DE2241365A1

DE2241365A1 - Verfahren zur dampfphasenammonoxydation von m-xylol zu isophthalonitril

Info

Publication number: DE2241365A1
Application number: DE2241365A
Authority: DE
Inventors: Robert Allan Baillie; Peter Dr Hosler
Original assignee: Sun Research and Development Co
Current assignee: Sun Research and Development Co
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1973-03-08
Also published as: CA956649A; DE2241365B2; JPS4829738A; GB1355780A; US3801620A; DE2241365C3

Description

DA-4903

Beschreibung

zu der

Patentanmeldung
der Firma

SUN RESEARCH AND DEVELOPMENT CO.
Philadelphia, Pennsylvania, USA

betreffend

Verfahren zur Dampfphasenammonoxydatlon
von m-Xylol zu Ispphthalonitril.

(Priorität: 23. August 1971, USA - Nr₀ 173 810)

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol zu Isophthalonitril,
bei dem die gasförmigen .Produkte aus dem Ammonoxydationsreaktor auf Temperatur- und Druckbedingungen gebracht \tferden, unter denen das entstandene Isophthalonitril in der flüssigen Phase vorliegt, die flüchtigen Stoffe aus diesem flüssigen Isophthalonitril abgetrennt werden und hochreines flüs« siges Isophthalonitril als Sumpfprodukt gewonnen wird.

Die Ammonoxydation von m-Xylol zu Isophthalonitril ist eine gut bekannte Reaktion, die in der Literatur und in zahlreichen Patentschriften beschrieben ist« Bei typischen Dampfphasenammonoxydations-Verfahren wird der gasförmige Abstrom aus
dem Ammonoxydationsreaktor durch Wärmeaustausch gekühlt und die gekühlten Gase mit Wasser abgeschreckt _s wobei eine wässerige Aufschlämmung der im Wasser unlöslichen Isophthalsäure erhalten wird. Dieses Produkt wird dann filtriert, gewaschen, gewonnen und häufig erneut geschmolzen, um einer weiteren Reinigung durch Destillation unterworfen zu v/erden

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(US-PS 3 462 476, J.P. O¹Donneil et al.). Ein anderes Verfahren zur Gewinnung und zur Reinigung von Isophthalonitril besteht in der Verwendung eines organischen Lösungsmittelsystems, aus dem das Isophthalonitril anschließend kristallisiert, abfiltriert, gewaschen und in anderer Weise gereinigt wird.

Durch die Erfindung wird nun ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Isophthalonitril aus der Ammonoxydation von 'm-Xylol zugänglich, das eine hochwirksame und wirtschaftliche Methode darstellt und die Schwierigkeiten der Verfahren vermeidet , bei denen Feststoffe gehandhabt werden müssen. So werden die Verfahrensstufen des Filtrierens und Vaschens vermieden, wodurch wiederum Schwierigkeiten bei der technischen Durchführung und Kapitalinyestition für die Vorrichtung vermindert werden. Darüberhinaus wird durch das erfindungsgemäße Verfahren Isophthalonitril in flüssiger Form erhalten, d.h., in einer sehr bevorzugten Form zur weiteren Verwendung um es für technische Zv/ecke aufzuarbeiten, beispielsweise für die Hydrolyse zu Isophthalsäure.

Gegenstand der Erfindung 1st daher ein verbessertes Verfahren zur Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol zu Isophthalonitril, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der gasförmige Produktstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor bis zur Bildung der flüssigen Phase gekühlt wird, die flüchtigen Bestandteile abgetrennt werden und Isophthalonitril als Sumpfprodukt gewonnen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf Jede beliebige Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol anwenden. Dazu gehören Ammonoxydationsverfahren mit und ohne Sauerstoff und mit beliebigen der zahlreichen Katalysatoren, die für derartige Verfahren geeignet sind. Auch kann die Dampfphasenammonoxydation in einem Festbett, bewegten Bett, fluidisierten Bett oder einer anderen Art eines Reaktionsmediums durchgeführt

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werden, in welchem die Dämpfe der Reaktanten mit dem Katalysator in Kontakt gebracht v/erden. Beispiele für typische Ammonoxydationsverfahren sind in der US-PS 3 478 082, der US-PS 3 079 422 und der US-PS 3 501 517 beschrieben.

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

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gasförmige Abstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor von seiner Austrittsternperatur abgekühlt, sodaß das Isophthalonitril sich unter Bildung einer flüssigen Phase kondensiert. Dazu ist erforderlich, daß die Temperatur des Abstroms auf einen Temperaturwert von etwa 138°C bis etwa 238°C (etwa ' 280 bis etwa 460⁰F), vorzugsweise etwa 163 bis etwa 191°C (etwa 325 bis etwa 375⁰F) vermindert wird. Es ist zu betonen, daß jede Art einer Wärmeaustauschervorrichtung oder jede beliebige Methode angewendet werden kann, vorzugsweise Prozesse, die ein Wasser-Abschrecksystem und Standard-Wärmeaustauscher umfassen. Die gekühlte Flüssigkeit, die im wesentlichen im Gleichgewicht mit einer aus den unerwünschten

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Materialien bestehenden Dampfphase steht, wird dann einem oder mehreren Trennvorgängen unterworfen. Vorzugsweise wird die bei etwa 177⁰C (35O⁰F) gehaltene Flüssigkeit einer ersten Trennung durch Entspannungsverdampfung bei etwa 2,8 at (40 psia) unterworfen, um die stärker flüchtigen Materialien zu₍ entfernen, wie Wasser, Ammoniak, Xylol und dergleichen. Diesem Vorgang schließt sich eine übliche Destillation bei etwa 232⁰C bis 288⁰C (450 bis 55O⁰F) bei einem Druck von etwa 1,05 bis 2,8 at (etwa 15 bis'40 psia) an, um fast alle der Verunreinigungen über Kopf zu entfernen. Wenn in dieser Weise gearbeitet wird, besteht der Sumpf der Destillation aus Isophthalonitril hoher Reinheit (mehr als 98%).

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

Beispiel 1

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

Ein Xylolgemisch, das aus 95% m-Xylol, 1,6% o-Xylol, 0,9 % P-Xylol und 2,4% Äthylbenzol besteht, wird durch Leitung 1 in einer Rate von 4536 kg/h (10.000 lb/h) in einen Ammonoxydationsreaktor 3 eingeführt. Im wesentlichen wasserfreies Ammoniak in einer Rate von 6985 kg/h (15.400 lb/h) (Leitung 2) und der Kreislaufstrom 14 werden gleichzeitig in den Reaktor eingeführt, nachdem sie auf 399⁰C (75O⁰F) vorgeheizt wurden. Der Reaktor enthält einen aus Vanadinoxyd entweder in reiner Form, oder abgelagert auf einem inerten Träger, wie Aluminiumoxyd, bestehenden Katalysator. Der Reaktor wird cyclisch betrieben, sodaß das Vanadinoxyd abwechselnd als Sauerstoffdonor für den Aiomonoxydat ions eye lus dient und dann das reduzierte Vanadinoxyd in einem getrennten Cyclus mit Sauerstoff enthaltendem Gas wieder oxydiert wird. Die Figur zeigt einen Reaktor 3 des Festbett-Typs, in welchem die Reaktionskolon-

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nen abwechselnd im Kreislauf an den Ammonoxydationsstrom und an die Rückoxydation angeschlossen werden. Der Strom des Reaktionsprodukts 4, 13 018 kg/h (28.700 lb/h) enthält 3,8 Gew.^ Xylole, 1,0 Gew.% Benzonitril, 3,7 Gew.?o Tolunitril, 44,0 Gevi.% Phthalonitrile, 0,3 Gew.% Kohlendioxyd, 34,8 Gevj.% Wasser und 12,4 Gew.Jo Ammoniak. Zu diesem Strom, der eine Temperatur von 399⁰C (750⁰F) hat, werden durch Leitung 5 ungefähr 2721,6 kg (6000 Ib) Wasser pro Stunde gegeben und der kombinierte Strom 6 wird bei der resultierenden Temperatur von 177°C und 2,8 at (350⁰F, 40 psia) zu einem Turm 7 für die Entspannungsverdampfung geleitet. Flüssiges Isophthalonitril (IPN).wird durch Leitung 8 in einer Rate von 5 824.kg/ h (12.840 lb/h) aus dem Sumpf des Entspannungsturms abgezogen und hat die folgende Zusammensetzung: 0,6 Gew.?6 Xylole, 0,7% Benzonitril, 3,8?6 Tolunitrile und 95,O?6 Phthalonitrile. Flüssiges IPN in Leitung 8 wird in der Destillationskolonne gereinigt, wobei als Produkt ein Dinitril 10 mit einer Reinheit von 99,9# erhalten wird.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird die Kopffraktion aus dem Entspannungsturm 7 durch Leitung 12 zu Entspannungsturm 15 geführt, der bei 37,8⁰C und 2,8 at gehalten wird (100⁰F 'und 40 psia), in welchem Ammoniak und CO₂ über Kopf durch Leitung 16 entnommen werden. Die aus Wasser bestehenden Bodenfraktionen werden dann durch Leitung 17 zu einer Destillationsvorrichtung 18 geleitet, in welcher die Kohlenwasserstoffe in der Kopffraktion 19 abgezogen und mit der Kohlenwasserstoff-Kopffraktion 20 aus Destillationskolonne 9 kombiniert werden. Dieser kombinierte Strom 21 tritt in die Destillationsvorrichtung 11 ein, das über Kopf erhaltene Xylol aus Leitung 13 wird zurückgeführt und die Sumpffraktionen werden durch Leitung 22 zur Destillationskolonne 12 geführt, in der Benzonitril über Kopf abdestilliert wird* Die Nitril-Bodenfraktionen aus der Destillationskolonne 12 (überwiegend Tolunitril) werden durch Leitung 14 entnommen, um zu dem Ammon-

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Oxydationsreaktor 3 zurückgeführt zu werden.

Bei diesen Destillationen werden folgende Einzelbedingungen eingehalten:

Kolonne	über-Kopf- Temperatur	2	Sumpf- Temperatur	Böden	Rückfluß verhält nis	-Druck
9	27O⁰C (518⁰F)	277⁰C (531⁰F)	15	20	2,8 at (40 psia)
11 .	184⁰C (363⁰F)	260⁰C (500⁰F)	8	3	. 2,8 at (40 psia)
12	228⁰C (442⁰F)	268⁰C (514⁰F)	13	10	2,8 at (40 psia)
Beispiel

Eine Ammonoxydationsreaktion Wird nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise durchgeführt, wobei jedoch der Reaktionsstrom 6 indirekt mit einem Wärmeaustauscher auf 182⁰C und 2,8 at (36O⁰F, 40 psia) abgekühlt wird, bevor er zu dem Entspannungsverdampfungsturm strömt. Die Zusammensetzung des flüssigen IPN vom Boden des Entspannungsverdampfers ist folgende: 0,7 Gew.% Xylole, 0,6 Gew.% Benzonitril, 4,1 Gev.% Tolunitrile und 94,5 Phthalonitrile. Der restliche Anteil des Reinigungs- und RUckführungsschemas entspricht dem in Beispiel 1 angegebenen.

Beispiel 3

Ein Ammonoxydationsreaktor wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise betrieben, mit der Abänderung, daß 2449 ^g Dampf pro Stunde zusammen mit den frischen Xylolen, dem im Kreislauf rückgeführten Anteil und Ammoniak zu der Reaktorbeschickung gegeben wurden. Der Produktstrom einer Temperatur von 399⁰C (75O⁰F) wurde mit etwa 2722 kg (6600 Ib) Wasser pro Stunde abgekühlt, sodaß 171,1 ⁰C in dem Entspannungsverdampfungsturm erhalten wurde. Das flüssige IPN-Produkt aus

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dem Boden des Enspannungsverdampferturms hatte die folgende Zusammensetzung: 0,5 Gew.% Xylole, 0,5 Gew.% Benzonitril, 3,3 Gew.5ό Tolunitrile, 95,6^o Phthalonitrile, Der Rest des · Reinigungs- und Rückführungsschemas entspricht dem in Beispiel. 1 angegebenen.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Dampfphasenammonoxydation von m-Xylol zu Isophthalonitril, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige Produktstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor bis zur Bildung der flüssigen Phase gekühlt, flüchtige Materialien aus dieser Flüssigkeit abgetrennt v/erden und hochreines flüssiges isophthalonitril als Sumpffraktion dieser Destillation gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der gasförmige Abstrom aus dem Reaktor auf eine Temperatur zwischen etwa 138⁰C und etwa 238 C bei einem Druck von et v/a 1,05 bis 2,8 at gekühlt wird, die flüchtigen Materialien durch Entspannungsverdampfung entfernt, Isophthalonitril als Bodenfraktion abgezogen, die verbleibenden Verunreinigungen abdestilliert werden und hochreines flüssiges Isophthalonitril als Bodenfraktion gewonnen wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstrom des Ammonoxydaticnsreaktors durch Abschrecken mit Wasser gekühlt wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß der gasförmige Abstrom aus dem Ammonoxydationsreaktor auf eine Temperatur von etwa 177⁰C bei einen Druck von etwa 2,8 at gekühlt und Isophthalonitril in die flüssige Phase übergeführt wird, v/asser, Ammoniak, flüch-

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tige Nebenprodukte und nicht umgesetzes Xylol bei etwa 271⁰C und 2,8 at verdampft v/erden, Is ophthalonitr il als Bodenfraktion gewonnen und davon die verbleibenden Verunreinigungen
bei etwa 260 bis etwa 282⁰C abdestilliert v/erden, wobei, hochreines flüssiges Isophthalonitril als Bodenfraktion erhalten wird.

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