WO2020201277A1 - Trocknungsvorrichtung und ihre verwendung sowie verfahren zur herstellung eines isocyanats unter einsatz der trockungsvorrichtung - Google Patents

Trocknungsvorrichtung und ihre verwendung sowie verfahren zur herstellung eines isocyanats unter einsatz der trockungsvorrichtung Download PDF

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WO2020201277A1
WO2020201277A1 PCT/EP2020/059107 EP2020059107W WO2020201277A1 WO 2020201277 A1 WO2020201277 A1 WO 2020201277A1 EP 2020059107 W EP2020059107 W EP 2020059107W WO 2020201277 A1 WO2020201277 A1 WO 2020201277A1
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vapor
isocyanate
drying
line
dome
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PCT/EP2020/059107
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Joachim Zechlin
Alexander Plum
Martin Kuhlmann
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Covestro Intellectual Property Gmbh & Co. Kg
Covestro Deutschland Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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    • F26B25/005—Treatment of dryer exhaust gases
    • F26B25/006—Separating volatiles, e.g. recovering solvents from dryer exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00—Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/10—Preparation of derivatives of isocyanic acid by reaction of amines with carbonyl halides, e.g. with phosgene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00—Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/18—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C263/20—Separation; Purification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2200/00—Drying processes and machines for solid materials characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2200/18—Sludges, e.g. sewage, waste, industrial processes, cooling towers

Definitions

  • the present invention relates to a drying device for the evaporation of volatile constituents from a starting material to be dried, a method for the production of an isocyanate using this drying device and how the drying device is used for drying distillation bottoms streams, oily waste, paint or varnish waste, sewage sludge , minerals and coal sludge contaminated with organic compounds.
  • the evaporated components (vapors) are fed into a condenser via a vapor dome and a vapor line.
  • the drying device is characterized by the fact that, during operation, partial condensation of the vapors in the vapor dome and / or in the vapor line is deliberately permitted or brought about and condensed components of the vapors are removed from the drying device via devices installed in the vapor dome and / or the vapor line for this purpose will.
  • devices that serve the purpose of removing volatile compounds from a (usually already very viscous, but still flowable) starting material by evaporation, whereby a material depleted in the volatile compounds ("dried") is obtained, which is obtained as a solid or highly viscous liquid.
  • Such devices are usually referred to as dryers or drying reactors, even if they are by no means always used for “drying” in the sense of dewatering.
  • Known types of dryers are vacuum dryers with horizontal shafts (see e.g. EP 0 626 368 A1), rotary tubes, disk dryers (see e.g. EP 0 289 647 A1), belt dryers, granulating screws and fluidized bed dryers (see e.g. WO 2012/159736 A1).
  • distillation bottoms streams which, in addition to the high-boiling components of the starting mixture of the distillation, also contain a certain proportion of more volatile components, which are often deliberately not completely distilled off in order to keep the distillation bottoms stream still flowable even at moderate temperatures, which is good for a continuous distillation is essential.
  • distillation bottoms that arise in the production of tolylene diisocyanate (henceforth TDI) and its amine precursor toluene diamine (henceforth TDA).
  • TDI tolylene diisocyanate
  • TDA amine precursor toluene diamine
  • distillation bottoms streams regularly contain considerable proportions Value product (TDI or TDA).
  • Examples are the patent applications DE 10 2012 108 261 A1 (kneader dryer), EP 2 540 702 A2 (fluidized bed dryer) and WO 2018/114846 A1 (various types of dryers), which deal with the processing of TDI residues.
  • EP 0 626 368 A1 may be mentioned as an example of the use of a product shopper vacuum dryer with a horizontal shaft.
  • This application relates to a process for the preparation of pure, distilled isocyanates by reacting the corresponding amines with phosgene in a suitable solvent and multi-stage, distillative work-up into pure isocyanates, pure solvent and a proportion of residue, this residue being worked up continuously.
  • the work-up is characterized in that the residue obtained from the distillation process is continuously fed together with 2 to 50% by weight of high-boiling hydrocarbons, preferably bitumen, which are inert under the distillation conditions, to a heated, product-circulating vacuum dryer with a horizontal flute, the proportion of Isocyanates still present in the residue are continuously distilled off at temperatures of 160 to 280 ° C. and pressures of 2 to 50 mbar and the remaining residue is continuously discharged as free-flowing, non-dusting granules, optionally cooled and optionally fed to a combustion after grinding.
  • high-boiling hydrocarbons preferably bitumen
  • a liquid mixture of 67.4% by weight meta-TDI, 29.1% by weight polymeric residue and 3.5% by weight solvent is heated to an internal temperature of 240 ° C. and a pressure of 12 mbar evacuated dryer of the type described at three levels supplied from above. At the end of the dryer opposite the entry stands, dried granulate is discharged at the bottom via a rotary valve, while a mixture of TDI and solvent is discharged at two stands at the top.
  • a specific partial condensation of vapors in a vapor dome and / or a vapor line is not disclosed in this patent application.
  • condensate occurring in the connected vapor system is drained separately to remove any dust deposits that may occur on its walls. This does not reveal at which point in the vapor system and under which conditions condensate occurs (or whether condensate occurs regularly at all).
  • residues remain after the distillable petroleum fractions, which are used to produce valuable substances such as heating gas, autogas (LPG), car fuels, solvents and kerosene, have been separated off.
  • Such residues can, for example, be fed into a coker plant and "cracked", ie broken down chemically into substances with a lower molar mass at high temperatures (e.g. 500 ° C.).
  • German patent application DE 10 2017 103 363 Al (also published as WO 2018 / 149951A1) suggested exposing such residues in a kneader dryer (also referred to as a mixing kneader or kneader reactor) to a vacuum with a pressure of 10 mbar or less and a temperature of at least 300 ° C in order to remove the volatile constituents (which include valuable products) that were not produced by the previous distillation steps could be removed, separated via a steam connection and the remaining non-volatile substances removed through a discharge device.
  • the international patent application WO 2016/078994 A1 also deals with the processing of refining residues using mixing kneaders.
  • Drying devices as described at the outset are also used in the processing of waste products such as oily waste, paint or varnish waste and sewage sludge. The same applies to the dewatering of coal sludge, which is obtained, for example, through the hydrothermal carbonization of biomass.
  • the German patent application DE OS 39 12 586 describes a method and a regeneration device for thermal treatment such.
  • the medium flowing out of the reactor as a gas phase has condensable vapors which are condensed, making the medium reusable and fed back to the reactor via a circulating fan (3, see the figure).
  • a recuperation heat exchanger (4) which is connected as a desuperheater or reheater, is connected upstream of two condensers (2) arranged in series so that saturated medium is applied to them and dry medium flows through the circulation fan (3).
  • the gas phase flowing out of the reactor is cooled by heat exchange with the cold vapors leaving the condensers (without material contact between the gas phase and the cold vapors; also referred to as indirect heat exchange), which are more or less overheated and thus the reactor can be fed back without the risk of droplet formation.
  • any liquid fractions thereof formed are fed to the condensers together with the gaseous fractions remaining and are not discharged via a discharge device.
  • a specific partial condensation of vapors in a vapor dome and / or a vapor line for the purpose of avoiding deposits is not disclosed in this patent application.
  • an object of the present invention is a
  • a dryer comprising a heatable drying room (110) with (at least) one inlet opening (120) for the starting material (10), (at least) one discharge opening (130) for the dried material (20) and (at least) one passage ( 140) for the vapor phase (30), the passage opening into (at least) one vapor dome (150) which has a discharge opening (160) for the vapor phase;
  • a vapor line (200) which connects the discharge opening (160) for the vapor phase (30) with the condenser (300); in which
  • the vapor dome (150), but not the vapor line (200) is set up in such a way that partial condensation of the vapor phase takes place in it (i.e. in the vapor dome (150)) during the drying process (continuously), or
  • the vapor line (200), but not the vapor dome (150), is set up in such a way that partial condensation of the vapor phase takes place in this (i.e. in the vapor line (200)) during the drying process (continuously), or
  • the vapor dome (150) and the vapor line (200) are set up in such a way that partial condensation of the vapor phase takes place in them (i.e. in the vapor dome (150) and in the vapor line (200)) during the drying process (continuously),
  • the drain device in case (iii) inside the vapor dome (150) and inside the vapor line (200) a drain device (151, 201) for components (31, 32) of the vapor phase (30) liquefied in the partial condensation is arranged, the drain device is set up in such a way that the constituents (31, 32) liquefied in the partial condensation through a discharge opening (152, 202)
  • the components (31, 32) liquefied in the partial condensation are thus led out of the drying device (1000) and not returned to the drying room (110)).
  • Another object of the invention relates to a process for producing an isocyanate by phosgenation of the primary amine corresponding to the isocyanate to be produced to obtain a crude liquid process product comprising the isocyanate to be produced, comprising the distillative work-up of this crude liquid process product to obtain a distillation bottom stream;
  • this work-up comprising the following steps: 1) optional preconcentration of the distillation bottoms stream in an evaporator by partial evaporation of the isocyanate to be produced contained in the distillation bottoms stream, a preconcentrated liquid stream depleted in isocyanate to be produced being obtained;
  • step 2) Drying the distillation bottoms stream or the pre-concentrated liquid stream obtained in step 1) and depleted in isocyanate to be produced in the drying device according to the invention, with isocyanate to be produced being obtained as a vapor phase and liquefied in the condenser, with the formation of a solid process product as dried material.
  • Another object of the present invention relates to the use of the drying device according to the invention for drying starting materials selected from the group consisting of distillation sump streams, oil-containing waste, paint or varnish waste, sewage sludge, coal sludge and mineral substances polluted with organic compounds (in particular soils polluted accordingly), preferably selected from the group consisting of distillation sump streams, oily waste, paint or varnish waste, sewage sludge and coal sludge.
  • Drainage devices are to be understood as internals or pipeline low points to collect draining condensate, which are set up to collect condensate flowing down predominantly to completely on the inner walls of the vapor dome and / or the vapor line and to discharge it specifically out of the vapor dome or out of the vapor line .
  • the present invention is therefore characterized by a targeted partial condensation of the vapor phase in the vapor dome and / or in the vapor line, which occurs during the entire drying process, ie continuously (and not only in special operating states that deviate from normal operation). Flowing back into the mass to be dried is largely or completely prevented by the drainage devices provided according to the invention.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of the drying device (1000) according to the invention
  • FIG. 2 another possible embodiment of the drying device according to the invention (1000).
  • the dryer is selected from the group consisting of product display in vacuum dryers with horizontal shafts, rotary tubes, disk dryers, belt dryers and granulating screws.
  • the dryer is a product-shoveling vacuum dryer selected from the group consisting of kneader dryers, paddle dryers and paddle dryers.
  • the dryer is a paddle dryer which has an interior space in which a rotor shaft that can be rotated about its axis is arranged, which is designed to hold the starting material during of the drying process onto a solid material whirled up by means of rotor blades arranged on the rotor shaft and conveying it from the inlet opening in the direction of the discharge opening, the solid material being dried material or an inert solid.
  • the partial condensation of the vapor phase is realized by dispensing with insulation of the vapor dome and / or the vapor line.
  • the partial condensation of the vapor phase is implemented by dispensing with heating of the vapor dome and / or the vapor line.
  • the partial condensation of the vapor phase is implemented by a device for cooling the vapor dome and / or the vapor line.
  • a drain device in the Brüdendom is selected from the group consisting of drainage channels (also referred to as drainage collars) with connected drainage line and drop collectors with connected drainage line.
  • a drainage device in the vapor line there is a drainage device in the vapor line, and this is selected from the group consisting of a drainage funnel with connected drainage line, low points in the vapor line with connected drainage line and drainage channels in the vapor line with connected
  • the condenser is selected from the group consisting of a tube bundle heat exchanger, a plate heat exchanger and a spray condenser.
  • a second embodiment of the process according to the invention for producing an isocyanate which can be combined with all other embodiments, provided these do not relate exclusively to a liquid phase phosgenation
  • the phosgenation is carried out in the gas phase, a gaseous process product containing the isocyanate to be produced being obtained and wherein this gaseous process product by bringing it into contact with a quenching liquid selected from the group consisting of The solvent, the isocyanate to be produced and mixtures of the isocyanate and solvent to be produced, are cooled and the crude liquid process product comprising the isocyanate to be produced is thereby obtained.
  • the quenching liquid is selected from the group consisting of solvent and mixtures of the isocyanate to be produced and solvent.
  • the solvent is selected from the group consisting of chlorobenzene, ortho-dichlorobenzene, para-dichlorobenzene, the isomers of trichlorobenzene, toluene, the Isomers of xylene and mixtures of the aforementioned solvents.
  • the drying in step 2) is carried out at a temperature in the range from 150 ° C. to 500 ° C. and at a pressure in the range of 20 mbap abs.) to 200 mbap abs.) , preferably at a temperature in the range from 185 ° C. to 320 ° C. and at a pressure in the range from 50 mbar (abs.) to 180 mbap abs.) , particularly preferably at a temperature in Range from 250 ° C to 310 ° C and at a pressure in the range of 80 mbapabs. ) up to 150 mbapabs. ) .
  • step 1) is included, the preconcentration at a temperature in the range from 120 ° C. to 180 ° C. and at a pressure in the range from 10 mbap abs.) to 60 mbap abs.) , preferably at a temperature in the range from 130 ° C. to 175 ° C. and at a pressure in the range from 25 mbap abs.) to 45 mbap abs.) .
  • the isocyanate to be produced is selected from the group consisting of tolylene diisocyanate, naphthyl diisocyanate, 1,5-pentane diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate and diisocyanatodicyclohexyl methane.
  • the isocyanate to be produced is tolylene diisocyanate.
  • the use relates to the drying of distillation bottoms streams, wherein the distillation bottoms are obtained in the production of isocyanates or in the production of primary amines which can be converted into isocyanates.
  • the use relates to the drying of distillation bottoms streams, the distillation bottoms streams arising in the refining of petroleum.
  • dryers (100) are suitable as dryers (100) according to the invention, such as, in particular, vacuum dryers (in particular kneader dryers, paddle dryers and paddle dryers) with horizontal shafts, rotary tubes, disk dryers, belt dryers and granulating screws.
  • vacuum dryers in particular kneader dryers, paddle dryers and paddle dryers
  • paddle dryers in which already dried material (or other inert solid particles) is set by a particularly rapidly rotating paddle system into a state of motion that at least comes close to a fluidized bed (or ideally and preferably represents a fluidized bed) and that to be dried Starting material is conveyed to this quasi-fluidized bed (or actual fluidized bed).
  • the starting material to be dried is thus applied to an at least rudimentary (ideally and preferably actually) fluidized bed.
  • Such dryers which are particularly suitable for drying sticky products, have become known under the term Combi-Fluidization Technology (CFT) dryers.
  • CFT dryers are used e.g. B. described in WO 2012/159736 A1 and EP 2 540 702 A2.
  • dryers are characterized in that a rotor shaft (not shown in the drawings) that can be driven around its axis is arranged in the interior of the dryer, which is set up to transfer the starting material onto a solid material whirled up by means of rotor blades arranged on the rotor shaft during the drying process to be distributed and conveyed from the entry opening in the direction of the discharge opening, the solid material being dried material or an inert solid.
  • a bed of fluidized material is already present when starting material to be dried is introduced into the dryer for the first time.
  • material that has already been dried (from an earlier drying process) or a solid that is inert under the present conditions preferably inorganic spherical particles such as, in particular, balls made of aluminum oxide
  • a steady-state operating state is established in which the starting material solidifies through drying and is partially discharged as a solid is partially available as a fluidized bed of solid particles for the further drying process.
  • a further addition of already dried material from another drying process or of inert solid is then of course no longer necessary.
  • the calming zone described in WO 2012/159736 A1 between the fluidized bed zone and the dry material discharge in the terminology of the present invention the discharge opening (130) for the dried material (20)
  • the discharge opening (130) for the dried material (20) can also be used within the scope of the present invention.
  • the drying room (110) preferably has the shape of a horizontally arranged (essentially) cylindrical body, as shown in FIG. 1 shown. Internals located in the interior of the drying room (110) for conveying the material to be dried from the inlet opening (120) to the discharge opening (130) are shown in FIG. 1 (and in FIG. 2) not shown for the sake of simplicity. Such devices (such as the aforementioned rotor blows or other devices such as those listed in the literature mentioned at the beginning) are sufficiently known to the person skilled in the art, so that a discussion of them can be omitted at this point.
  • the brother dome (150) preferably has the shape of a vertically arranged (essentially) cylindrical body. In the state of the art, the vapor dome serves to separate any droplets that may be entrained by gravity.
  • the cross section of the exhaust dome is selected to be sufficiently large depending on the other dimensions of the dryer and the type of material to be dried, which is a routine design for the person skilled in the art.
  • the Brüdendom also fulfills this function within the scope of the present invention.
  • the partial condensation of the vapor phase according to the invention goes beyond this, however, in that part of the vaporized components of the starting material to be dried is liquefied again on the inner surface of the vapor dome.
  • the dryer preferably has (precisely) a vapor dome.
  • embodiments with more than one brother dome (in particular 2) are also conceivable.
  • the dryer (100) according to the invention is operated continuously, specifically preferably at a temperature in the range from 150 ° C. to 500 ° C. and at a pressure in the range of 20 mbapabs. ) up to 200 mbapabs. ) , preferably at a temperature in the range from 185 ° C to 320 ° C and at a pressure in the range from 50 mbap abs.) to 180 mbap abs.) , particularly preferably at a temperature in the range from 250 ° C to 310 ° C and at a pressure in the range of 80 mbap abs.) to 150 mbap abs.) . It is particularly preferred to operate the dryer (100) in such a way that the dried material is obtained as a solid.
  • partial condensation of the vapor phase within the meaning of the invention can already be achieved by dispensing with the insulation of the vapor dome or the vapor line.
  • the vapor dome or vapor line is preferably not heated.
  • a drainage device (151) is present in the Brüdendom (150).
  • Preferred drainage devices (151) are horizontally circumferential, beveled or helically downwardly directed drainage channels (which can also be referred to as drainage collars) with a connected drainage line and drop collector with a connected drainage line (the drainage lines are not shown in the figures) mounted on the inner wall of the Brüdendom.
  • Such devices are known per se to the person skilled in the art.
  • the drainage channels preferably cover 75% to 100%, particularly preferably 90% to 100%, very particularly preferably 100% of the inner circumference of the Brüdendom and preferably have a height of 1 cm to 50 cm and a depth of 1 cm to 50 cm, particularly preferably a height of 10 cm to 30 cm and a depth of 10 cm to 30 cm.
  • FIG. 2 shows an example of an embodiment with a discharge funnel (201) in a low point of the vapor line (200).
  • the drainage channels cover preferably 75% to 100%, particularly preferably 90% to 100% and very particularly preferably 100% of the pipe circumference and have a height of 1 cm to 50 cm and a depth of 1 cm to 20 cm, preferably a height of 10 cm to 30 cm and a depth of 5 cm to 15 cm.
  • the uncondensed constituents of the vapor phase (30) flow into the condenser (300), where they are liquefied and discharged as flow 33 from the drying device (1000).
  • two to three streams of liquefied vapor phase are obtained, in case (i) stream 31 and stream 33, in case (ii) stream 32 and stream 33 and in case (iii), which is shown in FIG . 1 and is particularly preferred, the streams 31, 32 and 33.
  • Devices known to those skilled in the art such as in particular tube bundle heat exchangers, plate heat exchangers and spray condensers, are suitable as the condenser (300). It is possible to connect several capacitors in series, in particular 2 to 4 capacitors, preferably (precisely) 2 capacitors. However, the use of a single capacitor is sufficient in many cases and is therefore also the most preferred embodiment.
  • the drying device according to the invention can be used particularly advantageously in the work-up of isocyanates, preferably in the work-up of tolylene diisocyanate, naphthyl diisocyanate, 1,5-pentane diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate or use diisocyanatodicyclohexylmethane, particularly preferably of tolylene diisocyanate.
  • the present invention therefore also provides a process for the production of an isocyanate, in particular TDI, by a) phosgenation of the primary amine corresponding to the isocyanate to be produced, ie in particular TDA, to obtain a crude liquid process product comprising the isocyanate to be produced, comprising bl the Working up this liquid, crude process product by distillation to obtain a distillation bottoms stream;
  • this workup comprises the following steps:
  • step 2) Drying the distillation bottoms stream or the pre-concentrated liquid stream obtained in step 1) and depleted in isocyanate to be produced in a drying device according to one of the preceding claims, wherein, with the formation of a solid process product as dried material, isocyanate to be produced is obtained as a vapor phase and liquefied in the condenser becomes.
  • the phosgenation in step a) can be carried out in the liquid phase in the presence of a solvent or in the gas phase.
  • the reaction is carried out in the gas phase, the gaseous process product initially obtained containing the isocyanate to be produced is cooled by bringing it into contact with a quenching liquid, a liquid crude process product comprising the isocyanate to be produced being obtained.
  • Suitable quenching liquids are, in particular, organic solvents, the isocyanate to be produced itself or mixtures of the isocyanate to be produced and organic solvents.
  • the quenching liquid usually contains organic solvents.
  • Suitable solvents for this purpose are in particular chlorobenzene, ortho-dichlorobenzene, para-dichlorobenzene, the isomers of trichlorobenzene, toluene, the isomers of xylene and mixtures of the aforementioned solvents.
  • Step a) can in particular be carried out as described in WO 2018/114846 A1, page 19, line 7 to page 25, line 33, with the gas phase phosgenation (see page 21, line 24 to page 25, line 33 of WO 2018/114846 Al) is particularly preferred.
  • the crude liquid process product obtained and comprising the isocyanate to be prepared is worked up in step bl.
  • the crude isocyanate can be worked up by generally known methods. Examples are in EP-A-1 413 571, US 2003/0230476 A1 (TDI), and EP 0289 840 B1 (HDI, IDPI and H12-MDI).
  • first dissolved phosgene and dissolved hydrogen chloride are separated off from the liquid crude process product obtained in step a) in a separate step b.il.
  • This process procedure is particularly preferred when the phosgenation in step a) is carried out in the liquid phase because the crude liquid process product obtained in a liquid phase phosgenation tends to contain significantly higher proportions of dissolved phosgene and dissolved hydrogen chloride than that obtained in a gas phase phosgenation.
  • Step b.l) can in principle be carried out in any manner known to the person skilled in the art, in particular by distillation, absorption or a combination of both. Possible embodiments are shown below on the basis of various variants.
  • Step b.l) or, in particular when performing step a) in the gas phase - immediately following step a), the solvent can be separated off in a separate step b.2).
  • Step b.2) can be carried out in any manner known to the person skilled in the art, in particular by distillation. Possible embodiments are shown below on the basis of various variants.
  • step b.3) of the process according to the invention the isocyanate to be prepared is isolated by distillation. In principle, this can be done in any manner known to the person skilled in the art for this purpose. Possible embodiments are shown below on the basis of various variants.
  • Variant 1 which is particularly suitable when step a) is carried out in the liquid phase, is basically described in Chem System's PERP Report for TDI / MDI (Chem Systems, Process Evaluation Research Planning TDI / MDI 98/99 S8, Tarrytown, NY, USA: Chem Systems 1999, pp. 27 to 32).
  • the liquid reaction mixture after the removal of hydrogen chloride and phosgene by distillation (corresponding to step bl) in the terminology of the present invention), the liquid reaction mixture still contains a solvent content of> 50% by mass, preferably 51% by mass, based on its total mass 85 mass%, particularly preferably 55 mass% to 65 mass%.
  • This mixture is fed to a solvent separation (corresponding to step b.2 in the terminology of the present invention), a solvent-TDI mixture being first distilled off in a pre-evaporator in a solvent distillation column.
  • solvent distillation column In the solvent distillation column is Solvent distilled off and fed back into the process.
  • the bottom stream of this solvent distillation contains, based on the total mass of the bottom, in addition to TDI, particularly preferably 15% by mass to 25% by mass of solvent, based on the total mass of this bottom stream.
  • This stream is passed into what is known as an intermediate column, in which further solvent is distilled off and the bottom product from which the solvent has been removed is fed to a last distillation column for purifying the TDI.
  • TDI purified, salable isocyanate TDI as a distillate stream (corresponding to step b.3) in the terminology of the present invention).
  • Part of the TDI remains in the bottom distillation stream of this last distillation column.
  • the tasks of the intermediate column and the distillation column for TDI purification can also, as described in US 2003/0230476 Al, be combined in a dividing wall column, with a vapor stream of low boilers and solvent, a fraction of pure TDI as a distillate stream removed in the area of the dividing wall and a TDI and higher-boiling components (distillation residue) containing product stream are obtained as distillation bottoms stream.
  • step c) of the present invention can be replaced by step c) of the present invention. Since, in this embodiment, the starting material fed to step c) still contains solvent (namely in particular 2.0% by mass to 10% by mass) as a result of the feed of the distillation bottom stream from step b.3) into the pre-evaporator of the solvent separation from step b.2) % Solvent, based on the total mass of this starting material), it is preferred to carry out step 1) and separate this solvent there before drying in step 2). It is of course also possible to dispense with feeding the distillation bottoms stream from step b.3) into the pre-evaporator and instead to feed this distillation bottoms stream directly to the work-up in step c).
  • solvent namely in particular 2.0% by mass to 10% by mass
  • the liquid reaction mixture after the removal of hydrogen chloride and phosgene by distillation has taken place, still contains a solvent content of only ⁇ 50.0% by mass, based on its total mass.
  • This mixture is fed to a pre-evaporator, from which a solvent-TDI mixture in a Distillation column is distilled off.
  • the TDI is already freed from the solvent in the last-mentioned distillation column, so that the bottom stream of this distillation column can be passed into the TDI purification column, so there is one less column in this variant than in variant 1.
  • the TDI purification column is under reduced pressure operates and delivers the purified, salable TDI isocyanate as a distillate stream.
  • the tasks of the TDI purification column and the upstream distillation column can also, as described in EP 1 413 571 A1, be combined in a dividing wall column, with a vapor stream of low boilers and solvent, a fraction of pure TDI as the distillate stream withdrawn in the area of the dividing wall and a product stream containing TDI and higher-boiling components (distillation residue) can be obtained as distillation bottoms stream.
  • the distillation bottoms stream of the TDI purification column or the distillation bottoms stream of the TDI purification column and the dividing wall column which combines the upstream distillation column is worked up to recover TDI. This work-up can also be carried out in variant 2 according to step c) of the present invention.
  • step c) the starting material fed to step c) still contains solvent as a result of the feed of the distillation bottoms stream into the pre-evaporator of the solvent separation (namely in particular 2.0 mass% to 10 mass% solvent, based on the total mass of this starting material), it is preferably to carry out step 1) and to separate off this solvent there before drying in step 2). It is of course also possible to dispense with feeding the distillation bottoms stream from step b.3) into the pre-evaporator and instead to feed this distillation bottoms stream directly to the work-up in step c).
  • Variant 3 comprises the distillation sequences described in variants 2 and 1, but without the previously mentioned pre-evaporator, which feeds a liquid bottom discharge to the work-up in step c).
  • the proportion of distillation residue is carried along in the described distillation sequences via the liquid flow rates up to the respective last TDI purification column.
  • This process is also known in principle (EP 1 717 223 A2).
  • all of the distillation residue is discharged via the bottom distillation stream of the last distillation column (which in the terminology of the present invention is to be assigned to step b.3).
  • this distillation bottoms stream can be worked up in accordance with step c) of the present invention.
  • step a) is carried out in the gas phase. Since the liquid crude process product obtained in a gas phase phosgenation contains dissolved phosgene and dissolved hydrogen chloride at best in relatively small amounts (i.e. compared with the liquid phase phosgenation), a separate separation of hydrogen chloride and phosgene in step b.l) can be dispensed with.
  • the liquid crude process product is either fed directly to a solvent separation (corresponding to step b.2)), in which solvent and optionally dissolved hydrogen chloride and optionally dissolved phosgene are separated off by distillation overhead, or - if the solvent content is sufficiently low - it becomes a TDI directly Purification column fed.
  • the TDI purification column is preferably designed as a dividing wall column.
  • Low boilers that is, byproducts with a lower boiling point than TDI, any hydrogen chloride still present and any phosgene still present, possibly solvents and optionally inert gases
  • the cleaned TDI is discharged as a distillate stream in the area of the partition.
  • the resulting distillation bottoms stream contains the distillation residue and a certain amount of TDI, which, in order to keep the distillation bottoms stream processable, is not distilled off, and optionally trace amounts of solvent.
  • two distillation columns connected in series without a dividing wall can of course also be used.
  • the solvent removal according to step b.2) - if carried out - is preferably carried out at a temperature in the range from 160 ° C. to 200 ° C. and at a pressure in the range from 160 mbar to 220 mbar, both details referring to the Refer to the bottom of the distillation column used.
  • a bottom stream is obtained which, based on its total mass, preferably 9% by mass to 20% by mass of solvent, 79% by mass to 90% by mass of TDI and 1 to 5% by mass of compounds having a higher boiling point than TDI contains.
  • the TDI purification according to step b.3) is carried out, in particular when carried out in a dividing wall column, preferably at a temperature in the range from 160 ° C. to 200 ° C. and at a pressure in the range from 50 mbar to 100 mbar, both of which are Information refer to the bottom of the distillation column used.
  • a distillation bottoms stream is obtained which, based on its total mass, preferably 0.00% by mass to 1.00% by mass of solvent, 80.0% by mass to 95.0% by mass of TDI and 4.00% by mass Contains 20.0% by mass of compounds having a higher boiling point than TDI.
  • step b (at least) one distillate stream containing a first part of the isocyanate to be produced and (at least) one distillation bottoms stream containing a second are used in step b.3) in all possible procedures Part of the isocyanate to be produced and the distillation residue obtained.
  • the work-up of the distillation bottoms stream is the subject of step c) of the process according to the invention.
  • the distillation bottoms stream from step b.3) can also be used to feed further bottoms streams to step c).
  • the bottom stream from the distillation consists of fractions of the isocyanate to be produced (which should be recovered as completely as possible) and, if appropriate, fractions of solvents from the distillation residue.
  • Step 1) is particularly preferably carried out in an evaporator selected from the group consisting of thin-film evaporators, climbing evaporators, falling film evaporators, long tube evaporators, helical tube evaporators, forced circulation expansion evaporators and a combination of these apparatuses. Falling film evaporators are particularly preferred. It is also possible to connect several evaporators in series.
  • the preconcentration according to step 1) is preferably carried out at a temperature in the range from 120 ° C. to 180 ° C. and at a pressure in the range of 10 mbapabs. ) up to 60 mbapabs. ) , particularly preferably at a temperature in the range from 130 ° C. to 175 ° C. and at a pressure in the range from 25 mbap abs.) to 45 mbap abs.) ⁇
  • Step 1) can be carried out continuously or batchwise. Continuous procedure is preferred.
  • step 2) the pre-concentrated liquid stream obtained in step 1) and depleted in isocyanate to be produced or - if step 1) is omitted - the distillation bottoms stream obtained in step b.3) is dried in the drying device according to the invention.
  • This drying is preferably at a temperature in the range from 150 ° C. to 500 ° C. and at a pressure in the range from 20 mbap abs.) To 200 mbap abs.) , Particularly preferably at a temperature in the range from 185 ° C. to 320 ° C. and at a pressure in the range from 50 mbap abs.) To 180 mbap abs.) , Very particularly preferably at a temperature in the range from 250 ° C. to 310 ° C. and at a pressure in the range from 80 mbap abs.) To 150 mbap abs.) .
  • the isocyanate to be produced is evaporated and liquefied in the condenser, as a result of which isocyanate originally present in the stream to be dried is largely recovered.
  • a solid remains which consists almost exclusively of distillation residue and still contains traces of the isocyanate to be produced (preferably a maximum of 1.0% by mass of the isocyanate to be produced, particularly preferably a maximum of 0.1% by mass of the isocyanate to be produced, based in each case on the Total mass of the in Step 2) resulting solids).
  • the solid is preferably discharged continuously from the drying device according to the invention.
  • drying device for drying distillation sump streams, oil-containing waste, paint or varnish waste, sewage sludge, minerals contaminated with organic compounds (in particular correspondingly contaminated soil) or coal sludge is another object of the present invention.
  • distillation bottoms streams which arise in the production of isocyanates, in particular TDA, are particularly predestined to be worked up with the device according to the invention.
  • distillation bottoms which arise in the refining of crude oil can also advantageously be worked up with the drying device according to the invention.
  • paddle dryer in which the starting material to be dried is placed on a heated bed of mechanically agitated and fluidized granulate made from dried starting material (from an earlier drying process).
  • the dryer dome was provided with a drainage channel.
  • the vapor line of the dryer was provided with a discharge funnel at a low point.
  • the vapor dome and vapor line were completely insulated (40 mm mineral wool plus applied sheets to protect against moisture). Furthermore, the vapor dome including the vapor outlet nozzle was heated via a heating jacket with a heat transfer medium at a temperature of 300 ° C in order to prevent condensation.
  • the vapor line and the vapor dome of the paddle dryer were completely stripped.
  • the supply of the jacket heating of the vapor dome and the vapor outlet nozzle was stopped.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung zur Verdampfung flüchtiger Bestandteile aus einem zu trocknenden Ausgangsmaterial, ein Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats unter Einsatz dieser Trocknungsvorrichtung sowie wie Verwendung der Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Destillationssumpfströmen, ölhaltigen Abfällen, Farb- oder Lackabfällen, Klärschlämmen, mit organischen Verbindungen belasteten Mineralstoffen und Kohleschlämmen. In der Trocknungsvorrichtung werden die verdampften Bestandteile (Brüden) über einen Brüdendom und eine Brüdenleitung in einen Kondensator geführt. Die Trocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Betrieb derselben partielle Kondensation der Brüden im Brüdedom und/oder in der Brüdenleitung bewusst zugelassen oder herbeigeführt wird und kondensierte Bestandteile der Brüden über zu diesem Zweck im Brüdendom und/oder der Brüdenleitung angebrachte Einrichtungen aus der Trocknungsvorrichtung abgeführt werden.

Description

TROCKNUNGSVORRICHTUNG UND THRF, VERWENDUNG SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ISOCYANATS UNTER EINSATZ DER
TROCKUN GS V ORRICHTUN G Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung zur Verdampfung flüchtiger Bestandteile aus einem zu trocknenden Ausgangsmaterial, ein Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats unter Einsatz dieser Trocknungsvorrichtung sowie wie Verwendung der Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Destillationssumpfströmen, ölhaltigen Abfällen, Farb- oder Lackabfällen, Klärschlämmen, mit organischen Verbindungen belasteten Mineralstoffen und Kohleschlämmen. In der Trocknungsvorrichtung werden die verdampften Bestandteile (Brüden) über einen Brüdendom und eine Brüdenleitung in einen Kondensator geführt. Die Trocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Betrieb derselben partielle Kondensation der Brüden im Brüdendom und/oder in der Brüdenleitung bewusst zugelassen oder herbeigeführt wird und kondensierte Bestandteile der Brüden über zu diesem Zweck im Brüdendom und/oder der Brüdenleitung angebrachte Einrichtungen aus der Trocknungsvorrichtung abgeführt werden.
In vielen Bereichen der Technik kommen Vorrichtungen zum Einsatz, die dem Zweck dienen, aus einem (in der Regel schon sehr viskosen, aber noch fließfähigen) Ausgangsmaterial flüchtige Verbindungen durch Verdampfung zu entfernen, wobei ein an den flüchtigen Verbindungen abgereichertes („getrocknetes“) Material erhalten wird, das als Feststoff oder hochviskose Flüssigkeit anfällt. Solche Vorrichtungen werden meist als Trockner oder Trocknungsreaktoren bezeichnet, auch wenn sie längst nicht immer einem„Trocknen“ im Sinne einer Entwässerung dienen. Bekannte Trocknertypen sind produktumschaufeinde Vakuumtrockner mit horizontaler Welle (siehe z. B. EP 0 626 368 Al), Drehrohre, Scheibentrockner (siehe z. B. EP 0 289 647 Al), Bandtrockner, Granulierschnecken und Wirbelbett-Trockner (siehe z. B. WO 2012/159736 Al).
So fallen beispielsweise in vielen Industriezweigen Destillationssumpfströme an, die neben den hochsiedenden Bestandteilen des Ausgangsgemisches der Destillation auch einen gewissen Anteil an leichter flüchtigen Komponenten enthalten, die oftmals bewusst nicht vollständig abdestilliert werden, um den Destillationssumpffstrom auch bei mäßigen Temperaturen noch fließfähig zu halten, was für eine kontinuierlich durchgeführte Destillation unabdingbar ist.
Beispiele hierfür finden sich in der Herstellung von Isocyanaten durch Phosgenierung und in der Herstellung von deren Vorläuferverbindungen, den korrespondierenden primären Aminen.
Konkret seien Destillationssumpfströme, die in der Herstellung von Toluylendiisocyanat (fortan TDI) und dessen Amin- Vorläufer Toluylendiamin (fortan TDA) anfallen, genannt. In beiden Fällen enthalten solche Destillationssumpfströme neben hochsiedenden Nebenkomponenten (oft als Destillationsrückstand oder kurz Rückstand bezeichnet) regelmäßig beträchtliche Anteile an Wertprodukt (TDI bzw. TDA). Beispielhaft seien die Patentanmeldungen DE 10 2012 108 261 Al (Knetertrockner), EP 2 540 702 A2 (Wirbelbett-Trockner) und WO 2018/114846 Al (verschiedene Trocknertypen) genannt, welche sich mit der Aufarbeitung von TDI-Rückständen befassen. Als Beispiel für den Einsatz eines produktumschaufeinden Vakuumtrockners mit horizontaler Welle sei die europäische Patentanmeldung EP 0 626 368 Al genannt. Diese Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinen, destillierten Isocyanaten durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen in einem geeigneten Lösungsmittel und mehrstufige, destillative Aufarbeitung in reine Isocyanate, reines Lösungsmittel und einen Anteil an Rückstand, wobei dieser Rückstand kontinuierlich aufgearbeitet wird. Die Aufarbeitung ist dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Destillationsprozess erhaltene Rückstand kontinuierlich zusammen mit 2 bis 50 Gew.-% hochsiedenden Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Bitumen, die unter den Destillationsbedingungen inert sind, einem beheizten, produktumschaufeinden Vakuumtrockner mit horizontaler Wehe zugeführt wird, der Anteil an noch im Rückstand vorhandenen Isocyanaten bei Temperaturen von 160 bis 280 °C und Drücken von 2 bis 50 mbar kontinuierlich abdestilliert wird und der verbleibende Rückstand als rieselfähiges, nicht staubendes Granulat kontinuierlich ausgetragen, gegebenenfalls abgekühlt und gegebenenfalls nach Mahlung einer Verbrennung zugeführt wird. Im Beispiel wird ein flüssiges Gemisch aus 67,4 Gew.-% meta-TDI, 29,1 Gew.-% polymerem Rückstand und 3,5 Gew.-% Lösungsmittel einem auf 240 °C Innentemperatur erhitzten und auf einen Druck von 12 mbar evakuierten Trockner der beschriebenen Art an drei Stehen von oben zugeführt. An dem den Eintragsstehen gegenüberliegenden Ende des Trockners wird getrocknetes Granulat unten über eine Zellradschleuse ausgetragen, während ein Gemisch aus TDI und Lösungsmittel an zwei Stehen oben abgeführt wird. Eine gezielte partielle Kondensation von Brüden in einem Brüdendom und/oder einer Brüdenleitung wird in dieser Patentanmeldung nicht offenbart. Lediglich als eine Art Nebenaspekt wird erwähnt, dass im angeschlossenen Brüdensystem anfallendes Kondensat zur Entfernung von gegebenenfalls auftretenden Staubablagerungen an dessen Wänden getrennt abgeführt wird. Es geht hieraus nicht hervor, an welcher Stelle des Brüdensystems und unter welchen Bedingungen Kondensat anfällt (oder ob überhaupt regelmäßig Kondensat anfällt).
Auch in der Raffination von Rohöl verbleiben nach Abtrennung der destillierbaren Erdölfraktionen, die zur Herstellung wertvoller Substanzen wie Heizgas, Autogas (LPG), Autokraftstoffe, Lösungsmittel und Kerosin Verwendung finden, Rückstände. Solche Rückstände können beispielsweise in eine Koker- Anlage geleitet und„gecrackt", d. h. bei hohen Temperaturen (z. B. 500 °C) chemisch in Substanzen mit niedrigerer Molmasse aufgebrochen werden. Als Alternative hierzu wird in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 103 363 Al (auch veröffentlicht als WO 2018/149951A1) vorgeschlagen, solche Rückstände in einem Knetertrockner (auch als Mischkneter oder Kneterreaktor bezeichnet), einem Vakuum mit einem Druck von 10 mbar oder weniger und einer Temperatur von mindestens 300 °C auszusetzen, um die flüchtigen Bestandteile (die wertvolle Produkte umfassen), die durch die vorherigen Destillationsschritte nicht entfernt werden konnten, über eine Dampfverbindung abzusondern und die verbleibenden nicht flüchtigen Stoffe durch eine Austragsvorrichtung abzuführen. Mit der Aufarbeitung von Raffinationsrückständen unter Einsatz von Mischknetern befasst sich auch die internationale Patentanmeldung WO 2016/078994 Al.
Ebenso finden Trocknungsvorrichtungen wie eingangs beschrieben in der Aufarbeitung von Abfallprodukten wie ölhaltigen Abfällen, Färb- oder Lackabfällen und Klärschlämmen Anwendung. Gleiches gilt für die Entwässerung von Kohleschlämmen, die beispielsweise durch die hydrothermale Karbonisierung von Biomasse erhalten werden. Die deutsche Patentanmeldung DE OS 39 12 586 beschreibt ein Verfahren und eine Regenerationseinrichtung zur thermischen Behandlung wie z. B. Trocknung, Verschwelung oder Vergasung pastöser oder schlammartiger Substanzen (wie zum Beispiel grubenfeuchter Kohle) in einem beheizten Reaktor wie z. B. einem Wirbelbettreaktor. Das aus dem Reaktor als Gasphase abströmende Medium weist kondensierbare Dämpfe auf, die kondensiert werden, wodurch das Medium wiederverwendbar und über ein Kreislaufgebläse (3, vgl. die Abbildung) dem Reaktor wieder zugeführt wird. Ein Rekuperationswärmetauscher (4), der als Enthitzer bzw. Wiedererhitzer geschaltet ist, ist zwei in Reihe angeordneten Kondensatoren (2) vorgeschaltet, sodass diese mit gesättigtem Medium beaufschlagt werden und das Kreislaufgebläse (3) von trockenem Medium durchströmt wird. Im Wärmetauscher (4) erfolgt also eine Abkühlung der dem Reaktor entströmenden Gasphase durch Wärmeaustausch mit den die Kondensatoren verlassenden kalten Brüden (ohne stofflichen Kontakt der Gasphase mit den kalten Brüden; auch als indirekter Wärmeaustausch bezeichnet), welche dadurch quasi überhitzt werden und so dem Reaktor ohne die Gefahr einer Tröpfchenbildung wieder zugeführt werden können. Bei dieser Abkühlung der dem Reaktor entströmenden Gasphase eventuell gebildete flüssige Anteile derselben werden gemeinsam mit den gasförmigen verbliebenen Anteilen den Kondensatoren zugeführt und nicht über eine Ablaufeinrichtung abgeführt. Eine gezielte partielle Kondensation von Brüden in einem Brüdendom und/oder einer Brüdenleitung zwecks Vermeidung von Ablagerungen wird in dieser Patentanmeldung nicht offenbart.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für derartige Apparate ist die thermische Behandlung von organisch belasteten Mineralstoffen, insbesondere von entsprechend kontaminiertem Erdreich, um die belastenden Stoffe auszutreiben. Ein entsprechendes Verfahren ist in der deutschen Patentanmeldung DE 42 00 890 Al beschrieben. Es wird eine Trocknungseinheit beschrieben (siehe FIG. 3), wobei der Trockner selbst als Scheibentrockner ausgebildet ist. Der Trockner wird über ein Wärmeölsystem (10) mit der notwendigen Wärmeenergie versorgt. Die einzelnen chemischen Produkte und der Wasserdampf verlassen den Trockner (3) über einen Brüdendom und von dort über eine Leitung (33) und werden mehreren in Reihe geschalteten Niederschlagsapparaten (27) zugeführt. Diese Niederschlagsapparate bestehen aus Kondensatoren (28, 29) und beheizten Sammelgefäßen (30, 31), wobei an den letzten Kondensator (29) eine Vakuumeinheit (32) angeschlossen ist. Zwischen den Kondensatoren 28 und 29 befinden sich noch ein Dampferzeuger (35) und ein Warmwassererzeuger (36), in welchen selbstverständlich auch eine Abkühlung der Brüden erfolgt. Eine gezielte partielle Kondensation von Brüden im Brüdendom und/oder der Brüdenleitung zwischen Brüdendom und dem in Strömungsrichtung ersten Kondensator (28) wird in dieser Patentanmeldung nicht offenbart.
Üblicherweise ist man im Stand der Technik bemüht, die verdampften flüchtigen Bestandteile (Brüden) des zu trocknenden Ausgangsgemisches möglichst ohne wieder zu kondensieren aus dem Trockner abzuführen, da ein Zurückfließen etwa von an relativ kalten Oberflächen kondensierten Bestandteilen in die trocknende Masse unerwünscht ist. Außerdem befürchtete man die Bildung von festen Ablagerungen an solchen relativ kalten Oberflächen. Daher sind üblicherweise alle Oberflächen, die mit den anfallenden Brüden in Kontakt treten können (insbesondere ein auf dem eigentlichen Trockenraum angeordneter Brüdendom und die Austragsleitung für die Brüden), mindestens gut isoliert und oftmals sogar begleitbeheizt. Dies ist auch in der bereits erwähnten deutschen Patentanmeldung DE 42 00 890 Al der Fall, wo es in Spalte 6, Zeilen 47 bis 51 ausdrücklich heißt, dass die„aus der Trocknungseinheit, d. h. dem Trockner (3) austretenden flüchtigen Bestandteile ... in einem beheizten Rohrleitungssystem, d. h. der Leitung (33) zu den entsprechenden Niederschlagsapparaten (27) geführt“ werden.
Die betriebliche Praxis hat jedoch gezeigt, dass die Isolierung oder sogar Beheizung dieser Einrichtungen längst nicht immer den gewünschten Erfolg zeigt, sondern sich trotzdem Ablagerungen bilden können, die im Extremfall sogar dazu führen können, dass der Trocknungsvorgang in regelmäßigen Abständen unterbrochen und die Apparate wiederholt gereinigt werden müssen. Es bestand daher ein Bedarf an weiteren Verbesserungen auf diesem Gebiet der Technik.
Dem geschilderten Bedarf Rechnung tragend ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine
Trocknungs Vorrichtung (1000) eingerichtet zur (kontinuierlichen) Durchführung eines Trocknungs Vorgangs eines zu trocknenden Ausgangsmaterials (10) unter Erhalt eines getrockneten Materials (20) und einer Dampfphase (30, = Brüden), aufweisend:
einen Trockner (100) umfassend einen beheizbaren Trockenraum (110) mit (mindestens) einer Eintragsöffnung (120) für das Ausgangsmaterial (10), (mindestens) einer Austragsöffnung (130) für das getrocknete Material (20) und (mindestens) einem Durchlass (140) für die Dampfphase (30), wobei der Durchlass in (mindestens) einen Brüdendom (150) mündet, welcher eine Austragsöffnung (160) für die Dampfphase aufweist;
(mindestens) einen der Austragsöffnung für die Dampfphase nachgeschalteten Kondensator;
eine Brüdenleitung (200), welche die Austragsöffnung (160) für die Dampfphase (30) mit dem Kondensator (300) verbindet; wobei
(i) der Brüdendom (150), nicht jedoch die Brüdenleitung (200), so eingerichtet ist, dass in diesem (d. h. im Brüdendom (150)) während des Trocknungsvorgangs (kontinuierlich) eine partielle Kondensation der Dampfphase stattfindet, oder
(ii) die Brüdenleitung (200), nicht jedoch der Brüdendom (150), so eingerichtet ist, dass in dieser (d. h. in der Brüdenleitung (200)) während des Trocknungsvorgangs (kontinuierlich) eine partielle Kondensation der Dampfphase stattfindet, oder
(iii) der Brüdendom (150) und die Brüdenleitung (200) so eingerichtet sind, dass in diesen (d. h. im Brüdendom (150) und in der Brüdenleitung (200)) während des Trocknungsvorgangs (kontinuierlich) eine partielle Kondensation der Dampfphase stattfindet,
wobei
im Fall (i) im Inneren des Brüdendoms (150),
im Fall (ii) im Inneren der Brüdenleitung (200) und
im Fall (iii) im Inneren des Brüdendoms (150) und im Inneren der Brüdenleitung (200) eine Ablaufeinrichtung (151, 201) für in der partiellen Kondensation verflüssigte Bestandteile (31, 32) der Dampfphase (30) angeordnet ist, wobei die Ablaufeinrichtung so eingerichtet ist, dass die in der partiellen Kondensation verflüssigten Bestandteile (31, 32) durch eine Austragsöffnung (152, 202)
aus dem Brüdendom (im Fall (i)),
aus der Brüdenleitung (im Fall (ii)) oder
aus dem Brüdendom und aus der Brüdenleitung (im Fall (iii))
abgeführt und so von in der partiellen Kondensation nicht verflüssigten Bestandteilen der Dampfphase getrennt werden (die in der partiellen Kondensation verflüssigten Bestandteile (31, 32) werden also aus der Trocknungsvorrichtung (1000) herausgeführt und nicht etwa wieder in den Trockenraum (110) zurückgeführt).
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats durch Phosgenierung des zu dem herzustehenden Isocyanat korrespondierenden primären Amins unter Erhalt eines das herzustehende Isocyanat umfassenden, flüssigen rohen Verfahrensprodukts, umfassend die destillative Aufarbeitung dieses flüssigen rohen Verfahrensprodukts unter Erhalt eines Destillationssumpfstromes;
weiterhin umfassend die Aufarbeitung dieses Destillationssumpfstromes, wobei diese Aufarbeitung folgende Schritte umfasst: 1) optionale Vorkonzentrierung des Destillationssumpfstroms in einem Verdampfer durch partielle Verdampfung des in dem Destillationssumpfstrom enthaltenen herzustellenden Isocyanats, wobei ein an herzustellendem Isocyanat abgereicherter vorkonzentrierter flüssiger Strom erhalten wird;
2) Trocknung des Destillationssumpfstroms oder des in Schritt 1) erhaltenen vorkonzentrierten, an herzustellendem Isocyanat abgereicherten, flüssigen Stroms in der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung wobei, unter Bildung eines festen Verfahrensprodukts als getrocknetes Material, herzustellendes Isocyanat als Dampfphase gewonnen und im Kondensator verflüssigt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Trocknungs Vorrichtung zur Trocknung von Ausgangsmaterialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Destillationssumpfströmen, ölhaltigen Abfällen, Färb- oder Lackabfällen, Klärschlämmen, Kohleschlämmen und mit organischen Verbindungen belasteten Mineralstoffen (insbesondere entsprechend belastetem Erdreich), bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Destillationssumpfströmen, ölhaltigen Abfällen, Färb- oder Lackabfällen, Klärschlämmen und Kohleschlämmen.
Unter einem Brüdendom wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine auf dem Trockner befindliche Kuppel verstanden, in welcher sich aus dem Trockenraum heraufströmende Dampfphase (= heraufströmende Brüden) sammelt. Mit Brüdenleitung wird die Leitung bezeichnet, durch welche die Dampfphase (= die Brüden) aus dem Brüdendom in den Kondensator strömt. Sind mehrere Kondensatoren (beispielsweise 2 bis 4 oder genau 2) hintereinandergeschaltet, so ist in der Terminologie der vorliegenden Erfindung mit Brüdenleitung diejenige Leitung gemeint, die den Brüdendom mit dem in Strömungsrichtung der Dampfphase (= der Brüden) ersten Kondensator verbindet.
Unter Ablaufeinrichtungen sind Einbauten oder Rohrleitungs-Tiefpunkte zum Auffangen von herablaufendem Kondensat zu verstehen, die dazu eingerichtet sind, auf den Innenwandungen des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung kondensierendes, herabfließendes Kondensat überwiegend bis vollständig aufzusammeln und gezielt aus dem Brüdendom bzw. aus der Brüdenleitung hinauszuleiten.
Vollkommen überraschend wurde gefunden, dass - ganz im Gegensatz zur bisher im Stand der Technik vorherrschenden Meinung - eine (partielle) Kondensation der im Trockner gebildeten Dampfphase im Brüdendom und/oder in der Brüdenleitung nicht nur nicht nachteilig ist, sondern sogar vorteilhaft sein kann, da durch an den Innen Wandungen von Brüdendom bzw. Brüdenleitung herabfließendes Kondensat die Tendenz zur Bildung von Ablagerungen verringert wird und eventuell doch gebildete Ablagerungen kontinuierlich weggespült werden können. Es hat sich also vollkommen überraschend herausgestellt, dass die im Stand der Technik im Allgemeinen für wesentlich erachtete Isolierung oder sogar Beheizung von Brüdendom und Brüdenleitung sogar die Ursache für die Bildung von Ablagerungen sein kann. Die vorliegende Erfindung ist daher durch eine gezielte partielle Kondensation der Dampfphase im Brüdendom und/oder in der Brüdenleitung gekennzeichnet, die während des gesamten Trocknungsvorganges, d. h. kontinuierlich (und nicht etwa nur in besonderen, vom Regelbetrieb abweichenden Betriebszuständen) auftritt. Ein Zurückfließen in die zu trocknende Masse wird durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Ablaufeinrichtungen weitestgehend bis vollständig verhindert.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen
FIG. 1 eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung (1000);
FIG. 2 eine weitere mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trocknungs vorrichtung (1000).
Die Bezugszeichen haben in beiden Zeichnungen die gleiche Bedeutung.
Es folgt zunächst eine Kurzzusammenfassung verschiedener möglicher Ausführungsformen.
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist der Trockner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus produktumschaufeinden Vakuumtrocknern mit horizontaler Welle, Drehrohren, Scheibentrocknern, Bandtrocknern und Granulierschnecken.
In einer zweiten Ausführungsform der der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die eine besondere Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ist, ist der der Trockner ein produktumschaufelnder Vakuumtrockner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Knetertrocknern, Paddeltrocknern und Schaufeltrocknern.
In einer dritten Ausführungsform der der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die eine besondere Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform ist, ist der Trockner ein Schaufeltrockner, der über einen Innenraum verfügt, in welchem eine um ihre Achse drehbar antreibbare Rotorwelle angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, das Ausgangsmaterial während des Trocknungsvorgangs auf ein mittels an der Rotorwelle angeordneter Rotorblätter aufgewirbeltes festes Material zu verteilen und von der Eintragsöffnung in Richtung der Austragsöffnung hin zu fördern, wobei das feste Material getrocknetes Material oder ein inerter Feststoff ist. In einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird die partielle Kondensation der Dampfphase durch Verzicht auf Isolierung des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung realisiert.
In einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird die partielle Kondensation der Dampfphase durch Verzicht auf Beheizung des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung realisiert.
In einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird die partielle Kondensation der Dampfphase durch eine Einrichtung zur Kühlung des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung realisiert.
In einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist eine Ablaufeinrichtung im Brüdendom vorhanden, und diese ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ablaufrinnen (auch als Ablaufkragen bezeichnet) mit angeschlossener Ablaufleitung und Tropfensammlern mit angeschlossener Ablaufleitung.
In einer achten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist eine Ablaufeinrichtung in der Brüdenleitung vorhanden, und diese ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Ablauftrichter mit angeschlossener Ablaufleitung, Tiefpunkten in der Brüdenleitung mit angeschlossener Ablaufleitung und Ablaufrinnen in der Brüdenleitung mit angeschlossener
Ablaufleitung.
In einer neunten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist der Kondensator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Rohrbündelwärmetauscher, einem Plattenwärmetauscher und einem Sprühkondensator.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen, sofern diese nicht ausschließlich eine Gasphasenphosgenierung betreffen, kombiniert werden kann, wird die Phosgenierung in der Flüssigphase in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt wird.
In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen, sofern diese nicht ausschließlich eine Flüssigphasenphosgenierung betreffen, kombiniert werden kann, wird die Phosgenierung in der Gasphase durchgeführt wird, wobei ein gasförmiges Verfahrensprodukt enthaltend das herzustellende Isocyanat anfällt und wobei dieses gasförmige Verfahrensprodukt durch Inkontaktbringen mit einer Quenchflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lösungsmittel, dem herzustellenden Isocyanat und Gemischen aus dem herzustellenden Isocyanat und Lösungsmittel, abgekühlt und dadurch das das herzustellende Isocyanat umfassende, flüssige rohe Verfahrensprodukt erhalten wird.
In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform ist, ist die Quenchflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lösungsmittel und Gemischen aus dem herzustellenden Isocyanat und Lösungsmittel.
In einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der ersten und dritten Ausführungsform ist, ist das Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chlorbenzol, ortho-Dichlorbenzol, para- Dichlorbenzol, den Isomeren des Trichlorbenzols, Toluol, den Isomeren des Xylols und Mischungen der vorgenannten Lösungsmittel.
In einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird die Trocknung in Schritt 2) bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 500 °C und bei einem Druck im Bereich von 20 mbapabs.) bis 200 mbapabs.), bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 185 °C bis 320 °C und bei einem Druck im Bereich von 50 mbar(abs.) bis 180 mbapabs.), besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 250 °C bis 310 °C und bei einem Druck im Bereich von 80 mbapabs.) bis 150 mbapabs.), durchgeführt.
In einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist der Schritt 1) umfasst, wobei die Vorkonzentrierung bei einer Temperatur im Bereich von 120 °C bis 180 °C und bei einem Druck im Bereich von 10 mbapabs.) bis 60 mbapabs.), bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 130 °C bis 175 °C und bei einem Druck im Bereich von 25 mbapabs.) bis 45 mbapabs.), durchgeführt wird.
In einer siebten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist das herzustellende Isocyanat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Toluylendiisocyanat, Naphthyldiisocyanat, 1,5-Pentandiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Xylylendiisocyanat und Diisocyanatodicyclohexylmethan.
In einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eine Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist, ist das herzustellende Isocyanat Toluylendiisocyanat.
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung betrifft die Verwendung die Trocknung von Destillationssumpfströmen, wobei die Destillationssumpfströme in der Herstellung von Isocyanaten oder in der Herstellung von primären Aminen, die zu Isocyanaten umgesetzt werden können, anfallen.
In einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung betrifft die Verwendung die Trocknung von Destillationssumpfströmen, wobei die Destillationssumpfströme in der Raffination von Erdöl anfallen.
Die zuvor kurz geschilderten Ausführungsformen und weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden näher erläutert. Dabei können die Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden, sofern sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt.
Als erfindungsgemäße Trockner (100) eignen sich dem Fachmann bekannte Typen wie insbesondere produktumschaufeinde Vakuumtrockner (insbesondere Knetertrockner, Paddeltrockner und Schaufeltrockner) mit horizontaler Welle, Drehrohre, Scheibentrockner, Bandtrockner und Granulierschnecken. Besonders bevorzugt sind solche Schaufeltrockner, bei denen bereits getrocknetes Material (oder andere inerte Feststoffpartikel) durch ein besonders schnell rotierendes Schaufelsystem in einen Bewegungszustand versetzt wird, der einer Wirbelschicht zumindest nahe kommt (oder im Idealfall und bevorzugt eine Wirbelschicht darstellt), und das zu trocknende Ausgangsmaterial auf diese Quasi-Wirbelschicht (oder tatsächliche Wirbelschicht) gefördert wird. Das zu trocknende Ausgangsmaterial wird hierbei also auf ein zumindest ansatzweise (idealerweise und bevorzugt tatsächlich) fluidisiertes Bett aufgebracht. Solche Trockner, die sich besonders zur Trocknung klebriger Produkte eignen, sind unter dem Begriff Combi-Fluidisations-Technologie (CFT-)Trockner bekannt geworden. Die Verwirbelung erfolgt dabei, im Gegensatz zu konvektiven Wirbelschicht-Trocknern, rein mechanisch. CFT-Trockner werden z. B. in WO 2012/159736 Al und EP 2 540 702 A2 beschrieben. Diese Trockner zeichnen sich dadurch aus, dass im Innenraum des Trockners eine um ihre Achse drehbar antreibbare Rotorwelle (in den Zeichnungen nicht dargestellt) angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, das Ausgangsmaterial während des Trocknungsvorgangs auf ein mittels an der Rotorwelle angeordneter Rotorblätter aufgewirbeltes festes Material zu verteilen und von der Eintragsöffnung in Richtung der Austragsöffnung hin zu fördern, wobei das feste Material getrocknetes Material oder ein inerter Feststoff ist. Im Betrieb dieser Trockner ist es wie oben erwähnt vorgesehen, dass bereits ein Bett aufgewirbelten Materials vorliegt, wenn erstmalig zu trocknendes Ausgangsmaterial in den Trockner eingetragen wird. Zu diesem Zweck wird bereits getrocknetes Material (aus einem früheren Trocknungsvorgang) oder ein unter den vorliegenden Bedingungen inerter Feststoff (bevorzugt anorganische sphärische Partikel wie insbesondere Kugeln aus Aluminiumoxid) in den Trockner eingeführt und mit der Rotorwelle in Bewegung versetzt. Nach einer Anfahrphase stellt sich ein stationärer Betriebszustand ein, in welchem sich das Ausgangsmaterial durch Trocknung verfestigt und partiell als Feststoff ausgetragen wird sowie partiell als aufgewirbeltes Bett aus Feststoffpartikeln für den weiteren Trocknungsvorgang zur Verfügung steht. Eine weitere Zugabe von bereits getrocknetem Material aus einem anderen Trockenvorgang oder von inertem Feststoff ist dann natürlich nicht mehr erforderlich. Die in WO 2012/159736 Al beschriebene Beruhigungszone zwischen der Wirbelschichtzone und dem Trockengutaustrag (in der Terminologie der vorliegenden Erfindung die Austragsöffnung (130) für das getrocknete Material (20)) kann auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.
Der Trockenraum (110) hat vorzugsweise die Form eines horizontal angeordneten (im Wesentlichen) zylindrischen Körpers, wie in FIG. 1 gezeigt. Im Innenraum des Trockenraums (110) befindliche Einbauten zur Förderung des zu trocknenden Materials von der Eintragsöffnung (120) zur Austragsöffnung (130) hin sind in FIG. 1 (und in FIG. 2) der Einfachheit halber nicht gezeigt. Solche Einrichtungen (wie beispielsweise die zuvor genannten Rotorwehen oder andere Einrichtungen, wie sie in der eingangs genannten Literatur aufgeführt sind), sind dem Fachmann hinreichend bekannt, sodass eine Erörterung derselben an dieser Stelle unterbleiben kann. Der Brüdendom (150) hat vorzugsweise die Form eines vertikal angeordneten (im Wesentlichen) zylindrischen Körpers. Im Stand der Technik dient der Brüdendom der Schwerkraftabscheidung von eventuell mitgerissenen Tröpfchen. Dieses wird erreicht, indem der Querschnitt des Brüdendoms in Abhängigkeit von den übrigen Abmessungen des Trockners und der Art des zu trocknenden Materials hinreichend groß gewählt wird, was für den Fachmann eine Routine-Auslegung darstellt. Diese Funktion erfüllt der Brüdendom auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäße partielle Kondensation der Dampfphase geht jedoch hierüber hinaus, indem ein Teil der verdampften Bestandteile des zu trocknenden Ausgangsmaterials auf der inneren Oberfläche des Brüdendoms wieder verflüssigt wird. Bevorzugt weist der Trockner (genau) einen Brüdendom auf. Ausführungsformen mit mehr als einem Brüdendom (insbesondere 2) sind jedoch auch denkbar.
Der erfindungsgemäße Trockner (100) wird kontinuierlich betrieben, und zwar vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 500 °C und bei einem Druck im Bereich von 20 mbapabs.) bis 200 mbapabs.), bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 185 °C bis 320 °C und bei einem Druck im Bereich von 50 mbapabs.) bis 180 mbapabs.), besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 250 °C bis 310 °C und bei einem Druck im Bereich von 80 mbapabs.) bis 150 mbapabs.), betrieben. Es ist insbesondere bevorzugt, den Trockner (100) so zu betreiben, dass das getrocknete Material als Feststoff anfällt.
Abhängig von den Randbedingungen (Art zu trocknenden Ausgangsmaterials, Betriebsbedingungen usw.) kann eine partielle Kondensation der Dampfphase im Sinne der Erfindung bereits durch Verzicht auf Isolierung des Brüdendoms bzw. der Brüdenleitung realisiert werden. Vorzugsweise wird der Brüdendom bzw. die Brüdenleitung nicht beheizt. Abhängig vom Siedepunkt der flüchtigen Bestandteile kann es auch erforderlich sein, den Brüdendom bzw. die Brüdenleitung aktiv zu kühlen. Dies kann auf dem Fachmann an sich bekannte Weise geschehen, insbesondere durch Durchströmen von Kühlmänteln oder aufgebrachten Kälteschlangen mit einem Medium, das kälter ist als die Siedetemperatur der Dampfphase.
In den oben genannten Fällen (i) und (iii) eine Ablaufeinrichtung (151) im Brüdendom (150) vorhanden. Bevorzugte Ablaufeinrichtungen (151) sind horizontal umlaufende, angeschrägte oder helical abwärtsgerichtete an der Innenwandung des Brüdendoms montierte Ablaufrinnen (die man auch als Ablaufkragen bezeichnen kann) mit angeschlossener Ablaufleitung und Tropfensammler mit angeschlossener Ablaufleitung (die Ablaufleitungen sind in den Abbildungen nicht gezeigt). Derartige Einrichtungen sind dem Fachmann an sich bekannt. Die Ablaufrinnen decken bevorzugt 75 % bis 100 %, besonders bevorzugt 90 % bis 100 %, ganz besonders bevorzugt 100 % des inneren Brüdendom-Umfanges ab und haben bevorzugt eine Höhe von 1 cm bis 50 cm und eine Tiefe von 1 cm bis 50 cm, besonders bevorzugt eine Höhe von 10 cm bis 30 cm und eine Tiefe von 10 cm bis 30 cm.
In den oben genannten Fällen (ii) und (iii) ist eine Ablaufeinrichtung (201) im der Brüdenleitung (200) vorhanden. Bevorzugte Ablaufeinrichtungen (201) sind Ablauftrichter in Rohrleitungs-Tiefpunkten mit angeschlossener Ablaufleitung, Tiefpunkte in der Brüdenleitung mit angeschlossener Ablaufleitung und horizontal umlaufende, angeschrägte oder helical abwärtsgerichtete an der Innenwandung der Brüdenleitung montierte Ablaufrinnen in der Brüdenleitung mit angeschlossener Ablaufleitung (die Ablaufleitungen sind in den Abbildungen nicht gezeigt). FIG. 2 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform mit einem Ablauftrichter (201) in einem Tiefpunkt der Brüdenleitung (200). Die Ablaufrinnen decken bevorzugt 75 % bis 100 %, besonders bevorzugt 90 % bis 100 % und ganz besonders bevorzugt 100 % des Rohrleitungsumfanges ab und haben eine Höhe von 1 cm bis 50 cm und eine Tiefe von 1 cm bis 20 cm, bevorzugt eine Höhe von 10 cm bis 30 cm und eine Tiefe von 5 cm bis 15 cm.
Die nicht kondensierten Bestandteile der Dampfphase (30) strömen in den Kondensator (300), wo sie verflüssigt und als Strom 33 aus der Trocknungsvorrichtung (1000) ausgetragen werden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung fallen also zwei bis drei Ströme an verflüssigter Dampfphase an, im Fall (i) der Strom 31 und der Strom 33, im Fall (ii) der Strom 32 und der Strom 33 und im Fall (iii), der in FIG. 1 gezeigt und besonders bevorzugt ist, die Ströme 31, 32 und 33. Als Kondensator (300) eignen sich dem Fachmann bekannte Einrichtungen wie insbesondere Rohrbündelwärmetauscher, Plattenwärmetauscher und Sprühkondensatoren. Es ist möglich, mehrere Kondensatoren hintereinanderzuschalten, insbesondere 2 bis 4 Kondensatoren, bevorzugt (genau) 2 Kondensatoren. Der Einsatz eines einzigen Kondensators ist jedoch in vielen Fällen ausreichend und daher auch die am stärksten bevorzugte Ausführungsform.
Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung in der Aufarbeitung von Isocyanaten, bevorzugt in der Aufarbeitung von Toluylendiisocyanat, Naphthyldiisocyanat, 1,5-Pentandiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Xylylendiisocyanat oder Diisocyanatodicyclohexylmethan, besonders bevorzugt von Toluylendiisocyanat, einsetzen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats, insbesondere TDI, durch a) Phosgenierung des zu dem herzustellenden Isocyanat korrespondierenden primären Amins, also insbesondere TDA, unter Erhalt eines das herzustellende Isocyanat umfassenden, flüssigen rohen Verfahrensprodukts, umfassend bl die destillative Aufarbeitung dieses flüssigen rohen Verfahrensprodukts unter Erhalt eines Destillationssumpfstromes;
weiterhin umfassend cl die Aufarbeitung dieses Destillationssumpfstromes. wobei diese Aufarbeitung folgende Schritte umfasst:
1) optionale Vorkonzentrierung des Destillationssumpfstroms in einem Verdampfer durch partielle Verdampfung des in dem Destillationssumpfstrom enthaltenen herzustellenden Isocyanats, wobei ein an herzustellendem Isocyanat abgereicherter vorkonzentrierter flüssiger Strom erhalten wird;
2) Trocknung des Destillationssumpfstroms oder des in Schritt 1) erhaltenen vorkonzentrierten, an herzustellendem Isocyanat abgereicherten, flüssigen Stroms in einer Trocknungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, unter Bildung eines festen Verfahrensprodukts als getrocknetes Material, herzustellendes Isocyanat als Dampfphase gewonnen und im Kondensator verflüssigt wird.
Dabei kann die Phosgenierung in Schritt a) in der Flüssigphase in Gegenwart eines Lösungsmittels oder in der Gasphase durchgeführt werden. Bei der Reaktionsführung in der Gasphase wird das zunächst anfallende gasförmige Verfahrensprodukt enthaltend das herzustellende Isocyanat durch Inkontaktbringen mit einer Quenchflüssigkeit abgekühlt, wobei ein das herzustellende Isocyanat umfassende, flüssiges rohe Verfahrensprodukt erhalten wird. Geeignete Quenchflüssigkeiten sind insbesondere organische Lösungsmittel, das herzustellende Isocyanat selbst oder Gemische aus dem herzustellenden Isocyanat und organischen Lösungsmitteln. Meist enthält die Quenchflüssigkeit organische Lösungsmittel. Geeignete Lösungsmittel für diesen Zweck (sowie als Lösungsmittel im Flüssigphasenverfahren) sind insbesondere Chlorbenzol, ortho-Dichlorbenzol, para-Dichlorbenzol, den Isomeren des Trichlorbenzols, Toluol, den Isomeren des Xylols und Mischungen der vorgenannten Lösungsmittel. Schritt a) kann insbesondere durchgeführt werden wie in WO 2018/114846 Al, Seite 19, Zeile 7 bis Seite 25, Zeile 33, beschrieben, wobei die Gasphasenphosgenierung (siehe Seite 21, Zeile 24 bis Seite 25, Zeile 33 der WO 2018/114846 Al) besonders bevorzugt ist.
Nach der Phosgenierung in Schritt a) erfolgt in Schritt bl die Aufarbeitung des erhaltenen, das herzustellende Isocyanat umfassende, flüssigen rohen Verfahrensproduktes. Die Aufarbeitung des rohen Isocyanats kann nach allgemein bekannten Methoden erfolgen. Beispiele sind in EP-A-1 413 571, US 2003/0230476 Al (TDI), und EP 0289 840 Bl (HDI, IDPI und H12-MDI) beschrieben.
Optional werden zunächst gelöstes Phosgen und gelöster Chlorwasserstoff aus dem in Schritt a) erhaltenen flüssigen rohen Verfahrensprodukt in einem separaten Schritt b.il abgetrennt. Diese Verfahrensführung ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Phosgenierung in Schritt a) in der Flüssigphase durchgeführt wird, weil das in einer Flüssigphasenphosgenierung erhaltene flüssige rohe Verfahrensprodukt tendenziell signifikant höhere Anteile an gelöstem Phosgen und gelöstem Chlorwasserstoff enthält als das in einer Gasphasenphosgenierung erhaltene. Schritt b.l) kann grundsätzlich in jeder dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt werden, insbesondere durch Destillation, Absorption oder eine Kombination beider. Weiter unten werden anhand von verschiedenen Varianten mögliche Ausführungsformen gezeigt.
Im Anschluss an Schritt b.l) - oder, insbesondere bei Durchführung des Schritts a) in der Gasphase - unmittelbar im Anschluss an Schritt a), kann sich eine Abtrennung von Fösungsmittel in einem separaten Schritt b.2) anschließen. Schritt b.2) kann in jeder dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt werden, insbesondere durch Destillation. Weiter unten werden anhand von verschiedenen Varianten mögliche Ausführungsformen gezeigt.
In Schritt b.3) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das herzustellende Isocyanat durch Destillation isoliert. Dies kann grundsätzlich auf jede dem Fachmann für diesen Zweck bekannte Art und Weise geschehen. Weiter unten werden anhand von verschiedenen Varianten mögliche Ausführungsformen gezeigt.
Für die Ausgestaltung der Aufarbeitung gemäß Schritt b) im Detail sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Bevorzugte Varianten sind im Folgenden am Beispiel von TDI geschildert:
Variante 1
Die Variante 1, die sich besonders dann eignet, wenn Schritt a) in der Flüssigphase durchgeführt wird, ist grundsätzlich beschrieben in Chem System’ s PERP Report for TDI/MDI (Chem Systems, Process Evaluation Research Planning TDI/MDI 98/99 S8, Tarrytown, N.Y., USA: Chem Systems 1999, S. 27 bis 32). In dieser Variante enthält das flüssige Reaktionsgemisch nach erfolgter destillativer Abtrennung von Chlorwasserstoff und Phosgen (entsprechend dem Schritt b.l) in der Terminologie der vorliegenden Erfindung) noch einen, bezogen auf seine Gesamtmasse, Fösungsmittelanteil von > 50 Massen-%, bevorzugt 51 Massen-% bis 85 Massen-%, besonders bevorzugt 55 Massen-% bis 65 Massen-%. Dieses Gemisch wird einer Fösungsmittelabtrennung (entsprechend dem Schritt b.2) in der Terminologie der vorliegenden Erfindung) zugeführt, wobei zunächst in einem Vorverdampfer ein Fösungsmittel-TDI-Gemisch in eine Fösungsmitteldestillationskolonne abdestilliert wird. In der Fösungsmitteldestillationskolonne wird Lösungsmittel abdestilliert und dem Prozess wieder zugeführt. Der Sumpfstrom dieser Lösungsmitteldestillation enthält, bezogen auf die Gesamtmasse des Sumpfes, neben TDI insbesondere noch bevorzugt 15 Massen- % bis 25 Massen-% Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse dieses Sumpfstroms. Dieser Strom wird in eine so genannte Zwischenkolonne geleitet, in der weiteres Lösungsmittel abdestilliert und das von Lösungsmittel befreite Sumpfprodukt einer letzten Destillationskolonne zur Reinigung des TDI zugeführt wird. Diese wird im Unterdrück betrieben und liefert das gereinigte verkaufsfähige Isocyanat TDI als Destillatstrom (entsprechend dem Schritt b.3) in der Terminologie der vorliegenden Erfindung). Ein Teil des TDI verbleibt im Destillationssumpfstrom dieser letzten Destillationskolonne. Die Aufgaben der Zwischenkolonne und der Destillationskolonne zur TDI-Reinigung können auch, wie in US 2003/0230476 Al, beschrieben in einer Trennwandkolonne zusammengefasst werden, wobei ein Brüdenstrom aus Leichtsiedern und Lösungsmittel, eine Fraktion reines TDI als im Bereich der Trennwand entnommener Destillatstrom sowie ein TDI und höhersiedende Komponenten (Destillationsrückstand) enthaltender Produktstrom als Destillationssumpfstrom erhalten werden. Der Destillationssumpfstrom der Destillationskolonne zur TDI-Reinigung bzw. der Zwischen- und TDI-Reinigungskolonne vereinigenden Trennwandkolonne wird zur Rückgewinnung von TDI aufgearbeitet. Zu diesem Zweck ist es möglich, diesen Strom, wie in Abbildung II.A.5 des genannten PERP-System-Berichts gezeigt, in den Vorverdampfer der Lösungsmitteldestillation zu leiten. Das Sumpfprodukt dieses Vorverdampfers wird dann der Aufarbeitung zur Rückgewinnung von darin enthaltenem TDI geleitet. Die in Chem System’ s PERP Report for TDI/MDI (Chem Systems, Process Evaluation Research Planning TDI/MDI 98/99 S8, Tarrytown, N.Y., USA: Chem Systems 1999, S. 27 bis 32) in Abbildung II. A.6 gezeigte Behandlung in der „TDI Residue Processing Facility“ kann durch den Schritt c) der vorliegenden Erfindung ersetzt werden. Da in dieser Ausführungsform das dem Schritt c) zugeführte Ausgangsmaterial infolge der Einspeisung des Destillationssumpfstromes aus dem Schritt b.3) in den Vorverdampfer der Lösungsmittelabtrennung aus Schritt b.2) noch Lösungsmittel enthält (nämlich insbesondere 2,0 Massen-% bis 10 Massen-% Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse dieses Ausgangsmaterials), ist es bevorzugt, den Schritt 1) durchzuführen und dieses Lösungsmittel dort vor der Trocknung in Schritt 2) abzutrennen. Selbstverständlich ist es auch möglich, auf die Einspeisung des Destillationssumpfstromes aus Schritt b.3) in den Vorverdampfer zu verzichten und diesen Destillationssumpfstrom stattdessen unmittelbar der Aufarbeitung in Schritt c) zuzuführen.
Variante 2
Im Gegensatz zu Variante 1 enthält in dieser Ausführungsform das flüssige Reaktionsgemisch nach erfolgter destillativer Abtrennung von Chlorwasserstoff und Phosgen noch einen, auf seine Gesamtmasse bezogenen, Lösungsmittelanteil von nur < 50,0 Massen-%. Dieses Gemisch wird einem Vorverdampfer zugeführt, aus dem ein Lösungsmittel-TDI-Gemisch in eine Destillationskolonne abdestilliert wird. In dieser Variante wird das TDI bereits in der letztgenannten Destillationskolonne vom Lösungsmittel befreit, sodass der Sumpfstrom dieser Destillationskolonne in die TDI-Reinigungskolonne geleitet werden kann, es mithin in dieser Variante eine Kolonne weniger gibt als in Variante 1. Die TDI-Reinigungskolonne wird im Unterdrück betrieben und liefert das gereinigte verkaufsfähige Isocyanat TDI als Destillatstrom. Die Aufgaben der TDI-Reinigungskolonne und der dieser vorgeschalteten Destillationskolonne können auch, wie in EP 1 413 571 A 1 beschrieben, in einer Trennwandkolonne zusammengefasst werden, wobei ein Brüdenstrom aus Leichtsiedern und Lösungsmittel, eine Lraktion reines TDI als im Bereich der Trennwand entnommener Destillatstrom sowie ein TDI und höhersiedende Komponenten (Destillationsrückstand) enthaltender Produktstrom als Destillationssumpfstrom erhalten werden. Der Destillationssumpfstrom der TDI-Reinigungskolonne bzw. der Destillationssumpfstrom der die TDI-Reinigungskolonne und der dieser vorgeschalteten Destillationskolonne vereinigenden Trennwandkolonne wird zur Rückgewinnung von TDI aufgearbeitet. Auch in Variante 2 kann diese Aufarbeitung gemäß Schritt c) der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist es möglich, diesen Strom in den oben genannten Vorverdampfer zu leiten. Das Sumpfprodukt dieses Vorverdampfers wird dann der Aufarbeitung zur Rückgewinnung von darin enthaltenem TDI geleitet. Da in dieser Ausführungsform das dem Schritt c) zugeführte Ausgangsmaterial infolge der Einspeisung des Destillationssumpfstromes in den Vorverdampfer der Lösungsmittelabtrennung noch Lösungsmittel enthält (nämlich insbesondere 2,0 Massen-% bis 10 Massen-% Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse dieses Ausgangsmaterials), ist es bevorzugt, den Schritt 1) durchzuführen und dieses Lösungsmittel dort vor der Trocknung in Schritt 2) abzutrennen. Selbstverständlich ist es auch möglich, auf die Einspeisung des Destillationssumpfstromes aus Schritt b.3) in den Vorverdampfer zu verzichten und diesen Destillationssumpfstrom stattdessen unmittelbar der Aufarbeitung in Schritt c) zuzuführen.
Variante 3
Die Variante 3 umfasst die in den Varianten 2 und 1 beschriebenen Destillationssequenzen, jedoch ohne den jeweils erwähnten Vorverdampfer, der einen flüssigen Sumpfaustrag der Aufarbeitung gemäß Schritt c) zuführt. In diesem Lall wird der Anteil an Destillationsrückstand in den beschriebenen Destillationssequenzen über die flüssigen Mengenströme bis zur jeweiligen letzten TDI-Reinigungskolonne mitgeführt. Dieses Verfahren ist prinzipiell ebenfalls bekannt (EP 1 717 223 A2). In diesem Pall erfolgt der komplette Austrag des Destillationsrückstands über den Destillationssumpfstrom der letzten Destillationskolonne (die in der Terminologie der vorliegenden Erfindung dem Schritt b.3) zuzuordnen ist). Auch in Variante 3 kann die Aufarbeitung dieses Destillationssumpfstromes gemäß Schritt c) der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Variante 4
Diese Variante wird insbesondere eingesetzt, wenn Schritt a) in der Gasphase durchgeführt wird. Da das in einer Gasphasenphosgenierung erhaltene flüssige rohe Verfahrensprodukt gelöstes Phosgen und gelösten Chlorwasserstoff allenfalls in verhältnismäßig (d. h. verglichen mit der Flüssisphasenphosgenierung) geringer Menge enthält, kann auf eine separate Abtrennung von Chlorwasserstoff und Phosgen in Schritt b.l) verzichtet werden. Das flüssige rohe Verfahrensprodukt wird entweder direkt einer Lösungsmittelabtrennung (entsprechend Schritt b.2)) zugeführt, in welcher Lösungsmittel und gegebenenfalls gelöster Chlorwasserstoff sowie gegebenenfalls gelöstes Phosgen destillativ über Kopf abgetrennt werden, oder - wenn der Lösungsmittelanteil hinreichend gering ist - es wird direkt einer TDI-Reinigungskolonne zugeführt. Die TDI-Reinigungskolonne ist in beiden Fällen bevorzugt als Trennwandkolonne ausgestaltet. Leichtsieder (also leichter als TDI siedende Nebenprodukte, gegebenenfalls noch vorhandener Chlorwasserstoff und gegebenenfalls noch vorhandenes Phosgen, gegebenenfalls Lösungsmittel sowie gegebenenfalls Inertgase) werden als Brüden über Kopf abgezogen. Das gereinigte TDI wird als Destillatstrom im Bereich der Trennwand abgeführt. Der anfallende Destillationssumpfstrom enthält den Destillationsrückstand und eine gewisse Menge TDI, die, um den Destillationssumpfstrom verarbeitbar zu halten, nicht abdestilliert wird, sowie gegebenenfalls Spurenanteile von Lösungsmittel. Anstelle einer Trennwandkolonne können selbstverständlich auch zwei in Serie geschaltete Destillationskolonnen ohne Trennwand eingesetzt werden.
In dieser Variante wird die Lösungsmittelabtrennung gemäß Schritt b.2) - sofern durchgeführt - bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 160 °C bis 200 °C und bei einem Druck im Bereich von 160 mbar bis 220 mbar durchgeführt, wobei sich beide Angaben auf den Sumpf der eingesetzten Destillationskolonne beziehen. Auf diese Weise wird ein Sumpfstrom erhalten, der, bezogen auf seine Gesamtmasse, bevorzugt 9 Massen-% bis 20 Massen-% Lösungsmittel, 79 Massen-% bis 90 Massen-% TDI und 1 bis 5 Massen-% an höher als TDI siedenden Verbindungen enthält.
Die TDI-Reinigung gemäß Schritt b.3) wird, insbesondere bei Durchführung in einer Trennwandkolonne, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 160 °C bis 200 °C und bei einem Druck im Bereich von 50 mbar bis 100 mbar durchgeführt, wobei sich beide Angaben auf den Sumpf der eingesetzten Destillationskolonne beziehen. Auf diese Weise wird ein Destillationssumpfstrom erhalten, der, bezogen auf seine Gesamtmasse, bevorzugt 0,00 Massen-% bis 1,00 Massen-% Lösungsmittel, 80,0 Massen-% bis 95,0 Massen-% TDI und 4,00 bis 20,0 Massen-% an höher als TDI siedenden Verbindungen enthält.
Unabhängig von der exakten Ausgestaltung des Schritts b) werden in Schritt b.3) in allen möglichen Verfahrensführungen (mindestens) ein Destillatstrom enthaltend einen ersten Teil des herzustellenden Isocyanats und (mindestens) ein Destillationssumpfstrom enthaltend einen zweiten Teil des herzustellenden Isocyanats und Destillationsrückstand erhalten. Die Aufarbeitung des Destillationssumpfstroms ist Gegenstand von Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie bei Variante 1 und 2 erläutert, können mit dem Destillationssumpfstrom aus Schritt b.3) auch noch weitere Sumpfströme dem Schritt c) zugeführt werden.
Der Destillationssumpfstrom besteht neben Anteilen des herzustellenden Isocyanats (die möglichst vollständig zurückgewonnen werden sollen) sowie gegebenenfalls Lösungsmittelanteilen aus dem Destillationsrückstand.
Bevorzugt ist es, den Destillationssumpfstrom zunächst in einem Schritt 1) vorzukonzentrieren, d. h. das herzustellende Isocyanat bereits teilweise durch Verdampfung abzutrennen, ohne das der verbleibende flüssige Strom fest wird. Diese Vorkonzentrierung durch partielle Verdampfung kann grundsätzlich in allen dem Fachmann bekannten Verdampfern erfolgen. Besonders bevorzugt wird Schritt 1) in einem Verdampfer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dünnschichtverdampfern, Kletterverdampfern, Fallfilmverdampfern, Langrohrverdampfern, Wendelrohrverdampfern, Zwangsumlaufentspannungsverdampfer und einer Kombination dieser Apparate durchgeführt. Dabei sind Fallfilmverdampfer besonders bevorzugt. Es ist auch möglich, mehrere Verdampfer in Serie zu schalten. Bevorzugt erfolgt die Vorkonzentrierung gemäß Schritt 1) bei einer Temperatur im Bereich von 120 °C bis 180 °C und bei einem Druck im Bereich von 10 mbapabs.) bis 60 mbapabs.), besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 130 °C bis 175 °C und bei einem Druck im Bereich von 25 mbapabs.) bis 45 mbapabs.)· Schritt 1) kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Die kontinuierliche Verfahrensführung ist bevorzugt.
In Schritt 2) erfolgt nun die Trocknung des in Schritt 1) erhaltenen, an herzustellendem Isocyanat abgereicherten, vorkonzentrierten flüssigen Stroms bzw. - bei Verzicht auf Schritt 1) - des in Schritt b.3) erhaltenen Destillationssumpfstromes in der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung. Diese Trocknung wird bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 500 °C und bei einem Druck im Bereich von 20 mbapabs.) bis 200 mbapabs.), besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 185 °C bis 320 °C und bei einem Druck im Bereich von 50 mbapabs.) bis 180 mbapabs.), ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 250 °C bis 310 °C und bei einem Druck im Bereich von 80 mbapabs.) bis 150 mbapabs.), durchgeführt.
Bei der Trocknung wird das herzustellende Isocyanat verdampft und im Kondensator verflüssigt, wodurch ursprünglich in dem zu trocknenden Strom vorhandenes Isocyanat größtenteils zurückgewonnen wird. Es verbleibt ein Feststoff, der nahezu ausschließlich aus Destillationsrückstand besteht und das herzustellende Isocyanat allenfalls noch in Spuren enthält (bevorzugt maximal l,0 Massen-% des herzustellenden Isocyanats, besonders bevorzugt maximal 0,1 Massen- % des herzustellenden Isocyanats, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des in Schritt 2) anfallenden Feststoffes). Der Feststoff wird bevorzugt kontinuierlich aus der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung ausgetragen.
Neben dem besonders bevorzugten Einsatz der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung sind natürlich noch andere Anwendungsmöglichkeiten derselben denkbar und bevorzugt. Daher ist die
Verwendung der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Destillationssumpfströmen, ölhaltigen Abfällen, Färb- oder Lackabfällen, Klärschlämmen, mit organischen Verbindungen belasteten Mineralstoffen (insbesondere entsprechend belastetem Erdreich) oder Kohleschlämmen ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Wie bereits oben ausführlich erörtert, sind Destillationssumpfströme, die in der Herstellung von Isocyanaten, insbesondere TDA, anfallen, besonders dazu prädestiniert, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgearbeitet zu werden. Gleiches gilt für die Vorläufer-Amine, insbesondere also TDA.
Aber auch Destillationssumpfströmen, die in der Raffination von Erdöl anfallen, lassen sich vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung aufarbeiten.
Die folgenden Beispiele illustrieren den Einsatz der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung in der Aufarbeitung von TDI. Dem Fachmann ist dabei sofort ersichtlich, dass die Erfindung jedoch keineswegs hierauf beschränkt ist.
Beispiele:
Eingesetzter Apparat: Schaufeltrockner, bei das zu trocknende Ausgangsmaterial auf ein beheiztes Bett aus mechanisch gerührtem und verwirbeltem Granulat aus getrocknetem Ausgangsmaterial (aus einem früheren Trocknungsvorgang) aufgegeben wird.
Der Brüdendom des Trockners wurde mit einer Ablaufrinne versehen. Die Brüdenleitung des Trockners wurde an einem Tiefpunkt mit einem Ablauftrichter versehen.
• Heiztemperatur: 280 °C bis 305 °C;
• Prozessdruck: 90 mbapabs.) bis 120 mbapabs.);
• zu trocknendes Ausgangsmaterial: 800 kg/h bis 1.100 kg/h einer Mischung aus TDI und hochsiedenden Nebenkomponenten (Rückstand) im ungefähren Massenverhältnis 1 : 1.
• Rotor-Drehzahl: 5 bis 42 Upm.
Beispiel 1 (Vergleich)
Brüdendom und Brüdenleitung waren vollständig isoliert (40 mm Mineralwolle plus aufgebrachte Bleche zum Schutz vor Nässe). Weiterhin wurde der Brüdendom inklusive des Brüdenaustrittsstutzens über einen Heizmantel mit Wärmeträgermedium einer Temperatur von 300 °C beheizt, um Kondensation zu verhindern.
Über am Brüdendom und an der Büdenleitung angebrachte Schaugläser war kein abtropfendes TDI erkennbar. Nach einer Laufzeit von 5 Tagen musste der Trockner wegen eines Differenzdruck- Aufbaus zwischen Trocknerraum und TDI-Kondensator abgefahren werden. Bei einer nachfolgenden visuellen Inspektion wurde festgestellt, dass der Brüdenaustrittsstutzen und die Brüdenleitung massiv mit Feststoffen belegt waren. An mehreren Stellen war der komplette Querschnitt des Brüdenweges verstopft. Die inneren Oberflächen des Brüdendoms waren mit einer ca. 10 cm dicken Schicht aus braunem Feststoff belegt; die TDI- Ablaufrinne war komplett in der Feststoffschicht verschwunden.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß)
Die Brüdenleitung sowie der Brüdendom des Schaufeltrockners wurden komplett abisoliert. Die Versorgung der Mantelbeheizung des Brüdendomes und des Brüdenaustrittsstutzens wurde gestoppt.
Über an den TDI-Kondensatsammelstellen an der Brüdendom-Ablaufrinne sowie am Ablauftrichter der Büdenleitung angebrachte Schaugläser konnte kontinuierlich abfließendes TDI beobachtet werden. Nach 14 Tagen Laufzeit wurde der Trockner abgestellt und der Brüdenweg visuell inspiziert. Es wurde festgestellt, dass die inneren Oberflächen des Brüdenaustrittsstutzens sowie die Brüdenleitung völlig frei von Feststoffen waren. Die inneren Oberflächen des Brüdendomes waren außer einer sehr dünnen schwarzen Schicht frei von Feststoffablagerungen. Die TDI-Ablaufrinne war bis auf einige Granulatkörnchen komplett sauber und der Ablauf frei. Somit war der komplette Brüdenweg des Trockners frei, und derselbe konnte ohne Aufbau von Differenzdruck weiter betrieben werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Trocknungsvorrichtung eingerichtet zur Durchführung eines Trocknungsvorgangs eines zu trocknenden Ausgangsmaterials unter Erhalt eines getrockneten Materials und einer Dampfphase, aufweisend:
einen Trockner umfassend einen beheizbaren Trockenraum mit einer Eintragsöffnung für das Ausgangsmaterial, einer Austragsöffnung für das getrocknete Material und einem Durchlass für die Dampfphase, wobei der Durchlass in einen Brüdendom mündet, welcher eine Austragsöffnung für die Dampfphase aufweist;
einen der Austragsöffnung für die Dampfphase nachgeschalteten Kondensator;
eine Brüdenleitung, welche die Austragsöffnung für die Dampfphase mit dem Kondensator verbindet;
wobei
(i) der Brüdendom, nicht jedoch die Brüdenleitung, so eingerichtet ist, dass in diesem während des Trocknungsvorgangs eine partielle Kondensation der Dampfphase stattfindet, oder
(ii) die Brüdenleitung, nicht jedoch der Brüdendom, so eingerichtet ist, dass in dieser während des Trocknungsvorgangs eine partielle Kondensation der Dampfphase stattfindet, oder
(iii) der Brüdendom und die Brüdenleitung so eingerichtet sind, dass in diesen während des Trocknungsvorgangs eine partielle Kondensation der Dampfphase stattfindet,
wobei
im Fall (i) im Inneren des Brüdendoms,
im Fall (ii) im Inneren der Brüdenleitung und
im Fall (iii) im Inneren des Brüdendoms und im Inneren der Brüdenleitung
eine Ablaufeinrichtung für in der partiellen Kondensation verflüssigte Bestandteile der Dampfphase angeordnet ist, wobei die Ablaufeinrichtung so eingerichtet ist, dass die in der partiellen Kondensation verflüssigten Bestandteile durch eine Austragsöffnung (i) aus dem Brüdendom, (ii) aus der Brüdenleitung oder (iii) aus dem Brüdendom und aus der Brüdenleitung abgeführt und so von in der partiellen Kondensation nicht verflüssigten
Bestandteilen der Dampfphase getrennt werden.
2. Trocknungs Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Trockner ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus produktumschaufeinden Vakuumtrocknern mit horizontaler Welle, Drehrohren, Scheibentrocknern, Bandtrocknern und Granulierschnecken.
3. Trocknungs Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Trockner ein produktumschaufelnder Vakuumtrockner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Knetertrocknern, Paddeltrocknern und Schaufeltrocknern ist.
4. Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Trockner ein Schaufeltrockner ist, der über einen Innenraum verfügt, in welchem eine um ihre Achse drehbar antreibbare Rotorwelle angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, das Ausgangsmaterial während des Trocknungsvorgangs auf ein mittels an der Rotorwelle angeordneter Rotorblätter aufgewirbeltes festes Material zu verteilen und von der Eintragsöffnung in Richtung der Austragsöffnung hin zu fördern, wobei das feste Material getrocknetes Material oder ein inerter Feststoff ist.
5. Trocknungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die partielle Kondensation der Dampfphase
(a) durch Verzicht auf Isolierung des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung oder
(b) durch Verzicht auf Beheizung des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung oder
(c) durch eine Einrichtung zur Kühlung des Brüdendoms und/oder der Brüdenleitung oder
(d) durch eine Kombination von zwei oder mehr der vorstehenden Maßnahmen realisiert wird.
6. Trocknungs Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine
Ablaufeinrichtung im Brüdendom vorhanden ist und diese ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ablaufrinnen mit angeschlossener Ablaufleitung und Tropfensammlern mit angeschlossener Ablaufleitung.
7. Trocknungs Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine
Ablaufeinrichtung in der Brüdenleitung vorhanden ist und diese ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Ablauftrichter mit angeschlossener Ablaufleitung, Tiefpunkten in der Brüdenleitung mit angeschlossener Ablaufleitung, Ablaufrinnen in der Brüdenleitung mit angeschlossener Ablaufleitung.
8. Trocknungs Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der
Kondensator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Rohrbündelwärmetauscher, einem Plattenwärmetauscher und einem Sprühkondensator.
9. Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats durch Phosgenierung des zu dem herzustellenden Isocyanat korrespondierenden primären Amins unter Erhalt eines das herzustellende Isocyanat umfassenden, flüssigen rohen Verfahrensprodukts, umfassend die destillative Aufarbeitung dieses flüssigen rohen Verfahrensprodukts unter Erhalt eines Destillationssumpfstromes; weiterhin umfassend die Aufarbeitung dieses Destillationssumpfstromes, wobei diese Aufarbeitung folgende Schritte umfasst:
1) optionale Vorkonzentrierung des Destillationssumpfstroms in einem Verdampfer durch partielle Verdampfung des in dem Destillationssumpfstrom enthaltenen herzustellenden Isocyanats, wobei ein an herzustellendem Isocyanat abgereicherter vorkonzentrierter flüssiger Strom erhalten wird;
2) Trocknung des Destillationssumpfstroms oder des in Schritt 1) erhaltenen vorkonzentrierten, an herzustellendem Isocyanat abgereicherten, flüssigen Stroms in einer Trocknungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, unter Bildung eines festen Verfahrensprodukts als getrocknetes Material, herzustellendes Isocyanat als Dampfphase gewonnen und im Kondensator verflüssigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Phosgenierung in der Flüssigphase in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Phosgenierung in der Gasphase durchgeführt wird, wobei ein gasförmiges Verfahrensprodukt enthaltend das herzustellende Isocyanat anfällt und wobei dieses gasförmige Verfahrensprodukt durch Inkontaktbringen mit einer Quenchflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lösungsmittel, dem herzustellenden Isocyanat und Gemischen aus dem herzustellenden Isocyanat und Lösungsmittel, abgekühlt und dadurch das das herzustellende Isocyanat umfassende, flüssige rohe Verfahrensprodukt erhalten wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei welchem die Trocknung in Schritt 2) bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 500 °C und bei einem Druck im Bereich von 20 mbapabs.) bis 200 mbapabs.) durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, umfassend den Schritt 1), wobei die Vorkonzentrierung bei einer Temperatur im Bereich von 120 °C bis 180 °C und bei einem Druck im Bereich von 10 mbapabs.) bis 60 mbapabs.) durchgeführt wird.
14. Verwendung einer Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Trocknung von Ausgangsmaterialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Destillationssumpfströmen, ölhaltigen Abfällen, Färb- oder Lackabfällen, Klärschlämmen, mit organischen Verbindungen belasteten Mineralstoffen und Kohleschlämmen.
15. Verwendung nach Anspruch 14, umfassend die Trocknung von Destillationssumpfströmen, wobei die Destillationssumpfströme
(a) in der Herstellung von Isocyanaten oder (b) in der Herstellung von primären Aminen, die zu Isocyanaten umgesetzt werden können, oder
(b) in der Raffination von Erdöl
anfallen.
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