DE2241365B2 - Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril aus dem bei der Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anfallenden gasförmigen Produktstrom durch Kühlen und Kondensieren desselben.

Die Ammonoxydation von m-Xylol zu Isophthalsäuredinitril ist eine bekannte Reaktion, die in der Literatur und in zahlreichen Patentschriften beschrieben ist. Bei typischen Dampfphasenammonoxydations-Verfahren wird der gasförmige Abstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor durch Wärmeaustausch gekühlt und die gekühlten Gase mit Wasser abgeschreckt, wobei eine wässerige Aufschlämmung der im Wasser unlöslichen Isophthalsäure erhalten wird. Dieses Produkt wird dann filtriert, gewaschen, gewonnen und häufig erneut geschmolzen, um einer weiteren Reinigung durch Destillation unterworfen zu werden (US-PS 34 62 476, J. P. O'Donnell et al.). Ein anderes Verfahren zur Gewinnung und zur Reinigung von Isophthalsäuredinitril besteht in der Verwendung eines organischen Lösungsmittelsystems, aus dem das Isophthalsäuredinitril anschließend kristallisiert, abfiltriert, gewaschen und in anderer Weise gereinigt wird.

Bei den bekannten Verfahren ist es erforderlich, zur Gewinnung von reinem Isophthalsäuredinitril Feststoffe aufzuarbeiten, wie zu kristallisieren, zu filtrieren und zu waschen. Dadurch sind für diese Verfahren zusätzliche, arbeitsaufwendige Stufen erforderlich und es werden kompliziertere Vorrichtungen benötigt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril aus dem Produktstrom der Ammonoxydation von m-Xylol zu schaffen, das in einfacher Weise durchführbar ist, ohne daß Feststoffe verarbeitet werden müssen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril aus dem bei der Dampf phasenammonoxydation von m-Xylol anfallenden gasförmigen Produktstrom durch Kühlen und Kondensieren desselben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den gasförmigen Produktstrom unter einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 bar auf eine Temperatur zwischen etwa 138°C und etwa 238°C unter Bildung einer flüssigen Phase abkühlt, durch Entspannungsverdampfung flüchtige Materialien entfernt und aus dem als Bodenfraktion abgezogenen Isophthalsäuredinitril die verbliebenen Verunreinigungen abdestilliert.

Bei «lern erfindungsgemäßen Verfahren werden die Verfahrensstufen des Filtrierens und Waschens vermieden, wodurch nicht nur der Arbeitsaufwand verringert, sondern auch die erforderliche Vorrichtung stark vereinfacht werden kann. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Verfahren Isophthalsäuredinitril in flüssiger Form erhalten, d. h. in einer sehr bevorzugten Form zur weiteren Verwendung, um es für technische Zwecke aufzuarbeiten, beispielsweise für die Hydrolyse zu Isophthalsäure.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf das Produkt jeder beliebigen Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anwenden. Dazu gehören Ammonoxydationsverfahren mit und ohne Sauerstoff und mit beliebigen der zahlreichen Katalysatoren, die für derartige Verfahren geeignet sind. Auch kann die Dampfphasenammonoxydation in einem Festbett, bewegten Bett, fluidisiertcn Bett oder einem andersartigen Reaktionsmedium durchgeführt werden, in welchem die Dämpfe der Reaktanten mit dem Katalysator in Kontakt gebracht werden. Beispiele für typische Ammonoxydationsverfahren sind in der US-PS 34 78 082, der US-PS 30 79 422 und der US-PS 35 01 517 beschrieben.

Es ist außerdem verständlich, daß die Qualität des in das Ammonoxydationsverfahren als Reaktant eingeführten m-Xylols schwankt und voh seiner Herkunft abhängt; im allgemeinen hat jedoch das verwendete rt.-Xylo! eine Reinheit von etwa 80% bis etwa 98%. Die Verunreinigungen in dem als Beschickung verwendeten m-Xylol sind hauptsächlich die Ortho- und Paraisomeren von Xylol, Äthylbenzol, Toluol. Während der Ammonoxydation werden nicht alle Xylole zu dem Nitril umgewandelt und es kann die Umwandlung nur einer Alkylgruppe eintreten, so daß der Abstrom nicht umgesetztes Xylol und Mononitril (beispielsweise Tolunitril und Benzonitril) enthalten kann. Diese nicht umgesetzten Xylole, unerwünschten Nitrile, Reaktionswasser und nicht umgesetztes Ammoniak können durch das erfindungsgemäße Verfahren in wirksamer Weise entfernt werden, so daß Isophthalsäuredinitril hoher Reinheit erhalten wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gasförmige Abstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor von seiner Austrittstemperatür abgekühlt, so daß das Isophthalsäuredinitril sich unter Bildung einer flüssigen Phase kondensiert. Dazu ist erforderlich, daß die Temperatur des Abstroms auf eine Temperatur von etwa 138°C bis etwa 238°C, vorzugsweise etwa 163 bis etwa 19I°C vermindert wird. Es ist zu betonen, daß jede Art einer Wärmeaustauschervorrichtung oder jede beliebige Methode angewendet werden kann, bevorzugt wird aber das Abkühlen mit Hilfe eines Wasser-Atpchrecksystems oder eines Standard-Wärmeaustauschers. Die gekühlte Flüssigkeit, die im wesentlichen im Gleichgewicht mit einer aus den unerwünschten Materialien bestehenden Dampfphase steht, wird dann mehreren Trennvorgängen unterworfen. Vorzugsweise wird die bei etwa 177°C gehaltene Flüssigkeit einer ersten Trennung durch Entspannungsverdampfung bei etwa 2,8 bar unterworfen, um die stärker flüchtigen Materialien Wasser, Ammoniak, Nebenprodukte und Xylol zu entfernen. Diesem Vorgang schließt sich eine übliche Destillation bei etwa 232⁰C bis 288⁰C bei einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 bar an, um fast alle Verunreinigungen über Kopf zu entfernen. Wenn in dieser Weise gearbeitet wird, besteht der Sumpf der Destillation aus Isophthalsäuredinitril hoher Reinheit (mehr als 98%).

Zur weiteren Beschreibung der Erfindung wird auf die folgenden Beispiele Bezug genommen.

Beispiel 1

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient die Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung.

Ein Xylolgemisch, das aus 95% m-Xylol, 1,6% o-Xyk)l. 0,9% p-Xylol und 2,4% Äthylbenzol besteht, wird durch Leitung 1 in einer Rate von 4536 kg/h in einen Ammonoxydationsreaktor 3 eingeführt. Im wesentlichen wasserfreies Ammoniak in einer Rate von 6985 kg/h (Leitung 2) und der Kreislaufstrom 14 werden gleichzeitig in den Reaktor eingeführt, nachdem sie auf 399°C vorgeheizt wurden. Der Reaktor enthält einen aus Vanadinoxid entweder in reiner Form, oder abgelagert auf einem inerten Träger, wie Aluminiumoxid bestehenden Katalysator. Der Reaktor wird zyklisch betrieben, so daß das Vanadinoxid abwechselnd als Sauerstoffdonor für den Ammonoxydationszyklus dient und dann das reduzierte Vanadinoxid in einem getrennten Zyklus mit Sauerstoff enthaltendem Gas wieder oxydiert wird. Die Figur zeigt einen Reaktor 3 des Festbett-Typs, in welchem die Reaktionskolonnen abwechselnd im Kreislauf an den Ammonoxydationsstrom und an die an die Rückoxydation ingeschlossen werden. Der Strom des Reaktionsprodukts 4, 13 018- kg/h enthält 3,8 Gew.-% Xylole, 1.0 Gew.-% Benzonitril, 3,7 Gew-% Tolunitril. 44,0 Gew. % Phthalsäurenitrilc. 0,3 Gew.-% Kohlendioxyd, 34,8 Gew.-% Wasser und 12,4 Gew.% Ammoniak. Zu diesem Strom, der eine Temperatur von 399°C hat. werden durch Leitung 5 ungefähr 2721,6 kg Wasser pro Stunde gegeben und der kombinierte Strom 6 wird bei der resultierenden Temperatur von 177°C und 2,8 bar zu einem Turm 7 für die Entspannungsverdan.pfung geleitet. Flüssiges Isophthalsäurenitril (IPN) wird durch Leitung 8 in einer Rate von 5824 kg/h aus dem Sumpf des Entspannungsturms abgezogen und hat die folgende Zusammensetzung: 0,6 Gew.-% Xylole, 0,7% Benzonitril, 3,8% Tolunitrile und 95,0% Phthalonitrile. Es wird in der Destillationskolonne 9 gereinigt, wobei als Produkt IPN über 10 mit einer Reinheit von 99,9% erhalten wird.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird die Kopffraktion aus dem Entspannungsturm 7 durch Leitung 12 zu Entspannungrsturm 15 geführt, der bei 37,8°C und 2,8 bar gehalten wird, in welchem Ammo niak und CO2 über Kopf durch Leitung 16 entnommen werden. Die aus Wasser bestehenden Bodenfraktionen werden dann durch Le'tung 17 zu einer Destillationsvorrichtung 18 geleitet, in welcher die Kohlenwasserstoffe in der Kopffraktion 19 abgezogen und mit der Kohlenwasserstoff-Kopffraktion 20 aus Destillationskolonne 9 kombiniert werden. Dieser kombinierte Strom 12 tritt in die Destillationsvorrichtung ti ein, das über Kopf erhaltene Xylol aus Leitung 13 wird zurückgeführt und die Sumpffraktionen werden durch Leitung 22 zur Destillationskolonne 12 geführt, in der Benzonitril über Kopf abdestilliert wird. Die Nitril-Bodenfraktionen aus der Destillationskolonne 12 (überwiegend Tolunitril) werden durch Leitung 14 entnommen, um zu dem Ammonoxydationsreaktor 3 zurückgeführt zu werden.

Bei diesen Destillationen werden folgende Einzelbedingungen eingehalten:

Kolonne

Il 12

Ühcr-Kiipl-Tcmpcratur

270 C
184 C
228 <

Sumpl-Tempenilut

¹Jl C
2W) C
268 C

Hoden

Rückllullvcrliältnis

20

IO

Druck

2,8 bar
2,8 bar
2,8 bar

Beispiel 2

Eine Ammonoxydationsreaktion wird nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise durchgeführt, wobei jedoch der Reaktionsstrom 6 indirekt mit einem Wärmeaustauscher auf 182°C und 2,8 bar abgekühlt wird, bevor er zu dem Entspannungsverdampfungsturm strömt. Die Zusammensetzung des flüssigen PIN vom Boden des Entspannungsverdampfers ist folgende: 0,7 Gew.-% Xylole, 0,6 Gew.-% Benzonitril, 4,1 Gew.-% Tolunitrile und 94,5 Phthalonitrile. Der restliche Anteil des Reinigungs- und Rückführungsschemas entspricht dem in Beispiel 1 angegebenen.

Beispiel 3

Ein Ammonoxydationsreaktor wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise betrieben, mit der Abänderung, daß 2449 kg Dampf pro Stunde zusammen mit den frischen Xylolen, dem im Kreislauf rückgeführten Anteil und Ammoniak zu der Reaktorbeschickung gegeben wurden. Der Produktstrom einer Temperatur von 399°C wurde mit etwa 2722 kg Wasser pro Stunde abgekühlt, so daß 171,1 "C in dem F.ntspannungsverdampfungsturm erhalten wurde. Das flüssige IPN-Produkt aus dem Boden des Entspannungsverdampfungsturms hatte die folgende Zusammensetzung: 0,5 Gew.-% Xylole, 0,5 Gew.-% Benzonitril, 3,3 Gew.-% Tolunitrile, Wi,b% Phthalonitrile. Der Rest des Reinigungs- und Rückführungsschemas entspricht dem in Beispiel 1 angegebenen.

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Gewinnung von Isophthalsäuredinitril aus dem bei der Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anfallenden gasförmigen Produktstrom durch Kühlen und Kondensieren desselben, dadurch gekennzeichnet, daß man den gasförmigen Produktstrom unter einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 bar auf eine Temperatur zwischen etwa 138° C und etwa 238° C unter Bildung einer flüssigen Phase abkühlt, durch Entspannungsverdampfung flüchtige Materialien entfernt und aus dem als Bodenfraktion abgezogenen Isophthalsäuredinitril die verbliebenen Verunreinigungen abdestilliert