from 10 to 60% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, more preferably from 20 to 50 % By weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, most preferably from 25 to 45% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid.
  • the heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used).
  • it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation.
  • External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used.
  • Forced circulation expansion evaporators are very particularly preferably used.
  • a forced circulation flash evaporator evaporation does not take place on a hot surface, but by pressure release.
  • Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • the liquid phase preferably contains a polymerization inhibitor 1.
  • Suitable polymerization inhibitors 1 are phenothiazine, hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, copper salts and / or manganese salts. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
  • the liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 1.
  • an oxygen-containing gas is additionally used for polymerization inhibition. Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably supplied below the evaporator.
  • the liquid phase preferably contains from 10 to 95% by weight, more preferably from 20 to 85% by weight, most preferably from 30 to 80% by weight of the aprotic solvent.
  • the reaction in step ii) is preferably carried out in the absence of a catalyst.
  • the reaction in step ii) can also be catalyzed basic or acidic.
  • Suitable basic catalysts are high boiling tertiary amines such as pentamethyldiethylenetriamine.
  • Suitable acidic catalysts are high boiling inorganic or organic acids such as phosphoric acid and dodecylbenzenesulfonic acid.
  • High-boiling means here a boiling point at 1013 mbar of preferably at least 160 ° C, more preferably at least 180 ° C, most preferably at least 190 ° C.
  • the amount of catalyst in the liquid phase is preferably from 1 to 60 wt .-%, particularly preferably from 2 to 40 wt .-%, most preferably from 5 to 20 wt .-%.
  • the aqueous acrylic acid formed during the reaction in step ii) is advantageously separated off from the reaction mixture by means of a rectification column (rectification column 2).
  • the reaction of the aqueous 3-hydroxypropionic acid or the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) to acrylic acid takes place in the bottom of the rectification column 2 and the aqueous 3-hydroxypropionic acid or the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) is the feed of the rectification column 2.
  • the polymerization inhibitor 1 is metered at least partially via the reflux.
  • the rectification column 2 is of a known type and has the usual installations.
  • column internals for example trays, packings and / or fillings.
  • soils bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred.
  • the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox Saddling or braiding preferred.
  • Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the rectification is usually carried out at reduced pressure.
  • the top pressure is preferably from 50 to 900 mbar, particularly preferably from 100 to 500 mbar, very particularly preferably from 150 to 300 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive. In addition, the concentration of acrylic acid is lower at lower pressure.
  • the bottom pressure results from the top pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
  • the rectification column 2 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
  • the cooling of the aqueous acrylic acid separated off at the top of the rectification column 2 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling.
  • heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench.
  • it is done by direct cooling.
  • already condensed aqueous acrylic acid is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the removal point of the aqueous acrylic acid is advantageously designed as a capture bottom.
  • the direct condensation of the aqueous acrylic acid can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature.
  • the cooling is carried out by direct cooling.
  • the condensed distillate of the rectification column 2 can be separated by means of a phase separator.
  • the organic phase can be recycled to the rectification column 2, for example into the bottom of the rectification column 2.
  • the aqueous phase can also be partially recycled to the rectification column 2, for example as reflux and for the direct cooling of the vapor.
  • the bottom residue of the rectification column 2 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting.
  • the bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh aprotic solvent.
  • the resulting aqueous acrylic acid can be separated by distillation into an acrylic-acid-rich phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water) in an optional step iii).
  • the heat supply in step iii) can be done via internal and / or external heat exchanger conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier is advantageously used water vapor).
  • a heat carrier is advantageously used water vapor.
  • External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used.
  • Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • the aqueous acrylic acid preferably contains a polymerization inhibitor 2.
  • Suitable polymerization inhibitors 2 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
  • the liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 2.
  • containing gas used for polymerization inhibition Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator.
  • the separated acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is advantageously added to a polymerization inhibitor 3.
  • Suitable polymerization inhibitors 3 are phenothiazine, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether.
  • an entraining agent may be added to assist in the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water) in step iii).
  • Suitable entraining agents are low boiling hydrophobic organic solvents having a solubility in water at 23 ° C of preferably less than 5 grams per 100 milliliters of water, more preferably less than 1 gram per 100 milliliters of water, most preferably less than 0.2 grams per gram 100 ml of water, and a boiling point at 1013 mbar in the range of preferably 60 to 160 ° C, more preferably from 70 to 130 ° C, most preferably from 75 to 1 15 ° C.
  • Suitable hydrophobic organic solvents are, for example, aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane and hydrogenated triisobutylene, aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, ketones, such as methyl isobutyl ketone, ethers, such as methyl tert - butyl ether, or mixtures thereof.
  • aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane and hydrogenated triisobutylene
  • aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene
  • ketones such as methyl isobutyl ket
  • a rectification column 3 For distillative separation of the aqueous acrylic acid, a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water) in step iii), a rectification column 3 is preferably used.
  • the polymerization inhibitor 2 is at least partially metered via the reflux.
  • the rectification column 3 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred.
  • the trays include those with rings, spirals, saddles, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox rings. Saddling or braiding preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the rectification is usually carried out at reduced pressure.
  • the top pressure is preferably from 50 to 600 mbar, more preferably from 150 to 400 mbar, most preferably from 200 to 300 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive. In addition, the concentration of acrylic acid is lower at lower pressure.
  • the bottom pressure results from the top pressure, the number and type of column internals as well as the fluid dynamic requirements of the rectification.
  • the rectification column 3 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1 .4571 (according to DIN EN 10020).
  • Acid water can indirectly, for example by heat exchangers, the expert in itself are known and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench done. Preferably, it is done by direct cooling.
  • already condensed water-rich phase sour water
  • sour water is cooled by means of a suitable heat exchanger and sprayed the cooled liquid above the sampling point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the removal point of the water-rich phase (sour water) is advantageously designed as a catch bottom.
  • the cooling is carried out by direct cooling.
  • a portion of the water-rich phase (acid water) condensed at the top of the rectification column 3 can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (sour water) is discharged and fed to the extraction of acidic acid from an acid water extraction.
  • the condensed distillate of the rectification column 3 is separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 3, for example as reflux.
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) withdrawn from the bottom of the rectification column 3 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles.
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is further purified by crystallization.
  • the mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 3, preferably below the take-off point for the high-acrylic acid phase (crude acrylic acid).
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1.
  • the suspension crystallization is preferred.
  • the combination of a suspension crystallization with a washing column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred.
  • the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase and the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a high-acid phase (acid water) are carried out by means of a rectification column with a side draw (rectification column 4).
  • the rectification column 4 combines the tasks of the rectification columns 2 and 3 in a single rectification column.
  • a rectification column 4 When using a rectification column 4, the reaction of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid takes place in the bottom of the rectification column 4 and the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the feed of the rectification column 4.
  • the heat in the bottom of the rectification column 4 via internal and / or external heat exchanger heat transfer is again preferably water vapor) of conventional design and / or double wall heating.
  • heat transfer is again preferably water vapor
  • external circulation evaporator with forced circulation Particularly preferred are external circulation evaporator with forced circulation.
  • Forced circulation expansion evaporators are very particularly preferably used. In a forced circulation flash evaporator evaporation does not take place on a hot surface, but by pressure release.
  • Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1.
  • the use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
  • 2 to 4 evaporators are operated in parallel.
  • the feed into the rectification column 4 is expediently carried out in its lower region. Preferably, it takes place below the first bottom of the rectification column 4 and / or into the circulation of the heat exchanger.
  • the feed temperature is preferably at least 50 ° C, more preferably at least 100 ° C, most preferably at least 150 ° C.
  • the bottom residue of the rectification column 4 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting.
  • the bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh high-boiling organic solvent.
  • a solids separator cyclone
  • the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is removed.
  • the removal of the acrylic acid-rich phase takes place usual way and is subject to no restriction.
  • the extraction is suitable via a collecting base, wherein the entire return is collected and one part is discharged and the other part is used as a return below the catch bottom, or via a floor with integrated extraction facility, preferably via a dual-flow floor with integrated drainage. zugsdorfkeit.
  • the withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is cooled by means of a heat exchanger (for example, surface waters are suitable as the coolant).
  • a heat exchanger for example, surface waters are suitable as the coolant.
  • the heat exchangers are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction.
  • the withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is discharged and partially used as a solvent for the polymerization inhibitor 2.
  • the cooling of the water-rich phase (acid water) separated off at the top of the rectification column 4 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling.
  • already condensed water-rich phase sour water
  • the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself.
  • the removal point of the water-rich phase is advantageously designed as a catch bottom.
  • the effect of direct cooling can be increased.
  • all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings.
  • the trays bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred.
  • the beds those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
  • the direct condensation of the water-rich phase can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature.
  • the cooling is carried out by direct cooling.
  • a part of the condensed at the top of the rectification column 4 water-rich phase (sour water) can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (acid water) is discharged and fed to the recovery of acrylic acid to a sour water extraction.
  • the condensed distillate of the rectification column 4 is separated by means of a phase separator.
  • the organic phase can be recycled to the rectification column 4, for example as reflux.
  • a dividing wall column is used as the rectification column 4.
  • a dividing wall column has a vertical dividing wall which divides the cross section of a part of the column into two sections. The reflux is distributed to the two column sections.
  • the inlet and the side outlet of the dividing wall column are located on different sides of the partition wall.
  • the crude acrylic acid removed from the rectification column 4 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles.
  • the crude acrylic acid is further purified by crystallization.
  • the mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 4, preferably below the take-off point for the crude acrylic acid. Preference is given to using the recycled mother liquor for cooling the crude acrylic acid and the crude acrylic acid discharged from the rectification column 4 to heat the mother liquor (heat bond).
  • the crude acrylic acid can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1.
  • the suspension crystallization is preferred.
  • the combination of a suspension crystallization with a wash column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred.
  • the acrylic acid thus prepared can be used directly as a monomer for the preparation of homopolymers or copolymers, in particular acrylic acid homopolymers, acrylic acid / maleic anhydride copolymers, acrylic acid / maleic acid copolymers and acrylic acid / methacrylic acid copolymers, but also for the preparation of water-absorbing polymer particles and Ac - Rylklareestern, eg Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate and their homo- and Copolymerimeren thereof are used.
  • Water-absorbing polymer particles are prepared by polymerizing a monomer solution or suspension containing a) at least one ethylenically unsaturated, acid group-carrying monomer which may be at least partially neutralized, in particular partially neutralized acrylic acid
  • the monomers a) are preferably water-soluble, i. the solubility in water at 23 ° C. is typically at least 1 g / 100 g of water, preferably at least 5 g / 100 g of water, more preferably at least 25 g / 100 g of water, most preferably at least 35 g / 100 g of water.
  • Suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid. Further suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated sulfonic acids, such as styrenesulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
  • ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid.
  • ethylenically unsaturated sulfonic acids such as styrenesulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
  • the proportion of acrylic acid and / or salts thereof in the total amount of monomers a) is preferably at least 50 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%.
  • Suitable crosslinkers b) are compounds having at least two groups suitable for crosslinking. Such groups are, for example, ethylenically unsaturated groups which can be radically copolymerized into the polymer chain, and functional groups which can form covalent bonds with the acid groups of the monomer a). Furthermore, polyvalent metal salts which can form coordinative bonds with at least two acid groups of the monomer a) are also suitable as crosslinking agents b).
  • Crosslinkers b) are preferably compounds having at least two polymerizable groups which can be incorporated in the polymer network in free-radically polymerized form.
  • Suitable crosslinkers b) are, for example, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, triallylamine, tetraallylammonium chloride, tetraallyloxyethane, as described in EP 0 530 438 A1, di- and triacrylates, as in EP 0 547 847 A1, EP 0 559 476 A1, EP 0 632 068 A1, WO 93/21237 A1, WO 2003/104299 A1, WO 2003/104300 A1, WO 2003/104301 A1 and DE 103 31 450 A1, mixed acrylates which, in addition to acrylate groups, contain further ethylenically unsaturated Groups, as described in DE 103 31 456
  • Preferred crosslinkers b) are pentaerythritol triallyl ether, tetraallyloxyethane, methylenebismethacrylamide, 15-tuply ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, polyethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate and triallylamine.
  • Very particularly preferred crosslinkers b) are the polyethyleneglyoxylated and / or propoxylated glycerols esterified with acrylic acid or methacrylic acid to form diioder triacrylates, as described, for example, in WO 2003/104301 A1. Particularly advantageous are di- and / or triacrylates of 3- to 10-fold ethoxylated glycerol.
  • diacrylates or triacrylates of 1 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol are particularly preferred.
  • triacrylates of 3 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol are particularly preferred.
  • the amount of crosslinker b) is preferably from 0.05 to 1, 5 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1 wt .-%, most preferably 0.2 to 0.5 wt .-%, each based on Monomer a).
  • CRC centrifuge retention capacity
  • initiators c) it is possible to use all compounds which generate free radicals under the polymerization conditions, for example thermal initiators, redox initiators, photoinitiators.
  • Suitable redox initiators are sodium peroxodisulfate / ascorbic acid, hydrogen peroxide / ascorbic acid, sodium peroxodisulfate / sodium bisulfite and hydrogen peroxide / sodium bisulfite.
  • thermal initiators and redox initiators are used, such as sodium peroxodisulfate / hydrogen peroxide / ascorbic acid.
  • the reducing component used is preferably a mixture of the sodium salt of 2-hydroxy-2-sulfinatoacetic acid, the disodium salt of 2-hydroxy-2-sulfonatoacetic acid and sodium bisulfite.
  • Such mixtures are available as Brüggolite® FF6 and Brüggolite® FF7 (Brüggemann Chemicals, Heilbronn, Germany).
  • acrylamide, methacrylamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminopropyl acrylate, diethylaminopropyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate are ethylenically unsaturated monomers d) which are copolymerizable with the ethylenically unsaturated acid group-carrying monomers a).
  • water-soluble polymers e it is possible to use polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, starch, starch derivatives, modified cellulose, such as methylcellulose or hydroxyethylcellulose, gelatin, polyglycols or polyacrylic acids, preferably starch, starch derivatives and modified cellulose.
  • an aqueous monomer solution is used.
  • the water content of the monomer solution is preferably from 40 to 75% by weight, more preferably from 45 to 70 wt .-%, most preferably from 50 to 65 wt .-%.
  • monomer suspensions ie monomer solutions with excess monomer a), for example sodium acrylate. With increasing water content, the energy expenditure increases during the subsequent drying and with decreasing water content, the heat of polymerization can only be dissipated insufficiently.
  • the monomer solution may be polymerized prior to polymerization by inerting, i. Flow through with an inert gas, preferably nitrogen or carbon dioxide, are freed of dissolved oxygen.
  • an inert gas preferably nitrogen or carbon dioxide
  • the oxygen content of the monomer solution before polymerization is reduced to less than 1 ppm by weight, more preferably less than 0.5 ppm by weight, most preferably less than 0.1 ppm by weight.
  • Suitable reactors are, for example, kneading reactors or belt reactors.
  • the polymer gel resulting from the polymerization of an aqueous monomer solution or suspension is continuously comminuted by, for example, counter-rotating stirring shafts, as described in WO 2001/038402 A1.
  • the polymerization on the belt is described, for example, in DE 38 25 366 A1 and US Pat. No. 6,241,928.
  • a polymer gel is formed, which must be comminuted in a further process step, for example in an extruder or kneader.
  • the comminuted polymer gel obtained by means of a kneader may additionally be extruded.
  • the acid groups of the polymer gels obtained are usually partially neutralized.
  • the neutralization is preferably carried out at the stage of the monomers. This is usually done by mixing the neutralizing agent as an aqueous solution or preferably as a solid.
  • the degree of neutralization is preferably from 25 to 95 mol%, particularly preferably from 30 to 80 mol%, very particularly preferably from 40 to 75 mol%, wherein the customary neutralizing agents can be used, preferably alkali metal hydroxides, alkali metal oxides, alkali metal carbonates or Alkalimetallhydrogenkarbonate and mixtures thereof. Instead of alkali metal salts and ammonium salts can be used.
  • Sodium and potassium are particularly preferred as alkali metals, but most preferred are sodium hydroxide, sodium carbonate or sodium bicarbonate and mixtures thereof. But it is also possible to carry out the neutralization after the polymerization at the stage of Polymergeis formed during the polymerization. Furthermore, it is possible to neutralize up to 40 mol%, preferably 10 to 30 mol%, particularly preferably 15 to 25 mol%, of the acid groups before the polymerization by adding a part of the neutralizing agent already to the monomer solution and the desired final degree of neutralization only after the polymerization is adjusted at the stage of Polymergeis.
  • the polymer gel is at least partially neutralized after the polymerization
  • the polymer gel is preferably comminuted mechanically, for example by means of an extruder, wherein the neutralizing agent can be sprayed, sprinkled or poured on and then thoroughly mixed in.
  • the gel mass obtained can be extruded several times for homogenization.
  • the polymer gel is then preferably dried with a belt dryer until the residual moisture content is preferably 0.5 to 15 wt .-%, particularly preferably 1 to 10 wt .-%, most preferably 2 to 8 wt .-%, wherein the residual moisture content according to EDA-NA recommended test method No. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating". If the residual moisture content is too high, the dried polymer gel has too low a glass transition temperature T g and is difficult to process further. If the residual moisture content is too low, the dried polymer gel is too brittle and in the subsequent comminution steps undesirably large quantities of polymer particles with too small particle size (“fines”) are produced.
  • a fluidized-bed dryer or a paddle dryer can be used for the drying.
  • the dried polymer gel is then ground and classified, for grinding usually single or multi-stage roller mills, preferably two- or three-stage roller mills, pin mills, hammer mills or vibrating mills, can be used.
  • the mean particle size of the polymer particles separated off as product fraction is preferably at least 200 ⁇ m, more preferably from 250 to 600 ⁇ m, very particularly from 300 to 500 ⁇ m.
  • the mean particle size of the product fraction can be determined by means of the EDANA recommended test method No. WSP 220.2-05 "Particle Size Distribution", in which the mass fractions of the sieve fractions are cumulatively applied and the average particle size is determined graphically.
  • the average particle size here is the value of the mesh size, which results for a cumulative 50% by weight.
  • the proportion of particles having a particle size of greater than 150 ⁇ m is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight. Polymer particles with too small particle size lower the permeability (SFC). Therefore, the proportion of too small polymer particles ("fines") should be low.
  • Polymer particles which are too small are therefore usually separated off and returned to the process. This is preferably done before, during or immediately after the polymerization, i. before drying the polymer gel.
  • the too small polymer particles can be moistened with water and / or aqueous surfactant before or during the recycling.
  • the too small polymer particles are preferably added during the last third of the polymerization.
  • the polymer particles which are too small are added very late, for example only in an apparatus downstream of the polymerization reactor, for example an extruder, then the polymer particles which are too small can only be incorporated into the resulting polymer gel with difficulty. Insufficiently incorporated too small polymer particles, however, dissolve again during the grinding of the dried polymer gel, are therefore separated again during classification and increase the amount of recycled too small polymer particles.
  • the proportion of particles having a particle size of at most 850 ⁇ m is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight.
  • the proportion of particles having a particle size of at most 600 ⁇ m is preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, most preferably at least 98% by weight.
  • Polymer particles with too large particle size reduce the swelling rate. Therefore, the proportion of polymer particles too large should also be low. Too large polymer particles are therefore usually separated and recycled to the grinding of the dried Polymergeis.
  • the polymer particles can be surface postcrosslinked to further improve the properties.
  • Suitable surface postcrosslinkers are compounds containing groups that can form covalent bonds with at least two carboxylate groups of the polymer particles.
  • Suitable compounds are, for example, polyfunctional amines, polyfunctional Amidoamines, polyfunctional epoxides, as described in EP 0 083 022 A2, EP 0 543 303 A1 and EP 0 937 736 A2, di- or polyfunctional alcohols, as in DE 33 14 019 A1, DE 35 23 617 A1 and EP 0 450 922 A2, or ⁇ -hydroxyalkylamides, as described in DE 102 04 938 A1 and US 6,239,230.
  • Preferred surface postcrosslinkers are ethylene carbonate, ethylene glycol diglycidyl ether, reaction products of polyamides with epichlorohydrin and mixtures of propylene glycol and 1,4-butanediol.
  • Very particularly preferred surface postcrosslinkers are 2-hydroxyethyl-2-oxazolidinone, 2-oxazolidinone and 1, 3-propanediol.
  • the amount of surface postcrosslinker is preferably 0.001 to 5 wt .-%, more preferably 0.02 to 2 wt .-%, most preferably 0.05 to 1 wt .-%, each based on the polymer particles.
  • polyvalent cations are applied to the particle surface before, during or after the surface postcrosslinking in addition to the surface postcrosslinkers.
  • the polyvalent cations which can be used in the process according to the invention are, for example, divalent cations, such as the cations of zinc, magnesium, calcium, iron and strontium, trivalent cations, such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese, tetravalent cations, such as Cations of titanium and zirconium.
  • divalent cations such as the cations of zinc, magnesium, calcium, iron and strontium
  • trivalent cations such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese
  • tetravalent cations such as Cations of titanium and zirconium.
  • hydroxide, chloride, bromide, sulfate, hydrogen sulfate, carbonate, bicarbonate, nitrate, phosphate, hydrogen phosphate, dihydrogen phosphate and carboxylate, such as acetate, citrate and lactate are possible.
  • salts with different counterions for example basic aluminum salts, such as aluminum monoacetate or aluminum monolactate.
  • Aluminum sulfate, aluminum monoacetate and aluminum lactate are preferred.
  • polyamines can also be used as polyvalent cations.
  • the amount of polyvalent cation used is, for example, from 0.001 to 1% by weight, preferably from 0.005 to 0.5% by weight, more preferably from 0.02 to 0.2% by weight. in each case based on the polymer particles.
  • the surface postcrosslinking is usually carried out so that a solution of the surface postcrosslinker is sprayed onto the dried polymer particles. Subsequent to the spraying, the polymer coated with surface postcrosslinker are thermally dried, whereby the surface postcrosslinking reaction can take place both before and during drying.
  • the spraying of a solution of the surface postcrosslinker is preferably carried out in mixers with moving mixing tools, such as screw mixers, disk mixers and paddle mixers.
  • moving mixing tools such as screw mixers, disk mixers and paddle mixers.
  • horizontal mixers such as paddle mixers
  • vertical mixers very particularly preferred are vertical mixers.
  • the distinction between horizontal mixer and vertical mixer is made by the storage of the mixing shaft, i.
  • Horizontal mixers have a horizontally mounted mixing shaft and vertical mixers have a vertically mounted mixing shaft.
  • Suitable mixers are, for example, Horizontal Pflugschar® mixers (Gebr.
  • the surface postcrosslinkers are typically used as an aqueous solution.
  • the amount of non-aqueous solvent or total solvent can be used to adjust the penetration depth of the surface postcrosslinker into the polymer particles.
  • solvent for example isopropanol / water, 1,3-propanediol / water and propylene glycol / water, the mixing mass ratio preferably being from 20:80 to 40:60.
  • the thermal drying is preferably carried out in contact dryers, more preferably paddle dryers, very particularly preferably disk dryers.
  • Suitable dryers are, for example, Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Dryer (Hosokawa Micron GmbH;
  • fluidized bed dryers can also be used. The drying can take place in the mixer itself, by heating the jacket or blowing hot air. Also suitable is a downstream dryer, such as a hopper dryer, a rotary kiln or a heatable screw. Particularly advantageous is mixed and dried in a fluidized bed dryer.
  • Preferred drying temperatures are in the range 100 to 250 ° C, preferably 120 to 220 ° C, more preferably 130 to 210 ° C, most preferably 150 to 200 ° C.
  • the preferred residence time at this temperature in the reaction mixer or dryer is preferably at least 10 minutes, more preferably at least 20 minutes, most preferably at least 30 minutes, and usually at most 60 minutes.
  • the water-absorbing polymer particles are cooled after the thermal drying.
  • the cooling is preferably carried out in contact coolers, particularly preferably blade coolers, very particularly preferably disk coolers.
  • Suitable coolers are, for example, Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingart, Germany), Hosokawa Bepex® Disc Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingart, Germany), Holo-Flite® coolers (Metso Minerals Industries, Inc., Danville, USA ) and Nara Paddle Cooler (NARA Machinery Europe, Frechen, Germany).
  • fluidized bed coolers can also be used.
  • the water-absorbing polymer particles to 20 to 150 ° C, preferably 30 to 120 ° C, more preferably 40 to 100 ° C, most preferably 50 to 80 ° C, cooled. Subsequently, the surface-postcrosslinked polymer particles can be classified again, wherein too small and / or too large polymer particles are separated and recycled to the process.
  • the surface-postcrosslinked polymer particles can be coated or rehydrated to further improve the properties.
  • the post-wetting is preferably carried out at 30 to 80 ° C, more preferably at 35 to 70 ° C, most preferably at 40 to 60 ° C. If the temperatures are too low, the water-absorbing polymer particles tend to agglomerate and water evaporates appreciably at higher temperatures.
  • the amount of water used for the rewetting is preferably from 1 to 10 wt .-%, particularly preferably from 2 to 8 wt .-%, most preferably from 3 to 5 wt .-%, each based on the water-absorbing polymer particles.
  • Suitable coatings for improving the swelling rate and the permeability are, for example, inorganic inert substances, such as water-insoluble metal salts, organic polymers, cationic polymers and di- or polyvalent metal cations.
  • Suitable coatings for dust binding are, for example, polyols.
  • Suitable coatings against the unwanted caking tendency of the polymer particles are, for example, fumed silica, such as Aerosil® 200, and surfactants, such as Span® 20.
  • the 3-hydroxypropionic acid For the calibration of the 3-hydroxypropionic acid, four initial weights (about 280 mg, 180 mg, 90 mg and 60 mg) are used, with about 100 ⁇ 25gew.% sulfuric acid to a pH of before filling the 50 ml volumetric flask 3 to 4 is acidified (possibly acidify).
  • the calibration range is 0.1 to 280 mg / 50ml.
  • At least two initial weights are diluted to at least six concentrations.
  • the calibration range is 0.01 to 0.9 mg / 50ml.
  • a separation column of the type Prontosil 120-3-C18 AQ 3 ⁇ , 150 ⁇ 4, 6 mm (BISCHOFF Analysentechnik GmbH, Leonberg, Germany) is used.
  • the temperature is 25 ° C
  • the injection volume is 50 ⁇
  • the flow rate is 1, 5 ml / min
  • the duration is 15 minutes.
  • the UV detector is set to 205 nm. From beginning to 8 minutes, 100% by weight of eluent A, from 8 to 11.5 minutes, a mixture of 40% by weight of eluent A and 60% by weight of eluent B, of 11.5 minutes to the end 100% by weight of eluent A is used.
  • Eluent B is acetonitrile. Determination of the content of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid
  • oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid are determined by ion exclusion chromatography with refractive index detection.
  • sample preparation the components to be analyzed are separated from the sample matrix by means of solid phase extraction.
  • an SPE Cartridge type bakerband SiOH 6 ml, 1000 mg JTBaker, Avantor Performance Materials, Inc., Center Valley, PA, USA.
  • the SPE cartridge is activated with 6 ml of methanol and rinsed twice with 6 ml of eluent each time.
  • the SPE cartridge should never run dry.
  • the sample is then pipetted onto the SPE cartridge and rinsed ten times with 1 ml of eluent in a 10 ml volumetric flask.
  • the amount of sample used in sump samples is 65 ⁇ , in head samples 85 ⁇ and in extract samples 75 ⁇ . If the samples do not contain a hydrophobic solvent (high-boiling organic solvent, entrainment agent), these samples can be sprayed on without extraction by dissolving 85 ⁇ directly in 10 ml of eluent.
  • the eluant used is 0.1% by volume aqueous phosphoric acid.
  • 1.0 g of sample is dissolved or suspended in 10 ml of demineralized water at 25.degree. After 10 minutes, the pH of the aqueous phase is measured at 25 ° C by means of a pH electrode.
  • the dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid was carried out in a forced circulation flash evaporator reactor with rectification column attached.
  • the reactor used was a glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor was about 2500 g.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
  • the forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve.
  • the contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve.
  • the heat exchanger was heated by means of heat transfer oil.
  • the liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil.
  • the rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied.
  • the rectification column had expanded metal packages of 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany).
  • aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition:
  • the diethyl phthalate additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
  • the forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve the pressure was 1, 4 bar and the temperature 170 ° C.
  • the pressure at the top of the rectification column was 150 mbar.
  • the vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 284 g / h of condensate were discharged.
  • the condensate had the following composition:
  • each 12 g / h of a 5 wt .-% aqueous solution of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl were metered.
  • 20 g / h of a solution of phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether in acrylic acid were metered into the condensate.
  • the solution contained 2% by weight of phenothiazine and 4% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
  • 13 g / h of residue were discharged from the reactor.
  • the reactor used was a glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor was about 2500 g.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
  • the forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve.
  • the contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve.
  • the heat exchanger was heated by means of heat transfer oil.
  • the liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil.
  • the rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied.
  • the rectification column had expanded metal packages 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany) as feed were 250 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid and 40 g / h of aqueous sulfolane
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition:
  • the aqueous sulfolane additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
  • the forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve, the pressure was 1, 4 bar and the temperature 200 ° C.
  • the pressure at the top of the rectification column was 150 mbar.
  • the vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 296 g / h of condensate were discharged.
  • the condensate had the following composition: 57.3% by weight of water,
  • Example 3 (Comparative) The dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid was carried out in a forced circulation flash evaporator reactor with rectification column attached.
  • the reactor used was a glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor was about 2500 g.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
  • the forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve.
  • the contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve.
  • the heat exchanger was heated by means of heat transfer oil.
  • the liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil.
  • the rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied.
  • the rectification column had expanded metal packages 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany) 250 g / h aqueous 3-hydroxypropionic acid and 20 g / h diethyl phthalate were fed into the reactor as feed.
  • the aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition:
  • the diethyl phthalate additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
  • the forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve, the pressure was 1, 4 bar and the temperature 200 ° C. The pressure at the top of the rectification column was 150 mbar. The vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 266 g / h of condensate were discharged. The condensate had the following composition: 62.8% by weight of water,
  • the reactor used was a glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor was about 2500 g.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
  • the forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve.
  • the contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve.
  • the heat exchanger was heated by means of heat transfer oil.
  • the liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil.
  • the rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied.
  • the rectification column had expanded metal packages of 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany).
  • aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition: 18.9% by weight of water
  • the aqueous sulfolane additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
  • the forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve, the pressure was 1, 4 bar and the temperature 200 ° C.
  • the pressure at the top of the rectification column was 150 mbar.
  • the vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 223 g / h of condensate were discharged.
  • the condensate had the following composition: 45.5% by weight of water,
  • reaction of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in a reactor with forced circulation desulphurisation apparatus and attached rectification column 4.
  • An entrainer is added at the top of the rectification column.
  • the reactor used is a 51 glass container with a double jacket.
  • the amount of liquid in the reactor is about 4000 g.
  • the temperature in the reactor is 196 ° C.
  • the pressure in the reactor is 230 mbar.
  • the reactor is at the same time the bottom of the rectification column 4.
  • the forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure-holding valve.
  • the contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve.
  • the feed of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and high-boiling solvent is metered into the circuit before the heat exchanger. Below the heat exchanger, 13 l / h of an air / nitrogen mixture with an oxygen content of 6% by volume (lean air) are metered into the circuit.
  • aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and 43 g / h of high-boiling solvent are used as feed.
  • the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid has the following composition: 20.1% by weight of water,
  • the high-boiling solvent has the following composition:
  • the rectification column 4 has an inner diameter of 50 mm and is electrically accompanied by heating.
  • the rectification column has a total of 7 expanded metal packings each 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany) and a side take-off with the side take-off between the 3rd and 4th expanded metal packs (counted from below). ,
  • the side trigger is a catch bottom. There, the liquid is completely removed as crude acrylic acid. Of these, 450 g / h are recycled as reflux below the catch tray in the rectification column 4 and the remaining crude acrylic acid is conveyed by a pump through a heat exchanger, thereby cooled to 15 ° C and converted into a suspension crystallization. There are obtained 1 102 g / h of crude acrylic acid having the following composition: 1, 2 wt .-% water,
  • a glass container with a helical stirrer is used for suspension crystallization.
  • the heat of crystallization is dissipated via a cooled double jacket.
  • the temperature of the crystal suspension in the glass container is 13.8 ° C.
  • the crystal suspension produced during the crystallization is separated discontinuously into crystals and mother liquor by means of a centrifuge at 2000 rpm and a spin time of 1 min.
  • the crystals are washed with pure acrylic acid and melted.
  • the mother liquor is heated to 50 ° C and completely dosed below the catch tray in the rectification column 4.
  • the pure acrylic acid obtained is admixed with 1.6 g / h of a 2% strength by weight solution of hydroquinone monomethyl ether in pure acrylic acid. A total of 164 g / h of pure acrylic acid are obtained.
  • 3.9 g / h of a 2% strength by weight solution of phenothiazine in crude acrylic acid are metered onto the top of the rectification column 4.
  • the vapor obtained at the top of the rectification column 4 is cooled to 25 ° C. in a heat exchanger, condensed and collected in a phase separator.
  • As entrainer toluene is used.
  • 0.4 g / h of toluene are metered into the organic phase to compensate for losses of entrainer.
  • the separated in the phase separator entraining agent is recycled to the top of the rectification column 4.
  • aqueous phase 1 180 g / h are sprayed in the vapor before the heat exchanger.
  • the remaining aqueous phase (sour water) is discharged.
  • the sour water has the following composition: 97.7% by weight of water,
  • the exhaust gas is passed through another heat exchanger (aftercooler).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid in a liquid phase, wherein the liquid phase has a temperature of 120 to 250°C, aqueous acrylic acid is continuously isolated from the liquid phase, and the liquid phase contains 5 to 95 wt.-% of a polar aprotic solvent.

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure  Process for the continuous dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von wässriger 3- Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure in flüssiger Phase, wobei die flüssige Phase eine Temperatur von 120 bis 250°C aufweist, wässrige Acrylsäure kontinuierlich aus der flüssigen Phase abgetrennt wird und die flüssige Phase von 5 bis 95 Gew.-% eines aprotisch-polaren Lösungsmit- tels enthält. The invention relates to a process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid in the liquid phase, wherein the liquid phase has a temperature of 120 to 250 ° C, aqueous acrylic acid is continuously separated from the liquid phase and the liquid phase from 5 to 95 Wt .-% of an aprotic polar solvent contains.
Acrylsäure ist wegen ihrer sehr reaktiven Doppelbindung sowie ihrer Carbonsäure-Gruppe ein wertvolles Monomer zur Herstellung von Polymeren, z.B. wasserabsorbierende Polymerpartikel, Bindemittel für wässrige Dispersionsfarben und in wässrigem Lösungsmittel dispergierte Kleb- Stoffe. Acrylic acid, because of its very reactive double bond as well as its carboxylic acid group, is a valuable monomer for making polymers, e.g. water-absorbing polymer particles, binders for aqueous emulsion paints and adhesives dispersed in aqueous solvent.
Wasserabsorbierende Polymerpartikel werden zur Herstellung von Windeln, Tampons, Damenbinden und anderen Hygieneartikeln, aber auch als wasserzurückhaltende Mittel im landwirtschaftlichen Gartenbau verwendet. Die wasserabsorbierenden Polymerpartikel werden auch als Superabsorber bezeichnet. Water-absorbing polymer particles are used in the manufacture of diapers, tampons, sanitary napkins and other sanitary articles, but also as water-retaining agents in agricultural horticulture. The water-absorbing polymer particles are also referred to as superabsorbers.
Die Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel wird in der Monographie "Modern Su- perabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz und AT. Graham, Wiley-VCH, 1998, Seiten 71 bis 103, beschrieben. The preparation of water-absorbing polymer particles is described in the monograph "Modern Superabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz and AT. Graham, Wiley-VCH, 1998, pages 71-103.
Acrylsäure wird großtechnisch ausschließlich aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Dies wird von den Konsumenten der Hygieneartikel als nachteilig angesehen. Es besteht daher ein Bedarf die in den Hygieneartikeln eingesetzten wasserabsorbierenden Polymerpartikel aus nachwachsenden Rohstoffen zu erzeugen. Acrylic acid is produced industrially exclusively from fossil raw materials. This is considered to be disadvantageous by the consumers of the hygiene articles. There is therefore a need to produce the water-absorbing polymer particles used in the hygiene articles from renewable raw materials.
Ein möglicher Weg ist die fermentative Herstellung von 3-Hydroxypropionsäure und deren Umsetzung zu Acrylsäure. Die Herstellung von 3-Hydroxypropionsäure durch Fermentation wird beispielsweise in WO 2012/074818 A2 beschrieben. Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure in der Gasphase wird in US 7,538,247 erwähnt. One possible route is the fermentative production of 3-hydroxypropionic acid and its conversion to acrylic acid. The production of 3-hydroxypropionic acid by fermentation is described, for example, in WO 2012/074818 A2. The dehydration of 3-hydroxypropionic acid in the gas phase is mentioned in US 7,538,247.
Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure in flüssiger Phase wird beispielsweise in WO 2006/092271 A2, WO 2008/023039 A1 , JP 2010-180171 , EP 2 565 21 1 A1 und The dehydration of 3-hydroxypropionic acid in the liquid phase is described, for example, in WO 2006/092271 A2, WO 2008/023039 A1, JP 2010-180171, EP 2 565 21 1 A1 and US Pat
EP 2 565 212 A1 beschrieben. EP 2 565 212 A1.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Acrylsäure auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von wäss- riger 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure in flüssiger Phase, wobei die flüssige Phase eine Temperatur von 120 bis 250°C aufweist und wässrige Acrylsäure kontinuierlich aus der flüssi- gen Phase abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Phase von 5 bis 95 Gew.-% eines aprotischen Lösungsmittels enthält und das aprotischen Lösungsmittel ein Dipolmoment von mindestens 10 x 10"30 Cm aufweist. The object of the present invention was to provide an improved process for the production of acrylic acid based on renewable raw materials. The object was achieved by a process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid in the liquid phase, wherein the liquid phase has a temperature of 120 to 250 ° C and aqueous acrylic acid is continuously separated from the liquid phase, thereby in that the liquid phase contains from 5 to 95 wt .-% of an aprotic solvent and the aprotic solvent has a dipole moment of at least 10 x 10 "having 30 cm.
Eine Liste der Dipolmomente einiger ausgewählter erfindungsgemäßer und nicht- erfindungsgemäßer Lösungsmittel zeigt die folgende Tabelle: A list of the dipole moments of some selected inventive and non-inventive solvents is shown in the following table:
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000003_0001
Aprotische Lösungsmittel enthalten kein ionisierbares Proton im Molekül und sind allgemein bekannt, lonisierbare Protonen enthalten beispielsweise Moleküle mit OH-, SH- und NH- Gruppen. Die bevorzugten aproptischen Lösungsmittel enthalten ausschließlich an Kohlenstoffatome gebundene Wasserstoffatome. Aprotic solvents contain no ionizable proton in the molecule and are generally known, for example, ionizable protons contain molecules with OH, SH and NH groups. The preferred aproptic solvents contain exclusively hydrogen atoms bonded to carbon atoms.
Das Dipolmoment der erfindungsgemäß einzusetzenden aprotischen Lösungsmittel beträgt vorzugsweise von 12 bis 25 x 10"30 Cm, besonders bevorzugt von 14 bis 20 x 10"30 Cm, ganz be- sonders bevorzugt von 15 bis 18 x 10"30 Cm. The dipole moment of the employed according to the invention aprotic solvent is preferably from 12 to 25 x 10 "30 cm, more preferably from 14 to 20 x 10" 30 cm, most preferably from 15 to 18 x 10 "30 cm.
Die aprotischen Lösungsmittel weisen einen Siedepunkt bei 1013 mbar von vorzugsweise 200 bis 350°C, besonders bevorzugt von 250 bis 320°C, ganz besonders bevorzugt von 280 bis 300°C, auf. The aprotic solvents have a boiling point at 1013 mbar of preferably 200 to 350 ° C, more preferably from 250 to 320 ° C, most preferably from 280 to 300 ° C, on.
Geeignete aprotische Lösungsmittel sind Ketone, Lactone, Lactame, Nitroverbindungen, tertiäre Carbonsäureamide, Harnstoffderivate, Sulfoxide und Sulfone. Vorteilhaft werden Sulfolan, und gamma-Valerolacton eingesetzt. Sulfolan ist besonders bevorzugt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass polar-aprotische Lösungsmittel unerwünschte Wandbeläge in Reaktor und Wärmetauscher verhindern können. Suitable aprotic solvents are ketones, lactones, lactams, nitro compounds, tertiary carboxylic acid amides, urea derivatives, sulfoxides and sulfones. Sulfolane, and gamma-valerolactone are advantageously used. Sulfolane is particularly preferred. The present invention is based on the finding that polar aprotic solvents can prevent unwanted wall deposits in the reactor and heat exchanger.
Die eingesetzte wässrigen 3-Hydroxypropionsäure enthält vorzugsweise von 5 bis 50 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-% Wasser, ganz besonders bevorzugt von 15 bis 35 Gew.-% Wasser. The aqueous 3-hydroxypropionic acid used preferably contains from 5 to 50% by weight of water, particularly preferably from 10 to 40% by weight of water, very particularly preferably from 15 to 35% by weight of water.
Die wässrige Acrylsäure wird vorteilhaft mittels einer Rektifikationskolonne 2 aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt. Über die Auswahl der Trennstufen und des Rücklaufverhältnisses kann der Gehalt an 3-Hydroxypropionsäure und aprotischem Lösungsmittel im Destillat niedrig gehalten werden. The aqueous acrylic acid is advantageously separated off from the reaction mixture by means of a rectification column 2. By selecting the separation stages and the reflux ratio, the content of 3-hydroxypropionic acid and aprotic solvent in the distillate can be kept low.
Die wässrige Acrylsäure wird vorzugweise mittels einer Rektifikationskolonne 3 in eine acrylsäu- rereiche Phase und eine wasserreiche Phase aufgetrennt. Besonders bevorzugt wird in der Rektifikationskolonne 3 ein Schleppmittel verwendet. The aqueous acrylic acid is preferably separated by means of a rectification column 3 into an acrylic-acid-rich phase and a water-rich phase. Particularly preferably, an entraining agent is used in the rectification column 3.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure und die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase und eine wasserreiche Phase in einer Rektifikationskolonne 4 durchgeführt wird, wobei die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase unterhalb eines Seitenabzugs in der Rektifikationskolonne 4 erfolgt, die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase und eine wasserreiche Phase oberhalb des Seitenabzugs erfolgt und die acrylsäurereiche Phase am Seitenabzug flüssig entnommen wird. Besonders bevorzugt wird in der Rektifikationskolonne 4 ein Schleppmittel verwendet. In a preferred embodiment of the present invention, the separation of the aqueous acrylic acid and the separation of the aqueous acrylic acid in a high-acrylic phase and a high-water phase in a rectification column 4 is carried out, wherein the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase below a side draw in the rectification column 4 takes place, the separation of the aqueous acrylic acid in a high acrylic acid phase and a high-water phase above the side take off and the acrylic acid-rich phase is removed liquid at the side offtake. Particularly preferably, an entraining agent is used in the rectification column 4.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Rektifikationskolonne 4 eine Trennwandkolonne, wobei sich der Zulauf zur Rektifikationskolonne 4 und der Seitenabzug der Rektifikationskolonne 4 auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand befinden. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the rectification column 4 is a dividing wall column, wherein the feed to the rectification column 4 and the side draw of the rectification column 4 are located on different sides of the dividing wall.
Die erhaltene acrylsäurereiche Phase wird vorzugsweise durch Kristallisation gereinigt. Besonders bevorzugt wird die Mutterlauge der Kristallisation unterhalb des Seitenabzugs in die Rektifikationskolonne 4 zurückgeführt. The obtained acrylic acid-rich phase is preferably purified by crystallization. Particularly preferably, the mother liquor of the crystallization is recycled below the side draw into the rectification column 4.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben: Herstellung der 3-Hydroxypropionsäure The method according to the invention is described below: Preparation of 3-hydroxypropionic acid
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise durch Fermentation erzeugte ge 3-Hydroxypropionsäure eingesetzt. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in In the process according to the invention, preference is given to using ge-3-hydroxypropionic acid produced by fermentation. Such a method is described, for example, in
WO 02/090312 A1 offenbart. WO 02/090312 A1 discloses.
Herstellung von Acrylsäure Aus der wässrigen 3-Hydroxypropionsäure kann in einem optionalen Schritt i) ein Teil des Wassers abdestilliert werden, wobei sich ein Teil der monomeren 3-Hydroxypropionsäure unter Wasserabspaltung zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure umsetzt. Preparation of acrylic acid In an optional step i), part of the water can be distilled off from the aqueous 3-hydroxypropionic acid, some of the monomeric 3-hydroxypropionic acid reacting with elimination of water to give oligomeric 3-hydroxypropionic acid.
Oligomere 3-Hydroxypropionsäure ist das Produkt aus mindestens zwei Molekülen Oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the product of at least two molecules
3-Hydroxypropionsäure. Dabei werden die Moleküle untereinander durch Veresterung der Car- boxyl-Gruppe des einen Moleküls mit der Hydroxyl-Gruppe des anderen Moleküls miteinander verbunden. 3-hydroxy propionic acid. The molecules are interconnected by esterification of the carboxyl group of one molecule with the hydroxyl group of the other molecule.
Oligomere Acrylsäure ist das Produkt aus mindestens zwei Molekülen Acrylsäure. Dabei wer- den die Moleküle untereinander durch Michael-Addition der Carboxyl-Gruppe des einen Moleküls mit der ethylenischen Doppelbindung des anderen Moleküls miteinander verbunden. Oligomeric acrylic acid is the product of at least two molecules of acrylic acid. The molecules are interconnected by Michael addition of the carboxyl group of one molecule with the ethylenic double bond of the other molecule.
Die Temperatur bei der Umsetzung beträgt vorzugsweise weniger als 100°C, besonders bevorzugt weniger als 90°C, ganz besonders bevorzugt weniger als 80°C, durchgeführt. Zu hohe Temperaturen begünstigen die in Schritt i) unerwünschte Dehydratisierung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure. The temperature in the reaction is preferably less than 100 ° C, more preferably less than 90 ° C, most preferably less than 80 ° C performed. Too high temperatures favor the undesirable in step i) dehydration of monomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid.
Der Druck bei der Umsetzung beträgt vorzugsweise von 5 bis 300 mbar, besonders bevorzugt von 15 bis 200 mbar, ganz besonders bevorzugt von 30 bis 150 mbar. Niedrigere Drücke in Schritt i) ermöglichen eine schonende Entfernung des Wassers aus der flüssigen Phase. Zu niedrige Drücke sind unwirtschaftlich. Der Druck ist der Druck im Reaktor bzw. bei einer Destillation der Druck im Destillationssumpf. The pressure in the reaction is preferably from 5 to 300 mbar, particularly preferably from 15 to 200 mbar, very particularly preferably from 30 to 150 mbar. Lower pressures in step i) allow gentle removal of the water from the liquid phase. Too low pressures are uneconomical. The pressure is the pressure in the reactor or in a distillation, the pressure in the distillation bottoms.
Die Wärmezufuhr kann über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandheizung erfolgen (als Wärmeträger wird vorteilhaft Wasserdampf verwendet). Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Naturoder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt werden außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf eingesetzt. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Der pH-Wert beträgt während der Destillation vorzugsweise mindestens 1 ,5, besonders bevorzugt mindestens 1 ,8, ganz besonders bevorzugt mindestens 2,0. Zu niedrige pH-Werte erhöhen die Oliogomerenbildung und verschieben das Verhältnis von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure. Ein zu hoher Anteil an langkettigen Oligomeren erhöht die Viskosität und verschlechtert den Wärmeübergang. Es werden also üblicherweise keine die Oligomerisierung katalysierende Verbindungen, insbesondere keine starken Säuren, wie Schwefelsäure, organische Sulfonsäuren und Phosphorsäure, zugesetzt. The heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible. The pH during distillation is preferably at least 1.5, more preferably at least 1.8, most preferably at least 2.0. Too low pH increases oligomer formation and shifts the ratio of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid. Too high a proportion of long-chain oligomers increases the viscosity and deteriorates the heat transfer. Thus, usually no compounds catalyzing the oligomerization, in particular no strong acids, such as sulfuric acid, organic sulfonic acids and phosphoric acid added.
Die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oli- gomerer 3-Hydroxypropionsäure enthält vorzugsweise von 5 bis 50 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-% Wasser, ganz besonders bevorzugt von 15 bis 35 Gew.-% Wasser. The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 5 to 50% by weight of water, more preferably from 10 to 40% by weight of water, most preferably from 15 to 35% by weight of water.
Die in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oli- gomerer 3-Hydroxypropionsäure enthält vorzugsweise von 10 bis 60 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure, besonders bevorzugt von 20 bis 50 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure, ganz besonders bevorzugt von 25 bis 45 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure. Der Wassergehalt wird in Schritt i) vorzugsweise um mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt um mindestens 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, gesenkt. Der Wert um den der Wassergehalt gesenkt wurde ist die Differenz aus dem Wassergehalt der eingesetzten wässrigen 3-Hydroxypropionsäure (Edukt) und dem Wassergehalt der erhaltenen wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure (Produkt). The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid obtained in step i) preferably contains from 10 to 60% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, more preferably from 20 to 50% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, most preferably from 25 to 45% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid. The water content in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 10% by weight, most preferably by at least 15% by weight. The value by which the water content was lowered is the difference between the water content of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the water content of the resulting aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
Der Wassergehalt kann mit den üblichen Methoden bestimmt werden, beispielsweise mittels Karl-Fischer-Titration. Der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure wird in Schritt i) vorzugsweise um mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 25 Gew.-%, gesenkt. Der Wert um den der Gehalt an monomerer 3- Hydroxypropionsäure gesenkt wurde ist die Differenz aus dem Gehalt an monomerer 3- Hydroxypropionsäure der eingesetzten wässrigen 3-Hydroxypropionsäure (Edukt) und dem Ge- halt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure der erhaltenen wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure (Produkt). The water content can be determined by the usual methods, for example by Karl Fischer titration. The content of monomeric 3-hydroxypropionic acid in step i) is preferably reduced by at least 5% by weight, more preferably by at least 15% by weight, most preferably by at least 25% by weight. The value by which the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid was lowered is the difference between the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the aqueous 3-hydroxypropionic acid used (educt) and the content of monomeric 3-hydroxypropionic acid of the obtained aqueous mixture of monomeric 3 Hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid (product).
Der Gehalt an monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure kann mittels HPLC bestimmt werden. Zur Bestimmung der oligomeren 3-Hydroxypropionsäure wer- den die Signale der ersten vier Oligomeren, d.h. bis zum Pentameren, unter Verwendung des Eichfaktors der monomerer 3-Hydroxypropionsäure ausgewertet und die Summe gebildet. Monomere Acrylsäure und oligomere Acrylsäure lassen sich analog bestimmen. The content of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid can be determined by means of HPLC. To determine the oligomeric 3-hydroxypropionic acid, the signals of the first four oligomers, ie to the pentamer, are evaluated using the calibration factor of the monomeric 3-hydroxypropionic acid and the sum is formed. Monomeric acrylic acid and oligomeric acrylic acid can be determined analogously.
Das Wasser wird in Schritt i) vorteilhaft mittels einer Rektifikationskolonne 1 abgetrennt. Die Rektifikationskolonne 1 ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. The water is advantageously separated off in step i) by means of a rectification column 1. The rectification column 1 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred, among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or Braided preferred.
Der Zulauf in die Rektifikationskolonne 1 erfolgt zweckmäßig in ihren unteren Bereich. Die Zulauftemperatur beträgt vorzugsweise von 20 bis 100°C, besonders bevorzugt von 30 bis 80°C, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 60°C. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden unterhalb des Zulaufs (Abtriebsteil) und Thormannböden oberhalb des Zulaufs (Verstärkungsteil). In der Regel sind 2 bis 5 theoretische Böden unterhalb des Zulaufs und 2 bis 15 theoretische Böden oberhalb des Zulaufs der Rektifikationskolonne 1 ausreichend. Die Rektifikation wird üblicherweise so durchgeführt, dass sich der für die Umsetzung geforderte Sumpfdruck einstellt. Der Kopfdruck ergibt sich aus dem Sumpfdruck, der Anzahl und der Art der Kolonneneinbauten sowie den fluidynamischen Erfordernissen der Rektifikation. The feed into the rectification column 1 is expediently carried out in its lower region. The feed temperature is preferably from 20 to 100 ° C, more preferably from 30 to 80 ° C, most preferably from 40 to 60 ° C. Particularly preferred are dual-flow trays below the inlet (stripping section) and Thormannböden above the inlet (reinforcing section). As a rule, 2 to 5 theoretical plates below the feed and 2 to 15 theoretical plates above the feed of the rectification column 1 are sufficient. The rectification is usually carried out in such a way that the bottom pressure required for the reaction sets in. The top pressure results from the sump pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
Zur Erhöhung der Verweilzeit und damit zur Steigerung der Umsetzung von monomerer 3-Hydroxypropionsäure zu oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ist es vorteilhaft einen Teil der Sumpfflüssigkeit zusammen mit dem Zulauf in den unteren Bereich der Rektifikationskolone 1 zu fördern. Dadurch wird ein Teil der Sumpfflüssigkeit über die Böden unterhalb des Zulaufs (Abtriebsteil) im Kreis gefördert. To increase the residence time and thus to increase the conversion of monomeric 3-hydroxypropionic acid to oligomeric 3-hydroxypropionic acid, it is advantageous to promote part of the bottoms liquid together with the feed to the lower region of the rectification column 1. As a result, part of the sump liquid is conveyed in a circle via the trays below the inlet (stripping section).
Die Rektifikationskolonne 1 ist üblicherweise aus austenitischem Stahl gefertigt, vorzugweise aus dem Werkstoff 1.4571 (nach DIN EN 10020). Die Abkühlung des am Kopf der Rektifikationskolonne 1 abgetrennten Wassers kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Dazu wird bereits kondensiertes Wasser mittels eines geeigneten Wärmetauschers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle des Wassers vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung des gekühlten Wassers mit dem Brüden verbessern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Rin- gen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 1 nicht berücksichtigt. Die direkte Kon- densation des Wassers kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung aber durch indirekte Kühlung. The rectification column 1 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020). The cooling of the water separated off at the top of the rectification column 1 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. For this purpose, already condensed water is cooled by means of a suitable heat exchanger and sprayed the cooled liquid above the sampling point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the extraction point of the water is advantageously designed as a catch bottom. Built-in components that improve the mixing of the cooled water with the vapor can increase the effect of direct cooling. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the fillings are those with rin gen, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 1. The direct condensation of the water can also be carried out in several stages, with the temperature rising to the top. Preferably, however, the cooling takes place by indirect cooling.
Die so in Schritt i) erhaltene wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure wird kontinuierlich dem Sumpf der Destillation entnommen und in Schritt ii) zu Acrylsäure umgesetzt. The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid thus obtained in step i) is withdrawn continuously from the bottom of the distillation and reacted in step ii) to give acrylic acid.
Die Umsetzung der wässrigen 3-Hydroxypropionsäure oder wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure aus Schritt i) zu Acrylsäure wird in Schritt ii) in flüssiger Phase bei einer Temperatur von vorzugsweise von 140 bis 240°C, besonders bevorzugt von 160 bis 230°C, ganz besonders bevorzugt von 180 bis 220°C, durchgeführt. Der Druck beträgt vorzugsweise von 25 bis 750 mbar, besonders bevorzugt von 50 bis 500 mbar, ganz besonders bevorzugt von 100 bis 300 mbar. Bei niedrigerem Druck enthält die flüssige Phase weniger monomere Acrylsäure und im Falle einer destillativen Abtrennung der entstehenden Acrylsäure wird die unerwünschte Bildung oligomerer Acrylsäure im Kondensat unterdrückt. Der Druck ist der Druck im Reaktor bzw. bei einer Destillation der Druck im Destillationssumpf. The reaction of the aqueous 3-hydroxypropionic acid or aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) to acrylic acid is carried out in step ii) in the liquid phase at a temperature of preferably from 140 to 240 ° C., more preferably from 160 to 230 ° C, most preferably from 180 to 220 ° C carried out. The pressure is preferably from 25 to 750 mbar, particularly preferably from 50 to 500 mbar, very particularly preferably from 100 to 300 mbar. At lower pressure, the liquid phase contains less monomeric acrylic acid and in the case of distillative removal of the resulting acrylic acid, the undesired formation of oligomeric acrylic acid in the condensate is suppressed. The pressure is the pressure in the reactor or in a distillation, the pressure in the distillation bottoms.
Die in Schritt ii) eingesetzte wässrigen 3-Hydroxypropionsäure oder wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure aus Schritt i) ent- hält vorzugsweise von 5 bis 50 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-% Wasser, ganz besonders bevorzugt von 15 bis 35 Gew.-% Wasser. The aqueous 3-hydroxypropionic acid or aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) used in step ii) preferably contains from 5 to 50% by weight of water, more preferably from 10 to 40% by weight. % Water, most preferably from 15 to 35 wt .-% water.
Die in Schritt ii) eingesetzte wässrigen 3-Hydroxypropionsäure oder wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure aus Schritt i) ent- hält vorzugsweise von 10 bis 60 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure, besonders bevorzugt von 20 bis 50 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure, ganz besonders bevorzugt von 25 bis 45 Gew.-% monomere 3-Hydroxypropionsäure. The aqueous 3-hydroxypropionic acid or aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) used in step ii) preferably contains from 10 to 60% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, more preferably from 20 to 50 % By weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid, most preferably from 25 to 45% by weight of monomeric 3-hydroxypropionic acid.
Die Wärmezufuhr kann über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandheizung erfolgen (als Wärmeträger wird vorteilhaft Wasserdampf verwendet). Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Naturoder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt werden außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden Zwangsumlaufentspannungsver- dampfer eingesetzt. In einem Zwangsumlaufentspannungsverdampfer findet die Verdampfung nicht an einer heißen Oberfläche statt, sondern durch Druckentspannung. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. The heat can be supplied via internal and / or external heat exchanger of conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier water vapor is advantageously used). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Forced circulation expansion evaporators are very particularly preferably used. In a forced circulation flash evaporator evaporation does not take place on a hot surface, but by pressure release. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
Die flüssige Phase enthält vorzugsweise einen Polymerisationsinhibitor 1 . Geeignete Polymeri- sationsinhibitoren 1 sind Phenothiazin, Hydrochinon, Hydrochinonmonomethylether, Kupfersalze und/oder Mangansalze. Ganz besonders bevorzugt sind Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether. Die flüssige Phase enthält vorzugsweise von 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 Gew.-% des Polymerisationsinhibitors 1 . Vorteilhaft wird zusätzlich ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisati- onsinhibierung eingesetzt. Besonders geeignet sind hierzu Luft/Stickstoff-Gemische mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft). Wird ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisati- onsinhibierung eingesetzt, so wird dies vorzugsweise unterhalb des Verdampfers zugeführt. The liquid phase preferably contains a polymerization inhibitor 1. Suitable polymerization inhibitors 1 are phenothiazine, hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, copper salts and / or manganese salts. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether. The liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 1. Advantageously, an oxygen-containing gas is additionally used for polymerization inhibition. Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably supplied below the evaporator.
Die flüssige Phase enthält vorzugsweise von 10 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt von 20 bis 85 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 30 bis 80 Gew.-% des aprotischen Lösungsmittels. The liquid phase preferably contains from 10 to 95% by weight, more preferably from 20 to 85% by weight, most preferably from 30 to 80% by weight of the aprotic solvent.
Die Umsetzung in Schritt ii) wird vorzugsweise in Abwesenheit eines Katalysators durchgeführt. Die Umsetzung in Schritt ii) kann aber auch basisch oder sauer katalysiert werden. Geeignete basische Katalysatoren sind hochsiedende tertiäre Amine, wie Pentamethyldiethylentriamin. Geeignete saure Katalysatoren sind hochsiedende anorganische oder organische Säuren, wie Phosphorsäure und Dodecylbenzolsulfonsäure. Hochsiedend bedeutet hierbei ein Siedepunkt bei 1013 mbar von vorzugsweise mindestens 160°C, besonders bevorzugt mindestens 180°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 190°C. The reaction in step ii) is preferably carried out in the absence of a catalyst. The reaction in step ii) can also be catalyzed basic or acidic. Suitable basic catalysts are high boiling tertiary amines such as pentamethyldiethylenetriamine. Suitable acidic catalysts are high boiling inorganic or organic acids such as phosphoric acid and dodecylbenzenesulfonic acid. High-boiling means here a boiling point at 1013 mbar of preferably at least 160 ° C, more preferably at least 180 ° C, most preferably at least 190 ° C.
Wird ein Katalysator eingesetzt, so beträgt die Menge an Katalysator in der flüssigen Phase vorzugsweise von 1 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%. Die bei der Umsetzung in Schritt ii) entstehende wässrige Acrylsäure wird vorteilhaft mittels einer Rektifikationskolonne (Rektifikationskolonne 2) aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt. If a catalyst is used, the amount of catalyst in the liquid phase is preferably from 1 to 60 wt .-%, particularly preferably from 2 to 40 wt .-%, most preferably from 5 to 20 wt .-%. The aqueous acrylic acid formed during the reaction in step ii) is advantageously separated off from the reaction mixture by means of a rectification column (rectification column 2).
Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 2 findet die Umsetzung der wässrigen 3-Hydroxy- propionsäure oder der wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligo- merer 3-Hydroxypropionsäure aus Schritt i) zu Acrylsäure im Sumpf der Rektifikationskolonne 2 statt und die wässrige 3-Hydroxypropionsäure oder die wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure aus Schritt i) ist der Zulauf der Rektifikationskolonne 2. Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 2 wird der Polymerisationsinhibitor 1 zumindest teilweise über den Rücklauf dosiert. Die Rektifikationskolonne 2 ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Sieb- böden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. When using a rectification column 2, the reaction of the aqueous 3-hydroxypropionic acid or the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) to acrylic acid takes place in the bottom of the rectification column 2 and the aqueous 3-hydroxypropionic acid or the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid from step i) is the feed of the rectification column 2. When using a rectification column 2, the polymerization inhibitor 1 is metered at least partially via the reflux. The rectification column 2 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the soils, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the trays are those with rings, spirals, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox Saddling or braiding preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
In der Regel sind 3 bis 10 theoretische Böden in der Rektifikationskolonne 2 ausreichend. Die Rektifikation wird üblicherweise bei vermindertem Druck durchgeführt. Der Kopfdruck beträgt vorzugsweise von 50 bis 900 mbar, besonders bevorzugt von 100 bis 500 mbar, ganz besonders bevorzugt von 150bis 300 mbar. Bei zu hohem Kopfdruck wird die wässrige Acrylsäure unnötig thermisch belastet und bei zu niedrigem Kopfdruck wird das Verfahren technisch zu aufwendig. Außerdem ist die Konzentration an Acrylsäure bei niedrigerem Druck geringer. Der Sumpfdruck ergibt sich aus dem Kopfdruck, der Anzahl und der Art der Kolonneneinbauten sowie den fluidynamischen Erfordernissen der Rektifikation. In general, 3 to 10 theoretical plates in the rectification column 2 are sufficient. The rectification is usually carried out at reduced pressure. The top pressure is preferably from 50 to 900 mbar, particularly preferably from 100 to 500 mbar, very particularly preferably from 150 to 300 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive. In addition, the concentration of acrylic acid is lower at lower pressure. The bottom pressure results from the top pressure, the number and type of column internals and the fluid dynamic requirements of the rectification.
Die Rektifikationskolonne 2 ist üblicherweise aus austenitischem Stahl gefertigt, vorzugweise aus dem Werkstoff 1.4571 (nach DIN EN 10020). The rectification column 2 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1.4571 (according to DIN EN 10020).
Die Abkühlung der am Kopf der Rektifikationskolonne 2 abgetrennten wässrigen Acrylsäure kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie durch direkte Kühlung. Dazu wird bereits konden- sierte wässrige Acrylsäure mittels eines geeigneten Wärmetauschers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle der wässrigen Acrylsäure vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung der gekühlten wässrigen Ac- rylsäure mit dem Brüden verbessern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 2 nicht berücksichtigt. Die direkte Kondensation der wässrigen Acrylsäure kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung durch direkte Kühlung. Ein Teil der am Kopf der Rektifikationskolonne 2 entnommenen wässrigen Acrylsäure, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Destillat, wird als Rücklauf für die Rektifikationskolonne 2 verwendet, der Rest der wässrigen Acrylsäure wird ausgeschleust. Bei Verwendung eines aprotischen Lösungsmittels mit geringer Löslichkeit in Wasser kann das kondensierte Destillat der Rektifikationskolonne 2 mittels eines Phasenscheiders getrennt werden. Die organische Phase kann in die Rektifikationskolonne 2 zurückgeführt werden, beispielsweise in den Sumpf der Rektifikationskolonne 2. Die wässrige Phase kann ebenfalls teilweise in die Rektifikationskolonne 2 zurückgeführt werden, beispielsweise als Rücklauf und zur direkten Kühlung des Brüdens. The cooling of the aqueous acrylic acid separated off at the top of the rectification column 2 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling. For this purpose, already condensed aqueous acrylic acid is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the removal point of the aqueous acrylic acid is advantageously designed as a capture bottom. By means of internals, which improve the mixing of the cooled aqueous acrylic acid with the vapor, the effect of direct cooling can be increased. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 2. The direct condensation of the aqueous acrylic acid can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature. Preferably, the cooling is carried out by direct cooling. A portion of the aqueous acrylic acid withdrawn at the top of the rectification column 2, preferably from 10 to 40% by weight, based on the total amount of distillate, is used as reflux for the rectification column 2, the remainder of the aqueous acrylic acid being discharged. When using an aprotic solvent with low solubility in water, the condensed distillate of the rectification column 2 can be separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 2, for example into the bottom of the rectification column 2. The aqueous phase can also be partially recycled to the rectification column 2, for example as reflux and for the direct cooling of the vapor.
Der Sumpfrückstand der Rektifikationskolonne 2 kann ausgeschleust und einer Rückstandsdestillation oder einer Rückstandsspaltung zugeführt werden. Der Sumpfrückstand wird vorzugsweise über einen Feststoffabscheider (Zyklon) geführt und ggf. durch frisches aprotisches Lö- sungsmittel ergänzt. The bottom residue of the rectification column 2 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting. The bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh aprotic solvent.
Die erhaltene wässrige Acrylsäure kann in einem optionalen Schritt iii) destillativ in eine acryl- säurereiche Phase (Rohacrylsäure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) aufgetrennt werden. The resulting aqueous acrylic acid can be separated by distillation into an acrylic-acid-rich phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water) in an optional step iii).
Die Wärmezufuhr in Schritt iii) kann über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandheizung erfolgen (als Wärmeträger wird vorteilhaft Wasserdampf verwendet). Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Natur- oder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt werden außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf eingesetzt. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. The heat supply in step iii) can be done via internal and / or external heat exchanger conventional design and / or double wall heating (as a heat carrier is advantageously used water vapor). Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. External circulation evaporators with forced circulation are particularly preferably used. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible.
Die wässrige Acrylsäure enthält vorzugsweise einen Polymerisationsinhibitor 2. Geeignete Polymerisationsinhibitoren 2 sind Phenothiazin, Hydrochinon und/oder Hydrochinonmonomethyl- ether. Ganz besonders bevorzugt sind Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether. Die flüssige Phase enthält vorzugsweise von 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 Gew.-% des Polymerisationsinhibitors 2. Vorteilhaft wird zusätzlich ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt. Besonders geeignet sind hierzu Luft/Stickstoff-Gemische mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft). Wird ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt, so wird dies vorzugsweise unterhalb des Verdampfers zugeführt. The aqueous acrylic acid preferably contains a polymerization inhibitor 2. Suitable polymerization inhibitors 2 are phenothiazine, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether. The liquid phase preferably contains from 0.001 to 5% by weight, particularly preferably from 0.01 to 2% by weight, very particularly preferably from 0.1 to 1% by weight, of the polymerization inhibitor 2. containing gas used for polymerization inhibition. Particularly suitable for this purpose are air / nitrogen mixtures having an oxygen content of 6% by volume (lean air). If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably fed below the evaporator.
Vorteilhaft wird der abgetrennten acrylsäurereichen Phase (Rohacrylsäure) ein Polymerisationsinhibitor 3 zugesetzt. Geeignete Polymerisationsinhibitoren 3 sind Phenothiazin, 4-Hydroxy- 2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1 -oxyl, Hydrochinon und/oder Hydrochinonmonomethylether. Ganz besonders bevorzugt sind Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether. Zur Unterstützung der Auftrennung der wässrigen Acrylsaure in eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsaure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) in Schritt iii) kann ein Schleppmittel zugesetzt werden. Geeignete Schleppmittel sind niedrig siedende hydrophobe organische Lösungsmittel mit einer Löslichkeit in Wasser bei 23°C von vorzugsweise weniger als 5 g pro 100 ml Wasser, besonders bevorzugt weniger als 1 g pro 100 ml Wasser, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,2 g pro 100 ml Wasser, und einem Siedepunkt bei 1013 mbar im Bereich von vorzugsweise 60 bis 160°C, besonders bevorzugt von 70 bis 130°C, ganz besonders bevorzugt von 75 bis 1 15°C. Geeignete hydrophobe organische Lösungsmittel sind beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan, Dodecan, Cyclohexan, Methylcyc- lohexan, Isooctan und hydriertes Triisobutylen, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol und Ethylbenzol, Ketone, wie Methylisobutylketon, Ether, wie Methyl-tert- butylether, oder Mischungen daraus. The separated acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is advantageously added to a polymerization inhibitor 3. Suitable polymerization inhibitors 3 are phenothiazine, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, hydroquinone and / or hydroquinone monomethyl ether. Very particular preference is given to phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether. To assist in the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water) in step iii), an entraining agent may be added. Suitable entraining agents are low boiling hydrophobic organic solvents having a solubility in water at 23 ° C of preferably less than 5 grams per 100 milliliters of water, more preferably less than 1 gram per 100 milliliters of water, most preferably less than 0.2 grams per gram 100 ml of water, and a boiling point at 1013 mbar in the range of preferably 60 to 160 ° C, more preferably from 70 to 130 ° C, most preferably from 75 to 1 15 ° C. Suitable hydrophobic organic solvents are, for example, aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, isooctane and hydrogenated triisobutylene, aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, ketones, such as methyl isobutyl ketone, ethers, such as methyl tert - butyl ether, or mixtures thereof.
Zur destillativen Auftrennung der wässrigen Acrylsaure eine acrylsäurereiche Phase (Rohacryl- säure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) in Schritt iii) wird vorzugsweise eine Rektifikationskolonne 3 verwendet. For distillative separation of the aqueous acrylic acid, a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a water-rich phase (acid water) in step iii), a rectification column 3 is preferably used.
Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 3 wird der Polymerisationsinhibitor 2 zumindest teilweise über den Rücklauf dosiert. When using a rectification column 3, the polymerization inhibitor 2 is at least partially metered via the reflux.
Die Rektifikationskolonne 3 ist von an sich bekannter Bauart und weist die üblichen Einbauten auf. Als Kolonneneinbauten kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual-Flow-Böden bevorzugt, unter den Schüt- tungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. The rectification column 3 is of a known type and has the usual installations. In principle, all standard installations are suitable as column internals, for example trays, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. The trays include those with rings, spirals, saddles, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox rings. Saddling or braiding preferred. Particularly preferred are dual-flow trays.
In der Regel sind 10 bis 30 theoretische Böden in der Rektifikationskolonne 3 ausreichend. Die Rektifikation wird üblicherweise bei vermindertem Druck durchgeführt. Der Kopfdruck beträgt vorzugsweise von 50 bis 600 mbar, besonders bevorzugt von 150 bis 400 mbar, ganz besonders bevorzugt von 200 bis 300 mbar. Bei zu hohem Kopfdruck wird die wässrige Acrylsäure unnötig thermisch belastet und bei zu niedrigem Kopfdruck wird das Verfahren technisch zu aufwendig. Außerdem ist die Konzentration an Acrylsäure bei niedrigerem Druck geringer. Der Sumpfdruck ergibt sich aus dem Kopfdruck, der Anzahl und der Art der Kolonneneinbauten so- wie den fluidynamischen Erfordernissen der Rektifikation. In general, 10 to 30 theoretical plates in the rectification column 3 are sufficient. The rectification is usually carried out at reduced pressure. The top pressure is preferably from 50 to 600 mbar, more preferably from 150 to 400 mbar, most preferably from 200 to 300 mbar. If the top pressure is too high, the aqueous acrylic acid is unnecessarily thermally stressed, and if the top pressure is too low, the process becomes technically too expensive. In addition, the concentration of acrylic acid is lower at lower pressure. The bottom pressure results from the top pressure, the number and type of column internals as well as the fluid dynamic requirements of the rectification.
Die Rektifikationskolonne 3 ist üblicherweise aus austenitischem Stahl gefertigt, vorzugweise aus dem Werkstoff 1 .4571 (nach DIN EN 10020). Die Abkühlung der am Kopf der Rektifikationskolonne 3 abgetrennten wasserreichen PhaseThe rectification column 3 is usually made of austenitic steel, preferably of the material 1 .4571 (according to DIN EN 10020). The cooling of the separated at the top of the rectification column 3 water-rich phase
(Sauerwasser) kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie durch direkte Kühlung. Dazu wird bereits kondensierte wasserreiche Phase (Sauerwasser) mittels eines geeigneten Wärmetauschers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle der wasserreichen Phase (Sauerwasser) vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung der gekühlten wasserreichen Phase (Sauerwasser) mit dem Brüden verbessern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual- Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausrei- chend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 3 nicht berücksichtigt. Die direkte Kondensation der wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung durch direkte Kühlung. Ein Teil der am Kopf der Rektifikationskolonne 3 kondensierten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann als Rücklauf verwendet werden, der Rest der wasserreichen Phase (Sauerwasser) wird ausgeschleust und zur Rückgewinnung von Acrylsäure einer Sauerwasserextraktion zugeführt werden. Bei Verwendung eines hydrophoben organischen Lösungsmittels wird das kondensierte Destillat der Rektifikationskolonne 3 mittels eines Phasenscheiders getrennt. Die organische Phase kann in die Rektifikationskolonne 3 zurückgeführt werden, beispielsweise als Rücklauf. (Acid water) can indirectly, for example by heat exchangers, the expert in itself are known and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench done. Preferably, it is done by direct cooling. For this purpose, already condensed water-rich phase (sour water) is cooled by means of a suitable heat exchanger and sprayed the cooled liquid above the sampling point in the vapor. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the removal point of the water-rich phase (sour water) is advantageously designed as a catch bottom. By means of internals, which improve the mixing of the cooled water-rich phase (sour water) with the vapor, the effect of direct cooling can be increased. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 3. The direct condensation of the water-rich phase (sour water) can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature. Preferably, the cooling is carried out by direct cooling. A portion of the water-rich phase (acid water) condensed at the top of the rectification column 3 can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (sour water) is discharged and fed to the extraction of acidic acid from an acid water extraction. When using a hydrophobic organic solvent, the condensed distillate of the rectification column 3 is separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 3, for example as reflux.
Die dem Sumpf der Rektifikationskolonne 3 entnommene acrylsäurereiche Phase (Rohacryl- säure) kann direkt zur Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) durch Kristallisation weiter gereinigt. Die bei der Kristallisation anfallende Mutterlauge kann in die Rektifikationskolonne 3 zurückgeführt werden, vorzugsweise unterhalb der Abnahmestelle für die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure). The acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) withdrawn from the bottom of the rectification column 3 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles. Preferably, the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is further purified by crystallization. The mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 3, preferably below the take-off point for the high-acrylic acid phase (crude acrylic acid).
Die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) kann durch Schichtkristallisation, wie beispielsweise in EP 0 616 998 A1 beschrieben, oder durch Suspensionskristallisation, wie in DE 100 39 025 A1 beschrieben, gereinigt werden. Die Suspensionskristallisation ist bevorzugt. Die Kombination einer Suspensionskristalisation mit einer Waschkolone, wie in WO 2003/041832 A1 be- schrieben, ist besonders bevorzugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Abtrennung der wassrigen Acrylsaure aus der flüssigen Phase und die Auftrennung der wassrigen Acrylsaure in eine acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) und eine wasserreiche Phase (Sauerwasser) mittels einer Rektifikationskolonne mit einem Seitenabzug (Rektifikationskolonne 4) durchgeführt. Die Rektifikationskolonne 4 vereinigt die Aufgaben der Rektifikationskolonnen 2 und 3 in einer einzigen Rektifikationskolonne. Dabei entspricht der Abschnitt unterhalb des Seitenabzugs der Rektifikationskolonne 2 und der Abschnitt oberhalb des Seitenabzugs der Rektifikationskolonne 3. Bei Verwendung einer Rektifikationskolonne 4 findet die Umsetzung der wassrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsaure im Sumpf der Rektifikationskolonne 4 statt und die wässrige Mischung aus monomerer 3- Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure ist der Zulauf der Rektifikationskolonne 4. The acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1. The suspension crystallization is preferred. The combination of a suspension crystallization with a washing column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase and the separation of the aqueous acrylic acid into a high-acrylic acid phase (crude acrylic acid) and a high-acid phase (acid water) are carried out by means of a rectification column with a side draw (rectification column 4). The rectification column 4 combines the tasks of the rectification columns 2 and 3 in a single rectification column. When using a rectification column 4, the reaction of the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid takes place in the bottom of the rectification column 4 and the aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid is the feed of the rectification column 4.
Die Wärmezufuhr im Sumpf der Rektifikationskolonne 4 erfolgt über innen- und/oder außenliegende Wärmetauscher (Wärmeträger ist wieder vorzugsweise Wasserdampf) herkömmlicher Bauart und/oder über Doppelwandbeheizung. Vorzugsweise erfolgt sie über außenliegende Umlaufverdampfer mit Natur- oder Zwangsumlauf. Besonders bevorzugt sind außenliegende Umlaufverdampfer mit Zwangsumlauf. Ganz besonders bevorzugt werden Zwangsumlaufent- spannungsverdampfer eingesetzt. In einem Zwangsumlaufentspannungsverdampfer findet die Verdampfung nicht an einer heißen Oberfläche statt, sondern durch Druckentspannung. Derartige Verdampfer werden in EP 0 854 129 A1 beschrieben. Der Einsatz mehrerer Verdampfer, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Vorzugsweise werden 2 bis 4 Verdampfer parallel betrieben. The heat in the bottom of the rectification column 4 via internal and / or external heat exchanger (heat transfer is again preferably water vapor) of conventional design and / or double wall heating. Preferably, it takes place via external circulation evaporator with natural or forced circulation. Particularly preferred are external circulation evaporator with forced circulation. Forced circulation expansion evaporators are very particularly preferably used. In a forced circulation flash evaporator evaporation does not take place on a hot surface, but by pressure release. Such evaporators are described in EP 0 854 129 A1. The use of several evaporators, connected in series or in parallel, is possible. Preferably, 2 to 4 evaporators are operated in parallel.
Der Zulauf in die Rektifikationskolonne 4 erfolgt zweckmäßig in ihrem unteren Bereich. Vorzugsweise erfolgt er unterhalb des ersten Bodens der Rektifikationskolonne 4 und/oder in den Umlauf des Wärmetauschers. Die Zulauftemperatur beträgt vorzugsweise mindestens 50°C, besonders bevorzugt mindestens 100°C, ganz besonders bevorzugt von mindestens 150°C. The feed into the rectification column 4 is expediently carried out in its lower region. Preferably, it takes place below the first bottom of the rectification column 4 and / or into the circulation of the heat exchanger. The feed temperature is preferably at least 50 ° C, more preferably at least 100 ° C, most preferably at least 150 ° C.
Wird ein Sauerstoff-haltiges Gas zur Polymerisationsinhibierung eingesetzt, so wird dies vorzugsweise unterhalb des untersten Bodens zugeführt. Der Sumpfrückstand der Rektifikationskolonne 4 kann ausgeschleust und einer Rückstandsdestillation oder einer Rückstandsspaltung zugeführt werden. Der Sumpfrückstand wird vorzugsweise über einen Feststoffabscheider (Zyklon) geführt und ggf. durch frisches hochsiedendes organisches Lösungsmittel ergänzt. Über den Seitenabzug der Rektifikationskolonne 4 wird die acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) entnommen. Die Entnahme der acrylsäurereichen Phase (Rohacrylsäure) erfolgt auf übliche Weise und unterliegt keiner Beschränkung. Geeignet ist die Entnahme über einen Fangboden, wobei der gesamte Rücklauf aufgefangen wird und ein Teil ausgeschleust und der andere Teil als Rücklauf unterhalb des Fangbodens verwendet wird, oder über einen Boden mit integrierter Abzugsmöglichkeit, vorzugsweise über einen Dual-Flow-Boden mit integrierter Ab- zugsmöglichkeit. If an oxygen-containing gas is used for polymerization inhibition, this is preferably supplied below the lowest soil. The bottom residue of the rectification column 4 can be discharged and fed to a residue distillation or a residue splitting. The bottom residue is preferably passed through a solids separator (cyclone) and optionally supplemented by fresh high-boiling organic solvent. About the side of the rectification rectification column 4, the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is removed. The removal of the acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) takes place usual way and is subject to no restriction. The extraction is suitable via a collecting base, wherein the entire return is collected and one part is discharged and the other part is used as a return below the catch bottom, or via a floor with integrated extraction facility, preferably via a dual-flow floor with integrated drainage. zugsmöglichkeit.
Die entnommene acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) wird mittels eines Wärmetauschers abgekühlt (als Kühlmittel eignen sich z.B. Oberflächenwässer). Der Einsatz mehrerer Wärmetauscher, in Reihe oder parallel geschaltet, ist möglich. Die Wärmetauschern sind dem Fach- mann an sich bekannt und unterliegen keiner besonderen Beschränkung. The withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is cooled by means of a heat exchanger (for example, surface waters are suitable as the coolant). The use of several heat exchangers, connected in series or in parallel, is possible. The heat exchangers are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction.
Die entnommene acrylsäurereiche Phase (Rohacrylsäure) wird ausgeschleust und teilweise als Lösungsmittel für den Polymerisationsinhibitor 2 verwendet. Die Abkühlung der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 abgetrennten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann indirekt, beispielsweise durch Wärmetauscher, die dem Fachmann an sich bekannt sind und keiner besonderen Beschränkung unterliegen, oder direkt, beispielsweise durch einen Quench, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sie durch direkte Kühlung. Dazu wird bereits kondensierte wasserreiche Phase (Sauerwasser) mittels eines geeigneten Wärmetau- schers gekühlt und die gekühlte Flüssigkeit oberhalb der Abnahmestelle im Brüden versprüht. Dieses Versprühen kann in einem getrennten Apparat oder in der Rektifikationseinheit selbst erfolgen. Beim Versprühen in der Rektifikationseinheit ist die Entnahmestelle der wasserreichen Phase (Sauerwasser) vorteilhafterweise als Fangboden ausgebildet. Durch Einbauten, die die Durchmischung der gekühlten wasserreichen Phase (Sauerwasser) mit dem Brüden verbes- sern, kann die Wirkung der direkten Kühlung gesteigert werden. Hierzu kommen prinzipiell alle gängigen Einbauten in Betracht, beispielsweise Böden, Packungen und/oder Schüttungen. Unter den Böden sind Glockenböden, Siebböden, Ventilböden, Thormannböden und/oder Dual- Flow-Böden bevorzugt. Unter den Schüttungen sind solche mit Ringen, Wendeln, Sattelkörpern, Raschig-, Intos- oder Pall-Ringen, Berl- oder Intalox-Sätteln oder Geflechten bevorzugt. Beson- ders bevorzugt sind Dual-Flow-Böden. In der Regel sind hier 2 bis 5 theoretische Böden ausreichend. Diese Böden sind bei den bisher erfolgten Angaben zur Anzahl der theoretischen Böden der Rektifikationskolone 4 nicht berücksichtigt. Die direkte Kondensation der wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann auch mehrstufig ausgeführt sein, mit nach oben abnehmender Temperatur. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung durch direkte Kühlung. The withdrawn acrylic acid-rich phase (crude acrylic acid) is discharged and partially used as a solvent for the polymerization inhibitor 2. The cooling of the water-rich phase (acid water) separated off at the top of the rectification column 4 can be effected indirectly, for example by heat exchangers which are known per se to the person skilled in the art and are not subject to any particular restriction, or directly, for example by a quench. Preferably, it is done by direct cooling. For this purpose, already condensed water-rich phase (sour water) is cooled by means of a suitable heat exchanger and the cooled liquid is sprayed in the vapor above the take-off point. This spraying may be done in a separate apparatus or in the rectification unit itself. When spraying in the rectification unit, the removal point of the water-rich phase (sour water) is advantageously designed as a catch bottom. By means of internals, which improve the mixing of the cooled water-rich phase (acid water) with the vapor, the effect of direct cooling can be increased. In principle, all common installations are suitable for this, for example floors, packings and / or fillings. Among the trays, bubble-cap trays, sieve trays, valve trays, Thormann trays and / or dual-flow trays are preferred. Among the beds, those with rings, coils, calipers, Raschig, Intos or Pall rings, Berl or Intalox saddles or braids are preferred. Particularly preferred are dual-flow trays. As a rule, 2 to 5 theoretical plates are sufficient here. These soils are not taken into account in the previous information on the number of theoretical plates of the rectification column 4. The direct condensation of the water-rich phase (sour water) can also be carried out in several stages, with upward decreasing temperature. Preferably, the cooling is carried out by direct cooling.
Ein Teil der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 kondensierten wasserreichen Phase (Sauerwasser) kann als Rücklauf verwendet werden, der Rest der wasserreichen Phase (Sauerwasser) wird ausgeschleust und zur Rückgewinnung von Acrylsäure einer Sauerwasserextraktion zugeführt werden. Bei Verwendung eines hydrophoben organischen Lösungsmittels wird das kondensierte Destillat der Rektifikationskolonne 4 mittels eines Phasenscheiders getrennt. Die organische Phase kann in die Rektifikationskolonne 4 zurückgeführt werden, beispielsweise als Rücklauf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Trennwandkolonne als Rektifikationskolonne 4 eingesetzt. Eine Trennwandkolonne hat eine vertikale Trennwand, die den Querschnitt eines Teils der Kolonne in zwei Abschnitte aufteilt. Der Rücklauf wird auf die beiden Kolonnenabschnitte verteilt. Der Zulauf und der Seitenabzug der Trennwandkolonne befinden sich auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand. A part of the condensed at the top of the rectification column 4 water-rich phase (sour water) can be used as reflux, the remainder of the water-rich phase (acid water) is discharged and fed to the recovery of acrylic acid to a sour water extraction. When using a hydrophobic organic solvent, the condensed distillate of the rectification column 4 is separated by means of a phase separator. The organic phase can be recycled to the rectification column 4, for example as reflux. In a preferred embodiment of the present invention, a dividing wall column is used as the rectification column 4. A dividing wall column has a vertical dividing wall which divides the cross section of a part of the column into two sections. The reflux is distributed to the two column sections. The inlet and the side outlet of the dividing wall column are located on different sides of the partition wall.
Die der Rektifikationskolonne 4 entnommene Rohacrylsaure kann direkt zur Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Rohacrylsaure durch Kristallisation weiter gereinigt. Die bei der Kristallisation anfallende Mutterlauge kann in die Rektifikationskolonne 4 zurückgeführt werden, vorzugsweise unterhalb der Abnahmestelle für die Rohacrylsaure. Vorzugsweise werden die rückgeführte Mutterlauge zur Kühlung der Rohacrylsaure und die aus der Rektifikationskolonne 4 ausgeschleuste Rohacrylsaure zur Erwärmung der Mutterlauge eingesetzt (Wärmeverbund). The crude acrylic acid removed from the rectification column 4 can be used directly for the preparation of water-absorbing polymer particles. Preferably, the crude acrylic acid is further purified by crystallization. The mother liquor obtained in the crystallization can be recycled to the rectification column 4, preferably below the take-off point for the crude acrylic acid. Preference is given to using the recycled mother liquor for cooling the crude acrylic acid and the crude acrylic acid discharged from the rectification column 4 to heat the mother liquor (heat bond).
Die Rohacrylsäure kann durch Schichtkristallisation, wie beispielsweise in EP 0 616 998 A1 beschrieben, oder durch Suspensionskristallisation, wie in DE 100 39 025 A1 beschrieben, gereinigt werden. Die Suspensionskristallisation ist bevorzugt. Die Kombination einer Suspensi- onskristalisation mit einer Waschkolonne, wie in WO 2003/041832 A1 beschrieben, ist besonders bevorzugt. Die so hergestellte Acrylsäure kann direkt als Monomer zur Herstellung von Homo- oder Copo- lymeren, insbesondere Acrylsäure-Homopolymeren, Acrylsäure/Maleinsäureanhydrid- Copolymeren, Acrylsäure/Maleinsäure-Copolymeren und Acrylsäure/Methacrylsäure- Copolymeren, aber auch zur Herstellung von wasserabsorbierenden Polymerpartikeln und Ac- rylsäureestern, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat sowie deren Homo- und Copolymerimeren daraus, verwendet werden. The crude acrylic acid can be purified by layer crystallization, as described, for example, in EP 0 616 998 A1, or by suspension crystallization, as described in DE 100 39 025 A1. The suspension crystallization is preferred. The combination of a suspension crystallization with a wash column, as described in WO 2003/041832 A1, is particularly preferred. The acrylic acid thus prepared can be used directly as a monomer for the preparation of homopolymers or copolymers, in particular acrylic acid homopolymers, acrylic acid / maleic anhydride copolymers, acrylic acid / maleic acid copolymers and acrylic acid / methacrylic acid copolymers, but also for the preparation of water-absorbing polymer particles and Ac - Rylsäureestern, eg Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate and their homo- and Copolymerimeren thereof are used.
Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel Wasserabsorbierender Polymerpartikel werden durch Polymerisation einer Monomerlösung oder -Suspension, enthaltend a) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes, säuregruppentragendes Monomer, das zumindest teilweise neutralisiert sein kann, insbesondere teilneutralisierte Acrylsäure Preparation of Water-Absorbent Polymer Particles Water-absorbing polymer particles are prepared by polymerizing a monomer solution or suspension containing a) at least one ethylenically unsaturated, acid group-carrying monomer which may be at least partially neutralized, in particular partially neutralized acrylic acid
b) mindestens einen Vernetzer, b) at least one crosslinker,
c) mindestens einen Initiator, d) optional ein oder mehrere mit den unter a) genannten Monomeren copolymerisierbare ethy- lenisch ungesättigte Monomere und c) at least one initiator, d) optionally one or more with the monomers mentioned under a) copolymerizable ethylenically unsaturated monomers and
e) optional ein oder mehrere wasserlösliche Polymere, hergestellt und sind üblicherweise wasserunlöslich. e) optionally one or more water-soluble polymers, prepared and are usually water-insoluble.
Die Monomeren a) sind vorzugsweise wasserlöslich, d.h. die Löslichkeit in Wasser bei 23°C beträgt typischerweise mindestens 1 g/100 g Wasser, vorzugsweise mindestens 5 g/100 g Wasser, besonders bevorzugt mindestens 25 g/100 g Wasser, ganz besonders bevorzugt min- destens 35 g/100 g Wasser. The monomers a) are preferably water-soluble, i. the solubility in water at 23 ° C. is typically at least 1 g / 100 g of water, preferably at least 5 g / 100 g of water, more preferably at least 25 g / 100 g of water, most preferably at least 35 g / 100 g of water.
Geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie Acryl- säure, Methacrylsäure, und Itaconsäure. Weitere geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Sulfonsäuren, wie Styrolsulfonsäure und 2-Acrylamido-2- methylpropansulfonsäure (AMPS). Suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid. Further suitable monomers a) are, for example, ethylenically unsaturated sulfonic acids, such as styrenesulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
Der Anteil an Acrylsäure und/oder deren Salzen an der Gesamtmenge der Monomeren a) beträgt vorzugsweise mindestens 50 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 90 mol-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 mol-%. The proportion of acrylic acid and / or salts thereof in the total amount of monomers a) is preferably at least 50 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%.
Geeignete Vernetzer b) sind Verbindungen mit mindestens zwei zur Vernetzung geeigneten Gruppen. Derartige Gruppen sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Gruppen, die in die Polymerkette radikalisch einpolymerisiert werden können, und funktionelle Gruppen, die mit den Säuregruppen des Monomeren a) kovalente Bindungen ausbilden können. Weiterhin sind auch polyvalente Metallsalze, die mit mindestens zwei Säuregruppen des Monomeren a) koordinative Bindungen ausbilden können, als Vernetzer b) geeignet. Suitable crosslinkers b) are compounds having at least two groups suitable for crosslinking. Such groups are, for example, ethylenically unsaturated groups which can be radically copolymerized into the polymer chain, and functional groups which can form covalent bonds with the acid groups of the monomer a). Furthermore, polyvalent metal salts which can form coordinative bonds with at least two acid groups of the monomer a) are also suitable as crosslinking agents b).
Vernetzer b) sind vorzugsweise Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen, die in das Polymernetzwerk radikalisch einpolymerisiert werden können. Geeignete Vernetzer b) sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Polyethylenglykoldi- acrylat, Allylmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Triallylamin, Tetraallylammoniumchlorid, Tetraallyloxyethan, wie in EP 0 530 438 A1 beschrieben, Di- und Triacrylate, wie in EP 0 547 847 A1 , EP 0 559 476 A1 , EP 0 632 068 A1 , WO 93/21237 A1 , WO 2003/104299 A1 , WO 2003/104300 A1 , WO 2003/104301 A1 und DE 103 31 450 A1 beschrieben, gemischte Acryla- te, die neben Acrylatgruppen weitere ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, wie in DE 103 31 456 A1 und DE 103 55 401 A1 beschrieben, oder Vernetzermischungen, wie beispielsweise in DE 195 43 368 A1 , DE 196 46 484 A1 , WO 90/15830 A1 und WO 2002/032962 A2 beschrieben. Bevorzugte Vernetzer b) sind Pentaerythrittriallylether, Tetraallyloxyethan, Methylenbismethac- rylamid, 15-fach ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Polyethylenglykoldiacrylat, Trimethyl- olpropantriacrylat und Triallylamin. Ganz besonders bevorzugte Vernetzer b) sind die mit Acrylsäure oder Methacrylsäure zu Dioder Triacrylaten veresterten mehrfach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerine, wie sie beispielsweise in WO 2003/104301 A1 beschrieben sind. Besonders vorteilhaft sind Di- und/oder Triacrylate des 3- bis 10-fach ethoxylierten Glyzerins. Ganz besonders bevorzugt sind Di- oder Triacrylate des 1 - bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerins. Am meis- ten bevorzugt sind die Triacrylate des 3- bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glyzerins, insbesondere das Triacrylat des 3-fach ethoxylierten Glyzerins. Crosslinkers b) are preferably compounds having at least two polymerizable groups which can be incorporated in the polymer network in free-radically polymerized form. Suitable crosslinkers b) are, for example, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, triallylamine, tetraallylammonium chloride, tetraallyloxyethane, as described in EP 0 530 438 A1, di- and triacrylates, as in EP 0 547 847 A1, EP 0 559 476 A1, EP 0 632 068 A1, WO 93/21237 A1, WO 2003/104299 A1, WO 2003/104300 A1, WO 2003/104301 A1 and DE 103 31 450 A1, mixed acrylates which, in addition to acrylate groups, contain further ethylenically unsaturated Groups, as described in DE 103 31 456 A1 and DE 103 55 401 A1, or crosslinker mixtures, as described, for example, in DE 195 43 368 A1, DE 196 46 484 A1, WO 90/15830 A1 and WO 2002/032962 A2. Preferred crosslinkers b) are pentaerythritol triallyl ether, tetraallyloxyethane, methylenebismethacrylamide, 15-tuply ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, polyethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate and triallylamine. Very particularly preferred crosslinkers b) are the polyethyleneglyoxylated and / or propoxylated glycerols esterified with acrylic acid or methacrylic acid to form diioder triacrylates, as described, for example, in WO 2003/104301 A1. Particularly advantageous are di- and / or triacrylates of 3- to 10-fold ethoxylated glycerol. Very particular preference is given to diacrylates or triacrylates of 1 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol. Most preferred are the triacrylates of 3 to 5 times ethoxylated and / or propoxylated glycerol, in particular the triacrylate of 3-times ethoxylated glycerol.
Die Menge an Vernetzer b) beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1 ,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf Mono- mer a). Mit steigendem Vernetzergehalt sinkt die Zentrifugenretentionskapazität (CRC) und die Absorption unter einem Druck von 21 ,0 g/cm2 durchläuft ein Maximum. The amount of crosslinker b) is preferably from 0.05 to 1, 5 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1 wt .-%, most preferably 0.2 to 0.5 wt .-%, each based on Monomer a). With increasing crosslinker content, the centrifuge retention capacity (CRC) decreases and the absorption under a pressure of 21.0 g / cm 2 passes through a maximum.
Als Initiatoren c) können sämtliche unter den Polymerisationsbedingungen Radikale erzeugende Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise thermische Initiatoren, Redox-Initiatoren, Photoinitiatoren. Geeignete Redox-Initiatoren sind Natriumperoxodisulfat/Ascorbinsäure, Was- serstoffperoxid/Ascorbinsäure, Natriumperoxodisulfat/Natriumbisulfit und Wasserstoffper- oxid/Natriumbisulfit. Vorzugsweise werden Mischungen aus thermischen Initiatoren und Redox- Initiatoren eingesetzt, wie Natriumperoxodisulfat/Wasserstoffperoxid/Ascorbinsäure. Als reduzierende Komponente wird aber vorzugsweise ein Gemisch aus dem Natriumsalz der 2- Hydroxy-2-sulfinatoessigsäure, dem Dinatriumsalz der 2-Hydroxy-2-sulfonatoessigsäure und Natriumbisulfit eingesetzt. Derartige Gemische sind als Brüggolite® FF6 und Brüggolite® FF7 (Brüggemann Chemicals; Heilbronn; Deutschland) erhältlich. As initiators c) it is possible to use all compounds which generate free radicals under the polymerization conditions, for example thermal initiators, redox initiators, photoinitiators. Suitable redox initiators are sodium peroxodisulfate / ascorbic acid, hydrogen peroxide / ascorbic acid, sodium peroxodisulfate / sodium bisulfite and hydrogen peroxide / sodium bisulfite. Preferably, mixtures of thermal initiators and redox initiators are used, such as sodium peroxodisulfate / hydrogen peroxide / ascorbic acid. However, the reducing component used is preferably a mixture of the sodium salt of 2-hydroxy-2-sulfinatoacetic acid, the disodium salt of 2-hydroxy-2-sulfonatoacetic acid and sodium bisulfite. Such mixtures are available as Brüggolite® FF6 and Brüggolite® FF7 (Brüggemann Chemicals, Heilbronn, Germany).
Mit den ethylenisch ungesättigten, säuregruppentragenden Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomere d) sind beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, Hydro- xyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethyl- acrylat, Dimethylaminopropylacrylat, Diethylaminopropylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat. Als wasserlösliche Polymere e) können Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate, modifizierte Cellulose, wie Methylcellulose oder Hydroxyethylcellulose, Gelatine, Polygly- kole oder Polyacrylsäuren, vorzugsweise Stärke, Stärkederivate und modifizierte Cellulose, eingesetzt werden. Üblicherweise wird eine wässrige Monomerlösung verwendet. Der Wassergehalt der Monomerlösung beträgt vorzugsweise von 40 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 45 bis 70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 50 bis 65 Gew.-%. Es ist auch möglich Mono- mersuspensionen, d.h. Monomerlösungen mit überschüssigem Monomer a), beispielsweise Natriumacrylat, einzusetzen. Mit steigendem Wassergehalt steigt der Energieaufwand bei der anschließenden Trocknung und mit sinkendem Wassergehalt kann die Polymerisationswärme nur noch ungenügend abgeführt werden. For example, acrylamide, methacrylamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminopropyl acrylate, diethylaminopropyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, are ethylenically unsaturated monomers d) which are copolymerizable with the ethylenically unsaturated acid group-carrying monomers a). As water-soluble polymers e) it is possible to use polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, starch, starch derivatives, modified cellulose, such as methylcellulose or hydroxyethylcellulose, gelatin, polyglycols or polyacrylic acids, preferably starch, starch derivatives and modified cellulose. Usually, an aqueous monomer solution is used. The water content of the monomer solution is preferably from 40 to 75% by weight, more preferably from 45 to 70 wt .-%, most preferably from 50 to 65 wt .-%. It is also possible to use monomer suspensions, ie monomer solutions with excess monomer a), for example sodium acrylate. With increasing water content, the energy expenditure increases during the subsequent drying and with decreasing water content, the heat of polymerization can only be dissipated insufficiently.
Die in Acrylsäure üblicherweise eingesetzten Polymerisationsinhibitoren benötigen für eine optimale Wirkung gelösten Sauerstoff. Daher kann die Monomerlösung vor der Polymerisation durch Inertisierung, d.h. Durchströmen mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, von gelöstem Sauerstoff befreit werden. Vorzugsweise wird der Sauerstoffgehalt der Monomerlösung vor der Polymerisation auf weniger als 1 Gew.-ppm, besonders bevorzugt auf weniger als 0,5 Gew.-ppm, ganz besonders bevorzugt auf weniger als 0,1 Gew.-ppm, gesenkt. Geeignete Reaktoren sind beispielsweise Knetreaktoren oder Bandreaktoren. Im Kneter wird das bei der Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung oder -Suspension entstehende Po- lymergel durch beispielsweise gegenläufige Rührwellen kontinuierlich zerkleinert, wie in WO 2001/038402 A1 beschrieben. Die Polymerisation auf dem Band wird beispielsweise in DE 38 25 366 A1 und US 6,241 ,928 beschrieben. Bei der Polymerisation in einem Bandreaktor entsteht ein Polymergel, das in einem weiteren Verfahrensschritt zerkleinert werden muss, beispielsweise in einem Extruder oder Kneter. The polymerization inhibitors customarily used in acrylic acid require dissolved oxygen for optimum action. Therefore, the monomer solution may be polymerized prior to polymerization by inerting, i. Flow through with an inert gas, preferably nitrogen or carbon dioxide, are freed of dissolved oxygen. Preferably, the oxygen content of the monomer solution before polymerization is reduced to less than 1 ppm by weight, more preferably less than 0.5 ppm by weight, most preferably less than 0.1 ppm by weight. Suitable reactors are, for example, kneading reactors or belt reactors. In the kneader, the polymer gel resulting from the polymerization of an aqueous monomer solution or suspension is continuously comminuted by, for example, counter-rotating stirring shafts, as described in WO 2001/038402 A1. The polymerization on the belt is described, for example, in DE 38 25 366 A1 and US Pat. No. 6,241,928. During the polymerization in a belt reactor, a polymer gel is formed, which must be comminuted in a further process step, for example in an extruder or kneader.
Zur Verbesserung der Trocknungseigenschaften kann das mittels eines Kneters erhaltene zerkleinerte Polymergel zusätzlich extrudiert werden. In order to improve the drying properties, the comminuted polymer gel obtained by means of a kneader may additionally be extruded.
Es ist aber auch möglich eine wässrige Monomerlösung zu vertropfen und die erzeugten Tropfen in einem erwärmten Trägergasstrom zu polymerisieren. Hierbei können die Verfahrensschritte Polymerisation und Trocknung zusammengefasst werden, wie in WO 2008/040715 A2, WO 2008/052971 A1 und WO 201 1/026876 A1 beschrieben. However, it is also possible to drip an aqueous monomer solution and to polymerize the drops produced in a heated carrier gas stream. Here, the process steps polymerization and drying can be summarized, as described in WO 2008/040715 A2, WO 2008/052971 A1 and WO 201 1/026876 A1.
Die Säuregruppen der erhaltenen Polymergele sind üblicherweise teilweise neutralisiert. Die Neutralisation wird vorzugsweise auf der Stufe der Monomeren durchgeführt. Dies geschieht üblicherweise durch Einmischung des Neutralisationsmittels als wässrige Lösung oder bevorzugt auch als Feststoff. Der Neutralisationsgrad beträgt vorzugsweise von 25 bis 95 mol-%, besonders bevorzugt von 30 bis 80 mol-%, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 75 mol-%, wobei die üblichen Neutralisationsmittel verwendet werden können, vorzugsweise Alkalimetall- hydroxide, Alkalimetalloxide, Alkalimetallkarbonate oder Alkalimetallhydrogenkarbonate sowie deren Mischungen. Statt Alkalimetallsalzen können auch Ammoniumsalze verwendet werden. Natrium und Kalium sind als Alkalimetalle besonders bevorzugt, ganz besonders bevorzugt sind jedoch Natriumhydroxid, Natriumkarbonat oder Natriumhydrogenkarbonat sowie deren Mischungen. Es ist aber auch möglich die Neutralisation nach der Polymerisation auf der Stufe des bei der Polymerisation entstehenden Polymergeis durchzuführen. Weiterhin ist es möglich bis zu 40 mol-%, vorzugsweise 10 bis 30 mol-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 mol-%, der Säuregruppen vor der Polymerisation zu neutralisieren indem ein Teil des Neutralisationsmittels bereits der Monomerlösung zugesetzt und der gewünschte Endneutralisationsgrad erst nach der Polymerisation auf der Stufe des Polymergeis eingestellt wird. Wird das Polymergel zumindest teilweise nach der Polymerisation neutralisiert, so wird das Polymergel vorzugsweise mechanisch zerkleinert, beispielsweise mittels eines Extruders, wobei das Neutralisationsmittel aufgesprüht, übergestreut oder aufgegossen und dann sorgfältig untergemischt werden kann. Dazu kann die erhaltene Gelmasse noch mehrmals zur Homogenisierung extrudiert werden. The acid groups of the polymer gels obtained are usually partially neutralized. The neutralization is preferably carried out at the stage of the monomers. This is usually done by mixing the neutralizing agent as an aqueous solution or preferably as a solid. The degree of neutralization is preferably from 25 to 95 mol%, particularly preferably from 30 to 80 mol%, very particularly preferably from 40 to 75 mol%, wherein the customary neutralizing agents can be used, preferably alkali metal hydroxides, alkali metal oxides, alkali metal carbonates or Alkalimetallhydrogenkarbonate and mixtures thereof. Instead of alkali metal salts and ammonium salts can be used. Sodium and potassium are particularly preferred as alkali metals, but most preferred are sodium hydroxide, sodium carbonate or sodium bicarbonate and mixtures thereof. But it is also possible to carry out the neutralization after the polymerization at the stage of Polymergeis formed during the polymerization. Furthermore, it is possible to neutralize up to 40 mol%, preferably 10 to 30 mol%, particularly preferably 15 to 25 mol%, of the acid groups before the polymerization by adding a part of the neutralizing agent already to the monomer solution and the desired final degree of neutralization only after the polymerization is adjusted at the stage of Polymergeis. If the polymer gel is at least partially neutralized after the polymerization, the polymer gel is preferably comminuted mechanically, for example by means of an extruder, wherein the neutralizing agent can be sprayed, sprinkled or poured on and then thoroughly mixed in. For this purpose, the gel mass obtained can be extruded several times for homogenization.
Das Polymergel wird dann vorzugsweise mit einem Bandtrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 2 bis 8 Gew.-%, beträgt, wobei der Restfeuchtegehalt gemäß der von der EDA- NA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating" bestimmt wird. Bei einer zu hohen Restfeuchte weist das getrocknete Polymergel eine zu niedrige Glasübergangstemperatur Tg auf und ist nur schwierig weiter zu verarbeiten. Bei einer zu niedrigen Restfeuchte ist das getrocknete Polymergel zu spröde und in den anschließenden Zerkleinerungsschritten fallen unerwünscht große Mengen an Polymerpartikeln mit zu niedriger Partikelgröße („fines") an. Der Feststoffgehalt des Gels beträgt vor der Trocknung vorzugsweise von 25 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt von 35 bis 70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-%. Wahlweise kann zur Trocknung aber auch ein Wirbelbetttrockner oder ein Schaufeltrockner verwendet werden. Das getrocknete Polymergel wird hiernach gemahlen und klassiert, wobei zur Mahlung üblicherweise ein- oder mehrstufige Walzenstühle, bevorzugt zwei- oder dreistufige Walzenstühle, Stiftmühlen, Hammermühlen oder Schwingmühlen, eingesetzt werden können. The polymer gel is then preferably dried with a belt dryer until the residual moisture content is preferably 0.5 to 15 wt .-%, particularly preferably 1 to 10 wt .-%, most preferably 2 to 8 wt .-%, wherein the residual moisture content according to EDA-NA recommended test method No. WSP 230.2-05 "Mass Loss Upon Heating". If the residual moisture content is too high, the dried polymer gel has too low a glass transition temperature T g and is difficult to process further. If the residual moisture content is too low, the dried polymer gel is too brittle and in the subsequent comminution steps undesirably large quantities of polymer particles with too small particle size ("fines") are produced. , particularly preferably from 35 to 70% by weight, very particularly preferably from 40 to 60% by weight, but optionally also a fluidized-bed dryer or a paddle dryer can be used for the drying. The dried polymer gel is then ground and classified, for grinding usually single or multi-stage roller mills, preferably two- or three-stage roller mills, pin mills, hammer mills or vibrating mills, can be used.
Die mittlere Partikelgröße der als Produktfraktion abgetrennten Polymerpartikel beträgt vor- zugsweise mindestens 200 μηη, besonders bevorzugt von 250 bis 600 μηη, ganz besonders von 300 bis 500 μηη. Die mittlere Partikelgröße der Produktfraktion kann mittels der von der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 220.2-05 "Partikel Size Distribution" ermittelt werden, wobei die Massenanteile der Siebfraktionen kumuliert aufgetragen werden und die mittlere Partikelgröße graphisch bestimmt wird. Die mittlere Partikelgröße ist hierbei der Wert der Maschen- weite, der sich für kumulierte 50 Gew.-% ergibt. The mean particle size of the polymer particles separated off as product fraction is preferably at least 200 μm, more preferably from 250 to 600 μm, very particularly from 300 to 500 μm. The mean particle size of the product fraction can be determined by means of the EDANA recommended test method No. WSP 220.2-05 "Particle Size Distribution", in which the mass fractions of the sieve fractions are cumulatively applied and the average particle size is determined graphically. The average particle size here is the value of the mesh size, which results for a cumulative 50% by weight.
Der Anteil an Partikeln mit einer Partikelgröße von größer 150 μηη beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindesten 95 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%. Polymerpartikel mit zu niedriger Partikelgröße senken die Permeabilität (SFC). Daher sollte der Anteil zu kleiner Polymerpartikel („fines") niedrig sein. The proportion of particles having a particle size of greater than 150 μm is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight. Polymer particles with too small particle size lower the permeability (SFC). Therefore, the proportion of too small polymer particles ("fines") should be low.
Zu kleine Polymerpartikel werden daher üblicherweise abgetrennt und in das Verfahren rückge- führt. Dies geschieht vorzugsweise vor, während oder unmittelbar nach der Polymerisation, d.h. vor der Trocknung des Polymergeis. Die zu kleinen Polymerpartikel können vor oder während der Rückführung mit Wasser und/oder wässrigem Tensid angefeuchtet werden. Polymer particles which are too small are therefore usually separated off and returned to the process. This is preferably done before, during or immediately after the polymerization, i. before drying the polymer gel. The too small polymer particles can be moistened with water and / or aqueous surfactant before or during the recycling.
Es ist auch möglich in späteren Verfahrensschritten zu kleine Polymerpartikel abzutrennen, bei- spielsweise nach der Oberflächennachvernetzung oder einem anderen Beschichtungsschritt. In diesem Fall sind die rückgeführten zu kleinen Polymerpartikel oberflächennachvernetzt bzw. anderweitig beschichtet, beispielsweise mit pyrogener Kieselsäure. It is also possible to separate off small polymer particles in later process steps, for example after surface postcrosslinking or another coating step. In this case, the recycled too small polymer particles are surface postcrosslinked or otherwise coated, for example with fumed silica.
Wird zur Polymerisation ein Knetreaktor verwendet, so werden die zu kleinen Polymerpartikel vorzugsweise während des letzten Drittels der Polymerisation zugesetzt. If a kneading reactor is used for the polymerization, the too small polymer particles are preferably added during the last third of the polymerization.
Werden die zu kleinen Polymerpartikel sehr spät zugesetzt, beispielsweise erst in einem dem Polymerisationsreaktor nachgeschalteten Apparat, beispielsweise einem Extruder, so lassen sich die zu kleinen Polymerpartikel nur noch schwer in das erhaltene Polymergel einarbeiten. Unzureichend eingearbeitete zu kleine Polymerpartikel lösen sich aber während der Mahlung wieder von dem getrockneten Polymergel, werden beim Klassieren daher erneut abgetrennt und erhöhen die Menge rückzuführender zu kleiner Polymerpartikel. If the polymer particles which are too small are added very late, for example only in an apparatus downstream of the polymerization reactor, for example an extruder, then the polymer particles which are too small can only be incorporated into the resulting polymer gel with difficulty. Insufficiently incorporated too small polymer particles, however, dissolve again during the grinding of the dried polymer gel, are therefore separated again during classification and increase the amount of recycled too small polymer particles.
Der Anteil an Partikeln mit einer Partikelgröße von höchstens 850 μηη, beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindesten 95 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%. The proportion of particles having a particle size of at most 850 μm, is preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 95% by weight, very particularly preferably at least 98% by weight.
Der Anteil an Partikeln mit einer Partikelgröße von höchstens 600 μηη, beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindesten 95 Gew.-%, ganz besonders bevor- zugt mindestens 98 Gew.-%. The proportion of particles having a particle size of at most 600 μm, is preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, most preferably at least 98% by weight.
Polymerpartikel mit zu großer Partikelgröße senken die Anquellgeschwindigkeit. Daher sollte der Anteil zu großer Polymerpartikel ebenfalls niedrig sein. Zu große Polymerpartikel werden daher üblicherweise abgetrennt und in die Mahlung des getrockneten Polymergeis rückgeführt. Polymer particles with too large particle size reduce the swelling rate. Therefore, the proportion of polymer particles too large should also be low. Too large polymer particles are therefore usually separated and recycled to the grinding of the dried Polymergeis.
Die Polymerpartikel können zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften oberflächennachvernetzt werden. Geeignete Oberflächennachvernetzer sind Verbindungen, die Gruppen enthalten, die mit mindestens zwei Carboxylatgruppen der Polymerpartikel kovalente Bindungen bilden können. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise polyfunktionelle Amine, polyfunktionelle Amidoamine, polyfunktionelle Epoxide, wie in EP 0 083 022 A2, EP 0 543 303 A1 und EP 0 937 736 A2 beschrieben, di- oder polyfunktionelle Alkohole, wie in DE 33 14 019 A1 , DE 35 23 617 A1 und EP 0 450 922 A2 beschrieben, oder ß-Hydroxyalkylamide, wie in DE 102 04 938 A1 und US 6,239,230 beschrieben. The polymer particles can be surface postcrosslinked to further improve the properties. Suitable surface postcrosslinkers are compounds containing groups that can form covalent bonds with at least two carboxylate groups of the polymer particles. Suitable compounds are, for example, polyfunctional amines, polyfunctional Amidoamines, polyfunctional epoxides, as described in EP 0 083 022 A2, EP 0 543 303 A1 and EP 0 937 736 A2, di- or polyfunctional alcohols, as in DE 33 14 019 A1, DE 35 23 617 A1 and EP 0 450 922 A2, or β-hydroxyalkylamides, as described in DE 102 04 938 A1 and US 6,239,230.
Des Weiteren sind in DE 40 20 780 C1 zyklische Karbonate, in DE 198 07 502 A1 2- Oxazolidinon und dessen Derivate, wie 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidinon, in DE 198 07 992 C1 Bis- und Poly-2-oxazolidinone, in DE 198 54 573 A1 2-Oxotetrahydro-1 ,3-oxazin und dessen Derivate, in DE 198 54 574 A1 N-Acyl-2-Oxazolidinone, in DE 102 04 937 A1 zyklische Harn- Stoffe, in DE 103 34 584 A1 bizyklische Amidoacetale, in EP 1 199 327 A2 Oxetane und zyklische Harnstoffe und in WO 2003/031482 A1 Morpholin-2,3-dion und dessen Derivate als geeignete Oberflächennachvernetzer beschrieben. Furthermore, in DE 40 20 780 C1 cyclic carbonates, in DE 198 07 502 A1 2- oxazolidinone and its derivatives, such as 2-hydroxyethyl-2-oxazolidinone, in DE 198 07 992 C1 bis- and poly-2-oxazolidinone, in DE 198 54 573 A1 2-Oxotetrahydro-1,3-oxazine and its derivatives, in DE 198 54 574 A1 N-acyl-2-oxazolidinones, in DE 102 04 937 A1 cyclic ureas, in DE 103 34 584 A1 bicyclic Amidoacetals, described in EP 1 199 327 A2 oxetanes and cyclic ureas and in WO 2003/031482 A1 morpholine-2,3-dione and its derivatives as suitable surface postcrosslinkers.
Bevorzugte Oberflächennachvernetzer sind Ethylenkarbonat, Ethylenglykoldiglycidylether, Um- Setzungsprodukte von Polyamiden mit Epichlorhydrin und Gemische aus Propylenglykol und 1 ,4-Butandiol. Preferred surface postcrosslinkers are ethylene carbonate, ethylene glycol diglycidyl ether, reaction products of polyamides with epichlorohydrin and mixtures of propylene glycol and 1,4-butanediol.
Ganz besonders bevorzugte Oberflächennachvernetzer sind 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidinon, 2- Oxazolidinon und 1 ,3-Propandiol. Very particularly preferred surface postcrosslinkers are 2-hydroxyethyl-2-oxazolidinone, 2-oxazolidinone and 1, 3-propanediol.
Weiterhin können auch Oberflächennachvernetzer eingesetzt werden, die zusätzliche polymeri- sierbare ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, wie in DE 37 13 601 A1 beschrieben Furthermore, it is also possible to use surface postcrosslinkers which contain additional polymerizable ethylenically unsaturated groups, as described in DE 37 13 601 A1
Die Menge an Oberflächennachvernetzer beträgt vorzugsweise 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,02 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Polymerpartikel. The amount of surface postcrosslinker is preferably 0.001 to 5 wt .-%, more preferably 0.02 to 2 wt .-%, most preferably 0.05 to 1 wt .-%, each based on the polymer particles.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden vor, während oder nach der Oberflächennachvernetzung zusätzlich zu den Oberflächennachvernetzern polyvalen- te Kationen auf die Partikeloberfläche aufgebracht. In a preferred embodiment of the present invention, polyvalent cations are applied to the particle surface before, during or after the surface postcrosslinking in addition to the surface postcrosslinkers.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren polyvalenten Kationen sind beispielsweise zweiwertige Kationen, wie die Kationen von Zink, Magnesium, Kalzium, Eisen und Strontium, dreiwertige Kationen, wie die Kationen von Aluminium, Eisen, Chrom, Seltenerden und Man- gan, vierwertige Kationen, wie die Kationen von Titan und Zirkonium. Als Gegenion sind Hydroxid, Chlorid, Bromid, Sulfat, Hydrogensulfat, Carbonat, Hydrogencarbonat, Nitrat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat und Carboxylat, wie Acetat, Citrat und Lactat, möglich. Es sind auch Salze mit unterschiedlichen Gegenionen möglich, beispielsweise basische Aluminiumsalze, wie Aluminiummonoacetat oder Aluminiummonolaktat. Aluminiumsulfat, Alu- miniummonoacetat und Aluminiumlaktat sind bevorzugt. Außer Metallsalzen können auch Poly- amine als polyvalente Kationen eingesetzt werden. Die Einsatzmenge an polyvalentem Kation beträgt beispielsweise 0,001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 bis 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,2 Gew.-%. jeweils bezogen auf die Polymerpartikel. Die Oberflächennachvernetzung wird üblicherweise so durchgeführt, dass eine Lösung des Oberflächennachvernetzers auf die getrockneten Polymerpartikel aufgesprüht wird. Im An- schluss an das Aufsprühen werden die mit Oberflächennachvernetzer beschichteten Polymerpartikel thermisch getrocknet, wobei die Oberflächennachvernetzungsreaktion sowohl vor als auch während der Trocknung stattfinden kann. The polyvalent cations which can be used in the process according to the invention are, for example, divalent cations, such as the cations of zinc, magnesium, calcium, iron and strontium, trivalent cations, such as the cations of aluminum, iron, chromium, rare earths and manganese, tetravalent cations, such as Cations of titanium and zirconium. As a counterion, hydroxide, chloride, bromide, sulfate, hydrogen sulfate, carbonate, bicarbonate, nitrate, phosphate, hydrogen phosphate, dihydrogen phosphate and carboxylate, such as acetate, citrate and lactate, are possible. It is also possible to use salts with different counterions, for example basic aluminum salts, such as aluminum monoacetate or aluminum monolactate. Aluminum sulfate, aluminum monoacetate and aluminum lactate are preferred. Apart from metal salts, polyamines can also be used as polyvalent cations. The amount of polyvalent cation used is, for example, from 0.001 to 1% by weight, preferably from 0.005 to 0.5% by weight, more preferably from 0.02 to 0.2% by weight. in each case based on the polymer particles. The surface postcrosslinking is usually carried out so that a solution of the surface postcrosslinker is sprayed onto the dried polymer particles. Subsequent to the spraying, the polymer coated with surface postcrosslinker are thermally dried, whereby the surface postcrosslinking reaction can take place both before and during drying.
Das Aufsprühen einer Lösung des Oberflächennachvernetzers wird vorzugsweise in Mischern mit bewegten Mischwerkzeugen, wie Schneckenmischer, Scheibenmischer und Schaufelmischer, durchgeführt. Besonders bevorzugt sind Horizontalmischer, wie Schaufelmischer, ganz besonders bevorzugt sind Vertikalmischer. Die Unterscheidung in Horizontalmischer und Verti- kalmischer erfolgt über die Lagerung der Mischwelle, d.h. Horizontalmischer haben eine horizontal gelagerte Mischwelle und Vertikalmischer haben eine vertikal gelagerte Mischwelle. Geeignete Mischer sind beispielsweise Horizontale Pflugschar® Mischer (Gebr. Lödige Maschinenbau GmbH; Paderborn; Deutschland), Vrieco-Nauta Continuous Mixer (Hosokawa Micron BV; Doetinchem; Niederlande), Processall Mixmill Mixer (Processall Incorporated; Cincinnati; USA) und Schugi Flexomix® (Hosokawa Micron BV; Doetinchem; Niederlande). Es ist aber auch möglich die Oberflächennachvernetzerlösung in einem Wirbelbett aufzusprühen. The spraying of a solution of the surface postcrosslinker is preferably carried out in mixers with moving mixing tools, such as screw mixers, disk mixers and paddle mixers. Particularly preferred are horizontal mixers, such as paddle mixers, very particularly preferred are vertical mixers. The distinction between horizontal mixer and vertical mixer is made by the storage of the mixing shaft, i. Horizontal mixers have a horizontally mounted mixing shaft and vertical mixers have a vertically mounted mixing shaft. Suitable mixers are, for example, Horizontal Pflugschar® mixers (Gebr. Lödige Maschinenbau GmbH, Paderborn, Germany), Vrieco-Nauta Continuous Mixer (Hosokawa Micron BV, Doetinchem, the Netherlands), Processall Mixmill Mixer (Processall Incorporated; Cincinnati, USA) and Schugi Flexomix® (Hosokawa Micron BV, Doetinchem, The Netherlands). However, it is also possible to spray the surface postcrosslinker solution in a fluidized bed.
Die Oberflächennachvernetzer werden typischerweise als wässrige Lösung eingesetzt. Über den Gehalt an nichtwässrigem Lösungsmittel bzw. Gesamtlösungsmittelmenge kann die Ein- dringtiefe des Oberflächennachvernetzers in die Polymerpartikel eingestellt werden. The surface postcrosslinkers are typically used as an aqueous solution. The amount of non-aqueous solvent or total solvent can be used to adjust the penetration depth of the surface postcrosslinker into the polymer particles.
Wird ausschließlich Wasser als Lösungsmittel verwendet, so wird vorteilhaft ein Tensid zugesetzt. Dadurch wird das Benetzungsverhalten verbessert und die Verklumpungsneigung vermindert. Vorzugsweise werden aber Lösungsmittelgemische eingesetzt, beispielsweise Isopro- panol/Wasser, 1 ,3-Propandiol/Wasser und Propylenglykol/Wasser, wobei das Mischungsmassenverhältnis vorzugsweise von 20:80 bis 40:60 beträgt. If only water is used as the solvent, it is advantageous to add a surfactant. As a result, the wetting behavior is improved and the tendency to clog is reduced. However, preference is given to using solvent mixtures, for example isopropanol / water, 1,3-propanediol / water and propylene glycol / water, the mixing mass ratio preferably being from 20:80 to 40:60.
Die thermische Trocknung wird vorzugsweise in Kontakttrocknern, besonders bevorzugt Schaufeltrocknern, ganz besonders bevorzugt Scheibentrocknern, durchgeführt. Geeignete Trockner sind beispielsweise Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Dryer (Hosokawa Micron GmbH;The thermal drying is preferably carried out in contact dryers, more preferably paddle dryers, very particularly preferably disk dryers. Suitable dryers are, for example, Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Dryer (Hosokawa Micron GmbH;
Leingarten; Deutschland), Hosokawa Bepex® Disc Dryer (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Holo-Flite® dryers (Metso Minerals Industries Inc.; Danville; USA) und Nara Paddle Dryer (NARA Machinery Europe; Frechen; Deutschland). Überdies können auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden. Die Trocknung kann im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen von Warmluft. Ebenso geeignet ist ein nachgeschalteter Trockner, wie beispielsweise ein Hordentrockner, ein Drehrohrofen oder eine beheizbare Schnecke. Besonders vorteilhaft wird in einem Wirbelschichttrockner gemischt und getrocknet. Leingarten; Germany), Hosokawa Bepex® Disc Dryer (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Holo-Flite® dryers (Metso Minerals Industries Inc., Danville, USA), and Nara Paddle Dryer (NARA Machinery Europe; Frechen; Germany). Moreover, fluidized bed dryers can also be used. The drying can take place in the mixer itself, by heating the jacket or blowing hot air. Also suitable is a downstream dryer, such as a hopper dryer, a rotary kiln or a heatable screw. Particularly advantageous is mixed and dried in a fluidized bed dryer.
Bevorzugte Trocknungstemperaturen liegen im Bereich 100 bis 250°C, bevorzugt 120 bis 220°C, besonders bevorzugt 130 bis 210°C, ganz besonders bevorzugt 150 bis 200°C. Die bevorzugte Verweilzeit bei dieser Temperatur im Reaktionsmischer oder Trockner beträgt vorzugsweise mindestens 10 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 20 Minuten, ganz beson- ders bevorzugt mindestens 30 Minuten, und üblicherweise höchstens 60 Minuten. Preferred drying temperatures are in the range 100 to 250 ° C, preferably 120 to 220 ° C, more preferably 130 to 210 ° C, most preferably 150 to 200 ° C. The preferred residence time at this temperature in the reaction mixer or dryer is preferably at least 10 minutes, more preferably at least 20 minutes, most preferably at least 30 minutes, and usually at most 60 minutes.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die wasserabsorbierenden Polymerpartikel nach der thermischen Trocknung gekühlt. Die Kühlung wird vorzugsweise in Kontaktkühlern, besonders bevorzugt Schaufelkühlern, ganz besonders bevorzugt Scheibenkühlern, durchgeführt. Geeignete Kühler sind beispielsweise Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Cooler (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Hosokawa Bepex® Disc Cooler (Hosokawa Micron GmbH; Leingarten; Deutschland), Holo-Flite® coolers (Metso Minerals Industries Inc.; Danville; USA) und Nara Paddle Cooler (NARA Machinery Europe; Frechen; Deutschland). Überdies können auch Wirbelschichtkühler eingesetzt werden. In a preferred embodiment of the present invention, the water-absorbing polymer particles are cooled after the thermal drying. The cooling is preferably carried out in contact coolers, particularly preferably blade coolers, very particularly preferably disk coolers. Suitable coolers are, for example, Hosokawa Bepex® Horizontal Paddle Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Hosokawa Bepex® Disc Coolers (Hosokawa Micron GmbH, Leingarten, Germany), Holo-Flite® coolers (Metso Minerals Industries, Inc., Danville, USA ) and Nara Paddle Cooler (NARA Machinery Europe, Frechen, Germany). Moreover, fluidized bed coolers can also be used.
Im Kühler werden die wasserabsorbierenden Polymerpartikel auf 20 bis 150°C, vorzugsweise 30 bis 120°C, besonders bevorzugt 40 bis 100°C, ganz besonders bevorzugt 50 bis 80°C, abgekühlt. Anschließend können die oberflächennachvernetzten Polymerpartikel erneut klassiert werden, wobei zu kleine und/oder zu große Polymerpartikel abgetrennt und in das Verfahren rückgeführt werden. In the cooler, the water-absorbing polymer particles to 20 to 150 ° C, preferably 30 to 120 ° C, more preferably 40 to 100 ° C, most preferably 50 to 80 ° C, cooled. Subsequently, the surface-postcrosslinked polymer particles can be classified again, wherein too small and / or too large polymer particles are separated and recycled to the process.
Die oberflächennachvernetzten Polymerpartikel können zur weiteren Verbesserung der Eigen- schaften beschichtet oder nachbefeuchtet werden. The surface-postcrosslinked polymer particles can be coated or rehydrated to further improve the properties.
Die Nachbefeuchtung wird vorzugsweise bei 30 bis 80°C, besonders bevorzugt bei 35 bis 70°C, ganz besonders bevorzugt bei 40 bis 60°C, durchgeführt. Bei zu niedrigen Temperaturen neigen die wasserabsorbierenden Polymerpartikel zum Verklumpen und bei höheren Temperatu- ren verdampft bereits merklich Wasser. Die zur Nachbefeuchtung eingesetzte Wassermenge beträgt vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 8 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 3 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die wasserabsorbierenden Polymerpartikel. Durch die Nachbefeuchtung wird die mechanische Stabilität der Polymerpartikel erhöht und deren Neigung zur statischen Aufladung vermindert. Vorteilhaft wird die Nachbe- feuchtung im Kühler nach der thermischen Trocknung durchgeführt. Geeignete Beschichtungen zur Verbesserung der Anquellgeschwindigkeit sowie der Permeabilität (SFC) sind beispielsweise anorganische inerte Substanzen, wie wasserunlösliche Metallsalze, organische Polymere, kationische Polymere sowie zwei- oder mehrwertige Metallkationen. Geeignete Beschichtungen zur Staubbindung sind beispielsweise Polyole. Geeignete Beschich- tungen gegen die unerwünschte Verbackungsneigung der Polymerpartikel sind beispielsweise pyrogene Kieselsäure, wie Aerosil® 200, und Tenside, wie Span® 20. The post-wetting is preferably carried out at 30 to 80 ° C, more preferably at 35 to 70 ° C, most preferably at 40 to 60 ° C. If the temperatures are too low, the water-absorbing polymer particles tend to agglomerate and water evaporates appreciably at higher temperatures. The amount of water used for the rewetting is preferably from 1 to 10 wt .-%, particularly preferably from 2 to 8 wt .-%, most preferably from 3 to 5 wt .-%, each based on the water-absorbing polymer particles. By rewetting the mechanical stability of the polymer particles is increased and their tendency to static charge reduced. The post-humidification in the cooler is advantageously carried out after the thermal drying. Suitable coatings for improving the swelling rate and the permeability (SFC) are, for example, inorganic inert substances, such as water-insoluble metal salts, organic polymers, cationic polymers and di- or polyvalent metal cations. Suitable coatings for dust binding are, for example, polyols. Suitable coatings against the unwanted caking tendency of the polymer particles are, for example, fumed silica, such as Aerosil® 200, and surfactants, such as Span® 20.
Methoden Bestimmung des Gehalts an 3-Hydroxypropionsäure und Acrylsäure Methods Determination of the content of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid
Die Gehalte an 3-Hydroxypropionsäure und Acrylsäure werden durch Umkehrphasenchromatographie mit Ultraviolett-Detektion bestimmt. Zu Probenvorbereitung werden ca. 100 bis 300 mg Probe in einen 50ml Messkolben eigewogen und mit Eluent A aufgefüllt. Eluent A ist eine Mischung aus 1000 ml Wasser und 1 ml The contents of 3-hydroxypropionic acid and acrylic acid are determined by reversed-phase chromatography with ultraviolet detection. For sample preparation approx. 100 to 300 mg sample are weighed into a 50 ml volumetric flask and filled up with eluent A. Eluent A is a mixture of 1000 ml of water and 1 ml
0,5molarer Schwefelsäure. 0.5 molar sulfuric acid.
Zur Kalibrierung der 3-Hydroxypropionäure werden vier Einwaagen (ca. 280 mg, 180 mg, 90 mg und 60 mg) verwendet, wobei vor dem Auffüllen des 50ml Messkolbens mit ca. 100 μΙ 25gew.- %iger Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3 bis 4 angesäuert wird (ggf. nachsäuern). Der Kalibrierbereich beträgt 0,1 bis 280 mg/50ml. For the calibration of the 3-hydroxypropionic acid, four initial weights (about 280 mg, 180 mg, 90 mg and 60 mg) are used, with about 100 μΙ 25gew.% sulfuric acid to a pH of before filling the 50 ml volumetric flask 3 to 4 is acidified (possibly acidify). The calibration range is 0.1 to 280 mg / 50ml.
Zur Kalibrierung der Acrylsäure werden mindestens zwei Einwaagen auf mindestens sechs Konzentrationen verdünnt. Der Kalibrierbereich beträgt 0,01 bis 0,9 mg/50ml. To calibrate the acrylic acid, at least two initial weights are diluted to at least six concentrations. The calibration range is 0.01 to 0.9 mg / 50ml.
Zur Umkehrphasenchromatographie wird eine Trennsäule vom Typ Prontosil 120-3-C18 AQ 3μηη, 150x4, 6mm (BISCHOFF Analysentechnik und -geräte GmbH, Leonberg, Deutschland) verwendet. Die Temperatur beträgt 25°C das Injektionsvolumen beträgt 50 μΙ, der Durchfluss beträgt 1 ,5 ml/min und die Laufzeit beträgt 15 Minuten. Der UV-Detektor wird auf 205 nm eingestellt. Von Anfang bis 8 Minuten wird 100 Gew.-% Eluent A, von 8 bis 1 1 ,5 Minuten wird eine Mischung aus 40 Gew.-% Eluent A und 60 Gew.-% Eluent B, von 1 1 ,5 Minuten bis Ende wird 100 Gew.-% Eluent A verwendet. Eluent B ist Acetonitril. Bestimmung des Gehalts an oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer Acrylsäure For reversed-phase chromatography, a separation column of the type Prontosil 120-3-C18 AQ 3μηη, 150 × 4, 6 mm (BISCHOFF Analysentechnik GmbH, Leonberg, Germany) is used. The temperature is 25 ° C, the injection volume is 50 μΙ, the flow rate is 1, 5 ml / min and the duration is 15 minutes. The UV detector is set to 205 nm. From beginning to 8 minutes, 100% by weight of eluent A, from 8 to 11.5 minutes, a mixture of 40% by weight of eluent A and 60% by weight of eluent B, of 11.5 minutes to the end 100% by weight of eluent A is used. Eluent B is acetonitrile. Determination of the content of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid
Die Gehalte an oligomerer 3-Hydroxoypropionsäure und oligomerer Acrylsäure werden durch lonenausschlusschromatographie mit Brechungsindex-Detektion bestimmt. Zur Probenvorbereitung werden die zu analysierenden Komponenten mittels einer Festphasenextraktion (solid phase extraction) von der Probenmatrix getrennt. Dazu wird eine SPE- Kartusche vom Typ Bakerband SiOH 6 ml, 1000 mg (J.T.Baker, Avantor Performance Materials, Inc., Center Valley, PA, USA) verwendet. Die SPE-Kartusche wird mit 6 ml Methanol aktiviert und zweimal mit je 6 ml Eluent gespült. Die SPE-Kartusche darf nie trockenlaufen. Anschließend wird die Probe auf die SPE-Kartusche pipettiert und zehnmal mit je 1 ml Eluent in einen 10 ml Messkolben gespült. Die eingesetzte Probenmenge beträgt bei Sumpfproben 65 μΙ, bei Kopfproben 85 μΙ und bei Extraktproben 75 μΙ. Sofern die Proben kein hydrophobes Lösungsmittel (hochsiedendes organisches Lösungsmittel, Schleppmittel) enthalten, können diese Proben ohne Extraktion aufgespritzt werden, dazu werden 85 μΙ direkt in 10 ml Eluent gelöst. Als Eluent wird 0,1 Vol.-%ige wässrige Phosphorsäure verwendet. The contents of oligomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric acrylic acid are determined by ion exclusion chromatography with refractive index detection. For sample preparation, the components to be analyzed are separated from the sample matrix by means of solid phase extraction. For this purpose, an SPE Cartridge type bakerband SiOH 6 ml, 1000 mg (JTBaker, Avantor Performance Materials, Inc., Center Valley, PA, USA). The SPE cartridge is activated with 6 ml of methanol and rinsed twice with 6 ml of eluent each time. The SPE cartridge should never run dry. The sample is then pipetted onto the SPE cartridge and rinsed ten times with 1 ml of eluent in a 10 ml volumetric flask. The amount of sample used in sump samples is 65 μΙ, in head samples 85 μΙ and in extract samples 75 μΙ. If the samples do not contain a hydrophobic solvent (high-boiling organic solvent, entrainment agent), these samples can be sprayed on without extraction by dissolving 85 μΙ directly in 10 ml of eluent. The eluant used is 0.1% by volume aqueous phosphoric acid.
Zur lonenausschlusschromatographie werden zwei Trennsäulen vom Typ Shodex RSpak KC- 81 1 , 300x8mm (SHOWA DENKO K.K. Shodex (Separation & HPLC) Group, Kawasaki, Japan) hintereinander geschaltet verwendet. Die Temperatur beträgt 40°C, das Injektionsvolumen beträgt 100 μΙ, der Durchfluss beträgt 1 ,0 ml/min und die Laufzeit beträgt 45 Minuten. Als Eluent wird 0,1 gew.-%ige wässriger Phosphorsäure verwendet. Der Autosampier wird auf 15°C gekühlt. For ion-exclusion chromatography, two separation columns of the type Shodex RSpak KC-81 1, 300x8 mm (SHOWA DENKO K.K. Shodex (Separation & HPLC) Group, Kawasaki, Japan) are used in series. The temperature is 40 ° C, the injection volume is 100 μΙ, the flow rate is 1, 0 ml / min and the running time is 45 minutes. The eluent used is 0.1% strength by weight aqueous phosphoric acid. The autosampler is cooled to 15 ° C.
Zur Auswertung wird vor dem Integrieren ein Blindwertabzug gemacht. Dazu wird Eluent injiziert und das so erhaltene Chromatogramm vom Probenchromatogramm abgezogen. Die Auswer- tung erfolgt über Flächenprozent, wobei mittels folgender Formel in Gewichtsprozent umgerechnet wird: For evaluation, a blank value deduction is made before integrating. For this purpose, eluent is injected and the chromatogram thus obtained is subtracted from the sample chromatogram. The evaluation is carried out using area percent, whereby the following formula converts it into percent by weight:
Gewichts %(Oligomer) = ^ew^is ^{Monomer) xFiäcfoen%(Qiig0mer^ % By weight (oligomer) = ^ ew ^ is ^ {monomer) x Fiä c fo en% (Qiig 0mer ^
Flächen%(Monomer) Zur Auswertung der Oligomeren werden jeweils die Gehalte der Dimeren, Trimeren, Tetrameren und Pentameren (d.h. n = 2 bis 5) addiert. Die Retentionszeiten werden durch Injektion von 3- Hydroxypropionsäure und Diacrylsäure kontrolliert.  Area% (monomer) To evaluate the oligomers, the contents of the dimers, trimers, tetramers and pentamers (i.e., n = 2 to 5) are added together. Retention times are controlled by injection of 3-hydroxypropionic acid and diacrylic acid.
Bestimmung des pH-Werts Determination of pH
Zur Bestimmung des pH-Werts werden 1 ,0 g Probe in 10 ml entmineralisiertem Wasser bei 25°C gelöst bzw. suspendiert. Nach 10 Minuten wird der pH-Wert der wässrigen Phase bei 25°C mittels einer pH-Elektrode gemessen. To determine the pH, 1.0 g of sample is dissolved or suspended in 10 ml of demineralized water at 25.degree. After 10 minutes, the pH of the aqueous phase is measured at 25 ° C by means of a pH electrode.
Beispiele Examples
Beispiel 1 (Vergleich) Example 1 (comparison)
Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wurde in einem Reaktor mit Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne durchgeführt. Als Reaktor wurde ein 31 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor betrug ca. 2500 g. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne. The dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid was carried out in a forced circulation flash evaporator reactor with rectification column attached. The reactor used was a glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor was about 2500 g. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer bestand aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wurde mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Wärmetauscher wurde mittels Wärme- trägeröl beheizt. Der Flüssigkeitsstand im Reaktor wurde über die Temperatur des Wärmeträgeröls geregelt. Die Rektifikationskolonne hatte einen Innendurchmesser von 50 mm und wurde elektrisch begleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hatte eine Streckmetallpackungen mit einer Länge von 50cm (MONTZ Pak Typ BSH-750; Julius Montz GmbH; Hilden; Deutschland) The forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve. The contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve. The heat exchanger was heated by means of heat transfer oil. The liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil. The rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied. The rectification column had expanded metal packages of 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany).
Als Zulauf wurden 250 g/h wässrige 3-Hydroxypropionsäure und 10 g/h Diethylphthalat in den Reaktor gefördert. Die wässrige 3-Hydroxypropionsäure hatte die folgende Zusammensetzung: As feed, 250 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid and 10 g / h of diethyl phthalate were fed into the reactor. The aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition:
39,1 Gew.-% Wasser, 39.1% by weight of water,
0,8 Gew.-% Acrylsäure, 0.8% by weight of acrylic acid,
1 ,0 Gew.-% oligomere Acrylsäure, 1.0% by weight of oligomeric acrylic acid,
42,1 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und 42.1 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
14,0 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure  14.0% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Das Diethylphthalat enthielt zur Polymerisationsinhibierung zusätzlich 0,1 Gew.-% Phenothiazin und 0,5 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. The diethyl phthalate additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
Durch den Zwangsumlaufentspannungsverdampfer wurde der Reaktorinhalt im Kreis gefördert. Vor dem Druckhalteventil betrug der Druck 1 ,4 bar und die Temperatur 170°C. The forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve the pressure was 1, 4 bar and the temperature 170 ° C.
Der Druck am Kopf der Rektifikationskolonne betrug 150 mbar. Der Brüden wurde mittels eines Kühlers kondensiert und teilweise als Rücklauf in die Rektifikationskolonne zurückgeführt und teilweise ausgeschleust. Es wurden 284 g/h Kondensat ausgeschleust. Das Kondensat hatte die folgende Zusammensetzung: The pressure at the top of the rectification column was 150 mbar. The vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 284 g / h of condensate were discharged. The condensate had the following composition:
49,5 Gew.-% Wasser, 49.5% by weight of water,
50,7 Gew.-% Acrylsäure, 50.7% by weight of acrylic acid,
<0,0001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  <0.0001 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
<0,1 Gew.-% Diethylphthalat <0.1% by weight of diethyl phthalate
Unterhalb und oberhalb der Streckmetallpackung wurden jeweils 12 g/h einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1 -oxyl dosiert. Weiterhin wurden 20 g/h einer Lösung von Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether in Acrylsäure in das Kondensat dosiert. Die Lösung enthielt 2 Gew.-% Phenothiazin und 4 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. Aus dem Reaktor wurden 13 g/h Rückstand ausgeschleust. Below and above the expanded metal packing each 12 g / h of a 5 wt .-% aqueous solution of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl were metered. Furthermore, 20 g / h of a solution of phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether in acrylic acid were metered into the condensate. The solution contained 2% by weight of phenothiazine and 4% by weight of hydroquinone monomethyl ether. 13 g / h of residue were discharged from the reactor.
Nach einer Laufzeit von 180 Stunden war die Temperatur des Wärmeträgeröls von 190°C auf 252°C gestiegen. Es wurden deutliche Beläge im Wärmetauscher und ausgefallener Feststoff in der Lösung gefunden. After a running time of 180 hours, the temperature of the heat transfer oil had risen from 190 ° C to 252 ° C. There were significant deposits in the heat exchanger and precipitated solid found in the solution.
Beispiel 2 Example 2
Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wurde in einem Reaktor mit Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne durchgeführt. The dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid was carried out in a forced circulation flash evaporator reactor with rectification column attached.
Als Reaktor wurde ein 31 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor betrug ca. 2500 g. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne . Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer bestand aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wurde mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Wärmetauscher wurde mittels Wärme- trägeröl beheizt. Der Flüssigkeitsstand im Reaktor wurde über die Temperatur des Wärmeträgeröls geregelt. The reactor used was a glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor was about 2500 g. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column. The forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve. The contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve. The heat exchanger was heated by means of heat transfer oil. The liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil.
Die Rektifikationskolonne hatte einen Innendurchmesser von 50 mm und wurde elektrisch begleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hatte eine Streckmetallpackungen mit einer Länge von 50cm (MONTZ Pak Typ BSH-750; Julius Montz GmbH; Hilden; Deutschland) Als Zulauf wurden 250 g/h wässrige 3-Hydroxypropionsäure und 40 g/h wässriges SulfolanThe rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied. The rectification column had expanded metal packages 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany) as feed were 250 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid and 40 g / h of aqueous sulfolane
(50gew.-%ig) in den Reaktor gefördert. Die wässrige 3-Hydroxypropionsäure hatte die folgende Zusammensetzung: (50gew .-%) conveyed into the reactor. The aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition:
40.5 Gew.-% Wasser,  40.5% by weight of water,
I , 6 Gew.-% Acrylsäure,  I, 6% by weight of acrylic acid,
1 ,7 Gew.-% oligomere Acrylsäure, 1.7% by weight of oligomeric acrylic acid,
41.6 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  41.6 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
I I , 5 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure  I I, 5 wt .-% oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Das wässrige Sulfolan enthielt zur Polymerisationsinhibierung zusätzlich 0,1 Gew.-% Phenothi- azin und 0,5 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. Durch den Zwangsumlaufentspannungsverdampfer wurde der Reaktorinhalt im Kreis gefördert. Vor dem Druckhalteventil betrug der Druck 1 ,4 bar und die Temperatur 200°C. The aqueous sulfolane additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition. The forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve, the pressure was 1, 4 bar and the temperature 200 ° C.
Der Druck am Kopf der Rektifikationskolonne betrug 150 mbar. Der Brüden wurde mittels eines Kühlers kondensiert und teilweise als Rücklauf in die Rektifikationskolonne zurückgeführt und teilweise ausgeschleust. Es wurden 296 g/h Kondensat ausgeschleust. Das Kondensat hatte die folgende Zusammensetzung: 57,3 Gew.-% Wasser, The pressure at the top of the rectification column was 150 mbar. The vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 296 g / h of condensate were discharged. The condensate had the following composition: 57.3% by weight of water,
42,2 Gew.-% Acrylsäure, 42.2% by weight of acrylic acid,
<0,0001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und <0.0001 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
<0,1 Gew.-% Sulfolan Unterhalb und oberhalb der Streckmetallpackung wurden jeweils 12 g/h einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1 -oxyl dosiert. <0.1% by weight of sulfolane 12 g / h of a 5% strength by weight aqueous solution of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl were metered in underneath and above the expanded metal packing.
Weiterhin wurden 15 g/h einer Lösung von Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether in Acrylsäure in das Kondensat dosiert. Die Lösung enthielt 2 Gew.-% Phenothiazin und 4 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. Furthermore, 15 g / h of a solution of phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether in acrylic acid were metered into the condensate. The solution contained 2% by weight of phenothiazine and 4% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
Aus dem Reaktor wurden 25 g/h Rückstand ausgeschleust. From the reactor 25 g / h of residue were discharged.
Nach einer Laufzeit von 207 Stunden war die Temperatur des Wärmeträgeröls von 222°C auf 230°C gestiegen. Es wurden nahezu keine Beläge im Wärmetauscher gefunden. After a running time of 207 hours, the temperature of the heat transfer oil had risen from 222 ° C to 230 ° C. There were almost no deposits found in the heat exchanger.
Beispiel 3 (Vergleich) Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wurde in einem Reaktor mit Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne durchgeführt. Example 3 (Comparative) The dehydration of 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid was carried out in a forced circulation flash evaporator reactor with rectification column attached.
Als Reaktor wurde ein 31 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor betrug ca. 2500 g. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne . The reactor used was a glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor was about 2500 g. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer bestand aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wurde mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Wärmetauscher wurde mittels Wärme- trägeröl beheizt. Der Flüssigkeitsstand im Reaktor wurde über die Temperatur des Wärmeträ- geröls geregelt. Die Rektifikationskolonne hatte einen Innendurchmesser von 50 mm und wurde elektrisch begleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hatte eine Streckmetallpackungen mit einer Länge von 50cm (MONTZ Pak Typ BSH-750; Julius Montz GmbH; Hilden; Deutschland) Als Zulauf wurden 250 g/h wässrige 3-Hydroxypropionsäure und 20 g/h Diethylphthalat in den Reaktor gefördert. Die wässrige 3-Hydroxypropionsäure hatte die folgende Zusammensetzung: The forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve. The contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve. The heat exchanger was heated by means of heat transfer oil. The liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil. The rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied. The rectification column had expanded metal packages 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany) 250 g / h aqueous 3-hydroxypropionic acid and 20 g / h diethyl phthalate were fed into the reactor as feed. The aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition:
40.5 Gew.-% Wasser, 40.5% by weight of water,
I , 6 Gew.-% Acrylsäure,  I, 6% by weight of acrylic acid,
1 ,7 Gew.-% oligomere Acrylsäure, 1.7% by weight of oligomeric acrylic acid,
41.6 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  41.6 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
I I , 5 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure  I I, 5 wt .-% oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Das Diethylphthalat enthielt zur Polymerisationsinhibierung zusätzlich 0,1 Gew.-% Phenothiazin und 0,5 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. The diethyl phthalate additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
Durch den Zwangsumlaufentspannungsverdampfer wurde der Reaktorinhalt im Kreis gefördert. Vor dem Druckhalteventil betrug der Druck 1 ,4 bar und die Temperatur 200°C. Der Druck am Kopf der Rektifikationskolonne betrug 150 mbar. Der Brüden wurde mittels eines Kühlers kondensiert und teilweise als Rücklauf in die Rektifikationskolonne zurückgeführt und teilweise ausgeschleust. Es wurden 266 g/h Kondensat ausgeschleust. Das Kondensat hatte die folgende Zusammensetzung: 62,8 Gew.-% Wasser, The forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve, the pressure was 1, 4 bar and the temperature 200 ° C. The pressure at the top of the rectification column was 150 mbar. The vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 266 g / h of condensate were discharged. The condensate had the following composition: 62.8% by weight of water,
36.7 Gew.-% Acrylsäure,  36.7% by weight of acrylic acid,
<0,0001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  <0.0001 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
< 0,01 Gew.-% Diethylphthalat Unterhalb und oberhalb der Streckmetallpackung wurden jeweils 12 g/h einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1 -oxyl dosiert. <0.01% by weight of diethyl phthalate 12 g / h of a 5% strength by weight aqueous solution of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl were metered in underneath and above the expanded metal packing.
Weiterhin wurden 15 g/h einer Lösung von Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether in Acrylsäure in das Kondensat dosiert. Die Lösung enthielt 2 Gew.-% Phenothiazin und 4 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. Furthermore, 15 g / h of a solution of phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether in acrylic acid were metered into the condensate. The solution contained 2% by weight of phenothiazine and 4% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
Aus dem Reaktor wurden 45 g/h Rückstand ausgeschleust. 45 g / h of residue were discharged from the reactor.
Nach einer Laufzeit von 16 Stunden war die Temperatur des Wärmeträgeröls von 220°C auf 240°C gestiegen. Es wurden deutliche Beläge im Wärmetauscher und ausgefallener Feststoff in der Lösung gefunden. Eine Analyse ergab, dass es sich um Phthalsäureanhydrid handelte. Beispiel 4 Die Dehydratisierung von 3-Hydroxypropionsäure Acrylsäure wurde in einem Reaktor mitAfter a running time of 16 hours, the temperature of the heat transfer oil had risen from 220 ° C to 240 ° C. There were significant deposits in the heat exchanger and precipitated solid found in the solution. An analysis showed that it was phthalic anhydride. Example 4 Dehydration of 3-hydroxypropionic acid acrylic acid was carried out in a reactor
Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne durchgeführt. Forced circulation evaporator and attached rectification carried out.
Als Reaktor wurde ein 31 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor betrug ca. 2500 g. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne. The reactor used was a glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor was about 2500 g. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column.
Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer bestand aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wurde mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Wärmetauscher wurde mittels Wärme- trägeröl beheizt. Der Flüssigkeitsstand im Reaktor wurde über die Temperatur des Wärmeträ- geröls geregelt. The forced circulation flash evaporator consisted of a pump, a heat exchanger and a pressure holding valve. The contents of the reactor were circulated by the pump via the heat exchanger and the pressure-maintaining valve. The heat exchanger was heated by means of heat transfer oil. The liquid level in the reactor was controlled by the temperature of the heat transfer oil.
Die Rektifikationskolonne hatte einen Innendurchmesser von 50 mm und wurde elektrisch begleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hatte eine Streckmetallpackungen mit einer Länge von 50cm (MONTZ Pak Typ BSH-750; Julius Montz GmbH; Hilden; Deutschland) The rectification column had an inner diameter of 50 mm and was heated electrically accompanied. The rectification column had expanded metal packages of 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany).
Als Zulauf wurden 175 g/h wässrige 3-Hydroxypropionsäure und 40 g/h wässriges Sulfolan (50gew.-%ig) in den Reaktor gefördert. Die wässrige 3-Hydroxypropionsäure hatte die folgende Zusammensetzung: 18,9 Gew.-% Wasser, As feed, 175 g / h of aqueous 3-hydroxypropionic acid and 40 g / h of aqueous sulfolane (50% by weight) were fed into the reactor. The aqueous 3-hydroxypropionic acid had the following composition: 18.9% by weight of water,
1 .6 Gew.-% Acrylsäure,  1 .6% by weight of acrylic acid,
2.7 Gew.-% oligomere Acrylsäure,  2.7% by weight of oligomeric acrylic acid,
54,8 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  54.8 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
18,0 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure 18.0% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid
Das wässrige Sulfolan enthielt zur Polymerisationsinhibierung zusätzlich 0,1 Gew.-% Phenothi- azin und 0,5 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. The aqueous sulfolane additionally contained 0.1% by weight of phenothiazine and 0.5% by weight of hydroquinone monomethyl ether for polymerization inhibition.
Durch den Zwangsumlaufentspannungsverdampfer wurde der Reaktorinhalt im Kreis gefördert. Vor dem Druckhalteventil betrug der Druck 1 ,4 bar und die Temperatur 200°C. The forced circulation flash evaporator conveyed the reactor contents in a circle. Before the pressure relief valve, the pressure was 1, 4 bar and the temperature 200 ° C.
Der Druck am Kopf der Rektifikationskolonne betrug 150 mbar. Der Brüden wurde mittels eines Kühlers kondensiert und teilweise als Rücklauf in die Rektifikationskolonne zurückgeführt und teilweise ausgeschleust. Es wurden 223 g/h Kondensat ausgeschleust. Das Kondensat hatte die folgende Zusammensetzung: 45,5 Gew.-% Wasser, The pressure at the top of the rectification column was 150 mbar. The vapor was condensed by means of a cooler and partly recycled as reflux into the rectification column and partially discharged. 223 g / h of condensate were discharged. The condensate had the following composition: 45.5% by weight of water,
54,8 Gew.-% Acrylsäure,  54.8% by weight of acrylic acid,
<0,0001 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure und  <0.0001 wt .-% of 3-hydroxypropionic acid and
< 0,01 Gew.-% Sulfolan  <0.01% by weight sulfolane
Unterhalb und oberhalb der Streckmetallpackung wurden jeweils 12 g/h einer 5 gew.-%igen wässrigen Lösung von 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1 -oxyl dosiert. Below and above the expanded metal packing each 12 g / h of a 5 wt .-% aqueous solution of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl were metered.
Weiterhin wurden 15 g/h einer Lösung von Phenothiazin und Hydrochinonmonomethylether in Acrylsäure in das Kondensat dosiert. Die Lösung enthielt 2 Gew.-% Phenothiazin und 4 Gew.-% Hydrochinonmonomethylether. Furthermore, 15 g / h of a solution of phenothiazine and hydroquinone monomethyl ether in acrylic acid were metered into the condensate. The solution contained 2% by weight of phenothiazine and 4% by weight of hydroquinone monomethyl ether.
Aus dem Reaktor wurden 25 g/h Rückstand ausgeschleust. Nach einer Laufzeit von 280 Stunden war die Temperatur des Wärmeträgeröls von 224°C auf 227°C gestiegen. Es wurden nahezu keine Beläge im Wärmetauscher gefunden. From the reactor 25 g / h of residue were discharged. After a running time of 280 hours, the temperature of the heat transfer oil had risen from 224 ° C to 227 ° C. There were almost no deposits found in the heat exchanger.
Beispiel 5 Example 5
Die Umsetzung von einer wässrigen Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure wird in einem Reaktor mit Zwangsumlaufent- spannungsverdampfer und aufgesetzter Rektifikationskolonne 4 durchgeführt. Am Kopf der Rektifikationskolonne wird ein Schleppmittel zugesetzt. The reaction of an aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid is carried out in a reactor with forced circulation desulphurisation apparatus and attached rectification column 4. An entrainer is added at the top of the rectification column.
Als Reaktor wird ein 51 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. Die Flüssigkeitsmenge im Reaktor beträgt ca. 4000 g. Die Temperatur in Reaktor beträgt 196°C. Der Druck im Reaktor beträgt 230 mbar. Der Reaktor ist gleichzeitig der Sumpf der Rektifikationskolonne 4. Der Zwangsumlaufentspannungsverdampfer besteht aus einer Pumpe, einem Wärmetauscher und einem Druckhalteventil. Der Reaktorinhalt wird mittels der Pumpe über den Wärmetauscher und das Druckhalteventil im Kreis gefördert. Der Zulauf an wässriger Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und an hochsiedendem Lösungsmittel wird vor dem Wärmetauscher in den Kreis dosiert. Unterhalb des Wärmetauschers werden 13 l/h eines Luft/Stickstoff-Gemisches mit einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol.-% (Magerluft) in den Kreis dosiert. The reactor used is a 51 glass container with a double jacket. The amount of liquid in the reactor is about 4000 g. The temperature in the reactor is 196 ° C. The pressure in the reactor is 230 mbar. The reactor is at the same time the bottom of the rectification column 4. The forced circulation expansion evaporator consists of a pump, a heat exchanger and a pressure-holding valve. The contents of the reactor are circulated by means of the pump via the heat exchanger and the pressure maintenance valve. The feed of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and high-boiling solvent is metered into the circuit before the heat exchanger. Below the heat exchanger, 13 l / h of an air / nitrogen mixture with an oxygen content of 6% by volume (lean air) are metered into the circuit.
Es werden 250 g/h wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure und 43 g/h hochsiedendes Lösungsmittel als Zulauf eingesetzt. Die wässrige Mischung aus monomerer 3-Hydroxypropionsäure und oligomerer 3-Hydroxypropionsäure hat folgende Zusammensetzung: 20,1 Gew.-% Wasser, 250 g / h of aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid and 43 g / h of high-boiling solvent are used as feed. The aqueous mixture of monomeric 3-hydroxypropionic acid and oligomeric 3-hydroxypropionic acid has the following composition: 20.1% by weight of water,
1 ,5 Gew.-% Acrylsäure,  1.5% by weight of acrylic acid,
1 ,5 Gew.-% oligomere Acrylsäure  1, 5 wt .-% oligomeric acrylic acid
45,0 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure.  45.0% by weight of 3-hydroxypropionic acid.
29,5 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure,  29.5% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid,
0,4 Gew.-% 2-Hydroxypropionsäure,  0.4% by weight of 2-hydroxypropionic acid,
0,4 Gew.-% Bernsteinsäure,  0.4% by weight of succinic acid,
0,0015 Gew.-% Formaldehyd,  0.0015% by weight of formaldehyde,
0,001 Gew.-% Acetaldehyd,  0.001% by weight of acetaldehyde,
0,012 Gew.-% Arabitol,  0.012% by weight of arabitol,
0,041 Gew.-% Erythritol,  0.041% by weight of erythritol,
0,7 Gew.-% 2-Hydroxy(iso)valeriansäure,  0.7% by weight of 2-hydroxy (iso) valeric acid,
Glukose, Glukoseester und weitere Schwersieder  Glucose, glucose esters and other high boilers
Das hochsiedende Lösungsmittel hat folgende Zusammensetzung: The high-boiling solvent has the following composition:
70,0 Gew.- Sulfolan 70.0% by weight of sulfolane
30,0 Gew.-% Wasser  30.0% by weight of water
Dem Reaktor werden 39 g/h Rückstand entnom 39 g / h of residue are taken from the reactor
Die Rektifikationskolonne 4 hat einen Innendurchmesser von 50 mm und wird elektrisch begleitbeheizt. Die Rektifikationskolonne hat insgesamt 7 Streckmetallpackungen mit einer Länge von jeweils 50cm (MONTZ Pak Typ BSH-750; Julius Montz GmbH; Hilden; Deutschland) und einen Seitenabzug, wobei sich der Seitenabzug zwischen der 3. Und 4. Streckmetallpackung befindet (von unten gezählt). The rectification column 4 has an inner diameter of 50 mm and is electrically accompanied by heating. The rectification column has a total of 7 expanded metal packings each 50 cm in length (MONTZ Pak type BSH-750, Julius Montz GmbH, Hilden, Germany) and a side take-off with the side take-off between the 3rd and 4th expanded metal packs (counted from below). ,
Der Seitenabzug ist ein Fangboden. Dort wird die Flüssigkeit vollständig als Rohacrylsäure ent- nommen. Davon werden 450 g/h als Rücklauf unterhalb des Fangbodens in die Rektifikationskolonne 4 rückgeführt und die restliche Rohacrylsäure mittels einer Pumpe durch einen Wärmetauscher gefördert, dabei auf 15°C gekühlt und in eine Suspensionskristallisation überführt. Es werden 1 102 g/h Rohacrylsäure mit folgender Zusammensetzung erhalten: 1 ,2 Gew.-% Wasser, The side trigger is a catch bottom. There, the liquid is completely removed as crude acrylic acid. Of these, 450 g / h are recycled as reflux below the catch tray in the rectification column 4 and the remaining crude acrylic acid is conveyed by a pump through a heat exchanger, thereby cooled to 15 ° C and converted into a suspension crystallization. There are obtained 1 102 g / h of crude acrylic acid having the following composition: 1, 2 wt .-% water,
98,8 Gew.-% Acrylsäure,  98.8% by weight of acrylic acid,
<0,001 Gew.-% oligomere Acrylsäure0,002 Gew.-% 3-Hydroxypropionsäure,  <0.001% by weight of oligomeric acrylic acid 0.002% by weight of 3-hydroxypropionic acid,
<0,001 Gew.-% oligomere 3-Hydroxypropionsäure  <0.001% by weight of oligomeric 3-hydroxypropionic acid
0,03 Gew.-% Sulfolan,  0.03 wt.% Sulfolane,
0,007 Gew.-% Phenothiazin  0.007% by weight of phenothiazine
0,036 Gew.-% 2-Hydroxypropionsäure, <0,001 Gew.-% Bernsteinsäure, 0.036% by weight of 2-hydroxypropionic acid, <0.001% by weight of succinic acid,
<0,001 Gew.-% Formaldehyd,  <0.001% by weight of formaldehyde,
<0,001 Gew.-% Acetaldehyd,  <0.001% by weight of acetaldehyde,
0,006 Gew.-% 2-Hydroxy(iso)valeriansäure und  0.006 wt .-% 2-hydroxy (iso) valeric acid and
0,01 Gew.-% Toluol  0.01% by weight of toluene
Zur Suspensionskristallisation wird ein 31 Glasbehälter mit Wendelrührer verwendet. Die Kristallisationswärme wird über einen gekühlten Doppelmantel abgeführt. Die Temperatur der Kristallsuspension im Glasbehälter beträgt 13,8°C. Die bei der Kristallisation erzeugte Kristallsuspen- sion wird mittels einer Zentrifuge bei 2000 U/min und einer Schleuderzeit von 1 min diskontinuierlich in Kristalle und Mutterlauge getrennt. Die Kristalle werden mit Reinacrylsäure gewaschen und aufgeschmolzen. Die Mutterlauge wird auf 50°C erwärmt und vollständig unterhalb des Fangbodens in die Rektifikationskolonne 4 dosiert. Die erhaltene Reinacrylsäure wird mit 1 ,6 g/h einer 2 gew.-%igen Lösung von Hydrochinonmo- nomethylether in Reinacrylsäure versetzt. Es werden insgesamt 164 g/h Reinacrylsäure erhalten. For suspension crystallization, a glass container with a helical stirrer is used. The heat of crystallization is dissipated via a cooled double jacket. The temperature of the crystal suspension in the glass container is 13.8 ° C. The crystal suspension produced during the crystallization is separated discontinuously into crystals and mother liquor by means of a centrifuge at 2000 rpm and a spin time of 1 min. The crystals are washed with pure acrylic acid and melted. The mother liquor is heated to 50 ° C and completely dosed below the catch tray in the rectification column 4. The pure acrylic acid obtained is admixed with 1.6 g / h of a 2% strength by weight solution of hydroquinone monomethyl ether in pure acrylic acid. A total of 164 g / h of pure acrylic acid are obtained.
Als Puffer zwischen der kontinuierlichen Rektifikation und der diskontinuierlichen Suspensions- kristallisation werden zwei 51 Glasbehälter mit Doppelmantel eingesetzt. As buffer between the continuous rectification and the discontinuous suspension crystallization, two 51 glass containers with double jacket are used.
Auf den Kopf der Rektifikationskolonne 4 werden 3,9 g/h einer 2 gew.-%igen Lösung von Phe- nothiazin in Rohacrylsäure dosiert. Der am Kopf der Rektifikationskolonne 4 anfallende Brüden wird in einem Wärmetauscher auf 25°C gekühlt, kondensiert und in einem Phasenscheider gesammelt. Als Schleppmittel wird Toluol eingesetzt. Es werden 0,4 g/h Toluol in die organische Phase dosiert um Verluste an Schleppmittel auszugleichen. Das im Phasenscheider abgetrennte Schleppmittel wird auf den Kopf der Rektifikationskolonne 4 rückgeführt. 3.9 g / h of a 2% strength by weight solution of phenothiazine in crude acrylic acid are metered onto the top of the rectification column 4. The vapor obtained at the top of the rectification column 4 is cooled to 25 ° C. in a heat exchanger, condensed and collected in a phase separator. As entrainer toluene is used. 0.4 g / h of toluene are metered into the organic phase to compensate for losses of entrainer. The separated in the phase separator entraining agent is recycled to the top of the rectification column 4.
Von der wässrigen Phase werden 1 180 g/h vor dem Wärmetauscher im Brüden versprüht. Die übrige wässrige Phase (Sauerwasser) wird ausgeschleust. Das Sauerwasser hat die folgende Zusammensetzung: 97,7 Gew.-% Wasser, From the aqueous phase 1 180 g / h are sprayed in the vapor before the heat exchanger. The remaining aqueous phase (sour water) is discharged. The sour water has the following composition: 97.7% by weight of water,
2,2 Gew.-% Acrylsäure,  2.2% by weight of acrylic acid,
0,003 Gew.-% Formaldehyd,  0.003% by weight of formaldehyde,
0,002 Gew.-% Acetaldehyd und  0.002 wt .-% acetaldehyde and
0,07 Gew.-% Toluol  0.07 wt .-% toluene
Das Abgas wird über einen weiteren Wärmetauscher (Nachkühler) geführt. The exhaust gas is passed through another heat exchanger (aftercooler).
SEITE ABSICHTLICH LEER GELASSEN PAGE INTENTIONALLY LEFT BLANK

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur kontinuierlichen Dehydratisierung von wässriger 3-Hydroxypropionsäure zu Acrylsäure in flüssiger Phase, wobei die flüssige Phase eine Temperatur von 120 bis 250°C aufweist und wässrige Acrylsäure kontinuierlich aus der flüssigen Phase abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Phase von 5 bis 95 Gew.-% eines aprotischen Lösungsmittels enthält und das aprotischen Lösungsmittel ein Dipolmoment von mindestens 10 x 10"30 Cm aufweist. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das aprotische Lösungsmittel ein Dipolmoment von 15 bis 20 x 10"30 Cm aufweist. 1 . Process for the continuous dehydration of aqueous 3-hydroxypropionic acid to acrylic acid in the liquid phase, wherein the liquid phase has a temperature of 120 to 250 ° C and aqueous acrylic acid is continuously separated from the liquid phase, characterized in that the liquid phase of 5 to 95 wt .-% of an aprotic solvent and the aprotic solvent containing a dipole moment of at least 10 x 10 "30 cm. 2. the method according to claim 1, characterized in that the aprotic solvent has a dipole moment 15 to 20 x 10" having 30 Cm ,
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aprotische Lösungsmittel einen Siedepunkt bei 1013 mbar von 200 bis 350°C aufweist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the aprotic solvent has a boiling point at 1013 mbar from 200 to 350 ° C.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aprotische Lösungsmittel einen Siedepunkt bei 1013 mbar von 280 bis 300°C aufweist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the aprotic solvent has a boiling point at 1013 mbar from 280 to 300 ° C.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das apro- tische Lösungsmittel ausgewählt ist aus Sulfolan, Ethylenkarbonat, Propylenkarbonat und gamma-Valerolacton. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the apostatic solvent is selected from sulfolane, ethylene carbonate, propylene carbonate and gamma-valerolactone.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aprotische Lösungsmittel Sulfolan ist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the aprotic solvent is sulfolane.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte wässrige 3-Hydroxypropionsäure von 15 bis 35 Gew.-% Wasser enthält. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the used aqueous 3-hydroxypropionic acid of 15 to 35 wt .-% water.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wäss- rige Acrylsäure mittels einer Rektifikationskolonne 2 abgetrennt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the aqueous acrylic acid is separated by means of a rectification column 2.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Acrylsäure mittels einer Rektifikationskolonne 3 in eine acrylsäurereiche Phase und eine wasserreiche Phase aufgetrennt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the aqueous acrylic acid is separated by means of a rectification column 3 in a high-acrylic phase and a water-rich phase.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rektifikationskolonne 3 ein Schleppmittel verwendet wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that in the rectification column 3, an entraining agent is used.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure und die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäure- reiche Phase und eine wasserreiche Phase in einer Rektifikationskolonne 4 durchgeführt wird, wobei die Abtrennung der wässrigen Acrylsäure aus der flüssigen Phase unterhalb eines Seitenabzugs in der Rektifikationskolonne 4 erfolgt, die Auftrennung der wässrigen Acrylsäure in eine acrylsäurereiche Phase und eine wasserreiche Phase oberhalb des Seitenabzugs erfolgt und die acrylsäurereiche Phase am Seitenabzug flüssig entnommen wird. 1 1. A method according to claim 9 or 10, characterized in that the separation of the aqueous acrylic acid and the separation of the aqueous acrylic acid into an acrylic acid rich phase and a water-rich phase in a rectification column 4 is carried out, wherein the separation of the aqueous acrylic acid from the liquid phase takes place below a side draw in the rectification column 4, the separation of the aqueous acrylic acid in a high-acrylic phase and a high-water phase above the side of take off and the acrylic acid-rich phase is taken off liquid on the side take-off.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rektifikationskolonne 4 eine Trennwandkolonne ist, wobei sich der Zulauf zur Rektifikationskolonne 4 und der Seitenabzug der Rektifikationskolonne 4 auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand befinden. 2. The method according to claim 1 1, characterized in that the rectification column 4 is a dividing wall column, wherein the feed to the rectification column 4 and the side draw of the rectification column 4 are located on different sides of the partition wall.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltene acrylsäurereiche Phase durch Kristallisation gereinigt wird. 3. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the obtained high-acrylic phase is purified by crystallization.
4. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterlauge der Kristallisation unterhalb des Seitenabzugs in die Rektifikationskolonne 4 zurückgeführt wird. 4. The method according to claim 13, characterized in that the mother liquor of the crystallization is recycled below the side draw in the rectification column 4.
PCT/EP2015/068122 2014-09-09 2015-08-05 Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid WO2016037775A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14184023 2014-09-09
EP14184023.1 2014-09-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016037775A1 true WO2016037775A1 (en) 2016-03-17

Family

ID=51518597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/068122 WO2016037775A1 (en) 2014-09-09 2015-08-05 Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016037775A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016114555A1 (en) 2016-08-05 2018-02-08 Thyssenkrupp Ag Process for producing acrylic acid from an aqueous 3-hydroxypropanol solution

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007106100A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Battelle Memorial Institute METHOD AND APPARATUS FOR CONVERSION OF β -HYDROXY CARBONYL COMPOUNDS
JP2010180171A (en) * 2009-02-06 2010-08-19 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing acrylic acid

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007106100A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Battelle Memorial Institute METHOD AND APPARATUS FOR CONVERSION OF β -HYDROXY CARBONYL COMPOUNDS
JP2010180171A (en) * 2009-02-06 2010-08-19 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing acrylic acid

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016114555A1 (en) 2016-08-05 2018-02-08 Thyssenkrupp Ag Process for producing acrylic acid from an aqueous 3-hydroxypropanol solution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2922580B1 (en) Method for producing superabsorbers based on renewable raw materials
EP3044199B1 (en) Method for the dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid
EP3044198B1 (en) Method of dehydrating 3-hydroxypropionic acid to form acrylic acid
EP2539382B1 (en) Method for producing water-absorbing polymer particles
EP2731975B1 (en) Method for producing water-absorbing polymer particles having a high swelling speed
WO2014118024A1 (en) Method for producing water-absorbing polymer particles with high swelling rate and high centrifuge retention capacity with simultaneously high permeability of the swollen gel bed
EP2238181B1 (en) Method for the production of water-absorbing polymer particles
EP1814923A1 (en) Method for producing water-absorbing polymers
EP3145965B1 (en) Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid
WO2014005860A1 (en) Method for producing water-absorbent polymer particles with improved properties
WO2015036273A1 (en) Method for producing acrylic acid
WO2016037775A1 (en) Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid
WO2015177026A1 (en) Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid
EP2705075B1 (en) Method for the production of water-absorbing polymer particles
WO2016135020A1 (en) Method for the continuous dehydration of 3-hydroxypropionic acid to give acrylic acid
WO2016162175A1 (en) Method for the dehydration of 3-hydroxypropanoic acid to form acrylic acid
EP2714750B1 (en) Process for the continuous production of water absorbable polymer particles
WO2012160174A1 (en) Method for producing water-absorbing polymer particles
EP2485773B1 (en) Use of heating steam condensate for producing water-absorbent polymer particles
WO2020020675A1 (en) Method for the production of superabsorbers
WO2012107344A1 (en) Method for producing water-absorbing polymer particles
EP2485774B1 (en) Method for continuous production of water-absorbent polymer particles

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15753644

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15753644

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1