DE102008038273A1 - Producing acrylic acid, useful as superabsorbent, comprises dehydrating glycerol in presence of dehydration catalysts to obtain gaseous acrolein phase and oxidizing acrolein in presence of oxidation catalyst to gaseous acrylic acid phase - Google Patents
Producing acrylic acid, useful as superabsorbent, comprises dehydrating glycerol in presence of dehydration catalysts to obtain gaseous acrolein phase and oxidizing acrolein in presence of oxidation catalyst to gaseous acrylic acid phase Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, eine Vorrichtung zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, aufgereinigte Acrylsäure, ein auf Acrylsäure basierendes Polymer, Acrylsäureester sowie die Verwendung eines Riser-Downer-Reaktorsystems.The The present invention relates to a process for the preparation of Acrylic acid from glycerin, a device for the production of acrylic acid from glycerol, purified acrylic acid, an acrylic acid based polymer, acrylic ester and the use of a riser-downer reactor system.
Die Darstellung von Acrolein, Acrylsäure und den daraus abgeleiteten Verbindungen wie beispielsweise Butylacrylat oder vernetzte Acrylsäurepolymere, die als Superabsorber eingesetzt werden können, erfolgt im industriellen Maßstab bislang ausschließlich basierend auf Propen als Rohstoff. In jüngster Zeit wurden verschiedene Wege veröffentlicht, diese Produkte aus Glycerin herzustellen.The Preparation of acrolein, acrylic acid and the derivatives derived therefrom Compounds such as butyl acrylate or crosslinked acrylic acid polymers, which can be used as a superabsorbent takes place so far exclusively on an industrial scale based on propene as raw material. Recently Published various ways, these products of glycerin manufacture.
In
In
In
der Veröffentlichung
Die
chinesische Öffenlegungsschrift
Ein generelles Problem bei der Synthese des Acroleins aus wässrigen Glycerin-Lösungen über die Gasphase ist die aufzubringende Verdampfungsenergie. Bei hohen Glycerin-Konzentrationen konnten bisher keine ausreichend hohe Ausbeuten an Acrylsäure erzielt werden, so dass bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin verdünnte Glycerin-Lösungen eingesetzt wurden. Insbesondere bei verdünnten Glycerin-Lösungen ist jedoch eine vergleichsweise hohe Wasserverdampfungsleistung zu erbringen. Ein weiteres Problem bei der Synthese des Acroleins aus Glycerin besteht darin, dass diejenigen Katalysatoren, welche eine effektive Umsetzung von Glycerin zu Acrolein ermöglichen, durch die Bildung von Koks zu einer schnellen Deaktivierung neigen, wobei diese Deaktivierung in Korrelation zur Glycerinbelastung steht.One general problem in the synthesis of acrolein from aqueous Glycerol solutions through the gas phase is the applied Evaporation energy. At high glycerol concentrations could so far no sufficiently high yields of acrylic acid achieved so that in the conventional methods of production Glycerol solutions diluted in acrylic acid from glycerol were used. Especially with dilute glycerol solutions However, it is a comparatively high water evaporation capacity to provide. Another problem with the synthesis of acrolein from glycerol is that those catalysts which enable effective conversion of glycerine to acrolein, tend to deactivate quickly through the formation of coke, this deactivation being correlated with glycerol levels.
So
wird in
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile im Zusammenhang mit der Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin zu überwinden.Of the Present invention was based on the object resulting from the State of the art resulting disadvantages in connection with the production of acrylic acid from glycerin overcome.
Zudem lag eine Aufgabe darin, auch bei einem Einsatz von Ausgangsmaterialien mit hohen Glycerinkonzentrationen ein großtechnisch einsetzbares Verfahren zu schaffen.moreover There was a task in it, even with the use of starting materials with high glycerol concentrations a industrially usable To create procedures.
Insbesondere lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin anzugeben, welches durch eine sehr hohe Acrylsäureausbeute gekennzeichnet ist. Darüber hinaus sollte der Energiebedarf dieses Verfahrens möglichst gering sein.Especially the present invention was based on the object, a method to provide for the production of acrylic acid from glycerol, which characterized by a very high acrylic acid yield is. In addition, the energy needs of this process should be be as low as possible.
Einen Beitrag zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben leistet ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, beinhaltend die Verfahrensschritte:
- a) Dehydratisierung von Glycerin zu Acrolein in der Gasphase in einer Dehydratisierungseinheit in Gegenwart von Dehydratisierungskatalysatoren unter Erhalt einer vorzugsweise gasförmigen Acroleinphase;
- b) Oxidation des Acroleins in einer Oxidationseinheit in Gegenwart von Oxidationskatalysatoren unter Erhalt einer gasförmigen Acrylsäurephase;
- – die Dehydratisierungseinheit eine erste Katalysatorteilmenge KT1 und mindestens eine weitere, von der ersten Katalysatorteilmenge KT1 räumlich getrennt vorliegende Katalysatorteilmenge KT2 aufweist, die sich hinsichtlich ihrer spezifischen Katalysatoraktivität unterscheiden,
- – wobei der Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 die Dehydratisierung von Glycerin unter Bildung von Acrolein katalysiert, während der Katalysator der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 regeneriert wird.
- a) dehydration of glycerol to acrolein in the gas phase in a dehydration unit in the presence of dehydration catalysts to obtain a preferably gaseous acrolein phase;
- b) oxidation of the acrolein in an oxidation unit in the presence of oxidation catalysts to obtain a gaseous acrylic acid phase;
- The dehydration unit has a first partial catalyst fraction KT 1 and at least one further partial catalytic converter KT 2 present in a spatially separated form from the first partial catalytic converter KT 1 , which differ with respect to their specific catalyst activity,
- Wherein the catalyst of the first catalyst portion KT 1 catalyzes the dehydration of glycerol to form acrolein, while the catalyst of the at least one further catalyst portion KT 2 is regenerated.
Überraschenderweise, dafür aber nicht minder vorteilhaft, wurde festgestellt, dass sich die Ausbeute an Acrylsäure bei der Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin auch bei einem Einsatz hoch konzentrierter, wässriger Glycerin-Lösungen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erkennbar verbessern lässt, in dem während der Dehydratisierung von einem zumindest teilweise verbrauchten Katalysator auf einen zumindest teilweise unverbrauchten Katalysator gewechselt wird. Wird der zumindest teilweise verbrauchte Katalysator während des Zeitintervalls, in dem der zumindest teilweise unverbrauchte Katalysator genutzt wird, regeneriert, so können trotz eines Einsatzes hoch konzentrierter Glycerin-Lösungen und der damit verbundenen, schnellen Deaktivierung des Dehydratisierungskatalysators durch Verkokung die Standzeiten der für die Herstellung der Acrylsäure aus Glycerin verwendeten Vorrichtung vergleichsweise kurz gehalten werden.Surprisingly, but not min advantageous, it has been found that the yield of acrylic acid in the production of acrylic acid from glycerol can be improved even when using highly concentrated, aqueous glycerol solutions vis-à-vis the processes known from the prior art, in which during the dehydration of a at least partially spent catalyst is changed to an at least partially unused catalyst. If the at least partially spent catalyst is regenerated during the time interval in which the at least partially unconsumed catalyst is used, the service lives of the catalysts used for the production of the catalyst can be used despite the use of highly concentrated glycerol solutions and the associated rapid deactivation of the dehydration catalyst Acrylic acid from glycerol used device are kept comparatively short.
Im Verfahrensschritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin wird Glycerin in der Gasphase in einer Dehydratisierungseinheit unter Erhalt einer vorzugsweise gasförmigen Acroleinphase zu Acrolein dehydratisiert, wobei diese Dehydratisierung des Glycerins vorzugsweise zumindest teilweise in der Gasphase erfolgt. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass die Gasphase durch das Verdampfen einer in wässriger Form vorliegenden Glycerinphase erhalten wird.in the Process step a) of the process according to the invention for the production of acrylic acid from glycerol is glycerol in the gas phase in a dehydration unit to obtain a preferably gaseous acrolein phase dehydrated to acrolein, this dehydration of the glycerol is preferably at least partially in the gas phase. In this context it is Particularly preferred that the gas phase by the evaporation of a obtained in aqueous form glycerol phase is obtained.
Vorzugsweise wird daher im Verfahrensschritt a) eine in wässriger Form vorliegende Glycerinphase eingesetzt, welche zunächst in einer geeigneten Verdampfungseinheit verdampft wird. Die dabei erhaltene, dampfförmige Glycerinphase wird dann der Dehydratisierungseinheit zugeführt. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, das die Glycerin-Konzentration in der wässrigen Glycerinphase vorzugsweise mehr als 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mehr als 40 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt mehr als 50 Gew.-%, darüber hinaus noch mehr bevorzugt mehr als 60 Gew.-% und am meisten bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Glycerinphase, beträgt.Preferably is therefore in process step a) one in aqueous form present glycerol used, which initially in a suitable evaporation unit is evaporated. The obtained, vaporous glycerol phase then becomes the dehydration unit fed. In this connection, it is particularly preferred that the glycerol concentration in the aqueous glycerol phase preferably more than 30% by weight, more preferably more than 40 Wt .-%, moreover more than 50 wt .-%, above even more preferably more than 60% by weight, and most preferably more than 70 wt .-%, each based on the total weight of the aqueous Glycerol phase, is.
Als wässrige Glycerinphase werden dabei vorzugsweise diejenigen wässrigen Glycerinzusammensetzungen eingesetzt, die bei der Erzeugung von flüssigen Brennstoffen aus natürlichen Rohstoffen anfallen, beispielsweise bei der Biodieselherstellung.When aqueous glycerol phase are preferably those aqueous glycerin compositions used in the production of liquid fuels from natural Incurred in raw materials, for example in the production of biodiesel.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Dehydratisierung in der Gasphase gemäß Verfahrensschritt a) vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 400°C, besonders bevorzugt zwischen 240 und 360°C und am meisten bevorzugt zwischen 270 und 320°C erfolgt.Farther it is preferred that the dehydration in the gas phase according to process step a) preferably at a temperature in the range between 200 ° C and 400 ° C, more preferably between 240 and 360 ° C and most preferably between 270 and 320 ° C.
Die Dehydratisierung im Verfahrensschritt a) erfolgt in Gegenwart von Dehydratisierungskatalysatoren, welche die Dehydratisierung von Glycerin unter Erhalt von Acrolein katalysieren.The Dehydration in process step a) takes place in the presence of Dehydration catalysts, which the dehydration of Glycerol catalyze to obtain acrolein.
Als
Dehydratisierungskatalysatoren kommen sowohl saure als auch alkalische
Katalysatoren in Betracht. Saure Katalysatoren sind insbesondere wegen
der geringen Neigung zur Oligomerenbildung bevorzugt. Der Dehydratisierungskatalysator
kann sowohl als homogener als auch als heterogener Katalysator eingesetzt werden,
wobei der Einsatz heterogener Katalysatoren besonders bevorzugt
ist. Wenn der Dehydratisierungskatalysator als heterogener Katalysator
vorliegt, ist es bevorzugt, dass der Dehydratisierungskatalysator
mit einem Träger x. in Kontakt steht. Als Träger
x. kommen alle dem Fachmann als geeignet erscheinenden Feststoffe
in Betracht. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass diese
Feststoffe geeignete Porenvolumina aufweisen, die zur guten Anbindung
und Aufnahme des Dehydratisierungskatalysators geeignet sind. Außerdem
sind Gesamtporenvolumen nach
Als Träger x., die auch Dehydratisierungskatalysatoreigenschaften aufweisen können, eignen sich insbesondere natürliche oder synthetische silikatische Stoffe, wie insbesondere Mordenit, Montmorillonit, saure Zeolithe; mit ein-, zwei oder mehrbasigen anorganischen Säuren, insbesondere Phosphorsäure, oder saure Salze anorganischer Säuren belegte Trägerstoffe, wie oxidische oder silikatische Stoffe. Insbesondere bevorzugt sind Katalysatoren, welche sauerstoffhaltige Al-, Zr-, Ti-, Si-, S-, P- oder W-Verbindungen, Heteropolysäuren des Siliziums, des Molybdäns, des Wolframs und des Phosphors oder Mischungen daraus beinhalten. Als konkrete Beispiele seien insbesondere Al2O3, TiO2, ZrO2, mit Ca, Y oder Yb stabilisierter ZrO2, H3PMO12O40 oder H4SiW12O40 genannt.Suitable carriers x., Which may also have dehydration catalyst properties, are in particular natural or synthetic silicatic substances, in particular mordenite, montmorillonite, acidic zeolites; With mono-, di- or polybasic inorganic acids, in particular phosphoric acid, or acidic salts of inorganic acids occupied carriers, such as oxidic or silicate substances. Particular preference is given to catalysts which contain oxygen-containing Al, Zr, Ti, Si, S, P or W compounds, heteropolyacids of silicon, of molybdenum, of tungsten and of phosphorus or mixtures thereof. As concrete examples are, in particular Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2, with Ca, Y or Yb-stabilized ZrO 2, H 3 called PMO 12 O 40 or H 4 SiW 12 O 40th
Es entspricht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, dass der Träger x. mindestens teilweise aus einer oxidischen Verbindung besteht. Derartige oxidische Verbindungen sollten mindestens eines der Elemente aus Si, Ti, Zr, Al, P oder eine Kombination von mindestens zwei davon aufweisen. Derartige Träger können auch selber durch ihre sauren bzw. basischen Eigenschaften als Dehydratisierungskatalysator wirken. Eine bevorzugte sowohl als Träger als x. als auch als Dehydratisierungskatalysator wirkende Verbindungsklasse beinhalten Silizium-, Aluminium-, Phosphoroxide. Bevorzugte basische sowohl als Dehydratisierungskatalysator als auch als Träger x. fungierende Stoffe beinhalten Alkali, Erdalkali, Lanthan, Lanthanoide oder eine Kombination von mindestens zwei davon in ihrer oxidischen Form. Derartige saure oder basische Dehydratisierungskatalysatoren sind sowohl bei der Degussa AG als auch bei der Südchemie AG kommerziell erhältlich. Eine weitere Klasse stellen Ionenaustauscher dar. Auch diese können sowohl in basischer als auch in saurer Form vorliegen.It corresponds to an embodiment according to the invention, that the carrier x. at least partially made of an oxide Connection exists. Such oxidic compounds should be at least one of the elements of Si, Ti, Zr, Al, P or a combination of have at least two of them. Such carriers can also by their acidic or basic properties as dehydration catalyst Act. A preferred both as a carrier as x. as well as include a class of compounds acting as a dehydration catalyst Silicon, aluminum, phosphorus oxides. Preferred basic both as Dehydration catalyst as well as a carrier x. acting Substances include alkali, alkaline earth, lanthanum, lanthanides or a Combination of at least two of them in their oxidic form. such acidic or basic dehydration catalysts are both in Degussa AG as well as Südchemie AG commercial available. Another class is ion exchangers These can also be in both basic and in acidic form.
Zudem
ist es bevorzugt, dass im Verfahrensschritt a) des erfindungsgemäßen
Verfahrens ein Dehydratisierungskatalysator mit einem H0-Wert
in einem Bereich von -3 bis -8,2 eingesetzt wird. Der H0-Wert
entspricht der Säurefunktion nach Hammett und lässt
sich durch die sogenannte Amin-Tritation und Verwendung von Indikatoren
oder durch Absorption einer gasförmigen Base ermitteln – siehe
Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugte Katalysatoren, welche die Dehydratisierung von Glycerin unter Bildung von Acrolein katalysieren, beinhalten Al2O3, ZrO2, TiO2, SiO2 oder Mischungen daraus, wobei diese Systeme kristallin oder amorph vorliegen können. Zu den kristallinen Systemen zählen auch natürliche und synthetische Zeolithe. Diese Katalysatoren können auch Phosphor enthalten, wie es bei Zeolithen des Typs APO oder SAPO der Fall ist. Weiterhin sind Wolframoxid sowie Heteropolysäuren, wie beispielsweise Wolframsiliconsäure, ganz besonders bevorzugt. Gleiches gilt für Kombinationen daraus, wie beispielsweise WO3 mit ZrO2, WO3 mit TiO2 oder Aluminiumsilikat mit WO3. Diese Katalysatorsysteme können mit weiteren Metallen versetzt werden, die eine Regenerierung begünstigen. Dazu sind Edelmetalle wie Pt oder Pd geeignet, aber auch Hopcalite-Systeme, die beispielsweise Cu und Mn enthalten. Weiterhin können die Katalysatoren Promotoren enthalten wie V, Cu, Zn, La, Mg, Ca, Sr, Ba, Ce oder Y sowie deren Oxide.Very particularly preferred catalysts according to the invention which catalyze the dehydration of glycerol to form acrolein include Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or mixtures thereof, these systems being able to be crystalline or amorphous. The crystalline systems also include natural and synthetic zeolites. These catalysts can also contain phosphorus, as is the case with zeolites of the APO or SAPO type. Furthermore, tungsten oxide and heteropolyacids, such as tungsten silicic acid, are very particularly preferred. The same applies to combinations thereof, such as WO 3 with ZrO 2 , WO 3 with TiO 2 or aluminum silicate with WO 3 . These catalyst systems can be mixed with other metals that promote regeneration. For this precious metals such as Pt or Pd are suitable, but also Hopcalite systems containing, for example, Cu and Mn. Furthermore, the catalysts may contain promoters such as V, Cu, Zn, La, Mg, Ca, Sr, Ba, Ce or Y and their oxides.
Grundsätzlich kann die Dehydratisierung in allen dem Fachmann bekannten Reaktortypen durchgeführt werden, wobei Festbettreaktoren, Reaktoren mit bewegtem Bett, Fliessbettreaktoren, Transportreaktoren, wie beispielsweise Riser-Downer-Reaktorsysteme oder Wirbelschichtreaktoren besonders bevorzugt sind.in principle For example, dehydration can be carried out in all reactor types known to those skilled in the art with fixed-bed reactors, moving-bed reactors, fluidized bed reactors, transport reactors, such as riser-downer reactor systems or fluidized bed reactors are particularly preferred.
Im Verfahrensschritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Acrolein in einer Oxidationseinheit unter Erhalt einer gasförmigen Acrylsäurephase oxidiert, wobei die gasförmige Acroleinphase unmittelbar der Oxidationseinheit zugeführt werden kann.in the Process step b) of the process according to the invention is the acrolein in an oxidation unit to obtain a oxidized gaseous acrylic acid phase, wherein the gaseous acrolein phase immediately to the oxidation unit can be supplied.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der in Verfahrensschritt a) erhaltenen, gasförmigen Acroleinphase zumindest ein Teil des Glycerins abgetrennt, wobei dieses Abtrennen vorzugsweise dadurch erfolgt, dass die im Verfahrensschritt a) erhaltene, gasförmige Acroleinphase zunächst zumindest teilsweise kondensiert wird. Bei der zumindest teilweisen Kondensation der gasförmigen Acroleinphase wird vorzugsweise eine wässrige Glycerinphase und eine hinsichtlich des Acroleins angereicherte, gasförmige Acroleinphase erhalten, wobei letztere dann dem Verfahrensschritt b) zugeführt wird.According to one preferred embodiment of the invention Process is from the obtained in step a), gaseous Acroleinphase at least part of the glycerol separated, wherein This separation is preferably carried out by that in the process step a) obtained gaseous acrolein first at least partially condensed. At least partial condensation the gaseous acrolein phase is preferably an aqueous Glycerol phase and one enriched in acrolein, obtained gaseous acrolein phase, the latter then the process step b) is supplied.
Das abgetrennte Glycerin kann in den Verfahrensschritt a) zurückgeführt werden. Erfolgt das Abtrennen durch die vorstehen beschriebene Teilkondensation, so kann die wässrige Glycerinphase dem Verfahrensschritt a) zugeführt werden. Dieses kann dadurch erfolgen, dass die bei der Teilkondensation erhaltene, wässrige Glycerinphase unmittelbar in den Verfahrensschritt a) zurückgeführt wird. Denkbar ist jedoch auch, vor der Rückführung dieser wässrigen Glycerinphase in den Verfahrensschritt a) zumindest einen Teil des in dieser wässrigen Glycerinphase gegebenenfalls noch enthaltenen Acroleins mittels destillativer Trennverfahren unter Erhalt einer hinsichtlich des Glycerins angereicherten, wässrigen Glycerinphase abzutrennen und dann diese angereicherte, wässrige Glycerinphase in den Verfahrensschritt a) zurückzuführen.The separated glycerol can be recycled to process step a) become. If the separation is carried out by the above-described partial condensation, Thus, the aqueous glycerol phase the process step a) are supplied. This can be done by that the aqueous glycerol phase obtained in the partial condensation immediately returned to the process step a) becomes. It is also conceivable, however, before the return this aqueous glycerol phase in the process step a) at least part of the in this aqueous glycerol phase possibly still contained acrolein by means of distillation Separation process to obtain a glycerol-enriched, separate aqueous glycerol phase and then enriched this, aqueous glycerol phase in the process step a).
Zur vorstehend beschriebenen Kondensation wird vorzugsweise eine Kondensationsvorrichtung eingesetzt, welche bei einem Druck von 0,5 bis 15 bar und einer Temperatur im Bereich von 80 bis 300°C, besonders bevorzugt bei einem Druck von 1 bis 5 bar und einer Temperatur von 100 bis 250°C betrieben wird. Die genannten Drücke und Temperaturen werden in üblicher Weise eingestellt, beispielsweise durch Druckregelventile, vor- oder nachgeschaltete Verdichter, bzw. durch geeignete Heiz- oder Kühleinrichtungen, beispielsweise durch Heiz- oder Kühlmäntel.For the condensation described above, a condensation device is preferably used, which at a pressure of 0.5 to 15 bar and a temperature in the range of 80 to 300 ° C., more preferably at a pressure of 1 to 5 bar and a temperature of 100 to 250 ° C is operated. The said pressures and temperatures are adjusted in a conventional manner, for example by pressure control valves, front or rear switched compressor, or by suitable heating or cooling devices, for example by heating or cooling jackets.
Die
Oxidation des Acroleins im Verfahrensschritt b) erfolgt vorzugsweise
in Form einer Gasphasenoxidation in Gegenwart eines oder mehrerer
Oxidationskatalysatoren, welche Übergangsmetalle in elementarer
oder in chemisch gebundener Form oder beides aufweisen. Bei den
Oxidationskatalysatoren ist es bevorzugt, dass diese wenigstens
eines der Elemente Molybdän, Wolfram, Vanadium, Antimon,
Kupfer oder eine Kombination aus mindestens zwei davon in mindestens
teiloxidischer Form beinhalten. Derartige Oxidationskatalysatoren
werden vorzugsweise als heterogene Katalysatoren mit einem Träger
y. in Kontakt stehend eingesetzt. Hierbei ist es bevorzugt, dass
die Oxidationskatalysatoren in diesen Träger y. eingearbeitet
sind. Als geeignete Träger y. kommen grundsätzlich
die im Zusammenhang mit den Trägern x. genannten Verbindungen
in Betracht, wobei Träger auf Siliziumoxid-, Aluminiumoxid-
oder Aluminiumsiliziumoxid-Basis besonders bevorzugt sind. Derartige
Oxidationskatalysatoren sind in der Literatur eingehend beschrieben.
Hierzu wird beispielhaft auf
Weiterhin erfolgt die Oxidation des Acroleins im Verfahrensschritt b) in Gegenwart von Sauerstoff, so dass
- – der im Verfahrensschritt a) erhaltenen, gasförmigen Acroleinphase bzw. der angereicherten, gasförmigen Acroleinphase vor ihrem Eintritt in die Oxidationseinheit, oder
- – unmittelbar der Oxidationseinheit, oder
- – der im Verfahrensschritt a) erhaltenen, gasförmigen Acroleinphase bzw. der angereicherten, gasförmigen Acroleinphase vor ihrem Eintritt in die Oxidationseinheit und unmittelbar der Oxidationseinheit
- The gaseous acrolein phase obtained in process step a) or the enriched gaseous acrolein phase before it enters the oxidation unit, or
- - directly to the oxidation unit, or
- - The gaseous acrolein phase or the enriched, gaseous acrolein phase obtained in process step a) before it enters the oxidation unit and immediately the oxidation unit
Sauerstoff oder aber eine sauerstoffhaltige Gasmischung, beispielsweise Luft, zugeführt wird.oxygen or an oxygen-containing gas mixture, for example air, is supplied.
Die Gasphasenoxidation wird bevorzugt in einem Temperaturbereich von 200 bis 400°C, vorzugsweise in einem Bereich von 250 bis 350°C und darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 280 bis 340°C durchgeführt.The Gas phase oxidation is preferred in a temperature range of 200 to 400 ° C, preferably in a range of 250 to 350 ° C and more preferably in one range from 280 to 340 ° C performed.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
- – weist die Dehydratisierungseinheit eine erste Katalysatorteilmenge KT1 und mindestens eine weitere, von der ersten Katalysatorteilmenge KT1 räumlich getrennt vorliegende Katalysatorteilmenge KT2 auf, die sich hinsichtlich ihrer spezifischen Katalysatoraktivität unterscheiden,
- – wobei der Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 die Dehydratisierung von Glycerin unter Bildung von Acrolein katalysiert, während der Katalysator der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 regeneriert wird.
- The dehydration unit has a first catalyst subset KT 1 and at least one further partial catalyst fraction KT 2 which is spatially separated from the first catalyst subset KT 1 and which differ with regard to their specific catalyst activity,
- Wherein the catalyst of the first catalyst portion KT 1 catalyzes the dehydration of glycerol to form acrolein, while the catalyst of the at least one further catalyst portion KT 2 is regenerated.
Unter der „spezifischen Aktivität” eines Katalysators wird erfindungsgemäß vorzugsweise die Katalysatoraktivität in Gramm des Produktes (Acrolein) pro Stunde und Gramm Katalysator (ohne Substratanteil bei nicht katalytisch wirkendem Substrat) verstanden.Under the "specific activity" of a catalyst is preferably the catalyst activity according to the invention in grams of product (acrolein) per hour and gram of catalyst (without substrate content in non-catalytically active substrate) understood.
Die Regeneration des Katalysators kann unter oxidativen Bedingungen, beispielsweise durch Einbringen von sauerstoffhaltigem Gas wie Luft, oder aber unter reduktiven Bedingungen, beispielsweise durch das Einbringen von wasserstoffhaltigem Gas, erfolgen. In beiden Fällen kann die Regenerierung in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre erfolgen. Auch kann es in beiden Fällen vorteilhaft sein, das reduktiv bzw. oxidativ wirkende Gas durch Stickstoff zu verdünnen, was besonders zu Beginn einer Regenerierung günstig ist, um die einsetzende Exothermie bei der Regeneration zu minimieren. Dabei ist es im Falle einer oxidativen Regenerierung mit Sauerstoff insbesondere bevorzugt, wenn zu Beginn der Regenerierung weniger als 10 Vol-% Sauerstoff, Rest Stickstoff, insbesondere bevorzugt weniger als 5 Vol-% Sauerstoff, Rest Stickstoff und am meisten bevorzugt weniger als 2 Vol-% Sauerstoff, Rest Stickstoff eingesetzt werden. Im Falle einer reduktiven Regenerierung mit Wasserstoff ist es bevorzugt, wenn zu Beginn der Regenerierung weniger als 10 Vol-% Wasserstoff, Rest Stickstoff, insbesondere bevorzugt weniger als 5 Vol-% Wasserstoff, Rest Stickstoff und am meisten bevorzugt weniger als 2 Vol-% Wasserstoff, Rest Stickstoff eingesetzt werden. Die Temperatur sollte während der Regenerierung vorzugsweise mindestens 300°C, noch mehr bevorzugt mindestens 350°C betragen, wobei eine Temperatur von 600°C, besonders bevorzugt von 550°C nicht überschritten werden sollte. Grundsätzlich kann die Regenerierung bei Normaldruck durchgeführt werden.The Regeneration of the catalyst can take place under oxidative conditions, for example, by introducing oxygen-containing gas such as air, or under reductive conditions, for example by the Incorporation of hydrogen-containing gas, take place. In both cases can regeneration in a water vapor-containing atmosphere respectively. Also, it can be beneficial in both cases to dilute the reductively or oxidatively acting gas by nitrogen, which is particularly favorable at the beginning of a regeneration, to minimize the onset of exothermic regeneration. It is in the case of oxidative regeneration with oxygen in particular preferred if at the beginning of the regeneration less than 10% by volume Oxygen, balance nitrogen, more preferably less than 5 vol% oxygen, balance nitrogen and most preferably less be used as 2% by volume of oxygen, balance nitrogen. In the event of a reductive regeneration with hydrogen, it is preferable if at the beginning of regeneration less than 10% by volume of hydrogen, Balance nitrogen, more preferably less than 5% hydrogen by volume, Nitrogen and most preferably less than 2% hydrogen by volume, Rest of nitrogen can be used. The temperature should be during the regeneration preferably at least 300 ° C, even more preferably at least 350 ° C, wherein a temperature of 600 ° C, more preferably not exceeded by 550 ° C. should be. Basically, the regeneration in Normal pressure to be carried out.
Der Umstand, dass der Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 die Dehydratisierung von Glycerin unter Bildung von Acrolein katalysiert, während der Katalysator der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 regeneriert wird, kann auf unterschiedliche Weisen realisiert werden.The fact that the catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 catalyzes the dehydration of glycerol to form acrolein while the catalyst is regenerated of the at least one further partial catalyst amount KT 2 can be realized in different ways.
Gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Dehydratisierungseinheit einen ersten Dehydratisierungsreaktor und mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor, wobei sich die erste Katalysatorteilmenge KT1 in dem ersten Dehydratisierungsreaktor und die mindestens eine weitere Katalysatorteilmenge KT2 in dem mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor befindet. Zunächst erfolgt die Dehydratisierung im ersten Dehydratisierungsreaktor, wobei die spezifische Aktivität des Katalysators der ersten Katalysatorteilmenge KT1 stetig abnimmt. Sobald der Wert der spezifischen Katalysatoraktivität des Katalysators der ersten Katalysatorteilmenge KT1 einen bestimmten Wert unterschritten hat, wird auf den mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor umgeschaltet. Dabei bedeutet die Formulierung „wird auf den mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor umgeschaltet”, dass nunmehr das Glycerin zumindest teilsweise, vorzugsweise vollständig, in den mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor eingeleitet wird, so dass jetzt der Katalysator der Katalysatorteilmenge KT2 die Dehydratisierung des Glycerins unter Bildung von Acrolein katalysiert. Vorzugsweise zeitgleich wird nunmehr der Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 regeneriert. Wenn der Wert der spezifischen Katalysatoraktivität des Katalysators der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 einen bestimmten Wert unterschritten hat, so wird von dem mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor auf den ersten Dehydratisierungsreaktor (oder, sofern mehr als zwei Dehydratisierungsreaktoren eingesetzt werden, von dem mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor auf einen anderen, weiteren Dehydratisierungsreaktor) umgeschaltet, wobei nunmehr der Katalysator des ersten Dehydratisierungsreaktors oder des anderen, weiteren Dehydratisierungsreaktors die Umsetzung des Glycerins zum Acrolein katalysiert, während der Katalysator des weiteren Dehydratisierungsreaktors regeneriert wird. Grundsätzlich sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Regeneration des Katalysators der ersten Katalysatorteilmenge KT1 bzw. der zweiten Katalysatorteilmenge KT2 auch außerhalb der Dehydratisierungseinheit erfolgen kann.According to a first particular embodiment of the method according to the invention, the dehydration unit comprises a first dehydration reactor and at least one further dehydration reactor, wherein the first catalyst portion KT 1 in the first dehydration reactor and the at least one further Ka Kys 2 KT 2 in the at least one further dehydration reactor is located. First, the dehydration takes place in the first dehydration reactor, wherein the specific activity of the catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 decreases steadily. As soon as the value of the specific catalyst activity of the catalyst of the first catalyst subset KT 1 has fallen below a certain value, the system switches over to the at least one further dehydration reactor. The term "is switched to the at least one further dehydration reactor" means that now the glycerol is at least partially, preferably completely, introduced into the at least one further dehydration reactor, so that now the catalyst of the partial catalyst KT 2 the dehydration of glycerol to form Acrolein catalyzes. Preferably, at the same time now the catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 is regenerated. If the value of the specific catalyst activity of the catalyst of the at least one further catalyst partial amount KT 2 has fallen below a certain value, from the at least one further dehydration reactor to the first dehydration reactor (or, if more than two dehydration reactors are used, of the at least one further dehydration reactor switched to another, further dehydration reactor), wherein now the catalyst of the first dehydration reactor or the other, further dehydration reactor catalyses the reaction of glycerol to acrolein, while the catalyst of the further dehydration reactor is regenerated. In principle, it should be noted at this point that the regeneration of the catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 or of the second partial catalytic converter amount KT 2 can also take place outside the dehydration unit.
Bei den gemäß dieser ersten besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Dehydratisierungsreaktoren kann es sich insbesonde re um mindestens zwei Wirbelschichtreaktoren oder um mindestens zwei Festbettreaktoren handeln. Denkbar ist auch, dass der erste Dehydratisierungsreaktor ein Wirbelschichtreaktor und der mindestens eine weitere Dehydratisierungsreaktor ein Festbettreaktor ist.at according to this first particular embodiment used the method according to the invention Dehydration reactors may be at least in particular two fluidized bed reactors or at least two fixed bed reactors act. It is also conceivable that the first dehydration reactor a fluidized bed reactor and the at least one further dehydration reactor is a fixed bed reactor.
Gemäß einer zweiten besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Dehydratisierungseinheit ein sogenanntes „Riser-Downer-Reaktorsystem”. Dieses Reaktorsystem zeichnet sich gegenüber konventionellen zirkulierenden Wirbelschichten durch eine erhöhte Feststoffkonzentration im Reaktionsraum sowie durch eine hohe Zirkulationsrate des Feststoffs aus. Das Reaktorsystem besteht aus zwei voneinander getrennten Reaktionsräumen (dem Reaktor und dem Regenerator), durch die der Katalysator-Feststoff in einem Kreislauf zirkuliert. Am Boden des Aufstroms wird die Eduktphase in den Reaktor eingespeist, welche beim Kontakt mit dem heißen Katalysator verdampft und zusammen mit dem Katalysator-Feststoff durch einen Inertgasstrom vertikal aufwärts strömt und an der Katalysatoroberfläche reagiert. Hierbei wird der Katalysator (der dem Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 entspricht) deaktiviert, so dass er an Aktivität verliert. Über einen Stripper am Kopf der Anlage gelangt der deaktivierte Katalysator in den Regenerator, der in der Regel als blasenbildende Wirbelschicht ausgeführt wird. Dort werden Ablagerungen (Koks) auf dem Katalysator (der nunmehr dem Katalysator der Katalysatorteilmenge KT2 entspricht) abgebrannt. Der regenerierte Katalysator wird anschließend in den Riser zurück transportiert wird. Da im Riser die gewünschte Umsetzung von Glycerin zu Acrolein stattfindet, wird er als Reaktor bezeichnet. Im Regenerator wird, wie der Name ausdrückt, der deaktivierte Katalysator regeneriert. Im Unterschied zur ersten besonderen Ausführungsform erfolgt demnach bei der zweiten besonderen Ausführungsform ein kontinuierlicher Transport des Katalysators, der mit seiner Regeneration bzw. seiner Inaktivierung einhergeht.According to a second particular embodiment of the method according to the invention, the dehydration unit comprises a so-called "riser-downer reactor system". This reactor system is distinguished from conventional circulating fluidized beds by an increased solids concentration in the reaction space and by a high circulation rate of the solid. The reactor system consists of two separate reaction spaces (the reactor and the regenerator) through which the catalyst solid circulates in a cycle. At the bottom of the upflow, the reactant phase is fed to the reactor, which vaporizes on contact with the hot catalyst and, together with the catalyst solid, flows vertically upwards through an inert gas stream and reacts at the catalyst surface. Here, the catalyst (corresponding to the catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 ) is deactivated so that it loses activity. Via a stripper at the top of the plant, the deactivated catalyst passes into the regenerator, which is usually carried out as a bubbling fluidized bed. There are deposits (coke) burned on the catalyst (which now corresponds to the catalyst of the catalyst portion KT 2 ). The regenerated catalyst is then transported back into the riser. Since the desired conversion of glycerol to acrolein takes place in the riser, it is referred to as a reactor. In the regenerator, as the name expresses, the deactivated catalyst is regenerated. In contrast to the first particular embodiment, therefore, takes place in the second particular embodiment, a continuous transport of the catalyst, which is associated with its regeneration or its inactivation.
Erfolgt die Dehydratisierung in Wirbelschichtreaktoren oder in Riser-Downer-Reaktorsystemen, so ist es besonders bevorzugt, dass im Verfahrensschritt a) pulverförmige Katalysatoren oder pulverförmige, mit Katalysator beschichtete Trägermaterialien für die Katalysatoren der Katalysatorteilmenge KT1 und die Katalysatorteilmenge KT2 eingesetzt werden, wobei die Partikelgröße dieser pulverförmigen Katalysatoren oder dieser pulverförmigen, mit Katalysator beschichteten Trägermaterialien im Falle des Einsatzes von Wirbelschichtreaktoren oder Riser-Downer-Reaktorsystemen vorzugsweise zwischen 5 und 500 μm, besonders bevorzugt zwischen 50 und 300 μm liegt.If the dehydration in fluidized bed reactors or in riser-downer reactor systems, it is particularly preferred that in process step a) powdered catalysts or powdery, catalyst-coated support materials for the catalysts of the catalyst portion KT 1 and the catalyst portion KT 2 are used, wherein the Particle size of these powdered catalysts or these powdery, catalyst-coated support materials in the case of the use of fluidized bed reactors or riser-downer reactor systems preferably between 5 and 500 .mu.m, more preferably between 50 and 300 microns.
Erfolgt hingegen die Dehydratisierung in Festbettreaktoren, beispielsweise in Rohrbündelreaktoren, so ist es besonders bevorzugt, dass im Verfahrensschritt a) geformte Katalysatoren als Katalysatoren der Katalysatorteilmenge KT1 und der Katalysatorteilmenge KT2 eingesetzt werden, wobei diese geformten Katalysatoren vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugt zu mindestens 75 Gew.-% und am meisten bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% Partikel mit einer Partikelgröße in einem Bereich 0,5 und 60 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 50 mm aufweisen. Dabei können die Katalysatoren als Kugeln, Tabletten, Extrudate, Ringextrudate, Granulate oder andere, dem Fachmann bekannte Katalysator-Formkörper ausgeformt sein.If, on the other hand, the dehydration is carried out in fixed bed reactors, for example in tube bundle reactors, it is particularly preferred that in process step a) shaped catalysts be used as catalysts of catalyst partial amount KT 1 and catalyst partial amount KT 2 , these shaped catalysts preferably being at least 50% by weight. , even more preferably at least 75% by weight and most preferably at least 90% by weight of particles having a particle size in a range of 0.5 and 60 mm, more preferably between 1 and 50 mm. The catalysts may be in the form of spheres, tablets, extrudates, ring extrudates, granules or other shaped catalyst bodies known to the person skilled in the art.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt,
- i) dass die spezifische katalytische Aktivität des Katalysators der ersten Katalysatorteilmenge KT1 bei seinem erstmaligen Kontakt mit dem Glycerin den Wert AKT1(0) und die spezifische katalytische Aktivität des Katalysators der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 bei seinem erstmaligen Kontakt mit dem Glycerin den Wert AKT2(0) aufweist; und
- ii) dass zunächst der Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 die Dehydratisierung von Glycerin unter Bildung von Acrolein solange katalysiert, bis die spezifische Aktivität des Katalysators der ersten Katalysatorteilmenge KT1 auf 90% oder weniger des Wertes AKT1(0) abgefallen ist; und
- iii) dass sodann der Katalysator der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 die Dehydratisierung von Glycerin unter Bildung von Acrolein katalysiert, während der Katalysator der ersten Katalysatorteilmenge KT1 regeneriert wird; und
- iv) dass der Katalysator der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 solange regeneriert wird, bis spezifische Aktivität des Katalysators der mindestens einen weiteren Katalysatorteilmenge KT2 auf mindestens 90%, vorzugsweise auf mindestens 95%, noch mehr bevorzugt auf mindestens 97%, noch mehr bevorzugt auf mindestens 99% und am meisten bevorzugt auf 100% des Wertes AKT2(0) angestiegen ist.
- i) that the specific catalytic activity of the Catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 at its first contact with the glycerol the value AKT 1 (0) and the specific catalytic activity of the catalyst of the at least one further catalyst portion KT 2 at its first contact with the glycerol value AKT 2 (0) ; and
- ii) firstly the catalyst of the first partial catalyst fraction KT 1 catalyzes the dehydration of glycerol to form acrolein until the specific activity of the catalyst of the first partial catalyst fraction KT 1 has fallen to 90% or less of the value of AKT 1 (0) ; and
- iii) that then the catalyst of the at least one further catalyst portion KT 2 catalyzes the dehydration of glycerol to form acrolein, while the catalyst of the first partial catalyst amount KT 1 is regenerated; and
- iv) that the catalyst of the at least one further catalyst portion KT 2 is regenerated until specific activity of the catalyst of the at least one further catalyst portion KT 2 to at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 97%, even more preferably has risen to at least 99% and most preferably to 100% of the AKT 2 (0) value.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Katalysatoren der Katalysatorteilmenge KT1 und der Katalysatorteilmenge KT2 eine spezifische Katalysatoraktivität AKT1(0) bzw. AKT2(0) von mindestens 30 g Acrolein pro Stunde und Gramm Katalysator, besonders bevorzugt von mindestens 80 g Acrolein pro Stunde und Gramm Katalysator und am meisten bevorzugt von mindestens 250 g Acrolein pro Stunde und Gramm Katalysator auf. Je nach Katalysator kann unter Umständen eine maximale, spezifische Katalysatoraktivität von bis zu 400 g Acrolein pro Stunde und Gramm Katalysator erreicht werden.In one embodiment of the present invention, the catalysts of the partial catalyst amount KT 1 and the catalyst partial amount KT 2 have a specific catalyst activity AKT 1 (0) or AKT 2 (0) of at least 30 g of acrolein per hour and gram of catalyst, more preferably of at least 80 g Acrolein per hour and gram of catalyst, and most preferably at least 250 grams of acrolein per hour and gram of catalyst. Depending on the catalyst, a maximum, specific catalyst activity of up to 400 g of acrolein per hour per gram of catalyst may possibly be achieved.
Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass das Zeitintervall Δt = t2 – t1 zwischen dem Zeitpunkt t2, an dem der Wechsel der Katalysatorteilmengen gemäß iii) erfolgt, und dem Zeitpunkt t1, an dem spezifische Aktivität des Katalysators der ersten Katalysatorteilmenge KT1 auf die unter ii) angegebenen Grenzwerte abgefallen ist, vorzugsweise weniger als 60 Minuten, noch mehr bevorzugt weniger als 30 Minuten, darüber hinaus bevorzugt weniger als 15 Minuten und am meisten bevorzugt weniger als 1 Minute beträgt. Vorzugsweise geht dabei Δt gegen Null, um zu einem kontinuierlichen Betrieb zu gelangen.It is further preferred in this context, that the time interval At = t 2 - t 1 between the time t 2, at which the change of the catalyst subsets according to iii), and the time t 1, at the specific activity of the catalyst of the first catalyst subset KT 1 has fallen to the limits given under ii), preferably less than 60 minutes, more preferably less than 30 minutes, more preferably less than 15 minutes, and most preferably less than 1 minute. Preferably, Δt approaches zero in order to achieve continuous operation.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dieses weiterhin den Verfahrensschritt
- c) Aufreinigung der Acrylsäure aus der gasförmigen Acrylsäurephase.
- c) purification of the acrylic acid from the gaseous acrylic acid phase.
Vorzugsweise umfasst dabei diese Aufreinigung der gasförmigen Acrylsäurephase die Verfahrensschritte
- c1) in Kontakt bringen der gasförmigen Acrylsäurephase mit einem Quenchmittel unter Erhalt einer Acrylsäure aufweisenden Quenchphase;
- c2) Aufarbeiten der Quenchphase unter Erhalt einer Acrylsäure beinhaltenden Monomerphase.
- c1) contacting the gaseous acrylic acid phase with a quenching agent to obtain an acrylic acid-containing quenching phase;
- c2) working up the quench phase to obtain a monomer phase containing acrylic acid.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass als Quenchmittel im Verfahrensschritt c1) Wasser oder eine organische Verbindung mit einem Siedepunkt in einem Bereich von 50 bis 250°C, vorzugsweise in einem Bereich von 70 bis 180°C und darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 105 bis 150°C oder Wasser und diese organische Verbindung eingesetzt werden. Als derartige organische Verbindung kommen insbesondere Aromaten und darüber hinaus bevorzugt alkylierte Aromaten in Betracht. Üblicherweise wird das Quenchmittel mit dem Monomergas in einer geeigneten Kolonne, vorzugsweise im Gegenstrom, in Kontakt gebracht.there it is particularly preferred that as a quenching agent in the process step c1) water or an organic compound with a boiling point in a range of 50 to 250 ° C, preferably in one Range of 70 to 180 ° C and beyond preferred in a range of 105 to 150 ° C or water and these be used organic compound. As such organic In particular aromatics and beyond come in connection preferably alkylated aromatics into consideration. Usually is the quench with the monomer gas in a suitable column, preferably in countercurrent, brought into contact.
Es ist in diesem Zusammenhang insbesondere bevorzugt, dass die Quenchphase die Acrylsäure in einer Menge in einem Bereich von 30 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise in einem Bereich von 35 bis 85 Gew.-%, und darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 45 bis 75 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Quenchphase, beinhaltet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Aufarbeitung der Quenchphase bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes der Acrylsäure erfolgt. Eine dafür geeignete Maßnahme ist es, dass die Quenchphase durch Verwendung eines entsprechend kalten Quenchmittels bereits eine Temperatur von unter 40°C aufweist. Die so temperierte Quenchphase kann dann einer Extraktion oder Kristallisation oder beides zur Aufarbeitung gemäß Verfahrensschritt c2) zugeführt werden, wobei die Temperaturen vorzugsweise in einem Bereich von –40 bis +40°C, vorzugsweise in einem Bereich von –20 bis +39°C und besonders bevorzugt in einem Bereich von –10 bis + 35°C liegen.It is particularly preferred in this context that the quenching phase the acrylic acid in an amount in a range of 30 to 90 wt .-%, preferably in a range of 35 to 85 wt .-%, and moreover, preferably in a range of 45 to 75 % By weight, based in each case on the quench phase. Farther it is preferred that the working up of the quenching phase at temperatures below the boiling point of acrylic acid. A appropriate measure is that the quenching phase by using a correspondingly cold quenching agent already has a temperature of less than 40 ° C. The tempered quench phase can then be an extraction or crystallization or both Workup according to process step c2) supplied with temperatures preferably in the range of -40 to + 40 ° C, preferably in a range of -20 to + 39 ° C, and more preferably within a range of -10 to + 35 ° C.
Im
Verfahrensschritt c2) wird sodann die Quenchphase aufgearbeitet.
Für den Fall, dass das Quenchmittel zu mindestens 50 Gew.-%,
vorzugsweise mindestens 70 Gew.-%, aus Wasser besteht, ist es bevorzugt,
dass das mit Acrylsäure befrachtete wässrige Quenchmittel
in einem weiteren Schritt mit einem Trennmittel, das vorzugsweise
nicht mit Wasser gut löslich ist, aufgearbeitet wird. Die
acrylsäurereichste Phase wird entweder einer Destillation
oder einer Kristallisation oder beidem, vorzugsweise zunächst
einer Kristallisation, unterzogen. Die Kristallisation kann sowohl
als Schicht- als auch als Suspensionskristallisation durchgeführt
werden. Geeignete Schichtkristallisationsvorrichtungen sind kommerziell von
der Sulzer AG zu erhalten. Geeignete Suspensionskristallisationsverfahren
bedienen sich in der Regel eines Kristallerzeugers gefolgt von einer
Waschkolonne. Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind von der
Niro Prozesstechnologie BV kommerziell zu erhalten. Als Extraktions/Trennmittel
kommt insbesondere eine aromatische Verbindung, darüber
hinaus bevorzugt ein Alkylaromat und weiter hin bevorzugt Toluol
in Betracht. Sollte eine organische Verbindung als Trennmittel eingesetzt
werden, so kann diese mit Acrylsäure befrachtete organische
Verbindung ebenfalls sowohl einer Destillation als auch einer Kristallisation
oder einer Kombination von beiden unterzogen werden. Eine hierfür
geeignete Kristallisation ist in
Auch kann es im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen, besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Acrylsäure aus der gasförmigen Acrylsäurephase aufgereinigt wird, auch bevorzugt sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt
- d) Veresterung der aufgereinigten Acrylsäure unter Erhalt eines Acrylsäureesters
- d) esterification of the purified acrylic acid to obtain an acrylic ester
Weiterhin kann es im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen, besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Acrylsäure aus der gasförmigen Acrylsäurephase aufgereinigt wird, auch bevorzugt sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt der
- e) Polymerisation der aufgereinigten Acrylsäure unter Erhalt eines auf Acrylsäure basierenden Polymers oder des Acrylsäureesters unter Erhalt eines auf Acrylsäureestern basierenden Polymers
- e) Polymerization of the purified acrylic acid to obtain an acrylic acid-based polymer or the acrylic ester to give an acrylic acid ester-based polymer
Im
Falle der Polymerisation der aufgereinigten Acrylsäure
erfolgt diese vorzugsweise in Form einer wässrigen Lösungspolymerisation
oder einer Emulsions- oder Suspensionspolymerisation, bei der die
Acrylsäure in vorzugsweise teilneutralisierter Form in
Gegenwart von Vernetzter unter Erhalt eines Polymergels vorzugsweise
radikalisch polymerisiert wird. Das so erhaltene Polymergel wird
anschließend, sofern es durch Lösungspolymerisation
erhalten wurde, zerkleinert und sodann getrocknet. Auf diese Weise
werden wasserabsorbierende Polymergebilde erhalten, die sich insbesondere
als Superabsorber zum Einsatz in Hygieneartikeln, wie beispielsweise
Windeln, eignen. Weitere Einzelheiten zur Herstellung derartiger
wasserabsorbierender Polymergebilde durch radikalische Polymerisation
von Acrylsäure können unter anderem dem
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, umfassend als Vorrichtungsbestandteile
- (β1) eine Verdampfungseinheit umfassend mindestens einen Verdampfer;
- (β2) eine Dehydratisierungseinheit, beinhaltend
- (β2a) mindestens einen Dehydratisierungsreaktor und
- (β2b) mindestens einen Regenerator, wobei der mindestens eine Dehydratisierungsreaktor (β2a) und der mindestens eine Regenerator (β2b) jeweils einen Dehydratisierungskatalysa tor beinhalten, welcher die Dehydratisierung von Glycerin unter Erhalt von Acrolein katalysiert,
- (β3) eine Oxidationseinheit umfassend mindestens einen Oxidationsreaktor beinhaltend einen Oxidationskatalysator, welcher die Oxidation von Acrolein unter Erhalt von Acrylsäure katalysiert;
- (β4) gegebenenfalls eine zwischen der Dehydratisierungseinheit (β2) und der Oxidationseinheit (β3) angebrachte Kondensationseinheit, beinhaltend mindestens einen Kondensator;
- (β5) gegebenenfalls eine Analysevorrichtung zur Ermittlung des Glycerin-Umsatzes in der Dehydratisierungseinheit (β2).
- (β1) an evaporation unit comprising at least one evaporator;
- (β2) a dehydration unit containing
- (β2a) at least one dehydration reactor and
- (β2b) at least one regenerator, wherein the at least one dehydration reactor (β2a) and the at least one regenerator (β2b) each contain a dehydration catalyst which catalyzes the dehydration of glycerol to give acrolein,
- (β3) an oxidation unit comprising at least one oxidation reactor including an oxidation catalyst which catalyzes the oxidation of acrolein to obtain acrylic acid;
- (β4) optionally, a condensation unit disposed between the dehydration unit (β2) and the oxidation unit (β3), including at least one condenser;
- (β5) optionally an analysis device for determining the glycerol conversion in the dehydration unit (β2).
Als
Verdampfungseinheit (β1) können alle dem Fachmann
bekannten Verdampfungsvorrichtungen eingesetzt werden, welche geeignet
sind, um eine vorzugsweise wässrige Glycerinphase zumindest
teilweise in eine dampfförmige Glycerinphase zu überführen,
wobei als Beispiele für eine geeignete Verdampfungsvorrichtung
ein Fallfilm- oder ein Kurzwegverdampfer genannt seien. Vorzugsweise
umfasst diese Verdampfungseinheit (β1) mindestens eine
Zuleitung für eine wässrige Glycerinphase und mindestens
eine Ableitung für eine gasförmige Glycerinphase.
Die Zuleitung für eine wässrige Glycerinphase
kann dabei gegebenenfalls mit einer der Verdampfungseinheit noch
vorgeschalteten Fettspaltungseinheit verbunden sein. In einer solchen
Fettspaltungseinheit werden tierische Fette, welche beispielsweise
bei der Tierkörperverwertung anfallen, oder pflanzliche
Fette, welche in großen Mengen bei der Ölgewinnung
aus Ölfrüchten wie Raps, Soja, Sesam, Oliven und
Sonnenblumenkernen anfallen, unter Bildung von Glycerin gespalten,
wobei dieses Glycerin in Form wässriger Glycerinlösungen
zurückbehalten wird. Große Mengen von Glycerin
fallen insbesondere bei der Herstellung von sogenanntem „Biodiesel” aus
Rapsöl an, wie unter anderem der
Die Dehydratisierungseinheit (β2) umfasst gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen ersten Dehydratisierungsreaktor (β2a) und mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor (β2b), welche jeweils einen Katalysator beinhalten, der die Dehydratisierung von Glycerin unter Erhalt von. Acrolein katalysiert. Dabei umfasst sowohl der erste Dehydratisierungsreaktor (β2a) als auch der mindestens eine weitere Dehydratisierungsreaktor (β2b) jeweils eine Zuleitung für die gasförmige Glycerinphase und eine Ableitung für eine gasförmige Acroleinphase. Der im ersten Dehydratisierungsreaktor (β2a) befindliche Katalysator entspricht dabei dem Katalysator der Katalysatorteilmenge KT1 und der in dem mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor (β2b) befindliche Katalysator entspricht dem Katalysator der Katalysatorteilmenge KT2 im Sinne des eingangs beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens. Die gemäß dieser ersten besonderen Ausführungsform der Dehydratisierungseinheit (β2) angehörenden Dehydratisierungsreaktoren fungieren somit zeitabhängig als Reaktor (β2a) und auch als Regenerator (β2b). Bei dieser ersten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei den Dehydratisierungsreaktoren (β2a) und (β2b) vorzugsweise um Reaktoren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Festbettreaktoren, wie beispielsweise Rohrbündelreaktoren, Reaktoren mit bewegtem Bett, Fliessbettreaktoren und Wirbelschichtreaktoren.The dehydration unit (β2) according to a first particular embodiment of the device according to the invention comprises a first dehydration reactor (β2a) and at least one further dehydration reactor (β2b), each containing a catalyst which inhibits the dehydration of glycerol to give. Acrolein catalyzes. In this case, both the first dehydration reactor (β2a) and the at least one further dehydration reactor (β2b) each comprise a feed line for the gaseous glycerol phase and a discharge for a gaseous acrolein phase. The catalyst present in the first dehydration reactor (β2a) corresponds to the catalyst of the partial catalyst amount KT 1 and the catalyst present in the at least one further dehydration reactor (β2b) corresponds to the catalyst of the partial catalyst amount KT 2 in the sense of the process according to the invention described above. The dehydration reactors belonging to this first particular embodiment of the dehydration unit (β2) thus function as a reactor (β2a) as well as a regenerator (β2b), depending on the time. In this first particular embodiment of the device according to the invention, the dehydration reactors (β2a) and (β2b) are preferably reactors selected from the group consisting of fixed bed reactors, such as tube bundle reactors, moving bed reactors, fluidized bed reactors and fluidized bed reactors.
Fällt die spezifische Aktivität des Katalysators in demjenigen Dehydratisierungsreaktor, in dem gerade die Dehydratisierungsreaktion erfolgt, auf eine bestimmten Wert ab (festgestellt beispielsweise durch die Bestimmung der Glycerin-Konzentration in der gasförmigen Acroleinphase mittels der Analysevorrichtung (β5), so wird bei dieser ersten besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den anderen Dehydratisierungsreaktor gewechselt. Dazu umfasst die Vorrichtung vorteilhafterweise Steuerungseinheiten (β6a und β6b), wobei mittels der Steuerungseinheit (β6a) die Glycerin-Zufuhr zum Dehydratisierungsreaktor vom ersten auf den mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor und mittels der Steuerungseinheit (β6b) die Zufuhr der gasförmigen Acroleinphase in die Oxidationseinheit vom ersten auf den mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor umgestellt werden kann.falls the specific activity of the catalyst in the one Dehydration reactor in which just the dehydration reaction takes place at a certain value (as determined by, for example the determination of the glycerol concentration in the gaseous Acroleinphase by means of the analyzer (β5), so is in this first particular embodiment of the device according to the invention changed to the other dehydration reactor. Includes the device advantageously comprises control units (β6a and β6b), by means of the control unit (β6a) the glycerol feed to the dehydration reactor from the first the at least one further dehydration reactor and by means the control unit (β6b) the supply of gaseous Acrolein phase in the oxidation unit from the first to the at least another dehydration reactor can be switched.
Gemäß einer zweiten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Dehydratisierungseinheit (β2) ein Riser-Downer-Reaktorsystem, welches aus zwei voneinander getrennten Reaktionsräumen (dem Reaktor (β2a) und dem Regenerator (β2a)) besteht, durch die der Katalysator-Feststoff in einem Kreislauf zirkuliert. Der sich zu einem beliebigen Zeitpunkt tx im Reaktor befindliche Dehydratisierungskatalysator entspricht dabei dem Katalysator der Katalysatorteilmenge KT1 und der sich zum gleichen Zeitpunkt im Regenerator befindliche Katalysator entspricht dem Katalysator der Katalysatorteilmenge KT2 im Sinne des eingangs beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Gegensatz zur ersten besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens fungiert der Reaktor des Riser-Downer-Reaktorsystems aus schließlich als Reaktor (β2a) und der Regenerator des Riser-Downer-Reaktorsystems ausschließlich als Regenerator (β2b).According to a second particular embodiment of the device according to the invention, the dehydration unit (β2) comprises a riser-downer reactor system which consists of two separate reaction spaces (the reactor (β2a) and the regenerator (β2a)), through which the catalyst solid in one Circulation circulates. The dehydration catalyst present in the reactor at any time t x corresponds to the catalyst of the partial catalyst amount KT 1 and the catalyst present in the regenerator at the same time corresponds to the catalyst of the partial catalyst fraction KT 2 in the sense of the process according to the invention described above. In contrast to the first particular embodiment of the process according to the invention, the reactor of the riser-downer reactor system functions exclusively as a reactor (β2a) and the regenerator of the riser-downer reactor system exclusively as a regenerator (β2b).
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, dass die Dehydratisierungseinheit (β2) eine Zuleitung für die gasförmige Glycerinphase und eine Ableitung für eine gasförmige Acroleinphase umfasst, wobei die Zuleitung für die gasförmige Glycerinphase vorzugsweise fluidleitend mit der Ableitung für eine gasförmige Glycerinphase der Verdampfungseinheit (β1) und die Ableitung für eine gasförmige Acroleinphase vorzugsweise fluidleitend mit der Oxidationseinheit (β3) verbunden ist.Farther it is in connection with the invention Preferred device that the dehydration unit (β2) a feed line for the gaseous glycerol phase and a derivative for a gaseous acrolein phase includes, wherein the supply line for the gaseous Glycerinphase preferably fluid-conducting with the derivative for a gaseous glycerol phase of the evaporation unit (β1) and the derivative for a gaseous acrolein phase preferably fluid-conductively connected to the oxidation unit (β3) is.
Als Oxidationsreaktoren in der Oxidationseinheit (β3) kommen alle Reaktoren im Betracht, welche zur Gasphasenoxidation von Acrolein unter Bildung von Acrylsäure eingesetzt werden können. In diesem Zusammenhang bevorzugt sind Rohrbündelreaktoren oder Plattenreaktoren, die mit einem Kühlmittel, vorzugsweise einer Salzschmelze, gekühlt werden. Diese Rohrbündel- oder Plattenreaktoren nehmen auf der dem Kühlmittel abgewandten Seite einen geeigneten Katalysator auf. Dieser kann zum einen als Pulverschüttung vorliegen und zum anderen können die Flächen der Rohre bzw. der Platten mit dem Katalysator beschichtet sein. Vorzugsweise weist der Oxidationsreaktor jeweils eine Zuleitung für eine gasförmige Acroleinphase oder eine angereicherte, gasförmige Acroleinphase, welche fluidleitend mit der Ableitung für eine gasförmige Acroleinphase der Dehydratisierungseinheit (β2) bzw. fluidleitend mit der Ableitung für eine angereicherte, gasförmige Glycerinphase der Verdampfungseinheit (β1) verbunden ist.When Oxidation Reactors in the oxidation unit (β3) come all reactors, which for the gas phase oxidation of acrolein can be used to form acrylic acid. In this context, preference is given to tube bundle reactors or plate reactors containing a coolant, preferably a molten salt, to be cooled. These tube bundles or plate reactors take on the side facing away from the coolant Page on a suitable catalyst. This can for one as Powder fill are present and the other can the surfaces of the tubes or plates with the catalyst be coated. Preferably, the oxidation reactor respectively a feed line for a gaseous acrolein phase or an enriched gaseous acrolein phase, which fluid conducting with the discharge for a gaseous Acrolein phase of the dehydration unit (β2) or fluid-conducting with the derivative for an enriched, gaseous Glycerin phase of the evaporation unit (β1) is connected.
Als Dehydratisierungskatalysator in der Dehydratisierungseinheit (β2) und als Oxidationskatalysator in der Oxidationseinheit (β3) werden vorzugsweise diejenigen Katalysatoren eingesetzt, die bereits eingangs im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin als bevorzugte Katalysatoren genannt wurden.When Dehydration catalyst in the dehydration unit (β2) and as an oxidation catalyst in the oxidation unit (β3) Preferably, those catalysts are used, which already initially in connection with the invention Process for the preparation of acrylic acid from glycerol as preferred catalysts have been mentioned.
Gegebenenfalls ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Kondensationseinheit (β4), beinhaltend mindestens einen Kondensator, zwischen der Dehydratisierungseinheit (β2) und der Oxidationseinheit (β3) angebracht. In dieser Kondensationseinheit (β4) kann die gasförmige Acroleinphase, welche in der Dehydratisierungseinheit (β2) erhalten wird, vor ihrem Eintritt in die Oxidationseinheit (β3) zumindest teilweise unter Bildung einer wässrigen Glycerinphase und einer angereicherten, gasförmigen Acroleinphase kondensiert werden. Als Kondensatoren können dabei alle dem Fachmann bekannten Vorrichtungen eingesetzt werden, welche geeignet sind, aus der in der Dehydratisierungseinheit (β2) erhaltenen gasförmigen Acroleinphase zumindest einen Teil des Glycerins durch Kondensation abzutrennen. Vorzugsweise weist ein solcher Kondensator eine Kühlvorrichtung, beispielsweise in Form eines Kühlmantels, auf, mit deren Hilfe die gasförmige Acroleinphase zumindest teilweise abgekühlt und damit kondensiert werden kann. Weiterhin weist die Kondensationseinheit (β4) vorzugsweise auch eine Zuleitung für eine gasförmige Acroleinphase, welche fluidleitend mit der Ableitung für eine gasförmige Acroleinphase der Dehydratisierungseinheit (β2) verbunden ist, eine erste Ableitung für eine flüssige Glycerinphase und eine zweite Ableitung für eine angereicherte, gasförmige Acroleinphase, welche fluidleitend mit der Zuleitung für eine gasförmige Acroleinphase der Oxidationseinheit (β3) verbunden ist, auf. Die Ableitung für eine flüssige Glycerinphase wiederum kann vorteilhafterweise fluidleitend mit der Verdampfungseinheit (β1) oder aber direkt mit der Dehydratisierungseinheit (β2) verbunden sein, um das nicht umgesetzte Glycerin in das Verfahren zurückzuführen. Denkbar ist auch, die Ableitung für eine flüssige Glycerinphase mit einer weiteren Aufreinigungseinheit (β7), bei der es sich beispielsweise um eine Destillationsvorrichtung handelt, zu verbinden, so dass diese flüssige Glycerinphase einer solchen Destillationsvorrichtung zugeführt werden kann. Die Destillationsvorrichtung (β7) weist vorzugsweise mindestens eine Zu Leitung für eine wässrige Glycerinphase, eine Ableitung für eine hinsichtlich Acrolein abgereicherte, wässrige Glycerinphase und eine Ableitung für eine dampfförmige Acroleinphase auf, wobei die Ableitung für eine hinsichtlich Acrolein abgereicherte, wässrige Glycerinphase vorteilhafterweise mit der Verdampfungseinheit (β1) oder aber direkt mit der Dehydratisierungseinheit (β2) verbunden ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegebenenfalls eine Analysevorrichtung (β4) zur Ermittlung des Glycerin-Umsatzes in der Dehydratisierungseinheit (β2) auf. Dieses ist insbesondere dann der Fall, wenn gemäß der ersten besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Dehydrati sierungseinheit (β2) einen ersten Dehydratisierungsreaktor (β2a) und mindestens einen weiteren Dehydratisierungsreaktor (β2b) umfasst, welche jeweils einen Katalysator beinhalten, der die Dehydratisierung von Glycerin unter Erhalt von Acrolein katalysiertOptionally, in the device according to the invention a condensation unit (β4), be containing at least one condenser, between the dehydration unit (β2) and the oxidation unit (β3). In this condensation unit (β4), the gaseous acrolein phase obtained in the dehydration unit (β2) may be at least partially condensed before it enters the oxidation unit (β3) to form an aqueous glycerol phase and an enriched gaseous acrolein phase. All capacitors which are known to those skilled in the art can be used as capacitors which are suitable for separating off at least part of the glycerol from the gaseous acrolein phase obtained in the dehydration unit (β2) by condensation. Preferably, such a condenser has a cooling device, for example in the form of a cooling jacket, with the aid of which the gaseous acrolein phase can be at least partially cooled and thus condensed. Furthermore, the condensation unit (β4) preferably also has a feed line for a gaseous acrolein phase which is fluidically connected to the outlet for a gaseous acrolein phase of the dehydration unit (β2), a first discharge for a liquid glycerol phase and a second discharge for an enriched, gaseous acrolein phase , which is fluid-conductively connected to the supply line for a gaseous acrolein phase of the oxidation unit (β3). The derivative for a liquid glycerol phase, in turn, may advantageously be fluidly connected to the vaporization unit (β1) or directly to the dehydration unit (β2) to recycle the unreacted glycerol into the process. It is also conceivable to connect the discharge for a liquid glycerol phase with a further purification unit (β7), which is, for example, a distillation apparatus, so that this liquid glycerol phase can be fed to such a distillation apparatus. The distillation device (β7) preferably has at least one aqueous glycerin phase lead, acrolein-depleted aqueous glycerol phase lead, and a vapor phase acrolein derivative lead, the acrolein-depleted aqueous glycerin phase lead advantageously comprising the vaporization unit (β1) or is directly connected to the dehydration unit (β2). Furthermore, the device according to the invention optionally has an analysis device (β4) for determining the glycerol conversion in the dehydration unit (β2). This is particularly the case when, according to the first particular embodiment of the device according to the invention, the dehydration unit (β2) comprises a first dehydration reactor (β2a) and at least one further dehydration reactor (β2b) each containing a catalyst which inhibits the dehydration of glycerol Obtained acrolein catalysis
Dabei ist die Analysevorrichtung vorzugsweise so angeordnet, dass sie die Bestimmung der Glycerin-Konzentration an mindestens einer der folgenden Stellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht:
- A) innerhalb des Reaktors (β2a) der Dehydratisierungseinheit (β2);
- B) am Auslass für eine gasförmige Acroleinphase der Dehydratisierungseinheit (β2);
- C) am Einlass für eine gasförmige Acroleinphase der gegebenenfalls vorhandenen Kondensationseinheit (β4);
- D) innerhalb der Kondensationseinheit (β4);
- E) am Auslass für eine angereicherte, gasförmige Acroleinphase der Kondensationseinheit (β4);
- F) am Auslass für eine wässrige Glycerinphase der Kondensationseinheit (β4);
- G) am Einlass für eine gasförmige Acroleinphase der Oxidationseinheit (β3).
- A) within the reactor (β2a) of the dehydration unit (β2);
- B) at the outlet for a gaseous acrolein phase of the dehydration unit (β2);
- C) at the inlet for a gaseous acrolein phase of the optional condensation unit (β4);
- D) within the condensation unit (β4);
- E) at the outlet for an enriched gaseous acrolein phase of the condensation unit (β4);
- F) at the outlet for an aqueous glycerol phase of the condensation unit (β4);
- G) at the inlet for a gaseous acrolein phase of the oxidation unit (β3).
Von diesen Alternativen ist Alternative B) besonders bevorzugt.From Alternative B) is particularly preferred for these alternatives.
Bei der Analysevorrichtung (β4) kann es sich um jede Analysevorrichtung handeln, welche geeignet ist, direkt oder indirekt die Konzentration an Glycerin in den Stoffströmen, welche an den vorstehend genannten Punkten A) bis G) anfallen, zu bestimmen. Dabei kann die Analysenvorrichtung direkt zur Bestimmung der Konzentration an Glycerin geeignet sein. Denkbar ist jedoch auch, beispielsweise eine Analysevorrichtung einzusetzen, welche beispielsweise auch die Bestimmung der Acrolein-Konzentration ermöglicht. Aus der Glycerin- Konzentration bzw. der Acrolein-Konzentration wiederum können Rückschlüsse auf die spezifische Aktivität der Dehydratisierungskatalysatoren gezogen werden. Nimmt diese ab, so nimmt die Konzentration an Glycerin in den Stoffströmen, welche an den vorstehend genannten Punkten A) bis G) anfallen, zu, während die Konzentration an Acrolein entsprechend abnimmt.at the analyzer (β4) may be any analyzer which is suitable, directly or indirectly, the concentration to glycerol in the streams, which in the above Points A) to G) incurred to determine. In this case, the analysis device directly suitable for determining the concentration of glycerol. However, it is also conceivable, for example, an analysis device which, for example, the determination of the acrolein concentration allows. From the glycerol concentration or the acrolein concentration In turn, conclusions about the specific activity of the dehydration catalysts to be pulled. If this decreases, the concentration of glycerol decreases in the streams, which at the above points A) to G) accumulate, while the concentration of acrolein decreases accordingly.
Bei der Analysevorrichtung (β4) handelt es sich vorzugsweise um eine Auftrennvorrichtung zur Trennung der Komponenten, welche in den an den Punkten A) bis G) anfallenden Stoffströmen enthalten sind, gefolgt von einer Detektionsvorrichtung zur Identifizierung der aufgetrennten Komponenten. Als Auftrennvorrichtung kann beispielsweise ein Massenspektrometer, ein Gaschromatograph oder eine HPLC-Anlage eingesetzt werden, während als Detektionsvorrichtung beispielsweise IR-Spektrometer oder UV-Spektrometer eingesetzt werden können.at the analyzer (β4) is preferably a separating device for separating the components, which in the at the points A) to G) arising streams are included, followed by a detection device for identification the separated components. As a separation device, for example a mass spectrometer, a gas chromatograph or a HPLC system be used while as a detection device, for example IR spectrometer or UV spectrometer can be used.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese als weiteren Vorrichtungsbestandteil
- (β8) eine Aufreinigungseinheit zur Aufreinigung der Acrylsäure aus der gasförmigen Acrylsäurephase
- (β8) a purification unit for purifying the acrylic acid from the gaseous acrylic acid phase
Gemäß einer anderen, besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese, neben der Aufreinigungseinheit (β8), als weiteren Vorrichtungsbestandteil
- (β9) eine Polymerisationseinheit zur Polymerisation der aufgereinigten Acrylsäure
- (β9) a polymerization unit for polymerization of the purified acrylic acid
Gemäß einer noch anderen, besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese, neben der Aufreinigungseinheit (β8), als weiteren Vorrichtungsbestandteil
- (β10) eine Veresterungseinheit zur Veresterung der aufgereinigten Acrylsäure
- (β10) an esterification unit for esterifying the purified acrylic acid
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, bei dem die vorstehend beschriebene Vorrichtung eingesetzt wird. Einen weiteren Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet eine aufgereinigte Acrylsäure, erhältlich durch die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, welche vorzugsweise zusätzlich den Verfahrensschritt c) umfassen, ein auf Acrylsäure oder Acrylsäureestern basierendes Polymer, erhältlich durch die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, welche vorzugsweise zusätzlich die Verfahrensschritte c) und e) bzw. c), d) und e) umfassen sowie Acrylsäureester, erhältlich durch die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin, welche vorzugsweise zusätzlich die Verfahrensschritte c) und d) umfassen.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks also a process for the production of acrylic acid from glycerol, in which the device described above is used. Another contribution to the solution of the aforementioned A purified acrylic acid, available by the above-described processes for the preparation of Acrylic acid from glycerol, which preferably additionally comprise process step c), an acrylic acid or Acrylic acid ester based polymer, available by the above-described processes for the preparation of Acrylic acid from glycerol, which preferably additionally the method steps c) and e) or c), d) and e) include and Acrylic esters obtainable by the above described method for the production of acrylic acid from glycerol, which preferably additionally the process steps c) and d).
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch die Verwendung eines Riser-Downer-Reaktorsystems bei der Umsetzung von Glycerin zu Acrolein. Vorzugsweise wird bei dieser Umsetzung von Glycerin zu Acrolein eine in wässriger Form vorliegende Glycerinphase eingesetzt, welche vorzugsweise mehr als 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mehr als 40 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt mehr als 50 Gew.-%, darüber hinaus noch mehr bevorzugt mehr als 60 Gew.-% und am meisten bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Glycerinphase, Glycerin enthält. Diese wässri ge Glycerinphase wird entweder im Riser-Downer-Reaktorsystem oder aber vor dem Eintritt in das Riser-Downer-Reaktorsystem zumindest teilweise verdampft. Das im Riser-Downer-Reaktorsystem gebildete Acrolein kann nachfolgend in einer geeigneten Oxidationseinheit zu Acrylsäure umgesetzt werden, wie eingangs im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin beschrieben.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks also the use of a riser-downer reactor system in the implementation of Glycerol to acrolein. Preferably, in this reaction of Glycerol to acrolein one in aqueous form Glycerol phase used, which is preferably more than 30 wt .-%, still more preferably more than 40% by weight, moreover preferred more than 50% by weight, moreover more preferable more than 60% by weight, and most preferably more than 70% by weight, in each case based on the total weight of the aqueous glycerol phase, Contains glycerol. This aqueous glycerin phase is either in the riser-downer reactor system or before entry at least partially evaporated in the riser-downer reactor system. The acrolein formed in the riser-downer reactor system may be mentioned below reacted in a suitable oxidation unit to acrylic acid be, as in the context of the invention Process for the preparation of acrylic acid from glycerol described.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet auch ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Glycerin durch Dehydratisierung des Glycerins unter Bildung von Acrolein und anschließende Oxidation des Acroleins unter Bildung von Acrylsäure, wobei die Dehydratisierung des Glycerins zumindest teilweise in einem Riser-Downer-Reaktorsystem erfolgt.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks also a process for the production of acrylic acid from glycerin by dehydration of the glycerol to form acrolein and subsequent oxidation of the acrolein to form Acrylic acid, wherein the dehydration of glycerol at least partially in a riser-downer reactor system.
Die Erfindung wird nun anhand nicht limitierender Zeichnungen und Beispiele näher erläutert.The The invention will now be described by way of non-limiting drawings and examples explained in more detail.
In
Mittels
der Analysenvorrichtung
Nunmehr
katalysiert der im zweiten Dehydratisierungsreaktor
Während
der im Dehydratisierungsreaktor
Selbstverständlich können anstelle von zwei auch drei oder noch mehr Dehydratisierungsreaktoren eingesetzt werden, die nacheinander zur Dehydratisierung ein gesetzt werden. Auch kann für jeden Dehydratisierungsreaktor eine eigene Verdampfungsvorrichtung eingesetzt werden (nicht gezeigt).Of course Instead of two, you can also use three or even more dehydration reactors can be used, which are successively set for dehydration become. Also, for each dehydration reactor own evaporation device can be used (not shown).
Die
in der Oxidationseinheit
Bei
der Umsetzung des Glycerins im Reaktor
BEISPIELEEXAMPLES
Mittels einer HPLC-Pumpe wurde eine wässrige Glyzerinlösung in einen Verdampfer geleitet. Die verdampfte Glyzerinlösung wurde dann in einer ersten Re aktionsstufe über einen Reaktor mit einem Reaktionsvolumen von 19 ml geleitet, wobei der Reaktor mit einem Katalysator zur Umwandlung des Glyzerins in Acrolein gefüllt war. Das Produktgemisch der ersten Reaktionsstufe wurde anschließend im gasförmigen Zustand in eine zweite Reaktionsstufe geleitet, in der unter Zugabe von Sauerstoff oder Luft die Selektivoxidation des Acroleins zur Acrylsäure durchgeführt wurde. Das Reaktionsvolumen der zweiten Reaktionsstufe betrug ebenfalls 19 ml, wobei der Reaktor mit einem Katalysator gefüllt war, der für diese Selektivoxidation geeignet war. Beide Reaktionsstufen konnten jeweils wahlweise mit Sauerstoff, Stickstoff oder Luft beaufschlagt werden. Jede Reaktionsstufe war unabhängig temperierbar. Nach jeder Reaktionsstufe konnte eine Probe genommen werden, die per Gaschromatographie analysiert wurde.through an HPLC pump became an aqueous glycerine solution passed into an evaporator. The evaporated glycerol solution was then in a first Re action stage on a reactor passed with a reaction volume of 19 ml, the reactor with a catalyst for converting the glycerol into acrolein filled was. The product mixture of the first reaction stage was subsequently passed in the gaseous state into a second reaction stage, in the addition of oxygen or air, the selective oxidation of acrolein was carried out to acrylic acid. The reaction volume of the second reaction stage was also 19 ml, the reactor filled with a catalyst which was suitable for this selective oxidation. Both Reaction stages could each optionally with oxygen, nitrogen or air are applied. Each reaction step was independent temperature-controlled. After each reaction step, a sample could be taken which was analyzed by gas chromatography.
- 11
- VerdampfungseinheitEvaporation unit
- 22
- Zuleitung für eine wässrige Glycerinphasesupply for an aqueous glycerol phase
- 33
- Ableitung für eine gasförmige Glycerinphasederivation for a gaseous glycerol phase
- 44
- Zuleitung für Sauerstoff- oder Wasserstoff-haltiges Gasgemischsupply for oxygen or hydrogen-containing gas mixture
- 5a, b5a, b
- Dehydratisierungsreaktor/RegeneratorDehydration reactor / regenerator
- 66
- Ableitung für eine gasförmige Acroleinphasederivation for a gaseous acrolein phase
- 77
- Analysenvorrichtunganalyzer
- 8a, b8a, b
- Steuerungseinheitencontrol units
- 99
- Oxidationseinheitoxidation unit
- 1010
- Zuleitung für Sauerstoff/Luftsupply for oxygen / air
- 1111
- Ableitung für eine gasförmige Acrylsäurephasederivation for a gaseous acrylic acid phase
- 1212
- Aufreinigungseinheitpurification unit
- 1313
- Ableitung für aufgereinigte Acrylsäurederivation for purified acrylic acid
- 1414
- Polymerisationseinheitpolymerization unit
- 1515
- Kondensationseinheitcondensation unit
- 1616
- Ableitung für eine wässrige Glycerinphasederivation for an aqueous glycerol phase
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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8181 | Inventor (new situation) |
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