WO2025036923A1 - Production of an isocyanate by way of a gas phase reaction in several gas phase reaction arrangements operated in parallel - Google Patents
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- WO2025036923A1 WO2025036923A1 PCT/EP2024/072866 EP2024072866W WO2025036923A1 WO 2025036923 A1 WO2025036923 A1 WO 2025036923A1 EP 2024072866 W EP2024072866 W EP 2024072866W WO 2025036923 A1 WO2025036923 A1 WO 2025036923A1
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- B01J2219/00105—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids part or all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
- B01J2219/0011—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids part or all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant liquids
Definitions
- the present invention relates to a process for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction.
- the present invention also relates to a plant for carrying out the said process, a computer system for controlling the stoichiometric phosgene excess, a computer program product and a computer-implemented process for setting the stoichiometric phosgene excess.
- the present invention is concerned with the production of an isocyanate in several gas phase reaction arrangements connected in parallel.
- excess phosgene that has not reacted in the gas phase reaction is recycled as a recycle stream into a phosgene gas generation device to form a phosgene gas stream and a state parameter of the phosgene gas stream formed is adjusted via an adjustment parameter of the recycle stream.
- Isocyanates especially diisocyanates such as toluene diisocyanate, are produced on an industrial scale and are mainly used as starting materials for the production of flexible polyurethane foams, in particular for the production of upholstery and mattresses, but also as insulation or protective materials.
- One possibility for the production of isocyanates that has long been described in the state of the art is the reaction of primary amines with phosgene in a gas phase reaction. This process is characterized by the fact that under the selected reaction conditions at least the reaction components primary amine and phosgene are gaseous.
- the isocyanates produced are not thermally stable at the reaction temperatures of up to 500 °C required for the gas phase reaction and form undesirable by-products such as isocyanurates, biurets, allophanates, carbodiimides or ureas, both through thermal decomposition and through further reactions.
- undesirable by-products such as isocyanurates, biurets, allophanates, carbodiimides or ureas, both through thermal decomposition and through further reactions.
- solids accumulate at various points in the production plant during ongoing production, e.g. on the walls of gas phase reactors or in mixing nozzles for injecting liquids or gases, and increasingly block them. It is therefore of great interest to ensure that production runs smoothly to reduce the formation of such by-products as much as possible.
- WO 2018/224529 Al relates to a process for producing isocyanates by phosgenating primary amines in the gas phase, wherein a crude gaseous reaction product mixture obtained from the gas phase reaction is cooled and partially condensed by bringing it into contact with at least one stream of a quenching liquid.
- WO 2018/224529 Al describes the use of a stoichiometric excess of phosgene based on primary amine groups, which is advantageous for the gas phase reaction.
- the possibility is also mentioned of freeing a gaseous stream obtained after scrubbing from excess phosgene used in excess of stoichiometric amounts, e.g. B. by means of a cold trap, or by absorption in an inert solvent.
- WO 2022/106716 A1 describes a process for preparing isocyanates and/or polyisocyanates by reacting the corresponding amines with phosgene, comprising the steps of a) feeding a first reactant stream containing the amine in gaseous or liquid form into a reactor, b) feeding a second reactant stream containing the phosgene in gaseous form into the reactor, c) mixing and reacting the first and second reactant streams in the reactor to obtain a reaction mixture, d) cooling the reaction mixture by indirect heat transfer or by quenching with cooled reaction product to obtain a liquid reaction product, e) separating the cooled reaction mixture into a liquid reaction product containing isocyanate and a gaseous reaction product, f) purifying the liquid reaction product to obtain liquid isocyanate, and h) separating the gaseous reaction product into a first gaseous product stream essentially containing HCl and a second liquid or gaseous product stream essentially containing phosgene, where
- WO 2017/055311 A1 describes a continuously operated process for the production of isocyanates by reacting the corresponding amines with phosgene, in which, when the desired production capacity is changed, starting from an initial state with a certain production capacity and ending in a final state with a different production capacity in the transition period between the initial and final state
- the instantaneous phosgene excess at the time of the transition period at which the change in the amine mass flow is started is at least as large as, and preferably larger than, the phosgene excess during the period of production with the production capacity in the initial state before the start of the transition period, and that
- the average phosgene surplus during the transition period is greater than the phosgene surplus during the period of production with the initial production capacity before the start of the transition period.
- WO 2011/003532 A1 describes a process for preparing isocyanates by reacting primary amines with phosgene in stoichiometric excess in the gas phase, in which a) the amine is reacted with phosgene in a reactor above the boiling point of the amine, a liquid stream comprising the isocyanate and a gas stream comprising HCl and phosgene being obtained, and b) the gas stream obtained in step a) comprising HCl and Phosgene is first separated into a gas stream containing HCl and a liquid stream containing phosgene, and c) the liquid stream containing phosgene obtained in step b) is then at least partially converted into a gaseous stream containing phosgene, and d) the gaseous stream containing phosgene obtained in step c) is recycled to the reaction in step a), wherein e) the pressure of the gaseous stream containing phosgene obtained in step
- a drop in pressure in one of the gas phase reactors also affects the other gas phase reactors via the distribution device.
- a previously precisely set very short residence time of the gaseous reactants in a reaction zone of the gas phase reactor (the gas phase reaction is very fast and exothermic) before a reaction is terminated by Cooling in a quench zone can be impaired. Both too short and too long residence times can lead to a greatly increased formation of by-products.
- the desired stoichiometric excess of phosgene can also be impaired.
- the object of the invention is therefore to develop a process and a plant for carrying out the process for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction, with which the described disadvantages of the processes and plants used in the prior art are avoided or at least reduced. Furthermore, a suitable computer-implemented control system should be provided for this purpose.
- the process proposed according to the invention or the plant for carrying out the process should be able to be carried out with greater operational stability compared to processes and plants known from the prior art, in particular with regard to maintaining a desired stoichiometric excess of phosgene as consistently as possible in all gas phase reactors.
- pressure drops caused by breaking off solid residues of by-products and subsequent products deposited on the walls of gas phase reactors should be able to be compensated in order to ensure more stable reaction conditions of the gas phase reaction compared to known processes and plants, in particular with regard to a constant stoichiometric excess of phosgene in all gas phase reactors.
- the invention provides the following:
- the present invention relates to a process for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction in a plant comprising m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m), where m is a natural number in the range from 2 to 6.
- Said process comprises at least the following steps:
- P-m pass through one of m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) to adjust the stoichiometric phosgene excess before entering the m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m), and carrying out the gas phase reaction to obtain m isocyanate-comprising isocyanate crude product fluid streams (IC-1, IC-2, ..., IC-m) and m residual fluid streams (R-l, R-2, ..., R-m), wherein the m residual fluid streams (R-l, R-2, ..., R-m) each comprise excess phosgene not converted in the gas phase reaction;
- PV-1, PV-2, ..., PV-m m phosgene flow control valves
- (iv-1) optionally, combining the m residual fluid streams (R-l, R-2, ..., R-m) into n residual fluid streams (R-l, R-2, ... R-n), where n is a natural number in the range from 1 to m-1 (and in particular 1),
- 115-n collects a recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, Recycle-m or Recycle-n) comprising absorbed phosgene and the absorption medium, from which, if necessary after combining several recycle media (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n), a (single) recycle stream (Recycle) comprising phosgene is fed, and
- the present invention relates to a computer system for controlling the stoichiometric excess of phosgene in the process according to the invention for producing an isocyanate, comprising: an interface unit which is configured to read in (periodically or continuously) data which are suitable for determining a change in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ...
- a processor which is configured to calculate an adjusted setpoint value (Y)SOLL for the setting parameter (Y) (ie at least for (Yl), optionally also for (Y-2)) using the read-in data when a change in the pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) is detected, and to assign the adjusted setpoint value (Y)SOLL to a processor which is in communicative connection with the processor.
- actuator for manipulating the setting parameter (Y) in order to counteract the detected change in pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
- the present invention relates to a plant for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene in a stoichiometric excess of phosgene by means of a gas phase reaction, wherein the plant is designed to carry out the process according to the invention and further comprises the computer system according to the invention.
- the present invention relates to a computer program product which, when loaded into a memory unit of a computing unit of the computer system according to the invention and executed by the processor, detects changes in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) (periodically or continuously) after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) in the method according to the invention and, in the event of a detected change in the pressure (pP-1, pP-2, ...
- pPm adjusts the setpoint (Y)SETPOINT of the setting parameter (Y) (ie at least of the setting parameter (Yl), if necessary also of the setting parameter (Y-2)) (ie calculates a new setpoint (Y)SETPOINT) in order to counteract the change in pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
- FIG. 2 shows a more detailed representation of a production line
- the guided fluid flows shown in the drawings are mainly guided via pipes.
- the arrows shown in the drawings indicate the main flow direction of the guided fluid flows.
- the symbols PP and WT generally stand for one or more intermediate pumps PP for guiding liquids, or intermediate heat exchangers WT, through which the fluid flows shown are guided.
- a "gas phase reaction arrangement (100-1, 100-2, ... 100-m)" is understood to mean an arrangement which is designed to combine a phosgene reaction gas stream comprising phosgene and an amine reaction gas stream comprising primary amine during a gas phase reaction of a primary amine with phosgene.
- a "phosgene gas generation device (104)” is understood to mean a technical device for providing the phosgene gas stream (P) which is fed to the gas phase phosgenation.
- the phosgene gas generation device (104) the phosgene fresh fluid stream (Fresh) and the phosgene to be recycled
- the phosgene gas stream (P) is generated from a recycle stream (return). This is to be distinguished from a fresh phosgene generation device (109 in FIG. 1) in which phosgene is produced (chemically synthesized).
- the "phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n)” has a "phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n)".
- a simple example of a phosgene absorption device is an absorption column in which a liquid absorbent, for example ortho-dichlorobenzene, and gaseous phosgene are brought into contact (preferably in countercurrent), whereby the recycle medium (recycle) (solution of phosgene in ortho-dichlorobenzene) is formed and is collected in the phosgene absorption device collection region (which in the case of an absorption column is the column bottom).
- a liquid absorbent for example ortho-dichlorobenzene
- gaseous phosgene gaseous phosgene
- a "state parameter (X) of the phosgene gas stream (P)” refers to a physical and/or chemical parameter characteristic of the phosgene gas stream (P), i.e. a parameter that describes the state of the phosgene gas stream in physical and/or chemical terms.
- a state parameter can therefore be a physical or chemical parameter, for example a density, temperature, flow rate, concentration, volume or pressure of a system under consideration.
- at least the pressure (p-P) of the phosgene gas stream (P) is considered to be such a state parameter.
- a "setting parameter (Y)" refers to a parameter which influences the previously defined state parameter (X), by means of which the state parameter (X) can be set to a desired value.
- any setting parameter can be used. Parameters can be viewed by means of which the physical state of a system under consideration can be adjusted.
- at least the feedback current (Feedback) is used to adjust the state parameter (X), specifically in the form of its flow rate (f-Feedback) as the adjustment parameter (Yl).
- the "pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m)" is examined for changes.
- a change can be determined directly, for example, by continuously or periodically measuring the pressure.
- the principle of a pressure measurement using known pressure measuring devices is basically known to the person skilled in the art.
- a phosgene pressure measuring device can, for example, be an electronic, mechatronic or mechanical pressure gauge or a pressure transmitter.
- An electronic pressure gauge can be based on a pressure sensor that converts the measured pressure into an electronic signal.
- a mechanical pressure gauge can include the integration of electronic components at the measuring location.
- the measured pressure can be displayed on site, but the mechanical pressure gauge can also emit an electrical signal or contain an electrical switching function.
- the measured value can advantageously be read reliably on site with mechanical pressure gauges even if the power supply fails or the measurement signal is disturbed.
- a mechanical pressure gauge can include elastic measuring elements that deform under the influence of pressure.
- the measuring system of the mechanical pressure gauge can include a capsule, plate or Bourdon tube. Mechanical pressure gauges can be advantageous due to their robustness and ease of use.
- the phosgene pressure gauge can be a pressure transmitter.
- a pressure transmitter can be a pressure gauge that enables pressure measurement under difficult measuring conditions. Difficult measuring conditions can include, for example, corrosive, highly viscous or fibrous media, very high temperatures, poorly located measuring points, hygiene regulations or even toxic or environmentally harmful measuring media. The selection of a suitable measuring device is a routine task for the specialist and can also be carried out with the help of technical regulations, for example.
- a change in pressure (p-P-l, p-P-2, ... p-P-m) by observing the effects that a change in pressure has on other devices.
- the position of the phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) is a suitable indicator of pressure (p-P-l, p-P-2, ... p-P-m). If, for example, a phosgene flow control valve opens further and further or has to be opened, this is a sure sign of a pressure increase in the gas phase reaction arrangement downstream (the "back pressure" in the gas phase reaction arrangement increases, which must be compensated by a greater degree of opening of the phosgene flow control valve).
- the flow rate (f-return) of the recirculation flow (return) is used as the setting parameter (Y-l)".
- the flow rate (f-back) is increased to ensure a sufficiently high stoichiometric excess of phosgene. If the pressure drops (for example due to solid deposits suddenly coming loose), the flow rate (f-back) is reduced to avoid an excessively large stoichiometric excess of phosgene.
- the inventive setting (control) of the state parameter (X) of the phosgene gas stream (P) is carried out via the setting parameter (Y).
- the percentage "opening degree" of a valve describes its setting relative to the fully closed state. The opening degree of a fully closed valve is therefore 0% and that of a fully open valve is 100%.
- Phosgene is used in the context of the present invention in a molar ratio of phosgene to primary amino groups of greater than 1, ie phosgene is used in a stoichiometric excess. This so-called “stoichiometric phosgene excess” is given in % of theory. Theoretically, 1 mole of phosgene reacts with 1 mole of primary amino groups. A phosgene excess of x % compared to primary amino groups therefore corresponds to a molar ratio n(phosgene)/n(primary amino groups) i + — i + —
- a target value (PÜSOLL) is specified for the stoichiometric excess of phosgene (which must be maintained equally in each of the m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m).
- the "flow rate (f-return)" of the return flow (return) is understood to mean the quantity flow (specified as volume, quantity of substance or mass flow; also called flow rate or flow rate) of the return flow.
- the flow rate of the return flow can be measured using one or more return measuring devices.
- the principle of measuring a flow rate using known measuring devices is basically known to the person skilled in the art.
- a return measuring device can be a flow sensor or flow indicator, whereby the flow measuring device is suitable for continuously measuring a medium flowing through the flow sensor or flow indicator, such as a liquid, gas or vapor quantity of the medium flowing through.
- a flow sensor can be designed as a time measuring device (measuring a flow rate over a specified period of time).
- Flow sensors can comprise a primary media connection device, a measuring transducer and a transmitter.
- a measuring transducer can detect the liquid flowing through the primary device.
- a transmitter can then generate an output signal from the raw signal of the measuring transducer.
- a flow sensor can be, for example, a paddle wheel flow sensor, a turbine, a Rotaflow measuring device or a magnetic inductive sensor.
- Flow rates can also be determined using imaging techniques, e.g. MRI (Magnetic Resonance Imaging).
- step (i) is carried out in m amine gas generating devices (106-1, 106-2, ..., 106-m).
- step (i) an amine reaction gas stream (A) is first generated in a (single) amine gas generating device (106), which is then divided into the m amine reaction gas streams (A-1, A-2, ..., A-m).
- each of the m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m) has a reaction device (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) and one of the
- the reaction device has a separation device (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) arranged downstream of the process.
- the reaction device (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) comprises a
- Amine reaction gas stream (A-l, A-2, ..., A-m) are mixed, and wherein in the reaction zone (102-1, 102-2, ..., 102-m) the gas phase reaction of the primary amine (contained in the respective amine reaction gas stream (A-l, A-2, ..., A-m)) with phosgene (contained in the respective phosgene reaction gas stream (P-l, P-2, ..., P-m)) takes place to obtain a reaction product mixture (RP-1, RP-2, ... RP-m).
- the separation device (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) comprises a quench zone (107-1, 107-2, ..., 107-m) and a phase separation zone (108-1, 108-2, ..., 108-m) arranged downstream of the quench zone in terms of process technology, wherein in the quench zone the reaction product mixture (RP-1, RP-2, ..., RP-m) is cooled by bringing it into contact with a quench liquid to obtain a quench mixture, and wherein in the phase separation zone (108-1, 108-2, 108-m) a phase separation of the resulting quench mixture into the isocyanate crude product fluid stream (IC-1, IC-2, IC-m) and an additional crude residual fluid stream comprising isocyanate (R-crude-1, R-crude-2, R-crude-m) takes place.
- the crude residual fluid stream (R-raw-1, R-raw-2, ..., R-raw-m) comprising additional isocyanate obtained from the phase separation zone (108-1, 108-2, ..., 108-m) is fed to a washing device (105-1, 105-2, ..., 105-m) arranged downstream of the phase separation zone in terms of process technology, in which the additional isocyanate is washed out of the crude residual fluid stream (R-raw-1, R-raw-2, ..., R-raw-m) with a washing liquid to obtain the residual fluid stream (R-l, R-2, ..., R-m).
- a first partial stream of the liquid desorption medium (DesM) is returned to the phosgene gas generation device (104) via a first heat exchanger, the first partial stream being indirectly heated in the first heat exchanger by a heat transfer medium, and a second partial stream of the liquid desorption medium (DesM) is passed through a second heat exchanger, the second partial stream indirectly heating the phosgene reaction gas stream (P) in the second heat exchanger and the second partial stream of the liquid desorption medium (DesM) cooled in the process being used as a component of the washout liquid.
- the phosgene gas generation device (104) has an introduction region (111) for introducing the recycle stream (return) and a phosgene gas generation device collection region (110), wherein the desorbed phosgene and the phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream (fresh) collect in the phosgene gas generation device collection region (110) to form the phosgene reaction gas stream (P).
- a desorption column is used as the phosgene gas generating device (104), which has a sump (112) in which the liquid desorption medium (DesM) collects.
- an absorption column is used as the phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n), wherein the phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n) is arranged in a bottom of the absorption column.
- the flow rate (f-Return) of the recycle stream (Return) is adjusted by setting a first adjustment parameter (ZI) of the absorbed phosgene comprised in the recycle medium and a second adjustment parameter (Z2) of the absorbent comprised in the recycle medium.
- the flow rate (f-Return) of the recycle stream (Return) is adjusted by setting a phosgene mass (mP-1, mP-2, ..., mPm or mPn) of the absorbed phosgene contained in the recycle medium (Return-1, Return-2, ..., Return-m or Return-n) as a first adjustment parameter (Zl-1, Zl-2, ..., Zl-n or Zl-m) and an absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ...
- m-AbsM-m or m-AbsM-n of the absorption medium contained in the return medium (Return-1, Return-2, ..., Return-m or Return-n) as a second adjustment parameter (Z2-1, Z2-2, ..., Z2-n or Z2-m).
- the phosgene mass (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m or m-P-n) is adjusted by manipulating the flow rate (f-fresh) of the phosgene fresh fluid stream (fresh), wherein the absorbent mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ...
- m-AbsM-m or m-AbsM-n is adjusted by manipulating a flow rate (f-AbsM-1, f-AbsM-2, ..., f-AbsM-m or f-AbsM-n) of the absorbent fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n).
- the recycle medium (recycle-1, recycle-2, ..., recycle-m or recycle-n) comprises the absorbed phosgene and non-phosgene components, wherein the non-phosgene components comprise the absorption medium, wherein the phosgene mass (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m or m-P-n) is determined in each case by multiplying a filling level (L-recycle-1, L-recycle-2, ..., L-recycle-m or L-recycle-n) of the recycle medium in the phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ...
- m-AbsM-m or m-AbsM-n is calculated by multiplying the filling level (L-recycle-1, L-recycle-2, ..., L-recycle-m or L-recycle-n) of the recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., L-recycle-m or L-recycle-n) in the phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ...
- a non-phosgene component concentration (l-(x-P-l), l-(x-P-2), l-(x- P-m) or l-(x-P-n)] of the non-phosgene components in the return medium (return-1, return-2, ..., return-m or return-n) is calculated.
- the absorbent selected from decahydronaphthalene, toluene, xylene, chlorobenzene, para-dichlorobenzene, orü7?o-dichlorobenzene, chlorotoluene, Chloronaphthalene or mixtures thereof; preferably the absorbent is orü7?o-dichlorobenzene, and/or
- the primary amine is selected from toluenediamine, diphenylmethanediamine, xylylenediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, isophoronediamine, diaminodicyclohexylmethane or mixtures thereof; preferably the primary amine is toluenediamine.
- a target value in the range from 10% of theory to 400% of theory, preferably from 20% of theory to 150% of theory, is set for the stoichiometric phosgene excess.
- a self-learning algorithm is implemented on the processor for automatically comparing changes in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) with the stoichiometric phosgene excess and, in response thereto, for automatically setting and adjusting the setting parameter (Y), wherein the algorithm is configured to optimize the process for producing an isocyanate by adjusting the setting parameter (Y) (i.e. to counteract deviations from the stoichiometric phosgene excess more quickly).
- the process according to the invention and the plant according to the invention designed to carry it out serve to produce an isocyanate.
- the isocyanate is obtained by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction.
- any primary amine that can be evaporated without decomposition can be reacted.
- the primary amine can be a primary diamine.
- the primary amine can be an isomer mixture that includes several isomeric forms of a primary amine. If the primary amine can exist in different isomeric forms, the isomer mixture can in principle include all possible isomer distributions.
- gas phase reaction is understood to mean that during the reaction of the primary amine with phosgene to produce the isocyanate, at least the reaction components primary amine, phosgene and isocyanate are present in a gaseous state.
- the m amine reaction gas streams (Al, A-2, ..., Am), each comprising a primary amine, are first generated (see also FIG. 1).
- An amine reaction gas stream is understood to mean a gas stream which comprises the primary amine in the gaseous state.
- An amine reaction gas stream is generated in an amine gas generation device (106). It is possible to use a separate amine gas generation device (106-1, 106-2, ..., 106-m) for each of the amine reaction gas streams (Al, A-2, ..., Am) to be provided. This is shown in FIG. 1.
- a plant for carrying out the method according to the invention comprises several gas phase reaction arrangements and one or more amine gas generating devices.
- the plant comprises several amine gas generating devices, with each gas phase reaction arrangement being assigned one amine gas generating device.
- the plant preferably comprises one amine gas generating device per gas phase reaction arrangement.
- Each of the several amine gas generating devices can be arranged in the one gas phase reaction arrangement associated with it in terms of process technology.
- each of the several amine gas generating devices is part of the one gas phase reaction arrangement associated with it in terms of process technology.
- An amine gas generation device can in principle be understood as any device suitable for generating an amine reaction gas stream. Methods for generating an amine reaction gas stream are known to the person skilled in the art. The conversion of the primary amine into the gas phase can in principle take place in all amine gas generation devices known from the prior art.
- the amine gas generation device can be an evaporation apparatus such as a falling film evaporator.
- the amine gas generation device can for example be an evaporation apparatus in which a small working content is passed over a falling film evaporator with a high circulation capacity.
- evaporation apparatus can be used in which a small working content is circulated over at least one micro heat exchanger or micro evaporator.
- Such use of appropriate heat exchangers for the evaporation of amines is disclosed for example in EP 1754698.
- the evaporation process can be supported by feeding in an inert gas such as nitrogen, helium or argon, regardless of the precise design of the evaporation apparatus.
- the evaporation of the primary amine and, if necessary, its superheating, in particular to a temperature in the range from 225 °C to 430 °C, preferably 250 °C to 420 °C, particularly preferably 250 °C to 400 °C, can be carried out in several stages in order to avoid unevaporated droplets in the amine reaction gas stream generated.
- Multi-stage evaporation and superheating steps can be carried out, with droplet separators being installed between the evaporation and superheating systems and/or the evaporation apparatus also having the function of a droplet separator.
- Suitable droplet separators are known to the person skilled in the art.
- the gaseous amine which has been preheated to its target temperature, can then be introduced into the gas phase reaction arrangement. Regardless of the detailed design of the amine feed, the risk of renewed droplet formation can be counteracted by technical measures such as sufficient insulation to avoid radiation losses.
- the primary amine is selected from the group consisting of toluenediamine, diphenylmethanediamine, xylylenediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, isophoronediamine, diaminodicyclohexylmethane, and mixtures thereof. If the primary amine can be present in various isomeric forms, all isomer distributions are included. In principle, mixtures of several primary amines can also be reacted.
- the primary amine is preferably toluenediamine.
- Toluenediamine which is preferably used, comprises in particular 78% by mass to 82% by mass of 2,4-toluenediamine and 18% by mass to 22% by mass of 2,6-toluenediamine, based on the total mass of the 2,4- and 2,6-toluenediamine isomers.
- the 2,4- and 2,6-toluenediamine isomers preferably make up from 95% by mass to 100% by mass, particularly preferably from 98% by mass to 100% by mass.
- the content of toluenediamine isomers with amine groups in the 7?o position relative to one another in the toluenediamine to be used is very particularly preferably less than 0.2% by mass, based on the total mass of the toluenediamine to be used.
- Toluenediamine Processes for providing toluenediamine with the above requirements are known to the person skilled in the art.
- the phosgene gas stream (P) comprising phosgene is first generated in a phosgene gas generation device (104) and then divided into the m phosgene reaction gas streams (P-1, P-2, ... P-m) comprising phosgene.
- a phosgene gas generation device 1014
- splitting devices (not shown as separate devices in FIG. 1) are provided.
- Such a splitting device is designed to split the phosgene gas stream (P) into several phosgene reaction gas streams (P-1, P-2, P-m).
- One of the phosgene reaction gas streams (P-1, P-2, P-m) is fed to each gas phase reaction arrangement.
- a phosgene (reaction) gas stream is understood to be a gas stream which comprises phosgene in the gaseous state.
- a phosgene gas generation device (104) is understood to be a device which is designed to generate a phosgene gas stream from liquid or dissolved phosgene.
- phosgene present in the phosgene gas generation device can be heated to a temperature in the range from 200 °C to 350 °C, preferably 250 °C to 325 °C, particularly preferably 250 °C to 300 °C, for generating the phosgene gas stream and optionally diluted with an inert gas such as nitrogen, helium or argon.
- the phosgene gas stream (P) leaving a phosgene gas generation device (104) contains portions of freshly produced phosgene (fresh) and portions of recycled phosgene (recycled).
- the freshly produced phosgene comes from a fresh phosgene production facility (109), in which phosgene is synthesized from chlorine and carbon monoxide in a manner known per se.
- a phosgene gas generating device (104) which has an introduction area (111) for Introduction of the recycle stream (return) into the phosgene gas generation device (104) and a phosgene gas generation device collection area (110). Desorbed phosgene and the phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream (fresh) collect in the phosgene gas generation device collection area (110) to form the phosgene gas stream (P).
- the pressure of the phosgene gas stream formed is set as a state parameter (X) via the flow rate of the recycle stream upon introduction into the introduction area as a setting parameter (Yl).
- An introduction region (111) can be understood to mean a region which is designed to receive the recycle stream (return) and to introduce phosgene to be recycled contained in the recycle stream (return) into the phosgene gas generation device for desorption from the absorption medium.
- the introduction region can be, for example, an inlet to the phosgene gas generation device (104).
- a desorption column is used as the phosgene gas generating device (104).
- a desorption column can be understood to mean a rectification column in which a phase equilibrium between desorption and absorption prevails, with the phase equilibrium being on the desorption side.
- the phosgene to be recycled which is contained in the recycle stream, is therefore (predominantly) desorbed from the absorbent to obtain desorbed phosgene.
- the desorption column can comprise at least one separation stage, preferably several separation stages.
- the desorption column can, for example, be a tray column with horizontal trays installed at regular intervals, with each tray corresponding to a separation stage.
- Trays can consist of circular plates with several passage openings for the gas flow, so-called bells, slots or valves.
- the trays can be installed horizontally in the tray column at regular vertical intervals, for example at vertical intervals of 0.3 to 1.0 m.
- the desorption column can also contain packings, particularly in the stripping section.
- the Desorption column has a sump (112) in which liquid desorption medium (DesM) collects.
- a desorption column can be used which is fed with the recycle stream via a desorption column inlet, the desorption column inlet being arranged in the introduction region (111) of the desorption column.
- the phosgene gas generation device collection region (110) is arranged at a top of the desorption column.
- the pressure of the phosgene gas stream (P) formed in the phosgene gas generation device collection region (110) arranged at the top of the desorption column can thus be set as a state parameter (X) via the flow rate of the recycle stream when introduced into the desorption column inlet as a setting parameter (Y-1). This is particularly the case when the stream of phosgene absorbed in the absorbent, which is introduced into the desorption column inlet, is directly evaporated (at least to a considerable extent).
- each of the m gas phase reaction arrangements has a phosgene gas inlet and a separate amine gas inlet, the respective phosgene reaction gas stream being introduced into the corresponding gas phase reaction arrangement through the phosgene gas inlet and the respective amine reaction gas stream being introduced through the separate amine gas inlet.
- an adjustment means which comprises a phosgene gas valve, the phosgene flow control valve (PV-1, PV-2, ..., PV-m), arranged in particular at the phosgene gas inlet.
- an adjustment means can preferably be used which comprises an amine gas valve, i.e. an amine flow control valve (AV-1, AV-2, ..., AV-m), arranged in particular at the separate amine gas inlet.
- the actual adjustment of the amount of gaseous amine reaction gas stream required for a desired amine flow takes place by supplying energy to the amine gas generation device (106).
- the amine gas generation device and accordingly also the amine reaction gas stream generated therein, which is introduced into the gas phase reaction arrangement through the amine gas inlet, reacts very sensitively to pressure drops in the gas phase reaction arrangement.
- pressure drops can be caused in particular by the breaking off of subsequent and by-products of the gas phase reaction adhering to the inner walls of the gas phase reaction arrangement in the form of solid residues.
- a separate introduction of the phosgene reaction gas stream and the amine reaction gas stream into each of the several gas phase reaction arrangements now results in the particular advantage that in the event of a pressure drop in the gas phase reaction arrangement, a disturbance of the amine gas generation device or the generated amine reaction gas stream has no effect on the generated phosgene reaction gas stream or its introduction into the gas phase reaction arrangement.
- the plant according to the invention comprising the adjusting agent according to the invention is able to compensate for the described pressure drops in the gas phase reaction arrangement (e.g. a gas phase reactor), also by the separate introduction of the phosgene and amine reaction gas stream.
- the combination of the phosgene and amine reaction gas streams is carried out while maintaining a stoichiometric excess of phosgene with respect to the amino groups of the primary amine to be reacted.
- a preferred molar ratio of phosgene to primary amino groups in normal operation i.e.
- the excess of phosgene is therefore initially "infinite” and can reach very high values even after the first addition of the amine, such as 1900% of theory (corresponding to a molar ratio of phosgene to primary amino groups of 20:1).
- the invention allows the stoichiometric excess of phosgene to be adjusted so that it is as constant as possible, i.e. fluctuates as little as possible (the phosgene excess has a significant influence on the reaction temperature and thus on the reaction rate; the residence time also changes depending on the phosgene excess).
- the gas phase reaction arrangement comprises in particular a gas phase reactor.
- the gas phase reactor can be, for example, a tubular reactor, in particular a vertically arranged tubular reactor with a cylindrical, conical or cylindrical-conical shape.
- the gas phase reaction of the primary amine with phosgene to form the isocyanate then takes place in the gas phase reaction arrangement, with an isocyanate crude product fluid stream IC (IC-1 and IC-2 in FIG. 1) and a residual fluid stream R (R-1 and R-2 in FIG. 1) being obtained from each of the m gas phase reaction arrangements.
- the isocyanate crude product fluid stream IC obtained in each case comprises isocyanate produced.
- the residual fluid stream R in turn comprises unreacted, excess phosgene in the gas phase reaction.
- the method according to the invention basically provides for unreacted, excess phosgene to be returned to the phosgene gas generation device (104) and thus made available for the generation of the phosgene-comprising phosgene gas stream (P) and the m phosgene reaction gas streams.
- the stoichiometric phosgene excess is cyclized.
- the return of the unreacted excess phosgene contained in the residual fluid stream to the phosgene gas generation device (104) in the fourth process step (iv) optionally initially comprises, in a first sub-step (iv-1), combining the m residual fluid streams (R-1, R-2, ..., R-m) to form n residual fluid streams (R-1, R-2, ... R-n), where n is a natural number in the range from 1 to m-1 ("m minus one") and in particular 1.
- This optional step is not shown in FIG. 1, but may nevertheless be technically and economically expedient, depending on the circumstances of the individual case.
- each of the m or n residual fluid streams is then introduced into a respective phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n).
- Each phosgene absorption device has a phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n).
- an absorption medium fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n), each containing an absorption medium (AbsM) is also introduced into each of the phosgene absorption devices (103-1, 103-2, ..., AbsM-m or AbsM-n), each containing an absorption medium (AbsM).
- the excess phosgene not converted in the gas phase reaction is absorbed by the absorption medium to form phosgene to be recycled.
- the excess phosgene not converted is present in a gas stream together with the hydrogen chloride gas formed as a co-product and is washed out of this gas stream in the phosgene absorption device.
- the recycle stream (recycle) is then obtained from the phosgene absorption device, which comprises phosgene to be recycled.
- an absorption medium can be understood as any inert solvent that is suitable for absorbing phosgene.
- An inert solvent can be understood as a solvent that is at least inert towards the primary amine, phosgene and the isocyanate produced. In other words, the inert solvent is not involved in the gas phase reaction.
- the inert solvent is preferably an organic solvent.
- the organic solvent can comprise, for example, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons with or without halogen substitution, and mixtures thereof.
- Absorption of phosgene by the absorption medium is understood as the absorption of phosgene into the free volume of the absorption medium that is in a different phase than phosgene.
- phosgene that is in a gaseous state can form a gaseous phase in the phosgene absorption device, while absorption medium that is in a liquid state forms a liquid - i.e. a different - phase in the phosgene absorption device.
- the gaseous phosgene is absorbed predominantly or completely into the free volume of the liquid absorption medium.
- a particularly preferred absorption medium is ortho-dichlorobenzene.
- an absorption column is used as a phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n).
- An absorption column also called an absorber
- An absorption column is understood to mean a process engineering apparatus. understand in which the residual fluid stream is brought into contact with the absorption medium fluid stream comprising the absorption medium in order to absorb phosgene from the residual fluid stream in the absorption medium.
- a phase equilibrium between desorption and absorption can prevail, with the phase equilibrium in the absorption column being on the absorption side.
- the absorption column therefore, the unreacted, excess phosgene contained in the residual fluid stream is (predominantly) absorbed by the absorption medium to obtain phosgene for recycling.
- the absorption column can have one or more of the following six absorption column regions: a bottom, a gas inlet, a contact section, an absorption medium feed, a droplet separator, and a head.
- the absorption column can have a sump as a phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ...
- the absorption column can also have a gas inlet, the residual fluid stream being fed into the gas inlet, after which the interior is uniformly supplied with the recycle stream by suitable flow guidance (e.g. by internals).
- the absorption column can have a contact section in which the absorption takes place.
- the absorption column can also have an absorption agent feed, in which the absorption agent fluid stream is fed, after which the interior is uniformly supplied with the absorption agent by suitable flow guidance (e.g. by internals).
- the absorption column can have a droplet separator and/or an absorption column head, with a hydrogen chloride stream freed from unreacted, excess phosgene leaving the absorption column at the absorption column head.
- the absorption column can be a packed or tray column, a vortex washer, a rotary washer, a venturi washer, an immersion washer or a spray washer.
- the absorption column is preferably a packed column.
- a packed column can be understood as a column which is loosely layered with packing is filled.
- Filling elements can consist of a material that includes stainless steel.
- the absorption medium is selected from the group consisting of decahydronaphthalene, toluene, xylene, chlorobenzene, para-dichlorobenzene, ortho-dichlorobenzene, chlorotoluene, chloronaphthalene, and mixtures thereof.
- the absorption medium is preferably chlorobenzene or ortho-dichlorobenzene, particularly preferably ortho-dichlorobenzene.
- the recycle stream (recycle) obtained from the phosgene absorption device (103) and comprising phosgene to be recycled is introduced into the phosgene gas generation device (104) at a flow rate (f-recycle) in the third sub-step (iv-3), in which desorption of the phosgene to be recycled from the absorption medium takes place to obtain desorbed phosgene.
- desorption describes the release of gaseous phosgene from the phosgene absorbed in the absorption medium (dissolved in the absorption medium) obtained in the phosgene absorption device.
- the pressure during desorption should in particular be above the pressure at the inlet to the m gas phase reaction arrangements.
- a fresh phosgene fluid stream (Fresh) is introduced into the phosgene gas generation device (104).
- the phosgene gas stream (P) generated in the phosgene gas generation device is thus replaced by the desorbed phosgene and the phosgene from the additionally introduced into the phosgene gas generation device.
- the phosgene gas generation device can be a rectification column.
- a rectification column can be, for example, a tray column or a packed column. Rectification is understood to be a thermal separation process which is an extension of distillation or a series of many distillation steps.
- the main advantages of rectification are that the plant can be operated continuously and that the separation effect is many times greater than that of distillation, since the steam is mixed several times in countercurrent with the liquid. one behind the other.
- a rectification column therefore operates more efficiently in terms of energy, is less technically complex and takes up less space than a series of single distillations.
- the contact surface between the vapor and liquid phases in the rectification column is provided, for example, by internals (e.g.
- the temperatures on the separation stages of a rectification column can be influenced at a given pressure by the ratio of liquid to vapor (F/D ratio).
- the F/D ratio in rectification columns is set by the reflux ratio at the top of the column. If a liquid mixture is evaporated in the rectification column, the concentrations of the individual substances in the gas and liquid phase are determined by the temperature and pressure of the rectification column.
- gas phase reaction arrangements (100) can be provided which each have a reaction device (100a) and a separation device (100b) arranged downstream of the reaction device in terms of process technology. This is shown in FIG. 2, whereby for reasons of clarity only one of the at least two gas phase reaction arrangements (100) according to the invention is shown, namely (100-1).
- the reaction device (100a-1) the respective phosgene reaction gas stream and the respective amine reaction gas stream are combined, whereby the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place to obtain a reaction product mixture.
- reaction product mixture obtained from the reaction device (100a-l) is again cooled by contacting it with a quench liquid to obtain a quench mixture, and a phase separation of the resulting quench mixture into the isocyanate crude product fluid stream and an additional crude residual fluid stream comprising isocyanate is carried out.
- reaction devices (100a-1, 100a-2, ..., 100a-m) are provided for this purpose, each of which comprises a mixing zone (101-1, 101-2, ..., 101-m) and a reaction zone (102-1, 102-2, ..., 102-m) downstream of the mixing zone in terms of process technology.
- the corresponding phosgene reaction gas stream and the corresponding amine reaction gas stream are mixed.
- the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place to obtain the reaction product mixture (RP-1, RP-2, ... RP-m).
- the reaction product mixture comprises at least produced isocyanate.
- such separation devices (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) are also provided, each of which comprises a quench zone (107-1, 107-2, ..., 107-m) and a phase separation zone (108-1, 108-2, ..., 108-m) arranged downstream of the quench zone in terms of process technology.
- the quench zone the reaction product mixture obtained from the reaction device is cooled by bringing it into contact with a quench liquid to obtain a quench mixture.
- the quench liquid can be introduced into the quench zone in the form of one or more quench streams.
- a quench stream can, for example, comprise a portion of the isocyanate crude product fluid stream, which is branched off from the gas phase reaction arrangement after the isocyanate crude product fluid stream has been obtained and is returned to the quench zone arranged in the gas phase reaction arrangement.
- the quench liquid can, for example, be injected into the quench zone (e.g. via a mixing nozzle).
- the quench mixture obtained comprises at least the quench liquid and the isocyanate produced.
- the quench mixture obtained from the quench zone is then phase separated into the isocyanate crude product fluid stream and the crude residual fluid stream comprising additional isocyanate.
- the isocyanate crude product fluid stream comprises at least the isocyanate produced.
- FIG. 2 also shows further preferred details of the invention relating to heat transfer processes from one process stream to another.
- WT2 Heat exchanger
- PV-1 phosgene gas valve
- the phosgene reaction gas stream Pl and the amine reaction gas stream Al are mixed. This results in a mixture of at least gaseous primary amine and gaseous phosgene, which is then passed through a reaction zone 102-1 arranged within the gas phase reaction arrangement.
- the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place to produce isocyanate.
- the gaseous reaction product mixture RP-1 is brought into contact with a quench liquid and thus cooled.
- the quench liquid is introduced into the quench zone 107-1 in the form of two quench streams.
- the first quench stream corresponds to a portion of a liquid isocyanate crude product liquid stream IC-1 comprising produced isocyanate, which is branched off after being obtained from a phase separation zone (108-1) downstream of the quench zone 107-1 in terms of process technology and is pumped back into the quench zone 107-1 through a heat exchanger WT3 using a pump PP.
- the second quench stream in turn corresponds to a liquid washout stream Aus-1, which is obtained from a washout device 105-1 downstream of the phase separation zone 108-1 in terms of process technology.
- the additional crude residual fluid stream comprising isocyanate obtained from the phase separation zone is fed to a washout device downstream of the phase separation zone in terms of process technology.
- additional isocyanate is washed out of the raw residual fluid stream using a washing liquid while retaining the residual fluid stream.
- a washing liquid can basically be understood to mean any liquid that is suitable for washing out isocyanate from the raw residual fluid stream.
- the washing liquid can comprise parts of the absorbent.
- the washing liquid preferably comprises an inert solvent, and the washing liquid particularly preferably comprises a halogenated aromatic solvent such as chlorobenzene or dichlorobenzene (in particular ortho-dichlorobenzene).
- the two liquid quench streams are fed into the quench zone via a mixing nozzle
- phase separation zone 108-1 which is also arranged within the gas phase reaction arrangement.
- a phase separation of the quench mixture into a liquid phase and a gaseous phase is carried out.
- the liquid phase which comprises at least the quench liquid and liquid isocyanate produced, collects at the bottom of the phase separation zone
- phase separation zone 108-1 is discharged there through an outlet arranged at the bottom of the phase separation zone 108-1 as isocyanate crude product fluid stream IC-1.
- the gaseous phase is discharged from the phase separation zone 108-1 (e.g. via flaps for shutting off) and fed into the scrubbing device 105-1 as gaseous crude residual fluid stream R-crude-1.
- the gaseous crude residual fluid stream is scrubbed in the scrubbing device 105-1 with a scrubbing liquid which is composed of liquid desorption medium (DesM-2; see also the explanations below) taken from the heat exchanger WT2 and optionally (particularly when starting up the system) a branched-off part of a liquid absorbent fluid stream AbsM comprising an absorbent.
- DesM-2 liquid desorption medium
- Chlorobenzene or dichlorobenzene, in particular ortho-dichlorobenzene, is preferably suitable as the liquid absorbent.
- a gaseous residual fluid stream Rl is obtained from the scrubbing device 105-1, which comprises excess phosgene that was not converted in the gas phase reaction. The excess phosgene that was not converted is returned to the phosgene gas generation device 104.
- the residual fluid stream Rl is introduced via one (or more) heat exchangers WT4 into a region 114-1 of the phosgene absorption device 103-1 located above the liquid level in the sump, the phosgene absorption device 103-1 being an absorption column and the phosgene absorption device collection region 115-1 of the phosgene absorption device 103 being the sump of the absorption column.
- part of the liquid absorbent fluid stream AbsM-1 is introduced into the absorption column. In the absorption column, excess phosgene gas contained in the gaseous residual fluid stream Rl and not converted in the gas phase reaction is then absorbed by the liquid absorption medium.
- a liquid recycle medium collects in the bottom of the absorption column, which contains absorbed phosgene with a mass mP and the absorption medium with a mass m-AbsM.
- Hydrogen chloride gas (HCl-1) formed in the gas phase reaction is discharged through a gas outlet arranged at the top of the absorption column.
- the hydrogen chloride gas can optionally be converted into chlorine and hydrogen in chemical or electrochemical conversion processes.
- the chlorine obtained in this way can then be fed to the fresh phosgene generation device 109 to generate phosgene and converted there into fresh phosgene.
- the liquid recycle medium in the sump is discharged through a sump outlet arranged in the bottom of the absorption column and pumped back as a recycle stream via a heat exchanger WT5 by means of a pump into a phosgene gas generation device 104, which is a desorption column.
- the recycle stream is introduced into an introduction region 111, which is a desorption column feed.
- the recycle stream comprises at least phosgene to be returned, which has been absorbed by the absorbent.
- the phosgene to be recycled is desorbed from the absorption medium to form desorbed phosgene gas.
- a cold, liquid phosgene fresh fluid stream Frisch is introduced into a phosgene gas generation device collection area 110, which is arranged at the top of the desorption column.
- the phosgene gas stream P is formed in the phosgene gas generation device collection area 110 from the desorbed phosgene gas and the phosgene gas evaporated from the phosgene fresh fluid stream Frisch, which is discharged through a gas outlet arranged at the top of the desorption column.
- a liquid desorption medium (DesM) is also formed, which essentially consists of the absorption medium used in the phosgene absorption device 103 (i.e.
- the cooled stream of the desorption medium DesM-2 is passed into the scrubbing device 105-1.
- part of the liquid desorption medium (DesM-1) is branched off and returned to the bottom of the desorption column via a heat exchanger WT1.
- the heat exchanger WT1 serves as an evaporator of the phosgene gas generation device (desorption column) 104. It is preferred that a first partial flow (DesM-1 in FIG.
- the gas phase reaction arrangements comprise gas phase reactors.
- a gas phase reactor preferably comprises both the mixing zone 101-1 and reaction zone 102-1 as well as the quenching zone 107-1 and phase separation zone 108-1.
- both the mixing and reaction zone and the quenching and phase separation zone are arranged in the gas phase reactor.
- the respective phosgene reaction gas stream and the respective amine reaction gas stream can be introduced separately from one another into the mixing zone of the gas phase reactor. This has the advantage that in the event of a pressure drop due to the susceptibility of the amine gas generation device to failure, short bursts of amine reaction gas introduced into the gas phase reactor cannot influence or impair the supply of the respective phosgene reaction gas stream into the gas phase reactor.
- the phosgene and amine reaction gas streams are then mixed in the mixing zone, forming a gaseous reaction mixture which comprises at least the reaction components primary amine and phosgene.
- the gaseous reaction mixture can then be passed through a reaction zone of the gas phase reactor, whereby the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place.
- the gas phase reactor is preferably a tubular reactor.
- the tubular reactor preferably has a round (in particular circularly symmetrical) cross-section in the region of the mixing zone, reaction zone and quenching zone and is either cylindrical in shape or has sections of different cross-sections, so that the tubular reactor in the region of the mixing zone, reaction zone and quenching zone consists of cylinders of different diameters which are connected via conical transition pieces.
- the tubular reactor is preferably upright, with the phosgene reaction gas stream and the amine reaction gas stream (and the intermediate and end products formed from these) preferably passing through the tubular reactor from top to bottom.
- the mixing zone, reaction zone and quench zone can be arranged in this order from top to bottom in the tubular reactor.
- the phase separation zone is preferably arranged below the quench zone of the tubular reactor.
- the phase separation zone of the tubular reactor can also have a round (in particular circularly symmetrical) cross-section.
- the system or the method carried out therewith basically comprises the features shown or described in FIG. 1 and FIG. 2.
- the system shown in FIG. 3 and the method carried out therewith differ from those shown in FIG. 1 and FIG. 2 essentially in that the gas phase reaction is carried out simultaneously in six gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, and 100-6 (with a basically identical structure to the previously described gas phase reaction arrangements 100).
- the system comprises a first and a second production line, which are connected in parallel to one another.
- the first production line runs through a first Production arrangement 1000-1, which comprises the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2 and 100-3, a first washout column 105-1, a first absorption column 103-1, and a single desorption column 104.
- the second production line in turn runs via a second production arrangement 1000-2, which comprises the gas phase reaction arrangements 100-4, 100-5 and 100-6, a second washout column 105-2, a second absorption column 103-2, and the single desorption column 104.
- the parallel connection of the first and second production lines including the parallel connection of the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3 arranged in the first production line and the gas phase reaction arrangements 100-4, 100-5 and 100-6 arranged in the second production line, is implemented via several splitting devices (S) and combining devices (V) arranged in the system.
- S splitting devices
- V combining devices
- several splitting devices S are arranged in the system, which split fluid flows passed through the respective splitting device or branch off part or several parts of the fluid flow passed through.
- several combining devices V are arranged in the system, which combine partial fluid flows passed into the respective combining device to form a combined fluid flow.
- the splitting devices S and the combining devices V are each shown as hatched circles in FIG. 3.
- the phosgene gas stream P is thus divided into a first and a second production stream by a first splitting device S1, which is connected downstream of a single desorption column 104.
- the first production stream is fed into a first partial splitting device S2-1 and split there into three phosgene reaction gas streams P1, P-2 and P-3.
- the second production stream is in turn fed into a second partial splitting device S2-2 and split there into three phosgene reaction gas streams P-4, P-5 and P-6.
- Each of the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5 and 100-6 is supplied with exactly one phosgene reaction gas stream P1, P-2, P-3, P-4, P-5, and P-6 (in this assignment), ie a first phosgene reaction gas stream P1 is supplied to a first gas phase reaction arrangement 100-1, a second phosgene reaction gas stream P-2 is supplied to a second gas phase reaction arrangement 100-2, etc.
- the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2 and 100-3 arranged in the first production arrangement 1000-1 is supplied with exactly one phosgene reaction gas stream P1, P-2, P-3, P-4, P-5, and P-6 (in this assignment), ie a first phosgene reaction gas stream P1 is supplied to a first gas phase reaction arrangement 100-1, a second phosgene reaction gas stream P-2 is supplied to a second gas phase reaction arrangement 100-2, etc.
- Raw residual fluid streams R-raw-1, R-raw-2 and R-raw-3 are combined in a first partial combination device Vl-1 to form a first combined raw residual fluid stream which is fed into the first washout column 105-1.
- Raw residual fluid streams R-raw-4, R-raw-5 and R-raw-6 obtained from the gas phase reaction arrangements 100-4, 100-5 and 100-6 arranged in the second production arrangement 1000-2 are in turn combined in a second partial combination device Vl-2 to form a second combined raw residual fluid stream which is fed into the second washout column 105-2.
- a first residual fluid stream R-1 is obtained from the first washout column 105-1 arranged in the first production line and is fed into the first absorption column 103-1.
- a second residual fluid stream R-2 is obtained from the second washout column 105-2 arranged in the second production line and is fed into the second absorption column 103-2.
- the absorption medium fluid stream AbsM comprising absorption medium is split in a third splitting device S3 into a first absorption medium partial fluid stream AbsM-1, which is fed to the first absorption column 103-1, and a second absorption medium partial fluid stream AbsM-2, which is fed to the second absorption column 103-2.
- a first partial recycle stream Recycle-1 and a first hydrogen chloride stream HCl-1 are obtained from the first absorption column 103-1, and a second partial recycle stream Recycle-2 and a second hydrogen chloride stream HCl-2 are obtained from the second absorption column 103-2.
- the first partial recycle stream Recycle-1 and the second partial recycle stream Recycle-2 are combined to form a combined recycle stream (Recycle) in a second combining device V2 downstream of the absorption columns 103-1 and 103-2.
- the combined recycle stream (Recycle) is then introduced into the single desorption column 104.
- a single fresh phosgene fluid stream (Fresh) which is generated in a single fresh phosgene generation device 109, is introduced into the desorption column 104.
- the phosgene gas stream P is again formed, which is discharged and fed to the first splitting device S1.
- the method according to the invention provides for a state parameter (X) of the
- the feedback current (return) can be adjusted by means of a
- the adjustment means can comprise adjustment units that are connected to one another by signal technology.
- the adjustment means can comprise a central control unit, an evaluation unit and a measuring unit as adjustment units.
- Signal technology connections can generally be wireless or wired connections.
- the pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) of the m phosgene reaction gas flows P-l, P-2, ... P-m) that exists after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) can be measured at at least one phosgene measuring point within the system using the measuring unit of the adjustment means. Measurements of the pressure (p-P-1, p-P-2, ...
- p-P-m or generally of a state of a system under consideration can generally be carried out in one or more measuring stages or with one or more measuring devices connected in series. Connecting several measuring devices in series (a redundant measurement) has the advantage that the measurement errors of all measurements are balanced out, i.e. a more accurate measurement can be made than with just a single-stage measuring process or just one measuring device.
- Measurements can generally be carried out directly or indirectly.
- an indirect measurement can include the calculation of an indirectly measured quantity to be determined on the basis of a directly measured quantity ("soft sensor"). This is an advantage, for example, if the direct measurement of the quantity to be determined is not possible.
- a change in at least one pressure can also be determined indirectly by observing the effects that such a change has on other devices.
- the position of the phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) is a suitable indicator for the pressure fp-P-1, pP-2, ... pPm.
- the degree of opening of a phosgene flow control valve for example, has to be increased continuously, this is a sure sign of a Pressure increase in the gas phase reaction arrangement downstream in the direction of flow: If the "back pressure" to be overcome in the gas phase reaction arrangement becomes ever greater, for example due to the formation of solid deposits, the degree of opening of the phosgene flow control valve must be increased further and further in order to compensate for this. Conversely, a sudden drop in pressure (e.g. due to the detachment and falling off of solid deposits) must be counteracted by reducing the degree of opening of the phosgene flow control valve.
- a necessary change in a phosgene flow control valve is therefore a reliable indication of a change in the pressure behind it (pP-1, pP-2, ... pPm).
- a pressure change is counteracted according to the invention by using the flow rate (f-back) of the return flow (back) as the setting parameter (Yl) of the return flow (back) for the state parameter (X), i.e. at least for the pressure (pP) of the phosgene gas flow (P).
- the flow rate (f-back) of the return flow (back) as the setting parameter (Yl) of the return flow (back) for the state parameter (X), i.e. at least for the pressure (pP) of the phosgene gas flow (P).
- the flow rate (f-back) and thus the pressure (pP) of the phosgene gas stream (P) is increased in order to ensure a sufficiently high stoichiometric phosgene excess.
- the setting parameter (Y) i.e. at least the setting parameter (Yl) is adjusted.
- the flow rate (f-back) and thus the pressure (pP) of the phosgene gas stream (P) is reduced in order to avoid an unnecessarily high stoichiometric phosgene excess.
- a new setpoint (Y)SETPOINT is calculated for the setting parameter (Y) (ie at least for (Yl), if necessary also for (Y-2)) for the pressure (pP), so that at least the flow rate f-back, if necessary also the flow rate f-fresh, is adjusted.
- one or more phosgene measuring devices belonging to the measuring unit can be arranged at the phosgene measuring locations. From the measurement of the state parameter at at least one phosgene measuring location, state information, in particular the pressure (pP) at the at least one phosgene measuring location, can be obtained. The obtained state information can then be sent to a signaling device connected to the one or several phosgene measuring devices. The status information received can then be evaluated in the evaluation unit, in particular by means of the computer system according to the invention. The evaluation can then produce evaluated information on the basis of which an instruction for action is created by the evaluation unit and transmitted to the central control unit.
- state information in particular the pressure (pP) at the at least one phosgene measuring location
- the evaluation can show that the status parameter does not correspond to a desired status parameter (in particular because the pressure (pP-1, pP-2, ..., pPm) present after passing through one of the phosgene flow control valves has changed) and therefore needs to be adjusted.
- an instruction for action can be created using the evaluation unit, which is transmitted to the central control unit and states that and how the status parameter of the phosgene gas flow needs to be adjusted.
- the central control unit can then be used to adjust (set) the setting parameter of the recirculation flow.
- At least one measurement of the state of the return fluid flow can be carried out using a measuring unit at at least one return measuring location according to the measuring principle previously explained for the state parameter of the phosgene gas flow.
- a measuring unit at least one return measuring location according to the measuring principle previously explained for the state parameter of the phosgene gas flow.
- one or more return measuring devices belonging to the measuring unit can be used.
- the at least one measurement at the at least one return measuring location can provide setting information about the state of the return flow (setting parameter) at the at least one return measuring location, which is then transmitted to the evaluation unit.
- the received setting information can be evaluated by means of the evaluation unit.
- the evaluation of the setting information can show that the state of the return flow at the at least one return measuring location (actual value) does not correspond to a desired state (setpoint value) of the return flow, wherein the desired state of the return flow is suitable for setting the state parameter of the phosgene gas flow, i.e. for setting a desired state of the phosgene gas flow.
- an instruction can be created using the evaluation unit, which can be transmitted to the central control unit.
- the central control unit can then evaluate the instruction received and set the desired state of the feedback current.
- the desired By setting the state of the recirculation stream at the recirculation control location as a setting parameter, the state parameter of the phosgene gas stream is set.
- the setting of the pressure (pP) of the phosgene gas stream as a state parameter (X) can be achieved by setting a necessary flow rate of the recirculation stream as a setting parameter (Yl).
- the setting of the state parameter (X) of the phosgene gas stream is a regulation of the state parameter (X) of the phosgene gas stream via the setting parameter (Y), wherein the setting parameter (Y) is at least one setting parameter (Y-1) of the recycle stream (return), namely its flow rate (f-return).
- the setting process is therefore a control process
- the setting means is a control means for carrying out the control process.
- the control or the control process and the control means for carrying out the control process are particularly suitable for ensuring stable reaction conditions of the gas phase reaction in the gas phase reaction arrangement, in particular with regard to keeping the stoichiometric phosgene excess constant.
- a control of a state variable of a system under consideration can in principle be carried out at the same location at which a state variable of the system under consideration is also measured.
- control locations can in principle be arranged at the same locations as one or more measuring locations.
- a central control unit can be provided that controls one or more measuring devices and one or more controllers.
- a controller can in principle bring about a change in the state of a system under consideration, such as a guided fluid flow.
- the controller can, for example, be a flow rate controller that controls a flow rate of a guided fluid flow, or a level controller that controls a level of a medium in a device.
- changes in the flow rate of a controlled fluid flow or changes in a medium level in a specific device controlled by a level controller can be implemented in the form of a ramp.
- the intensity of a flow rate or level change can be increased or decreased as slowly as possible.
- the overflow of a guided liquid can be prevented in a device into which the liquid is fed at the regulated flow rate, whereby the device itself is not designed to compensate for a sudden increase in flow rate.
- a controller can be a continuous linear controller, a non-linear controller or a discontinuous controller.
- a continuous linear controller can be a P controller, I controller, D element, PI controller, PD controller, PD2 element with conjugated complex zeros, PID controller, a state controller with state or output feedback, or a controller for multi-variable systems.
- a non-linear controller can be a fuzzy controller, an adaptive controller or an extreme value controller.
- a discontinuous controller can be a two-point controller, a three-point controller or a multi-point controller.
- a controller can basically be implemented as an analog controller, digital controller, compact controller, pneumatic controller or universal controller. The controller is preferably a universal controller.
- a universal controller can be understood as a controller that can be operated as a P, PI, PD or PID controller due to the flexible setting of its controller parameters (proportional coefficient, reset time and derivative time).
- a universal controller can have standardized input and output signals, so-called standard signals.
- the input signal can come from a measuring system and the output signal can act on an actuator, which means that devices from different manufacturers can be operated together in a control loop.
- the standard signal can be an electrical standard signal.
- the electrical standard signal is preferably a current signal. Current signals can be advantageous for long signal lines, as they are less susceptible to external interference fields and a voltage drop on the signal line has no effect on the current signal.
- the central control unit can, for example, control one or more recirculation regulators and one or more phosgene pressure regulators.
- the central control unit is a universal regulator which is connected to one or more measuring devices and one or more regulators by signal technology. Accordingly, a pressure of the phosgene reaction gas stream can be regulated via a universal regulator which is connected to one or more phosgene pressure measuring devices, phosgene pressure regulators, recirculation measuring devices and recirculation regulators.
- a phosgene pressure regulator can be used as such
- a controller can be understood as one which is suitable for regulating a pressure of the phosgene gas stream (P) at at least one phosgene control location.
- a recirculation controller can in turn be understood as one which is suitable for regulating a flow rate of the recirculation stream at at least one recirculation control location.
- the process according to the invention or the plant for carrying it out is particularly suitable for generating a stable phosgene reaction gas stream in each of the gas phase reaction arrangements with a constantly adjustable state parameter X (the pressure p-P).
- a constantly adjustable state parameter X the pressure p-P
- stable reaction conditions of the gas phase reaction can be generated after introducing the phosgene reaction gas streams into the m gas phase reaction arrangements.
- the process according to the invention or the plant for carrying out the process can be operated with greater operational stability compared to known processes or plants, in particular with as constant a stoichiometric excess of phosgene as possible in each of the m gas phase reaction arrangements, which also results in higher product selectivity and space-time yield.
- each of the m or n phosgene absorption devices has a phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n) in which a recycle medium collects.
- the recycle medium comprises both absorbed phosgene and the absorption medium.
- the recycle stream is fed from the recycle medium collected in the phosgene absorption device collection area.
- several, in particular m, absorption devices connected in parallel are connected downstream of the m gas phase reaction arrangements.
- one of the several absorption devices is assigned to one of the several gas phase reaction arrangements or to a plurality of the several gas phase reaction arrangements.
- the recycle stream is fed from the several absorption devices.
- at least one combining device (not shown as a separate device in FIGS. 1 and 2) connected downstream of the absorption devices is provided. The combining device is designed to combine partial recycle streams obtained from the several absorption devices to form the recycle stream.
- the flow rate (f-return) of the return stream (return) is used as the setting parameter (Yl) and then the flow rate (f-fresh) of the introduced phosgene fresh fluid stream (Fresh) is used as the setting parameter (Y-2).
- the flow rate (f-back) of the recycle stream (back) is preferably adjusted by setting a first adjustment parameter (ZI) of the absorbed phosgene contained in the recycle medium and a second adjustment parameter (Z2) of the absorption medium contained in the recycle medium.
- the first adjustment parameter can in principle be any possible state variable of the absorbed phosgene contained in the recycle medium.
- the first adjustment parameter can be a density, temperature, mass, volume or pressure of the absorbed phosgene contained in the recycle medium.
- the second adjustment parameter of the absorption medium contained in the recycle medium can in turn be any possible state variable of the absorption medium contained in the recycle medium.
- the second adjustment parameter can be a density, temperature, mass, volume or pressure of the absorption medium contained in the recycle medium.
- An embodiment is preferred in which the flow rate (f-return) of the recycle stream (return) is adjusted by setting a phosgene mass (mP-1, mP-2, ..., mPm or mPn) of the absorbed phosgene contained in the
- Recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n) respectively comprised absorbed phosgene as the first adjustment parameter (Zl-1, Zl-2, ..., Zl-n or Zl-m) and an absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) of the absorption medium respectively comprised in the recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n) as the second adjustment parameter (Z2-1, Z2-2, ..., Z2-n or Z2-m).
- the phosgene mass (mP-1, mP-2, ..., mPm or mPn) is set by manipulating a flow rate (f-fresh) of the phosgene fresh fluid stream
- the absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) is set by manipulating a flow rate of the absorption medium fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n).
- the phosgene mass is calculated by multiplying a filling level of the return medium in the phosgene absorption device collection area and a concentration of the absorbed phosgene in the return medium.
- the absorption medium mass is calculated by multiplying the said filling level of the recycle medium in the phosgene absorption device collection area and a non-phosgene component concentration of non-phosgene components contained in the recycle medium.
- the recycle medium comprises both the absorbed phosgene and non-phosgene components.
- Non-phosgene components can be understood as all the The term "phosgene" refers to components contained in the recycle medium which are not phosgene.
- the non-phosgene components include in particular the absorption medium and in particular not the absorbed phosgene contained in the recycle medium.
- a further subject matter of the invention is a computer system for controlling the stoichiometric excess of phosgene in the process according to the invention for producing an isocyanate, comprising: an interface unit which is configured to read in (periodically or continuously) data which are suitable for determining a change in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) of the m phosgene reaction gas streams (P-l, P-2, ...
- P-m present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), and a processor which is configured to calculate an adjusted setpoint value (Y)SOLL for the setting parameter (Y) (i.e. at least for (Y-l), optionally also for (Y-2)) with the read-in data when a change in the pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) is detected, and to adjust the adjusted setpoint value (Y)TARGET to be transmitted to an actuator in communicative connection with the processor for manipulating the setting parameter (Y) in order to counteract the detected change in pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
- Y adjusted setpoint value
- processor as used in the terminology of the present invention corresponds to the common understanding in the art and can refer in particular to any logic circuit configured to perform basic operations of a computer or computer system and/or generally to a device configured to perform calculations or logical operations.
- the processor can be configured to process basic instructions that control the computer system.
- the processor can include at least one arithmetic logic unit (ALU), at least one floating point unit (FPU), such as a mathematical coprocessor or a numerical coprocessor, a plurality of registers, in particular registers used to provide operands to the ALU and to store operation results, and a memory, such as LI and L2 Cac/?e memory.
- the processor may be a multi-core processor.
- the processor may be or comprise a central processing unit (CPU). Additionally or alternatively, the processor may be or comprise a microprocessor, so that specifically the elements of the processor may be contained in a single integrated circuit (IC) chip. Additionally or alternatively, the processor may be or comprise one or more application specific integrated circuits (ASICs) and/or one or more field programmable gate arrays (FPGAs) or the like.
- ASICs application specific integrated circuits
- FPGAs field programmable gate arrays
- a self-learning algorithm is implemented on the processor for automatically comparing changes in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) with the stoichiometric phosgene excess and, in response thereto, for automatically setting and adjusting the setting parameter (Y), wherein the algorithm is configured to optimize the process for producing an isocyanate by adjusting the setting parameter (Y) (i.e. to counteract deviations from the stoichiometric phosgene excess more quickly).
- a further subject of the present invention is a computer program product which, when loaded into a memory unit of a computing unit of the computer system according to claim 19 or 20 and executed by the processor, in a method according to one of claims 1 to 18, detects changes in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) (periodically or continuously) and, when a change in the pressure (pP-1, pP-2, ...
- the invention also relates to a computer-implemented method for controlling the stoichiometric excess of phosgene in the process according to the invention, comprising:
- the plant for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene with a stoichiometric excess of phosgene by means of a gas phase reaction which is another subject of the present invention, has also already been mentioned several times and is designed to carry out the process according to the invention in it.
- the plant therefore comprises at least the devices described as necessary in connection with the process according to the invention, i.e.
- each amine gas generation device is designed to generate an amine reaction gas stream comprising primary amine.
- the phosgene gas generation device is designed to generate a phosgene gas stream and divide it into m phosgene reaction gas streams.
- the gas phase reaction arrangements are designed to combine the generated amine reaction gas streams and the generated phosgene reaction gas streams during the course of the gas phase reaction of the primary amine with phosgene, and for providing isocyanate crude product fluid streams and residual fluid streams obtained therefrom, comprising produced isocyanate, wherein the residual fluid streams comprise unreacted, excess phosgene in the gas phase reaction.
- Each phosgene absorption device is designed to receive an absorption medium fluid stream comprising the absorption medium and the residual fluid stream, further designed to absorb the unreacted, excess phosgene by the absorption medium to obtain phosgene to be recycled, and to provide a recycle stream comprising phosgene to be recycled.
- the phosgene gas generation device is designed to receive a phosgene fresh fluid stream and the recycle stream comprising phosgene to be recycled, and to desorb the phosgene to be recycled from the absorption medium to obtain desorbed phosgene.
- the phosgene gas stream is formed by the desorbed phosgene and phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream.
- the adjustment means for adjusting a state parameter (X) of the phosgene reaction gas stream via an adjustment parameter (Y) of the recycle stream is particularly suitable for ensuring stable reaction conditions of the gas phase reaction, in particular a stable stoichiometric phosgene excess, in the gas phase reaction arrangement.
- FIG. 4 shows a system for carrying out the method according to the invention with the features shown and described in FIG. 1 and FIG. 2.
- FIG. 4 also shows an exemplary setting means arranged in the system for setting a pressure pP of the phosgene reaction gas stream P as a state parameter X via the flow rate f-return of the recycle stream scaffold and the flow rate f-fresh of the fresh phosgene stream Frisch as setting parameters Y1 and Y-2.
- the control means comprises a central control unit, which is a universal controller UC, which is connected to an evaluation unit, which comprises the computer system according to the invention (not shown in FIG. 4), a measuring unit, which comprises several measuring devices and is connected to several controllers for signaling purposes. Measuring devices and controllers are shown as labeled circles in FIG. 4. Solid arrows show the flow or direction of fluid flows within the system, while dashed arrows show control loop information running between the universal controller UV and the individual measuring devices and controllers.
- the flow rate f-fresh of the fresh phosgene fluid stream Fresh is manipulated via a fresh flow rate controller FO.
- a phosgene mass m-P of the absorbed phosgene contained in the recycle medium is adjusted as a first adjustment parameter ZI.
- the phosgene mass m-P can be calculated by multiplying a fill level L-back of the recycle medium and a concentration x-P of the absorbed phosgene in the recycle medium.
- the fill level L-back depends on a first fill level L-back-1 of a first sump 115-1 of the first absorption column 103-1 and a second fill level L-back-2 of a second sump 115-2 of the second absorption column 103-2.
- the concentration x-P of the absorbed phosgene in the recycle medium depends in turn on the first concentration x-P-1 of the absorbed phosgene in the first recycle medium and on the second concentration x-P-2 of the absorbed phosgene in the second recycle medium.
- the flow rates of the recycle media Recycle-1 and Recycle-2 are manipulated by the flow rate controllers Fll and F21 assigned to them respectively.
- Al and A2 denote phosgene analyzers.
- the flow rate of the first absorption medium partial fluid flow AbsM-1 is manipulated by means of a first flow rate controller F12 and the flow rate of the second absorption medium partial fluid flow AbsM-2 is manipulated by means of a second flow rate controller F22.
- an absorption medium mass m-AbsM of the absorption medium contained in the return medium is adjusted as a second adjustment parameter Z2.
- the absorption medium mass m-AbsM can in turn be calculated by multiplying the fill level L-back of the return medium by a non-phosgene component concentration l-(x-P)] of the non-phosgene components in the return medium.
- the calculation is based on the objective that a difference A mP between an actual value (PV) and a target value (SP) of the phosgene mass mP in the return medium (RM) should be as small as possible, and the following calculation principles: mp — Trip py Trip P 0 (Equation 1),
- both an absorption medium control loop and a decoupled phosgene control loop act as level controllers.
- a first level controller LI which is arranged at the sump 215-1 of the first absorption column 103-1
- a second level controller L2 which is arranged at the sump 115-2 of the second absorption column 103-2, move the levels L-back-1 and L-back-2 in a direction necessary for control. If it turns out that the levels L-backl and L-back-2 are too low, then they are increased, etc.
- the absorption medium and phosgene control loops both act as concentration controllers, i.e. they move the concentrations x-P-1 and x-P-2 in a direction necessary for control.
- the flow rate f-Back of the recycle stream Back is adjusted.
- the flow rate f-Back of the recycle stream Back is tapped by means of a recycle controller FC at the inlet of a single desorption column 104.
- FC recycle controller
- Phosgene reaction gas stream P is adjusted using the pressure regulator PO.
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Abstract
Description
Herstellung eines Isocyanats im Wege einer Gasphasenreaktion in mehreren parallel betriebenen Gasphasenreaktionsanordnungen Production of an isocyanate by means of a gas phase reaction in several gas phase reaction arrangements operated in parallel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats durch Umsetzung eines primären Amins mit Phosgen im Wege einer Gasphasenreaktion. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Durchführung des genannten Verfahrens, ein Computersystem zur Regelung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses, ein Computerprogrammprodukt und ein computerimplementiertes Verfahren zur Einstellung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses. Konkret ist die vorliegende Erfindung mit der Herstellung eines Isocyanats in mehreren parallel geschalteten Gasphasenreaktionsanordnungen befasst. Dabei wird in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen als Rückführstrom in eine Phosgengaserzeugungseinrichtung zur Bildung eines Phosgengasstroms rückgeführt und ein Zustandsparameter des gebildeten Phosgengasstroms über einen Einstellparameter des Rückführstroms eingestellt. Mit diesem Konzept können stabile Reaktionsbedingungen der Gasphasenreaktion, insbesondere ein stabiler stöchiometrischer Phosgenüberschuss in den Gasphasenreaktionsanordnungen gewährleistet werden. The present invention relates to a process for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction. The present invention also relates to a plant for carrying out the said process, a computer system for controlling the stoichiometric phosgene excess, a computer program product and a computer-implemented process for setting the stoichiometric phosgene excess. Specifically, the present invention is concerned with the production of an isocyanate in several gas phase reaction arrangements connected in parallel. In this case, excess phosgene that has not reacted in the gas phase reaction is recycled as a recycle stream into a phosgene gas generation device to form a phosgene gas stream and a state parameter of the phosgene gas stream formed is adjusted via an adjustment parameter of the recycle stream. With this concept, stable reaction conditions of the gas phase reaction, in particular a stable stoichiometric phosgene excess in the gas phase reaction arrangements, can be ensured.
Isocyanate, insbesondere Diisocyanate wie Toluylendiisocyanat, werden großtechnisch hergestellt und dienen hauptsächlich als Ausgangsstoffe zur Herstellung von Polyurethan-Weichschäumen, insbesondere für die Produktion von Polstern und Matratzen, aber auch als Dämmstoff oder Schutzwerkstoff. Eine schon seit längerem im Stand der Technik beschriebene Möglichkeit der Herstellung von Isocyanaten ist die Umsetzung von primären Aminen mit Phosgen im Wege einer Gasphasenreaktion. Diese Verfahrensführung zeichnet sich dadurch aus, dass bei den gewählten Reaktionsbedingungen zumindest die Reaktionskomponenten primäres Amin und Phosgen gasförmig sind. Die Herstellung im Wege einer Gasphasenreaktion weist zahlreiche Vorteile gegenüber den klassischen Flüssigphasenherstellungsverfahren auf, wie erhöhte Reaktionsausbeuten, eine einfachere Aufarbeitung zum gewünschten Isocyanat, geringere Investitionskosten von Anlagen mit besagter Technologie, sowie Energie- und Rohstoffeinsparungen und einen geringeren Ausstoß von Kohlenstoffdioxid, Stickoxiden und anderen unter Umweltgesichtspunkten bedenklichen Gasen. Isocyanates, especially diisocyanates such as toluene diisocyanate, are produced on an industrial scale and are mainly used as starting materials for the production of flexible polyurethane foams, in particular for the production of upholstery and mattresses, but also as insulation or protective materials. One possibility for the production of isocyanates that has long been described in the state of the art is the reaction of primary amines with phosgene in a gas phase reaction. This process is characterized by the fact that under the selected reaction conditions at least the reaction components primary amine and phosgene are gaseous. Production by means of a gas phase reaction has numerous advantages over the classic liquid phase production processes, such as increased reaction yields, simpler processing to the desired isocyanate, lower investment costs for plants with the said technology, as well as energy and raw material savings and lower emissions of Carbon dioxide, nitrogen oxides and other environmentally harmful gases.
Die Gasphasenreaktion stellt den Hersteller jedoch auch vor besondere Herausforderungen. So sind die hergestellten Isocyanate bei den für die Gasphasenreaktion notwendigen Reaktionstemperaturen von bis zu 500 °C thermisch nicht stabil und bilden, sowohl durch thermischen Zerfall als auch durch Weiterreaktionen, unerwünschte Nebenprodukte wie Isocyanurate, Biurete, Allophanate, Carbodiimide oder Harnstoffe. Als Folge der Nebenproduktbildung lagern sich Feststoffe bei laufender Produktion an verschiedenen Stellen in der Produktionsanlage an, z. B. an den Wänden von Gasphasenreaktoren oder in Mischdüsen zum Eindüsen von Flüssigkeiten oder Gasen, und blockieren diese zunehmend. Es ist daher von hohem Interesse für einen reibungslosen Ablauf der Produktion, die Bildung solcher Nebenprodukte so weit wie möglich zu reduzieren. Dazu ist es im Stand der Technik heute beispielsweise bevorzugt, das in der Gasphasenreaktion entstandene gasförmige Reaktionsproduktgemisch durch Inkontaktbringen mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Quenchflüssigkeiten unter möglichst vollständiger Kondensation des gebildeten Isocyanats auf Temperaturen unter 150 °C abzukühlen, um Zersetzungs- und Folgereaktionen zu unterbinden. So betrifft beispielsweise WO 2018/224529 Al ein Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten durch Phosgenierung primärer Amine in der Gasphase, wobei ein aus der Gasphasenreaktion erhaltenes rohes gasförmiges Reaktionsproduktgemisch durch Inkontaktbringen mit mindestens einem Strom einer Quenchflüssigkeit abgekühlt und teilweise kondensiert wird. WO 2018/224529 Al beschreibt dabei den Einsatz eines für die Gasphasenreaktion vorteilhaften, auf primäre Amingruppen bezogenen stöchiometrischen Überschusses an Phosgen. Es wird zudem die Möglichkeit genannt, einen nach dem Auswaschen erhaltenen gasförmigen Strom von überstöchiometrisch eingesetztem überschüssigem Phosgen zu befreien, z. B. mittels einer Kühlfalle, oder durch Absorption in einem inerten Lösungsmittel. However, the gas phase reaction also presents manufacturers with particular challenges. The isocyanates produced are not thermally stable at the reaction temperatures of up to 500 °C required for the gas phase reaction and form undesirable by-products such as isocyanurates, biurets, allophanates, carbodiimides or ureas, both through thermal decomposition and through further reactions. As a result of the formation of by-products, solids accumulate at various points in the production plant during ongoing production, e.g. on the walls of gas phase reactors or in mixing nozzles for injecting liquids or gases, and increasingly block them. It is therefore of great interest to ensure that production runs smoothly to reduce the formation of such by-products as much as possible. For this purpose, it is currently preferred in the prior art, for example, to cool the gaseous reaction product mixture formed in the gas phase reaction to temperatures below 150 °C by bringing it into contact with quenching liquids that are inert under the reaction conditions, with as complete condensation of the isocyanate formed as possible, in order to prevent decomposition and subsequent reactions. For example, WO 2018/224529 Al relates to a process for producing isocyanates by phosgenating primary amines in the gas phase, wherein a crude gaseous reaction product mixture obtained from the gas phase reaction is cooled and partially condensed by bringing it into contact with at least one stream of a quenching liquid. WO 2018/224529 Al describes the use of a stoichiometric excess of phosgene based on primary amine groups, which is advantageous for the gas phase reaction. The possibility is also mentioned of freeing a gaseous stream obtained after scrubbing from excess phosgene used in excess of stoichiometric amounts, e.g. B. by means of a cold trap, or by absorption in an inert solvent.
WO 2022/106716 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten und/oder Polyisocyanaten durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen, umfassend die Schritte a) Einspeisen eines ersten Reaktantenstroms, der das Amin in gasförmiger oder flüssiger Form enthält, in einen Reaktor, b) Einspeisen eines zweiten Reaktantenstroms, der das Phosgen in gasförmiger Form enthält, in den Reaktor, c) Mischen und Reagieren des ersten und zweiten Reaktantenstroms in dem Reaktor, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, d) Abkühlen des Reaktionsgemischs durch indirekte Wärmeübertragung oder durch Abschrecken mit gekühltem Reaktionsprodukt, um ein flüssiges Reaktionsprodukt zu erhalten, e) Auftrennen des gekühlten Reaktionsgemischs in ein flüssiges Reaktionsprodukt, das Isocyanat enthält, und ein gasförmiges Reaktionsprodukt, f) Reinigen des flüssigen Reaktionsprodukts, um flüssiges Isocyanat zu erhalten, und h) Auftrennen des gasförmigen Reaktionsprodukts in einen ersten gasförmigen Produktstrom, der im Wesentlichen HCl enthält, und einen zweiten flüssigen oder gasförmigen Produktstrom, der im Wesentlichen Phosgen enthält, wobei in den Schritten a) bis f) und h) kein flüssiges Lösungsmittel verwendet wird. WO 2022/106716 A1 describes a process for preparing isocyanates and/or polyisocyanates by reacting the corresponding amines with phosgene, comprising the steps of a) feeding a first reactant stream containing the amine in gaseous or liquid form into a reactor, b) feeding a second reactant stream containing the phosgene in gaseous form into the reactor, c) mixing and reacting the first and second reactant streams in the reactor to obtain a reaction mixture, d) cooling the reaction mixture by indirect heat transfer or by quenching with cooled reaction product to obtain a liquid reaction product, e) separating the cooled reaction mixture into a liquid reaction product containing isocyanate and a gaseous reaction product, f) purifying the liquid reaction product to obtain liquid isocyanate, and h) separating the gaseous reaction product into a first gaseous product stream essentially containing HCl and a second liquid or gaseous product stream essentially containing phosgene, wherein no liquid solvent is used in steps a) to f) and h).
WO 2017/055311 Al beschreibt ein kontinuierlich betriebenes Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten durch Umsetzung der korrespondierenden Amine mit Phosgen, bei dem bei einer Änderung der angestrebten Produktionskapazität ausgehend von einem Anfangszustand mit einer bestimmten Produktionskapazität und endend in einem Endzustand mit einer anderen Produktionskapazität in der Übergangsperiode zwischen Anfangs- und Endzustand WO 2017/055311 A1 describes a continuously operated process for the production of isocyanates by reacting the corresponding amines with phosgene, in which, when the desired production capacity is changed, starting from an initial state with a certain production capacity and ending in a final state with a different production capacity in the transition period between the initial and final state
- der momentane Phosgenüberschuss zu dem Zeitpunkt der Übergangsperiode, bei dem mit der Änderung des Amin-Massenstroms begonnen wird, mindestens genau so groß ist wie und bevorzugt größer ist als der Phosgenüberschuss während des Zeitraums der Produktion mit der Produktionskapazität im Anfangszustand vor Beginn der Übergangsperiode, und dass - the instantaneous phosgene excess at the time of the transition period at which the change in the amine mass flow is started is at least as large as, and preferably larger than, the phosgene excess during the period of production with the production capacity in the initial state before the start of the transition period, and that
- der durchschnittliche Phosgenüberschuss während der Übergangsperiode größer ist als der Phosgenüberschuss während des Zeitraums der Produktion mit der Produktionskapazität im Anfangszustand vor Beginn der Übergangsperiode. - the average phosgene surplus during the transition period is greater than the phosgene surplus during the period of production with the initial production capacity before the start of the transition period.
WO 2011/003532 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Isocyanaten durch Umsetzung von primären Aminen mit Phosgen im stöchiometrischen Überschuss in der Gasphase, bei dem a) das Amin mit Phosgen in einem Reaktor oberhalb der Siedetemperatur des Amins umgesetzt wird, wobei ein das Isocyanat enthaltender flüssiger Strom und ein Gasstrom enthaltend HCl und Phosgen erhalten wird, und b) der in Schritt a) erhaltene Gasstrom enthaltend HCl und Phosgen zunächst in einen HCl enthaltenden Gasstrom und einen Phosgen enthaltenden flüssigen Strom aufgetrennt wird, und c) der in Schritt b) erhaltene Phosgen enthaltende flüssige Strom dann zumindest teilweise in einen gasförmigen Strom enthaltend Phosgen überführt wird, und d) der in Schritt c) erhaltene gasförmige Strom enthaltend Phosgen wieder in die Umsetzung in Schritt a) zurückgeführt wird, wobei e) der Druck des in Schritt c) erhaltenen gasförmigen Stroms enthaltend Phosgen höher ist als der Druck des in Schritt b) erhaltenen Phosgen enthaltenden flüssigen Stroms. WO 2011/003532 A1 describes a process for preparing isocyanates by reacting primary amines with phosgene in stoichiometric excess in the gas phase, in which a) the amine is reacted with phosgene in a reactor above the boiling point of the amine, a liquid stream comprising the isocyanate and a gas stream comprising HCl and phosgene being obtained, and b) the gas stream obtained in step a) comprising HCl and Phosgene is first separated into a gas stream containing HCl and a liquid stream containing phosgene, and c) the liquid stream containing phosgene obtained in step b) is then at least partially converted into a gaseous stream containing phosgene, and d) the gaseous stream containing phosgene obtained in step c) is recycled to the reaction in step a), wherein e) the pressure of the gaseous stream containing phosgene obtained in step c) is higher than the pressure of the liquid stream containing phosgene obtained in step b).
Trotz bekannter Möglichkeiten, die Bildung von Nebenprodukten zu verringern, bergen die im Stand der Technik bekannten Verfahren jedoch noch immer den Nachteil, dass sich Zersetzungs- und Nebenprodukte in Form von, insbesondere festen, Rückständen nie vollständig vermeiden lassen, insbesondere nicht deren Absetzen an den Reaktorwänden von üblicherweise eingesetzten Gasphasenreaktoren. Dieses sogenannte „Caking" kann plötzlich von den Reaktorwänden abbrechen, und damit einen drastischen Druckabfall in dem eingesetzten Gasphasenreaktor erzeugen. Insbesondere zur Generierung der in der Gasphasenreaktion eingesetzten Aminreaktionsgase eingesetzte Amingaserzeugungseinrichtungen reagieren sehr empfindlich auf einen solchen Druckabfall, und es kommt zu einem sehr kurzen, heftigen Ausstoß von Aminreaktionsgas in den Gasphasenreaktor. Werden mehrere Gasphasenreaktoren parallel betrieben und aus einer allen gemeinsamen Phosgengaserzeugeranlage über eine Verteileinrichtung mit gasförmigem Phosgen versorgt, so wirkt sich ein Druckabfall in einem der Gasphasenreaktoren über die Verteileinrichtung auch auf die anderen Gasphasenreaktoren aus. Es bilden sich also instabile Betriebs- und Reaktionsbedingungen, welche die Bildung von Nebenprodukten wiederum begünstigen, und den Herstellungsprozess zusätzlich destabilisieren. So kann beispielsweise eine zuvor exakt eingestellte sehr kurze Verweilzeit der gasförmigen Reaktanden in einer Reaktionszone des Gasphasenreaktors (die Gasphasenreaktion ist sehr schnell und exotherm) vor einem Reaktionsabbruch durch Abkühlen in einer Quenchzone beeinträchtigt werden. Sowohl zu kurze als auch zu lange Verweilzeiten können hier zu einer stark erhöhten Nebenproduktbildung führen. Ebenso kann der angestrebte stöchiometrischen Phosgenüberschuss beeinträchtigt werden. Die möglichst genaue Einhaltung eines zuvor festgelegten stöchiometrischen Phosgenüberschusses, also die Gewährleistung eines definierten, zuvor festgelegten molaren Verhältnisses von Phosgen zu primären Aminogruppen, wobei dieses molare Verhältnis größer als 1 ist (Phosgen also in Bezug auf primäre Aminogruppen überstöchiometrisch, also im Überschuss eingesetzt wird), hat sich für eine störungsfreie Reaktion als von großer Wichtigkeit herausgestellt. Despite known possibilities to reduce the formation of by-products, the processes known in the prior art still have the disadvantage that decomposition and by-products in the form of residues, in particular solid residues, can never be completely avoided, in particular not their deposition on the reactor walls of commonly used gas-phase reactors. This so-called "caking" can suddenly break off from the reactor walls, thereby causing a drastic drop in pressure in the gas phase reactor used. Amine gas generation devices used to generate the amine reaction gases used in the gas phase reaction in particular react very sensitively to such a drop in pressure, and a very brief, violent discharge of amine reaction gas into the gas phase reactor occurs. If several gas phase reactors are operated in parallel and supplied with gaseous phosgene from a common phosgene gas generation system via a distribution device, a drop in pressure in one of the gas phase reactors also affects the other gas phase reactors via the distribution device. This creates unstable operating and reaction conditions, which in turn promote the formation of by-products and further destabilize the production process. For example, a previously precisely set very short residence time of the gaseous reactants in a reaction zone of the gas phase reactor (the gas phase reaction is very fast and exothermic) before a reaction is terminated by Cooling in a quench zone can be impaired. Both too short and too long residence times can lead to a greatly increased formation of by-products. The desired stoichiometric excess of phosgene can also be impaired. The most precise possible adherence to a previously defined stoichiometric Phosgene excess, i.e. ensuring a defined, previously determined molar ratio of phosgene to primary amino groups, whereby this molar ratio is greater than 1 (phosgene is used in excess of stoichiometric amounts in relation to primary amino groups), has proven to be of great importance for a trouble-free reaction.
Aufgabe der Erfindung ist demnach die Entwicklung eines Verfahrens sowie einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats durch Umsetzung eines primären Amins mit Phosgen im Wege einer Gasphasenreaktion, mit dem die beschriebenen Nachteile der im Stand der Technik eingesetzten Verfahren und Anlagen vermieden oder zumindest vermindert werden. Ferner sollte eine hierzu geeignete computerimplementierte Regelung bereitgestellt werden. So soll das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren bzw. die Anlage zur Durchführung des Verfahrens im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Anlagen unter höherer Betriebsstabilität durchgeführt werden können, und zwar insbesondere im Hinblick auf die möglichst konstante Einhaltung eines angestrebten stöchiometrischen Phosgenüberschusses in allen Gasphasenreaktoren. Insbesondere sollen durch das Abbrechen fester Rückstände von an den Wänden eingesetzter Gasphasenreaktoren angelagerten Neben- und Folgeprodukten entstandene Druckabfälle kompensiert werden können, um im Vergleich zu bekannten Verfahren und Anlagen stabilere Reaktionsbedingungen der Gasphasenreaktion, insbesondere in Bezug auf einen gleichbleibenden stöchiometrischen Phosgenüberschuss in allen Gasphasenreaktoren, zu gewährleisten. The object of the invention is therefore to develop a process and a plant for carrying out the process for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction, with which the described disadvantages of the processes and plants used in the prior art are avoided or at least reduced. Furthermore, a suitable computer-implemented control system should be provided for this purpose. The process proposed according to the invention or the plant for carrying out the process should be able to be carried out with greater operational stability compared to processes and plants known from the prior art, in particular with regard to maintaining a desired stoichiometric excess of phosgene as consistently as possible in all gas phase reactors. In particular, pressure drops caused by breaking off solid residues of by-products and subsequent products deposited on the walls of gas phase reactors should be able to be compensated in order to ensure more stable reaction conditions of the gas phase reaction compared to known processes and plants, in particular with regard to a constant stoichiometric excess of phosgene in all gas phase reactors.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung Folgendes bereit: To solve this problem, the invention provides the following:
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats durch Umsetzung eines primären Amins mit Phosgen im Wege einer Gasphasenreaktion in einer Anlage umfassend m Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m), wobei m eine natürliche Zahl im Bereich von 2 bis 6 ist. Das genannte Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: In a first aspect, the present invention relates to a process for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction in a plant comprising m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m), where m is a natural number in the range from 2 to 6. Said process comprises at least the following steps:
(i) Erzeugen von m Aminreaktionsgasströmen (A-l, A-2, ..., A-m), jeweils umfassend ein primäres Amin; (ii) Erzeugen eines Phosgen umfassenden Phosgengasstroms (P) eines Drucks (p-P) in einer Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) (= Einrichtung zur Erzeugung gasförmigen Phosgens aus flüssigem Phosgen und Phosgen/ösungen) und Teilen des Phosgen umfassenden Phosgengasstroms (P) in m Phosgen umfassende Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m); (i) generating m amine reaction gas streams (Al, A-2, ..., Am), each comprising a primary amine; (ii) generating a phosgene gas stream (P) comprising phosgene at a pressure (pP) in a phosgene gas generating device (104) (= device for generating gaseous phosgene from liquid phosgene and phosgene solutions) and dividing the phosgene gas stream (P) comprising phosgene into m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) comprising phosgene;
(iii) Zusammenführen jeweils eines der Aminreaktionsgasströme (A-l, A-2, ..., A-m) und jeweils eines der m Phosgen umfassenden Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) in jeweils einer der Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m), wobei (mindestens) die m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) vor Eintritt in die m Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m) jeweils eines von m Phosgenfluss-Stellventilen (PV-1, PV-2, ..., PV-m) zur Einstellung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses durchlaufen, und Durchführen der Gasphasenreaktion unter Erhalt von m Isocyanat umfassenden Isocyanat-Rohprodukt-Fluidströmen (IC-1, IC-2, ..., IC-m) und m Restfluidströmen (R-l, R-2, ..., R-m), wobei die m Restfluidströme (R-l, R-2, ..., R-m) jeweils in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen umfassen; (iii) combining one of the amine reaction gas streams (A-l, A-2, ..., A-m) and one of the m phosgene-comprising phosgene reaction gas streams (P-l, P-2, ... P-m) in each case in one of the gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m), wherein (at least) the m phosgene reaction gas streams (P-l, P-2, ... P-m) pass through one of m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) to adjust the stoichiometric phosgene excess before entering the m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m), and carrying out the gas phase reaction to obtain m isocyanate-comprising isocyanate crude product fluid streams (IC-1, IC-2, ..., IC-m) and m residual fluid streams (R-l, R-2, ..., R-m), wherein the m residual fluid streams (R-l, R-2, ..., R-m) each comprise excess phosgene not converted in the gas phase reaction;
(iv) Rückführen des nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104), nämlich durch (iv) recycling the unreacted excess phosgene to the phosgene gas generating device (104), namely by
(iv-1) optional, Vereinigen der m Restfluidströme (R-l, R-2, ..., R-m) zu n Restfluidströmen (R-l, R-2, ... R-n), wobei n eine natürliche Zahl im Bereich von 1 bis m-1 (und insbesondere 1) ist, (iv-1) optionally, combining the m residual fluid streams (R-l, R-2, ..., R-m) into n residual fluid streams (R-l, R-2, ... R-n), where n is a natural number in the range from 1 to m-1 (and in particular 1),
(iv-2) Einbringen eines jeden der Restfluidströme in jeweils eine Phosgenabsorptionseinrichtung (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n) jeweils aufweisend einen Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n), wobei in jede der Phosgenabsorptionseinrichtungen (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n) außerdem jeweils ein Absorptionsmittel- Fluidstrom (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m bzw. AbsM-n), jeweils enthaltend ein Absorptionsmittel (AbsM), eingebracht wird, unter Absorption des in der Gasphasenreaktion nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens durch das Absorptionsmittel (d. h. durch die Aufnahme des Phosgens [= Absorbat] in das freie Volumen des Absorptionsmittels [= Absorbent]), wobei sich in jedem Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) ein absorbiertes Phosgen und das Absorptionsmittel umfassendes Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, Rück-m bzw. Rück-n) sammelt, aus welchem, erforderlichenfalls nach Vereinigung mehrerer Rückführmedien (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n), ein (einziger) rückzuführender, Phosgen umfassender Rückführstrom (Rück) gespeist wird, und (iv-2) introducing each of the residual fluid streams into a respective phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n), each having a phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n), wherein an absorbent fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n), each containing an absorbent (AbsM), is also introduced into each of the phosgene absorption devices (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n), with absorption of the excess phosgene not converted in the gas phase reaction by the absorbent (ie by the absorption of the phosgene [= absorbate] into the free volume of the absorbent [= absorbent]), wherein in each phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ... 115-m respectively. 115-n) collects a recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, Recycle-m or Recycle-n) comprising absorbed phosgene and the absorption medium, from which, if necessary after combining several recycle media (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n), a (single) recycle stream (Recycle) comprising phosgene is fed, and
(iv-3) Einbringen des Rückführstroms (Rück) mit einer Flussrate (f-Rück) in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) unter Desorption des rückzuführenden Phosgens von dem Absorptionsmittel (d. h. unter Übergang von in dem Absorptionsmittel gelösten Phosgen in die Gasphase) unter Erhalt von desorbiertem (= in die Gasphase übergegangenem) Phosgen und eines flüssigen Desorptionsmediums (DesM) (= die von Phosgen weitgehend befreite Flüssigphase, deren chemische Zusammensetzung im Wesentlichen der des in (iv-2) eingesetzten Absorptionsmittel (AbsM) gleicht), wobei der in der Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) erzeugte Phosgengasstrom (P) das desorbierte Phosgen und einen zusätzlich in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) mit einer Flussrate (f-Frisch) eingebrachten Phosgen-Frischfluidstrom (Frisch) umfasst, und wobei zur Gewährleistung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses in jeder der m Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m)) ein Zustandsparameter (X) des Phosgengasstroms (P) über einen Einstellparameter (Y) eingestellt (= geregelt) wird, wobei (mindestens) der Druck (p-P) als Zustandsparameter (X) dient und wobei der Einstellparameter (Y) mindestens einen Einstellparameter (Y-l) des Rückführstroms (Rück) umfasst, nämlich dergestalt, dass bei einer festgestellten Änderung (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) als Einstellparameter (Y-l) verwendet wird. In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computersystem zur Regelung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats, umfassend: eine Schnittstelleneinheit, die dazu konfiguriert ist, (periodisch oder kontinuierlich) Daten einzulesen, die zur Feststellung einer Änderung (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) geeignet sind, und einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, bei einer festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) mit den eingelesenen Daten einen angepassten Sollwert (Y)SOLL für den Einstellparameter (Y) (d. h. mindestens für (Y-l), gegebenenfalls auch für (Y-2)) zu berechnen und den angepassten Sollwert (Y)SOLL einem in kommunikativer Verbindung mit dem Prozessor stehenden Stellglied zur Manipulation des Einstellparameters (Y) zu übermitteln, um der festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (und damit der Änderung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses) entgegenzuwirken. (iv-3) introducing the recycle stream (Return) at a flow rate (f-Return) into the phosgene gas generation device (104) with desorption of the phosgene to be recycled from the absorption medium (ie with the transfer of phosgene dissolved in the absorption medium into the gas phase) to obtain desorbed (= transferred into the gas phase) phosgene and a liquid desorption medium (DesM) (= the liquid phase largely freed from phosgene, the chemical composition of which is essentially the same as that of the absorption medium (AbsM) used in (iv-2)), wherein the phosgene gas stream (P) generated in the phosgene gas generation device (104) comprises the desorbed phosgene and a phosgene fresh fluid stream (Fresh) additionally introduced into the phosgene gas generation device (104) at a flow rate (f-Fresh), and wherein to ensure the stoichiometric phosgene excess in each of the m Gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m)) a state parameter (X) of the phosgene gas stream (P) is set (= regulated) via a setting parameter (Y), wherein (at least) the pressure (pP) serves as the state parameter (X) and wherein the setting parameter (Y) comprises at least one setting parameter (Yl) of the recirculation stream (Rück), namely such that in the case of a detected change in (at least) a pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), the flow rate (f-Rück) of the recirculation stream (Rück) is used as the setting parameter (Yl). In a second aspect, the present invention relates to a computer system for controlling the stoichiometric excess of phosgene in the process according to the invention for producing an isocyanate, comprising: an interface unit which is configured to read in (periodically or continuously) data which are suitable for determining a change in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), and a processor which is configured to calculate an adjusted setpoint value (Y)SOLL for the setting parameter (Y) (ie at least for (Yl), optionally also for (Y-2)) using the read-in data when a change in the pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) is detected, and to assign the adjusted setpoint value (Y)SOLL to a processor which is in communicative connection with the processor. actuator for manipulating the setting parameter (Y) in order to counteract the detected change in pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
In einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines Isocyanats durch Umsetzung eines primären Amins mit Phosgen bei einem stöchiometrischen Phosgenüberschuss im Wege einer Gasphasenreaktion, wobei die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist und weiterhin das erfindungsgemäße Computersystem umfasst. In a third aspect, the present invention relates to a plant for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene in a stoichiometric excess of phosgene by means of a gas phase reaction, wherein the plant is designed to carry out the process according to the invention and further comprises the computer system according to the invention.
In einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es in eine Speichereinheit einer Recheneinheit des erfindungsgemäßen Computersystems geladen ist und durch den Prozessor ausgeführt wird, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Änderungen (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss- Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) (periodisch oder kontinuierlich) erfasst und bei einer festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) den Sollwert (Y)SOLL des Einstellparameters (Y) (d. h. mindestens des Einstellparameters (Y-l), gegebenenfalls auch des Einstellparameters (Y-2)) anpasst (d. h. einen neuen Sollwert (Y)SOLL berechnet), um der Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (und damit der Änderung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses) entgegenzuwirken. In a fourth aspect, the present invention relates to a computer program product which, when loaded into a memory unit of a computing unit of the computer system according to the invention and executed by the processor, detects changes in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) (periodically or continuously) after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) in the method according to the invention and, in the event of a detected change in the pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) adjusts the setpoint (Y)SETPOINT of the setting parameter (Y) (ie at least of the setting parameter (Yl), if necessary also of the setting parameter (Y-2)) (ie calculates a new setpoint (Y)SETPOINT) in order to counteract the change in pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
In den beigefügten Zeichnungen zeigen: The attached drawings show:
FIG. 1 eine Übersichtsdarstellung (ohne regelungstechnische Einrichtungen) einer möglichen Ausgestaltung der Anlage zur Herstellung eines Isocyanats am Beispiel m =n = 2; FIG. 1 shows an overview (without control devices) of a possible design of the plant for producing an isocyanate using the example of m = n = 2;
FIG. 2 eine detailliertere Darstellung einer Produktionslinie; FIG. 2 shows a more detailed representation of a production line;
FIG. 3 eine Übersichtsdarstellung einer möglichen Ausgestaltung der Anlage zur Herstellung eines Isocyanats mit m = 6 und n = 2; undFIG. 3 shows an overview of a possible design of the plant for producing an isocyanate with m = 6 and n = 2; and
FIG. 4 eine mögliche Ausgestaltung der Anlage zur Herstellung eines Isocyanats am Beispiel m = n = 2 inklusiver regelungstechnischer Einrichtungen. FIG. 4 shows a possible design of the plant for producing an isocyanate using the example m = n = 2 including control equipment.
In den Zeichnungen gezeigte, geführte Fluidströme werden vorwiegend über Rohre geführt. In den Zeichnungen gezeigte Pfeile zeigen dazu die Hauptflussrichtung der geführten Fluidströme an. Die Symbole PP bzw. WT stehen dabei grundsätzlich für eine oder mehrere zwischengeschaltete Pumpen PP zur Führung von Flüssigkeiten, bzw. zwischengeschaltete Wärmetauscher WT, worüber die gezeigten Fluidströme geführt werden. The guided fluid flows shown in the drawings are mainly guided via pipes. The arrows shown in the drawings indicate the main flow direction of the guided fluid flows. The symbols PP and WT generally stand for one or more intermediate pumps PP for guiding liquids, or intermediate heat exchangers WT, through which the fluid flows shown are guided.
Unter einer „Gasphasenreaktionsanordnung (100-1, 100-2, ... 100-m)" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine solche Anordnung verstanden, welche zur Zusammenführung eines Phosgen umfassenden Phosgenreaktionsgasstroms und eines primäres Amin umfassenden Aminreaktionsgasstroms unter Ablauf einer Gasphasenreaktion eines primären Amins mit Phosgen ausgebildet ist. In the context of the present invention, a "gas phase reaction arrangement (100-1, 100-2, ... 100-m)" is understood to mean an arrangement which is designed to combine a phosgene reaction gas stream comprising phosgene and an amine reaction gas stream comprising primary amine during a gas phase reaction of a primary amine with phosgene.
Unter einer „Phosgengaserzeugungseinrichtung (104)" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine technische Einrichtung zur Bereitstellung des Phosgengasstroms (P), welcher der Gasphasenphosgenierung zugeführt wird, verstanden. In der Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) wird aus dem Phosgen-Frischfluidstrom (Frisch) und dem rückzuführenden Phosgen umfassenden Rückführstrom (Rück) der Phosgengasstrom (P) erzeugt. Dies ist zu unterscheiden von einer Frischphosgen-Erzeugungseinrichtung (109 in FIG. 1), in welcher Phosgen hergestellt (chemisch synthetisiert) wird. In the context of the present invention, a "phosgene gas generation device (104)" is understood to mean a technical device for providing the phosgene gas stream (P) which is fed to the gas phase phosgenation. In the phosgene gas generation device (104), the phosgene fresh fluid stream (Fresh) and the phosgene to be recycled The phosgene gas stream (P) is generated from a recycle stream (return). This is to be distinguished from a fresh phosgene generation device (109 in FIG. 1) in which phosgene is produced (chemically synthesized).
Unter einer „Phosgenabsorptionseinrichtung (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n)" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine technische Einrichtung zur Absorption des in der Gasphasenreaktion nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens durch ein Absorptionsmittel (d. h. durch die Aufnahme des Phosgens [= Absorbat] in das freie Volumen des Absorptionsmittels [= Absorbent]) verstanden. Die „Phosgenabsorptionseinrichtung (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n)" weist einen „Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n)" auf. Dies ist ein Bereich, in dem sich das Absorptionsmittel mit dem darin absorbierten Phosgen sammelt; diese Zusammensetzung aus Absorptionsmittel und darin absorbiertem Phosgen (= Phosgenlösung in dem Absorptionsmittel) stellt das „Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n)" dar. Ein einfaches Beispiel für eine Phosgenabsorptionseinrichtung ist eine Absorptionskolonne, in der ein flüssiges Absorptionsmittel, beispielsweise ort7?o-Dichlorbenzol, und gasförmiges Phosgen in Kontakt gebracht (vorzugsweise im Gegenstrom geführt) werden, wobei sich das Rückführmedium (Rück) (Lösung von Phosgen in ort7?o-Dichlorbenzol) ausbildet und im Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (der im Fall einer Absorptionskolonne der Kolonnensumpf ist) gesammelt wird. In the context of the present invention, a "phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n)" is understood to mean a technical device for absorbing the excess phosgene not converted in the gas phase reaction by an absorption medium (i.e. by taking up the phosgene [= absorbate] in the free volume of the absorption medium [= absorbent]). The "phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n)" has a "phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n)". This is a region in which the absorption medium collects with the phosgene absorbed therein; this composition of absorption medium and phosgene absorbed therein (= phosgene solution in the absorption medium) represents the "recycle medium (recycle 1, recycle 2, ..., recycle m or recycle n)". A simple example of a phosgene absorption device is an absorption column in which a liquid absorbent, for example ortho-dichlorobenzene, and gaseous phosgene are brought into contact (preferably in countercurrent), whereby the recycle medium (recycle) (solution of phosgene in ortho-dichlorobenzene) is formed and is collected in the phosgene absorption device collection region (which in the case of an absorption column is the column bottom).
Ein „Zustandsparameter (X) des Phosgengasstroms (P) bezeichnet in der Terminologie der vorliegenden Erfindung einen für den Phosgengasstrom (P) charakteristischen physikalischen und/oder chemischen Parameter, also einen Parameter, der den Zustand des Phosgengasstroms in physikalischer und/oder chemischer Hinsicht beschreibt. Ein Zustandsparameter kann also ein physikalischer oder chemischer Parameter, beispielsweise eine Dichte, Temperatur, Flussrate, Konzentration, ein Volumen oder ein Druck eines betrachteten Systems sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mindestens der Druck (p-P) des Phosgengasstroms (P) als ein solcher Zustandsparameter betrachtet. In the terminology of the present invention, a "state parameter (X) of the phosgene gas stream (P)" refers to a physical and/or chemical parameter characteristic of the phosgene gas stream (P), i.e. a parameter that describes the state of the phosgene gas stream in physical and/or chemical terms. A state parameter can therefore be a physical or chemical parameter, for example a density, temperature, flow rate, concentration, volume or pressure of a system under consideration. In the context of the present invention, at least the pressure (p-P) of the phosgene gas stream (P) is considered to be such a state parameter.
Ein „Einstellparameter (Y)" bezeichnet in der Terminologie der vorliegenden Erfindung einen Parameter, welcher den zuvor definierten Zustandsparameter (X) beeinflusst, mittels dessen also der Zustandsparameter (X) auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Als Einstellparameter kann dabei grundsätzlich jeder Parameter angesehen werden, über den der physikalische Zustand eines betrachteten Systems eingestellt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mindestens der Rückführstrom (Rück) zur Einstellung des Zustandsparameters (X) verwendet, und zwar in Form von dessen Flussrate (f-Rück) als Einstellparameter (Y-l). In the terminology of the present invention, a "setting parameter (Y)" refers to a parameter which influences the previously defined state parameter (X), by means of which the state parameter (X) can be set to a desired value. In principle, any setting parameter can be used. Parameters can be viewed by means of which the physical state of a system under consideration can be adjusted. Within the scope of the present invention, at least the feedback current (Feedback) is used to adjust the state parameter (X), specifically in the form of its flow rate (f-Feedback) as the adjustment parameter (Yl).
Erfindungsgemäß wird der „nach Durchlaufen der m Phosgenfluss- Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegende Druck (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m)" auf Änderungen untersucht. Eine solche Änderung kann beispielsweise durch kontinuierliche oder periodische Messung des Drucks direkt festgestellt werden. Das Prinzip einer Druckmessung mithilfe bekannter Druckmessgeräte ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Ein Phosgendruckmessgerät kann beispielsweise ein elektronischer, mechatronischer oder mechanischer Druckmesser oder ein Druckmittler sein. Ein elektronischer Druckmesser kann dabei auf einem Drucksensor basieren, welcher den gemessenen Druck in ein elektronisches Signal umwandelt. Der Vorteil von elektronischen Druckmessern liegt dabei in einem stark dynamischem Verhalten unter geringer Materialbeanspruchung und einer dementsprechenden hohen Lastbeständigkeit und Langzeitstabilität. Ein mechanischer Druckmesser kann dabei eine Integration elektronischer Bauteile oder Komponenten am Messort umfassen. Dabei kann der gemessene Druck vor Ort angezeigt werden, der mechanische Druckmesser jedoch zusätzlich ein elektrisches Signal abgeben oder eine elektrische Schaltfunktion beinhalten. Der Messwert kann bei mechanischen Druckmessern vorteilhafterweise auch dann zuverlässig vor Ort abgelesen werden, wenn die Versorgungsenergie ausfällt oder das Messsignal gestört wird. Durch die Kombination von mechanischen Messgeräten mit unterschiedlichen Signalen und Schaltern kann sich dabei eine umfangreiche Bandbreite von mechatronischen Druckmessern ergeben. Ein mechanischer Druckmesser kann dabei elastische Messglieder umfassen, welche sich unter Druckeinfluss verformen. Das Messsystem des mechanischen Druckmessers kann dabei eine Kapsel-, Plattenoder Rohrfeder umfassen. Mechanische Druckmesser können aufgrund ihrer Robustheit und einfachen Handhabung von Vorteil sein. Alternativ kann das Phosgendruckmessgerät ein Druckmittler sein. Ein Druckmittler kann dabei ein solcher Druckmesser sein, welcher eine Druckmessung bei schwierigen Messbedingungen ermöglicht. Schwierige Messbedingungen können beispielsweise korrosive, hochviskose oder faserige Messstoffe, sehr hohe Temperaturen, ungünstig gelegene Messstellen, Hygienevorschriften oder auch giftige oder umweltschädliche Messmedien sein. Die Auswahl eines geeigneten Messgerätes ist für den Fachmann eine Routinetätigkeit und kann beispielsweise auch unter Hinzuziehung technischer Regelwerke erfolgen. According to the invention, the "pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m)" is examined for changes. Such a change can be determined directly, for example, by continuously or periodically measuring the pressure. The principle of a pressure measurement using known pressure measuring devices is basically known to the person skilled in the art. A phosgene pressure measuring device can, for example, be an electronic, mechatronic or mechanical pressure gauge or a pressure transmitter. An electronic pressure gauge can be based on a pressure sensor that converts the measured pressure into an electronic signal. The advantage of electronic pressure gauges is their highly dynamic behavior under low material stress and a correspondingly high load resistance and long-term stability. A mechanical pressure gauge can include the integration of electronic components at the measuring location. The measured pressure can be displayed on site, but the mechanical pressure gauge can also emit an electrical signal or contain an electrical switching function. The measured value can advantageously be read reliably on site with mechanical pressure gauges even if the power supply fails or the measurement signal is disturbed. By combining mechanical measuring devices with different signals and switches, a wide range of mechatronic pressure gauges can be created. A mechanical pressure gauge can include elastic measuring elements that deform under the influence of pressure. The measuring system of the mechanical pressure gauge can include a capsule, plate or Bourdon tube. Mechanical pressure gauges can be advantageous due to their robustness and ease of use. Alternatively, the phosgene pressure gauge can be a pressure transmitter. A pressure transmitter can be a pressure gauge that enables pressure measurement under difficult measuring conditions. Difficult measuring conditions can include, for example, corrosive, highly viscous or fibrous media, very high temperatures, poorly located measuring points, hygiene regulations or even toxic or environmentally harmful measuring media. The selection of a suitable measuring device is a routine task for the specialist and can also be carried out with the help of technical regulations, for example.
Es ist ebenfalls möglich, eine Änderung des Drucks (p-P-l, p-P-2, ... p-P-m) indirekt festzustellen, indem Auswirkungen, die eine Druckänderung auf andere Einrichtungen hat, beobachtet werden. So ist insbesondere die Stellung der Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) ein geeigneter Indikator für den Druck (p-P-l, p-P-2, ... p-P-m). Wenn sich nämlich ein Phosgenfluss-Stellventil zum Beispiel immer weiter öffnet bzw. geöffnet werden muss, ist dies ein sicheres Anzeichen für einen Druckanstieg in der in Strömungsrichtung dahinterliegenden Gasphasenreaktionsanordnung (der „Gegendruck" in der Gasphasenreaktionsanordnung steigt, was durch einen höheren Öffnungsgrad des Phosgenfluss-Stellventils kompensiert werden muss). Bei einer festgestellten Änderung wird „die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) als Einstellparameter (Y-l) verwendet". Im beschriebenen Beispiel eines Druckanstiegs wird die Flussrate (f-Rück) erhöht, um einen ausreichend hohen stöchiometrischen Phosgenüberschuss sicherzustellen. Sollte der Druck abfallen (beispielweise dadurch, dass sich feste Anbackungen plötzlich lösen), wird die Flussrate (f-Rück) verringert, um einen zu großen stöchiometrischen Phosgenüberschuss zu vermeiden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, bei einem Öffnungsgrad (mindestens) eines der Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) von 70 % oder mehr, bevorzugt von 80 % oder mehr, die erfindungsgemäße Einstellung (Regelung) des Zustandsparameters (X) des Phosgengasstroms (P) über den Einstellparameter (Y) vorzunehmen. Der prozentuale „Öffnungsgrad" eines Ventils (des Phosgenfluss-Stellventils wie auch jeden anderen Ventils) beschreibt dabei dessen Einstellung relativ zum vollständig geschlossenen Zustand. Der Öffnungsgrad eines vollständig geschlossen Ventils ist also 0 % und der eines vollständig geöffneten Ventils 100 %. It is also possible to indirectly detect a change in pressure (p-P-l, p-P-2, ... p-P-m) by observing the effects that a change in pressure has on other devices. In particular, the position of the phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) is a suitable indicator of pressure (p-P-l, p-P-2, ... p-P-m). If, for example, a phosgene flow control valve opens further and further or has to be opened, this is a sure sign of a pressure increase in the gas phase reaction arrangement downstream (the "back pressure" in the gas phase reaction arrangement increases, which must be compensated by a greater degree of opening of the phosgene flow control valve). If a change is detected, "the flow rate (f-return) of the recirculation flow (return) is used as the setting parameter (Y-l)". In the described example of a pressure increase, the flow rate (f-back) is increased to ensure a sufficiently high stoichiometric excess of phosgene. If the pressure drops (for example due to solid deposits suddenly coming loose), the flow rate (f-back) is reduced to avoid an excessively large stoichiometric excess of phosgene. For example, it can be provided that, when (at least) one of the phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) is opened to a degree of 70% or more, preferably 80% or more, the inventive setting (control) of the state parameter (X) of the phosgene gas stream (P) is carried out via the setting parameter (Y). The percentage "opening degree" of a valve (the phosgene flow control valve as well as any other valve) describes its setting relative to the fully closed state. The opening degree of a fully closed valve is therefore 0% and that of a fully open valve is 100%.
Phosgen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem molaren Verhältnis von Phosgen zu primären Aminogruppen von größer als 1 eingesetzt, d. h. Phosgen wird in einem stöchiometrischen Überschuss eingesetzt. Dieser sog. „stöchiometrische Phosgen Überschuss" wird in % der Theorie angegeben. Theoretisch reagiert 1 Mol Phosgen mit 1 Mol primärer Aminogruppen. Ein Phosgenüberschuss von x % gegenüber primären Aminogruppen entspricht daher einem molaren Verhältnis n(Phosgen)/n(primäre Aminogruppen) i + — i + — Phosgene is used in the context of the present invention in a molar ratio of phosgene to primary amino groups of greater than 1, ie phosgene is used in a stoichiometric excess. This so-called "stoichiometric phosgene excess" is given in % of theory. Theoretically, 1 mole of phosgene reacts with 1 mole of primary amino groups. A phosgene excess of x % compared to primary amino groups therefore corresponds to a molar ratio n(phosgene)/n(primary amino groups) i + — i + —
(n = Stoffmenge) von — , also beispielsweise — = 1,1 bei 10%igem i + — stöchiometrischen Phosgenüberschuss oder beispielsweise — = 1,4 bei(n = amount of substance) of — , for example — = 1.1 with 10% i + — stoichiometric excess of phosgene or for example — = 1.4 with
40%igem stöchiometrischen Phosgenüberschuss. Für den (in jeder der m Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m) gleichermaßen einzuhaltenden) stöchiometrischen Phosgenüberschuss wird ein Sollwert (PÜSOLL) festgelegt. 40% stoichiometric excess of phosgene. A target value (PÜSOLL) is specified for the stoichiometric excess of phosgene (which must be maintained equally in each of the m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m).
Unter der „Flussrate (f-Rück)" des Rückführstroms (Rück) wird der Mengenstrom (angegeben als Volumen-, Stoffmengen- oder Massenstrom; auch Durchflussrate oder Durchflussmenge genannt) des Rückführstroms verstanden. Die Flussrate des Rückführstroms kann dabei mittels eines oder mehrerer Rückführmessgeräte gemessen werden. Das Prinzip der Messung einer Flussrate mithilfe bekannter Messgeräte ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Ein Rückführmessgerät kann dabei ein Durchflusssensor oder Strömungsanzeiger sein, wobei das Durchflussmessgerät zur kontinuierlichen Messung eines durch den Durchflusssensor oder Strömungsanzeiger durchströmenden Mediums, wie einer Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfmenge des durchströmenden Mediums, geeignet ist. Ein Durchflusssensor kann dabei als Zeitmessgerät (Messung einer Durchflussrate über einen festgelegten Zeitraum) ausgebildet sein. Durchflusssensoren können dabei ein primäres Medienanschlussgerät, einen Messumformer und einen Transmitter umfassen. Ein Messumformer kann dabei die Flüssigkeit erfassen, die durch das Primärgerät fließt. Ein Transmitter kann dann ein Ausgangssignal aus dem Rohsignal des Messumformers erzeugen. Ein Durchflusssensor kann beispielsweise ein Schaufelrad-Durchflusssensor, eine Turbine, ein Rotaflow- Messgerät oder ein magnetisch-induktiver Sensor sein. Flussraten können zudem mittels bildgebender Verfahren bestimmt werden, z. B. mittels MRI (Magnetic Resonance Imaging). The "flow rate (f-return)" of the return flow (return) is understood to mean the quantity flow (specified as volume, quantity of substance or mass flow; also called flow rate or flow rate) of the return flow. The flow rate of the return flow can be measured using one or more return measuring devices. The principle of measuring a flow rate using known measuring devices is basically known to the person skilled in the art. A return measuring device can be a flow sensor or flow indicator, whereby the flow measuring device is suitable for continuously measuring a medium flowing through the flow sensor or flow indicator, such as a liquid, gas or vapor quantity of the medium flowing through. A flow sensor can be designed as a time measuring device (measuring a flow rate over a specified period of time). Flow sensors can comprise a primary media connection device, a measuring transducer and a transmitter. A measuring transducer can detect the liquid flowing through the primary device. A transmitter can then generate an output signal from the raw signal of the measuring transducer. A flow sensor can be, for example, a paddle wheel flow sensor, a turbine, a Rotaflow measuring device or a magnetic inductive sensor. Flow rates can also be determined using imaging techniques, e.g. MRI (Magnetic Resonance Imaging).
Es folgt zunächst eine Kurzzusammenfassuno verschiedener möglicher Ausführungsformen der Erfindung: First, a brief summary of various possible embodiments of the invention follows:
In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen außer der nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsform kombinierbar ist, wird Schritt (i) in m Amingaserzeugungseinrichtungen (106-1, 106-2, ..., 106-m) durchgeführt.In a first embodiment of the process for producing an isocyanate, which is compatible with all other embodiments except the one described below second embodiment, step (i) is carried out in m amine gas generating devices (106-1, 106-2, ..., 106-m).
In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen außer der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform kombinierbar ist, wird Schritt (i) wird in Schritt (i) zunächst in einer (einzigen) Amingaserzeugungseinrichtung (106) ein Aminreaktionsgasstrom (A) erzeugt, welcher anschließend in die m Aminreaktionsgasströme (A-l, A-2, ..., A-m) geteilt wird. In a second embodiment of the process for producing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments except the first embodiment described above, in step (i), an amine reaction gas stream (A) is first generated in a (single) amine gas generating device (106), which is then divided into the m amine reaction gas streams (A-1, A-2, ..., A-m).
In einer dritten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, weist jede der m Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m) jeweils eine Reaktionseinrichtung (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) und eine derIn a third embodiment of the process for producing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments, each of the m gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m) has a reaction device (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) and one of the
Reaktionseinrichtung prozesstechnisch nachgeordnete Auftrenneinrichtung (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) auf. The reaction device has a separation device (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) arranged downstream of the process.
In einer vierten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der dritten Ausführungsform ist, umfasst die Reaktionseinrichtung (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) jeweils eineIn a fourth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a special embodiment of the third embodiment, the reaction device (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) comprises a
Mischzone (101-1, 101-2, ..., 101-m) und eine der Mischzone prozesstechnisch nachgelagerte Reaktionszone (102-1, 102-2, ..., 102-m), wobei in der Mischzone jeweils der Phosgenreaktionsgasstrom (P-l, P-2, ..., P-m) und derMixing zone (101-1, 101-2, ..., 101-m) and a reaction zone (102-1, 102-2, ..., 102-m) downstream of the mixing zone, wherein in the mixing zone the phosgene reaction gas stream (P-l, P-2, ..., P-m) and the
Aminreaktionsgasstrom (A-l, A-2, ..., A-m) vermischt werden, und wobei in der Reaktionszone (102-1, 102-2, ..., 102-m) jeweils die Gasphasenreaktion des (in dem jeweiligen Aminreaktionsgasstrom (A-l, A-2, ..., A-m) enthaltenen) primären Amins mit (in dem jeweiligen Phosgenreaktionsgasstrom (P-l, P-2, ..., P-m) enthaltenem) Phosgen unter Erhalt jeweils eines Reaktionsproduktgemisches (RP-1, RP-2, ... RP-m) erfolgt. Amine reaction gas stream (A-l, A-2, ..., A-m) are mixed, and wherein in the reaction zone (102-1, 102-2, ..., 102-m) the gas phase reaction of the primary amine (contained in the respective amine reaction gas stream (A-l, A-2, ..., A-m)) with phosgene (contained in the respective phosgene reaction gas stream (P-l, P-2, ..., P-m)) takes place to obtain a reaction product mixture (RP-1, RP-2, ... RP-m).
In einer fünften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der dritten und vierten Ausführungsform ist, umfasst die Auftrenneinrichtung (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) jeweils eine Quenchzone (107-1, 107-2, ..., 107-m) und eine der Quenchzone prozesstechnisch nachgeordnete Phasentrennzone (108-1, 108-2, ..., 108-m), wobei in der Quenchzone jeweils das Reaktionsproduktgemisch (RP-1, RP-2, ..., RP-m) durch Inkontaktbringen mit jeweils einer Quenchflüssigkeit unter Erhalt eines Quenchgemisches abgekühlt wird, und wobei in der Phasentrennzone (108-1, 108-2, 108-m) jeweils eine Phasentrennung des erhaltenen Quenchgemisches in den Isocyanat-Rohprodukt-Fluidstrom (IC-1, IC-2, IC-m) und einen zusätzliches Isocyanat umfassenden Rohrestfluidstrom (R-roh-1, R-roh-2, R-roh-m) erfolgt. In a fifth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a special embodiment of the third and fourth embodiments, the separation device (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) comprises a quench zone (107-1, 107-2, ..., 107-m) and a phase separation zone (108-1, 108-2, ..., 108-m) arranged downstream of the quench zone in terms of process technology, wherein in the quench zone the reaction product mixture (RP-1, RP-2, ..., RP-m) is cooled by bringing it into contact with a quench liquid to obtain a quench mixture, and wherein in the phase separation zone (108-1, 108-2, 108-m) a phase separation of the resulting quench mixture into the isocyanate crude product fluid stream (IC-1, IC-2, IC-m) and an additional crude residual fluid stream comprising isocyanate (R-crude-1, R-crude-2, R-crude-m) takes place.
In einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der fünften Ausführungsform ist, wird der aus der Phasentrennzone (108-1, 108-2, ..., 108-m) jeweils erhaltene zusätzliches Isocyanat umfassende Rohrestfluidstrom (R-roh-1, R-roh-2, ..., R-roh-m) jeweils einer der Phasentrennzone prozesstechnisch nachgeordneten Auswascheinrichtung (105-1, 105-2, ..., 105-m) zugeführt, in welcher das zusätzliche Isocyanat mit einer Auswaschflüssigkeit aus dem Rohrestfluidstrom (R- roh-1, R-roh-2, ..., R-roh-m) unter Erhalt jeweils des Restfluidstroms (R-l, R-2, ..., R-m) ausgewaschen wird. In a sixth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a special embodiment of the fifth embodiment, the crude residual fluid stream (R-raw-1, R-raw-2, ..., R-raw-m) comprising additional isocyanate obtained from the phase separation zone (108-1, 108-2, ..., 108-m) is fed to a washing device (105-1, 105-2, ..., 105-m) arranged downstream of the phase separation zone in terms of process technology, in which the additional isocyanate is washed out of the crude residual fluid stream (R-raw-1, R-raw-2, ..., R-raw-m) with a washing liquid to obtain the residual fluid stream (R-l, R-2, ..., R-m).
In einer siebten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der sechsten Ausführungsform ist, wird ein erster Teilstrom des flüssigen Desorptionsmediums (DesM) über einen ersten Wärmetauscher in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) zurückgeführt, wobei der erste Teilstrom im ersten Wärmetauscher durch ein Wärmeträgermedium indirekt aufgeheizt wird, und ein zweiter Teilstrom des flüssigen Desorptionsmediums (DesM) über einen zweiten Wärmetauscher geführt wird, wobei der zweite Teilstrom im zweiten Wärmetauscher den Phosgenreaktionsgasstrom (P) indirekt aufheizt und der dabei abgekühlte zweite Teilstrom des flüssigen Desorptionsmediums (DesM) als Bestandteil der Auswaschflüssigkeit eingesetzt wird. In a seventh embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a special embodiment of the sixth embodiment, a first partial stream of the liquid desorption medium (DesM) is returned to the phosgene gas generation device (104) via a first heat exchanger, the first partial stream being indirectly heated in the first heat exchanger by a heat transfer medium, and a second partial stream of the liquid desorption medium (DesM) is passed through a second heat exchanger, the second partial stream indirectly heating the phosgene reaction gas stream (P) in the second heat exchanger and the second partial stream of the liquid desorption medium (DesM) cooled in the process being used as a component of the washout liquid.
In einer achten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist und insbesondere eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist, weist die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) einen Einbringungsbereich (111) zur Einbringung des Rückführstroms (Rück) und einen Phosgengaserzeugungseinrichtungs-Sammelbereich (110) auf, wobei sich in dem Phosgengaserzeugungseinrichtungs-Sammelbereich (110) das desorbierte Phosgen und das aus dem Phosgen-Frischfluidstrom (Frisch) erhaltene Phosgen zur Bildung des Phosgenreaktionsgasstroms (P) sammeln. In einer neunten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der achten Ausführungsform ist, wird eine Desorptionskolonne als Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) verwendet, welche über einen Sumpf (112) verfügt, in dem sich das flüssiges Desorptionsmedium (DesM) sammelt. In an eighth embodiment of the process for producing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments and is in particular a special embodiment of the seventh embodiment, the phosgene gas generation device (104) has an introduction region (111) for introducing the recycle stream (return) and a phosgene gas generation device collection region (110), wherein the desorbed phosgene and the phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream (fresh) collect in the phosgene gas generation device collection region (110) to form the phosgene reaction gas stream (P). In a ninth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a special embodiment of the eighth embodiment, a desorption column is used as the phosgene gas generating device (104), which has a sump (112) in which the liquid desorption medium (DesM) collects.
In einer zehnten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, wird als Phosgenabsorptionseinrichtung (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n) jeweils eine Absorptionskolonne verwendet, wobei der Phosgenabsorptionseinrichtungs- Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) jeweils in einem Sumpf der Absorptionskolonne angeordnet ist. In a tenth embodiment of the process for preparing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments, an absorption column is used as the phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n), wherein the phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n) is arranged in a bottom of the absorption column.
In einer elften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, umfasst der Einstellparameter (Y) zusätzlich einen Einstellparameter (Y-2) des Phosgen- Frischfluidstroms (Frisch), wobei der Zustandsparameter (X) dergestalt eingestellt (= geregelt) wird, dass bei einer festgestellten Änderung (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) zunächst die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) als Einstellparameter (Y-l) und anschließend die Flussrate (f-frisch) des eingebrachten Phosgen-Frischfluidstroms (Frisch) als Einstellparameter (Y-2) verwendet werden. In an eleventh embodiment of the process for producing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments, the setting parameter (Y) additionally comprises a setting parameter (Y-2) of the phosgene fresh fluid stream (Fresh), wherein the state parameter (X) is set (= regulated) in such a way that when a change is detected in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) of the m phosgene reaction gas streams (P-l, P-2, ... P-m) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), first the flow rate (f-return) of the recycle stream (return) is used as the setting parameter (Y-l) and then the flow rate (f-fresh) of the introduced phosgene fresh fluid stream (Fresh) is used as the setting parameter (Y-2).
In einer zwölften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der elften Ausführungsform ist, wird die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) durch Einstellen eines ersten Anpassungsparameters (ZI) des in dem Rückführmedium umfassten absorbierten Phosgens und eines zweiten Anpassungsparameters (Z2) des in dem Rückführmedium umfassten Absorptionsmittels angepasst. In a twelfth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a particular embodiment of the eleventh embodiment, the flow rate (f-Return) of the recycle stream (Return) is adjusted by setting a first adjustment parameter (ZI) of the absorbed phosgene comprised in the recycle medium and a second adjustment parameter (Z2) of the absorbent comprised in the recycle medium.
In einer dreizehnten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der zwölften Ausführungsform ist, wird die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) durch Einstellen einer Phosgen-Masse (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m bzw. m-P-n) des in dem Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) jeweils umfassten absorbierten Phosgens als ersten Anpassungsparameter (Zl-1, Zl-2, ..., Zl-n bzw. Zl-m) und einer Absorptionsmittel-Masse (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m bzw. m-AbsM-n) des in dem Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) jeweils umfassten Absorptionsmittels als zweiten Anpassungsparameter (Z2-1, Z2-2, ..., Z2-n bzw. Z2-m) angepasst. In a thirteenth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a particular embodiment of the twelfth embodiment, the flow rate (f-Return) of the recycle stream (Return) is adjusted by setting a phosgene mass (mP-1, mP-2, ..., mPm or mPn) of the absorbed phosgene contained in the recycle medium (Return-1, Return-2, ..., Return-m or Return-n) as a first adjustment parameter (Zl-1, Zl-2, ..., Zl-n or Zl-m) and an absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) of the absorption medium contained in the return medium (Return-1, Return-2, ..., Return-m or Return-n) as a second adjustment parameter (Z2-1, Z2-2, ..., Z2-n or Z2-m).
In einer vierzehnten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine besondere Ausgestaltung der dreizehnten Ausführungsform ist, wird die Phosgen-Masse (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m bzw. m-P-n) durch Manipulation der Flussrate (f-frisch) des Phosgen-Frischfluidstroms (Frisch) eingestellt, wobei die Absorptionsmittel-Masse (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m bzw. m-AbsM-n) durch Manipulation einer Flussrate (f-AbsM-1, f-AbsM-2, ..., f-AbsM-m bzw. f-AbsM-n) des Absorptionsmittel- Fluidstroms (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m bzw. AbsM-n) eingestellt wird. In a fourteenth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a particular embodiment of the thirteenth embodiment, the phosgene mass (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m or m-P-n) is adjusted by manipulating the flow rate (f-fresh) of the phosgene fresh fluid stream (fresh), wherein the absorbent mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) is adjusted by manipulating a flow rate (f-AbsM-1, f-AbsM-2, ..., f-AbsM-m or f-AbsM-n) of the absorbent fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n).
In einer fünfzehnten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die eine weitere besondere Ausgestaltung der dreizehnten Ausführungsform ist, umfasst das Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) das absorbierte Phosgen und Nicht-Phosgen-Komponenten, wobei die Nicht-Phosgen-Komponenten das Absorptionsmittel umfassen, wobei die Phosgen-Masse (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m bzw. m-P-n) jeweils durch Multiplikation eines Füllstandes (L-rück-1, L-rück-2, ..., L-rück-m bzw. L-rück-n) des Rückführmediums in dem Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) und einer Konzentration (x-P-1, x-P-2, ..., x-P-m bzw. x-P-n) des absorbierten Phosgens in dem Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) berechnet wird, und wobei die Absorptionsmittel- Masse (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m bzw. m-AbsM-n) jeweils durch Multiplikation des Füllstandes (L-rück-1, L-rück-2, ..., L-rück-m bzw. L-rück-n) des Rückführmediums (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) in dem Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) und einer Nicht-Phosgen-Komponenten-Konzentration (l-(x-P-l), l-(x-P-2), l-(x- P-m) bzw. l-(x-P-n)] der Nicht-Phosgen-Komponenten in dem Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) berechnet wird. In a fifteenth embodiment of the process for producing an isocyanate, which is a further particular embodiment of the thirteenth embodiment, the recycle medium (recycle-1, recycle-2, ..., recycle-m or recycle-n) comprises the absorbed phosgene and non-phosgene components, wherein the non-phosgene components comprise the absorption medium, wherein the phosgene mass (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m or m-P-n) is determined in each case by multiplying a filling level (L-recycle-1, L-recycle-2, ..., L-recycle-m or L-recycle-n) of the recycle medium in the phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n) and a concentration (x-P-1, x-P-2, ..., x-P-m or x-P-n) of the absorbed phosgene in the recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n) is calculated, and wherein the absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) is calculated by multiplying the filling level (L-recycle-1, L-recycle-2, ..., L-recycle-m or L-recycle-n) of the recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., L-recycle-m or L-recycle-n) in the phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n) and a non-phosgene component concentration (l-(x-P-l), l-(x-P-2), l-(x- P-m) or l-(x-P-n)] of the non-phosgene components in the return medium (return-1, return-2, ..., return-m or return-n) is calculated.
In einer sechzehnten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, ist In a sixteenth embodiment of the process for producing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments,
- das Absorptionsmittel (AbsM) ausgewählt aus Decahydronaphthalin, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, para-Dichlorbenzol, orü7?o-Dichlorbenzol, Chlortoluol, Chlornaphthalin oder Mischungen daraus; vorzugsweise ist das Absorptionsmittel orü7?o-Dichlorbenzol, und/oder - the absorbent (AbsM) selected from decahydronaphthalene, toluene, xylene, chlorobenzene, para-dichlorobenzene, orü7?o-dichlorobenzene, chlorotoluene, Chloronaphthalene or mixtures thereof; preferably the absorbent is orü7?o-dichlorobenzene, and/or
- das primäre Amin ausgewählt aus Toluylendiamin, Diphenylmethandiamin, Xylylendiamin, 1,5-Pentandiamin, 1,6-Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, Diaminodicyclohexylmethan oder Mischungen daraus; vorzugsweise ist das primäre Amin Toluylendiamin. - the primary amine is selected from toluenediamine, diphenylmethanediamine, xylylenediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, isophoronediamine, diaminodicyclohexylmethane or mixtures thereof; preferably the primary amine is toluenediamine.
In einer siebzehnten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Isocyanats, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, wird für den stöchiometrischen Phosgenüberschuss ein Sollwert (PÜSOLL) im Bereich von 10 % der Theorie bis 400 % der Theorie, bevorzugt von 20 % der Theorie bis 150 % der Theorie, festgelegt. In a seventeenth embodiment of the process for preparing an isocyanate, which can be combined with all other embodiments, a target value (PÜSOLL) in the range from 10% of theory to 400% of theory, preferably from 20% of theory to 150% of theory, is set for the stoichiometric phosgene excess.
In einer ersten Ausführungsform des zur Regelung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses, die mit allen anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, ist auf dem Prozessor ein selbstlernender Algorithmus zum automatischen Abgleich von Änderungen (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss- Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) mit dem stöchiometrischen Phosgenüberschuss und in Reaktion darauf zur automatischen Einstellung und Anpassung des Einstellparameters (Y) implementiert, wobei der Algorithmus dazu konfiguriert ist, durch die Anpassung des Einstellparameters (Y) das Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats zu optimieren (d. h. Abweichungen vom stöchiometrischen Phosgenüberschuss schneller entgegenzuwirken). In a first embodiment of the method for controlling the stoichiometric phosgene excess, which can be combined with all other embodiments, a self-learning algorithm is implemented on the processor for automatically comparing changes in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) with the stoichiometric phosgene excess and, in response thereto, for automatically setting and adjusting the setting parameter (Y), wherein the algorithm is configured to optimize the process for producing an isocyanate by adjusting the setting parameter (Y) (i.e. to counteract deviations from the stoichiometric phosgene excess more quickly).
Die zuvor kurz geschilderten Ausführungsformen und weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden näher erläutert. Sämtliche zuvor beschriebenen Ausführungsformen und die weiteren im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung sind, sofern sich aus dem Kontext für den Fachmann nicht eindeutig das Gegenteil ergibt oder nicht ausdrücklich etwas anderes gesagt wird, beliebig unter- und miteinander kombinierbar, und zwar auch über Kategoriegrenzen hinweg. So können beispielsweise alle im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats genannten Ausgestaltungen bzw. Merkmale ohne Weiteres auch Ausgestaltungen bzw. Merkmale der vorgeschlagenen Anlage zur Herstellung eines Isocyanats darstellen, und umgekehrt. The embodiments briefly described above and further possible embodiments of the invention are explained in more detail below. All embodiments described above and the further embodiments of the invention described below can be combined with one another as desired, even across category boundaries, unless the context clearly indicates the opposite to the person skilled in the art or unless something else is expressly stated. For example, all embodiments or features mentioned in connection with the proposed process for producing an isocyanate can also be used without further ado. Represent designs or features of the proposed plant for producing an isocyanate, and vice versa.
Der Einfachheit halber wird für diejenigen Einrichtungen, von denen erfindungsgemäß zwei oder mehr vorgesehen sind oder vorgesehen sein können (also z. B. die Gasphasenreaktionsanordnungen (100-1, 100-2, ..., 100-m) oder die Amingaserzeugungseinrichtungen (106-1, 106-2, ..., 106-m)) im folgenden Text teilweise nur das jeweilige Hauptbezugszeichen (also beispielsweise „100" oder „106", ohne die nachgestellte Nummerierung) verwendet. Dies geschieht nur aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung und soll nicht implizieren, dass es nur eine einzige derartige Einrichtung gebe (sofern dies im Rahmen der Erfindung überhaupt möglich ist), es sei denn, aus dem Zusammenhang ergibt sich dies eindeutig (wie etwa bei der Beschreibung der Ausführungsform unter Verwendung einer einzigen Amingaserzeugungseinrichtung 106 für alle m Gasphasenreaktionsanordnungen). For the sake of simplicity, for those devices of which two or more are or can be provided according to the invention (i.e., for example, the gas phase reaction arrangements (100-1, 100-2, ..., 100-m) or the amine gas generation devices (106-1, 106-2, ..., 106-m)), only the respective main reference symbol (i.e., for example, "100" or "106", without the suffixed numbering) is used in the following text. This is done solely for reasons of linguistic simplification and is not intended to imply that there is only one such device (if this is even possible within the scope of the invention), unless this is clear from the context (as, for example, in the description of the embodiment using a single amine gas generation device 106 for all m gas phase reaction arrangements).
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung ausgestaltete erfindungsgemäße Anlage dienen der Herstellung eines Isocyanats. Das Isocyanat wird dabei durch Umsetzung eines primären Amins mit Phosgen im Wege einer Gasphasenreaktion erhalten. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann dabei grundsätzlich jedes primäre Amin umgesetzt werden, welches sich unzersetzt verdampfen lässt. So kann das primäre Amin beispielsweise ein primäres Diamin sein. Das primäre Amin kann ein Isomerengemisch darstellen, welches mehrere isomere Formen eines primären Amins umfasst. Sofern das primäre Amin in verschiedenen isomeren Formen vorliegen kann, kann das Isomerengemisch grundsätzlich alle möglichen Isomerenverteilungen umfassen. Der Begriff der Gasphasenreaktion wird dabei so verstanden, dass während der Reaktion des primären Amins mit Phosgen zur Herstellung des Isocyanats zumindest die Reaktionskomponenten primäres Amin, Phosgen und Isocyanat in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegen. The process according to the invention and the plant according to the invention designed to carry it out serve to produce an isocyanate. The isocyanate is obtained by reacting a primary amine with phosgene by means of a gas phase reaction. In connection with the present invention, in principle any primary amine that can be evaporated without decomposition can be reacted. For example, the primary amine can be a primary diamine. The primary amine can be an isomer mixture that includes several isomeric forms of a primary amine. If the primary amine can exist in different isomeric forms, the isomer mixture can in principle include all possible isomer distributions. The term gas phase reaction is understood to mean that during the reaction of the primary amine with phosgene to produce the isocyanate, at least the reaction components primary amine, phosgene and isocyanate are present in a gaseous state.
Um die Gasphasenreaktion zu ermöglichen, werden in dem ersten Verfahrensschritt (i) des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst die m Aminreaktionsgasströmen (A-l, A-2, ..., A-m), jeweils umfassend ein primäres Amin erzeugt (siehe hierzu auch FIG. 1). Unter einem Aminreaktionsgasstrom wird dabei ein solcher Gasstrom verstanden, welcher das primäre Amin in gasförmigem Aggregatzustand umfasst. Ein Aminreaktionsgasstrom wird in einer Amingaserzeugungseinrichtung (106) erzeugt. Es ist möglich, für jeden den bereitzustellenden Aminreaktionsgasströme (A-l, A-2, ..., A-m) eine eigene Amingaserzeugungseinrichtung (106-1, 106-2, ..., 106-m) zu verwenden. Dies ist in FIG. 1 dargestellt. Es ist auch möglich, zunächst in einer (einzigen) Amingaserzeugungseinrichtung (106) einen Aminreaktionsgasstrom (A) zu erzeugen, welcher anschließend in die m Aminreaktionsgasströme (A-l, A-2, ..., A-m) geteilt wird. Die erste Variante vereinfacht die Regelung der Anlage, die zweite Variante benötigt weniger Apparate. Was in einem konkreten Fall günstiger ist, hängt von den genauen Umständen des Einzelfalls ab. Erfindungsgemäß umfasst eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens also mehrere Gasphasenreaktionsanordnungen und eine oder mehrere Amingaserzeugungseinrichtungen. Vorzugsweise umfasst die Anlage mehrere Amingaserzeugungseinrichtungen, wobei jeder Gasphasenreaktionsanordnung jeweils eine Amingaserzeugungseinrichtung zugeordnet ist. Anders gesagt, vorzugsweise umfasst die Anlage jeweils eine Amingaserzeugungseinrichtung pro Gasphasenreaktionsanordnung. Die jeweils eine der mehreren Amingaserzeugungseinrichtungen kann in der ihr prozesstechnisch zugeordneten einen Gasphasenreaktionsanordnung angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist die jeweils eine der mehreren Amingaserzeugungseinrichtungen ein Teil der ihr prozesstechnisch zugeordneten einen Gasphasenreaktionsanordnung. In order to enable the gas phase reaction, in the first process step (i) of the process according to the invention, the m amine reaction gas streams (Al, A-2, ..., Am), each comprising a primary amine, are first generated (see also FIG. 1). An amine reaction gas stream is understood to mean a gas stream which comprises the primary amine in the gaseous state. An amine reaction gas stream is generated in an amine gas generation device (106). It is possible to use a separate amine gas generation device (106-1, 106-2, ..., 106-m) for each of the amine reaction gas streams (Al, A-2, ..., Am) to be provided. This is shown in FIG. 1. It is also possible to first generate an amine reaction gas stream (A) in a (single) amine gas generation device (106), which is then divided into the m amine reaction gas streams (Al, A-2, ..., Am). The first variant simplifies the control of the system, the second variant requires less equipment. What is more favorable in a specific case depends on the exact circumstances of the individual case. According to the invention, a plant for carrying out the method according to the invention comprises several gas phase reaction arrangements and one or more amine gas generating devices. Preferably, the plant comprises several amine gas generating devices, with each gas phase reaction arrangement being assigned one amine gas generating device. In other words, the plant preferably comprises one amine gas generating device per gas phase reaction arrangement. Each of the several amine gas generating devices can be arranged in the one gas phase reaction arrangement associated with it in terms of process technology. Particularly preferably, each of the several amine gas generating devices is part of the one gas phase reaction arrangement associated with it in terms of process technology.
Unter einer Amingaserzeugungseinrichtung kann grundsätzlich jede zur Erzeugung eines Aminreaktionsgasstroms geeignete Einrichtung verstanden werden. Methoden zur Erzeugung eines Aminreaktionsgasstroms sind dem Fachmann bekannt. Die Überführung des primären Amins in die Gasphase kann grundsätzlich in allen aus dem Stand der Technik bekannten Amingaserzeugungseinrichtungen erfolgen. So kann die Amingaserzeugungseinrichtung beispielsweise eine Verdampfungsapparatur wie ein Fallfilmverdampfer sein. Die Amingaserzeugungseinrichtung kann zum Beispiel eine Verdampfungsapparatur sein, bei der ein kleiner Arbeitsinhalt mit einer hohen Umwälzleistung über einen Fallfilmverdampfer geführt wird. So können Verdampfungsapparaturen eingesetzt werden, bei denen ein kleiner Arbeitsinhalt über zumindest einen Mikro- Wärmeaustauscher oder Mikroverdampfer umgewälzt wird. Ein solcher Einsatz entsprechender Wärmeaustauscher für die Verdampfung von Aminen ist beispielsweise in EP 1754698 offenbart. Zur Minimierung der thermischen Belastung des Amins kann dabei, unabhängig von der genauen Ausgestaltung der Verdampfungsapparatur, der Verdampfungsvorgang durch Zuspeisung eines Inertgases wie Stickstoff, Helium, Argon unterstützt werden. Die Verdampfung des primären Amins und erforderlichenfalls dessen Überhitzung, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 225 °C bis 430 °C, bevorzugt 250 °C bis 420 °C, besonders bevorzugt 250 °C bis 400 °C, kann dabei mehrstufig erfolgen, um unverdampfte Tröpfchen im erzeugten Aminreaktionsgasstrom zu vermeiden. Dabei können mehrstufige Verdampfungs- und Überhitzungsschritte ausgeführt werden, wobei zwischen den Verdampfungs- und Überhitzungssystemen Tröpfchenabscheider eingebaut sind und/oder die Verdampfungsapparaturen auch die Funktion eines Tröpfchenabscheiders besitzen. Geeignete Tröpfchenabscheider sind dem Fachmann bekannt. Nach Verlassen des in Strömungsrichtung letzten Überhitzers kann das auf seine Solltemperatur vorgeheizte gasförmige Amin dann in die Gasphasenreaktionsanordnung eingeleitet werden. Dabei kann, unabhängig von der Ausgestaltung der Zuführung des Amins im Detail, über technische Maßnahmen wie eine ausreichende Isolierung zur Vermeidung von Abstrahlungsverlusten, der Gefahr einer erneuten Tröpfchenbildung begegnet werden. An amine gas generation device can in principle be understood as any device suitable for generating an amine reaction gas stream. Methods for generating an amine reaction gas stream are known to the person skilled in the art. The conversion of the primary amine into the gas phase can in principle take place in all amine gas generation devices known from the prior art. For example, the amine gas generation device can be an evaporation apparatus such as a falling film evaporator. The amine gas generation device can for example be an evaporation apparatus in which a small working content is passed over a falling film evaporator with a high circulation capacity. For example, evaporation apparatus can be used in which a small working content is circulated over at least one micro heat exchanger or micro evaporator. Such use of appropriate heat exchangers for the evaporation of amines is disclosed for example in EP 1754698. To minimize the thermal load on the amine, the evaporation process can be supported by feeding in an inert gas such as nitrogen, helium or argon, regardless of the precise design of the evaporation apparatus. The evaporation of the primary amine and, if necessary, its superheating, in particular to a temperature in the range from 225 °C to 430 °C, preferably 250 °C to 420 °C, particularly preferably 250 °C to 400 °C, can be carried out in several stages in order to avoid unevaporated droplets in the amine reaction gas stream generated. Multi-stage evaporation and superheating steps can be carried out, with droplet separators being installed between the evaporation and superheating systems and/or the evaporation apparatus also having the function of a droplet separator. Suitable droplet separators are known to the person skilled in the art. After leaving the last superheater in the direction of flow, the gaseous amine, which has been preheated to its target temperature, can then be introduced into the gas phase reaction arrangement. Regardless of the detailed design of the amine feed, the risk of renewed droplet formation can be counteracted by technical measures such as sufficient insulation to avoid radiation losses.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das primäre Amin ausgewählt aus der Gruppe Toluylendiamin, Diphenylmethandiamin, Xylylendiamin, 1,5-Pentandiamin, 1,6-Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, Diaminodicyclo- hexylmethan, und Mischungen daraus. Sofern das primäre Amin in verschiedenen isomeren Formen vorliegen kann, sind dabei alle Isomerenverteilungen umfasst. Prinzipiell können auch Gemische mehrerer primärer Amine umgesetzt werden. Vorzugsweise ist das primäre Amin Toluylendiamin. Toluylendiamin, welches bevorzugt eingesetzt wird, umfasst dabei insbesondere 78 Massen-% bis 82 Massen-% 2,4-Toluylendiamin und 18 Massen-% bis 22 Massen-% 2,6- Toluylendiamin, bezogen auf die Gesamtmasse der 2,4- und 2,6-Toluylendiamin- Isomere. Bezogen auf die Gesamtmasse des Toluylendiamins machen dabei die 2,4- und 2,6-Toluylendiamin-Isomere in Summe bevorzugt von 95 Massen-% bis 100 Massen-%, besonders bevorzugt von 98 Massen-% bis 100 Massen-%, aus. Ganz besonders bevorzugt beträgt der Gehalt an Toluylendiamin-Isomeren mit zueinander ort7?o-ständigen Amingruppen im einzusetzenden Toluylendiamin weniger als 0,2 Massen-%, bezogen auf die Gesamtmasse des einzusetzenden Toluylendiamins. Verfahren zur Bereitstellung von Toluylendiamin mit den genannten Anforderungen sind dem Fachmann bekannt. In a preferred embodiment, the primary amine is selected from the group consisting of toluenediamine, diphenylmethanediamine, xylylenediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, isophoronediamine, diaminodicyclohexylmethane, and mixtures thereof. If the primary amine can be present in various isomeric forms, all isomer distributions are included. In principle, mixtures of several primary amines can also be reacted. The primary amine is preferably toluenediamine. Toluenediamine, which is preferably used, comprises in particular 78% by mass to 82% by mass of 2,4-toluenediamine and 18% by mass to 22% by mass of 2,6-toluenediamine, based on the total mass of the 2,4- and 2,6-toluenediamine isomers. Based on the total mass of the toluenediamine, the 2,4- and 2,6-toluenediamine isomers preferably make up from 95% by mass to 100% by mass, particularly preferably from 98% by mass to 100% by mass. The content of toluenediamine isomers with amine groups in the 7?o position relative to one another in the toluenediamine to be used is very particularly preferably less than 0.2% by mass, based on the total mass of the toluenediamine to be used. Toluenediamine. Processes for providing toluenediamine with the above requirements are known to the person skilled in the art.
Schema: Chemische Strukturen des 2,4- links) und 2,6-Toluylendiamins (rechts). Scheme: Chemical structures of 2,4-toluenediamine (left) and 2,6-toluenediamine (right).
In dem zweiten Verfahrensschritt (ii) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst der Phosgen umfassenden Phosgengasstroms (P) in einer Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) erzeugt und anschließend in die m Phosgen umfassenden Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) geteilt. Hierzu sind Splittingeinrichtungen (in FIG. 1 nicht als eigene Einrichtungen gezeigt) vorgesehen. Eine solche Splittingeinrichtung ist dazu ausgebildet, den Phosgengasstrom (P) in mehrere Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, P-m) aufzusplitten. Dabei wird einer jeden Gasphasenreaktionsanordnung jeweils einer der Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, P-m) zugeführt. In the second process step (ii) of the process according to the invention, the phosgene gas stream (P) comprising phosgene is first generated in a phosgene gas generation device (104) and then divided into the m phosgene reaction gas streams (P-1, P-2, ... P-m) comprising phosgene. For this purpose, splitting devices (not shown as separate devices in FIG. 1) are provided. Such a splitting device is designed to split the phosgene gas stream (P) into several phosgene reaction gas streams (P-1, P-2, P-m). One of the phosgene reaction gas streams (P-1, P-2, P-m) is fed to each gas phase reaction arrangement.
Unter einem Phosgen(reaktions)gasstrom wird ein solcher Gasstrom verstanden, welcher Phosgen in gasförmigem Aggregatzustand umfasst. Unter einer Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) wird eine solche Einrichtung verstanden, welche zur Erzeugung eines Phosgengasstroms aus flüssigem oder gelöstem Phosgen ausgebildet ist. So kann in der Phosgengaserzeugungseinrichtung vorliegendes Phosgen für die Erzeugung des Phosgengasstroms beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 350 °C, bevorzugt 250 °C bis 325 °C, besonders bevorzugt 250 °C bis 300 °C, erhitzt und gegebenenfalls mit einem Inertgas wie Stickstoff, Helium oder Argon verdünnt werden. Der die einer Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) verlassende Phosgengasstrom (P) enthält Anteile frisch herstellten Phosgens (Frisch) und Anteile rückgeführten Phosgens (Rück). Das frisch hergestellt Phosgen entstammt einer Frischphosgen- Erzeugungseinrichtung (109), in welcher Phosgen aus Chlor und Kohlenstoffmonoxid in an sich bekannter Weise synthetisiert wird. A phosgene (reaction) gas stream is understood to be a gas stream which comprises phosgene in the gaseous state. A phosgene gas generation device (104) is understood to be a device which is designed to generate a phosgene gas stream from liquid or dissolved phosgene. For example, phosgene present in the phosgene gas generation device can be heated to a temperature in the range from 200 °C to 350 °C, preferably 250 °C to 325 °C, particularly preferably 250 °C to 300 °C, for generating the phosgene gas stream and optionally diluted with an inert gas such as nitrogen, helium or argon. The phosgene gas stream (P) leaving a phosgene gas generation device (104) contains portions of freshly produced phosgene (fresh) and portions of recycled phosgene (recycled). The freshly produced phosgene comes from a fresh phosgene production facility (109), in which phosgene is synthesized from chlorine and carbon monoxide in a manner known per se.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auch in FIG. 1 gezeigt ist, ist es vorgesehen, dass eine Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) verwendet wird, die einen Einbringungsbereich (111) zur Einbringung des Rückführstroms (Rück) in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) und einen Phosgengaserzeugungseinrichtungs- Sammelbereich (110) aufweist. In dem Phosgengaserzeugungseinrichtungs- Sammelbereich (110) sammeln sich desorbiertes Phosgen und das aus dem Phosgen-Frischfluidstrom (Frisch) erhaltene Phosgen zur Bildung des Phosgengasstroms (P). Dabei wird der Druck des gebildeten Phosgengasstroms (d. h. des Phosgengasstroms, welcher aus desorbiertem Phosgen und aus dem Phosgen-Frischfluidstrom erhaltenem Phosgen gebildet wird) als Zustandsparameter (X) über die Flussrate des Rückführstroms bei Einbringung in den Einbringungsbereich als Einstellparameter (Y-l) eingestellt. Unter einem Einbringungsbereich (111) kann dabei ein solcher Bereich verstanden werden, welcher dazu ausgebildet ist, den Rückführstrom (Rück) aufzunehmen und in dem Rückführstrom (Rück) umfasstes, rückzuführendes Phosgen zur Desorption von dem Absorptionsmittel in die Phosgengaserzeugungseinrichtung einzubringen. Dabei kann der Einbringungsbereich beispielsweise ein Zulauf zur Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) sein. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, which is also shown in FIG. 1, it is provided that a phosgene gas generating device (104) is used which has an introduction area (111) for Introduction of the recycle stream (return) into the phosgene gas generation device (104) and a phosgene gas generation device collection area (110). Desorbed phosgene and the phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream (fresh) collect in the phosgene gas generation device collection area (110) to form the phosgene gas stream (P). The pressure of the phosgene gas stream formed (ie the phosgene gas stream which is formed from desorbed phosgene and phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream) is set as a state parameter (X) via the flow rate of the recycle stream upon introduction into the introduction area as a setting parameter (Yl). An introduction region (111) can be understood to mean a region which is designed to receive the recycle stream (return) and to introduce phosgene to be recycled contained in the recycle stream (return) into the phosgene gas generation device for desorption from the absorption medium. The introduction region can be, for example, an inlet to the phosgene gas generation device (104).
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Desorptionskolonne als Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) verwendet wird. Unter einer Desorptionskolonne kann dabei eine Rektifikationskolonne verstanden werden, in welcher ein Phasengleichgewicht zwischen Desorption und Absorption herrscht, wobei das Phasengleichgewicht auf der Seite der Desorption liegt. In der Desorptionskolonne findet also (vorherrschend) eine Desorption des in dem Rückführstrom umfassten rückzuführenden Phosgens von dem Absorptionsmittel unter Erhalt von desorbiertem Phosgen statt. Die Desorptionskolonne kann dabei mindestens eine Trennstufe, vorzugsweise mehrere Trennstufen, umfassen. Die Desorptionskolonne kann beispielsweise eine Bodenkolonne mit in regelmäßigen Abständen eingebauten horizontalen Böden sein, wobei jeder Boden einer Trennstufe entspricht. Böden können dabei aus kreisrunden Platten mit mehreren Durchtrittsöffnungen für den Gasstrom, sog. Glocken, Schlitzen oder Ventilen, bestehen. Die Böden können in regelmäßigen vertikalen Abständen, beispielsweise in vertikalen Abständen von 0,3 bis 1,0 m, horizontal in der Bodenkolonne eingebaut sein. Die Desorptionskolonne kann zusätzlich zu den Böden auch Packungen enthalten, und zwar insbesondere im Abtriebsteil. Die Desorptionskolonne verfügt über einen Sumpf (112), in dem sich flüssiges Desorptionsmedium (DesM) sammelt. In a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that a desorption column is used as the phosgene gas generating device (104). A desorption column can be understood to mean a rectification column in which a phase equilibrium between desorption and absorption prevails, with the phase equilibrium being on the desorption side. In the desorption column, the phosgene to be recycled, which is contained in the recycle stream, is therefore (predominantly) desorbed from the absorbent to obtain desorbed phosgene. The desorption column can comprise at least one separation stage, preferably several separation stages. The desorption column can, for example, be a tray column with horizontal trays installed at regular intervals, with each tray corresponding to a separation stage. Trays can consist of circular plates with several passage openings for the gas flow, so-called bells, slots or valves. The trays can be installed horizontally in the tray column at regular vertical intervals, for example at vertical intervals of 0.3 to 1.0 m. In addition to the trays, the desorption column can also contain packings, particularly in the stripping section. The Desorption column has a sump (112) in which liquid desorption medium (DesM) collects.
Es kann beispielsweise eine Desorptionskolonne verwendet werden, welche über einen Desorptionskolonnen-Zulauf mit dem Rückführstrom gespeist wird, wobei der Desorptionskolonnen-Zulauf in dem Einbringungsbereich (111) der Desorptionskolonne angeordnet ist. Der Phosgengaserzeugungseinrichtungs- Sammelbereich (110) ist dabei an einem Kopf der Desorptionskolonne angeordnet. So kann der Druck des im Kopf der Desorptionskolonne angeordneten Phosgengaserzeugungseinrichtungs-Sammelbereich (110) gebildeten Phosgengasstroms (P) als Zustandsparameter (X) über die Flussrate des Rückführstroms bei Einbringung in den Desorptionskolonnen-Zulauf als Einstellparameter (Y-l) eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Strom des im Absorptionsmittel absorbierten Phosgens, der in den Desorptionskolonnen-Zulauf eingebracht wird, direkt (zumindest in erheblichem Ausmaß) verdampft wird. For example, a desorption column can be used which is fed with the recycle stream via a desorption column inlet, the desorption column inlet being arranged in the introduction region (111) of the desorption column. The phosgene gas generation device collection region (110) is arranged at a top of the desorption column. The pressure of the phosgene gas stream (P) formed in the phosgene gas generation device collection region (110) arranged at the top of the desorption column can thus be set as a state parameter (X) via the flow rate of the recycle stream when introduced into the desorption column inlet as a setting parameter (Y-1). This is particularly the case when the stream of phosgene absorbed in the absorbent, which is introduced into the desorption column inlet, is directly evaporated (at least to a considerable extent).
In dem dritten Verfahrensschritt (iii) wird jeder der erzeugten Phosgenreaktionsgasströme (in FIG. 1 sind beispielhaft zwei, P-l und P-2, gezeigt, also m = 2) mit einem der erzeugten Aminreaktionsgasströme (A-l und A-2 in FIG. 1) in einer der Gasphasenreaktionsanordnungen zusammengeführt. Dabei ist es bevorzugt, dass jede der m Gasphasenreaktionsanordnungen jeweils einen Phosgengaseinlass und einen separaten Amingaseinlass aufweist, wobei der jeweilige Phosgenreaktionsgasstrom durch den Phosgengaseinlass und der jeweilige Aminreaktionsgasstrom durch den separaten Amingaseinlass in die entsprechende Gasphasenreaktionsanordnung eingebracht werden. Zur Regelung des in die Gasphasenreaktionsanordnung eingebrachten Phosgenreaktionsgasstroms (P-l, P-2, ..., P-m) ist dabei ein Einstellmittel vorgesehen, welches ein, insbesondere am Phosgengaseinlass angeordnetes, Phosgengasventil, das Phosgenfluss-Stellventil (PV-1, PV-2, ..., PV-m) umfasst. Zur Regelung des in die Gasphasenreaktionsanordnung eingebrachten Aminreaktionsgasstroms kann vorzugsweise ein Einstellmittel verwendet werden, welches ein, insbesondere am separaten Amingaseinlass angeordnetes, Amingasventil, d. h. ein Aminfluss- Stellventil (AV-1, AV-2, ..., AV-m) umfasst. Die eigentliche Einstellung der für einen angestrebten Aminfluss erforderlichen Menge an gasförmigen Aminreaktionsgasstrom erfolgt durch die Energiezufuhr in die Amingaserzeugungseinrichtung (106). Insbesondere die Amingaserzeugungseinrichtung, und dementsprechend auch der darin erzeugte Aminreaktionsgasstrom, welcher durch den Amingaseinlass in die Gasphasenreaktionsanordnung eingebracht wird, reagiert sehr empfindlich auf Druckabfälle in der Gasphasenreaktionsanordnung. Solche Druckabfälle können, wie zuvor beschrieben, insbesondere durch ein Abbrechen von in Form fester Rückstände an Innenwänden der Gasphasenreaktionsanordnung haftenden Folge- und Nebenprodukten der Gasphasenreaktion verursacht werden. Ein separates Einbringen des Phosgenreaktionsgasstroms und des Aminreaktionsgasstroms in die jeweilige der mehreren Gasphasenreaktionsanordnungen ergibt nun den besonderen Vorteil, dass im Falle eines Druckabfalls in der Gasphasenreaktionsanordnung eine Störung der Amingaserzeugungseinrichtung bzw. des erzeugten Aminreaktionsgasstroms keine Auswirkungen auf den erzeugten Phosgenreaktionsgasstrom bzw. dessen Einbringung in die Gasphasenreaktionsanordnung hat. Anders gesagt, die erfindungsgemäße Anlage umfassend das erfindungsgemäße Einstellmittel ist, auch durch die separate Einleitung des Phosgen- und Aminreaktionsgasstroms, in der Lage, die beschriebenen Druckabfälle in der Gasphasenreaktionsanordnung (z. B. einem Gasphasenreaktor) zu kompensieren. In the third process step (iii), each of the phosgene reaction gas streams generated (two, Pl and P-2, are shown in FIG. 1 by way of example, i.e. m = 2) is combined with one of the amine reaction gas streams generated (Al and A-2 in FIG. 1) in one of the gas phase reaction arrangements. It is preferred that each of the m gas phase reaction arrangements has a phosgene gas inlet and a separate amine gas inlet, the respective phosgene reaction gas stream being introduced into the corresponding gas phase reaction arrangement through the phosgene gas inlet and the respective amine reaction gas stream being introduced through the separate amine gas inlet. To regulate the phosgene reaction gas stream (Pl, P-2, ..., Pm) introduced into the gas phase reaction arrangement, an adjustment means is provided which comprises a phosgene gas valve, the phosgene flow control valve (PV-1, PV-2, ..., PV-m), arranged in particular at the phosgene gas inlet. To regulate the amine reaction gas stream introduced into the gas phase reaction arrangement, an adjustment means can preferably be used which comprises an amine gas valve, i.e. an amine flow control valve (AV-1, AV-2, ..., AV-m), arranged in particular at the separate amine gas inlet. The actual adjustment of the amount of gaseous amine reaction gas stream required for a desired amine flow takes place by supplying energy to the amine gas generation device (106). In particular, the amine gas generation device, and accordingly also the amine reaction gas stream generated therein, which is introduced into the gas phase reaction arrangement through the amine gas inlet, reacts very sensitively to pressure drops in the gas phase reaction arrangement. As previously described, such pressure drops can be caused in particular by the breaking off of subsequent and by-products of the gas phase reaction adhering to the inner walls of the gas phase reaction arrangement in the form of solid residues. A separate introduction of the phosgene reaction gas stream and the amine reaction gas stream into each of the several gas phase reaction arrangements now results in the particular advantage that in the event of a pressure drop in the gas phase reaction arrangement, a disturbance of the amine gas generation device or the generated amine reaction gas stream has no effect on the generated phosgene reaction gas stream or its introduction into the gas phase reaction arrangement. In other words, the plant according to the invention comprising the adjusting agent according to the invention is able to compensate for the described pressure drops in the gas phase reaction arrangement (e.g. a gas phase reactor), also by the separate introduction of the phosgene and amine reaction gas stream.
Die Zusammenführung der Phosgen- und Aminreaktionsgasströme wird dabei unter Einhaltung eines stöchiometrischen Überschusses von Phosgen in Bezug auf die umzusetzenden Aminogruppen des primären Amins ausgeführt. Dabei kann ein bevorzugtes molares Verhältnis von Phosgen zu primären Aminogruppen im Regelbetrieb (d. h. sobald nach dem Anfahren einer Gasphasenreaktionsanordnung die angestrebten Flussraten von Phosgenreaktionsgasstrom und Aminreaktionsgasstrom erreicht sind) von 1,1 : 1 (entsprechend einem stöchiometrischen Phosgenüberschuss von 10 % der Theorie) bis 5,0 : 1 (entsprechend einem stöchiometrischen Phosgenüberschuss von 400 % der Theorie), besonders bevorzugt von 1,2 : 1 (entsprechend einem stöchiometrischen Phosgenüberschuss von 20 % der Theorie) bis 2,5 : 1 (entsprechend einem stöchiometrischen Phosgenüberschuss von 150 % der Theorie) als Sollwert PÜSOLL eingestellt werden. Beim Anfahren der Anlage wird man zunächst nur Phosgen zugeben und anschließend erst das Amin. In der Anfahrphase ist der Phosgenüberschuss daher zunächst „unendlich" und kann auch nach der ersten Zugabe des Amins sehr hohe Werte wie beispielsweise 1900 % der Theorie (entsprechend einem molaren Verhältnis von Phosgen zu primären Aminogruppen von 20 : 1) annehmen. Die Erfindung erlaubt es, den stöchiometrischen Überschuss von Phosgen so einzustellen, dass dieser möglichst konstant ist, also möglichst wenig schwankt (der Phosgenüberschuss hat signifikanten Einfluss auf die Reaktionstemperatur und damit auf die Reaktionsgeschwindigkeit; auch die Verweilzeit ändert sich in Abhängigkeit des Phosgenüberschusses). The combination of the phosgene and amine reaction gas streams is carried out while maintaining a stoichiometric excess of phosgene with respect to the amino groups of the primary amine to be reacted. A preferred molar ratio of phosgene to primary amino groups in normal operation (i.e. as soon as the desired flow rates of phosgene reaction gas stream and amine reaction gas stream are reached after starting up a gas phase reaction arrangement) of 1.1:1 (corresponding to a stoichiometric phosgene excess of 10% of theory) to 5.0:1 (corresponding to a stoichiometric phosgene excess of 400% of theory), particularly preferably of 1.2:1 (corresponding to a stoichiometric phosgene excess of 20% of theory) to 2.5:1 (corresponding to a stoichiometric phosgene excess of 150% of theory) can be set as the setpoint PÜSOLL. When starting up the plant, only phosgene is added first and then the amine. In the start-up phase, the excess of phosgene is therefore initially "infinite" and can reach very high values even after the first addition of the amine, such as 1900% of theory (corresponding to a molar ratio of phosgene to primary amino groups of 20:1). The invention allows the stoichiometric excess of phosgene to be adjusted so that it is as constant as possible, i.e. fluctuates as little as possible (the phosgene excess has a significant influence on the reaction temperature and thus on the reaction rate; the residence time also changes depending on the phosgene excess).
Die Gasphasenreaktionsanordnung umfasst insbesondere einen Gasphasenreaktor. Der Gasphasenreaktor kann z. B. ein Rohrreaktor sein, insbesondere ein vertikal angeordneter Rohrreaktor mit zylindrischer, konischer oder zylindrischkonischer Form. The gas phase reaction arrangement comprises in particular a gas phase reactor. The gas phase reactor can be, for example, a tubular reactor, in particular a vertically arranged tubular reactor with a cylindrical, conical or cylindrical-conical shape.
In der Gasphasenreaktionsanordnung läuft dann die Gasphasenreaktion des primären Amins mit Phosgen zu dem Isocyanat ab, wobei aus jeder der m Gasphasenreaktionsanordnungen ein Isocyanat-Rohprodukt-Fluidstrom IC (IC- 1 und IC-2 in FIG. 1) und ein Restfluidstrom R (R-l und R-2 in FIG. 1) erhalten werden. Der jeweils erhaltene Isocyanat-Rohprodukt-Fluidstrom IC umfasst dabei hergestelltes Isocyanat. Der Restfluidstrom R wiederum umfasst in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei grundsätzlich vor, nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) rückzuführen und damit für die Erzeugung des Phosgen umfassenden Phosgengasstroms (P) und der m Phosgenreaktionsgasströme bereitzustellen. Anders gesagt, wird der stöchiometrische Phosgenüberschuss also zyklisiert. The gas phase reaction of the primary amine with phosgene to form the isocyanate then takes place in the gas phase reaction arrangement, with an isocyanate crude product fluid stream IC (IC-1 and IC-2 in FIG. 1) and a residual fluid stream R (R-1 and R-2 in FIG. 1) being obtained from each of the m gas phase reaction arrangements. The isocyanate crude product fluid stream IC obtained in each case comprises isocyanate produced. The residual fluid stream R in turn comprises unreacted, excess phosgene in the gas phase reaction. The method according to the invention basically provides for unreacted, excess phosgene to be returned to the phosgene gas generation device (104) and thus made available for the generation of the phosgene-comprising phosgene gas stream (P) and the m phosgene reaction gas streams. In other words, the stoichiometric phosgene excess is cyclized.
Die Rückführung des in dem Restfluidstrom umfassten nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) in dem vierten Verfahrensschritt (iv) umfasst optional zunächst in einem ersten Teilschritt (iv-1) ein Vereinigen der m Restfluidströme (R-l, R-2, ..., R-m) zu n Restfluidströmen (R-l, R-2, ... R-n), wobei n eine natürliche Zahl im Bereich von 1 bis m-1 „m minus eins") und insbesondere 1 ist. Dieser optionale Schritt ist in FIG. 1 nicht gezeigt, kann aber dennoch, abhängig von den Umständen des Einzelfalls, technisch und wirtschaftlich sinnvoll sein. The return of the unreacted excess phosgene contained in the residual fluid stream to the phosgene gas generation device (104) in the fourth process step (iv) optionally initially comprises, in a first sub-step (iv-1), combining the m residual fluid streams (R-1, R-2, ..., R-m) to form n residual fluid streams (R-1, R-2, ... R-n), where n is a natural number in the range from 1 to m-1 ("m minus one") and in particular 1. This optional step is not shown in FIG. 1, but may nevertheless be technically and economically expedient, depending on the circumstances of the individual case.
In einem zweiten Teilschritt (iv-2) wird dann jeder der m bzw. n Restfluidströme in jeweils eine Phosgenabsorptionseinrichtung (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n) eingebracht. Dabei weist jede Phosgenabsorptionseinrichtung einen Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) auf. Zur Durchführung der Absorption wird in jede der der Phosgenabsorptionseinrichtungen (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n) außerdem jeweils ein Absorptionsmittel-Fluidstrom (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m bzw. AbsM-n), jeweils enthaltend ein Absorptionsmittel (AbsM), eingebracht. In jeder Phosgenabsorptionseinrichtung erfolgt die Absorption des in der Gasphasenreaktion nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens durch das Absorptionsmittel unter Bildung von rückzuführendem Phosgen. Das nicht umgesetzte, überschüssige Phosgen liegt in einem Gasstrom gemeinsam mit dem als Koppelprodukt entstehenden Chlorwasserstoffgas vor und wird aus diesem Gasstrom in der Phosgenabsorptionseinrichtung ausgewaschen. Aus der Phosgenabsorptionseinrichtung wird dann der Rückführstrom (Rück) erhalten, welcher rückzuführendes Phosgen umfasst. Unter einem Absorptionsmittel kann dabei grundsätzlich jedes inerte Lösungsmittel verstanden werden, welches zur Absorption von Phosgen geeignet ist. Unter einem inerten Lösungsmittel kann dabei ein solches Lösungsmittel verstanden werden, welches zumindest gegenüber dem primären Amin, Phosgen und dem hergestellten Isocyanat inert ist. Mit anderen Worten, das inerte Lösungsmittel ist nicht an der Gasphasenreaktion beteiligt. Das inerte Lösungsmittel ist vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel. Das organische Lösungsmittel kann beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe mit oder ohne Halogensubstitution, und Mischungen daraus umfassen. Unter einer Absorption von Phosgen durch das Absorptionsmittel wird dabei eine Aufnahme des Phosgens in das freie Volumen des in einer anderen Phase als Phosgen vorliegenden Absorptionsmittels verstanden. So kann beispielsweise in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegendes Phosgen in der Phosgenabsorptionseinrichtung eine gasförmige Phase bilden, während in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegendes Absorptionsmittel in der Phosgenabsorptionseinrichtung eine flüssige - d.h. eine andere - Phase bildet. Im Rahmen einer Absorption des Phosgens durch das Absorptionsmittel wird dabei das gasförmige Phosgen überwiegend bis vollständig in das freie Volumen des flüssigen Absorptionsmittels aufgenommen. Ein besonders bevorzugtes Absorptionsmittel ist ort7?o-Dichlorbenzol. Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass jeweils eine Absorptionskolonne als Phosgenabsorptionseinrichtung (103-1, 103-2, ... 103-m bzw. 103-n) verwendet wird. Unter einer Absorptionskolonne (auch Absorber genannt) ist dabei ein verfahrenstechnischer Apparat zu verstehen, in welchem der Restfluidstrom mit dem Absorptionsmittel umfassenden Absorptionsmittel-Fluidstrom in Kontakt gebracht wird, um Phosgen aus dem Restfluidstrom in dem Absorptionsmittel aufzunehmen. Dabei kann in der Absorptionskolonne ein Phasengleichgewicht zwischen Desorption und Absorption herrschen, wobei das Phasengleichgewicht in der Absorptionskolonne auf der Seite der Absorption liegt. In der Absorptionskolonne findet also (vorherrschend) eine Absorption des in dem Restfluidstrom umfassten nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens durch das Absorptionsmittel unter Erhalt von rückzuführendem Phosgen statt. Dazu kann die Absorptionskolonne einen oder mehrere der folgenden sechs Absorptionskolonnenbereiche aufweisen: einen Sumpf, einen Gaszulauf, eine Kontaktstrecke, eine Absorptionsmittelaufgabe, einen Tropfenabscheider, und einen Kopf. So kann die Absorptionskolonne einen Sumpf als Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) aufweisen, wobei sich in dem Sumpf das Rückführmedium sammelt, wobei das Rückführmedium aus dem Sumpf abgezogen und als Rückführstrom der Phosgengaserzeugungseinrichtung, die als Phosgendesorptionseinrichtung dient, zugeführt wird. Weiterhin kann die Absorptionskolonne einen Gaszulauf aufweisen, wobei der Restfluidstrom in den Gaszulauf aufgegeben wird, wonach durch geeignete Strömungsführung (z. B. durch Einbauten) eine gleichmäßige Beaufschlagung des Innenraumes mit dem Rückführstrom ausgeführt wird. Zudem kann die Absorptionskolonne eine Kontaktstrecke, in der die Absorption stattfindet, aufweisen. Auch kann die Absorptionskolonne eine Absorptionsmittelaufgabe aufweisen, worin der Absorptionsmittel-Fluidstrom aufgegeben wird, wonach durch geeignete Strömungsführung (z. B. durch Einbauten) eine gleichmäßige Beaufschlagung des Innenraumes mit dem Absorptionsmittel ausgeführt wird. Außerdem kann die Absorptionskolonne einen Tropfenabscheider und/oder einen Absorptionskolonnenkopf aufweisen, wobei an dem Absorptionskolonnenkopf ein von nicht umgesetztem, überschüssigem Phosgen befreiter Chlorwasserstoffstrom die Absorptionskolonne verlässt. Die Absorptionskolonne kann eine Füllkörperoder Bodenkolonne, ein Wirbelwäscher, ein Rotationswäscher, ein Venturiwäscher, ein Tauchwäscher oder in Sprühwäscher sein. Vorzugsweise ist die Absorptionskolonne eine Füllkörperkolonne. Unter einer Füllkörperkolonne kann dabei eine Kolonne verstanden werden, welche in loser Schichtung mit Füllkörpern gefüllt ist. Füllkörper können dabei aus einem Material bestehen, welches rostfreien Stahl umfasst. In a second sub-step (iv-2), each of the m or n residual fluid streams is then introduced into a respective phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n). Each phosgene absorption device has a phosgene absorption device collection region (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n). To carry out the absorption, an absorption medium fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n), each containing an absorption medium (AbsM), is also introduced into each of the phosgene absorption devices (103-1, 103-2, ..., AbsM-m or AbsM-n), each containing an absorption medium (AbsM). In each phosgene absorption device, the excess phosgene not converted in the gas phase reaction is absorbed by the absorption medium to form phosgene to be recycled. The excess phosgene not converted is present in a gas stream together with the hydrogen chloride gas formed as a co-product and is washed out of this gas stream in the phosgene absorption device. The recycle stream (recycle) is then obtained from the phosgene absorption device, which comprises phosgene to be recycled. In principle, an absorption medium can be understood as any inert solvent that is suitable for absorbing phosgene. An inert solvent can be understood as a solvent that is at least inert towards the primary amine, phosgene and the isocyanate produced. In other words, the inert solvent is not involved in the gas phase reaction. The inert solvent is preferably an organic solvent. The organic solvent can comprise, for example, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons with or without halogen substitution, and mixtures thereof. Absorption of phosgene by the absorption medium is understood as the absorption of phosgene into the free volume of the absorption medium that is in a different phase than phosgene. For example, phosgene that is in a gaseous state can form a gaseous phase in the phosgene absorption device, while absorption medium that is in a liquid state forms a liquid - i.e. a different - phase in the phosgene absorption device. During absorption of the phosgene by the absorption medium, the gaseous phosgene is absorbed predominantly or completely into the free volume of the liquid absorption medium. A particularly preferred absorption medium is ortho-dichlorobenzene. According to one embodiment of the process according to the invention, it can be provided that an absorption column is used as a phosgene absorption device (103-1, 103-2, ... 103-m or 103-n). An absorption column (also called an absorber) is understood to mean a process engineering apparatus. understand in which the residual fluid stream is brought into contact with the absorption medium fluid stream comprising the absorption medium in order to absorb phosgene from the residual fluid stream in the absorption medium. In the absorption column, a phase equilibrium between desorption and absorption can prevail, with the phase equilibrium in the absorption column being on the absorption side. In the absorption column, therefore, the unreacted, excess phosgene contained in the residual fluid stream is (predominantly) absorbed by the absorption medium to obtain phosgene for recycling. For this purpose, the absorption column can have one or more of the following six absorption column regions: a bottom, a gas inlet, a contact section, an absorption medium feed, a droplet separator, and a head. The absorption column can have a sump as a phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n), the recycle medium collecting in the sump, the recycle medium being withdrawn from the sump and fed as a recycle stream to the phosgene gas generation device, which serves as a phosgene desorption device. The absorption column can also have a gas inlet, the residual fluid stream being fed into the gas inlet, after which the interior is uniformly supplied with the recycle stream by suitable flow guidance (e.g. by internals). In addition, the absorption column can have a contact section in which the absorption takes place. The absorption column can also have an absorption agent feed, in which the absorption agent fluid stream is fed, after which the interior is uniformly supplied with the absorption agent by suitable flow guidance (e.g. by internals). In addition, the absorption column can have a droplet separator and/or an absorption column head, with a hydrogen chloride stream freed from unreacted, excess phosgene leaving the absorption column at the absorption column head. The absorption column can be a packed or tray column, a vortex washer, a rotary washer, a venturi washer, an immersion washer or a spray washer. The absorption column is preferably a packed column. A packed column can be understood as a column which is loosely layered with packing is filled. Filling elements can consist of a material that includes stainless steel.
Unabhängig von der genauen Ausgestaltung der Phosgenabsorptionseinrichtung (103) ist es bevorzugt, dass das Absorptionsmittel (AbsM) ausgewählt wird aus der Gruppe Decahydronaphthalin, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, para- Dichlorbenzol, ort7?o-Dichlorbenzol, Chlortoluol, Chlornaphthalin, und Mischungen daraus. Vorzugsweise ist das Absorptionsmittel Chlorbenzol oder ortho- Dichlorbenzol, besonders bevorzugt orü7?o-Dichlorbenzol. Irrespective of the precise design of the phosgene absorption device (103), it is preferred that the absorption medium (AbsM) is selected from the group consisting of decahydronaphthalene, toluene, xylene, chlorobenzene, para-dichlorobenzene, ortho-dichlorobenzene, chlorotoluene, chloronaphthalene, and mixtures thereof. The absorption medium is preferably chlorobenzene or ortho-dichlorobenzene, particularly preferably ortho-dichlorobenzene.
Der aus der Phosgenabsorptionseinrichtung (103) erhaltene, rückzuführendes Phosgen umfassende Rückführstrom (Rück) wird in dem dritten Teilschritt (iv-3) mit einer Flussrate (f-Rück) in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) eingebracht, worin eine Desorption des rückzuführenden Phosgens von dem Absorptionsmittel unter Erhalt von desorbiertem Phosgen erfolgt. Der Begriff der Desorption beschreibt im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Freisetzung gasförmigen Phosgens aus der in der Phosgenabsorptionseinrichtung erhaltenen im Absorptionsmittel absorbierten (im Absorptionsmittel gelösten) Phosgens. Dies kann durch ein einfaches Austreiben gasförmigen Phosgens durch Druckverringerung und/oder durch Temperaturerhöhung, aber auch durch eine Destillation oder Rektifikation mit einem flüssigen Rücklauf kondensierten Phosgens erfolgen. Der Druck bei der Desorption sollte insbesondere oberhalb des Drucks am Eintritt in die m Gasphasenreaktionsanordnungen liegen. The recycle stream (recycle) obtained from the phosgene absorption device (103) and comprising phosgene to be recycled is introduced into the phosgene gas generation device (104) at a flow rate (f-recycle) in the third sub-step (iv-3), in which desorption of the phosgene to be recycled from the absorption medium takes place to obtain desorbed phosgene. In the context of the present invention, the term desorption describes the release of gaseous phosgene from the phosgene absorbed in the absorption medium (dissolved in the absorption medium) obtained in the phosgene absorption device. This can be done by simply expelling gaseous phosgene by reducing the pressure and/or by increasing the temperature, but also by distillation or rectification with a liquid return of condensed phosgene. The pressure during desorption should in particular be above the pressure at the inlet to the m gas phase reaction arrangements.
Zudem wird, wie bereits erwähnt, ein Phosgen-Frischfluidstrom (Frisch) in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) eingebracht. Der in der Phosgengaserzeugungseinrichtung erzeugte Phosgengasstrom (P) wird also durch das desorbierte Phosgen und dem aus dem zusätzlich in die Phosgengaserzeugungseinrichtung eingebrachten Phosgen-In addition, as already mentioned, a fresh phosgene fluid stream (Fresh) is introduced into the phosgene gas generation device (104). The phosgene gas stream (P) generated in the phosgene gas generation device is thus replaced by the desorbed phosgene and the phosgene from the additionally introduced into the phosgene gas generation device.
Frischfluidstrom (Frisch) erhaltenem Phosgen gebildet. Dabei kann die Phosgengaserzeugungseinrichtung eine Rektifikationskolonne sein. Eine Rektifikationskolonne kann beispielsweise eine Bodenkolonne oder Füllkörperkolonne sein. Dabei wird unter einer Rektifikation ein thermisches Trennverfahren verstanden, welches eine Erweiterung der Destillation oder eine Hintereinanderschaltung vieler Destillationsschritte darstellt. Die wesentlichen Vorteile der Rektifikation sind, dass die Anlage kontinuierlich betrieben werden kann und dass der Trenneffekt im Vergleich zur Destillation um ein Vielfaches größer ist, da der Dampf im Gegenstrom mit der Flüssigkeit mehrfach hintereinander in Kontakt steht. Eine Rektifikationskolonne arbeitet dadurch energetisch günstiger, technisch weniger aufwändig und platzsparender als eine Hintereinanderschaltung von Einfachdestillationen. Die Kontaktfläche zwischen der in der Rektifikationskolonne befindlichen Dampf- und Flüssigphase wird beispielsweise durch Einbauten (z. B. Glockenböden, Füllkörper, Packungen) bereitgestellt, wobei an jeder dieser zusätzlichen Kontaktflächen ein Gemisch mit veränderter Konzentration entsprechend dem Phasengleichgewicht aus dem Dampfgemisch kondensiert, während infolge der frei werdenden Kondensationswärme ein Gemisch mit höherer Konzentration des leichter flüchtigen Bestandteils aus der Flüssigphase verdampft. Die Temperaturen auf den Trennstufen einer Rektifikationskolonne können bei gegebenem Druck durch das Verhältnis von Flüssigkeit zu Dampf (F/D-Verhältnis) beeinflusst werden. Das F/D- Verhältnis wird bei Rektifikationskolonnen durch das Rücklaufverhältnis am Kopf der Kolonne eingestellt. Wird ein Flüssigkeitsgemisch in der Rektifikationskolonne verdampft, so sind die Konzentrationen der einzelnen Stoffe im Gas und in der Flüssigphase durch die Temperatur und den Druck der Rektifikationskolonne festgelegt. Fresh fluid stream (fresh) obtained phosgene. The phosgene gas generation device can be a rectification column. A rectification column can be, for example, a tray column or a packed column. Rectification is understood to be a thermal separation process which is an extension of distillation or a series of many distillation steps. The main advantages of rectification are that the plant can be operated continuously and that the separation effect is many times greater than that of distillation, since the steam is mixed several times in countercurrent with the liquid. one behind the other. A rectification column therefore operates more efficiently in terms of energy, is less technically complex and takes up less space than a series of single distillations. The contact surface between the vapor and liquid phases in the rectification column is provided, for example, by internals (e.g. bubble cap trays, random packings, packing), with a mixture with a changed concentration condensing from the vapor mixture at each of these additional contact surfaces in accordance with the phase equilibrium, while a mixture with a higher concentration of the more volatile component evaporates from the liquid phase as a result of the heat of condensation released. The temperatures on the separation stages of a rectification column can be influenced at a given pressure by the ratio of liquid to vapor (F/D ratio). The F/D ratio in rectification columns is set by the reflux ratio at the top of the column. If a liquid mixture is evaporated in the rectification column, the concentrations of the individual substances in the gas and liquid phase are determined by the temperature and pressure of the rectification column.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können solche Gasphasenreaktionsanordnungen (100) vorgesehen sein, welche jeweils eine Reaktionseinrichtung (100a) und eine der Reaktionseinrichtung prozesstechnisch nachgeordnete Auftrenneinrichtung (100b) aufweisen. Dies ist in FIG. 2 dargestellt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine der erfindungsgemäß mindestens zwei Gasphasenreaktionsanordnungen (100) gezeigt ist, nämlich (100-1). In der Reaktionseinrichtung (100a-l) werden dabei der jeweilige Phosgenreaktionsgasstrom und der jeweilige Aminreaktionsgasstrom zusammengeführt, wobei die Gasphasenreaktion des primären Amins mit Phosgen unter Erhalt eines Reaktionsproduktgemisches erfolgt. In der Auftrenneinrichtung (100b-l) wird wiederum das aus der Reaktionseinrichtung (100a-l) erhaltene Reaktionsproduktgemisch durch Inkontaktbringen mit einer Quenchflüssigkeit unter Erhalt eines Quenchgemisches abgekühlt und eine Phasentrennung des erhaltenen Quenchgemisches in den Isocyanat- Roh produkt- Fluidstrom und einen zusätzliches Isocyanat umfassenden Rohrestfluidstrom durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls in FIG. 2 dargestellt ist, sind dazu solche Reaktionseinrichtungen (100a-l, 100a-2, ..., 100a-m) vorgesehen, die jeweils eine Mischzone (101-1, 101-2, ..., 101-m) und eine der Mischzone prozesstechnisch nachgelagerte Reaktionszone (102-1, 102-2, ..., 102-m) umfassen. In der Mischzone werden dabei der entsprechende Phosgenreaktionsgasstrom und der entsprechende Aminreaktionsgasstrom vermischt. In der Reaktionszone findet wiederum die Gasphasenreaktion des primären Amins mit Phosgen unter Erhalt des Reaktionsproduktgemisches (RP-1, RP-2, ... RP-m) statt. Das Reaktionsproduktgemisch umfasst dabei zumindest hergestelltes Isocyanat. According to a further embodiment of the method according to the invention, gas phase reaction arrangements (100) can be provided which each have a reaction device (100a) and a separation device (100b) arranged downstream of the reaction device in terms of process technology. This is shown in FIG. 2, whereby for reasons of clarity only one of the at least two gas phase reaction arrangements (100) according to the invention is shown, namely (100-1). In the reaction device (100a-1), the respective phosgene reaction gas stream and the respective amine reaction gas stream are combined, whereby the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place to obtain a reaction product mixture. In the separation device (100b-l), the reaction product mixture obtained from the reaction device (100a-l) is again cooled by contacting it with a quench liquid to obtain a quench mixture, and a phase separation of the resulting quench mixture into the isocyanate crude product fluid stream and an additional crude residual fluid stream comprising isocyanate is carried out. In a preferred embodiment of the invention, which is also shown in FIG. 2, reaction devices (100a-1, 100a-2, ..., 100a-m) are provided for this purpose, each of which comprises a mixing zone (101-1, 101-2, ..., 101-m) and a reaction zone (102-1, 102-2, ..., 102-m) downstream of the mixing zone in terms of process technology. In the mixing zone, the corresponding phosgene reaction gas stream and the corresponding amine reaction gas stream are mixed. In the reaction zone, the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place to obtain the reaction product mixture (RP-1, RP-2, ... RP-m). The reaction product mixture comprises at least produced isocyanate.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls in FIG. 2 dargestellt ist, sind zudem solche Auftrenneinrichtungen (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) vorgesehen, die jeweils eine Quenchzone (107-1, 107-2, ..., 107-m) und eine der Quenchzone prozesstechnisch nachgeordnete Phasentrennzone (108-1, 108-2, ..., 108-m) umfassen. Dabei wird in der Quenchzone das aus der Reaktionseinrichtung erhaltene Reaktionsproduktgemisch durch Inkontaktbringen mit einer Quenchflüssigkeit unter Erhalt eines Quenchgemisches abgekühlt. Dabei kann die Quenchflüssigkeit in Form eines oder mehrerer Quenchströme in die Quenchzone eingebracht werden. Dabei kann ein Quenchstrom beispielsweise einen Teil des Isocyanat-Rohprodukt-Fluidstroms umfassen, welcher nach Erhalt des Isocyanat-Rohprodukt-Fluidstroms aus der Gasphasenreaktionsanordnung abgezweigt und in die in der Gasphasenreaktionsanordnung angeordnete Quenchzone zurückgeführt wird. Die Quenchflüssigkeit kann dabei beispielsweise in die Quenchzone (z. B. über eine Mischdüse) eingedüst werden. Das erhaltene Quenchgemisch umfasst dabei zumindest die Quenchflüssigkeit und das hergestellte Isocyanat. In der prozesstechnisch nachgeschalteten Phasentrennzone erfolgt dann eine Phasentrennung des aus der Quenchzone erhaltenen Quenchgemisches in den Isocyanat-Rohprodukt-Fluidstrom und den zusätzliches Isocyanat umfassenden Rohrestfluidstrom. Der Isocyanat- Roh produkt- Fluidstrom umfasst dabei zumindest das hergestellte Isocyanat. In a further preferred embodiment of the invention, which is also shown in FIG. 2, such separation devices (100b-l, 100b-2, ..., 100b-m) are also provided, each of which comprises a quench zone (107-1, 107-2, ..., 107-m) and a phase separation zone (108-1, 108-2, ..., 108-m) arranged downstream of the quench zone in terms of process technology. In the quench zone, the reaction product mixture obtained from the reaction device is cooled by bringing it into contact with a quench liquid to obtain a quench mixture. The quench liquid can be introduced into the quench zone in the form of one or more quench streams. A quench stream can, for example, comprise a portion of the isocyanate crude product fluid stream, which is branched off from the gas phase reaction arrangement after the isocyanate crude product fluid stream has been obtained and is returned to the quench zone arranged in the gas phase reaction arrangement. The quench liquid can, for example, be injected into the quench zone (e.g. via a mixing nozzle). The quench mixture obtained comprises at least the quench liquid and the isocyanate produced. In the phase separation zone downstream in the process, the quench mixture obtained from the quench zone is then phase separated into the isocyanate crude product fluid stream and the crude residual fluid stream comprising additional isocyanate. The isocyanate crude product fluid stream comprises at least the isocyanate produced.
FIG. 2 zeigt darüber hinaus weitere bevorzugte Details der Erfindung betreffend Wärmeübertragungsvorgänge von einem Prozessstrom auf einen anderen. Der erzeugte Phosgengasstrom (P) wird nach Aufteilung in P-l, P-2, ... P-m von der Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) über einen (oder mehrere) Wärmetauscher (WT2) geführt und über ein Phosgengasventil (= Phosgenfluss- Stellventil PV-1) in die Mischzone (101) eingeleitet. In der Mischzone 101 werden der Phosgenreaktionsgasstrom P-l und der Aminreaktionsgasstrom A-l vermischt. Dabei wird eine Mischung aus zumindest gasförmigem primärem Amin und gasförmigem Phosgen erhalten, welches dann durch eine innerhalb der Gasphasenreaktionsanordnung angeordnete Reaktionszone 102-1 geführt wird. Dabei läuft in der Reaktionszone 102-1 die Gasphasenreaktion des primären Amins mit Phosgen zu hergestelltem Isocyanat ab. Daraus wird ein gasförmiges Reaktionsproduktgemisch RP-1 erhalten, welches in eine ebenfalls innerhalb der Gasphasenreaktionsanordnung angeordnete Quenchzone 107-1 geführt wird. In der Quenchzone 107-1 wird das gasförmige Reaktionsproduktgemisch RP-1 mit einer Quenchflüssigkeit in Kontakt gebracht und so abgekühlt. Die Quenchflüssigkeit wird in Form zweier Quenchströme in die Quenchzone 107-1 eingebracht. Der erste Quenchstrom entspricht dabei einem Teil eines flüssiges, hergestelltes Isocyanat umfassenden Isocyanat-Rohprodukt-Flüssigkeitsstroms IC-1, welcher nach Erhalt aus einer der Quenchzone 107-1 prozesstechnisch nachgeschalteten Phasentrennzone (108-1) abgezweigt und durch einen Wärmetauscher WT3 mittels einer Pumpe PP in die Quenchzone 107-1 zurückgepumpt wird. Der zweite Quenchstrom entspricht wiederum einem flüssigen Auswaschstrom Aus-1, welcher aus einer der Phasentrennzone 108-1 prozesstechnisch nachgeschalteten Auswascheinrichtung 105-1 erhalten wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens es nämlich vorgesehen, dass der aus der Phasentrennzone erhaltene zusätzliches Isocyanat umfassende Rohrestfluidstrom einer der Phasentrennzone prozesstechnisch nachgeordneten Auswascheinrichtung zugeführt wird. In der Auswascheinrichtung wird dabei zusätzliches Isocyanat mit einer Auswaschflüssigkeit aus dem Rohrestfluidstrom unter Erhalt des Restfluidstroms ausgewaschen. Unter einer Auswaschflüssigkeit kann dabei grundsätzlich jede Flüssigkeit verstanden werden, welche zum Auswaschen von Isocyanat aus dem Rohrestfluidstrom geeignet ist. Dabei kann die Auswaschflüssigkeit Teile des Absorptionsmittels umfassen. Bevorzugt umfasst die Auswaschflüssigkeit ein inertes Lösungsmittel, besonders bevorzugt umfasst die Auswaschflüssigkeit ein halogeniertes aromatisches Lösungsmittel wie Chlorbenzol oder Dichlorbenzol (insbesondere ortho- Dichlorbenzol). Die beiden flüssigen Quenchströme werden über eine Mischdüse in die QuenchzoneFIG. 2 also shows further preferred details of the invention relating to heat transfer processes from one process stream to another. The generated phosgene gas stream (P) is divided into Pl, P-2, ... Pm and fed from the phosgene gas generating device (104) via one (or more) Heat exchanger (WT2) and introduced into the mixing zone (101) via a phosgene gas valve (= phosgene flow control valve PV-1). In the mixing zone 101, the phosgene reaction gas stream Pl and the amine reaction gas stream Al are mixed. This results in a mixture of at least gaseous primary amine and gaseous phosgene, which is then passed through a reaction zone 102-1 arranged within the gas phase reaction arrangement. In the reaction zone 102-1, the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place to produce isocyanate. This gives a gaseous reaction product mixture RP-1, which is passed into a quench zone 107-1, which is also arranged within the gas phase reaction arrangement. In the quench zone 107-1, the gaseous reaction product mixture RP-1 is brought into contact with a quench liquid and thus cooled. The quench liquid is introduced into the quench zone 107-1 in the form of two quench streams. The first quench stream corresponds to a portion of a liquid isocyanate crude product liquid stream IC-1 comprising produced isocyanate, which is branched off after being obtained from a phase separation zone (108-1) downstream of the quench zone 107-1 in terms of process technology and is pumped back into the quench zone 107-1 through a heat exchanger WT3 using a pump PP. The second quench stream in turn corresponds to a liquid washout stream Aus-1, which is obtained from a washout device 105-1 downstream of the phase separation zone 108-1 in terms of process technology. According to a further embodiment of the method according to the invention, it is namely provided that the additional crude residual fluid stream comprising isocyanate obtained from the phase separation zone is fed to a washout device downstream of the phase separation zone in terms of process technology. In the washing device, additional isocyanate is washed out of the raw residual fluid stream using a washing liquid while retaining the residual fluid stream. A washing liquid can basically be understood to mean any liquid that is suitable for washing out isocyanate from the raw residual fluid stream. The washing liquid can comprise parts of the absorbent. The washing liquid preferably comprises an inert solvent, and the washing liquid particularly preferably comprises a halogenated aromatic solvent such as chlorobenzene or dichlorobenzene (in particular ortho-dichlorobenzene). The two liquid quench streams are fed into the quench zone via a mixing nozzle
107-1 eingedüst. Ein aus dem Quenchprozess erhaltenes Quenchgemisch wird danach in eine ebenfalls innerhalb der Gasphasenreaktionsanordnung angeordnete Phasentrennzone 108-1 geführt. Darin wird eine Phasentrennung des Quenchgemisches in eine flüssige Phase und eine gasförmige Phase durchgeführt. Die flüssige Phase, welche zumindest die Quenchflüssigkeit und flüssiges hergestelltes Isocyanat umfasst, sammelt sich am Boden der Phasentrennzone107-1. A quench mixture obtained from the quench process is then fed into a phase separation zone 108-1, which is also arranged within the gas phase reaction arrangement. In this zone, a phase separation of the quench mixture into a liquid phase and a gaseous phase is carried out. The liquid phase, which comprises at least the quench liquid and liquid isocyanate produced, collects at the bottom of the phase separation zone
108-1, und wird dort durch einen am Boden der Phasentrennzone 108-1 angeordneten Auslass als Isocyanat- Roh produkt- Fluidstrom IC-1 ausgelassen. Die gasförmige Phase wird aus der Phasentrennzone 108-1 ausgelassen (z. B. über Klappen zur Absperrung) und als gasförmiger Rohrestfluidstrom R-roh-1 in die Auswascheinrichtung 105-1 geführt. Der gasförmige Rohrestfluidstrom wird in der Auswascheinrichtung 105-1 mit einer Auswaschflüssigkeit ausgewaschen, die sich aus dem Wärmetauscher WT2 entnommenem flüssigen Desorptionsmedium (DesM-2; siehe hierzu auch die Erläuterungen weiter unten) und gegebenenfalls (insbesondere beim Anfahren der Anlage) einem abgezweigten Teil eines flüssigen ein Absorptionsmittel umfassenden Absorptionsmittel-Fluidstroms AbsM zusammensetzt. Als flüssiges Absorptionsmittel ist vorzugsweise Chlorbenzol oder Dichlorbenzol, insbesondere ort7?o-Dichlorbenzol geeignet. Aus der Auswascheinrichtung 105-1 wird ein gasförmiger Restfluidstrom R-l erhalten, der in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen umfasst. Das nicht umgesetzte, überschüssige Phosgen wird in die Phosgengaserzeugungseinrichtung 104 rückgeführt. Dazu wird der Restfluidstrom R-l über einen (oder mehrere) Wärmetauscher WT4 in einen sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Sumpf befindlichen Bereich 114-1 der Phosgenabsorptionseinrichtung 103-1 eingeleitet, wobei die Phosgenabsorptionseinrichtung 103-1 eine Absorptionskolonne, und der Phosgenabsorptionseinrichtungs- Sammelbereich 115-1 der Phosgenabsorptionseinrichtung 103 der Sumpf der Absorptionskolonne ist. Zudem wird ein Teil des flüssigen Absorptionsmittel- Fluidstroms AbsM-1 in die Absorptionskolonne eingeleitet. In der Absorptionskolonne findet dann eine Absorption von in dem gasförmigen Restfluidstrom R-l umfasstem, in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztem, überschüssigem Phosgengas durch das flüssige Absorptionsmittel statt. In dem Sumpf der Absorptionskolonne sammelt sich dabei ein flüssiges Rückführmedium, welches absorbiertes Phosgen mit einer Masse m-P und das Absorptionsmittel mit einer Masse m-AbsM umfasst. Durch einen an einem Kopf der Absorptionskolonne angeordneten Gasauslass wird in der Gasphasenreaktion gebildetes Chlorwasserstoffgas (HCl- 1) ausgeleitet. Das Chlorwasserstoffgas kann optional in chemischen oder elektrochemischen Umwandlungsprozessen in Chlor und Wasserstoff umgewandelt werden. Das dabei erhaltene Chlor kann dann zur Erzeugung von Phosgen der Frischphosgen-Erzeugungseinrichtung 109 zugeleitet und dort in Frischphosgen umgewandelt werden. Durch einen in dem Sumpf der Absorptionskolonne angeordneten Sumpfauslass wird das in dem Sumpf befindliche flüssige Rückführmedium ausgelassen und als Rückführstrom Rück über einen Wärmetauscher WT5 mittels einer Pumpe in eine Phosgengaserzeugungseinrichtung 104, welche eine Desorptionskolonne ist, zurückgepumpt. Dazu wird der Rückführstrom in einen Einbringungsbereich 111 eingebracht, welcher ein Desorptionskolonnen-Zulauf ist. Der Rückführstrom umfasst zumindest rückzuführendes Phosgen, welches von dem Absorptionsmittel absorbiert worden ist. In der Desorptionskolonne findet eine Desorption des rückzuführenden Phosgens von dem Absorptionsmittel unter Bildung von desorbiertem Phosgengas statt. Zudem wird ein kalter, flüssiger Phosgen- Frischfluidstrom Frisch in einen Phosgengaserzeugungseinrichtungs- Sammelbereich 110, welcher am Kopf der Desorptionskolonne angeordnet ist, eingeleitet. Aus dem desorbierten Phosgengas und dem aus dem Phosgen- Frischfluidstrom Frisch verdampftem Phosgengas bildet sich in dem Phosgengaserzeugungseinrichtungs-Sammelbereich 110 der Phosgengasstrom P, welcher durch einen am Kopf der Desorptionskolonne angeordneten Gasauslass ausgelassen wird. Im Sumpf der Desorptionskolonne (112) bildet sich zudem ein flüssiges Desorptionsmedium (DesM), welches im Wesentlichen aus dem in der Phosgenabsorptionseinrichtung 103 verwendeten Absorptionsmittel (also vorzugsweise aus Chlorbenzol oder Dichlorbenzol, insbesondere aus ortho- Dichlorbenzol) besteht und das durch einen in dem Sumpf der Desorptionskolonne angeordneten Sumpfauslass ausgelassen und mittels einer Pumpe PP teilweise (DesM-2) in einen der Desorptionskolonne 104 prozesstechnisch nachgeordneten Wärmetauscher WT2 geführt wird. Im Wärmetauscher WT2 findet eine indirekte Wärmeübertragung von DesM-2 auf P unter Abkühlung des Ersteren und Erwärmung des Letzteren statt. Der so erwärmte Phosgengasstrom P wird nach Aufteilung in P-l, P-2, ... P-m über das Phosgenfluss-Stellventil PV-1 in die Mischzone 101-1 geleitet. Damit schließt sich der Phosgenzyklus, über den in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen rückgeführt und erneut für die Erzeugung des Phosgenreaktionsgasstroms für die Gasphasenreaktion bereitgestellt wird. Der abgekühlte Strom des Desorptionsmediums DesM-2 wird in die Auswascheinrichtung 105-1 geleitet. Vor Eintritt in den Wärmetauscher WT2 wird ein Teil des flüssigen Desorptionsmediums (DesM-1) abgezweigt und über einen Wärmetauscher WT1 in den Sumpf der Desorptionskolonne zurückgeführt. Der Wärmetauscher WT1 dient dabei als Verdampfer der Phosgengaserzeugungseinrichtung (Desorptionskolonne) 104. Es ist nämlich bevorzugt, dass ein erster Teilstrom (DesM-1 in FIG. 2) des in der Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) anfallenden flüssigen Desorptionsmediums (DesM) über einen ersten Wärmetauscher (WT1 in FIG. 2) in die Phosgengaserzeugungseinrichtung (104) zurückgeführt wird, wobei der erste Teilstrom im ersten Wärmetauscher durch ein Wärmeträgermedium indirekt aufgeheizt wird, und ein zweiter Teilstrom (DesM-2 in FIG. 2) des flüssigen Desorptionsmediums (DesM) über einen zweiten Wärmetauscher (WT2 in FIG. 2) geführt wird, wobei der zweite Teilstrom im zweiten Wärmetauscher den Phosgenreaktionsgasstrom (P) indirekt aufheizt und der dabei abgekühlte zweite Teilstrom des flüssigen Desorptionsmediums (DesM) als Bestandteil der in der Auswascheinrichtung verwendeten Auswaschflüssigkeit eingesetzt wird. 108-1, and is discharged there through an outlet arranged at the bottom of the phase separation zone 108-1 as isocyanate crude product fluid stream IC-1. The gaseous phase is discharged from the phase separation zone 108-1 (e.g. via flaps for shutting off) and fed into the scrubbing device 105-1 as gaseous crude residual fluid stream R-crude-1. The gaseous crude residual fluid stream is scrubbed in the scrubbing device 105-1 with a scrubbing liquid which is composed of liquid desorption medium (DesM-2; see also the explanations below) taken from the heat exchanger WT2 and optionally (particularly when starting up the system) a branched-off part of a liquid absorbent fluid stream AbsM comprising an absorbent. Chlorobenzene or dichlorobenzene, in particular ortho-dichlorobenzene, is preferably suitable as the liquid absorbent. A gaseous residual fluid stream Rl is obtained from the scrubbing device 105-1, which comprises excess phosgene that was not converted in the gas phase reaction. The excess phosgene that was not converted is returned to the phosgene gas generation device 104. For this purpose, the residual fluid stream Rl is introduced via one (or more) heat exchangers WT4 into a region 114-1 of the phosgene absorption device 103-1 located above the liquid level in the sump, the phosgene absorption device 103-1 being an absorption column and the phosgene absorption device collection region 115-1 of the phosgene absorption device 103 being the sump of the absorption column. In addition, part of the liquid absorbent fluid stream AbsM-1 is introduced into the absorption column. In the absorption column, excess phosgene gas contained in the gaseous residual fluid stream Rl and not converted in the gas phase reaction is then absorbed by the liquid absorption medium. A liquid recycle medium collects in the bottom of the absorption column, which contains absorbed phosgene with a mass mP and the absorption medium with a mass m-AbsM. Hydrogen chloride gas (HCl-1) formed in the gas phase reaction is discharged through a gas outlet arranged at the top of the absorption column. The hydrogen chloride gas can optionally be converted into chlorine and hydrogen in chemical or electrochemical conversion processes. The chlorine obtained in this way can then be fed to the fresh phosgene generation device 109 to generate phosgene and converted there into fresh phosgene. The liquid recycle medium in the sump is discharged through a sump outlet arranged in the bottom of the absorption column and pumped back as a recycle stream via a heat exchanger WT5 by means of a pump into a phosgene gas generation device 104, which is a desorption column. For this purpose, the recycle stream is introduced into an introduction region 111, which is a desorption column feed. The recycle stream comprises at least phosgene to be returned, which has been absorbed by the absorbent. In the desorption column, the phosgene to be recycled is desorbed from the absorption medium to form desorbed phosgene gas. In addition, a cold, liquid phosgene fresh fluid stream Frisch is introduced into a phosgene gas generation device collection area 110, which is arranged at the top of the desorption column. The phosgene gas stream P is formed in the phosgene gas generation device collection area 110 from the desorbed phosgene gas and the phosgene gas evaporated from the phosgene fresh fluid stream Frisch, which is discharged through a gas outlet arranged at the top of the desorption column. In the bottom of the desorption column (112) a liquid desorption medium (DesM) is also formed, which essentially consists of the absorption medium used in the phosgene absorption device 103 (i.e. preferably chlorobenzene or dichlorobenzene, in particular ortho-dichlorobenzene) and which is discharged through a bottom outlet arranged in the bottom of the desorption column and is partially (DesM-2) fed by means of a pump PP into a heat exchanger WT2 arranged downstream of the desorption column 104. In the heat exchanger WT2 an indirect heat transfer from DesM-2 to P takes place, cooling the former and heating the latter. The phosgene gas stream P heated in this way is divided into Pl, P-2, ... Pm and passed via the phosgene flow control valve PV-1 into the mixing zone 101-1. This completes the phosgene cycle via which in the Excess phosgene not converted in the gas phase reaction is recycled and made available again for the generation of the phosgene reaction gas stream for the gas phase reaction. The cooled stream of the desorption medium DesM-2 is passed into the scrubbing device 105-1. Before entering the heat exchanger WT2, part of the liquid desorption medium (DesM-1) is branched off and returned to the bottom of the desorption column via a heat exchanger WT1. The heat exchanger WT1 serves as an evaporator of the phosgene gas generation device (desorption column) 104. It is preferred that a first partial flow (DesM-1 in FIG. 2) of the liquid desorption medium (DesM) accumulating in the phosgene gas generation device (104) is returned to the phosgene gas generation device (104) via a first heat exchanger (WT1 in FIG. 2), the first partial flow being indirectly heated in the first heat exchanger by a heat transfer medium, and a second partial flow (DesM-2 in FIG. 2) of the liquid desorption medium (DesM) being passed through a second heat exchanger (WT2 in FIG. 2), the second partial flow in the second heat exchanger indirectly heating the phosgene reaction gas flow (P) and the second partial flow of the liquid desorption medium (DesM) cooled in the process being used as a component of the washout fluid is used.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Gasphasenreaktionsanordnungen Gasphasenreaktoren. Ein solcher Gasphasenreaktor umfasst dabei vorzugsweise sowohl die Mischzone 101-1 und Reaktionszone 102-1 als auch die Quenchzone 107-1 und Phasentrennzone 108-1. Anders gesagt, sowohl die Misch- und Reaktionszone als auch die Quench- und Phasentrennzone sind in dem Gasphasenreaktor angeordnet. Dabei können der jeweilige Phosgenreaktionsgasstrom und der jeweilige Aminreaktionsgasstrom getrennt voneinander in die Mischzone des Gasphasenreaktors eingeleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass im Falle eines Druckabfalls durch die Störanfälligkeit der Amingaserzeugungseinrichtung kurze in den Gasphasenreaktor eingebrachte Aminreaktionsgasschübe nicht die Zufuhr des jeweiligen Phosgenreaktionsgasstroms in den Gasphasenreaktor beeinflussen bzw. beeinträchtigen können. Würden Phosgen- und Aminreaktionsgasstrom zusammen eingebracht, würden die kurzen Aminreaktionsgasschübe sich um ein Vielfaches verstärken und negativ auf den Gasphasenprozess auswirken. Eine solche Störung bzw. Amplifikationen unvermeidbarer Störungen lassen sich vorteilhafterweise durch die vorgeschlagene getrennte Einbringung des Phosgen- und Aminreaktionsgasstroms verhindern. In der Mischzone werden dann Phosgen- und Aminreaktionsgasstrom vermischt, wobei ein gasförmiges Reaktionsgemisch entsteht, welches zumindest die Reaktionskomponenten primäres Amin und Phosgen umfasst. Das gasförmige Reaktionsgemisch kann dann durch eine Reaktionszone des Gasphasenreaktors geführt werden, wobei die Gasphasenreaktion des primären Amins mit Phosgen abläuft. Der Gasphasenreaktor ist dabei vorzugsweise ein Rohrreaktor. Der Rohrreaktor hat vorzugsweise im Bereich der Mischzone, Reaktionszone und Quenchzone einen runden (insbesondere kreissymmetrischen) Querschnitt und ist entweder von zylindrischer Form oder weist Abschnitte unterschiedlichen Querschnitts auf, sodass der Rohrreaktor im Bereich der Mischzone, Reaktionszone und Quenchzone aus Zylindern unterschiedlichen Durchmessers, die über kegelförmige Übergangsstücke verbunden sind, besteht. Der Rohrreaktor steht dabei bevorzugt aufrecht, wobei der Phosgenreaktionsgasstrom und der Aminreaktionsgasstrom (sowie die aus diesen gebildeten Zwischen- und Endprodukte) den Rohrreaktor bevorzugt von oben nach unten durchlaufen. Mischzone, Reaktionszone und Quenchzone können dabei in dieser Reihenfolge von oben nach unten in dem Rohrreaktor angeordnet. Dabei ist die Phasentrennzone bei aufrechter Anordnung desselben bevorzugt unterhalb der Quenchzone des Rohrreaktors angeordnet. Auch die Phasentrennzone des Rohrreaktors kann einen runden (insbesondere kreissymmetrischen) Querschnitt haben. In a preferred embodiment of the invention, the gas phase reaction arrangements comprise gas phase reactors. Such a gas phase reactor preferably comprises both the mixing zone 101-1 and reaction zone 102-1 as well as the quenching zone 107-1 and phase separation zone 108-1. In other words, both the mixing and reaction zone and the quenching and phase separation zone are arranged in the gas phase reactor. The respective phosgene reaction gas stream and the respective amine reaction gas stream can be introduced separately from one another into the mixing zone of the gas phase reactor. This has the advantage that in the event of a pressure drop due to the susceptibility of the amine gas generation device to failure, short bursts of amine reaction gas introduced into the gas phase reactor cannot influence or impair the supply of the respective phosgene reaction gas stream into the gas phase reactor. If phosgene and amine reaction gas streams were introduced together, the short amine reaction gas bursts would be amplified many times over and would have a negative effect on the gas phase process. Such a disturbance or amplification of unavoidable disturbances can be advantageously prevented by the proposed separate introduction of the phosgene and amine reaction gas streams. The phosgene and amine reaction gas streams are then mixed in the mixing zone, forming a gaseous reaction mixture which comprises at least the reaction components primary amine and phosgene. The gaseous reaction mixture can then be passed through a reaction zone of the gas phase reactor, whereby the gas phase reaction of the primary amine with phosgene takes place. The gas phase reactor is preferably a tubular reactor. The tubular reactor preferably has a round (in particular circularly symmetrical) cross-section in the region of the mixing zone, reaction zone and quenching zone and is either cylindrical in shape or has sections of different cross-sections, so that the tubular reactor in the region of the mixing zone, reaction zone and quenching zone consists of cylinders of different diameters which are connected via conical transition pieces. The tubular reactor is preferably upright, with the phosgene reaction gas stream and the amine reaction gas stream (and the intermediate and end products formed from these) preferably passing through the tubular reactor from top to bottom. The mixing zone, reaction zone and quench zone can be arranged in this order from top to bottom in the tubular reactor. When the tubular reactor is arranged upright, the phase separation zone is preferably arranged below the quench zone of the tubular reactor. The phase separation zone of the tubular reactor can also have a round (in particular circularly symmetrical) cross-section.
FIG. 3 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, durchgeführt in sechs Gasphasenreaktionsanordnungen 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, und 100-6 (m = 6). Die Anlage bzw. das damit durchgeführte Verfahren umfasst dabei grundsätzlich die in FIG. 1 und FIG. 2 gezeigten bzw. beschriebenen Merkmale. Die in FIG. 3 gezeigte Anlage und das damit durchgeführte Verfahren unterscheiden sich jedoch von denjenigen in FIG. 1 und FIG. 2 gezeigten im Wesentlichen dadurch, dass die Gasphasenreaktion gleichzeitig in sechs Gasphasenreaktionsanordnungen 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, und 100-6 (mit grundsätzlich identischem Aufbau wie die zuvor beschriebenen Gasphasenreaktionsanordnungen 100) durchgeführt wird. Dazu umfasst die Anlage eine erste und eine zweite Produktionslinie, die zueinander parallel geschaltet sind. Die erste Produktionslinie läuft dabei über eine erste Produktionsanordnung 1000-1, welche die Gasphasenreaktionsanordnungen 100- 1, 100-2 und 100-3 umfasst, eine erste Auswaschkolonne 105-1, eine erste Absorptionskolonne 103-1, und eine einzige Desorptionskolonne 104. Die zweite Produktionslinie läuft wiederum über eine zweite Produktionsanordnung 1000-2, welche die Gasphasenreaktionsanordnungen 100-4, 100-5 und 100-6 umfasst, eine zweite Auswaschkolonne 105-2, eine zweite Absorptionskolonne 103-2, und die eine einzige Desorptionskolonne 104. Es gilt also m = 6 und n = 2. FIG. 3 shows a system for carrying out the method according to the invention, carried out in six gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, and 100-6 (m = 6). The system or the method carried out therewith basically comprises the features shown or described in FIG. 1 and FIG. 2. However, the system shown in FIG. 3 and the method carried out therewith differ from those shown in FIG. 1 and FIG. 2 essentially in that the gas phase reaction is carried out simultaneously in six gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5, and 100-6 (with a basically identical structure to the previously described gas phase reaction arrangements 100). For this purpose, the system comprises a first and a second production line, which are connected in parallel to one another. The first production line runs through a first Production arrangement 1000-1, which comprises the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2 and 100-3, a first washout column 105-1, a first absorption column 103-1, and a single desorption column 104. The second production line in turn runs via a second production arrangement 1000-2, which comprises the gas phase reaction arrangements 100-4, 100-5 and 100-6, a second washout column 105-2, a second absorption column 103-2, and the single desorption column 104. Thus, m = 6 and n = 2.
Die Parallelschaltung der ersten und zweiten Produktionslinie, einschließlich der Parallelschaltung der in der ersten Produktionslinie angeordneten Gasphasenreaktionsanordnungen 100-1, 100-2, 100-3 und der in der zweiten Produktionslinie angeordneten Gasphasenreaktionsanordnungen 100-4, 100-5 und 100-6, wird dabei über mehrere in der Anlage angeordnete Splittingeinrichtungen (S) und Vereinigungseinrichtungen (V) realisiert. So sind in der Anlage mehrere Splittingeinrichtungen S angeordnet, welche durch die jeweilige Splittingeinrichtung hindurchgeleitete Fluidströme splittet, bzw. einen Teil oder mehrere Teile des hindurchgeleiteten Fluidstroms abzweigt. Zudem sind in der Anlage mehrere Vereinigungseinrichtungen V angeordnet, welche in die jeweilige Vereinigungseinrichtung geleitete Teilfluidströme zu einem vereinten Fluidstrom vereinigen. Die Splittingeinrichtungen S und die Vereinigungseinrichtungen V sind in FIG. 3 jeweils als schraffiert ausgefüllte Kreise angezeigt. The parallel connection of the first and second production lines, including the parallel connection of the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3 arranged in the first production line and the gas phase reaction arrangements 100-4, 100-5 and 100-6 arranged in the second production line, is implemented via several splitting devices (S) and combining devices (V) arranged in the system. Thus, several splitting devices S are arranged in the system, which split fluid flows passed through the respective splitting device or branch off part or several parts of the fluid flow passed through. In addition, several combining devices V are arranged in the system, which combine partial fluid flows passed into the respective combining device to form a combined fluid flow. The splitting devices S and the combining devices V are each shown as hatched circles in FIG. 3.
So wird der Phosgengasstrom P durch eine erste, einer einzigen Desorptionskolonne 104 prozesstechnisch nachgeschaltete Splittingeinrichtung S1 in einen ersten und einen zweiten Produktionsstrom geteilt. Der erste Produktionsstrom wird in eine erste Teilsplittingeinrichtung S2-1 geführt und dort in drei Phosgenreaktionsgasströme P-l, P-2, und P-3 aufgesplittet. Der zweite Produktionsstrom wird wiederum in eine zweite Teilsplittingeinrichtung S2-2 geführt und dort in drei Phosgenreaktionsgasströme P-4, P-5, und P-6 aufgesplittet. Jeder der Gasphasenreaktionsanordnungen 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5 und 100-6 wird genau ein Phosgenreaktionsgasstrom P-l, P-2, P-3, P-4, P-5, und P-6 (in dieser Zuordnung) zugeführt, d.h. ein erster Phosgenreaktionsgasstrom P-l wird einer ersten Gasphasenreaktionsanordnung 100-1 zugeführt, ein zweiter Phosgenreaktionsgasstrom P-2 wird einer zweiten Gasphasenreaktionsanordnung 100-2 zugeführt, usw. Zudem werden aus den in der ersten Produktionsanordnung 1000-1 angeordneten Gasphasenreaktionsanordnungen 100-1, 100-2 und 100-3 erhalteneThe phosgene gas stream P is thus divided into a first and a second production stream by a first splitting device S1, which is connected downstream of a single desorption column 104. The first production stream is fed into a first partial splitting device S2-1 and split there into three phosgene reaction gas streams P1, P-2 and P-3. The second production stream is in turn fed into a second partial splitting device S2-2 and split there into three phosgene reaction gas streams P-4, P-5 and P-6. Each of the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100-5 and 100-6 is supplied with exactly one phosgene reaction gas stream P1, P-2, P-3, P-4, P-5, and P-6 (in this assignment), ie a first phosgene reaction gas stream P1 is supplied to a first gas phase reaction arrangement 100-1, a second phosgene reaction gas stream P-2 is supplied to a second gas phase reaction arrangement 100-2, etc. In addition, from the gas phase reaction arrangements 100-1, 100-2 and 100-3 arranged in the first production arrangement 1000-1,
Rohrestfluidströme R-roh-1, R-roh-2 und R-roh-3 in einer ersten Teilvereinigungseinrichtung Vl-1 zu einem ersten vereinten Rohrestfluidstrom vereint, der in die erste Auswaschkolonne 105-1 geführt wird. Aus den in der zweiten Produktionsanordnung 1000-2 angeordneten Gasphasenreaktionsanordnungen 100-4, 100-5 und 100-6 erhaltene Rohrestfluidströme R-roh-4, R- roh-5 und R-roh-6 werden wiederum in einer zweiten Teilvereinigungseinrichtung Vl-2 zu einem zweiten vereinten Rohrestfluidstrom vereint, der in die zweite Auswaschkolonne 105-2 geführt wird. Raw residual fluid streams R-raw-1, R-raw-2 and R-raw-3 are combined in a first partial combination device Vl-1 to form a first combined raw residual fluid stream which is fed into the first washout column 105-1. Raw residual fluid streams R-raw-4, R-raw-5 and R-raw-6 obtained from the gas phase reaction arrangements 100-4, 100-5 and 100-6 arranged in the second production arrangement 1000-2 are in turn combined in a second partial combination device Vl-2 to form a second combined raw residual fluid stream which is fed into the second washout column 105-2.
Aus der in der ersten Produktionslinie angeordneten ersten Auswaschkolonne 105-1 wird ein erster Restfluidstrom R-l erhalten, welcher in die erste Absorptionskolonne 103-1 geführt wird. Aus der in der zweiten Produktionslinie angeordneten zweiten Auswaschkolonne 105-2 wird wiederum ein zweiter Restfluidstrom R-2 erhalten, welcher in die zweite Absorptionskolonne 103-2 geführt wird. Zudem wird der Absorptionsmittel umfassende Absorptionsmittel- Fluidstrom AbsM in einer dritten Splittingeinrichtung S3 in einen ersten Absorptionsmittel-Teilfluidstrom AbsM-1, welcher der ersten Absorptionskolonne 103-1 zugeführt wird, und einen zweiten Absorptionsmittel-Teilfluidstrom AbsM-2, welcher der zweiten Absorptionskolonne 103-2 zugeführt wird, aufgesplittet.A first residual fluid stream R-1 is obtained from the first washout column 105-1 arranged in the first production line and is fed into the first absorption column 103-1. A second residual fluid stream R-2 is obtained from the second washout column 105-2 arranged in the second production line and is fed into the second absorption column 103-2. In addition, the absorption medium fluid stream AbsM comprising absorption medium is split in a third splitting device S3 into a first absorption medium partial fluid stream AbsM-1, which is fed to the first absorption column 103-1, and a second absorption medium partial fluid stream AbsM-2, which is fed to the second absorption column 103-2.
Aus der ersten Absorptionskolonne 103-1 wird ein erster Teil rückführstrom Rück-1 und ein erster Chlorwasserstoffstrom HCI-1 erhalten, aus der zweiten Absorptionskolonne 103-2 wiederum ein zweiter Teilrückführstrom Rück-2 und ein zweiter Chlorwasserstoffstrom HCI-2. Der erste Teilrückführstrom Rück-1 und der zweite Teilrückführstrom Rück-2 werden in einer den Absorptionskolonnen 103-1 und 103-2 prozesstechnisch nachgeschalteten zweiten Vereinigungseinrichtung V2 zu einem vereinten Rückführstrom (Rück) vereint. Der vereinte Rückführstrom (Rück) wird dann in die eine einzige Desorptionskolonne 104 eingeleitet. Zudem wird ein einziger Phosgenfrischfluidstrom (Frisch), welcher in einer einzigen Frischphosgen-Erzeugungseinrichtung 109 erzeugt wird, in die Desorptionskolonne 104 eingeleitet. In der Desorptionskolonne wird wiederum der Phosgengasstrom P gebildet, welcher ausgeleitet und der ersten Splittingeinrichtung S1 zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Zustandsparameter (X) desA first partial recycle stream Recycle-1 and a first hydrogen chloride stream HCl-1 are obtained from the first absorption column 103-1, and a second partial recycle stream Recycle-2 and a second hydrogen chloride stream HCl-2 are obtained from the second absorption column 103-2. The first partial recycle stream Recycle-1 and the second partial recycle stream Recycle-2 are combined to form a combined recycle stream (Recycle) in a second combining device V2 downstream of the absorption columns 103-1 and 103-2. The combined recycle stream (Recycle) is then introduced into the single desorption column 104. In addition, a single fresh phosgene fluid stream (Fresh), which is generated in a single fresh phosgene generation device 109, is introduced into the desorption column 104. In the desorption column, the phosgene gas stream P is again formed, which is discharged and fed to the first splitting device S1. The method according to the invention provides for a state parameter (X) of the
Phosgenreaktionsgasstroms über einen Einstellparameter (Y), und zwar mindestens über einen Einstellparameter (Y-l) des Rückführstroms (Rück), einzustellen. Die Einstellung des Zustandsparameters (X) desPhosgene reaction gas stream via a setting parameter (Y), namely at least via a setting parameter (Y-l) of the recycle stream (Return). The setting of the state parameter (X) of the
Phosgengasstroms (P) über den Einstellparameter (Y-l) desphosgene gas flow (P) via the setting parameter (Y-l) of the
Rückführstroms (Rück) kann durch ein Einstellmittel mittels einesThe feedback current (return) can be adjusted by means of a
Einstellprozesses ausgeführt werden. Das Einstellmittel kann dazu signaltechnisch miteinander verbundene Einstelleinheiten umfassen. So kann das Einstellmittel eine zentrale Steuereinheit, eine Auswerteeinheit und eine Messeinheit als Einstelleinheiten umfassen. Signaltechnische Verbindungen können grundsätzlich kabellose oder kabelgebundene Verbindungen sein. Im Rahmen des Einstell Prozesses kann dabei zunächst mithilfe der Messeinheit des Einstellmittels der nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) jeweils vorliegende Druck (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) an jeweils mindestens einem Phosgenmessort innerhalb der Anlage gemessen werden. Messungen des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) oder allgemein eines Zustands eines betrachteten Systems können dabei grundsätzlich in einer oder mehreren Messstufen bzw. mit einem oder mehreren messtechnisch hintereinander geschalteten Messgeräten ausgeführt werden. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Messgeräte (eine redundante Messung) ergibt den Vorteil, dass sich die Messfehler aller Messungen ausgleichen, d. h. eine akkuratere Messung erfolgen kann als mit nur einem einstufigen Messprozess bzw. nur einem Messgerät. Messungen können grundsätzlich direkt oder indirekt ausgeführt werden. So kann eine indirekte Messung beispielsweise die Berechnung einer zu bestimmenden, indirekt gemessenen Größe auf Basis einer hierzu direkt gemessenen Größe umfassen („Softsensor"). Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn die direkte Messung der zu bestimmenden Größe nicht möglich ist. adjustment process. The adjustment means can comprise adjustment units that are connected to one another by signal technology. For example, the adjustment means can comprise a central control unit, an evaluation unit and a measuring unit as adjustment units. Signal technology connections can generally be wireless or wired connections. As part of the adjustment process, the pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) of the m phosgene reaction gas flows (P-l, P-2, ... P-m) that exists after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) can be measured at at least one phosgene measuring point within the system using the measuring unit of the adjustment means. Measurements of the pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) or generally of a state of a system under consideration can generally be carried out in one or more measuring stages or with one or more measuring devices connected in series. Connecting several measuring devices in series (a redundant measurement) has the advantage that the measurement errors of all measurements are balanced out, i.e. a more accurate measurement can be made than with just a single-stage measuring process or just one measuring device. Measurements can generally be carried out directly or indirectly. For example, an indirect measurement can include the calculation of an indirectly measured quantity to be determined on the basis of a directly measured quantity ("soft sensor"). This is an advantage, for example, if the direct measurement of the quantity to be determined is not possible.
Eine Änderung mindestens eines Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) kann insbesondere auch in der Weise indirekt festgestellt werden, dass die Auswirkungen, die eine solche Änderung auf andere Einrichtungen hat, beobachtet werden. So ist insbesondere die Stellung der Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) ein geeigneter Indikator für den Druck fp-P-1, p-P-2, ... p-P-m Wenn nämlich der Öffnungsgrad eines Phosgenfluss-Stellventils zum Beispiel immer weiter erhöht werden muss, ist dies ein sicheres Anzeichen für einen Druckanstieg in der in Strömungsrichtung dahinterliegenden Gasphasenreaktionsanordnung: Wenn der zu überwindende „Gegendruck" in der Gasphasenreaktionsanordnung beispielsweise durch die Ausbildung fester Ablagerungen immer größer wird, muss der Öffnungsgrad des Phosgenfluss- Stellventils immer weiter erhöht werden, um dies auszugleichen. Umgekehrt muss einem plötzlichen Druckabfall (z. B. durch ein Loslösen und Abfallen fester Anbackungen) durch eine Verringerung des Öffnungsgrades des Phosgenfluss- Stellventils entgegengewirkt werden. Eine notwendige Änderung eines Phosgenfluss-Stellventils ist also ein sicheres Anzeigen für eine Änderung des dahinter vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m). Einer solchen Druckänderung wird erfindungsgemäß begegnet, indem die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) als Einstellparameter (Y-l) des Rückführstroms (Rück) für den Zustandsparameter (X), d. h. mindestens für den Druck (p-P) des Phosgengasstroms (P), verwendet wird. Bei einem (wie auch immer festgestellten) Anstieg mindestens eines Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) wird die Flussrate (f-Rück) und damit der Druck (p-P) des Phosgengasstroms (P) erhöht, um einen ausreichend hohen stöchiometrischen Phosgenüberschuss sicherzustellen. Bei einem (wie auch immer festgestellten) Abfall mindestens eines Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) wird der Einstellparameter (Y), also mindestens der Einstellparameter (Y-l) angepasst. Im beispielhaft genannten Fall des Druckabfalls wird die Flussrate (f-Rück), und damit der Druck (p-P) des Phosgengasstroms (P), verringert, um einen unnötig hohen stöchiometrischen Phosgenüberschuss zu vermeiden. Konkret kann so vorgegangen werden, dass bei einer festgestellten Änderung mindestens eines Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) für den Druck (p-P) ein neuer Sollwert (Y)SOLL für den Einstellparameter (Y) (d. h. mindestens für (Y-l), gegebenenfalls auch für (Y-2)) berechnet wird, sodass mindestens die Flussrate f-Rück, gegebenenfalls auch die Flussrate f-Frisch, angepasst wird. A change in at least one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) can also be determined indirectly by observing the effects that such a change has on other devices. In particular, the position of the phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) is a suitable indicator for the pressure fp-P-1, pP-2, ... pPm. If the degree of opening of a phosgene flow control valve, for example, has to be increased continuously, this is a sure sign of a Pressure increase in the gas phase reaction arrangement downstream in the direction of flow: If the "back pressure" to be overcome in the gas phase reaction arrangement becomes ever greater, for example due to the formation of solid deposits, the degree of opening of the phosgene flow control valve must be increased further and further in order to compensate for this. Conversely, a sudden drop in pressure (e.g. due to the detachment and falling off of solid deposits) must be counteracted by reducing the degree of opening of the phosgene flow control valve. A necessary change in a phosgene flow control valve is therefore a reliable indication of a change in the pressure behind it (pP-1, pP-2, ... pPm). Such a pressure change is counteracted according to the invention by using the flow rate (f-back) of the return flow (back) as the setting parameter (Yl) of the return flow (back) for the state parameter (X), i.e. at least for the pressure (pP) of the phosgene gas flow (P). In the case of a (however determined) If at least one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) increases, the flow rate (f-back) and thus the pressure (pP) of the phosgene gas stream (P) is increased in order to ensure a sufficiently high stoichiometric phosgene excess. If at least one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) drops (however determined), the setting parameter (Y), i.e. at least the setting parameter (Yl), is adjusted. In the example case of the pressure drop, the flow rate (f-back) and thus the pressure (pP) of the phosgene gas stream (P) is reduced in order to avoid an unnecessarily high stoichiometric phosgene excess. Specifically, if a change in at least one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) is detected, a new setpoint (Y)SETPOINT is calculated for the setting parameter (Y) (ie at least for (Yl), if necessary also for (Y-2)) for the pressure (pP), so that at least the flow rate f-back, if necessary also the flow rate f-fresh, is adjusted.
Für die Messung des Zustandsparameters des Phosgengasstroms als betrachtetes System an mindestens einem Phosgenmessort können ein oder mehrere innerhalb der Messeinheit zugehörige Phosgenmessgeräte an den Phosgenmessorten angeordnet sein. Aus der Messung des Zustandsparameters an mindestens einem Phosgenmessort kann dabei eine Zustandsinformation, insbesondere der Druck (p-P) an dem mindestens einen Phosgenmessort erhalten werden. Die erhaltene Zustandsinformation kann dann an eine signaltechnisch mit dem einen oder mehreren Phosgenmessgerät verbundene Auswerteeinheit übermittelt werden. In der Auswerteeinheit kann die erhaltene Zustandsinformation dann ausgewertet werden, insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Computersystems. Die Auswertung kann dann eine ausgewertete Information ergeben, auf Basis derer mittels der Auswerteeinheit eine Handlungsanweisung erstellt und an die zentrale Steuereinheit übermittelt wird. So kann die Auswertung beispielsweise ergeben, dass der Zustandsparameter nicht einem gewünschten Zustandsparameter entspricht (insbesondere weil sich der nach Durchlaufen eines der Phosgenfluss-Stellventile vorliegende Druck (p-P-1, p-P-2, ..., p-P-m) geändert hat), und daher eingestellt werden muss. In diesem Falle kann mithilfe der Auswerteeinheit eine Handlungsanweisung erstellt werden, welche der zentralen Steuereinheit übermittelt wird und besagt, dass und wie der Zustandsparameter des Phosgengasstroms eingestellt werden muss. Mithilfe der zentralen Steuereinheit kann dann eine Anpassung (Einstellung) des Einstellparameters des Rückführstroms durchgeführt werden. Dazu kann zunächst eine mithilfe einer Messeinheit ausgeführte mindestens eine Messung des Zustands des Rückführfluidstroms an mindestens einem Rückführmessort nach dem zuvor für den Zustandsparameter des Phosgengasstroms erläuterten Messprinzip erfolgen. Dazu können ein oder mehrere der Messeinheit zugehörige Rückführmessgeräte verwendet werden. Die mindestens eine Messung an dem mindestens einen Rückführmessort kann dabei eine Einstellinformation über den Zustand des Rückführstroms (Einstellparameter) an dem mindestens einen Rückführmessort ergeben, welche dann an die Auswerteeinheit übermittelt wird. Mittels der Auswerteeinheit kann die erhaltene Einstellinformation ausgewertet werden. So kann beispielsweise die Auswertung der Einstellinformation ergeben, dass der Zustand des Rückführstroms an dem mindestens einen Rückführmessort (Istwert) nicht einem gewünschten Zustand (Sollwert) des Rückführstroms entspricht, wobei der gewünschte Zustand des Rückführstroms zur Einstellung des Zustandsparameters des Phosgengasstroms, d. h., zur Einstellung eines gewünschten Zustandes des Phosgengasstroms geeignet ist. In diesem Falle kann, wie zuvor für den Zustandsparameter erläutert, mittels der Auswerteeinheit eine Handlungsanweisung erstellt werden, welche an die zentrale Steuereinheit übermittelt werden kann. Die zentrale Steuereinheit kann dann die erhaltene Handlungsanweisung auswerten und eine Einstellung des gewünschten Zustands des Rückführstroms vornehmen. Durch die Einstellung des gewünschten Zustandes des Rückführstroms an dem Rückführregelort als Einstellparameter wird eine Einstellung des Zustandsparameters des Phosgengasstroms erreicht. So kann, beispielsweise über den genannten Einstellprozess mithilfe des genannten Einstellmittels, die Einstellung des Drucks (p-P) des Phosgengasstroms als Zustandsparameter (X) durch Einstellung einer dafür notwendigen Flussrate des Rückführstroms als Einstellparameter (Y-l) erreicht werden. For measuring the state parameter of the phosgene gas stream as the system under consideration at at least one phosgene measuring location, one or more phosgene measuring devices belonging to the measuring unit can be arranged at the phosgene measuring locations. From the measurement of the state parameter at at least one phosgene measuring location, state information, in particular the pressure (pP) at the at least one phosgene measuring location, can be obtained. The obtained state information can then be sent to a signaling device connected to the one or several phosgene measuring devices. The status information received can then be evaluated in the evaluation unit, in particular by means of the computer system according to the invention. The evaluation can then produce evaluated information on the basis of which an instruction for action is created by the evaluation unit and transmitted to the central control unit. For example, the evaluation can show that the status parameter does not correspond to a desired status parameter (in particular because the pressure (pP-1, pP-2, ..., pPm) present after passing through one of the phosgene flow control valves has changed) and therefore needs to be adjusted. In this case, an instruction for action can be created using the evaluation unit, which is transmitted to the central control unit and states that and how the status parameter of the phosgene gas flow needs to be adjusted. The central control unit can then be used to adjust (set) the setting parameter of the recirculation flow. For this purpose, at least one measurement of the state of the return fluid flow can be carried out using a measuring unit at at least one return measuring location according to the measuring principle previously explained for the state parameter of the phosgene gas flow. For this purpose, one or more return measuring devices belonging to the measuring unit can be used. The at least one measurement at the at least one return measuring location can provide setting information about the state of the return flow (setting parameter) at the at least one return measuring location, which is then transmitted to the evaluation unit. The received setting information can be evaluated by means of the evaluation unit. For example, the evaluation of the setting information can show that the state of the return flow at the at least one return measuring location (actual value) does not correspond to a desired state (setpoint value) of the return flow, wherein the desired state of the return flow is suitable for setting the state parameter of the phosgene gas flow, i.e. for setting a desired state of the phosgene gas flow. In this case, as previously explained for the state parameter, an instruction can be created using the evaluation unit, which can be transmitted to the central control unit. The central control unit can then evaluate the instruction received and set the desired state of the feedback current. By setting the desired By setting the state of the recirculation stream at the recirculation control location as a setting parameter, the state parameter of the phosgene gas stream is set. For example, via the setting process mentioned with the aid of the setting means mentioned, the setting of the pressure (pP) of the phosgene gas stream as a state parameter (X) can be achieved by setting a necessary flow rate of the recirculation stream as a setting parameter (Yl).
Erfindungsgemäß ist die Einstellung des Zustandsparameters (X) des Phosgengasstroms eine Regelung des Zustandsparameters (X) des Phosgengasstroms über den Einstellparameter (Y), wobei der Einstellparameter (Y) mindestens ein Einstellparameter (Y-l) des Rückführstroms (Rück) ist, nämlich dessen Flussrate (f-Rück). Der Einstellprozess ist also ein Regelprozess, und das Einstellmittel ein Regelmittel zur Durchführung des Regel Prozesses. Die Regelung bzw. der Regelprozess und das Regelmittel zur Durchführung des Regel Prozesses sind insbesondere dazu geeignet, stabile Reaktionsbedingungen der Gasphasenreaktion in der Gasphasenreaktionsanordnung zu gewährleisten, insbesondere was das Konstanthalten des stöchiometrischen Phosgenüberschusses angeht. According to the invention, the setting of the state parameter (X) of the phosgene gas stream is a regulation of the state parameter (X) of the phosgene gas stream via the setting parameter (Y), wherein the setting parameter (Y) is at least one setting parameter (Y-1) of the recycle stream (return), namely its flow rate (f-return). The setting process is therefore a control process, and the setting means is a control means for carrying out the control process. The control or the control process and the control means for carrying out the control process are particularly suitable for ensuring stable reaction conditions of the gas phase reaction in the gas phase reaction arrangement, in particular with regard to keeping the stoichiometric phosgene excess constant.
Eine Regelung einer Zustandsgröße eines betrachteten Systems kann dabei grundsätzlich an demselben Ort vorgenommen werden, an dem eine Zustandsgröße des betrachteten Systems auch gemessen wird. Anders gesagt, Regelorte können grundsätzlich an denselben Orten wie einer oder mehrerer Messorte angeordnet sein. Zur Regelung eines Zustandsparameters des Phosgengasstroms über einen Einstellparameter des Rückführstroms kann eine zentrale Steuereinheit vorgesehen sein, die ein oder mehrere Messgeräte und einen oder mehrere Regler steuert. Ein Regler kann dabei grundsätzlich eine Änderung eines Zustands eines betrachteten Systems, wie eines geführten Fluidstroms, bewirken. Dabei kann der Regler beispielsweise ein Durchflussratenregler sein, welcher eine Durchflussrate eines geführten Fluidstroms regelt, oder ein Füllstandsregler sein, welcher einen Füllstand eines Mediums in einer Einrichtung regelt. So können beispielsweise Änderungen der Durchflussrate eines geregelten Fluidstroms bzw. von einem Füllstandsregler geregelte Änderungen eines Medium-Füllstandes in einer bestimmten Einrichtung in Form einer Rampe realisiert werden. Anders gesagt, die Intensität einer Durchflussraten- bzw. Füllstandsänderung kann möglichst langsam erhöht bzw. verringert werden. So kann beispielsweise, durch eine Durchflussratenerhöhung in Form einer Rampe, das Überlaufen einer geführten Flüssigkeit in einer Einrichtung verhindert werden, in welche die Flüssigkeit mit der geregelten Flussrate geführt wird, wobei die Einrichtung selbst nicht zur Kompensierung einer plötzlichen Flussratenerhöhung ausgebildet ist. A control of a state variable of a system under consideration can in principle be carried out at the same location at which a state variable of the system under consideration is also measured. In other words, control locations can in principle be arranged at the same locations as one or more measuring locations. To control a state parameter of the phosgene gas flow via a setting parameter of the return flow, a central control unit can be provided that controls one or more measuring devices and one or more controllers. A controller can in principle bring about a change in the state of a system under consideration, such as a guided fluid flow. The controller can, for example, be a flow rate controller that controls a flow rate of a guided fluid flow, or a level controller that controls a level of a medium in a device. For example, changes in the flow rate of a controlled fluid flow or changes in a medium level in a specific device controlled by a level controller can be implemented in the form of a ramp. In other words, the intensity of a flow rate or level change can be increased or decreased as slowly as possible. For example, by increasing the flow rate in Form of a ramp, the overflow of a guided liquid can be prevented in a device into which the liquid is fed at the regulated flow rate, whereby the device itself is not designed to compensate for a sudden increase in flow rate.
Ein Regler kann ein stetig linearer Regler, ein nichtlinearer Regler oder ein unstetiger Regler sein. Ein stetig linearer Regler kann dabei ein P-Regler, I-Regler, D-Glied, PI-Regler, PD-Regler, PD2-Glied mit konjugiert komplexen Nullstellen, PID-Regler, ein Zustandsregler mit einer Zustands- oder Ausgangsrückführung, oder ein Regler für Mehrgrößensysteme sein. Ein nichtlinearer Regler kann dabei ein Fuzzy-Regler, ein adaptiver Regler oder ein Extremwertregler sein. Ein unstetiger Regler kann dabei ein Zweipunktregler, ein Dreipunktregler oder ein Mehrpunktregler sein. Ein Regler kann grundsätzlich als Analogregler, Digitalregler, Kompaktregler, pneumatischer Regler, oder Universalregler realisiert sein. Vorzugsweise ist der Regler ein Universalregler. Ein Universalregler kann dabei als ein solcher Regler verstanden werden, welcher durch eine flexible Einsteilbarkeit seiner Reglerparameter (Proportionalbeiwert, Nachstellzeit und Vorhaltzeit als P-, PI-, PD- oder PID-Regler) betrieben werden kann. Ein Universalregler kann genormte Ein- und Ausgangssignale, sogenannte Einheitssignale, aufweisen. Das Eingangssignal kann dabei aus einem Messsystem kommen und das Ausgangssignal auf ein Stellglied wirken, wodurch Geräte verschiedener Hersteller in einem Regelkreis miteinander betrieben werden können. Das Einheitssignal kann ein elektrisches Einheitssignal sein. Bevorzugt ist das elektrische Einheitssignal ein Stromsignal. Stromsignale können bei langen Signalleitungen von Vorteil sein, da sie weniger anfällig gegen äußere Störfelder sind und ein Spannungsabfall an der Signalleitung keine Auswirkungen auf das Stromsignal hat. A controller can be a continuous linear controller, a non-linear controller or a discontinuous controller. A continuous linear controller can be a P controller, I controller, D element, PI controller, PD controller, PD2 element with conjugated complex zeros, PID controller, a state controller with state or output feedback, or a controller for multi-variable systems. A non-linear controller can be a fuzzy controller, an adaptive controller or an extreme value controller. A discontinuous controller can be a two-point controller, a three-point controller or a multi-point controller. A controller can basically be implemented as an analog controller, digital controller, compact controller, pneumatic controller or universal controller. The controller is preferably a universal controller. A universal controller can be understood as a controller that can be operated as a P, PI, PD or PID controller due to the flexible setting of its controller parameters (proportional coefficient, reset time and derivative time). A universal controller can have standardized input and output signals, so-called standard signals. The input signal can come from a measuring system and the output signal can act on an actuator, which means that devices from different manufacturers can be operated together in a control loop. The standard signal can be an electrical standard signal. The electrical standard signal is preferably a current signal. Current signals can be advantageous for long signal lines, as they are less susceptible to external interference fields and a voltage drop on the signal line has no effect on the current signal.
Zur Regelung eines Drucks des Phosgengasstroms (P) über eine Flussrate des Rückführstroms kann die zentrale Steuereinheit beispielsweise einen oder mehrere Rückführregler und einen oder mehrere Phosgendruckregler steuern. Vorzugsweise ist die zentrale Steuereinheit ein Universalregler, welcher mit einem oder mehreren Messgeräten und einem oder mehreren Reglern signaltechnisch verbunden ist. Dementsprechend kann ein Druck des Phosgenreaktionsgasstroms über einen Universalregler geregelt werden, welcher mit einem oder mehreren Phosgendruckmessgeräten, Phosgendruckreglern, Rückführmessgeräten und Rückführreglern verbunden ist. Ein Phosgendruckregler kann dabei als ein solcher Regler verstanden werden, welcher zur Regelung eines Druck des Phosgengasstroms (P) an mindestens einem Phosgenregelort geeignet ist. Ein Rückführregler kann wiederum als ein solcher Regler verstanden werden, welcher zur Regelung einer Flussrate des Rückführstroms an mindestens einem Rückführregelort geeignet ist. To regulate a pressure of the phosgene gas stream (P) via a flow rate of the recirculation stream, the central control unit can, for example, control one or more recirculation regulators and one or more phosgene pressure regulators. Preferably, the central control unit is a universal regulator which is connected to one or more measuring devices and one or more regulators by signal technology. Accordingly, a pressure of the phosgene reaction gas stream can be regulated via a universal regulator which is connected to one or more phosgene pressure measuring devices, phosgene pressure regulators, recirculation measuring devices and recirculation regulators. A phosgene pressure regulator can be used as such A controller can be understood as one which is suitable for regulating a pressure of the phosgene gas stream (P) at at least one phosgene control location. A recirculation controller can in turn be understood as one which is suitable for regulating a flow rate of the recirculation stream at at least one recirculation control location.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Anlage zu dessen Durchführung ist insbesondere zur Erzeugung eines stabilen Phosgenreaktionsgasstroms in jede der Gasphasenreaktionsanordnungen mit einem konstant einstellbaren Zustandsparameter X (der Druck p-P) geeignet. So können stabile Reaktionsbedingungen der Gasphasenreaktion nach Einbringung der Phosgenreaktionsgasströme in die m Gasphasenreaktionsanordnungen generiert werden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Anlage zur Durchführung des Verfahrens im Vergleich zu bekannten Verfahren bzw. Anlagen unter einer höheren Betriebsstabilität, insbesondere mit möglichst gleichbleibendem stöchiometrischen Phosgenüberschuss in jeder der m Gasphasenreaktionsanordnungen, gefahren werden, wodurch sich zudem eine höhere Produktselektivität und Raum-Zeit-Ausbeute ergibt. Diese Vorteile ergeben sich insbesondere auch durch die Kombination der erfindungsgemäßen Einstellung, der Rückführung von nicht umgesetztem, überschüssigem Phosgen und der separaten Einbringung von Phosgen- und Aminreaktionsgasströmen in die Gasphasenreaktionsanordnung. So können mit der erfindungsgemäßen Anlage und dem Verfahren nicht nur in der Gasphasenreaktion gebildete Mengen fester Neben- und Folgeproduktrückstände im Vergleich zu bekannten Verfahren und Anlagen insgesamt verringert werden, sondern gleichzeitig auch durch ein Abbrechen von grundsätzlich nicht vermeidbaren Rückstandsmengen von den Wänden der Gasphasenreaktionsanordnung resultierende Druckabfälle kompensiert werden. The process according to the invention or the plant for carrying it out is particularly suitable for generating a stable phosgene reaction gas stream in each of the gas phase reaction arrangements with a constantly adjustable state parameter X (the pressure p-P). In this way, stable reaction conditions of the gas phase reaction can be generated after introducing the phosgene reaction gas streams into the m gas phase reaction arrangements. As a result, the process according to the invention or the plant for carrying out the process can be operated with greater operational stability compared to known processes or plants, in particular with as constant a stoichiometric excess of phosgene as possible in each of the m gas phase reaction arrangements, which also results in higher product selectivity and space-time yield. These advantages also arise in particular from the combination of the setting according to the invention, the recycling of unreacted, excess phosgene and the separate introduction of phosgene and amine reaction gas streams into the gas phase reaction arrangement. Thus, with the plant and the method according to the invention, not only can the amounts of solid by-products and secondary product residues formed in the gas phase reaction be reduced overall in comparison with known methods and plants, but at the same time pressure drops resulting from the breaking off of fundamentally unavoidable residue amounts from the walls of the gas phase reaction arrangement can also be compensated.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jede der m oder n Phosgenabsorptionseinrichtungen einen Phosgenabsorptionseinrichtungs- Sammelbereich (115-1, 115-2, ... 115-m bzw. 115-n) aufweist, in welchem sich ein Rückführmedium sammelt. Das Rückführmedium umfasst dabei sowohl absorbiertes Phosgen als auch das Absorptionsmittel. Der Rückführstrom wird dabei aus dem im Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich gesammelten Rückführmedium gespeist. In einer Ausführungsform der Erfindung ist den m Gasphasenreaktionsanordnungen eine einzige (d. h. n = 1) prozesstechnisch nachgeschaltete Absorptionseinrichtung (103) zugeordnet, wobei der Rückführstrom (Rück) aus der einen einzigen Absorptionseinrichtung (103) gespeist wird. According to the invention, each of the m or n phosgene absorption devices has a phosgene absorption device collection area (115-1, 115-2, ... 115-m or 115-n) in which a recycle medium collects. The recycle medium comprises both absorbed phosgene and the absorption medium. The recycle stream is fed from the recycle medium collected in the phosgene absorption device collection area. In one embodiment of the invention, a single (ie n = 1) downstream absorption device (103) is assigned to the m gas phase reaction arrangements, wherein the recycle stream (return) is fed from the one single absorption device (103).
Nach einer alternativen Ausgestaltung sind den m Gasphasenreaktionsanordnungen mehrere, insbesondere m, parallel geschaltete Absorptionseinrichtungen prozesstechnisch nachgeschaltet. Dabei ist jeweils eine der mehreren Absorptionseinrichtungen jeweils einer der mehreren Gasphasenreaktionsanordnungen oder einer Mehrzahl der mehreren Gasphasenreaktionsanordnungen zugeordnet. Der Rückführstrom wird dabei aus den mehreren Absorptionseinrichtungen gespeist. Dabei ist im Falle mehrerer Absorptionseinrichtungen mindestens eine den Absorptionseinrichtungen prozesstechnisch nachgeschaltete Vereinigungseinrichtung (in FIG. 1 und 2 nicht als eigene Einrichtung gezeigt) vorgesehen. Die Vereinigungseinrichtung ist dabei dazu ausgebildet, aus den mehreren Absorptionseinrichtungen erhaltene Teilrückführströme zu dem Rückführstrom zu vereinigen. According to an alternative embodiment, several, in particular m, absorption devices connected in parallel are connected downstream of the m gas phase reaction arrangements. In this case, one of the several absorption devices is assigned to one of the several gas phase reaction arrangements or to a plurality of the several gas phase reaction arrangements. The recycle stream is fed from the several absorption devices. In the case of several absorption devices, at least one combining device (not shown as a separate device in FIGS. 1 and 2) connected downstream of the absorption devices is provided. The combining device is designed to combine partial recycle streams obtained from the several absorption devices to form the recycle stream.
Es ist also einer einzigen Absorptionseinrichtung eine einzige prozesstechnisch nachgelagerte Phosgengaserzeugungseinrichtung zugeordnet, oder mehrere parallel geschaltete Absorptionseinrichtungen sind einer einzigen prozesstechnisch nachgelagerten Phosgengaserzeugungseinrichtung zugeordnet. This means that a single downstream phosgene gas generation device is assigned to a single absorption device, or several absorption devices connected in parallel are assigned to a single downstream phosgene gas generation device.
Es ist bevorzugt, dass der Einstellparameter (Y) zusätzlich einen Einstellparameter (Y-2) des Phosgen-Frischfluidstroms (Frisch) umfasst, wobei der Zustandsparameter (X) dergestalt eingestellt (= geregelt) wird, dass bei einer festgestellten Änderung (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss- Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) zunächst - wie zuvor beschrieben - die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) als Einstellparameter (Y-l) und anschließend die Flussrate (f-frisch) des eingebrachten Phosgen-Frischfluidstroms (Frisch) als Einstellparameter (Y-2) verwendet werden. Dabei wird vorzugsweise die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) durch Einstellen eines ersten Anpassungsparameters (ZI) des in dem Rückführmedium umfassten absorbierten Phosgens und eines zweiten Anpassungsparameters (Z2) des in dem Rückführmedium umfassten Absorptionsmittels angepasst. Unter einem Anpassungsparameter wird dabei ein solcher Parameter verstanden, welcher zur Anpassung des physikalischen Zustands eines betrachteten Systems geeignet ist. Der erste Anpassungsparameter kann dabei grundsätzlich jede mögliche Zustandsgröße des in dem Rückführmedium umfassten absorbierten Phosgens sein. So kann der erste Anpassungsparameter beispielweise eine Dichte, Temperatur, Masse, ein Volumen oder ein Druck des in dem Rückführmedium umfassten absorbierten Phosgens sein. Der zweite Anpassungsparameter des in dem Rückführmedium umfassten Absorptionsmittels kann wiederum jede mögliche Zustandsgröße des in dem Rückführmedium umfassten Absorptionsmittels sein. So kann der zweite Anpassungsparameter beispielsweise eine Dichte, Temperatur, Masse, ein Volumen oder ein Druck des in dem Rückführmedium umfassten Absorptionsmittels sein. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, in welcher die Flussrate (f-Rück) des Rückführstroms (Rück) durch Einstellen einer Phosgen- Masse (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m bzw. m-P-n) des in demIt is preferred that the setting parameter (Y) additionally comprises a setting parameter (Y-2) of the phosgene fresh fluid stream (Fresh), wherein the state parameter (X) is set (= regulated) such that when a change is detected in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), first - as described above - the flow rate (f-return) of the return stream (return) is used as the setting parameter (Yl) and then the flow rate (f-fresh) of the introduced phosgene fresh fluid stream (Fresh) is used as the setting parameter (Y-2). In this case, the flow rate (f-back) of the recycle stream (back) is preferably adjusted by setting a first adjustment parameter (ZI) of the absorbed phosgene contained in the recycle medium and a second adjustment parameter (Z2) of the absorption medium contained in the recycle medium. An adjustment parameter is defined as a such parameters which are suitable for adjusting the physical state of a system under consideration. The first adjustment parameter can in principle be any possible state variable of the absorbed phosgene contained in the recycle medium. For example, the first adjustment parameter can be a density, temperature, mass, volume or pressure of the absorbed phosgene contained in the recycle medium. The second adjustment parameter of the absorption medium contained in the recycle medium can in turn be any possible state variable of the absorption medium contained in the recycle medium. For example, the second adjustment parameter can be a density, temperature, mass, volume or pressure of the absorption medium contained in the recycle medium. An embodiment is preferred in which the flow rate (f-return) of the recycle stream (return) is adjusted by setting a phosgene mass (mP-1, mP-2, ..., mPm or mPn) of the absorbed phosgene contained in the
Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) jeweils umfassten absorbierten Phosgens als ersten Anpassungsparameter (Zl-1, Zl-2, ..., Zl-n bzw. Zl-m) und einer Absorptionsmittel-Masse (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m bzw. m-AbsM-n) des in dem Rückführmedium (Rück-1, Rück-2, ..., Rück-m bzw. Rück-n) jeweils umfassten Absorptionsmittels als zweiten Anpassungsparameter (Z2-1, Z2-2, ..., Z2-n bzw. Z2-m) angepasst wird. Recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n) respectively comprised absorbed phosgene as the first adjustment parameter (Zl-1, Zl-2, ..., Zl-n or Zl-m) and an absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) of the absorption medium respectively comprised in the recycle medium (Recycle-1, Recycle-2, ..., Recycle-m or Recycle-n) as the second adjustment parameter (Z2-1, Z2-2, ..., Z2-n or Z2-m).
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Phosgen-Masse (m-P-1, m-P-2, ..., m-P-m bzw. m-P-n) durch Manipulation einer Flussrate (f-frisch) des Phosgen- Frischfluidstroms, und die Absorptionsmittel-Masse (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m bzw. m-AbsM-n) durch Manipulation einer Flussrate des Absorptionsmittel-Fluidstroms (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m bzw. AbsM-n) eingestellt wird. Es ist auch möglich, dass die Phosgen-Masse durch Multiplikation eines Füllstandes des Rückführmediums in dem Phosgenabsorptionseinrichtungs- Sammelbereich und einer Konzentration des absorbierten Phosgens in dem Rückführmedium berechnet wird. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Absorptionsmittel-Masse durch Multiplikation des besagten Füllstandes des Rückführmediums in dem Phosgenabsorptionseinrichtungs-Sammelbereich und einer Nicht-Phosgen-Komponenten-Konzentration von in dem Rückführmedium umfassten Nicht-Phosgen-Komponenten berechnet wird. Das Rückführmedium umfasst dabei sowohl das absorbierte Phosgen als auch Nicht-Phosgen- Komponenten. Unter Nicht-Phosgen-Komponenten können dabei alle in dem Rückführmedium enthaltenen Komponenten verstanden werden, welche nicht Phosgen sind. Die Nicht-Phosgen-Komponenten umfassen dabei insbesondere das Absorptionsmittel, und insbesondere nicht das in dem Rückführmedium umfasste absorbierte Phosgen. It can be provided that the phosgene mass (mP-1, mP-2, ..., mPm or mPn) is set by manipulating a flow rate (f-fresh) of the phosgene fresh fluid stream, and the absorption medium mass (m-AbsM-1, m-AbsM-2, ... m-AbsM-m or m-AbsM-n) is set by manipulating a flow rate of the absorption medium fluid stream (AbsM-1, AbsM-2, ..., AbsM-m or AbsM-n). It is also possible that the phosgene mass is calculated by multiplying a filling level of the return medium in the phosgene absorption device collection area and a concentration of the absorbed phosgene in the return medium. In addition, it can be provided that the absorption medium mass is calculated by multiplying the said filling level of the recycle medium in the phosgene absorption device collection area and a non-phosgene component concentration of non-phosgene components contained in the recycle medium. The recycle medium comprises both the absorbed phosgene and non-phosgene components. Non-phosgene components can be understood as all the The term "phosgene" refers to components contained in the recycle medium which are not phosgene. The non-phosgene components include in particular the absorption medium and in particular not the absorbed phosgene contained in the recycle medium.
Wie bereits erwähnt, ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Computersystem zur Regelung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats, umfassend: eine Schnittstelleneinheit, die dazu konfiguriert ist, (periodisch oder kontinuierlich) Daten einzulesen, die zur Feststellung einer Änderung (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) geeignet sind, und einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, bei einer festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) mit den eingelesenen Daten einen angepassten Sollwert (Y)SOLL für den Einstellparameter (Y) (d. h. mindestens für (Y-l), gegebenenfalls auch für (Y-2)) zu berechnen und den angepassten Sollwert (Y)SOLL einem in kommunikativer Verbindung mit dem Prozessor stehenden Stellglied zur Manipulation des Einstellparameters (Y) zu übermitteln, um der festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (und damit der Änderung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses) entgegenzuwirken. As already mentioned, a further subject matter of the invention is a computer system for controlling the stoichiometric excess of phosgene in the process according to the invention for producing an isocyanate, comprising: an interface unit which is configured to read in (periodically or continuously) data which are suitable for determining a change in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) of the m phosgene reaction gas streams (P-l, P-2, ... P-m) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), and a processor which is configured to calculate an adjusted setpoint value (Y)SOLL for the setting parameter (Y) (i.e. at least for (Y-l), optionally also for (Y-2)) with the read-in data when a change in the pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) is detected, and to adjust the adjusted setpoint value (Y)TARGET to be transmitted to an actuator in communicative connection with the processor for manipulating the setting parameter (Y) in order to counteract the detected change in pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
Der Begriff „Prozessor" wie er in der Terminologie der vorliegenden Erfindung verwendet wird, entspricht dem in der Fachwelt üblichen Verständnis und kann sich insbesondere auf eine beliebige Logikschaltung beziehen, die für die Durchführung grundlegender Operationen eines Computers oder Computersystems konfiguriert ist, und/oder allgemein auf eine Vorrichtung, die für die Durchführung von Berechnungen oder logischen Operationen konfiguriert ist. Insbesondere kann der Prozessor so konfiguriert sein, dass er grundlegende Befehle verarbeitet, die das Computersystem steuern. Als Beispiel kann der Prozessor mindestens eine arithmetische Logikeinheit (ALU), mindestens eine Gleitkommaeinheit (FPU), wie beispielsweise einen mathematischen Coprozessor oder einen numerischen Coprozessor, eine Vielzahl von Registern, insbesondere Register, die zum Bereitstellen von Operanden für die ALU und zum Speichern von Operationsergebnissen konfiguriert sind, und einen Speicher, wie einen LI- und L2-Cac/?e-Speicher, umfassen. Insbesondere kann es sich bei dem Prozessor um einen Mehrkernprozessor handeln. Insbesondere kann der Prozessor eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) sein oder eine solche umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor ein Mikroprozessor sein oder einen solchen umfassen, so dass speziell die Elemente des Prozessors in einem einzigen integrierten Schaltkreis-Chip (IC-Chip) enthalten sein können. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und/oder ein oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder dergleichen sein oder solche umfassen. The term "processor" as used in the terminology of the present invention corresponds to the common understanding in the art and can refer in particular to any logic circuit configured to perform basic operations of a computer or computer system and/or generally to a device configured to perform calculations or logical operations. In particular, the processor can be configured to process basic instructions that control the computer system. As an example, the processor can include at least one arithmetic logic unit (ALU), at least one floating point unit (FPU), such as a mathematical coprocessor or a numerical coprocessor, a plurality of registers, in particular registers used to provide operands to the ALU and to store operation results, and a memory, such as LI and L2 Cac/?e memory. In particular, the processor may be a multi-core processor. In particular, the processor may be or comprise a central processing unit (CPU). Additionally or alternatively, the processor may be or comprise a microprocessor, so that specifically the elements of the processor may be contained in a single integrated circuit (IC) chip. Additionally or alternatively, the processor may be or comprise one or more application specific integrated circuits (ASICs) and/or one or more field programmable gate arrays (FPGAs) or the like.
Es ist bevorzugt, dass auf dem Prozessor ein selbstlernender Algorithmus zum automatischen Abgleich von Änderungen (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) mit dem stöchiometrischen Phosgenüberschuss und in Reaktion darauf zur automatischen Einstellung und Anpassung des Einstellparameters (Y) implementiert ist, wobei der Algorithmus dazu konfiguriert ist, durch die Anpassung des Einstellparameters (Y) das Verfahren zur Herstellung eines Isocyanats zu optimieren (d. h. Abweichungen vom stöchiometrischen Phosgenüberschuss schneller entgegenzuwirken). It is preferred that a self-learning algorithm is implemented on the processor for automatically comparing changes in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) with the stoichiometric phosgene excess and, in response thereto, for automatically setting and adjusting the setting parameter (Y), wherein the algorithm is configured to optimize the process for producing an isocyanate by adjusting the setting parameter (Y) (i.e. to counteract deviations from the stoichiometric phosgene excess more quickly).
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es in eine Speichereinheit einer Recheneinheit des Computersystems nach Anspruch 19 oder 20 geladen ist und durch den Prozessor ausgeführt wird, bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 Änderungen (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) (periodisch oder kontinuierlich) erfasst und bei einer festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) den Sollwert (Y)SOLL des Einstellparameters (Y) (d. h. mindestens des Einstellparameters (Y-l), gegebenenfalls auch des Einstellparameters (Y-2)) anpasst (d. h. einen neuen Sollwert (Y)SOLL berechnet), um der Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (und damit der Änderung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses) entgegenzuwirken. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Regelung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses in dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend: A further subject of the present invention is a computer program product which, when loaded into a memory unit of a computing unit of the computer system according to claim 19 or 20 and executed by the processor, in a method according to one of claims 1 to 18, detects changes in (at least) one pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) of the m phosgene reaction gas streams (Pl, P-2, ... Pm) present after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) (periodically or continuously) and, when a change in the pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) is detected, adjusts the setpoint value (Y)SOLL of the setting parameter (Y) (ie at least of the setting parameter (Yl), optionally also of the setting parameter (Y-2)) (ie calculates a new setpoint value (Y)SOLL) in order to correspond to the change in the pressure (pP-1, pP-2, ... pPm) (and thus the change in the stoichiometric excess of phosgene). The invention also relates to a computer-implemented method for controlling the stoichiometric excess of phosgene in the process according to the invention, comprising:
- Empfangen in Echtzeit von Daten, die zur Feststellung einer Änderung (mindestens) eines nach Durchlaufen der m Phosgenfluss- Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) vorliegenden Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) der m Phosgenreaktionsgasströme (P-l, P-2, ... P-m) geeignet sind, und - receiving in real time data suitable for detecting a change in (at least) one pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) of the m phosgene reaction gas streams (P-l, P-2, ... P-m) after passing through the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m), and
- bei einer festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m): - when a change in pressure is detected (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m):
Anpassen des Einstellparameters (Y) (d. h. mindestens desAdjusting the setting parameter (Y) (i.e. at least the
Einstellparameters (Y-l), gegebenenfalls auch des Einstellparameters (Y-2)), um der festgestellten Änderung des Drucks (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (und damit der Änderung des stöchiometrischen Phosgenüberschusses) entgegenzuwirken. setting parameter (Y-1), if necessary also the setting parameter (Y-2)) in order to counteract the detected change in pressure (p-P-1, p-P-2, ... p-P-m) (and thus the change in the stoichiometric phosgene excess).
Die ebenfalls bereits mehrfach erwähnte Anlage zur Herstellung eines Isocyanats durch Umsetzung eines primären Amins mit Phosgen bei einem stöchiometrischen Phosgenüberschuss im Wege einer Gasphasenreaktion, die ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist dazu ausgelegt, in ihr das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Anlage umfasst daher mindestens die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als erforderlich beschriebenen Einrichtungen, also mindestens eine, bevorzugt m Amingaserzeugungseinrichtungen, eine Phosgengaserzeugungseinrichtung, m Gasphasenreaktionsanordnungen, m oder n Phosgenabsorptionseinrichtungen und Einstellmittel zur Einstellung eines Zustandsparameters (X) der m Phosgenreaktionsgasströme über einen Einstellparameter (Y), wobei der Einstellparameter (Y) mindestens ein Einstellparameter (Y-l) des Rückführstroms ist und die Einstellmittel mindestens die m Phosgenfluss-Stellventile (PV-1, PV-2, ..., PV-m) und außerdem das erfindungsgemäße Computersystem umfassen. Dabei ist jede Amingaserzeugungseinrichtung ausgebildet zur Erzeugung eines primäres Amin umfassenden Aminreaktionsgasstroms. Die Phosgengaserzeugungseinrichtung ist ausgebildet zur Erzeugung eines Phosgengasstroms und dessen Aufteilung in m Phosgenreaktionsgasströme. Die Gasphasenreaktionsanordnungen sind ausgebildet zur Zusammenführung der erzeugten Aminreaktionsgasströme und der erzeugten Phosgenreaktionsgasströme unter Ablauf der Gasphasenreaktion des primären Amins mit Phosgen, und zur Bereitstellung daraus erhaltener, hergestelltes Isocyanat umfassende Isocyanat-Rohprodukt-Fluidströme und Restfluidströme, wobei die Restfluidströme in der Gasphasenreaktion nicht umgesetztes, überschüssiges Phosgen umfassen. Jede Phosgenabsorptionseinrichtung ist ausgebildet zur Aufnahme jeweils eines das Absorptionsmittel umfassenden Absorptionsmittel-Fluidstroms und des Restfluidstroms, weiter ausgebildet zur Absorption des nicht umgesetzten, überschüssigen Phosgens durch das Absorptionsmittel unter Erhalt von rückzuführendem Phosgen, und zur Bereitstellung jeweils eines rückzuführendes Phosgen umfassenden Rückführstroms. Dabei ist die Phosgengaserzeugungseinrichtung zur Aufnahme eines Phosgen-Frischfluidstroms und des rückzuführendes Phosgen umfassenden Rückführstroms, und zur Desorption des rückzuführenden Phosgens von dem Absorptionsmittel unter Erhalt von desorbiertem Phosgen ausgebildet. Der Phosgengasstrom wird dabei durch das desorbierte Phosgen und aus dem Phosgen-Frischfluidstrom erhaltenes Phosgen gebildet. Das Einstellmittel zur Einstellung eines Zustandsparameters (X) des Phosgenreaktionsgasstroms über einen Einstellparameter (Y) des Rückführstroms ist insbesondere dazu geeignet, stabile Reaktionsbedingungen der Gasphasenreaktion, insbesondere einen stabilen stöchiometrischen Phosgenüberschuss, in der Gasphasenreaktionsanordnung zu gewährleisten. The plant for producing an isocyanate by reacting a primary amine with phosgene with a stoichiometric excess of phosgene by means of a gas phase reaction, which is another subject of the present invention, has also already been mentioned several times and is designed to carry out the process according to the invention in it. The plant therefore comprises at least the devices described as necessary in connection with the process according to the invention, i.e. at least one, preferably m amine gas generation devices, a phosgene gas generation device, m gas phase reaction arrangements, m or n phosgene absorption devices and adjustment means for adjusting a state parameter (X) of the m phosgene reaction gas streams via an adjustment parameter (Y), wherein the adjustment parameter (Y) is at least one adjustment parameter (Y1) of the recycle stream and the adjustment means comprise at least the m phosgene flow control valves (PV-1, PV-2, ..., PV-m) and also the computer system according to the invention. Each amine gas generation device is designed to generate an amine reaction gas stream comprising primary amine. The phosgene gas generation device is designed to generate a phosgene gas stream and divide it into m phosgene reaction gas streams. The gas phase reaction arrangements are designed to combine the generated amine reaction gas streams and the generated phosgene reaction gas streams during the course of the gas phase reaction of the primary amine with phosgene, and for providing isocyanate crude product fluid streams and residual fluid streams obtained therefrom, comprising produced isocyanate, wherein the residual fluid streams comprise unreacted, excess phosgene in the gas phase reaction. Each phosgene absorption device is designed to receive an absorption medium fluid stream comprising the absorption medium and the residual fluid stream, further designed to absorb the unreacted, excess phosgene by the absorption medium to obtain phosgene to be recycled, and to provide a recycle stream comprising phosgene to be recycled. The phosgene gas generation device is designed to receive a phosgene fresh fluid stream and the recycle stream comprising phosgene to be recycled, and to desorb the phosgene to be recycled from the absorption medium to obtain desorbed phosgene. The phosgene gas stream is formed by the desorbed phosgene and phosgene obtained from the phosgene fresh fluid stream. The adjustment means for adjusting a state parameter (X) of the phosgene reaction gas stream via an adjustment parameter (Y) of the recycle stream is particularly suitable for ensuring stable reaction conditions of the gas phase reaction, in particular a stable stoichiometric phosgene excess, in the gas phase reaction arrangement.
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anlage entsprechen den Merkmalen, Vorteilen und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens, und umgekehrt. Features, advantages and properties of the system according to the invention correspond to the features, advantages and properties of the method according to the invention, and vice versa.
FIG. 4 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den in FIG. 1 und FIG. 2 gezeigten und beschriebenen Merkmalen. In FIG. 4 ist zudem ein beispielhaftes in der Anlage angeordnetes Einstellmittel zur Einstellung eines Drucks p-P des Phosgenreaktionsgasstroms P als Zustandsparameter X über die Flussrate f-Rück des Rückführstroms Rück und die Flussrate f-Frisch des Frischphosgenstroms Frisch als Einstellparameter Y-l und Y-2 gezeigt. Das Regelmittel umfasst dazu eine zentrale Steuereinheit, die ein Universalregler UC ist, welche mit einer Auswerteeinheit, die das erfindungsgemäße Computersystem umfasst (nicht gezeigt in FIG. 4), einer Messeinheit, die mehrere Messgeräte umfasst, und mit mehreren Reglern signaltechnisch verbunden ist. Messgeräte und Regler sind in FIG. 4 als beschriftete Kreise aufgezeigt. Durchgezogene Pfeile zeigen die Fluss- bzw. Führungsrichtung innerhalb der Anlage geführter Fluidströme, gestrichelte Pfeile wiederum zwischen dem Universalregler UV und den einzelnen Messgeräten und Reglern verlaufende Regelkreisinformationen an.FIG. 4 shows a system for carrying out the method according to the invention with the features shown and described in FIG. 1 and FIG. 2. FIG. 4 also shows an exemplary setting means arranged in the system for setting a pressure pP of the phosgene reaction gas stream P as a state parameter X via the flow rate f-return of the recycle stream Rück and the flow rate f-fresh of the fresh phosgene stream Frisch as setting parameters Y1 and Y-2. The control means comprises a central control unit, which is a universal controller UC, which is connected to an evaluation unit, which comprises the computer system according to the invention (not shown in FIG. 4), a measuring unit, which comprises several measuring devices and is connected to several controllers for signaling purposes. Measuring devices and controllers are shown as labeled circles in FIG. 4. Solid arrows show the flow or direction of fluid flows within the system, while dashed arrows show control loop information running between the universal controller UV and the individual measuring devices and controllers.
Wie in FIG. 4 gezeigt, wird die Flussrate f-frisch des Phosgen-Frischfluidstroms Frisch über einen Frischflussratenregler FO manipuliert. Dadurch wird eine Phosgen-Masse m-P des in dem Rückführmedium umfassten absorbierten Phosgens als erster Anpassungsparameter ZI angepasst. Die Phosgen-Masse m-P kann durch Multiplikation eines Füllstandes L-rück des Rückführmediums und einer Konzentration x-P des absorbierten Phosgens in dem Rückführmedium berechnet werden. Dabei hängt der Füllstand L-rück von einem ersten Füllstand L-rück-1 eines ersten Sumpfes 115-1 der ersten Absorptionskolonne 103-1 und einem zweiten Füllstand L-rück-2 eines zweiten Sumpfes 115-2 der zweiten Absorptionskolonne 103-2 ab. Die Konzentration x-P des absorbierten Phosgens in dem Rückführmedium hängt wiederum von der ersten Konzentration x-P-1 des absorbierten Phosgens in dem ersten Rückführmedium und von der zweiten Konzentration x-P-2 des absorbierten Phosgens in dem zweiten Rückführmedium ab. Die Flussraten der Rückführmedien Rück-1 und Rück-2 werden durch die ihnen jeweils zugeordneten Flussratenregler Fll und F21 manipuliert. Al und A2 bezeichnen Phosgenanalysatoren. As shown in FIG. 4, the flow rate f-fresh of the fresh phosgene fluid stream Fresh is manipulated via a fresh flow rate controller FO. As a result, a phosgene mass m-P of the absorbed phosgene contained in the recycle medium is adjusted as a first adjustment parameter ZI. The phosgene mass m-P can be calculated by multiplying a fill level L-back of the recycle medium and a concentration x-P of the absorbed phosgene in the recycle medium. The fill level L-back depends on a first fill level L-back-1 of a first sump 115-1 of the first absorption column 103-1 and a second fill level L-back-2 of a second sump 115-2 of the second absorption column 103-2. The concentration x-P of the absorbed phosgene in the recycle medium depends in turn on the first concentration x-P-1 of the absorbed phosgene in the first recycle medium and on the second concentration x-P-2 of the absorbed phosgene in the second recycle medium. The flow rates of the recycle media Recycle-1 and Recycle-2 are manipulated by the flow rate controllers Fll and F21 assigned to them respectively. Al and A2 denote phosgene analyzers.
Zudem werden die Flussrate des ersten Absorptionsmittel-Teilfluidstroms AbsM-1 mittels eines ersten Flussratenreglers F12 und die Flussrate des zweiten Absorptionsmittel-Teilfluidstroms AbsM-2 mittels eines zweiten Flussratenreglers F22 manipuliert. Dadurch wird eine Absorptionsmittel-Masse m-AbsM des in dem Rückführmedium umfassten Absorptionsmittels als zweiter Anpassungsparameter Z2 angepasst. Die Absorptionsmittel-Masse m-AbsM kann wiederum durch Multiplikation des Füllstandes L-rück des Rückführmediums mit einer Nicht- Phosgen-Komponenten-Konzentration l-(x-P)] der Nicht-Phosgen-Komponenten in dem Rückführmedium berechnet werden. In addition, the flow rate of the first absorption medium partial fluid flow AbsM-1 is manipulated by means of a first flow rate controller F12 and the flow rate of the second absorption medium partial fluid flow AbsM-2 is manipulated by means of a second flow rate controller F22. As a result, an absorption medium mass m-AbsM of the absorption medium contained in the return medium is adjusted as a second adjustment parameter Z2. The absorption medium mass m-AbsM can in turn be calculated by multiplying the fill level L-back of the return medium by a non-phosgene component concentration l-(x-P)] of the non-phosgene components in the return medium.
Der Berechnung zugrunde liegen das Ziel, dass ein Unterschied A m-P zwischen einem Istwert (PV) und einem Sollwert (SP) der Phosgen-Masse m-P in dem Rückführmedium (RM) möglichst gering sein soll, und folgende Berechnungsgrundlagen : mp — Trip py Trip P 0 (Gleichung 1), The calculation is based on the objective that a difference A mP between an actual value (PV) and a target value (SP) of the phosgene mass mP in the return medium (RM) should be as small as possible, and the following calculation principles: mp — Trip py Trip P 0 (Equation 1),
PRM,PV ~ PRM,SP (Gleichung 3 identische Dichten, temperaturunabhängig),PRM,PV ~ PRM,SP (equation 3 identical densities, temperature independent),
AmP — Arück 0 pRM x Lrück PV xP PV Lrack,sp XP,SP (Gleichung 4), Am P — A back 0 p RM x L back PV x P PV L r ack,sp X P,SP (Equation 4),
Entspricht der Istwert x-p-PV dem Sollwert x-P-SP, dann fungiert sowohl ein Absorptionsmittel-Regelkreis als auch ein davon entkoppelter Phosgen-Regelkreis als Füllstandsregler. Dazu bewegen ein erster Füllstandsregler LI, welcher an dem Sumpf 215-1 der ersten Absorptionskolonne 103-1 angeordnet ist, und ein zweiter Füllstandsregler L2, welcher an dem Sumpf 115-2 der zweiten Absorptionskolonne 103-2 angeordnet ist, die Füllstände L-rück-1 und L-rück-2 in eine für die Regelung notwendige Richtung. Ergibt sich also, dass die Füllstände L-rückl und L-rück-2 zu niedrig sind, dann werden sie erhöht, usw. Entspricht wiederum der Istwert L- rück-PV dem Sollwert L-rück-SP, dann fungieren der Absorptionsmittel- und Phosgenregelkreis beide als Konzentrationsregler, d.h. sie bewegen die Konzentrationen x-P-1 und x-P-2 in eine für die Regelung notwendige Richtung.If the actual value x-p-PV corresponds to the setpoint x-P-SP, then both an absorption medium control loop and a decoupled phosgene control loop act as level controllers. To do this, a first level controller LI, which is arranged at the sump 215-1 of the first absorption column 103-1, and a second level controller L2, which is arranged at the sump 115-2 of the second absorption column 103-2, move the levels L-back-1 and L-back-2 in a direction necessary for control. If it turns out that the levels L-backl and L-back-2 are too low, then they are increased, etc. If the actual value L-back-PV corresponds to the setpoint L-back-SP, then the absorption medium and phosgene control loops both act as concentration controllers, i.e. they move the concentrations x-P-1 and x-P-2 in a direction necessary for control.
Durch die Anpassung der Phosgen-Masse m-P als ersten Anpassungsparameter ZI und der Absorptionsmittel-Masse m-AbsM als zweiten Anpassungsparameter Z2 wird die Flussrate f-Rück des Rückführstroms Rück angepasst. Die Flussrate f-Rück des Rückführstroms Rück wird dazu mittels eines Rückführreglers FC an dem Zulauf der einen einzigen Desorptionskolonne 104 abgegriffen. Durch die Anpassung der Flussrate f-Rück des Rückführstroms Rück wird der Druck p-P des in der einen einzigen Desorptionskolonne 104 gebildetenBy adjusting the phosgene mass mP as the first adjustment parameter ZI and the absorption agent mass m-AbsM as the second adjustment parameter Z2, the flow rate f-Back of the recycle stream Back is adjusted. The flow rate f-Back of the recycle stream Back is tapped by means of a recycle controller FC at the inlet of a single desorption column 104. By adjusting the flow rate f-Back of the recycle stream Back, the pressure pP of the in the single desorption column 104 formed
Phosgenreaktionsgasstroms P mit Hilfe des Druckreglers PO eingestellt. Phosgene reaction gas stream P is adjusted using the pressure regulator PO.
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