DE1112506B - Verfahren zur Herstellung von Kaliumterephthalat durch thermische Umlagerung der Dikaliumsalze der Phthal- oder Isophthalsaeure bzw. deren Gemische - Google Patents

Description

Terephthalsäure ist ein begehrter Grundrohstoff für die Herstellung von wertvollen Polyesterfasern, weshalb ihre Produktion ständig zunimmt. Die Terephthalsäure bzw. ihre Methylester können auf verschiedenen Wegen hergestellt werden, wovon die S Oxydation des p-Xylols in der flüssigen Phase und die Isomerisierung von Kaliumphthalat technisch durchgeführt werden. Die Isomerisierung von Alkalisalzen aromatischer o-Dicarbonsäuren zu den p-Derivaten ist bereits bekannt. Jedoch ist diese Methode zur Herstellung von Terephthalsäure wegen der erheblichen technischen Schwierigkeiten erst seit geraumer Zeit industriell verwirklicht worden.

Die thermische Umlagerung verläuft nämlich mit größerer Geschwindigkeit nur oberhalb des Schmelzpunktes von Kaliumphthalat, wobei festes Kaliumterephthalat entsteht, das eine unbefriedigende Wärmeleitfähigkeit aufweist und so ein rasches Durchwärmen der Reaktionsmasse erschwert. Wenn man in einer dickeren Schicht arbeitet, so ist eine längere Erhitzungsdauer sowie ein größerer Temperaturabfall im Reaktionsgemisch zum vollständigen Abreagieren der Ausgangsstoffe notwendig. Das hat aber eine erhebliche thermische Zersetzung des Reaktionsgemisches und eine Herabsetzung der Ausbeute des Endproduktes zur Folge. Deshalb muß man die Reaktion in diesen Fällen unter dem Druck von Kohlendioxyd durchführen. Bei diesem Verfahren backen außerdem die Stoffe meist fest zusammen, so daß ihre Entfernung aus dem Reaktionsgefäß Schwierigkeiten bereitet.

Diese Schwierigkeit suchte man dadurch zu beseitigen, daß Dikaliumphthalat innerhalb eines Druckbehälters in einem Wirbelbett erhitzt wird, das von einem beträchtlichen Teil des den Behälter ausfüllenden Dikaliumterephthalats gebildet und durch tangential in die Füllung eingeleitete Ströme von vorerhitztem Kohlendioxyd in Wirbelbewegung gehalten wird. In dieses Wirbelbett wird mittels einer Schnecke aus einem Vorratsbehälter langsam das gut vorgetrocknete Dikaliumphthalat, dem in geringer Menge ein Katalysator zugemischt ist, eingeführt. Das zur Bildung des Wirbelbettes verwendete Dikaliumterephthalat ist während des ganzen Prozesses in einer viel größeren Menge vorhanden als das eingeleitete Dikaliumphthalat. Aus diesem Grunde muß der Druckbehälter verhältnismäßig große Abmessungen besitzen. Außerdem sind beträchtliche Kräfte erforderlich, um das Dikaliumterephthalat durch die Kohlendioxydströme in Wirbelbewegung zu erhalten. Das in die Füllung des Druckbehälters mit Dikaliumterephthalat eingeleitete Kohlendioxyd entweicht aus Verfahren zur Herstellung

von Kaliumterephthalat durch thermische

Umlagerung der Dikaliumsalze der Phthal-

oder Isophthalsäure bzw. deren Gemische

Anmelder:

Jaroslav Beranek,

Drahomir Sokol, Pardubice,

Dr.-Ing. Josef Ratusky und Frantisek Sorm,

Prag (Tschechoslowakei)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 37

Jaroslav Beranek, Drahomir Sokol, Pardubice,
Dr.-Ing. Josef Ratusky und Frantisek Sorm,

Prag (Tschechoslowakei),
sind als Erfinder genannt worden

der Füllung nach oben und wird nach neuer Erwärmung wieder in die Füllung zurückgeführt, es bewegt sich also dauernd im Kreislauf.

Es wurde nun gefunden, daß man bei Vermeidung der geschilderten Nachteile Dikaliumterephthalat in erheblich verbesserter Raumzeit-Ausbeute erhält, wenn man die pulverförmigen Kaliumsalze derPhthal- oder Isophthalsäure bzw. deren Gemische mit Hilfe eines Kohlendioxydstroms, der eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Kaliumphthalats aufweist, durch tangentiale Zuleitungen in ein als Zyklon ausgebildetes Reaktionsgefäß einführt, in das gleichzeitig auf 500 bis 800° C erhitztes Kohlendioxyd durch andere tangentiale Zuleitungen einströmt. Dadurch wird die Isomerisierung vollendet, bevor die Teilchen in Berührung mit den Wanden des Reaktionsgefäßes kommen.

Man kann die Temperatur durch Abänderung der Zufuhrgeschwindigkeit des Kohlendioxyds im ersten und zweiten Zuleitungssystem steuern, um eine Temperatur von 400 bis 600° C im Reaktionsraum zu erreichen. Die Form des Reaktionsgefäßes ist so gewählt worden, daß die Kaliumphthalatteilchen im Gasstrom völlig abreagieren, bevor sie zu den Wän-

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den des Reaktionsgefäßes kommen. In diesem Fall ist die Verweilzeit der Teilchen kürzer als 5 Sekunden. Es ist experimentell bewiesen worden, daß die erwähnte Reaktionsdauer zum quantitativen Abreagieren der Ausgangsstoffe völlig genügend ist, und zwar infolge der hohen Reaktionstemperatur und der kleinen Dimension der Teilchen. Deshalb ist es möglich, auch unter normalem Druck des Kohlendioxyds zu arbeiten, d. h., die Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach. Man kann das pulverförmige Reaktionsprodukt aus dem Reaktionsgefäß durch eine besondere tangentiale Ableitung in ein Vorratsgefäß fürKaliumterephthalats führen, wobei das Kohlendioxyd durch eine andere tangentiale Leitung zur Pumpe und zu einem Wärmeaustauscher fortgeleitet wird. Ebenso ist es möglich, die Trennung der Kaliumterephthalatteilchen vom Kohlendioxydstrom erst in einem oder mehreren dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Trennzyklonen durchzuführen.

Wenn Kaliumphthalatteilchen verschiedener Größe eingesetzt werden, so bewegen sich die Teilchen in der Richtung zu den Wänden mit verschiedenen Geschwindigkeiten, wobei die größten Teilchen am schnellsten getrieben werden.

Deshalb kann es auch geschehen, daß die größten Teilchen im Gasstrom nicht völlig abreagieren können. Wäre nun die Menge solcher Teilchen erheblich, so könnte es zu ihrem Ankleben an die Wände des Reaktionsgefäßes kommen. Diesen Nachteil kann man beseitigen, wenn man die Teilchen entweder auf eine bewegliche Schicht von Kaliumterephthalatteilchen oder den Katalysator bzw. von einem Gemisch der beiden, welche an den Wänden des Reaktionsgefäßes umlaufen, auftreffen läßt.

Wenn man die Form des Reaktionsgefäßes entsprechend wählt, ist es möglich, die Bildung einer solchen Schicht aus den Partikeln des Reaktionsproduktes und des anwesenden Katalysators zu erzwingen. Dasselbe Resultat kann man dadurch erzielen, daß man entweder von Kaliumterephthalat oder vom benutzten Katalysator Teilchen oder ein Gemisch beider in den Reaktionsraum einführt, so daß sie die Wände früher erreichen als die Kaliumphthalatteilchen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kaliumterephthalat besteht insbesondere darin, daß die Verweilzeit aller Teilchen in der Reaktionszone bei einer homogenen Temperaturverteilung gleich und sehr kurz ist. Deswegen kann man höhere Reaktionstemperaturen anwenden, wodurch der Ablauf der Umsetzung beschleunigt wird. Weil sehr beträchtliche Durchsatzgeschwindigkeiten möglich sind, so ist die Leistung der Vorrichtung erheblich und die Herstellung des Kaliumterephthalats in kontinuierlicher Weise möglich.

Beispiel 1

In ein als Zyklon ausgebildetes, 0,5 m³ fassendes Reaktionsgefäß führt man durch tangentiale Zuleitungen ein Gemisch aus 750 m^s/Stunde Kohlendioxyd, das auf eine Temperatur von 450° C vorgewärmt wurde, und 1250 kg/Stunde pulverisiertes Kaliumphthalat einer Teilchengröße weniger als 1 mm sowie 37,5 kg Katalysator ein, so daß das eintretende Reaktionsgemisch eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Kaliumphthalats hat. Durch andere tangentiale Zuleitungen strömen 4000 m³/Stunde Kohlendioxyd von 700° C ein.

Das entstehende Kaliumterephthalat wird in Trennzyklonen abgeschieden, während das Kohlendioxyd mit einer Pumpe über einen Wärmeaustauscher wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt wird. Man erhält auf diese Weise 1230 kg 88°/oiges Kaliumterephthalat je Stunde, das anschließend in bekannter Weise zu Terephthalsäure aufgearbeitet werden kann.

Beispiel 2

Die Umlagerung des Kaliumphthalats wird auf ähnliche Weise und in gleichen Mengenverhältnissen wie im Beispiel 1 durchgeführt, nur mit dem Unterschied, daß das als Zyklon ausgebildete Reaktionsgefäß zur unmittelbaren Trennung des Kaliumterephthalats vom Kohlendioxyd im Reaktionsraum eingerichtet ist. Man gewinnt so 1190 kg 90%>iges Kaliumterephthalat je Stunde.

Beispiel 3

Man führt die Umlagerung auf dieselbe Weise wie in den Beispielen 1 und 2 durch, nur verwendet man Kaliumisophthalat an Stelle des Kaliumphthalats. Man erhält in diesem Fall 1220 kg bzw. 1180 kg 88%iges Kaliumterephthalat je Stunde, je nachdem, ob nach Beispiel 1 oder Beispiel 2 gearbeitet wird.

Beispiel 4

Die Reaktion wird auf dieselbe Weise wie in den vorhergehenden Beispielen durchgeführt, nur geht man von einem Gemisch aus Kaliumphthalat, Kaliumisophthalat und Kaliumterephthalat im Verhältnis 20:60:20 aus. In diesem Fall erhält man je Stunde 1190 kg 86«/oiges Kaliumterephthalat.

Beispiel 5

Die Umlagerung von Kaliumphthalat wird unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 durchgeführt, nur leitet man durch das zweite System tangentialer Zuleitungen gleichzeitig mit dem Kohlendioxydstrom 2600 kg/Stunde pulverförmiges Kaliumterephthalat zusammen mit 100 kg/Stunde Katalysator ein. Das Kaliumterephthalat wird unmittelbar im Reaktionsraum vom Kohlendioxydstrom getrennt. Man gewinnt in diesem Fall 1190 kg 89°/oiges Kaliumterephthalat je Stunde, berechnet auf umgesetztes Dikaliumphthalat.

Die oben angegebenen 2600 kg/Stunde pulverförmiges Kaliumterephthalat befinden sich stets im Kreislauf.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Kaliumterephthalat durch thermische Umlagerung der Dikaliumsalze der Phthal- oder Isophthalsäure bzw. deren Gemische, dadurch gekennzeichnet, daß man die pulverförmigen Salze mit Hilfe eines Kohlendioxydstroms durch tangentiale Zuleitungen in ein als Zyklon ausgebildetes Reaktionsgefäß einführt, in das gleichzeitig auf 500 bis 800⁰C erhitzte Kohlendioxyd durch andere tangentiale Zuleitungen einströmt, das pulverförmige Reaktionsprodukt mit dem Kohlendioxydstrom aus der Reaktionsvorrichtung ableitet und entweder teilweise innerhalb der Vorrichtung oder in einer nachgeschalteten Vorrichtung davon trennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Hilfe des Kohlendioxydstroms in das Reaktionsgefäß pulverförmi-

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ges Kaliumterephthalat oder Katalysatorteilchen ausgebildeten Reaktionsgefäß unmittelbar vom

bzw. ein Gemisch der beiden einbringt. Kohlendioxydstrom trennt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß man 85 bis 95% des pulver- In Betracht gezogene Druckschriften:

fönnigen Reaktionsproduktes in dem als Zyklon 5 Deutsche Patentschrift Nr. 1028 577.

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