DE3133310C2

DE3133310C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung schwerflüchtiger Bestandteile von einem durch Naphthalin-Oxidation hergestellten Roh-Phthalsäureanhydrid

Info

Publication number: DE3133310C2
Application number: DE3133310A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Albers; Gerhard Ing.(Grad.) 5021 Geyen Keunecke; Herbert Ing.(grad.) 5024 Pulheim Krimphove
Original assignee: Davy McKee AG
Current assignee: MG Technologies AG
Priority date: 1980-12-17
Filing date: 1981-08-22
Publication date: 1984-06-28
Also published as: IT1139868B; IT8125334A0; DE3133310A1; FR2496101A1; US4430163A; FR2496101B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung schwerflüchtiger Bestandteile von einem durch Naphthalin-Oxidation hergestellten Roh-Phthalsäureanhydrid vor dessen Reindestillation. Dabei entspannt man das flüssige vorbehandelte Roh-Phthalsäureanhydrid in einem unter Vakuum gehaltenen Entspannungsraum, zieht flüssiges Roh-Phthalsäureanhydrid mit erhöhtem Gehalt an schwerflüchtigen Bestandteilen aus dem Entspannungsraum ab, führt es der Rückstandsdestillation zu und unterzieht die in dem Entspannungsraum verdampfte Fraktion der Reindestillation. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des aus dem Entspannungsraum abgezogenen Roh-Phthalsäureanhydrids auf einen Druck in dem Bereich von 1 bis 5 bar verdichtet, auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes unter dem herrschenden Druck erhitzt und unter Entspannung in den Entspannungsraum zurückführt, und den anderen Teil des Roh-Phthalsäureanhydrids der Rückstandsdestillation zuführt. Durch das Verfahren wird die Abscheidung von Rückstandsbestandteilen auf den Verdampferheizflächen der Destillation vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /ur kontinuierlichen Abtrennung schwerflüchtiger Bestandteile von einem durch Naphthalin-Oxidation hergestellten, thermisch vorbehandeltcn Roh-Phthalsäureanhydrid vor dessen Redestillation.

Rohes Phthalsäureanhydrid enthält in Abhängigkeit von dem Ausgangsstoff, aus dem es hergestellt wurde, und dem angewandten Oxidationsverfahren unterschiedliche Mengen Verunreinigungen unterschiedlicher Art. Diese Verunreinigungen stören aus verschiedenen Gründen die Reinigung des Rohproduktes durch Rektifikation Das Rohprodukt wird daher vor der Rektifikation einer thermischen Vorbehandlung unterzogen, bei der u.a. zweibasigc Säuren in ihre Anhydride überführt. Monocarbonsäuren decarboxylicrt und Naphthochinon in höhertnolekulare Produkte umgewandelt werden. Während bei einem Roh-Oxidal aus o-Xylol der Anteil der hochmolekularen Verunreinigungen gering ist und bei der Rektifikation kaum Probleme verursacht, enthält rohes Phthalsäureanhydrid aus Naphthalin u.a. im allgemeinen 1,0 bis l,3Gew.-% Rückstand und bis zu 0,5 Gew.-% Naphthochinon. Da das Naphthochinon im Zuge der Vorbehandlung in höhermulekulare harzartige Verbindungen überführt wird, kann das der Rektifikation schließlich angeführte Phlhalsäureanlndrid bis /ii etwa 2 Gew.-% Ruckstandsbestandteile einhalten.

Es hat sich gc/eit-M. daß diese Rückstände bei der kontinuierlichen Rektifikation, die im allgemeinen in ."λ ei Stufen erlolgl. dadurch /u Störungen !uhren. (.UiIJ sieh die Rucksianilsbestaixltcile auf den 1 lei 'Ilaehen der an die Rektifikationskolonnen angeschlossenen Verdampfer absetzen. Dies führt zu Störungen, so daß der Betrieb zwecks Reinigung der Verdampfer unterbrochen werden muß. Es ist schon der Vorschlag bekannt, das Roh-Phthalsäureanhydrid zunächst einer Chargendestillation zu unterziehen, um diesen Rückstand von dem Phthalsäureanhydrid und den leichter flüchtigen Verunreinigungen abzutrennen (DE-AS Ί6 68 398). Ferner ist im Zusammenhang mit einer kontinuierlichen

in Arbeitsweise eine dreistufige Destillation von Phthalsäureanhydrid aus Naphthalin beschrieben, bei der in der ersten Stufe durch Verdampfung des Rohproduktes zunächst der Rückstand abgetrennt wird (H.Suter, Phthalsäureanhydrid und seine Verwendung, 1972,

S. 45). Auch hierbei tritt eine Konzentrierung der Rückstandsbcstandteile in der ersten Verdampfungsstufe ein, die schnell zu einem Belag der Heizflächen führt. Schließlich ist es bekannt, das vorbehandelte, flüssige Roh-Phthalsäureanhydrid in eine unter Vakuum arbeitende Destillationskolonne zu entspannen, den aus dieser Kolonne abgezogenen Destillationsrückstand in einer separaten Rückstandsdestillation aufzuarbeiten und das Kopfnrodukt aus dieser Kolonne der Reindestillalion zuzuführen. Bei dieser Arbeitsweise muß das Rohprodukt auf eine hohe Temperatur, nämlich 450⁰C, erhitzt werden, um eine weitgehende Verdampfung des Phthalsäurcanhydrids aus dem Rohprodukt zu erreichen (DE-AS 12 95 540). Die hohe Temperatur begünstigt die Zersetzung von Phthalsäureanhydrid und verursacht eine Ausbeuteverringerung an Reinprodukt. Zum anderen ist bei der Erhitzung auf 45O⁰C ein entsprechend hoher Druck erforderlich, um das Rohprodukt in dem Wärmeaustauscher flüssig zu halten. Dies hat einen entsprechend erhöhten apparativen Aufwand

y> zur lolgc. Würde man auf den erhöhten Druck verzichten, begänne schon im Auslauscher das Sieden des Phthalsäureanhydrids. wobei sich wiederum Rückstände aul den Wärmeaustauscherflächen abscheiden würden.

4(i Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren /ur kontinuierlichen Abtrennung der Rüekstandsbctandieilc von einem durch Naphthalin-Oxidation hergestellten, thermisch vorbchandelten Roh-Phthalsäureanhydrid zu schaffen, bei dem die Nachteile vermieden werden, die sich durch die Abscheidung von Rückstandsbestandteilen auf den Verdampferheizflächen bei der Reindcstillation ergeben. Insbesondere soll auch die bei einer Vorabtrennung des Rückstandes auftretende Belegung der Heizflächen vermieden werden.

vt Schließlich soll bei dieser Vorabtrennung ein an Phthalsäureanhydrid armer Rückstand abgezogen werden, so daß die Riickstandsdcstillalion mit wenig Aufwand durchgeführt werden kann.

Die Erfindung geht bei dem eingangs genannten Ver-

5¹S fahren davon aus, daß man das flüssige, vorbehandelte Roh-Phthalsäureanhydrid in einen unter Vakuum gehaltenen Entspannungsraum entspannt, flüssiges Roh-Phthalsäureanhydrid mit erhöhtem Gehalt an den sehweifliichtigcn Bestandteilen aus dem Hntspannungs-

ho raum abzieht und einer Rückstandsdestillation zuführt und die in dem Entspannungsraum verdampfte Traktion der Reiiideslillation zuführt. Das Verfahren M eif'::idungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man das \ ι >η der Vorbehandlung heiße Roh-Phthals.iurcaiilndnd

tr. entspannt, einen Feil des aus dem Entspannun^srauiii flüssig abge/ogenen Roh-Phihalsiiurcanlndruls .;i:i einen Druck indem Bereich von 1 bis 5 bar \ erdk h;<. t. aul eine 1 cmpcraliir unterhalb des Sicdenunkies unier dem

herrschenden Druck erhitzt und dann unter Entspannung in den Entspannungsraum zurückführt, und den anderen Teil des abgezogenen Roh-Phthalsäureanhydrids der Rückstandsdestillation zuführt.

Das aus der thermischen Vorbehandlung, die insbc- '. sondere bei Temperaturen in dem Bereich von 220 bis 285"C durchgeführt wird, kommende Koh-Phthalsäureanhydrid wird zunächst direkt in den Entspannungsraum geleitet. Hierbei tritt bereits eine teilweise Verdampfung des Phthalsäureanhydrids ein. wenn die Vorbehandlungstemperatur über der Siedetemperatur des Phthalsäureanhydrids unter dem in dem Entspannungsraurn herrschenden Druck liegt. Da der Wärmeinhall des vorbehandelten Roh-Phihalsäurcanhydrids jedoch für eine weitgehende Verdampfung des Phthalsäureanhydrids auch bei beträchtlichem Vakuum in dem Entspannungsraum nicht ausreicht, wird die übrige Wärme, die zur Verdampfung des Rohproduktes notwendig ist. einem Kreislaufstrom durch einen Wärmeaustauscher zugeführt. Dabei wird der Kreislaufstrom im Bereich des Wärmeaustauschers unter einem Druck gehalten, der ein Sieden verhindert. So wird vermieden, daß sich infolge des Siedens Rückstände auf den Heizflächen des Wärmeaustauschers abscheiden und so zu Betriebsstörungen führen. Da die Verdichtung des Phthalsäureanhydrids im wesentlichen den Zweck hat, ein Sieden infolge der Erhitzung zu vermeiden, könnte naturgemäß auch auf einen höheren Druck als 5 bar verzichtet werden, jedoch ergibt sich hierdurch kein Vorteil, sondern durch die höhere Verdichtungsarbeit und die erforderli- jo ehe stärkere Pumpe ein betrieblicher Nachteil. Durch die erfindungsgemäße Flash-Verdampfung fällt im Sumpf des Entspannungsraums eine an Rückstand stark konzentrierte Fraktion an, die noch 20 bis 80Gcw.-%, vorzugsweise 50 bis 70Gew.-^u/o Phthalsäureanhydrid r> enthält. Diese Rückstandsfraktion wird in an sich bekannter Weise in einer Rückstandsclestillation in einen Rückstand und ein Kopfprodukt getrennt.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspannt man d.\s erhitzte Roh-Phthalsäurcanhydrid in einen unter einem Vakuum von 0,04 bis 0,9 bar gehaltenen Raum. Bei der Vakuumentspannung genügt eine Erhitzung des verdichteten Roh-Phthalsäureanhydrids auf eine Temperatur im Bereich von 175 bis 350⁰C, vorzugsweise im Bereich von 200 bis 3OO'^JC, um einen wesentlichen Teil des im Kreislauf geführten Phthalsäureanhydrids zu verdampfen. Es versteht sich von selbst, daß der prozentuale Anteil des bei einem Kreisiaufdurchgang verdampften Phthalsäureanhydrids in Abhängigkeit von der Erhiizungstemperalur und dem Druck im Entspannungsraum sehr unterschiedlich sein kann. Bei geringeren Veidampfungsanteilen pro Zyklus ist eine entsprechend häufigere Umwälzung des Rohproduktes erforderlich. '/..·>. eekmäßigerweise kühlt man das verdichtete Roh-Phthalsäureanhydrid durch die Entspannung in den Entspannungsraum auf eine Temperatur in dem Bereich von 165° C bis 285 C ab.

Zweckmäßigerweise kondensiert man die infolge der Entspannung verdampfte Fraktion durch weitere Ab- wi kühlung und reinigt sie dann durch eine zweistufige Rektifikation. Die Kondensation erfolgt zweekmäßigerweise in einem Wärmeaustauscher, tier ebenfalls vorzugsweise unier Vakuum gehalten wird. Durch die erfindungsgemäße Vorabtrennung des Rückstandes wird μ die Bildung von Belagen auf den Heizflächen der beiden Rekiifikationssiufen außerordentlich verringert. Wenn in der ersten Rektifikationsstufe die leichtflüchtigen Verunreinigungen abgetrennt werden und in der /weiten Rekiifikationsstufe das Rein-Phthalsäureanhydrid übergeht, sollte im Sumpf der zweiten Rektifikationsstufc die Rückstandsanreichcrung erfolgen. Während bei der herkömmlichen Arbeitsweise dieser Rückstand in relativ kurzen Zeitabständen abgezogen werden muß. um eine Verschlechicrung des Wärmedurchgangs in dem zugeordneten Sumpl'kocher zu vermeiden, ist dies bei dem erfindungsgcntäßen Verfahren mit Vorabfennung des Rückstandes nur nach sehr langen Zeiträumen erforderlich.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Rückstandsdestillation unter einem Druck in dem Bereich von 0,04 bis 0,9 bar und vereinigt man das Kopfprodukt wieder mit dem Roh-Phthalsäureanhydrid. Der Rückstand wird im allgemeinen verbrannt.

Eine Auslührungslorm des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der das Fließbild einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens dargestellt ist.

Nach der Zeichnung passiert das über Leitung 1 angelieferte Roh-Phthalsäureanhydrid zunächst eine aus zwei Rührkesseln 2 bestehende Rührkesselkaskade. in der das Produkt z. B. unter Atmosphärendruck auf 280"C erhitzt wird. Das aus dem z.weiten Rührbehälter 2 durch Leitung J abströmende Produkt fließt in den Entspannungsbthälter 8. Dabei wird es in dem Ventil 3¹ auf den in dem Entspannungsbehälter herrschenden Unterdruck entspannt. In dem Behälter tritt spontane Verdampfung eines Teils des in dem Rohprodukt enthaltenen Phthalsäureanhydrids ein. Aus dem Sumpf des Entspannungsbehälters 8 wird durch Leitung 13 ein Rohprodukt mit erhöhtem Rückstandsgehalt abgezogen. Ein Teilstrom davon wird in dem Verdichter 4 kompriiniert, dann durch Leitung 6 dem Erhitzer 5 zugeführt und darin erhitzt und schließlich in dem Drosselventil 7 wiederum auf den Unterdruck des F.ntspannungsbehälters 8 entspannt. Der Behälter 8 ist durch Leitung 9, in welcher der Kondensator 10 angeordnet ist, an die a!lgemeine Vakuumleitung Il angeschlossen, die durch eine Dampfstrahlpumpe 12 unter Vakuum gehalten wird. Die im Zuge der Entspannung verdampfte Fraktion gelangt durch Leitung 9 in den Kondensator 10 und wird dort kondensiert.

Der andere Teilstrom des flü^ igen Produktes aus Behälter 8 gelangt durch Leitung 13 in den gerührten Rückstandsverdampfer 14. Er wird dort unter Vakuum in einen nahezu trockenen Rückstand und ein an Phthalsäureanhydrid reiches Kopfprodukt getrennt. Die Rück-Standsverdampfung in dem Behälter 14 kann diskontinuierlich erfolgen. Vorzugsweise wird sie aber, wie dargestellt, kontinuierlich durchgeführt, z.B. in einem Dünnschichtverdampfer mit über die Heizilächen laufenden Wischern oder in einem Behälter mit wandgängigcm Rührer. Diese Verdampfungsbehälter sind flächig durch den Mantel beheizt. Der Rückstand wird bei 15 abgezogen. Der Behälter 14 ist durch die Leitung 16, in welcher sich der Kondensator 17 befindet, an die Dampfstrahlpumpe 18 angeschlossen. Das Kopfprodukt aus dem Rückstandsvcrdampler 14 wird in dem Kondensator 17 kondensiert und durch Leitung 19 abgeleitet. Es kann mit dem Rohprodukt in Leitung 1 oder 3 vereinigt oder anderweitig verwertet werden.

Das in dem Kondensator 10 kondensierte Produkt wird durch leitung 20 in die erste Kolonne 21 eines zweistufigen Rcktifikationsteils eingespeist. In der Kolonne 21 werden unter schwachem Vakuum die leichter flüchtigen Verunreinigungen aus dem Phthalsäureanh-

ydrid abdestillieri und durch Leitung 22 entnommen. Das Bodenprodukt der Kolonne 21 gelang! durch Leitung 23 mit Pumpe 24 /u der Vakuumkolonne 25, in der das reine Phthalsäureanhydrid überdestilliert wird. Das Reinprodukt wird bei 2b abgezogen. Durch das erlin- ί dungsgcmäße Verfahren werden die Ilei/H;ichen der Verdampfer 27 und 28 der Kolonnen 21 bzw. 25 vor Belagsbildung weitgehend geschützt.

Beispiel κι

10 000 kg/h rohes, durch Naphthalin-Oxidation hergestelltes Phthalsäureanhydrid werden in einer Anlage entsprechend der Zeichnung verarbeitet. Sie durchströmen eine Kaskade von /wei Rührbehähern und werden r> dort insgesamt 12 Stunden au I 2¹JOC' gehalten, lias Rohprodukt wird dann in einen Behälter auf 0.14 bar entspannt. Dabei verdampfen etwa 1850 kg/h des /ugeführten Rohprodukts. Der niehtverdampfte Feil wird vom Sumpf des Behälters abgezogen, auf etwa 2 bar :n verdichtet und durch Wärmeaustausch mit einer JIO C heißen Wärmeträgerflüssigkeit auf 2J0C erwärmt und dann in den Behälter wiederum auf 0.14 bar entspannt. In dem Entspannungsbehälter stellt sich eine Temperatur von 210' C ein. Aus dem Zirkulationsstrom werden :> vor der Verdichtung Ibb7 kg/h der Rückstandsdestillation zugeführt und dort in 500 kg/h Rückstand und lib? kg/h Phlhalsäureanhydrid-reiches Koplprodiikt getrennt.

Die Gasphase aus dem Kntspannungsbehälter wird «ι durch einen Kondensator gesaugt und dabei kondensiert. Ls fallen 8333 kg/h flüssiges Rohprodukt an. die in einer zweistufigen Rektifikation gereinigt werden. In der ersten Stufe werden bei einem Kopidruck von 200 mbar und 185^JC die leichter flüchtigen Verunreini- r> gungen in einer Menge von 10 kg/h abdestilliert. Das Sumpfprodukt dieser Kolonne wird in einer /weiten Rektifikationskolonne mit einem Kopfdruck von 330 mbar und einer Kopitemperatur von 165''C" rektifiziert. Dabei fallen 8320 kg/h reines Phthalsäureanhydrid w als Kopfprodukt an. Aus dem Sumpf der /weiten Kolonne werden in Zeitabständen von 12 Stunden jeweils 3b kg Bodenprodukt entnommen. Nach einem Betrieb von 1000 Stunden konnte keine Bildung von Belägen auf den Hei/flachen des in der Verdiehtungsslrecke lic- 4> genden Erhitzers oder der an die Rektilikationskolonnen angeschlossenen Verdampfer beobachtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung schwerflüchliger Bestandteile von einem durch Naphthalin-Oxidation hergestellten, thermisch vorbehandelten Roh-Phthalsäureanhydrid vor dessen Reindestillation, bei dem man das flüssige, vorbehandelte Roh-Phthalsäureanhydrid in einen unter Vakuum gehaltenen Entspannungsraum entspannt, flüssiges Roh-Phthalsäureanhydrid mit erhöhtem Gehalt der schwerflüchtigen Bestandteile aus dem Entspannungsraum abzieht und der Rücksiand.sdestillation zuführt und die in dem Entspanriungsraum verdampfte Fraktion der Reindestillation zuführt, d a durch gekennzeichnet, daß .nan das von der Vorbehandlung heiße Roh Phthalsäureanhydrid entspannt, einen Teil des aus dem Entspannungsraum flüssig abgezogenen Roh-Phthalsäureanhydrids auf einen Druck in dem Bereich von 1 bis 5 bar verdichtet, auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes unter dem herrschenden Druck erhitzt und unter Entspannung in den Entspannungsraum zurückführt, und den anderen Teil des Roh-Phthalsäureanhydrids der Rückstandsdestillation zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das erhitzte Roh-Phthalsäurcanhydrid in einen unter einem Vakuum von 0,04 bis 0,9 bar gehaltenen Raum entspannt.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdichtete Roh-Phthalsäureanhydrid auf eine Temperatur von 200 bis 300⁰C erhitzt.